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既存建物の不快な床振動を低減する制振技術「SPADA(スパーダ)-Floor」を開発
膜型の圧電セラミックスを建築構造物の制振に世界初適用

リリース

2017年4月18日
株式会社竹中工務店

竹中工務店(社長:宮下正裕)は、鉄骨造建物の床に生じる微細な振動を低減することで、居住性を改善する制振技術「SPADA(スパーダ)-Floor」(特許登録済)を開発しました。
「SPADA-Floor」は、梁の端部に取付けた膜型の圧電セラミックス※1から成る小型のアクチュエータ※2が、センサーで検知した床振動を打ち消すように梁の動きを制御することで、微細な床振動を低減する仕組みとなっています。施工性に優れ、省スペースで制振機能を発揮できることが特長です。このたび当技術を同社東京本店の一部に適用した結果、歩行などにより生じる建物の床振動を約1/3に低減する効果が実証されました。
膜型の圧電セラミックスは宇宙開発や航空機の振動制御用に開発された、小型、軽量、柔軟で耐久性が高い材料で、本技術はこれを建築構造物に応用した世界で初めての事例です。

本技術の構成


本技術の構成

人が歩行した際の床振動を対策前と比較して約1/3に低減できることを実証し、従来技術であるTMD※3より振動低減効果が大きいことを確認しました。


近年、建物空間を有効に活用するため、柱や梁を出来るだけ小さく設計する例が増えています。一方こうした建物では、周辺の道路交通や建物内の設備機器の稼働、人の歩行などにより床で微振動が生じ、そこで働く人にとって不快なものとなることが懸念されます。
不快な床振動を低減する従来技術として、主に新築建物を対象としたTMDなどの制振装置があります。しかし、取り付けの際に床下に大きな設置スペースを要し、かつ建物本体での大がかりな工事を伴うため、既存建物への適用は極めて困難でした。
本技術は新築のみならず建物の周辺環境の変化などによる微振動の発生に対し、小型装置を取り付ける軽微な工事で対策可能なため、オフィスの稼働や店舗の営業への影響を極めて小さくすることができます。今後は鉄骨造の建物を中心に、使用中のオフィスビル、店舗、病院など、床振動の性能改善が必要となっている既存建物や鉄骨階段などの振動対策に積極的に提案していきます。
また今後、床振動の低減だけでなく、膜型圧電セラミックスを用いて階段や天井,精密機械等の振動を制御する「SPADA」シリーズの開発に取り組んでいきます。


※1 圧電セラミックス
力を加えると変形して電圧を発生する性質(圧電効果)と、逆に、電圧をかけると伸び縮みして力を発生する性質(逆圧電効果)を有する機能性材料
※2 アクチュエータ
入力されたエネルギーを移動や回転に変換する装置(例えば、モーターなど)
本技術では、膜型圧電セラミックスに電圧(エネルギー)を印加すると伸縮(移動/加力)する性質を利用
※3 TMD(チューンド マス ダンパー)
バネと減衰ダンパー、重り(マス)で構成される振動を軽減する装置

膜型の圧電セラミックスを用いた小型アクチュエータ

電圧を加えると伸縮するという圧電セラミックスの性質を利用します。薄い鋼板に膜型の圧電セラミックスを貼り合わせることで、従来の圧電セラミックスによるアクチュエータと比べて省スペースで、建物の複雑な変形にも追従可能な柔軟なアクチュエータを実現します。