JP4836340B2 - 連結制震装置を利用した免震構造 - Google Patents
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【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として免震層を免震装置（積層ゴム）で支持された免震構造、特にアスペクト比が大きい免震構造の技術分野に属し、連結制震装置（連結制震構造）を利用（併用）して振動を抑制し、免震層（免震装置）に発生する引き抜き力を抑制した免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物を高層化すると、地震時に発生する転倒モーメントによる引き抜き力が柱に発生する。同構造物が免震構造の場合は、一般的に下層部に設ける免震層に引き抜き力が発生することになる。ところが、免震構造に最も一般的に使用される免震装置である「積層ゴム」は引き抜き力に抵抗できない。このため高層建物や、低層でもアスペクト比が大きい免震構造には「積層ゴム」を適用できない。
【０００３】
上記の問題に対処する従来技術としては、例えば
（１）特開平１−２０３５４１号公報、特開平１−６６３３４号公報などに記載された免震技術は、免震層の中に引き抜き抵抗部材を配置し、免震層に転倒モーメントによる引き抜き力が発生したときは、前記の抵抗部材で抵抗させるように構成している。
【０００４】
（２）特開平１０−１６９２４７号公報、特開平１０−１６９７０９号公報などに記載された免震装置は、免震装置自体に引き抜き抵抗力を持たせる構造に工夫されている。
【０００５】
（３）特開昭６３−９７７７４号公報には、地面に固定された二つの固有周期が異なる構造物を連結ダンパーで繋ぐことにより両構造物の地震時の応答を低減する、代表的な連結制震構造が開示されている。ここに「連結制震構造」とは、二つ以上の構造物を連結制震装置で繋いだ構造を指す。
【０００６】
（４）最近では、特開平５−２９５９２５号公報に開示されたように、一つの構造物の内外を固有周期が異なる二つの構造物に分離して、これら二つの構造物を連結制震装置で連結して地震時の応答を低減する技術も開発されている。
【０００７】
（５）また、特開平１０−３３１４７７号公報に開示されているように、一つの塔状構造物を固有周期が同じ二つの部分に分離し、これら二つの部分を境界梁（ダンパー材）で繋ぐことにより、地震時に二つの構造物が曲げ変形することを利用して境界梁で制震効果を得る連結制震架構も提案されている。
【０００８】
【本発明が解決しようとする課題】
上記（１）の免震技術、及び（２）の免震装置を採用した免震構造は、免震層における免震装置の取り付け部材や周辺部材が引き抜き力に対して充分抵抗する必要がある。前記の引き抜き力に起因する応力は、長期荷重によって発生する応力とは正反対であるし、地震の中でも最大級の地震時にのみ発生する応力である。このような地震時応力に対して、前記免震装置の取り付け部材や周辺部材の耐震設計を行うことは勿論可能であるが、その部材断面は巨大なものとなり、コストは急加速度的に増大する。何よりも希に発生するかもしれないと予想されるにすぎない地震に対する耐震設計なので、実際には経済的な負担感の方が大きく、実現は難しい。
【０００９】
次に、上記（３）、（４）、（５）に述べた「連結制震構造」の有効性は既に知られた事実であるが、現状、こうした連結制震構造の技術を、免震構造へ利用、応用して、免震層の上記引き抜き力に対する力学特性を改善するような技術は未だ見聞しない。
【００１０】
本発明の目的は、免震層に引き抜き力が発生する高層建物の引き抜き力に対する力学特性を改善した免震構造を既往の技術で安価に実現することである。
【００１１】
本発明の重要な目的は、免震層の上の上部構造として、周期が異なる複数棟の建物を構築し、これらの建物を連結制震装置で相互に連結した免震構造を提供することである。
【００１２】
本発明の次の目的は、免震層の上の上部構造として、周期が異なる複数棟の建物をエキスパンションジョイントにより分離して構築し、前記複数棟の建物を連結制震装置で相互に連結した免震構造を提供することである。
【００１４】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る連結制震装置を利用した免震構造は、
免震層を免震装置で支持された基壇の上に固有周期が異なる複数棟の建物が構築されており、前記複数棟の建物のうち、少なくとも１棟は、地震時に免震装置に引き抜き力が発生する高層建物であり、少なくとも１棟は、前記高層建物よりも高さが低い中低層建物であること、
