JP2015121045A - ボイラの支持構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】作用する地震力を大幅に低減できるとともに、地震時に一体となって振動することが可能なボイラの支持構造体を提供する。
【解決手段】ボイラ本体３と、基礎１に柱脚１１ｂを介して立設される複数の柱１１ａと、隣接する柱１１ａを繋ぐ複数の梁１１ｃと、備え、ボイラ本体３を吊下げて支持する支持鉄骨１１と、複数の柱１１ａの各々を支持する免震装置５と、を備える。各々の免震装置５は、複数の柱脚１１ｂに生じる水平反力に応じて、免震特性が設定されるボイラ支持構造体１０。免震装置５は、基礎１と柱脚１１ｂの間に設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ボイラを吊下げて支持する構造体に関し、特に免震装置を備えるボイラの支持構造体に関する。

発電用石炭焚きボイラ、重油焚きボイラといった大型ボイラは、通常、脱硝装置、エアヒータをはじめとする附帯機器とともに支持鉄骨に支持されている。
ボイラの支持構造体に関し、特許文献１は、免震を目的として、ボイラ本体の重心より上部の部分においては、ボイラ本体と支持鉄骨間を剛性の小さい部材により連結し、ボイラ本体の重心より下部の部分においては、ボイラ本体と支持鉄骨間の連結を剛性の大きい部材により連結することを提案している。この提案は、下部の剛性の高い支持構造体により、地震時のボイラ本体と支持鉄骨における過度な相対変位を抑制しつつ、上部の剛性の小さい支持構造体により、地震により発生するボイラ支持鉄骨の揺れをボイラ本体へ伝達しない構造とする。そうすることで、特許文献１は、ボイラ支持鉄骨の全体に作用する地震力を低減している。

特開平２−１５０６０号公報

ところが、特許文献１の提案は、ボイラ本体の下部に対する地震力の低減が期待できないため、ボイラの支持構造体の全体としての地震力の低減効果が小さいという課題がある。
そこで本発明は、作用する地震力を大幅に低減できるとともに、地震時に一体となって振動することが可能なボイラの支持構造体を提供することを目的とする。

本発明のボイラの支持構造体は、ボイラ本体と、基礎に柱脚を介して立設される複数の柱と、隣接する柱を繋ぐ複数の梁と、備え、ボイラ本体を吊下げて支持する支持鉄骨と、単数又は複数の柱を支持する免震装置と、を備え、各々の免震装置は、複数の柱に生じる水平反力の大きさに応じて、免震特性が設定されることを特徴とする。
本発明によると、各々の柱を免震装置で支持しているので、作用する地震力を大幅に低減できるとともに、地震時に支持構造体が一体となって振動することが可能となり、免震化の効果が高い。
ここで、本発明における免震特性としては、剛性又は耐力を掲げることができる。つまり、本発明は、柱に生じる水平反力が大きいところには剛性又は耐力の大きい免震装置を配置し、柱に生じる水平反力の小さいところには剛性又は耐力の小さい免震装置を配置する。

本発明の支持構造体において、免震装置を設ける位置が、第１形態、第２形態及び第３形態に区分される。
第１形態は、免震装置が基礎と柱の柱脚の間に設けられる。
第１形態によると、免震装置よりも上方に位置するボイラ本体及び支持構造体の全体を免震化することが可能となり、支持鉄骨に作用する地震力を大幅に低減することが可能となる。しかも、地震時に支持構造体が一体となって振動することが可能となり、免震化の効果を向上するのに寄与する。

次に、第２形態は、免震装置を支持鉄骨の高さ方向の中間領域に設ける。
ボイラ本体を支持する支持構造体は、トップヘビーな構造物であり、上層ほどサポート荷重が大きい傾向にあるため、中間免震装置を設けることで上層のみを免震化する第２形態によっても地震力の低減効果を十分に得ることができる。
また、免震装置を柱脚よりも高い位置に設けることにより、地震時に生ずる慣性力による免震装置の転倒モーメントＭのアーム長ｈを短くできる。これにより、免震装置に生じる引張力が低減され、大型ボイラのような地震時の転倒モーメントＭの大きいボイラ支持構造体に対して、免震装置の適用を可能とする。

