JP3954058B2 - 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支承凹部と下部構造体側に設けた半球状の支承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支承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、支承凹部が形成されている上部構造体側部分と支承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、支承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、支承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、支承凹凸部の係合解除を阻止する。
特開平１−２８４６１３号公報

しかし、支承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、当然に支承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、支承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、支承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。このように支承凹凸部の相対回転機能と支承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、支承凹凸部による相対回転及び支承凹凸部の係合解除阻止を共に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供することを目的とするものである。

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と下部構造体に取り付けた金属製の下沓とを、上沓の下面中央部に形成した半球状の支承凹部と下沓の上面中央部に形成した金属製の半球状の支承凸部とを上下方向において係合させることにより、相対回転自在に連結してあり、上沓の外周部に環状の係合突起を突設すると共に、下沓に、上下沓が相対回転したときにおいて当該相対回転を妨げることなく支承凹凸部の上下方向への相互離間を阻止すべく係合突起に係合しうる環状の係合体を取り付けてある建造物支承構造を提案するものである。

かかる建造物支承構造にあっては、係合突起及び係合体を上下沓の相対回転中心を通過する鉛直線を中心とする円環状をなすものとし、係合体の下沓への取り付けは、当該鉛直線回りに等間隔を隔てて環状配置された複数の固定具によって行なわれる。すなわち、係合突起は支承凹凸部の係合面と同心状の円環状をなして上沓に一体形成されており、係合体は、上沓に遊嵌すると共に支承凹凸部の係合面と同心状の円環状をなす非分割状の金属製リングであり、係合体の下沓への取り付けは、前記支承凹凸部の係合面と同心をなして等間隔に環状配置された複数の固定具によって行なわれている。

また、支承凹凸部の接触面及び係合突起と係合体との上下方向の対向面は、同心の球面形状をなしている。この場合において、係合突起と係合体との上下方向対向面間には、上部構造体に上揚力が作用しない（上沓に浮き上がり力が作用しない）状態において０．０１〜２ｍｍの微小隙間が形成されている。

また、支承凹凸部の対向面の一方には、低摩擦性材からなるコーティング層が形成されている。

さらに、係合突起が形成された上沓と係合体との間には、この間をシールするシール部材が設けられている。すなわち、弾性材製の環状シール部材の内周側部分を、その外周側部分が係合体の上面に圧接する状態で、上沓の外周部に取り付けて、上下沓の相対回転に拘わらず、上沓と係合体との間をシールするように構成されている。

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する場合を含めて、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は本発明に係る建造物支承構造の第１の実施の形態を示しており、図１は当該支承構造の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。

この実施の形態における建造物支承構造（以下「第１支承構造」という）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、上部構造体１の下面部に取り付けた上沓５と、下部構造体２の上面部に取り付けた下沓６と、上沓５の下面部に形成した半球状の支承支承凹部８と、下沓６の上面部に形成した半球状の支承凸部９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、上部構造体１の下面部に複数個のボルト７により固着されている。上沓５の下面中央部には、表面（内面）８ａを曲率半径Ｒ１の半球面とする支承凹部８が形成されている。

下沓６は金属製（例えば、鋼製）の円盤で、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、表面（外面）９ａを支承凹部８の表面８ａと同一曲率半径Ｒ１（又は略同一の曲率半径）の半球面とする支承凸部９が形成されており、この支承凸部９にその上方から支承凹部８を係合させることにより、上下沓５，６が支承凹凸部８，９の係合面８ａ，９ａの曲率中心を回転中心Ｃとして相対回転自在に接合される。この支承凸部９は下沓６に一体形成されるか、下沓６と別体にして下沓６の上面部に適宜の固定具により又は溶接により固着される。なお、支承凸部９は、これが下沓６と別体をなす場合、金属製（例えば鋼製）のものとされる。

支承凹凸部８，９の形状は、それらの表面８ａ，９ａの係合部分の高さがＨが曲率半径Ｒ１以下（Ｈ≦Ｒ１）となること、当該係合部分の面積が上部構造体１を支承するに十分なものとなること、及び上下沓５，６間に、地震力等により上下沓５，６が相対回転により回転が作用した場合において上下沓５，６が相互に干渉しない程度の隙間Ｓが生じること、を条件として、適宜に設定される。

また、支承凹凸部８，９の係合面８ａ，９ａの少なくとも一方（この例では、支承凹部８の内面８ａ）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１５が形成されていて、支承凹凸部８，９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。なお、係合面８ａ，９ａの一方にコーティング層１５を形成しておく場合、その他方（この例では、支承凸部９の外面９ａ）は鏡面仕上げしておくことが好ましい。

浮き上がり防止手段４は、図１及び図２に示す如く、上沓５の下端外周部に環状の係合突起１０を一体形成すると共に、下沓６に係合突起部１０に上沓５の浮き上がり（支承凹凸部８，９の係合解除）を阻止する方向において係合しうる環状の係合体１１を取り付けてなる。

