JP3742899B2

JP3742899B2 - Middle-layer seismic isolation structure for buildings

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Publication number: JP3742899B2
Application number: JP2001218597A
Authority: JP
Inventors: 武仁手塚
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2021-07-18
Also published as: JP2003027765A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物に予め耐力の小さい中間免震層が設けられて、この中間免震層に地震入力エネルギーが集中するように構築された中間層免震構造において、中間免震層の層間変形δを低減することが可能な、建築物の中間層免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地震時において、建築物の任意層がエネルギー消費能力の限界を超え、耐力が劣化するとき、建築物は崩壊しやすい。このため、地震エネルギーを各階に分散すると建物全体としては消費能力が高くなるが、各階に配分される地震エネルギーを制御することは難しく、一般的には耐力が不十分な層に損傷が集中し、他の層が余剰耐力を持っていても損傷が促進されることが多い。
このような中、建築物の免震構造の一つとして、建築物に予め耐力が小さい中間免震層を造り、この層に地震エネルギーが集中するように構築する中間層免震構造が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中間免震層には大地震時や極限地震時に２０〜３０cmになる層間変形δが発生することにより、内外装材などが変形追従する必要が生じる。このような事象が、中間層免震構法を適用する時の一つの制約条件となってきている。
【０００４】
建物への地震入力エネルギーは、建物の総質量と固有周期により決まり、建物の各層の耐力分布（中間免震層の位置）などの影響は少ない。エネルギーは力と変形の積であるから、中間免震層を設け、過半をその層のみで消費する場合には、大変形が生じることは避けがたい。
また、大変形が生じるようにするためには中間免震層の免震装置に積層ゴムなどを利用し、積層ゴムの剛性を小さくする必要がある。積層ゴムの剛性を小さくするためには、積層ゴムの高さが高くなり、座屈の危険性が増すこととなる。座屈対策を施すと積層ゴムは大型化し、コストも同様にして高くなることとなる。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は地震入力エネルギーの過半を中間免震層に集中させながら、該中間免震層に発生する層間変形δを低減することが可能で、かつ免震装置の高さを小さくすることが可能な、建築物の中間層免震構造を実現することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の建築物の中間層免震構造は、変形性能及び復元力性能を有するアイソレーターと、減衰性能を有するダンパーとを有する免震装置が建築物の中間層に設けられて中間免震層が形成されており、免震装置による固有周期を２〜４秒とした建築物の中間層免震構造において、中間免震層が、建築物の全重量に対する前記中間免震層より上層の重量合計が０．７以上となる位置に、連続して複数層設けられていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の建築物の中間層免震構造は、前記免震装置を構成するダンパーの耐力は、建物の全重量の４〜６％に当たる値であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の建築物の中間層免震構造は、前記中間免震層における外装等はガスケット等を用い接続されることを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の建築物の中間層免震構造は、前記免震装置は、積層ゴムと、滑り支承と、を併用してなることを特徴としている。
【００１１】
請求項５記載の建築物の中間層免震構造は、前記積層ゴムと滑り支承との併用の割合は、前記中間免震装置による固有周期が２〜４秒となるように決定することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の建築物の中間層免震構造に係る第１の実施の形態を図１〜図７に、第２の実施の形態を図１、図８〜図１５に示す。
図１より明らかなように、本発明における建築物１の中間層免震構造２は、建築物１の中間層の階における天井３と床４との間の柱５部に免震装置１０を取り付けた中間免震層９が、建築物１の下方に連続して複数層配置されているものである。
【００１４】
一般に、１０階建を越えるような高層ビルは、建物自体の固有周期が長くなり、一種の免震構造に近い性質を持つこととなるため、前記免震装置１０を設ける建築物１は、１０階建て程度以下の比較的剛な建築物に用いる方が効果は大きいことが知られている。したがって、第１の実施の形態、及び第２の実施の形態では、建築物１に鉄骨鉄筋コンクリート造の１１階建物を採用した。また、該建築物１の第２層１ａ、及び第３層１ｂには中間免震層９が設けられている。（図１参照）。
【００１５】
該中間免震層９において、前記免震装置１０の外装部には、雨をよける雨仕舞い８が設けられるとともに、サッシュ部７の梁６の近傍には、ガスケット１２が設けられている。該ガスケット１２は部材間の接合部に挟み込むパッキングであり、合成ゴム等の部材よりなるものである（図２、図８，図９参照）。
【００１６】
前記中間免震層９は、前記免震装置１０が該建築物１の中間層の階における天井３と床４との間の柱５部に取り付けられることにより形成される。一般的に、中間免震層９は、建築物１の下方に設けるが、本発明において建築物１における該中間免震層９の配置位置は、（１）式に示すように、建築物１の全重量に対する中間免震層９より上の層の重量合計の比（重量比）が０．７以上、となるような条件を満足する位置に配置することで、地震エネルギーの過半を集中できる。
【００１７】

