JP4838554B2 - ボイラの制震支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、発電用石炭焚きボイラ、重油焚きボイラ等、支持鉄骨に支持されたボイラの制震支持構造に関するものである。

ボイラの制震支持構造としては、ボイラ本体と支持鉄骨の間に設けられ、地震発生時の両者の相対変位を限度内に制限するサイスミックタイと、ボイラ本体の火炉部とケージ部の間を連結する連結装置とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、ボイラ本体と支持鉄骨との間に振動減衰装置を備えたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平５−３２２１０３号公報 特開平８−２８５２０８号公報

これら特許文献に開示されているように、従来は、ボイラ本体と支持鉄骨との間（すなわち、死荷重を考慮しなくてもよい箇所）に、何らかの制震部材（あるいは制震装置）を配置して、地震応答低減効果を得ようとしている。これは、支持鉄骨がトラス構造となっており、死荷重を考慮しなければならない箇所に制震部材を配置しようとすると、強度計算等が複雑化し、設計が難しくなるためやむを得ず取られていた手法である。
しかしながら、本発明の発明者らは、度重なる試験の結果、死荷重を考慮した上で、死荷重を考慮しなければならない箇所に適切な制震部材を配置することにより、優れた地震応答低減効果を得ることができるとの知見を得た。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、死荷重を考慮しなければならない箇所に適切な制震部材を配置することにより、優れた地震応答低減効果を得ることができるボイラの制震支持構造を提供することを目的としている。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。
本発明によるボイラの制震支持構造は、柱、水平ブレース、および死荷重が加わる鉛直ブレースを備え、ボイラ本体を支持する支持鉄骨と、前記支持鉄骨に懸架され、前記ボイラ本体を熱による膨張収縮を許容するように吊り下げ支持する吊り下げ部材とを具備したボイラの制震支持構造であって、前記鉛直ブレースの代わりに制震機能を備えた制震ブレースが設けられており、これら制震ブレースは、下層階にいくほど大きな降伏荷重を有するように構成されていることを特徴とする。
このようなボイラの制震支持構造によれば、地震等により支持鉄骨に地震水平力が加わり、支持鉄骨が水平方向に変形したとしても、制震ブレースによりその振動エネルギーを吸収して減衰を付加させることができるので、地震等による支持架構の層せん断力を低減させることができ、支持鉄骨に作用する地震荷重を低減させることができるとともに、支持鉄骨の変形量を低減させることができ、支持鉄骨の耐震性を向上させることができる。
また、支持鉄骨に作用する地震荷重が低減されることにより、支持鉄骨の構成部材を薄肉化、軽量化することが可能となり、低コストのボイラ支持構造を得ることができる。
さらに、制震ブレースとして、例えば、本出願人が先に出願した特開２０００−８１０８５号公報に開示されている斜材、あるいは特願２００４−３６９９７３に開示されている履歴ダンパを用いた場合には、その特定部位（ダンパー部）の断面積が縮小させられた（減少させられた）塑性化領域を有することとなるので、制震ブレース自体の軸剛性を高めることができるとともに、地震等により支持鉄骨に地震水平力が加わり、支持鉄骨が水平方向にわずかに変形したとしても、制震ブレースによりそのエネルギーを確実に吸収させることができる。

本発明によるボイラ設備は、上記ボイラの制震支持構造と、ボイラ本体とを備えてなることを特徴とする。
このようなボイラ設備によれば、ボイラ本体が耐震性に優れた支持鉄骨により支持されることとなるので、ボイラ設備全体の耐震性を向上させることができる。

