JP2008082489A - 剛性付与装置及び免震構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】機構が簡単で起動後の再設定が容易な剛性付与装置、及びこの剛性付与装置を備えた免震構造物を提供する。
【解決手段】上部構造体１４と下部構造体１６の間に、剛性部材３８、保持手段４０、及びチキソトロピー性部材Ｒを備える剛性付与装置１８が設けられている。剛性部材３８は、上部構造体１４と下部構造体１６の相対移動を阻止する相対移動阻止位置に保持手段４０によって保持されている。また、チキソトロピー性部材Ｒは、ゲル化した状態で配置されている。よって、地震荷重が構造体に作用したときには、下部構造体１６は激しく振動するので、チキソトロピー性部材Ｒはゾル化して流動する。この流動したチキソトロピー性部材Ｒが、保持手段４０の保持状態を解除して剛性部材３８を相対移動阻止位置から退避させる。これにより、上部構造体１４と下部構造体１６の相対移動の拘束が解かれて、地震動に対して免震効果を発揮する。
【選択図】図３

Description

本発明は、風荷重による揺れを抑え、地震時には免震効果を発揮する剛性付与装置及び免震構造物に関する。

一般的に免震構造物は、地震時において構造物を長周期化することにより、応答せん断力を低減して免震効果を発揮する。免震構造物は、通常、構造物の長期荷重を支える支承材（例えば、積層ゴム支承、弾性すべり支承）、地震エネルギーを吸収する減衰材（例えば、鋼棒ダンパー、オイルダンパー）、及び構造物を元の位置に戻す復元材（例えば、積層ゴム支承）によって構成されており、これらが構造物の免震層に設けられている。

特に超高層建物では風荷重による揺れを防ぐために、減衰材として鋼棒ダンパーや摩擦ダンパー等の初期の剛性が高いものを採用することが多い。

この減衰材のダンパー量が多過ぎると免震層の等価剛性が大きくなり過ぎてしまい、地震時に構造物の長周期化が図れずに十分な免震効果を発揮することができない。また、ダンパー量が少な過ぎると振動エネルギーの吸収量が小さくなり過ぎて免震層の変形が増大してしまう。

ゆえに、建物の規模（平面規模、建物高さ）に応じて最適なダンパー量が存在する。

一方、建物の超高層化に伴い、風荷重による建物の揺れが長時間継続して繰り返され、大変形を引き起こして免震装置の疲労等の原因になったり、また、この揺れによる居住性悪化が問題となっている。

超高層建物における風荷重の大きさは地震荷重よりも大きくなる場合があり、このような場合には、地震荷重に対して最適なダンパー量の減衰材では、風荷重に対してはダンパー量が不足して十分な剛性を付与できず、変形量が増大してしまうことが懸念される。

そこで、地震荷重に対する免震性能と風荷重に対する剛性付与性能の両方を満足させるために、風荷重に対してのみ有効で、地震荷重に対しては無効となる剛性付与装置を備えた免震構造物が提案されている。

図１８（Ａ）に示すように、特許文献１の免震装置２００は、建物２０６と地盤２０８の間に設けられた転がり支承体２０２とトリガー機構２０４によって構成されている。

図１８（Ｂ）に示すように、トリガー機構２０４では、地盤２０８上に下部ブッシュ２１０が固定されており、この下部ブッシュ２１０の直上に上部ブッシュ２１２が配置され、建物２０６に固定されている。

下部ブッシュ２１０上には隙間調整手段２１４が載置され、この隙間調整手段２１４上に内筒２１６が設けられている。内筒２１６は上部ブッシュ２１２の内側に上下移動可能に嵌合されている。そして、下部ブッシュ２１０と内筒２１６には円柱状弾塑性体２１８が嵌合され、接着剤等によって固着されている。

よって、建物２０６に強風や小地震による水平方向の振動エネルギーが加わった場合には、トリガー機構２０４の円柱状弾塑性体２１８が有する高い初期剛性によって、建物２０６の揺れが抑制される。

また、建物２０６に中地震による水平方向の振動エネルギーが加わった場合には、トリガー機構２０４の円柱状弾塑性体２１８は弾性変形し、これによって建物２０６の揺れを減衰させる。

さらに、建物２０６に大地震による水平方向の振動エネルギーが加わった場合には、トリガー機構２０４の円柱状弾塑性体２１８は塑性破壊し、これによって転がり支承体２０２が機能して建物２０６の振動周期が長周期化される。

しかし、円柱状弾塑性体２１８が塑性破壊した場合には、新しい円柱状弾塑性体２１８に交換しなければならず、その交換作業もジャッキアップ等を必要とするので面倒である。

図１９に示すように、特許文献２の免震耐風構造は、基礎２４２と構造物（不図示）との間に設けられた、複数の免震構造（不図示）と複数の耐風構造２２０によって構成されている。複数の免震構造は、構造物を支持する。耐風構造２２０は、下部構造体２２２、上部構造体２２４、第１ピン２２８、第２ピン２２６、及びアイソレート機構２３０によって構成されている。

下部構造体２２２と上部構造体２２４に係合された第１ピン２２８によって、下部構造体２２２と上部構造体２２４が剛に拘束され、構造物を載置する梁受け台２３２と上部構造体２２４に係合された第２ピン２２６によって、梁受け台２３２と上部構造体２２４が拘束されている。

アイソレート機構２３０は、電動シリンダ２３４とアーム２３６によって構成されている。アーム２３６の一方の端部が電動シリンダ２３４の先端部２３８に回転可能に接合され、他方の端部が第１ピン２２８下面に設けられた突起部２４０に回転可能に接合されている。アーム２３６は中央部で回転可能に支持されているので、電動シリンダ２３４が縮むことによってアーム２３６が時計回りに回転し、第１ピン２２８が下方に移動して係合が解かれる。

よって、強風による外力が構造物に入力されると、第１ピン２２８がこの外力に抵抗し、強風による構造物の揺れを抑える。

また、地震力が入力されると地震計が感知し、電動シリンダ２３４を作動させて第1ピン２２８の係合を解く。これによって、構造物が水平方向に移動可能になり、免震構造が機能して構造物の振動周期が長周期化される。

さらに、アイソレート機構２３０が正常に作動せずに、第１ピン２２８を自動的に引き抜けなかった場合には、地震力を受けた第２ピン２２６が切欠き部で破断し、構造物の水平方向への移動が可能となる。

しかし、アイソレート機構２３０は高価であり、また、振動等でアーム２３６が多少曲がってしまっただけでも、アイソレート機構２３０が上手く動作しないことが危惧される。

この際のフェールセーフ手段となる第２ピン２２６は、破断によって構造物の水平移動を可能にするものであるが、破断時の衝撃が建物に悪影響を及ぼす可能性があり、また、第２ピン２２６の取り替え作業も必要となる。さらには、第２ピン２２６の疲労によって破断荷重が低下して所定の抵抗力を発揮できない場合も考えられ、これらが問題となる。

図２０に示すように、特許文献３の制振装置２４４は、構造物に取り付けられた容器２４６に、チキソトロピー性を有する物質２４８が貯蔵されている。そして、地震や突風等による衝撃的な加振力が構造物に加わった場合に、慣性力の作用によって物質２４８はゲルからゾルへ相変化し、構造物の運動エネルギーを消費することによって減衰力を発揮する。

しかし、異なる振動特性を有する地震と風の両方の荷重に対して減衰効果を発揮するように物質２４８の配合を調整することは難しく、また、大きな荷重に対応させるためには大量の物質２４８を貯蔵しなければならない。よって、容器２４６は大きくなり、設置数も増えるので、広い設置スペースが必要となる。

図２１に示すように、特許文献４の免震構造２５０では、上部構造物２５２の下面に設けられた上部部材２５４と、下部構造物２５６の上面に設けられた下部部材２５８との間に、球状の支承体２６０とこの支承体２６０を収納する収納部材２６２とが設けられている。また、収納部材２６２の内部にはチキソトロピー性を有する免震防錆油２６４が充填されている。

よって、風荷重が上部構造物２５２に働く場合、支承体２６０の周りに充填された免震防錆油２６４には振動があまり伝わらないので、免震防錆油２６４は高粘度のままであり、支承体２６０の転動が阻止又は抑制されて構造物の揺れが抑えられる。

そして、地震により下部構造物２５６が振動して免震防錆油２６４が加振された場合には、免震防錆油２６４がゾル化して粘度が低下する。これによって、支承体２６０が転動し易くなり免震効果を発揮する。

しかし、先に述べたように、超高層建物における風荷重の大きさは地震荷重よりも大きくなる場合があり、このような大きな風荷重が上部構造物２５２に加わったときには、免震防錆油２６４の高粘度だけでは支承体２６０の転動を阻止又は抑制させることが難しくなる。
特開平１１−３１５８８２号公報 特開２００４−１７６５２５号公報 特開平８−３２６８３７号公報 特開２００５−２６４４７０号公報