【００１８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態で用いられる前記免震装置１０は、変形性能及び復元力性能を有するアイソレーターとして積層ゴム１１と、減衰性能を有する図示しないダンパーを用いた積層ゴム免震装置１０ａである（図２参照）。
前記積層ゴム１１は、鉄板とゴムシートが交互にサンドイッチ上に積み重ねられることにより構成されるもので、鉛直剛性は大きいが水平剛性が小さいといった特性を有するものである。ここでは、ゴム厚５mmで１４段の積層ゴム１１を採用している。
【００１９】
該積層ゴム１１は、中間免震層９で地震エネルギーを絶縁状態に近づかせるものであり、中間免震層９より上層への地震エネルギーの伝搬を低減して、応答加速度を小さくするものである。前記積層ゴム１１は、固有周期が２〜４秒となるようなバネ定数を有するものを採用する。固有周期は、（２）式により算出できる。
【００２０】

【００２１】
また、前記ダンパーは、中間免震層９に集中した地震エネルギーを熱エネルギーとして消費することを目的に用いられる。ダンパーの取り付けられた中間免震層９の層間変形δとダンパーの耐力係数Ｃの関係を見ると、図４に示したようにダンパーの耐力係数Ｃを建築物１の全重量に対して１０％程度（０．１）に高めれば層間変形δが小さくなることがわかる。
しかし、建築物１の全重量に対して４〜６％（０．０４〜０．０６）を越えると、中間免震層９の機能である建築物１に予め設ける耐力の小さい層として役割が果たされなくなる。前記ダンパーが地震エネルギーを効率的に消費する耐力係数Ｃは、建築物の全重量に対する値として４〜６％である。
【００２２】
なお、該ダンパーはその種類にこだわるものではなく、所要耐力を持つ履歴系ダンパー、所要耐力に釣り合う減衰力を持つ速度依存性の粘性系ダンパー等のいずれを用いてもよい。
【００２３】
このような積層ゴム免震装置１０ａが採用された中間免震層９は、第２層１ａ、第３層１ｂに連続して設けられている（図１参照）。
図４に示すように、中間免震層９の最大変形δ_max の主要パラメーターは、ダンパーの耐力係数Ｃと地震入力エネルギーの等価速度Ｖ_Eである。しかし、建物基礎部に近い層の耐力係数が一般的には０．２程度であることを考えると、ダンパーの耐力係数Ｃを０．１に近い値に高めると、予め耐力が小さい層を作るという条件が崩れてしまう。本発明の構法では、地震入力エネルギーの過半を中間免震層に集中するのであり、中間免震層を単層から複層にすることは、中間免震層にとっては図４において地震入力エネルギーの等価速度Ｖ_E をシフトしたと同等の効果が得られる。中間免震層９を複層とすることで、中間免震層９各々に対しては地震入力エネルギーが小さくなったと同等の効果を持ち、前記層間変形δも小さくなるものである。
【００２４】
なお、前記層間変形δは、主要パラメータとして、地震入力エネルギーの等価加速度Ｖ_Eと中間免震層９に設置するダンパーの耐力係数Ｃとを用いた、（３）式に表すことが出来る。
【００２５】
【数１】

