JP3764005B2 - 梁勝ち三階建てラーメン構造住宅の動吸振器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重量鉄骨Ｈ型鋼により鉄骨躯体を構成し、交通振動を低減すべく振動抑制装置である動吸振器を配した三階建て住宅の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
人口の密集化および地価の高騰等により、市街地の狭小地に２世代、若しくは３世代住宅を目的とした三階建て住宅が建設される傾向がある。人口の密集化は、建設作業の増加、工場および事業所周辺の宅地化、交通量の増加を招き、振動公害が問題視されてきている。振動公害は主に、建設作業、工場、事業所、道路交通を発生源とするものである。これらの振動が建物に伝達され建物内の住人に違和感を与える場合がある。構造物に加わる振動を低減する方法としては、特開平９−１３７４０に示す基礎と構造物の間に減衰装置を配するものや、特開平１０−８２２０８に示す建物の屋上に振動制御を配置するものも知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来から、ラーメン工法の鉄骨構造躯体を用いた三階建て住宅は周知とされているが、これらはマンションや集合住宅等のような、多数の家族が居住するような建物に関するものであり、一戸建ての三階建て住宅の場合には、それに見合ったコストと、構造の三階建て住宅の設計とプランニングが必要となってくるのである。前述の特開平９−１３７４０に示す技術では、十分な振動除去を行うのが困難であり、地震による建物への負荷を軽減できても、交通振動などの振動公害に適応するのは困難である。
【０００４】
さらに、特開平１０−８２２０８に示す技術では、ビルなどの質量の大きな建物の振動制御を行うものであり、振動制御を住宅に配設しただけでは、住宅のようなビルよりはるかに質量の小さい建物において、特に交通振動等の微振動を除去するのは困難である。上記のように、従来の技術では立地条件に左右されず、自由な居住空間の設計ができ、住人が快適に生活を行える住宅を建設するのは困難である。
【０００５】
本発明は、様々な形状、バリエーションの住宅に対して、居住空間の設計に制限を与えることなく、耐振動構造を実現するための動吸振器の最適配置方法に関するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明が解決しようとする課題は以上の如くであり、次に該課題を解決するための構成を説明する。
【０００７】
交通振動などにより住宅に振動が伝達した場合には、住宅の躯体構造だけでなく、内装および外装が、揺れに抵抗する。このため、住宅に配設する動吸振器は、住宅の躯体構造のみならず、該動吸振器を配設する住宅の外装および内装の構造を考慮して配設することにより、制振を効率的に行える。
【０００８】
以下に、住宅の躯体構造、外装、および内装の構成を考慮して、効率的に動吸振器の制振効果を発揮するための動吸振器の配置方法を示す。
【０００９】
重量鉄骨Ｈ型鋼により鉄骨躯体を構成し、基礎２５上に１階の柱１２を立設し、該１階の柱１２上には１階の通し梁１ａを固設し、１階の通し梁１ａの上に２階の分断柱１５を立設し、２階の分断柱１５の上端に２階の通し梁１ｂを横設し、２階の通し梁１ｂ上には３階の分断柱１６が立設されており、３階の分断柱１６の上端には３階の通し梁１ｃを横設し、１階・２階・３階の通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体として、一階柱１２と二階柱１５と三階柱１６を分断した柱とし、上方階へ行くに連れて、分断柱の数を少なくした梁勝ち三階建てラーメン構造住宅において、交通振動を低減する動吸振器２６ａ・２６ｂを屋上３１に配置する時に、該屋上３１の重心位置Ｇの位置に塔屋等が配置された場合は、該動吸振器２６を、住宅の短手方向ＳＤの振動に対する動吸振器２６ａと住宅の長手方向ＬＤの振動に対する動吸振器２６ｂの２個とし、住宅の重心位置Ｇ重心位置に対して点対称の位置に、両動吸振器２６ａ・２６ｂを配設するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を説明する。
図１は三階建て住宅の構成を示す俯瞰図、図２は本発明に用いる住宅の通し梁１ａと、一階柱１２と二階柱１５の部分の柱・梁接合部を構造を示す斜視図、図３は住宅の振動の受け止め方を示した模式図、図４は動吸振器の作動構成を示す模式図、図５は動吸振器の制振機構を示す模式図である。
