JP2019049171A

JP2019049171A - 免震構造

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Publication number: JP2019049171A
Application number: JP2017174969A
Authority: JP
Inventors: 一郎石出; Ichiro Ishide; 西村　章; Akira Nishimura; 章西村
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-03-28
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: JP7081745B2

Abstract

【課題】免震装置の変位量を低減できる免震構造を提供する。【解決手段】免震構造は、下部構造体１２と、下部構造体１２の上部に載置された免震装置１６と、免震装置１６に支持された上部構造体１４と、下部構造体１２又は上部構造体１４の一方から上下方向へ突出し、側面に緩衝部材（防舷材３０）が取り付けられた支柱（鉄骨支柱２０）と、下部構造体１２又は上部構造体１４の他方から上下方向へ突出し、緩衝部材と対向して設けられた反力体４０と、を備え、緩衝部材と反力体４０との水平距離は、免震装置１６の許容変位以下とされている。【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、ピット内に建てられた免震建築物が記載されている。この免震建築物では、ピットの床スラブに免震装置を設置して、この免震装置に建物を支持させている。

特開２００３−９０１４６号公報

上記特許文献１の免震建築物においては、地震動によって免震装置の変位量が許容変位を超えると、免震建築物における免震装置の上側の部分と下側の部分とが接触し損傷するおそれがある。

本発明は上記事実を考慮して、免震装置の変位量を低減できる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、下部構造体と、前記下部構造体の上部に載置された免震装置と、前記免震装置に支持された上部構造体と、前記下部構造体又は前記上部構造体の一方から上下方向へ突出し、側面に緩衝部材が取り付けられた支柱と、前記下部構造体又は前記上部構造体の他方から上下方向へ突出し、前記緩衝部材と対向して設けられた反力体と、を備え、前記緩衝部材と前記反力体との水平距離は、前記免震装置の許容変位以下とされている。

請求項１の免震構造では、地震時に上部構造体と下部構造体とが横方向へ相対移動すると、下部構造体から上方向へ突出した支柱と、上部構造体から下方向へ突出した反力体とが接離する。または、下部構造体から上方向へ突出した反力体と、上部構造体から下方向へ突出した支柱とが接離する。

支柱には緩衝部材が取り付けられており、この緩衝部材と反力体との水平距離は、免震装置の許容変位以下とされている。このため、上部構造体と下部構造体とが横方向へ相対移動すると、免震装置の変位が許容変位に達する前に、緩衝部材と反力体とが接触する。このとき、緩衝部材が反力体によって圧縮されて地震力に抵抗する。これにより免震装置の変位量を低減できる。また、免震装置の損傷を抑制できる。

請求項２の免震構造は、前記緩衝部材は前記支柱の両側面に取り付けられている。

請求項２に記載の免震構造によると、緩衝部材が支柱の両側面に取り付けられているため、左右に揺れる振動の両側で地震力に抵抗することができる。このため免震装置の変位量低減効果及び損傷抑制効果が高い。

本発明に係る免震構造によると、免震装置の変位量を低減できる。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る免震構造が適用された建物を示す立断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る免震構造が適用された建物の上部構造体が下部構造体に対して横方向に変位した状態を示す立断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。本発明の実施形態に係る免震構造における鉄骨支柱、防舷材及びこれらを組み合わせた構造体の応力−歪み線図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る免震構造において鉄骨支柱を上部構造体に取り付けた変形例を示す立断面図であり、（Ｂ）は鉄骨支柱を二つ設けそれぞれに防舷材を一つずつ取り付けた変形例を示す立断面図である。

（建物）
本発明の実施形態に係る免震構造は、図１（Ａ）に示す建物１０において、下部構造体１２と上部構造体１４との間に設置された免震装置１６の損傷を抑制するための損傷抑制機構を備えた免震構造である。

下部構造体１２は、柱１２Ａに梁１２Ｂが接合されて形成された鉄筋コンクリート造の柱梁架構構造物であり、下部構造体１２の上端部における梁１２Ｂにはスラブ１２Ｃが架設されている。

梁１２Ｂとスラブ１２Ｃとは一体的に形成され、互いの上面が略面一とされている。この梁１２Ｂとスラブ１２Ｃの上面（下部構造体１２の上端面）には、柱１２Ａの上方において、上方へ突出したフーチング１２Ｄ（免震装置１６の台座）が形成されている。このフーチング１２Ｄに、免震装置１６の下フランジ１６Ｂがボルト固定されている。