前記複数棟の建物は、前記免震装置に発生する引き抜き力を抑制するように、前記高層建物の中間部と前記中低層建物の上部とは相互に水平な連結制震装置で連結されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した連結制震装置を利用した免震構造において、前記固有周期が異なる複数棟の建物は、前記基壇の中心から１２０度ずつの放射方向に構築した３棟の同形の建物であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下に、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、請求項１に記載した発明に係る連結制震装置を利用した免震構造の実施形態を示している。
【００１９】
これは免震層１を免震装置２…（積層ゴム）で支持された基壇３の上に、高層棟と低層棟のように固有周期が異なる２棟の建物４と５が構築されており、前記２棟の建物４と５は低層棟建物５の上部位置を連結制震装置６で相互に連結されていることを特徴とする。前記連結制震装置６としては、従来公知のいわゆる連結ダンパー、或いは連結ダンパーと連結バネとの組み合わせによるものなどを使用できる。
【００２０】
前記高層棟建物４と低層棟建物５とは、お互いの固有周期Ｔ４とＴ５が異なるので、地震時には連結制震装置６の働きによって、基壇３より上方の上部構造部分（高層棟建物４と低層棟建物５）の転倒を非常に小さな容量の連結制震装置６によってある程度まで抑制することができる。その結果、上部構造部分に地震による引き抜き力は発生するものの、その大きさは小さく抑えられ、長期荷重によって発生する応力を超えるほどには至らず、免震装置２の引き抜き力発生を抑止できるのである。
【００２１】
図２は図１の免震構造の平面配置を示している。
【００２２】
【実施例】
図３は、図１の実施形態に関する具体的な設計例を示す。
【００２３】
低層棟５の最上階と、高層棟４の１３階部分とを連結ダンパー６で繋いでいる。
【００２４】
図４は、図３の実施例に関して、連結ダンパー６が有る場合と無い場合における上部構造（高層棟４と低層棟５）の応答量の差異を示している。
【００２５】
図４によれば、高層棟４及び低層棟５は共に、建物の層間変形角を２０％ないし４０％程度低減できることがわかる。前記の事実が免震装置２の鉛直力に及ぼす影響を調査してみると、連結ダンパー６を設置しない場合、建物周辺位置の多くの免震装置２に引き抜き力が発生しているが、連結ダンパー６で高層棟４と低層棟５を繋ぐと、前記免震装置２に引き抜き力は発生しておらず、連結ダンパー６が免震装置の引き抜き力を打ち消している効果が確認された（その図示は省略した）。
【００２６】
なお、基壇３より上方の建物棟数と配置は、図２の限りではない。図５に例示したように、基壇３の中心から１２０度ずつの放射方向に３棟の同形の建物７…を低層、中層、高層の如く固有周期が異なるように構築し、これらの建物７…の境界部分を相互に連結制震装置６で連結して実施することができる。
【００２７】
或いは図６に示したように、基壇３の中心を点対称とする配置で４棟の同形の建物７…を低層、中層、高層の如く固有周期が異なるように構築し、これらの建物７…の境界部分を相互に連結制震装置６で連結して同様に実施することもできる。
【００２８】
以上要するに、基壇３の上の上部構造は、周期が異なる２以上の複数棟であれば、その配置の工夫と共に連結制震装置を利用した免震構造を実施可能である。
【００２９】
次に図７は、連結制震装置を利用した免震構造の参考例を示している。
【００３０】
これは免震層１を免震装置２…で支持された基壇３の上に、高層棟と低層棟のように固有周期が異なる２棟の建物９と１０がエキスパンションジョイント１１により分離された構造で構築されており、前記２棟の建物９と１０はエキスパンションジョイント１１の部分を相互に連結制震装置６で連結されている。元々一体で設計されている建物を、構造上の理由により分離し、建築計画的にはエキスパンションジョイント１１で繋ぐ方法は良く実施される。分離された建物部分（架構）の固有周期が異なれば、これを連結制震装置６で繋ぐことにより、容易に実施することができる。
【００３２】
次に、図８と図９は、免震層を免震装置２で支持された免震建物１２と、これに隣接して構築された、非免震構造で固有周期が異なる建物１３とを、相互に連結制震装置６で連結した免震構造を示している。
【００３３】
