JP2020133243A

JP2020133243A - 複層免震建物

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Publication number: JP2020133243A
Application number: JP2019027915A
Authority: JP
Inventors: 翔青野; Sho Aono; 龍大欄木; Ryota Maseki
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2020-08-31
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: JP2022161982A; JP7125902B2

Abstract

【課題】発生頻度の高い中小規模の地震動から、通常の設計レベルを超える過大な地震動まで、効果的に対応可能な、複層免震建物を提供する。【解決手段】複層免震建物１Ａは、免震層４を複数備えた複層免震建物１Ａであって、下側から上側に向かって、下部構造物２、下部免震層４０、中間構造物３１、中間免震層５０、及び上部構造物３２が連結されて構成されており、下部免震層４０及び中間免震層５０のいずれか一方の免震層４０は、水平剛性が他方の免震層５０より小さく設定され、かつ、一方の免震層４０の変形に伴って一方の免震層４０の水平剛性を上昇させる剛性付与機構４３を備え、他方の免震層５０は、地震動発生時に剛性付与機構４３により一方の免震層４０の水平剛性が上昇した状態で変形する。【選択図】図１

Description

本発明は、免震層を複数備えた複層免震建物に関する。

建物に対する地震動による影響を抑えるため、免震建物が用いられている。２０１６年に発生した熊本地震などで、通常の設計レベル（建築基準法に則った設計レベル）を大幅に超えるような想定外の過大な地震動が観測されている。免震建物においても、過大な地震動を受けた場合には、免震建物の周囲に設けられた擁壁への衝突、免震建物に設けられた免震部材の損傷などの被害が生じる可能性がある。

これに対し、例えば特許文献１には、基礎免震層と、基礎免震層に支持された下部構造物と、下部構造物上に設けられ、基礎免震層よりも水平剛性の小さい中間免震層と、中間免震層に支持された上部構造物と、を備える免震建物が開示されている。この免震建物では、免震層を複数層に備えることで、各免震層で地震エネルギーを吸収することができるので、より大きな地震動に対応することが可能となる。
特許文献１に開示されたような構成では、建物の上下方向中間部に設けられた中間免震層では、建物の最下層のみに免震層（基礎免震層）を設けた通常の免震建物では生じないような、高次振動が発生する場合がある。この高次振動によって、通常の設計レベルにおいても免震層の上下に位置する周辺層で加速度が増大し、建物内の家具や什器の転倒等を招く場合がある。また、免震建物に設けられたエレベータは、所定以上の加速度が生じた場合に自動的に停止する。免震層やその周辺層における加速度の増大により、通常の免震建物ではエレベータが停止しないような地震動であっても、エレベータが停止し、復旧までに時間を要することがある。

また、例えば特許文献２には、中間免震層を介して積層された複数の構造体により構成された構造物と、構造物を支持する最下免震層と、中間免震層に設けられ、中間免震層を固定又は固定解除させるダンパー等の剛性付与装置と、を備える構成が開示されている。このような構成では、地震時に、中間免震層を固定又は固定解除させて、免震構造物の振動系の固有周期を変化させる。これにより、免震構造物の固有周期と地震動の振動周期とを異ならせて共振を防ぎ、構造物の加速度応答及び変形量応答を低減する。
特許文献２に開示されたような構成では、中間免震層の固定又は固定解除は、ダンパー等の剛性付与装置によって行われる。このため、通常の設計レベルを超える過大な地震動の場合、剛性付与装置による中間免震層の固定又は固定解除が、設計時の意図通りに行われず、建物に被害が生じる可能性がある。このため、過大な地震動に対し、被害が生じるのを、より確実に行えることが望まれる。

また、特許文献３には、下部免震層と、基礎側の下部構造部及び上部構造部の間に設けられる上部免震層と、を備え、上部免震層は、傾斜滑り装置と減衰装置とからなる構成が開示されている。
特許文献３に開示されたような構成では、上部免震層を通常の設計レベルですべらないように設計した場合、通常の設計レベルを超える過大な地震動の場合、先に下部免震層が変形限界を迎える。その結果、免震建物の周囲に設けられた擁壁への衝突、免震建物に設けられた免震部材の破壊などの被害が生じる可能性がある。