次に、第３形態は、免震装置を支持鉄骨の頂部に設ける。
支持鉄骨は頂部でボイラ本体を吊り下げて支持するが、頂部に免震装置を設置することにより、地震時に支持鉄骨へ作用するボイラ本体の慣性力を低減することが可能となる。特に、ボイラ支持構造体が、サポートを設けない場合には、ボイラ本体の慣性力が全て免震装置より上部を介して支持鉄骨に伝わることになる。したがって、第３形態において頂部を免震化することにより、支持鉄骨へ伝達されるボイラ本体の慣性力を低減できるので、支持鉄骨へ作用する地震荷重を低減することができる。
また、第３形態は第２形態よりも免震装置の位置がさらに高くなり、アーム長ｈが短くなるので、地震時に免震装置に生じる転倒モーメントＭがより低減される。これにより、転倒モーメントＭが非常に大きくなる支持鉄骨への免震装置の適用を可能にする。

第１形態〜第３形態において、柱脚の水平剛性を確保する剛性部材が、支持鉄骨の水平方向の特定の部位又は全域に設置されることが好ましい。
第１形態においては、剛性部材を設けることにより、免震装置よりも上方に位置する支持鉄骨の水平剛性を確保することが可能となり、免震装置よりも上層のボイラ支持構造体が全体として一体となって振動する振動モードを得やすくなる。これにより、免震化の効果をより高めることができる。
ここで、剛性部材としては、柱脚同士を連結するつなぎ梁、水平ブレース、及び、柱脚の間に敷設されるスラブを用いることができる。
剛性部材は、特定の部位を選択して設置することができるが、この場合、剛性部材を設けない箇所は、機器の設置、物資の運搬、人の出入りを行なうスペースとして使用することができるので、プラント運用に悪影響を与えることなく、免震化されたボイラ支持構造体を得ることができる。
一方、剛性部材を支持鉄骨の水平方向の全域に設置すると、水平剛性をより高いレベルで確保することができるので、ボイラ支持構造体を全体としてより一体的に振動させる振動モードが得やすくなる。
また、この剛性部材は、第１形態に限らず、第２形態及び第３形態にも適用することができる。

第２形態及び第３形態において、ボイラ本体と支持鉄骨の間に、ボイラ本体と支持鉄骨の相対変位を抑制する変位抑制部材を設置することができる。
この相対変位を抑制することにより、ボイラ本体の周辺機器に影響が及ぶのを避けることができる。
また変位抑制部材を設置して、ボイラ本体の固有周期を短周期化することにより、ボイラ本体と免震化されている支持構造体の全体としての固有振動数が近接するのを回避して、支持構造体における免震化の効果を十分に引き出すことができる。

第２形態及び第３形態において、本発明のボイラの支持構造体は、ボイラ本体と支持鉄骨の間に、エネルギー吸収機構を設置することができる。
このボイラ支持構造体は、エネルギー吸収機構を設置することにより減衰機能が付与されるので、ボイラ本体と支持鉄骨の間の過度な相対変位を抑制するとともに、地震時に支持鉄骨へ作用するボイラ本体の水平方向の慣性力をさらに低減できる。

第１形態及び第２形態において、免震装置に付随して、免震装置に生じる引張力を負担する引抜き防止機構を設置することが好ましい。
地震時に免震装置に生じる引張力を引抜き防止機構が担うことにより、免震装置に生じる引張力が低減される。これにより、大型ボイラのような地震時の転倒モーメントの大きい構造に対する免震装置の適用を可能とする。

第１形態及び第２形態において、免震装置に付随して、エネルギー吸収機構を設置することが好ましい。
エネルギー吸収機構を設けてボイラ支持構造体に減衰を付与することにより、支持鉄骨に作用する地震力をさらに低減することが可能となるとともに、地震時に免震装置に過度な変位が生ずるのを抑制する。

本発明によれば、作用する地震力を大幅に低減できるとともに、地震時に一体となって振動することが可能なボイラの支持構造体を提供することができる。

第１実施形態におけるボイラの支持構造体を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１の支持構造体のＡ−Ａ断面を示し、（ａ）は免震装置が未調整の場合を、（ｂ）は免震装置を調整した場合を示す。 第２実施形態におけるボイラの支持構造体を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第２実施形態における他のボイラの支持構造体を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第２実施形態における他のボイラの支持構造体を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第２実施形態における他のボイラの支持構造体を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第３実施形態におけるボイラの支持構造体を示す側面図である。 第４実施形態におけるボイラの支持構造体を示す側面図である。 第４実施形態における他のボイラの支持構造体を示す側面図である。 第４実施形態における他のボイラの支持構造体を示す側面図である。 第１実施形態及び第２実施形態に適用される引抜き防止機構を示す図である。 第１実施形態〜第３実施形態に適用されるエネルギー吸収機構を示す図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
［第１実施形態］
第１実施形態におけるボイラ支持構造体１０は、図１（ａ）に示すように、基礎１の上に設けられるものであり、支持鉄骨１１と、支持鉄骨１１を支持する複数の免震装置５と、を主たる要素として構成され、ボイラ本体３を支持するものである。
支持鉄骨１１は、鉛直方向に延びる複数本の柱１１ａと、水平方向に延びる複数本の梁１１ｃと、複数本の鉛直ブレース１２と、を組み合わせて構成されている。ボイラ支持構造体１０は、支持鉄骨１１を構成する柱１１ａの末端部分である柱脚１１ｂを介して基礎１に立設されている。

