JP2022068774A

JP2022068774A - 浮き上がり抵抗装置

Info

Publication number: JP2022068774A
Application number: JP2020177638A
Authority: JP
Inventors: 靖彦辻; Yasuhiko Tsuji
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2020-10-22
Filing date: 2020-10-22
Publication date: 2022-05-10

Abstract

【課題】簡単な構成で球面すべり支承の浮き上がりを抑制することが可能な浮き上がり抵抗装置を提供する。【解決手段】下部構造物１１と上部構造物１２との間に免振機構２０とともに設けられる浮き上がり抵抗装置１であって、下部構造物１１に固定された下側レール３０と、下側レール３０に移動自在に装着された下側スライダ３３と、上部構造物１２に、下側レール３０に交差する向きで固定された上側レール３１と、上側レール３１に移動自在に装着された上側スライダ３４と、下側スライダ３３と上側スライダ３４とを、水平方向に相対移動不能且つ上下方向に相対移動自在に連結する連結部４０と、下側スライダ３３と上側スライダ３４との間に設けられ、上側スライダ３４が下側スライダ３３に対して上方へ相対移動したときに上側スライダ３４に下向きの弾性力を付与する弾性部材５０と、を有することを特徴とする浮き上がり抵抗装置１。【選択図】図６

Description

本発明は、下部構造物と上部構造物との間に免振機構とともに設けられる浮き上がり抵抗装置に関する。

従来、例えばビルディング等の建築物として、基礎などの下部構造体と、下部構造体の上に構築された上部構造体との間に、地震に対する免振機構として複数の球面すべり支承が設けられたものが知られている（例えば特許文献1参照）。

特開２０１８－１４５６６０号公報

球面すべり支承は、下部構造体に対する上部構造体の上方への移動を拘束する機能を持たないので、地震の際、建築物の隅角部などにおいて浮き上がり（引き抜き）が生じる場合は採用しにくいという問題がある。

このような問題に対し、従来、建築物の隅角部の直上部分のスラブの厚みを増すなどして自重を増加させたり、球面すべり支承の配置を調整したりする対策が行われていたが、このような対策では設計しきれない建物もあった。

本発明は、簡単な構成で球面すべり支承を採用する場合に浮き上がりを抑制することが可能な浮き上がり抵抗装置を提供することを目的とする。

本発明の浮き上がり抵抗装置は、下部構造物と上部構造物との間に設けられる浮き上がり抵抗装置であって、前記下部構造物に固定された下側レールと、前記下側レールに移動自在に装着された下側スライダと、前記上部構造物に、前記下側レールに交差する向きで固定された上側レールと、前記上側レールに移動自在に装着された上側スライダと、前記下側スライダと前記上側スライダとを、水平方向に相対移動不能且つ上下方向に相対移動自在に連結する連結部と、前記下側スライダと前記上側スライダとの間に設けられ、前記上側スライダが前記下側スライダに対して上方へ相対移動したときに前記上側スライダに下向きの弾性力を付与する弾性部材と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構成で球面すべり支承の浮き上がりを抑制することが可能な浮き上がり抵抗装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る浮き上がり抵抗装置を備えた建築物の構成を概略で示す図である。球面すべり支承と浮き上がり抵抗装置の配置を示す図である。球面すべり支承の詳細を示す断面図である。免振状態における球面すべり支承の断面図である。浮き上がり抵抗装置の詳細を示す斜視図である。図５におけるＡ－Ａ線に沿う断面図である。図５におけるＢ－Ｂ線に沿う断面図である。免振状態における浮き上がり抵抗装置の断面図である。図１に示す浮き上がり抵抗装置の変形例の断面図である。

以下、本発明に係る浮き上がり抵抗装置について、図面を参照しつつ詳細に例示説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態である浮き上がり抵抗装置１は、建築物１０の下部構造物１１と上部構造物１２との間に、免振機構である球面すべり支承２０とともに設けられて、地震の際に、球面すべり支承２０が浮き上がり（引き抜き）を生じることを抑制するものである。

