JP3626973B2 - 建築要素の支持構造物システム - Google Patents

Description

発明の背景と要約
本発明は構造物要素を支持するシステムに関し、また更に、支持構造が、例えば地震その他の災害時に生じる衝撃に抵抗するような恒常的なシステムに関し、構造物要素をレベルの変動または地面の安定性から隔離する安定強化システムに関する。
建築物およびその他の建築構造物は、この種の構造物が地震衝撃によって破壊を生じる可能性のある場所に建築される可能性がある。従来の構築方法は、しばしば、強固な構造、即ち、外力の印加によって事実上耐える構造、をもたらしている。外力がこの種の構造物に加えられると、各種の張力、圧縮力、および曲げ力が構造物中に生じる。外力が充分に強いと、構造物は破損し、構造物の破壊と構造物内外の人員と財産を損なう恐れがある。この種の損害発生の虞を減少するために、この種の地域内での現存の強固な構造物の施行方法は、しばしばこれらの構造物の一部の過剰設計をもたらしている。
強固な構造物を作る方法は、これらの構造物に若干の地震動絶縁を生じさせるために熱を吸収する為に熱吸収を行う為の鉛のコアを有するゴム製ベアリングのような装置の利用を含む事もある。これらの絶縁装置は若干の短所を有する。この装置は特定化された材料の相互作用に依存しているが、その内のあるものは時間と共に劣化する傾向があり、その結果、保護能力の低下、または周期的な交換の為の出費の増加をもたらす。公知のベアリングはまた、強い地震発生に伴う変位の大きさに応動するものとは考えられない。十分な衝撃吸収性に欠けるベアリングは、地震衝撃作用を減少するのではなく、むしろ増強する可能性もある。
その他の公知の構造方法は、外力に耐える能力のあるフレキシブル構造をもたらしている。しかし、これらの構造は、一般にエネルギーを効果的に消費する装置を欠く為に、外部力の印加をバネ類似の要領で蓄積する傾向があり、その結果構造物の不所望の振動を招く。この種の振動は、例えば強風下においてフレキシブル構造の使用を断念させる。さらに極端な例においては、フレキシブル構造物の振動は構造物の破損と人員、財産の破損の虞が生じることは前述の通りである。
建築物およびその他の構造物はまた、土壌その他の表面状態が、地上に直接に構造物を設置するのに適していない場所に建てられる可能性もある。このような場合、建築物は、地面上に支持されたプラットフォームまたは類似の構造物上に建造してもよい。地面上の構造物を支持する従来方法は、上述した建築物建造法と同様な欠点が存在する。これに加えて、これらの従来方法は一般に、支持構造物が乗る地面のレベルまたは安定性の変動から構造物を絶縁するのに効果的でない。例えば、緩く詰められた土壌の腐食または沈静化は、支持構造物の乗る地面部分のレベルを変化させる可能性もある。地下水面の変動、または永久凍土を含む極度な寒冷地での季節的な凍結および融解は、構造物の下に横たわる地面の強固性に悪影響をもたらす可能性がある。このような表面変化は、従来の支持構造に伝達されてその上にある構造物に損傷を与え、上述のように人員と財産とに害を及ぼす可能性がある。本発明のシステムは、簡単な工作技術と材料とを使用して実施し得るが、殆ど保守を要せず、大量の変位に応じる可能性を有する。本発明は構造物の建築要素を支持するためのシステムを提供するものであるが、その構成要素は比較的安定した平衡状態にあるものである。「恒常性」（homeostasis）とは「比較的安定した平衡状態または組織体またはグループの相違するがしかし相互に依存する要素または要素のグループの間のこの種の状態へ向かう傾向」（ウエブスター、ニュウカレッジエートデイクショナリ、G.＆ＣメリアムCo.,1976）と定義されている。
本発明は構造物上に建築要素を支持する装置を提供するものである。支持構造物は、建築要素の現場の下にまたは隣接した表面に配置された横方向に離隔位置する一対の固定ベアリングを含む。各ベアリング部材には、長形の部材に係合する為のベアリング表面を設けてもよい。長形部材には、一対のベアリ材の間に延びる中間部材と、一対のベアリング部材を越えて長手方向に延びる端部部分とが配列されている。ベアリング表面は、長形部材の両端部の一方から中側に距離を置いて長形部材に係合している。１またはそれ以上の建築物またはその他の建築構造物が、その上に位置するベースを有する建築要素、建築物、またはその他の建築構造物、または建築物またはその他の建築構造物の一部が、長形部材に付属して位置する。
