床構造の減衰性能に関する実験的研究

【論　 文】 UDC ：69

．

025

．

22 ；624

．

042

．

7：620

．

1 日本建築学会構 造 系 論 文報告 集 第 387 号

・

昭 和 63 年 5月

床 構 造

の

_{減衰性 能}

に

_関

す

る

_実

験 的研

究

正 会 員 正 会 員

高 　 　橋 　 　良 　 　典

＊

村 　 　井　 　信 　 　義銚

　1

．

序 　床 構 造は

，

人

，

家 具

，

機器等の_荷重 を支え る役 割を果 たすと共に

，

そ れ ら の人為的， 機械的 加 振 を直 接 受 け 吸 収する役 割を果た してお り

，

室 内 環 境にとっ て重 要な位 置 付けにある。 床 構 造に 対す る苦 情は， 主に 『た わ み亅， 『亀 裂 』を中心 と す る機 能的な もの と視 覚 的，感 覚 的に『揺 れ_』を感 知す る生理的な もの に類 別さ れ る

。

　振 動 実 験 結 果か ら得ら れ る大ス パ ン床構造の減 衰 定 数 に は 3％ 以 下の低 い _値を示す もの も 数 多く見 ら れ る9）

・

i°｝

_。

_{減衰 定数の低さ は}

_，

_{正 弦 波 加 振で}は 「著 しい共 振 現 象 』を

，

周 期 的な衝 撃 加 振に対して は 「振 動の重複

・

増幅現 象」を 引 き起こし

，

これ ら が振 動障 害と し て現れ る例は少な くな い

。

　振 動 感 覚に関して は

，

Meisteri〕

，

　Dieckmannz ）

・

3〕

，

三輪4｝ ら にょっ て

，

定 常 振 動に対 する

一

般振動感 覚が数 多く研 究され た が

，

衝 撃 振 動 等の非 定 常な振動刺激に対す る研 究例は数少ない。 わが国の建 築 物の環 境 振 動に関す る規 制 基 準 値とし て は

，

昭 和

34

年に 『建築 物の振 動 障 害 防 止に関する設 計 基 準 値 （案）』5）_{が日本建築 学会か ら提 案} さ れ， 現 在 も設 計 目標 値と して利 用さ れ ている場 合が 多 い

。

しか し， 同基 準 値 （案）は 上述の定常振動刺激に関 する研 究 成 果に基づくもの であり

，

振動の減 衰に要す る 時間あ るいは減 衰 過 程の もた らす 生 理 的 効 果あ るいは 心 理的効 果につ い て は考 慮さ れてお らず

，

最 大変位 振幅量 と 固 有 振動 数の み によっ て非 定 常な振 動 刺 激を定常振 動 と同

一

に評 価 し利 用さ れて いるのが実 状であ る。 　本 論 文は

，

床 構 造の持つ減 衰 性 能の差 異が床構造の振 動 性 状に どの よ うな変 化を与え

，

人間の知覚にどの よ う な影 響 を もた ら すか を実 験 結 果に基づ き定量的に示す と 共に

，

動 制 振 器によ る床 振動制御法の有効 性につ い て記 述す る もの である1“

−

IT）。 　

2．

床構造の減 衰 性 能 と振 動性 状に関 する実 験 　 2

．

1　 実 験の目 的 　 　 　

，

　本 実 験の 目的は

，

鉄 骨合成 ばり床 構 造 試 験 体の振 動 実 本論文は

，

14）

−

17）の自 身の参 考 文 献を取りま と め た もの で あ る。 　・ （株 ）竹 中工務店 技術研 究 所

・

大阪支所　研 究員 　牌 _{（株 ｝竹 中工務 店 技 術 研 究 所}

・

_{大 阪 支所 　主 任 研 究 員} 　 　 〔昭 和62年 6 月 5 日原稿 受理1 験を行い

，

床構 造の持つ 減衰性能の差 異が床構造の振 動 性 状にどの よ う な変 化を与え る か を確認 す ること に あ る。 実 験では試 験 体に単 純な支 持 条 件 （ピン支 持）を与 え

，

躯 体床の み の減衰性 能が乏しい場合と動 制振器を設 置し減 衰 性 能を大幅に_{上 昇}させ た場合の振 動 性状を比 較 して いる

。

　