本発明は係る事実を考慮し、機構が簡単で起動後の再設定が容易な剛性付与装置、及びこの剛性付与装置を備えた免震構造物を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、外乱により水平方向に相対移動する上部構造体と下部構造体の間に設けられた剛性付与装置において、前記上部構造体と前記下部構造体の相対移動を阻止する相対移動阻止位置に配置された剛性部材と、前記剛性部材を前記相対移動阻止位置に保持する保持手段と、ゲル化した状態で配置され、振動によりゾル化して流動し前記保持手段の保持状態を解除して前記剛性部材を前記相対移動阻止位置から退避させるチキソトロピー性部材と、を備えることを特徴としている。

請求項１に記載の発明では、外乱により水平方向に相対移動する上部構造体と下部構造体の間に、剛性部材、保持手段、及びチキソトロピー性部材を備える剛性付与装置が設けられている。

剛性部材は、上部構造体と下部構造体の相対移動を阻止する相対移動阻止位置に配置されている。

また、剛性部材は、保持手段によって相対移動阻止位置に保持されている。

さらに、チキソトロピー性部材は、ゲル化した状態で配置され、振動によりゾル化して流動する。

そして、ゾル化したチキソトロピー性部材の流動によって保持手段の保持状態が解除され、剛性部材が相対移動阻止位置から退避する。

ここで、外乱としての風荷重に対しては、下部構造体は激しく振動しないが、外乱としての地震荷重に対しては、下部構造体は激しく振動する。

よって、風荷重が構造体に作用したときには、下部構造体は激しく振動しないので、チキソトロピー性部材はゾル化しない。このとき、剛性部材は相対移動阻止位置に保持された状態を維持し、上部構造体と下部構造体の間に剛性が付与された状態にあるので、風荷重による構造体の揺れを抑えることができる。

また、地震荷重が構造体に作用したときには、下部構造体は激しく振動するので、チキソトロピー性部材はゾル化して流動する。この流動したチキソトロピー性部材が、保持手段の保持状態を解除して剛性部材を相対移動阻止位置から退避させる。これにより、上部構造体と下部構造体の相対移動の拘束が解かれて、地震動に対して免震効果を発揮する。

さらに、剛性付与装置は、チキソトロピー性部材をゾル化させて剛性部材を相対移動阻止位置から退避させるだけの簡単な機構なので、地震動以外の振動での誤動作を防ぐことができる。

また、地震等により剛性付与装置が起動した（チキソトロピー性部材がゾル化して流動した）後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材を初期位置に配置するだけでよいので容易である。

また、剛性部材を相対移動阻止位置から退避させることができる量のチキソトロピー性部材を配置すればよいので、大量のチキソトロピー性部材を必要としない。

請求項２に記載の発明は、前記上部構造体の下部に取り付けられ、前記剛性部材を収納する上部収納部と、前記下部構造体の上部に取り付けられ、前記上部収納部に収納された剛性部材を収納可能な下部収納部と、を備え、前記剛性部材は、ピン部材でありかつ前記上部収納部及び前記下部収納部に収納された状態で前記保持手段に保持されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明では、剛性部材を収納する上部収納部が上部構造体の下部に取り付けられている。また、上部収納部に収納された剛性部材の収納が可能な下部収納部が下部構造体の上部に取り付けられている。

また、剛性部材はピン部材であり、このピン部材が上部収納部及び下部収納部に収納された状態で保持手段に保持されている。

よって、剛性部材にピン部材を用い、このピン部材を上部収納部及び下部収納部に収納して上部構造体と下部構造体の相対移動を阻止するので、簡単な機構によって、上部構造体と下部構造体の間に剛性を付与させることができる。

請求項３に記載の発明は、前記保持手段は、前記ピン部材の重量と等しい力を前記ピン部材に上向きに付与し、前記チキソトロピー性部材は、ゾル化して前記ピン部材に下向きの力を付与することを特徴としている。

請求項３に記載の発明では、ピン部材の重量と等しい力を保持手段がピン部材に上向きに付与する。また、チキソトロピー性部材がゾル化してピン部材に下向きの力を付与する。

ここで、外乱としての風荷重に対しては、下部構造体は激しく振動しないが、外乱としての地震荷重に対しては、下部構造体は激しく振動する。

よって、風荷重が構造体に作用したときには、下部構造体は激しく振動しないので、チキソトロピー性部材はゾル化しない。このとき、保持手段はピン部材の重量と等しい上向きの力をピン部材に付与しているので、上部収納部及び下部収納部に収納されたピン部材は相対移動阻止位置に保持された状態を維持する。よって、上部構造体と下部構造体の間に剛性が付与された状態にあるので、風荷重による構造体の揺れを抑えることができる。

また、地震荷重が構造体に作用したときには、地震動によりゾル化したチキソトロピー性部材がピン部材上に流れ落ちる。そして、この流れ落ちたチキソトロピー性部材の重量によりピン部材に下向きの力が付与され、ピン部材が相対移動阻止位置から下方に退避して保持手段の保持状態が解除される。

これにより、上部構造体及び下部構造体の相対移動の拘束が解かれ、地震動に対して免震効果を発揮する。

また、剛性付与装置は、ゾル化したチキソトロピー性部材の重量でピン部材を下方に退避させるだけの簡単な機構なので、地震動以外の振動での誤動作を防ぐことができる。

また、地震等によりピン部材が下方に退避した後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材を初期位置に配置するだけでよいので容易である。

また、ピン部材を下方に退避させることができる量のチキソトロピー性部材を配置すればよいので、大量のチキソトロピー性部材を必要としない。

請求項４に記載の発明は、前記保持手段は、前記ピン部材と前記ピン部材に載せられた前記チキソトロピー性部材とを合わせた重量と等しい力を前記ピン部材に上向きに付与し、前記チキソトロピー性部材は、ゾル化して前記ピン部材に形成された液出孔から流れ出ることを特徴としている。

請求項４に記載の発明では、チキソトロピー性部材がピン部材に載っている。そして、ピン部材とチキソトロピー性部材とを合わせた重量と等しい上向きの力を保持手段がピン部材に付与している。また、チキソトロピー性部材がゾル化してピン部材に形成された液出孔から流れ出る。

ここで、外乱としての風荷重に対しては、下部構造体は激しく振動しないが、外乱としての地震荷重に対しては、下部構造体は激しく振動する。

よって、風荷重が構造体に作用したときには、下部構造体は激しく振動しないので、チキソトロピー性部材はゾル化しない。このとき、保持手段はピン部材とチキソトロピー性部材とを合わせた重量と等しい上向きの力をピン部材に付与しているので、上部収納部及び下部収納部に収納されたピン部材は相対移動阻止位置に保持された状態を維持する。よって、上部構造体と下部構造体の間に剛性が付与された状態にあるので、風荷重による構造体の揺れを抑えることができる。

また、地震荷重が構造体に作用したときには、地震動によりゾル化したチキソトロピー性部材がピン部材の液出孔を通って流れ出る。そして、ピン部材に載せられたチキソトロピー性部材の重量が減少することによりピン部材が相対移動阻止位置から上方に退避して保持手段の保持状態が解除される。

これにより、上部構造体及び下部構造体の相対移動の拘束が解かれ、地震動に対して免震効果を発揮する。

また、剛性付与装置は、ゾル化したチキソトロピー性部材の重量を減少させてピン部材を上方に退避させるだけの簡単な機構なので、地震動以外の振動での誤動作を防ぐことができる。

また、地震等によりピン部材が上方に退避した後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材を初期位置に配置するだけでよいので容易である。

また、ピン部材を上方に退避させることができる量のチキソトロピー性部材を配置すればよいので、大量のチキソトロピー性部材を必要としない。

請求項５に記載の発明は、前記保持手段は、前記ピン部材の下方に配置されたバネであることを特徴としている。

請求項５に記載の発明では、保持手段をピン部材の下方に配置されたバネとすることにより、上部構造体に保持手段のための設備スペースを設ける必要がない。

請求項６に記載の発明は、前記保持手段は、前記上部構造体に設けられた滑車と、前記滑車を介して、前記ピン部材とカウンターウェイト部材とをつなぐロープと、を備えることを特徴としている。

請求項６に記載の発明では、滑車が上部構造体に設けられており、この滑車を介してピン部材がカウンターウェイト部材とロープでつながれている。

このような設備を保持手段とすることにより、下部構造体に保持手段のための設備スペースを設ける必要がない。

請求項７に記載の発明は、外乱により水平方向に相対移動する上部構造体と下部構造体の間に設けられた剛性付与装置において、前記上部構造体と前記下部構造体の相対移動を阻止する相対移動阻止位置に配置された剛性部材と、ゲル化した状態で前記剛性部材を前記相対移動阻止位置に保持し、振動によりゾル化して流動し前記剛性部材を前記相対移動阻止位置から退避させるチキソトロピー性部材と、を備えることを特徴としている。

