JP2009057754A - 免震構造物対応の柱体ユニット接続装置 - Google Patents

Abstract

【課題】柱体を構成するユニットを接続している構造の現状をほぼ維持して、免震構造物に対応できる耐震性を備えた柱体ユニット接続装置を提供する。
【解決手段】免震装置を装備した構造物から独立に設置され、かつ要所にて上記構造物と結合される柱体を構成するユニットを接続する部分に用いる装置について、柱体を構成するユニット１１の上下方向の端部に位置している接続部１５と、接続部に挿通して柱体の上記ユニットを結合するボルト１６及びナット１７と、ボルト・ナットにより結合する箇所に介在させる弾性部材としての皿ばね２０を具備しており、弾性部材はボルト・ナットの締結により接触している柱体の上記ユニットに外力が加えられたときに圧縮変形を生じて前記上下方向の接続端部に隙間を生じるように構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、免震装置を装備した構造物とは独立に設置されており、かつ要所にて上記構造物と結合されている、柱体構成ユニットを接続する部分に用いる免震構造物対応の柱体ユニット接続装置に関するものである。

近年、地震対策を目的とした構造物が増加しており、その対処法は免震、制震或いは耐震などと呼ばれている。ここで免震は、地震力を免れる手段により震動を抑制し、構造物の破壊を防止すること、制震は、構造物に震動を吸収する装置を組み込み、その破壊を防止すること、耐震は、総じて地震力を受けても破壊を防止し得るようにすることとする。大型構造物の場合、免震、制震或いはそれらを含む耐震技術を組み込んで構築されるが、その構築のために必要な工事用エレベーターやタワークレーン等は耐震性を備えていないのが普通である。

地震発生の際には地盤と構造物の下部構造体が震動の影響を受けて揺れるが上部構造体の揺れ特性が異なることにより、下部構造体と上部構造体の間に位置のずれが発生する。一方、工事用エレベーターやタワークレーン等は、自立できない場合、壁つなぎを利用して所定の間隔毎に主柱を構造物に接続している。このため耐震性を備えていない工事用エレベーターやタワークレーン等の主柱には曲げモーメントが発生し、主柱接合ボルトには引っ張り応力が作用することになるので破損する恐れがある。

しかしながら、上記の事態に対処する技術については何等の対策も講じられていない。なお、免震構造物に関する発明として例えば特開平８−２４００３３号などがあり、耐震ブレースに関する発明として例えば特開２００７−１９１９８７号があるが、これらの技術を上記の対策に適用し、工事用エレベーターやタワークレーン等の破損を回避することは困難である。また、工事費用において、工事用エレベーターやタワークレーン等の設備は多くの場合抑制傾向にあり、耐震性付与に投じる経費も可能な限り低額であることが求められている。

特開平８−２４００３３号 特開２００７−１９１９８７号

本発明は上記の点に着目してなされたもので、その課題は、上記主柱などの柱体を構成するユニットの接続構造をほぼ現状のまま維持して、免震構造物に対応できる耐震性を備えた柱体ユニット接続装置を提供することである。また、本発明の他の課題は、耐震性付与に投じる経費が可能な限り小額で済む免震構造物対応の柱体ユニット接続装置を提供することである。

前記の課題を解決するため、本発明は免震装置を装備した構造物から独立に設置され、かつ要所にて上記構造物と結合される柱体を構成するユニットを接続する部分に用いる装置について、柱体を構成するユニットの上下方向の端部に位置している接続部と、接続部に挿通して柱体の上記ユニットを結合するボルト及びナットと、ボルト・ナットにより結合する箇所に介在させる弾性部材を具備するものとし、上記弾性部材は、ボルト・ナットの締結により結合している柱体に外力が加えられたときにその上下方向の接続端部に隙間が形成されるように、圧縮変形を生じる部材から成るものを使用するという手段を講じたものである（請求項１記載の発明）。

本発明に係る免震構造物対応の柱体ユニット接続装置は、前述した工事用エレベーターやタワークレーンのように、免震装置を装備した構造物から独立に設置され、かつ要所にて上記構造物と結合される主柱などの柱体に適用する。ここで柱体は、一定の長さを有するユニットを継ぎ足し、所要の高さに延長して行くもので、柱体のユニットを継ぎ足す部分に本発明の接続装置を適用する。

従って本発明の接続装置は、柱体を構成するユニットの上下方向の端部に位置する接続部に設けられ、接続部に挿通して柱体の上記ユニットを結合するボルト及びナットと、ボルト・ナットにより結合する箇所に介在させる弾性部材を具備する。接続部は、例えば現状のユニットに備わっているようなボルト挿通孔であり、ボルト・ナットは、その接続部に挿通して柱体の上記ユニットを結合するもので、現状のものを利用することができる。

上記弾性部材は、ボルト・ナットの締結により接触している柱体に外力が加えられたときに圧縮変形を生じる部材から成り、圧縮変形によって前記上下方向の接続端部に隙間を生じさせる。即ち弾性部材の圧縮変形、接続端部の隙間発生により、地震の際の外力でガイドレールポストに加えられる曲げモーメント、及び接続部のボルトに加えられる引張り応力を減少させるものである。

