JP4953713B2 - 免震システム - Google Patents

Description

本発明は、設置部材を設置する構造物の免震システムに関する。

従来、屋根や機器などの設置部材を構造物に設置させる場合は、例えば特許文献１に記載されているように、アンカーボルトなどによって設置部材を構造物に固定していた。
特開２００４−２７８１７９号公報

しかし、設置部材を構造物に固定すると、構造物の重量が増加することから、構造物に入力される地震力は増大する。このため、構造物に入力される地震力の増大に対応するため、構造物を補強したり、断面積を増加したりする必要があり、コストが増加するという問題があった。

そこで本発明は、構造物に設置部材を設置しても、構造物に入力される地震力の増大を抑制する免震システムを提供することを目的とする。

本発明に係る免震システムは、建築物と切り離された建物屋根が設置される高架橋柱部と高架部とを備える高架橋の免震システムであって、高架橋の高架橋柱部に固定されるブラケットと、当該ブラケットと建物屋根との間に設けられて、建物屋根を支承するすべり支承部材と、ブラケットと建物屋根との間に設けられるコイルばねと、を備え、コイルばねのバネ定数は、コイルばねと建物屋根とで構成される振動系の固有周期が、高架橋の固有周期よりも長くなるように設定されていることを特徴とする。

このような免震システムにおいては、高架橋柱部と高架部とを備える高架橋の高架橋柱部にブラケットを固定し、このブラケットと高架橋の高架橋柱部に設置する建築物と切り離された建物屋根との間に、すべり支承部材及びコイルばねを設けることで、高架橋の高架橋柱部に建物屋根を直接設置できない場所においても、免震システムを設けることができる。このため、コイルばねと建物屋根とで構成される振動系の固有周期が高架橋の固有周期よりも長くなるようにバネ定数を設定したコイルばねを、ブラケットと建物屋根との間に設けることで、ブラケットを介して高架橋の高架橋柱部に建物屋根を設置しても、高架橋に入力される地震力の増大を抑制することが可能となる。

この場合、ブラケット及び建物屋根の少なくとも一方とすべり支承部材との間に設けられる防振材を更に備えてもよい。防振材は、建物屋根から伝達される振動を吸収しながらブラケットに伝達させ、ブラケットから高架橋の高架橋柱部に振動が伝達される。また、防振材は、高架橋の高架橋柱部からブラケットに伝達された振動を吸収しながら建物屋根に伝達させる。このため、すべり支承材部材及びブラケットを介して、建物屋根と高架橋の高架橋柱部との間で相互に伝達される振動を低減することができる。

また、ブラケット及び建物屋根の少なくとも一方とコイルばねとの間に設けられる防振材を更に備えてもよい。防振材は振動を吸収するため、コイルばね及びブラケットを介して建物屋根から高架橋の高架橋柱部に伝達する振動を低減し、また、コイルばねを介して高架橋の高架橋柱部から建物屋根に伝達する振動を低減することができる。

本発明によれば、構造物に設置部材を設置しても、構造物に入力される地震力が増大するのを抑制することができるため、構造物の断面強度を上げることなく、構造物の耐震性能を維持することができる。

以下、図面を参照して本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一の要素には同一の符号を付すこととする。

まず、図１及び図２を参照して、本実施形態に係る免震システム１を説明する。図１は、免震システム１の設置例として、免震システム１を用いて既存の高架橋（構造物）２に建物屋根（設置部材）３を設置する場合の概念図を示している。図２は、免震システム１の周囲を模式的に示す図である。

図１及び図２に示すように、高架橋２は、高架部４と、高架部４を支持する高架橋柱部５と、高架橋柱部５を支持するために地中に打設される杭部６及び地中梁部７と、を備えている。建物屋根３は、屋根部８と、屋根部８を支持する梁部９と、を備えている。免震システム１は、高架橋柱部５に取り付けられるブラケット１０と、ブラケット１０と梁部９との間に設けられて建物屋根３を支承する複数個のすべり支承部材１１と、ブラケット１０と梁部９との間に設けられる複数個のコイルばね１２と、を備えている。

建物屋根３の下方には、建物屋根３と切り離された建築物１３が地面に直接施工されている。建築物１３には、地面に打設される基礎部１４と、建築物１３の床を構成する床部１５と、建築物１３の壁を構成する壁部１６と、が備えられる。

すべり支承部材１１とブラケット１０とが接する面は水平面となっている。このため、水平方向の地震力が大きくなると、すべり支承部材１１とブラケット１０とは縁が切れてすべり出すため、建物屋根３は、高架橋２に対して水平方向にすべり出して変動するようになっている。一方、すべり支承部材１１は、すべり支承部材１１とブラケット１０との摩擦抵抗によって、高架橋２に対する建物屋根３の水平方向の変動を減衰させるため、支承材としての機能のほか、減衰材としての機能も有する。

