JP2015194077A - 免震装置の交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地震に対する安全性の向上を図るとともに、作業効率の向上及びコストの低減を図る。
【解決手段】上部構造体と下部構造体との間に設けられた複数の免震装置を、旧免震装置から新免震装置に交換する免震装置の交換方法であって、上部構造体をジャッキアップするジャッキアップ工程と、上部構造体又は下部構造体の一方と、各々の旧免震装置との間に形成された隙間にそれぞれ隙間材を設置し、上部構造体の荷重を旧免震装置に伝達させる隙間材設置工程と、旧免震装置を、順次、新免震装置と交換する交換工程と、全ての交換が完了した後、隙間材を全て撤去し、上部構造体をジャッキダウンして、上部構造体の荷重を全ての新免震装置に伝達させるジャッキダウン工程と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、免震装置の交換方法に関する。

上部構造体と下部構造体の間に設けられる免震装置に経年劣化や損傷などの不具合が生じた場合、免震装置を交換することが必要になる。免震装置を交換する際には、ジャッキなどで上部構造体を上昇（ジャッキアップ）させて、上部構造体又は下部構造体の一方と、免震装置との間に隙間を設けておく必要があるが、このような隙間を設けると、地震が発生した際に、地震力を伝達することができなくなる。そこで、この対策として、例えば、上部構造体と下部構造体との間に、上部構造体を一時的に仮受けする仮設部材（例えば特許文献１参照）を設置しておき、免震装置を設置（交換）した後、仮設部材から免震装置に荷重を移行させている。

特開２００２−１５５６４１号公報

しかしながら、上述の方法では、免震装置により地震力の影響を低減することを前提に設計されている躯体に過大な地震力が作用し、上部構造体を損傷する恐れがあった。また、仮設部材として大きな水平力（上部構造体の荷重の２〜３割）を負担できる大掛かりなものを設置する必要があるため、作業効率が悪化し、また、コストが増大するという問題があった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その主な目的は、地震に対する安全性の向上を図るとともに、作作業効率の向上及びコストの低減を図ることにある。

かかる目的を達成するために本発明の免震装置の交換方法は、前記上部構造体をジャッキアップするジャッキアップ工程と、前記上部構造体又は前記下部構造体の一方と、各々の前記旧免震装置との間に形成された隙間にそれぞれ隙間材を設置し、前記上部構造体の荷重を前記旧免震装置に伝達させる隙間材設置工程と、前記旧免震装置を、順次、前記新免震装置と交換する交換工程と、
全ての交換が完了した後、前記隙間材を全て撤去し、前記上部構造体をジャッキダウンして、前記上部構造体の荷重を全ての前記新免震装置に伝達させるジャッキダウン工程と、を有することを特徴とする。
このような免震装置の交換方法によれば、免震装置の交換作業中においても免震装置の免震機能を発揮させることができ、地震に対する安全性の向上を図ることができる。また、大掛かりな仮設部材を設けることなく、免震装置を容易に交換することができ、作業効率の向上及びコストの低減を図ることができる。

かかる免震装置の交換方法であって、前記隙間材設置工程では、前記隙間材を設置後に前記上部構造体をジャッキダウンすることによって、前記上部構造体の荷重を前記旧免震装置に負担させることが望ましい。
このような免震装置の交換方法によれば、旧免震装置に負担させる荷重を調整することができる。

かかる免震装置の交換方法であって、前記隙間材設置工程において、前記旧免震装置は、前記上部構造体の全部又は一部の荷重を負担し、前記上部構造体の荷重の鉛直成分をＰｖ、想定される地震の水平震度をＫ、前記隙間材の摩擦係数をμ、としたとき、前記旧免震装置が負担する荷重の鉛直成分ｐは、ｐ≧（Ｋ／μ）×Ｐｖを満たすことが望ましい。
このような免震装置の交換方法によれば、隙間材と旧免震装置との間で水平方向の滑りが発生しないようにでき、隙間材の摩擦力で上部構造体の地震力を旧免震装置に伝達することができる。これにより新免震装置および旧免震装置の機能を発揮させることができる。

