JP3954057B2 - 建造物支承構造 - Google Patents

Description

本発明は、建造物の上部構造体（柱部材，フーチン等）を下部構造体（建造物基礎等）に相対回転自在なピン接合手段を介して支承することにより免震機能を発揮するように構成された建造物支承構造に関するものである。

建造物支承構造として、上部構造体側に設けた半球状の凹部と下部構造体側に設けた半球状の凸部とを上下方向において係合させてなる相対回転自在なピン接合手段を介して、上部構造体を下部構造体に支承させることにより、地震力等に対する免震機能が発揮されるように構成したものが公知である（例えば、特許文献１の第１図参照）。

ところで、このような建造物支承構造にあっては、地震の発生等により上部構造体体に大きな上揚力が作用した場合、上部構造体が浮き上がって凹凸部の係合が解除され、適正な支承機能，免震機能を発揮し得ない虞れがある。

このため、凹部が形成されている上部構造体側部分と凸部が形成されている下部構造体側部分とを鋼棒等の屈曲可能な引張部材により連結して、上記したような上揚力が作用した場合にも、凹凸部の係合が解除されないように工夫しておくことが提案されている（例えば、特許文献１の第４図及び第５図参照）。すなわち、引張部材は、上下端部を夫々上部構造体側部分及び下部構造体側部分に埋設等により固着しておくことにより、凹凸部の相対回転に伴って屈曲変形して当該相対回転を許容しつつ、凹凸部の係合解除を阻止する。
特開平１−２８４６１３号公報

しかし、凹凸部の相対回転を許容するためには、引張部材が屈曲変形するのみならず、ある程度伸縮変形することが必要となるから、当然に凹凸部の係合解除阻止力は低くなり、支承構造としての信頼性は低い。逆に、凹凸部の引張部材による係合解除阻止機能を高めるために、引張部材の剛性を高めると、凹凸部の相対回転が円滑に行われず、やはり支承構造としての信頼性は低くなる。このように凹凸部の相対回転機能と凹凸部の係合解除阻止機能とは相反するものであるから、従来の建造物支承構造にあっては、両機能の一方を犠牲にしているか、両機能が中途半端なものとなっているかの何れかであるのが実情であった。

本発明は、このような実情に鑑み、上下部構造体の接合部における相対回転及び接合状態保持を完璧に行うことができ、高い信頼性を確保することができる建造物支承構造を提案するものである。

本発明は、上記の目的を達成すべく、上部構造体に取り付けた金属製の上沓に球面体を一体形成し、下部構造体に取り付けた金属製の下沓に、球面体における下部構造体側の半球部分に相対回転自在に係合する凹面状の支承部を設けると共に球面体における上部構造体側の半球部分に相対回転自在に嵌合する環状の抜け止め部を設けて、上部構造体と下部構造体とを下部構造体側の半球部分と支承部との係合により球面体の曲率中心を回転中心として相対回転自在に接合すると共に、上部構造体に上揚力が作用した場合における球面体の半球部分と支承部との係合解除を、上部構造体側の半球部分と抜け止め部との係合作用により阻止するように構成した建造物支承構造を提案する。

かかる建造物支承構造にあっては、抜け止め部の内周面が、球面体と同心をなし且つ最小径が当該球面体の直径より小径である球面をなしている。また、抜け止め部は、その最小開口径を上沓の外径より大きくした独立且つ非分割状の金属製の環状部材であって、球面体にこれとの間に０．０１〜２ｍｍの微小隙間を有して嵌合するものであり、前記回転中心を通過する鉛直線回りの環状領域に並列配置されたボルトにより下沓に取り付けられている。また、支承部及び球面体の少なくとも一方は、低摩擦性材のコーティング層で被覆されている。さらに、抜け止め部と球面体との間には、この間をシールするシール部材を設けてある。すなわち、弾性材製の環状シール部材の外周側部分を、その内周側部分が球面体に圧接する状態で、抜け止め部の上面部に取り付けて、上下沓の相対回転に拘わらず、球面体とこれに係合する支承部及び抜け止め部との間をシールするように構成してある。

本発明の建造物支承構造によれば、上部構造体に上揚力が作用した場合を含めて、安全性，信頼性の高い免震機能を発揮することができる。

図１〜図４は建造物支承構造の参考例を示しており、図１は当該支承構造の常状態を示す縦断正面図であり、図２は当該支承構造の免震状態を示す図１相当の縦断正面図であり、図３は図１の要部拡大図であり、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線に沿う要部の横断平面図である。

この参考例における建造物支承構造にあっては、図１及び図２に示す如く、上部構造体１（この例では柱材）を下部構造体２（この例では、柱部材を支持する建造物基礎）にピン接合手段３及び浮き上がり防止手段４を介して支承する。

ピン接合手段３は、図１に示す如く、第１構造体である上部構造体１の下面部に取り付けた上沓５と、第２構造体である下部構造体２の上面部に取り付けた下沓６と、下沓６の上面部に形成した半球凹面状の支承部７と、上沓５の下面部に形成した球面体８とからなり、上下沓５，６を相対回転自在に接合している。

