JP2005256325A

JP2005256325A - 免震構造物

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Publication number: JP2005256325A
Application number: JP2004066586A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiro Ranki; 龍大欄木; Ichiro Nagashima; 一郎長島; Yozo Shinozaki; 洋三篠崎; Junji Fujiyama; 淳司藤山
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: JP4426877B2

Abstract

【課題】通常時は隣り合う上部構造物からの環境振動の伝播を防ぎ、地震時には隣り合う上部構造物の相対変形を抑制してエキスパンションジョイントを小型化可能にする免震構造物を提供する。
【解決手段】地盤Ｇに構築される基礎構造物１１と、基礎構造物１１上に免震手段１４を介して配置される複数の上部構造物１３を備え、上部構造物１３は基礎構造物１１又は基礎構造物１１近傍の地盤Ｇ面に設けられる振動検知手段１７と、振動検知手段１７により検知された振動状態に応じて隣り合う上部構造物１３同士の連結又は連結解除を可変的に行う可変型連結手段１５とを備え、可変型連結手段１５は隣接する上部構造物１３からの環境振動の伝播を防ぐために通常時において隣接する上部構造物１３同士の連結を解除した状態に設定され、振動検知手段１７が基準振動状態指標値以上の地震の揺れを検知した場合に、隣接する上部構造物１３同士を連結するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、通常時での環境振動や地震による振動を制御する免震構造物に関する。

従来、構造物は基礎構造物とその基礎構造物上に構築される上部構造物とから構成されており、この構造物に免震構造を採用する場合は、積層ゴム等の免震装置を介して基礎構造物上に上部構造物が設けられ、基礎構造物と上部構造物との間に減衰手段としてのダンパを設けて上部構造物に作用する振動エネルギをこのダンパに吸収させている。
また、基礎構造物上に複数の上部構造物を隣接させて免震構造物とする場合は、基礎構造物上に前記免震装置を介して支持される土台構造物（人工地盤）を設け、その上部に複数の上部構造物を所定の間隔で配置した構成としたり、所定の間隔で配置された上部構造物のそれぞれの下部に免震装置を設け、それぞれの上部構造物を独立して基礎構造物上に設けた構成としている。
ここで、従来の免震構造物を、隣接する複数の上部構造物をそれぞれ独立した構成とする場合は、隣り合う上部構造物同士又は一階床部分同士をダンパで接続して、地震時における上部建物同士の衝突を防止すると共に、隣り合う上部構造物間の相対変形を抑制して通路等に設けられるエキスパンションジョイントの設計を容易にしている。なお、ダンパを接続する位置は、上部構造物の下部、上部、又は段階的に上下方向に複数設ける場合がある。
これらダンパは、上部構造物の水平方向に対する振動エネルギを吸収する役割を果たし、上部構造物の水平方向の振動や構造物間の相対変形が小さくなるように設置されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−１９３３１１号公報（段落番号［０００３］〜［００２９］、図１）

しかしながら、複数の上部構造物が所定の間隔で１基の土台構造物（人工地盤）の上部に設けられる場合、通常の使用状態で生じる振動（建物内部に設置された機械の稼働による振動や重量物等の移動や設置に伴う振動等であって、以後、「環境振動」という。）が、所定の一つの上部構造物から土台構造物（人工地盤）を伝わって隣接する上部構造物へ土台構造物を介して伝播してしまうという問題がある。
また、複数の上部構造物をそれぞれ独立させて基礎構造物上に設けた免震構造物とする場合でも、環境振動が隣り合う上部構造物同士を連結するダンパを介して、隣接する他の上部構造物へ伝播してしまうという問題がある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、通常時は隣り合う上部構造物からの環境振動の伝播を防ぎ、また、地震時には隣り合う上部構造物の相対変形を抑制してエキスパンションジョイントを小型化可能にする免震構造物を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の免震構造物は、地盤に構築される基礎構造物と、該基礎構造物上に免震手段を介して配置される複数の上部構造物を備え、前記上部構造物は、前記基礎構造物又はこの基礎構造物近傍の地盤面に設けられる振動検知手段と、前記振動検知手段により検知された振動状態に応じて隣り合う前記上部構造物同士の連結又は連結解除を可変的に行う可変型連結手段とを備え、前記可変型連結手段は、隣接する前記上部構造物からの環境振動の伝播を防ぐために通常時において隣接する前記上部構造物同士の連結を解除した状態に設定され、前記振動検知手段が環境振動による揺れよりも大きな基準振動状態指標値以上の地震の揺れを検知した場合に、隣接する前記上部構造物同士を連結するように構成したことを特徴とする。

