JP2012112188A

JP2012112188A - 床構造

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Publication number: JP2012112188A
Application number: JP2010262813A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Hamaguchi; 弘樹濱口; Masafumi Yamamoto; 雅史山本; Harumi Yoneda; 春美米田; Katsuto Ohata; 勝人大畑; Chisako Hamabe; 千佐子浜辺; Masanori Imazeki; 正典今関; Mutsuhiro Kazama; 睦広風間; Yuji Shiga; 裕二志賀; Hirosuke Iwamoto; 浩祐岩本
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; IHI Infrastructure Systems Co Ltd
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-06-14
Anticipated expiration: 2030-11-25
Also published as: JP5539172B2

Abstract

【課題】上下免震された床部に生じるロッキング動を防止する又は低減する床構造を提供する。
【解決手段】転倒モーメントが生じて床部３２が斜めに傾こうとする場合、隣り合う力伝達部材６８Ａ、６８Ｂ同士が上下方向へ相対移動して一対のアーム部材６６Ａ、６６Ｂの間の棒体６４にねじり力が作用する。このとき、このねじり力に対して棒体６４のねじり剛性が抵抗するので、床部３２に生じるロッキング動を防止する又は低減することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、上下免震された床部を有する床構造に関する。

近年、上下免震された床部の上下方向の免震周期を従来よりも長くして（例えば、０．５秒以上１秒未満であった従来の免震周期を１秒以上２秒以下にして）床部の免震性能を向上させるニーズが高まっている。

地震により、上下免震された床部に水平慣性力が発生すると、この床部には転倒モーメントが生じてロッキング動が励起される。そして、このロッキング動による床部の鉛直変位は、上下方向の免震周期の二乗に比例して大きくなってしまう。

特許文献１には、コイルばねを介して基礎上に支持された振動抑制対象部（平板）を２つのリンク機構によって水平に維持する振動抑制装置が開示されている。

特開２００９−２２２０８０号公報

本発明は係る事実を考慮し、上下免震された床部に生じるロッキング動を防止する又は低減する床構造を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、梁の下部に設けられた床スラブと、前記床スラブの上方に配置された床部と、前記床スラブに対して上下移動可能に前記床部を支持する上下免震装置と、前記床スラブに回転可能に支持された棒体と、前記棒体の軸方向に間隔をあけて配置され前記棒体から横方向へ張り出した一対のアーム部材と、下端部が前記アーム部材の先端部に回転可能に連結され、上端部が前記床部の下面に回転可能に連結された力伝達部材と、を有する床構造である。

請求項１に記載の発明では、地震等により、上下免震装置に支持された床部に転倒モーメントが生じて床部が斜めに傾こうとする場合、隣り合う力伝達部材同士が上下方向へ相対移動して一対のアーム部材の間の棒体にねじり力が作用する。このとき、このねじり力に対して棒体のねじり剛性が抵抗するので、隣り合う力伝達部材同士が上下方向へ相対移動するのを防ぐことができる、又は隣り合う力伝達部材同士の上下方向への相対移動量を低減することができる。そして、これにより、上下免震された床部に生じるロッキング動を防止する又は低減することができる。

請求項２に記載の発明は、前記力伝達部材の下端部に対する前記アーム部材の先端部の回転に対して摩擦又は粘性により抵抗するエネルギー吸収手段が設けられている。

請求項２に記載の発明では、エネルギー吸収手段が、力伝達部材の下端部に対するアーム部材の先端部の回転に対して摩擦又は粘性により抵抗しダンパーとして機能するので、床部の上下振動を減衰することができる。

請求項３に記載の発明は、隣り合う前記力伝達部材の間に、前記床部から作用する水平力に抵抗する抵抗部材が設けられている。

請求項３に記載の発明では、隣り合う力伝達部材の間に抵抗部材が設けられている。そして、地震等により、床部が棒体の軸方向へ水平変形されようとするときに、床部に生じる水平慣性力に抵抗部材が抵抗するので、床部の水平変形を低減することができる。