コイルばね１２は、コイルの中心線が、すべり支承部材１１がすべる方向に対して垂直になるように設けられている。コイルばね１２の上端は、梁部９に取り外し可能に固定されており、コイルばね１２の下端は、高架橋２に取り付けられたブラケット１０に取り外し可能に固定されている。このため、コイルばね１２は、すべり支承部材１１のすべりにより変位した建物屋根３を、コイルばね１２の横剛性によって元の位置に復元しようとする。このため、コイルばね１２は、復元材としての機能を有する。従って、コイルばね１２は、コイルばね１２のバネ定数を変えることによって、高架橋２に対して振動する建物屋根３の固有周期を調整することができる。

コイルばね１２のバネ定数は、コイルばね１２と建物屋根３とで構成される振動系の固有周期が、高架橋２の固有周期よりも長くなるように設定されている。なお、コイルばね１２のバネ定数は、コイルばね１２の径や巻き数などを変更することで、所望の値に設定することができる。

コイルばね１２の自由高さは、ブラケット１０と梁部９との間隔と略同じとなっている。すなわち、コイルばね１２の自由高さは、コイルばね１２に入力される建物屋根３の振動による横荷重に対して、コイルばね１２に入力される引張荷重や圧縮荷重などの軸荷重が無視できる範囲であれば、ブラケット１０と梁部９との間隔よりも大きくても、小さくてもよい。これにより、コイルばね１２には軸荷重による軸力が実質的に生じない。従って、コイルばね１２に生じる軸力を考えずに、コイルばね１２のバネ定数を設定することができる。

以上のように、本実施形態に係る免震システム１では、高架橋２に固定されたブラケット１０と建物屋根３との間に、すべり支承部材１１とコイルばね１２を設けたため、建物屋根３はすべり支承部材１１で支承され、すべり支承部材１１とブラケット１０との摩擦抵抗によって、高架橋２に対する建物屋根の振動が減衰される。そして、コイルばね１２は、コイルの中心線が、すべり支承部材１１がすべる方向に対して垂直になるように設けられているため、すべり支承部材１１のすべりにより変位した建物屋根３は、コイルばね１２の横剛性によって復元される。このため、すべり支承部材１１は支承材と減衰材の機能を併せて有し、コイルばね１２は復元材の機能を有するため、免震システム１は、支承材、減衰材及び復元材により構成される免震構造となる。

そして、コイルばね１２と建物屋根３とで構成される振動系の固有周期が、高架橋２の固有周期よりも長くなるように、コイルばね１２のバネ定数を設定するため、高架橋２に建物屋根３を設置することにより高架橋２全体の質量が増加しても、建物屋根３を設置しない状態と比べて、高架橋２に入力される地震力が増大するのを抑制することができる。

ここで、本実施形態の比較例として、コイルばねを用いない免震システムについて図面を参照して説明する。図３は、従来一般の免震システム２１の構成を模式的に示した図である。図４は、従来一般の免震システム３１の構成を模式的に示した図である。図５は、従来一般の免震システム４１の構成を模式的に示した図である。

図３に示す免震システム２１は、構造物２２と設置部材２３との間に設けられる、積層ゴム２４と、オイルダンパー２５と、により構成されている。このため、積層ゴム２４は、支承材及び復元材の機能を併せて有し、オイルダンパー２５は、減衰材の機能を有する。

図４に示す免震システム３１は、構造物３２と設置部材３３との間に設けられる、積層ゴム３４と、すべり支承部材３５と、により構成されている。このため、積層ゴム３４は、復元材と支承材の機能を併せて有し、すべり支承部材３５は、支承材及び減衰材の機能を有する。

図５に示す免震システム４１は、構造物４２と設置部材４３との間に設けられる、曲面すべり支承部材４４により構成される。このため、曲面すべり支承部材４４は、支承材、復元材及び減衰材の機能を併せて有する。

しかし、復元材を構成する積層ゴム２４、積層ゴム３４及び曲面すべり支承部材４４は何れも高価であるため、これらの復元材を用いると構造物全体として相当なコストアップとなる。更に、減衰材を構成するオイルダンパー２５は伸縮方向が限られるため、免震システム２１では、減衰できる地震力の方向が限定される。

これに対して、本実施形態の免震システム１では、復元材として安価なコイルばね１２を用いることで、高架橋２に入力される地震力の増大を抑えつつ、コストを低減することが可能となる。また、コイルばね１２の横剛性を利用するため、全方向から入力される地震力に対して復元力を発揮することが可能となる。更に、コイルばね１２は、塑性領域でも高い変形性能を有するため、コイルばね１２の弾性領域を越える過大な地震力に対しても、塑性変形しながら十分な復元力を発揮することができる。そして、コイルばね１２は梁部９及びブラケット１０に対して取り外し可能に固定されているため、塑性変形したコイルばね１２を新しいコイルばねに取り換えることができ、復元材としての機能を維持することができる。