ボイラ支持構造体１０は、運転中の熱膨張を拘束しないようにするために、最上層の梁１１ｃに固定される複数本の吊下げバー１７を介して、ボイラ本体３を支持鉄骨１１の頂部から吊り下げている。ボイラ支持構造体１０は、ボイラ本体３を水平方向への変位を規制するために、ボイラ本体３と支持鉄骨１１の最外周に位置する柱１１ａとの間に水平方向に架け渡されるサポート１８を介在させている。

ボイラ支持構造体１０は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、各々の柱脚１１ｂの基部と基礎１の間に免震装置５を設置している。
本実施形態は、各々の免震装置５の免震特性が、支持鉄骨１１に地震力が作用して柱脚１１ｂに発生する水平反力（以下、単に柱脚反力）の大きさに応じて設定されており、全ての免震装置５が同調して挙動するよう設定されている。つまり、図１（ｂ）に示すように、柱脚反力Ｙ_Ｒが大きい箇所には剛性Ｙ_ｓの高い免震装置５を設置し、柱脚反力Ｙ_Ｒが小さい箇所には剛性Ｙ_ｓの低い免震装置５を設置する。図１（ｂ）は、図中のＹ軸方向の柱脚反力Ｙ_Ｒと免震装置５の剛性Ｙ_ｓの対応を示しており、各々の柱脚１１ｂは、図中の矢印で示すように、一方の側から他方の側に向けて柱脚反力Ｙ_Ｒが大きくなり、それに対応して免震装置５の剛性Ｙ_ｓが大きくなるように設定されている。なお、柱脚１１ｂの集合を行列と捉えて、図１（ｂ）に示すように、（１，１）…の符号を付けたとすると、（１，１）に対応する柱脚１１ｂの柱脚反力Ｙ_Ｒが最も大きく、（１，２）、（１，３）…の順に、また、（２，１）、（３，１）…の順に、柱脚反力Ｙ_Ｒは小さくなる。

免震装置５の剛性を、以上のように相違させる理由を説明する。
ボイラの支持鉄骨１１は柱脚１１ｂの位置によって柱脚反力が大きく異なるという特徴を有している。これは、ボイラ本体３を含めたボイラ支持構造体１０が、水平方向の荷重に異方性を有しているからである。そのために、各柱脚１１ｂに同じ剛性の免震装置５を設置した場合、各免震装置５の変位が異なるものとなってしまい、免震化後の安定した振動モードを得ることができない。つまり、柱脚１１ｂに図１（ｂ）に示した柱脚反力の大小が生ずるとすると、柱脚反力が大きい箇所は免震装置５の変形が大きく、柱脚反力が小さい箇所は免震装置５の変形が小さいために、例えば図２（ａ）に示すように、ねじれ振動モードが発生する可能性がある。
そこで、図１（ｂ）に示したように、各柱脚１１ｂを支持する免震装置５の剛性Ｙ_ｓを柱脚反力Ｙ_Ｒの大きさに応じて調整すると、各柱脚１１ｂにおける免震装置５の変位量を一致させることが可能となる。これにより、図２（ｂ）に示すように、地震時にボイラ支持構造体１０が一体となって振動することが可能となり、免震化の効果が高まる。
なお、図２（ａ），（ｂ）において、入力される地震波の方向は、Ｗｅが付された矢印が示す通りである。

ボイラ支持構造体１０によっては、柱脚反力の傾向が図１（ｂ）に示す傾向と異なることもある。その場合でも、その傾向に対応するように、柱脚反力が大きい箇所は免震装置５の剛性を高く、柱脚反力の小さい箇所は免震装置５の剛性を小さくすることにより、各柱脚１１ｂにおける免震装置５の変位量を一致させることができる。
例えば、図１及び図２に示した例では、Ｙ方向に生じる柱脚反力に着目してＹ方向の免震装置の剛性を調整する説明をしたが、仮にＸ方向の柱脚反力が異なる場合には、Ｙ方向のときと同様に、Ｘ方向の免震装置５の剛性を調整し、Ｘ方向の免震装置５の変位量が各柱脚１１ｂで一致するようにすればよい。