請求項７に記載の発明では、外乱により水平方向に相対移動する上部構造体と下部構造体の間に、剛性部材及びチキソトロピー性部材を備える剛性付与装置が設けられている。

剛性部材は、上部構造体と下部構造体の相対移動を阻止する相対移動阻止位置に配置されている。

さらに、チキソトロピー性部材は、ゲル化した状態で配置されて、剛性部材を相対移動阻止位置に保持する。

そして、ゾル化したチキソトロピー性部材の流動によって、チキソトロピー性部材による剛性部材の保持状態が解除され、剛性部材が相対移動阻止位置から退避する。

ここで、外乱としての風荷重に対しては、下部構造体は激しく振動しないが、外乱としての地震荷重に対しては、下部構造体は激しく振動する。

よって、風荷重が構造体に作用したときには、下部構造体は激しく振動しないので、チキソトロピー性部材はゾル化しない。このとき、剛性部材は相対移動阻止位置に保持された状態を維持し、上部構造体と下部構造体の間に剛性が付与された状態にあるので、風荷重による構造体の揺れを抑えることができる。

また、地震荷重が構造体に作用したときには、下部構造体は激しく振動するので、チキソトロピー性部材はゾル化して流動する。このチキソトロピー性部材の流動により剛性部材の保持状態が解除されて剛性部材を相対移動阻止位置から退避させる。これにより、上部構造体と下部構造体の相対移動の拘束が解かれて、地震動に対して免震効果を発揮する。

さらに、剛性付与装置は、チキソトロピー性部材をゾル化させて剛性部材を相対移動阻止位置から退避させるだけの簡単な機構なので、地震動以外の振動での誤動作を防ぐことができる。

また、地震等により剛性付与装置が起動した後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材を初期位置に配置するだけでよいので容易である。

また、剛性部材を相対移動阻止位置から退避させることができる量のチキソトロピー性部材を配置すればよいので、大量のチキソトロピー性部材を必要としない。

請求項８に記載の発明は、前記上部構造体の下部に取り付けられ、前記剛性部材を収納する上部収納部と、前記下部構造体の上部に取り付けられ、前記上部収納部に収納された剛性部材を収納可能な下部収納部と、を備え、前記剛性部材は、ピン部材でありかつ前記上部収納部及び前記下部収納部に収納された状態で前記チキソトロピー性部材に保持されていることを特徴としている。

請求項８に記載の発明では、剛性部材を収納する上部収納部が上部構造体の下部に取り付けられている。また、上部収納部に収納された剛性部材の収納が可能な下部収納部が下部構造体の上部に取り付けられている。

また、剛性部材はピン部材であり、このピン部材が上部収納部及び下部収納部に収納された状態で保持手段に保持されている。

よって、剛性部材にピン部材を用い、このピン部材を上部収納部及び下部収納部に収納して上部構造体と下部構造体の相対移動を阻止するので、簡単な機構によって、上部構造体と下部構造体の間に剛性を付与させることができる。

請求項９に記載の発明は、前記下部収納部の下方には、ゾル化した前記チキソトロピー性部材が流出する排出孔が設けられていることを特徴としている。

請求項９に記載の発明では、下部収納部の下方に排出孔が設けられており、この排出孔からゾル化したチキソトロピー性部材が流出する。

ここで、外乱としての風荷重に対しては、下部構造体は激しく振動しないが、外乱としての地震荷重に対しては、下部構造体は激しく振動する。

よって、風荷重が構造体に作用したときには、下部構造体は激しく振動しないので、チキソトロピー性部材はゾル化しない。このとき、上部収納部及び下部収納部に収納されたピン部材は相対移動阻止位置に保持された状態を維持し、上部構造体と下部構造体の間に剛性が付与された状態にあるので、風荷重による構造体の揺れを抑えることができる。

また、地震荷重が構造体に作用したときには、地震動によりゾル化したチキソトロピー性部材が下部収納部の下方に設けられた排出孔を通って流れ出る。そして、ピン部材を保持するチキソトロピー性部材の減少による液面の低下に伴ってピン部材が相対移動阻止位置から下方に退避する。

これにより、上部構造体と下部構造体の相対移動の拘束が解かれ、地震動に対して免震効果を発揮する。

また、剛性付与装置は、ゾル化したチキソトロピー性材料の液面低下によってピン部材を下方に退避させるだけの簡単な機構なので、地震動以外の振動での誤動作を防ぐことができる。

また、地震等によりピン部材が下方に退避した後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材を初期位置に配置するだけでよいので容易である。

また、ピン部材を下方に退避させることができる量のチキソトロピー性部材を配置すればよいので、大量のチキソトロピー性部材を必要としない。

請求項１０に記載の発明は、前記ピン部材には、ゾル化した前記チキソトロピー性部材が上方へ流出する液出孔が設けられていることを特徴としている。

請求項１０に記載の発明では、ピン部材に液出孔が設けられており、この液出孔からゾル化したチキソトロピー性部材が上方へ流出する。

ここで、外乱としての風荷重に対しては、下部構造体は激しく振動しないが、外乱としての地震荷重に対しては、下部構造体は激しく振動する。

よって、風荷重が構造体に作用したときには、下部構造体は激しく振動しないので、チキソトロピー性部材はゾル化しない。このとき、上部収納部及び下部収納部に収納されたピン部材は相対移動阻止位置に保持された状態を維持し、上部構造体と下部構造体の間に剛性が付与された状態にあるので、風荷重による構造体の揺れを抑えることができる。

また、地震荷重が構造体に作用したときには、地震動によりゾル化したチキソトロピー性材料がピン部材の液出孔を通って上方へ流れ出る。そして、ピン部材を保持するチキソトロピー性材料の減少による液面の低下に伴ってピン部材が相対移動阻止位置から下方に退避する。

これにより、上部構造体と下部構造体の相対移動の拘束が解け、地震動に対して免震効果を発揮する。

また、剛性付与装置は、ゾル化したチキソトロピー性材料の液面低下によってピン部材を下方に退避させるだけの簡単な機構なので、地震動以外の振動での誤動作を防ぐことができる。

また、地震等によりピン部材が下方に退避した後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材を初期位置に配置するだけでよいので容易である。

また、ピン部材を下方に退避させることができる量のチキソトロピー性部材を配置すればよいので、大量のチキソトロピー性部材を必要としない。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０の何れか１項に記載の前記剛性付与装置と、前記剛性付与装置と同じ層に設けられた免震装置と、を備えることを特徴としている。

請求項１１に記載の発明では、剛性付与装置と同じ層に免震装置が設けられている。

よって、剛性部材による上部構造体と下部構造体の相対移動の拘束が解かれたときに免震装置が機能し、これにより、地震動に対して免震効果を発揮することができる。

請求項１２に記載の発明は、前記剛性付与装置及び前記免震装置は、構造物の基礎層又は中間層に設けられていることを特徴としている。

請求項１２に記載の発明では、構造物の基礎層又は中間層に、剛性付与装置及び免震装置が設けられている。

よって、構造物の基礎層又は中間層に設けられた剛性付与装置及び免震装置によって、風荷重による揺れを抑え、地震時には免震効果を発揮することができる。

本発明は上記構成としたので、機構が簡単で起動後の再設定が容易な剛性付与装置、及びこの剛性付与装置を備えた免震構造物を提供することができる。

図面を参照しながら、本発明の剛性付与装置及び免震構造物を説明する。なお、本実施形態では、ＲＣ造の高層建物に本発明を適用した例を説明するが、さまざまな構造や規模の新築及び改修建物への適用が可能である。

まず、本発明の第１の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物について説明する。

図１に示すように、免震構造物１０は、ＲＣ造の高層建物の本体となる上部構造体１４、基礎となる下部構造体１６、及び上部構造体１４と下部構造体１６の間の基礎層Ｇによって構成され、基礎層Ｇに剛性付与装置１８及び免震装置２０が設けられている。すなわち、構造物の同じ層に剛性付与装置１８及び免震装置２０が設けられている。上部構造体１４は、地盤２２に埋設された下部構造体１６上に配置された免震装置２０によって支持されている。

図２に示すように、上部構造体１４の下部には上部材２４が取り付けられ、下部構造体１６の上部には下部材２６が取り付けられている。上部材２４の上部にはコンクリート製の剛性体２８が固定され、この剛性体２８上部のフランジ３０と共に一体となっている。そして、このフランジ３０を上部構造体１４の下面に結合することによって上部構造体１４の下部に上部材２４を取り付ける。

