JP4568593B2

JP4568593B2 - 免震建物

Info

Publication number: JP4568593B2
Application number: JP2004355613A
Authority: JP
Inventors: 哲日下; 為博荒木; 信行柳澤; 英顯椿
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2010-10-27
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: JP2006161436A

Description

本発明は、建物下部と建物上部との間に、柱配置に合わせて免震装置（免震ゴム装置や滑り支承装置）を介在させてある免震建物に関する。

建物における各柱は、長期荷重として上方の各階層の自重や荷重を支持するわけであるが、その際、各柱にわたって設けられた梁や床の荷重に関しては、図６に示すように、隣接する柱２間の床スパン中央部に分担境界を想定して、その境界で囲まれた床範囲（支配床面積）の荷重が柱２に作用するものとして設定されることが多い。そして、その柱配置に合わせて設けられた免震装置にも同じように軸力が作用することになる。
尚、参考として、柱にかかる荷重としては、上述の長期荷重の他にも、地震や風等によって短期荷重（高層の建物の場合は引抜き力や押込力）が局部の柱に作用し、このような短期荷重の緩和を図るために、大きな荷重を受けると降伏変形する極軟鋼や低降伏点鋼等の材料で構成された支持介在部材を柱に介在させる技術が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
そして、これら従来の免震建物としては、前記支配床面積を基準として各柱の軸力が割り出され、柱の断面設計が行われていた。

特開２０００−２９７４７１号公報（図１、図３）特開２００２−３５７０１０号公報（図３）

上述した従来の免震建物によれば、前記支配床面積を基準として各柱の軸力が割り出され、柱の断面設計がされているから、図６に示すような建物平面の場合、外周部の柱２の支配床面積より、その内側の柱２の支配床面積が大きいから、柱２の軸力も、外周部の柱より内側の柱２の方が大きくなる。そして、それらの柱の軸力を受ける各免震装置に関しても、前記柱と同様のことが言える。しかしながら、柱単体で考えれば、軸力が大きくなる場合は、柱の断面積を大きくする等の方法で対応できるが、免震装置においては、面圧の制限があったり、大断面積の免震装置を特別に製作すると非常に高価なものになるといった問題がある。
そして、この問題を解消するためには、前記支配床面積が小さくなるように柱の数を増やすことが考えられるが、そうすることで、平面計画に制約を受けると行った新たな問題点が生じる。

従って、本発明の目的は、上記問題点を解消し、局部の柱に大きな軸力が作用するのを緩和することが可能な免震建物を提供するところにある。

本発明の第１の特徴構成は、建物下部と建物上部との間に、柱配置に合わせて免震ゴム装置と滑り支承装置とをそれぞれ振り分けて介在させてある免震建物において、前記滑り支承装置を設置してある位置の柱に、鉛直剛性を低減可能な剛性調整手段を介在させてあるところにある。

本発明の第１の特徴構成によれば、軸力の作用に伴う高さ変化が少ないとされる滑り支承装置の設置箇所において、前記剛性調整手段によってその位置の柱の鉛直剛性を低減させることが可能となり、その結果、滑り支承装置より高さ変化が発生しやすい免震ゴム装置の設置位置の柱にも軸力が分散されて、局部の柱に大きな軸力が作用するのを緩和できるようになる。
免震ゴム装置と滑り支承装置とは、共に、地震に伴う振動サイクルを延ばす作用を備えているが、それぞれの機構上、鉛直方向の軸力を受けた場合の高さ変位には差が大きい。即ち、金属やゴムで形成された免震用薄板を交互に幾重にも重ねた免震ゴム装置は、滑り板上に滑り体が載置された構造の滑り支承装置に比べて、鉛直方向の荷重に対する沈み込みが大きくなり易い。従って、各柱に同条件の荷重が作用する場合を想定すると、免震ゴム装置を設置した柱は、免震ゴム装置の沈み込みによって鉛直剛性が低下し、その結果、建物荷重の多くは、高さ変位の少ない滑り支承装置を設置した柱に流れる傾向がある。
しかし、本発明の特徴構成によれば、滑り支承装置を設置した柱の鉛直剛性を前記剛性調整手段によって低減することが可能となり、結果的に、免震ゴム装置を設置した柱にも荷重を分散することができ、局部の柱に大きな軸力が作用するのを緩和することが可能となる。
よって、特に大きな面圧に耐えうる免震装置を用意しなくても、同様の性能の備えた免震装置を多用することが可能となり、コストダウンを図ることができる。
更には、不用意に柱の数を増加させることもなくなり、平面計画の自由性の高い建物を形成することが可能となる。