以上説明したように、第１実施形態によると、免震装置５よりも上方に位置するボイラ本体３及びボイラ支持構造体１０の全体を免震化することが可能となり、支持鉄骨１１に作用する地震力を大幅に低減することが可能となる。
しかも、地震時にボイラ支持構造体１０が一体となって振動することが可能となるので、免震化の効果が高い。
ここで、免震装置５の免震特性としては、剛性Ｙ_ｓの他に、耐力Ｙ_Ｐも指標として用いることができる。つまり、柱脚反力Ｙ_Ｒが大きい箇所には、免震装置５に負荷される荷重（支持鉄骨１１の自重による荷重や地震時の荷重など）が大きくなる傾向にあるため、耐力Ｙ_Ｐの大きい免震装置５を設置する。免震装置５に作用する荷重が小さい箇所には耐力Ｙ_Ｐが小さい免震装置５を適用することになるので、必要以上に耐力の大きい高価な免震装置を使用する必要がなく、コストを低減することが可能である。ただし、通常、免震装置５の剛性Ｙ_ｓが高いほど耐力Ｙ_Ｐが大きい傾向にあるため、図１（ｂ）に示すように、剛性Ｙ_ｓの大きさで免震装置５の配置を調整すれば、自然と柱脚反力Ｙ_Ｒの大きい箇所に耐力Ｙ_Ｐの大きい免震装置５が配置されることになる。

［第２実施形態］
第２実施形態にかかるボイラ支持構造体２０は、ボイラ支持構造体１０の水平剛性を向上する。つまり、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ボイラ支持構造体２０は、免震装置５に支持される柱脚１１ｂをつなぎ梁１１ｃによって連結し、支持鉄骨１１の水平剛性を向上する。つなぎ梁１１ｃだけでは水平剛性が不足する場合には、水平ブレース１４を設けることもできる。
また、つなぎ梁１１ｃに代えて、図４（ａ），（ｂ）に示すように、柱脚１１ｂの間にＲＣ（鉄筋コンクリート）製のスラブ１５を設置することもできる。
以上のように、支持鉄骨１１の水平剛性をつなぎ梁１１ｃ又はスラブ１５により確保することにより、免震装置５よりも上方にある支持鉄骨１１の水平剛性を確保することが可能となり、免震装置５よりも上層のボイラ支持構造体２０全体が一体となって振動する振動モードを得やすくなる。これにより、免震化の効果をより高めることができる。

図３の例では、隣接する柱脚１１ｂの全てをつなぎ梁１１ｃで連結し、また、図４の例では、隣接する柱脚１１ｂの全てにスラブ１５を設置したが、水平剛性の低い箇所にのみ限定してつなぎ梁１１ｃ又はスラブ１５を配置することができる。例えば、図５及び図６に示すように、鉛直ブレース１２が設置されているために水平剛性が既に高い箇所には、つなぎ梁１１ｃまたはスラブ１５を配置しないという選択肢がある。また、柱１１ａ（柱脚１１ｂ）が単体として十分な水平剛性を有する場合には、その柱１１ａ同士をつなぐつなぎ梁１１ｃ又はスラブ１５を設けないという選択肢もある。免震化に必要な水平剛性を確保していることは、固有値解析、動的解析などによって確認することができるので、これらの解析結果に基づいて、つなぎ梁１１ｃまたはスラブ１５を配置する最適な位置を特定することができる。

以上説明したように、水平剛性の低い箇所にのみつなぎ梁１１ｃまたはスラブ１５を配置することにすれば、つなぎ梁１１ｃまたはスラブ１５による物量が低減し、コストを低減することが可能となる。また、つなぎ梁１１ｃまたはスラブ１５を設けない箇所は、機器の設置、物資の運搬、人の出入りを行なうスペースとして使用することができるので、プラント運用に悪影響を与えることなく、免震化されたボイラ支持構造体２０を提供することが可能である。図６には、スラブ１５を設けない箇所に免震化を必要としない機器１９を設ける例を示している。この機器１９は、基礎１の上に直接設置されているので、免震化による相対変位の影響を回避することができる。この機器１９としては、例えば、微粉炭機、ファンなどが適用される。

［第３実施形態］
第３実施形態にかかるボイラ支持構造体３０は、免震装置５を、柱脚反力が大きい箇所には剛性の高いものを設置し、柱脚反力が小さい箇所には剛性の低いものを設置することを前提にして、基礎１と柱脚１１ｂの間とは異なり、支持鉄骨１１の高さ方向の中間領域に設けることができる。このとき、柱脚１１ｂの基部は基礎１に直接定着される。中間領域に免震装置５を配置する例を図７に示す。なお、図７には、第１実施形態と同じ要素に図１と同じ符号を付している。