本発明は上記構成としたので、上下免震された床部に生じるロッキング動を防止する又は低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る免震建物を示す立面図である。本発明の第１の実施形態に係る床構造を示す側面図である。本発明の第１の実施形態に係る床構造を示す平面図である。本発明の第１の実施形態に係る力伝達機構を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係るロッキング防止装置を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係るロッキング防止装置の作用を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態に係るロッキング防止装置の作用を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係るロッキング防止装置を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係るロッキング防止装置の変形例を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態に係るロッキング防止装置の変形例を示す斜視図である。

図面を参照しながら、本発明の床構造を説明する。なお、本実施形態では、トラス梁を用いた建物に本発明を適用した例を示すが、鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の建物に対して適用することができる。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１の立面図に示すように、第１の実施形態の免震建物１０は、地盤１２に構築された基礎１４と、基礎１４の上に建てられた建物１６とによって構成されている。建物１６は、高減衰積層ゴム支承１８によって基礎１４の上に水平免震支持されており、多数のコンピュータサーバーと回線を備えたデータセンターとして機能する。

建物１６に立設された躯体柱２０の間には、梁としてのトラス梁２２が複数架設され、複数の階層を形成している。トラス梁２２の上端部には上弦材としてのＨ形鋼２４が設けられ、下端部には下弦材としてのＨ形鋼２６が設けられている。

図２の側面図に示すように、床構造２８は、床スラブ３０、床部３２、水平変形防止装置としての力伝達機構３４、上下免震装置としての空気ばね３６、減衰装置としてのオイルダンパー３８、及びロッキング防止装置４０を有している。そして、空気ばね３６により床部３２が上下免震支持され、ロッキング防止装置４０は、床部３２を支持せずに、床部３２に生じるロッキング動を防止する又は低減する。

床スラブ３０は、端部がＨ形鋼２６のフランジ上面に載置されている。すなわち、トラス梁２２の下部に床スラブ３０が設けられている。床スラブ３０は、Ｈ形鋼２６に端部で支持されると共に、Ｈ形鋼２６に端部が固定された小梁としてのＨ形鋼４２に支持されている。

床部３２は、床面を構成する床材４４と、枕材としてのＣ形鋼４６を介して床材４４が載置される複数の床梁としてのＨ形鋼４８とを有している。床材４４の上面には、コンピュータサーバーが収納されたラック５０が載置されている。

床スラブ３０の上には支持台５２が設置され、この支持台５２の上に設置された空気ばね３６にＨ形鋼４８が支持されている。すなわち、床部３２は、床スラブ３０の上方に配置され、空気ばね３６により、床スラブ３０に対して上下移動可能に支持されている。また、床スラブ３０の上面とＨ形鋼４８の下面との間には、オイルダンパー３８が設置されている。

図３の平面図、及び図４の斜視図に示すように、力伝達機構３４は、Ｈ形鋼２４の側面に固定されたガイド部材５４と、Ｈ形鋼４８の両端面に固定され、ガイド部材５４に形成された縦溝５６を上下移動可能な水平力伝達部材５８とによって構成され、床部３２に作用する水平力をトラス梁２２に伝達する。

Ｈ形鋼４８は、隣り合うＨ形鋼４８同士が略平行になるように、平面視にて長方形状の床材４４の長辺方向（以下、「方向６０」とする）に対して等間隔に配置されている。そして、Ｈ形鋼４８は、床材４４の短辺方向（以下、「方向６２」とする）における両端部付近で空気ばね３６によって支持されている。

また、方向６０における、左から１つ目、４つ目、６つ目及び９つ目のＨ形鋼４８の両端面に水平力伝達部材５８が固定され、これらの水平力伝達部材５８に対向するようにしてＨ形鋼２４の側面にガイド部材５４が固定されている。

