JP3183198B2 - 原子力関連建屋及び制震構造物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、原子力発電所施設
に設置される原子力関連建屋及び、地震、風等に対する
制震対策が必要なすべての制震構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所の原子炉建屋や制御建屋
は、耐震設計に万全を期さねばならない重要構造物であ
るが、同じく耐震設計の重要度が高い超高層ビルとは異
なり、放射能遮蔽との関係上、分厚い耐震壁を主体とし
た剛構造設計が基本とされてきた。そして、その安全性
の追求は、基礎版の底面積を拡げたり、地盤中への埋め
込み深さを大きくすることによって建屋の震動エネルギ
ーを地中へ逃がす、いわゆる逸散減衰を増大させること
によって行われてきた。

【０００３】かかる状況の下、原子力発電所の耐震上の
安全性を判断する一指標として、基礎版の接地率があ
り、工学的見地から発生を予期することが適切と考えら
れる、いわゆる設計用最強地震（Ｓ₁地震）に対しては
７５％、近傍の活断層の特性等を踏まえて発生の可能性
を否定できない、いわゆる設計用限界地震（Ｓ₂地震）
に対してさえ６５％というきわめて厳しい基準が課せら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、壁厚の
大きな図４のようなＲＣ造の制御建屋１では、各階の重
量がかなり大きく、その分、基礎版２の下端における転
倒モーメントも大きくなる。そのため、かかる建屋で
は、上述した接地率を満足させるために機能的には不必
要と思われる程度にまで基礎版を大きくする必要があ
り、逸散減衰を確保するという目的を達成することがで
きる反面、平面計画が制限される、建設コストが高くな
る、大きな敷地面積が必要となる、建物の階数が制限さ
れる等の問題を生じていた。

【０００５】一方、最近では数多くの制震手法が開発さ
れており、受動的制御については、免震系、吸収減衰系
あるいはＴＭＤやスロッシングといった同調質量系や、
能動的制御については、ＡＭＤ等の制御力系や可変剛性
系といったものが実用化されている。

【０００６】これらのうち、ＴＭＤ(Tuned Mass Dampe
r)は、ダイナミックダンパーという別名からもわかると
おり、構造物本体に付加質量体を設置し、該付加質量体
の振動周期を構造物本体に同調させることによって構造
物本体の揺れを低減させるものであるが、かかる付加質
量体の振動機構は、構造物が本来の機能上必要とするも
のではないため、該振動機構に要する費用の分だけ建築
費用が割高になるとともに、その設置スペースの分だけ
本来の用途に利用できる床面積が少なくなるという問題
を生じていた。

【０００７】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、耐震上の安全性を維持しつつ基礎版を縮小す
ることが可能な原子力関連建屋を提供することを目的と
する。

【０００８】また、本発明は、付加質量体の振動機構の
設置コストを低減するとともにその設置スペースを本来
の用途に有効利用可能な制震構造物を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の制震構造物は請求項１に記載したように、
上層階を構成する屋根、スラブ等の水平要素と該水平要
素を支える柱、ブレース等の支持要素がそれぞれ下層階
の振動を抑制するダイナミックダンパーの付加質量体と
バネになるとともに前記水平要素が前記下層階の一次固
有周期とほぼ同じ周期で振動するように前記水平要素の
重量及び前記支持要素の水平剛性を設定したものであ
る。

【００１０】

【００１１】また、本発明の制震構造物は、前記上層階
を鉄骨造とし、前記支持要素の一部をエネルギー吸収型
鉄骨ブレースで構成したものである。

【００１２】また、本発明の制震構造物は、前記支持要
素の水平剛性を該支持要素を構成するブレースの取付け
量若しくは取付け強度で微調整するようにしたものであ
る。また、本発明の制御建屋は請求項４に記載したよう
に、上層階を構成する屋根、スラブ等の水平要素と該水
平要素を支える柱、ブレース等の支持要素がそれぞれ下
層階の振動を抑制するダイナミックダンパーの付加質量
体とバネになるとともに前記水平要素が前記下層階の一
次固有周期とほぼ同じ周期で振動するように前記水平要
素の重量及び前記支持要素の水平剛性を設定したもので
ある。

【００１３】

【００１４】また、本発明の制震構造物においては、付
加質量体である上層階の水平要素が下層階と共振するこ
とによってその慣性力で下層階の振動を抑制するが、か
かる水平要素は、構造物として本来必要な屋根やスラブ
と兼用されるので、通常のダイナミックダンパーのよう
に付加質量体を別途設置する必要がない。また、かかる
水平要素を支える支持要素についても、構造物として本
来必要な柱やブレースと兼用されるので、通常のダイナ
ミックダンパーのように付加質量体のバネを別途設置す
る必要がない。