免震装置５を設ける位置は、各々のサポート１８に生じる荷重バランスを考慮した上で決定するのがよい。すなわち、支持鉄骨１１の上層に設けられるサポート１８に生じる荷重Ｌｓが大きい傾向にあることを考慮し、図７に示すように、荷重Ｌｓが小さい下部層よりも上方に免震装置５を設ける。そうすると、荷重Ｌｓが大きいサポート１８よりも上層を選択的に免震化することができる。
免震装置５を設けた位置よりも上方の水平剛性が不足する場合には、図７に示すように、つなぎ梁１１ｃにより隣接する柱１１ａを連結してもよい。また、つなぎ梁１１ｃの代わりにスラブ１５を設けてもよい。また、中間免震装置よりも下方の水平剛性が不足する場合は、同様につなぎ梁１１ｃまたはスラブ１５を設けてもよい。さらに、つなぎ梁１１ｃの代用として、鉛直ブレース１２を設置してもよい。さらにまた、免震装置５を設ける位置よりも下方にサポート１８を設けることは、ボイラ本体３と支持鉄骨１１の相対変位を抑制できるので好ましい。また、このサポート１８に加えて又は代えて、免震装置５を設ける位置よりも下方に、後述するエネルギー吸収機構１６を設けることもできる。

ボイラ本体３を支持するボイラ支持構造体３０は、トップヘビーな構造物であり、上層ほど荷重Ｌｓが大きい傾向にあるため、中間免震装置を設けることで上層のみを免震化する本実施形態によっても地震力の低減効果を十分に得ることができる。
また、免震装置を柱脚１１ｂの基部よりも高い位置に設けることにより、地震時に生ずる慣性力による免震装置の転倒モーメントＭのアーム長ｈが、図７に付記するように、低減される。これにより、免震装置５に生じる引張力が低減され、大型ボイラのような地震時の転倒モーメントＭの大きいボイラ支持構造体３０に対しても、免震装置５を適用することが可能となる。

第２実施形態で述べた水平剛性を向上する手立ては、第３実施形態に適用することができる。つまり、免震装置５を配置した位置（免震層）よりも上方または下方に位置する支持鉄骨１１の水平剛性が不足する場合は、免震層の上方及び下方の一方又は双方の特定の域または全域に剛性部材を配置しても良い。これにより、免震装置５よりも上方，下方に位置する支持鉄骨１１の水平剛性を確保することが可能となり、免震装置５よりも上方、下方のボイラ支持構造体３０それぞれが一体となって振動する振動モードを得やすくなる。これにより、免震化の効果をより高めることができる。剛性部材としては、柱同士を連結するつなぎ梁、水平ブレースを用いることができる。

［第４実施形態］
第４実施形態にかかるボイラ支持構造体４０は、図８に示すように、免震装置５を、第３実施形態よりもさらに上層の、支持鉄骨１１の頂部に設置する。なお、図８には、第１実施形態と同じ要素に図１と同じ符号を付している。ボイラ支持構造体４０は、ボイラ本体３と支持鉄骨１１との間の水平方向の荷重伝達を担うサポート１８を備えていない。

支持鉄骨１１が頂部のみでボイラ本体３を吊り下げて支持する構造においては、ボイラ支持構造体４０のように頂部に免震装置５を設置することにより、地震時に支持鉄骨１１へ作用するボイラ本体３の慣性力を低減することが可能となる。ここで、ボイラ支持構造体４０は、サポート１８を設けていないために、ボイラ本体３の慣性力が全て免震装置より上部を介して支持鉄骨１１に伝わる構造となっている。したがって、ボイラ支持構造体４０のように、頂部を免震化することにより支持鉄骨１１へ伝達されるボイラ本体３の慣性力が低減される。これにより、支持鉄骨１１へ作用する地震荷重を低減することができる。
また、ボイラ支持構造体４０は、第３実施形態よりも、免震装置の位置がさらに高くなるため、図８に付記されるように、アーム長ｈが小さくなるために、地震時に免震装置５に生じる転倒モーメントＭがより低減される。これにより、転倒モーメントＭが非常に大きくなる支持鉄骨１１に対して、免震装置５を適用することが可能となる。

