JP2017115325A - 免震建物 - Google Patents

Abstract

【課題】大スパンの大屋根架構であっても、地震時に安定的に支持することができる免震建物を提供する。【解決手段】免震建物１は、下部構造物２に支持された下側積層ゴム支承７と、下側積層ゴム支承７上に載置された支持体８と、支持体８上において下部構造物２の幅方向の両側に載置されるとともに、上面が下方に向かって膨らむ第一仮想円弧Ｓ１に沿って配置された複数の上側積層ゴム支承９と、下面が複数の上側積層ゴム支承９の上面と対応して第一仮想円弧Ｓ１に沿って形成され、上側積層ゴム支承９の上面に支持された上部構造物３Ａと、を備えることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、免震建物に関するものである。

一般に、大空間を覆う大屋根の大梁は、支点を固定するか、または滑り支承で支持されている。例えば、トラス構造の屋根架構を、屋根支承部において下部構造に支持させる建物で、屋根支承部として、下部構造に支持されるベースプレートと、トラス構造を構成するトラス部材が集合する節点に配置された球継手と、を備えたものが提案されている（下記特許文献１参照）。この構造は、地震時に、屋根架構を滑動させ、滑り荷重以上の荷重は生じさせず、下部構造が負担する地震力を抑える構成とされている。

また、ゴム板と鋼板とを交互に重ねて接着した積層ゴムと、ダンパーとを併用した免震装置も知られている。この免震装置は、地震時の変位量を抑制することができる構成である。

特開２００１−１５２６９６号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の免震建物では、屋根架構を単に滑動させるだけであり、変位量が過大になってしまう可能性がある。
また、大スパンの建物に、積層ゴムと、ダンパーとを併用した免震装置を設置すると、積層ゴムの配置位置によっては、積層ゴムが大屋根の大梁に生じる応力を受け、積層ゴムに引張力が生じる場合がある。積層ゴムは、積層ゴム自体に圧縮力が作用する状態で、力学的特性が期待されているため、地震時に引張力が生じることは好ましくない。よって、大スパンの建物では、地震時に、引張力が生じた積層ゴムが大屋根を安定的に支持することができないという問題点がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大スパンの大屋根架構であっても、地震時に安定的に支持することができる免震建物を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る免震建物は、下部構造物と、下部構造物に支持された下側積層ゴム支承と、該下側積層ゴム支承上に載置された支持体と、該支持体上において前記下部構造物の幅方向の両側に載置されるとともに、上面が下方に向かって膨らむ第一仮想円弧に沿って配置された複数の上側積層ゴム支承と、下面が複数の前記上側積層ゴム支承の前記上面と対応して前記第一仮想円弧に沿って形成され、前記上側積層ゴム支承の上面に支持された上部構造物と、を備えることを特徴とする。

このように構成された免震建物では、複数の上側積層ゴム支承は、支持体上において下部構造物の幅方向の両側に載置されるとともに、上面が下方に向かって膨らむ第一仮想円弧に沿って配置されている。上部構造物の下面は、上側積層ゴム支承の上面と対応して第一仮想円弧に沿って形成され、上側積層ゴム支承の上面に支持されている。よって、地震時には、上側積層ゴム支承が第一仮想円弧に沿って変形し、上部構造物が第一仮想円弧に沿って回転移動するため、上部構造物の端部に作用する曲げモーメントが抑制され、上側積層ゴム支承に生じる引張力が緩和される。
また、水平力については、上側積層ゴム支承及び下側積層ゴム支承がそれぞれ、並進運動することで、免震性能を発揮することができる。したがって、地震時に、免震建物を安定的に支持することができる。

また、本発明に係る免震建物では、前記支持体は、上面が下方に向かって膨らみ、前記第一仮想円弧と略平行に、該第一仮想円弧の下方に位置する第二仮想円弧に沿って形成されていることが好ましい。

このように構成された免震建物では、支持体は、上面が下方に向かって膨らみ、第一仮想円弧と略平行に、第一仮想円弧の下方に位置する第二仮想円弧に沿って形成されている。つまり、支持体上に載置される上側積層ゴム支承の下面は、第一仮想円弧と略平行な第二仮想円弧に沿って形成されている。よって、上側積層ゴム支承の上面及び下面は、略平行に形成されているため、平板状に形成された鋼板と平板状に形成された鋼板とを交互に積層するだけの簡易な構成で上側積層ゴム支承を構成することができる。

