防振間柱
【課題】加振階の床材から受振階の床材への振動の伝播を低減させる。
【解決手段】防振間柱１０はＨ形鋼からなる間柱１２を有し、間柱１２は、設置階の床面と上階スラブ側部材３０との間に配置される。間柱１２は、スラブ側部材３０の下端面より寸法Ｔだけ短い寸法とされ、フランジ１２の上端部には受板材１４が接合されている。受板材１４は、鋼板でアングル状に形成され、水平部１４Ｈには、スラブ側部材３０との連結部材であるボルト１８用の貫通孔２６が垂直方向に設けられ、スラブ側部材３０の下面３０Ｄと隙間Ｓを開けて対向配置されている。ボルト１８の頭部１９と水平部１４Ｈの間にはゴム座金２３が挿入され、ナット２０の締付け量でゴム座金２３の変形量を調節し、スラブ側部材３０と受板材１４との間の連結剛性を調整する。
【解決手段】防振間柱１０はＨ形鋼からなる間柱１２を有し、間柱１２は、設置階の床面と上階スラブ側部材３０との間に配置される。間柱１２は、スラブ側部材３０の下端面より寸法Ｔだけ短い寸法とされ、フランジ１２の上端部には受板材１４が接合されている。受板材１４は、鋼板でアングル状に形成され、水平部１４Ｈには、スラブ側部材３０との連結部材であるボルト１８用の貫通孔２６が垂直方向に設けられ、スラブ側部材３０の下面３０Ｄと隙間Ｓを開けて対向配置されている。ボルト１８の頭部１９と水平部１４Ｈの間にはゴム座金２３が挿入され、ナット２０の締付け量でゴム座金２３の変形量を調節し、スラブ側部材３０と受板材１４との間の連結剛性を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層建物において、床材を振動させる加振源を有する加振階から、加振階以外の階へ伝播する振動を低減させる防振間柱に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の多用途建物では、エアロビクススタジオなどの床材を振動させる加振源となるテナント（以下加振側テナント）と、診療所、高級ブティック、レストランなどの床材が振動することで空間としての価値が低下してしまうテナント（以下受振側テナント）とが同時に存在することが珍しくない。
【０００３】
このため、加振側テナントから受振側テナントへ伝播する振動の抑制が求められている。
伝播する振動の抑制にあたり、抑制手段を受振側テナントの所有範囲に設けることは、責任の所在と所有の問題から難しく、加振側テナントの所有範囲で対策せざるを得ないという問題がある。
【０００４】
対策としては、加振階の床スラブを補剛（剛性を上げる）する方法、加振階の床材に防振床を追加し二重床構成とする方法、加振階の床材に動吸振器を設置する方法などがある。しかし、これらの方法は、いずれも、加振階の振動の振幅を下げる効果はあっても、必ずしも受振階に伝播する振動を大幅に低減することはできず、コストパフォーマンスは高くない。
【０００５】
なお、エアロビクススタジオは、複数階を占有している場合が比較的多いので、エアロビクススタジオが占有している階の空間を利用して、間仕切り壁や、間仕切り壁に内蔵された間柱で、加振階の床材とその上階又は下階の床材とを結ぶ方法が比較的簡便な対策として採用されている。しかし、かかる方法も、加振階で発生している振動の振幅を下げる効果はあっても、受振階に伝播する振動を低減する効果はほとんどない。
【０００６】
また、加振階の床材に固定した管体へ、間柱の上端部を挿入し、管体と上端部との間に減衰材を介在させることで、加振階の振動を低減する技術もある（特許文献１）。しかし、この方法によっても、受振階に伝播する振動を低減する効果は得られない。
【０００７】
以上のように、加振階から受振階へ伝播する振動を低減する対策は、ほとんど効果が得られていない。
【特許文献１】特開平２００５−３３６７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事実に鑑み、加振階の床材から受振階の床材への振動の伝播を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、床材を振動させる加振源を有する加振階の階下に配置され、前記加振階の階下の床材に下端部が固定された間柱と、前記間柱の上部に接合され、前記加振階の床材のスラブ側部材と所定の隙間を開けて対向する受板材と、前記スラブ側部材と前記受板材とを、上下方向に移動可能に貫通する連結部材と、前記連結部材の上下両端部に設けられ、前記連結部材に引張力を付与する締結手段と、前記締結手段と前記受板材との間、又は前記締結手段と前記スラブ側部材との間に設けられた弾性部材と、を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項１に記載の発明では、間柱が加振階の階下に配置され、間柱の下端部は加振階の階下の床材に固定されており、間柱の上部には受板材が接合されている。
このとき、受板材は加振階の床材のスラブ側部材と対向配置されており、受板材の上面とスラブ側部材の下面との間には、所定の隙間が開けられている。
【００１１】
また、所定の隙間を開けて対向配置している受板材とスラブ側部材には、それぞれに貫通孔が設けられ、貫通孔には、連結部材が上下方向に移動可能に挿入されている。
【００１２】
連結部材の上端部及び下端部には締結手段が設けられており、この締結手段で連結部材に引張力を付与している。また、締結手段と受板材との間、又は締結手段とスラブ側部材との間には弾性部材が配置され、弾性部材には圧縮力が付与されている。
これにより、間柱に接合された受板材と加振階の床材を支持するスラブ側部材とが弾性部材を介して連結部材で連結され、防振間柱がない場合と比較して各階の床材の応答振幅が変化する。
【００１３】
即ち、加振階の１階下の階の床材と加振階の床材のスラブ側部材が弾性部材を介して連結部材で連結されているため、連結されることにより、加振階から加振階の１階下の階(連結階)および受振階へと伝播される相対的な振動の大きさを表す振動モードが変化し、各々の振動モードが励起される程度も変化する。各階の床材の応答振動の大きさは、各々の振動モードにおける各階の振動の大きさと各々の振動モードが励起される程度により決まるので、締結手段で弾性部材に加える圧縮力を調節し、受振階の床材の応答振動が最も小さくなる連結剛性とする。これにより、加振階の床材から受振階の床材への振動の伝播を、低減することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の防振間柱において、前記間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、前記受板材は、鉛直部が前記間柱の側面に接合され、前記連結部材が貫通する貫通孔が形成された水平部が、前記スラブ側部材と所定の隙間を開けて対向するアングル材で構成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、受板材はアングル材で構成されている。このとき、アングル材は鉛直部が間柱の上部側面に接合され、連結部材が貫通できる貫通孔が形成された水平部は、水平部の上面部をスラブ側部材と所定の隙間を開けて対向している。
【００１６】
これにより、鉄骨型鋼または組立鋼材で構成された間柱を、先に加振階の１階下の階の床材に固定し、後から、加振階の床材のスラブ側部材と所定の隙間を開けて、受板材を間柱に接合することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の防振間柱において、前記間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、前記受板材は、前記間柱の上端面に接合され、前記スラブ側部材と所定の隙間を開けて対向し、前記連結部材が貫通する貫通孔が形成されたエンドプレートで構成されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項３に記載の発明では、間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、受板材は、間柱の上端面に接合された平板状のエンドプレートで構成されている。エンドプレートの上面は、所定の隙間を開けて、スラブ側部材と対向している。
【００１９】
また、エンドプレートの両端部には、連結部材が貫通できる貫通孔が設けられており、この貫通孔を利用して、連結部材で上階床材に連結される。
これにより、エンドプレートを間柱に連結する後工程が不要となる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の防振間柱において、前記弾性部材は、所定の剛性を備え、前記連結部材が貫通する円盤状の弾性体と、