下部構造物１１は地面に固着した構造物である。本実施の形態では、下部構造物１１は建築物１０の基礎である。上部構造物１２は基礎上に構築された構造物である。本実施の形態では、上部構造物１２は鉄筋コンクリート造のビルディングである。

なお、下部構造物１１は、基礎に限らず、例えば建築物１０の地下階を構成する部分などの、地面に固着した他の構造物であってもよい。また、上部構造物１２は、鉄筋コンクリート造のビルディングに限らず、例えば倉庫、木造の建物などの、他の構成の構造物であってもよい。

下部構造物１１と上部構造物１２との間には、複数の球面すべり支承２０が配置されている。図２に示すように、本実施の形態では、下部構造物１１の上面と上部構造物１２の下面との間に、１６個の球面すべり支承２０が、互いに水平方向に所定の間隔を空けて４行、４列に並べて配置されている。なお、球面すべり支承２０の数、配置等は、種々変更可能である。

図３に示すように、それぞれの球面すべり支承２０は、下部構造物１１の上面に固定された下側滑り板２１と、上部構造物１２の下面に固定された上側滑り板２２とを有している。本実施の形態では、下側滑り板２１は下側固定板２３を介して下部構造物１１の上面に固定され、上側滑り板２２は上側固定板２４を介して上部構造物１２の下面に固定されている。

下側滑り板２１は平面視で円形となっており、その上面に下側滑り面２１ａを有している。下側滑り面２１ａは、中心部分が最下点となる凹状の球面となっている。上側滑り板２２は平面視で円形となっており、その下面に上側滑り面２２ａを有している。上側滑り面２２ａは、中心部分が最下点となる凹状の球面となっており、下側滑り面２１ａに対向して配置されている。なお、下側滑り面２１ａと上側滑り面２２ａは、同一の曲率である。

下側滑り面２１ａと上側滑り面２２ａとの間にはスライド部材２５が配置されている。スライド部材２５は略円柱状となっており、その下面２５ａにおいて下側滑り面２１ａに摺動自在に当接し、その上面２５ｂにおいて上側滑り面２２ａに摺動自在に当接している。スライド部材２５は、通常状態（自然状態）において、その軸心が下側滑り面２１ａ及び上側滑り面２２ａの中心位置と一致するように配置されている。

上記構成を有する球面すべり支承２０は、下部構造物１１と上部構造物１２との間において上部構造物１２の荷重を支持している。また、球面すべり支承２０は、図４に示すように、地震等により下部構造物１１が水平方向に変位したときに、下側滑り板２１と上側滑り板２２との間でスライド部材２５が摺動することで、下部構造物１１に対して上部構造物１２を水平方向に相対変位させるように作動して、免震効果を生じることができる。このとき、スライド部材２５は、下側滑り面２１ａ及び上側滑り面２２ａに対して、その中心位置からずれるように移動するので、免震動作時において、上側滑り板２２ないし上部構造物１２は、下側滑り板２１ないし下部構造物１１に対して寸法Ｈだけ上方に移動する。

下側滑り面２１ａ及び上側滑り面２２ａは球面であるので、球面すべり支承２０は、地震等により下部構造物１１が水平方向に沿う何れの方向に変位した場合であっても、当該震動に対して免震効果を生じることができる。

なお、下部構造物１１と上部構造物１２との間には、スライド部材２５が下側滑り面２１ａ及び上側滑り面２２ａの範囲内でスライドする程度に、下部構造物１１に対する上部構造物１２の水平方向への相対変位を規制するための、ダンパーやストッパ等が設けられる。

球面すべり支承２０は、下部構造物１１に対する上部構造物１２の上方への移動を拘束する機能を持たないので、地震の際、建築物１０の隅角部などにおいて浮き上がり（引き抜き）を生じる虞があるが、下部構造物１１と上部構造物１２との間に浮き上がり抵抗装置１を設けることで、当該浮き上がりを抑制することができる。本実施形態では、建築物１０の隅角部に配置された球面すべり支承２０の、当該建築物１０の外面に沿った両側方に、それぞれ浮き上がり抵抗装置１を配置している。