対応する方法は、一対の横方向に離隔位置して固定されたベアリング部材を、建築要素のサイトの下にまたは隣接する表面上に配列し、上述した要領で長形部材の夫々を各ベアリング部材のベアリング表面の上に支持する。建築物要素は長形部材に関連して設置する。
システムの長形部材は、建築要素の少なくとも一部を支持して、その両端部の間の中間部分に引加された荷重に比例して曲げを受ける事ができる。本発明のシステムは、長形部材の曲げと建築要素の重量との間の平衡状態を作る。
長形部材の付随建築要素との平衡状態にある状態から始まって、長形部材の両端の間に印加された付加荷重は、長形部材の中央部を付加荷重に比例する量だけ第１平衡状態から曲げて、第２の更に下方に曲がった位置を取る。長形部材の両端は、中央部分が下方に曲がるのに伴って、同様に、付加荷重の量に比例した距離ベアリング面に対してスライドする。長形部材の運動は、長形部材の曲げと、建築要素の重量と付加荷重とからなる全印加荷重との間の平衡状態を作り出す。付加荷重が除去されると、中央部は曲げ戻って、その最初の平衡位置と事実上同一の位置に戻る。長形部材の両端は、反対方向に対応する距離だけスライドして同様にその最初の平衡位置と事実上同様の位置に戻る。長形部材の中央部は曲がって、長形部材の両端は曲がった長形部材の底部に対して上向きに加えられた力に応じて同様な要領でまたはベアリング部材のどれかに対して加えられた力に応じて、スライドする。
構造物に支持された荷重の変化に対応する長形部材の曲げとスライドは、長形部材がベアリング面に係合しているので、衝撃とエネルギーの吸収をなし得る。吸収されたエネルギーは、まず長形部材とベアリング面との間の摩擦接触によって生じる熱の形で消費される。好ましくは、長形部材は、ベアリング表面に荷重下の曲げの間、好ましい角度、即ち、構造物に対する支持用の垂直軸から約25ないし50度の間の角度で係合するが、この範囲外の角度も所望の結果を達成し得るであろうし、本発明に含められる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の実施例に伴う支持構造物に支持された建築要素の略式側面図であり、図２は荷重印加での支持構造物を示す本発明の実施例に伴う支持構造物に支持された建築要素の略式側面図であり、図３は本発明の実施例による支持構造物によって支持された建築要素の断面図であり、
図４は図３の本発明による建築要素用の支持体の一部の詳細図であり、
図５は本発明の実施例による支持構造物によって支持された建築要素の側面図であり、
図６は図５の発明による支持構造物によって支持された建築要素の上面図であり、図７は本発明の実施例による支持構造物によって支持された建築要素の側面図であり、
図８は図７の発明による支持構造物によって支持された建築要素の上面図であり、図９は支持構造物の側面図を示す、本発明の実施例によって支持された建築要素の断面図であり、
図10は図７の発明による支持体の側面図であり、
図11は本発明の実施例によって支持された建築要素の側面図であり、
図12は図11の支持構造物の終端図であり、
図13は図11の支持構造物の上部平面図であり、
図14は図11の本発明による複数個の支持構造物の上部平面図であり、
図15は本発明の実施例による支持構造物によって支持された建築要素の側面図であり、
図16は複合長形部材を示す、本発明の実施例による支持構造物で支持された建築要素の側面図であり、
図17は図16の発明による無荷重複合長形部材の側面図であり、
図18は図17の複合長形部材の単一要素の詳細図であり、
図19は１個の大型複合長形部材として結合された図17の単一要素の複数個の断面図であり、また、
図20a−20dは個々の長形部材の各種実施例と長形部材の集合物としての複合形状である。
好ましい実施例の説明
ここで図面を参照すると、図１と２とは本発明の実施例による建築要素102を支持するための支持構造物100を示す。一対の、横方向に離れた固定ベアリング部材104が、表面106上に支持されている。各ベアリング部材104は、長形部材110に係合の為にベアリング表面108を形成している。ベアリング表面108は、支持構造物100の中心に向かって下方に傾斜する角度を有するようにしてもよい。ベアリング表面108は、図８と図10に示すようにチャンネルを持っていてもよい。
長形部材110は、一対のベアリング部材104の間に位置する中央部分112と、一対のベアリング部材104を長手方向に越える終端部114とを有するように配設される。長形部材110は、少なくとも建築要素102の一部を支持することができる。長形部材110は、また終端部114の中間部に加えられた荷重116の大きさに比例して曲がる。ベアリング表面108は、長形部材110の終端部114の一つから内側に離れたところで、長形部材110に係合している。