かかる免震装置の交換方法であって、前記隙間材は、パック材の内部にグラウトを注入したものであってもよい。また、前記隙間材は、ライナープレートであってもよい。
このような免震装置の交換方法によれば、設置、撤去が容易に行え、また、コストを低減できる。

かかる免震装置の交換方法であって、前記交換工程において、前記免震装置を交換する際に前記隙間材も交換することが望ましい。
このような免震装置の交換方法によれば、免震装置間で高さやひずみにばらつきがある場合でも対応することができる。

かかる免震装置の交換方法であって、前記ジャッキアップ及び前記ジャッキダウンに使用するジャッキは、水平方向に滑動可能に設置されていることが望ましい。
このような免震装置の交換方法によれば、地震が発生した時に、免震性能を大きく低下させることなく交換することができる。

本発明によれば、地震に対する安全性の向上を図るとともに、作作業効率の向上及びコストの低減を図ることができる。

図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係る免震装置１０の説明図である。図１Ａは通常時、図１Ｂは交換時の状態を示している。 図２Ａ〜２Ｅは、比較例における免震装置の交換方法の説明図である。 図３Ａ〜３Ｅは、本実施形態における免震装置の交換方法の説明図である。

＝＝＝実施形態＝＝＝
＜免震装置について＞
図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態に係る免震装置１０の説明図である。図１Ａは通常時、図１Ｂは交換時の状態を示している。

免震装置１０は、免震対象物としての上部構造体１（例えば建物）と、その下方の下部構造体３（例えば基礎）との間に設けられている。上部構造体１と下部構造体３との間には、このような免震装置１０が複数配置されており、複数の免震装置１０は、各位置において、上部構造体１の重量（荷重）を分担支持している。

免震装置１０は、積層ゴムタイプのものであり、積層体１２（例えば、円形のゴム層１２ａと鋼板１２ｂとを上下に交互に積層してなる円柱状の弾性体）を、上下一対のフランジ板（上フランジ板１１、下フランジ板１３）で挟んで構成されている。また、下フランジ板１３は、不図示のボルトなどにより下部構造体３に固定され、上フランジ板１１は、不図示のボルトなどにより上部構造体１に固定されている。そして、免震装置１０は、上部構造体１と下部構造体３との相対変位による水平力に応じて積層体１２が水平方向に剪断変形（上フランジ板１１と下フランジ板１３とが水平方向に相対変位）することにより、上部構造体１の水平振動を長周期化する。

ところで、このような免震装置１０に、例えば、経年劣化や損傷などの不具合が発生すると、免震装置１０を既存のものから新たなものに交換する必要が生じる。以下の説明では、既存の免震装置１０のことを旧免震装置１０Ａともいい、新たな免震装置１０のことを新免震装置１０Ｂともいう。

免震装置１０を交換する際には、図１Ｂに示すように、上部構造体１をジャッキ等により上昇（ジャッキアップ）させて、上部構造体１と免震装置１０との間に交換のために必要な隙間Ｇを設けておく必要がある。しかしながら、免震装置１０と上部構造体１との間に隙間Ｇを設けると、地震による上部構造体１の水平力を下部構造体３に伝達できなくなる。つまり、免震の機能が発揮されなくなり、地震が発生したときの安全性に問題がある。このため、免震装置１０の交換作業中の地震対策が必要になる。

＜免震装置の交換方法について＞
（比較例）
本実施形態について説明する前に、まず比較例について説明する。

図２Ａ〜２Ｅは、比較例における免震装置の交換方法の説明図である。

図２Ａに示すように、上部構造体１と下部構造体３との間には複数（図では３つ）の旧免震装置１０Ａが配置されている。まず、これらの各旧免震装置１０Ａの横に、上部構造体１支持用の仮設ジャッキ２０を設置する。