2．

2

実験の_概要 　床 構 造 試 験 体は， 図

一

1に示す 14

．

4×6

．

4m スパ ン の 鉄 骨合成ばり床 構造の実 大 模 型で， 実 構 造 体の 1部 を抽 出し た もの である

。

床 構 造 試 験 体は， プレキャ ス トコ ン クリ

ー

ト床 版 を 用いた

A

，タイプ

，A2

タイプの 2 種類の 鉄 骨 合 成ば り床 構 造 体 （以 下フロ ア

ー

パ _ネル と記す）か ら成り

，

天 井

，

床の仕 上げは_施さ れて い ない

。A

匸タイ プフ ロ ア

ー

パ _ネル の G，はりは

，

実 構 造 体で は は り中央 部で直 交ばりの荷重を支え る た め補 強さ れ ている。

2

枚 の フロ ア

ー

パ _ネルは

，

図

一

2に示す よ うに鉄骨架台上に 置か れ は り端 部の下フ ラ ンジ を鉄 骨 架 台に溶 接 接 合した 後

，

図

一

1（c）に示すパ _ネル ジョ イン ト金物の溶接を行い， モ ルタル を注 入し パ ネル間の

一

体 化を図っ た。 　動 制 振 器は図

一

3に示 す もの で

，

マ ス

，

ス プリン グ， ダンパ

ー

の単 純な1質点 系モ デルを形 成す る。 動制振器 の検 討に際し て は

，

主振動 系の質量 M 、と付加す る質量 M2 との比 〔β

＝

mt ／nzi） が 問 題 と なる。 質 量 比βが増 加す れ ば動 制 振 器の効 果は顕 著と な る が

，

付 加 する振 動 系に は

，

最 適固有 振 動 数 比

，

最 適 減 衰 定 数が存在し

，

い ずれ _{も 質 量 比 β}の関 数と なる。 最 適 固有 振 動 数 比

，

最 適 減 衰 定 数によっ て

，

動 制 振 器 を付 加し た新た な振 動系 の共 振 振 幅は最 小とな る川

_。

　 最 適 固 有 振 動 数 比δ 　　 　δ

＝

　

h2

／M2 ／

h

、／Ml

・

＝1

／（

1

＋β）

…・

…・

…・

《

1

） 　 最 適 減 衰 定 数ζ

　　　

ζ

＝　

3β／8（1＋_β）s

・

・

…・

…・

・

………

（

2

） 　動 制 振 器の検 討に際して は

，1

次固有振 動のみ に着目 し

，

歩 行加 振に よ る振 動 重 複の 減少を考 慮して質 量 比

O．

05

を設定し た （床構造 試 験体重 量 25　ton ， 床 構 造1 次 動 質 量10　ton ， 動 制 振 器 可 動 部 重 量0

．

5　ton）

。

　図

一

4は

，

主 振 動系と な る床構造 の減衰 定数 を

h ＝0

％ と し

，

動 制 振 器設置 後の振 動 性状を 予 測 し た もの で

，

一

一

NII-Electronic Library Service 縦 軸は動 的 変 位（u_）の_{静 的 変 位 ｛}u。、）に対す る応答 倍率 ｛u／u。t＞

，

横 軸が主 振 動 系の 固有振 動 数 （

f

。）に対す る加 振振動数比 （

f

／

f

。）を表している

。

　

（1 ） （2 ）式より最 適固有振 動 数 比は0

．

95， 最 適 減 衰 定数は 13％と な り

，

図

一

4（b）の太線が動制振 器 設 置後の共 振 特 性を表 してい る

。

_{動 制 振 器 設 置後}の 連成振 動 系の応 答 倍 率は 6倍 程 度， 減衰定数に換算す る と

h＝

8

％が設 計 目標 値である

。

　上記の設 定 条 件か ら動 制 振 器の付 加質量 は総重量500 kg とな る た め鉄 製と し 4分割を前 提に_{設 計 製 作}した。 マ スは

，

厚 さ

32mm

，

420

×

420

　mm の鉄 板

1

枚に厚さ8

〜32

　mm

，

250×250　mm の鉄 板 を付加す るこ とにより可 動 部 重 量を調 整する_事が で き， ス プリン グ

8

本によっ て 支 持さ れる

。

可 動 部 重 量と

8

本のス プリングの ば ね定 数 を 変化 させ

，

目 的の質 量 比

・

最 適固有 振 動 数比 とな る よ うな調 整 を行う

。

ダンパ

ー

は 2 枚の_{円 形 孔}を有 する金 属 プレ

ー

トと 粘性体を利用 し た も ので

，2

枚の円形 孔 を ず ら すことで粘性体の流れ う る有効面 積を調 整し

，

粘 性 体 の流 速量

，

ダンパ

ー

の粘 性 抵 抗を可 変 する

。

　 加振条 件は， 床構 造に作 用 する人 為 的

，

機 械 的 外 力 を 想 定し

，

『加 振機によ る 正弦 波 』

，

『砂 袋 落 下に よる衝 撃 』

，

『

1

人 ま た は 2人に よる歩 行 』の 3種 とし た

。

砂 袋落下 衝撃力は砂 袋重量

6kg ，

落 下 高さ約 70　cm で あり， 加 振機は

，

動電型の もの （サ ンエ ス製 ：

APS −

ll3

．

）を使 用 し た。 測 定は

，

A、タ イプ床 中 央 部3点に振 動計 （振 動技研 製 ：

MTKV −

1C ）を配 置し変 位の計 測 を行っ た

。

加 振 位置と測定位置を図

一

5に示す

。

　 2

，

3

実験結果と考 察

　

まず

，

鉄 骨 合 成ば り床 構 造 単 体の正 弦 波 加 振実験を実 施し

，

_基本振 動 性 状の確 認 を行っ た

。

床 構造単体の共 振 曲 線を図

一

6に示 し，図

一

_{7に共 振 振 動 数 近} 傍の_{振 動}モ

ー

ドを示 す。 鉄 骨 合 成ば り床 構 造の 1次 共 振 振 動 数は 7

．

2

Hz

_{近 傍}であ り

，

9

．

4Hz 近 傍に床 構 造 全 体が ね じ れ を 生 じ る2次の共 振 振 動 数が存 在す る

。

　 次に

，

動 制 振 器を図一 5_に 示 す ように 1次 固 有 振 動に 対す る刺激の最 も高い位 置で ある

A

、 タイ プフ ロ ァ

ー

パ ネル _{中央 部 床 上}に設 置 し， 上 記の 3種の加 振条件を与え 振 動 性 状の比 較を行っ た。 　動制振器 設 置 前 後の 1次 共 振 振 動 数 近 傍の共 振 曲線を 図