本発明によるボイラの制震支持構造の制震改修工法は、柱、水平ブレース、および死荷重が加わる鉛直ブレースを備え、ボイラ本体を支持する支持鉄骨と、前記支持鉄骨に懸架され、前記ボイラ本体を熱による膨張収縮を許容するように吊り下げ支持する吊り下げ部材とを具備したボイラの制震支持構造の制震改修工法であって、既設の支持鉄骨の鉛直ブレースを取り外し、取り外した鉛直ブレースの代わりに、下層階にいくほど大きな降伏荷重を有する制震ブレースを取り付けたことを特徴とする。
このようなボイラの制震支持構造の制震改修工法によれば、制震ブレースは、既設の支持鉄骨に対して比較的容易に取り付けることができるので、既設の支持鉄骨の制震改修工事を簡単に実施することができるとともに、当該工事にかかる工事費を低減させることができる。
また、既設の支持鉄骨を構成していた鉛直ブレースの代わりに制震ブレースを用いるようにしているので、制震改修工事前後における見栄えの変化を最小限に抑えることができ、制震改修工事による支持鉄骨全体の重量増加や大型化を防止することができる。
さらに、地震等により支持鉄骨に地震水平力が加わり、支持鉄骨が水平方向に変形したとしても、制震ブレースによりその振動エネルギーを吸収して減衰を付加させることができるので、地震等による支持鉄骨の層せん断力を低減させることができ、支持鉄骨に作用する地震荷重を低減させることができるとともに、支持鉄骨の変形量を低減させることができ、支持鉄骨の耐震性を向上させることができる。
さらにまた、支持鉄骨に作用する地震荷重が低減されることにより、支持鉄骨の構成部材を薄肉化、軽量化することが可能となり、低コストのボイラ支持構造を得ることができる。
さらにまた、制震ブレースとして、例えば、本出願人が先に出願した特開２０００−８１０８５号公報に開示されている斜材、あるいは特願２００４−３６９９７３に開示されている履歴ダンパを用いた場合には、その特定部位（ダンパー部）の断面積が縮小させられた（減少させられた）塑性化領域を有することとなるので、制震ブレース自体の軸剛性を高めることができるとともに、地震等により支持鉄骨に地震水平力が加わり、支持鉄骨が水平方向にわずかに変形したとしても、制震ブレースによりそのエネルギーを確実に吸収させることができる。

本発明によるボイラの制震支持構造によれば、死荷重を考慮しなければならない箇所に適切な制震部材を配置することにより、優れた地震応答低減効果を得ることができるという効果を奏する。

以下、本発明によるボイラの制震支持構造の第１実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るボイラの制震支持構造の概略構成図である。このボイラの制震支持構造１０は、支持鉄骨１１と、制震ブレース（制震部材）１２とを主たる要素として構成されたものである。
なお、図１中の符号Ｂはボイラ本体を示しており、このボイラ本体Ｂは、運転中の熱膨張を拘束しないようにするため、複数本の吊り下げ部材（図示せず）を介して支持鉄骨１１の頂部から吊り下げられている。

支持鉄骨１１は、鉛直方向に延びる柱１１ａと、水平方向に延びる梁１１ｂと、これら柱１１ａと梁１１ｂとの節部を結合する水平ブレース（図示せず）とを備えている。
制震ブレース１２は、圧縮力に対しても引張力と同等の塑性変形性能を有するものであり、柱１１ａと梁１１ｂとの節部を結合する鉛直ブレースとしての役目も果たすものである。このような制震ブレース１２としては、例えば、本出願人が先に出願した特開２０００−８１０８５号公報に開示されている斜材、あるいは特願２００４−３６９９７３に開示されている履歴ダンパ等を用いることができる。
また、制震ブレース１２は、下層階にいくほど（すなわち、図１において下側に配置されているものほど、言い換えれば、大きな死荷重が加わる位置に配置されているものほど）大きな降伏荷重を有するように構成されている。そして、各制震ブレース１２は、高力ボルト等の締結部材を介して、柱１１ａおよび梁１１ｂに固定されたガセットプレート（図示せず）に結合されている。

制震ブレース１２は、既設の支持鉄骨にも「制震改修工事」として実施することができる。
施工方法としては、まず、既設の支持鉄骨の鉛直ブレースを取り外し、取り外した鉛直ブレースの代わりに制震ブレース１２を取り付ける。このとき、下層階にいくほど大きな降伏荷重を有するものが配置されるよう、注意しなければならない。

