JP2963715B2 - 建築物の免震構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、コンクリート等を主材として構築される建
築物に於いて、それ自体の構造によって地震等の振動を
減衰させ得る建築物の免震構造に関するものである。

［従来の技術］ 建築物の免震構造としては、建築構造体の下部と基礎
との間に積層ゴムのような免震部材を介在させる構造が
知られている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし上記のような建築構造体の下部と基礎との間に
介在させた積層ゴム程度では、大幅な免震効果を確保す
ることが困難である。

本発明は、このような問題点を解決して、水平方向の
揺れに柔軟に対応し、周期の短い揺れに対してはほぼ完
全な免震効果を確保し、一方で非常に周期の長い揺れに
対しては、若干の免震効果を確保するのみで問題ないの
ではないか、との観点から、それに充分対応することの
できる建築物の免震構造を提供することを目的とするも
のである。もっともこれは周期の長い揺れに対しては、
応じ切れないことを意味するのではなく、コストその他
を考慮して、一定の長さの周期を最大振幅の揺れと定め
て、特にこれ以下の揺れを確実に減衰させ、それ以上の
周期の揺れには、問題の少ないことを前提としてそのま
ま揺れてしまうことを許容するように構成することを意
味するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の構成の要旨とするところは、 外装フレーム中の上下方向に区分した一以上の単位階
支持部に各々単位階ユニットを配置し、上記各単位階ユ
ニットは、その下面を上記単位階支持部の床面上に水平
方向移動自在に対面配設し、かつ各単位階ユニットそれ
自体を各々上記対応する単位階支持部の上部に結合した
ロープ状部材により吊下げ支持した建築物の免震構造に
於いて、 上記ロープ状部材の途中に放射方向に等角度間隔で延
びるバネ部材の内端を接続し、上記バネ部材の外端を、
上記単位階ユニットに上記ロープ状部材を外装する位置
関係で立設固定した円筒状の支持部材の内面に結合した
建築物の免震構造である。

対象の建築物は、主として鉄筋コンクリートのそれで
ある。単数階及び複数階の建築物のいずれにも適用でき
る。

上記単位階ユニットは、単数又は複数の階を一単位と
して構成した建築物ユニットである。例えば、二階分又
は一階分をユニットとして概ね箱形に構成する。それら
の各階には一般の場合と同様に、単数又は複数室を構成
し、最外周には周壁等も構成する。

上記単位階ユニットの上記水平方向移動自在な配設
は、その下面及び上記単位階支持部の床面を各々滑面に
構成して対面接合することによって得ることができる。
あるいはこれらの間に相互を移動自在にするための特別
の手段を組み込むこともできる。特別の手段としては、
例えば、その間に回転自在にボールを介在させた構成と
することができる。単位階ユニットの下面と単位階支持
部の床面との間にできるだけ摩擦が少なくなるようにす
る趣旨である。

上記外装フレームは、前記のように、上記単数又は複
数の単位階ユニットを各々支持する単位階支持部を備え
た支持構造体である。単位階支持部は、各々単位階ユニ
ットの下部を支持する床面を有し、かつ上部からロープ
状部材を介して吊下げる天井部を有するものとする。例
えば、上記単位階支持部は、上記単位階ユニットと平面
から見て相似形であって、これより一定寸法だけ大きい
形状を想定し、その想定形状線に沿って、各要所に各々
柱部材を立設し、上記複数の柱部材で支持される上部の
天井部と下部の床面とで構成されるものである。また上
記外装フレームは、これらの単位階支持部を上下に結合
した形状である。最も下方の単位階支持部の天井部と上
方の単位階支持部の床面を構成する部分は共通に構成す
るべきである。

しかして、上記したところから理解されるように、上
記単位階支持部の上記柱部材は、その内側に配置される
単位階ユニットの外側との間に、地震の際に許容し得る
最大限の振幅に相当する隙間を残し得るように定める。

前記ロープ状部材は、ここでは、ワイヤーロープその
他のロープ類の外、チェーン等も含むものとして用いて
いる。また上記ロープ状部材は、これ自体を若干伸縮自
在にするか、またはこれを支持部材に伸縮自在な部材を
介して接続することとするのが好ましい。上記ロープ状
部材の長さは、ほぼ完全に免震効果を得たい地震の振幅
の範囲との関係で定める。ロープ状部材は、これが長く
なれば長くなるほど、長周期の揺れに対しても、これに
吊下げられる単位階ユニットの静止状態を保持できる。
従ってこの観点から適切な長さを定める。

なお上記ロープ状部材は、既述のように、その途中か
ら放射方向に等角度間隔で延びるバネ部材の内端を接続
し、かつ上記バネ部材の外端を単位階ユニットに固設し
た円筒状の支持部材の内面に結合することによって、地
震の振幅が一定の大きさを越えると、これに追随して揺
れるように構成するものである。なおまた上記支持部材
は、既述のように、円筒状に構成したものであるから、
上記ロープ状部材は、この内部を通過して、その下端を
単位階ユニットに接続し、上端を単位階支持部の上部の
天井部に結合するものとなる。