本発明の第２の特徴構成は、建物下部と建物上部との間に、柱配置に合わせて免震ゴム装置をそれぞれ介在させてある免震建物において、建物平面における外周部より中央側に位置する柱に、鉛直剛性を低減可能な剛性調整手段を介在させてあるところにある。

各柱に対する支配床面積は、図４（イ）に一例として挙げるような建物平面（柱配列がほぼ等ピッチ）の場合、外周部の柱２の支配床面積より、その内側の柱２の支配床面積が大きいから、柱２の軸力も、外周部の柱２より内側の柱２の方が大きくなる。従って、軸力が内側の柱により多く作用する傾向がある。
しかし、本発明の第２の特徴構成によれば、内側の柱の鉛直剛性を前記剛性調整手段によって低減することが可能となり、結果的に、外周部の柱にも荷重を分散することができ、局部の柱に大きな軸力が作用するのを緩和することが可能となる。
よって、特に大きな面圧に耐えうる免震装置を用意しなくても、同様の性能の備えた免震装置を多用することが可能となり、コストダウンを図ることができる。
更には、建物平面における内側に配置する柱の数を不用意に増加させることもなくなり、平面計画の自由性の高い建物を形成することが可能となる。

本発明の第３の特徴構成は、建物下部と建物上部との間に、柱配置に合わせて免震ゴム装置をそれぞれ介在させてある免震建物において、前記柱に、その鉛直剛性を低減可能な剛性調整手段を介在させてあり、支配床面積が大きい柱ほど前記剛性調整手段による鉛直剛性の低下度を大きく設定してあるところにある。

各柱に対する支配床面積は、前述したように、柱の配置に大きく関係し、柱間隔が大きくなると支配床面積も大きくなり、軸力も大きな値を示す。一方、小さな支配床面積となる柱には軸力も小さな値となり、相互の格差が広がる。
しかし、本発明の第３の特徴構成によれば、支配床面積が大きい柱ほど、前記剛性調整手段による鉛直剛性の低下度を大きく設定してあることで、支配床面積が大きい柱の本来の軸力を低減して、結果的に小さな支配床面積の柱にもその軸力を分散することができ、全体が平均化できることで局部の柱に大きな軸力が作用するのを緩和できるようになる。
よって、特に大きな面圧に耐えうる免震装置を用意しなくても、同様の性能の備えた免震装置を多用することが可能となり、コストダウンを図ることができる。
更には、建物平面における内側に配置する柱の数を不用意に増加させることもなくなり、平面計画の自由性の高い建物を形成することが可能となる。

本発明の第４の特徴構成は、前記剛性調整手段は、複数の皿バネで構成してあるところにある。

本発明の第４の特徴構成によれば、本発明の第１〜３の何れかの特徴構成による上述の作用効果を叶えることができるのに加えて、複雑な機構を使用せずに、皿バネという極めて簡単で且つ安価な部材を使用して柱の剛性調整を図ることが可能となり、免震建物の建設における良好な経済性を確保することができる。更には、剛性調整手段の設置作業やメンテナンス作業に関しても、手間を掛けずに簡単に実施することが可能となる。
因みに、剛性の調整は、例えば、皿バネの変形特性（変形しやすさ等の特性）の設定や、使用する皿バネの数等によって実施することが可能となる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、図面において従来例と同一の符号で表示した部分は、同一又は相当の部分を示している。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の免震建物の第１の実施形態を示すもので、建物Ｂは、基礎部（建物下部の一例）Ｂａと、その上に建物部（建物上部の一例）Ｂｂとを備えて構成してあり、両者の間には、柱配置に合わせて免震ゴム装置１Ａや滑り支承装置１Ｂ等の免震装置１をそれぞれ振り分けて介在させてある。
当該実施形態においては、建物Ｂは、鉄筋コンクリート造のものを例に挙げて説明する。

前記建物部Ｂｂは、図１（イ）の平面図や、図１（ロ）の側面視断面図に示すように、平面視での縦横にそれぞれ所定のピッチで柱２が立設され、隣接する柱２にわたって各階層毎に梁３やスラブ４が設けられている。
そして、各柱の直下位置には、上述の通り免震装置１が設けられている。
尚、図１（イ）には、隣接する柱どうしの中間点を結んで得られる本来的な支配床面積の範囲を記載してある。