【００１１】
図６は屋上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図、図７は同じく平面図、図８はペントハウスのある屋上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図、図９は同じく平面図、図１０は重心を通り、一次独立な直線上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図、図１１は同じく平面図、図１２は重心位置に対して点対称の位置に動吸振器を配設した住宅を示す斜視図、図１３は同じく平面図である。
【００１２】
図１および図２において、本発明に用いる三階建て住宅のラーメン工法について説明する。
基礎２５上には柱１２が立設されており、該柱１２上には通し梁１ａが固設されている。そして、通し梁１ａの上には柱１５が立設されており、柱１５の上端には通し梁１ｂが横設されている。さらに、通し梁１ｂ上には柱１６が立設されており、柱１６の上端には通し梁１ｃが横設されている。本発明に用いる三階建て住宅のラーメン工法は、図１において、その要部が図示されているように、通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体とする構成としている。通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体として、一階柱１２と二階柱１５と三階柱１６は、分断された柱であり、図２の如く、通し梁１ａの上下に接合される構造であるので、一階柱１２の上に、二階柱１５があり、二階柱１５の上に三階柱１６がある必要がない。各階で必要な柱の本数を決めるので、上方階へ行くに連れて、分断柱の数を少なくすることが出来るのである。
【００１３】
次に、本構成に用いる住宅の耐振動構成について説明する。
まず、梁勝ち構造による耐振特性について、図３を用いて説明する。
バランスの悪い住宅２１ｂにおいては、振動を受けた場合には、建物にねじれが生じやすい。この場合に発生する振動にはねじれの要素が加わるため、振動の成分が多くなるとともに、時間的な変化が複雑であり、振動を抑制することが困難である。また、住宅にかかる負荷が大きい。梁勝ち構造の住宅２１では、各階において必要な数の柱を配設し、各階における住宅のバランスを取りやすい構成になっている。梁に沿って柱が配設されるため、水平方向に対するバランスおよび剛性が高く、振動を水平に受け止めることが容易となる。これにより、住宅の受ける振動を単純化でき、該振動を容易に抑制することができる。また、住宅の受ける負荷を軽減でき、住宅の耐久性を向上できる。
【００１４】
住宅の上部には、図４に示す如く動吸振器２６が配設されており、振動源から地盤を介して住宅に伝達される振動が動吸振器２６により解消されるものである。このとき、動吸振器２６は住宅の揺れに対して最適に調整されている。
動吸振器２６による振動の解消機構について説明する。
図４（ａ）に示す状態の住宅に、図４（ｂ）に示すような振動が伝達されると図４（ｃ）に示すように住宅が揺れ始める。住宅が揺れることにより、動吸振器２６に揺れが伝達され、図４（ｄ）に示すように、動吸振器２６が伝達された揺れを利用した慣性力を住宅に与えるため、図４（ｅ）に示すように住宅の揺れを解消できるのである。
【００１５】
次に、動吸振器の構成について説明する。
動吸振器は、一般的に弾性部材Ｓ、減衰部材Ｄおよび質量体Ｍにより構成されており、その結合方法は図５（ａ）に示す、弾性部材Ｓ、減衰部材Ｄおよび質量体Ｍを直線的に接続することも可能である。また、図５（ｂ）に示す、弾性部材Ｓと減衰部材Ｄを並列に接続して、質量体Ｍに接続する方法などがある。また、一般に、質量体Ｍの質量は住宅の１パーセントとされている。
さらには、図５（ａ）および（ｂ）に示す１方向の振動を吸収する動吸振器を２つ配設し、前後左右方向の振動を吸収させることも可能である。若しくは、図５（ｃ）に示す、１つの質量体Ｍに前後左右方向にそれぞれ一対の弾性部材Ｓおよび減衰部材Ｄを接続し、１つの動吸振器により、前後左右方向の振動を吸収することもできる。１つの質量体に前後左右方向に作用する一対の弾性部材Ｓおよび減衰部材Ｄを接続したものを用いることにより、動吸振器の配置スペースを小さくでき、設置が容易になる。本発明は動吸振器を特に限定するものではなく、住宅に配置可能であり、交通振動などの振動を効率的に吸収できるものであれば良い。
【００１６】
