JP2015183495A - フェールセイフ機構付き免震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生した場合においても、建物を倒壊・崩壊させず、人面を保護できるような汎用性が高いフェールセイフシステムを備えたフェールセイフ機構付き免震構造を提供する。【解決手段】免震層に、建物の下部構造体に対する上部構造体の相対変位を規制するフェールセイフ機構１０を設ける。フェールセイフ機構１０を、上部構造体に一体に設けられるとともに免震層内に配設された当接部１１と、下部構造体に一体に設けられるとともに免震層内に突設され、予め設定した下部構造体に対する上部構造体の相対変位量を超える変位が発生した際に当接部１１が当たって当接部１１及び下部構造体に対する上部構造体の相対変位を規制する変位規制本体部１２と、当接部１１と変位規制本体部１２の間に設けられる緩衝部１３とを備えて構成する。【選択図】図３

Description

本発明は、フェールセイフ機構付き免震構造に関する。

例えば中高層建物が巨大地震を受けると、建物の最弱層に損傷が生じて耐力が低下し始め、この層に地震エネルギー（振動エネルギー）が集中して層崩壊が生じ、他の層は健全性が確保されているにもかかわらず、層崩壊モードによって建物が崩壊に至るという現象が発生する。また、崩壊に至らない場合においても、最弱層の被害が甚大となり、補修による復旧が困難になる。

これに対し、従来、オフィスビルなどの中・高層建物には、建物本体と基礎の間など、上部構造体と下部構造体の間の免震層に積層ゴムなどの免震装置を介設し、地震時に、上部構造体の固有周期を例えば地震動の卓越周期帯域から長周期側にずらし、応答加速度を小さくして揺れを抑えるように構築したものがある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

一方、東北地方太平洋沖地震のような想定をはるかに上回る巨大地震が発生する可能性があり、このような巨大地震に対し、免震装置やオイルダンパーなどの制振装置の機能だけで建物の被害を抑えることができないことも十分に予想される。

例えば、免震構造は地震時の安全性が非常に高く、急速に普及しているが、地震動が大きくなるほどに免震層の変位、ひいては免震装置の変位が大きくなるため、建物を支持している積層ゴムなどの免震装置が破断や座屈し、荷重を支持することができなくなると非常に危険な状態になる。また、座屈や破断に至るまでに建物外周部の擁壁に衝突すると、積層ゴムに破断が生じなくても建物に大きな衝撃が作用し、この衝撃によって建物や擁壁が損傷してしまう。

このため、従来、擁壁にゴムなどの衝撃緩衝材を設けることにより、衝撃を緩和する対策、変位を抑える対策が提案、実用化されている。

特開平１０−１６９２４１号公報 特開平１０−３７５１７号公報 特開２０１２−１２２２２８号公報

しかしながら、上記従来のように衝撃緩衝材を設けて対策を講じる場合には、衝撃緩衝材を設けるためのピットクリアランスを緩衝材寸法分大きく採る必要があり、敷地に余裕がない場合になど、その適用が困難になる。また、敷地に余裕があったとしても大きなコストアップを招くことになる。さらに、中間階免震では、擁壁自体がないため、適用することさえできない。

このため、その適用に大きな制約がなく、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生した場合においても、建物を倒壊・崩壊させず、人面を保護できるような汎用性が高いフェールセイフシステムが強く求められている。

本発明は、上記事情に鑑み、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生した場合においても、建物を倒壊・崩壊させず、人面を保護できるような汎用性が高いフェールセイフシステムを備えたフェールセイフ機構付き免震構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明のフェールセイフ機構付き免震構造は、建物の上部構造体と下部構造体の間の免震層に免震装置を介設してなるフェールセイフ機構付き免震構造において、前記免震層に、前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対変位を規制するフェールセイフ機構を備え、前記フェールセイフ機構は、前記上部構造体に一体に設けられるとともに前記免震層内に配設された当接部と、前記下部構造体に一体に設けられるとともに前記免震層内に突設され、予め設定した前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対変位量を超える変位が発生した際に前記当接部が当たって該当接部及び前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対変位を規制する変位規制本体部と、前記当接部と前記変位規制本体部の間に設けられ、前記当接部と前記変位規制本体部が近づき予め設定した互いの間隔を下回るとともに前記当接部と前記変位規制本体部の間に挟まれて弾性変形し外力を吸収する緩衝部とを備えて構成されていることを特徴とする。