また、本発明に係る免震建物は、複数の前記上側積層ゴム支承の上面は、複数の前記第一仮想円弧で構成される球面上に沿って配置されていてもよい。

このように構成された免震建物では、地震時には、上側積層ゴム支承が複数の前記第一仮想円弧で構成される球面に沿って変形するため、上部構造物の端部に作用する曲げモーメントが効果的に抑制され、上側積層ゴム支承に生じる引張力が効果的に緩和される。

また、本発明に係る免震建物は、前記下部構造物は、柱であり、前記上部構造物は、梁であってもよい。

このように構成された免震建物では、地震時には、柱が屋根を支持する梁を安定的に支持することができる。

本発明に係る免震建物によれば、大スパンの大屋根架構であっても、地震時に安定的に支持することができる。

本発明の一実施形態の免震建物の下部構造物の配置を模式的に示した平面図である。 本発明の一実施形態の免震建物の構成を模式的に示した立面図である。 図２のＡ部拡大図である。 本発明の一実施形態の免震建物の下部構造物と上部構造物との接合部分の分解斜視図である。 本発明の一実施形態の免震建物の上側積層ゴム支承の構成を示す正面図である。 従来の免震建物の地震時の鉛直方向の挙動を説明する図である。 従来の免震建物において、積層ゴム支承に引張力が発生する様子を示す図である。 本発明の一実施形態の免震建物において、発生する曲げモーメントを説明する図である。 本発明の一実施形態の免震建物において、下部構造物と上部構造物との接合部分の並進運動を示す図である。 本発明の一実施形態の変形例の免震建物の構成を模式的に示した要部の立面図である。

本発明の一実施形態に係る免震建物について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態の免震建物の下部構造物の配置を模式的に示した平面図である。
図１に示すように、免震建物１は、柱（下部構造物）２間のスパンが１００ｍ程度の大スパンの建物である。
便宜上、水平方向の一方向をＸ方向とし、Ｘ方向と直交する水平方向をＹ方向とする。

図２は、免震建物１の構成を模式的示し、Ｘ方向に沿った（Ｙ方向から見た）立面図である。
図１及び図２に示すように、柱２は、Ｘ方向に２列、Ｙ方向に２列、合計４箇所に設けられている。なお、柱２の配置位置、本数等は適宜設定可能である。

Ｘ方向に離間した柱２間には、大梁（上部構造物）３Ａが架設されている。本実施形態では、大梁３Ａは、鋼材等によりトラス構造で構成されている。この大梁３Ａが大屋根５を支持し、大屋根５の下方に大空間Ｔが形成されている。

大梁３Ａは、Ｘ方向に延びる上弦材３１と、上弦材３１の下方に配置されＸ方向に延びる下弦材３２と、上弦材３１と下弦材３２とを鉛直方向から傾いた斜め方向に連結する斜材３３と、上弦材３１と下弦材３２とを鉛直方向に連結する鉛直材３４と、を有している。

図３は、図２のＡ部拡大図である。図４は、免震建物１の柱２と大梁３Ａとの接合部分の分解斜視図である。
図３及び図４に示すように、大梁３Ａにおける柱２との接合部分には、曲がり部材４が設けられている。ここで、柱２の中心軸（柱２の平面視における中心（Ｘ方向の中心線とＹ方向の中心線の交点）を通る鉛直方向の軸）上の点Ｐ１を中心として、下方に膨らむ仮想円弧（第一仮想円弧）Ｓ１を形成する。複数の仮想円弧Ｓ１により、仮想球面Ｂ１を形成する。曲がり部材４の下面４Ｂは、この仮想球面Ｂ１上に配置されている。

本実施形態では、曲がり部材４は、例えば一対の鋼材４１が略直交に配置され、互いに溶接されて構成されている。各鋼材４１は、下面４Ｂが仮想球面Ｂ１に沿うように形成されている。

