板状楼板构造以及建筑构造物
技术领域
本发明涉及应用于建筑构造物的地板的板状楼板(パネル床;panelfloor)构造以及建筑构造物。尤其是,涉及适于提高隔音性的板状楼板构造以及具备该板状楼板构造的建筑构造物。
本申请基于2010年01月14日在日本申请的特愿2010-005543号以及2010年05月20日在日本申请的特愿2010-116764号,主张优先权,将其内容援用于本申请。
背景技术
作为地板构造之一,提出有一种板状楼板构造,其包括:相互隔开间隔而平行地配置的钢制的上面材以及下面材;以及配置在上面材以及下面材之间的钢制的芯材。在该板状楼板构造中,由于比使用混凝土的以往的地板构造轻量,因此能够降低地震时的水平外力,并能够削减柱、梁、桩、基础等构造部件的数量。由此,具有的优点为,能够实现建筑物整体的轻量化和成本削减,并能够进行合理且经济的构造设计。
此处,关于建筑物的地板构造,要求成为特别对于重地板撞击声的隔音性优良的构造(例如参照专利文献1以及专利文献2)。
专利文献1中公开了一种建筑用减震构造,设置将对板部件进行支持的梁部件的长度方向的中间部进行保持而固定该梁部件的止振件,在设置了止振件之后的梁部件振动模式的波腹部分,设置被设定为固有振动频率成为44~88Hz的范围内的动态减震器。由此,缩短梁部件的振动时的节彼此的间隔,而减小梁部件以及板部件的振动振幅。而且,通过反相的振动来降低响应,而提高隔音性。
此外,专利文献2中公开了一种建筑用减震构造,在上层地板部设置减震器,该减震器通过相对于上层地板部的振动以反相进行振动来降低上层地板部的振动,并且,将设置在上层地板部下方的下层顶棚部的固有振动频率设定为与减震器的固有振动频率不同的值。由此,专利文献2公开的技术为,通过由减震器来抑制上层地板部的特定振动频率的振动,并且有效地抑制由上层地板部的振动所引起的下层地板部的振动激发,由此提高对于44.5Hz~89.1Hz频带的振动的隔音性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-126940号公报
专利文献2:日本特开2007-211415号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而,专利文献1所公开的技术为,通过具备止振件,来有效地抑制地板、顶棚等板部件的振动。此外,专利文献2所公开的技术为,通过具备减震器,来防止或降低由在上层地板部产生的振动所引起的在下层顶棚部产生声音。
但是,在具备止振件、减震器的构成中,花费成本、还必须考虑配置,因此变得烦杂。并且,与具备止振件、减震器相应,整体质量也会变重。
本发明是为了解决上述课题而完成的,其目的在于,提供一种板状楼板构造以及建筑构造物,能够通过简单的构成,来实现轻量化,并且提高对于重地板撞击声的隔音性。
用于解决课题的手段
(1)本发明一个方式的板状楼板构造为,具备:相互隔开规定间隔而大致平行地配置的上面材以及下面材;以及将这些上面材以及下面材之间进行连结而形成空间的至少一对钢制的芯材;在该板状楼板构造中,上述上面材以及上述下面材的长度尺寸及宽度尺寸、上述规定间隔、上述芯材的长度尺寸、宽度尺寸及板厚、以及上述各芯材之间的配置间隔中的至少一个被调整为,满足下述(A)以及下述(B),
(A)由上述上面材、上述下面材以及上述芯材构成的整体振动***的一次固有振动频率为15Hz以上45Hz以下,
(B)上述上面材、上述下面材或上述芯材各自的部分振动***的一次固有振动频率为707Hz以上20000Hz以下。
(2)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,上述整体振动***具有满足下述公式(1)的各向同性,该板状楼板构造进一步具备:横架件,在上述整体振动***的宽度方向或与该宽度方向正交的长度方向上隔开间隔而沿着上述下面材的两个端边延伸配置,并支持上述下面材;以及固定部件,将上述下面材和上述横架件进行固定;上述整体振动***的一次固有振动频率f1满足下述公式(2),
Ex·Ix=Ey·Iy ···(1)
其中,
Ex:上述整体振动***的上述宽度方向的杨氏模量
Ey:上述整体振动***的上述长度方向的杨氏模量
Ix:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Iy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
E1:上述整体振动***的杨氏模量(N/mm2)
I1:上述横架件的与延长方向平行的铅垂截面中的截面惯性矩(mm4)
ρ1:上述整体振动***的密度(kg/m3)
S1:上述横架件的与延长方向平行的铅垂截面的截面积(mm2)
l1:上述宽度方向或上述长度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)。
(3)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,上述整体振动***具有满足下述公式(3)的各向同性,该板状楼板构造进一步具备:横架件,在上述整体振动***的上述宽度方向以及上述长度方向上隔开间隔而沿着上述下面材的四个端边延伸配置,并支持上述下面材;以及固定部件,将上述下面材和上述横架件进行固定;上述整体振动***的一次固有振动频率f2满足下述公式(4),
Ex·Ix=Ey·Iy ···(3)
其中,
Ex:上述整体振动***的上述宽度方向的杨氏模量
Ey:上述整体振动***的上述长度方向的杨氏模量
Ix:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Iy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
E1:上述整体振动***的杨氏模量(N/mm2)
I1:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
ν1:上述整体振动***的泊松比
ρ1:上述整体振动***的密度(kg/m3)
S1:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面积(mm2)
l1:上述长度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)
l2:上述宽度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)。
(4)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,上述整体振动***具有满足下述公式(5)的各向异性,该板状楼板构造进一步具备:横架件,在上述整体振动***的上述长度方向上隔开间隔而沿着上述下面材的两个端边延伸配置,并支持上述下面材;以及固定部件,将上述下面材和上述横架件进行固定;上述整体振动***的一次固有振动频率f3满足下述公式(6),
Ex·Ix≠Ey·Iy ···(5)
其中,
Ex:上述整体振动***的上述宽度方向的杨氏模量
Ey:上述整体振动***的上述长度方向的杨氏模量
Ix:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Iy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
E1:上述整体振动***的杨氏模量(N/mm2)
I1:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
ρ1:上述整体振动***的密度(kg/m3)
S1:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面积(mm2)
l1:上述宽度方向或上述长度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)。
(5)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,上述整体振动***具有满足下述公式(7)的各向异性,该板状楼板构造进一步具备:横架件,在上述整体振动***的上述宽度方向以及上述长度方向上隔开间隔而沿着上述下面材的四个端边延伸配置,并支持上述下面材;以及固定部件,将上述下面材和上述横架件进行固定;上述整体振动***的一次固有振动频率f4满足下述公式(8),
Ex·Ix≠Ey·Iy ···(7)
其中,
Ex:上述整体振动***的上述宽度方向的杨氏模量
Ey:上述整体振动***的上述长度方向的杨氏模量
Ix:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Iy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
l1:上述长度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)
l2:上述宽度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)
ρ1:上述整体振动***的密度(kg/m3)
ν1:上述整体振动***的泊松比
E1:上述整体振动***的杨氏模量(N/mm2)
Sx:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面积(mm2)
Sy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面积(mm2)。
(6)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,上述整体振动***具有满足下述公式(9)的各向同性,该板状楼板构造进一步具备:横架件,在上述整体振动***的宽度方向或与该宽度方向正交的长度方向上隔开间隔而沿着上述下面材的两个端边延伸配置,并支持上述下面材;以及固定部件,将上述上面材以及上述下面材中的至少上述下面材固定到上述横架件上;在仅上述下面材被固定到上述横架件上的情况下,进一步具备将上述上面材和其他部件进行固定的其他固定部件,上述整体振动***的一次固有振动频率f5满足下述公式(10),
Ex·Ix=Ey·Iy ···(9)
其中,
Ex:上述整体振动***的上述宽度方向的杨氏模量
Ey:上述整体振动***的上述长度方向的杨氏模量
Ix:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Iy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
E1:上述整体振动***的杨氏模量(N/mm2)
I1:上述横架件的与延长方向平行的铅垂截面的截面惯性矩(mm4)
ρ1:上述整体振动***的密度(kg/m3)
S1:上述横架件的与延长方向平行的铅垂截面的截面积(mm2)
l1:上述宽度方向或上述长度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)。
(7)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,上述整体振动***具有满足下述公式(11)的各向同性,该板状楼板构造进一步具备:横架件,在上述整体振动***的上述宽度方向以及上述长度方向上隔开间隔而沿着上述下面材的四个端边延伸配置,并支持上述下面材;以及固定部件,将上述上面材以及上述下面材中的至少上述下面材固定到上述横架件上;在仅上述下面材被固定到上述横架件上的情况下,进一步具备将上述上面材和其他部件进行固定的其他的固定部件,上述整体振动***的一次固有振动频率f6满足下述公式(12),