図５の斜視図に示すように、ロッキング防止装置４０は、鋼製の棒体６４、一対のアーム部材６６Ａ、６６Ｂ、及び角柱状の力伝達部材６８Ａ、６８Ｂを備えている。棒体６４は、床スラブ３０に固定された軸受け部材７０Ａ、７０Ｂに両端が回転可能に支持されている。すなわち、棒体６４は、床スラブ３０に回転可能に支持されている。

一対のアーム部材６６Ａ、６６Ｂは、棒体６４の軸方向に間隔をあけて配置され、末端部が棒体６４に固定されて棒体６４から横方向へ張り出している。

力伝達部材６８Ａ、６８Ｂは、連結機構７２Ａ、７２Ｂにより、上端部がＨ形鋼４８の下面に回転可能にピン連結されており、連結機構７４Ａ、７４Ｂにより、下端部がアーム部材６６Ａ、６６Ｂの先端部に回転可能にピン連結されている。力伝達部材６８Ａ、６８Ｂは、方向６０における、左から２つ目、４つ目、６つ目及び８つ目のＨ形鋼４８の下面にピン連結されている。

連結機構７２Ａ、７２Ｂ、７４Ａ、７４Ｂの回転軸の方向について詳しく説明すると、連結機構７２Ａ、７２Ｂでは、棒体６４の軸と略直交差する略水平な回転軸に対して、力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの上端部が床部３２（Ｈ形鋼４８）の下面に回転可能に連結され、連結機構７４Ａ、７４Ｂでは、棒体６４の軸と略平行な回転軸に対して、力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの下端部がアーム部材６６Ａ、６６Ｂの先端部に回転可能に連結されている。

このような構成により、床構造２８では、棒体６４の軸が床梁としてのＨ形鋼４８の材軸と略平行になるようにして、ロッキング防止装置４０が配置されている。

次に、本発明の第１の実施形態の作用及び効果について説明する。

地震等により、上下免震された床部に水平慣性力が発生すると、この床部には転倒モーメントが生じてロッキング動が励起される。そして、このロッキング動による床部の鉛直変位は、上下方向の免震周期の二乗に比例して大きくなってしまう。

例えば、中心間の水平距離が６ｍになるように設置した２つの空気ばねで床部を支持し、床部と床部に積載された積載物との合計重量を２０ｔｏｎ、空気ばね高さの中心から積載物の重心までの鉛直距離を１ｍ、床部に発生する水平最大加速度を１５０ｇａｌとした場合に、周期１秒において２．５ｃｍ程度となる床部の鉛直変位は、周期２秒において１０ｃｍ程度になってしまう。

これに対して、第１の実施形態の床構造２８では、図６の斜視図に示すように、地震等により、上下免震された床部３２に水平慣性力が発生し、これにより床部３２に転倒モーメントが生じて床部３２が斜めに傾こうとする（棒体６４の軸と略直交する略水平な回転軸に対して床部３２が回転しようとする）場合、隣り合う力伝達部材６８Ａ、６８Ｂ同士が上下方向へ相対移動するので、各力伝達部材６８Ａ、６８Ｂに連結されたアーム部材６６Ａ、６６Ｂが張り出している（固定されている）棒体６４の部位の構造断面同士が相対的に回転する。

このとき、これらの構造断面の間の棒体（以下、「ねじり抵抗部７６」とする）に作用するねじり力に対して棒体６４のねじり剛性が抵抗するので、隣り合う力伝達部材６８Ａ、６８Ｂ同士が上下方向へ相対移動するのを防ぐことができる、又は隣り合う力伝達部材６８Ａ、６８Ｂ同士の上下方向への相対移動量を低減することができる。
そして、これにより、上下免震された床部３２に生じるロッキング動（棒体６４の軸と略直交する略水平な回転軸に対する床部３２の回転運動）を防止する又は低減することができる。