一8

に_示す。 実 線が

，

（

1

）動 制 振 器 設 置 前

，

破 線が， （且）ス プリン グの み に支 持さ れ た動 制 振 器 設 置 時

，

1 点 鎖 線が

，

（皿 ） ダンパ

ー

を付 加し た動制振 器 （以 下 動 制 振 器と記す

。

）設 置 後の共 振 曲 線であ る

。

（皿）は定 常 的な加 振に対して用い られ12 ）

_，

（皿 〉の状 態で動 制 振 器は， 最 適固有 振 動数 比

，

最適 減衰 定 数 （固 有 振 動 数6

．

8Hz

，

減 衰 定 数13％） を 満足 する よ うに調 整 さ れてい る

。

図 か ら も 明 ら か な よ うに

，

動 制 振 器 設 置 前 後の振 動 性 状の 差は大き く， 共 振 時の振幅量 を

1

／5程 度に減 少させ て い

一

₉₀

一

る。 　図

一

9に

，

砂 袋 落 下 衝 撃 加 振にお ける動 制 振器設置 前 後の時系_列変_{位 波 形}を示す

。

時 系 列変 位 波 形か ら_， 動制 振 器 設 置 前 後の最 大 振 幅 量に は大き な差は見ら れない

。

し か し

，

動 制 振 器 設 置 前で は次の衝 撃が与え ら れ る 7秒 後にも床 版の固有振 動が残留してい るの に_対して

，

動制 振 器 設 置 後は 0

．

5秒 前 後で振 動は減衰し継 続 時 間に は著 し い差が み られ る

。

表

一

1は_， 時 系列変 位波形か ら 動制 振 器 設 置 前 後の減 衰 定 数を比較し た もの であ る。 設 置 前 の減 衰 定 数は2％であるの に対し て

，

動制 振器 設 置後 の減 衰 定 数は 10％ と5倍の上昇 が 認 め ら れ

，

動 制 振 器 は設 計 目標 値 を 満 足する減衰性能を発揮して いる。 　歩 行 加 振にお け る測 定 点

3

の時 系 列変位 波形を 図

一

10

，

11に示し， 表

一

_{2に歩 行 加 振 時} 各測定 点の変 位 振 動 の ピ

ー

ク値を示す

。

ま た_， 図

一

12

，

13に_{歩 行 時 変位 波 形} の周 波 数 分 析 結 果 を 示す

。

測 定 時に お け る歩行 者の履物 は， ゴ ム底の革 靴で あ る

。

　 1 人 歩行時につ いて は

，

動 制 振 器 設 置 前で は各 測 定 点 の応答は不規則に レ ベ ル を変 動 する正 弦 波の様 相 を 示 し

，

振 動の重複

・

増 幅 現 象が伺わ れ る

。

動制振器設 置後 は歩行 加 振の _{周 期 性}が明 確となり

，

変 位 振 動 量 （ピ

ー

ク 値 〉が動制 振器 設 置前の

3〜

4割 程 度に減 少 する

。

動 制 振 器 は 1人歩 行に対 して十 分な制 振 効 果を発 揮し て い る と言え る。 　   通り か ら  通り に 至 る歩行に際しては

，

20歩 程 度 床 構 造を刺 激す る。 図

一

14は

，

有 効 刺 激 回 数 を10回に 想定し

，

歩 行 加 振の_{周 期}

1

_／1

，

8

_秒の間 隔 をあ け対 数 減 衰 波を合成し た場 合の振 動 増 幅 率と固 有 振 動 数， 減 衰 定 数 の関 係を示し たものである

。

縦 軸 振 動 増 幅率は， 合成 波 の最 大 振 幅 （Ymax）と対 数 減 衰 波 1波の最 大 振 幅 （Xmo

、

）の 比を表して い る

。

図 中の増 幅 率 げ

＝

7

．

2Hz ）は

，

実 験 結 果の減 少 率に ほ ぼ対 応 し て お り_， こ の図か ら も変位振 動 量の _{減 少}は床 構 造の減 衰 性 能に起 因し てい ること が分 か る

。

　各 種 合 成 構 造 設 計 指 針7）の例 題で は_， 歩 行 時 振 動 量を 予 測す る際に歩 行 衝 撃 力を規 定しエ _ネルギ

ー

の釣り合い の み に よっ て歩行 振 動量 を算 定 する方 法が紹 介 されてい る が

，

歩 行 加 振の周 期 性

，

振 動 重 複

・

増 幅につ い て は考 慮さ れてお ら ず実 用 設 計 法と しての _{問 題}は残さ れて い る

。

　2人歩行 時に つ い て も 動制 振 器の_{振 動}重複

・

増 幅を低 減する制 振 効 果に定 性 的な_変化はない が， 変位 振 動の ピ

ー

ク値につ い て は 1人 歩 行 時 程の大き な減少を示さ な い。 この効果の差は

，

図

一

5に示す よ うに

，

2人 歩 行に つ い ては

，

1人歩行に比べ 1_{人 は  通 り側床 端 部を歩 行} する た め

，

9

，

4Hz 近 傍の ね じれ振 動 系を刺 激す る事， 動 制 振器 がこ の モ

ー

ドの振動制 御を対 象と して いない事 に起 因する

。

こ れ は図

一

13の周波数分析 結果において， N工 工

一

Eleotronio _Library

　　