Ex·Ix=Ey·Iy ···(11)
其中,
Ex:上述整体振动***的上述宽度方向的杨氏模量
Ey:上述整体振动***的上述长度方向的杨氏模量
Ix:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Iy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
E1:上述整体振动***的杨氏模量(N/mm2)
I1:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
ν1:上述整体振动***的泊松比
ρ1:上述整体振动***的密度(kg/m3)
S1:上述横架件的与长度方向正交的截面的截面积(mm2)
l1:上述长度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)
l2:上述宽度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)。
(8)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,上述整体振动***具有满足下述公式(13)的各向异性,该板状楼板构造进一步具备:横架件,在上述整体振动***的宽度方向或与该宽度方向正交的长度方向上隔开间隔而沿着上述下面材的两个端边延伸配置,并支持上述下面材;以及固定部件,将上述上面材以及上述下面材中的至少上述下面材固定到上述横架件上;在仅上述下面材被固定到上述横架件上的情况下,进一步具备将上述上面材和其他部件进行固定的其他的固定部件,上述整体振动***的一次固有振动频率f7满足下述公式(14),
Ex·Ix≠Ey·Iy ···(13)
其中,
Ex:上述整体振动***的上述宽度方向的杨氏模量
Ey:上述整体振动***的上述长度方向的杨氏模量
Ix:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Iy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
E1:上述整体振动***的杨氏模量(N/mm2)
I1:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
ρ1:上述整体振动***的密度(kg/m3)
S1:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的铅垂截面的截面积(mm2)
l1:上述宽度方向或上述长度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)。
(9)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,上述整体振动***具有满足下述公式(15)的各向异性,该板状楼板构造进一步具备:横架件,在上述整体振动***的上述宽度方向以及上述长度方向上隔开间隔而沿着上述下面材的四个端边延伸配置,并支持上述下面材;以及固定部件,将上述上面材以及上述下面材中的至少上述下面材固定到上述横架件上;在仅上述下面材被固定到上述横架件上的情况下,进一步具备将上述上面材和其他部件进行固定的其他的固定部件,上述整体振动***的一次固有振动频率f8满足下述公式(16),
Ex·Ix≠Ey·Iy ···(15)
其中,
Ex:上述整体振动***的上述宽度方向的杨氏模量
Ey:上述整体振动***的上述长度方向的杨氏模量
Ix:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Iy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
l1:上述长度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)
l2:上述宽度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)
ρ1:上述整体振动***的密度(kg/m3)
ν1:上述整体振动***的泊松比
E1:上述整体振动***的杨氏模量(N/mm2)
Sx:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面积(mm2)
Sy:上述整体振动***的与上述长度方向正交的截面的截面积(mm2)。
(10)在上述(1)~上述(9)中任一项所述的板状楼板构造中,优选为,进一步具备:第一芯材固定部件,在上述芯材和上述上面材的接触部,将上述上面材以及上述芯材进行固定;以及第二芯材固定部件,在上述芯材和上述下面材的接触部,将上述下面材以及上述芯材进行固定;上述上面材以及上述下面材的一次固有振动频率f9满足下述公式(17),
其中,
E4:上述上面材或上述下面材的杨氏模量(N/mm2)
t4:上述上面材或上述下面材的厚度(mm)
ρ4:上述上面材或上述下面材的密度(kg/m3)
ν4:上述上面材或上述下面材的泊松比
a4:上述上面材或上述下面材的上述长度方向上的长度(mm)
b4:上述芯材之间的配置间隔(mm)。
(11)在上述(1)~上述(9)中任一项所述的板状楼板构造中,优选为,进一步具备:在上述芯材和上述上面材的接触部,将上述上面材以及上述芯材进行固定的多个固定部件;以及在上述芯材和上述下面材的接触部,将上述下面材以及上述芯材进行固定的多个固定部件;上述上面材以及上述下面材的一次固有振动频率f10满足下述公式(18),
其中,
E4:上述上面材或上述下面材的杨氏模量(N/mm2)
t4:上述上面材或上述下面材的厚度(mm)
ρ4:上述上面材或上述下面材的密度(kg/m3)
ν4:上述上面材或上述下面材的泊松比
a4:上述上面材或上述下面材的上述长度方向的长度(mm)
b4:上述芯材之间的配置间隔(mm)。
(12)在上述(1)~上述(9)中任一项所述的板状楼板构造中,优选为,上述芯材的一次固有振动频率f11满足下述公式(19),
其中,
E5:上述芯材的杨氏模量(N/mm2)
t5:上述芯材的板厚方向的厚度(mm)
ρ5:上述芯材的密度(kg/m3)
ν5:上述芯材的泊松比
a5:上述芯材的上述长度方向的长度(mm)
b5:上述规定间隔(mm)。
(13)在上述(11)所述的板状楼板构造中,优选为,上述芯材的一次固有振动频率f12满足下述公式(20),
其中,
E5:上述芯材的杨氏模量(N/mm2)
t5:上述芯材的板厚方向的厚度(mm)
ρ5:上述芯材的密度(kg/m3)
ν5:上述芯材的泊松比
a5:上述芯材的上述长度方向的长度(mm)
b5:上述规定间隔(mm)。
(14)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,具备:横架件,在上述整体振动***的宽度方向或与该宽度方向正交的长度方向上隔开间隔而沿着上述下面材的两个端边延伸配置,并支持上述下面材;以及固定部件,将上述下面材和上述横架件进行固定;其中,满足下述公式(21)~(23),
EIf≥0.65×EIall ···(21)
Mw≥0.40×Mall ···(22)
Mw≥EIw/(k×l4)(k=719)···(23)
其中,
Mw:上述芯材的质量(kg/m2)
EIf:上述上面材以及上述下面材的弯曲刚度(N·m2)
EIw:上述芯材的弯曲刚度(N·m2)
Mall:上述上面材、上述下面材以及上述芯材的合计质量(kg/m2)
EIall:上述上面材、上述下面材以及上述芯材的弯曲刚度(N·m2)
l:上述宽度方向或上述长度方向上的上述横架件的配置间隔(m)。
(15)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,上述芯材具有:与上述上面材以平面接触的上平面部;与上述下面材以平面接触的下平面部;以及相对于上述上面材以及上述下面材倾斜的倾斜部;上述上平面部、上述倾斜部、上述下平面部按照该顺序连续地形成。
(16)在上述(1)所述的板状楼板构造中,优选为,在上述空间内填充有吸声材料。
(17)本发明一个方式的板状楼板构造为,具备:相互隔开规定间隔而大致平行地配置的上面材以及下面材;以及将这些上面材以及下面材之间进行连结而形成空间的至少一对钢制的芯材;在上述空间内具备被填充的吸声材料,上述上面材以及上述下面材的长度尺寸、宽度尺寸、板厚、上述规定间隔、上述芯材的长度尺寸、板厚以及上述各芯材之间的配置间隔中的至少一个被调整为,满足下述(A),
(A)由上述上面材、上述下面材以及上述芯材构成的整体振动***的一次固有振动频率为15Hz以上45Hz以下。
(18)在上述(1)或者上述(17)所述的板状楼板构造中,优选为,具备多个板构成部件,该板构成部件在上述长度方向上延伸,并具有连接板、设置在该连接板的一端并在上述宽度方向上延伸的上凸缘、以及设置在上述连接板的另一端并向与上述上凸缘相反的方向延伸的下凸缘,上述多个板构成部件,以上述上凸缘以及上述下凸缘分别形成同一平面的方式在上述宽度方向上邻接排列,所邻接排列的多个上述上凸缘形成上述上面材,所邻接排列的多个上述下凸缘形成上述下面材,上述连接板为上述芯材。
(19)本发明一个方式的的建筑构造物为,具备上述(1)或者上述(17)所述的板状楼板构造。
发明的效果
根据上述(1)所述的板状楼板构造,由上面材、下面材、芯材构成的板状楼板构造,具有整体振动***的一次固有振动频率和部分振动***的一次固有振动频率。当这些一次固有振动频率在重地板撞击声的评价范围(超过45Hz而低于707Hz的范围)内时,隔音性降低。因此,在本板状楼板构造中,上面材以及下面材的长度尺寸以及宽度尺寸、规定间隔、芯材的长度尺寸、宽度尺寸以及板厚、以及各芯材之间的配置间隔中的至少一个被调整为,满足上述(A)以及上述(B)。由此,整体振动***的一次固有振动频率以及部分振动***的一次固有振动频率,成为重地板撞击声的评价范围以外。因此,本发明的板状楼板构造,不采用减震器等特别的构成,因此能够通过低价的构成来实现轻量化、并且改善对重地板撞击声的隔音性。尤其是,本发明的板状楼板构造,通过仅由面材构成的板构造,实现发挥优良的刚度、轻量性的效果,并且发挥改善板状楼板构造的隔音性的效果。
另外,此处所称的整体振动***的一次固有振动频率,根据由各振动***的尺寸、物理特性、截面特性值等所表示的上述公式来决定。
根据上述(2)~(9)所述的板状楼板构造,使用与板的性质、横架件的支持位置、基于固定部件的固定方法相对应的公式。而且,将上面材以及下面材的长度尺寸以及宽度尺寸、规定间隔、芯材的长度尺寸、宽度尺寸以及板厚、以及各芯材之间的配置间隔中的至少一个调整为,整体振动***的一次固有振动频率f1~f8为15Hz以上45Hz以下。由此,能够更有效地提供一种对重地板撞击声的隔音性优良的板状楼板构造。
根据上述(10)~(13)所述的板状楼板构造,使用与板的性质、横架件的支持位置、基于固定部件的固定方法相对应的公式。而且,将上面材以及下面材的长度尺寸以及宽度尺寸、规定间隔、芯材的长度尺寸、宽度尺寸以及板厚、以及各芯材之间的配置间隔中的至少一个调整为,部分振动***的一次固有振动频率f9~f12为707Hz以上20000Hz以下。由此,能够更加有效地提供一种对重地板撞击声的隔音性优良的板状楼板构造。
根据上述(14)所述的板状楼板构造,虽然与以往的板状楼板构造整体的质量Mall为相同程度、且整体的弯曲刚度EIall大幅度降低,但是能够得到与以往同等或其以上的隔音性。并且,还能够降低板状楼板构造的厚度。此外,在实现本发明时,能够抑制质量Mall相对于为了使一次固有振动频率f成为45Hz以上而需要的最小质量过度地增大。由此,能够在尽可能实现轻量化的同时、得到隔音性优良的效果。
