JP2011043031A - 免震構造、及び免震構造物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】下梁150に折曲部152を形成することで、鉄道駅全体の高さの増加を抑えつつ、且つ、基礎柱20の柱断面が増大し梁下(基礎梁横)の下部空間の有効面積が減少することなく、下梁150の梁下の有効高さが確保される。
【選択図】図2
Description
図2
なお、予め定められた相対移動量は、免震装置の限界変形量(免震装置の過大変形の防止)や上部支持部と下部支持部とが相対移動可能な設計仕様等によって決定される。
なお、予め定められた相対移動量は、免震装置の限界変形量(免震装置の過大変形の防止)や上部支持部と下部支持部とが相対移動可能な設計仕様等によって決定される。
図1〜図6を用いて、本発明の第一実施形態に係る免震構造が適用された鉄道駅10について説明する。
図1は、本発明に係る免震構造100が適用されて免震改修された免震構造物としての鉄道駅10における柱や梁などの骨格構造を模式的に示す正面図である。
なお、ダイヤフラムとは、鉄骨造における柱と梁との剛接合部の応力伝達を補い、仕口の剛性を高めるために設ける鋼板とされている。
そして、これらフランジ板44がダイヤフラム160、170に、例えば、ボルトとナットとで接合されている。
なお、本実施形態においては、免震装置40の積層ゴム本体42は、肉厚のゴムで構成された肉厚型積層ゴム体とされている。この肉厚型積層ゴム体は、通常の積層ゴムに比べて一層あたりのゴム厚を大きくすることで、鉛直方向の剛性が小さく設定されている(鉛直方向の剛性が柔らかくなるように設定されている)。
なお、以降、平面視において、免震装置40から遠ざかる水平方向(X方向、Y方向)を「外側」とし、免震装置40に近づく方向を「内側」とする。
そして、本実施形態においては、免震装置40の限界変形量(免震装置40の過大変形の防止)によって、隙間が設定されている。なお、限界変形量についての詳細は後述する。
なお、前述したようにS1=S2は、免震装置40の限界変形量(免震装置40の過大変形の防止)や上部柱30と基礎柱20とが相対移動可能な設計仕様等によって決定され、本実施形態においては、免震装置40の限界変形量(免震装置40の過大変形の防止)によって設定されている(詳細については後述する)。
なお、金属ダンパー46は、積層ゴム本体42の積層方向両端面に一体的に取り付けられたフランジ板44に接合されていてもよい(積層ゴム一体型免震U字ダンパー)。
図4及び図5においてX方向右側に配置されたオイルダンパー60は内側(免震装置40に近づく方向)に向かって延び、他端64が上梁180を構成する梁182と梁184とに掛け渡されて接合された連結部66に水平方向に回転可能に連結されている。
図1や図4に示すように、X方向に沿って配置された下梁150に折曲部152を形成することによって、Y方向に見た側面視における折曲部152から外側、本実施形態においてはY方向に見た側面視における下梁150のX方向左右端部に形成された折曲部152と折曲部152との間を構成する外側の部位154と上梁180との上下方向の間隔が、狭くなる(図1参照)。
言い換えると、免震層102における折曲部152と折曲部152との間の層厚が狭くなる。
なお、下梁150の梁下の空間をできるだけ広く確保するため、折曲部152は免震装置40の近傍に形成されていることが望ましい。
本実施形態の免震構造100が適用されて免震改修された鉄道駅10は、地震時おいて、免震装置40によって水平方向の揺れが吸収され、免震装置40から上の上部構造部50への揺れが低減する。また、オイルダンパー60と金属ダンパー46とによって、上部構造部50の揺れ(免震層102の変形)が抑制されると共に、揺れが減衰する。なお、このような免震装置40、オイルダンパー60、及び金属ダンパー46による免震機能は、従来の中間免震構造が適用された構造物と同様であるので、詳しい説明を省略する。
なお、L2地震(レベル2地震)とは、極めてまれに発生する規模(500年に1回程度)の地震とされている。
このような場合は、図7に示すように、免震装置40が下梁150と上梁180との隙間が狭くなる方向(本実施形態においてはY方向)にS1(変形限界値M以上)変形すると(上部柱30と基礎柱20が相対移動すると)、下梁150と梁182、184とが当り、これ以上の移動が防止される(図7は、下梁150と梁182が接触した状態の図である)。
よって、免震装置40はS1以上の過大変形が防止される。つまり、下梁150と梁182、184の間の隙間(距離)S1が、Y方向の最大変形量となる。そして、隙間S1は、免震装置40が過大変形しても安全性が確保される最大変形量に設定されている。
或いは、図8(B)に示すように、下梁150(X方向)に対して、梁182、184が外側に向かうに互いに従って近づくように斜めに配置されていてもよい。
或いは、図8(C)に示すように、下梁150(X方向)に対して、梁182、184が外側に向かうに互いに従って離れるように斜めに配置されていてもよい。
或いは、下梁が屈曲した構成であってもよいし、X方向に対して斜めに配置された構成であってもよい。