前記弾性体の両面に接着された円盤状の座金と、を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、弾性部材は連結部材が貫通できる貫通孔を有する円盤状の弾性体の両面に、円盤状の座金を接着して積層構造とされている。
これにより、弾性体の変形状態が安定し、鉛直方向の弾性変形の再現性の精度を向上できる。更に、締結手段が弾性体に接触して弾性体が傷むのを防止できる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１または４のいずれか１項に記載の防振間柱において、前記スラブ側部材と前記受板材との連結部の剛性である連結剛性を、前記弾性部材の材質、硬度、寸法、形状若しくは数量を変更することにより調整することを特徴としている。
【００２３】
請求項５に記載の発明では、スラブ側部材と受板材との連結部の剛性である連結剛性を、締結手段による締付け量だけでなく、弾性部材の材質、硬度、寸法、形状若しくは数量を変更することにより調整できる。
【００２４】
これにより、連結剛性の調整をより広範囲に行うことができる。また、種々の剛性を有する弾性部材を予め準備しておき、それらの中から、設計値に従い適切な製品を選び、弾性部材として用いることができる。現場の条件が、机上の推定と大きく異なっている場合には、弾性部材を適正なものに容易に交換できる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項１、４、５のいずれか１項に記載の防振間柱において、前記締結手段の締付け量を調整して前記弾性部材の変形量を決定し、前記弾性部材の変形量で前記連結剛性を調整することを特徴としている。
【００２６】
請求項６に記載の発明では、連結剛性を、締結手段の締付け量を変えることにより、弾性部材の変形量を調整し、弾性部材の変形量で連結剛性を調整している。
これにより、連結剛性を容易に微調整できる。即ち、締め付け面が拘束された弾性部材は、締め付け力が大きくなるにつれて、鉛直変形の増加の割合が小さくなるという非線形性を備えている。この弾性部材の特性を利用して、締め付け力を変えることで、連結剛性を微調整することができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の防振間柱において、前記間柱を前記加振階に配置したことを特徴としている。
請求項７に記載の発明では、防振間柱を加振階に配置している。加振階に防振間柱を配置しても、加振階の床材と加振階の上階のスラブ側部材とを防振間柱により所定の連結剛性で連結することができる。
【００２８】
これにより、請求項１と同様に、加振階の床材から受振階の床材への振動の伝播を低減することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は上記構成としてあるので、加振階の床材から受振階の床材への振動の伝播を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（第１の実施の形態）
【００３１】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る防振間柱１０は、Ｈ形鋼からなる間柱１２を有し、間柱１２は、設置階の床面と設置階の上階の床（スラブ）を支持するＨ形鋼からなる梁材３０の間に配置されている。
【００３２】
間柱１２のフランジ１２Ａには水平方向の貫通孔１３が設けられ、フランジ１２Ａの上部には受板材（アングル材）１４が配置されている。アングル材１４は鋼板で形成され、アングル材１４の鉛直部１４Ｖには水平方向の貫通孔１５が設けられ、フランジ１２Ａの貫通孔１３を貫通したボルト１６でフランジ１２Ａに接合されている。
【００３３】
アングル材１４の水平部１４Ｈは間柱１２の外方へ向けられ、水平部１４Ｈには垂直方向に貫通孔２６が設けられている。水平部１４Ｈは梁材３０のフランジ部３０Ｆの下部に配置され、水平部１４Ｈの上面１４Ｕは、フランジ部３０Ｆの下面３０Ｄと隙間Ｓを開けて対向配置されている。また、間柱１２の上端面１２Ｕは、梁材３０の下端面３０Ｄと寸法Ｔだけ開けて対向配置されている。
【００３４】
フランジ部３０Ｆには、水平部１４Ｈの貫通孔２６と軸線を一致させて垂直方向に貫通孔２８が設けられている。水平部１４Ｈの貫通孔２６とフランジ部３０Ｆの貫通孔２８とを貫通して、ボルト１８が上下方向に移動可能に挿入されている。
【００３５】
ボルト１８は、水平部１４Ｈの下方から頭部１９を下にして挿入され、フランジ部３０Ｆの上部で、ナット２０を用いて締結されている。ナット２０の締付け力を調整することで、ボルト１８に加える引張力を調整できる。
【００３６】
ボルト１８の頭部１９と水平部１４Ｈの下面との間には、弾性部材としてのゴム座金２３が挿入されており、アングル材１４と梁材３０がゴム座金２３を介してボルト１８で連結されている。
【００３７】
これにより、ボルト１８に加える引張力を調整することで、ゴム座金２３に加える圧縮力を調節できる。ゴム座金２３は加えられる圧縮力に応じて変形され、ゴム座金２３の変形量で、アングル材１４と梁材３０の間の連結の強さである連結剛性を調整できる。
【００３８】
なお、ゴム座金２３の挿入位置は、ゴム座金２３を挟んで梁材３０とアングル材１４を引張ボルト接合すれば同様の効果が得られるため、ボルト１８の頭部１９と水平部１４Ｈの下部との間に限定されず、ゴム座金２３をフランジ部３０Ｆの上部とナット２０との間に配置してもよい。
【００３９】
隙間Ｓは、加振階の床材が加振源で加振され、振動するときの最大振幅よりも大きな寸法とされている。このため、加振階の床材の振動で、アングル材１４と梁材３０とが直接衝突することはない。
また、水平部１４Ｈの上面１４Ｕは、間柱１２の上端面１２Ｕと同一若しくはより高い位置にある。即ち、隙間Ｓは間柱１２の上端面１２Ｕと梁材３０の下面３０Ｄとの隙間Ｔと同一若しくはより小さい値となっている。このため、加振階の床材の振動により、間柱１２の上端面１２Ｕと梁材３０とが衝突することはない。
【００４０】
間柱１２の下端部（図示せず）は、設置している階の床材に、アンカーボルトやモルタルベースなどで固定される。なお、間柱１２は、成または幅のいずれか小さい方の寸法が５０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲にあるものが望ましい。また、間柱１２は、単独で配置された状態を示しているが、配置される階の使用上の必要に応じて、間仕切壁の内部に格納された状態で配置してもよい。
【００４１】
実施例では、間柱１２を梁材３０に連結する構成としたが、スラブの構造によっては小梁や梁の下端フランジ、又はスラブの下面でもよい。また、梁材３０から間柱１２に対向する柱状の部材を垂下させて用いても良い。
【００４２】
以上説明したように、間柱１２の設置は、間柱１２の下端を床材に固定した後にアングル材１４の高さ方向の位置決めをし、間柱１２の上端にボルト接合１６することができる。このため、現地での作業が容易となる。
なお、間柱１２は、Ｈ形鋼を例に説明したが、Ｈ形鋼に限られることはなく、他の鉄骨型鋼または組立鋼材でもよい。
【００４３】
次にゴム座金２３の詳細について説明する。
ゴム座金２３は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、円盤状に形成された弾性体（ゴム部材）２４の両側面に、同じく円盤状に形成された座金２２を接着して積層構造としている。ゴム部材２４の中央の穴２５と、座金２２の中央の穴２７はいずれもボルト１８用の貫通孔である。
【００４４】
ゴム部材２４は、材料自体の減衰が小さなクロロプレンゴム又は天然ゴム等のゴム材で形成され、所定強度の鉛直方向の剛性を有している。なお、鉛直方向の剛性は、ゴム材料の硬度、ゴム部材２４の厚さＴ１と外形ＤＯ１で決定される。
【００４５】
座金２２の厚さＴ２は、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲が望ましく、座金２２の外形ＤＯ２と内径ＤＩ２は、いずれもゴム部材２４の外形ＤＯ１と内径ＤＩ１と同径か、またはやや大きい径とされている。これは、座金２２とボルト１８の軸部との直接接触を避け、２次的な高振動数領域の振動の発生を防止するためである。
【００４６】
また、ゴム部材２４と座金２２とは積層接着されている。これにより、ゴム座金２３が鉛直方向の荷重を受けたときの変形状態が安定し、鉛直荷重に対する弾性変形の再現性の精度が向上する。更に、締結手段によってゴム部材２４が傷むのを防止できる。
【００４７】
図３に示すように、ゴム座金２３の荷重（圧縮力）に対する変形量は非線形性となる。即ち、弾性体２４の材質がゴムであり、圧縮面が座金２２で拘束されているため、圧縮力が小さい時（荷重Ｐ１）の変形量の増加の割合（角度α１）に比べ、圧縮力が大きい時（荷重Ｐ３）の変形量の増加の割合（角度α３）が小さくなる（α１＜α３）。