　　

  　　 eFP

・

二2×150　　　　　　　FP

．

19×200　　　　　　　FP

・

艮2× 且50 　 　 　 Gl

葺

一

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一

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一

a断面

　　　　

鉄骨「feGl



鉄 骨

、

rfOGI 　 　 　 37e 　 （c）パ ネル ジョ イン ト詳 細 図

一

1 鉄骨 合 成ばり床 構 造 試 験 体 　 　 　 　A2タ イプ 　 　 　 法 面 　 　 　 、 　 　 　 　Aエタイプ 　 　 　 法面 　 　 　

一

一

一

一

一

　 　 　 試験 体 　 　 　 ｛a）平 面 図 　鉄 骨架台 部 溶 接 端 部溶接 8

口

H‘00×400X 工3×2L

1

H400 ×400X闘X21 1ρoo _{鉄 骨 架 台} 1

，

000 _{（b）立 面 図} 図

一

2 床構 造 試験体設 置状況 42e

　　　「

ル _{スプリング}

，

員

．

．

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一

一

　 ダンパ

ー

　 枯 佃…体 　厚さ32mm 　 420×420mm マ ス部 厚さ8

即

32mm 　 250×250m匸n 　 断 面 図 　　 § 面 図 ｝

…

3501 20181614121086420

多

ヨ 腓 単 即 瞻 ヨ

）

  　

蓬

σ 図

一

3　動制 振器試 験 体 20181614121086420 　　　　　　　　加 振 振 動数比（fffo） 　 （a）質 量 比0

．

025 　 　 　0

．

2　　0

，

4　　0

，

6　　0

．

8　　1

．

O　　l

．

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．

41

．

6　　1

．

8　2

．

0 　　　　　　　加 振 振 動 数比 （fifo） 　 　 　 （b）質 量 比0

．

05 図

一

4　動 制振器設置前後の振動性 状 （設 計 解 析 値 ） 　 　　　 　　　　 　　　　 動 制 振 器 （床上設 置）  

建

_．

レ

　　

加 振 位 置 ＊ ◎

　

測定 点2

一

_{人 歩 行} 　 m1 ＝ 25　ton

需

2言 12‘×4kg 囚 口 　 　 漫曜定 点1

』

測 定 点3A2 タ イ プ 　 丁 　 動 制 振 器 （床上 設 置 ） 　 　 　 　Alタ イブ  

　 　 　

◎

　　 　 ＠　 　 　 ◎

図

一

5　加 振 位 置およ び測 定 位 置

NII-Electronic Library Service

（

凶 運 日

3

聾 鰻 韈 20 15 10 5

島

0

．

　　　 　　　　 5　　　　 　　　10　　　 　　　　15 　　 　 　　 　　 　 　　 　 　　 　 　　 振 動 数（Hz） 　図

一

6　合成ばり床 構 造 単体の共振曲線 （a）1次モ

ー

ド｛7

．

2Hz_）

6

　 　15 　 12

．

5To

鏨

1°

3

理　75

黷

・ 　 　2

．

5

　　

｛b，2次モ

ー

ド【9

．

4Hz_｝ 図

一

7　合成ばり床構造単体の_振動モ

ー

ド 　 　 0 　12345678910 　 　　 　 　　 　 　　 　　 　 　　 　 　　 　 振動 数（Hz｝ 図

一

8　動 制 振 器設 置 前 後の共 振 曲 線の 比較 （測定 点3｝

一 92 一

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一

一

（a）動 制 振 器 設 置 前 　　　　　　　〔b）動 制 振器設置 後 図

一

9　砂袋 落 下 衝 撃 時の時 系 列変位 波形 （測定点3） 表

一

1　 動制振器 設 置 前 後の減 衰 定 数 減 衰 定 数 （％） 測 定 点1 測定 点2 測 定 点3 動 制振 器 設 置前 1

．

9 1

．

9 2

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₀ 動 制 振 器 設 置 後 9

、

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一

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二

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二

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．

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一

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，

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一

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三

．

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．

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二

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．

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．

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1

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3

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．

」

．

」

．．

一

一

．

． ．

．

」

T50 亠 　 　 　 （b｝動 制 振 器 設 置 後 図

一

10　1人歩行 時 時系列 変位 波形 （測 定 点3） ｛_司動 制 振 器 設 置 萠 　 　　 　 　 〔b）動 制振 器設置 後 図

一

112 人歩行時 時系列変位波 形 （測 定点3） N工 工

一

Eleotronio _Library

2日

．

e日e 曾Is

・

四 日

3

鯉 le

．

四 臼 鄭　5

・

四 2 日

．

e日日 22

．

日 日日

互

」5

’

日2日

嘩

鳳 、囮 鄭　s

・

e日日 臼

．

目em 9

．

e5

．

日　 　 　旧

．

臼　　 　 旦5

．

e

．

〔a ｝動 制 振 器 設置 前 ae

　