どのような構成にせよ、下梁150(の外側の部位154)と梁182、184の最小幅の部位の隙間S1、S2を免震装置40の変形限界値Mと同じか、変形限界値Mよりも若干大きく設定すると共に、最大変形量に設定する。
言い換えると、本実施形態においては、予め定められた隙間、すなわち上部柱30と基礎柱20との水平方向の相対移動量は、免震装置40の限界変形量(免震装置40の過大変形の防止)によって設定されているが、これに限定されない。例えば、上部柱30と基礎柱20とが相対移動可能な設計仕様等によって決定されていてもよい。
また、建築限界などの設計制限のため、プラットホーム18の可動(免震化)は基本的に不可とされている。更に、最大級の地震時における可動範囲を含めた人の動線と建築限界に対して支障を与えないようにする必要がある。
したがって、これらを満足させるために、本実施形態においては、上部構造部50(鉄道駅10)の構造部材を構成する上部柱30と基礎柱20との間に免震装置40を配置することによって、免震改修されている(中間免震構造が適用されている)。
また、鉄道駅10には、隣接してペデストリアンデッキ等の構造物が併設されている場合が多い。このように隣接して構造物が併設されている場合、仮に基礎免震構造とした場合には、隣接した構造物との境界部において、地震時の相対変形を考慮した大規模な伸縮継ぎ目が必要となることが多い。
これに対して、本実施形態のような中間層免震構造と採用した場合、免震層102よりも下部の変位、つまり下部構造部52の変位は、隣接した構造物の変位と同程度のため、基礎免震構造とした場合よりも、小規模な伸縮継ぎ目で対応可能である。
つぎに、本実施形態の変形例について説明する。なお、上記実施形態と同一の部材には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
まず、第一変形例について図9と図12(A)を用いて説明する。
図9に示すように、第一変形例の免震構造104は、下梁256にも折曲部252が形成されている。また、X方向に見た側面視において、下梁256における折曲部252よりも外側の部位254は、上梁280と重なっている。つまり、下梁256における折曲部252よりも外側の部位254は、上梁280を構成する一対の梁282と梁284との間に配置されている(図12(A)参照)。
図9に示すように、Y方向に沿って配置された下梁256に折曲部252を形成することによって、X方向に見た側面視における折曲部252から外側(本実施形態においては図示は省略されているが側面視における下梁250のY方向左右端部に形成された折曲部252と折曲部252との間)の部位254と上梁280との上下方向の間隔が狭くなる。
言い換えると、免震層102における折曲部252と折曲部252との間の層厚が狭くなる。
つぎに、第二変形例について図10を用いて説明する。第一変形例と同様に、図10ででは、免震装置40が図示されていないが、実際にはダイヤフラム160とダイヤフラム170との間に配置されている。
平面視において、X方向に沿って配置された上梁190は、下梁165を構成する梁161と梁171との間に配置されている。言い換えると、平面視において上梁190と梁161、171とが、予め定められた所定の隙間をあけて並列に配置されている。
なお、これ以外の構成は、上記実施形態と同様であるので、詳しい説明を省略する。また、作用効果も上記実施形態と同様であるので、説明を省略する。
つぎに、第二変形例について図11を用いて説明する。第一変形例と同様に、図11ででは、免震装置40が図示されていないが、実際にはダイヤフラム160とダイヤフラム170との間に配置されている。
平面視において、X方向に沿って配置された下梁159は、上梁465を構成する梁460と梁470との間に配置されている。言い換えると、平面視において下梁159と梁460、470とが、予め定められた所定の隙間をあけて並列に配置されている。
なお、第一実施形態の変形例(バリエーション)は、上記に限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない
また、上梁及び下梁がいずれも一つの梁で構成されていてもよい。或いは、上梁及び下梁がそれぞれ三つ以上の梁で構成されていてもよい。
つぎに本発明の第二実施形態について、図14と図15を用いて説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
前述したように、下梁350の折曲部352の側面351と、ダイヤフラム170の側面175と、の隙間N1は、免震装置40の変形限界値Mと同じか、変形限界値Mよりも若干大きく設定されている。よって、L2地震時においても、下梁350の折曲部352の側面351と、ダイヤフラム170の側面175と、が接触することはない。つまり、L2地震時においても、免震装置40が有する免震性能が最大限発揮される。
このような場合は、図15に示すように、免震装置40が、折曲部352が形成された下梁350の長手方向(本実施形態の場合はX方向)に、N1(変形限界値M以上)に変形すると(基礎柱20と上部柱30とが相対移動すると)、ダイヤフラム170の側面175が、下梁350の折曲部352の側面351に当り、これ以上の移動が防止される。つまり、免震装置40はN1以上の過大変形が防止される。つまり、下梁350の折曲部352の側面351とダイヤフラム170の側面175との間の隙間(距離)N1が、X方向の最大変形量となる。そして、隙間N1は、免震装置40が過大変形しても安全性が確保される最大変形量に設定されている。
