JP4914940B1 - 中間層免震建物 - Google Patents

Abstract

【課題】 新たなスペースの確保や複雑な工事を必要とせず、引抜力に抗すために建物高さ方向の重心位置を下げる効果を奏する工夫を施した中間層免震建物を提供する。
【解決手段】 中間層免震建物１は、１階と、２階以上の上部階との間に免震装置２０が設けられている。上部階の最下階（免震最下階）である２階の床スラブ１３ａの厚さは、免震最下階の大梁１１ａの梁成とほぼ同じである。中間層免震建物においては、免震最下階の床梁（大梁）は、他の階の梁よりも梁成（梁の高さ）が大きく形成されている。このような構造によって、免震最下階の床スラブの下方の、大梁１１ａと大梁１１ａとの間の空間は、デッドスペースとなる場合が多い。そこで、このスペースを利用して免震最下階の床スラブの厚さを厚くして重量を増加させると、上部階の重心を下げることができ、地震発生時に免震装置２０にかかる引抜力を低減することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建物の上部階と下部階との間に免震装置を設けた中間層免震建物に関する。特には、アスペクト比（搭状比、上部階高さ／短手方向の柱芯間距離）を高くできるよう工夫された中間層免震建物に関する。

近年の免震建物においては、基礎と建物との間に免震装置を設けて、建物全体を免震化するタイプのもの（基礎免震）に加えて、地上レベルで上部階と下部階との間に免震装置を設けたタイプのもの（中間層免震建物）も採用されている。このような中間層免震建物は、基礎免震と比べると、地盤の掘削量が少ないなど基礎工事の規模を比較的小さくすることができる。本発明者らは、中間層免震建物において、上部階から吊り下げ支持される吊り下げ構造物（エレベータシャフトや階段室など）を設けた建物について提案した（特許文献１参照）。

一般に、免震建物においては、地震時に上部階が転倒モーメントを受けた際に、引っ張られる側の柱に引抜力が生じる。この引抜力を考慮して、上部階の建物のアスペクト比（搭状比、上部階高さ／短手方向の柱芯間距離）は３．０程度が限界とされており、建物の高さが制限されている。一方で、狭い敷地を有効利用するために、アスペクト比の大きな建物や高層建物の建設も進められており、アスペクト比が３．０以上の中間層免震建物を実現することが期待されている。

特許第３９６２７５８号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであって、新たなスペースの確保や複雑な工事を必要とせず、引抜力に抗すために、建物高さ方向の重心位置を下げる効果を奏する工夫を施した中間層免震建物を提供することを目的とする。

本発明の中間層免震建物は、 上部階と下部階との間に免震装置を設けた中間層免震建物であって、 前記上部階の最下階（以下、免震最下階と呼ぶ）の床スラブ厚さを前記免震最下階の梁成の±１０％程度の範囲として、前記免震最下階の床スラブの厚さを前記上部階の床スラブよりも厚くし、これにより前記免震最下階の床スラブの重量を増加させて前記上部階の重心を下げたことを特徴とする。

中間層免震建物において、免震最下階の床梁（大梁）は、他の階の梁よりも、特に梁成（梁の高さ）が大きく形成されている。これは、図４を参照しつつ後述するように、地震が発生して免震装置が作動した時に生じる曲げモーメントに耐える構造とするためである。このような構造によって、免震最下階の床スラブの下方の、大梁と大梁との間の空間は、デッドスペースとなる場合が多い。

そこで、この大梁間のスペースを利用して免震最下階の床スラブの厚さを厚くして重量を増加させると、上部階の重心を下げることができる。これにより、地震発生時に免震装置にかかる引抜力を低減することができる。したがって、従来の中間層免震では、アスペクト比（塔状比）が３．０程度が限界といわれていたのを、３．５程度にまで高めることができ、狭い土地でも免震建物の高層化が可能となる。

また、大梁間のスペースをそのまま利用するため、塔状比向上対策のための設備を設けるための新たなスペースを確保したり、新規な工事を行う必要がない。

なお、中間層免震建物においては、免震最下階の床スラブは、免震装置よりもやや高い位置に存在するが、それでも重心を下げることができ、アスペクト比を高める効果はある。

床スラブは、床上の家具・備品などの重量を受ける平板状部材であって、床梁よりも鉄筋の配筋量（ピッチ、鉄筋材の径）が格段に少ない。したがって、床スラブを厚くすることでのコストアップは全体のコストに比べて小さく、それよりも階数増の経済的効果の方が圧倒的に大である。