特開２０１３−１０４２３１号公報特開２０１４−８０７９４号公報特開２０１７−７１９０９号公報

本発明の目的は、発生頻度の高い中小規模の地震動から、通常の設計レベルを超える過大な地震動まで、効果的に対応可能な、複層免震建物を提供することである。

本発明者らは、通常の設計で考慮するレベルの地震動であっても、通常の設計レベルを超える過大な地震動であっても、建物に加わる地震荷重を低減できる免震建物として、免震建物を下部側から上層階側に向かって、下部免震層、中間構造物、中間免震層、上部構造物の順序で構成した上で、基本形態として、下部免震層を中間免震層に比べて、低い水平剛性とし、かつ当該下部免震層に剛性付与機構を設置することで、通常の地震動レベルでは下部免震層のみ免震機構を発揮させる一方、過大な地震動レベルでは中間免震層のみ免震機構を発揮させることで、様々な地震動に対しても免震効果が発揮出来る点に着眼して、本発明に至った。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の複層免震建物は、免震層を複数備えた複層免震建物であって、下側から上側に向かって、下部構造物、下部免震層、第１上部構造物、中間免震層、及び第２上部構造物が連結されて構成されており、前記下部免震層及び前記中間免震層のいずれか一方の免震層は、水平剛性が他方の免震層より小さく設定され、かつ、前記一方の免震層の変形に伴って当該一方の免震層の水平剛性を上昇させる剛性付与機構を備え、前記他方の免震層は、地震動発生時に前記剛性付与機構により前記一方の免震層の水平剛性が上昇した状態で変形することを特徴とする。
このような構成によれば、地震動によって複層免震建物に作用する外力のレベルが、あるレベルを超えない範囲では、下部免震層及び中間免震層のうち、水平剛性が小さい一方の免震層において変形が生じ、免震性能が発揮される。このとき、下部免震層及び中間免震層のうち、水平剛性が大きい他方の免震層では変形が抑えられ、水平剛性の低い一方の免震層のみに変形が加わり、免震効果が発揮される。
地震動による外力のレベルが、あるレベルを超えた場合、下部免震層及び中間免震層のうち、水平剛性が小さい一方の免震層では、剛性付与機構によって付与される剛性によって、この一方の免震層の水平剛性が上昇する。この水平剛性の上昇により、一方の免震層では変形の一定以上の増大が制限される。すると、一方の免震層で発揮される免震効果が抑えられる。これによって、水平剛性が元々大きい他方の免震層では、一方の免震層で水平剛性を上昇させることで、変形が制限された結果、地震動による地震荷重が他方の免震層の上下に伝達される。これにより、他方の免震層で変形が生じ、免震性能を発揮することができる。
このように、外力レベルが小さいときには、水平剛性が小さい一方の免震層で免震性能が主に発揮される。外力レベルが大きくなり、一方の免震層の水平剛性が上昇した後には、相対的に水平剛性が小さい他方の免震層で免震性能が主に発揮される。
その結果、過大な地震動と、発生頻度の高い中小規模の地震動の双方に、効果的に対応可能な、複層免震建物を提供することが可能となる。

本発明の一態様においては、本発明の複層免震建物では、前記剛性付与機構は、線形剛性付与型のストッパー、緩衝材付きのストッパー、ハードニング機構付きのダンパー、ハードニング機構付き曲面すべり支承体のうち、いずれか一種、または二種以上の組み合わせである。
このような構成によれば、剛性付与機構により、水平剛性が小さい一方の免震層における変位が、通常の設計レベルで想定する変位を超えた場合、剛性を付与することで、一方の免震層の水平剛性を高めることができる。これにより、一方の免震層の、一定以上の変形を抑制し、他方の免震層に変形を集中させることが可能となる。

本発明の別の態様においては、本発明の複層免震建物は、前記他方の免震層は、すべり支承体、ロック機構付きダンパー、摩擦ダンパー、鋼材ダンパー、シアピンのいずれか一種、または二種以上の組み合わせと、免震ゴム支承との組み合わせで、構成されている。
このような構成によれば、通常の設計レベルを超える過大な地震動発生時に、一方の免震層において、水平剛性が高められた後、他方の免震層に作用する地震荷重が荷重閾値を超えると、他方の免震層の拘束が解除されて変形を許容する状態となる。他方の免震層の変形の許容により、地震荷重のさらなる入力を抑止可能である。

本発明によれば、発生頻度の高い中小規模の地震動から、通常の設計レベルを超える過大な地震動まで、効果的に対応可能な、複層免震建物を提供することが可能となる。

本発明の実施形態に係る複層免震建物の概略構成を示す正面図である。図１の複層免震建物において、下部免震層のみが変形した状態を示す正面図である。図１の複層免震建物において、下部免震層の変形が拘束され、中間免震層が変形した状態を示す正面図である。図１の複層免震建物を対象とした検証用の振動モデルを示す図である。従来の複層免震装置用の振動モデルを示す図である。本発明と従来型による複層免震建物の検証結果（通常の設計地震動レベル：各階の最大層間変形量の比較）である。本発明と従来型による複層免震建物の検証結果（通常の設計地震動レベル：各階の最大応答加速度の比較）である。本発明と従来型による複層免震建物の検証結果（過大な地震動レベル：各階の最大層間変形量の比較）である。本発明と従来型による複層免震建物の検証結果（過大な地震動レベル：各階の最大応答加速度の比較）である。本発明の実施形態の第１変形例による複層免震建物の概略構成図である。図１０の第１変形例の複層免震建物を対象とした検証用の振動モデルを示す図である。第１変形例と従来型による複層免震建物の検証結果（通常の設計地震動レベル：各階の最大層間変形量の比較）である。第１変形例と従来型による複層免震建物の検証結果（通常の設計地震動レベル：各階の最大応答加速度の比較）である。第１変形例と従来型による複層免震建物の検証結果（過大な地震動レベル：各階の最大層間変形量の比較）である。第１変形例と従来型による複層免震建物の検証結果（過大な地震動レベル：各階の最大応答加速度の比較）である。本発明の実施形態の第２変形例よる複層免震建物の概略構成図である。本発明の実施形態の第３変形例よる複層免震建物の概略構成図である。本発明の実施形態の第４変形例よる複層免震建物の概略構成図である。