このような弾性部材としては、板ばね材より成り、中心にボルト孔を開けた円錐台形状を有している皿ばねを使用することができる（請求項２記載の発明）。皿ばねは、ばね鋼等の鋼材ないしインコネル等の超合金などを材料とし、優れた耐久性と荷重特性を備えているので、本発明の目的には最も適している。

弾性部材として複数個の皿ばねから成り、その円錐台形状の向きを変えて重ねることにより、所要のばね力と変形量を得ることができる（請求項２記載の発明）。これは、複数個の皿ばねを、その向きを変えて組み合わせる直列組み合わせと呼ばれる方法と、その向きを同じにして組み合わせる並列組み合わせと呼ばれる方法で組み合わせることにより、荷重とたわみが変わるという荷重特性を利用するものである（図３、図４参照）。図３の中段は直列組み合わせ、下段が並列組み合わせを示しており、図４に示す２個の皿ばねの直列組み合わせでは１個の皿ばねに対してたわみ量のみ増大して荷重は変わらず、２個の皿ばねの並列組み合わせでは１個の皿ばねに対してたわみ量は変わらず荷重のみ増大するという荷重特性を示す。

弾性部材としては、ばね座金ないしはコイル状の形態を有しているものを使用することができる（請求項４記載の発明、図５参照）。また、弾性部材としてゴムのような弾力性を有している板状部材を使用することも可能である（請求項５記載の発明、図６参照）。

上記の弾性部材は、相当程度の剛性と弾力性をともに有していることが望ましく、剛性によりユニットの接合に必要な緊締力を付与するとともに、地震のときには弾力性により圧縮変形を生じて柱体ユニットの上下方向の接続端部に隙間を生じさせるものである。より具体的に説明すれば、柱体ユニットの接続部に弾性部材を介在させて締め付けることにより、地震時の主柱に対する曲げモーメントから発生する柱体ユニットの接続部におけるボルト引張力で上記弾性部材が圧縮され、柱体ユニットの接続部間に隙間を生じて、曲げ応力、ボルト引張り応力を減少させ、主柱の破損を回避するということになる。

本発明は以上のように構成されかつ作用するものであるから、柱体を構成するユニットを接続している構造の現状をほぼ維持したまま、弾性部材を用いてユニットをボルト結合することが可能であり、かつ免震構造物に対応できる耐震性を備えた柱体ユニット接続装置を提供することができる。また、本発明によれば、構造の現状をほぼ維持したまま弾性部材を用いることができるので、耐震性付与に投じる経費が極めて小額で済むという効果を奏する。

以下図示の実施形態を参照して、本発明に係る免震構造物対応の柱体ユニット接続装置をより詳細に説明する。図１は本発明に係る柱体ユニット接続装置を適用した主柱を構成する柱体１０の一部分を示しており、柱体１０は例えば図７、図８に示した工事用エレベーターのガイドレールポストに使用されているもので、ユニット１１を上下の端部にて接続することによって構成されている。各ユニット１１は四隅にパイプから成る縦通材１２を有し、その上下の端部には相互に勘合する突部１３と受部１４から成るずれ止めが設けられている。各ユニット１１にはガイドレール１１ａが組み付けられている。

ユニット１１の上下の端部には接続部１５が設けられており、図１の例では各ユニット１１の４隅に設けられたボルト通し部がそれに当たる。ユニット１１の上下の端部の各接続部１５、１５にはボルト１６を差し込み、上記ボルト１６に螺合してダブルナットを構成するナット１７と上部接続部１５の間には、上記ボルト１６及びナット１７の締結により接触している柱体のユニット１１、１１に外力が加えられたときに圧縮変形を生じる弾性部材を介在させている（図２参照）。

図１、図２に示した例１では、図３、図４に示した特性を有する皿ばね２０を弾性部材として使用している。例示の皿ばね２０は板ばね材より成り、中心に開けたボルトの通される孔１８を有し、かつ底部１９から頂部２１までの高さＨ１を有する扁平な円錐台形状のもので、その向きを変えて２枚を組み合わせる直列組み合わせでは高さＨ２となり、その向きを同じにして２枚を組み合わせる並列組み合わせでは高さＨ３となる。例１の場合４枚の皿ばね２０を直列組み合わせで２組使用しており、従って２Ｈ２のたわみ量と、１枚の皿ばね２０の２倍の荷重を得ることになる。なお、例１の場合にもワッシャー２２及びばねワッシャー２３を併用し、上記ボルト・ナットを所定のトルクにて緊締しユニット１１を接続している。

図５に示した例３では、座金ないしはコイル状の形態を有している金属ばね体２４を弾性部材として一対のばね受け２５、２５とともに使用している。上記金属ばね体２４をばね受２５とともに使用する以外は例１と同じ構成で良く、必要に応じてワッシャー２２及びばねワッシャー２３を併用し、上記ボルト・ナットを所定のトルクにて緊締しユニット１１を接続するものである。