【００２６】
上述する中間免震層９について、限界地震（ＪＭＡ神戸８１８gal）を想定し、中間免震層９が第３層１ｂのみの場合と、第２層１ａ、第３層１ｂの連続設置された場合で検討を行った。第３層１ｂに設けられた該中間免震層９の位置は、建築物１の全重量に対する中間免震層９より上層の重量の比が０．７９となる位置である。また、固有周期は４秒、ダンパーの耐力が建築物の全重量に対して４％に相当する値となる履歴系ダンパーを採用している。
【００２７】
図５に示すように、建築物１における各層のエネルギーの分布を見ると、第３層１ｂのみに中間免震層９がある場合に、単層の中間免震層９に係るエネルギーが、第２層１ａ、第３層１ｂの連続設置の場合では、２層の中間免震層９各々に分散している様子が分かる。
【００２８】
図６に示すように、建築物１における層せん断力Ｑも低減しており、第３層１ｂのみに中間免震層９がある場合には、層間変形δが約２０cmだったのに対して、第２層１ａ、第３層１ｂの連続設置の場合には、層間変形δが１０cm程度に制御できる結果となった。
【００２９】
なお、図７に示すとおり、第３層１ｂのみに中間免震層９を設けた場合、及び第２層１ａ、第３層１ｂの連続設置の場合のいずれにおいても、各層の塑性率は１以下で、中間免震層９以外では損傷を回避することができる。
【００３０】
上述する構成によれば、中間層免震構造２の特徴である地震入力エネルギーの過半を中間免震層９に集中させる機能を保持した状態で、層間変形δを大幅に減少することが可能となる（図３参照）。
【００３１】
また、層間変形δが減少できることにより、内外装材の変形追従性に対する条件を緩和することが可能となり、図２、図３に示すように外装サッシュ部７の梁近傍にガスケット１２を設ける等による対応を施すことが可能となる。
【００３２】
さらに、層間変形δが減少することにより中間免震層９に発生するせん断変形量δも減少することから、積層ゴム１１の変形量も減少しバネ要素の損傷低減にも寄与されることとなる。
【００３３】
約１０cm程度の層間変形δは、柱寸法の１／６〜１／８程度に相当し、中間層免震構造２で懸念される床落下等への対策も不要となる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態で用いられる前記免震装置１０は、変形性能及び復元力性能を有するアイソレーターとして積層ゴム１１と、減衰性能を有する図示しないダンパーとを用いた積層ゴム免震装置１０ａと、地震時の水平力を低減する滑り支承１３を用いた滑り支承免震装置１０ｂと、を併用している。（図８、図９参照）。
【００３５】
前記滑り支承１３は、ステンレス１３ａと潤滑材１３ｂを密着させることにより、一定の摩擦力以上になると密着面に滑りが生じ、滑り後は剛性が０となる機構である。
【００３６】
中間免震層９より上部に位置する建築物１の全重量に係る滑り支承免震装置１０ｂの重量分担率をαとすると、前記免震装置１０として積層ゴム免震装置１０ａと滑り支承免震装置１０ｂを併用した場合の固有周期Ｔ_Rは（４）式で表すことができる。
【００３７】
Ｔ_R ＝Ｔ／（１−α）^1/2 ・・・・・・・（４）
降伏せん断力係数＝ μα
Ｔ：積層ゴム免震装置１０ａのみの固有周期
μ：滑り支承の摩擦係数
【００３８】
また、積層ゴム免震装置１０ａのみの場合の固有周期がＴ＝２秒と３秒、前記滑り支承１３の摩擦係数がμ＝０．０８と０．１の場合における、積層ゴム免震装置１０ａと滑り支承免震装置１０ｂを併用した場合の固有周期Ｔ_Rと降伏せん断力係数の関係を、図１０に示す。
これを見ると、前記滑り支承免震装置１０ｂと、前記積層ゴム免震装置１０ａの併用は、固有周期を長くするとともに、滑り支承１３が有する摩擦係数より小さい降伏せん断力係数を持つ中間免震層９を実現することが可能となる。
【００３９】
しかし、図１１に示すように地震応答と固有周期の関係は、固有周期が長くなると層間変形δが大きくなることがわかる。したがって、滑り支承免震装置１０ｂの数を増やしすぎると、固有周期が長くなるため、建築物１への地震入力エネルギーは減じるものの、中間免震層９の層間変形δは大きくなる、といった逆効果を生じることが想定される。
したがって、このような状況を鑑み、層間変形δが大きくならないような、中間免震層９に設置する免震装置１０の全数に対する、前記滑り支承免震装置１０ｂの配置の割合を前記重量分担率αを用いて決定する。
【００４０】
以下に、該重量分担率αの決定方法を示す。第１の実施の形態と同様に、限界地震（ＪＭＡ神戸８１８gal）を想定し、中間免震層９において上述する積層ゴム免震装置１０ａと、滑り支承免震装置１０ｂの併用を考慮した場合を検討するが、その条件は次の通りである。
【００４１】
図１３に示すように、第２の実施の形態における建築物１の平面は、桁行方向１ｃが１３スパン、張間方向１ｄが６スパンであり、前記免震装置１０の設置個所は１フロアにつき全部で９８箇所となる。
また、第１の実施の形態と同様に、連続した２層の中間免震層９の位置は、中間免震層９より上の重量が建築物全体に対して０．７９となる高さ位置にあり、ここで用いる積層ゴム１１は、前記免震装置１０として前記積層ゴム免震装置１０ａのみを用いた場合に、固有周期が４秒となるバネ定数のものを用いている。
【００４２】
なお、前記積層ゴム１１は、第１の実施の形態で用いたものと同じ部材によりなるもので、せん断変形を受ける際の変形能力は約３００％程度である。したがって、積層ゴム１１は、少なくとも発生する層間変形δの１／３程度の高さを持つものとする。
【００４３】
図１２に、積層ゴム免震装置１０ａと滑り支承免震装置１０ｂを併用した場合における、積層ゴム１１の高さと滑り支承免震装置１０ｂの重量分担率αの関係を示す。前記滑り支承免震装置１０ｂの重量分担率αを大きくするに従い、前記積層ゴム１１の高さｈをより低くすることが可能となることがわかる。しかし、前述するように、積層ゴム１１の高さは、下限が層間変形δの１／３程度との条件を考慮する必要がある。
【００４４】
第２の実施の形態では、層間変形δを約１０cmに押さえるものと想定すると、積層ゴム１１の高さｈの下限値は約４cm前後と考えられる。従って、前記滑り支承免震装置１０ｂの重量分担率αは図１２より、０．４程度と判断できる。
また、このときの前記積層ゴム免震装置１０ａに用いる最適な積層ゴム１１としては、第１の実施の形態で用いられていたゴム厚５mmで１４段のもの（ｈ₁）から、ゴム厚５mmで８段のもの（ｈ₂）が選択でき、積層ゴム１１の高さが大きく低減されることとなる（図８、参照）。
このような結果から、第２の実施の形態において、前記積層ゴム免震装置１０ａおよび前記滑り支承免震装置１０ｂは、前記滑り支承免震装置１０ｂの重量分配率αが０．４の時が最適であるため、前記積層ゴム免震装置１０ａは５８機、前記滑り支承免震装置１０ｂは４０機配置されることとなる。
なお、これら積層ゴム免震装置１０ａ及び滑り支承免震装置１０ｂの配置位置は、状況に応じて適宜決められればよいが、建物平面に対し積層ゴムと滑り支承をバランス良く配置することである。
【００４５】
また、図１４より各層における層せん断力係数の分布、および図１５より各層における層間変形角の分布を見ても中間免震層に前記積層ゴム免震装置１０ａのみを用いた場合とほぼ近似の地震応答結果が得られている。
【００４６】
上述する構成によれば、中間免震層９は、「所望の免震特性」を満足するように前記積層ゴム免震装置１０ａおよび前記滑り支承免震装置１０ｂを併用して構築することにより、前記積層ゴム免震装置１０ａに用いる積層ゴム１１の高さを必要最低限に押さえることが可能となるため、コスト低減に大きく寄与することとなる。
【００４７】
これにより、免震装置１０の高さが低くなるとともに、層間変形δについても低減されるため、雨仕舞い８等の外装部も小さくなり、仕上げ工事を簡略にすることが可能となる。
【００４８】
また、耐震改修工法として、中間層免震構造２を採用する場合においては、前記免震装置１０を設けるためにカットする柱高さが半減するため、廃棄物が減少する等の効果を有することとなる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１、２記載の建築物の中間層免震構造によれば、変形性能及び復元力性能を有するアイソレーターと、減衰性能を有するダンパーとを有する免震装置が建築物の中間層に設けられて中間免震層が形成されており、免震装置による固有周期を２〜４秒とした建築物の中間層免震構造において、建築物の全重量に対する前記中間免震層より上層の重量合計が０．７以上となる位置に、中間免震層が連続して複数層設けられていること、前記免震装置を構成するダンパーの耐力が、建物の全重量の４〜６％に当たる値であることから、中間層免震構造の特徴である地震入力エネルギーの過半を中間免震層に集中させる機能を保持した状態で層間変形δを大幅に減少することが可能となることにより、内外装材の変形追従性に対する条件を緩和することが可能となる。
【００５０】
請求項３記載の建築物の中間層免震構造によれば、前記中間免震層における外装部の梁幅内にガスケット等を用いた接続ができ、内外装材の変形追従を最小限にすることが可能となる。
【００５１】
請求項４、５記載の建築物の中間層免震構造によれば、前記免震装置が、積層ゴムと、滑り支承とを併用してなること、前記積層ゴムと滑り支承との併用の割合が、前記中間免震層の固有周期が２〜４秒となるように決定することから、積層ゴムの高さを必要最低限に押さえることが可能となるため、コスト低減に大きく寄与することとなる。また、免震装置の高さが低く、層間変形δについても低減できるので、雨仕舞い等の外装部が小さくなり、仕上げ工事を簡略にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る中間層免震構造による建築物の概況を示す図である。
【図２】本発明に係る層間変形前の中間免震層の詳細を示す図である。
【図３】本発明に係る層間変形後の中間免震層の詳細を示す図である。
【図４】本発明に係る層間変形とダンパーの耐力係数の関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係る履歴エネルギーと階層の関係を示すグラフである。
【図６】本発明に係る層せん断力と階層の関係を示すグラフである。
【図７】本発明に係る塑性率と階層の関係を示すグラフである。
【図８】本発明に係る積層ゴム免震装置層の詳細を示す図である。
【図９】本発明に係る滑り支承免震装置の詳細を示す図である。
【図１０】本発明に係る重量分担率と固有周期の関係を示すグラフである。
【図１１】本発明に係る固有周期と地震入力エネルギーの関係を示すグラフである。
【図１２】本発明に係るを積層ゴム高さと滑り支承の重量分担率の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明に係る中間免震層の平面を示す図である。
【図１４】本発明に係る層せん断力係数と階層の関係を示すグラフである。
【図１５】本発明に係る層間変形角と階層の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１建築物
１ａ第２層
１ｂ第３層
２中間層免震構造
３天井
４床
５柱
６梁
７サッシュ部
８雨仕舞い
９中間免震層
１０免震装置
１０ａ積層ゴム免震装置
１０ｂ滑り支承免震装置
１１積層ゴム
１２ガスケット
１３滑り支承
１３ａステンレス
１３ｂ潤滑材[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an intermediate layer isolation structure constructed in such a manner that an intermediate isolation layer having a low yield strength is provided in advance in a building and the seismic input energy is concentrated on the intermediate isolation layer. The present invention relates to a seismic isolation structure for a building capable of reducing deformation δ.
[0002]
[Prior art]
In an earthquake, when an arbitrary layer of the building exceeds the limit of energy consumption capacity and the proof stress deteriorates, the building is likely to collapse. For this reason, if seismic energy is distributed to each floor, the building as a whole will have a high consumption capacity, but it is difficult to control the seismic energy distributed to each floor, and damage is generally concentrated on layers with insufficient proof strength. Damage is often promoted even if the other layers have surplus proof stress.