【００４８】
ゴム座金２３の変形特性は非線形性ではあるが、ナット２０による締付け力を調節し、ゴム座金２３に加える圧縮力を一定にすれば、ゴム座金２３は定まった量だけ変形する。図３に示すように、予め、ゴム座金２３の変形特性を把握しておけば、ナット２０による締付け力を調節することで、ゴム座金２３の変形量を決定できる。
【００４９】
一例として、ゴム部材２４を、厚さＴ１を２ｍｍ〜６ｍｍの範囲内で形成し、かつ、この厚さＴ１の範囲内において、外形ＤＯ１を２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内で形成する。そうすれば、ゴム部材２４に面積１平方ミリメートル当たり１Ｎ〜３Ｎの範囲の圧縮力を加えた場合に、ゴム部材２４の鉛直方向の剛性が１ＫＮ〜５ＫＮ／ｍｍの範囲となる。
【００５０】
この結果、例えば材質、硬度、寸法、形状の異なるゴム座金２３を複数種類成形しておけば、それらの中から、要求される鉛直方向の剛性に合わせて最適なゴム座金２３が選択できる。また、使用数量を選択することもできる。更に、その選択したゴム座金２３の締付け力を調節することで微調整をすることができ、幅広い連結剛性の要求に対応できる。
【００５１】
即ち、設計段階で求めた連結剛性の最適値に最も近い製品を選び、ゴム座金２３として用いることができる。
このとき、現場の建物の条件が設計段階で求めた推定値と大きく異なった場合には、当初選定したゴム座金２３を適正な製品に交換すればよく、容易に適正な特性をもつゴム座金２３を得ることができる。
【００５２】
次に、本発明の作用、効果についてモデル実験の結果を用いて説明する。
図４に示すように、モデル実験に使用した多層建物５０は、最上階に加振源となるエアロビクススタジオ５１（加振階）を有し、エアロビクススタジオ５１の床材５４が加振床となる。
【００５３】
加振階５１の直下のフロア５７（連結階）は、加振階５１と同じ所有者が所有している。この連結階５７に防振間柱１０が配置されている。防振間柱１０の下端は連結階５７の床材５６に固定され、防振間柱１０の上部は、床材５４を支持するＨ形鋼からなる梁３０に既述の方法で連結されている。
【００５４】
連結階５７の下の階５９（受振階）に入居しているテナントは、加振階５１とは所有者が異なる。受振階５９のテナントにとって、床材５８の振動は好ましくなく、床材５４で発生した振動が床材５８まで伝播しないよう、可能な限り振動の伝播を低減させる必要がある。
【００５５】
エアロビクススタジオ５１の床材５４は、エアロビクススタジオ５１で発生する加振力Ｐが床材５４に加えられ、振動が励起される。
【００５６】
この床材５４の振動は、柱材５５を経由して、１階下の連結階の床材５６や２階下の受振階の床材５８に伝播される。この結果、受振階の床材５８が振動する。
【００５７】
振動の低減にあたり、柱材５５を経由して受振階の床材５８に伝播される振動の最大加速度を算出し、この最大加速度の値で低減効果を判断した。
【００５８】
具体的には、防振間柱１０のゴム座金２３の剛性をパラメータとし、床材５４に同じ加振力Ｐを加えた場合に、ゴム座金２３の剛性により受振階の床材５８に伝播される最大加速度をそれぞれ算定した。
【００５９】
このとき、ゴム座金２３の剛性は、減衰が小さい場合と、減衰が大きい場合の２つのケースについて計算した。
算定は、図５に示すバネ−質量系の解析モデルを用いた。
【００６０】
図５において、加振階の床材５４は、床材５４の質量６４と床材５４のバネ７０に分解され、モデル化されている。ここに、床材のバネ定数をＫ１、減衰定数をｈ１とした。
【００６１】
連結階の床材５６も、床材の質量６６と床材のバネ７２に分解され、受振階の床材５８も、床材の質量６８と床材のバネ７４に分解されている。なお、防振間柱１０については、質量は省略し、バネ７６のみとしている。
【００６２】
先ず、加振階の床材５４と連結階の床材５６の間に防振間柱１０が配置されていない場合について説明する。
【００６３】
図５において、質量６４単独の固有振動数はｆ１である。質量６６単独の固有振動数はｆ2である。質量６８単独の固有振動数はｆ3である。ｆ2とｆ3はほぼ同程度の値である。これらの質量が柱材５５の質量６０を介して連結しているために、前記３つの質量と３つの固有振動数の相対的関係により、新たな３つの固有振動数が生じる。すなわち、固有振動数ｆ１に近接した値となる固有振動数ｆ4と、固有振動数ｆ１と固有振動数ｆ2およびｆ3の中間的な値となる固有振動数ｆ5と、固有振動数ｆ2およびｆ3に近接した値となる固有振動数ｆ6である。
【００６４】
それぞれの振動数に対応する質量６４、質量６６、質量６８の相対的な揺れの関係を、振動モードＵ4、振動モードＵ５、振動モードＵ６とする。
防振間柱１０が配置されていない場合、３つの振動モードは以下のような特徴を持つ。
振動モードＵ4は、質量６４が相対的に大きく振動し、質量６６と質量６８の振動が小さい。
振動モート゛Ｕ５は、質量６４、質量６６、質量６８がほぼ同じ大きさの振動を呈する。
振動モードＵ６は、質量６４の振動に比べ質量６６と質量６８の振動が相対的に大きい。
質量６４に加振力Ｐが加えられるために、３つの振動モードが励起される度合いは、振動モードＵ4が大きく、次いで振動モードＵ５が大きく、振動モードＵ６は小さい。
【００６５】
加振力Ｐが繰り返し加えられた場合には、この３つの振動モードの振動が、それぞれの固有振動数、それぞれの大きさで継続する。
減衰定数ｈ１、ｈ２、ｈ３は、それぞれの振動モードにおけるそれぞれの質量６４、６６、６８の相対的な振動の大きさの割合で分配され、３つの振動モードに対応する減衰定数ｈ４、ｈ５、ｈ６となる。振動モードＵ4、Ｕ５、Ｕ６は減衰定数ｈ４、ｈ５、ｈ６で減衰される。
このときの質量６８の振動は、振動モードＵ５による振動ｕ５６８が大きく、ついで振動モードＵ4による振動ｕ4６８が大きく、振動モードＵ６よる振動ｕ６６８は相対的に小さい。
この３つの振動ｕ4６８、ｕ５６８、ｕ６６８を合計することで、受振階の床材５８の質量６８に伝達された応答加速度の最大値Ｑ１を求めることができる。
【００６６】
次に、加振階の床材５４と連結階の床材５６の間に防振間柱１０が配置されている場合について説明する。
図５において、質量６４単独の固有振動数はｆ１である。質量６６単独の固有振動数はｆ2である。質量６８単独の固有振動数はｆ3である。ｆ2とｆ3はほぼ同程度の値である。これらの質量が柱材５５の質量６０および防振間柱１０のバネ定数Ｋ10と減衰定数ｈ10を介して連結しているために、前記３つの質量と３つの固有振動数の相対的関係により、新たな３つの固有振動数が生じる。すなわち、固有振動数ｆ１に近接した値となる固有振動数ｆ'4と、固有振動数ｆ１と固有振動数ｆ2およびｆ3の中間的な値となる固有振動数ｆ'5と、固有振動数ｆ2およびｆ3に近接した値となる固有振動数ｆ'6である。固有振動数ｆ'4、ｆ'5、ｆ'6の値はバネ定数Ｋ10および減衰定数ｈ10の大きさにより変化する。
【００６７】
それぞれの振動数に対応する質量６４、質量６６、質量６８の相対的な揺れの関係を、振動モードＵ'4、振動モードＵ'５、振動モードＵ'６とする。
防振間柱１０が配置された場合、３つの振動モードは以下のような特徴を持つ。
振動モードＵ'4は、質量６４が相対的に大きく振動し、質量６６と質量６８の振動が小さい。
振動モードＵ'５および振動モードＵ'６は、質量６４の振動に比べ質量６６と質量６８の振動が相対的に大きい。
３つの振動モードにおける質量６４、質量６６、質量６８の相対的な振動の大きさは、バネ定数Ｋ10および減衰定数ｈ10の大きさにより変化する。
質量６４に加振力Ｐが加えられるために、３つの振動モードが励起される度合いは、振動モードＵ4が大きく、振動モードＵ５、振動モードＵ６はそれに比べ小さい。その度合いはバネ定数Ｋ10および減衰定数ｈ10の大きさにより変化する。
加振力Ｐが繰り返し加えられた場合には、この３つの振動モードが、それぞれの固有振動数、それぞれの大きさで継続する。
【００６８】
減衰定数ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ10は、それぞれの振動モードにおけるそれぞれの質量６４、６６、６８の相対的な振動の大きさの割合で分配され、３つの振動モードに対応する減衰定数ｈ'４、ｈ'５、ｈ'６となる。振動モードＵ'4、Ｕ'５、Ｕ'６は減衰定数ｈ'４、ｈ'５、ｈ'６で減衰される。
このときの質量６８の振動は、振動モードＵ'4による振動ｕ'4６８、振動モート゛Ｕ'５による振動ｕ'５６８、振動モードＵ'６よる振動ｕ'６６８から成り立っている。この３つの振動ｕ'4６８、ｕ'５６８、ｕ'６６８はバネ定数Ｋ10および減衰定数ｈ10の大きさにより変化する。