また、図７の斜視図に示すように、地震等により、床部３２が上下方向へ略平行移動する場合、棒体６４は床スラブ３０に回転可能に支持されており、ねじり抵抗部７６にはねじり力が作用しないので、床部３２は抵抗なく上下方向へ略平行移動することができる。
すなわち、ロッキング防止装置４０によって、空気ばね３６による床部３２の上下免震機能が阻害されない。

また、空気ばね等の一般的な上下免震装置は、この上下免震装置に支持された床部に発生する水平慣性力に対してある程度の水平耐力を有し、床部の水平変形にある程度追随することが可能であるが、床部に過度の水平慣性力や水平変形が発生する場合には、破損してしまうことが懸念される。これに対して床構造２８では、力伝達機構３４により、床部３２に作用する水平力をトラス梁２２に伝達し、床部３２の水平変形を阻止するので、上下免震装置が破損するのを防ぐことができる。

また、床構造２８では、床部３２が棒体６４の軸方向へ水平変形されようとするときに、棒体６４から張り出したアーム部材６６Ａ、６６Ｂが床部３２に生じる水平慣性力に抵抗するので、床部３２の水平変形を低減することができ、これによっても上下免震装置が破損するのを防ぐことができる。

以上、本発明の第１の実施形態について説明した。

なお、第１の実施形態では、ロッキング防止装置４０を構成する力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの上端部を、方向６０における、左から２つ目、４つ目、６つ目及び８つ目のＨ形鋼４８の下面にピン連結した例を示したが（図３を参照のこと）、ロッキング防止装置４０は、棒体６４の軸が床梁としてのＨ形鋼４８の材軸と略平行になるように設置するものであれば、どの平面位置に幾つ設置してもよい。また、力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの上端部は、どのＨ形鋼４８に連結してもよい。

また、第１の実施形態では、棒体６４の軸がＨ形鋼４８の材軸と略平行になるようにロッキング防止装置４０を配置して、棒体６４の軸と略直交する略水平な回転軸に対する床部３２の回転運動（ロッキング動）を防止する又は低減する例を示したが、棒体６４の軸と略平行な軸を回転中心にした床部３２の回転運動（ロッキング動）を防止する又は低減する場合には、棒体６４の軸がＨ形鋼４８の材軸と略直交して略水平になるようにロッキング防止装置４０を設置すればよい。

また、棒体６４の軸がＨ形鋼４８の材軸と略平行になるように設置するロッキング防止装置４０と、棒体６４の軸がＨ形鋼４８の材軸と略直交して略水平になるように設置するロッキング防止装置４０とを併設してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態とその作用及び効果について説明する。

第２の実施形態の説明において、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。
第２の実施形態では、図８の斜視図に示すように、ロッキング防止装置４０において、隣り合う力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの間、及びアーム部材６６Ａ、６６Ｂの間に、抵抗部材としての鋼製の棒部材７８、８０が略水平に設けられている。

よって、地震等により、床部３２が棒体６４の軸方向へ水平変形されようとするときに、床部３２に生じる水平慣性力に、軸力として棒部材７８、８０が抵抗するので、床部３２の水平変形を低減することができる。

図９、１０の斜視図には、図８の抵抗部材の変形例が示されている。図９では、ロッキング防止装置４０において、隣り合う力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの間、及びアーム部材６６Ａ、６６Ｂの間に、抵抗部材としての鋼製のブレース部材８２、８４が斜めに設けられている。

図１０では、ロッキング防止装置４０において、隣り合う力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの間、及びアーム部材６６Ａ、６６Ｂの間に、抵抗部材としての鋼板８６、８８が力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの材軸、及びアーム部材６６Ａ、６６Ｂの材軸に沿って設けられている。

図９、１０においては、ブレース部材８２や鋼板８６によって、隣り合う力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの間に剛性が付与され、これらの力伝達部材６８Ａ、６８Ｂ同士の上下方向への相対移動量を低減できるので、棒体６４（ねじり抵抗部７６）に作用するねじり力を低減することができる。すなわち、棒体６４（ねじり抵抗部７６）の見かけ上のねじり剛性を向上させることができる。