上部材２４の下面と下部材２６の上面の間に隙間を設けたり、又は上部材２４の下面、及び下部材２６の上面に摩擦抵抗の小さい滑り面を形成することによって、上部材２４の下面と下部材２６の上面は摺動可能になっている。滑り面は、テフロン(登録商標)加工等によって形成することができる。よって、後に述べるピン部材３８が相対移動阻止位置に配置されていないときには、外乱によって上部構造体１４と下部構造体１６が水平方向に相対移動する。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、図２に示した剛性付与装置１８の左側に設けられた剛性付与の機構を示した側断面図であり、剛性付与装置１８の右側にも同様の機構が設けられている。

図３（Ａ）に示すように、上部材２４には上部収納部としての円柱状の貫通孔３２が形成され、下部材２６には下部収納部としての円柱状の貫通孔３４が形成されている。さらに、貫通孔３４の下方の下部構造体１６には円柱状の鉛直孔３６が形成されている。

貫通孔３２、３４には、剛性部材としての円柱状のピン部材３８が挿入されている。すなわち、ピン部材３８が貫通孔３２、３４の両方に同時に収納されている。ピン部材３８は、アルミニウム合金によって形成されている。

図３（Ａ）に示すピン部材３８の位置、すなわち、ピン部材３８の略上半分が貫通孔３２に係合され、略下半分が貫通孔３４に係合される位置（以降、相対移動阻止位置と記載する）において、上部材２４と下部材２６の水平方向の相対移動が阻止される。

よって、ピン部材３８が相対移動阻止位置に配置されているときには、上部材２４が取り付けられている上部構造体１４と、下部材２６が取り付けられている下部構造体１６との水平方向の相対移動が阻止される。

これらの貫通孔３２、３４、及び鉛直孔３６は連通している。貫通孔３２、３４、及び鉛直孔３６の径は同じであり、また、この径はピン部材３８が上下方向に摺動でき、かつ後に述べるゾル化したチキソトロピー性部材Ｒが流れ込まない程度の隙間を貫通孔３２、３４、及び鉛直孔３６の内壁面と、ピン部材３８の外壁面との間に確保する長さとなっている。

鉛直孔３６の底部には、保持手段としての皿バネ４０が載置されている。そして、このピン部材３８の下方に配置された皿バネ４０によって、ピン部材３８が支持されている。皿バネ４０は、ピン部材３８の重量と等しい力をピン部材３８に上向きに付与しているので、ピン部材３８上に何も載置されていない図３（Ａ）の状態において、ピン部材３８は皿バネ４０によって相対移動阻止位置に保持されている。すなわち、ピン部材３８は貫通孔３２、３４に収納された状態で皿バネ４０に保持されている。

上部材２４上には、底部に開口部４４を有する容器４２が取り付けられており、この容器４２内にゲル化した状態のチキソトロピー性部材Ｒが、ピン部材３８の上面から離れた上方に位置するように配置されている。容器４２の壁部は円筒状になっており、その内径は貫通孔３２、３４、及び鉛直孔３６の径と同じである。また、容器４２の開口部４４は、貫通孔３２、３４、及び鉛直孔３６と連通している。

ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒは、自重を受けながらも容器４２の内壁面との間に生じる摩擦抵抗や表面張力により容器４２内にとどまっている。容器４２の天井部には、チキソトロピー性部材Ｒがゾル化したときに開口部４４から流れ出やすいように空気穴４６が形成されている。

次に、本発明の第１の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物の作用及び効果について説明する。

図１に示すように、外乱としての風荷重は、高層建物の本体の上部構造体１４の壁面等に風圧力Ｗが直接作用することで生じる。この力は、上部構造体１４、免震層となる基礎層Ｇ、及び下部構造体１６を介して地盤２２に伝達されるが、このとき下部構造体１６や地盤２２は激しく振動しない。

一方、外乱としての地震荷重は、地震源からの地震動Ｊが地盤２２、下部構造体１６、及び基礎層Ｇを介して上部構造体１４に伝達されるので、下部構造体１６は激しく振動する。

よって、風荷重が上部構造体１４に作用したときには、下部構造体１６は激しく振動しないので、図３（Ａ）に示すように、チキソトロピー性部材Ｒはゾル化しない。これにより、貫通孔３２及び貫通孔３４に挿入された剛性部材としてのピン部材３８が相対移動阻止位置に保持され、上部構造体１４と下部構造体１６の間に剛性が付与されるので、風荷重による上部構造体１４の揺れを抑えることができる。

また、地震荷重が下部構造体１６に作用したときには、下部構造体１６は激しく振動するので、図３（Ｂ）に示すように、地震動Ｊによりゾル化したチキソトロピー性部材Ｒが流動してピン部材３８上に流れ落ちる。そして、このゾル化したチキソトロピー性部材Ｒの重量によってピン部材３８に下向きの力を付与し、ピン部材３８が相対移動阻止位置から下方に退避して保持手段としての皿バネ４０の保持状態が解除される。

これにより、図３（Ｃ）に示すように、上部構造体１４及び下部構造体１６の相対移動の拘束が解かれて、図１に示す免震装置２０が機能し、これにより構造物の基礎層Ｇに発生する地震動に対して免震効果を発揮することができる。

さらに、剛性付与装置１８は、ゾル化したチキソトロピー性部材Ｒの重量でピン部材３８を下方に退避させるだけの簡単な機構なので、地震動以外の振動での誤動作を防ぐことができる。

また、ピン部材３８を相対移動阻止位置から下方に退避させることができる量のチキソトロピー性部材Ｒを配置すればよいので、大量のチキソトロピー性部材Ｒを必要としない。

このように、剛性部材にピン部材３８を用い、このピン部材３８を貫通孔３２及び貫通孔３４に挿入させて上部構造体１４と下部構造体１６の相対移動を阻止するので、簡単な機構によって上部構造体１４と下部構造体１６の間に剛性を付与させることができる。

また、保持手段をピン部材３８の下方に配置された皿バネ４０とすることにより、上部材２４上に保持手段のための設備スペースを設ける必要がない。

地震等によりピン部材３８が下方に退避した後の再設定作業は、例えば図４に示すように、まずプレート部材４８を容器４２の開口部４４付近に略水平に取り付ける。プレート部材４８は、図６（Ａ）の平面図に示すように、平板５０の左側端部に取っ手５２を設け、その右隣に平板５０上面から突出するストッパー部５４を固定したものである。

図４の容器４２を左側から見た、プレート部材４８を挿入する前の図５（Ｃ）に示すように、容器４２には、プレート部材４８を挿入する挿入口５６が形成されている。

この挿入口５６にプレート部材４８を挿入し、図４のＡ−Ａ平断面図である図５（Ａ）に示すように、プレート部材４８によって容器４２の底部に蓋をする。

このとき、図４の容器４２の開口部４４付近を拡大した図５（Ｂ）に示すように、ストッパー部５４が容器４２のフランジ１４４に当たるまでプレート部材４８を押し込めば、容器４２の開口部４４を完全に塞ぐことができる。

次に、プレート部材４８が容器４２に挿入された状態で、図４に示すように、振動モータＭによりチキソトロピー性部材Ｒを加振してゾル化し、ポンプＰによって容器４２の上方まで汲み上げて空気穴４６からチキソトロピー性部材Ｒを容器４２内に投入する。

次に、容器４２内へのチキソトロピー性部材Ｒの投入が完了した後、振動モータＭによる加振を止めてチキソトロピー性部材Ｒを暫く放置するとチキソトロピー性部材Ｒはゲル化する。この状態で、プレート部材４８を容器４２から引き抜き、図６（Ｂ）の平面図に示すプレート部材５８を容器４２の挿入口５６に挿入する。これで剛性付与装置１８の再設定が完了する。プレート部材４８の上面には、プレート部材４８が引き抜き易いようにゲル化したチキソトロピー性部材Ｒに対して剥離性を有する材料を塗布したり、このような材料でプレート部材４８を形成することが好ましい。

プレート部材５８には、容器４２の開口部４４と同じ径の穴６０が形成されているが、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒは、自重を受けながらも容器４２の内壁面との間に生じる摩擦抵抗や表面張力により容器４２内にとどまっている。

よって、地震等により剛性付与装置１８が起動した（チキソトロピー性部材Ｒがゾル化して流動した）後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒをピン部材から離れた上方の初期位置に配置するだけでよいので容易である。

なお、プレート部材５８に替えて、図６（Ｃ）〜（Ｅ）のプレート部材６２、６４、６６を用いてもよい。プレート部材６２はプレート部材５８の穴６０よりも小さな径の穴６８を平板５０に有し、プレート部材６４はメッシュ７０を平板５０に有し、プレート部材６６は複数のパンチ孔７２を平板５０に有する。これらの穴６８、メッシュ７０、複数のパンチ孔７２が容器４２の開口部４４の直下に配置されるように、プレート部材６２、６４、６６を容器４２に取り付けることによって、ゲル化した状態のチキソトロピー性部材Ｒをより確実に容器４２に保持しておくことができる。