また、図16では、折曲部352の側面351に衝撃緩衝部材186が接合された構成であるが、これに限定されない。ダイヤフラム170の側面175に衝撃緩衝部材186が接合されていてもよい。更に、折曲部352の側面351とダイヤフラム170の側面175の両方に衝撃緩衝部材186が接合されていてもよい。
また、Y方向に沿った下梁に側面視で略鉛直方向(Z方向)に折り曲げられた縦柱形状の折曲部を形成し、Y方向に沿った方向に対してもストパー機能を有する構成としてもよい。
言い換えると、予め定められた隙間、すなわち上部柱30と基礎柱20との水平方向の相対移動量は、免震装置40の限界変形量(免震装置40の過大変形の防止)によって設定されているが、これに限定されない。上部柱30と基礎柱20とが相対移動可能な設計仕様等によって決定されていてもよい。
つぎに本発明の第三実施形態について、図17と図18を用いて説明する。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する
また、下梁550の折曲部552の上面を構成する湾曲面558は、フッ素樹脂やステンレスなどで構成された滑り抵抗の小さな滑面とされている。
また、上部柱30の軸心、球座522(支承部520)の軸心、及び基礎柱20の軸心は、湾曲面558の底部(原点)を通る同軸G上に配置されている。
そして、支承部520の球座522が折曲部552の湾曲面558の上をX方向(下梁550の長手方向)に沿って移動可能とされている。
なお、図17と図18では省略されているが、本実施形態においても、Y方向に沿って配置された下梁が設けられている。
図18に示すように、通常は、下梁500の折曲部552の上面の湾曲面558の底部(原点)に、支承部520の球座522が支持されている(上部柱30の軸心、球座522(支承部520)の軸心、及び基礎柱20の軸心は、同軸G上に配置された状態となっている)。
また、地震後には、支承部520の球座522が湾曲面558の底部(原点)に戻る。言い換えると、支承部520が原点復帰する原点復帰機能を有する。
このように、下梁500の折曲部552を利用することで、原点復帰機能を有する免震装置が省スペースで実現される。
つぎに本発明の第四実施形態について、図19と図20を用いて説明する。なお、第一実施形態〜第三実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
受部650の凹部656の上面を構成する湾曲面658は、フッ素樹脂やステンレスなどで構成された滑り抵抗の小さな滑面とされている。
また、受部650は、ダイヤフラムとしての機能を有する。
そして、支承部520の球座522が受部650の湾曲面658の上を移動可能とされている。
つまり、本実施形態の免震装置49は、支承部520、受部650の湾曲面658が主要な構成とされている。
図20に示すように、通常は、受部650の湾曲面558の底部(原点)に、支承部520の球座522が支持されている(上部柱30の軸心、球座522(支承部520)の軸心、及び基礎柱20の軸心は、同軸G上に配置された状態となっている)。
また、地震後には、支承部520の球座522が湾曲面658の底部(原点)に戻る。言い換えると、支承部520が原点復帰する原点復帰機能を有する。
このように、下梁500、600の折曲部552、652を利用することで、原点復帰機能を有する免震装置が省スペースで実現される。
なお、本実施形態においては、平面視における水平方向(XY平面方向)の全方向に対して、免震機能を有する免震装置49とされている。
ここまでは、本発明の実施形態の係る免震構造を鉄道駅10に適用した例について説明した。しかし、本発明の実施形態の係る免震構造は、鉄道駅10以外の構造物に適用することもできる。よって、つぎに、本発明の実施形態に係る免震構造を、ビルに適用した例について説明する。
なお、以降の例では、第一実施形態に係る免震構造100を適用した例について説明するが、他の実施形態や変形例も適用可能である。また、上記実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する記載は省略する。なお、同一の部材とは、必ずしも全く同じ部材を指すだけでなく、実質的に同一である部材も同一の部材とする。
図21には、本発明の免震構造が適用され免震改修された中間免震構造のビル800が示されている。図21に示すように、ビル800は、地盤中に設けられた杭基礎802に支持されている。ビル800には、上部構造部(上層階)810と下部構造部(下層階)820との間に免震層102が設けられている。
なお、図21では、地震時に上部構造部810と下部構造部820とが相対的に水平変位した状態を図示しているので、下部柱822と上部柱812とが同軸上に図示されていないが、通常は、下部柱822と上部柱812とは同軸上に設けられている。