本発明は、免震層を複数備えた複層免震建物であって、免震建物を下部側から上層階側に向かって、下部免震層、中間構造物、中間免震層、上部構造物の順序で構成した上で、下部免震層及び中間免震層のいずれか一方の免震層を、他方の免震層の水平剛性より小さく設定するとともに、当該一方の免震層に水平変形の増大に伴って水平剛性を増大させる剛性付与機構を備える点が特徴である。
本発明の実施形態は、下部免震層と中間免震層による２層免震建物であり、下部免震層が中間免震層より水平剛性が低く、下部免震層に剛性付与機構としてストッパーが設置されている（図１〜図９）。第１変形例では、下部免震層に剛性付与機構としてハードニング機構付きダンパー４５が設置され、中間免震層に免震構造用リリーフ機構付きオイルダンパー５４と、ロック機構付きオイルダンパー５５が設置されている（図１０〜図１５）。また、第２変形例では、下部免震層に中摩擦すべり支承４６（摩擦係数が小さい）が設置され、中間免震層に高摩擦すべり支承５６が設置されている。下部免震層は、中間免震層より低い荷重ですべりが発生し、早期に、水平変形が発生する（図１６）。
第３変形例は、１層の下方側に下部免震層を設置し、１層の上方側に中間免震層を設置した複層免震建物である（図１７）。
第４変形例は、上記の各実施形態と異なる点は、中間免震層が下部免震層より水平剛性が低く、中間免震層に剛性付与機構としてストッパー４３Ｅが設置されている点である（図１８）。

以下、添付図面を参照して、本発明による複層免震建物を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
本発明の実施形態に係る複層免震建物の概略構成を示す正面図を図１に示す。図２は、図１の複層免震建物において、下部免震層が変形した状態を示す正面図である。図３は、図１の複層免震建物において、下部免震層の変形が拘束され、中間免震層が変形した状態を示す正面図である。
図１に示されるように、複層免震建物１Ａは、下部構造物２と、建物本体３と、複数の免震層４と、を備えている。
下部構造物２は、地盤に支持されている。下部構造物２は、水平面内に位置する基礎床版２１と、基礎床版２１の外周部から上方に立ち上がる擁壁２２と、を備えている。
建物本体３は、下層階を構成する中間構造物（第１上部構造物）３１と、上層階を構成する上部構造物（第２上部構造物）３２と、を備えている。本実施形態において、例えば、中間構造物３１は、上部構造物３２よりも上下方向の高さ寸法が小さく、階層数が少ない。
複数の免震層４として、下部免震層４０と、中間免震層５０とが設けられている。下部免震層４０は、複層免震建物１Ａの最下部に設けられ、基礎床版２１と中間構造物３１との間に設けられている。中間免震層５０は、複層免震建物１Ａの上下方向中間部に設けられ、中間構造物３１と上部構造物３２との間に設けられている。
このようにして、複層免震建物１Ａは、下側から上側に向かって、下部構造物２、下部免震層４０、中間構造物３１、中間免震層５０、及び上部構造物３２が連結されて構成されている。

下部免震層４０は、複数の免震ゴム支承４１と、オイルダンパー４２と、剛性付与機構４３とを備えている。
免震ゴム支承４１は、上下のプレート４１ａ、４１ｂの間に、鋼板とゴム層とを上下方向に交互に積層した積層ゴム部４１ｃを備えたものである。
オイルダンパー４２は、一端４２ａ側が下部構造物２の基礎床版２１に固定され、他端４２ｂが中間構造物３１の下面に固定されている。オイルダンパー４２は、一端４２ａと他端４２ｂとの間に、ダンパー本体４２ｃを備えている。
図２に示されるように、地震動により下部構造物２に対して中間構造物３１が水平方向に変位すると、免震ゴム支承４１の上部のプレート４１ａと下部のプレート４１ｂとが水平方向に相対変位し、積層ゴム部４１ｃのゴム層が弾性変形し、中間構造物３１及び上部構造物３２の揺れを長周期化させる。このとき、オイルダンパー４２においては、ダンパー本体４２ｃが伸縮する。これにより、下部構造物２に対する中間構造物３１の水平方向の相対変位が減衰される。

剛性付与機構４３は、下部免震層４０の水平剛性を上昇させる。剛性付与機構４３は、地震動により下部構造物２に対して中間構造物３１が水平方向に変位することによって生じる下部免震層４０の変形量に伴って、下部免震層４０の水平剛性を上昇させる。剛性付与機構４３は、線形剛性付与型のストッパー、緩衝材付きのストッパー、ハードニング機構付きのダンパー、ハードニング機構付き曲面すべり支承体のうち、いずれか一種、または二種以上の組み合わせである。剛性付与機構４３としては、これ以外にも、橋梁用落下防止チェーン、積層ゴム支承のハードニング現象等を利用することもできる。よって、剛性付与機構は、ストッパー等によるばね剛性だけでなく、ハードニング機構付きのダンパー等による粘性減衰による抵抗によっても免震層の水平剛性を上昇されるものである。具体的には、本実施形態においては、剛性付与機構４３として、ストッパー４４が設けられている。このストッパー４４は、線形剛性付与型のストッパー、又は緩衝材付きのストッパーである。より具体的には、ストッパー４４として、防舷材などの衝突緩衝材、鋼材ダンパー、復元ゴム等を用いることができる。ストッパー４４は、下部構造物２の擁壁２２に設けられている。ストッパー４４は、通常時（地震動が発生していない状態）では、中間構造物３１の外側面との間に、水平方向に隙間Ｓを隔てて設けられている。図３に示されるように、地震動により中間構造物３１が水平方向に隙間Ｓの寸法以上に変位し、ストッパー４４に衝突すると、中間構造物３１の一定以上の変位が拘束される。これにより、下部免震層４０の水平剛性が実質的に上昇する。
このような下部免震層４０は、水平剛性が中間免震層５０より小さく設定されている。より詳しくは、下部免震層４０は、剛性付与機構４３によって剛性が付与される前の状態においては、複数の免震ゴム支承４１及びオイルダンパー４２による水平剛性が、中間免震層５０より小さく設定されている。