また、各免震装置１の使い分けは、建物外周部に位置する箇所には、免震ゴム装置１Ａが設置してあり、その内側の該当箇所には、前記滑り支承装置１Ｂが設置されている。

因みに、前記免震ゴム装置１Ａは、図２に示すように、複数の金属製薄板５ａとゴム製薄板５ｂとを交互に積層させて一体化してある変形部５と、その変形部５の上下端面部にそれぞれ一体的に設けられた金属製固定板６とを備えて構成してある。建物の設置対象部へは、前記固定板６をボルト固定等の手段で取り付けられる。
そして、前記金属製薄板５ａやゴム製薄板５ｂ等の夫々の免震用薄板どうしが横方向に層間変位自在に形成してあることによって、地震等の横揺れに対して各薄板同士が横方向に相対移動しながら抵抗し、免震効果を発揮できるように構成してあるものである。
また、前記滑り支承装置１Ｂは、図１（ロ）に示すように、前記基礎部Ｂａに固定された金属製滑り板７と、建物部Ｂｂに固定された滑り体８とで構成してあり、前記滑り板７上に前記滑り体８が当接する状態に設置してあることで、滑り体８は、滑り板７上に沿って横移動することができる。両者の摩擦抵抗を小さくするために、滑り板７の上面には樹脂コーティングを施してあり、前記滑り体８の下面にはフッ素樹脂を設けてある。
そして、これらの免震装置１は、同様の軸力を受けた場合、それぞれの機構上、免震ゴム装置１Ａの方が、滑り支承装置１Ｂより弾性変形し易い性質がある。
従って、同じ条件で各免震装置１に建物荷重が作用すると、免震ゴム装置１Ａの部分は弾性変形し易いから軸力負担が少なくなる傾向があり、逆に、滑り支承装置１Ｂの部分に過剰な軸力負担が生じる傾向がある。

そして、前記滑り支承装置１Ｂを設置してある位置の柱２には、図１、図３に示すように、鉛直剛性を低減可能な剛性調整手段９を介在させてある。
この剛性調整手段９の具体的な例を示すと、図３に示すように、複数の皿バネ９Ａで構成してあり、この皿バネ９Ａが上方の建物荷重を受けて弾性変形することによってその柱２の鉛直剛性が低下するわけである。
尚、下柱２ａの上端面、及び、上柱２ｂの下端面には、それぞれ金属製のプレート１１が一体的に設けられており、安定した状態に皿バネ９Ａを支持できるように構成されている。
皿バネ９Ａの設置は、下柱２ａを形成した後、その上に複数枚の皿バネ９Ａを並べて配置し、その上に上柱２ｂを形成することで実施でき、建物の最上階までの建築が完了した時点（所定の軸力が作用した時点）で、下柱２ａと上柱２ｂとの間の皿バネ介在空間に、無収縮モルタル１０を充填することで、柱のセン断力の一部を負担できるように構成されている。

本実施形態の免震建物によれば、軸力の作用に伴う高さ変化が少ないとされる滑り支承装置１Ｂの設置箇所において、前記剛性調整手段９によってその位置の柱２の鉛直剛性を低減させることが可能となり、その結果、滑り支承装置１Ｂより高さ変化が発生しやすい免震ゴム装置１Ａの設置位置の柱２にも軸力が分散されて、局部の柱に大きな軸力が作用するのを緩和できるようになる。よって、各免震装置１に作用する軸力を平均化することが可能となり、特に高耐力の免震装置１を用意しなくても免震化を図れるようになって、コストダウンを叶えることができる。また、柱の数を増加させて免震装置１への荷重を少なくすることに比べて、不用意に柱の数を増加させる必要がないから、平面計画の自由性の高い建物を形成することが可能となる。

〔第２実施形態〕
図４は、本発明の免震建物の第２の実施形態を示すもので、建物Ｂの主要部は、第１の実施形態と同様である。以後の説明においては、説明の重複を避けるために、先の実施形態と異なる構成を主として説明する。

本免震建物では、全ての柱２の位置に、免震ゴム装置１Ａが設置されている。
そして、建物平面における外周部より中央側に位置する柱２に、前記剛性調整手段９を介在させてある。

本実施形態の免震建物によれば、各柱毎の支配床面積の差による軸力の格差を、前記合成調整手段９によって緩和することが可能となり、局部の柱に大きな軸力が作用するのを緩和できるようになる。そして、特に高耐力の免震装置１を用意しなくても免震化が図れるようになり、コストダウンを叶えることができると共に、柱の数を増加させて免震装置１への荷重の格差を緩和することに比べて、不用意に柱の数を増加させる必要がないから、平面計画の自由性の高い建物を形成することが可能となる。

〔第３実施形態〕
図５は、本発明の免震建物の第３の実施形態を示すもので、建物Ｂの主要部は、柱２の設置間隔が異なっていることの他は、第２の実施形態と同様である。以後の説明においては、説明の重複を避けるために、先の実施形態と異なる構成を主として説明する。