なお、免震最下階の床スラブの厚さは同階の大梁の成と同じであり、基本的にはスラブ厚が成よりも大きくなることはないが、免震最下階の床スラブの厚さは大梁の成の±１０％程度であることが好ましい。

本発明においては、 建物の重心位置を下げる方法として、前記免震最下階の上の上部階のうち、低層階の床スラブを、高層階の床スラブよりも厚くすることで、引抜力をさらに抑制することができる。

引抜力低減の効果を得るには、免震装置と同じ高さ位置（免震最下階）の重量を増加することが有効であるが、重量を免震装置よりもやや上方の低層階に分散させても効果を得られることが期待できる。

低層階の床スラブの厚さは、ダクト・配管・配線のためのスペースが確保され、かつ、階高に影響しない程度の厚さとする。なお、免震最下階とは、例えば２階である。例えば、１０階建ての建物の場合、免震最下階は２階、低層階は３階〜５階、高層階は６階〜１０階である。一例として、免震最下階の床スラブの厚さは１０００ｍｍ、低層階の床スラブの厚さは２２０ｍｍ、高層階の床スラブの厚さは１８０ｍｍである。

本発明においては、 前記建物の塔状比が、３．０〜３．５程度であることが好ましい。

本願発明の手法によって、地震時の引抜力を低減できるので、塔状比が３．０以上、例えば３．０〜３．５程度の建物を、確実に中間層免震化しうる。また、搭状比を３．５程度として、建物の安全性の向上や床スラブ厚さの調整が可能となる。

本発明においては、 前記免震最下階の床スラブから、垂壁を垂下させることもできる。

垂壁には、例えば、トランクルーム、風除室、エントランスホール、エレベータシャフト、屋外非常階段等を構成することができる。垂壁は免震装置の下方に位置するので、上部階の重心をより低くできる。

中間層免震建物においては、免震最下階の梁成が、他の階の梁成よりも大きくなっており、免震最下階の床スラブの下方の、大梁と大梁との間の空間は、デッドスペースとなっていることが多い。本発明によれば、このスペースを活用して免震最下階の床スラブの厚さを厚くして重量を増加させたので、上部階の重心を下げることができ、地震発生時に免震装置にかかる引抜力を低減することができる。したがって、アスペクト比を高めることができ、狭い土地でも免震建物の高層化が可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る中間層免震建物の構造を簡略化して示す断面図である。 図１の中間層免震建物の平面図であり、図２（Ａ）は１階、図２（Ｂ）は２階〜１０階を示す。 免震装置の構造の一例を示す断面図である。 地震時に免震装置の変形により免震最下階の大梁に生じる曲げモーメントを説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る中間層免震建物の構造を簡略化して示す断面図である。 地震時の引抜力を計算した結果の一例を示す図であり、図６（Ａ）は本発明モデル、図６（Ｂ）は本発明を採用していない比較モデルを示す。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１、図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る中間層免震建物について説明する。図１は、建物の断面図、図２は建物の平面図であり、図２（Ａ）は１階、図２（Ｂ）は２階〜１０階を示す。
この建物１は、図１に示すように１０階建てで、図２に示すような、平面形状が略長方形のマンションである。図２（Ａ）に示すように、１階にはピロティＲ１、トランクルームＲ２、風除室Ｒ３、エントランスホールＲ４、エレベータシャフトＲ５及び屋外避難階段Ｒ６が設けられている。図２（Ｂ）に示すように、２階から１０階までは居室Ｒ７となっている。

建物１の四隅の、長手方向にやや内寄りの位置には、図１に示すように、基礎杭３が打ち込まれている。基礎杭３の杭頭には、基礎フーチング４が設けられている。基礎フーチング４は、杭頭を補強するために同杭３と一体化されたコンクリートの塊であり、地中に埋設されている。基礎フーチング４間は、長手方向及び短手方向に剛強な地中梁５で連結されている。各基礎杭３の基礎フーチング４には、１階の柱８が立設されている。
なお、図２（Ａ）に示すように、風除室Ｒ３の一部、エントランスホールＲ４、エレベータシャフトＲ５及び屋外避難階段Ｒ６は、柱８より免震隔離距離を保って設けられている。

図１に示すように、１階の各柱８と、２階の各柱８のフーチング９間には、免震装置２０（詳細後述）が設けられており、この免震装置２０から上の構造物（２階より上の階、上部階）が免震化されている（免震装置から下の構造物を下部階という）。