Under such circumstances, as one of the seismic isolation structures for buildings, an intermediate seismic isolation structure is adopted in which an intermediate seismic isolation layer with low proof strength is built in the building and the seismic energy is concentrated in this layer. ing.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the middle seismic isolation layer, an interlayer deformation δ of 20 to 30 cm occurs during a large earthquake or an extreme earthquake, so that the inner and outer materials need to follow the deformation. Such an event has become one of the constraints when applying the middle class seismic isolation method.
[0004]
The seismic input energy to the building is determined by the total mass of the building and the natural period, and is less affected by the strength distribution (position of the intermediate seismic isolation layer) of each layer of the building. Since energy is the product of force and deformation, if an intermediate seismic isolation layer is provided and the majority is consumed only by that layer, it is inevitable that large deformation will occur.
Further, in order to cause large deformation, it is necessary to use laminated rubber or the like for the seismic isolation device of the intermediate seismic isolation layer to reduce the rigidity of the laminated rubber. In order to reduce the rigidity of the laminated rubber, the height of the laminated rubber increases and the risk of buckling increases. When the buckling countermeasure is taken, the laminated rubber becomes larger and the cost is similarly increased.
[0005]
In view of the above circumstances, the present invention can reduce the interlayer deformation δ occurring in the intermediate seismic isolation layer while concentrating the majority of the seismic input energy in the intermediate seismic isolation layer, and can increase the height of the seismic isolation device. The purpose is to realize an intermediate layer seismic isolation structure that can be made smaller.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The intermediate layer seismic isolation structure for a building according to claim 1 is provided with an isolation device having an isolator having deformation performance and restoring force performance and a damper having damping performance provided in the intermediate layer of the building. In the middle-layer seismic isolation structure of the building in which the natural period by the seismic isolation device is 2 to 4 seconds , the middle seismic isolation layer is higher than the middle seismic isolation layer for the total weight of the building A plurality of continuous layers are provided at positions where the total weight is 0.7 or more.
[0008]
The intermediate layer seismic isolation structure of a building according to claim 2 is characterized in that the proof stress of the damper constituting the seismic isolation device is a value corresponding to 4 to 6% of the total weight of the building.
[0009]
The intermediate layer seismic isolation structure for a building according to claim 3 is characterized in that an exterior or the like in the intermediate base isolation layer is connected using a gasket or the like.
[0010]
The intermediate layer seismic isolation structure for a building according to claim 4 is characterized in that the seismic isolation device is a combination of laminated rubber and a sliding bearing.
[0011]
The intermediate layer seismic isolation structure of a building according to claim 5 , wherein a ratio of the combined use of the laminated rubber and the sliding bearing is determined so that a natural period of the intermediate seismic isolation device is 2 to 4 seconds. It is said.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
1 to 7 show a first embodiment relating to an intermediate layer seismic isolation structure of a building of the present invention, and FIGS. 1 and 8 to 15 show a second embodiment.
As is clear from FIG. 1, the intermediate layer seismic isolation structure 2 of the building 1 according to the present invention is provided with the seismic isolation device 10 on the column 5 between the ceiling 3 and the floor 4 on the floor of the intermediate layer of the building 1. The attached intermediate seismic isolation layer 9 is arranged in a plurality of layers continuously below the building 1.
[0014]
In general, a high-rise building exceeding 10 stories has a long natural period of the building itself and has a property close to a kind of seismic isolation structure. Therefore, the building 1 provided with the seismic isolation device 10 is 10 It is known that it is more effective to use it for relatively rigid buildings that are less than a story. Therefore, in the first embodiment and the second embodiment, an 11-story building made of steel reinforced concrete is adopted as the building 1. Further, an intermediate seismic isolation layer 9 is provided on the second layer 1a and the third layer 1b of the building 1. (See FIG. 1).
[0015]
In the intermediate seismic isolation layer 9, the outer surface of the seismic isolation device 10 is provided with a rain finish 8 for preventing rain, and a gasket 12 is provided in the vicinity of the beam 6 of the sash portion 7. The gasket 12 is a packing that is sandwiched between joints between members, and is made of a member such as synthetic rubber (see FIGS. 2, 8, and 9).
[0016]
The intermediate seismic isolation layer 9 is formed by attaching the seismic isolation device 10 to a column 5 between the ceiling 3 and the floor 4 on the floor of the intermediate layer of the building 1. Generally, the intermediate seismic isolation layer 9 is provided below the building 1, but in the present invention, the arrangement position of the intermediate seismic isolation layer 9 in the building 1 is the building 1 as shown in the formula (1). The majority of the seismic energy can be concentrated by placing it at a position that satisfies the condition that the ratio of the total weight of the layers above the middle seismic isolation layer 9 to the total weight of the core is 0.7 or more. .
[0017]