ところで上記バネ部材は等間隔で上記ロープ状部材の
複数箇所に設けることができる。このように複数箇所に
設ける場合は、上方のバネ部材に弾性の弱いものを、下
方のそれに弾性の強いものを使用するのが適当である。

即ち、この建築物では、ロープ状部材で単位階ユニッ
トを吊下げ状態とし、地震等の際に、外装フレームが地
盤とともに揺れても、上記ロープ状部材が逆振り子状に
動作することにより、単位階ユニットの慣性によって定
位置に停止していようとする作用を許容し、ほぼ完全な
免震作用を得ようとするものである。

しかして地震の際には、各単位階ユニットは、相対的
に、各単位階支持部の床面上を揺動することになる訳で
ある。そこで、地震による揺動の周期が一定値以上にな
った場合、即ち、振幅が一定値を越える大きさになった
場合には、単位階ユニットが限界を越えて上記単位階支
持部の柱部材と衝突するおそれが生じるので、これを緩
やかに制限する必要がある。上記ロープ状部材の途中に
バネ部材を付設することはその制限をする趣旨である。
また逆の見方をすると、周期が一定値以上に大きくなっ
た場合には、それと一緒に揺動しても、さしたる問題は
ないので、その場合には、同時に揺動させるようにする
ものと理解することもできる。

［作用］ 本発明は、以上のような構成であるから、地震等に際
して、地盤に固定された外装フレームがそれに伴って揺
動しても、その揺動の周期が一定範囲である限り、これ
に支持されている単位階ユニットはほぼ静止状態を保持
し、高い免震効果を得ることができる。

即ち、地震の際には、地盤と結合した外装フレーム
は、当然、その揺動等に伴って、同様な揺動動作をする
ことになる。このとき、単位階ユニットは、上記外装フ
レームの単位階支持部の上部からロープ状部材により吊
下げられており、上記ロープ状部材が逆振り子状に動作
することにより、上記単位階ユニットの慣性により静止
していようとする作用を許容するものである。同時に、
上記単位階ユニットの下面は単位階支持部の床面に移動
自在に対面配設されており、上記下面が相対的に支持面
上を自由に移動することが許容されることにより、静止
状態が確保されるものである。

こうして一定周期までの揺動に対しては、ほぼ完全に
免震効果を得ることができる。

なお上記一定の周期を越える長周期の揺動を持つ地震
で、外装フレームが大きく揺動し、その結果相対的な単
位階ユニットの揺動が大きくなろうとする場合には、前
記したように、予め、ロープ部材の途中にバネ部材を配
設しておくことにより、弾力的に上記相対的揺動を減少
させ、外装フレームとともに揺動させることになる。し
かして、前記揺動の振幅が一定値を越えた（周期が一定
値を越えた）地震の場合は、免震効果が減じることには
なるが、相対的揺動を減少させて、単位階ユニットと単
位階支持部の柱部材との衝突等を避けることができる。
しかもこのような長周期の揺動は、これを減衰させなく
ても問題は少ないものである。

なお上記各単位階ユニットはロープ状部材に、吊下げ
られている構成なので、地震が終った後は、必ず単位階
支持部の中心に復帰する。

［実施例］ 以下図面に基づいて本発明の実施例を説明する。

第１図に示したように、鉄筋コンクリート造りの二階
建、即ち、上下二段に単位階支持部21、21を有する外装
フレーム22を構成する。

上記各単位階支持部21、21は、下方に後記単位階ユニ
ット25の下部を支持する床面21aを有し、かつ下方に、
ここから後記ワイヤーロープ29を介して上記単位階ユニ
ット25を吊下げる天井部21bを有する構成とする。上記
天井部21bと床面21aとは、いずれも平面から見て長方形
をなしており、四隅に構成した柱部材21c、21c…で相互
を結合した構造である。上方の単位階支持部21の床面21
aを構成する部分と下方の単位階支持部21の天井部21bを
構成する部分とは共通に構成する。また上記単位階支持
部21、21の床面21aには、多数の凹部23、23…を平均に
形成し、各凹部23、23…中に回転自在に支持ボール２、
24…を装入する。

上記単位階支持部21、21にはそれぞれ上記単位階ユニ
ット25を装入配置する。上記単位階ユニット25、25の後
記底部26の下面が上記支持ボール24、24…により支持さ
れ、上記単位階ユニット25、25自体が水平方向に滑らか
に移動自在になるように配置する。

ところで上記単位階ユニット25、25は、平面から見て
長方形の底部26と、その四隅に立設した円筒カバー（円
筒状の支持部材）27、27…と、上記円筒カバー27、27…
を間に挟んで上記底部26の縁に沿って立ち上げた周側壁
とから構成されるものである。なお上記周側壁には、図
示しないドア及び窓が構成されている。

また各単位階支持部21、21の天井部21b、21bの四隅近
辺から上記各円筒カバー27、27…の中心に対応させて各
々ワイヤーロープ29、29…を垂下させ、これを上記各円
筒カバー27、27…の中心を通って単位階ユニット25、25
の底部26に結合させる。なお、第１図及び第２図に示し
たように、上記各ワイヤーロープ29、29…の途中にはそ
れぞれ放射方向に等角度間隔で延びる三本のバネ部材3
0、30、30の内端を結合する。上記バネ部材30、30、30
の外端は上記円筒カバー27の内面に結合する。上記バネ
部材30、30、30の結合位置はワイヤーロープ29、29…の
中央付近とする。

