JP2018062823A - 免震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】地震後の免震装置の復元が容易な免震構造を提供する。【解決手段】免震構造１０は、構造物２０と、構造物２０を免震支持する複数の免震装置３０と、複数の免震装置３０が固定された支持版４０と、支持版４０が載置され、免震装置３０の変形が所定値以上になると支持版４０が滑る基礎部５０と、を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、免震構造に関する。

下記特許文献１には、上部構造に固定され、積層ゴムを供えた弾性すべり支承が、下部構造に固定されたすべり板の上を滑ることで免震効果を発揮する免震装置が開示されている。

特開平１１−２１０８２３号公報

上記特許文献１に示された免震装置は、地震が発生すると個々の弾性すべり支承がすべり板の上を滑動するが、地震後に上部構造（構造物）と下部構造（支持版）との位置関係が元の状態となるように免震装置を復元することが困難である。

本発明は上記事実を考慮して、地震後の免震装置の復元が容易な免震構造を提供することを目的とする。

請求項１の免震構造は、構造物と、前記構造物を免震支持する複数の免震装置と、前記複数の免震装置が固定された支持版と、前記支持版が載置され、前記免震装置の変形が所定値以上になると前記支持版が滑る基礎部と、を有する。

請求項１の免震構造によると、地震により免震装置の変形が所定値以上となると、免震装置が固定された支持版が基礎部の上を滑るので、免震装置の損傷を抑制できる。また、滑り始めた後は、支持版と基礎部との摩擦力により、地震エネルギーを消費できる。

免震装置は支持版に固定されており、構造物、免震装置、及び支持版が一体に滑る。したがって、滑り材を設けた個々の免震装置が支持版の上を滑る構成と比較すると、構造物と支持版とが相対的に変位し難く、免震構造の復元が容易である。また、構造物と支持版の間に配置された配管の損傷も抑制できる。

さらに、滑りスペースは支持版の周囲に確保すれば良いので、免震装置に滑り材を設け、個々の免震装置ごとに滑りスペースを確保する構成と比較すると、滑りスペースを確保しやすく、免震装置の配置も密にできる。

請求項２の免震構造は、前記支持版と前記基礎部との間には所定の水平力を受けて破断する滑動抑制部材が設けられている。

請求項２の免震構造によると、滑動抑制部材の破断強度を変えることで、支持版が滑り出すタイミングを調整できる。

請求項３の免震構造は、前記構造物は原子力関連施設とされている。

原子力関連施設は建物全体の重量が大きいため、免震装置は多くの数量が必要とされ、配置されるピッチも細かくなる。このため、個々の免震装置に滑り材を設ける場合、滑り面積を十分に確保できない虞がある。

請求項３の免震構造においては、免震装置が支持版に固定され、支持版が基礎部の上を滑動するので、免震装置個々に滑り材と滑りスペースを確保する必要がなく、原子力関連施設周辺に支持版の滑りスペースを確保すればよい。

また、免震装置の変形が所定値以上となると、免震装置が固定された支持版が基礎部の上を滑るので、免震装置の損傷が抑制される。これにより、免震装置は大地震時においても建物の重量を支持した状態を保持できる。このため、建物の健全性を維持しやすい。

本発明に係る免震構造によると、地震後の免震装置の復元が容易である。

本発明の実施形態に係る免震構造を示した立断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る免震構造において、基礎部と支持版の接触面を鋼板で形成した変形例を示す部分拡大立断面図であり、（Ｂ）は基礎部と支持版との間に滑り材を挟んだ変形例を示す部分拡大立断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る免震構造において、地震時に免震装置の積層体が変形している状態を示す立断面図であり、（Ｂ）はシアストッパーが破断して支持版が基礎部の上を滑動している状態を示し、（Ｃ）は地震後の状態を示している。 本発明の実施形態に係る免震構造を地震後に復元する方法を示す立断面図である。 本発明の実施形態に係る免震構造において支持版を複数設けた変形例を示す立断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る免震構造においてシアストッパーをコンクリートで形成した変形例を示す立断面図であり、（Ｂ）はコンクリート製のシアストッパーを円錐の一部の形状とした変形例を示す部分拡大立断面図であり、（Ｃ）はシアストッパーにスリットを形成した変形例を示す斜視図である。