在本板状楼板构造中,不使重量过度增大就能够提高隔音性,因此能够提供一种轻量且隔音性优良的板状楼板构造。如此,与能够使板状楼板构造轻量相应,能够削减柱、梁、桩、基础等构造部件的数量。由此,能够实现建筑物整体的轻量化和成本削减,并能够进行合理且经济的构造设计。此外,通过使板状楼板构造变薄,能够降低建筑物高度,并能够实现内部装饰材料、外部装饰材料的使用量的削减。
根据上述(15)所述的板状楼板构造,芯材是上面平面部、倾斜部和下平面部按照该顺序连续地形成的。由此,在将上面材以及下面材之间的空间分隔为规定间隔的情况下,不使用多个芯材,例如通过将一个板材弯曲就能够分隔空间。由此,通过简单的构成就能够提供一种隔音性优良的板状楼板构造。
根据上述(16)所述的板状楼板构造,在空间内具备吸声材料,由此能够更有效地提高隔音性。
根据上述(17)所述的板状楼板构造,通过在空间内填充吸声材料,能够使部分振动***的一次固有振动频率成为707Hz以上20000Hz以下。由此,不需要调整部分振动***的尺寸,因此调整整体振动***的尺寸即可。因此,通过更简单的调整,就能够提高对重地板撞击声的隔音性。此外,本发明一个方式的板状楼板构造为,不采用减震器等特别的构成,因此能够通过低价的构成来改善对重地板撞击声的隔音性。尤其是,通过仅由面材构成的板构造,实现发挥优良的刚度、轻量性的效果,并且发挥改善板状楼板构造的隔音性这种效果。
根据上述(18)所述的板状楼板构造,通过排列多个板构成部件,能够形成板状楼板构造。由此,通过简单的构成就能够提供一种隔音性优良的板状楼板构造。
根据上述(19)所述的建筑构造物,通过具备上述板状楼板构造,由此能够发挥优良的隔音性。
附图说明
图1A是表示将本发明第一实施方式的板状楼板构造配设到横架件上之前的状态的立体图。
图1B是表示将该板状楼板构造配设到横架件上之后的状态的侧视图。
图2A是该板状楼板构造的立体图。
图2B是该板状楼板构造的主视截面图。
图3A是应用了该板状楼板构造的住宅的立体图。
图3B是将该板状楼板构造应用于钢结构办公楼的情况下的立体图。
图4A是表示以往和本发明的板状楼板构造的重地板撞击声试验的试验结果的曲线图,横轴为频率,纵轴为声压级。
图4B是表示本发明第一实施方式的板状楼板构造的重地板撞击声试验的试验结果的曲线图,横轴为频率,纵轴为声压级。
图5A是将该板状楼板构造模型化了的模型图。
图5B是将该板状楼板构造模型化了的模型图。
图5C是将该板状楼板构造模型化了的模型图。
图6A是表示通过四边支持将该板状楼板构造配设到横架件上之前的状态的立体图。
图6B是表示配设了该板状楼板构造之后的状态的侧视图。
图6C是表示配设了该板状楼板构造之后的状态的主视图。
图7A是用于对整体振动***的边界条件进行说明的侧视图。
图7B是用于对整体振动***的其他边界条件进行说明的侧视图。
图7C是用于对整体振动***的其他边界条件进行说明的侧视图。
图8A是用于对第一实施方式的板状楼板构造的部分振动***的边界条件进行说明的主视截面图。
图8B是用于对第一实施方式的板状楼板构造的部分振动***的其他边界条件进行说明的主视截面图。
图9A是用于对在决定整体振动***的一次固有振动频率时应考虑的截面进行说明的模式立体图。
图9B是用于对在决定整体振动***的一次固有振动频率时应考虑的截面进行说明的模式立体图。
图9C是用于对在决定整体振动***的一次固有振动频率时应考虑的截面进行说明的模式立体图。
图9D是用于对在决定整体振动***的一次固有振动频率时应考虑的截面进行立体的模式立体图。
图10A是第二实施方式的板状楼板构造的立体图。
图10B是该板状楼板构造的主视截面图。
图11A是将该板状楼板构造模型化了的模型图。
图11B是将该板状楼板构造模型化了的模型图。
图11C是将该板状楼板构造模型化了的模型图。
图12A是用于对该板状楼板构造的部分振动***的边界条件进行说明的主视截面图。
图12B是用于对该板状楼板构造的部分振动***的其他边界条件进行说明的主视截面图。
图13A是第三实施方式的板状楼板构造的立体图。
图13B是该板构造体的主视图。
图13C是该板状楼板构造的主视截面图。
图14A是第四实施方式的板状楼板构造的部分切口立体图。
图14B是该板状楼板构造的截面图。
图15是表示重地板撞击声试验的试验结果的曲线图,横轴为频率,纵轴为声压级。
图16A是表示现有技术的板状楼板构造的构成的立体图。
图16B是该板状楼板构造的主视截面图。
图17是用于对板状楼板构造整体的质量、弯曲刚度与上面材等的质量、弯曲刚度之间的关系进行说明的图。
图18A是表示将第五实施方式的板状楼板构造配设到多个横架件上之前的状态的立体图。
图18B是该板状楼板构造的截面图。
图19A是表示第五实施方式的板状楼板构造的构成的立体图。
图19B是该板状楼板构造的主视截面图。
图20A是表示第六实施方式的板状楼板构造的构成的立体图。
图20B是该板状楼板构造的主视截面图。
图21A是表示第七实施方式的板状楼板构造的构成的立体图。
图21B是表示构成该板状楼板构造的板构成部件的构成的侧视图。
图21C是该板状楼板构造的主视截面图。
图22A是表示第八实施方式的板状楼板构造的构成的部分切口立体图。
图22B是该板状楼板构造的主视截面图。
图23是表示重地板撞击声试验的结果的图。
具体实施方式
以下,作为用于实施本发明的一个实施方式,参照附图对建筑构造物的地板所应用的板状楼板构造进行详细说明。
首先,对应用了本发明的板状楼板构造的第一实施方式进行说明。
图1A是表示将第一实施方式的板状楼板构造1配设到多个横架件71上之前的状态的立体图。图1B是表示配设了之后的状态的侧视图。此外,图2A是第一实施方式的板状楼板构造1的立体图,图2B是其主视截面图。图3A表示将本实施方式的板状楼板构造1应用于住宅(建筑构造物)的地板的情况下的图。该住宅的一层的地板以及二层的地板使用本实施方式的板状楼板构造1。
此外,图3B是将本实施方式的板状楼板构造1例如应用于五层建筑的钢结构办公楼的情况下的立体图。该钢结构的各层的地板使用本实施方式的板状楼板构造1。
如图1A所示,本实施方式的板状楼板构造1构成为板体,该板体能够配设到由在一个方向上隔开间隔而大致平行地配置的多个横架件71构成的地板下构造7上。横架件71是在建筑构造物的水平方向上延长而架设的构架。这种由横架件71构成的地板下构造7为,在其上配设有板状楼板构造1那样的地板件。除此以外,如图6A所示,地板下构造7有时通过在一个方向上隔开间隔而大致平行地配置的多个横架件71、和以与该多个横架件71交叉的方式在与一个方向正交的方向上隔开间隔地配置的多个横架件71组合成栅格状而构成。即,为四边支持构造。板状楼板构造1为,例如通过小螺钉、螺栓等固定配件81相对于各横架件71固定而使用,但相对于该横架件71的固定手段是公知的手段即可,不特别限定。
该地板下构造7的横架件71为,由被用作为建筑构造物的构架的方钢、H型钢等棒状部件构成,例如在应用于办公楼、集合住宅等钢结构的建筑构造物的情况下,能够应用大梁、小梁。此外,在应用于独立住宅等木造建筑物、钢铁房屋的情况下,能够应用楼板梁、托梁、吊顶龙骨、吊顶龙骨支架等。此外,横架件71也可以构成为被配置在与铅垂面大致平行地配设的面材上的棒状部件。此外,横架件71也可以由上述面材的上端部构成。
如图2A以及图2B所示,本实施方式的板状楼板构造1具备:相互隔开规定间隔而大致平行地配置的上面材11以及下面材13;以及将这些上面材11以及下面材12之间进行连结而形成中空空间(空间)19的至少一对钢制的芯材15。该芯材15为,通过其上下端与上面材11以及下面材13连结,由此在宽度方向X上分隔上面材11以及下面材13之间的中空空间19,将其分为一个或多个中空空间19。在第一实施方式中,通过芯材15在宽度方向X上分隔出多个中空空间19。
上面材11承担作为所谓地板下底板的作用,在上面材11的表面上也可以安装有装饰胶合板等。下面材13承担作为所谓顶棚板的作用,但当然也可以另外在下面材13的下方空间中设置具有顶棚板的功能的部件。上面材11以及下面材13由具有后述那样的规定尺寸的钢制板材构成。
如图2A所示,芯材15由在板状楼板构造1的长度方向(进深方向)Y上延长的形状的钢板、型钢等构成,在第一实施方式中由多个槽钢构成。由该槽钢构成的芯材15,具备连接板31和从连接板31的上端以及下端向大致正交方向弯曲的上凸缘33以及下凸缘35。芯材15为,相对于上面材11以及下面材13,在使其上下端的上凸缘33以及下凸缘35抵接的状态下,通过螺钉、铆钉等固定配件(固定部件)84、85或者焊接来固定连接。在第一实施方式中,一个芯材15的上凸缘33以及下凸缘35相对于上面材11或下面材13,在长度方向Y上隔开间隔的多个部位通过固定配件84、85来固定。具体地,在每一个部位通过一个固定配件84、85,将上凸缘33以及下凸缘35固定连接到上面材11或下面材13上。
如图2A所示,第一实施方式中的芯材15在板状楼板构造1的宽度方向X上隔开间隔配置有多个。由此,由上面材11、下面材13以及芯材15包围的中空空间19,在板状楼板构造1的宽度方向X上设置有多个。
此外,如图1A所示,第一实施方式的板状楼板构造1为,以堵塞长度方向两侧的开口的方式安装有由板材形成的端板16。该端板16例如通过焊接或螺钉等固定配件而相对于上面材11、下面材13连接。在第一实施方式的板状楼板构造1中,上面材11和下面材13分别通过焊接而相对于端板16连接。该端板16在本实施方式中并不是必须的构成。
如图1A所示,第一实施方式的板状楼板构造1由横架件71支持。该横架件71在由上面材11、下面材13以及芯材15构成的整体振动***21的长度方向(Y)上隔开间隔而沿着下面材13的两个端边13a、13b延伸配置。下面材13的宽度方向(X)的端边13c、13d未被横架件71支持。即,板状楼板构造1为两边支持构造。此外,如图1B所示,第一实施方式的板状楼板构造1为,仅下面材13通过小螺钉等固定配件81相对于横架件71固定。
第一实施方式的芯材15,除了槽钢以外,也可以由工字钢、卷边槽钢、角钢、箱型钢等具有各种截面形状的型钢、平板状的钢板构成。
在本实施方式中,上面材11以及下面材13的长度尺寸以及宽度尺寸、上面材11和下面材13的间隔(规定间隔)、芯材15的长度尺寸、宽度尺寸以及板厚、以及各芯材15之间的配置间隔中的至少一个,被调整为满足下述(A)以及下述(B)。
(A)由上面材11、下面材13以及芯材15构成的整体振动***21的一次固有振动频率为15Hz以上45Hz以下。
(B)上面材11、下面材13或芯材15各自的部分振动***22的一次固有振动频率为707Hz以上20000Hz以下。
此处,对图1B、图2A以及图2B所示的上面材11以及下面材13的长度尺寸l1、宽度尺寸l2、板厚t4、上面材11和下面材13的间隔(规定间隔)b5、芯材15的长度尺寸a5、板厚t5、以及各芯材15之间的配置间隔b4如以往那样未被调整的情况进行说明。在该构成的情况下,如图4A所示,在建筑构造物的板状楼板构造的重地板撞击声的评价范围、即超过45Hz而低于707Hz的范围内,产生两个波峰。这些波峰是声压级比隔音等级评价曲线高的波峰,因此成为隔音性降低了的板状楼板构造。低频侧的波峰由整体振动***(上面材、下面材以及芯材)产生,高频侧的波峰由部分振动***(上面材、下面材或芯材)产生。
因此,在本实施方式中,将上述各部件的尺寸调整为,如图4B的箭头Q1所示,整体振动***的固有振动频率成为重地板撞击声的评价范围外,且如箭头Q2所示,部分振动***的固有振动频率成为重地板撞击声的评价范围外。
接着,对本实施方式中较重要的板状楼板构造1的上面材11、下面材13以及芯材15的尺寸进行说明。在本实施方式中,基于下述那样的想法来调整上面材11、下面材13以及芯材15的尺寸。
图5A是将第一实施方式的板状楼板构造1模型化了的模型图。在该模型图中,上面材11以及下面材13通过槽钢等多个芯材15在图中的由白圈表示的连接部17被连接。
