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技術 梁の振動抑制構造

出願人 大和ハウス工業株式会社
発明者 福田章堀園義昭
出願日 1998年2月27日 (22年8ヶ月経過) 出願番号 1998-064220
公開日 1999年9月14日 (21年1ヶ月経過) 公開番号 1999-247927
状態 特許登録済
技術分野 建築環境 建築用棒状部材 防振装置
主要キーワード 振動抑制構造 振動抑制機構 設計規準 両端支持梁 床梁材 拘束作用 力学的負荷 振動作用
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1999年9月14日)のものです。
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図面 (8)

課題

梁の断面寸法を大きくせずに、しかも、梁の周囲の他の構造材又は構造部分に構造的に依存させることなく、振動を効果的に抑制できる梁の振動抑制構造の提供。

解決手段

床梁2の振動動作部である長さ方向中央部に、不動体としての添板4,4が、接着剤からなる減衰材5,5を介して接着され、この添板4,4が、梁2の振動不動作部である梁端部にケーブル6,7にて連結されて、不動状態に保持されている。

概要

背景

例えば、住宅等の建築物に用いられる階上の床梁51は、図7に示すように、その両端を柱52,52に支持させて備えられるが、梁51のスパンが大きいような場合、床の自重積載荷重により、梁51の撓みが大きくなることから、設計規準では、梁51を、その撓みがスパンの1/300以下となるように設計することが定められている。

その一方、床梁51には、上記のような撓みに関する問題のほか、振動に関する問題もあり、床梁51の振動で居住者不快感を起こさせない居住性に優れた設計をしておく必要がある。そのため、設計者は、振動抑制という配慮から、過去の経験的知識に基づき、梁51の撓みが、上記のような設計規準値を大きく下回る、スパンの1/400〜1/500の範囲となるような設計を行っているというのが現状である。

そして、上記のような設計は、従来より、梁51の断面寸法、例えばH型鋼による鉄骨床梁51ではフランジ51b,51bやウェブ51aの肉厚寸法などを大きくすること、あるいはまた、梁と、梁の周囲に存在する他の構造材や構造箇所との間にゴム体等による減衰材を介在させることなどによって対応してきた。

概要

梁の断面寸法を大きくせずに、しかも、梁の周囲の他の構造材又は構造部分に構造的に依存させることなく、振動を効果的に抑制できる梁の振動抑制構造の提供。

床梁2の振動動作部である長さ方向中央部に、不動体としての添板4,4が、接着剤からなる減衰材5,5を介して接着され、この添板4,4が、梁2の振動不動作部である梁端部にケーブル6,7にて連結されて、不動状態に保持されている。

目的

本発明は、上記のような技術背景の中で、梁の断面寸法を大きくせずに、しかも、梁の周囲の他の構造材あるいは構造部分に構造的に依存させることなく、効果的に振動を抑制することができる、梁の振動抑制構造を提供することを課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

梁の振動動作部に直接又は間接的に不動体が減衰材を介して連結され、かつ、該不動体が、減衰材による減衰作用を梁の振動動作部に及ぼす不動状態となるように、梁の振動不動作部に直接又は間接に連結されてなることを特徴とする梁の振動抑制構造

請求項2

前記減衰材が接着剤からなり、不動体がこの接着剤によって梁の振動動作部に直接又は間接的に接着されている請求項1に記載の梁の振動抑制構造。

技術分野

0001

本発明は、例えば、建築物の床などに用いられる鉄骨梁などの梁の振動抑制構造に関する。

背景技術

0002

例えば、住宅等の建築物に用いられる階上の床梁51は、図7に示すように、その両端を柱52,52に支持させて備えられるが、梁51のスパンが大きいような場合、床の自重積載荷重により、梁51の撓みが大きくなることから、設計規準では、梁51を、その撓みがスパンの1/300以下となるように設計することが定められている。

0003

その一方、床梁51には、上記のような撓みに関する問題のほか、振動に関する問題もあり、床梁51の振動で居住者不快感を起こさせない居住性に優れた設計をしておく必要がある。そのため、設計者は、振動抑制という配慮から、過去の経験的知識に基づき、梁51の撓みが、上記のような設計規準値を大きく下回る、スパンの1/400〜1/500の範囲となるような設計を行っているというのが現状である。