（免震構造）
図１に示すように、本実施形態に係る免震構造１０は、構造物２０と、構造物を免震支持する複数の免震装置３０と、免震装置が固定された支持版４０と、支持版４０が載置される基礎部５０と、を備えている。

さらに、支持版４０と基礎部５０との間には、支持版４０が基礎部５０の上部を滑動することを抑制する滑動抑制部材としてのシアストッパー６０が設けられている。

（構造物）
構造物２０は原子力関連施設とされ、同規模の他用途建物と比較して総重量が大きく、またその重要性から想定する地震力も大きい。このため、構造物２０を支持する免震装置３０は、同規模の他用途建物と比較して多くの数量が設置されている。

（免震装置）
免震装置３０は、構造物２０に固定された上フランジ３２と、支持版４０に固定された下フランジ３４と、上下端が上フランジ３２及び下フランジに固定された積層体３６と、を備えている。積層体３６は、ゴムと鋼板とが交互に積層、接着されて構成されており、上下（鉛直）方向の力に対しては変形しにくく、横（水平）方向の力に対しては変形しやすい。このため、地震時に構造物２０へ水平力が入力された際には、積層体３６が変形して振動エネルギーを吸収することができる。

（支持版、基礎部）
支持版４０は、基礎部５０の上部に打設された鉄筋コンクリート製の床版であり、免震装置３０を介して構造物２０を支持している。支持版４０の上部には免震装置３０の全数が固定されている他、図示しない構造物２０の設備配管が敷設されている。

基礎部５０は鉄筋コンクリート製とされ、地盤Ｇを掘削して形成した地下空間の底（根切り底）に形成されている。基礎部５０の外周部には擁壁５４が立設されて、地盤Ｇからの土圧または地下水からの水圧に抵抗する地下ピットが形成されている。なお、基礎部５０は必ずしも地下空間に形成されている必要はなく、地盤Ｇを掘削しない地表面に形成することもできる。またこの場合、擁壁５４は設けなくてもよい。

支持版４０を構成するコンクリートは、基礎部５０を構成するコンクリートが硬化した後に設置される。これにより支持版４０と基礎部５０とは縁が切られており、支持版４０が地震によって水平力を受けた際には、支持版４０が基礎部５０の上部を滑動できる。なお、地震時には地盤Ｇが動くので、地盤Ｇから基礎部５０を介して支持版４０へ地震力が入力される。

詳しくは後述するが、本実施形態において支持版４０が滑動を開始する水平力、すなわち（支持版４０と基礎部５０との間の静止摩擦係数）×（垂直抗力：支持版４０と、支持版４０より上部の重量）は、免震装置３０が塑性変形を始める水平力よりも小さく設定されている。換言すると、支持版４０と基礎部５０との間の静止摩擦係数は、免震装置３０が塑性変形を始める前に支持版４０が滑動を開始できる値に設定されている。

なお、支持版４０が基礎部５０の上部を滑動する際の静止摩擦係数及び動摩擦係数は、支持版４０及び基礎部５０の接触面４０Ｅ、５０Ｅの仕上げ方法により任意の値に設定できる。

例えば本実施形態においては接触面４０Ｅ、５０Ｅはコンクリート面とされているがこれらの双方を鋼板の表面にしてもよい。この場合、図２（Ａ）に示すように、基礎部５０を構成するコンクリートの表面に、スタッドボルト等を用いて鋼板５２を固定する。同様に支持版４０を構成するコンクリートの表面にも鋼板４２を固定する。

これにより、支持版４０が基礎部５０の上部を滑動する際の静止摩擦係数及び動摩擦係数（以下、これらを総称して単に摩擦係数と称すことがある）を小さくすることができる。また、鋼板４２、５２の何れかまたは双方を鋼とは異なる金属とすることで、摩擦係数を調整することもできる。