図８は、免震建物１２が低層建物であり、これに隣接する高層建物１３が非免震構造の建物である場合の参考例を示す。図９は逆に、高層建物が免震建物１２であり、これに隣接する非免震構造の建物１３が低層建物である場合の参考例を示している。免震構造建物１２と非免震構造建物１３とは、元々固有周期が大きく異なるので、連結制震装置６で繋ぐことにより、優れた制震効果を期待できる。
【００３４】
請求項１及び２に記載した発明に係る連結制震装置を利用した免震構造は、既往技術の利用、応用で実施できるから、実施が容易である上に、免震装置に働く引き抜き力を確実に、有効に緩和できる。従って、在来工法の設計による鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）、鉄骨造（Ｓ造）、或いは鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）のいずれの場合でも、設計は楽になる。特にＲＣ造の場合は、引き抜き力をほとんど許容できないので、本発明の実施により、これまでは設計が極めて困難とされたアスペクト比の大きい建造物の実現に大きく寄与する。
【００３５】
そしてまた、免震装置として積層ゴムを使用した免震構造の普及に大きく寄与するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示した立面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の免震構造の具体的な設計例を示す立面図である。
【図４】図３の免震構造における低層棟及び高層棟の応答を、連結制震装置を使用した場合と使用しない場合とを併記した応答図である。
【図５】免震構造の異なる実施形態の平面図である。
【図６】免震構造の異なる実施形態の平面図である。
【図７】参考例を示した立面図である。
【図８】参考例を示した立面図である。
【図９】図８とは異なる実施形態を示した立面図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として免震層を免震装置（積層ゴム）で支持された免震構造、特にアスペクト比が大きい免震構造の技術分野に属し、連結制震装置（連結制震構造）を利用（併用）して振動を抑制し、免震層（免震装置）に発生する引き抜き力を抑制した免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
構造物を高層化すると、地震時に発生する転倒モーメントによる引き抜き力が柱に発生する。同構造物が免震構造の場合は、一般的に下層部に設ける免震層に引き抜き力が発生することになる。ところが、免震構造に最も一般的に使用される免震装置である「積層ゴム」は引き抜き力に抵抗できない。このため高層建物や、低層でもアスペクト比が大きい免震構造には「積層ゴム」を適用できない。
【０００３】
上記の問題に対処する従来技術としては、例えば
（１）特開平１−２０３５４１号公報、特開平１−６６３３４号公報などに記載された免震技術は、免震層の中に引き抜き抵抗部材を配置し、免震層に転倒モーメントによる引き抜き力が発生したときは、前記の抵抗部材で抵抗させるように構成している。
【０００４】
（２）特開平１０−１６９２４７号公報、特開平１０−１６９７０９号公報などに記載された免震装置は、免震装置自体に引き抜き抵抗力を持たせる構造に工夫されている。
【０００５】
（３）特開昭６３−９７７７４号公報には、地面に固定された二つの固有周期が異なる構造物を連結ダンパーで繋ぐことにより両構造物の地震時の応答を低減する、代表的な連結制震構造が開示されている。ここに「連結制震構造」とは、二つ以上の構造物を連結制震装置で繋いだ構造を指す。
【０００６】
（４）最近では、特開平５−２９５９２５号公報に開示されたように、一つの構造物の内外を固有周期が異なる二つの構造物に分離して、これら二つの構造物を連結制震装置で連結して地震時の応答を低減する技術も開発されている。
【０００７】
（５）また、特開平１０−３３１４７７号公報に開示されているように、一つの塔状構造物を固有周期が同じ二つの部分に分離し、これら二つの部分を境界梁（ダンパー材）で繋ぐことにより、地震時に二つの構造物が曲げ変形することを利用して境界梁で制震効果を得る連結制震架構も提案されている。
【０００８】
【本発明が解決しようとする課題】