り　　　 　 とヨ

コ

ロ 　振動 数 （Hz） 臼

．

25

．

日旧

．

臼 15

．

9 （b）動 制振器 設 置 後 am

．

ぱ　　　　ES

．

e 　 振 動 数 （Hz） 図

一12

　1人 歩 行 時 時 系 列 変 位 波 形の周 波 数 分 析 結 果 4 日

．

日臼唇 言ヨ臼

・

脚 5 肆 2日

．

o巳 臼 懸 旧 』2臼 日

．

日3日 弓日

．

巳日日 君3日

・

硼 5 岡 督 2日

．

日目 日 鼠 旧

・

日四 日

．

35

．

a　　　 　　le

．

ロ　 　　　 　L5

ロ

e　 　　　ee

ロ

e　　 　　 ヨヨ

．

e 　 　 　 振 動 数 （Hz） 　｛a_）動 制振 器 設 置 前 日

．

e_臼臼 　 　 e

．

　　 　　　 　s

．

り　　 　　　Le

．

m　 　　　 　tS

．

e　 　　　2e

．

e　 　　　2s

．

e 　 　 　 振 動 数（Hz） 　 　 　 （b｝動 制 振 器 設 置 後 図

一

13　2人 歩 行時 時 系 列 変 位 波 形の周 波 数 分析 結 果 表

一

2　動制振 器 設置前 後の_歩行 時 振 動 量 〔0

−

P 傾〉 設 置 前

P1

（pm） 設 置 後 P2（pm〕 P2厂P1 測 定 点129

．

5 1a1 O

．

44 1人 歩 行 測定点227

．

0 6

．

7 0

．

25 測 定 点324

．

5 9

，

8 0

．

40 測 定 点172

．

1 443 0

．

61 2人歩行 測定点253

．

9 32

．

o 0

．

59 測 定 点355

，

6 31

．

1 0

．

56 冨

壽

、

話

靄

鯡   蘯

_咽

x

−

＿＿＿

＿

一 　 　 　 ヒ

ー

7654321 Hlll

．

Ssecr xg  　 　 　t

融

_簫

_「、

　　

tW

・nvw 、 02

．

557

．

5　　　　10　　　12

．

5　　　15 　 　 　 　 　固有 振 動数 （Hz｝ 図

一14

　 減 衰 定 数 と歩 行 時 振 動 増幅 率 7

．

2Hz

近傍の_{振 幅量}が急速に減 少し てい るの に_対して_， 他の周 波 数成分の減 少が緩や か で あ る事か ら説 明さ れ る。 　

3．

床 構 造の減 衰 性 能と知覚に関 する実験 　

3．

1

　 実験の目的 　振 動 感覚に関して は

，

Meister らによっ て定 常 振 動に 対す る

一

般振動 感覚が数 多く研究さ れ た が， 衝撃振 動等 の非定常な振 動 刺 激に対す る研 究 例は数 少ない

。

わが 国 では

，

三輪ら に よっ て衝撃振 動に対す る

一

般 振 動 感 覚が 研 究さ れている が

，

感 覚 量に_変化を も た ら す 『振 動の_衝 撃 性あ るいは減衰性亅につ いて は未だ不 明確な点が多い

。

　本 実 験の目 的は

，

床 構 造の減 衰 性 能の変_化が 人間の知 覚に どの よ うな影 響 を もた らすか を把握する事に あ る。 実 験では

，

建 築 構 造 的 観点か ら固有振 動 数

，

減衰定数を パ ラ メ

ー

タ

ー

に模 擬 歩 行振 動 波 を作成 し

，

刺 激 は 振 動台 上で被 験 者に与え ら れ る。 な お

，

刺激 振 動の再現の困難 さ か ら振動 指標は変位か ら加速度に換え てい る

。

　

3．

2

　 実験の_{概 要} 　 実験に_使用 し た振 動台は動 電 型の もの _（振 研 製 ：

G −

6212

＞で

，

最大 加 振 力

1200kg ・

G ，

振 動 台テ

ー

ブル寸 法1000 × 1000mm

，

可 動 部 重 量500　

kg

が主な仕 様で あ る

。

振 動 台の もつ 常 時 微 動は_， 油圧ユ ニ ッ トに よ り発生 する もの で加 速 度 振 幅0

．

5gal 以 下

，

振 動 レ ベ ル で 40

dB

以 下であ り

，

本 研 究の目 的を大き く損な う振 勤量で は ない

。

　図

一15

に， 実験計測の ブロ ッ クダ イアグラムを示す

。

NII-Electronic Library Service 図に示 す よ うに計 算 機 内 部に記 憶 させ た波 形 デ

ー

タは D／A コ ン バ

ー

タ

ー

を介 して振 動 台に入力さ れ

，

振 動 台 の出力 加 速度は テ

ー

ブル中央位置に セ ッ トし た加速度 計 （リ オン_製 ：

VM 一

ユ4B ）よ りペ ン_書き オ シロ

，

デ

ー

タ レコ

ー

ダ

ー

に記 録さ れ る。 　 床構造におい て生 起する_歩行 振 動 （上下 振 動）は

，

基 本 的に は 2Hz の周 期 性 を 有 する衝 撃 加 振による振 動と 解釈さ れ る。 実 構 造 体で起こる歩 行 振 動は

，

構 造 体の持 つ _剛性

，

_{有 効 質 量}

，

_{固有 振 動 数}

，

_{減 衰 定 数 等}の差 異か ら 非 常に複 雑で不 規 則な性 状 を示 す。本 実 験の刺 激 振 動は， こうした不 規 則な歩 行 振 動の う ち