この実施例では、階段や配管配線等は全部外装フレー
ム22側に設けてある。

この実施例では、以上のように構成したので、地震等
に際しては、地盤に固定されている外装フレーム22は、
当然その揺動に伴って揺動する。しかしこれに支持され
ている単位階ユニット25、25は地震の揺動の周期が一定
の範囲内に入っているうちはほぼ完全に静止状態を保持
し、非常に高い免震効果を得ることができる。揺動の周
期が上記一定範囲を超える非常に大きな振幅の場合に
は、上記単位階ユニット25、25は揺動に伴って動くこと
になるが、そのような場合の揺動は周期の非常に長いも
のになるので、問題は少ない。

即ち、地震の際には、地盤に固定した外装フレーム22
は、当然、その揺動等に伴って、同様な揺動をすること
になる。このとき、上記両単位階ユニット25、25は、上
記単位階支持部21、21の天井部21b、21bからそれぞれワ
イヤーロープ29、29…により吊下げられているものであ
るから、上記揺動の周期が予め定められた一定範囲内で
ある場合には、上記ワイヤーロープ29、29…が逆振り子
状に（下端が静止して上方が動く）動くことになり、上
記単位階ユニット25、25が慣性により静止していようと
する作用を許容するものである。このとき、更に、上記
単位階ユニット25、25の各底部26の下面は単位階支持部
21、21の床面21a、21a上に、支持ボール24、24…を介し
て移動自在に配設されていて、上記単位階ユニット25、
25は各々相対的に床面21a、21a上を自由に移動すること
ができるので、上記静止状態を保持し得るものである。

こうして非常に高い免震効果を得ることができる。

なお非常に振幅の大きな地震で、上記一定の周期を越
える場合は、外装フレーム22が大きく揺動し、その結
果、単位階支持部21、21との間の相対的な単位階ユニッ
ト25、25の揺動が一定限界を越えて大きくなろうとする
が、このとき、既述のように、ワイヤーロープ29、29…
の途中にバネ部材30、30、30が配してあるので、この作
用により、弾力的に上記相対的揺動が減少させられ、結
局外装フレーム22とともに揺動することになる。

こうして周期の長い振幅の大きな地震になると、免震
効果が多少減じることにはなるが、相対的揺動を減少さ
せて、単位階ユニット25、25と単位階支持部21、21の衝
突等を避けることができる。なおこのように周期が長く
振幅の大きな地震の場合には、その揺動と同時に揺動し
たとしても問題は少ないものである。

ところで上記単位階ユニット25、25はワイヤーロープ
29、29…に、吊下げられている構成なので、地震が終了
すると、必ず各単位階支持部21、21の中心に戻ることが
できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、地盤を通じて外装フレームに伝達し
た地震の周期が一定値以下の場合には、単位階ユニット
は、これをロープ部材で吊下げた構成であるので、ほぼ
完全に静止状態を保持し得るものである。上記一定値を
越えると、単位階ユニットは、外装フレームとともに揺
動することとなるが、上記一定値を周期の充分大きな適
切な値に定めておけば、その揺動はそのように周期の大
きなゆっくりとしたものであるので比較的問題が少ない
ものとなる。

なおワイヤーロープ（ロープ状部材）に結合した前記
バネ部材は、ワイヤーロープを短縮したのと同様に作用
させるものである。即ち、これを使用することで、単位
階ユニットの静止状態を保持し得る地震の最長周期を低
くすることができる。

以上のように本発明によれば、所望の一定値以下の周
期の地震に対しては、これをほぼ完全に減衰させ、それ
以上の周期の地震には追随して揺動するものとしたの
で、コスト面も充分に考慮した効率の高い実用的に免震
構造となし得たものである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示したもので、
第１図はその概略断面正面説明図、第２図は一部切欠概
略拡大横断面説明図である。 21……単位階支持部、21a……床面、21b……天井部、21
c……柱部材、22……外装フレーム、23……凹部、24…
…支持ボール、25……単位階ユニット、26……底部、27
……円筒カバー、29……ワイヤーロープ、30……バネ部
材。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外装フレーム中の上下方向に区分した一以
   上の単位階支持部に各々単位階ユニットを配置し、上記
   各単位階ユニットは、その下面を上記単位階支持部の床
   面上に水平方向移動自在に対面配設し、かつ各単位階ユ
   ニットそれ自体を各々上記対応する単位階支持部の上部
   に結合したロープ状部材により吊下げ支持した建築物の
   免震構造に於いて、 上記ロープ状部材の途中に放射方向に等角度間隔で延び
   るバネ部材の内端を接続し、上記バネ部材の外端を、上
   記単位階ユニットに上記ロープ状部材を外装する位置関
   係で立設固定した円筒状の支持部材の内面に結合した建
   築物の免震構造。