【００１５】なお、上層階を最上階のみで構成してもよ
いし、最上階を含む数階で構成してもよい。また、本発
明の制震構造物を原子力関連建屋に適用してもよい。か
かる場合、地震時における応答せん断力は、制震機構を
持たない従来の原子力関連建屋に比べて全階にわたって
著しく低減し、その分、基礎版下端における転倒モーメ
ントも大幅に低減する。

【００１６】ここで、前記上層階を鉄骨造とし、前記支
持要素の一部をエネルギー吸収型鉄骨ブレースで構成し
た場合、ダイナミックダンパーの付加質量体である屋根
あるいはスラブの揺れは、エネルギー吸収型鉄骨ブレー
スで吸収されるが、かかるブレースも構造物として本来
必要な構造要素と兼用することができるので、通常のダ
イナミックダンパーのように付加質量体の減衰機構を別
途設置する必要がない。

【００１７】また、前記支持要素の水平剛性を該支持要
素を構成するブレースの取付け量若しくは取付け強度で
微調整するようにした場合、建物完成後において上層階
の水平要素の振動周期と下層階の振動周期との間にずれ
が生じたとしても、ブレースの取付け、取り外しあるい
は取付け方法の変更による強度の増減によって上層階の
水平要素の振動周期を微調整することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る原子力関連建
屋及び制震構造物の実施の形態について、添付図面を参
照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品
等については同一の符号を付してその説明を省略する。

【００１９】図１は、本実施形態に係る原子力関連建屋
としての制御建屋の鉛直断面図である。同図でわかるよ
うに、本実施形態に係る制御建屋１１は、鉄筋コンクリ
ート造である下層階１２と、該下層階の上に鉄骨で構築
された最上階１３とからなる。

【００２０】最上階１３は、屋根１４を支持要素である
鉄骨柱１５で支持するとともに、柱間にエネルギー吸収
部材であるゴム系弾塑性ダンパー１６、オイルダンパー
１７及びエネルギー吸収型鉄骨ブレース１８を設置して
構成してある。エネルギー吸収型鉄骨ブレース１８とし
ては、特公昭50-32539号公報記載のＹ型ブレースや、特
公平4-12790号公報記載のハ型ブレース等から適宜選択
すればよい。

【００２１】本実施形態の制御建屋１１においては、各
種ダンパー１６、１７及びエネルギー吸収型鉄骨ブレー
ス１８の作用によって屋根１４の揺れが抑制される。そ
のため、地震時における最上階１３の応答せん断力は、
すべて鉄筋コンクリート造であった従来の制御建屋１に
比べて低減し、その分、基礎版２の下端における転倒モ
ーメントも低減する。

【００２２】以上説明したように、本実施形態の制御建
屋１１によれば、最上階１３を鉄骨で構築するとともに
該階にエネルギー吸収部材を設置したので、最上階にお
ける応答せん断力は減少し、それに応じて基礎版下端に
おける転倒モーメントも小さくなる。

【００２３】したがって、同じ設計地震力に対し、基礎
版の転倒モーメントが従来の制御建屋に比べて小さくな
り、その結果、より小さな基礎版で接地率の基準をクリ
アすることが可能となる。すなわち、従来であれば５０
ｍ×５０ｍ程度の大きさが必要であった基礎版が、４０
ｍ×４０ｍ程度の大きさの基礎版で済むようになり、工
期の短縮、建設費の節約を図ることが可能となるととも
に、より合理的な平面計画が可能となる。

【００２４】本実施形態では、下層階をＲＣ造とした
が、かかる構造に限定されるものではなく、ＲＣ造に代
えてＳＲＣ造としてもよい。

【００２５】また、本実施形態では、エネルギー吸収部
材としてさまざまな種類のダンパーを組み合わせたが、
これらのダンパーの組み合わせについては任意であり、
同一種類のダンパーを使用してもよいことは言うまでも
ない。

【００２６】次に、本実施形態に係る制震構造物につい
て説明する。

【００２７】図２は、制震構造物としてのビル２１を示
したものである。同図でわかるように、ビル２１は、Ｓ
ＲＣ等で構成された下層階２３の上に上層階としての最
上階２２を鉄骨で構築してある。