上記（１）の免震技術、及び（２）の免震装置を採用した免震構造は、免震層における免震装置の取り付け部材や周辺部材が引き抜き力に対して充分抵抗する必要がある。前記の引き抜き力に起因する応力は、長期荷重によって発生する応力とは正反対であるし、地震の中でも最大級の地震時にのみ発生する応力である。このような地震時応力に対して、前記免震装置の取り付け部材や周辺部材の耐震設計を行うことは勿論可能であるが、その部材断面は巨大なものとなり、コストは急加速度的に増大する。何よりも希に発生するかもしれないと予想されるにすぎない地震に対する耐震設計なので、実際には経済的な負担感の方が大きく、実現は難しい。
【０００９】
次に、上記（３）、（４）、（５）に述べた「連結制震構造」の有効性は既に知られた事実であるが、現状、こうした連結制震構造の技術を、免震構造へ利用、応用して、免震層の上記引き抜き力に対する力学特性を改善するような技術は未だ見聞しない。
【００１０】
本発明の目的は、免震層に引き抜き力が発生する高層建物の引き抜き力に対する力学特性を改善した免震構造を既往の技術で安価に実現することである。
【００１１】
本発明の重要な目的は、免震層の上の上部構造として、周期が異なる複数棟の建物を構築し、これらの建物を連結制震装置で相互に連結した免震構造を提供することである。
【００１２】
本発明の次の目的は、免震層の上の上部構造として、周期が異なる複数棟の建物をエキスパンションジョイントにより分離して構築し、前記複数棟の建物を連結制震装置で相互に連結した免震構造を提供することである。
【００１４】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る連結制震装置を利用した免震構造は、
免震層を免震装置で支持された基壇の上に固有周期が異なる複数棟の建物が構築されており、前記複数棟の建物のうち、少なくとも１棟は、地震時に免震装置に引き抜き力が発生する高層建物であり、少なくとも１棟は、前記高層建物よりも高さが低い中低層建物であること、
前記複数棟の建物は、前記免震装置に発生する引き抜き力を抑制するように、前記高層建物の中間部と前記中低層建物の上部とは相互に水平な連結制震装置で連結されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載した連結制震装置を利用した免震構造において、前記固有周期が異なる複数棟の建物は、前記基壇の中心から１２０度ずつの放射方向に構築した３棟の同形の建物であることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下に、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
【００１８】
図１は、請求項１に記載した発明に係る連結制震装置を利用した免震構造の実施形態を示している。
【００１９】
これは免震層１を免震装置２…（積層ゴム）で支持された基壇３の上に、高層棟と低層棟のように固有周期が異なる２棟の建物４と５が構築されており、前記２棟の建物４と５は低層棟建物５の上部位置を連結制震装置６で相互に連結されていることを特徴とする。前記連結制震装置６としては、従来公知のいわゆる連結ダンパー、或いは連結ダンパーと連結バネとの組み合わせによるものなどを使用できる。
【００２０】
前記高層棟建物４と低層棟建物５とは、お互いの固有周期Ｔ４とＴ５が異なるので、地震時には連結制震装置６の働きによって、基壇３より上方の上部構造部分（高層棟建物４と低層棟建物５）の転倒を非常に小さな容量の連結制震装置６によってある程度まで抑制することができる。その結果、上部構造部分に地震による引き抜き力は発生するものの、その大きさは小さく抑えられ、長期荷重によって発生する応力を超えるほどには至らず、免震装置２の引き抜き力発生を抑止できるのである。
【００２１】
図２は図１の免震構造の平面配置を示している。
【００２２】
【実施例】
図３は、図１の実施形態に関する具体的な設計例を示す。
【００２３】
低層棟５の最上階と、高層棟４の１３階部分とを連結ダンパー６で繋いでいる。
【００２４】
図４は、図３の実施例に関して、連結ダンパー６が有る場合と無い場合における上部構造（高層棟４と低層棟５）の応答量の差異を示している。
【００２５】
図４によれば、高層棟４及び低層棟５は共に、建物の層間変形角を２０％ないし４０％程度低減できることがわかる。前記の事実が免震装置２の鉛直力に及ぼす影響を調査してみると、連結ダンパー６を設置しない場合、建物周辺位置の多くの免震装置２に引き抜き力が発生しているが、連結ダンパー６で高層棟４と低層棟５を繋ぐと、前記免震装置２に引き抜き力は発生しておらず、連結ダンパー６が免震装置の引き抜き力を打ち消している効果が確認された（その図示は省略した）。
【００２６】