在人在板状楼板构造1上步行、物体向板状楼板构造1落下等情况下,由于该原因,板状楼板构造1的整体以及一部分在其板厚方向上振动。该振动经由空气传递到板状楼板构造1的下层侧。
此处,作为成为板状楼板构造1产生振动的原因的振动源,能够举出整体振动***21和部分振动***22。整体振动***21是如图5A所示那样的薄板状构造,该薄板状构造为上面材11、下面材13以及芯材15成为一体进行振动,并由板状楼板构造1整体构成的。部分振动***22具备如图5B、图5C所示那样的薄板状构造的第一部分振动***23和第二部分振动***25,该薄板状构造由作为板状楼板构造1的一部分的上面材11、下面材13或芯材15的各自构成,其两端支持在上面材11以及下面材13与芯材15的连接部17上。第一部分振动***23由上面材11或下面材13构成,第二部分振动***25由芯材15构成。
此外,板构造体10具备上面材11、下面材13和芯材15。
这些各振动***以对应于各自的固有振动频率的振动频率进行振动。此处,在本实施方式中,各振动***的尺寸被调整为,根据规定公式决定的这些各振动***的一次固有振动频率成为规定范围。具体地,整体振动***21的尺寸被调整为,根据后述公式(2)、(4)、(6)、(8)、(10)、(12)、(14)、(16)决定的一次固有振动频率f1~f8成为15Hz以上45Hz以下,第一部分振动***23以及第二部分振动***25的尺寸被调整为,根据后述公式(17)~(20)决定的一次固有振动频率f9~f12成为707Hz以上。即,整体振动***21的尺寸被调整为,根据规定公式决定的一次固有振动频率成为15Hz以上45Hz以下,第一部分振动***23以及第二部分振动***25的尺寸被调整为,根据规定公式决定的一次固有振动频率成为707Hz以上20000Hz以下。
使一次固有振动频率为15Hz以上的理由为,当低于15Hz时,产生对人类来说感觉为不愉快的不愉快振动,因此要将其避开。此外,20000Hz以上的振动频率是对人类来说能够感觉到的极限振动频率,因此使上限值为20000Hz以下。通过设置地毯等装饰材料能够抑制振动频率,因此上限值也可以为8000Hz以下。
此外,使一次固有振动频率为45Hz以下或707Hz以上的理由在于以下两点。第一,超过45Hz而低于707Hz的振动频率的范围是重地板撞击声的评价范围,当为该范围内的振动频率时,会产生对人类来说感觉为不愉快的不愉快振动,因此要将其避开。第二,关于707Hz以上的范围的振动频率,通过设置地毯等装饰材料能够比较容易地改善性能。
重地板撞击声的评价范围存在于从使中心频率为63Hz的频带的下限值到使中心频率为500Hz的频带的上限值为止的范围内。使中心频率为63Hz的频带的下限值,还是低一级的频带、即使中心频率为31.5Hz的频带的上限值,因此能够通过31.5Hz×√2计算出。此外,使中心频率为500Hz的频带的上限值能够通过500Hz×√2计算出。基于这些,使各振动***的一次固有振动频率不包含在超过45Hz而低于707Hz的范围的频率中。
关于各振动***的固有振动频率中的二次以后的固有振动频率,可以认为与一次固有振动频率相比振幅变小,邻接的振动模式的波腹以反相进行振动而声发射效率较低。因此,在本实施方式中,仅考虑各振动***的一次固有振动频率来调整各尺寸。
接着,对本实施方式中各振动***的尺寸调整所使用的公式进行说明。
各振动***那样的平板状的连续体的弯曲振动的固有振动频率,根据由各振动***的厚度等尺寸、杨氏模量、密度等物理特性、以及截面惯性矩那样的截面特性值所表示的后述那样的公式(2)、(4)、(6)、(8)、(10)、(12)、(14)、(16)~(20)来求出。这些公式中的公式(2)~(16)是求出整体振动***21的一次固有振动频率的公式,根据与该整体振动***21的周端的四边相关的边界条件和其宽度方向以及长度方向的变形特性来区分使用。此外,公式(17)~(20)是求出部分振动***23、25的一次固有振动频率的公式,根据与该部分振动***23、25的周端的四边相关的边界条件来区分使用。
此处所说的整体振动***21,根据相对于该整体振动***21的周端的四边、仅对置的两边由横架件71支持还是所有的四边都由横架件71支持来分类,所使用的一次固有振动频率的公式不同。即,在图1A中,表示作为整体振动***21的板构造体10的周端的四边中、仅对置的两边由横架件71支持的例子。另一方面,在图6A中,表示作为整体振动***21的板构造体10的周端的四边中、所有的四边都由横架件71支持的例子。
此外,整体振动***21进一步根据该整体振动***21的周端的四边基于横架件71的支持条件是销支持还是固定支持来分类,所使用的一次固有振动频率的公式不同。销支持为,如图7A所示,仅板构造体10的下面材13通过螺栓等固定配件81相对于横架件71连接。在销支持的情况下,在其连接部17,在某种程度上允许板构造体10的旋转。
固定支持为,具备将上面材11以及下面材13的双方固定到横架件71上的固定部件。具体地,例如图7B所示,板构造体10通过贯通其上面材11以及下面材13的螺栓等固定配件(固定部件)80相对于横架件71连接,在其连接部17板构造体10的旋转被拘束。作为固定支持的情况的其他例子,例如能够举出图7C所示那样的例子。该例子为,仅下面材13被固定到横架件71上,并具备将上面材11和其他部件进行固定的其他固定部件。在该例子中,在将板构造体10在其长度方向Y上连续配设了多个之后,仅将各板构造体10的下面材13通过固定配件81相对于横架件71进行连接。并且,使跨在相互邻接的板构造体10的邻接的上面材(其他部件)11彼此之间的板状部件83抵接,而通过固定配件(其他固定部件)82将该上面材11和板状部件83进行连接。由此,在连接部17板构造体10的旋转被拘束。
整体振动***21根据宽度方向X以及长度方向Y的变形特性是具有各向异性还是具有各向同性来分类。此处所说的各向异性是指,板构造体10的面内的正交的两个方向、即宽度方向X和长度方向Y上的变形特性不同,各向同性是指,宽度方向X和长度方向Y上的变形特性相同。具体地,具有各向同性的板构造体10是指,在宽度方向X和长度方向Y上,在将各个方向的杨氏模量设为Ex、Ey,将截面惯性矩设为Ix、Iy的情况下,满足Ex·Ix=Ey·Iy···(1)(上述公式(3)、(9)、(11)也同样)的情况;具有各向异性的板构造体10是指满足Ex·Ix≠Ey·Iy···(5)(上述公式(7)、(13)、(15)也同样)的情况。
部分振动***23、25根据其周端的四边基于上面材11等其他部件的支持条件是销支持还是固定支持来分类,所使用的一次固有振动频率的公式不同。如图8A所示,销支持具备:固定配件(第一芯材固定部件)84,在芯材15和上面材11的接触部17,固定上面材11以及芯材15;以及固定配件(第二芯材固定部件)85,在芯材15和下面材13的接触部17,固定下面材13以及芯材15。即,一个芯材15相对于上面材11、下面材13,在每一个部位通过一个固定配件84、85来连接。在销支持的情况下,在其连接部17,在某种程度上允许上面材11、下面材13、芯材15的旋转。
如图8B所示,固定支持为,在芯材15和上面材11的接触部17具备多个固定配件84,在芯材15和下面材13的接触部17具备多个固定配件85。即,一个芯材15相对于上面材11、下面材13,在每一个部位通过两个以上的固定配件84、85来连接。在固定支持的情况下,在其连接部17,上面材11、下面材13、芯材15的旋转被拘束。
在作为整体振动***21的板构造体10具有各向同性,其周端的四边中仅对置的两边相对于横架件71被销支持的情况下,该整体振动***21的一次固有振动频率f1满足下述公式(2)。
E1:板构造体(整体振动***)10的杨氏模量(N/mm2)
I1:横架件71的与延长方向平行的铅垂截面的截面惯性矩(mm4)
ρ1:板构造体(整体振动***)10的密度(kg/m3)
S1:横架件71的与延长方向平行的铅垂截面的截面积(mm2)
l1:宽度方向或长度方向上的横架件71的配置间隔(mm)
在本实施方式中,如图1B所示,l1是沿长度方向配置的横架件71的配置间隔。
在作为整体振动***21的板构造体10具有各向同性,其周端的四边都相对于横架件71被销支持的情况下,该整体振动***21的一次固有振动频率f2满足下述公式(4)。
E1:板构造体(整体振动***)10的杨氏模量(N/mm2)
I1:板构造体(整体振动***)10的与长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
ν1:板构造体(整体振动***)10的泊松比
ρ1:板构造体(整体振动***)10的密度(kg/m3)
S1:横架件71的与延长方向平行的铅垂截面的截面积(mm2)
l1:长度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)
l2:宽度方向上的上述横架件的配置间隔(mm)
在作为整体振动***21的板构造体10具有各向异性,其周端的四边中仅对置的两边相对于横架件71被销支持的情况下,该整体振动***21的一次固有振动频率f3满足下述公式(6)。
E1:板构造体(整体振动***)10的杨氏模量(N/mm2)
I1:板构造体(整体振动***)10的与宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
ρ1:板构造体(整体振动***)10的密度(kg/m3)
S1:上述整体振动***的与上述宽度方向正交的截面的截面积(mm2)
l1:宽度方向或长度方向上的横架件71的配置间隔(mm)
在作为整体振动***21的板构造体10具有各向异性,其周端的四边都相对于横架件71被销支持的情况下,该整体振动***21的一次固有振动频率f4满足下述公式(8)。
l1:长度方向上的横架件71的配置间隔(mm)
l2:宽度方向上的横架件71的配置间隔(mm)
ρ1:板构造体(整体振动***)10的密度(kg/m3)
ν1:板构造体(整体振动***)10的泊松比
E1:板构造体(整体振动***)10的杨氏模量(N/mm2)
Ix:板构造体(整体振动***)10的与宽度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Iy:板构造体(整体振动***)10的与长度方向正交的截面的截面惯性矩(mm4)
Sx:板构造体(整体振动***)10的与宽度方向正交的截面的截面积(mm2)
Sy:板构造体(整体振动***)10的与长度方向正交的截面的截面积(mm2)
在作为整体振动***21的板构造体10具有各向同性,其周端的四边中仅对置的两边相对于横架件71被固定支持的情况下,该整体振动***21的一次固有振动频率f5满足下述公式(10)。另外,下述公式(10)中的E1等内容,与公式(2)中记载的相同,因此省略它们的说明。
在作为整体振动***21的板构造体10具有各向同性,其周端的四边都相对于横架件71被固定支持的情况下,该整体振动***21的一次固有振动频率f6满足下述公式(12)。另外,下述公式(12)中的E1等内容,与公式(4)中记载的相同,因此省略这些内容。
在作为整体振动***21的板构造体10具有各向异性,其周端的四边中仅对置的两边相对于横架件71被固定支持的情况下,该整体振动***21的一次固有振动频率f7满足下述公式(14)。另外,下述公式(14)中的E1等内容,与公式(2)中记载的相同,因此省略它们的说明。
在作为整体振动***21的板构造体10具有各向异性,其周端的四边都相对于横架件71被固定支持的情况下,该整体振动***21的一次固有振动频率f8满足下述公式(16)。另外,下述公式(16)中的Dl等内容,与公式(8)中记载的相同,因此省略它们的说明。