図５、図６、図７に示すように、それぞれの浮き上がり抵抗装置１は、下側レール３０と上側レール３１とを備えている。

下側レール３０は、固定用のフランジ部３０ａと、断面Ｔ字形状で直線状に延びるレール本体部３０ｂとを一体に備えており、フランジ部３０ａに対してレール本体部３０ｂが上側となる水平姿勢で、フランジ部３０ａにおいて複数のボルト３２により下部構造物１１の上面に固定されている。本実施形態では、下側レール３０の向きは、平面視で矩形の建築物１０の１つの外面に垂直な向きである。

上側レール３１は、固定用のフランジ部３１ａと、断面Ｔ字形状で直線状に延びるレール本体部３１ｂとを一体に備えており、フランジ部３１ａに対してレール本体部３１ｂが下側となる水平姿勢であるとともに下側レール３０に交差する向きで、フランジ部３１ａにおいて複数のボルト３２により上部構造物１２の下面に固定されている。本実施形態では、上側レール３１の向きは、下側レール３０に直交する向きである。

レール本体部３０ｂには、下側スライダ３３が装着されている。下側スライダ３３は断面Ｃ字形状となっており、断面Ｔ字形状のレール本体部３０ｂの外側に係合して、レール本体部３０ｂに沿って移動自在となっている。同様に、上側レール３１のレール本体部３１ｂには、上側スライダ３４が装着されている。上側スライダ３４は断面Ｃ字形状となっており、断面Ｔ字形状のレール本体部３１ｂの外側に係合して、レール本体部３１ｂに沿って移動自在となっている。

図６、図７に示すように、下側スライダ３３と上側スライダ３４は、連結部４０により、互いに水平方向に相対移動不能且つ上下方向に相対移動自在に連結されている。

本実施形態では、連結部４０は、以下の構成を有している。すなわち、下側スライダ３３の上面には、下側レール３０の軸線方向に沿って間隔を空けて並べて一対の円柱状の下側支柱４１が固定されており、これらの下側支柱４１の上端に下側プレート４２が固定支持されている。また、上側スライダ３４の下面には、上側レール３１の軸線方向に沿って間隔を空けて並べて一対の円柱状の上側支柱４３が固定されており、これらの上側支柱４３の下端には、下側プレート４２よりも下方に位置して上側プレート４４が固定支持されている。下側プレート４２には上側支柱４３の外径よりも僅かに大径の一対の円形の支持孔４２ａが設けられており、一対の上側支柱４３は、それぞれ対応する支持孔４２ａに摺動自在に挿通されている。また、上側プレート４４には下側支柱４１の外径よりも僅かに大径の一対の円形の支持孔４４ａが設けられており、一対の下側支柱４１は、それぞれ対応する支持孔４４ａに摺動自在に挿通されている。下側スライダ３３に固定された下側プレート４２は上側スライダ３４に固定された上側支柱４３により水平方向に支持されるが上下方向には移動自在であり、上側スライダ３４に固定された上側プレート４４は下側スライダ３３に固定された下側支柱４１により水平方向に支持されるが上下方向には移動自在であるので、連結部４０は、下側スライダ３３と上側スライダ３４とを、水平方向に相対移動不能且つ上下方向に相対移動自在に連結することができる。よって、下側スライダ３３と上側スライダ３４は、水平方向には一体的に動作し、上下方向には相対的に動作することができる。

下側スライダ３３と上側スライダ３４との間には、弾性部材５０が設けられている。本実施形態では、弾性部材５０は圧縮コイルバネであり、軸心に上側支柱４３が挿通された状態で下側プレート４２と上側プレート４４との間に配置されている。弾性部材５０は、上側スライダ３４が下側スライダ３３に対して上方へ相対移動したときに、下側スライダ３３と上側スライダ３４との間で圧縮されて上側スライダ３４に下向きの弾性力を付与する。