【００２８】最上階２２は、水平要素としての屋根２４
を支持要素としての鉄骨柱２５、鉄骨ブレース２７及び
エネルギー吸収型鉄骨ブレース２６で支持してなり、屋
根２４の重量は、該屋根が下層階２３の振動を抑制する
ダイナミックダンパーの付加質量体となるように、例え
ば下層階２３の総重量の１〜１０％程度に設定してあ
る。

【００２９】また、屋根２４を支える支持要素である鉄
骨柱２５、鉄骨ブレース２７及びエネルギー吸収型鉄骨
ブレース２６については、それらの柱やブレースが下層
階２３の振動を抑制するダイナミックダンパーのバネと
して作用するように水平剛性を設定してある。

【００３０】具体的には、屋根２４が下層階２３の一次
固有周期とほぼ同じ周期で振動するように、鉄骨柱２５
や鉄骨ブレース２７あるいはエネルギー吸収型ブレース
２６の断面なり個数なりを決めればよいが、鉄骨ブレー
ス２７の取付け量や取付け強度については、建物施工時
には暫定的に定めておき、建物完成後に例えば振動実験
を行って最上階２２の振動性状を把握し、その結果を踏
まえて該ブレースの取付け、取り外しあるいは強度の増
減を適宜行うことによって、屋根２４の振動周期を下層
階２３の振動周期に一致させるようにするのがよい。

【００３１】なお、エネルギー吸収型鉄骨ブレース２６
については、図１のエネルギー吸収型鉄骨ブレース１８
と同様、特公昭50-32539号公報記載のＹ型ブレースや、
特公平4-12790号公報記載のハ型ブレース等から適宜選
択すればよい。

【００３２】本実施形態の制震構造物２１においては、
付加質量体である上層階２２の屋根２４が下層階２３と
共振することによってその慣性力で下層階２３の振動を
抑制するが、かかる屋根２４は、構造物として本来必要
な部材であるので、通常のダイナミックダンパーのよう
に付加質量体を別途設置する必要がない。また、かかる
屋根２４を支える鉄骨柱２５や鉄骨ブレース２６、２７
についても、構造物として本来必要な部材であるので、
通常のダイナミックダンパーのように付加質量体のバネ
を別途設置する必要がない。

【００３３】以上説明したように、本実施形態のビル２
１によれば、本来の構造物に必要な屋根２４とこれを支
持する柱２５やブレース２６、２７をそれぞれ下層階２
３の揺れを抑えるダイナミックダンパーの付加質量体と
バネに兼用するようにしたので、従来のように制震機構
を別途設置する場合に比べてその設置コストを大幅に低
減することができるとともに、ダイナミックダンパーだ
けに必要な設置スペースは不要であり、最上階フロアを
本来の用途に有効利用することが可能となる。

【００３４】また、本実施形態のビル２１によれば、上
層階２２を鉄骨造とし、屋根２４を支える支持要素の一
部をエネルギー吸収型鉄骨ブレース２６で構成したの
で、ダイナミックダンパーの付加質量体である屋根２４
の揺れは、エネルギー吸収型鉄骨ブレース２６で吸収さ
れるが、かかるブレースも構造物として本来必要な構造
要素と兼用することができるので、通常のダイナミック
ダンパーのように付加質量体の減衰機構を別途設置する
必要がない。

【００３５】また、支持要素の水平剛性を該支持要素を
構成する鉄骨ブレース２７の取付け量若しくは取付け強
度で微調整するようにしたので、建物完成後において上
層階２２の屋根２４の振動周期と下層階２３の振動周期
との間にずれが生じたとしても、鉄骨ブレース２７の取
付け、取り外しあるいは取付け方法の変更による強度の
増減によって屋根２４の振動周期を微調整することがで
きる。

【００３６】本実施形態では、上層階を最上階のみで構
成したが、これに代えて最上階を含む数階分で上層階を
構成してもよい。かかる場合には、例えば最上階の床ス
ラブもダイナミックダンパの付加質量体として作用す
る。

【００３７】また、本実施形態では、最上階を鉄骨造と
したが、ダイナミックダンパーとして機能させることが
できるのであれば、かかる構造に限定されるものではな
く、例えば集成材を用いた木造で構成してもよい。

【００３８】また、本実施形態では、ダイナミックダン
パーの減衰をエネルギー吸収型鉄骨ブレース２６でとる
ようにしたが、かかる部材に代えて、ゴム系弾塑性ダン
パー、オイルダンパー等のダンパーを用いてもよい。