在作为第一部分振动***23的上面材11以及下面材13的一部分的周端的四边相对于其他部件(芯材15)被销支持的情况下,该第一部分振动***23的一次固有振动频率f9满足下述公式(17)。
E4:上面材11或者下面材13的杨氏模量(N/mm2)
t4:上面材11或者下面材13的厚度(mm)
ρ4:上面材11或者下面材13的密度(kg/m3)
ν4:上面材11或者下面材13的泊松比
a4:上面材11或者下面材13的长度方向的长度(mm)
b4:上面材11或者下面材13的连接部17之间的间隔(芯材15的配置间隔)(mm)
在作为第一部分振动***23的上面材11以及下面材13的一部分的周端的四边相对于其他部件(芯材15)被固定支持的边界条件的情况下,该第一部分振动***23的一次固有振动频率f10满足下述公式(18)。另外,下述公式(18)中的E4等内容,与公式(17)中记载的相同,因此省略它们的说明。
在作为第二部分振动***25的芯材15的全部或一部分的周端的四边相对于其他部件(芯材15)被销支持的边界条件的情况下,该第二部分振动***25的一次固有振动频率f11满足下述公式(19)。
E5:芯材15的杨氏模量(N/mm2)
t5:芯材15的板厚方向的厚度(mm)
ρ5:芯材15的密度(kg/m3)
ν5:芯材15的泊松比
a5:芯材15的长度方向的长度(mm)
b5:芯材15的连接部17之间的长度(上面材11和下面材13之间的间隔:规定间隔)(mm)
在作为第二部分振动***25的芯材15的全部或一部分的周端的四边相对于其他部件(上面材11或下面材13)被固定支持的情况下,该第二部分振动***25的一次固有振动频率f12能够由下述公式(20)表示。另外,下述公式(20)中的E5等内容,与在公式(19)中说明了的相同,因此省略它们的说明。
第一实施方式的板状楼板构造1为,仅板构造体10的长度方向Y的两端的对置的两边由横架件71销支持,板构造体10具有各向异性。因此,在进行作为整体振动***21的板构造体10的尺寸调整时,使用上述公式(6)。此外,由上面材11、下面材13、芯材15构成的部分振动***23、25,可以认为其周端的四边基于其他部件的支持条件为销支持,因此在作为部分振动***23、25的上面材11、下面材13以及芯材15的尺寸调整时,使用公式(17)、(19)。
此外,上述其他部件为,在上面材11的情况下,是芯材15、邻接的板构造体10的上面材11或者横架件71,在下面材13的情况下,是芯材15、邻接的板构造体10的下面材13或者横架件71,在芯材15的情况下,是上面材11、下面材13、芯材15或者横架件71。
首先,说明对整体振动***21进行调整的情况。
即,为了使根据公式(6)决定的整体振动***21的一次固有振动频率f3成为15Hz以上45Hz以下的范围内,例如在板构造体10的截面形状保持原样的基础上,以使该板构造体10的横架件71的配置间隔(支持部27之间的长度)l1增减的方式,进行尺寸调整。例如,在根据公式(6)决定的一次固有振动频率f3低于15Hz的情况下,缩短该支持部27之间的长度l1。在一次固有振动频率f3超过45Hz的情况下,加长该支持部27之间的长度l1即可。在该情况下,具有的优点为,能够几乎不对第一部分振动***23以及第二部分振动***25的一次固有振动频率f9、f11产生影响,而仅使整体振动***21的一次固有振动频率增减。
此外,除此以外,也可以通过调节上面材11、下面材13的厚度t4、芯材15的厚度t5、芯材15的配置间隔(连接部17之间的长度)b4、上面材11和下面材13之间的间隔(规定间隔)b5,来使板构造体10的截面积S1、截面惯性矩I1增减。由此,也可以使根据上述公式(6)决定的一次固有振动频率f3成为15Hz~45Hz。
接着,说明对第一部分振动***23进行调整的情况。
为了使根据公式(17)决定的第一部分振动***23的一次固有振动频率f9为707Hz以上,例如在板构造体10的宽度方向X的长度保持原样的基础上,增加芯材15的数量而使上面材11、下面材13的连接部17之间的长度b4减少。在该情况下,具有的优点为,能够几乎不对整体振动***21、第二部分振动***25的一次固有振动频率f3、f11产生影响,而仅使第一部分振动***23的一次固有振动频率f9增大。
此外,除此以外,例如,也可以在板构造体10的宽度方向X的长度保持原样的基础上,使上面材11、下面材13的板厚方向的厚度t4增大。由此,也可以使根据上述公式(17)决定的一次固有振动频率f9成为707Hz以上。
接着,说明对第二部分振动***25进行调整的情况。
为了使根据公式(19)决定的第二部分振动***25的一次固有振动频率f11为707Hz以上,例如使芯材15的板厚方向的厚度t5增大、或者使芯材15的连接部17之间的长度b5减少。
如此构成的本实施方式的板状楼板构造1,采用如下的简单构成:将各振动***的尺寸调整为,成为板状楼板构造1的振动源的整体振动***21和第一部分振动***23以及第二部分振动***25双方的根据规定公式而决定的一次固有振动频率,成为上述范围内。即,板状楼板构造1被调整为,成为重地板撞击声的评价范围(超过45Hz、低于707Hz的范围)外。这意味着,如图4B所示,通过调整各振动***的尺寸,使各振动***的一次固有振动频率同时如箭头Q1、Q2那样变化。因此,本实施方式的板状楼板构造1,不采用减震器等特别的构成,通过低价的构成就能够改善对重地板撞击声的隔音性。尤其是,本实施方式的板状楼板构造1仅由面材构成,由此实现发挥优良的刚度、轻量性的效果,并且发挥改善板状楼板构造1的隔音性的效果。
此外,本实施方式的建筑构造物即上述住宅,具备上述板状楼板构造,因此能够发挥优良的隔音性。
此外,在根据公式(2)等求取各振动***的一次固有振动频率f1等时,也可以为,在计算出截面惯性矩I1的基础上,根据通过实验或数值分析来进行三点弯曲试验而得到的弯矩M和长度方向Y的位置y上的挠曲量w,根据下述公式(30)来计算。此外,也可以根据基于实验或数值分析的模式分析结果来进行评价而计算。
此外,在板构造体10由横架件71两边支持的情况下,板构造体10既可以在长度方向Y的两端由横架件71两边支持,也可以在宽度方向X的两端由横架件71两边支持。
在该情况下,在板构造体10具有各向同性的情况下,在决定公式(2)、公式(10)中的S1、I1时考虑的截面,根据横架件71相对于板构造体10的位置而不同。即,如图9A所示,在由横架件71在长度方向Y的两端支持板构造体10的情况下,在决定S1、I1时应考虑的截面,成为与横架件71的延长方向即宽度方向X平行的铅垂截面P1。此外,如图9B所示,在由横架件71在宽度方向X的两端支持板构造体10的情况下,在决定S1、I1时应考虑的截面P,成为与横架件71的延长方向即长度方向Y平行的铅垂截面P2。
此外,在板构造体10具有各向异性的情况下,在决定公式(6)、公式(14)中的S1、I1时考虑的截面,不根据横架件71相对于板构造体10的位置而变化。即,无论是在如图9C所示那样由横架件71在长度方向Y的两端支持板构造体10的情况下,还是在如图9D所示那样由横架件71在宽度方向X的两端支持板构造体10的情况下,在决定S1、I1时应考虑的截面,都成为与宽度方向X正交的截面P2。其原因为,在具有各向异性的板构造体10的情况下,存在与宽度方向X正交的截面P2的截面惯性矩比与长度方向Y正交的截面P1的截面惯性矩小的倾向,截面P2的性能对整体振动***的隔音性产生的影响较大,需要成为考虑的对象。
接着,对应用了本发明的板状楼板构造的第二实施方式进行说明。另外,对于与上述构成要素相同的构成要素,赋予相同的符号,由此在以下省略其说明。
图10A是第二实施方式的板状楼板构造1的立体图,图10B是其主视截面图。
第二实施方式的板状楼板构造1与第一实施方式的板状楼板构造1相比较,芯材的构成不同。在第二实施方式的板状楼板构造20中,芯材15由折板构成。
芯材15具有:与上面材11以平面接触的上凸缘43(上平面部);与下面材13以平面接触的下凸缘(下平面部)45;以及相对于上面材11以及下面材13倾斜的连接板(倾斜部)41。并且,上凸缘43、连接板41和下凸缘45按照该顺序连续地形成。
具体地,由该折板形成的芯材15构成为,在宽度方向X上大致水平地设置的上凸缘43和下凸缘45,经由相对于宽度方向X倾斜地设置的连接板41,在宽度方向X上交替地形成而成为波形。由折板形成的芯材15的位于上端侧的上凸缘43相对于上面材11抵接,由折板形成的芯材15的位于下端侧的下凸缘45相对于下面材13抵接,它们通过螺钉、铆钉等固定配件84、85或焊接等而固定连接。由此,由折板形成的芯材15,将上面材11和下面材13之间分隔为宽度方向X上的多个中空空间19。
另外,在第二实施方式中,芯材15的一个上凸缘43、一个下凸缘45相对于上面材11、下面材13,在长度方向Y上隔开间隔的多个部位,通过固定配件84、85来固定。上凸缘43、下凸缘45的每一个部位,分别通过一个固定配件84、85来固定连接。此外,由折板形成的芯材15的宽度方向X的两端,相对于上凸缘43或下凸缘45弯曲,以成为向板状楼板构造1的内侧开口的大致U字状。
上凸缘43、下凸缘45与连接板41之间所成的角度α优选为45度~80度。
图11A~图11C是将第二实施方式的板状楼板构造1模型化了的模型图。在该模型图中,上面材11以及下面材13也是通过由折板形成的芯材15在图中的由白圈表示的连接部17被连接。
作为成为第二实施方式的板状楼板构造1产生振动的原因的振动源,能够举出整体振动***21、第一部分振动***23和第二部分振动***25。
整体振动***21是如图11A所示那样的薄板状构造,该薄板状构造为上面材11、下面材13以及芯材15成为一体进行振动,并由板状楼板构造1整体构成。第一部分振动***23是如图11B所示那样的薄板状构造,该薄板状构造由作为板状楼板构造1的一部分的上面材11、下面材13的各自构成,其两端支持在上面材11以及下面材13与芯材15的连接部17上。第二部分振动***25是如图11C所示那样的薄板状构造,该薄板状构造由芯材15的连接板41构成,其两端支持在连接部17上。
第二实施方式的板状楼板构造20也为,各振动***的尺寸被调整为,根据上述规定公式决定的这些各振动***的一次固有振动频率成为上述那样的规定范围。
此处,可以认为第二实施方式的板状楼板构造20具有各向同性。因此,第二实施方式的板状楼板构造20与第一实施方式的板构造体10同样,仅板构造体10的长度方向Y的两端的对置的两边由横架件71销支持,在进行作为整体振动***21的板构造体10的尺寸调整时,使用上述公式(2)。
此外,在第二实施方式那样的截面形状的情况下,部分振动***23、25的周端的四边基于上面材11等其他部件的支持条件为销支持是指,如图12A所示,芯材15的一个上凸缘43、一个下凸缘45,在每一个部位通过一个固定配件84、85连接。在销支持的情况下,在其连接部17,在某种程度上允许上面材11、下面材13、芯材15的旋转。此外,固定支持是指,如图12B所示,芯材15的一个上凸缘43、一个下凸缘4,在每一个部位通过两个以上的固定配件84、85连接。在固定支持的情况下,在其连接部17,上面材11、下面材13、芯材15的旋转被拘束。
在第二实施方式的板状楼板构造20中,可以认为由上面材11、下面材13、芯材15构成的部分振动***23、25为,其周端的四边基于其他部件的支持条件为销支持。因此,在进行作为部分振动***23、25的上面材11、下面材13以及芯材15的尺寸调整时,根据与在第一实施方式中说明了的同样的要领,使用公式(17)、公式(19)来进行。
另外,芯材15也可以由波纹板构成,在该情况下,通过如本实施方式那样进行尺寸调整,也能够得到本发明所期望的效果。
接着,对应用了本发明的板状楼板构造的第三实施方式进行说明。