本免震建物では、全ての柱２の位置に、免震ゴム装置１Ａが設置されている。
そして、柱２の間隔は、図に示すように、一部が大きく設定されている。
従って、隣接する柱どうしの中間点を結んで得られる支配床面積の範囲は、図５（イ）に示すようになり、支配床面積の大きな柱には、本来的には大きな軸力が作用することとなるが、当該免震建物においては、柱に介在させた剛性調整手段９による鉛直剛性の低下度を、支配床面積が大きい柱２ほど大きく設定してあるので、各柱で受け持つ軸力の平均化が図られ、各免震装置１に作用する軸力のバラツキが少ない状態となっている。
因みに、剛性調整手段９による鉛直剛性の低下度の調整は、当該実施形態においては、使用する皿バネ９Ａの数を増減させて行っている。即ち、皿バネ９Ａの数を少なくする程、柱の鉛直剛性の低下度を大きく（鉛直剛性を小さく）することができる。
各柱２毎の、鉛直剛性の低下度の一例を示すと、図中の「大」「中」「小」のようになる。尚、図中の「０」は、その柱２に剛性調整手段９を設置していないことを意味している。

〔別実施形態〕
以下に他の実施の形態を説明する。

〈１〉前記免震建物Ｂは、先の実施形態で説明したものはその例に過ぎず、平面構成や構造や形式は、自由に設定することができる。要するに、建物下部Ｂａと建物上部Ｂｂとの間に、柱配置に合わせて免震装置１を介在させてある免震建物がその対象となる。
あればよい。
〈２〉前記免震装置１は、先の実施形態で説明したものに限るものではなく、広く公知の免震装置を採用することができる。
また、免震装置１として免震ゴム装置１Ａと滑り支承装置１Ｂとを振り分けて設置する場合、先の実施形態で説明したように、建物外周部に免震ゴム装置１Ａを設ける一方、その内側に滑り支承装置１Ｂを設けることに限らず、適宜箇所に、それぞれを振り分けて設けるものであってもよい。
〈３〉前記剛性調整手段９は、先の実施形態で説明した皿バネ９Ａに限るものではなく、例えば、板バネやコイルスプリング等のバネ材や、硬質ゴム板や合成樹脂板、極軟鋼や低降伏点鋼等の板材、ジャッキ装置や圧電素子を使用した伸縮調整装置等であってもよく、それらを含めて剛性調整手段９と言う。
また、剛性調整手段９として皿バネ９Ａを使用する場合、柱の鉛直剛性の低下度調整を、先の実施形態で説明したように皿バネ９Ａの数によって行うことに限るものではなく、例えば、皿バネ９Ａの変形特性の異なるものを用意して、その使い分けによって実施したり、更には、皿バネ９Ａの数による調整をも組み合わせて行うものであってもよい。

尚、上述のように、図面との対照を便利にするために符号を記したが、該記入により本発明は添付図面の構成に限定されるものではない。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

第１実施形態の免震建物を示す説明図免震ゴム装置を示す一部切欠き斜視図剛性調整手段を柱に設置した状況を示す側面視断面図第２実施形態の免震建物を示す説明図第３実施形態の免震建物を示す説明図柱と支配床面積との関係を示す平面図

符号の説明

１Ａ免震ゴム装置
１Ｂ滑り支承装置
２柱
９剛性調整手段
９Ａ皿バネ
Ｂａ基礎部（建物下部の一例）
Ｂｂ建物部（建物上部の一例）

Claims

建物下部と建物上部との間に、柱配置に合わせて免震ゴム装置と滑り支承装置とをそれぞれ振り分けて介在させてある免震建物であって、
前記滑り支承装置を設置してある位置の柱に、鉛直剛性を低減可能な剛性調整手段を介在させてある免震建物。
建物下部と建物上部との間に、柱配置に合わせて免震ゴム装置をそれぞれ介在させてある免震建物であって、
建物平面における外周部より中央側に位置する柱に、鉛直剛性を低減可能な剛性調整手段を介在させてある免震建物。
建物下部と建物上部との間に、柱配置に合わせて免震ゴム装置をそれぞれ介在させてある免震建物であって、
前記柱に、その鉛直剛性を低減可能な剛性調整手段を介在させてあり、支配床面積が大きい柱ほど前記剛性調整手段による鉛直剛性の低下度を大きく設定してある免震建物。
前記剛性調整手段は、複数の皿バネで構成してある請求項１〜３の何れか一項の免震建物。