前述の、動吸振器は一般的に弾性部材、減衰部材および質量体により構成されるため、一定の周波数特性を有する。周波数特性は、質量体が変位しやすい周波数であり、弾性部材および減衰部材の特性（弾性係数、摩擦係数若しくは粘性）を変化させることにより、調節できるものである。
また、減衰部材により、振動を摩擦力若しくは粘性抵抗を通じて熱エネルギーに変換して、振動の低減を行うため、該減衰部材が作動するための、ある程度のストロークを必要とするものである。また、質量体に発生する慣性力によって振動を打ち消すためにも、ある程度のストロークが必要となる。
このため、動吸振器により吸収を行う振動は、ある程度周期の大きいものとなる。振動公害の対象範囲は、一般に１〜８０Ｈｚのものとされている。動吸振器はこの範囲の周波数において、特に、住人が感じやすい２〜５Ｈｚの周波数に対応するものであれば良い。この範囲において、住宅の揺れが動吸振器により低減されるものである。
【００１７】
次に、本構成に係る動吸振器２６の配設位置について説明する。
図６はフラット屋根の住宅の屋上３１に動吸振器２６を配置した一構成例であり、動吸振器２６を住宅のもっとも高い位置に配設している。振動伝達により住宅に発生する振幅は、基礎部より上方になるにつれて大きくなる。このため、動吸振器２６を住宅のもっとも高い位置に配設することにより、住宅に伝播される振動を効率的に吸収することができる。動吸振器２６の振動吸収力を最大限活用するためには、このようにフラット屋根の住宅の屋上３１に配置する他、屋上の床下に収納することも可能であるし、また、勾配屋根の住宅においては、小屋裏や屋根上など様々な配置が可能であり、同様の効果が得られるものである。
【００１８】
また、図６及び図７で示す住宅のように、建物の形状が一方向に長くなっている場合、建物は長手方向ＬＤに比べると短手方向ＳＤへの揺れに弱く、振動を受けやすい。このため、短手方向ＳＤの建物の振動を優先的に吸収することが望ましい。そこで、このような住宅の屋上に、１方向の振動を吸収する動吸振器配２６を配設するのであれば、動吸振器２６は短手方向ＳＤへの振動を吸収するよう配置（若しくは、設定）している。
このような構成とすることにより、一方向の振動を吸収する動吸振器を一台設置することで、優先的に吸収する必要のある短手方向ＳＤの振動を効率よく吸収できる構成となる。つまり、高層ビルやマンションとは異なり、一戸建ての住宅においては耐振動構造に多大なコストを掛けるわけにはいかないので、本構成のように、最小限の構成において高い効果を発揮するような動吸振器の配置方法が重要となるのである。もちろんコスト面での支障がない場合、若しくは、住宅の構造上、短手方向ＳＤ及び長手方向ＬＤの両方向への振動を充分に吸収する必要がある場合には、前述の如く、動吸振器２６を２台設置して、短手方向ＳＤ及び長手方向ＬＤの両方向への振動を吸収するよう構成してもよい。
【００１９】
さらに、住宅の振動を最も効率的に吸収し、建物の揺れを低減させるためには、動吸振器２６の配置は、平面視において建物の重心とラップする位置が望ましい。そこで、前述した図６、図７で示した構成例においては、動吸振器２６を屋上３１の重心位置Ｇに配置するよう構成している。
このようにして、動吸振器２６を住宅の最も高い位置である屋上等に設置することが可能であり、且つ、平面視において建物の重心とラップする重心位置Ｇに配置可能な場合であれば、動吸振器２６が振動を吸収する最適な位置に配置されることとなる。
ところが、建物の屋上は、また、様々な用途に利用される場合がある。例えば、図８で示すように、建物の屋上３１にペントハウス４０が設けられている場合がある。（他にも、給水・排気装置などを収容するために設けた塔屋、倉庫、若しくはガーデニングスペース等が屋上３１に設けられる場合が考えられる。）
【００２０】
この場合、ペントハウス４０の上部、内部、若しくは下部に動吸振器２６を設置することが可能な場合には、前述の如く動吸振器２６を最適な位置に配置可能となるが、それが不可能な場合には、図８及び図９で示すように、動吸振器２６を重心位置Ｇから短手方向ＳＤに偏心させるようにしている。
つまり、前述の如く、住宅は長手方向ＬＤに比べて短手方向ＳＤへの揺れを受けやすいため、動吸振器２６は短手方向ＳＤの振動を吸収すべく設定されているので、短手方向ＳＤへ重心ライン上で配置をずらすことで、動吸振器２６の配置は重心位置Ｇから外れるが、重心ライン上に設置するため振動の吸収ロスが殆どない構成としているのである。