【００３９】また、本実施形態では、通常の一般ビルに
適用した例を説明したが、本発明の制震構造物は、かか
る構造物に限定されることはなく、あらゆる用途の構造
物に適用することが可能である。

【００４０】次に、本発明の制震構造物を図１と同様の
制御建屋に適用した例を説明する。図３に示すように、
本実施形態の制御建屋３１は、図１の制御建屋１１と同
様、鉄筋コンクリート造である下層階３２と、該下層階
の上に鉄骨で構築された最上階３３とからなり、最上階
３３は、屋根３４を支持要素である鉄骨柱３５で支持し
てあるが、かかる屋根３４は、該屋根が下層階３２の振
動を抑制するダイナミックダンパーの付加質量体となる
ように、例えば下層階３２の総重量の１〜１０％程度に
設定してある。

【００４１】また、屋根３４を支える支持要素である鉄
骨柱３５は、該階に設置した鉄骨ブレース３９やエネル
ギー吸収型鉄骨ブレース３８とともに下層階３２の振動
を抑制するダイナミックダンパーのバネとして作用する
ように水平剛性を設定してある。

【００４２】具体的には、図２のビルと同様、屋根３４
が下層階３２の一次固有周期とほぼ同じ周期で振動する
ように、鉄骨柱３５や鉄骨ブレース３９あるいはエネル
ギー吸収型ブレース３８の断面なり個数なりを決めれば
よいが、鉄骨ブレース３９の取付け量や取付け強度につ
いては、建物施工時には暫定的に定めておき、建物完成
後に例えば振動実験を行って最上階３３の振動性状を把
握し、その結果を踏まえて該ブレースの取付け、取り外
しあるいは強度の増減を適宜行うことによって、屋根３
４の振動周期を下層階３２の振動周期に一致させるよう
にするのがよい。

【００４３】なお、エネルギー吸収型鉄骨ブレース３８
については、図１のエネルギー吸収型鉄骨ブレース１８
と同様、特公昭50-32539号公報記載のＹ型ブレースや、
特公平4-12790号公報記載のハ型ブレース等から適宜選
択すればよい。

【００４４】本実施形態の制御建屋３１においては、図
２のビル２１と同様、付加質量体である上層階３３の屋
根３４が下層階３２と共振することによってその慣性力
で下層階３２の振動を抑制するが、かかる屋根３４は、
制御建屋として本来必要な部材であるので、通常のダイ
ナミックダンパーのように付加質量体を別途設置する必
要がない。また、かかる屋根３４を支える鉄骨柱３５や
鉄骨ブレース３９についても本来必要な部材であるの
で、通常のダイナミックダンパーのように付加質量体の
バネを別途設置する必要がない。

【００４５】以上説明したように、本実施形態の制御建
屋３１によれば、最上階３３の屋根３４とそれを支える
鉄骨柱３５や鉄骨ブレース３９、３８がそれぞれ下層階
３２の揺れを抑制するダイナミックダンパーの付加質量
体とバネの役割を果たすので、地震時における応答せん
断力は、制震機構を持たない従来の制御建屋１に比べて
全階にわたって著しく低減し、その分、基礎版下端にお
ける転倒モーメントも大幅に低減する。

【００４６】したがって、同じ設計地震力に対し、基礎
版の転倒モーメントが従来の制御建屋に比べて小さくな
り、その結果、より小さな基礎版で接地率の基準をクリ
アすることが可能となる。すなわち、従来であれば５０
ｍ×５０ｍ程度の大きさが必要であった基礎版が、４０
ｍ×４０ｍ程度の大きさの基礎版で済むようになり、工
期の短縮、建設費の節約を図ることが可能となるととも
に、より合理的な平面計画が可能となる。

【００４７】しかも、本来の制御建屋に必要な屋根３４
とこれを支持する柱３５やブレース３９をそれぞれ下層
階３２の揺れを抑えるダイナミックダンパーの付加質量
体とバネに兼用するようにしたので、制震機構を別途設
置する場合に比べてその設置コストを大幅に低減するこ
とができるとともに、ダイナミックダンパーだけに必要
な設置スペースは不要であり、最上階フロアを本来の用
途に有効利用することが可能となる。

【００４８】また、本実施形態の制御建屋３１によれ
ば、上層階３３を鉄骨造とし、屋根３４を支える支持要
素の一部をエネルギー吸収型鉄骨ブレース３８で構成し
たので、ダイナミックダンパーの付加質量体である屋根
３４の揺れは、エネルギー吸収型鉄骨ブレース３８で吸
収されるが、かかるブレースも構造物として本来必要な
構造要素であるので、通常のダイナミックダンパーのよ
うに付加質量体の減衰機構を別途設置する必要がない。