，

床 構 造の 固有 振 動 数

，

減 衰定数

，

歩 行 加 振の周 期 性の み に着 目し モデル化 を 行っ て いる。 　 すな わ ち

，

（3） 式の加 速 度 波 形 （上 下 振 動 ） を0

，

5 秒 間 隔で 4秒 間 与え る ことに よ り

，

歩 行 振 動を模 擬す る

。

　 　 　a（

t

）

＝Aoe−

hωε sin ω

t …・

…・

…………・

……

（3） 　 a（t）：刺 激 振 動の時 間 関 数 　 　

A

。：加 速 度 振 幅 　 　 ω ：加 振 振 動 数 　 　 　h ：減 衰 定 数 　また， 刺 激の継 続 時 間は 4秒 （

8

回）とし てい る が， この理 由は下 記に よ るもの である

。

　（1） 刺 激は， 非 常に微 小な振 動を対 象と す る た め継 続 時 間を 短 く す る と被験者の 人為的加振のた め に刺激が 大き く乱さ れ るこ と が危惧さ れ る

。

　 （2 ） 4秒間に人が歩 行す る 距離は， 6m 程度で あ り

1

ス パ ン内の_歩行を考え れば， 最も床構造の

1

次固有振 動を刺激す る範囲 が か な り網 羅さ れ る

。

　実 験パ ラメ

ー

タ

ー

と して

，

加 振 振 動 数につ い て は

，

f

＝5Hz ，10Hz ，15Hz ，20

　

Hz

， 減衰定 数につ い て は， ん

＝

_5％

_，

_10％

_，

_{15％ と基準振 動と し}て正 弦 波 （

h ＝

0％ ） を採 用し た

、

し た がっ て

，

上記の組 み 合 わ せ 合計16種 が実 験に用い た刺 激 振動であ る。 　本 研 究におい ては

，

』

以 下の手順で全身振 動 感覚の知 覚 に関す る実 験を行っ た

。

　健 康な成人 （男 子

15

名， 女 子

4

名， 年齢

21〜45

才） 合計 19 名を被験 者と し た

。

実 験 時に お け る被 験 者の姿 勢は 坐位で あ る

。

坐面 は振 動 台テ

ー

ブル上 面 （アル ミ製 ） を そ の ま ま使用し， クッ ショ ンに類す るものは用い て い ない

。

坐位の_姿勢 を 採 用し た理 由は_， 実 験がか なり長 時 間に わ た る事

，

立 位の姿 勢で は人 体の揺 動による ロ ッキ ング動が発 生し や す く な る事による。　 　 　

・

　各 被 験 者に は

，

本 実 験に入 る前に刺 激 振 動の数 種を上 昇 系 列で与え

，

刺 激 振 動を 知覚する に は注意が 必要で あ ること を呈 示す る。 16種の 刺 激を ラ ンダム に 配 置し， 振 動量 を上 昇系列で変化さ せ与え た

。

1刺 激の継 続 時 間 は 4秒で あるが

，

休 止 時 間につ い て は

，

実 験 実 施 者が不 規 則に変化 さ せ る 事 がで き る

。

　本研究に お い て定 義さ れ る知 覚 振 動 量は_， 「人 間が歩 行 加 振による振 動を知 覚す る亅 加 速 度 振 動量

，

実 験に お

一

₉₄

一

い て は 『被験者が不規 則な休止時間を もっ て

，

刺 激を与 え られ て も 刺 激の on

−

off が知 覚で き る」加 速度振 動量 （以下知 覚 振 動量と記すe）で ある

。

　上 記の定 義の も とに_， 振 動 台テ

ー

ブル中 央 位置にセッ トした加 速 度 計か ら出 力 信 号 をペ ン書きオシロに連 続 的 に記 録させ_， 被 験 者か らの 「感じ る』とい う 信 号 と 刺 激 振 動の on

−

off との

一

致を 目視に よ り確認 し， 知 覚 振 動 量の判 定 を行っ た

。

判 定が終了 し た後

，

振 動計か らの出 力を デ

ー

タレコ

ー

ダ

ー

に記 録 し た

。

記録終了後

，

刺激 振 動は 切 り替え ら れ る が， 被験 者に は切り替え は知ら し て お らず

，

次の_刺激 振 動が続い て_{上 昇系}列で_与え ら れ る。 ま た

，

被 験 者 に は実験 を 通 して振 動 を 感 じ た らいつ で も 信 号を出す よ う に指示を与え た。 　予備 実験の_結果か ら最 小加振 レ ベ ル をO

．

5

〜

1

．

Ogal に設定 し， 20 ％の増 加 率で振動 量 を上昇 さ せ た

。

刺 激 間の_休止 時 間は最 短で

3

秒 程 度で あ り， 実験時間は被験 者 1人当た り平均

35

分 程度であっ た

。

　