ここで、図７に示すピン部材７４を用いた場合の皿バネ７６の選定例を示す。

上部材２４上には容器４２が取り付けられており、この容器４２内にゲル化したチキソトロピー性部材Ｒが円柱状の塊となって配置されている。また、下部材２６は省略し、鉛直孔３６が形成された下部構造体１６上に上部材２４を直接載置したモデルとした。

ピン部材７４は、鉛直孔３６の底部に載置された皿バネ７６によって支持されている。

ピン部材７４は、直径ｄが８．５ｃｍ（半径ｒが４．２５ｃｍ）、厚さｈが４ｃｍの円柱部材である。材料には、比重が小さく強度が高いＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系のアルミニウム合金（７０７５−Ｔ６）が用いられている。よって、ピン部材７４の比重ｓを２．７１ｇ／ｃｍ^３、引張り強さＦ_ｔを５７０Ｎ／ｍｍ^２、耐力Ｆを５０５Ｎ／ｍｍ^２とする。

まず、ピン部材７４の重さＷは、比重ｓにピン部材７４の体積（＝π×ｒ^２×ｈ）を掛けて６１５ｇとなる。

ここで、１つの装置（２本のピン部材７４）で２，０００ＫＮの剪断力（風荷重）に耐えることを想定した場合、１本のピン部材７４で１，０００ＫＮの剪断力Ｑに耐える必要がある。

ピン部材７４の剪断面での短期許容剪断応力度ｓｆは、ｓｆ＝Ｆ／（√３）より２９２Ｎ／ｍｍ^２であり、これに対して１本のピン部材７４に作用する最大剪断応力度τは、τ＝１．５×Ｑ／（π×ｒ^２）より２６４Ｎ／ｍｍ^２になるので、ｓｆ＞τとなる。

ピン部材７４の短期許容支圧応力度ｐｆは、ｐｆ＝（Ｆ／１．１）×１．５より６８９Ｎ／ｍｍ^２であり、これに対して１本のピン部材７４に作用する支圧応力度σは、ピン部材７４が上部材と係合している部分の厚さｈ_１を２ｃｍとすると、σ＝Ｑ／（ｄ×ｈ_１）より５８８Ｎ／ｍｍ^２になるので、ｐｆ＞σとなる。

よって、ｓｆ＞τ及びｐｆ＞σより、ピン部材７４は１，０００ＫＮの剪断力Ｑに対して強度的に十分に耐えることができる。

次に、チキソトロピー性部材Ｒの比重ｕを１．０、体積をＶとし、皿バネ７６のバネ定数をＫとすると、ゾル化したときにピン部材７４に加えられるチキソトロピー性部材Ｒの全重量はｕ×Ｖとなり、この力よりも皿バネ７６の弾性力（＝Ｋ×ｈ_１）の力の方が小さくならなければ、ピン部材７４は下方に沈まない。すなわち、皿バネ７６のバネ定数Ｋは、
ｕ×Ｖ＞Ｋ×ｈ_１の関係を満たす値でなければならない。

円柱状の塊となっているチキソトロピー性部材Ｒの断面積は、ピン部材７４とほぼ等しい５６．７ｃｍ（＝π×ｒ^２）であり、高さＬを１０ｃｍとすると体積Ｖは５６７ｃｍ^３となる。

よって、ｕ、Ｖ、ｈ_１の値をｕ×Ｖ＞Ｋ×ｈ_１に代入するとＫ＜２８３（ｇ／ｃｍ）となり、この条件を満たすバネ定数を有する皿バネ７６を選定すればよいことがわかる。

なお、第１の実施形態では、剛性体２８をコンクリート製とした例を示したが、風荷重及び地震荷重の水平力に耐えることができる剛性を有するものであればよく、複数枚の鉄のプレートを上部材２４から垂直に立設させたものや鉄魂等を用いてもよい。また、剛性体２８はなくてもよい。

また、ピン部材３８をアルミニウム合金製としたが、風荷重の水平力に耐えることができる剛性を有するものであればよく、鉄等の金属や非金属の部材を用いてもよい。また、ピン部材３８の形状は多角柱でもよい。

また、貫通孔３２、３４、及び鉛直孔３６の孔を円形としたが、ピン部材３８の断面と同じ形状であれば多角形でもよい。容器４２の内空間の断面形状は、貫通孔３２、３４、鉛直孔３６、及びピン部材３８の断面と同じ形状であることが好ましい。

また、保持手段として皿バネ４０を用いた例を示したが、所定の荷重を上向きに付与できるものであればよく、コイルバネ等の弾性体を用いてもよい。

また、チキソトロピー性部材Ｒには、合成スメクタイトの水溶液（濃度１〜４％）や、ベントナイト水溶液に多価陽イオン（例えば、Ｚｎ^２＋、Ｆｅ^２＋など）を加えた溶液等を用いることができる。これらの溶液の濃度を調整することにより、チキソトロピー性部材Ｒが流動化する振動の大きさを変えることができるので、剛性付与装置１８によってピン部材３８を相対移動阻止位置から退避させる地震荷重の剪断力の大きさを調整することができる。溶液の濃度は、ピン部材３８を退避させる剪断力の大きさ、チキソトロピー性部材Ｒの量、及び容器４２の大きさや形状等を考慮して適宜決めればよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物について説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態の剛性付与装置１８の保持手段を滑車やカウンターウェイト部材を用いた機構に替えたものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図８（Ａ）〜（Ｃ）は、図２に示した剛性付与装置７８の左側に設けられた剛性付与の機構を示した側断面図であり、剛性付与装置７８の右側にも同様の機構が設けられている。

図８（Ａ）に示すように、上部材２４の上面には支柱８０が立設され、その頂部から両側に張り出したアーム部材８２の両端には滑車８４Ａ、８４Ｂが回転可能に取り付けられている。

滑車８４Ａの概ね真下には貫通孔３２、３４が形成されており、滑車８４Ｂの概ね真下には貫通孔８６、８８が形成されている。貫通孔８６、８８は、貫通孔３２、３４と同じ径を有する円柱状の孔であり、連通している。

貫通孔８６、８８には、円柱状のカウンターウェイト部材９２が挿入されている。カウンターウェイト部材９２は、アルミニウム合金製であり、断面の径及び重量はピン部材３８と同じである。図８（Ａ）に示すカウンターウェイト部材９２の位置、すなわち、カウンターウェイト部材９２の略上半分が貫通孔８６に係合され、略下半分が貫通孔８８に係合される位置（以降、相対移動阻止位置と記載する）において、ピン部材３８と共に、上部材２４と下部材２６の水平方向の相対移動を阻止し、上部構造体１４と下部構造体１６の間に剛性を付与する。

ピン部材３８とカウンターウェイト部材９２は、滑車８４Ａ、８４Ｂを介してロープ９４でつながれている。ピン部材３８の重量はカウンターウェイト部材９２と同じなので、図８（Ａ）に示すように、ピン部材３８とカウンターウェイト部材９２が釣り合い、ピン部材３８及びカウンターウェイト部材９２を相対移動阻止位置に保持する。すなわち、ピン部材３８は貫通孔３２、３４に収納された状態でカウンターウェイト部材９２に保持されている。

上部材２４上には、ガイド筒９０が設けられている。ガイド筒９０は、内径が貫通孔３２、３４の径と同じであり、図８（Ｃ）に示すように、鉛直孔３６の底部にピン部材３８が達したときに、カウンターウェイト部材９２がガイド筒９０から飛び出ない高さになっている。ガイド筒９０の内空間は、図８（Ａ）の状態において貫通孔８６、８８と連通している。

容器４２内のチキソトロピー性部材Ｒは、第１の実施形態の図３（Ａ）と同様に、ピン部材３８から離れた上方にゲル化した状態で配置されている。

次に、本発明の第２の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物の作用及び効果について説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができ、また、風荷重が上部構造体１４に作用したときには、図８（Ａ）に示すように、チキソトロピー性部材Ｒはゾル化しない。

これにより、ピン部材３８とカウンターウェイト部材９２の釣り合った状態が保たれ、貫通孔３２及び貫通孔３４に挿入された剛性部材としてのピン部材３８が相対移動阻止位置に保持され、さらには、貫通孔８６及び貫通孔８８に挿入されたカウンターウェイト部材９２が相対移動阻止位置に保持される。

よって、上部構造体１４と下部構造体１６の間に剛性が付与されるので、風荷重による上部構造体１４の揺れを抑えることができる。

このように、第２の実施形態は、バネなどの特別な保持手段を用いずに第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。