图13A是第三实施方式的板状楼板构造30的立体图,图13B是表示构成板状楼板构造30的板构成部件50的构成的侧视图,图13C是其主视截面图。
第三实施方式的板状楼板构造30,是通过组合多个图13B所示那样的板构成部件50而构成的。板构成部件50为,在长度方向上延伸,并具有:连接板51;上凸缘53,设置在该连接板51的一端,在宽度方向上延伸;以及下凸缘55,设置在连接板51的另一端,向与上凸缘53相反的方向延伸。即,上凸缘53以及下凸缘55为,相对于连接板51在大致铅垂方向上延伸,并从连接板51的上下端向宽度方向X上的相反方向弯曲而设置。由此,板构成部件50的截面形状构成为大致Z字状。该板构成部件50通过对钢板进行弯曲加工、辊轧成形、热挤压成形等而构成。
如图13A、图13C所示,该板构成部件50具有相同的取向状态地配置,以便通过上凸缘53以及下凸缘55分别形成大致同一平面。即,板状楼板构造30为,以上凸缘53以及下凸缘54分别形成同一平面的方式,在宽度方向上邻接排列,所邻接排列的多个上凸缘53形成第一实施方式中所示的上面材11,所邻接排列的多个下凸缘55形成第一实施方式中所示的下面材13,连接板51为芯材15。由此,构成第三实施方式的板状楼板构造30。板构成部件50的上凸缘53的前端部53a,与邻接的其他板构成部件50的上凸缘53的基端部53b,通过焊接、机械接合等固定。并且,板构成部件50的下凸缘55的前端部55a,与邻接的其他板构成部件50的下凸缘55的基端部55b,通过焊接、机械接合等固定。由此,邻接的板构成部件50被相互固定。
如此,由多个板构成部件50构成的板构造体30为,通过多个板构成部件50的上凸缘53、下凸缘55构成上面材11以及下面材13,通过各板构成部件50的连接板51构成芯材15。换言之,第三实施方式的板构造体30为,通过多个板构成部件50构成为构造体,该构造体具备:相互隔开规定间隔而大致平行地配置的上面材11以及下面材13;以及其上下端与上面材11以及下面材13连接的芯材15。
第三实施方式的板状楼板构造30也为,各振动***的尺寸被调整为,根据上述规定公式决定的各振动***的一次固有振动频率成为上述规定范围。
第三实施方式的板状楼板构造30构成为,其形状与第一实施方式的板状楼板构造1几乎相同,可以认为其振动源与第一实施方式的板状楼板构造1相同。因此,第三实施方式的板状楼板构造30的尺寸调整,与第一实施方式的板状楼板构造1的尺寸调整同样地进行。
另外,在第三实施方式的板状楼板构造30那种构造的情况下,不能够将芯材15相对于上面材11、下面材13在每一个部位通过多个固定配件81进行连接,因此由上面材11、下面材13、芯材15构成的部分振动***23、25,作为其周端的四边基于其他部件支持的条件,只能取得销支持。
另外,板构成部件50的连接板51,不限定于大致垂直地设置,也可以在宽度方向X上倾斜地设置。在该情况下,在如第二实施方式的板状楼板构造1那样,板构造体10关于其宽度方向X以及长度方向Y的变形特性而具有各向同性时,第三实施方式的板状楼板构造30的尺寸调整与第二实施方式的板状楼板构造20的尺寸调整同样地进行。
接着,对应用了本发明的板状楼板构造的第四实施方式进行说明。图14A是第四实施方式的板状楼板构造40的部分切口立体图,图14B是该板状楼板构造40的主视截面图。
第四实施方式的板状楼板构造40与第一实施方式的板状楼板构造1不同,仅在板状楼板构造1的宽度方向X的两端设置有由槽钢构成的芯材15。通过该芯材15,上面材11以及下面材13之间被分隔为一个中空空间19。另外,宽度方向X的两端的芯材15分别以左右对称的取向状态设置。
此外,板状楼板构造40进一步具备填充在中空空间19内的吸声材料61。该吸声材料61例如由石棉、玻璃棉等纤维质材料、氨基甲酸乙酯泡沫等泡沫材料、轻型混凝土、泡沫混凝土等混凝土系材料等构成。该吸声材料61对在由上面材11、下面材13以及芯材15的任一个构成的部分振动***23、25中产生的振动进行吸声,由此使部分振动***23、25的作为实测值的一次固有振动频率,变化成为重地板撞击声的评价范围外、即707Hz以上的高频带的频率。在通过将该吸声材料61例如填充满中空空间19内,由此提高板状楼板构造1对重地板撞击声的隔音性时,不需要进行部分振动***23、25的尺寸调整,因此仅着眼于整体振动***21而进行尺寸调整即可。
另外,板状楼板构造40为,以堵塞长度方向两侧的开口的方式安装有由板材构成的端板16,以便能够将吸声材料61填充到中空空间19内。
第四实施方式的板状楼板构造40为,整体振动***21的尺寸被调整为,仅根据上述规定公式决定的整体振动***21的一次固有振动频率成为上述那样的规定范围。
此处,在将吸声材料61填充到中空空间19内的情况下,当上面材11、下面材13、芯材15、吸声材料61的密度相同时,关于其宽度方向X以及长度方向Y的变形特性,板状楼板构造40具有各向同性。由此,第四实施方式的板状楼板构造40的整体振动***21的尺寸调整,根据上述公式(2)、(4)、(10)、(12)来进行即可。在该情况下,在考虑板状楼板构造40的杨氏模量等时,除了上面材11等的杨氏模量等以外,还要考虑吸声材料61的杨氏模量等。
第四实施方式的板状楼板构造40为,在中空空间19内填充吸声材料61,并仅调整了整体振动***21的尺寸,以使成为板状楼板构造1的振动源的整体振动***21的根据规定公式决定的一次固有振动频率、和部分振动***23、25的作为实测值的一次固有振动频率,成为重地板撞击声的评价范围外。即,通过简单的构成,提高了板状楼板构造40的隔音性。这意味着,如图4B所示,通过对整体振动***21的尺寸进行调整且填充吸声材料61,由此使各振动***的一次固有振动频率同时如箭头Q1、Q2那样变化。因此,通过第四实施方式的板状楼板构造40,也能够得到在第一实施方式中说明了的那种效果。
另外,在板状楼板构造1具备吸声材料61的情况下,当然也可以进行部分振动***23、25的尺寸调整。此外,在板状楼板构造1具备吸声材料61的情况下,当然也可以设置有三个以上的芯材15,以将上面材11以及下面材13之间分隔为宽度方向的多个中空空间19。
此外,吸声材料61优选由氨基甲酸乙酯泡沫构成,在该情况下,通过由氨基甲酸乙酯泡沫形成的吸声材料61,能够得到与芯材15相同程度的强度、刚度。因此,能够减少所需要的芯材15的个数,能够实现板状楼板构造40的制造成本的降低。
另外,在根据公式(2)、公式(6)进行板构造体40的整体振动***21的尺寸调整时,在上面材11、下面材13、芯材15、吸声材料61各自的杨氏模量、密度等不同的情况下,公式(2)、公式(6)(一次固有振动频率f1、f3)由以下那样的公式(31)(一次固有振动频率f13)表示。由此,以满足下述公式(31)的方式,进行各部件的尺寸调整。此处,下述公式(31)的n由a、b、c、d表示,Ea1、Eb1、Ec1、Ed1分别意味着上面材11、下面材13、芯材15、吸声材料61的杨氏模量,其他的Ia1、ρa1、Sa1等也分别意味着上面材11、下面材13、芯材15、吸声材料61的截面惯性矩、密度、截面积。
此外,在公式(2)、(4)、(6)、(8)、(10)、(12)、(14)、公式(16)~公式(20)中说明了的尺寸l1、l2、t4、a4、b4、t5、a5、b5,在模型图中成为图5A~图5C、图11A~图11C所示那样的范围的尺寸。这些模型图中的尺寸l1、l2、t4、t5、a5、b4、b5,在实际的实施方式中,分别相当于图1B、图6A~图6C、图8A和图8B、图12A和图12B所示的L1、L2、T4、T5、A5、B4、B5。此外,模型图中的关于上面材11的尺寸a4相当于图1B所示的A4,模型图中的关于下面材13的尺寸a4相当于图1B所示的L1。
此外,图8A和图8B、图12A和图12B所示那样的板构造体10的厚度t1、上面材11、下面材13以及芯材15的厚度t4、t5被设定为,根据上述规定公式决定的一次固有振动频率成为规定范围,且能够不损害强度、经济性地实用地实施。此外,对于t1,优选设定为50mm以上200mm以下,对于t4和t5,优选设定为0.8mm以上10mm。
此外,上面材11以及下面材13由钢制的板材构成,但不限于此。
实施例1
在实施例1中,对于下述表1-1、表1-2以及表2-1、表2-2所示那样的7种截面性能的板构造体10,在使其尺寸进行了各种变化的条件下,对根据表示各振动***的固有振动频率的上述公式(2)等决定的其一次固有振动频率进行确认。
[表1-1]
[表1-2]
[表2-1]
[表2-2]
在试验No.1~43中使用的板构造体10为,杨氏模量为205,000(N/mm2),密度为7850(kg/m3),泊松比为0.30。在表1-1、表1-2以及表2-1、表2-2的“支持条件”的栏中,整体振动***21基于横架件71的支持条件为,在仅长度方向的两端由横架件71销支持的情况下,记载为“两边-销”,在长度方向的两端和宽度方向的两端由横架件71销支持的情况下,记载为“四边-销”,在长度方向的两端和宽度方向的两端由横架件71固定支持的情况下,记载为“四边-固定”。此外,在表1-1、表1-2以及表2-1、表2-2的“支持条件”的栏中,部分振动***23、25基于其他部件的支持条件为,在被销支持的情况下记载为“销”,在被固定支持的情况下记载为“固定”。
在求取整体振动***21的固有振动频率时,在试验No.1~14中根据上述公式(6)求取,在试验No.15~21中根据上述公式(2)求取,在试验No.22~28中根据上述公式(4)求取,在试验No.29~33中根据上述公式(12)求取,在试验No.34~38中根据上述公式(8)求取,在试验No.39~43中根据上述公式(16)求取。在求取第一部分振动***23的固有振动频率时,在试验No.1~28、试验No.34~38中根据上述公式(17)求取,在试验No.29~33、试验No.39~43中根据上述公式(18)求取。在求取第二部分振动***25的固有振动频率时,在试验No.1~28、试验No.34~38中根据上述公式(19)求取,在试验No.29~33、试验No.39~43中根据上述公式(20)求取。
在试验No.1~5、8~12、15~19的各组中,主要调整了板构造体10的长度方向的支持部间的长度l1。此外,在试验No.22~26、29~43的各组中,主要调整了板构造体10的长度方向的支持部间的长度l1、宽度方向的支持部间的长度l2。如通过这些的比较而能够掌握的那样,能够确认如下情况:通过对板构造体10的长度方向的支持部间的长度l1、宽度方向的支持部间的长度l2进行调整,由此不使第一部分振动***23、第二部分振动***25的一次固有振动频率较大地变化,就能够使整体振动***21的一次固有振动频率变化成为所期望的范围。
在试验No.1、6、7、试验No.8、13、14、试验No.15、20、21、试验No.22、27、28的各组中,主要调整了第一部分振动***23的连接部17之间的长度b4。如通过这些的比较而能够掌握的那样,能够确认如下情况:通过对第一部分振动***23的连接部17之间的长度b4进行调整,不使整体振动***21、第二部分振动***25的一次固有振动频率较大地变化,就能够使第一部分振动***23的一次固有振动频率变化成为所期望的范围。
通过实施例1确认了如下情况:通过进行整体振动***21、第一部分振动***23等的尺寸调整,能够得到根据公式(2)等决定的整体振动***21的一次固有振动频率为15Hz以上45Hz以下、根据公式(17)等决定的第一部分振动***23以及第二部分振动***25的一次固有振动频率为707Hz以上的板状楼板构造1。
此外,表1-1、表1-2以及表2-1、表2-2的一次固有振动频率的数值的下划线,表示本实施方式的范围外。
实施例2