【００４９】また、支持要素の水平剛性を該支持要素を
構成する鉄骨ブレース３９の取付け量若しくは取付け強
度で微調整するようにしたので、建物完成後において上
層階３３の屋根３４の振動周期と下層階３２の振動周期
との間にずれが生じたとしても、鉄骨ブレース３９の取
付け、取り外しあるいは取付け方法の変更による強度の
増減によって屋根３４の振動周期を微調整することがで
きる。

【００５０】本実施形態では、ダイナミックダンパーの
減衰をエネルギー吸収型鉄骨ブレース３８でとるように
したが、かかる部材に代えて、ゴム系弾塑性ダンパー、
オイルダンパー等のダンパーを用いてもよい。

【００５１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る制震構
造物によれば、従来のように制震機構を別途設置する場
合に比べてその設置コストを大幅に低減することができ
るとともに、上層階フロアを本来の用途に有効利用する
ことが可能となる。

【００５２】

【００５３】また、本発明の制震構造物は、前記上層階
を鉄骨造とし、前記支持要素の一部をエネルギー吸収型
鉄骨ブレースで構成したので、通常のダイナミックダン
パーのように付加質量体の減衰機構を別途設置する必要
がない。

【００５４】また、本発明の制震構造物は、前記支持要
素の水平剛性を該支持要素を構成するブレースの取付け
量若しくは取付け強度で微調整するようにしたので、建
物完成後において上層階の水平要素の振動周期を微調整
することができる。また、本発明の制御建屋によれば、
従来のように制震機構を別途設置する場合に比べてその
設置コストを大幅に低減することができるとともに、上
層階フロアを本来の用途に有効利用することが可能とな
る。

【００５５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る原子力関連建屋としての制御
建屋の鉛直断面図。

【図２】本実施形態に係る制震構造物としてのビルの鉛
直断面図。

【図３】本実施形態に係る制震構造物としての制御建屋
の鉛直断面図。

【図４】従来技術における制御建屋の断面図。

【符号の説明】

１１ 制御建屋（原子力関連建屋） １２ 下層階 １３ 最上階 １６ ゴム系弾塑性ダンパー（エネル
ギー吸収部材） １７ オイルダンパー（エネルギー吸
収部材） １８ エネルギー吸収型鉄骨ブレース
（エネルギー吸収部材） ２１ ビル（制震構造物） ２２ 最上階（上層階） ２３ 下層階 ２４ 屋根（付加質量体） ２５ 鉄骨柱（バネ） ２６ エネルギー吸収型鉄骨ブレース
（バネ） ２７ 鉄骨ブレース（バネ） ３１ 制御建屋（制震構造物） ３２ 下層階 ３３ 最上階（上層階） ３４ 屋根（付加質量体） ３５ 鉄骨柱（バネ） ３８ エネルギー吸収型鉄骨ブレース
（バネ） ３９ 鉄骨ブレース（バネ）

フロントページの続き (72)発明者 蔭山 満 東京都清瀬市下清戸４丁目640 株式会 社大林組技術研究所内 (56)参考文献 特開 平７−18915（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−67382（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04H 9/02

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上層階を構成する屋根、スラブ等の水平
   要素と該水平要素を支える柱、ブレース等の支持要素が
   それぞれ下層階の振動を抑制するダイナミックダンパー
   の付加質量体とバネになるとともに前記水平要素が前記
   下層階の一次固有周期とほぼ同じ周期で振動するように
   前記水平要素の重量及び前記支持要素の水平剛性を設定
   したことを特徴とする制震構造物。
2. 【請求項２】 前記上層階を鉄骨造とし、前記支持要素
   の一部をエネルギー吸収型鉄骨ブレースで構成した請求
   項１記載の制震構造物。
3. 【請求項３】 前記支持要素の水平剛性を該支持要素を
   構成するブレースの取付け量若しくは取付け強度で微調
   整するようにした請求項１記載の制震構造物。
4. 【請求項４】 上層階を構成する屋根、スラブ等の水平
   要素と該水平要素を支える柱、ブレース等の支持要素が
   それぞれ下層階の振動を抑制するダイナミックダンパー
   の付加質量体とバネになるとともに前記水平要素が前記
   下層階の一次固有周期とほぼ同じ周期で振動するように
   前記水平要素の重量及び前記支持要素の水平剛性を設定
   したことを特徴とする制御建屋。