図１に示されるように、中間免震層５０は、複数の免震ゴム支承５１と、拘束部材５２と、を備えている。
免震ゴム支承５１は、上下のプレート５１ａ、５１ｂの間に、鋼板とゴム層とを上下方向に交互に積層した積層ゴム部５１ｃを備えたものである。免震ゴム支承５１は、地震動により中間構造物３１に対して上部構造物３２が水平方向に相対変位すると、上部のプレート５１ａと下部のプレート５１ｂとが水平方向に相対変位する。これによって積層ゴム部５１ｃのゴム層が弾性変形し、上部構造物３２の揺れを長周期化させる。
拘束部材５２は、中間免震層５０に作用する地震荷重が、予め定めた荷重閾値以下であるときには、中間構造物３１に対する上部構造物３２の水平方向の相対変位を拘束する。拘束部材５２は、中間免震層５０に作用する地震荷重が、予め定めた荷重閾値を超えた場合、中間構造物３１に対する上部構造物３２の水平方向の相対変位の拘束を解除する。ここで、拘束部材５２による上部構造物３２の変位の拘束を解除する荷重閾値は、下部免震層または中間免震層のどちらか一方のみに変形を生じさせ、安定的に免震効果が発揮出来るように、中間構造物３１がストッパー４４に衝突する地震荷重と同等とするのが好ましい。このような拘束部材５２としては、すべり支承体、免震用鋼材ダンパー、ロック機構付きオイルダンパー、摩擦ダンパー、シアピンのいずれか一種、または二種以上の組み合わせが用いられる。本実施形態では、拘束部材５２として、弾性すべり支承体５３が設けられている。弾性すべり支承体５３は、中間免震層５０に作用する地震荷重が予め定めた荷重閾値を超えた場合に、すなわち中間構造物３１がストッパー４４に衝突するときに支承体がすべり板に対して滑動しはじめるように、摩擦係数が設定されている。

次に、上記の複層免震建物１Ａの作用を説明する。
先ず、通常の設計地震動レベルでは、図２に示されるように、このような複層免震建物１Ａでは、地震動によって複層免震建物１Ａに作用する外力のレベルは、あるレベルを超えない範囲にあり、下部免震層４０及び中間免震層５０のうち、水平剛性が小さい下部免震層４０のみにおいて、変形が生じ、免震性能が発揮される。このとき、下部免震層４０よりも水平剛性が大きい中間免震層５０では、変形が抑えられる。
次に、通常の設計レベルを超える過大な地震動レベルでは、図３に示されるように、地震動による外力のレベルは、あるレベルを超える範囲となり、下部免震層４０では、中間構造物３１がストッパー４４に衝突することで、隙間Ｓ（図１参照）の寸法以上（一定以上）の水平方向の変形が拘束される。これによって、下部免震層４０の水平剛性が上昇し、下部免震層４０で発揮される免震効果が制限される。このようにして下部免震層４０で一定以上の変形が拘束されると、地震動による外力（地震荷重）によるせん断力が、下部免震層４０よりも上層に伝わる。中間免震層５０に作用する地震荷重が荷重閾値を超えると、弾性すべり支承体５３によるすべりが生じ、拘束部材５２による拘束が解除される。これにより、中間免震層５０の上下の中間構造物３１と上部構造物３２との間で水平方向の相対変位が生じ、中間免震層５０で変形が生じる。これによって、中間免震層５０で免震性能が発揮される。
このように、地震動による外力レベルが小さいときには、水平剛性が小さい下部免震層４０で免震性能が主に発揮される。地震動による外力レベルが大きくなり、下部免震層４０の一定以上の変位が拘束された後には、水平剛性が大きい中間免震層５０で免震性能が主に発揮される。

ところで、地震後に中間免震層５０に残留変位が生じた場合、上記のように変形が先行する層（下部免震層４０）が下方にあると、残留変位を解消するためにジャッキなどの復元機構で中間免震層５０を動かして位置を調整するときに、反力によって下部免震層４０が動いてしまうことがある。これを抑制するために、下部免震層４０には免震層の固定機構が必要になる。固定機構としては、種々考えられるが、一つの例としては、ジャッキなどで中間免震層５０を動かすに際し、擁壁２２と中間構造物３１との間に、十分に固いブロック材を挟み込み、中間構造物３１を水平方向で固定すればよい。