0004

そして、上記のような設計は、従来より、梁51の断面寸法、例えばH型鋼による鉄骨床梁51ではフランジ51b,51bやウェブ51aの肉厚寸法などを大きくすること、あるいはまた、梁と、梁の周囲に存在する他の構造材や構造箇所との間にゴム体等による減衰材を介在させることなどによって対応してきた。

発明が解決しようとする課題

0005

しかし、梁51の断面寸法を大きくすることによる対応では、確かに撓みや振動は抑制されるものの、その一方で、梁51の重量を大きなものにしてしまい、コストの上昇を招くなどの問題を派生する。

0006

また、上記のような減衰材を用いた振動抑制機構では、振動抑機構が、梁とは別の周囲の他の構造材又は構造部分に依存して据え付けられるものであるため、振動抑機構の据付けには、周囲の他の構造材又は構造部分との関係を考慮した設計と施工を行わなければならず、その設計と施工が非常に厄介であった。また、梁の周囲に、振動抑制機構の据付けのための、梁とは別の他の構造材又は構造部分が存在しないような場合は、上記のような振動抑制機構を用いることができなかった。

0007

本発明は、上記のような技術背景の中で、梁の断面寸法を大きくせずに、しかも、梁の周囲の他の構造材あるいは構造部分に構造的に依存させることなく、効果的に振動を抑制することができる、梁の振動抑制構造を提供することを課題とする。

課題を解決するための手段

0008

上記課題は、梁の振動動作部に直接又は間接的に不動体が減衰材を介して連結され、かつ、該不動体が、減衰材による減衰作用を梁の振動動作部に及ぼす不動状態となるように、梁の振動不動作部に直接又は間接に連結されてなることを特徴とする梁の振動抑制構造によって解決される。

0009

上記の減衰材は、不動体による不動拘束作用と、梁の振動動作部の振動作用とを同時に受けた際に、粘弾性粘性あるいは弾力性等による変形抵抗作用によって、梁の振動動作部の振動を減衰させていく性質を有するものをいう。

0010

即ち、この振動抑制構造では、梁の振動動作部に直接又は間接的に不動体が減衰材を介して連結されていることにより、梁の振動動作部が振動動作をすると、その振動動作部が減衰材による減衰作用を受け、この減衰作用によって、梁の振動動作部の振動動作が速やかに減衰されて、梁の振動が抑制される。このような振動抑制機構を採用することにより、梁そのものの断面寸法を大きくしなくとも、振動を効果的に抑制することができる。

0011

しかも、不動体は、梁の振動不動作部に直接又は間接に連結されて不動状態となるようにされている。即ち、梁には、振動の際に「腹」となる振動動作部と、「節」となる振動不動作部とが存在する。この「節」となる振動不動作部を利用して、不動体が、不動状態に保持されたものである。従って、梁そのものに、上記のような振動抑制機構のすべてを備えさせることができて、梁の周囲に存在する他の構造材や構造箇所に振動抑制機構の取付け箇所を確保しなければならないというような他への依存性が排除される。

0012

従って、このような他への依存性排除の構造によって、振動抑制機構を予め梁に組み込んでから、梁の施工を行うというようなことも可能となる。また、施工した梁あるいは既設の梁に対して振動抑制機構を後付けするような場合においても、そのための設計と施工を梁のみを考慮の対象として行えばよく、後付けのための設計・施工を容易に行うことができる。また、梁の周囲の構造材や構造箇所に従来のような振動抑制機構を取り付けることができるような部分を確保できないような場合でも、本発明構造によれば対応が可能であり、そのような梁の振動を断面寸法を大きくすることなく効果的に抑制することが可能となる。

0013

上記構成において、減衰材が接着剤からなり、不動体がこの接着剤によって梁の振動動作部に直接又は間接的に接着されている構造とすることにより、接着機能によって減衰材の組込みを容易に行うことができ、減衰材を層状形態にてスペース的に有利に組み込むことが可能となり、更に、量的にわずかな減衰材にて振動抑制を有効的に行うことができる。

発明を実施するための最良の形態

0014

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下に挙げる実施形態は、住宅等の建築物の床梁に適用した場合のものである。

0015

図1に示す第1実施形態の構造において、1,1は柱、2は階上用など床梁である。床梁2は、H型鋼を用いた鉄骨梁によるものであり、その両端が柱1,1にボルト等にて接合されて、両端支持状態に保持されている。