また、カウンターウェイト部材９２は剛性を有する部材なので、保持手段と剛性部材の２つの役割りを兼ねる。

また、地震荷重が下部構造体１６に作用したときには、図８（Ｂ）に示すように、地震動Ｊによりゾル化したチキソトロピー性部材Ｒが流動してピン部材３８上に流れ落ちる。そして、このチキソトロピー性部材Ｒの重量によってピン部材３８に下向きの力を付与するので、ピン部材３８とカウンターウェイト部材９２の釣り合った状態が崩れてピン部材３８が下方に沈む。すなわち、ピン部材３８が相対移動阻止位置から下方に退避してピン部材３８の保持状態が解除される。

また、これと同時にカウンターウェイト部材９２は、相対移動阻止位置から上方に浮上してカウンターウェイト部材９２の保持状態も解除される。このように、滑車８４Ａ、８４Ｂを用いた機構によって、１つの機構で複数の剛性部材（ピン部材３８、カウンターウェイト部材９２）を相対移動阻止位置から同時に退避させることができる。

これにより、図８（Ｃ）に示すように、上部構造体１４及び下部構造体１６の相対移動の拘束が解かれて、図１に示す免震装置２０が機能し、構造物に入力される地震動に対して免震効果を発揮することができる。

地震等によりピン部材３８が下方に退避した後の再設定作業は、例えば図９に示すように、地震がおさまりチキソトロピー性部材Ｒがゲル化した後に、別途設けた牽引装置（不図示）によって矢印Ｍ１の方向にピン部材３８を引き上げ、矢印Ｍ２の方向にカウンターウェイト部材９２を引き下げればよい。

この場合、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒに対して剥離性を有する材料をピン部材３８の上面のみに塗布しておけば、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒを容器４２内の初期位置に配置した後にピン部材３８を下げることによって、チキソトロピー性部材Ｒとピン部材３８の上面を離した状態にすることができる。

容器４２の内径を貫通孔３２、３４、及び鉛直孔３６の径よりも少し小さくしておくと、チキソトロピー性部材Ｒと容器４２の内壁の間の摩擦抵抗及び表面張力が大きくなるので、チキソトロピー性部材Ｒが容器４２内にとどまり易くなる。

よって、地震等により剛性付与装置７８が起動した（チキソトロピー性部材Ｒがゾル化して流動した）後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒをピン部材３８から離れた上方の初期位置に配置するだけでよいので容易である。

また、ピン部材３８の保持手段となる滑車８４Ａ、８４Ｂやガイド筒９０等の設備は、上部材２４上に設けられているので、下部材２６下方に保持手段のための設備スペースを設ける必要がない。

次に、本発明の第３の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物について説明する。

第３の実施形態は、第２の実施形態の剛性付与装置７８の変形例を示したものである。したがって、以下の説明において、第２の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１０（Ａ）〜（Ｃ）は、図２に示した剛性付与装置９６の左側に設けられた剛性付与の機構を示した側断面図であり、剛性付与装置９６の右側にも同様の機構が設けられている。

下部構造体１６には、貫通孔８６、８８と連通する円柱状の鉛直孔９８が形成されている。鉛直孔９８の径は、貫通孔８６、８８の径と同じであり、カウンターウェイト部材９２が上下方向に摺動可能な大きさになっている。第３の実施形態では、カウンターウェイト部材９２は、図１０（Ｃ）に示すように、鉛直孔９８に移動するので、第２の実施形態のガイド筒９０は上部材２４上に設けられていない。

貫通孔３２、３４に挿入されたピン部材１００は、第２の実施形態のピン部材３８の略中心に液出孔１０２を形成したものであり、この液出孔１０２にゾル化したチキソトロピー性部材Ｒが入り込みやすいように、ピン部材１００の上面は、すり鉢状になっている。

容器４２内のチキソトロピー性部材Ｒは、ピン部材１００上にゲル化した状態で載せられている。ゲル化した状態において、チキソトロピー性部材Ｒはピン部材１００の液出孔１０２からは漏れない。

カウンターウェイト部材９２の重量は、ピン部材１００とチキソトロピー性部材Ｒとを合わせた重量と同じになっている。すなわち、保持手段であるカウンターウェイト部材９２は、ピン部材１００とチキソトロピー性部材Ｒとを合わせた重量と同じ力をピン部材１００に上向きに付与している。

カウンターウェイト部材９２の重量は、ピン部材１００とチキソトロピー性部材Ｒとを合わせた重量と同じなので、図１０（Ａ）に示すように、チキソトロピー性部材Ｒを載置したピン部材１００とカウンターウェイト部材９２が釣り合い、ピン部材１００及びカウンターウェイト部材９２を相対移動阻止位置に保持する。すなわち、ピン部材１００は貫通孔３２、３４に収納された状態でカウンターウェイト部材９２に保持されている。

次に、本発明の第３の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物の作用及び効果について説明する。

第３の実施形態は、第２の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができ、また、風荷重が上部構造体１４に作用したときには、図１０（Ａ）に示すように、チキソトロピー性部材Ｒはゾル化しない。

これにより、ピン部材１００とカウンターウェイト部材９２の釣り合った状態が保たれる。よって、貫通孔３２、３４に挿入された剛性部材としてのピン部材１００が相対移動阻止位置に保持され、さらには、貫通孔８６及び貫通孔８８に挿入されたカウンターウェイト部材９２も相対移動阻止位置に保持される。

よって、上部構造体１４と下部構造体１６の間に剛性が付与されるので、風荷重による上部構造体１４の揺れを抑えることができる。

このように、第３の実施形態は、バネなどの特別な保持手段を用いずに第１の実施形態と同等の効果を得ることができる。

また、カウンターウェイト部材９２は剛性を有する部材なので、保持手段と剛性部材の２つの役割りを兼ねる。

また、地震荷重が下部構造体１６に作用したときには、図１０（Ｂ）に示すように、地震動Ｊによりゾル化したチキソトロピー性部材Ｒが流動してピン部材１００の液出孔１０２から流れ出る。

そして、ピン部材１００上のチキソトロピー性部材Ｒの重量が減少することにより、チキソトロピー性部材Ｒが載置されたピン部材１００とカウンターウェイト部材９２の釣り合った状態が崩れてピン部材１００が浮上する。すなわち、ピン部材１００が相対移動阻止位置から上方に退避してピン部材１００の保持状態が解除される。

また、これと同時にカウンターウェイト部材９２は、相対移動阻止位置から下方へ沈んでカウンターウェイト部材９２の保持状態も解除される。このように、滑車８４Ａ、８４Ｂを用いた機構によって、１つの機構で複数の剛性部材（ピン部材１００、カウンターウェイト部材９２）を相対移動阻止位置から同時に退避させることができる。

これにより、図１０（Ｃ）に示すように、上部構造体１４及び下部構造体１６の相対移動の拘束が解かれて、図１に示す免震装置２０が機能し、構造物に入力される地震動に対して十分な免震効果を発揮することができる。

このように、剛性付与装置９６は、ピン部材１００上にゲル化した状態で載置したチキソトロピー性部材Ｒの重量を減少させてピン部材１００を浮上させるだけの簡単な機構なので、地震動以外の振動での誤動作を防ぐことができる。

地震等によりピン部材１００が上方に退避した後の再設定作業は、例えば第１の実施形態の図４の方法を応用することができる。第３の実施形態では、プレート部材４８を用いずに、ピン部材１００の液出孔１０２に栓（不図示）をした後に、ゾル化したチキソトロピー性部材Ｒを容器４２内に投入すればよい。

よって、地震等により剛性付与装置９６が起動した（チキソトロピー性部材Ｒがゾル化して流動した）後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒをピン部材１００上の初期位置に配置するだけでよいので容易である。

第３の実施形態では、カウンターウェイト部材９２によって、ピン部材１００とチキソトロピー性部材Ｒとを合わせた重量と同じ力をピン部材１００に上向きに付与させたが、カウンターウェイト部材９２を用いずに、第１の実施形態の皿バネ４０でピン部材１００を支持し、この皿バネ４０によって、ピン部材１００とチキソトロピー性部材Ｒとを合わせた重量と同じ力をピン部材１００に上向きに付与させてもよい。

次に、本発明の第４の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物について説明する。

第４の実施形態は、図２に示す第１の実施形態のフランジ３０、剛性体２８を設けずに、上部構造体１４の下面に上部材２４を直接設けたものである。したがって、以下の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１１に示すように、免震構造物１０６は、ＲＣ造の高層建物の本体となる上部構造体１４、基礎となる下部構造体１６、及び上部構造体１４と下部構造体１６の間の基礎層Ｇによって構成され、基礎層Ｇに剛性付与装置１０４及び免震装置２０が設けられている。すなわち、構造物の同じ層に剛性付与装置１０４及び免震装置２０が設けられている。上部構造体１４は、地盤２２に埋設された下部構造体１６上に配置された免震装置２０によって支持されている。