第一実施形態と同様に、ビル800全体の高さの増加を抑えつつ(或いは、高さが増加することなく)、且つ、下部柱822の柱断面が増大し下梁150の梁下の下部空間の有効面積が減少することなく、下梁150の梁下の有効高さ(正確には、下梁150の外側の部位154の梁下の有効高さ)が確保される。また上梁180の梁上の有効高さ(階高)も確保される。つまり、階高及び柱断面積(床面積)が確保される。
図22には、本発明の免震構造が適用された基礎免震構造のビル850が示されている。
免震装置40の上には、免震架台858が設けられ、この免震架台858の上にビル850が設けられている。なお、免震架台858の直上にビル850の構造部材としての柱870が設けられている。
また、平面視において上梁150、250と下梁180、280がずれて配置されているので、上梁と下梁とが重なっている場合と比較し、上梁150、250(ビル850)のジャッキアップが容易である(上梁180、下梁280は、図2等を参照)。
尚、本発明は上記実施形態、変形例、適用例に限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない
16 線路
40 免震装置
48 免震装置
49 免震装置
60 オイルダンパー(減衰部材)
100 免震構造
104 免震構造
105 免震構造
107 免震構造
132 上梁
150 下梁
152 折曲部
159 下梁
160 ダイヤフラム(下部支持部)
161 梁(下梁)
162 折曲部
165 下梁
170 ダイヤフラム(上部支持部)
171 下梁
180 上梁
182 梁(上梁)
184 梁(上梁)
186 衝撃緩衝部材
190 上梁
250 下梁
252 折曲部
256 下梁
280 上梁
282 梁(上梁)
284 梁(上梁)
350 下梁
352 折曲部
460 梁(上梁)
462 折曲部
465 上梁
470 梁(上梁)
472 折曲部
500 下梁
520 支承部
522 折曲部
550 下梁
552 折曲部
558 湾曲面
600 下梁
652 折曲部
658 湾曲面
800 ビル(免震構造物)
850 ビル(免震構造物)
856 免震架台(下部支持部)
858 免震架台(上部支持部)
Claims (10)
- 上部支持部と下部支持部との間に設けられた免震装置と、
前記上部支持部に接合された上梁と、
前記下部支持部に接合され、平面視において前記上梁と隙間をあけて並列に配置された下梁と、
前記上梁及び前記下梁の少なくとも一方の梁に形成され、側面視において他方の梁に近づく方向に折り曲がる折曲部と、
を備える免震構造。 - 平面視において前記免震装置から遠ざかる方向を外側とし、
側面視において、前記折曲部よりも外側の少なくとも一部は、前記上梁と前記下梁とが重なっている請求項1に記載の免震構造。 - 前記下部支持部と前記上部支持部とが、前記下梁と前記上梁との隙間が狭くなる方向に、予め定められた相対移動量よりも大きく移動すると、
前記上梁と前記下梁とが接触、又は衝撃吸収材を介して接触するように、前記上梁と前記下梁との隙間が設定された請求項2に記載の免震構造。 - 前記下部支持部と前記上部支持部とが、前記折曲部が形成された梁の長手方向に、予め定められた相対移動量よりも大きく移動すると、
前記下部支持部、前記上部支持部、及び免震装置のいずれかと前記折曲部とが接触、又は衝撃吸収材を介して接触するように、前記下部支持部、前記上部支持部、及び免震装置のいずれかと前記折曲部との隙間が設定された請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の免震構造。 - 前記折曲部は少なくとも前記下梁に形成されると共に、前記下部支持部から両側に延出する前記下梁の前記折曲部の上面又は上方に上側凹の湾曲面が設けられ、
前記免震装置は、
前記折曲部の上面又は上方に設けられた前記湾曲面と、
前記上部支持部の下端部に設けられ、前記湾曲面に支持されると共に前記湾曲面に沿って移動可能な支承部と、
を有する、
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の免震構造。 - 前記湾曲面が、略半球状に構成されている請求項5に記載の免震構造。
- 前記上部支持部と前記下部支持部の相対移動を減衰させる減衰部材が、
前記上梁と前記下梁とに連結されている請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の免震構造。 - 前記上梁及び前記下梁のいずれか一方は、平面視において並列に配置された二つの梁で構成され、
前記上梁及び前記下梁のいずれか他方は、平面視において並列に配置された前記二つの梁の間に配置されている、
請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の免震構造。 - 請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の免震構造を備える免震構造物。
- 線路の上空に設けられる構造物に適用され、
前記折曲部は少なくとも前記下梁に形成されると共に、前記折曲部が形成された前記下梁は前記線路と交差する方向に沿って配置されている請求項9に記載の免震構造物。
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