0016

本実施形態では、この床梁2の振動抑制のため機構が、次のような態様において組み込まれている。即ち、床梁2の振動動作部である長手方向中央部において、上下のフランジ2b,2b間の、ウェブ2aを挟む一方の空間部内に、鉄製のリブプレート3が、フランジ2b,2b及びウェブ2aと直交するように、溶接等にて固着して一体的に取り付けられており、このリブプレート3の両面に、不動体としての鉄製等の添板4,4が、減衰材5,5を介して連結されている。

0017

本実施形態における減衰材5,5は、添板4とリブプレート3とを接着し、かつ、接着後も振動減衰に必要な粘弾性や高粘性、弾力性を維持しうる性質を有する接着剤からなっており、そのような接着剤として、例えば、ゴム系接着剤や、上記のような性質を有する各種樹脂系接着剤などが用いられる。

0018

上記のような減衰材5,5を介して添板4,4をリブプレート3に接着し、そして、添板4,4を不動状態に保持することにより、床梁2は、その振動時に、減衰材層5,5による振動減衰作用を受け、振動を抑制される。

0019

このように添板4,4を不動状態に保持するため、次のような不動体保持構造が採用されている。即ち、リブプレート3には、その上部に第1の通孔3aが明けられると共に、下部に第2の通孔3bが開けられている。また、各添板4にも、リブプレート3の通孔3a,3bと同芯状に、上下に第1、第2の通孔4a,4bが明けられている。

0020

そして、リブプレート3、添板4,4の上側の第1通孔4a,3a,4aに、第1のケーブル6が通され、その両端部が、床梁2の振動不動作部である梁両端部、のウェブ2aの下部に連結されて、緊張状態張設されている。また、下側の第2通孔4b,3b,4bには、第2のケーブル7が通され、その両端部が、床梁2の同じく振動不動作部である梁両端部、のウェブ2aの上部に連結されて、第1ケーブル6と交差し、緊張状態に張設されている。

0021

そして、添板4の通孔4a,4bの孔サイズは、ケーブル6,7の断面サイズとほぼ同等に設計されており、また、リブプレート3の通孔3a,3bは、その上下方向におけるサイズが、ケーブル6,7の断面サイズよりも大きい長円状のルーズ孔に形成され、このルーズ孔3a,3bの高さ方向中間部をケーブル6,7が通るようになされている。これにより、添板4は、上側の第1ケーブル6から下向きの力を受けると共に、下側の第2ケーブル7から上向きの力を受け、これら力の釣り合いによって、上下方向に不動状態に保持されると共に、リブプレート3は、ケーブル6,7からの力学的負荷を受けないようにされている。

0022

上記の振動抑制機構は、図1(ハ)に示すように、床梁2のウェブ2aを挟むもう一方の側にも同様の態様にて備えられている。

0023

上記の構造では、図2(イ)(ロ)に示すように、振動時、添板4,4は、床梁2の振動不動作部である梁両端部に連結されたケーブル6,7による拘束力を受けて不動状態を維持される一方、床梁2の振動動作部である長さ方向中央部に固着して取り付けられたリブプレート3は、床梁2と一体となって上下方向に振動するが、リブプレート3と添板4とは減衰材層5を介して接着されているため、リブプレート3は減衰材層5による減衰作用を受け、従って、床梁2も減衰材層5による減衰作用を受けて、床梁2の振動が速やかに減衰される。従って、居住者は、床梁2の振動による不快感から開放され、快適に生活することができる。図2(ハ)は、上記のような振動抑制機構を備えさせた床梁の振動減衰の状況(実線)と、上記のような振動抑制機構を備えさせない床梁の振動減衰の状況(点線)とを、比較して示したものである。

0024

上記の構造によれば、床梁2の振動対策においては、床梁2に上記のような振動抑制機構を組み込めば振動抑制効果を得られるから、床梁そのものの断面寸法を大きくしなくともよく、床梁2の重量増加を抑えてコストを抑えることができる。

0025

しかも、不動体である添板4は、床梁2と一体のリブプレート3に接着して床梁2に保持させ、この添板4を不動状態に保持するために、これをケーブル6,7を介して床梁2の振動不動作部である梁両端部に連結させたものであり、振動抑制機構のすべてを、床梁2それ自体に備えさせたものであるから、床梁2の周囲に存在する他の構造材や構造箇所に振動抑制機構の取付け箇所を確保するというような、他への依存性を排除することができる。従って、工場において床梁材に予め上記のような振動抑制機構を組み込んでおき、そのような床梁を建築現場にて施工するというような施工法を採ることも可能である。また、既設の床梁に対して上記のような振動抑制機構を後付けするように場合においても、後付けのための設計と施工は、床梁のみを考慮の対象とすればよく、床梁2の周囲に存在する他の構造材や構造箇所を考慮する必要がなく、後付けのための設計・施工を容易に行うことができる。