図１２に示すように、上部構造体１４の下部には上部材２４が取り付けられ、下部構造体１６の上部には下部材２６が取り付けられている。

下部材２６上には下部収納部としての円筒状の下部筒体１０８が立設し、この上方に位置する上部収納部としての円筒状の上部筒体１１０は上部材２４に固定されている。上部筒体１１０の下面と下部筒体１０８の上面には隙間が形成されている。よって、後に述べるピン部材１１２が相対移動阻止位置に配置されていないときには、外乱によって上部構造体１４と下部構造体１６が水平方向に相対移動する。なお、上部筒体１１０の下面と下部筒体１０８の上面の間に隙間を設けずに、上部筒体１１０の下面と下部筒体１０８の上面にテフロン(登録商標)加工等を施して滑り面を形成し、摺動するようにしてもよい。

図１３（Ａ）〜（Ｃ）は、図１２の剛性付与装置１０４の一方を示した側断面図である。

図１３（Ａ）に示すように、上部筒体１１０と下部筒体１０８の内空間は連通しており、この上部筒体１１０及び下部筒体１０８には、剛性部材としての円柱状のピン部材１１２が挿入されている。すなわち、ピン部材１１２が上部筒体１１０、下部筒体１０８の両方に同時に収納されている。ピン部材１１２は、アルミニウム合金によって形成されている。

図１３（Ａ）に示すピン部材１１２の位置、すなわち、ピン部材１１２の略上半分が上部筒体１１０に係合され、略下半分が下部筒体１０８に係合される位置（以降、相対移動阻止位置と記載する）において、上部材２４と下部材２６の水平方向の相対移動が阻止される。

よって、ピン部材１１２が相対移動阻止位置に配置されているときには、上部材２４が取り付けられている上部構造体１４、下部材２６が取り付けられている下部構造体１６の水平方向の相対移動が阻止される。

上部筒体１１０と下部筒体１０８の内径は同じであり、また、この内径はピン部材１１２が上下方向に摺動でき、かつゾル化したチキソトロピー性部材Ｒが流出しない程度の隙間を下部筒体１０８の内壁面とピン部材１１２の外壁面の間に確保する長さとなっている。

下部筒体１０８内では、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒが下部材２６上に載置され、このチキソトロピー性部材Ｒがピン部材１１２を支持している。

下部筒体１０８の下方の下部材２６及び下部構造体１６には、排出孔１１４が設けられている。ゲル化した状態において、チキソトロピー性部材Ｒは下部材２６及び下部構造体１６の排出孔１１４からは漏れない。

よって、チキソトロピー性部材Ｒがゾル化していない図１３（Ａ）の状態において、ピン部材１１２は相対移動阻止位置に保持されている。すなわち、ピン部材１１２は上部筒体１１０、下部筒体１０８に収納された状態でチキソトロピー性部材Ｒに保持されている。

下部構造体１６の下方のピット空間Ｐには、ゾル化したチキソトロピー性部材Ｒを回収する回収容器１１６が置かれている。

次に、本発明の第４の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物の作用及び効果について説明する。

第４の実施形態では、図１１に示すように、外乱としての風荷重は、高層建物の本体の上部構造体１４の壁面等に風圧力Ｗが直接作用することで生じる。この力は、上部構造体１４、免震層となる基礎層Ｇ、及び下部構造体１６を介して地盤２２に伝達されるが、このとき下部構造体１６や地盤２２は激しく振動しない。

一方、外乱としての地震荷重は、地震源からの地震動Ｊが地盤２２、下部構造体１６、及び基礎層Ｇを介して上部構造体１４に伝達されるので、下部構造体１６は激しく振動する。

よって、風荷重が上部構造体１４に作用したときには、下部構造体１６は激しく振動しないので、図１３（Ａ）に示すように、チキソトロピー性部材Ｒはゾル化しない。これにより、上部筒体１１０及び下部筒体１０８に挿入された剛性部材としてのピン部材１１２が相対移動阻止位置に保持され、上部構造体１４と下部構造体１６の間に剛性が付与されるので、風荷重による上部構造体１４の揺れを抑えることができる。

また、地震荷重が下部構造体１６に作用したときには、下部構造体１６は激しく振動するので、図１３（Ｂ）に示すように、地震動Ｊによりゾル化したチキソトロピー性部材Ｒが流動して下部材２６及び下部構造体１６に設けられた排出孔１１４から流れ出る。そして、ピン部材１１２を保持するチキソトロピー性部材Ｒの減少による液面の低下に伴ってピン部材１１２が相対移動阻止位置から下方に退避する。

これにより、図１３（Ｃ）に示すように、上部構造体１４及び下部構造体１６の相対移動の拘束が解かれて、図１１に示す免震装置２０が機能し、構造物に入力される地震動に対して十分な免震効果を発揮することができる。

さらに、剛性付与装置１０４は、ゾル化したチキソトロピー性部材Ｒの液面低下によってピン部材１１２を下方に退避させるだけの簡単な機構なので、地震動以外の振動での誤動作を防ぐことができる。

また、ピン部材１１２を相対移動阻止位置から下方に退避させることができるだけの量のチキソトロピー性部材Ｒを配置すればよいので、大量のチキソトロピー性部材Ｒを必要としない。

このように、剛性部材にピン部材１１２を用い、このピン部材１１２を上部筒体１１０及び下部筒体１０８に挿入させて上部構造体１４と下部構造体１６の相対移動を阻止するので、簡単な機構によって上部構造体１４と下部構造体１６の間に剛性を付与させることができる。

地震等によりピン部材１１２が下方に退避した後の再設定作業は、例えば図１４に示すように、回収容器１１６をピット空間Ｐから取り出し、棒状バイブレータ１１８等によりチキソトロピー性部材Ｒをゾル化させて下部筒体１０８内へ投入すればよい。

このとき、排出孔１１４には栓１２６をしておく。また、例えば、上部構造体１４及び上部材２４に、ワイヤー１２４によって吊り下げられた電磁石１２０が通る穴１２２を開けておき、電磁石１２０をピン部材１１２にくっつけて必要な高さまで引き上げておけばよい。

よって、地震等により剛性付与装置１０４が起動した（チキソトロピー性部材Ｒがゾル化して流動した）後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒを下部材２６上の初期位置に配置するだけでよいので容易である。

次に、本発明の第５の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物について説明する。

第５の実施形態は、第４の実施形態の剛性付与装置１０４の変形例を示したものである。したがって、以下の説明において、第４の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図１５（Ａ）〜（Ｃ）は、図１２の剛性付与装置１２８の一方を示した側断面図である。

ピン部材１１２の略中心には液出孔１３０が設けられており、下部筒体１０８の側面には下方斜め外側に向う液出補助孔１３２が設けられている。また、ピン部材１１２の上面は円錐状になっており、図１５（Ｃ）の状態において、ピン部材１１２の上面と液出補助孔１３２の下面が連続するように、液出補助孔１３２の配置が調整されている。

下部筒体１０８の外周には、下方斜め中心側に向う内壁面を有する環状の回収部材１３４が設けられている。回収部材１３４は、上下に移動可能となっている。

下部筒体１０８内では、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒが下部材２６上に載置され、このチキソトロピー性部材Ｒがピン部材１１２を支持している。

ゲル化した状態において、チキソトロピー性部材Ｒはピン部材１１２の液出孔１３０からは流出しない。

よって、チキソトロピー性部材Ｒがゾル化していない図１５（Ａ）の状態において、ピン部材１１２は相対移動阻止位置に保持されている。すなわち、ピン部材１１２は上部筒体１１０、下部筒体１０８に収納された状態でチキソトロピー性部材Ｒに保持されている。

次に、本発明の第５の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物の作用及び効果について説明する。

第５の実施形態は、第４の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができ、また、風荷重が上部構造体１４に作用したときには、図１５（Ａ）に示すように、チキソトロピー性部材Ｒはゾル化しない。

これにより、上部筒体１１０及び下部筒体１０８に挿入された剛性部材としてのピン部材１１２が相対移動阻止位置に保持され、上部構造体１４と下部構造体１６の間に剛性が付与されるので、風荷重による上部構造体１４の揺れを抑えることができる。

また、地震荷重が下部構造体１６に作用したときには、図１５（Ｂ）に示すように、地震動Ｊによりゾル化したチキソトロピー性部材Ｒが流動してピン部材１１２の液出孔１３０から上方へ流出し、また、下部筒体１０８の液出補助孔１３２からも流れ出る。そして、ピン部材１１２を保持するチキソトロピー性部材Ｒの減少による液面の低下に伴ってピン部材１１２が相対移動阻止位置から下方に退避する。

これにより、図１５（Ｃ）に示すように、上部構造体１４及び下部構造体１６の相対移動の拘束が解かれて、図１１に示す免震装置２０が機能し、構造物に入力される地震動に対して十分な免震効果を発揮することができる。

地震等によりピン部材１１２が下方に退避した後の再設定作業は、例えば図１６に示すように、回収部材１３４を上方に移動させる。そして、振動モータ（不図示）等により回収部材１３４に振動を加え、チキソトロピー性部材Ｒをゾル化させて下部筒体１０８内へ投入すればよい。このとき、液出補助孔１３２には栓１３６をしておく。