3．

3 実 験 結 果 と考察 　実 験で_得ら れ た加速度 時 間 波 形よ り

，

刺 激 振 動の減衰 性の検 討を行っ た

。

図

一

16に

，

実験に より求め られた 知覚 振 動の 時 系 列 加速度 波 形 （

f

；

15　Hz_）を示し

，

_実 験 結 果を取り ま と め表

一3

に示し た。表 中の減 衰 定 数はt 加 速 度 減 衰 波 形の ピ

ー

ク値 （gal）を読み取り対 数 減衰 率か ら算 定し た もの であ る

。

　振 動台上の加 速度 波形か ら換算さ れ る減衰定数は

，

各 刺 激と もに平 均値で 1

〜

3％ 程 度 目標値を下 回っ て お り

，

人 間

一

振 動 台 連 成に よ る 伝 達 関 数変化の影 響 が見ら れ た。 　 実 験か ら得ら れ た知 覚 振 動量 は

，

生理 的に等 価な刺 激 と解 釈さ れ

，

加 振 振 動 数

，

減 衰 定 数の知 覚 振 動量に与え る影 響につ い て考え る。 図

一

17は

，

刺 激 各々 の知 覚 振 動量の 平 均 値 と 標 準 偏 差を表し て い る

。

図

一

18は

，

縦 軸は被 験 者に よっ て判 定さ れ た知 覚 振 動量の相 対 比

，

す な わ ち減 衰 波の ピ

ー

ク値を基 準正弦 波の ピ

ー

ク値で割っ た_値

，

_{横 軸}は減 衰定数である

。

これらの 図か ら明ら か で あ る が

，

5Hz を除く振動 数では 減衰定 数 が 大 き く な る 程知覚振 動量 は上 昇し ている。 言い換え れば， 同じピ

ー

ク を持つ刺激 振 動は

，

減衰性が増すに_従い知覚しに く く な る と 言え る

。

10Hz 以 上の 振 動 数で は， 減 衰 定 数 5 ％ で知 覚 振 動 量は

1，

5

倍 程 度に上 昇し てい る が

，

減 衰 定 数 5％ 以 上で は知 覚 振 動 量の上 昇は緩やか で ある。 減 衰 定 数 増 加に伴う知 覚 振 動 量の 上昇は

，

5

−

10Hz の振 動 数を境に現れ始め

，

減 衰 定 数 0％ と 5％ の間で顕 著で あ る。

Meister

ら は毎 秒

1− 6

回の衝撃減衰振 動の評価 を立ち あが り部分の振 幅と立ち あが り時 間に よっ て行っ て い るが】｝

_，

実 験 結 果とMeister ら の評 価は 5％ 以 上の 減衰定 数で_対応し て いる

。

N工 工

一

Eleotronio _Library

15 　 　 0 　 　 　 　 　 　 5 　 　 　

（

冩 bo

）

氏

₋

O 咽 繍 蟻 0 15 　 0 　 　 　 　 　 　 5 　 ユ ハ

【

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》

ら

₋

O

口

咽 氤 鞘 0 2 　 　 　 1 賞 冊

G

掴 0 　 　tlPt　RbeemR 　　　　　　　Andet　　　→ 　 　 　 DitiUl　 　

−一

＋ 　 　 　 Splam　ea

＝

tral　

＿．

．

＋ 図

一

15　実験計測の ブロ _ックダ イアグラム Fr閃 凹 聞 6y _5H＝

一

X σ 0 5 10 （a）f＝5Hz 　15 減 衰 定 数（％） F閃 ru

・

門 ◎_ア　29H星

1

σ

1

一

X

⊥

0

5

　　 　 10　 　　15 　　 　　　 　　 減衰定数（％〕 （b）f

＝

2aHz 図

一

17　知 覚 振 動 量と減 衰 定 数

一一層

∫

　

r，

　

酌

　

_一一一

　，

冒

r一 　

一

20HzlOHz15Hz 　 　 z ！彡 ∠

5Hz

一

　5開

霍

：＝

一一

臨

一層

1一

　己翻

矗

0 5 1015 減 衰 定 数 〔％） 図

一

18　知 覚 振 動量の_椙対比 と減 衰 定 数 冠 boO

円

i

F15HOO

； li　

I

r

〒

…

_i

_目

₁

1 1sec

，

圏

_j 　 　

li

甲

（e）基 準正弦 波 ｛h

＝

O％｝ ｛b）h＝5％

．

．

．

₁

’

_．

：

一

．

_三

疊

：

一」 ．

’

「

．

’

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1・

　

”

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‘

、

．

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． ・

．

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’

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F15H10 』 ・

1

一

．

：

1

．

． 齟

幽．

．

； ．

．閥

胃

，1

，

．  ．

1　

．

°

≒ 」

」 り

．

．

齟

．

．

圏

幽

8

　

　

　

　

・

　

■

　

．

　

　

．

　

．

　

「

．

．

L，

−．

．

．

．

一二

　

‘

、

：

耄

．

＝

　

．

零．

二

，’

．

累

夛；≡

』

導 ； 區も

，

−7

　 

「

「 　

’

「

’

孑三

二

．

≒

尸

≡

　一

占

　

．

．

．

．

．

’

：

7

　

．

L

∴二τ

己

，

．．

冒囮

一

「

．． 一一

　

，

’

τ

．「

罰

．

−

．L−．F．．T．

冒

　 ，

一・

Ii

〔c〕h

冨

10％

L

．

噂

．

．．

二

．

’