３つの振動ｕ'4６８、ｕ'５６８、ｕ'６６８を合計することで、受振階の床材５８の質量６８に伝達された応答加速度の最大値Ｑ２を求めることができる。
【００６９】
このようにして求めた、防振間柱１０を配置したときの、質量６８に伝達された応答加速度の最大値Ｑ２と、防振間柱１０を配置しないときの、質量６８に伝達された応答加速度の最大値Ｑ１との比を求めることで、防振間柱１０による振動の低減効果が求められる。
【００７０】
図６に、加振階の床材５４、連結階の床材５６、受振階の床材５８の計算条件を示す。なお、図６に示した各値は、１スパン（８ｍ×８ｍ）の面積当たりの値であり、実験及び実測から得られた値に基づいて定めた。
【００７１】
図７は、上記の計算モデルと計算条件を用いて、受振階の床材５８の応答加速度の最大値を計算した結果の一例である。
横軸はゴム座金２３の剛性を、縦軸は受振階の床材５８の最大加速度を示している。なお、縦軸は、防振間柱１０が配置されていない場合の最大加速度との比で示している。
【００７２】
図７に示す応答特性Ａは、ゴム座金２３を減衰の大きな材料（例えば粘弾性体、減衰定数５７．５％）で成形した場合の計算結果である。
【００７３】
ゴム座金２３の剛性を、ゼロ（連結なし、最大加速度比は１）から徐々に高くしてゆくにつれ、最大加速度比は１から減少を始め、ゴム座金２３の剛性が４ｔｆ／ｃｍ前後の値のとき最大加速度比は最小値（約０．７３）となる。その後、ゴム座金２３の剛性を高くしてゆくにつれ、最大加速度比は徐々に増大を始め、ゴム座金２３の剛性が４０ｔｆ／ｃｍ以上では、最大加速度比は、再び１前後となる。
【００７４】
即ち、剛性が４ｔｆ／ｃｍ前後のゴム座金を用いれば、防振間柱１０を配置していない場合、若しくは防振間柱１０を剛に連結している場合に比べ、受振階の床材５８に伝わる最大加速度は、３割近く低減する。
【００７５】
図７に示す応答特性Ｂは、ゴム座金２３を、減衰の小さな材料（例えばクロロプレンゴム又は天然ゴム、減衰定数２％）で連結した場合の計算結果である。
【００７６】
上述の応答特性Ａと同様に、ゴム座金２３の剛性をゼロ（連結なし、最大加速度比は１）から徐々に高くしてゆくにつれ、最大加速度比は１から減少を始め、ゴム座金２３の剛性が１０ｔｆ／ｃｍ前後で、最大加速度比は最小値（約０．６１）となる。その後、ゴム座金２３の剛性を高くしてゆくにつれ、最大加速度比は徐々に増大を始め、ゴム座金の剛性が５０ｔｆ／ｃｍ以上で、最大加速度比は０．９４前後となる。
【００７７】
即ち、剛性が１０ｔｆ／ｃｍ前後のゴム座金を用いれば、防振間柱１０を配置していない場合、若しくは防振間柱１０を剛に連結している場合に比べ、受振階の床材５８に伝わる最大加速度は、４割近く低減できる。
【００７８】
図７の結果から、受振階の床材５８に伝達される振動の低減量は、減衰定数の小さなゴム部材２４（応答特性Ｂ）を用いた方が、効果が大きいといえる。更に、応答特性Ｂの方が、応答特性Ａより、良好な低減効果が得られる範囲（網掛け部Ｄ）が広いという特徴を有する。
【００７９】
また、減衰定数の大きなゴム材料は、圧縮力を加えた時に応力緩和が生じやすく、長時間圧縮力を加えておくと特性が変化する。これらは、ボルトの緩みの原因となるなどの欠点があり、ゴム部材２４としては好ましくない。一方、減衰の小さなゴム材料は、応力緩和が生じにくく、この点からも信頼性の高い防振対策ができ、望ましいといえる。
【００８０】
上記の計算において、防振間柱１０の配置は、連結階５７の床面５６（８ｍ×８ｍ）の中央位置とした。防振間柱１０を、床面の周辺部に配置しても使用は可能であるが効果は低下する。良好な性能を確保するには、床面の中央付近に配置するのが望ましい。
【００８１】
以上、防振間柱１０を、加振階５１の１階下の連結階５７に配置する場合について説明した。しかし、防振間柱１０の配置位置は、この位置に限定されることはなく、加振階５１に配置しても同じ効果を得ることができる。即ち、防振間柱１０を加振階５１の床面５４と上階スラブ５２との間に配置し、上述と同様の方法で、防振間柱１０の下端を加振階の床面５４に固定し、防振間柱１０の上端を上階スラブの梁５３に接合すればよい。
【００８２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る防振間柱９０は、図８に示すように、Ｈ形鋼で構成された間柱１２を有し、間柱１２の上端面１２Ｕに受板材（エンドプレート）９２が配置されている。
【００８３】
エンドプレート９２は平板状の鋼板で形成され、エンドプレート９２の中央部は、間柱１２の上端面１２Ｕと溶接接合されている。エンドプレート９２の両端面は、それぞれ間柱１２のフランジ１２Ａからせり出ており、連結端面９２Ｒと連結端面９２Ｌを構成している。
【００８４】
連結端面９２Ｒと連結端面９２Ｌには、それぞれ貫通孔９４が垂直に設けられ、梁３０のフランジ３０Ｆには、貫通孔９４と軸線を一致させた貫通穴２８が垂直に設けられている。
【００８５】
これらの貫通穴９４と貫通穴２８には、ボルト１８が頭１９を下にして移動可能に挿入され、フランジ３０Ｆの上部のナット２０で締結されている。ボルト１８の頭部２０とエンドプレート９２の下面との間には、ゴム座金２３を挟み、引張ボルト接合とされている。
エンドプレート９２の上面９２Ｕは、フランジ３０Ｆの下面３０Ｄと隙間Ｓを開けて対向配置されている。
【００８６】
第２の実施の形態においては、受板材９２がエンドプレートで形成されている点を除いては、第１の実施の形態と同じであり、第１の実施の形態と同一の作用、効果を得ることができる。同一事項についての説明は省略する。
【００８７】
なお、第２の実施の形態においては、エンドプレート９２は間柱１２の上端面に溶接接合されているため、間柱１２とエンドプレート９２とを接合するための後工程が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る防振間柱の構成を示す図である。
【図２】本発明のゴム座金の構成を示す図である。
【図３】本発明のゴム座金の荷重と変形計量の関係を示す図である。
【図４】本発明のモデル実験に使用した多層建物を示す図である。
【図５】本発明のモデル実験に用いたバネ−質量系の解析モデルを示す図である。
【図６】本発明のモデル実験の計算条件を示す図である。
【図７】本発明のモデル実験の計算結果の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る防振間柱の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 防振間柱
１２ 間柱
１４ 受板材（アングル材）
１８ 連結部材（ボルト）
２０ 締結手段（ナット）
２２ 座金
２３ 弾性部材（ゴム座金）
２４ 弾性体（ゴム部材）
９０ 防振間柱
９２ 受板材（エンドプレート）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層建物において、床材を振動させる加振源を有する加振階から、加振階以外の階へ伝播する振動を低減させる防振間柱に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近の多用途建物では、エアロビクススタジオなどの床材を振動させる加振源となるテナント（以下加振側テナント）と、診療所、高級ブティック、レストランなどの床材が振動することで空間としての価値が低下してしまうテナント（以下受振側テナント）とが同時に存在することが珍しくない。
【０００３】
このため、加振側テナントから受振側テナントへ伝播する振動の抑制が求められている。
伝播する振動の抑制にあたり、抑制手段を受振側テナントの所有範囲に設けることは、責任の所在と所有の問題から難しく、加振側テナントの所有範囲で対策せざるを得ないという問題がある。
【０００４】
対策としては、加振階の床スラブを補剛（剛性を上げる）する方法、加振階の床材に防振床を追加し二重床構成とする方法、加振階の床材に動吸振器を設置する方法などがある。しかし、これらの方法は、いずれも、加振階の振動の振幅を下げる効果はあっても、必ずしも受振階に伝播する振動を大幅に低減することはできず、コストパフォーマンスは高くない。
【０００５】
なお、エアロビクススタジオは、複数階を占有している場合が比較的多いので、エアロビクススタジオが占有している階の空間を利用して、間仕切り壁や、間仕切り壁に内蔵された間柱で、加振階の床材とその上階又は下階の床材とを結ぶ方法が比較的簡便な対策として採用されている。しかし、かかる方法も、加振階で発生している振動の振幅を下げる効果はあっても、受振階に伝播する振動を低減する効果はほとんどない。
【０００６】