[0018]
(First embodiment)
The seismic isolation device 10 used in the first embodiment is a laminated rubber seismic isolation device 10a using a laminated rubber 11 as an isolator having deformation performance and restoring force performance and a damper (not shown) having damping performance ( (See FIG. 2).
The laminated rubber 11 is formed by alternately stacking iron plates and rubber sheets on a sandwich, and has a characteristic that the vertical rigidity is large but the horizontal rigidity is small. Here, a laminated rubber 11 having a rubber thickness of 5 mm and 14 steps is employed.
[0019]
The laminated rubber 11 is used to bring the seismic energy closer to the insulating state in the intermediate seismic isolation layer 9, and to reduce the propagation of seismic energy from the intermediate seismic isolation layer 9 to the upper layer, thereby reducing the response acceleration. . As the laminated rubber 11, one having a spring constant such that the natural period is 2 to 4 seconds is adopted. The natural period can be calculated by equation (2).
[0020]

[0021]
The damper is used for the purpose of consuming seismic energy concentrated on the intermediate seismic isolation layer 9 as thermal energy. Looking at the relationship between the interlayer deformation δ of the middle seismic isolation layer 9 to which the damper is attached and the strength coefficient C of the damper, the strength coefficient C of the damper is 10% of the total weight of the building 1 as shown in FIG. It can be seen that the interlayer deformation δ decreases as the degree (0.1) is increased.
However, if it exceeds 4 to 6% (0.04 to 0.06) with respect to the total weight of the building 1, it plays a role as a layer with low yield strength provided in advance in the building 1 that is a function of the intermediate seismic isolation layer 9. It will not be fulfilled. The yield coefficient C by which the damper efficiently consumes seismic energy is 4 to 6% as a value with respect to the total weight of the building.
[0022]
The damper is not limited to the type thereof, and may be any of a hysteresis damper having a required yield strength, a speed-dependent viscous damper having a damping force balanced with the required yield strength, and the like.
[0023]
The intermediate seismic isolation layer 9 in which such a laminated rubber seismic isolation device 10a is employed is continuously provided on the second layer 1a and the third layer 1b (see FIG. 1).
As shown in FIG. 4, the main parameters of the maximum deformation δ _max of the intermediate seismic isolation layer 9 are the damper proof coefficient C and the equivalent velocity V _E of the seismic input energy. However, considering that the yield coefficient of the layer close to the foundation of the building is generally about 0.2, when the yield coefficient C of the damper is increased to a value close to 0.1, a layer with low yield strength is created in advance. The condition is broken. In the construction method of the present invention, a majority of the seismic input energy is concentrated in the middle seismic isolation layer, and changing the middle seismic isolation layer from a single layer to a multi-layer is shown in FIG. An effect equivalent to that obtained by shifting the equivalent speed V _E can be obtained. By making the middle seismic isolation layer 9 into multiple layers, each of the middle seismic isolation layers 9 has the same effect as the seismic input energy is reduced, and the interlayer deformation δ is also reduced.
[0024]
Note that the interlayer deformation [delta], as the main parameter, and using a strength coefficient C of the damper to be installed in the equivalent acceleration V _E and the intermediate isolation layer 9 of seismic input energy can be expressed in equation (3).
[0025]
[Expression 1]