上部構造体１４は、柱１４Ａに梁１４Ｂが接合されて形成された鉄筋コンクリート造の柱梁架構構造物であり、上部構造体１４の下端部における梁１４Ｂにはスラブ１４Ｃが架設されている。

梁１４Ｂとスラブ１４Ｃとは一体的に形成され、互いの上面が略面一とされている。この梁１４Ｂとスラブ１４Ｃの下面（上部構造体１４の下端面）からは、柱１４Ａの下方において、フーチング１４Ｄ（免震装置１６の受け座）が下方へ突出している。このフーチング１４Ｄは、免震装置１６の上フランジ１６Ｃ上に載置され、免震装置１６がボルト固定されている。

免震装置１６は、積層ゴム１６Ａの上下に上フランジ１６Ｃ、下フランジ１６Ｂが固定されて構成されており、地震時には積層ゴム１６Ａが横方向（略水平方向）にせん断変形することで地震の揺れを上部構造体１４に伝え難くする。

（損傷抑制機構）
下部構造体１２の梁１２Ｂには、Ｈ型鋼で形成された鉄骨支柱２０が設置されている。鉄骨支柱２０は、下端部が梁１２Ｂのスパン中央部に埋設され、梁１２Ｂから上方へ突出している。また、鉄骨支柱２０は、図１（Ｂ）に示すように強軸方向（ウェブ２２の延設方向）が梁１２Ｂの延設方向（軸線ＣＬ）に沿うように配置されている。さらに、図１（Ａ）に示すように鉄骨支柱２０の上端部には、フランジ２４間に補剛プレート２６が設けられている。

鉄骨支柱２０の両フランジ２４において、補剛プレート２６で補剛された部分の両外側面（鉄骨支柱２０において梁１２Ｂの延設方向と交わる面）には、緩衝部材として防舷材３０が台座３２を介して取り付けられている。防舷材３０は、フランジ２４から鉄骨支柱２０の側方へ向かって縮径する略中空円錐形状のゴム支承であり、圧縮方向（ウェブ２２の延設方向）及びせん断方向（フランジ２４の延設方向）の力の入力に対して抵抗力を発揮できる。

なお、これらの鉄骨支柱２０及び防舷材３０は、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向に沿う梁１２Ｂの双方に設けられている。なお、Ｘ方向、Ｙ方向とは、梁１２Ｂ、１４Ｂの延設方向であり、特定の方角等を示すものではない。

上部構造体１４の梁１４Ｂには、コンクリートで形成された反力体４０が設置されている。反力体４０は、梁１４Ｂ及びフーチング１４Ｄと一体的に形成された固定部４２と、固定部４２から下方へ突出した押圧部４４と、を備えている。固定部４２及び押圧部４４は一体的に形成されている。

押圧部４４は、立面視及び平面視で防舷材３０と対向するように配置されている。押圧部４４と防舷材３０との水平距離（距離Ｌ）は、免震装置１６の積層ゴム１６Ａの許容変位以下とされている。

つまり、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、例えば地震時において下部構造体１２と上部構造体１４とがＸ方向に距離Ｌだけ相対変位したとき、反力体４０の押圧部４４と防舷材３０とが接触するが、このときの積層ゴム１６Ａの変形量は、破断変形量以下である。

なお、鉄骨支柱２０の降伏荷重（弾性限界荷重）は、防舷材３０の破断荷重の１．０倍より大きく、１．１倍以下とされている。また、鉄骨支柱２０の降伏荷重及び破断荷重（塑性限界荷重）は、積層ゴム１６Ａの破断荷重より小さい。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、反力体４０は、鉄骨支柱２０の両側に、防舷材３０と対向して配置されている。このため、地震時に下部構造体１２と上部構造体１４とが相対変位した際、鉄骨支柱２０の両フランジ２４に取り付けられた２つの防舷材３０が、交互に反力体４０と接触する。

また、反力体４０は、鉄骨支柱２０及び防舷材３０と同様に、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向に沿う梁１４Ｂの双方に設けられている。このため、下部構造体１２と上部構造体１４とがＸ方向だけでなくＹ方向に相対変位した場合にも、防舷材３０が反力体４０と接触する。

（作用・効果）
本発明の実施形態に係る免震構造において、下部構造体１２と上部構造体１４とがＸ方向に距離Ｌだけ相対変位してから、つまり反力体４０の押圧部４４と防舷材３０とが接触してからの、鉄骨支柱２０及び防舷材３０に生じる内部応力σと歪みεの関係について、図３を用いて説明する。