次に、図２Ｂに示すように、仮設ジャッキ２０で上部構造体１をジャッキアップして、上部構造体１と、旧免震装置１０Ａの上部との間に免震装置交換のために必要な隙間を設ける（ジャッキアップ工程に相当）。このジャッキアップにより、上部構造体１の荷重の負担が旧免震装置１０Ａから仮設ジャッキ２０に移行することになる。

そして、図２Ｃに示すように、免震装置交換作業中の地震対策として、上部構造体１の水平力を下部構造体３に伝達するための仮設部材１００を設置する。この例では、仮設部材１００として、図のように上部構造体１と下部構造体３とを斜めに連結する筋交い（ブレース）を設けている。

その後、図２Ｄに示すように、旧免震装置１０Ａを、順次、新免震装置１０Ｂと交換する。図では右側から順に交換を行っている。すなわち、図２Ｄの右側は新免震装置１０Ｂが配置された状態（交換済みの状態）を示しており、真ん中は、旧免震装置１０Ａを取り外した状態（交換中の状態）を示し、左側は旧免震装置１０Ａが配置された状態（交換前の状態）を示している。

全ての免震装置１０の交換（旧免震装置１０Ａから新免震装置１０Ｂへの交換）が終わると、図２Ｅに示すように、仮設部材１００を撤去する。そして、仮設ジャッキ２０により上部構造体１を下降（ジャッキダウン）させて、上部構造体１の荷重を仮設ジャッキ２０から新免震装置１０Ｂに移行する。最後に、仮設ジャッキ２０を撤去する。

この比較例の場合、上部構造体１の荷重の２〜３割の大きな水平力を負担できる大掛かりな仮設部材１００を設置することが必要となり、作業効率が悪化し、また、コストが増大するばかりでなく、躯体強度を上回る地震力が作用するおそれがある。

そこで、以下に示す本実施形態では、地震に対する安全性の向上を図るとともに、より簡易に免震装置１０を交換できるようにし、作業効率の向上及びコストの低減を図っている。

（本実施形態）
図３Ａ〜３Ｅは、本実施形態における免震装置の交換方法の説明図である。

図３Ａ、図３Ｂは、それぞれ図２Ａ、図２Ｂと同じであるので説明を省略する。すなわち、仮設ジャッキ２０で上部構造体１をジャッキアップした状態（上部構造体１と、旧免震装置１０Ａの上部との間に隙間が形成された状態）から説明を行う。なお、図示していないが、仮設ジャッキ２０と下部構造体３との間には、摩擦係数の小さい（例えばステンレス製の）薄板が配置されており、仮設ジャッキ２０は、水平力を負担しない（水平方向に滑動可能な状態である）。

本実施形態では、ジャッキアップ後、図３Ｃに示すように、上部構造体１と、各々の旧免震装置１０Ａの上部との間に形成された隙間に、それぞれ、グラウトパック３０（隙間材、及び、パック材に相当）を設置する（隙間材設置工程に相当）。なお、後述するように、本実施形態では免震装置１０の交換に伴い、グラウトパック３０も交換する。以下の説明では、最初に設けるグラウトパック３０（旧免震装置１０Ａの上部に設置するグラウトパック３０）のことを第１グラウトパック３０Ａともいい、次に設けるグラウトパック３０（新免震装置１０Ｂの上部に設置するグラウトパック３０）のことを第２グラウトパック３０Ｂともいう。図３Ｃでは、上部構造体１と旧免震装置１０Ａとの間に第１グラウトパック３０Ａが設置されている。

グラウトパック３０（第１グラウトパック３０Ａ及び第２グラウトパック３０Ｂ）は、ビニール製の袋状（パック状）の部材であり、空の状態で設置した後、不図示の注入口から内部にグラウトを注入（充填）する。これによりパックが膨らんで隙間を塞ぐ。なお、グラウトとは、空洞、空隙、隙間などを埋めるために注入する流動性を有する材料のことである。本実施形態ではグラウトとして、セメントペースト（セメントと水の混合物）を用いている。比較例で設置していた仮設部材１００に対して、グラウトパック３０は、設置、撤去が容易に行えるため作業効率を向上できる。また、コストが安価でありコストを低減できる。