[0026]
Assuming a marginal earthquake (JMA Kobe 818gal) for the intermediate seismic isolation layer 9 described above, the intermediate seismic isolation layer 9 is only the third layer 1b, and the second layer 1a and the third layer 1b are continuously installed. It was examined in. The position of the intermediate seismic isolation layer 9 provided in the third layer 1b is a position where the ratio of the weight of the layer above the intermediate seismic isolation layer 9 to the total weight of the building 1 is 0.79. In addition, a hysteresis damper is adopted in which the natural period is 4 seconds and the proof strength of the damper is equivalent to 4% of the total weight of the building.
[0027]
As shown in FIG. 5, when the distribution of energy of each layer in the building 1 is seen, when the intermediate isolation layer 9 exists only in the third layer 1b, the energy related to the single intermediate isolation layer 9 is In the case of continuous installation of the second layer 1a and the third layer 1b, it can be seen that the layers are dispersed in each of the two intermediate seismic isolation layers 9.
[0028]
As shown in FIG. 6, the layer shear force Q in the building 1 is also reduced, and when the intermediate seismic isolation layer 9 is only in the third layer 1b, the interlayer deformation δ was about 20 cm. In the case where the second layer 1a and the third layer 1b are continuously installed, the interlayer deformation δ can be controlled to about 10 cm.
[0029]
In addition, as shown in FIG. 7, the plastic modulus of each layer is 1 in both the case where the intermediate seismic isolation layer 9 is provided only in the third layer 1b and the case where the second layer 1a and the third layer 1b are continuously installed. Below, damage can be avoided except for the intermediate seismic isolation layer 9.
[0030]
According to the configuration described above, it is possible to significantly reduce the interlayer deformation δ while maintaining the function of concentrating the majority of the seismic input energy, which is a feature of the middle-layer seismic isolation structure 2, in the middle seismic isolation layer 9. (See FIG. 3).
[0031]
Further, since the interlayer deformation δ can be reduced, it is possible to relax the conditions for the deformation followability of the inner and outer materials, and by providing a gasket 12 near the beam of the outer sash portion 7 as shown in FIGS. It is possible to take measures.
[0032]
Further, since the amount of shear deformation δ generated in the intermediate seismic isolation layer 9 is reduced by reducing the interlayer deformation δ, the amount of deformation of the laminated rubber 11 is also reduced, contributing to the reduction of damage to the spring element. .
[0033]
An interlayer deformation δ of about 10 cm corresponds to about 1/6 to 1/8 of the column dimension, and a countermeasure against a floor drop or the like which is a concern in the intermediate layer seismic isolation structure 2 is not required.
[0034]
(Second Embodiment)
The seismic isolation device 10 used in the second embodiment is a laminated rubber seismic isolation device 10a using a laminated rubber 11 as an isolator having deformation performance and restoring force performance, and a damper (not shown) having damping performance, The sliding bearing seismic isolation device 10b using the sliding bearing 13 that reduces the horizontal force during an earthquake is used in combination. (See FIGS. 8 and 9).
[0035]
The sliding support 13 is a mechanism in which the stainless steel 13a and the lubricant 13b are brought into close contact with each other so that the contact surface slips when the frictional force exceeds a certain level, and the rigidity becomes 0 after the sliding.
[0036]
Assuming that the weight sharing ratio of the sliding bearing isolation device 10b related to the total weight of the building 1 located above the intermediate isolation layer 9 is α, the laminated rubber isolation device 10a and the sliding bearing isolation are used as the isolation device 10. The natural period T _R when the device 10b is used in combination can be expressed by equation (4).
[0037]
T _R = T / (1-α) ^1/2 (4)
Yield shear force coefficient = μα
T: Natural period of laminated rubber seismic isolation device 10a only μ: Friction coefficient of sliding bearing
Further, in the case where only the laminated rubber seismic isolation device 10a is used, the natural period is T = 2 seconds and 3 seconds, and the friction coefficient of the sliding bearing 13 is μ = 0.08 and 0.1, the laminated rubber seismic isolation device 10a. the combination relationship natural period T _R and the yield shear coefficient when the bearing isolator 10b slippery, shown in FIG. 10.
As seen from this, the combined use of the sliding bearing isolation device 10b and the laminated rubber isolation device 10a makes the natural period longer and the intermediate isolation having a yield shear force coefficient smaller than the friction coefficient of the sliding bearing 13. Layer 9 can be realized.
[0039]
However, as shown in FIG. 11, the relationship between the seismic response and the natural period shows that the interlayer deformation δ increases as the natural period increases. Accordingly, if the number of the sliding bearing isolation devices 10b is increased too much, the natural period becomes longer, so that the earthquake input energy to the building 1 is reduced, but the interlayer deformation δ of the intermediate seismic isolation layer 9 is increased. Is assumed to occur.
Therefore, in view of such a situation, the ratio of the weight distribution of the sliding bearing isolation device 10b to the total number of the isolation devices 10 installed in the intermediate isolation layer 9 so that the interlayer deformation δ does not increase. Determine using α.
[0040]
Hereinafter, a method for determining the weight share α will be described. As in the first embodiment, assuming a marginal earthquake (JMA Kobe 818gal), considering the combined use of the above-described laminated rubber seismic isolation device 10a and sliding bearing seismic isolation device 10b in the intermediate seismic isolation layer 9 The conditions are as follows.
[0041]
As shown in FIG. 13, the plane of the building 1 in the second embodiment has 13 spans in the