係合突起１０は、図１及び図３に示す如く、支承凹凸部８，９と同心状をなす円環状のものであり、上沓５に一体形成されている。

係合体１１は、図１及び図２に示す如く、円環状の本体部１２とその上端内周部から内方へ突出する円環状の係合部１３とからなる金属製リングであり、支承凹凸部８，９及び係合突起１０と同心状をなす状態で且つ係合部１３の下面１１ａが係合突起１０の上面１０ａに近接対向する状態で、下沓６の上面部に取り付けられている。係合体１１の下沓６への取り付けは、本体部１２に挿通させた複数の固定具たるボルト１４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１４は、図４に示す如く、支承凹凸部８，９の回転中心Ｃを通過する鉛直線Ｌ回りの環状領域に等間隔を隔てて並列配置されている。

係合突起１０と係合体１１との上下対向面つまり係合突起１０の上面１０ａと係合部１３の下面１１ａとは、支承凹凸部８，９の回転中心Ｃを中心とする球面形状とされていて、支承凹凸部８，９の相対回転に伴って、その回転中心Ｃを中心として係合突起１０と係合部１３とが相対回転されるようになっている（図１及び図２参照）。ところで、係合突起１０の上面１０ａ及び係合部１３の下面１１ａの曲率半径Ｒ２は、上部構造体１に上揚力が作用しない状態（上沓５に浮き上がり力が作用しない状態）において、両面１０ａ，１１ａ間に微小隙間（例えば０．０１〜２ｍｍの隙間）が形成されるように設定しておくことが好ましく、この例では、両面１０ａ，１１ａの曲率半径Ｒ２を、図３に示す如く、両面１０ａ，１１ａ間に０．０１〜２ｍｍの隙間が形成されるように設定してある。

また、係合突起１０が形成された上沓５と係合体１１との間には、両者５，１１間の隙間をシールするシール部材１６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１６の内周側部分を、その外周側部分が係合体１１の上面に圧接する状態で、上沓５の外周部に取り付けて、上下沓５，６の相対回転に拘わらず、上沓５と係合体１１との間をシールするように工夫してある。このシール部材１６によれば、係合突起１０と係合部１３との間への異物侵入が確実に阻止される。なお、支承凹凸部８，９は、上下沓５，６と係合突起１０と係合体１１とで囲繞された空間に配置されており、この空間はシール部材１６によってシールされた閉塞空間とされているから、支承凹凸部８，９間に異物が侵入して、その相対回転が阻害される虞れは皆無である。

以上のように構成された第１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のピン接合部である支承凹凸部８，９の係合部分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（支承凹凸部８，９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（支承凹凸部８，９の係合解除）は係合突起１０と係合体１１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）自在な係合突起１０と係合体１１との対向面１０ａ，１１ａ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８，９の相対回転）を何ら妨げることがない。しかも、上沓５の浮き上がりを係合突起１０と係合体１１との係合作用によって防止する場合、係合する環状面１０ａ，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１０ａ，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をなす係合体１１（係合部１３）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、係合体１１を下沓６に取り付けている複数の固定具（ボルト）１４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１４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１４に引き抜き力が集中して破損するような虞れがなく、係合体１１の係合突起１０への係合による上沓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、係合突起１０と係合体１１との間、更には支承凹部８と支承凸部９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１６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。

なお、本発明の構成は上記した実施の形態に限定されるものでなく、本発明の基本原理を逸脱しない範囲において、適宜に改良，変更することができる。

本発明に係る建造物支承構造の一例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。

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
８ 支承凹部
８ａ 支承凹部の表面（内面）
９ 支承凸部
９ａ 支承凸部の表面（外面）
１０ 係合突起
１０ａ 係合突起の上面
１１ 係合体
１１ａ 係合体の下面
１４ ボルト（固定具）
１５ コーティング層
１６ シール部材
Ｃ 回転中心

Claims (1)

1. 上部構造体に取り付けた金属製の上沓と下部構造体に取り付けた金属製の下沓とを、上沓の下面中央部に形成した半球状の支承凹部と下沓の上面中央部に形成した金属製の半球状の支承凸部とを上下方向において係合させることにより、相対回転自在に連結してあり、
   上沓の外周部に環状の係合突起を突設すると共に、下沓に、上下沓が相対回転したときにおいて当該相対回転を妨げることなく支承凹凸部の上下方向への相互離間を阻止すべく係合突起に係合しうる環状の係合体を取り付けてあり、
   支承凹凸部の接触面及び係合突起と係合体との上下方向の対向面は同心の球面形状をなしており、
   支承凹凸部の対向面の一方に、低摩擦性材からなるコーティング層が形成されており、
   係合突起は支承凹凸部の係合面と同心状の円環状をなして上沓に一体形成されており、
   係合体は、上沓に遊嵌すると共に支承凹凸部の係合面と同心状の円環状をなす非分割状の金属製リングであり、
   係合体の下沓への取り付けは、前記支承凹凸部の係合面と同心をなして等間隔に環状配置された複数の固定具によって行なわれており、
   係合突起と係合体との上下方向対向面間には、上部構造体に上揚力が作用しない状態において０．０１〜２ｍｍの微小隙間が形成されており、
   弾性材製の環状シール部材の内周側部分を、その外周側部分が係合体の上面に圧接する状態で、上沓の外周部に取り付けて、上下沓の相対回転に拘わらず、上沓と係合体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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