長形部材110は、ベアリング表面108に、荷重116の下で、好ましい角度で、即ち支持構造物100に対する支持体の垂直軸から約25乃至約50度の範囲内の角度で係合している。角度118は以下記載のように、衝撃とエネルギーとを吸収する。この好ましい範囲以外の角度でも動作するので、本発明の範囲内に含められる。
建築要素102は、長形部材110に付属して設置し得る。建築要素102は長形部材110に対して水平、垂直またはその他の方向を持たせ得る。このシステムは、長形部材110の曲げと建築要素102の重量との間に、平衡状態を形成する。
図３と図４とは、本発明の実施例を示すが、ここでは、複数個の水平の建築要素102が、建築物122のフレーム120の中に独立して支持されている。横方向に離れた固定ベアリング部材104が、フレーム120に付属している。一対の固定ベアリング部材104のベアリング表面（または機構）108の夫々は、フレーム120に関して事実上同一の高さに配列できる。長形部材110は、ベアリング部材104のベアリング表面108に係合可能である。
長形部材110は、両端125を有する硬い中央部124と、両端125に取り付けられたフレキシブル端部126とを含む組合わせ部材でもよい。フレキシブル端部126は、例えばボルトのような固定具128によって堅い中央部分124の両端125に取り付け得る。
建築要素102は長形部材110に設置し得る。好ましくは、建築要素102は、横方向に離隔した固定ベアリング部材104の間に水平に配列されて建築物122の床の中央部分を形成する。床の中央部分は、建築物122のフレーム120に付随する床の端部部分130に対して移動可能であってもよい。十分な水平間隙132が端部130と中央部である建築要素102との間に存在し、建築要素102がそのベアリング部材104上での移動を可能としている。床の中央部分である建築要素102の上に置かれた内部壁乃至隔壁134が内部壁134と建築物122内の重なり合う長形部材110との間に十分な垂直間隙136を設けるために寸法取りされる。垂直間隙136は、内部壁134が置かれる中央部分である建築要素102のベアリング部材104に対する移動を可能にするために設けられる。
エプロン138が床の中央部分である建築要素102と端部部分130との間の水平間隙138または垂直間隙136を覆い、図３に示すように、端部部分130からの中央部分である建築要素102へのまたはその反対などのアクセスを可能としている。エプロン138は、床の中央部分である建築要素102と端部部分130に、例えば図３と図４とに点線で示すように、床表面の溝141に位置するヒンジによって取り付け得る。エプロン138は、床の中央部分である建築要素102と端部部分130に、例えば図３と図４に点線で示すように、床表面の溝141に位置するヒンジによって取り付け得る。エプロン138は、床の中央部分である建築要素102と端部部分130に対して、例えばローラー142その他のスライド装置によって移動可能としてもよい。
図５と６とは、建築物144の一部が構造物によって支持されている、本発明による実施例を示す。長形部材110は、硬い中央部124を有する組合わせ部材で構成される。一対の垂直建築要素125aは、硬い中央部分124の両端から延びている。建築物144の１または複数個の床103は垂直部材125aによって支持されている。フレキシブル端部部分126は、夫々の垂直建築要素125aの外面に固着される。フレキシブル端部部分126は、溶接、ボルト止め、またはその他の適当な方法で建築要素102または垂直建築要素125aに固着される。代わりに、長形部材110の硬い中央部分124は、床をその上に支持する水平建築要素を有してもよい。フレキシブル端部部分126は、上述の要領で硬い中央部124の両端125に固定されてもよい。
建築物144の両側に配列された横方向に離隔して固定されたベアリング部材104は、両端に位置する終端部分114から内側にはなれた距離で長形部材110のフレキシブル端部部分126に係合している。長形部材110は、図10に示すように、固定ベアリング部材104に設けたベアリング表面108に係合する。ベアリング表面108は固定ベアリング部材104の中に位置するが、長形部材110の両端は固定ベアリング部材104内のベアリング表面108に対して移動可能である。