beam direction

1c and 6 spans in the spanning direction 1d, and the seismic isolation device 10 is installed per floor. There are 98 places in total.
In addition, as in the first embodiment, the position of the two continuous middle seismic isolation layers 9 is a height position where the weight above the middle seismic isolation layer 9 is 0.79 with respect to the entire building. As the laminated rubber 11 used here, when only the laminated rubber seismic isolation device 10a is used as the seismic isolation device 10, a rubber constant having a natural period of 4 seconds is used.
[0042]
The laminated rubber 11 is made of the same member as that used in the first embodiment, and its deformability when subjected to shear deformation is about 300%. Therefore, the laminated rubber 11 has a height of at least about 1/3 of the interlayer deformation δ that occurs.
[0043]
FIG. 12 shows the relationship between the height of the laminated rubber 11 and the weight sharing ratio α of the sliding bearing isolation device 10b when the laminated rubber isolation device 10a and the sliding bearing isolation device 10b are used together. It can be seen that the height h of the laminated rubber 11 can be further reduced as the weight sharing ratio α of the sliding bearing isolator 10b is increased. However, as described above, it is necessary to consider the condition that the lower limit of the height of the laminated rubber 11 is about 1/3 of the interlayer deformation δ.
[0044]
In the second embodiment, assuming that the interlayer deformation δ is suppressed to about 10 cm, the lower limit value of the height h of the laminated rubber 11 is considered to be about 4 cm. Therefore, it can be determined from FIG. 12 that the weight sharing ratio α of the sliding bearing seismic isolation device 10b is about 0.4.
Further, the optimum laminated rubber 11 used in the laminated rubber seismic isolation device 10a at this time is a rubber thickness of 5 mm from the 14 mm (h ₁ ) rubber thickness of 5 mm used in the first embodiment. 8 (h ₂ ) can be selected, and the height of the laminated rubber 11 is greatly reduced (see FIG. 8).
From these results, in the second embodiment, in the laminated rubber seismic isolation device 10a and the sliding bearing seismic isolation device 10b, the weight distribution rate α of the sliding bearing seismic isolation device 10b is 0.4. Since it is optimal, there are 58 laminated rubber

seismic isolation devices

10a and 40 sliding bearing isolation devices 10b.
In addition, although the arrangement | positioning position of these laminated rubber seismic isolation devices 10a and the sliding bearing seismic isolation devices 10b should just be determined suitably according to a condition, it is arranging a laminated rubber and a sliding bearing with sufficient balance with respect to a building plane.
[0045]
Further, the distribution of the layer shear force coefficient in each layer from FIG. 14 and the distribution of the interlayer deformation angle in each layer from FIG. 15 are almost similar to the case where only the laminated rubber seismic isolation device 10a is used for the intermediate isolation layer. Earthquake response results are obtained.
[0046]
According to the above-described configuration, the intermediate seismic isolation layer 9 is constructed by using the laminated rubber seismic isolation device 10a and the sliding bearing seismic isolation device 10b in combination so as to satisfy “desired seismic isolation characteristics”. Since the height of the laminated rubber 11 used in the laminated rubber seismic isolation device 10a can be suppressed to the minimum necessary, it greatly contributes to cost reduction.
[0047]
As a result, the height of the seismic isolation device 10 is reduced and the interlayer deformation δ is also reduced, so that the exterior portion such as the rain ending 8 is also reduced, and the finishing work can be simplified.
[0048]
Moreover, when adopting the middle layer seismic isolation structure 2 as the seismic retrofitting method, the column height to be cut to provide the seismic isolation device 10 is halved, so that there is an effect that the waste is reduced. It becomes.
[0049]
【The invention's effect】
According to the intermediate layer seismic isolation structure of a building according to