また、加振階の床材に固定した管体へ、間柱の上端部を挿入し、管体と上端部との間に減衰材を介在させることで、加振階の振動を低減する技術もある（特許文献１）。しかし、この方法によっても、受振階に伝播する振動を低減する効果は得られない。
【０００７】
以上のように、加振階から受振階へ伝播する振動を低減する対策は、ほとんど効果が得られていない。
【特許文献１】特開平２００５−３３６７１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事実に鑑み、加振階の床材から受振階の床材への振動の伝播を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載の発明は、床材を振動させる加振源を有する加振階の階下に配置され、前記加振階の階下の床材に下端部が固定された間柱と、前記間柱の上部に接合され、前記加振階の床材のスラブ側部材と所定の隙間を開けて対向する受板材と、前記スラブ側部材と前記受板材とを、上下方向に移動可能に貫通する連結部材と、前記連結部材の上下両端部に設けられ、前記連結部材に引張力を付与する締結手段と、前記締結手段と前記受板材との間、又は前記締結手段と前記スラブ側部材との間に設けられた弾性部材と、を有することを特徴としている。
【００１０】
請求項１に記載の発明では、間柱が加振階の階下に配置され、間柱の下端部は加振階の階下の床材に固定されており、間柱の上部には受板材が接合されている。
このとき、受板材は加振階の床材のスラブ側部材と対向配置されており、受板材の上面とスラブ側部材の下面との間には、所定の隙間が開けられている。
【００１１】
また、所定の隙間を開けて対向配置している受板材とスラブ側部材には、それぞれに貫通孔が設けられ、貫通孔には、連結部材が上下方向に移動可能に挿入されている。
【００１２】
連結部材の上端部及び下端部には締結手段が設けられており、この締結手段で連結部材に引張力を付与している。また、締結手段と受板材との間、又は締結手段とスラブ側部材との間には弾性部材が配置され、弾性部材には圧縮力が付与されている。
これにより、間柱に接合された受板材と加振階の床材を支持するスラブ側部材とが弾性部材を介して連結部材で連結され、防振間柱がない場合と比較して各階の床材の応答振幅が変化する。
【００１３】
即ち、加振階の１階下の階の床材と加振階の床材のスラブ側部材が弾性部材を介して連結部材で連結されているため、連結されることにより、加振階から加振階の１階下の階(連結階)および受振階へと伝播される相対的な振動の大きさを表す振動モードが変化し、各々の振動モードが励起される程度も変化する。各階の床材の応答振動の大きさは、各々の振動モードにおける各階の振動の大きさと各々の振動モードが励起される程度により決まるので、締結手段で弾性部材に加える圧縮力を調節し、受振階の床材の応答振動が最も小さくなる連結剛性とする。これにより、加振階の床材から受振階の床材への振動の伝播を、低減することができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の防振間柱において、前記間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、前記受板材は、鉛直部が前記間柱の側面に接合され、前記連結部材が貫通する貫通孔が形成された水平部が、前記スラブ側部材と所定の隙間を開けて対向するアングル材で構成されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、受板材はアングル材で構成されている。このとき、アングル材は鉛直部が間柱の上部側面に接合され、連結部材が貫通できる貫通孔が形成された水平部は、水平部の上面部をスラブ側部材と所定の隙間を開けて対向している。
【００１６】
これにより、鉄骨型鋼または組立鋼材で構成された間柱を、先に加振階の１階下の階の床材に固定し、後から、加振階の床材のスラブ側部材と所定の隙間を開けて、受板材を間柱に接合することができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の防振間柱において、前記間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、前記受板材は、前記間柱の上端面に接合され、前記スラブ側部材と所定の隙間を開けて対向し、前記連結部材が貫通する貫通孔が形成されたエンドプレートで構成されていることを特徴としている。
【００１８】
請求項３に記載の発明では、間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、受板材は、間柱の上端面に接合された平板状のエンドプレートで構成されている。エンドプレートの上面は、所定の隙間を開けて、スラブ側部材と対向している。
【００１９】
また、エンドプレートの両端部には、連結部材が貫通できる貫通孔が設けられており、この貫通孔を利用して、連結部材で上階床材に連結される。
これにより、エンドプレートを間柱に連結する後工程が不要となる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の防振間柱において、前記弾性部材は、所定の剛性を備え、前記連結部材が貫通する円盤状の弾性体と、
前記弾性体の両面に接着された円盤状の座金と、を有することを特徴としている。
【００２１】
請求項４に記載の発明では、弾性部材は連結部材が貫通できる貫通孔を有する円盤状の弾性体の両面に、円盤状の座金を接着して積層構造とされている。
これにより、弾性体の変形状態が安定し、鉛直方向の弾性変形の再現性の精度を向上できる。更に、締結手段が弾性体に接触して弾性体が傷むのを防止できる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、請求項１または４のいずれか１項に記載の防振間柱において、前記スラブ側部材と前記受板材との連結部の剛性である連結剛性を、前記弾性部材の材質、硬度、寸法、形状若しくは数量を変更することにより調整することを特徴としている。
【００２３】
請求項５に記載の発明では、スラブ側部材と受板材との連結部の剛性である連結剛性を、締結手段による締付け量だけでなく、弾性部材の材質、硬度、寸法、形状若しくは数量を変更することにより調整できる。
【００２４】
これにより、連結剛性の調整をより広範囲に行うことができる。また、種々の剛性を有する弾性部材を予め準備しておき、それらの中から、設計値に従い適切な製品を選び、弾性部材として用いることができる。現場の条件が、机上の推定と大きく異なっている場合には、弾性部材を適正なものに容易に交換できる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項１、４、５のいずれか１項に記載の防振間柱において、前記締結手段の締付け量を調整して前記弾性部材の変形量を決定し、前記弾性部材の変形量で前記連結剛性を調整することを特徴としている。
【００２６】
請求項６に記載の発明では、連結剛性を、締結手段の締付け量を変えることにより、弾性部材の変形量を調整し、弾性部材の変形量で連結剛性を調整している。
これにより、連結剛性を容易に微調整できる。即ち、締め付け面が拘束された弾性部材は、締め付け力が大きくなるにつれて、鉛直変形の増加の割合が小さくなるという非線形性を備えている。この弾性部材の特性を利用して、締め付け力を変えることで、連結剛性を微調整することができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の防振間柱において、前記間柱を前記加振階に配置したことを特徴としている。
請求項７に記載の発明では、防振間柱を加振階に配置している。加振階に防振間柱を配置しても、加振階の床材と加振階の上階のスラブ側部材とを防振間柱により所定の連結剛性で連結することができる。
【００２８】
これにより、請求項１と同様に、加振階の床材から受振階の床材への振動の伝播を低減することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は上記構成としてあるので、加振階の床材から受振階の床材への振動の伝播を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（第１の実施の形態）
【００３１】
図１に示すように、第１の実施の形態に係る防振間柱１０は、Ｈ形鋼からなる間柱１２を有し、間柱１２は、設置階の床面と設置階の上階の床（スラブ）を支持するＨ形鋼からなる梁材３０の間に配置されている。
【００３２】
間柱１２のフランジ１２Ａには水平方向の貫通孔１３が設けられ、フランジ１２Ａの上部には受板材（アングル材）１４が配置されている。アングル材１４は鋼板で形成され、アングル材１４の鉛直部１４Ｖには水平方向の貫通孔１５が設けられ、フランジ１２Ａの貫通孔１３を貫通したボルト１６でフランジ１２Ａに接合されている。