建築物144は、固定ベアリング部材104に対して移動可能である。建築物144は地震衝撃ヲ避けるため、または表面状態からの絶縁を必要とする目的の為に使用される。ベアリング部材104は、ベアリング部材104の内部が例えばアイソレーションを必要としないパーキング、有効利用、および貯蔵のような目的に使用される場合アクセス手段148を設けてもよい。
建築物144内の下部床面150は、組合わせ長形部材110から懸吊し得る。十分な垂直クリアランス152を、建築物144の下部床面150と地面106との間に設けて、建築物144のベアリング部材104に対する移動を可能にする事もできる。スライドエプロン154を、建築物144の下部床面150のドア156またはその他のアクセス装置と地面106との間に設けて、建築物144へのアクセスの便を計ってもよい。
図７と８とは、建築物158が支持構造物100の上に支持されている建築要素乃至プラットフォームの上に支持されている本発明による実施例を示す。支持構造物100は、対応した数の対になったベアリング部材104に支持された複数個の長形部材110で構成し得る。図15は、若干数の建築物158またはその他の構造物が、この種の支持プラットフォームである建築要素102上に設置されている類似の実施例を示す。これらの実施例のどれかのプラットフォームである建築要素102は、地面106の上または下にあってもよい。
図11は、建築要素（乃至プラットフォーム）102が、支持構造物100の上に支持されている本発明の実施例を示す。支持プラットフォームである建築要素102は、ベアリングマウント162に取り付けられた垂直ベアリング構造物160に取り付けられているが、このベアリングマウント162は、図９〜図12に示すように、長形部材110に取り付けられている。垂直ベアリング構造物160は、図11および図12に示すように、垂直ベアリング支持体164に設ける事ができる。
プラットフォームである建築要素102は、図11および図15に示すように、支持構造物100を吊し得る。このような実施例においては、プラットフォームである建築要素102は、長形部材110の両端に位置する終端部114の上に持ち上げられて、長形部材110の曲りの為の適当なクリアランスを作るのがよい。これは、長形部材110とプラットフォームである建築要素102との間に、スペーサ装置168を介挿することによって達成し得る。スペーサ装置168は、垂直ベアリング構造物160で構成し得る。
図９は、建築物175がフレームである建築要素178の上に支持されている本発明の実施例を示す。フレームである建築要素178は、図７と図８の連続プラットフォームではなく、強固なフレームで構成される。基礎壁のような、建築物175の支持部材176は、フレームである建築要素178の一部で支持され得る。補強装置177を、フレームである建築要素178の近くに支持部材176に関連して設けてもよい。フレームである建築要素178の各部分は、１またはそれ以上の支持構造物100に支持されている。本発明のこの実施例は、構造物を地震衝撃または表面状態からアイソレートするために存在する建築物175を、リトロフィット（retrofit）するのに特別な応用があろう。というのは、フレームである建築要素178とその支持構造物100が、現存する建築物175の支持構造物100の中に配設され得るからである。
図７−図８および図14に見られるように、複数対のベアリング部材104がその対に関連して、相互に所定のパターンで配列されていてもよい。図７と図８とは、ベアリング部材104の対の平行配列を示すが、図14は、スタガ垂直パターンを示す。ベアリング部材104の対はまた、建築要素102、178に対して所定のパターンで配列してもよい。例えば、ベアリング部材104の各対の一つは建築要素178の下の領域に配列され、その他の各対は建築要素178の周辺の外側に、建築要素178の周辺が、図９に示すように、各対のベアリング部材104に支持された長形部材110の中間部分112の上に配列されるように配列してもよい。
長形部材110は、図１−図２に示すように、一体構造物であっても、図16に示すように複合フレキシブル部材であってもよい。複合部材170は、図17に示すように、複合部材170の束に沿って所定の距離に位置する複数本の拘束バンド174で相互に支持された図18に示す長形サブユニット172の束でも、または複合部材170に沿って所定の距離はなれて位置する複数個の拘束バンド174の束でもよい。図19において、複合部材170は断面で示されるが、長兄サブユニット172と拘束バンド174を示している。長形サブユニット172は、図20a−図22dに示すような任意適当な形状の中空または中実のものとなしうる。複合部材170の断面もまた、図19および図20a−図21bに示すような任意適当な形状でよい。