この発明においては、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生し、予め設定した建物の下部構造体に対する上部構造体の相対変位量を超える変位が発生した場合であっても、フェールセイフ機構の変位規制本体部に当接部が当たることで、それ以上大きく変位することを規制することが可能になる。

また、このとき、当接部と変位規制本体部の間に緩衝部が設けられているため、当接部と変位規制本体部が当たる際の衝撃を緩衝部で緩和させることができ、建物やフェールセイフ機構に損傷が生じることを防止できる。さらに、緩衝部が弾性変形することにより、地震によって建物に作用した外力（地震力／振動エネルギー）を吸収して減衰させることができ、建物の揺れを抑える効果も得ることができる。

そして、このようなフェールセイフ機構が、当接部と変位規制本体部と緩衝部を免震層内に設けて構成されるため、積層ゴム等の免震装置の周囲に設置したり、免震層内に適宜分散配置して設けることができる。
すなわち、従来のようにピットクリアランスを緩衝材寸法分大きく採る必要がなく、また、中間階免震で擁壁が無くても設置することができ、その設置に関し大きな制約をなくすことができる。

よって、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生した場合においても、建物を倒壊・崩壊させず、人面を保護できるような汎用性が高いフェールセイフシステムを備えたフェールセイフ機構付き免震構造を実現することが可能になる。

また、本発明のフェールセイフ機構付き免震構造において、前記当接部及び前記変位規制本体部は、予め設定した前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対変位量を超える変位が発生した際に互いに当たる面として、水平方向の互いに直交する方向を向く第１の面及び第２の面と、水平方向を向き、前記第１の面及び第２の面に交差する第３の面とを備えて形成されていることが望ましい。

この発明においては、フェールセイフ機構の当接部及び変位規制部本体が、水平方向の互いに直交する方向（Ｘ方向、Ｙ方向）を向く第１の面、第２の面と、例えば４５度の角度で第１の面及び第２の面に交差する第３の面を備えて形成されていることにより、下部構造体に対して上部構造体が水平の多方向に相対変位したとしても、下部構造体に対する上部構造体の相対変位量を超える変位が発生した際に、変位規制本体部に当接部を当てることができる。また、少ないフェールセイフ機構の設置数で効果的に変位を規制することができる。

これにより、より確実に且つ効果的に、さらに経済的に、フェールセイフ機構によって上部構造体の相対変位を規制することができ、免震装置の破断や座屈を防止することが可能になるとともに建物の倒壊・崩壊を防止し、人命を保護できるフェールセイフシステムを構築することが可能になる。

さらに、本発明のフェールセイフ機構付き免震構造においては、過大な変位が生じて前記免震装置による前記上部構造体の支持状態が解除された際に前記免震装置に代わって前記上部構造体を前記変位規制本体部で支持するように、前記フェールセイフ機構が構成されていることがより望ましい。

この発明においては、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生し、万一、積層ゴムなどの免震装置が破断や座屈し、荷重を支持することができなくなった場合であっても、免震装置に代わってフェールセイフ機構の変位規制本体部で上部構造体を支持することができる。これにより、さらに確実に建物の倒壊・崩壊を防止し、人命を保護できるフェールセイフシステムを構築することが可能になる。

本発明のフェールセイフ機構付き免震構造においては、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生した場合においても、建物を倒壊・崩壊させず、人面を保護できるような汎用性が高いフェールセイフシステムを備えたフェールセイフ機構付き免震構造を実現することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る建物を示す図である。 本発明の一実施形態に係るフェールセイフ機構付き免震構造を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るフェールセイフ機構付き免震構造を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係るフェールセイフ機構付き免震構造を示す側面図である。 本発明の一実施形態に係るフェールセイフ機構付き免震構造において、免震装置に代わってフェールセイフ機構の変位規制本体部で上部構造体を支持した状態を示す側面図である。