図６に示した例２では、ゴムのような弾力性を有している板状部材の形態を有している弾力性板体２６を弾性部材とし、必要に応じて剛性スペーサー２７を使用している。上記弾力性板体２６と必要に応じて剛性スペーサー２７を使用する以外は例１、例２と同じ構成で良く、常法に従ってワッシャー２２及びばねワッシャー２３を併用し、上記ボルト・ナットを所定のトルクにて緊締しユニット１１を接続する。金属ばね体２４、或いは弾力性板体２６を弾性部材として使用する例２、及び例３においても、１箇所のボルトに対して夫々複数個を使用することが可能であり、それによりたわみ量と荷重を調整することも可能である。

図７は本発明の接続装置３０とこれを適用する構造物を図示したもので、構造物の下部構造体２８と上部構造体２９の間には免震装置３１が介在させてあり、工事用エレベーターのガイドレールポストを構成している柱体１０と上部構造体２９は壁つなぎ３２により接続されている。本発明の接続装置３０は、柱体１０を構成しているユニット１１同士の全ての接続箇所に施されている。

このような構成において、地震が発生した場合には例えば図８に示したように、下部構造体２８と上部構造体２９の間に位置のずれが発生する。また、地震による震動が本発明の接続装置３０に加わることにより、弾性部材例えば皿ばね２０に圧縮変形を生じて、各ユニット１１の接続端部に図１に示したように隙間３３を生じさせる。このような弾性部材の圧縮変形、接続端部における隙間３３の発生により、地震の際の外力でガイドレールポストに加えられる曲げモーメント、及び接続部のボルトに加えられる引張り応力が減少し、その破損が回避される。

図９は本発明の接続装置３０を適用する対象がタワークレーンである例について図示したもので、タワークレーンの柱体３４がユニット３５の接続で構成され、ユニット３４の各接続部に本発明の接続装置３０が適用されている。接続装置３０はこれまでに説明したものと同様の構成を有しており、柱体３４は構造物と要所にて接続されている。従って、地震が発生した場合には図７、図８において説明したのと同じように構造物に位置のずれが発生し、震動が本発明の接続装置３０に加わることにより例えば皿ばね２０に圧縮変形を生じて、各ユニット１１の接続端部に隙間３３を生じさせることになる。

本発明に係る免震構造物対応の柱体ユニット接続装置の例を示すもので、Ａは平面図、Ｂは正面図である。 同上の要部を拡大して示す説明図である。 同上の弾性部材の例１とその組み合わせ方を示す説明図である。 同上の組み合わせ方によるたわみと荷重の関係を示すグラフである。 本発明の例２について要部を拡大して示す説明図である。 本発明の例３について要部を拡大して示す説明図である。 本発明の接続装置とこれを適用する構造物等の関係を示す３面図である。 同上のものにおいて地震による震動が加わった状態を示す３面図である。 本発明をタワークレーンに適用した例を示す説明図である。

符号の説明

１０、３４ 柱体
１１、３５ ユニット
１２ 縦通材
１３ 突部
１４ 受部
１５ 接続部
１６ ボルト
１７ ナット
１８ 孔
１９ 底部
２０ 皿ばね
２１ 頂部
２２ ワッシャー
２３ ばねワッシャー
２４ 金属ばね体
２５ ばね受け
２６ 弾力性板体
２７ 合成スペーサー
２８ 下部構造体
２９ 上部構造体
３０ 本発明の接続装置
３１ 免震装置
３２ 壁つなぎ
３３ 隙間

Claims (5)

1. 免震装置を装備した構造物から独立に設置され、かつ要所にて上記構造物と結合される柱体を構成するユニットを接続する部分に用いる装置であって、
   柱体を構成するユニットの上下方向の端部に位置している接続部と、接続部に挿通して柱体の上記ユニットを結合するボルト及びナットと、ボルト・ナットにより結合する箇所に介在させる弾性部材を具備しており、
   上記弾性部材は、ボルト・ナットの締結により結合している柱体に外力が加えられたときにその上下方向の接続端部に隙間が形成されるように、圧縮変形を生じる部材から成る
   免震構造物対応の柱体ユニット接続装置。
2. 弾性部材は板ばね材より成り、中心にボルトの通される孔を開けた円錐台形状を有している皿ばねである請求項１記載の免震構造物対応の柱体ユニット接続装置。
3. 弾性部材は複数個の皿ばねから成り、その円錐台形状の向きを変えて重ねることにより、所要のばね力と変形量を得るものとした請求項２記載の免震構造物対応の柱体ユニット接続装置。
4. 弾性部材はばね座金ないしはコイル状の形態を有している請求項１記載の免震構造物対応の柱体ユニット接続装置。
5. 弾性部材はゴムのような弾力性を有している板状部材である請求項１記載の免震構造物対応の柱体ユニット接続装置。

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