．

開響

驛

7一

F15H15 ．9

．

「

．

．

1 1 I　I ｝ 1 1 ₁

‘

_t 1 （d）　h＝ 15％ 図

一

16　刺 激振 動 （

f

＝

15　Hz_＞ 表

一

3　 知 覚 振 動 実 験 結 果 知 覚振 動 量（ga1） 又 σ 衰 定 数 平 均 値 　 （％） 動 量の 相 対 比

k

値 0％ 5

．

151

．

38

一

1

．

00

一

5Hz5 ％ 5

．

781

．

444

．

31

．

140

，

48 10％ 5

，

741

．

358

．

31

，

140

．

43 15％ 5

．

111

．

3612

，

31

．

020

．

03 晩 4

．

071

．

03

一

1

．

00

一

10Hz5 ％ 5

．

930

．

964

．

8L521

．

87 10％ 6

．

07L137

．

31

．

581

．

85 15％ 6

．

2B1

．

2317

．

01

．

631

．

95 0％ 4

．

920

．

97

一

1

．

00

一

15Hz5 ％ 7

．

131

，

434

．

41

，

461

．

81 10％ 7

．

421

．

298

．

31

．

532

．

19 15％ 7

．

401

．

1613

．

41

．

552

．

32 o％ 5

．

481

．

18

一

1

．

00

一

20Hz5 ％ 7

．

721

．

56431

．

431

．

62 10％ 8

．

461

．

786

．

81

．

571

．

97 15％ 9

．

061

．

5012

．

91

，

712

．

65 え：平 均 値　 　 　 　 　σ ：標準偏 差　 　 　k

＝

IXo

−

XiYσ XO ：基 準正弦 波の平 均 値_Xi：各 刺 激 振 動の平 均 値

NII-Electronic Library Service 　

4．

結 　 論 　 前述の実 験 結 果か ら以 下の結 論が得 ら れ た

。

　 （1） 床 構 造の減 衰 定 数の _低さ は

，

『共 振 現 象』 や 「衝 撃 振 動の継 続 時 間の遅 延 亅の他に

，

歩 行 加 振の ような周 期 的な衝 撃 加 振に対し ては 『振 動の重複

・

増 幅 現 象 亅を 引 き起こ _す。 この振 動の重 複

・

増 幅 現 象は

，

床 構 造の固 有 振 動 数が低 下 する に従っ て問 題と な る

。

　 （2） 床 構 造の減 衰 性 能が歩 行 振 動 感 覚に与え る影 響 は

，

5Hz 程 度の振 動 数で は差が見ら れ ないが

，

10　Hz_以 上の振 動 数では減 衰 定 数が大き く な る に従い知 覚 振 動 量 は上昇 する

。

減 衰 定 数 増 加に伴 う知 覚 振 動 量の上昇は_， lO

〜

20　Hz _{の振 動 数 域で は}

，

_{減 衰 定 数}5_％で 1

、

5_{倍 程 度} である

。

　 （3 ）動制振 器は_床構造の減衰性 能 を向 上させ_， 共 振 振幅の減少，単位衝撃に対し て は振 動の継 続時 間の減少， 歩行の よ う な周 期 衝 撃に対 して は振 動の重 複

・

増 幅 現 象 を緩和する_{制振 効 果}を もた ら す

。

動制振器の実用化に際 し て は， 複 数モ

ー

ドの振 動 制 御， 解 析 技 術 等の課 題は残 さ れて い る が

，

物理的な効 果 を主眼 と し た大ス パ ン床 搆 造の_振動制御法と して_{注 目}され る

。

　 謝　辞 　本研 究は

，

神 戸 大 学 工 学 部 水 畑 耕 治 先 生な らびに近 畿 大学 理工学部 前田節雄 先生の_指導に_基づ き計画し， 実験 は，近畿 大学前田研究室，特許機器株式会社な らびに（株 ） 竹中工務 店 大阪本店設計部 諸 氏の_協力に より_実施さ れ た。 本 研 究の関 係 諸 氏に厚く御 礼 申し上 げ ま す。 参考文献

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一

₉₆

一

N工 工

一

Eleotronio _Library

SYNOPSIS

UDC :,69:025. 22:624. 042.7:620.1

_.

EXPERIMENTAL

STUDY

ON

DAMPING

EFFECT

OF

FLOOR

STRUCTURE

by YOSHINORI TAKAHASHI and NOBUYOSHI MURAI,

･

TechnicalResearchLaboratory,TakenakaKomuten Co., Ltd.,Members ofA,I.

J.

This

_paper

discusses,

on the

basis

oftestresults, thechanges

brought

about

in

the

dynamic

characteristics of

floor

structure and

human

sensitivity tovibration by differencesinthe

damping

effect of

floor

structure, For the study the

following

twe testswere _performed :

_.

(

1

)

Forced

vibration testof thecornposite

beam

test

floor

fitted

with

dynamic

dampers.

(

2

)

Test

of

human

subjects on vibration tableto

_pbtain

the relationship

between

their sensitivity tovibration

and the

damping

effect of floorstructure. The table was oscillated with various combinations of natural

frequencies

with

damping

coefficients obtained

from

the

floor

when walked on,

The

above tests

led

tothefollowingconglusions :

(1)

Inaddition to "resonance"

and "delayed

duration

of

impact

vibration",

lower

damping

coefficient of the

floor

structure eauses "overlapping and amplification of vibration7 when the vibration

is

made

by

periodic

impactwhich isusually caused by someone walking.

(

2

)

_.The

influencesof

floor

structure'

damping

effect on the sensitivity to vibration

by

someone walking are

as

follows:

,

a)

Negligible

in a low natttral frequency range such as sHz,

b)

Inthe range of le-20 Hz, a damping coefficient of

_{.approximately}

5

%

decreases

the sensitivity

ximately 111.5times.

(3)

The

dynamic

damper

improves the darnpingeffect of floorstructure, decreasesresonance amplitude,

creases the durationof impactvibration, and surppresses the overlapping and amplification of vibratiDn

for

the _periodicimpact such as walking.

_.

From these results, the dynamic damper isworth noting as an effective _physicalvibration control

device

for

floor

structures witlt

large

span.