図３には、鉄骨支柱２０に対してウェブ２２に沿った方向の外力が作用した際に、鉄骨支柱２０に生じる内部応力σと歪みεとの関係が曲線Ｆで示されている。曲線Ｆで示すように、鉄骨支柱２０が降伏する際の降伏応力はσ１、降伏歪みはε１である。鉄骨支柱２０に対して、単位面積あたりσ１以上の外力が作用すると、鉄骨支柱２０は降伏し、塑性変形して歪み量ε２で破断する。

また、図３には略中空円錐形状の防舷材３０に対して、円錐形状の軸方向に沿った方向の外力が作用した際に、防舷材３０に生じる内部応力σと歪みεとの関係が曲線Ｇで示されている。曲線Ｇで示すように、防舷材３０が破断する際の破断応力はσ３、降伏歪みはε３である。鉄骨支柱２０に対して、単位面積あたりσ３以上の外力が作用すると、防舷材３０は歪み量ε３で破断する。

第１実施形態に係る免震構造では、地震時に、鉄骨支柱２０及び防舷材３０が、反力体４０から同時に押圧力を受ける。鉄骨支柱２０及び防舷材３０を押圧する単位面積あたりの外力をＰとすると、この外力Ｐに対して、鉄骨支柱２０にはεｆの歪みが生じ、防舷材３０にはεｇの歪みが生じる。これらの歪みの合計値をεｈとしたときに、外力Ｐと歪みの合計値εｈとの関係が、図３に曲線Ｈで示されている。

本実施形態における免震構造では、地震時に、まず、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、免震装置１６における積層ゴム１６Ａの変位が許容変位に達する前に、防舷材３０と反力体４０とが接触する。このため、免震装置１６の変位量を低減できる。また、免震装置１６の損傷を抑制できる。

次に、鉄骨支柱２０及び防舷材３０が、地震力によって移動する上部構造体１４に取り付けられた反力体４０から外力Ｐを受けると、図３の曲線Ｆ、Ｇ、Ｈで示すように、外力Ｐが０以上σ３未満までは、鉄骨支柱２０及び防舷材３０が共に変形し、地震エネルギーを吸収する。

また、外力Ｐがσ３以上となりσ１未満までは、防舷材３０が破断し、鉄骨支柱２０の弾性変形により地震エネルギーを吸収する。

さらに、外力Ｐがσ１以上になると鉄骨支柱２０が降伏し、鉄骨支柱２０は塑性変形しながら地震エネルギーを吸収する。防舷材３０の破断荷重σ３に対して、鉄骨支柱２０の降伏荷重σ１は１．１倍以下とされている。このため、防舷材３０の破断後、速やかに鉄骨支柱２０が塑性変形して地震エネルギーを吸収できる。

なお、鉄骨支柱２０の降伏荷重σ１及び破断荷重σ２は、積層ゴム１６Ａの破断荷重（許容変位時の荷重）より小さい。このため、積層ゴム１６Ａが破断する前に、防舷材３０及び鉄骨支柱２０のエネルギー吸収性能を十分に発揮させることができる。

また、鉄骨支柱２０が降伏するため、下部構造体１２へ過大な地震力が入力されることを抑制できる。これにより下部構造体１２の損傷を抑制できる。

また、本実施形態に係る免震構造では、鉄骨支柱２０の両フランジ２４に取り付けられた２つの防舷材３０が、交互に反力体４０と接触する。このため左右に揺れる振動の両側で地震エネルギーを吸収することができる。

また、本実施形態に係る免震構造では、防舷材３０と反力体４０とが、Ｘ方向だけでなくＹ方向に沿って互いに対向するように設けられている。このため、下部構造体１２と上部構造体１４とがＸ方向だけでなくＹ方向に相対変位した場合にも、防舷材３０が反力体４０と接触し、地震エネルギーを吸収することができる。

なお、本実施形態においては、下部構造体１２に鉄骨支柱２０及び防舷材３０を設置し、上部構造体１４に反力体４０を設置しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図４（Ａ）に示すように、下部構造体１２に反力体４０を設置し、上部構造体１４に鉄骨支柱２０及び防舷材３０を設置してもよい。このようにしても、免震装置１６の変位量を低減し損傷を抑制できる効果及び防舷材３０により地震エネルギーを吸収できる効果は変わらない。