0026

また、本実施形態では、H形鋼による梁2を対象とし、そのフランジ2b,2b間の空きスペースを利用して振動抑制機構を備えさせたものであるから、振動抑制機構をスペース的に有利に組み込むことができる。

0027

更に、不動体である添板4を、リブプレート3を介して間接的に、床梁2に取り付ける構造となされており、添板4は減衰材層5を介してリブプレート3に接着する構造となされているから、予め添板4を減衰材層5を介してリブプレート3に接着させ、このリブプレート3を床梁2に取り付ける、というような組み込み方法を採ることもできて、特に、既設の床梁に振動抑制機構を後付けするような場合には、その工事を容易なものにすることができる。

0028

また、減衰材5が接着剤からなり、不動体である添板4をこの接着剤にて梁2の振動動作部がわに接着して構成されたものであるから、接着機能によって減衰材5の組込みを容易に行うことができ、また、減衰材5を層状形態にてスペース的に有利に組み込むことが可能となり、更に、量的にわずかな減衰材5にて振動抑制を有効的に行うことができる。

0029

図3に示す第2実施形態の構造は、不動体である添板4を、上記のようなリブプレート3を介さずに直接に、床梁2に接着したものである。即ち、添板4は、床梁2のウェブ2aと平行に向けられ、床梁2の振動動作部である長さ方向中央部において、ウェブ2aに、減衰材層5を介して直接に接着されている。そして、第1、第2のケーブル6,7は、その中央部を添板4に掛止させて、上記と同様の緊張状態に張設され、添板4を不動状態に保持している。本構造では、リブプレート3を排除して構成部品点数を減少することができるなど、構造の簡素化に寄与することができる。また、減衰材層5による減衰作用が床梁2の芯部のごく近傍に作用することとなって、場合によっては、ウェブ2aを挟むいずれか一方にのみ振動抑制機構を備えさせるというような構造を採用することも可能となる。

0030

図4に示す第3実施形態の構造は、不動体である添板4を、上記のようなリブプレート3を介さずに直接に、床梁2に接着したものである点で、第2実施形態と同様であるが、本実施形態では、床梁2のウェブ2aの両面に添板4,4が接着されており、添板4,4の上方への振動動作を規制するために、ウェブ2aを挟む一方の側において、添板4の上部とウェブ2aの一端の下部がケーブル6aにて連結されると共に、他方の側において、添板4の上部とウェブ2aの他端の下部とがケーブル6bにて連結されている。また、添板4,4の下方への振動動作を規制するために、ウェブ2aを挟む上記一方の側において、添板4の下部とウェブ2aの上記他端の上部とがケーブル7aにて連結されると共に、上記他方の側において、添板4の下部とウェブ2aの上記一端の上部とがケーブル7bにて連結されている。なお、ケーブル6aとケーブル6bはこれらで一本のケーブルであり、ウェブ2aに設けられた上下方向にルーズな孔を通じて連絡されているものである。ケーブル7aとケーブル7bについても同様にこれらで一本のケーブルである。このような構造により、減衰材層5,5による減衰作用を床梁2の芯部に作用させることができて床梁2の振動をウェブ2aを挟んで左右対称状態に減衰させることができ、しかも、ケーブルの使用長さも減少することができる。

0031

なお、図4において、符号6a,6b,7a,7bをそれぞれ引張りのみならず圧縮力をも支える互いに相独立した個別の部材とし、これら4本の部材をそれぞれ個別に連結する構成としてもよい。このような部材として、例えば鋼管や各種型鋼材などが用いられ得る。

0032

図5に示す第4実施形態の構造は、添板4をケーブルを介して間接的に床梁2に連結するという形式のものではなく、添板4として、その両端部が床梁2の振動不動作部である梁両端部近くにまで及びうる長尺長さのものを用い、その両端部を直接に、床梁2の両端の振動不動作部にボルト9,9などにて固着して連結させたものである。本実施形態では、ケーブルを排除し得て部品点数を更に減少するできるなど構造をより一層簡素化しえ、しかも、床梁2への振動抑制機構の組付けも手間を要すことなくて極めて容易に行うことができる。