図８に示したボイラ支持構造体４０は、サポート１８を設けていないが、図９に示すように、ボイラ本体３と支持鉄骨１１の間にサポート１８を適所に設けることができる。
ボイラ支持構造体４０にサポート１８を設けることにより、以下の効果を奏することができる。
第３実施形態では、サポート１８を設けていないので、地震時にボイラ本体３と支持鉄骨１１（ただし、免震装置５よりも下部の支持鉄骨１１）の間に大きな相対変位が生じ得る。そこで、この相対変位により、配管などのボイラ本体３の周辺機器へ影響が及ぶのを避けるために、図９に示すように、ボイラ本体３と支持鉄骨１１の間にサポート１８を設けて水平剛性を確保し、ボイラ本体３と支持鉄骨１１の相対変位を抑制する。
また、図８に示したボイラ支持構造体４０は、ボイラ本体３が振動する固有振動数と免震化後のボイラ支持構造体４０全体の固有振動数が近接し、そのままでは免震化の効果が十分に得られないこともある。そこで、図９に示すように、サポート１８を設置することにより、ボイラ本体３の固有周期を短周期化する。これにより、ボイラ本体３と免震化されているボイラ支持構造体４０の全体としての固有振動数が近接するのを回避して、ボイラ支持構造体４０における免震化の効果を十分に引き出すことができる。

第２実施形態で述べた水平剛性を向上する手立ては、第４実施形態にも適用することができる。つまり、免震装置５を配置した位置（免震層）よりも上方または下方に位置する支持鉄骨１１の水平剛性が不足する場合は、免震層の上方及び下方の一方又は双方の特定の域または全域に剛性部材を配置しても良い。これにより、免震装置５よりも上方，下方に位置する支持鉄骨１１の水平剛性を確保することが可能となり、免震装置５よりも上方、下方のボイラ支持構造体３０それぞれが一体となって振動する振動モードを得やすくなる。これにより、免震化の効果をより高めることができる。剛性部材としては、柱同士を連結するつなぎ梁、水平ブレースを用いることができる。

第４実施形態は、サポート１８の代替として、図１０に示すように、エネルギー吸収機構１６を設けることができる。エネルギー吸収機構１６は、複数設けられているサポート１８の全て（図１０（ａ））を代替することができるし、一部（図１０（ｂ））を代替することもできる。なお、エネルギー吸収機構１６は、地震時のエネルギーの吸収を図る機能を備えていればよく、例えばオイルダンパ、鋼材ダンパ、鉛ダンパなどを用いることができる。

図１０に示すように、エネルギー吸収機構１６を設置することにより減衰機能を付与し、ボイラ本体３と支持鉄骨１１の間の過度な相対変位を抑制するとともに、サポート１８を設けるのと比べて、地震時に支持鉄骨１１へ作用するボイラ本体３の水平方向の慣性力をさらに低減することが可能となる。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、実施形態で挙げた構成を取捨選択し、あるいは、他の構成に適宜変更することが可能である。

第１実施形態において、免震装置５を基礎１と柱脚１１ｂの間に設けることで生まれるスペースに、図１１に示すように、地震時の引張力を担う引抜き防止機構７を設けることができる。この引抜き防止機構７は、免震装置５に引張力が生じた際に、免震装置５に代わって引張力を負担する機能を有している。
引抜き防止機構７は、図１１に示すように、基礎１と柱脚１１ｂとの間（図１１（ａ））、免震装置５の上フランジ５Ｕと下フランジ５Ｌとの間（図１１（ｂ））、基礎１と免震装置５の下フランジ５Ｌとの間（図１１（ｃ））、柱脚１１ｂと免震装置５の上フランジ５Ｕとの間（図１１（ｄ））、基礎１とつなぎ梁１１ｃの間（図１１（ｄ））など、その機能を発揮しうる任意の部材を連結して設けられる。
地震時に免震装置に生じる引張力を引抜き防止機構７が担うことにより、免震装置５自体に生じる引張力が低減される。これにより、大型ボイラのような地震時の転倒モーメントの大きい構造に対し、免震装置５を適用することが可能となる。
引抜き防止機構７は、第２実施形態にも適用することができる。この場合、引抜き防止機構７は、免震装置５を挟み上下に隣接する梁１１ｃの間、免震装置５の下フランジ５Ｌと免震装置５の下側に位置する梁１１ｃの間など、任意の位置に設けることができる。

また、第１実施形態〜第３実施形態において、免震装置５を設けることで生まれるスペースに、図１２に示すように、エネルギー吸収機構９を設けることができる。このエネルギー吸収機構９は、前述したエネルギー吸収機構１６と同様に、オイルダンパなどから構成することができる。
エネルギー吸収機構９は、図１２に示すように、基礎１とつなぎ梁１１ｃとの間（図１２（ａ））、支持鉄骨１１の梁１１ｃとつなぎ梁１１ｃとの間（図１２（ｂ））、基礎１とスラブ１５との間（図１２（ｃ））など、その機能を発揮しうる任意の部材を連結して設けられる。
エネルギー吸収機構９を設けてボイラ支持構造体１０〜３０に減衰を付与することにより、支持鉄骨１１に作用する地震力をさらに低減することが可能となる。また、地震時における過度な免震装置の変位を抑制することも可能となる。