【００３３】
アングル材１４の水平部１４Ｈは間柱１２の外方へ向けられ、水平部１４Ｈには垂直方向に貫通孔２６が設けられている。水平部１４Ｈは梁材３０のフランジ部３０Ｆの下部に配置され、水平部１４Ｈの上面１４Ｕは、フランジ部３０Ｆの下面３０Ｄと隙間Ｓを開けて対向配置されている。また、間柱１２の上端面１２Ｕは、梁材３０の下端面３０Ｄと寸法Ｔだけ開けて対向配置されている。
【００３４】
フランジ部３０Ｆには、水平部１４Ｈの貫通孔２６と軸線を一致させて垂直方向に貫通孔２８が設けられている。水平部１４Ｈの貫通孔２６とフランジ部３０Ｆの貫通孔２８とを貫通して、ボルト１８が上下方向に移動可能に挿入されている。
【００３５】
ボルト１８は、水平部１４Ｈの下方から頭部１９を下にして挿入され、フランジ部３０Ｆの上部で、ナット２０を用いて締結されている。ナット２０の締付け力を調整することで、ボルト１８に加える引張力を調整できる。
【００３６】
ボルト１８の頭部１９と水平部１４Ｈの下面との間には、弾性部材としてのゴム座金２３が挿入されており、アングル材１４と梁材３０がゴム座金２３を介してボルト１８で連結されている。
【００３７】
これにより、ボルト１８に加える引張力を調整することで、ゴム座金２３に加える圧縮力を調節できる。ゴム座金２３は加えられる圧縮力に応じて変形され、ゴム座金２３の変形量で、アングル材１４と梁材３０の間の連結の強さである連結剛性を調整できる。
【００３８】
なお、ゴム座金２３の挿入位置は、ゴム座金２３を挟んで梁材３０とアングル材１４を引張ボルト接合すれば同様の効果が得られるため、ボルト１８の頭部１９と水平部１４Ｈの下部との間に限定されず、ゴム座金２３をフランジ部３０Ｆの上部とナット２０との間に配置してもよい。
【００３９】
隙間Ｓは、加振階の床材が加振源で加振され、振動するときの最大振幅よりも大きな寸法とされている。このため、加振階の床材の振動で、アングル材１４と梁材３０とが直接衝突することはない。
また、水平部１４Ｈの上面１４Ｕは、間柱１２の上端面１２Ｕと同一若しくはより高い位置にある。即ち、隙間Ｓは間柱１２の上端面１２Ｕと梁材３０の下面３０Ｄとの隙間Ｔと同一若しくはより小さい値となっている。このため、加振階の床材の振動により、間柱１２の上端面１２Ｕと梁材３０とが衝突することはない。
【００４０】
間柱１２の下端部（図示せず）は、設置している階の床材に、アンカーボルトやモルタルベースなどで固定される。なお、間柱１２は、成または幅のいずれか小さい方の寸法が５０ｍｍ〜１５０ｍｍの範囲にあるものが望ましい。また、間柱１２は、単独で配置された状態を示しているが、配置される階の使用上の必要に応じて、間仕切壁の内部に格納された状態で配置してもよい。
【００４１】
実施例では、間柱１２を梁材３０に連結する構成としたが、スラブの構造によっては小梁や梁の下端フランジ、又はスラブの下面でもよい。また、梁材３０から間柱１２に対向する柱状の部材を垂下させて用いても良い。
【００４２】
以上説明したように、間柱１２の設置は、間柱１２の下端を床材に固定した後にアングル材１４の高さ方向の位置決めをし、間柱１２の上端にボルト接合１６することができる。このため、現地での作業が容易となる。
なお、間柱１２は、Ｈ形鋼を例に説明したが、Ｈ形鋼に限られることはなく、他の鉄骨型鋼または組立鋼材でもよい。
【００４３】
次にゴム座金２３の詳細について説明する。
ゴム座金２３は、図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、円盤状に形成された弾性体（ゴム部材）２４の両側面に、同じく円盤状に形成された座金２２を接着して積層構造としている。ゴム部材２４の中央の穴２５と、座金２２の中央の穴２７はいずれもボルト１８用の貫通孔である。
【００４４】
ゴム部材２４は、材料自体の減衰が小さなクロロプレンゴム又は天然ゴム等のゴム材で形成され、所定強度の鉛直方向の剛性を有している。なお、鉛直方向の剛性は、ゴム材料の硬度、ゴム部材２４の厚さＴ１と外形ＤＯ１で決定される。
【００４５】
座金２２の厚さＴ２は、１ｍｍ〜５ｍｍの範囲が望ましく、座金２２の外形ＤＯ２と内径ＤＩ２は、いずれもゴム部材２４の外形ＤＯ１と内径ＤＩ１と同径か、またはやや大きい径とされている。これは、座金２２とボルト１８の軸部との直接接触を避け、２次的な高振動数領域の振動の発生を防止するためである。
【００４６】
また、ゴム部材２４と座金２２とは積層接着されている。これにより、ゴム座金２３が鉛直方向の荷重を受けたときの変形状態が安定し、鉛直荷重に対する弾性変形の再現性の精度が向上する。更に、締結手段によってゴム部材２４が傷むのを防止できる。
【００４７】
図３に示すように、ゴム座金２３の荷重（圧縮力）に対する変形量は非線形性となる。即ち、弾性体２４の材質がゴムであり、圧縮面が座金２２で拘束されているため、圧縮力が小さい時（荷重Ｐ１）の変形量の増加の割合（角度α１）に比べ、圧縮力が大きい時（荷重Ｐ３）の変形量の増加の割合（角度α３）が小さくなる（α１＜α３）。
【００４８】
ゴム座金２３の変形特性は非線形性ではあるが、ナット２０による締付け力を調節し、ゴム座金２３に加える圧縮力を一定にすれば、ゴム座金２３は定まった量だけ変形する。図３に示すように、予め、ゴム座金２３の変形特性を把握しておけば、ナット２０による締付け力を調節することで、ゴム座金２３の変形量を決定できる。
【００４９】
一例として、ゴム部材２４を、厚さＴ１を２ｍｍ〜６ｍｍの範囲内で形成し、かつ、この厚さＴ１の範囲内において、外形ＤＯ１を２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内で形成する。そうすれば、ゴム部材２４に面積１平方ミリメートル当たり１Ｎ〜３Ｎの範囲の圧縮力を加えた場合に、ゴム部材２４の鉛直方向の剛性が１ＫＮ〜５ＫＮ／ｍｍの範囲となる。
【００５０】
この結果、例えば材質、硬度、寸法、形状の異なるゴム座金２３を複数種類成形しておけば、それらの中から、要求される鉛直方向の剛性に合わせて最適なゴム座金２３が選択できる。また、使用数量を選択することもできる。更に、その選択したゴム座金２３の締付け力を調節することで微調整をすることができ、幅広い連結剛性の要求に対応できる。
【００５１】
即ち、設計段階で求めた連結剛性の最適値に最も近い製品を選び、ゴム座金２３として用いることができる。
このとき、現場の建物の条件が設計段階で求めた推定値と大きく異なった場合には、当初選定したゴム座金２３を適正な製品に交換すればよく、容易に適正な特性をもつゴム座金２３を得ることができる。
【００５２】
次に、本発明の作用、効果についてモデル実験の結果を用いて説明する。
図４に示すように、モデル実験に使用した多層建物５０は、最上階に加振源となるエアロビクススタジオ５１（加振階）を有し、エアロビクススタジオ５１の床材５４が加振床となる。
【００５３】
加振階５１の直下のフロア５７（連結階）は、加振階５１と同じ所有者が所有している。この連結階５７に防振間柱１０が配置されている。防振間柱１０の下端は連結階５７の床材５６に固定され、防振間柱１０の上部は、床材５４を支持するＨ形鋼からなる梁３０に既述の方法で連結されている。
【００５４】
連結階５７の下の階５９（受振階）に入居しているテナントは、加振階５１とは所有者が異なる。受振階５９のテナントにとって、床材５８の振動は好ましくなく、床材５４で発生した振動が床材５８まで伝播しないよう、可能な限り振動の伝播を低減させる必要がある。
【００５５】
エアロビクススタジオ５１の床材５４は、エアロビクススタジオ５１で発生する加振力Ｐが床材５４に加えられ、振動が励起される。
【００５６】
この床材５４の振動は、柱材５５を経由して、１階下の連結階の床材５６や２階下の受振階の床材５８に伝播される。この結果、受振階の床材５８が振動する。
【００５７】
振動の低減にあたり、柱材５５を経由して受振階の床材５８に伝播される振動の最大加速度を算出し、この最大加速度の値で低減効果を判断した。
【００５８】
具体的には、防振間柱１０のゴム座金２３の剛性をパラメータとし、床材５４に同じ加振力Ｐを加えた場合に、ゴム座金２３の剛性により受振階の床材５８に伝播される最大加速度をそれぞれ算定した。
【００５９】
このとき、ゴム座金２３の剛性は、減衰が小さい場合と、減衰が大きい場合の２つのケースについて計算した。
算定は、図５に示すバネ−質量系の解析モデルを用いた。
【００６０】
図５において、加振階の床材５４は、床材５４の質量６４と床材５４のバネ７０に分解され、モデル化されている。ここに、床材のバネ定数をＫ１、減衰定数をｈ１とした。
【００６１】