ここで、環境振動とは、前記したように、建物内に設置された設備機械の稼働による振動や建物内における車等の移動や重量物等の設置に伴う振動等をいう。ここで、環境振動による建物の揺れは様々であり、例えば、空調機械や配管等による振動のように人があまり感じることのないような小さな揺れ、駐車場における車の移動や機械式駐車場設備の振動のように人が感じることのできる揺れ、さらに、遠心分離器や輪転機などの大型機械設備による揺れ等の他の作業に支障をきたすような揺れ等が挙げられる。

また、本発明の免震構造物は、前記可変型連結手段を可変ダンパとしても良い。

また、本発明の免震構造物は、前記可変ダンパが、基準振動状態指標値をしきい値として、前記基準振動状態指標値未満の場合は、減衰力が下限値に設定されて隣接する前記上部構造物同士の連結を解除した状態にし、前記基準振動状態指標値以上の場合は、減衰力が上限値に設定されて隣接する前記上部構造物同士を連結するように構成しても良い。

このように、可変型連結手段が、基準振動状態指標値未満（通常時）の場合には隣り合う上部構造物同士の接続が解除されているため、各上部構造物は他の上部構造物からの環境振動の伝播を防ぐことができ、また、基準振動状態指標値以上（地震時）の場合には隣り合う上部構造物同士は連結されてほぼ一体で振動することとなるので、隣り合う上部構造物の相対変位が小さくなり、隣り合う上部構造物間に設置されるエキスパンションジョイントの破壊を防ぐことができる。これにより、隣り合う上部構造物の相対変位が小さくなるので、エキスパンションジョイントを小型化可能にすることができる。

また、可変型連結手段を可変ダンパとし、この可変ダンパが、基準振動状態指標値未満（通常時）の場合には可変ダンパの減衰力が下限値に設定されるので、隣り合う上部構造物同士の接続がほぼ解除されて個々の上部構造物が他の上部構造物から受ける環境振動の影響を少なくして隣り合う他の上部構造物からの環境振動の伝播を防ぐことができ、基準振動状態指標値以上（地震時）の場合には可変ダンパの減衰力が上限値に切り替えられるので、隣り合う免震構造物同士はほぼ一体で振動することとなり、隣り合う前記上部構造物間に設置されるエキスパンションジョイントの破壊を防ぎつつ、エキスパンションジョイントの小型化を可能にすることができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、通常時を地震が起きていない状態とする。

図１は、本発明の第一実施形態に係る免震構造物の一例を模式的に示す側断面図であり、図２は、図１のＡ部拡大図であり、図３は、可変型の連結手段の連結状態と基準振動状態指標値の関係を示す関係図であり、図４は可変型のダンパの減衰力と基準振動状態指標値の関係を示す関係図である。

本発明の第一実施形態に係る免震構造物１０は、図１に示すように、基礎構造物１１と、複数の上部構造物１３と、基礎構造物１１と上部構造物１３との間に配置される積層ゴム支承からなる免震手段１４と、隣り合う上部構造物１３，１３を連結する可変型連結手段１５と、隣り合う上部構造物１３，１３に設けられるエキスパンションジョイント１６とから構成されている。
なお、免震手段は、積層ゴム支承に限定されず、滑り支承、転がり支承なども用いることができ、また、これらを組み合わせて用いても良い。