上沓５は金属製（例えば、鋼製）の円盤で、図１に示す如く、上部構造体１の下面部に複数個のボルト９により固着されている。上沓５の下面部には曲率半径Ｒ１の球面体８が一体形成されている。球面体８は、その中心（球心であり、球面体表面の曲率中心）Ｃより上方側の半球部分（第１構造体側の半球部分であり、以下「第１半球部分」という）８１の頂部（上端部）が円柱状の連結部５ａを介して上沓５の下面中央部に連結された形態で、上沓５に一体形成されている。

下沓６は水平断面を円形とする金属製（例えば、鋼製）のブロックで、図１に示す如く、下部構造体２の上面部に固着されている。下沓６の上面中央部には、凹面状の支承部７が形成されている。支承部７は、球面体８と同心且つ略同一の曲率半径をなす半球状凹面であり、その上方から球面体８における前記中心Ｃより下方側の半球部分（第２構造体側の半球部分であり、以下「第２半球部分」という）８２を係合させることにより、上下沓５，６を球面体８の曲率中心を回転中心Ｃとして相対回転自在に接合する。

支承部７の形状は、第２半球部分８２との係合部分の高さＨが球面体８の曲率半径Ｒ１以下（Ｈ≦Ｒ１）となること及び当該係合部分の面積が上部構造体１を相対回転自在に支承するに十分なものとなることを条件として、適宜に設定される。この例では、Ｈ＝Ｒ１に設定してある。

支承部７及びこれに係合する球面体８の表面８ａの少なくとも一方（この例では、支承部７）には、図３に示す如く、低摩擦性材（ポリテトラフルオロエチレン，モリブデン等）によるコーティング層１０が形成されていて、支承部７と球面体８との相対回転がより円滑に行われるように工夫されている。

浮き上がり防止手段４は、図１及び図３に示す如く、第１半球部分８１に相対回転自在に嵌合する環状の抜け止め部１１を下沓６に取り付けてなる。抜け止め部１１は、その内面１１ａを球面体８と同心をなし且つ球面体８の曲率半径Ｒ１より若干大きな曲率半径Ｒ２を有する球面とする金属製（例えば、鋼製）の独立した円環状体であり、第１半球部分８１に微小隙間を有した状態で嵌合されている。抜け止め部１１の最小開口径（上端開口部の直径）Ｄは、球面体８の直径より小さく（Ｄ＜２・Ｒ１）設定されている。なお、抜け止め部１１の最大開口径（下端開口部の直径）は球面体８の直径（２・Ｒ１）より若干大きく設定されている。したがって、上部構造体１に上揚力が作用した場合、球面体８に抜け止め部１１が衝合して、上沓５の浮き上がりつまり球面体８と支承部７との係合解除を阻止する。抜け止め部１１と球面体８の隙間は、上沓５の浮き上がりを防止しつつ上下沓５，６の相対回転を妨げることがないように微小に設定されており、一般に、０．０１〜２ｍｍに設定しておくことが好ましい。抜け止め部１１の下沓６への取り付けは、抜け止め部１１に挿通させた複数の固定具たるボルト１２を下沓６に捩じ込むことによって、行なわれている。複数のボルト１２は、図４に示す如く、回転中心Ｃを通過する鉛直線Ｌ（図１参照）回りの環状領域に等間隔を隔てて並列配置されている。なお、抜け止め部１１は、図４に示す如く、径方向に２分割されており、球面体８を支承部７に係合させた上で、分割部分１１ｂ，１１ｂを適当数のボルト・ナット１３で環状に締結することによって第１半球部分８１に嵌合させ、しかる後、上沓６に取り付けられる。また、抜け止め部１１の内面１１ａにも、上記したコーティング層１０を形成しておいてもよい。

また、抜け止め部１１と球面体８との間には、その対向面間（抜け止め部１１の内面１１ａと球面体８の表面８ａであって当該内面１１ａに対向する帯状部分８ｂとの間）をシールするシール部材１４が設けてある。この例では、図１〜図３に示す如く、弾性材製（ゴム，樹脂等）の環状シール部材１４の外周側部分を、その内周側部分が球面体８に圧接する状態で、抜け止め部１１の上面部に取り付けて、上下沓５，６の相対回転に拘わらず、球面体８とこれに係合する支承部７及び抜け止め部１１との間をシールして、この間への異物侵入を防止するように工夫してある。

以上のように構成された建造物支承構造にあっては、地震力等が作用すると、図２に示す如く、上下部構造体１，２のピン接合部（支承部７と球面体８との係合部）において相対回転が生じて、免震機能が発揮され、上部構造体１への地震力等による影響が吸収緩和される。このとき、上部構造体１に上揚力が作用して、上沓５が浮き上がる状態（支承部７と球面体８とが上下方向に離間される状態）となった場合にも、上沓５の浮き上がり（支承部７と球面体８との係合解除）は抜け止め部１１と球面体８との係合作用によって確実に防止される。