さらに、動吸振器２６が住宅の長手方向の振動を抑制するように配置されており、該動吸振器２６を重心位置Ｇに配置できない場合には、動吸振器２６を住宅の長手方向ＬＤに偏心させる。交通振動などの振動は住宅の外装および内装を介して伝達される。
すなわち、住宅の形状、間仕切りの配置により、住宅が短手方向ＳＤに比べて長手方向ＬＤへの揺れを受けやすい場合がある。この場合、動吸振器２６は長手方向ＬＤの振動を吸収すべく設定されている。そして、重心位置および短手方向に障害物がある等、住宅の構成によっては、長手方向ＬＤへ重心ライン上で配置をずらすことで、動吸振器２６の配置は重心位置Ｇから外れるが、重心ライン上に設置するため振動の吸収ロスが殆どない構成としているのである。
【００２１】
このように構成することにより、様々な用途に利用可能な屋上スペースに制約を加えることなく、動吸振器２６が配置可能となり、且つ、充分な耐振動構造を実現することが可能となった。このため、耐振動構造を備えた機能面と、屋上スペースを有効利用可能な快適性の両方を兼ね備えた住宅が提供可能となり、また、前述の如く、住宅が振動を受けやすい短手方向の振動を吸収する最小限の構成で動吸振器２６を構成しているので、経済性にも優れた住宅を提供可能としているのである。
【００２２】
次に、図１０乃至図１３を用いて動吸振器の配設方法の他の構成例について説明する。
まず、図１０および図１１において、説明する構成例は、ペントハウス４０により、動吸振器を住宅の重心位置に配設できない場合に、重心Ｇをとおり、一次独立な方向に延出される線上に動吸振器をそれぞれ配設する。特に、住宅の短手方向ＳＤと長手方向ＬＤに平行な直線上にそれぞれ動吸振器２６ａ・２６ｂを配設することにより、住宅に対して効率的に制振を行うことができる。ここで、動吸振器２６ａ・２６ｂは一方向に効力を有するものでも良い。住宅の短手方向ＳＤの振動に対しては、動吸振器２６ａが作用する。動吸振器２６ａは重心Ｇをとおり、短手方向ＳＤに平行な線上に配設されているため、住宅の短手方向ＳＤの振動に対しては、動吸振器２６ａが重心Ｇ上に配設されているかのごとく、作用する。
そして、住宅の長手方向ＬＤの振動に対しては、動吸振器２６ｂが作用する。動吸振器２６ｂは重心Ｇをとおり、長手方向ＬＤに平行な線上に配設されているため、住宅の長手方向ＬＤの振動に対しては、動吸振器２６ｂが重心Ｇ上に配設されているかのごとく、作用する。短手方向ＳＤと長手方向ＬＤ以外の振動は、短手方向ＳＤおよび長手方向ＬＤの成分に分解されるので、短手方向ＳＤと長手方向ＬＤ以外の振動に対しても、動吸振器２６ａ・２６ｂにより制振効果を発揮できる。
このように、ペントハウス４０により重心Ｇに動吸振器を配設できない場合でも、動吸振器２６ａ・２６ｂにより、高い制振効果を発揮できる。さらに、一方向性の動吸振器を用いることができるため、施工にかかるコストを低減することができる。
【００２３】
次に、図１２および図１３において、説明する実施例は、ペントハウス４０により、動吸振器を住宅の重心位置に配設できない場合に、重心Ｇに点対称の位置に動吸振器２６ａ・２６ｂをそれぞれ配設する。この場合には、動吸振器２６ａ・２６ｂはＸ−Ｙ方向に作用する動吸振器である。
動吸振器２６ａ・２６ｂは重心Ｇに対して点対称の位置に配設されているので、動吸振器２６ａ・２６ｂに発生する制振力の合力は、動吸振器２６ａ・２６ｂの配設位置の中間点である重心Ｇにおいて発生したのと同等の効果を有するものである。
このように、ペントハウス４０により重心Ｇに動吸振器を配設できない場合でも、動吸振器２６ａ・２６ｂにより、高い制振効果を発揮できる。
さらに、交通振動などは、住宅の躯体構造だけでなく、内装および外装により、住宅に伝達される。そので、動吸振器２６ａ・２６ｂを内装および外装の多い住宅の外側に配設することにより、内装および外装より伝達される振動を動吸振器２６ａ・２６ｂにより効率的に低減することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上の如く構成したので以下のような効果を奏するものである。