本実施形態によるボイラの制震支持構造１０によれば、地震等により支持鉄骨１１に地震水平力が加わり、支持鉄骨１１が水平方向に変形したとしても、制震ブレース１２によりその振動エネルギーを吸収して減衰を付加させることができるので、地震等による支持鉄骨１１の層せん断力を低減させることができ（図２に実線で示す「本発明」参照）、支持鉄骨１１に作用する地震荷重を低減させることができるとともに、支持鉄骨１１の変形量を低減させることができ、支持鉄骨１１の耐震性を向上させることができる。
なお、図２に破線で示す「従来例」は、背景技術の欄のところで述べた特開平５−３２２１０３号公報に開示されている形式のボイラの制震支持構造を用いて行った解析結果である。
また、支持鉄骨１１に作用する地震荷重が低減されることにより、支持鉄骨１１の構成部材を薄肉化、軽量化することが可能となり、低コストのボイラ支持構造を得ることができる。
さらに、制震ブレース１２として、例えば、本出願人が先に出願した特開２０００−８１０８５号公報に開示されている斜材、あるいは特願２００４−３６９９７３に開示されている履歴ダンパを用いた場合には、その特定部位（ダンパー部）の断面積が縮小させられた（減少させられた）塑性化領域を有することとなるので、制震ブレース１２自体の軸剛性を高めることができるとともに、地震等により支持鉄骨１１に地震水平力が加わり、支持鉄骨１１が水平方向にわずかに変形したとしても、制震ブレース１２によりそのエネルギーを確実に吸収させることができる。

さらにまた、制震ブレース１２は、既設の支持鉄骨に対して比較的容易に取り付けることができるので、既設の支持鉄骨の制震改修工事を簡単に実施することができるとともに、当該工事にかかる工事費を低減させることができる。
さらにまた、既設の支持鉄骨を構成していた鉛直ブレースの代わりに制震ブレース１２を用いるようにしているので、制震改修工事前後における見栄えの変化を最小限に抑えることができ、制震改修工事による支持鉄骨全体の重量増加や大型化を防止することができる。

本発明によるボイラの制震支持構造の第２実施形態を、図３を参照しながら説明する。
図３は、本実施形態に係るボイラの制震支持構造の概略構成図である。このボイラの制震支持構造２０は、支持鉄骨２１と、第１の制震ブレース（制震部材）２２と、第２の制震ブレース（制震部材）２３とを主たる要素として構成されたものである。
なお、図３中の符号Ｂはボイラ本体を示しており、このボイラ本体Ｂは、運転中の熱膨張を拘束しないようにするため、複数本の吊り下げ部材（図示せず）を介して支持鉄骨２１の頂部から吊り下げられている。

支持鉄骨２１は、鉛直方向に延びる柱２１ａと、水平方向に延びる大梁２１ｂおよび小梁２１ｃと、これら柱２１ａと大梁２１ｂ（または小梁２１ｃ）との節部を結合する水平ブレース（図示せず）とを備えている。
第１の制震ブレース２２は、下層階および中層階において柱２１ａと大梁２１ｂとの節部を結合する鉛直ブレースとしての役目も果たすものであり、第２の制震ブレース２３は、上層階において柱２１ａと大梁２１ｂとの節部を結合する鉛直ブレースとしての役目も果たすものである。
これら制震ブレース２２，２３は、前述した制震ブレース１２と同様、圧縮力に対しても引張力と同等の塑性変形性能を有するものである。このような制震ブレース２２，２３としては、例えば、本出願人が先に出願した特開２０００−８１０８５号公報に開示されている斜材、あるいは特願２００４−３６９９７３に開示されている履歴ダンパ等を用いることができる。
また、これら制震ブレース２２，２３は、下層階にいくほど（すなわち、図３において下側に配置されているものほど、言い換えれば、大きな死荷重が加わる位置に配置されているものほど）大きな降伏荷重を有するように構成されている。すなわち、これら制震ブレース２２，２３は、最下層（１層および２層）に設置された第１の制震ブレース２２、中間層（３層および４層）に設置された第１の制震ブレース２２、上層（５層）に設置された第２の制震ブレース２３、最上層（６層）に設置された第２の制震ブレース２３の順に、その降伏荷重が小さくなるように構成されている。
そして、各制震ブレース２２，２３は、高力ボルト等の締結部材を介して、柱２１ａ、大梁２１ｂ、あるいは小梁２１ｃに固定されたガセットプレート（図示せず）に結合されている。