弾性部材５０は、下部構造物１１と上部構造物１２との間に水平方向の相対変位が生じていない自然状態において、下側プレート４２と上側プレート４４との間隔と同一の長さを有して当該自然状態においては弾性力（ばね力）を生じない構成としてもよく、自然状態において、下側プレート４２と上側プレート４４との間に所定の長さだけ圧縮した状態で配置されて当該自然状態において所定の弾性力を生じる構成としてもよい。

次に、上記構成を有する浮き上がり抵抗装置１の作用について説明する。

地震等により下部構造物１１が水平方向に変位し、球面すべり支承２０の免震動作により下部構造物１１に対して上部構造物１２が水平方向に相対移動すると、浮き上がり抵抗装置１は、下側スライダ３３が下側レール３０に沿って移動するとともに上側スライダ３４が上側レール３１に沿って移動することで、下部構造物１１に対する上部構造物１２の水平方向への相対移動を許容するように作動する。また、球面すべり支承２０の免震動作により、上部構造物１２が下部構造物１１に対して寸法Ｈだけ上方に相対移動すると、浮き上がり抵抗装置１は、図８に示すように、上側スライダ３４が下側スライダ３３に対して寸法Ｈだけ上方に相対移動することで、下部構造物１１に対する上部構造物１２の上方への相対移動を許容するように作動する。このように、浮き上がり抵抗装置１は、球面すべり支承２０の免震動作に伴って、下部構造物１１に対する上部構造物１２の水平方向への相対移動及び上下方向の相対移動を許容するように作動する。

また、上記構成を有する浮き上がり抵抗装置１は、球面すべり支承２０の免震動作に伴って上側スライダ３４が下側スライダ３３に対して寸法Ｈだけ上方に相対移動すると、弾性部材５０が下側プレート４２と上側プレート４４との間で寸法Ｈの分だけ圧縮されることで、上側スライダ３４に下向きの弾性力を付与することができる。これにより、球面すべり支承２０が免震動作しているときに、建築物１０の隅角部などにおいて、上部構造物１２に、下部構造物１１に対して上部構造物１２を上方に引き上げる上向きの荷重（引き抜き荷重）が加わっても、当該上向き荷重を、弾性部材５０が圧縮されることによる生じる弾性力により低減させて、球面すべり支承２０に浮き上がりが生じることを抑制することができる。

特に、弾性部材５０を、上側スライダ３４の下側スライダ３３に対する上方への移動の寸法Ｈが最大（例えば５０ｍｍ）となったときに生じる弾性力Ｆが、浮き上がり抵抗装置１が設けられた部分に加わる上部構造物１２の自重による下向き荷重をＷａ、下部構造物１１に対して上部構造物１２を上方に引き上げる上向きの荷重（引き抜き荷重）をＷｂとし、Ｗａ＞Ｗａであるときに、Ｆ≧Ｗｂ－Ｗａを満たすバネ定数を有するものとすることで、弾性部材５０が生じる弾性力Ｆにより上向きの荷重Ｗｂを相殺して、球面すべり支承２０の浮き上がりを確実に防止することができる。

このように、本実施形態の浮き上がり抵抗装置１によれば、球面すべり支承２０の免震動作時に上部構造物１２に加わる上向きの荷重を、上部構造物１２の下部構造物１１に対する上方への移動により弾性部材５０が生じる弾性力によって低減させることができるので、球面すべり支承２０に浮き上がりが生じることを抑制することができる。

また、本実施形態の浮き上がり抵抗装置１は、上部構造物１２の荷重を支持するものではなく、上部構造物１２の荷重を支持する球面すべり支承２０とともに設けられるものであるので、耐火被覆が不要な安価なものとすることができる。