また、接触面４０Ｅ、５０Ｅの一方をコンクリート面とし、他方を鋼板の表面にしてもよい。この場合、基礎部５０を構成するコンクリートの表面又は支持版４０を構成するコンクリートの表面の何れか一方に、スタッドボルト等を用いて鋼板を固定すればよい。

また、例えば図２（Ｂ）に示すように、支持版４０と基礎部５０との間に、滑り材４４を挟む構成とすることもできる。滑り材４４は金属、フッ素樹脂など任意の素材を選定できる。

（シアストッパー）
図１に示すように、シアストッパー６０は円柱状の鋼棒であり、支持版４０及び基礎部５０の接触面４０Ｅ、５０Ｅを貫通するように軸方向を上下方向にして配置されている。

シアストッパー６０は、地震時に支持版４０に水平力が作用した際に、支持版４０の滑動を抑制する滑動抑制部材である。また、シアストッパー６０は所定の水平力を受けた際にせん断破壊して支持版４０の滑動を許容する。したがって、シアストッパー６０の数量及び断面積を調整することにより、支持版４０が基礎部５０の上部を滑り出すタイミングを調整することができる。

つまり、シアストッパー６０が破断する水平力は、（シアストッパー６０を構成する鋼材の単位面積当たりのせん断強度）×（シアストッパー６０の断面積）×（シアストッパーの数量）で与えられるため、例えばシアストッパー６０の断面積を大きくすれば、シアストッパー６０を破断させるために必要な水平力が大きくなり、支持版４０が基礎部５０の上部を滑り出すタイミングを遅らせることができる。シアストッパー６０の数量を多くしても同様である。

また、シアストッパー６０の断面積を小さくすれば、シアストッパー６０を破断させるために必要な水平力が小さくなり、支持版４０が基礎部５０の上部を滑り出すタイミングを早めることができる。シアストッパー６０の数量を少なくしても同様である。

詳しくは後述するが、本実施形態においてシアストッパー６０が破断する水平力は、免震装置３０が塑性変形を始める水平力よりも小さくなるように、シアストッパーの断面積、数量が設定されている。換言すると、免震装置３０が塑性変形を始める前に、シアストッパー６０が破断する。

（作用・効果）
本実施形態に係る免震構造１０によると、構造物２０が地震時に水平力を受けると、図３（Ａ）に示すように、まず、免震装置３０の積層体３６が変形することで振動エネルギーを吸収し、構造物２０に伝わる揺れを減衰する。

そして大地震時には図３（Ｂ）に示すように、免震装置３０が塑性変形を始める前にシアストッパー６０が破断し（シアストッパー６０Ａ、６０Ｂに分離）、支持版４０が基礎部５０の上を滑動する。

これにより、免震装置３０の損傷を抑制できる。さらに、支持版４０が基礎部５０の上を滑動すると、支持版４０と基礎部５０との間の動摩擦力により地震エネルギーが吸収され、振動が減衰される。

免震装置３０は塑性変形が抑制されているため、振動が減衰された後は、図３（Ｃ）に示すように、免震装置３０の形状は概ね変形前の状態に戻る。このため、構造物２０と支持版４０との相対的な位置関係は、図１に示された地震前の状態と略一致する。また、支持版４０に敷設された構造物２０の設備配管も、地震前の状態とほぼ同じ配置に復元される。

このため、設備配管は、免震装置３０の積層体３６が弾性域で変形する変形量に対応できる追随性を持たせておくことで、容易に損傷を抑制できる。

なお、免震構造１０を復元するためには図４に示すように、支持版４０の上部から、支持版４０を貫通し基礎部５０の内部に到達する挿入孔４
０Ｈを穿孔し、この挿入孔４０Ｈへ、シアストッパー６０を挿入する。このように、免震構造１０は復元が容易である。

また、本実施形態に係る免震構造１０によると、図３（Ａ）に示すように、複数の免震装置３０が同じ構造物２０及び同じ支持版４０に固定されているため、これらの免震装置３０は同様に変形する。このため、隣り合う免震装置３０の間の間隔を狭くしても免震装置３０同士がぶつからない。したがって免震装置３０それぞれの周囲に個別に滑りスペースを確保する必要がなく、支持版４０と擁壁５４との間にまとめて滑りスペースＶを確保すればよい。