在实施例2中,通过使用下述表3~表5所示那样的2种截面性能的板状楼板构造,依据JIS A 1418-2来实际地进行重地板撞击声试验,并调查对于各频率的声压级,由此来确认本发明的效果。
[表3]
[表4]
[表5]
在该试验中,使用如图16A以及图16B所示那样的构造的作为比较例的板状楼板构造100,和如图10A以及图10B所示那样的构造的作为本发明例的板状楼板构造1。
图16A以及图16B所示的板状楼板构造100具备:隔开规定间隔配置的钢制的上面材111以及下面材113;以及配置在上面材111和下面材113之间的钢制的芯材115。该芯材115为,通过其上下端与上面材111以及下面材113连接,由此在宽度方向X上将上面材111以及下面材113之间进行分隔,并分为多个中空空间119。
作为比较例的板状楼板构造100的尺寸为,使板状楼板构造100整体的厚度为175mm,使相互相邻的芯材115之间的间隔为300mm。此外,作为本发明例的板状楼板构造1的尺寸为,使板构造体10的厚度T1为60mm,使长度方向Y的支持部27之间的长度为3,000mm,使相互相邻的芯材15的连接板41在宽度方向X上的间隔为120mm,使连接板41向宽度方向X的倾斜角度α为54°。此外,在仅将板构造体10的长度方向的两端由横架件71支持的两边支持的条件下进行了试验。
根据表3,本发明例的整体振动***的固有振动频率为21Hz,比较例的固有振动频率为72Hz。即,在如本发明例那样调整了各部件的尺寸的情况下,整体振动***的固有振动频率成为15Hz以上45Hz以下的范围内,因此隔音性提高。此外,根据表4,本发明例的第一部分振动***的固有振动频率为2701Hz,比较例的固有振动频率为176Hz。此外,根据表5,本发明例的第二部分振动***的固有振动频率为4104Hz,比较例的固有振动频率为283Hz。因此,在如本发明例那样调整了各部件的尺寸的情况下,部分振动***的固有振动频率成为707Hz以上200000Hz以下的范围内,因此隔音性提高。
并且,根据图15所示的结果,在比较例中在63Hz的频带中观察到的作为实测值的整体振动***的一次固有振动频率,通过本实施方式的应用而向箭头P1所示的方向转移,在比较例中在125Hz的频带、250Hz的频带中观察到的作为实测值的部分振动***的一次固有振动频率,通过本实施方式的应用而向箭头P2以及P3所示的方向转移,其结果,确认了重地板撞击声的频带中的声压级降低的情况。即,在重地板撞击声的评价范围(超过45Hz、低于707Hz的范围)内未产生声压级的波峰,因此可知是隔音性优良的板状楼板构造。
接着,在第一~第四实施方式的板状楼板构造的基础上,对考虑了质量以及刚度的板状楼板构造进行说明。
本发明人对整体振动***21的一次固有振动频率f1~f8成为15Hz以上45Hz以下、且部分振动***22的一次固有振动频率f9~f12成为707Hz以上20000Hz以下那样的板状楼板构造的尺寸进行了调查。在进行调查的基础上,例如图17所示的那样,除了板状楼板构造70整体的质量Mall(kg/m2)以及弯曲刚度EIall(N·m2)以外,还将与这些相对的上面材11以及下面材13的质量Mf(kg/m2)以及弯曲刚度EIf(N·m2)、和芯材15的质量Mw(kg/m2)以及弯曲刚度EIw(N·m2)区分地进行了调查。另外,此处所说的板状楼板构造1整体的质量Mall以及弯曲刚度EIall,意味着将上面材11、下面材13以及芯材15的质量Mf、Mw合计了的值、和将它们的弯曲刚度EIf、EIw合计了的值。此外,此处所说的弯曲刚度,意味着与板状楼板构造70的长度方向正交的截面的弯曲刚度。
此处,将图17所示的第六实施方式的板状楼板构造70作为例子进行了说明,但在后述的第五、第七、第八实施方式的板状楼板构造60、80、90的任一种情况下,都是同样的。
下述的表6、表7-1、7-2是表示使板状楼板构造60的尺寸进行了各种变化时的质量和弯曲刚度之间的关系、各例的隔音特性等的表。表1的构造的栏中记载的槽钢,是指如图19A及图19B所示那样的截面形状的板状楼板构造60。同栏中记载的折板,是指如图20所示那样的截面形状的板状楼板构造70。板状楼板构造60以及板状楼板构造70各自的截面形状,在表的下部示意地表示。此外,表6中的支持跨距l,是如图18B所示那样的、对板状楼板构造60进行支持的横架件71与板状楼板构造60之间的基于固定配件81、焊接等的支持部27之间的间隔。地板厚度h是如图17所示那样的板状楼板构造70整体的厚度。此外,表6的长度A,是如表6下部所示意地表示那样的、板状楼板构造60的芯材15与上面材接触的接触部61的长度,间隔B是邻接的接触部61的间隔。表7-1、7-2中的质量或弯曲刚度的影响程度,是上面材11以及下面材13的质量Mf、弯曲刚度EIf、芯材15的质量Mw、弯曲刚度EIw相对于板状楼板构造60整体的质量Mall或弯曲刚度EIall的按照百分比的比例。
[表6]
[表7-1]
[表7-2]
在各例中,为了评价其隔音特性,而求出了板状楼板构造60的阻抗Z、一次固有振动频率f20、隔音等级Lh。根据下述公式(41)求出阻抗Z。
Z=8×(Mall×EIall)1/2···(41)
此外,一次固有振动频率f20满足下述公式(42)。
f20=(π/2)×(EIall/Mall)1/2×(1/l)2···(42)
此外,隔音等级Lh的计算值根据下述公式(43)求出。
Lh=A-10log10(Z/8)2···(43)
此处,在求取隔音等级Lh的计算值时,在表6、表7-1、7-2的所有例子中,条件为:地板构造的有效辐射面积、空气的固有声阻、地板构造的声发射系数、下室空间的吸声能力、噪声计的动态特性校正值、冲击力有效值相同,公式(43)的常数A为147.1。此外,通过依据JIS A 1418-2而进行的重地板撞击声试验,来求出隔音等级Lh的实测值。
此外,在各例中,为了评价发明的应用所带来的轻量化效果,而求出如下那样的板状楼板构造60的最小质量和相对于该最小质量的质量比。最小质量意味着为了使具有某个阻抗Z的地板构造的一次固有振动频率f20成为15以上45Hz以下而需要的质量,对于每个例子,通过对以板状楼板构造60整体的弯曲刚度EIall、质量Mall为变量的公式(41)和公式(42)的联立方程进行求解,由此来得到。此外,对于每个例子,用板状楼板构造60整体的质量Mall除以所求出的最小质量,而求出相对于最小质量的质量比。
通过作为比较例的No.1、No.2和作为发明例的No.8的比较,能够确认如下情况:在一次固有振动频率f20超过45Hz的情况下,与作为基于公式(43)的计算值的隔音等级Lh相比,作为实测值的隔音等级Lh具有变高的倾向。此外,还能够确认如下情况:在一次固有振动频率f20为45Hz以下的情况下,作为基于公式(43)的计算值的隔音等级Lh,与作为实测值的隔音等级Lh成为相同程度。此外,作为发明例的除了No.8以外的No.6~No.10没有记载作为实测值的隔音等级Lh,但根据No.8的结果可以认为,作为其计算值的隔音等级Lh与作为实测值的隔音特性成为相同程度。
此处,本发明人得到如下见解:在芯材15的质量Mw对于板状楼板构造60整体的质量Mall的影响程度为40%以上的情况下,能够使一次固有振动频率f为45Hz以下。此外,在该情况下,如通过No.1与No.8的比较、No.2与No.7的比较而能够掌握的那样,得到如下见解:虽然板状楼板构造60整体的质量Mall在发明例和比较例中为同等程度、且与比较例的整体弯曲刚度EIall相比发明例的整体弯曲刚度EIall大幅度地降低,但在发明例中能够得到与比较例为相同程度或其以上的隔音性。其原因可以认为是一次固有振动频率f成为了45Hz以下。此外,在该情况下,得到还能够降低板状楼板构造60的厚度的见解。其原因可以认为是降低了板状楼板构造60整体的弯曲刚度EIall。
本发明人,在这种芯材15的质量Mw对于板状楼板构造60整体的质量Mall的影响程度较重要的见解的基础上,为了得到尽可能实现轻量化、并且能够得到与以往同等或比其优良的隔音性的板状楼板构造60,进一步进行了锐意研究。其结果,得到如下见解:只要上面材11、下面材13以及芯材15的尺寸被调整为满足下述那样的公式(21)~(23)的全部,则能够得到这种性能的板状楼板构造60。此处,各部件的尺寸的调整与第一实施方式同样。
EIf≥0.65×EIall ···(21)
Mw≥0.40×Mall ···(22)
Mw≥EIw/(k×l4) ···(23)
公式(21)对于使整体振动***的一次固有振动频率f20成为15Hz以上45Hz以下、并且尽可能实现轻量化来说,是必要的条件。当上面材11以及下面材13的弯曲刚度EIf对于板状楼板构造60整体的弯曲刚度EIall的影响程度低于65%时,相对于板状楼板构造60整体,芯材15所占的部位会变得过多。与此相应,会导致板状楼板构造60整体的质量Mall过度增大,并导致质量Mall相对于为了使一次固有振动频率f20成为45Hz所需要的最小质量而过度增大。
如表6、表7-1、7-2所示,公式(21)根据如下内容导出:即,在上面材11、下面材13的EIf对于板状楼板构造60整体的EIall的影响程度为65%以上的情况下,相对于最小质量的质量比为105%以下,在该影响程度低于65%的情况下,相对于最小质量的质量比超过105%。
另外,公式(21)的左边、即上面材11以及下面材13的弯曲刚度EIf为,对其上限值不特别限定。但是,在该弯曲刚度EIf对于板状楼板构造60整体的弯曲刚度EIall的影响程度超过90%的情况下,难以实现该构造。因此,也可以满足下述公式(21-1)。
0.90×EIall≥EIf≥0.65×EIall ···(21-1)
公式(22)是为了使板状楼板构造60的一次固有振动频率f20成为15Hz以上45Hz以下所需要的条件。当芯材15的质量Mw对于板状楼板构造60整体的质量Mall的影响程度低于40%时,相对于板状楼板构造60整体,上面材11以及下面材13所占的部位会变得过多,位于从板状楼板构造60的板厚方向中心位置远离的位置上的上面材11以及下面材13所占的部位变得过多。与此相应,会导致板状楼板构造60整体的弯曲刚度EIall过度增大,一次固有振动频率f20会超过45Hz。
如表6、表7-1、7-2所示,公式(22)根据如下内容导出:即,在芯材15的质量Mw对于板状楼板构造60整体的质量Mall的影响程度为40%以上的情况下,板状楼板构造60的一次固有振动频率f20成为45Hz以下,在该影响程度低于40%的情况下,板状楼板构造60的一次固有振动频率f20超过45Hz。
另外,公式(2)的左边、即芯材Mw为,对于其上限值不特别限定。但是,在该芯材Mw对于板状楼板构造60整体的质量Mall的影响程度超过90%的情况下,难以实现该构造。因此,也可以满足下述公式(22-1)。
0.90×Mall≥Mw≥0.40×Mall ···(22-1)
公式(23)是为了使板状楼板构造的一次固有振动频率f20成为15Hz以上45Hz以下所需要的条件。如根据后述的公式(23)的导出过程而能够掌握的那样,在不满足公式(23)的情况下,板状楼板构造的一次固有振动频率f20会超过45Hz,并产生共振现象,由此隔音等级Lh的实测值会增大而不能够得到作为目标的隔音性。
对求出公式(23)的依据进行说明。根据上述公式(42),作为用于使一次固有振动频率f20成为15Hz以上45Hz以下的条件,能够导出下述公式(51)。
EIall≤(90/π)2×l×Mall ···(51)
此外,根据上述公式(21)、(22)能够导出下述公式(52)、(53),根据上述公式(51)能够导出下述公式(54)。
1.86×EIw≤EIf ···(52)
Mf≤1.5×Mw ···(53)
EIw+EIf≤(90/π)2×l4×(Mw+Mf) ···(54)
根据上述公式(52)、(53)、(54)能够导出下述公式(55),据此能够导出下述公式(56),其成为上述公式(23)。