図１に示すように、Ｙ方向に離間した柱２間には、大梁３Ｂが架設されている。なお、大梁３Ｂ間にも、大梁３Ａのようなトラス構造の梁が架設されていてもよい。

図３及び図４に示すように、柱２と大梁３Ａとの間には、免震装置６が設置されている。免震装置６は、柱２の上面２Ｔに設置される複数の下側積層ゴム支承７及びダンパー（不図示。以下同じ。）と、下側積層ゴム支承７の上面に設置される支持部材（支持体）８と、支持部材８の上面８Ｔに設置される複数の上側積層ゴム支承９及びダンパー（不図示。以下同じ。）と、を有している。

各下側積層ゴム支承７は、柱２の上面２Ｔに固定される下部支承板７１と、支持部材８の下面８Ｂに固定される上部支承板７２、下部支承板７１と上部支承板７２との間に介装された積層ゴム７３と、を有している。下部支承板７１及び上部支承板７２は、平板状に形成されている。積層ゴム７３は、平板状の鋼板（不図示）と平板状のゴム（不図示）とが交互に積層されたものである。

ここで、柱２の中心軸上の点Ｐ２を中心として、下方に膨らむ仮想円弧（第二仮想円弧）Ｓ２を形成する。複数の仮想円弧Ｓ２により、仮想球面Ｂ２を形成する。支持部材８の上面８Ｔは、この仮想球面Ｂ２上に配置されている。

本実施形態では、支持部材８は、例えば一対の鋼材８１が略直交に配置され、互いに溶接されて構成されている。各鋼材８１は、上面８Ｔが仮想球面Ｂ２に沿うように形成されている。

各上側積層ゴム支承９は、支持部材８の上面８Ｔに固定される下部支承板９１と、大梁３Ａの曲がり部材４の下面４Ｂに固定される上部支承板９２と、下部支承板９１と上部支承板９２との間に介装された積層ゴム９３と、を有している。

図５は、免震建物１の上側積層ゴム支承９の構成を示す正面図である。
図５に示すように、下部支承板９１の下面９１Ｂは、支持部材８の上面８Ｔ（仮想球面Ｂ２）に沿って下方に膨らむ球面状に形成されている。上部支承板９２の上面９２Ｔは、大梁３Ａの曲がり部材４の下面４Ｂ（仮想球面Ｂ１）に沿って下方に凹む球面状に形成されている。積層ゴム９３は、平板状の鋼板（不図示）と平板状のゴム（不図示）とが交互に積層されたものである。

次に、上記の免震建物１の地震時の挙動について説明する。
まず、本発明のように積層ゴムが上下に分かれて２層に配置されていない、従来の構成、つまり柱２Ｘと大梁３Ｘとの間に一層の積層ゴム支承が配置された場合の挙動について説明する。

図６は、従来の免震建物１の地震時の鉛直方向の挙動を説明する図である。
図６に示すように、地震時には、屋根の自重または上下地震動による屋根面の応答により、大梁３Ｘの端部３Ｙには大きな曲げモーメントが作用する。

図７は、従来の免震建物において、積層ゴム支承６Ｘに引張力が発生する様子を示す図である。
図７に示すように、大梁３Ｘの端部３Ｙに作用する曲げモーメントを負担するために、積層ゴム支承６Ｘには鉛直力が生じ、一端部６Ｙ側には引張力が作用する。

図８は、上記に示す免震建物１において、作用する曲げモーメントを説明する図である。図９は、上記に示す免震建物１において、柱２と大梁３Ａとの接合部分の並進運動を示す図である。
図８に示すように、上側積層ゴム支承９が仮想球面Ｂ１に沿って変形するため、免震建物１では大梁３Ａの端部３Ｚに作用する曲げモーメントは抑えられるとともに、上側積層ゴム支承９に生じる引張力が緩和される。一方、地震時の水平動については、図９に示すように並進運動が可能であり、免震性能を発揮することができる。

このように構成された免震建物１では、複数の上側積層ゴム支承９は、支持部材８上において柱２のＸ方向及びＹ方向（幅方向）の両側に載置されるとともに、上面９２Ｔが下方に向かって膨らむ仮想球面Ｂ１に沿って配置されている。大梁３Ａの下面４Ｂは、上側積層ゴム支承９の上面９２Ｔと対応して仮想球面Ｂ１に沿って形成され、上側積層ゴム支承９の上面９２Ｔに支持されている。よって、地震時には、上側積層ゴム支承９が仮想球面Ｂ１に沿って変形し、大梁３Ａが仮想球面Ｂ１に沿って回転移動するため、大梁３Ａの端部３Ｚに作用する曲げモーメントが抑制され、上側積層ゴム支承９に生じる引張力が緩和される。したがって、柱２が大屋根５を支持する大梁３Ａを安定的に支持することができる。
また、水平力については、上側積層ゴム支承９及び下側積層ゴム支承７がそれぞれ、並進運動することで、免震性能を発揮することができる。したがって、地震時に、免震建物１を安定的に支持することができる。