基礎構造物１１は、図１に示すように、例えば、べた基礎として地盤Ｇに構築されている。また、上部構造物１３は、その１階床部を土台構造物１２として基礎構造物１１とは分離した状態で設けられ、本実施形態においては４分割されており、隣り合う土台構造物１２，１２の間を所定の間隔を有するように、基礎構造物１１上に配置される。免震手段１４，１４・・・は、基礎構造物１１と土台構造物１２との間に隙間を形成するように、土台構造物１２，１２・・・の下面に配置されている。上部構造物１３は、振動を検知する振動検知手段としてのセンサ１７と、可変型連結手段１５とを備えている。この可変型連結手段１５は可変ダンパであって（以下、「可変ダンパ」という。）、隣り合う土台構造物１２，１２を連結するようにその間に設けられている。ここで、外側に位置する上部構造物１３は、内側に位置する２基の土台構造物１２，１２を跨ぐように略門形に形成されている。その他の上部構造物１３，１３は、外側の上部構造物１３に覆われるように、その内側に位置するように設けられている。エキスパンションジョイント１６は、この隣り合う上部構造物１３，１３の間に設けられている。

可変ダンパ１５は、図２に示すように、ダンパ本体部１５１と、制御手段１５２とから構成されており、基準振動状態指標値未満の場合には連結を解除して上部構造物１３の土台構造物１２同士の連結を解除し、他の上部構造物１３，１３・・・からの振動を伝播させないようにする役割を果たし、基準振動状態指標値以上の場合には上部構造物１３の土台構造物１２を同士を連結して一体で振動させて隣り合う上部構造物１３，１３間の相対変位を小さくする役割も果たす。
なお、本実施の形態において、基準振動状態指標値は、環境振動による揺れよりも大きな所定強度の揺れの値であって、例えば、環境振動による最大加速度が５Ｇａｌ（０．０５ｍ／ｓ²）である場合は、それよりも大きな加速度値が基準振動状態指標値として設定される。この場合、震度３程度の振動に相当する加速度８Ｇａｌ（０．０８ｍ／ｓ²）〜２５Ｇａｌ（０．２５ｍ／ｓ²）の範囲内のいずれか１つの値を基準振動状態指標値と設定すれば良い。

ダンパ本体部１５１は、従来から公知となっているオイル式可変ダンパを用いることができ、オイルの流量調節弁（電磁弁）（図示せず）の開閉が、基礎構造物１１又は基礎構造物１１近傍の地盤Ｇ面に設置された後述するセンサ１７が検知した振動状態指標値データに基づいて制御手段１５２により調節されて、オイルの通流範囲を広げたり狭めたりすることでオイルにかかる圧力を変化させることにより減衰力を変更することが可能となっている。

例えば、基準振動状態指標値未満の場合においてダンパ本体部１５１の流量調節弁は開いた状態となっており、ダンパ本体部１５１のオイルにかかる圧力は小さくなって減衰力が下限値となる状態となっている。したがって、連結状態が非常に弱いため、土台構造物１２と上部構造物１３との振動が隣り合う土台構造物１２，１２、上部構造物１３，１３に伝播しにくい状態となっている。

また、基準振動状態指標値以上の場合においては、ダンパ本体部１５１の流量調節弁は閉じた状態となるのでダンパ本体部１５１のオイルにかかる圧力は大きくなり、ダンパ本体部１５１にかかる荷重が大きくなっている。そのため、ダンパ本体部１５１は、減衰力が上限値になり振動を吸収して隣り合う土台構造物１２，１２の相対変位を小さくすることができるようになっている。エキスパンションジョイント１６の可動範囲に制限があるため、隣り合う土台構造物１２，１２の所定の間隔の相対変位を大きくすることができないことから、基準振動状態指標値以上の場合では、オイルの圧力を大きくさせたダンパ本体部１５１で連結することで、隣り合う土台構造物１２，１２間の相対変位が小さくなり、隣り合う土台構造物１２，１２はほぼ一体となった状態で振動することとなるのでエキスパンションジョイント１６の破壊を防止することができる。