以下、図１から図５を参照し、本発明の一実施形態に係るフェールセイフ機構付き免震構造について説明する。

はじめに、本実施形態の建物１は、図１に示すように、地盤Ｇを掘削して基礎２とこの基礎２に連続して立設する擁壁３からなる免震ピット４を構築し、この免震ピット４で囲まれた地下空間Ｈに、建物本体５の地下階を配設して構築されている。

そして、本実施形態のフェールセイフ機構付き免震構造Ａにおいては、免震ピット４の基礎２が下部構造体Ｓ１、建物本体５が上部構造体Ｓ２とされ、これら上部構造体Ｓ２と下部構造体Ｓ１の間の免震層６に免震装置７を介設し、この免震装置７で上部構造体Ｓ２の荷重を支持するように、且つ、地震時に上部構造体Ｓ２の固有周期を例えば地震動の卓越周期帯域から長周期側にずらし、応答加速度を小さくして揺れを抑えるように構成されている。

また、免震装置７として、例えば、高減衰ゴムなどのゴム材と鋼板（弾性体と補剛体）を上下方向に交互に積層してなる積層ゴム型免震装置（積層ゴム体、水平免震装置）が適用されている。この積層ゴム型免震装置では、鉛直荷重に対してゴム材及び鋼板によって高ばね化され、水平荷重に対しては、ゴム材が水平方向に変形するように低ばね化されている。このため、地震時にゴム材が水平方向に変形することによって振動エネルギー（地震エネルギー）を吸収し、免震効果が発揮される。

さらに、本実施形態のフェールセイフ機構付き免震構造Ａは、図２に示すように、免震層６に、下部構造体Ｓ１に対する上部構造体Ｓ２の相対変位を規制するフェールセイフ機構１０を設けて構成されている。

具体的に、このフェールセイフ機構１０は、図３及び図４に示すように、当接部１１と変位規制本体部１２と緩衝部１３とを備えて構成されている。

本実施形態の当接部１１は、例えば上部構造体Ｓ２の底部の梁１４や、梁１４などに一体形成したテーパー構造１５などを利用、活用して構成したものであり、上部構造体Ｓ２に一体に設けられ、免震層６内に配設されている。なお、当接部１１は、上部構造体Ｓ２に一体に設けられて免震層６内に配設されていればよく、勿論、上部構造体Ｓ２に対して別途当接部１１となる部材を設置することによって構成してもよい。

変位規制本体部１２は、例えばコンクリートを用いて形成され、下部構造体Ｓ１に一体に設けられて免震層６内に配設されるとともに、下部構造体Ｓ１の上面から上部構造体Ｓ２の底部に向けて突設されている。また、この変位規制本体部１２は、当接部１１と横方向に所定の間隔Ｒをあけて対向配置されている。すなわち、変位規制本体部１２は、巨大地震時（超巨大地震時）にストッパーとして機能するものであり、地震によって、予め設定した下部構造体Ｓ１に対する上部構造体Ｓ２の相対変位量を超える変位が発生した際に当接部１１が当たり、この当接部１１及び下部構造体Ｓ１に対する上部構造体Ｓ２の相対変位を規制するように構成されている。

緩衝部１３は、例えばゴムなどの弾性体を用いて形成されている。また、本実施形態では、この緩衝部１３が当接部１１に対向する変位規制本体部１２の側面に固設されて、当接部１１と変位規制本体部１２の間に設けられている。さらに、この緩衝部１３は、巨大地震時（超巨大地震時）に衝撃吸収部材、外力緩和部材として機能するものであり、当接部１１と変位規制本体部１２が近づき予め設定した互いの間隔を下回るとともに当接部１１と変位規制本体部１２の間に挟まれて弾性変形し外力を吸収するように構成されている。

さらに、本実施形態のフェールセイフ機構付き免震構造Ａにおいては、図２に示すように、免震層６内に適宜その設置位置を決めて、複数のフェールセイフ機構１０が設けられている。また、図３及び図４に示すように、少なくとも一部のフェールセイフ機構１０は、当接部１１及び変位規制本体部１２が、予め設定した下部構造体Ｓ１に対する上部構造体Ｓ２の相対変位量を超える変位が発生した際に互いに当たる面として、水平方向の互いに直交する方向を向く第１の面１１ａ、１２ａ及び第２の面１１ｂ、１２ｂと、水平方向を向き、第１の面１１ａ、１２ａ及び第２の面１１ｂ、１２ｂに例えば４５度の角度で交差する第３の面１１ｃ、１２ｃとを備えて形成されている。