（本発明の複層免震建物の地震応答解析による検証、その１）
ここで、上記のような構成について、シミュレーション解析を行った。
図４は、図１の複層免震装置について、シミュレーション解析を行う際に用いた振動モデルを示す図である。図５は、複層免震装置についてシミュレーション解析を行う際に、比較のために用いた従来の複層免震構造の振動モデルを示す図である。
シミュレーション解析には、本実施形態の複層免震建物の２１質点モデルを振動モデルＭ１として使用した。このとき免震層は、基礎と１階床の間の層と、４階に相当する層に設定した。また、比較のため、剛性付与機構４３、拘束部材５２を備えず、単に、同じ構造の２つの免震層を上下に備える従来の複層免震構造の場合についても、図５に示すような２０階複層免震建物の２１質点モデルを振動モデルＭ２として使用した。
それぞれの振動モデルＭ１、Ｍ２に対し、通常の設計地震動レベルとして、通常の設計レベルで用いられるエルセントロＮＳ５０ｋｉｎｅ基準化波を採用し、極めて稀に発生する過大な地震動レベルとして、熊本地震西原村小森原波を採用した。それぞれの地震を入力した場合における、地震応答として、各層における層間変形と、加速度とを、シミュレーションにより得た。

図６は、エルセントロＮＳ５０ｋｉｎｅ基準化波を入力した場合における各層における層間変形を示す図である。図７は、エルセントロＮＳ５０ｋｉｎｅ基準化波を入力した場合における各層における加速度を示す図である。図８は、熊本地震西原村小森原波を入力した場合における各層における層間変形を示す図である。図９は、熊本地震西原村小森原波を入力した場合における各層における加速度を示す図である。
図６に示されるように、通常の設計レベルで用いられるエルセントロＮＳ５０ｋｉｎｅ基準化波を入力した場合、従来の複層免震構造の振動モデルＭ２では、２つの層に大きな変形が生じているのに対し、本実施形態における振動モデルＭ１では、下部免震層４０のみで変形量が増大した。また、図７に示すように、従来の複層免震構造の振動モデルＭ２に比較し、本実施形態における振動モデルＭ１では、下部免震層４０と中間免震層５０との間の中間構造物３１の各層において、応答加速度が低減されている。

また、図８に示すように、熊本地震西原村小森原波を入力した場合、従来の複層免震構造の振動モデルＭ２と、本実施形態における振動モデルＭ１とでは、各層の層間変形が、ほぼ同程度となっている。したがって、限界状態における複層免震建物１Ａの安全性として、従来の複層免震構造と比較して、同等の性能を確保できるといえる。
図９に示すように、熊本地震西原村小森原波を入力した場合、中間免震層５０よりも下方では、免震構造としての機能を低下させており、従来の複層免震構造の振動モデルＭ２に対し、本実施形態における振動モデルＭ１おける応答加速度は低減されていない。これについては、後に説明するように、第１変形例の構成によって対応可能である。

上述したような複層免震建物１Ａによれば、複層免震建物１Ａは、免震層４を複数備えた複層免震建物１Ａであって、下側から上側に向かって、下部構造物２、下部免震層４０、中間構造物３１、中間免震層５０、及び上部構造物３２が連結されて構成されており、下部免震層４０は、水平剛性が中間免震層５０より小さく設定され、かつ、下部免震層４０の変形に伴って下部免震層４０の水平剛性を上昇させる剛性付与機構４３を備え、中間免震層５０は、地震動発生時に剛性付与機構４３により下部免震層４０の水平剛性が上昇した状態で変形する。
このような構成によれば、外力レベルが小さいときには、水平剛性が小さい下部免震層４０で免震性能が主に発揮される。外力レベルが大きくなり、下部免震層４０の水平剛性が上昇した後に、水平剛性が大きい中間免震層５０で免震性能が主に発揮される。このように、外力レベルが小さいときには、変形を許容する免震層４を下部免震層４０のみとして、その範囲での加速度応答性能を向上させる。また、変形を許容する免震層４を１層に限定することで、比較的頻度の高い地震を被った際に、エレベータ等の復旧にかかる時間を短縮し得ることができる。また、外力レベルが大きくなると、変形を許容していた下部免震層４０の変形を制限し、変形を制限していた中間免震層５０の変形を許容させる。
このようにして、通常の設計レベルを大幅に超える過大な地震動に対応でき、かつ、通常の設計レベルにおいて変形を許容する免震層４の数を、下部免震層４０のみに限定することで、比較的発生頻度の高い地震に対して免震性能を高め、被災後の建物機能復旧性能の向上を図ることができる。
また、通常の設計レベルの範囲内では、中間免震層５０の変形を制限することができるため、加速度応答を従来の複層免震よりも低く抑えることができ、かつ、中間層を通過するエレベータの被災後の復旧時間を短縮することができる。
さらに、通常の設計レベルを超える地震動を受けた場合でも、変形を制限していた中間免震層５０において免震機能が発揮されることにより、複層免震建物１Ａの損傷を抑えて継続利用することができる。
その結果、発生頻度の高い中小規模の地震動から、通常の設計レベルを超える過大な地震動まで、効果的に対応可能な、複層免震建物１Ａを提供することが可能となる。