この係合作用は、上下沓５，６の回転中心Ｃを中心とする２つの球面であって微小間隔（０．０１〜２ｍｍ）を隔てて相対変位（相対回転）自在な抜け止め部１１と球面体８との対向面によって行われることから、上下沓５，６の相対回転（ピン接合部７，８の相対回転）を何ら妨げることがない。しかも、上沓５の浮き上がりを抜け止め部１１と球面体８との係合作用によって防止する場合、係合する環状面（抜け止め部１１と球面体８との対向面）８ｂ，１１ａが上下沓５，６の回転中心Ｃと同心をなす球面であることから、この環状面８ｂ，１１ａがその全周に亘って係合（接触）することになり、上沓５の浮き上がり力を環状面（抜け止め部１１の内面）１１ａの全周部分で均等に受け止めることになる。したがって、上沓５の浮き上がりが確実に阻止されると共に、抜け止め部１１を下沓６に取り付けている複数の固定具（ボルト）１２に作用する引き抜き力が均等に分散されることになる。その結果、各固定具１２に作用する引き抜き力が小さくなり、上沓５に浮き上がり力が作用した場合に一部の固定具１２に引き抜き力が集中して破損するような虞れがなく、抜け止め部１１による上沓５の浮き上がり防止が確実に行われ、浮き上がり防止機能を含めた免震機能の安全性，信頼性が極めて高くなる。

ところで、当該支承構造の施工時又は施工後において、抜け止め部１１と球面体８との間、更には支承部７と球面体８との間に、土砂等の異物が侵入して、上下沓５，６の円滑な相対回転を妨げる虞れがある。しかし、このような異物の侵入はシール部材１４によって確実に防止されることから、上下沓５，６の相対回転が円滑に行われ、上記免震機能の安全性，信頼性が更に向上する。

図５は本発明に係る建造物支承構造の実施の形態を示す縦断正面図である。

この実施の形態の建造物支承構造は、以下の点を除いて、上記した参考例の建造物支承構造と同一構成をなすものである。すなわち、図５に示す如く、上沓５の外径ｄを抜け止め部１１の最小開口径Ｄより小さくして、抜け止め部１１を図４に示す如き２つ割り構造とせず、非分割状の環状部材としてある。また、係合高さＨは、図５に示す如く、球面体８の半径Ｒ１より小さくしてある。また、抜け止め部１１は、図５に示す如く、球面体８の中心Ｃより所定量上方において、球面体８（第１半球部分８１）に嵌合するようにしてある。

参考例の建造物支承構造を示す縦断正面図である。 当該支承構造の免震状態を示す縦断正面図である。 図１の要部拡大図である。 図１のIV−IV線に沿う要部の横断平面図である。 本発明に係る建造物支承構造の実施の形態を示す縦断正面図である。

符号の説明

１ 上部構造体
２ 下部構造体
３ ピン接合手段
４ 浮き上がり防止手段
５ 上沓
６ 下沓
７ 支承部
８ 球面体
１０ コーティング層
１１ 抜け止め部
１１ａ 抜け止め部の内面
１２ ボルト（固定具）
１４ シール部材
８１ 第１半球部分
８２ 第２半球部分
Ｃ 曲率中心（回転中心）

Claims (1)

1. 上部構造体に取り付けた金属製の上沓に球面体を一体形成し、下部構造体に取り付けた金属製の下沓に、球面体における下部構造体側の半球部分に相対回転自在に係合する凹面状の支承部を設けると共に球面体における上部構造体側の半球部分に相対回転自在に嵌合する環状の抜け止め部を設けて、上部構造体と下部構造体とを下部構造体側の半球部分と支承部との係合により球面体の曲率中心を回転中心として相対回転自在に接合すると共に、上部構造体に上揚力が作用した場合における球面体の半球部分と支承部との係合解除を、上部構造体側の半球部分と抜け止め部との係合作用により阻止するように構成してあり、
   支承部及び球面体の少なくとも一方は、低摩擦性材のコーティング層で被覆されており、
   抜け止め部の内周面は、球面体と同心をなし且つ最小径が当該球面体の直径より小径である球面をなしており、
   抜け止め部は、その最小開口径を上沓の外径より大きくした独立且つ非分割状の金属製の環状部材であって、球面体にこれとの間に０．０１〜２ｍｍの微小隙間を有して嵌合した状態で、前記回転中心を通過する鉛直線回りの環状領域に並列配置されたボルトにより下沓に取り付けられており、
   弾性材製の環状シール部材の外周側部分を、その内周側部分が球面体に圧接する状態で、抜け止め部の上面部に取り付けて、上下沓の相対回転に拘わらず、球面体とこれに係合する支承部及び抜け止め部との間をシールするように構成したことを特徴とする建造物支承構造。

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