また、本実施形態のフェールセイフ機構付き免震構造Ａにおいては、過大な変位が生じて免震装置７による上部構造体Ｓ２の支持状態が解除された際に免震装置７に代わって上部構造体Ｓ２を変位規制本体部１２で支持するように、フェールセイフ機構１０が構成されている。

そして、上記構成からなる本実施形態のフェールセイフ機構付き免震構造Ａにおいては、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生し、予め設定した建物の下部構造体Ｓ１に対する上部構造体Ｓ２の相対変位量を超える変位が発生すると、免震装置７で振動エネルギーを吸収して減衰させつつ、フェールセイフ機構１０の変位規制本体部１２に当接部１１が当たり、これにより、それ以上大きく変位することが規制される。

また、当接部１１と変位規制本体部１２の間に緩衝部１３が設けられているため、当接部１１と変位規制本体部１２が当たる際の衝撃が緩衝部１３で緩和され、且つ、緩衝部１３が弾性変形することにより、地震によって建物に作用した外力（地震力／振動エネルギー）が吸収して減衰される。

さらに、本実施形態のフェールセイフ機構付き免震構造Ａでは、フェールセイフ機構１０の当接部１１及び変位規制本体部１２が、水平方向の互いに直交する方向（Ｘ方向、Ｙ方向）を向く第１の面１１ａ、１２ａ、第２の面１１ｂ、１２ｂと、４５度の角度で交差する（４５度方向を向く）第３の面１１ｃ、１２ｃを備えて形成されている。このため、下部構造体Ｓ１に対して上部構造体Ｓ２が水平の多方向に相対変位したとしても、下部構造体Ｓ１に対する上部構造体Ｓ２の相対変位量を超える変位が発生した際に、変位規制本体部１２に当接部１１が当たる。

さらに、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生し、万一、積層ゴムなどの免震装置７が破断や座屈し、荷重を支持することができなくなった場合に、免震装置７に代わってフェールセイフ機構１０の変位規制本体部１２で上部構造体Ｓ２が支持される。

したがって、本実施形態のフェールセイフ機構付き免震構造Ａにおいては、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生し、予め設定した建物の下部構造体Ｓ１に対する上部構造体Ｓ２の相対変位量を超える変位が発生した場合であっても、フェールセイフ機構１０の変位規制本体部１２に当接部１１が当たることで、それ以上大きく変位することを規制することが可能になる。

また、このとき、当接部１１と変位規制本体部１２の間に緩衝部１３が設けられているため、当接部１１と変位規制本体部１２が当たる際の衝撃を緩衝部１３で緩和させることができ、建物やフェールセイフ機構１０に損傷が生じることを防止できる。さらに、緩衝部１３が弾性変形することにより、地震によって建物に作用した外力（地震力／振動エネルギー）を吸収して減衰させることができ、建物の揺れを抑える効果も得ることができる。

そして、このようなフェールセイフ機構１０が、当接部１１と変位規制本体部１２と緩衝部１３を免震層６内に設けて構成されるため、積層ゴム等の免震装置７の周囲に設置したり、免震層６内に適宜分散配置して設けることができる。すなわち、従来のようにピットクリアランスを緩衝材寸法分大きく採る必要がなく、また、中間階免震で擁壁が無くても設置することができ、その設置に関し大きな制約をなくすことができる。

よって、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生した場合においても、建物を倒壊・崩壊させず、人面を保護できるような汎用性が高いフェールセイフシステムを備えたフェールセイフ機構付き免震構造Ａを実現することが可能になる。