0033

図6に示す第5実施形態の構造は、添板4が、ケーブルによらずに、軽量で高剛性トラス材10にて、不動状態に保持されたものである。

0034

以上に、本発明の実施形態を示したが、本発明は、これらに限定されるものではなく、発明思想を逸脱しない範囲で、各種の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、床梁を振動抑制の対象としているが、その他、各種構造物の梁に適用されてよい。また、上記実施形態ではH形鋼を対象としているが、それ以外のものであってもよい。また、本発明は、鉄骨梁を主たる対象としているが、材質特段の制限はない。また、減衰材は、不動体による不動拘束作用と、梁の振動動作部の振動作用とを同時に受けた際に、粘弾性や粘性あるいは弾力性等による変形抵抗作用によって、梁の振動動作部の振動を減衰させていく性質を有するものであればよく、上記のような接着剤によるものに限られず、その他、シート状の減衰材を用い、その一方の面を梁の振動動作部がわに、もう一方の面を不動体の側にそれぞれ各種接着剤にて接着した構成となされていてもよいし、梁の振動動作部と不動体とを塊状のゴム体を介して連結する形式に構成されていてもよい。また、上記実施形態では、両端支持梁において、その端部を振動不動作部とし、中央部を振動動作部として取付けを行ったものであるが、梁における振動動作部と振動不動作部は、梁の支持状態などに依存してその位置を異にするものであり、従って、どこが振動動作部、振動不動作部であるかは、梁の支持状態等の各種条件に依存して定まるものであることはいうまでもない。また、「振動動作部」、「振動不動作部」の語の概念は、相対的なものにすぎず、「振動動作部」とは「振動不動作部」よりもよく振動する部分をいい、「振動不動作部」とは「振動動作部」よりも相対的に振動しない部分をいうものであり、概念として広く解釈すべきものである。また、上記実施形態では、垂直方向の振動を抑制する構造としているが、そのほか、水平方向の振動など、抑制しようとする振動の方向に応じた構造に構成することも可能である。また、上記実施形態において、添板4をケーブルにて保持するタイプのものでは、ケーブルに代えて、鉄筋などのその他の線材が用いられてもよく、また、不動体の不動保持構造として、上記以外の各種構造が採用されてよい。

発明の効果

0035

以上の次第で、本発明の梁の振動抑制構造は、梁の振動動作部に不動体が直接又は間接的に減衰材を介して連結されているものであるから、梁の振動動作部の振動動作が減衰材による減衰作用を受けて速やかに減衰され、従って、梁そのものの断面寸法を大きくしなくとも、梁の振動を効果的に抑制することができる。

0036

しかも、不動体は、梁の振動不動作部に直接又は間接に連結されることによって不動状態を維持するようになされているから、梁そのものに、上記のような振動抑制機構のすべてを備えさせることができて、他への依存性を排除することができる。従って、振動抑制機構を予め梁に組み込んでから梁の施工を行うというようなことも可能となり、また、既設の梁に対して振動抑制機構を後付けするような場合でも、そのための設計と施工を梁のみを考慮の対象として容易に行うことができ、また、梁の周囲の構造材や構造箇所に従来のような振動抑制機構を取り付けることができるような部分を確保できないような場合でも対応することができる。

図面の簡単な説明

0037

図1本発明の第1実施形態を示すもので、図(イ)は全体側面図、図(ロ)は添板取付け部の拡大断面図、図(ハ)は図(ロ)のI−I線矢視断面図である。
図2図(イ)及び図(ロ)は上下の振動動作状態を示す断面図、図(ハ)は振動の減衰状態を示すグラフ図である。
図3第2実施形態を示すもので、図(イ)は全体側面図、図(ロ)は添板取付け部の拡大側面図、図(ハ)は図(ロ)のII−II線矢視断面図である。
図4第3実施形態を示すもので、図(イ)は全体側面図、図(ロ)は添板取付け部の拡大側面図、図(ハ)は図(ロ)のIII−III線断面図である。
図5第4実施形態を示すもので、図(イ)は全体側面図、図(ロ)は図(イ)のIV−IV線断面図である。
図6第5実施形態を示すもので、図(イ)は全体側面図、図(ロ)は図(イ)のV−V線断面図である。
図7従来例を示す床梁構造の側面図である。

--

0038

2…床梁
4…添板(不動体)
5…減衰材層(接着剤)

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