また、支持部材８は、上面８Ｔが下方に向かって膨らみ、仮想球面Ｂ１と略平行に、仮想球面Ｂ１の下方に位置する仮想球面Ｂ２に沿って形成されている。つまり、支持部材８上に載置される上側積層ゴム支承９の下面９１Ｂは、仮想球面Ｂ１と略平行な仮想球面Ｂ２に沿って形成されている。よって、上側積層ゴム支承９の上面９２Ｔ及び下面９１Ｂは、略平行に形成されているため、平板状に形成された鋼板と平板状に形成された鋼板とを交互に積層するだけの簡易な構成で上側積層ゴム支承９を構成することができる。

（変形例）
次に、本発明の変形例について、主に図１０を用いて説明する。
以下の変形例において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図１０は、本発明の一実施形態の変形例の免震建物の構成を模式的に示した要部の立面図である。
図１０に示すように、免震建物１Ａでは、柱２の上部には、柱側曲がり部材１０が設けられている。柱２の中心軸上の点を中心として、上方に膨らむ仮想円弧Ｓ３を形成する。複数の仮想円弧Ｓ３により、仮想球面Ｂ３を形成する。下側積層ゴム支承７Ａの下面７Ｃは、柱側曲がり部材１０の上面に沿って上方に凹む球面状に形成されている。支持部材８Ａの下面８Ｃは、上方に膨らむ球面状に形成されている。下側積層ゴム支承７Ａの上面は、支持部材８Ａの下面８Ｃに沿って上方に膨らむ球面状に形成されている。積層ゴム７３は、平板状の鋼板と平板状のゴムとが交互に積層されたものである。

大きな地震や、大断面のメガ柱であって柱２間のスパンが大きい場合、またはメガ柱の頂部の回転量が大きい場合には、免震装置６Ａには大きな回転量が求められる。この場合、免震建物１Ａでは、上側積層ゴム支承９及び下側積層ゴム支承７Ａがそれぞれ変形するため、大梁３Ａの端部３Ｚに作用する曲げモーメントがさらに抑制され、上側積層ゴム支承９に生じる引張力がより緩和される。

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記に示す実施形態では、上側積層ゴム支承９の下面９１Ｂが仮想球面Ｂ２上に配置されているが、本発明はこれに限られない。Ｘ方向に沿う断面が同一の円弧状をなす半月状に沿って、上側積層ゴム支承の下面が配置されていてもよい。

１…免震建物
２…柱（下部構造物）
３Ａ…大梁（上部構造物）
４…曲がり部材
５…大屋根
６…免震装置
７…下側積層ゴム支承
８…支持部材（支持体）
９…上側積層ゴム支承
Ｓ１…仮想円弧（第一仮想円弧）
Ｓ２…仮想円弧（第二仮想円弧）
Ｂ１…仮想球面（球面）

Claims (4)

1. 下部構造物と、
   下部構造物に支持された下側積層ゴム支承と、
   該下側積層ゴム支承上に載置された支持体と、
   該支持体上において前記下部構造物の幅方向の両側に載置されるとともに、上面が下方に向かって膨らむ第一仮想円弧に沿って配置された複数の上側積層ゴム支承と、
   下面が複数の前記上側積層ゴム支承の前記上面と対応して前記第一仮想円弧に沿って形成され、前記上側積層ゴム支承の上面に支持された上部構造物と、を備えることを特徴とする免震建物。
2. 前記支持体は、上面が下方に向かって膨らみ、前記第一仮想円弧と略平行に、該第一仮想円弧の下方に位置する第二仮想円弧に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の免震建物。
3. 複数の前記上側積層ゴム支承の上面は、複数の前記第一仮想円弧で構成される球面上に沿って配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の免震建物。
4. 前記下部構造物は、柱であり、
   前記上部構造物は、屋根を支持する梁であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の免震建物。

Images