即ち、請求項１に記載の如く、重量鉄骨Ｈ型鋼により鉄骨躯体を構成し、基礎２５上に１階の柱１２を立設し、該１階の柱１２上には１階の通し梁１ａを固設し、１階の通し梁１ａの上に２階の分断柱１５を立設し、２階の分断柱１５の上端に２階の通し梁１ｂを横設し、２階の通し梁１ｂ上には３階の分断柱１６が立設されており、３階の分断柱１６の上端には３階の通し梁１ｃを横設し、１階・２階・３階の通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体として、一階柱１２と二階柱１５と三階柱１６を分断した柱とし、上方階へ行くに連れて、分断柱の数を少なくした梁勝ち三階建てラーメン構造住宅において、交通振動を低減す る動吸振器２６ａ・２６ｂを屋上３１に配置する時に、該屋上３１の重心位置Ｇの位置に塔屋等が配置された場合は、該動吸振器２６を、住宅の短手方向ＳＤの振動に対する動吸振器２６ａと住宅の長手方向ＬＤの振動に対する動吸振器２６ｂの２個とし、住宅の重心位置Ｇ重心位置に対して点対称の位置に、両動吸振器２６ａ・２６ｂを配設するので、重心位置に動吸振器を配設できない場合でも、一対の動吸振器により、高い制振効果を発揮できる。さらに、動吸振器を内装および外装を考慮して配設することができ、内装および外装より伝達される振動を動吸振器により効率的に低減することができる。
また、住宅の振動を最も効率よく吸収することが可能となり、快適性に優れた住宅を提供可能となった。
【００２５】
また、鉄骨構造により躯体を構成し、梁を主体とした構成の三階建て住宅において、住宅の重心位置に対して点対称の位置に動吸振器を配設するので、動吸振器２６ａ・２６ｂが一方向の振動のみを吸収する構成であっても、住宅が振動を受けやすい短手方向の揺れを充分に吸収することが可能となった。これにより、低コストで耐振動構造を実現することが可能となり、快適性と経済性に優れた住宅を提供可能となった。
【００２６】
また、前記動吸振器は平面視において、住宅の屋上等において、重心位置に動吸振器を配置できない場合であっても、動吸振器の能力を最大限に活用する配置構成が可能となり、様々な用途に利用可能な屋上スペース等に制約を加えることなく、快適性に優れ、且つ耐振動構造を充分に確保した住宅を提供可能となった。
【００２７】
また、鉄骨構造により躯体を構成し、梁を主体とした構成の三階建て住宅において、住宅上部の屋上３１で、それぞれ対応する動吸振器を配設するので、住宅の重心位置に動吸振器を配設できない場合でも、一対の動吸振器により、高い制振効果を発揮できる。さらに、動吸振器として、一方向性の動吸振器を用いることができるため、施工にかかるコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 三階建て住宅の構成を示す俯瞰図
【図２】 本発明に用いる住宅の通し梁１ａと、一階柱１２と二階柱１５の部分の柱・梁接合部を構造を示す斜視図。
【図３】 住宅の振動の受け止め方を示した模式図。
【図４】 動吸振器の作動構成を示す模式図。
【図５】 動吸振器の制振機構を示す模式図。
【図６】 屋上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図。
【図７】 同じく平面図。
【図８】 ペントハウスのある屋上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図。
【図９】 同じく平面図。
【図１０】 重心を通り、一次独立な直線上に動吸振器を配置した住宅を示す斜視図。
【図１１】 同じく平面図である。
【図１２】 重心位置に対して点対称の位置に動吸振器を配設した住宅を示す斜視図。
【図１３】 同じく平面図である。
【符号の説明】
２６ 動吸振器
２６ａ・２６ｂ 動吸振器
３１ 屋上
４０ ペントハウス
４１Ｓ （短手方向の）開口部
４１Ｌ （長手方向の）開口部
Ｇ 重心位置
ＬＤ 長手方向
ＳＤ 短手方向

Claims (1)

1. 重量鉄骨Ｈ型鋼により鉄骨躯体を構成し、基礎２５上に１階の柱１２を立設し、該１階の柱１２上には１階の通し梁１ａを固設し、１階の通し梁１ａの上に２階の分断柱１５を立設し、２階の分断柱１５の上端に２階の通し梁１ｂを横設し、２階の通し梁１ｂ上には３階の分断柱１６が立設されており、３階の分断柱１６の上端には３階の通し梁１ｃを横設し、１階・２階・３階の通し梁１ａ・１ｂ・１ｃを主体として、一階柱１２と二階柱１５と三階柱１６を分断した柱とし、上方階へ行くに連れて、分断柱の数を少なくした梁勝ち三階建てラーメン構造住宅において、
   交通振動を低減する動吸振器２６ａ・２６ｂを屋上３１に配置する時に、該屋上３１の重心位置Ｇの位置に塔屋等が配置された場合は、該動吸振器２６を、住宅の短手方向ＳＤの振動に対する動吸振器２６ａと住宅の長手方向ＬＤの振動に対する動吸振器２６ｂの２個とし、住宅の重心位置Ｇ重心位置に対して点対称の位置に、両動吸振器２６ａ・２６ｂを配設することを特徴とする梁勝ち三階建てラーメン構造住宅の動吸振器。

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