連結階の床材５６も、床材の質量６６と床材のバネ７２に分解され、受振階の床材５８も、床材の質量６８と床材のバネ７４に分解されている。なお、防振間柱１０については、質量は省略し、バネ７６のみとしている。
【００６２】
先ず、加振階の床材５４と連結階の床材５６の間に防振間柱１０が配置されていない場合について説明する。
【００６３】
図５において、質量６４単独の固有振動数はｆ１である。質量６６単独の固有振動数はｆ2である。質量６８単独の固有振動数はｆ3である。ｆ2とｆ3はほぼ同程度の値である。これらの質量が柱材５５の質量６０を介して連結しているために、前記３つの質量と３つの固有振動数の相対的関係により、新たな３つの固有振動数が生じる。すなわち、固有振動数ｆ１に近接した値となる固有振動数ｆ4と、固有振動数ｆ１と固有振動数ｆ2およびｆ3の中間的な値となる固有振動数ｆ5と、固有振動数ｆ2およびｆ3に近接した値となる固有振動数ｆ6である。
【００６４】
それぞれの振動数に対応する質量６４、質量６６、質量６８の相対的な揺れの関係を、振動モードＵ4、振動モードＵ５、振動モードＵ６とする。
防振間柱１０が配置されていない場合、３つの振動モードは以下のような特徴を持つ。
振動モードＵ4は、質量６４が相対的に大きく振動し、質量６６と質量６８の振動が小さい。
振動モート゛Ｕ５は、質量６４、質量６６、質量６８がほぼ同じ大きさの振動を呈する。
振動モードＵ６は、質量６４の振動に比べ質量６６と質量６８の振動が相対的に大きい。
質量６４に加振力Ｐが加えられるために、３つの振動モードが励起される度合いは、振動モードＵ4が大きく、次いで振動モードＵ５が大きく、振動モードＵ６は小さい。
【００６５】
加振力Ｐが繰り返し加えられた場合には、この３つの振動モードの振動が、それぞれの固有振動数、それぞれの大きさで継続する。
減衰定数ｈ１、ｈ２、ｈ３は、それぞれの振動モードにおけるそれぞれの質量６４、６６、６８の相対的な振動の大きさの割合で分配され、３つの振動モードに対応する減衰定数ｈ４、ｈ５、ｈ６となる。振動モードＵ4、Ｕ５、Ｕ６は減衰定数ｈ４、ｈ５、ｈ６で減衰される。
このときの質量６８の振動は、振動モードＵ５による振動ｕ５６８が大きく、ついで振動モードＵ4による振動ｕ4６８が大きく、振動モードＵ６よる振動ｕ６６８は相対的に小さい。
この３つの振動ｕ4６８、ｕ５６８、ｕ６６８を合計することで、受振階の床材５８の質量６８に伝達された応答加速度の最大値Ｑ１を求めることができる。
【００６６】
次に、加振階の床材５４と連結階の床材５６の間に防振間柱１０が配置されている場合について説明する。
図５において、質量６４単独の固有振動数はｆ１である。質量６６単独の固有振動数はｆ2である。質量６８単独の固有振動数はｆ3である。ｆ2とｆ3はほぼ同程度の値である。これらの質量が柱材５５の質量６０および防振間柱１０のバネ定数Ｋ10と減衰定数ｈ10を介して連結しているために、前記３つの質量と３つの固有振動数の相対的関係により、新たな３つの固有振動数が生じる。すなわち、固有振動数ｆ１に近接した値となる固有振動数ｆ'4と、固有振動数ｆ１と固有振動数ｆ2およびｆ3の中間的な値となる固有振動数ｆ'5と、固有振動数ｆ2およびｆ3に近接した値となる固有振動数ｆ'6である。固有振動数ｆ'4、ｆ'5、ｆ'6の値はバネ定数Ｋ10および減衰定数ｈ10の大きさにより変化する。
【００６７】
それぞれの振動数に対応する質量６４、質量６６、質量６８の相対的な揺れの関係を、振動モードＵ'4、振動モードＵ'５、振動モードＵ'６とする。
防振間柱１０が配置された場合、３つの振動モードは以下のような特徴を持つ。
振動モードＵ'4は、質量６４が相対的に大きく振動し、質量６６と質量６８の振動が小さい。
振動モードＵ'５および振動モードＵ'６は、質量６４の振動に比べ質量６６と質量６８の振動が相対的に大きい。
３つの振動モードにおける質量６４、質量６６、質量６８の相対的な振動の大きさは、バネ定数Ｋ10および減衰定数ｈ10の大きさにより変化する。
質量６４に加振力Ｐが加えられるために、３つの振動モードが励起される度合いは、振動モードＵ4が大きく、振動モードＵ５、振動モードＵ６はそれに比べ小さい。その度合いはバネ定数Ｋ10および減衰定数ｈ10の大きさにより変化する。
加振力Ｐが繰り返し加えられた場合には、この３つの振動モードが、それぞれの固有振動数、それぞれの大きさで継続する。
【００６８】
減衰定数ｈ１、ｈ２、ｈ３、ｈ10は、それぞれの振動モードにおけるそれぞれの質量６４、６６、６８の相対的な振動の大きさの割合で分配され、３つの振動モードに対応する減衰定数ｈ'４、ｈ'５、ｈ'６となる。振動モードＵ'4、Ｕ'５、Ｕ'６は減衰定数ｈ'４、ｈ'５、ｈ'６で減衰される。
このときの質量６８の振動は、振動モードＵ'4による振動ｕ'4６８、振動モート゛Ｕ'５による振動ｕ'５６８、振動モードＵ'６よる振動ｕ'６６８から成り立っている。この３つの振動ｕ'4６８、ｕ'５６８、ｕ'６６８はバネ定数Ｋ10および減衰定数ｈ10の大きさにより変化する。
３つの振動ｕ'4６８、ｕ'５６８、ｕ'６６８を合計することで、受振階の床材５８の質量６８に伝達された応答加速度の最大値Ｑ２を求めることができる。
【００６９】
このようにして求めた、防振間柱１０を配置したときの、質量６８に伝達された応答加速度の最大値Ｑ２と、防振間柱１０を配置しないときの、質量６８に伝達された応答加速度の最大値Ｑ１との比を求めることで、防振間柱１０による振動の低減効果が求められる。
【００７０】
図６に、加振階の床材５４、連結階の床材５６、受振階の床材５８の計算条件を示す。なお、図６に示した各値は、１スパン（８ｍ×８ｍ）の面積当たりの値であり、実験及び実測から得られた値に基づいて定めた。
【００７１】
図７は、上記の計算モデルと計算条件を用いて、受振階の床材５８の応答加速度の最大値を計算した結果の一例である。
横軸はゴム座金２３の剛性を、縦軸は受振階の床材５８の最大加速度を示している。なお、縦軸は、防振間柱１０が配置されていない場合の最大加速度との比で示している。
【００７２】
図７に示す応答特性Ａは、ゴム座金２３を減衰の大きな材料（例えば粘弾性体、減衰定数５７．５％）で成形した場合の計算結果である。
【００７３】
ゴム座金２３の剛性を、ゼロ（連結なし、最大加速度比は１）から徐々に高くしてゆくにつれ、最大加速度比は１から減少を始め、ゴム座金２３の剛性が４ｔｆ／ｃｍ前後の値のとき最大加速度比は最小値（約０．７３）となる。その後、ゴム座金２３の剛性を高くしてゆくにつれ、最大加速度比は徐々に増大を始め、ゴム座金２３の剛性が４０ｔｆ／ｃｍ以上では、最大加速度比は、再び１前後となる。
【００７４】
即ち、剛性が４ｔｆ／ｃｍ前後のゴム座金を用いれば、防振間柱１０を配置していない場合、若しくは防振間柱１０を剛に連結している場合に比べ、受振階の床材５８に伝わる最大加速度は、３割近く低減する。
【００７５】
図７に示す応答特性Ｂは、ゴム座金２３を、減衰の小さな材料（例えばクロロプレンゴム又は天然ゴム、減衰定数２％）で連結した場合の計算結果である。
【００７６】
上述の応答特性Ａと同様に、ゴム座金２３の剛性をゼロ（連結なし、最大加速度比は１）から徐々に高くしてゆくにつれ、最大加速度比は１から減少を始め、ゴム座金２３の剛性が１０ｔｆ／ｃｍ前後で、最大加速度比は最小値（約０．６１）となる。その後、ゴム座金２３の剛性を高くしてゆくにつれ、最大加速度比は徐々に増大を始め、ゴム座金の剛性が５０ｔｆ／ｃｍ以上で、最大加速度比は０．９４前後となる。
【００７７】
即ち、剛性が１０ｔｆ／ｃｍ前後のゴム座金を用いれば、防振間柱１０を配置していない場合、若しくは防振間柱１０を剛に連結している場合に比べ、受振階の床材５８に伝わる最大加速度は、４割近く低減できる。
【００７８】
図７の結果から、受振階の床材５８に伝達される振動の低減量は、減衰定数の小さなゴム部材２４（応答特性Ｂ）を用いた方が、効果が大きいといえる。更に、応答特性Ｂの方が、応答特性Ａより、良好な低減効果が得られる範囲（網掛け部Ｄ）が広いという特徴を有する。
【００７９】
また、減衰定数の大きなゴム材料は、圧縮力を加えた時に応力緩和が生じやすく、長時間圧縮力を加えておくと特性が変化する。これらは、ボルトの緩みの原因となるなどの欠点があり、ゴム部材２４としては好ましくない。一方、減衰の小さなゴム材料は、応力緩和が生じにくく、この点からも信頼性の高い防振対策ができ、望ましいといえる。
【００８０】
上記の計算において、防振間柱１０の配置は、連結階５７の床面５６（８ｍ×８ｍ）の中央位置とした。防振間柱１０を、床面の周辺部に配置しても使用は可能であるが効果は低下する。良好な性能を確保するには、床面の中央付近に配置するのが望ましい。
【００８１】