ここで、センサ１７は、本実施形態においては基礎構造物１１設けられており、基準振動状態指標値となる加速度を検知して振動状態指標値データを生成し、制御手段１５２に出力する役割を果たす。
例えば、センサ１７には、従来から公知である加速度センサを用いることができる。この加速度センサは、例えば、コンデンサと可動シリコン基盤とバネとから構成されており、２枚の板で構成されるコンデンサの内部に可動シリコン基盤とバネとを配置しておき、振動が発生した場合、可動シリコン基盤がバネを付勢しつつその位置を変位させることでコンデンサに電気が蓄電されることとなる。この電気（静電容量）を加速度に変換することで基礎構造物１１の加速度を検知することができる。
なお、このセンサ１７は、土台構造物１２や上部構造物１３に設けても良い。

制御手段１５２は、図３及び図４に示すように、センサ１７から出力された振動状態指標値データを入力し、その振動状態指標値データに対応する連結状態となるように、ダンパ本体部１５１の図示しない流量調節弁の開閉を行う役割を果たす。
この制御手段１５２は、予めデータ化された基準振動状態指標値と比較し、入力した振動状態指標値データが予めデータ化された基準振動状態指標値以上の場合にはダンパ本体部１５１の流量調節弁を調節して減衰力を高めることで、ダンパ本体部１５１の減衰力を上限値（図４参照）に切り替える制御を行う。また、入力した振動状態指標値データが予めデータ化された基準振動状態指標値未満の場合には、ダンパ本体部１５１の流量調節弁を調節することでダンパ本体部１５１の減衰力を小さくしてダンパ本体部１５１の接続力を下限値（図４参照）に設定する制御を行う。

これにより、可変ダンパ１５を用いると、基準振動状態指標値未満の場合、土台構造物１２，１２同士の連結が解除（図３参照）されるため、個々の上部構造物１３が他の上部構造物１３から環境振動の影響を受けることなく振動するため、環境振動を隣り合う他の土台構造物１３に伝播するのを防ぐことができる。また、基準振動状態指標値以上の場合、土台構造物１２，１２同士が連結（図３参照）されるため、隣り合う上部構造物１２，１２がほぼ一体で振動することにより、隣り合う上台構造物１２，１２に設けられるエキスパンションジョイント１６の破壊を防ぐことができる。
また、可変ダンパ１５は、基準振動状態指標値未満の場合、可変ダンパ５の減衰力が下限値に設定されるため、隣り合う他の土台構造物１２，１２からの環境振動の伝播を防ぐことができる。また、基準振動状態指標値以上の場合、可変ダンパ１５の減衰力が上限値に切り替えられるので、隣り合う上台構造物１２，１２間の相対変位を小さく抑えて、隣り合う前記上台構造物に連結されているエキスパンションジョイントの破壊を防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、可変型連結部を可変ダンパ１５に替えて、例えばディスクブレーキシステム１５Ａを用いることもできる。
このディスクブレーキシステム１５Ａは、制御手段１５２とを備えつつ、ダンパ本体部１５１に替えて、ディスクブレーキを備えて構成されている。
このディスクブレーキは、板状のディスクＤ１とブレーキパッドＤ２と支持部Ｄ３と油圧ジャッキＤ４とから構成されている。図５（ａ）に示すように、板状のディスクＤ１において、ブレーキパッドＤ２が狭持する面を上下方向に向けて水平にし、土台構造物１２，１２の間に配置し、一方の端部を隣り合う一方の土台構造物に接合する。他方の端部は、他方の土台構造物１２の方向を向いている。また、油圧ジャッキＤ４を介してブレーキパッドＤ２を備えた支持体Ｄ３が他方の土台構造物１２に設けられており、図示しないオイルの油圧でディスクＤ１を狭持することができるようになっている。オイルの油圧の調節は、後述する制御手段１５２が油圧ジャッキを制御することによって行われる。
したがって、図５（ｂ）に示すように、ブレーキパッドＤ２がディスクＤ１を狭持すると、隣り合う土台構造物１２，１２は、連結した状態となって、ほぼ一体で振動することとなり、図５（ａ）に示すように、ブレーキパッドＤ２がディスクＤ１を放すと、隣り合う土台構造物１２，１２は、連結した状態が解除されて、他の上部構造物１３からの環境振動が伝播されなくなるようになっている。制御手段１５２は、図３及び図４に示すように、センサ１７から出力された振動状態指標値データを入力し、その振動状態指標値データに対応する連結状態となるように、油圧ジャッキＤ４の油圧を制御する役割を果たす。このように構成しても、された基準振動状態指標値未満の場合は、減衰部１５１は、隣り合う土台構造物１２，１２の連結が解除された状態とすることができ、また、基準振動状態指標値以上の場合には隣り合う土台構造物１２，１２同士を連結することができる。