図９は、図１に示す浮き上がり抵抗装置１の変形例の断面図である。なお、図９においては、前述した部材に対応する部材に同一の符号を付してある。

連結部４０は、上記構成に限らず、図９に変形例として示すように、下側スライダ３３の上面に固定された下側筒体４５と、上側スライダ３４の下面に固定された上側筒体４６とを備え、下側筒体４５の上端側の一部と上側筒体４６の下端側の一部とが径方向に重ねて配置された二重筒構造としてもよい。図示する場合では、下側筒体４５の上端側の一部を上側筒体４６の下端側の一部の外側に配置した場合を示すが、下側筒体４５の上端側の一部を上側筒体４６の下端側の一部の内側に配置した構成としてもよい。また、下側筒体４５及び上側筒体４６は、それぞれ円筒状でもよく、角筒状でもよい。

このような構成の連結部４０によっても、下側スライダ３３に対する上側スライダ３４の水平方向への相対移動は、下側筒体４５の上端側の一部と上側筒体４６の下端側の一部とが水平方向に接触することにより規制され、一方で、下側スライダ３３に対する上側スライダ３４の上下方向への相対移動は許容されるので、連結部４０は、下側スライダ３３と上側スライダ３４とを、水平方向に相対移動不能且つ上下方向に相対移動自在に連結することができる。

連結部４０を図９に示す変形例の構成とした場合には、弾性部材５０として引っ張りばねが用いられる。引っ張りばねである弾性部材５０は、一端が下側スライダ３３に固定され、他端が上側スライダ３４に固定されており、上側スライダ３４が下側スライダ３３に対して上方へ相対移動したときに、下側スライダ３３と上側スライダ３４との間で引っ張り力を受けて伸長して上側スライダ３４に下向きの弾性力を付与することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施形態では、弾性部材５０として、ばねを用いるようにしているが、これに限らず、例えば合成ゴム等の弾性体を用いるようにしてもよい。

また、浮き上がり抵抗装置１とともに用いられる免震装置は、球面すべり支承２０に限らず、例えば積層ゴムを用いたものなど、他の構成のものであってもよい。何れの免震装置を用いた場合であっても、免震装置が免震動作しているときに、建築物１０の隅角部などにおいて、下部構造物１１に対して上部構造物１２を上方に引き上げる上向きの荷重（引き抜き荷重）が加わり、上部構造物１２が下部構造物１１に対して上方に引き上げられると、当該上方への引き上げに伴って弾性部材５０が弾性変形し、当該弾性変形により生じる弾性力により上向きの荷重を低減させて、免震装置に浮き上がりが生じることを抑制することができる。

１浮き上がり抵抗装置
１０建築物
１１下部構造物
１２上部構造物
２０球面すべり支承（免振機構）
２１下側滑り板
２１ａ下側滑り面
２２上側滑り板
２２ａ上側滑り面
２３下側固定板
２４上側固定板
２５スライド部材
２５ａ下面
２５ｂ上面
３０下側レール
３０ａフランジ部
３０ｂレール本体部
３１上側レール
３１ａフランジ部
３１ｂレール本体部
３２ボルト
３３下側スライダ
３４上側スライダ
４０連結部
４１下側支柱
４２下側プレート
４２ａ支持孔
４３上側支柱
４４上側プレート
４４ａ支持孔
４５下側筒体
４６上側筒体
５０弾性部材

Claims

下部構造物と上部構造物との間に免振機構とともに設けられる浮き上がり抵抗装置であって、
前記下部構造物に固定された下側レールと、
前記下側レールに移動自在に装着された下側スライダと、
前記上部構造物に、前記下側レールに交差する向きで固定された上側レールと、
前記上側レールに移動自在に装着された上側スライダと、
前記下側スライダと前記上側スライダとを、水平方向に相対移動不能且つ上下方向に相対移動自在に連結する連結部と、
前記下側スライダと前記上側スライダとの間に設けられ、前記上側スライダが前記下側スライダに対して上方へ相対移動したときに前記上側スライダに下向きの弾性力を付与する弾性部材と、を有することを特徴とする浮き上がり抵抗装置。