claim

1 or 2 , a seismic isolation device having an isolator having deformation performance and restoring force performance and a damper having damping performance is provided in the intermediate layer of the building. In the middle-layer seismic isolation structure of a building with a natural period of 2 to 4 seconds by the seismic isolation device , the total weight of the layers above the middle seismic isolation layer with respect to the total weight of the building the position but to be 0.7 or more, the intermediate base isolation layer is provided with a plurality layers continuously, strength of the damper constituting the seismic isolation device, a value which corresponds to the total weight of 4% to 6% of the building Therefore, it is possible to greatly reduce the interlayer deformation δ while maintaining the function of concentrating the majority of the seismic input energy, which is a feature of the middle-layer seismic isolation structure, in the middle seismic isolation layer. Relaxed conditions for deformation followability of materials Rukoto is possible.
[0050]
According to the intermediate layer seismic isolation structure of a building according to claim 3, a connection using a gasket or the like can be made within the beam width of the exterior part in the intermediate seismic isolation layer, and deformation follow-up of the inner and outer materials is minimized. It becomes possible.
[0051]
According to the middle-layer seismic isolation structure of a building according to

claims

4 and 5 , the seismic isolation device is a combination of laminated rubber and a sliding bearing, and a ratio of the combined use of the laminated rubber and a sliding bearing. However, since the natural period of the intermediate seismic isolation layer is determined to be 2 to 4 seconds, the height of the laminated rubber can be suppressed to the minimum necessary, which greatly contributes to cost reduction. Become. Moreover, since the height of the seismic isolation device is low and the interlayer deformation δ can also be reduced, the exterior part such as rain finishes becomes small, and the finishing work can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overview of a building having an intermediate layer seismic isolation structure according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing details of an intermediate seismic isolation layer before interlayer deformation according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing details of an intermediate seismic isolation layer after interlayer deformation according to the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between interlayer deformation and a proof stress coefficient of a damper according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing the relationship between history energy and hierarchy according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between layer shear force and layer according to the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a plasticity rate and a hierarchy according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing details of a laminated rubber seismic isolation device layer according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing details of a sliding bearing seismic isolation device according to the present invention.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the weight sharing ratio and the natural period according to the present invention.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the natural period and the earthquake input energy according to the present invention.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the laminated rubber height and the weight share of the sliding bearing according to the present invention.
FIG. 13 is a diagram showing a plane of an intermediate seismic isolation layer according to the present invention.
FIG. 14 is a graph showing the relationship between layer shear force coefficient and layer according to the present invention.
FIG. 15 is a graph showing a relationship between an interlayer deformation angle and a layer according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Building 1a 2nd layer 1b 3rd layer 2 Middle layer seismic isolation structure 3 Ceiling 4 Floor 5 Column 6 Beam 7 Sash part 8 Rain closing 9 Middle seismic isolation layer 10 Seismic isolation device 10a Laminated rubber seismic isolation device 10b Sliding bearing exemption Seismic device 11 Laminated rubber 12 Gasket 13 Sliding bearing 13a Stainless steel 13b Lubricant

Claims

And isolator having deformability and resiliency performance was an intermediate isolation layer provided on the intermediate layer of the isolator is the building with a damper having a damping performance and are formed, the natural period by the isolator 2 In the middle-layer seismic isolation structure of the building that was ~ 4 seconds
The middle of the building is characterized in that a plurality of intermediate seismic isolation layers are continuously provided at a position where the total weight of the upper layers above the intermediate seismic isolation layer is 0.7 or more with respect to the total weight of the building. Layer isolation structure.

In the intermediate layer seismic isolation structure of a building according to claim 1 ,
The intermediate layer seismic isolation structure of a building, wherein the proof strength of the damper constituting the seismic isolation device is a value corresponding to 4 to 6% of the total weight of the building.

In the intermediate layer seismic isolation structure of a building according to claim 1,
An intermediate layer seismic isolation structure for a building, wherein an exterior or the like in the intermediate isolation layer is connected using a gasket or the like.

An intermediate layer seismic isolation structure for a building according to any one of claims 1 to 3 ,
The seismic isolation device is a middle-layer seismic isolation structure for buildings, characterized in that laminated rubber and a sliding bearing are used in combination.

In the intermediate layer seismic isolation structure of a building according to claim 4 ,
The intermediate layer seismic isolation structure of a building, wherein a ratio of the combined use of the laminated rubber and the sliding bearing is determined so that a natural period of the intermediate seismic isolation device is 2 to 4 seconds.