以上、防振間柱１０を、加振階５１の１階下の連結階５７に配置する場合について説明した。しかし、防振間柱１０の配置位置は、この位置に限定されることはなく、加振階５１に配置しても同じ効果を得ることができる。即ち、防振間柱１０を加振階５１の床面５４と上階スラブ５２との間に配置し、上述と同様の方法で、防振間柱１０の下端を加振階の床面５４に固定し、防振間柱１０の上端を上階スラブの梁５３に接合すればよい。
【００８２】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る防振間柱９０は、図８に示すように、Ｈ形鋼で構成された間柱１２を有し、間柱１２の上端面１２Ｕに受板材（エンドプレート）９２が配置されている。
【００８３】
エンドプレート９２は平板状の鋼板で形成され、エンドプレート９２の中央部は、間柱１２の上端面１２Ｕと溶接接合されている。エンドプレート９２の両端面は、それぞれ間柱１２のフランジ１２Ａからせり出ており、連結端面９２Ｒと連結端面９２Ｌを構成している。
【００８４】
連結端面９２Ｒと連結端面９２Ｌには、それぞれ貫通孔９４が垂直に設けられ、梁３０のフランジ３０Ｆには、貫通孔９４と軸線を一致させた貫通穴２８が垂直に設けられている。
【００８５】
これらの貫通穴９４と貫通穴２８には、ボルト１８が頭１９を下にして移動可能に挿入され、フランジ３０Ｆの上部のナット２０で締結されている。ボルト１８の頭部２０とエンドプレート９２の下面との間には、ゴム座金２３を挟み、引張ボルト接合とされている。
エンドプレート９２の上面９２Ｕは、フランジ３０Ｆの下面３０Ｄと隙間Ｓを開けて対向配置されている。
【００８６】
第２の実施の形態においては、受板材９２がエンドプレートで形成されている点を除いては、第１の実施の形態と同じであり、第１の実施の形態と同一の作用、効果を得ることができる。同一事項についての説明は省略する。
【００８７】
なお、第２の実施の形態においては、エンドプレート９２は間柱１２の上端面に溶接接合されているため、間柱１２とエンドプレート９２とを接合するための後工程が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る防振間柱の構成を示す図である。
【図２】本発明のゴム座金の構成を示す図である。
【図３】本発明のゴム座金の荷重と変形計量の関係を示す図である。
【図４】本発明のモデル実験に使用した多層建物を示す図である。
【図５】本発明のモデル実験に用いたバネ−質量系の解析モデルを示す図である。
【図６】本発明のモデル実験の計算条件を示す図である。
【図７】本発明のモデル実験の計算結果の一例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る防振間柱の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 防振間柱
１２ 間柱
１４ 受板材（アングル材）
１８ 連結部材（ボルト）
２０ 締結手段（ナット）
２２ 座金
２３ 弾性部材（ゴム座金）
２４ 弾性体（ゴム部材）
９０ 防振間柱
９２ 受板材（エンドプレート）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
床材を振動させる加振源を有する加振階の階下に配置され、前記加振階の階下の床材に下端部が固定された間柱と、
前記間柱の上部に接合され、前記加振階の床材のスラブ側部材と所定の隙間を開けて対向する受板材と、
前記スラブ側部材と前記受板材とを、上下方向に移動可能に貫通する連結部材と、
前記連結部材の上下両端部に設けられ、前記連結部材に引張力を付与する締結手段と、
前記締結手段と前記受板材との間、又は前記締結手段と前記スラブ側部材との間に設けられた弾性部材と、
を有することを特徴とする防振間柱。
【請求項２】
前記間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、
前記受板材は、鉛直部が前記間柱の側面に接合され、前記連結部材が貫通する貫通孔が形成された水平部が、前記スラブ側部材と所定の隙間を開けて対向するアングル材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の防振間柱。
【請求項３】
前記間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、
前記受板材は、前記間柱の上端面に接合され、前記スラブ側部材と所定の隙間を開けて対向し、前記連結部材が貫通する貫通孔が形成されたエンドプレートで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の防振間柱。
【請求項４】
前記弾性部材は、
所定の剛性を備え、前記連結部材が貫通する円盤状の弾性体と、
前記弾性体の両面に接着された円盤状の座金と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の防振間柱。
【請求項５】
前記スラブ側部材と前記受板材との連結部の剛性である連結剛性を、前記弾性部材の材質、硬度、寸法、形状若しくは数量を変更することにより調整することを特徴とする請求項１または４のいずれか１項に記載の防振間柱。
【請求項６】
前記締結手段の締付け量を調整して前記弾性部材の変形量を決定し、前記弾性部材の変形量で前記連結剛性を調整することを特徴とする請求項１、４、５のいずれか１項に記載の防振間柱。
【請求項７】
前記間柱を前記加振階に配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の防振間柱。
【請求項１】
床材を振動させる加振源を有する加振階の階下に配置され、前記加振階の階下の床材に下端部が固定された間柱と、
前記間柱の上部に接合され、前記加振階の床材のスラブ側部材と所定の隙間を開けて対向する受板材と、
前記スラブ側部材と前記受板材とを、上下方向に移動可能に貫通する連結部材と、
前記連結部材の上下両端部に設けられ、前記連結部材に引張力を付与する締結手段と、
前記締結手段と前記受板材との間、又は前記締結手段と前記スラブ側部材との間に設けられた弾性部材と、
を有することを特徴とする防振間柱。
【請求項２】
前記間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、
前記受板材は、鉛直部が前記間柱の側面に接合され、前記連結部材が貫通する貫通孔が形成された水平部が、前記スラブ側部材と所定の隙間を開けて対向するアングル材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の防振間柱。
【請求項３】
前記間柱は鉄骨型鋼または組立鋼材で構成され、
前記受板材は、前記間柱の上端面に接合され、前記スラブ側部材と所定の隙間を開けて対向し、前記連結部材が貫通する貫通孔が形成されたエンドプレートで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の防振間柱。
【請求項４】
前記弾性部材は、
所定の剛性を備え、前記連結部材が貫通する円盤状の弾性体と、
前記弾性体の両面に接着された円盤状の座金と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の防振間柱。
【請求項５】
前記スラブ側部材と前記受板材との連結部の剛性である連結剛性を、前記弾性部材の材質、硬度、寸法、形状若しくは数量を変更することにより調整することを特徴とする請求項１または４のいずれか１項に記載の防振間柱。
【請求項６】
前記締結手段の締付け量を調整して前記弾性部材の変形量を決定し、前記弾性部材の変形量で前記連結剛性を調整することを特徴とする請求項１、４、５のいずれか１項に記載の防振間柱。
【請求項７】
前記間柱を前記加振階に配置したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の防振間柱。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−７９０１（Ｐ２００９−７９０１Ａ）
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７２５００（Ｐ２００７−１７２５００）
【出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月１５日（２００９．１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２９日（２００７．６．２９）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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