図３を参照して、免震装置２０の構造の一例を説明する。
免震装置２０は、鉛プラグ入りの積層ゴム型のタイプであり、ゴム板２１と鋼板２２とを交互に積層して一体化した積層ゴム体２３と、同積層ゴム体２３の軸中心を貫通する円柱状の鉛プラグ２４とを有する。積層ゴム体２３の周囲は被覆ゴム２５で覆われている。また、積層ゴム体２３の上下端面には、取り付け用のフランジ２６、２７が設けられている。鉛プラグ２４は上下端がキャップ２８、２９でフランジ２６、２７に固定されている。水平方向の力が加わると、同装置２０は同方向に変形し、この力が解除されると元の形に戻る。この際、鉛プラグ２４は変形して、地震エネルギーを吸収する減衰（ダンパー）作用を果たす。上フランジ２６は、２階の柱８のフーチング９の下面に固定され、下フランジ２７は１階の柱８の上面に固定される。

再度図１を参照して説明する。上部階の各柱８は、建物の長手方向及び短手方向に大梁１１で連結されている。後述するように、２階の大梁１１ａの梁成は、その上階の大梁１１ｂの梁成よりも大きい。また、柱８と柱８との間の中間部分は、短手方向に小梁（図示されず）で連結されている。一般に、大梁１１の成は、小梁の成よりも大きい。

図４を参照して、２階の梁成が、その上階の梁成よりも大きい理由を説明する。
図４に示すように、地震時には、免震装置２０が大きく水平方向に変形して大梁１１に曲げモーメントＭが生じる。詳細には、せん断力による付加曲げと軸力による付加曲げとの両方がかかる。軸力による曲げモーメントＭは、免震装置２０に作用する鉛直方向の力の大きさＮと、変位量δによって求められる。作用する力Ｎが大きいほど、また変位量δが大きいほど曲げモーメントＭは大きい。せん断力による曲げモーメントＭは、せん断力Ｑと、免震部装置２０の高さから求められる。せん断力Ｑが大きいほど、また高さが高いほど曲げモーメントは大きい。大梁１１はこの曲げモーメントＭに耐える必要があるため、成を大きくして耐力を上げている。

再度図１を参照して説明する。上部階の各階の床には、床スラブ１３が敷設されている。床スラブ１３とは、床上の家具・備品などの重量を受ける平板状部材であって、梁よりも鉄筋の配筋量（ピッチ、鉄筋材の径）は格段に少ない。

一般的な建物においては、床スラブ１３の厚さは、大梁１１の成よりも薄い。このため、１階において、２階の床スラブ１３の下方の、大梁１１ａの間にはスペースが存在することになる。このスペースは、居住や建物の管理などに寄与する設備などが存在しないデッドスペースになりやすい。

本発明の建物１においては、２階の床スラブ１３ａの厚さを、２階の大梁１１ａの成と同じとした。つまり、一般的な建物における２階の床スラブ１３ａの下方の、大梁１１ａ間のスペースの分が床スラブとなる。このようにスペースを利用しているので、床スラブ１３ａを厚くしても、居住環境や建物管理には支障をきたさない。また、階高を高くする必要もない。

これにより、２階の床スラブ１３ａの重量が増加して上部階の重心を低い位置にできるので、地震時の引抜力を低減する効果が得られる。特に、免震装置２０とほぼ同じ高さ位置で重量を増加させたので、より高い効果が期待できる。
また、床スラブ１３は前述のように梁１１よりも鉄筋の配筋量が少ないので、床スラブ１３を厚くしたことによるコストの増加は比較的低く抑えられる。

なお、２階の床スラブ１３ａの厚さは大梁１１ａの成と同じであり、基本的にはスラブ厚が成よりも大きくなることはないが、床スラブ１３ａの厚さは大梁１１ａの成の±１０％程度であることが好ましい。

さらに、図１に示すように、３階〜５階の床スラブ１３ｂの厚さは、その上階の床スラブ１３ｃの厚さよりも厚く、２階の床スラブ１３ａの厚さよりも薄い。つまり、３階〜５階の床スラブ１３ｂはその上階の床スラブ１３ｃよりも重量が重くなっている。引抜力に抗する効果を得るには、免震装置２０と同じ高さ位置（上部階の最下階部）の重量を増加することが有効であるが、重量を免震装置よりもやや上方に分散させても、引抜力低減の効果を得られる。３階〜５階の床スラブ１３ｂの厚さは、ダクト・配管・配線のためのスペースが確保され、かつ、階高に影響しない程度の厚さとする。一例として、２階の床スラブ１３ａの厚さは１０００ｍｍ、３階〜５階の床スラブ１３ｂの厚さは２２０ｍｍ、６階以上の床スラブ１３ｃの厚さは１８０ｍｍである。