また、本実施形態においては、鉄骨支柱２０に防舷材３０が二つ取り付けられているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図４（Ｂ）に示すように、一つの梁１２Ｂ上に鉄骨支柱２０を二つ設け、それぞれの鉄骨支柱２０に対して防舷材３０を一つだけ取り付けてもよい。このようにすれば、梁１２Ｂ、１４Ｂのスパンが長い場合でも、免震装置１６の損傷を抑制し、地震エネルギーを吸収できる。

なお、防舷材３０を一つだけ取り付けた鉄骨支柱２０は、梁１２Ｂ上に必ずしも二つ設ける必要はなく、一つだけ設けてもよい。この場合、例えば左右に揺れる地震動において、上部構造体１４が下部構造体１２に対して右側又は左側に相対移動した場合にのみ、地震エネルギーを吸収できる。

また、本実施形態においては、互いに対向する防舷材３０及び反力体４０が、Ｘ方向及びＹ方向に沿って設けられているが、本発明の実施形態はこれに限らず、Ｘ方向のみ、Ｙ方向のみに設けてもよい。

また、本実施形態において、反力体４０は、梁１４Ｂ及びフーチング１４Ｄと一体的に形成された固定部４２と、固定部４２から下方へ突出した押圧部４４と、を備えているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば反力体４０は、フーチング１４Ｄとは一体化せず、梁１４Ｂだけと一体化させてもよい。この場合、反力体の内部の配筋を増やしたり反力体の体積を大きくすることで反力体の強度を大きくすればよい。このようにすることで、鉄骨支柱２０を設置する場所を自由に設定できる。あるいは、反力体４０はＨ型鋼等を用いた鉄骨造とすることもできる。

また、下部構造体１２のスラブ１２Ｃから上部構造体１４の梁１４Ｂまでの高さ方向の距離が大きい場合は、フーチング１４Ｄの高さ方向の長さを大きくして、このフーチング１４Ｄに、防舷材３０が接触するようにしてもよい。すなわち、フーチング１４Ｄは、反力体４０を兼ねることができる。

また、本実施形態においては、鉄骨支柱２０の下端部を、梁１２Ｂに埋め込んでいるが、本発明の実施形態はこれに限らず、鉄骨支柱２０の下端部にベースプレートを溶接し、このベースプレートをアンカーボルト等を用いて梁１２Ｂに固定してもよい。このようにすれば、梁１２Ｂを配筋しやすい。

また、本実施形態においては、緩衝材として防舷材を用いているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えばコイルスプリング、低降伏点鋼などを用いることができる。コイルスプリングを用いることで、地震力に対して弾性抵抗することで免震装置１６への地震力の入力を低減できる。また、低降伏点鋼を用いることで、外力が小さい段階から塑性変形によって地震エネルギーを吸収できる。

また、本実施形態においては支柱として補剛プレート２６で補剛したＨ型鋼の鉄骨支柱２０を用いているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば補剛プレート２６は設けなくてもよいし、Ｈ型鋼に代えて角型鋼管を用いてもよい。また、支柱は鉄骨製に限らず、鉄筋コンクリート等で形成してもよい。

さらに、本実施形態において、下部構造体１２及び上部構造体１４は鉄筋コンクリート造としているが、本発明の実施形態はこれに限らず、例えば柱１２Ａ、１４Ａ、梁１２Ｂ、１４ＢをＨ型鋼で形成し、下部構造体１２及び上部構造体１４を鉄骨造としてもよい。また、下部構造体１２及び上部構造体１４は鉄骨鉄筋コンクリート造とすることもできる。このように、本発明に係る免震構造は、様々な態様で実施できる。

１２下部構造体
１４上部構造体
１６免震装置
２０鉄骨支柱（支柱）
３０防舷材（緩衝部材）
４０反力体

Claims

下部構造体と、
前記下部構造体の上部に載置された免震装置と、
前記免震装置に支持された上部構造体と、
前記下部構造体又は前記上部構造体の一方から上下方向へ突出し、側面に緩衝部材が取り付けられた支柱と、
前記下部構造体又は前記上部構造体の他方から上下方向へ突出し、前記緩衝部材と対向して設けられた反力体と、
を備え、
前記緩衝部材と前記反力体との水平距離は、前記免震装置の許容変位以下とされている、免震構造。
前記緩衝部材は前記支柱の両側面に取り付けられている、請求項１に記載の免震構造。