また、剛性付与機構４３は、線形剛性付与型のストッパー、緩衝材付きのストッパー、ハードニング機構付きのダンパー、ハードニング機構付き曲面すべり支承体のうち、いずれか一種、または二種以上の組み合わせである。
このような構成によれば、剛性付与機構４３により、水平剛性が小さい下部免震層４０における変位が、通常の設計レベルで想定する変位を超えた場合、下部免震層４０の一定以上の変形を抑制し、中間免震層５０に変形を集中させることが可能となる。

複層免震建物１Ａは、中間免震層５０は、すべり支承体（弾性すべり支承体５３）、ロック機構付きダンパー、摩擦ダンパー、鋼材ダンパー、シアピンのいずれか一種、または二種以上の組み合わせと、免震ゴム支承５１との組み合わせで、構成されている。
このような構成によれば、通常の設計レベルを超える過大な地震動発生時に、下部免震層４０における水平剛性が高められた後、中間免震層５０に作用する地震荷重が荷重閾値を超えると、中間免震層５０の拘束が解除されて変形を許容する状態となる。中間免震層５０の変形の許容により、地震荷重のさらなる入力を抑止可能である。

（実施形態の第１変形例）
なお、本発明の複層免震建物は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
本発明の実施形態の第１変形例における複層免震建物の構成を示す図を図１０に示す。
例えば、図１０に示されるように、本変形例における複層免震建物１Ｂは、下部免震層４０Ｂに、上記実施形態におけるオイルダンパー４２、及びストッパー４４に代えて、パッシブ可変減衰型（変位切換型）のハードニング機構付きオイルダンパー（ハードニング機構付きのダンパー）４５を備えている。また、中間免震層５０Ｂに、拘束部材５２Ｂとして、弾性すべり支承体５３に代えて、免震構造用リリーフ機構付きオイルダンパー５４と、ロック機構付きオイルダンパー（ロック機構付きダンパー）５５と、を備えている。
本変形例においては、ハードニング機構付きオイルダンパー４５が剛性付与機構４３Ｂとして機能する。すなわち、下部免震層４０Ｂのハードニング機構付きオイルダンパー４５が低減衰モードの範囲では、中間免震層５０Ｂが拘束されるように荷重閾値を設定する。ハードニング機構付きオイルダンパー４５は、その変位が変位閾値を超え高減衰モードに移行して、すなわちハードニング機構付きオイルダンパー４５によって下部免震層４０Ｂの水平剛性が上昇して初めて、中間免震層５０Ｂの拘束が解除されるように設定する。
ロック機構付きオイルダンパー５５は、通常の耐震設計レベルにおいて（例えばＬ２地震動に対して）は中間免震層５０Ｂをロックし、その地震動レベルを超える範囲で中間免震層５０Ｂのロックを解除して免震機能を発揮させる。
ハードニング機構付きオイルダンパー４５、ロック機構付きオイルダンパー５５の閾値の設定方法としては、中間免震層５０Ｂと下部免震層４０Ｂの地震時の応答の関係から定められる。このため、地震応答解析（時刻歴応答解析）などにより、ハードニング機構付きオイルダンパー４５、ロック機構付きオイルダンパー５５の応答の関係を明確にして設定するのが好ましい。

（本発明の複層免震建物の地震応答解析による検証、その２）
ここで、上記のような構成について、シミュレーション解析を行った。
図１１は、本発明の実施形態の第１変形例における複層免震建物について、シミュレーション解析を行う際に用いた振動モデルを示す図である。
このときの地震応答は、図１１に示すような、第１変形例による２０階建ての複層免震建物を対象とした２１質点振動モデルＭ３とした。このとき免震層は、基礎と１階床の間の層と、４階に相当する層に設定した。
この振動モデルＭ３に対し、通常の設計レベルで用いられるエルセントロＮＳ５０ｋｉｎｅ基準化波と、通常の設計レベルを超える過大な地震動として、熊本地震西原村小森原波を入力した。それぞれの原波を入力した場合における、地震応答として、各層における層間変形と、加速度とを、シミュレーションにより得た。

図１２は、エルセントロＮＳ５０ｋｉｎｅ基準化波を入力した場合における各層における層間変形を示す図である。図１３は、エルセントロＮＳ５０ｋｉｎｅ基準化波を入力した場合における各層における加速度を示す図である。図１４は、熊本地震西原村小森原波を入力した場合における各層における層間変形を示す図である。図１５は、熊本地震西原村小森原波を入力した場合における各層における加速度を示す図である。ここで、図１２〜図１５においては、上記実施形態で示した振動モデルＭ２における地震応答を、比較のために用いた。
図１２、図１３に示されるように、通常の設計レベルで用いられるエルセントロＮＳ５０ｋｉｎｅ基準化波を入力した場合、中間免震層５０を拘束しているため、上記実施形態と同様にふるまい、中間免震層５０の変位が抑制され、加速度応答も従来の複層免震構造に比べて、低減されている。
また、図１４、図１５に示されるように、熊本地震西原村小森原波を入力した場合、下部免震層４０の減衰が高減衰に切り替わるとともに、中間免震層５０のロックが解除され、従来の複層免震構造と近い状態に切り替わる。上記実施形態においては、図９を用いて説明したように、熊本地震西原村小森原波を入力した場合、中間免震層５０よりも下方では、免震構造としての機能が低下していたが、本変形例においては図１５に示されるようにこれが改善されている。
これによって、大変形に対応しながら、従来の複層免震構造とほぼ同等の加速度応答性能が得られる。