これら制震ブレース２２，２３は、既設の支持鉄骨にも「制震改修工事」として実施することができる。
施工方法としては、まず、既設の支持鉄骨の鉛直ブレースを取り外し、取り外した鉛直ブレースの代わりに第１の制震ブレース２２または第２の制震ブレース２３を取り付ける。このとき、下層階にいくほど大きな降伏荷重を有するものが配置されるよう、注意しなければならない。鉛直ブレースを取り外した直後は、死荷重分を分担する補助部材などを設置しておけば、さらに施工上の安全が確保される。

本実施形態によるボイラの制震支持構造２０によれば、第１の制震ブレース２２が柱２１ａと大梁２１ｂとの節部を結合するように配置されており（すなわち、２層分を１本のブレースで繋ぐようにしており）、部品点数を減らすことができるので、建造コストおよび工事コストの低減化を図ることができる。
その他の作用効果は、前述した第１実施形態のものと同じであるので、ここではその説明を省略する。

さてここで、図４に示すような１柱１杭基礎（１本の柱を１本の杭が支持する基礎）構造３０により、上述した柱１１ａ，２１ａの下端部が地盤Ｇに対して固定されていると好適である。
図４は、上記１柱１杭基礎構造３０の側断面図である。この１柱１杭基礎構造３０は、地盤Ｇに埋設された（あるいは打設された）杭３１と、この杭３１の鉛直上方に配置された接合ユニット（接合部材）３２とを主たる要素として構成されたものである。

杭３１は、例えば、先端部（図４において下側の端部）に翼（図示せず）を有する鋼製の杭（以下、「鋼管杭」という）であり、その先端部が支持層（図示せず）に到達するまで、圧入機等により地盤Ｇ中に回転圧入されている。
接合ユニット３２は、鋼管杭３１と略同じ外径を有する中空円筒状の部材（例えば、鋼製の部材）であり、その上端は、柱１１ａ，２１ａの底板３３を受け入れ易くするために開口端となっていて、その下端には、底板３２ａが設けられている。
そして、これら鋼管杭３１と接合ユニット３２とは、溶接により（あるいは添接板およびボルト・ナットを介して）接合されている。

接合ユニット３２の内部空間内には、位置決め装置を用いて位置決めされた、断面が例えば四辺形状を呈する柱１１ａ，２１ａの先端部（図４において下側の端部）が収められており、これら接合ユニット３２と柱１１ａ，２１ａとは、接合ユニット３２の内部に充填されたコンクリート３４により接合されている。

つぎに、本実施形態に係る１柱１杭基礎構造の施工方法について説明する。
まず、鋼管杭３１を埋設しようとする所定位置の地盤Ｇに鋼管杭３１を立てた後、鋼管杭３１の先端部が支持層に到達するまで、図示しない圧入機等を用いて地盤Ｇ中に回転圧入する。
鋼管杭３１の杭頭部に接合ユニット３２を載せ、鋼管杭３１の芯と接合ユニット３２の芯とを一致させた後、これら鋼管杭３１と接合ユニット３２とを溶接により（あるいは添接板およびボルト・ナットを介して）接合する。
そして、接合ユニット３２の開口端を通して、柱１１ａ，２１ａの先端部を接合ユニット３２の内部空間内に挿入し、後述する位置決め装置を用いて柱１１ａ，２１ａの位置を所定の設置位置に移動させる。
この状態で接合ユニット３２の内部空間内にコンクリート３４を充填し、接合ユニット３２と柱１１ａ，２１ａとを接合し、一基礎構造の工事が完了する。
なお、接合ユニット３２の内部に挿入される柱１１ａ，２１ａの位置決め装置としては、例えば、本出願人が平成１７年４月１９日付けで出願した特願２００５−１２０６６６に開示されているものを採用することができる。