よって、地震等により剛性付与装置１２８が起動した（チキソトロピー性部材Ｒがゾル化して流動した）後の再設定作業は、ゲル化したチキソトロピー性部材Ｒを下部材２６上の初期位置に配置するだけでよいので容易である。

なお、第１〜第５の実施形態では、構造物の基礎層Ｇに、剛性付与装置１８、７８、９６、１０４、１２８及び免震装置２０を設けた例を示したが、これに限らず、構造物のどの層に設けてもよい。例えば、図１７に示す免震構造物１４２のように、上部構造体としての上部建物１３８と下部構造体としての下部建物１４０の間の中間層Ｎに剛性付与装置及び免震装置を設けてもよい。

また、構造物を高層建物としたが、低層や中層の建物に第１〜第５の実施形態を適用してもよい。超高層の建物の風荷重による揺れは、低層や中層の建物に比べて大きくなるので、超高層の建物に適用した場合に特に効果を発揮する。

また、剛性付与装置１８、７８、９６、１０４、１２８の再設定方法は、ゲル化した状態でチキソトロピー性部材を初期位置に配置できる方法であれば第１〜第５の実施形態で示した方法でなくてもよい。

また、免震装置２０は、上部構造体１４及び下部構造体１６の相対移動の拘束が解かれたときに、剛性付与装置が設けられた基礎層Ｇや中間層Ｎの免震層に発生する地震動に対して免震効果を発揮するものであればよく、積層ゴム、弾性すべり支承、鉛ダンパー、粘弾性ダンパー、オイルダンパー等を用いることができる。

また、第１〜第３の実施形態では、１つの剛性付与装置１８、７８、９６の両端にそれぞれ１つのピン部材３８、１００を配置した例を示し、第４及び第５の実施形態では、２つの剛性付与装置１０４、１２８のそれぞれに１つのピン部材１１２を配置した例を示したが、剛性付与装置の数、配置や、ピン部材の数、配置は、建物規模や使用するピン部材の強度等に応じて適宜決めればよい。

また、第２及び第３の実施形態では、カウンターウェイト部材９２を相対移動阻止位置に保持して剛性部材の役割りを兼ねさせた例を示したが、カウンターウェイト部材９２は相対移動阻止位置に配置せずに、単なる錘として用いてもよい。

これまで述べたように、第１〜第５の実施形態の剛性付与装置１８、７８、９６、１０４、１２８は、チキソトロピー性部材Ｒを用いることにより剛性を付与する機構を簡単にし、剛性付与装置が起動した後の再設定を容易にすると共に、地震時には付与した剛性をスピーディーに解除できるものである。

これによって、風荷重に対しては居住性の改善、構造安全性の確保が図られ、地震荷重に対しては確実に免震効果を発揮することができる。

また、スマートマテリアルの中でも、天然鉱物であるチキソトロピー性物質は、ローコストであり、環境に対する影響が少ない建築材料として好適なものである。

本発明の第１〜第３の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物を示す説明図である。 本発明の第１〜第３の実施形態に係る剛性付与装置を示す側面図である。 本発明の第１の実施形態に係る剛性付与装置を示す側断面図である 本発明の第１の実施形態に係る剛性付与装置の再設定方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係る剛性付与装置の再設定方法を示す説明図である。 本発明の第１の実施形態に係るプレート部材を示す平面図である。 本発明の第１の実施形態に係るバネを選定するための計算モデルを示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る剛性付与装置を示す側断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る剛性付与装置の再設定方法を示す説明図である。 本発明の第３の実施形態に係る剛性付与装置を示す側断面図である。 本発明の第４及び第５の実施形態に係る剛性付与装置及び免震構造物を示す説明図である。 本発明の第４及び第５の実施形態に係る剛性付与装置を示す側面図である。 本発明の第４の実施形態に係る剛性付与装置を示す側断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る剛性付与装置の再設定方法を示す説明図である。 本発明の第５の実施形態に係る剛性付与装置を示す側断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る剛性付与装置の再設定方法を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る免震構造物の変形例を示す説明図である。 従来の免震装置を示す説明図である。 従来の耐風構造を示す説明図である。 従来の制振装置を示す説明図である。 従来の免震構造を示す説明図である。

符号の説明

１０ 免震構造物
１４ 上部構造体
１６ 下部構造体
１８ 剛性付与装置
２０ 免震装置
３２ 貫通孔（上部収納部）
３４ 貫通孔（下部収納部）
３８ ピン部材（剛性部材）
４０ 皿バネ（バネ、保持手段）
７８ 剛性付与装置
８４Ａ 滑車（保持手段）
８４Ｂ 滑車（保持手段）
９２ カウンターウェイト部材（保持手段）
９４ ロープ（保持手段）
９６ 剛性付与装置
１００ ピン部材（剛性部材）
１０２ 液出孔
１０４ 剛性付与装置
１０６ 免震構造物
１０８ 下部筒体（下部収納部）
１１０ 上部筒体（上部収納部）
１１２ ピン部材（剛性部材）
１１４ 排出孔
１２８ 剛性付与装置
１３０ 液出孔
１３８ 上部建物（上部構造体）
１４０ 下部建物（下部構造体）
１４２ 免震構造物
Ｇ 基礎層
Ｎ 中間層
Ｒ チキソトロピー性部材

Claims (12)

1. 外乱により水平方向に相対移動する上部構造体と下部構造体の間に設けられた剛性付与装置において、
   前記上部構造体と前記下部構造体の相対移動を阻止する相対移動阻止位置に配置された剛性部材と、
   前記剛性部材を前記相対移動阻止位置に保持する保持手段と、
   ゲル化した状態で配置され、振動によりゾル化して流動し前記保持手段の保持状態を解除して前記剛性部材を前記相対移動阻止位置から退避させるチキソトロピー性部材と、
   を備えることを特徴とする剛性付与装置。
2. 前記上部構造体の下部に取り付けられ、前記剛性部材を収納する上部収納部と、
   前記下部構造体の上部に取り付けられ、前記上部収納部に収納された剛性部材を収納可能な下部収納部と、
   を備え、
   前記剛性部材は、ピン部材でありかつ前記上部収納部及び前記下部収納部に収納された状態で前記保持手段に保持されていることを特徴とする請求項１に記載の剛性付与装置。
3. 前記保持手段は、前記ピン部材の重量と等しい力を前記ピン部材に上向きに付与し、
   前記チキソトロピー性部材は、ゾル化して前記ピン部材に下向きの力を付与することを特徴とする請求項２に記載の剛性付与装置。
4. 前記保持手段は、前記ピン部材と前記ピン部材に載せられた前記チキソトロピー性部材とを合わせた重量と等しい力を前記ピン部材に上向きに付与し、
   前記チキソトロピー性部材は、ゾル化して前記ピン部材に形成された液出孔から流れ出ることを特徴とする請求項２に記載の剛性付与装置。
5. 前記保持手段は、前記ピン部材の下方に配置されたバネであることを特徴とする請求項３又は４に記載の剛性付与装置。
6. 前記保持手段は、
   前記上部構造体に設けられた滑車と、
   前記滑車を介して、前記ピン部材とカウンターウェイト部材とをつなぐロープと、
   を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の剛性付与装置。
7. 外乱により水平方向に相対移動する上部構造体と下部構造体の間に設けられた剛性付与装置において、
   前記上部構造体と前記下部構造体の相対移動を阻止する相対移動阻止位置に配置された剛性部材と、
   ゲル化した状態で前記剛性部材を前記相対移動阻止位置に保持し、振動によりゾル化して流動し前記剛性部材を前記相対移動阻止位置から退避させるチキソトロピー性部材と、
   を備えることを特徴とする剛性付与装置。
8. 前記上部構造体の下部に取り付けられ、前記剛性部材を収納する上部収納部と、
   前記下部構造体の上部に取り付けられ、前記上部収納部に収納された剛性部材を収納可能な下部収納部と、
   を備え、
   前記剛性部材は、ピン部材でありかつ前記上部収納部及び前記下部収納部に収納された状態で前記チキソトロピー性部材に保持されていることを特徴とする請求項７に記載の剛性付与装置。
9. 前記下部収納部の下方には、ゾル化した前記チキソトロピー性部材が流出する排出孔が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の剛性付与装置。
10. 前記ピン部材には、ゾル化した前記チキソトロピー性部材が上方へ流出する液出孔が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の剛性付与装置。
11. 請求項１〜１０の何れか１項に記載の前記剛性付与装置と、
    前記剛性付与装置と同じ層に設けられた免震装置と、
    を備えることを特徴とする免震構造物。
12. 前記剛性付与装置及び前記免震装置は、構造物の基礎層又は中間層に設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の免震構造物。