また、例えば、本発明の実施形態では、センサ１７を基礎構造物１１に設けたが、センサ１７の位置はこれに限るものではなく、例えば、基礎構造物１１近傍の地盤Ｇ面，土台構造物１２，上部構造物１３，エキスパンションジョイント１６や可変ダンパ１５，免震手段１４等に設けてもよい。
このようにセンサ１７を設けても、各土台構造物間１２，１２の振動の伝播を防ぎ、かつ、上部構造物１３，１３・・・への振動を軽減することができる。
また、センサ１７は基礎構造物１１の加速度を基準振動状態指標値として検知したが、免震手段１４，可変ダンパ１５，エキスパンションジョイント１６の変形量や変位量、変位速度を振動状態指標として検知して振動状態指標値データを生成するものでもよい。この場合は、基準振動状態指標値として環境振動による揺れよりも大きな変形値を設定することになる。例えば、環境振動による最大変形が０．１ｍｍである場合は、それよりも大きな変形値を基準振動状態指標値として設定すればよい。
また、本発明の実施形態では可変ダンパ１５は、土台構造物１２，１２同士の間に設けたが、この可変ダンパ１５を土台構造物１２，１２の上に設けられる上部構造物１３，１３の間に設けて、上部構造物１３，１３同士を連結させても良い。
また、可変ダンパは、ビンガム流体といわれる磁気粘性流体を用いたＭＲダンパ、電気粘性流体（ＥＲ）を用いたＥＲダンパ、可変摩擦ダンパ等を用いてもよい。
また本発明の免震構造物は、工場、病院、学校、図書館、社屋等の各種構造物に用いることができる。上部構造物は、単層階構造でも、複数階構造でもよい。

本発明の第一実施形態に係る免震構造物の一例を模式的に示す側断面図である。図１のＡ部拡大図である。可変型の連結手段の連結状態と基準振動状態指標値の関係を示すグラフである。可変型のダンパの減衰力と基準振動状態指標値の関係を示すグラフである。可変型連結手段の変形例であって、（ａ）は、連結が解除された状態を示す模式図であり、（ｂ）は、連結した状態を示す模式図である。

符号の説明

１０免震構造物
１１基礎構造物
１２土台構造物
１３上部構造物
１４免震手段
１５可変ダンパ
１５１ダンパ本体部
１５２制御手段
１６エキスパンションジョイント
１７センサ（振動検知手段）
Ｇ地盤

Claims

地盤に構築される基礎構造物と、該基礎構造物上に免震手段を介して配置される複数の上部構造物を備え、
前記上部構造物は、前記基礎構造物又はこの基礎構造物近傍の地盤面に設けられる振動検知手段と、前記振動検知手段により検知された振動状態に応じて隣り合う前記上部構造物同士の連結又は連結解除を可変的に行う可変型連結手段とを備え、
前記可変型連結手段は、隣接する前記上部構造物からの環境振動の伝播を防ぐために通常時において隣接する前記上部構造物同士の連結を解除した状態に設定され、
前記振動検知手段が環境振動による揺れよりも大きな基準振動状態指標値以上の地震の揺れを検知した場合に、隣接する前記上部構造物同士を連結するように構成したことを特徴とする免震構造物。
前記可変型連結手段が可変ダンパであることを特徴とする請求項１に記載の免震構造物。
前記可変ダンパが、基準振動状態指標値をしきい値として、
前記基準振動状態指標値未満の場合は、減衰力が下限値に設定されて隣接する前記上部構造物同士の連結を解除した状態にし、
前記基準振動状態指標値以上の場合は、減衰力が上限値に設定されて隣接する前記上部構造物同士を連結するように構成したことを特徴とする請求項２に記載の免震構造物。