2.86×EIw≤(90/π)2×l4×(2.5×Mw)···(55)
Mw≥EIw/(k×l4)(k=719)···(56)
另外,在满足上述公式(21)的基础上,使上面材11、下面材13的板厚增厚、或使板状楼板构造60的地板厚度h减小即可。此外,在满足上述公式(22)的基础上,进行使芯材15的板厚相对于上面材11、下面材13的板厚增厚、或使在宽度方向上邻接的芯材15之间的间隔变窄等的尺寸调整即可。此外,在满足上述公式(23)的基础上,使上面材11、下面材13、芯材15的板厚增厚、或使板状楼板构造60的地板厚度h减小即可。
另外,也可以使用下述公式(61),来代替上述公式(22)。其是将在公式(22)的两边乘以EIall后的公式展开而得到的公式。
Mw×EIf+Mw×EIw≥0.40×Mall ···(61)
第五实施方式的板状楼板构造60也为,各振动***的尺寸被调整为,根据上述规定公式决定的这些各振动***的一次固有振动频率成为上述那样的规定范围。
根据本实施方式,虽然与以往的板状楼板构造整体的质量Mall为相同程度、且整体的弯曲刚度EIall大幅度降低,但能够得到与以往同等或其以上的隔音性。并且,还能够降低板状楼板构造60的厚度。此外,在实现本实施方式时,能够不使阻抗Z过度地增大,且能够抑制质量Mall相对于为了使一次固有振动频率f20成为45Hz以下所需要的最小质量而过度增大,能够得到在尽可能实现轻量化的同时隔音性优良的效果。即,在提高隔音性的基础上,不需要重量的过度增大,因此能够使板状楼板构造60维持轻量。与此相应,能够降低地震时的水平外力,并能够削减柱、梁、桩、基础等构造部件的数量。由此,具有的优点为,能够实现建筑物整体的轻量化和成本削减,并能够进行合理且经济的构造设计。此外,通过使板状楼板构造60变薄,能够降低建筑物高度,能够实现内部装饰材料、外部装饰材料的使用量的削减。
接着,参照附图对用于实施本发明的板状楼板构造的第五实施方式进行详细说明。
图18A是表示将第五实施方式的板状楼板构造60配设到多个横架件71上之前的状态的立体图,图18B是其主视截面图。
图19A是表示第五实施方式的板状楼板构造60的构成的立体图,图19B其主视截面图。
如图17A所示,本实施方式的板状楼板构造60构成为板体,该板体能够配设在由在一个方向上隔开间隔而大致平行地配置的多个横架件71构成的地板下构造7上。即,为两边支持构造。横架件71是在建筑构造物的水平方向上延长而架设的构架。由这种横架件71构成的地板下构造7为,在其上配设有板状楼板构造60那样的地板材料。
除此以外,如图6A所示,有时地板下构造7由在一个方向上隔开间隔而大致平行地配置的多个横架件71、和以与该多个横架件71交叉的方式在与一个方向正交的方向上隔开间隔地配置的多个横架件71组合为栅格状而构成。即,为四边支持构造。板状楼板构造60为,例如通过小螺钉、螺栓等固定配件81相对于各横架件71固定而使用,但相对于该横架件71的固定手段是公知的手段即可,不特别限定。
横架件71由在建筑物中大致水平地配设的方钢、H型钢等构架部件、或大致铅垂地配设的面材的上端部构成。在横架件71由方钢、H型钢等构架部件构成的情况下,在应用于办公楼、集合住宅等钢结构的建筑物时,能够用作为大梁、小梁等。此外,在应用于独栋住宅等建筑物、钢铁房屋时,能够用作为楼板梁、吊顶龙骨、吊顶龙骨支架等。
如图18A以及图18B所示,本实施方式的板状楼板构造1具备:相互隔开规定间隔而大致平行地配置的上面材11以及下面材13;以及将这些上面材11以及下面材12之间进行连结而形成中空空间(空间)19的至少一对钢制的芯材15。该芯材15为,通过其上下端与上面材11以及下面材13连结,由此在宽度方向X上分隔上面材11以及下面材13之间的中空空间19,将其分为一个或多个中空空间19。在第五实施方式中,通过芯材15在宽度方向X上分隔出多个中空空间19。
上面材11承担作为所谓地板下底板的作用,在上面材11的表面上也可以安装有装饰胶合板等。下面材13承担作为所谓顶棚板的作用,但当然也可以另外在下面材13的下方空间中设置具有顶棚板的功能的部件。上面材11以及下面材13,由各部件的尺寸如在上述第一实施方式中说明了的那样被调整了的钢制板材构成。
芯材15由其长度方向Y相对于板状楼板构造60的长度方向(进深方向)Y大致平行的钢板、槽钢、工字钢、卷边槽钢、角钢、箱型钢等型钢等构成,在第五实施方式中由多个槽钢构成。芯材15为,在使其上下端相对于上面材11、下面材13抵接的基础上,通过螺钉、铆钉等固定配件81或焊接来将它们固定,由此相对于上面材11、下面材13连接。第五实施方式的由槽钢构成的芯材15,具备连接板31和连接板31的上下两端侧的上凸缘33、下凸缘35。在使其上凸缘33、下凸缘35相对于上面材11、下面材13抵接的状态下,通过螺钉、铆钉等固定配件(固定部件)84、85或焊接,将芯材15与上面材11、下面材13进行固定。由此,芯材15与上面材11、下面材13连接。
如图17A所示,第五实施方式中的板状楼板构造60为,以堵塞长度方向两侧的开口的方式安装有由板材构成的端板16。该端板16例如通过焊接或螺钉等固定配件而相对于上面材11、下面材13连接。在第六实施方式的板状楼板构造60中,上面材11和下面材13分别通过焊接相对于端板16连接。该端板16在本实施方式中不是必须的构成。
接着,对应用了本发明的板状楼板构造的第六实施方式进行说明。另外,对于与上述构成要素相同的构成要素,赋予相同的符号,由此在以下省略其说明。
图20A是表示第六实施方式的板状楼板构造70的构成的立体图,图20B是其主视截面图。
第六实施方式的板状楼板构造70与第五实施方式的板状楼板构造60相比较,芯材15的构成不同。在第六实施方式的板状楼板构造70中,芯材15由折板构成。
芯材15具有:与上面材11以平面接触的上凸缘43(上平面部);与下面材13以平面接触的下凸缘(下平面部)45;以及相对于上面材11以及下面材13倾斜的连接板(倾斜部)41。并且,上凸缘43、连接板41和下凸缘45按照该顺序连续地形成。
具体地,由该折板形成的芯材15构成为,在宽度方向X上大致水平地设置的上凸缘43和下凸缘45,经由相对于宽度方向X倾斜地设置的连接板41,在宽度方向X上交替地形成而成为波形。由折板形成的芯材15的位于上端侧的上凸缘43相对于上面材11抵接,由折板形成的芯材15的位于下端侧的下凸缘45相对于下面材13抵接,它们通过螺钉、铆钉等固定配件814、85或焊接等而固定连接。由此,由折板形成的芯材15,将上面材11和下面材13之间分隔为宽度方向上的多个中空空间19。
并且,第六实施方式的板状楼板构造70也为,各振动***的尺寸被调整为,根据上述规定公式决定的这些各振动***的一次固有振动频率成为上述那样的规定范围。
另外,在第六实施方式中,芯材15的一个上凸缘43、一个下凸缘45相对于上面材11、下面材13,在长度方向Y上隔开间隔的多个部位,通过固定配件84、85来固定。上凸缘43、下凸缘45的每一个部位,分别通过一个固定配件84、85来固定连接。此外,由折板形成的芯材15的宽度方向X的两端,相对于上凸缘43或下凸缘45弯曲,以成为向板状楼板构造1的内侧开口的大致U字形。
此外,芯材15既可以如此地由折板构成,也可以由波纹板构成。并且,上凸缘43、下凸缘45与连接板41之间所成的角度α优选为45度~80度。
接着,对应用了本发明的板状楼板构造的第七实施方式进行说明。
图21A是表示第七实施方式的板状楼板构造80的构成的立体图,图21B是表示构成该板状楼板构造80的板构成部件50的构成的侧视图,图21C是该板状楼板构造80的主视截面图。
第七实施方式的板状楼板构造80,是通过组合多个图21B所示那样的板构成部件50而构成的。板构成部件50为,在长度方向上延伸,并具有:连接板51;上凸缘53,设置在该连接板51的一端,在宽度方向上延伸;以及下凸缘55,设置在连接板51的另一端,向与上凸缘53相反的方向延伸。即,上凸缘53以及下凸缘55为,相对于连接板51在大致铅垂方向上延伸,并从连接板51的上下端向宽度方向X上的相反方向弯曲而设置。由此,板构成部件50的截面形状构成为大致Z字状。该板构成部件50通过对钢板进行弯曲加工、辊轧成形、热挤压成形等而构成。
如图21C所示,该板构成部件50具有相同的取向状态地配置,以便通过上凸缘53以及下凸缘55分别形成大致同一平面。即,板状楼板构造30为,以上凸缘53以及下凸缘54分别形成同一平面的方式,在宽度方向上邻接排列,所邻接排列的多个上凸缘53形成第五实施方式中所示的上面材11,所邻接排列的多个下凸缘55形成第五实施方式中所示的下面材13,连接板51为芯材15。由此,构成第七实施方式的板状楼板构造80。板构成部件50的上凸缘53的前端部53a,与邻接的其他板构成部件50的上凸缘53的基端部53b,通过焊接、机械接合等固定。并且,板构成部件50的下凸缘55的前端部55a,与邻接的其他板构成部件50的下凸缘55的基端部55b,通过焊接、机械接合等固定。由此,邻接的板构成部件50被相互固定。
如此,由多个板构成部件50构成的板状楼板构造80为,通过多个板构成部件50的上凸缘53以及下凸缘55构成上面材11以及下面材13,并通过各板构成部件50的连接板51构成芯材15。
并且,第七实施方式的板状楼板构造80也为,各振动***的尺寸被调整为,根据上述规定公式决定的这些各振动***的一次固有振动频率成为上述那样的规定范围。
接着,对应用了本发明的板状楼板构造的第八实施方式进行说明。
图22A是表示第八实施方式的板状楼板构造90的构成的部分切口立体图,图22B是其主视截面图。
第八实施方式的板状楼板构造90为,进一步具备在上面材11以及下面材13之间由芯材15分隔而设置的中空空间19内填充的吸声材料61。吸声材料61例如由石棉、玻璃棉等纤维质材料、氨基甲酸乙酯泡沫等泡沫材料、轻质混凝土、泡沫混凝土等混凝土系材料等构成。
另外,第八实施方式中的板状楼板构造90为,安装有堵塞长度方向Y两侧的开口的、由板材构成的端板16,以便能够将吸声材料61填充到中空空间19内。
以上,对本发明的实施方式的例子进行了详细说明,但上述实施方式都只不过是表示实施本发明时的具体化的例子,不能根据这些来限定性地解释本发明的技术范围。
实施例3
在实施例3中,使用上述表6中的No.1和No.8这两种截面性能的板状楼板构造,依据JIS A 1418-2而进行重地板撞击声试验,调查相对于各频率的声压级。
图23是表示该重地板撞击声试验的结果的图。横轴表示1/1倍频带中心频率,纵轴表示声压级。带圆点线表示作为比较例的No.1的结果,带四方形线表示作为发明例的No.8的结果。
当比较两者时,能够确认作为发明例的No.8具有比作为比较例的No.1更高的隔音性。当参照表7-1、表7-2时,作为发明例的No.8的整体的质量Mall为102(kg/m2),作为比较例的No.1的整体的质量Mall为92(kg/m2),为相同程度。但是,作为发明例的No.8满足公式(21)~(23)的全部,相对于此,作为比较例的No.1仅满足公式(21),并且整体振动***的一次固有振动频率超过了45Hz。由此,作为计算值的本发明例的板状楼板构造的隔音等级Lh与比较例的板状楼板构造的隔音等级Lh相比较高,但在实测值中,发明例与比较例相比变低。因此,通过以满足公式(21)~(23)的全部、且整体振动***的一次固有振动频率成为15Hz以上45Hz以下的方式,调整各部件的尺寸,由此能够提供在实现轻量化的同时隔音性优良的板状楼板构造。
符号的说明
1板状楼板构造
7地板下构造
10板构造体
11上面材
13下面材
15芯材
16端板
17连接部
19中空空间
21整体振动***
23第一部分振动***
25第二部分振动***
27支持部
31连接板
33上凸缘
35下凸缘
41连接板
43上凸缘
45下凸缘
51连接板
53上凸缘
55下凸缘
61吸声材料
71横架件
81固定配件