なお、基壇３より上方の建物棟数と配置は、図２の限りではない。図５に例示したように、基壇３の中心から１２０度ずつの放射方向に３棟の同形の建物７…を低層、中層、高層の如く固有周期が異なるように構築し、これらの建物７…の境界部分を相互に連結制震装置６で連結して実施することができる。
【００２７】
或いは図６に示したように、基壇３の中心を点対称とする配置で４棟の同形の建物７…を低層、中層、高層の如く固有周期が異なるように構築し、これらの建物７…の境界部分を相互に連結制震装置６で連結して同様に実施することもできる。
【００２８】
以上要するに、基壇３の上の上部構造は、周期が異なる２以上の複数棟であれば、その配置の工夫と共に連結制震装置を利用した免震構造を実施可能である。
【００２９】
次に図７は、連結制震装置を利用した免震構造の参考例を示している。
【００３０】
これは免震層１を免震装置２…で支持された基壇３の上に、高層棟と低層棟のように固有周期が異なる２棟の建物９と１０がエキスパンションジョイント１１により分離された構造で構築されており、前記２棟の建物９と１０はエキスパンションジョイント１１の部分を相互に連結制震装置６で連結されている。元々一体で設計されている建物を、構造上の理由により分離し、建築計画的にはエキスパンションジョイント１１で繋ぐ方法は良く実施される。分離された建物部分（架構）の固有周期が異なれば、これを連結制震装置６で繋ぐことにより、容易に実施することができる。
【００３２】
次に、図８と図９は、免震層を免震装置２で支持された免震建物１２と、これに隣接して構築された、非免震構造で固有周期が異なる建物１３とを、相互に連結制震装置６で連結した免震構造を示している。
【００３３】
図８は、免震建物１２が低層建物であり、これに隣接する高層建物１３が非免震構造の建物である場合の参考例を示す。図９は逆に、高層建物が免震建物１２であり、これに隣接する非免震構造の建物１３が低層建物である場合の参考例を示している。免震構造建物１２と非免震構造建物１３とは、元々固有周期が大きく異なるので、連結制震装置６で繋ぐことにより、優れた制震効果を期待できる。
【００３４】
請求項１及び２に記載した発明に係る連結制震装置を利用した免震構造は、既往技術の利用、応用で実施できるから、実施が容易である上に、免震装置に働く引き抜き力を確実に、有効に緩和できる。従って、在来工法の設計による鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）、鉄骨造（Ｓ造）、或いは鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）のいずれの場合でも、設計は楽になる。特にＲＣ造の場合は、引き抜き力をほとんど許容できないので、本発明の実施により、これまでは設計が極めて困難とされたアスペクト比の大きい建造物の実現に大きく寄与する。
【００３５】
そしてまた、免震装置として積層ゴムを使用した免震構造の普及に大きく寄与するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示した立面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１の免震構造の具体的な設計例を示す立面図である。
【図４】図３の免震構造における低層棟及び高層棟の応答を、連結制震装置を使用した場合と使用しない場合とを併記した応答図である。
【図５】免震構造の異なる実施形態の平面図である。
【図６】免震構造の異なる実施形態の平面図である。
【図７】参考例を示した立面図である。
【図８】参考例を示した立面図である。
【図９】図８とは異なる実施形態を示した立面図である。
Claims (2)
- 免震層を免震装置で支持された基壇の上に固有周期が異なる複数棟の建物が構築されており、前記複数棟の建物のうち、少なくとも１棟は、地震時に免震装置に引き抜き力が発生する高層建物であり、少なくとも１棟は、前記高層建物よりも高さが低い中低層建物であること、
前記複数棟の建物は、前記免震装置に発生する引き抜き力を抑制するように、前記高層建物の中間部と前記中低層建物の上部とは相互に水平な連結制震装置で連結されていることを特徴とする、連結制震装置を利用した免震構造。 - 前記固有周期が異なる複数棟の建物は、前記基壇の中心から１２０度ずつの放射方向に構築した３棟の同形の建物であることを特徴とする、請求項１に記載した連結制震装置を利用した免震構造。
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