第１グラウトパック３０Ａに注入したグラウトが固まると、仮設ジャッキ２０により上部構造体１をジャッキダウンして、上部構造体１の荷重の全部又は一部を仮設ジャッキ２０から旧免震装置１０Ａに移行させる。つまり、第１グラウトパック３０Ａを介して、上部構造体１の荷重（全部又は一部）を旧免震装置１０に負担させる。なお、仮設ジャッキ２０から旧免震装置１０Ａに移行する荷重は、ジャッキダウンの量によって決まる。

ここで、柱軸力（上部構造体１の荷重）の鉛直成分をＰｖ、想定される地震の水平震度をＫ、グラウトパック３０の摩擦係数をμ、仮設ジャッキ２０から免震装置１０（ここでは旧免震装置１０Ａ）に移行する荷重の鉛直成分をｐとすると、少なくとも、摩擦力（μ×ｐ）が水平力（Ｋ×Ｐｖ）以上であれば地震発生時に水平方向の滑りが発生しないので、
ｐ≧（Ｋ／μ）×Ｐｖ ・・・・（１）
を満たせばよい。これにより、第１グラウトパック３０Ａの摩擦力で旧免震装置１０Ａに地震力を伝達することができ、旧免震装置１０Ａの免震機能を発揮させるようにすることができる。このとき仮設ジャッキ２０が負担する軸力をｑとすると、
ｑ＝Ｐｖ−ｐ ・・・・（２）
となる。

例えば、Ｐｖ＝３０００（ｋＮ）、Ｋ＝０．１、μ＝０．３の場合、式（１）より、ｐ≧（０．１／０．３）×３０００＝１０００（ｋＮ）であればよい。ここで、例えばｐ＝２０００ｋＮとしたとき、仮設ジャッキ２０が負担する軸力ｑは式（２）よりｑ＝３０００−２０００＝１０００（ｋＮ）となる。

なお、製造誤差などにより、複数の免震装置１０（旧免震装置１０Ａ、新免震装置１０Ｂを含む）間において、高さやひずみ量（荷重を負担したときの変形量）にばらつきがあることがある。このため、上部構造体１の荷重を移行させる際には、免震装置１０設置部分の高さ（具体的には上部構造体１と下部構造体３間の距離）を測定し、周囲の高さと比較して、仮設ジャッキ２０によって高さを調整しつつ行うことが望ましい。ここで、仮に上部構造体１の全ての荷重Ｐｖを、免震装置１０に負担させるように（すなわち仮設ジャッキ２０の軸力ｑをゼロに）すると、仮設ジャッキ２０による高さの調整が行えなくなるおそれがある。よって、荷重Ｐｖを全て移行させるよりも、荷重Ｐｖの一部（式（１）を満たす荷重ｐ）を移行させる方が望ましい。これにより、高さの調整がしやすくなる。

次に、図３Ｄに示すように、旧免震装置１０Ａを、順次、新免震装置１０Ｂと交換する（交換工程に相当）。同時に、第１グラウトパック３０Ａを第２グラウトパック３０Ｂに交換する。ここでも、比較例と同様に右側から順に交換を行っている。すなわち、図３Ｄの右側は新免震装置１０Ｂと第２グラウトパック３０Ｂが配置された状態（交換済みの状態）を示しており、真ん中は、旧免震装置１０Ａと第１グラウトパック３０Ａを取り外した状態（交換中の状態）を示しており、左側は旧免震装置１０Ａと第１グラウトパック３０Ａが配置された状態（交換前の状態）を示している。