（実施形態の第２変形例）
図１６は、本発明の実施形態の第２変形例における複層免震建物の構成を示す図である。
図１６に示されるように、本変形例における複層免震建物１Ｃは、下部免震層４０Ｃに、上記実施形態におけるオイルダンパー４２、及びストッパー４４に代えて、中摩擦すべり支承４６を備えている。また、中間免震層５０Ｃには、拘束部材５２Ｃとして、弾性すべり支承体５３に代えて、高摩擦すべり支承５６が設けられている。
中摩擦すべり支承４６は、高摩擦すべり支承５６よりも、低い地震荷重ですべりが発生する。すなわち、本変形例では、下部免震層４０における中摩擦すべり支承４６の摩擦係数（静止摩擦係数）が、中間免震層５０Ｃにおける高摩擦すべり支承５６の摩擦係数よりも小さく設定されている。
このような構成では、下部免震層４０Ｃの中摩擦すべり支承４６の静止摩擦係数を超えない外力レベルでは、下部免震層４０Ｃ、中間免震層５０Ｃの双方とも、変形を制限されている。外力レベルが中摩擦すべり支承４６の静止摩擦係数を超えると、中摩擦すべり支承４６ですべりが生じ、下部免震層４０Ｃが先行して変形し、免震機能が発揮される。この状態で、中間免震層５０Ｃの高摩擦すべり支承５６では、すべりが生じず、中間免震層５０Ｃの変形が制限されている。さらに外力レベルが増し、中間構造物３１がストッパー４４に衝突して下部免震層４０Ｃのそれ以上の変形が拘束されて、下部免震層４０Ｃの水平剛性が上昇すると、中間免震層５０Ｃにせん断力が伝達される。すると、高摩擦すべり支承５６ですべりが生じ、中間免震層５０が変形して免震機能が発揮される。
本変形例が、既に説明した実施形態と同様な効果を奏することは言うまでもない。

（実施形態の第３変形例）
図１７は、本発明の実施形態の第３変形例における複層免震建物の構成を示す図である。
図１７に示されるように、本変形例における複層免震建物１Ｄは、下部免震層４０Ｄと中間免震層５０Ｄとの間の中間構造物（第２上部構造物）３１Ｄを、１階層のみを有するものとした。
既に説明した、図１に示されるような実施形態のような構成では、通常の設計レベルを超える過大な地震動により、下部免震層４０の変形を制限する領域に入ったとき、下部免震層４０では免震機能が低下する。このため、下部免震層４０と中間免震層５０の間の中間構造物３１の応答性状が、中間免震層５０の上層の上部構造物３２における応答性状よりも一般的に悪くなる。これに対し、本変形例においては、中間構造物３１Ｄを１階層のみとして、階高を最小限としている。これにより、応答性状が低下する階層を、最小限に抑えることができる。
本変形例においては、剛性付与機構４３Ｄは、基礎床版２１及び中間構造物３１Ｄに固定されたストッパーであり、中間構造物３１の変位時には、これが下部免震層４０Ｄを挟んで対向する部分に設けられた変位拘束材６０に当接することで、中間構造物３１Ｄの一定以上の変位が拘束される。これにより、下部免震層４０Ｄの水平剛性が実質的に上昇する。

また、特に本変形例においては、中間免震層５０Ｄは、中間構造物３１Ｄ上に設けた柱５７及びブレース５８の上端（柱頭）と上部構造物３２との間に、上記実施形態と同様、免震ゴム支承５１と、拘束部材５２としての弾性すべり支承体５３とを備えるようにした。これにより、中間免震層５０Ｄにおいて柱５７及びブレース５８が設けられた空間Ｘを、例えばロビー階等として利用することができる。
この場合、エレベータ８は、中間免震層５０Ｄの上層の上部構造物３２の最下階から吊り下げて支持されるように設けることができる。すなわち、エレベータ８の中間免震層５０Ｄに位置する部分においては、中間免震層５０Ｄの他の構造要素と縁切りされ、なおかつ上部構造物３２と構造的に接合された構成とすることができる。これにより、地震時にエレベータ８全体が上部構造物３２と一体となって変位するため、地震動による変位で、エレベータ８に大きな変形が加わるのを抑え、防災計画上、有利である。
なお、下部免震層４０Ｄについても、上記中間免震層５０Ｄと同様に、柱５７やブレース５８を備え、その上端に免震ゴム支承４１等を設ける構成とし、下部免震層４０Ｄを、駐車場、倉庫等の空間として有効利用することもできる。