なお、２階の床スラブ１３ａの厚さを厚くすることで十分な効果を得られる場合は、３階〜５階の床スラブ１３ｂの厚さを厚くする必要はない。

このように上部階の重心位置を下げることによって、アスペクト比（上部階高さ／短手方向の柱芯間距離）を３．５０程度まで上げることが可能となる。なお、各階の床スラブの厚さは、建物の高さや幅などによって適宜決定される。

次に、図５を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る中間層免震建物について説明する。
本実施例の建物は、図１等で説明した建物と同様の構造を有するが、免震最下階（２階の床スラブ１３ａ又は梁１１ａ）から垂壁１５が吊り下げ支持されている。この垂壁１５は、隣り合う柱８の間に垂下するように設けられている。垂壁１５は、図２（Ａ）に示すトランクルームＲ２を構成している。

このように免震最下階から吊り下げ支持されている垂壁１５は、免震装置２０の下方に位置する。したがって、上部階の重心をより低くできる。
なお、図２（Ａ）に示すように、風除室Ｒ３の一部、エントランスホールＲ４、エレベータシャフトＲ５及び屋外避難階段Ｒ６は、柱８より免震隔離距離を保って設けられている。

次に、本発明の建物のモデルの、地震力に対する支点反力を計算した結果を説明する。モデルの建物は、平面形状が方形で、四隅に柱が立設されたものとした。
本発明の建物のモデルの各部、各箇所の寸法を示す。
上部階の高さ（Ｈ）：２７．５４ｍ、
建物の短手方向の幅（Ｗ）：８．１ｍ、
アスペクト比：３．４０、
２階〜１０階の柱：８００ｍｍ×８００ｍｍ、
２階の大梁：１０００ｍｍ×１０００ｍｍ、
３階〜屋上の大梁：６００ｍｍ×９００ｍｍ、
２階の床スラブ厚さ：１０００ｍｍ、
３階〜５階の床スラブ厚さ：２２０ｍｍ、
６階〜屋上の床スラブ厚さ：１８０ｍｍ。

比較モデルは、２階〜屋上の床スラブ厚さが全て１８０ｍｍであり、他の寸法は本発明のモデルと同じものとした。免震装置も本発明モデルと同じものとした。

計算結果を図６に示す。図６（Ａ）は本発明のモデル、図６（Ｂ）は本発明を採用しない従来型の比較モデルを示し、各図の左側が平常時、右側が地震時を示す。各図の黒四角は建物の四隅の柱を示す。数値は、各免震装置にかかる鉛直方向の荷重（ｋＮ）を示す。この数値がマイナスの場合は、引抜力を示す。このモデルの場合の許容引抜力は４８７ｋＮである。
各図の左側に示す平常時には、本発明モデル、比較モデルとも、各柱にほぼ同等の鉛直方向の荷重がかかっている。図６（Ａ）に示す本発明モデルの方が荷重が高いのは、床スラブの厚さを厚くしたことによる重量の増加のためである。

各図の右側に示す、図の左上から右下に向かう矢印に示す地震力（２階層せん断力１９８１Ｎ）が発生した場合、引っ張られる側の柱（図の左上の柱）に引抜力がかかる。本発明モデルの引抜力は−２６５ｋＮであり、許容引抜力以下に抑えることができた。一方、比較モデルの引抜力は−５４２ｋＮであり、許容引抜力以上であった。

１ 建物 ３ 基礎杭
４ 基礎フーチング ５ 地中梁
６ 土間スラブ ８ 柱
９ フーチング
１１ 大梁 １３ 床スラブ
１５ 垂壁
２０ 免震装置 ２１ ゴム板
２２ 鋼板 ２３ 積層ゴム体
２４ 鉛プラグ ２５ 被覆ゴム
２６、２７ フランジ ２８、２９ キャップ

Claims (4)

1. 上部階と下部階との間に免震装置を設けた中間層免震建物であって、
   前記上部階の最下階（以下、免震最下階と呼ぶ）の床スラブ厚さを前記免震最下階の梁成の±１０％程度の範囲として、前記免震最下階の床スラブの厚さを前記上部階の床スラブよりも厚くし、これにより前記免震最下階の床スラブの重量を増加させて前記上部階の重心を下げたことを特徴とする中間層免震建物。
2. 前記上部階のうちの低層の階の床スラブを、前記上部階のうちの高層の階の床スラブよりも厚くしたことを特徴とする請求項１記載の中間層免震建物。
3. 前記建物の塔状比が、３．０〜３．５程度であることを特徴とする請求項１又は２に記載の中間層免震建物。
4. さらに、前記免震最下階の床スラブから、垂壁が垂下していることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の中間層免震建物。

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