このような１柱１杭基礎構造３０を用いれば、鋼管杭３１、接合ユニット３２、および柱１１ａ，２１ａが、それぞれ別部材として施工現場に搬入されることとなるので、搬入作業の簡略化を図ることができる。
また、この１柱１杭基礎構造３０の施工方法によれば、鋼管杭３１、接合ユニット３２、および柱１１ａ，２１ａが、それぞれ別部材として施工現場に搬入され、これら部材は、鋼管杭３１の芯と接合ユニット３２の芯とを一致させ、柱１１ａ，２１ａの位置を調整した後に接合ユニット３２と結合することで組み立てられるので、鋼管杭３１に打設誤差があった場合でも組み立て後における柱１１ａ，２１ａの位置を正確に決めることができ、杭の施工誤差を吸収することができる。

なお、上述した制震ブレース１２，２２，２３は、図１または図３に示すように、最下層から最上層の全ての階層にわたって設置されている必要はなく、少なくとも図５に破線で示すように、対向する一対の面に一対だけ（ハ字状になるように）設置されていればよい。また、図５に実線で示すように、対向する一対の各面に一対ずつ設置させるようにすることもできる。
制震機能を有しない鉛直ブレースの代わりに、制震ブレース１２，２２，２３を設置する場所は、支持鉄骨全体の構造や、吊り下げられるボイラ本体の重量等によって変わってくるため一概には言えない。制震ブレース１２，２２，２３の設置場所は、支持鉄骨１１，２１の強度計算や制震計算の結果に基づいて決定される。

また、本発明の制震支持架構は、ボイラ構造と同様の形式にて、支持鉄骨に懸架されたプラント機器などに対しても適用できることは言うまでもない。
さらに、これらの機器が吊り下げられた状態ではないが、支持鉄骨の中間部〜上層部にて支持され、本発明と同様に上方側から支持鉄骨に死荷重重量が伝達されてくるような構造系に対しても適用できることは言うまでもない。

本発明によるボイラの制震支持構造の第１実施形態を示す概略構成図である。 図１に示すボイラの制震支持構造を用いて行った解析結果と、従来の制震支持構造を用いて行った解析結果とを比較するためのグラフである。 本発明によるボイラの制震支持構造の第２実施形態を示す概略構成図である。 本発明によるボイラの制震支持構造に用いて好適な１柱１杭基礎構造の側断面図である。 本発明によるボイラの制震支持構造の他の実施形態を示す概略構成図である。

１０ 制震支持構造
１１ 支持鉄骨
１１ａ 柱
１２ 制震ブレース
２０ 制震支持構造
２１ 支持鉄骨
２１ａ 柱
２２ 第１の制震ブレース
２３ 第２の制震ブレース
Ｂ ボイラ本体

Claims (3)

1. 柱、水平ブレース、および死荷重が加わる鉛直ブレースを備え、ボイラ本体を支持する支持鉄骨と、
   前記支持鉄骨に懸架され、前記ボイラ本体を熱による膨張収縮を許容するように吊り下げ支持する吊り下げ部材とを具備したボイラの制震支持構造であって、
   前記鉛直ブレースの代わりに制震機能を備えた制震ブレースが設けられており、これら制震ブレースは、下層階にいくほど大きな降伏荷重を有するように構成されていることを特徴とするボイラの制震支持構造。
2. 請求項１に記載のボイラの制震支持構造と、ボイラ本体とを備えてなることを特徴とするボイラ設備。
3. 柱、水平ブレース、および死荷重が加わる鉛直ブレースを備え、ボイラ本体を支持する支持鉄骨と、
   前記支持鉄骨に懸架され、前記ボイラ本体を熱による膨張収縮を許容するように吊り下げ支持する吊り下げ部材とを具備したボイラの制震支持構造の制震改修工法であって、
   既設の支持鉄骨の鉛直ブレースを取り外し、取り外した鉛直ブレースの代わりに、下層階にいくほど大きな降伏荷重を有する制震ブレースを取り付けたことを特徴とするボイラの制震支持構造の制震改修工法。

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