（実施形態の第４変形例）
上記実施形態および第１から第３変形例では、下部免震層４０、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄの水平剛性が、中間免震層５０、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄよりも小さい構成としたが、これに限らない。
図１８は、本発明の実施形態の第４変形例における複層免震建物の構成を示す図である。
本変形例における複層免震建物１Ｅは、実施形態の中間免震層と下部免震層を概ね逆にした構成を備えている。すなわち、図１８に示されるように、複層免震建物１Ｅは、中間免震層５０Ｅの水平剛性が、下部免震層４０Ｅよりも小さく設定されている。複層免震建物１Ｅは、下部免震層４０Ｅに、免震ゴム支承４１と、拘束部材４７としての弾性すべり支承体４８と、を備えている。また、中間免震層５０Ｅに、オイルダンパー４２と、ストッパー４３Ｅを備えている。ストッパー４３Ｅは中間構造物３１に固定されており、上部構造物３２に固定された変位拘束材６１に当接することで、剛性付与機構４３Ｅとして機能する。
本変形例においては、外力レベルが小さいときには、水平剛性が小さい中間免震層５０Ｅで免震性能が主に発揮される。外力レベルが大きくなると、中間免震層５０Ｅでは、ストッパー４３Ｅと変位拘束材６１とが衝突することで、水平方向の変形が拘束される。これによって、中間免震層５０Ｅの水平剛性が上昇し、中間免震層５０Ｅで発揮される免震効果が制限される。下部免震層４０Ｅに作用する地震荷重が荷重閾値を超えると、下部免震層４０Ｅに設けられた弾性すべり支承体４８によるすべりが生じ、拘束部材４７による拘束が解除される。これにより、下部免震層４０Ｅの上下の下部構造物２と中間構造物３１との間で水平方向の相対変位が生じ、下部免震層４０Ｅで変形が生じる。これによって、下部免震層４０Ｅで免震性能が発揮される。
本変形例においては、通常の設計レベルにおいて中間構造物３１が非免震状態となるため、上記実施形態及び第１〜第３変形例と比較すると、免震性能が低くなる。しかし、地震が生じ、下部免震層４０Ｅに残留変位が生じた場合において、下部免震層４０Ｅは下部構造物２に面しているため、残留変位を解消して中間構造物３１と上部構造物３２を原点復帰させるための反力を得やすい。このように、本変形例においては地震後の残留変位の解消が容易である。

（その他の変形例）
例えば、上記実施形態および各変形例では、免震層４を２層備えるものとしたが、免震層の数に制限はなく、ある外力レベルを超える範囲で変形を制限する層と、ある外力レベルを超える範囲で変形を許容する免震層の数、およびその外力レベルの閾値は、適宜設定することができる。
また、上記実施形態および各変形例において、ストッパーが設けられていない免震層においても、想定以上の過度の変形を抑制するためのフェールセーフ機構として、ストッパーを追加して取り付けてもよい。
なお、上記実施形態の複数の免震層を備えた複層免震建物では、下部免震層及び中間免震層のいずれか一方の免震層は、水平剛性が他方の免震層より小さく設定され、かつ、前記一方の免震層の変形に伴って当該一方の免震層の水平剛性を上昇させる剛性付与機構を備えている。ここで、水平剛性は水平耐力を含む。すなわち、複層免震建物においては、下部免震層及び中間免震層のいずれか一方の免震層は、水平耐力が他方の免震層より小さく設定され、かつ、前記一方の免震層の変形に伴って当該一方の免震層の水平耐力を上昇させる機構を備え、前記他方の免震層は、地震動発生時に前記機構により前記一方の免震層の水平耐力が上昇した状態で、降伏または滑動することも可能である。
また、上記実施形態の複層免震建物では、他方の免震層は、すべり支承体、ロック機構付きダンパー、摩擦ダンパー、鋼材ダンパー、シアピンのいずれか一種、または二種以上の組み合わせと、免震ゴム支承との組み合わせで、構成されているが、他方の免震層がすべり支承体のみで形成されている場合であってもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ複層免震建物２下部構造物
４免震層
３１、３１Ｄ中間構造物（第１上部構造物）３２上部構造物（第２上部構造物）
４０、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ下部免震層
４３、４３Ｂ、４３Ｄ、４３Ｅ剛性付与機構４４ストッパー
４５ハードニング機構付きオイルダンパー（ハードニング機構付きのダンパー）
４６、４８、５３、５６すべり支承体
５５ロック機構付きオイルダンパー（ロック機構付きダンパー）
５０、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ中間免震層

Claims

免震層を複数備えた複層免震建物であって、
下側から上側に向かって、下部構造物、下部免震層、第１上部構造物、中間免震層、及び第２上部構造物が連結されて構成されており、
前記下部免震層及び前記中間免震層のいずれか一方の免震層は、水平剛性が他方の免震層より小さく設定され、かつ、前記一方の免震層の変形に伴って当該一方の免震層の水平剛性を上昇させる剛性付与機構を備え、
前記他方の免震層は、地震動発生時に前記剛性付与機構により前記一方の免震層の水平剛性が上昇した状態で変形する
ことを特徴とする複層免震建物。
前記剛性付与機構は、線形剛性付与型のストッパー、緩衝材付きのストッパー、ハードニング機構付きのダンパー、ハードニング機構付き曲面すべり支承体のうち、いずれか一種、または二種以上の組み合わせである
ことを特徴とする請求項１に記載の複層免震建物。
前記他方の免震層は、すべり支承体、ロック機構付きダンパー、摩擦ダンパー、鋼材ダンパー、シアピンのいずれか一種、または二種以上の組み合わせと、免震ゴム支承との組み合わせで、構成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の複層免震建物。