免震装置１０の交換手順としては、まず、交換する旧免震装置１０Ａの横の仮設ジャッキ２０で上部構造体１を少しジャッキアップして、第１グラウトパック３０Ａに荷重がかからない状態にし、第１グラウトパック３０Ａを引き抜き、その後、旧免震装置１０Ａを取り外す。次に、新免震装置１０Ｂを設置し、さらに、上部構造体１と新免震装置１０Ｂの上部との隙間に、第２グラウトパック３０Ｂを配置して、第２グラウトパック３０Ｂの内部にグラウトを注入する。そして、上部構造体１を元の位置になるようにジャッキダウンする。このように、本実施形態では、新免震装置１０Ｂと交換した後も、順次、グラウトパック３０（第２グラウトパック３０Ｂ）を配置し、新免震装置１０Ｂに上部構造体１の荷重を負担させるようにしている。これにより、地震時に必要な免震性能を確保することができる。また、本実施形態では、免震装置１０を交換する際にグラウトパック３０も交換している。これにより、旧免震装置１０Ａと新免震装置１０Ｂの高さが異なる場合や、新免震装置１０Ｂの高さにばらつきがある場合などにおいても対応することができる。ただし、これには限られず、取り外したグラウトパック３０（第１グラウトパック３０Ａ）がそのまま使えれば、再度使用するようにしてもよい。

全ての免震装置１０の交換が終了すると、図３Ｅに示すように、各々の新免震装置１０Ｂの上部に設置したグラウトパック３０（第２グラウトパック３０Ｂ）を全て撤去する。これにより、図３Ｂのときと同様に、仮設ジャッキ２０が上部構造体１の荷重を負担するようになる。

そして、仮設ジャッキ２０により上部構造体１をジャッキダウンして、仮設ジャッキ２０から新免震装置１０Ｂに上部構造体１の荷重を移行する（ジャッキダウン工程に相当）。こうして、上部構造体１の荷重を全ての新免震装置１０Ｂに負担させる。最後に仮設ジャッキ２０を撤去する。

以上説明したように、本実施形態では、ジャッキアップによって、上部構造体１と、各々の旧免震装置１０Ａの上部との間に形成された隙間にそれぞれグラウトパック３０（第１グラウトパック３０Ａ）を設置し、上部構造体１の荷重を旧免震装置１０Ａに伝達させている。そして、旧免震装置１０Ａを、順次、新免震装置１０Ｂと交換し、全ての交換が完了した後、各々の新免震装置１０Ｂの上部に設置したグラウトパック３０（第２グラウトパック３０Ｂ）を全て撤去し、上部構造体１をジャッキダウンして、上部構造体１の荷重を全ての新免震装置１０Ｂに伝達させている。このように、本実施形態では、比較例のような大掛かりな仮設部材１００を設ける必要が無く、また、グラウトパック３０の設置、撤去は容易に行えるため、比較例よりも作業効率を向上できる。また、仮設部材１００のコストに対して、グラウトパック３０やグラウドのコストは安価であるので、比較例よりもコストを低減できる。よって、本実施形態では、比較例よりも作業効率の向上及びコストの低減を図ることができる。

また、比較例では、交換作業が終了するまで上部構造体１と免震装置１０（旧免震装置１０Ａ、新免震装置１０Ｂ）との間に隙間があり、免震装置１０の免震機能を発揮させることができない。免震建物は免震機能を考慮して設計されているため、図２Ｃ、図２Ｄのように上部構造体１と下部構造体３を完全に固定してしまうと、上部構造体１の強度を上回る地震力が作用するおそれがある。また、仮設ジャッキ２０と下部構造体３との間に、摩擦係数の小さい薄板を配置することにより長周期化はできるが、復元力および減衰力が得られないので、例えば、免震基礎の場合、建物が擁壁などに衝突するおそれがある。この場合、例えば、減衰装置（ダンパーなど）や復元装置（バネなど）を別途設置するなどの対策が必要になり、さらに工程やコストが増大する。

これに対し、本実施形態では、グラウトパック３０の摩擦力で免震装置１０に地震力を伝達することができ、免震装置１０の交換作業中においても、免震装置１０の免震機能を発揮させることができる。よって比較例よりも安全性を高めることができる。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