以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明した。

なお、第１及び第２の実施形態では、力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの下端部をアーム部材６６Ａ、６６Ｂの先端部に回転可能にピン連結した例を示したが、力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの下端部に対するアーム部材６６Ａ、６６Ｂの先端部の回転に対して摩擦又は粘性により抵抗するエネルギー吸収手段（不図示）を設けてもよい。

このようにすれば、エネルギー吸収手段によって、力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの下端部に対してアーム部材６６Ａ、６６Ｂの先端部を回転させる回転エネルギーが吸収される。これにより、エネルギー吸収手段がダンパーとして機能し、床部３２の上下振動を減衰することができる。なお、エネルギー吸収手段は、Ｈ形鋼４８の下面に対して力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの上端部を回転させる回転エネルギーを吸収するように設けてもよいし、軸受け部材７０Ａ、７０Ｂに対して棒体６４の端部を回転させる回転エネルギーを吸収するように設けてもよい。

また、第１及び第２の実施形態では、連結機構７２Ａ、７２Ｂにより、力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの上端部がＨ形鋼４８の下面に回転可能にピン連結され、連結機構７４Ａ、７４Ｂにより、力伝達部材６８Ａ、６８Ｂの下端部がアーム部材６６Ａ、６６Ｂの先端部に回転可能にピン連結された例を示したが、連結機構７２Ａ、７２Ｂには、棒体６４の軸と略平行な回転軸に対する回転力が作用し、連結機構７４Ａ、７４Ｂには、棒体６４の軸と略直交する略水平な回転軸に対する回転力が作用することが考えられる。しかし、これらの回転力は微少であり連結機構７２Ａ、７２Ｂ、７４Ａ、７４Ｂによって吸収される。これらの回転力が問題になるような場合には、連結機構７２Ａ、７２Ｂ、７４Ａ、７４Ｂをユニバーサルジョイントにすればよい。

また、第１及び第２の実施形態では、空気ばね３６を上下免震装置とした例を示したが、床部３２を上下免震支持できるものであればよい。例えば、コイルばねや皿ばね等の鋼製ばねを用いてもよい。

また、第１及び第２の実施形態では、水平変形防止装置としての力伝達機構３４により床部３２の水平変形を阻止し、上下免震装置としての空気ばね３６が破損するのを防ぐ例を示したが、他の方法で上下免震装置の破損を防ぐようにしてもよい。ロッキング防止装置４０の有する水平耐力によって床部３２の水平変形を防止又は低減できる場合には、水平変形防止装置は設けなくてもよい。

以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１及び第２の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、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勿論である。

２２トラス梁（梁）
２８床構造
３０床スラブ
３２床部
３６空気ばね（上下免震装置）
６４棒体
６６Ａ、６６Ｂアーム部材
６８Ａ、６８Ｂ力伝達部材
７８棒部材（抵抗部材）
８２ブレース部材（抵抗部材）
８６鋼板（抵抗部材）

Claims

梁の下部に設けられた床スラブと、
前記床スラブの上方に配置された床部と、
前記床スラブに対して上下移動可能に前記床部を支持する上下免震装置と、
前記床スラブに回転可能に支持された棒体と、
前記棒体の軸方向に間隔をあけて配置され前記棒体から横方向へ張り出した一対のアーム部材と、
下端部が前記アーム部材の先端部に回転可能に連結され、上端部が前記床部の下面に回転可能に連結された力伝達部材と、
を有する床構造。
前記力伝達部材の下端部に対する前記アーム部材の先端部の回転に対して摩擦又は粘性により抵抗するエネルギー吸収手段が設けられている
請求項１に記載の床構造。
隣り合う前記力伝達部材の間に、前記床部から作用する水平力に抵抗する抵抗部材が設けられている
請求項１又は２に記載の床構造。