本発明のシステムは、以下の説明のように作用する。建築要素102、178が図１および図９に示すように、長形部材110の中間部分112に付属している初期平衡状態から始まり、長形部材110の両端に位置する終端部114の中間に加えられた荷重116は、長形部材110の中間部分112を荷重116の量に比例する量だけ第１平衡位置から曲げさせ、図２および図９で点線で示すような、第２の更に下方の位置に曲がった位置をとる。長形部材110の両端に位置する終端部114は、中間部分112が下方に曲がるのに伴って付加荷重の量に比例した距離だけ夫々のベアリング表面108に沿ってスライドする。長形部材110の移動は長形部材110の曲りと全負荷荷重との新しい平衡状態を作るが、この全負荷荷重は建築要素102、178の重量と付加荷重116から成るものである。荷重116が除去されると、中間部分112は曲げ戻り、最初の、僅かに曲がった平衡位置に戻る。長形部材110の両端に位置する終端部114は、対応する距離だけ反対方向にスライドし、同様これらの最初の平衡位置と同一の位置に戻る。同様にして、長形部材110の中間部分112は上方に曲り、両端に位置する終端部114は長形部材110の底部に対して上方に印加された力に応じて、それらの夫々のベアリング表面108に対してスライドする。建築要素102が少なくとも２個の長形部材110を有する場合には、夫々の長形部材110はその上に直接に作用している建築要素102の分担分のみを支持する。更に、夫々の終端部114は、その夫々のベアリング表面108上でベアリング部材104のどれかに加えられた外力または中間部分112の曲げに応じて、その夫々のベアリング表面108上で別個独立に独自な運動を行う事ができる。加えられた力がベアリング部材104のどれも移動しないとすると、建築要素102、178およびその支持構造物100は、僅かな振動を伴ってそれらの初期の平衡位置に戻る。ベアリング部材104のどれかが変形するか失くなるかすると、建築要素102、178およびその支持構造物100は新しい平衡状態に達するが、そこでは建築要素102、178のその最初の位置からの変位は、変位した長形部材110の終端部数とこれらの終端部114の全変位量との積に比例し、ベアリング部材104に支持されて残る長形部材110の終端部114の数に逆比例する。換言すると、建築要素102、178の初期位置からの全変位量は、一般に終端部114の全移動の分数でその分子は移動した終端部114の数を示し、分母は支持構造物100中の終端部114の全数を示す。例えば、図９に点線で示すように、その上に支持されているフレームである建築要素178と支持部材176の水平移動182と垂直移動184は支持構造物100の長形部材110の垂直移動180の範囲に比較して少ない。
上述の実施例は本発明の限定するものではなく、当業者の変形を可能とするものである。

Claims (3)

1. 建築物を構成する建築要素の支持方法であ って、
   横方向に離隔して位置する一対のフレームを設ける工程と、
   前記フレームのそれぞれの下面に一対の固定ベアリング部材を懸吊する工程と、
   前記一対の固定ベアリング部材のそれぞれに、弾性部材の両端に位置するフレキシブル端部と係合するベアリング表面を形成する工程と、
   前記それぞれのフレキシブル端部により支持され、荷重が加わったときに平衡位置から更に下方に屈曲する弾性 部材を、前記建築要素に接続する工程と、
   前記弾性部材のフレキシブル端部を前記一対の固定ベアリング部材のベアリング表面に係合する工程とを備え、
   前記弾性部材を縦方向に延伸させると共に、前記弾性部材に曲げ力が加わると、あるいは前記ベアリング部材に外部から力が加わると、前記弾性部材のフレキシブル端部が、前記ベアリング部材のベアリング表面に対してスライド運動を行うようにしてなることを特徴とする建築要素の支持方法。
2. 請求項１記載の建築要素の支持方法によっ て形成された支持構造物上に、床部を支持する工程を更に加えてなることを特徴とする請求項１記載の建築要素の支持方法。
3. 前記ベアリング表面が、前記ベアリング部材の垂直軸から約25度〜約50度の角度で前記弾性部材に係合するようにした工程をさらに備えてなることを特徴とする請求項１記載の建築要素の支持方法。

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