また、本発明において、用いる免震装置５は、その特性が、柱脚１１ｂの柱脚反力に応じて、全ての免震装置５が同調して挙動するよう設定できるのであれば、その免震の方式は問われない。通常、免震装置は、アイソレータとダンパの二つの機能を備えており、この二つの機能を備えている、すべり併用複合免震方式、鉛プラグ入り積層ゴム支承方式、高減衰積層ゴム支承方式などの種々の免震装置を用いることができる。
さらに、以上の実施形態で示した支持鉄骨１１の具体的な構成はあくまで一例であり、柱１１ａ、梁１１ｃ、鉛直ブレース１２及びつなぎ梁１１ｃの数、その組み合わせは任意である。
また、以上説明した実施形態では、一本の柱１１ａを一つの免震装置５で支持する例を示したが、隣接する柱１１ａの間隔が狭い場合には、複数本、例えば二本の柱１１ａを一つの免震装置５で支持することができる。

１ 基礎
３ ボイラ本体
５ 免震装置
５Ｌ 下フランジ
５Ｕ 上フランジ
７ 引抜防止機構
９ エネルギー吸収機構
１０，２０，３０，４０ ボイラ支持構造体
１１ 支持鉄骨
１１ａ 柱
１１ｂ 柱脚
１１ｃ 梁
１２ 鉛直ブレース
１４ 水平ブレース
１５ スラブ
１６ エネルギー吸収機構
１７ 吊下げバー
１８ サポート
１９ 機器

発電用石炭焚きボイラ、重油焚きボイラといった大型ボイラは、通常、脱硝装置、エアヒータをはじめとする附帯機器とともに支持鉄骨に支持されている。
ボイラの支持構造体に関し、特許文献１は、免震を目的として、ボイラ本体の重心より上部の部分においては、ボイラ本体と支持鉄骨間を剛性の小さい部材により連結し、ボイラ本体の重心より下部の部分においては、ボイラ本体と支持鉄骨間を剛性の大きい部材により連結することを提案している。この提案は、下部の剛性の高い支持構造体により、地震時のボイラ本体と支持鉄骨における過度な相対変位を抑制しつつ、上部の剛性の小さい支持構造体により、地震により発生するボイラ支持鉄骨の揺れをボイラ本体へ伝達しない構造とする。そうすることで、特許文献１は、ボイラ支持鉄骨の全体に作用する地震力を低減している。

本発明のボイラの支持構造体は、ボイラ本体と、基礎に柱脚を介して立設される複数の柱と、隣接する柱を繋ぐ複数の梁と、備え、ボイラ本体を吊下げて支持する支持鉄骨と、複数の柱のうちの少なくとも一つを支持する免震装置と、を備え、各々の免震装置は、複数の柱に生じる水平反力の大きさに応じて、免震特性が設定されることを特徴とする。
本発明によると、各々の柱を免震装置で支持しているので、作用する地震力を大幅に低減できるとともに、地震時に支持構造体が一体となって振動することが可能となり、免震化の効果が高い。
ここで、本発明における免震特性としては、剛性又は耐力を掲げることができる。つまり、本発明は、柱に生じる水平反力が大きいところには剛性又は耐力の大きい免震装置を配置し、柱に生じる水平反力の小さいところには剛性又は耐力の小さい免震装置を配置する。

第２形態及び第３形態において、ボイラ本体と支持鉄骨の間に、ボイラ本体と支持鉄骨の相対変位を抑制する変位抑制部材（サポート）を設置することができる。
この相対変位を抑制することにより、ボイラ本体の周辺機器に影響が及ぶのを避けることができる。
また変位抑制部材を設置して、ボイラ本体の固有周期を短周期化することにより、ボイラ本体と免震化されている支持構造体の全体としての固有振動数が近接するのを回避して、支持構造体における免震化の効果を十分に引き出すことができる。

ボイラ支持構造体１０は、運転中の熱膨張を拘束しないようにするために、最上層の梁１１ｃに固定される複数本の吊下げバー１７を介して、ボイラ本体３を支持鉄骨１１の頂部から吊り下げている。ボイラ支持構造体１０は、ボイラ本体３における水平方向への変位を規制するために、ボイラ本体３と支持鉄骨１１の最外周に位置する柱１１ａとの間に水平方向に架け渡されるサポート１８を介在させている。