なお、本実施形態においては、支持版４０と基礎部５０との間の静止摩擦係数は、免震装置３０が塑性変形を始める前に支持版４０が滑動を開始できる値に設定されているものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば、支持版４０と基礎部５０との間の静止摩擦係数を、免震装置３０が塑性変形を始めた後（あるいは塑性変形を始めると同時）に、支持版４０が滑動を開始できる値に設定することもできる。

静止摩擦係数をこのように設定することで、免震装置３０の振動減衰能力を十分に発揮させることができる。このような実施形態は、免震装置の内部に鉛プラグを挿入し、鉛プラグを塑性変形させることにより振動を減衰させる場合などにおいて好適である。

同様に、本実施形態においては、免震装置３０が塑性変形を始める前に、シアストッパー６０が破断するものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば、シアストッパー６０のせん断強度又は断面積を大きくして、免震装置３０が塑性変形を始めた後（あるいは塑性変形を始めると同時）に、シアストッパー６０を破断させてもよい。このような構成によっても、免震装置３０の振動減衰能力を十分に発揮させることができる。

すなわち、支持版４０と基礎部５０との間の静止摩擦係数、シアストッパー６０のせん断強度、断面積は任意であり、構造物２０の用途、想定する地震力、免震装置３０のせん断耐力等によって適宜設定することができる。したがって、構造物２０も原子力関連施設に限定されるものではなく、個人住宅や美術館、オフィスビルなど、規模の大小や用途を問わない。

なお、免震装置３０を塑性変形させる場合は、塑性変形させない場合と比較して免震装置の変形量が大きくなることがある。このような場合でも、例えば構造物２０に固定された免震装置が支持版４０の上を滑る場合と比較すると構造物２０と支持版４０との相対変位量は少ない。このため設備配管の損傷が抑制される。

また、本実施形態において支持版４０は床版とされ、免震装置３０の全数が固定されているものとしたが本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図５に示す支持版７０のように、複数（２台以上）の免震装置３０が固定される構成であればよい。このように構成する場合、複数の支持版７０のそれぞれにシアストッパー６０を設けることで、滑動のタイミングを調整できる。

また、本実施形態においてシアストッパー６０は鋼製とされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図６（Ａ）に示すシアストッパー６５のように、コンクリート製としてもよい。この場合、基礎部５０のコンクリート打設時に円柱状の雄型を表面から露出するように埋設する。コンクリートの硬化後にこれを取り出せば、基礎部５０の上面に凹部が形成される。そして支持版４０のコンクリートを、この凹部にも流し込んで一体的に打設する。これにより、コンクリート製のシアストッパー６５が形成される。

なお、シアストッパー６５は円柱状に限らず、角柱状でもよいし、図６（Ｂ）に示すように、円錐の一部のような形状であってもよい。

このように、シアストッパーに求められるせん断強度や、せん断強度を強くしたい方向などにより、シアストッパーの材質、外形状は適宜選択することができる。さらに、図６（Ｃ）に示すシアストッパー６７のように、スリット６０Ｓを設けることによりせん断強度を調整してもよい。このように、本発明の実施形態は様々な態様とすることができる。

２０ 構造物（原子力関連施設）
３０ 免震装置
４０、７０ 支持版
５０ 基礎部
６０ シアストッパー（滑動抑制部材）

Claims (3)

1. 構造物と、
   前記構造物を免震支持する複数の免震装置と、
   前記複数の免震装置が固定された支持版と、
   前記支持版が載置され、前記免震装置の変形が所定値以上になると前記支持版が滑る基礎部と、
   を有する免震構造。
2. 前記支持版と前記基礎部との間には所定の水平力を受けて破断する滑動抑制部材が設けられている、請求項１に記載の免震構造。
3. 前記構造物は原子力関連施設とされた、
   請求項１又は請求項２に記載の免震構造。