前述の実施形態では、上部構造体１と免震装置１０（旧免震装置１０Ａ、新免震装置１０Ｂ）との間の隙間にグラウトパック３０を設置することにより上部構造体１の荷重を免震装置１０に負担させるようにしていたが、これには限らない。例えば、上部構造体１と免震装置１０との間の隙間に、レベル調整用のライナープレート（鋼板）や薄型ジャッキなどを挿入してもよい。こうして、上部構造体１の荷重の負担を仮設ジャッキ２０から免震装置１０に移行させてもよい。この場合も、摩擦力によって上部構造体１の水平力を免震装置１０に伝達させることができ、免震装置１０の免震機能を発揮させることができる。

また、前述の実施形態では、ジャッキアップによって上部構造体１と免震装置２０との間に隙間を設けていたが、免震装置２０と下部構造体３との間に隙間を設けてもよい。そして、その隙間にグラウトパック３０を設置することにより、上部構造体１の荷重を免震装置２０に伝達させてもよい。この場合の免震装置２０の交換方法も前述の実施形態と同様であるので、説明は省略する。

１ 上部構造体
３ 下部構造体
１０ 免震装置
１０Ａ 旧免震装置
１０Ｂ 新免震装置
１１ 上フランジ板
１２ 積層体
１２ａ ゴム層
１２ｂ 鋼板
１３ 下フランジ板
２０ 仮設ジャッキ
３０ グラウトパック
３０Ａ 第１グラウトパック
３０Ｂ 第２グラウトパック
１００ 仮設部材

Claims (7)

1. 上部構造体と下部構造体との間に設けられた複数の免震装置を、旧免震装置から新免震装置に交換する免震装置の交換方法であって、
   前記上部構造体をジャッキアップするジャッキアップ工程と、
   前記上部構造体又は前記下部構造体の一方と、各々の前記旧免震装置との間に形成された隙間にそれぞれ隙間材を設置し、前記上部構造体の荷重を前記旧免震装置に伝達させる隙間材設置工程と、
   前記旧免震装置を、順次、前記新免震装置と交換する交換工程と、
   全ての交換が完了した後、前記隙間材を全て撤去し、前記上部構造体をジャッキダウンして、前記上部構造体の荷重を全ての前記新免震装置に伝達させるジャッキダウン工程と、
   を有することを特徴とする免震装置の交換方法。
2. 請求項１に記載の免震装置の交換方法であって、
   前記隙間材設置工程では、前記隙間材を設置後に前記上部構造体をジャッキダウンすることによって、前記上部構造体の荷重を前記旧免震装置に負担させる
   ことを特徴とする免震装置の交換方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の免震装置の交換方法であって、
   前記隙間材設置工程において、前記旧免震装置は、前記上部構造体の全部又は一部の荷重を負担し、
   前記上部構造体の荷重の鉛直成分をＰｖ、想定される地震の水平震度をＫ、前記隙間材の摩擦係数をμ、としたとき、前記旧免震装置が負担する荷重の鉛直成分ｐは、
   ｐ≧（Ｋ／μ）×Ｐｖ
   を満たすことを特徴とする免震装置の交換方法。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の免震装置の交換方法であって、
   前記隙間材は、パック材の内部にグラウトを注入したものである、
   ことを特徴とする免震装置の交換方法。
5. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載の免震装置の交換方法であって、
   前記隙間材は、ライナープレートである、
   ことを特徴とする免震装置の交換方法。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の免震装置の交換方法であって、
   前記交換工程において、前記免震装置を交換する際に前記隙間材も交換する、
   ことを特徴とする免震装置の交換方法。
7. 請求項１乃請求項６の何れかに記載の免震装置の交換方法であって、
   前記ジャッキアップ及び前記ジャッキダウンに使用するジャッキは、水平方向に滑動可能に設置されている、
   ことを特徴とする免震装置の交換方法。

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