支持鉄骨１１が頂部のみでボイラ本体３を吊り下げて支持する構造においては、ボイラ支持構造体４０のように頂部に免震装置５を設置することにより、地震時に支持鉄骨１１へ作用するボイラ本体３の慣性力を低減することが可能となる。ここで、ボイラ支持構造体４０は、サポート１８を設けていないために、ボイラ本体３の慣性力が全て免震装置を介して支持鉄骨１１に伝わる構造となっている。したがって、ボイラ支持構造体４０のように、頂部を免震化することにより支持鉄骨１１へ伝達されるボイラ本体３の慣性力が低減される。これにより、支持鉄骨１１へ作用する地震荷重を低減することができる。
また、ボイラ支持構造体４０は、第３実施形態よりも、免震装置の位置がさらに高くなるため、図８に付記されるように、アーム長ｈが小さくなるために、地震時に免震装置５に生じる転倒モーメントＭがより低減される。これにより、転倒モーメントＭが非常に大きくなる支持鉄骨１１に対して、免震装置５を適用することが可能となる。

第１実施形態において、免震装置５を基礎１と柱脚１１ｂの間に設けることで生まれるスペースに、図１１に示すように、地震時の引張力を担う引抜き防止機構７を設けることができる。この引抜き防止機構７は、免震装置５に引張力が生じた際に、免震装置５に代わって引張力を負担する機能を有している。
引抜き防止機構７は、図１１に示すように、基礎１と柱脚１１ｂとの間（図１１（ａ））、免震装置５の上フランジ５Ｕと下フランジ５Ｌとの間（図１１（ｂ））、基礎１と免震装置５の下フランジ５Ｌとの間（図１１（ｃ））、柱脚１１ｂと免震装置５の上フランジ５Ｕとの間（図１１（ｄ））、基礎１とつなぎ梁１１ｃの間（図１１（ｅ））など、その機能を発揮しうる任意の部材を連結して設けられる。
地震時に免震装置に生じる引張力を引抜き防止機構７が担うことにより、免震装置５自体に生じる引張力が低減される。これにより、大型ボイラのような地震時の転倒モーメントの大きい構造に対し、免震装置５を適用することが可能となる。
引抜き防止機構７は、第２実施形態にも適用することができる。この場合、引抜き防止機構７は、免震装置５を挟み上下に隣接する梁１１ｃの間、免震装置５の下フランジ５Ｌと免震装置５の下側に位置する梁１１ｃの間など、任意の位置に設けることができる。

１ 基礎
３ ボイラ本体
５ 免震装置
５Ｌ 下フランジ
５Ｕ 上フランジ
７ 引抜き防止機構
９ エネルギー吸収機構
１０，２０，３０，４０ ボイラ支持構造体
１１ 支持鉄骨
１１ａ 柱
１１ｂ 柱脚
１１ｃ 梁
１２ 鉛直ブレース
１４ 水平ブレース
１５ スラブ
１６ エネルギー吸収機構
１７ 吊下げバー
１８ サポート
１９ 機器

Claims (9)

1. ボイラ本体と、
   基礎に柱脚を介して立設される複数の柱と、隣接する前記柱を繋ぐ複数の梁と、備え、前記ボイラ本体を吊下げて支持する支持鉄骨と、
   単数又は複数の前記柱を支持する免震装置と、を備え、
   各々の前記免震装置は、
   複数の前記柱に生じる水平反力の大きさに応じて、免震特性が設定されることを特徴とする、
   ボイラの支持構造体。
2. 前記免震装置は、
   前記基礎と前記柱脚の間に設けられる、
   請求項１に記載のボイラの支持構造体。
3. 前記免震装置は、
   前記支持鉄骨の高さ方向の中間領域に設けられる、
   請求項１に記載のボイラの支持構造体。
4. 前記免震装置は、
   前記支持鉄骨の頂部に設けられる、
   請求項１に記載のボイラの支持構造体。
5. 前記柱脚の水平剛性を確保する剛性部材が、前記支持鉄骨の水平方向の特定の部位又は全域に設置される、
   請求項２〜４のいずれか一項に記載のボイラの支持構造体。
6. 前記ボイラ本体と前記支持鉄骨の間に、
   前記ボイラ本体と前記支持鉄骨の相対変位を抑制するサポートが設置される、
   請求項３又は請求項４に記載のボイラの支持構造体。
7. 前記ボイラ本体と前記支持鉄骨の間に、
   エネルギー吸収機構が設置される、
   請求項３，請求項４及び請求項６のいずれか一項に記載のボイラの支持構造体。
8. 前記免震装置に付随して、前記免震装置に生じる引張力を負担する引抜き防止機構が設置される、
   請求項２又は請求項３に記載のボイラの支持構造体。
9. 前記免震装置に付随して、エネルギー吸収機構が設置される、
   請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のボイラの支持構造体。

Images