また、本実施形態のフェールセイフ機構付き免震構造Ａにおいては、フェールセイフ機構１０の当接部１１及び変位規制本体部１２が、水平方向の互いに直交する方向を向く第１の面１１ａ、１２ａ、第２の面１１ｂ、１２ｂと、４５度の角度で交差する第３の面１１ｃ、１２ｃを備えて形成されていることにより、下部構造体Ｓ１に対して上部構造体Ｓ２が水平の多方向に相対変位したとしても、下部構造体Ｓ１に対する上部構造体Ｓ２の相対変位量を超える変位が発生した際に、変位規制本体部１２に当接部１１を当てることができる。また、少ないフェールセイフ機構１０の設置数で効果的に変位を規制することができる。

これにより、より確実に且つ効果的に、さらに経済的に、フェールセイフ機構１０によって上部構造体Ｓ２の相対変位を規制することができ、免震装置７の破断や座屈を防止することが可能になるとともに建物の倒壊・崩壊を防止し、人命を保護できるフェールセイフシステムを構築することが可能になる。

さらに、本実施形態のフェールセイフ機構付き免震構造Ａにおいては、想定される最大級の巨大地震や、想定を超える超巨大地震が発生し、万一、積層ゴムなどの免震装置７が破断や座屈し、荷重を支持することができなくなった場合であっても、例えば図５に示すように、免震装置７に代わってフェールセイフ機構１０の変位規制本体部１２で上部構造体Ｓ２を支持することができる。これにより、さらに確実に建物の倒壊・崩壊を防止し、人命を保護できるフェールセイフシステムを構築することが可能になる。

以上、本発明に係るフェールセイフ機構付き免震構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、免震ピット４の基礎２が下部構造体Ｓ１、建物本体５が上部構造体Ｓ２であるものとして説明を行ったが、建物（建物本体）の中間階に免震層を設ける場合においても、この中間階の免震層にフェールセイフ機構１０を設けることで、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明に係る上部構造体、下部構造体を特に本実施形態のように限定する必要はない。

１ 建物
２ 基礎（下部構造体）
３ 擁壁
４ 免震ピット
５ 建物本体（上部構造体）
６ 免震層
７ 免震装置
１０ フェールセイフ機構
１１ 当接部
１１ａ 第１の面
１１ｂ 第２の面
１１ｃ 第３の面
１２ 変位規制本体部
１２ａ 第１の面
１２ｂ 第２の面
１２ｃ 第３の面
１３ 緩衝部
１４ 梁
１５ テーパー構造
Ａ フェールセイフ機構付き免震構造
Ｇ 地盤
Ｓ１ 下部構造体
Ｓ２ 上部構造体

Claims (3)

1. 建物の上部構造体と下部構造体の間の免震層に免震装置を介設してなるフェールセイフ機構付き免震構造において、
   前記免震層に、前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対変位を規制するフェールセイフ機構を備え、
   前記フェールセイフ機構は、前記上部構造体に一体に設けられるとともに前記免震層内に配設された当接部と、
   前記下部構造体に一体に設けられるとともに前記免震層内に突設され、予め設定した前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対変位量を超える変位が発生した際に前記当接部が当たって該当接部及び前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対変位を規制する変位規制本体部と、
   前記当接部と前記変位規制本体部の間に設けられ、前記当接部と前記変位規制本体部が近づき予め設定した互いの間隔を下回るとともに前記当接部と前記変位規制本体部の間に挟まれて弾性変形し外力を吸収する緩衝部とを備えて構成されていることを特徴とするフェールセイフ機構付き免震構造。
2. 請求項１記載のフェールセイフ機構付き免震構造において、
   前記当接部及び前記変位規制本体部は、予め設定した前記下部構造体に対する前記上部構造体の相対変位量を超える変位が発生した際に互いに当たる面として、水平方向の互いに直交する方向を向く第１の面及び第２の面と、水平方向を向き、前記第１の面及び第２の面に交差する第３の面とを備えて形成されていることを特徴とするフェールセイフ機構付き免震構造。
3. 請求項１または請求項２に記載のフェールセイフ機構付き免震構造において、
   過大な変位が生じて前記免震装置による前記上部構造体の支持状態が解除された際に前記免震装置に代わって前記上部構造体を前記変位規制本体部で支持するように、前記フェールセイフ機構が構成されていることを特徴とするフェールセイフ機構付き免震構造。

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