また、コイルばね１２の自由高さは、ブラケット１０と梁部９との間隔と略同じとなっているため、コイルばね１２には軸荷重による軸力が実質的に生じない。このため、コイルばね１２に生じる軸力を考えずに、コイルばね１２のバネ定数を設定することができる。従って、例えばコイルばね１２の材料径を細くできる等、コイルばね１２のバネ重量を小さくすることができるため、コイルばね１２のコストを更に低減することができる。

更に、本実施形態に係る免震システム１では、高架橋２にブラケット１０を固定し、このブラケット１０と建物屋根３との間に免震システム１を設けることで、高架橋２に建物屋根３を直接設置できない高架橋柱部５においても、免震システム１を設けて高架橋２に建物屋根３を設置することができる。

次に、図６及び図７を参照して、他の実施形態に係る免震システム５１を説明する。図６は、免震システム５１の設置例として、免震システム５１を用いて既存の建物（構造物）５２に設備機器（設置部材）５３を設置する場合の概念図を示している。図７は、免震システム５１の周囲を模式的に示す図である。

図６及び図７に示すように、建物５２は、２階構造の建築物であり、建物５２の柱を形成する建物柱部５４と、建物５２の屋上を形成する建物屋上床スラブ５５と、建物屋上床スラブ５５を支持する建物梁部５６と、を備えている。設備機器部材５３は、設備機器５７と、設備機器５７を固定する設備機器固定部５８と、を備えている。免震システム５１は、建物５２の建物屋上床スラブ５５とこの建物屋上床スラブ５５に設置される設備機器部材５３の設備機器固定部５８との間に設けられており、設備機器部材５３を支承する複数個のすべり支承部材５９と、複数個のコイルばね６０と、を備えている。

免震システム５１の基本的な構成は免震システム１と同じであるが、免震システム５１は、構造物である建物５２の建物屋上床スラブ５５に直接設けられている点で、免震システム１と相違する。

このように、建物５２に設備機器部材５３を直接設置する場合にも、免震システム５１を取り付けることができるため、建物５２のあらゆる場所で、免震システム５１を設けて設備機器部材５３を設置することができる。

次に、図８を参照して、他の実施形態に係る免震システム７１を説明する。図８は、防振材が挿入された免震システム７１の構成を模式的に示す図である。

図８に示すように、免震システム７１は、構造物７２とこの構造物７２に設置される設置部材７３との間に設けられており、設置部材７３を支承するすべり支承部材７４と、コイルばね７５と、を備えている。そして、すべり支承部材７４と設置部材７３との間には防振材７６が設けられており、コイルばね７５と設置部材７３との間には防振材７７が設けられている。

防振材７６及び７７は、それぞれ、設置部材７３からすべり支承部材７４及びコイルばね７５に伝達される振動を吸収する性質を有している。このため、すべり支承部材７４及びコイルばね７５を介して設置部材７３から構造物７２に伝達される振動を、効果的に低減させることができる。

そして、設置部材７３の振動は、すべり支承部材７４を介して構造物７２に伝達されやすいが、防振材７６は、すべり支承部材７４から伝達される振動を吸収しながら構造物７２に伝達し、また、構造物７２から伝達される振動を吸収しながらすべり支承部材７４に伝達する。これにより、すべり支承部材７４を介して、設置部材７３と構造物７２との間で相互に伝達される振動を低減することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載した設置は、広義の設置であり、例えば支持や載置なども包含する意味である。免震システムは、構造物と設置部材との間に設けられていればよく、例えば設置部材又は構造物と免震システムとの間に、すべり支承部材とコイルばねとを固定する板状部材等を介在させてもよい。コイルばねは、構造物又はブラケットと設置部材とに固定されていればよく、例えば構造物又はブラケットと設置部材とから取り外すことができなくてもよい。

また、防振材の設置場所は限定されるものではなく、例えば、すべり支承部材と設置部材の間、すべり支承部材と構造物の間、すべり支承部材とブラケットの間、コイルばねと設置部材の間、コイルばねと構造物の間、コイルばねとブラケットの間の何れか１箇所に設けてもよく、複数に設けてもよく、又は防振材を設けなくてもよい。

また、コイルばねの自由高さは、如何なる寸法であってもよく、例えばコイルばねの高さを調整できる高さ調整材等を用いて、コイルばねの高さを調整してもよい。

本実施形態に係る免震システムの構成を概念的に示す図である。 図１に示す免震システムの周囲を模式的に示す図である。 従来一般の免震システムの構成を模式的に示す図である。 従来一般の免震システムの構成を模式的に示す図である。 従来一般の免震システムの構成を模式的に示す図である。 免震システムを適用して床スラブに設置部材を設置するときの構成を概念的に示す図である。 図６に示す免震システムの周囲を模式的に示す図である。 防振材が挿入された免震システムの構成を模式的に示す図である。

符号の説明

１，５１，７１…免震システム、２…高架橋（構造物）、３…建物屋根（設置部材）、４…高架部、５…高架橋柱部、６…杭部、７…地中梁部、８…屋根部、９…梁部、１０…ブラケット、１１，５９，７４…すべり支承部材、１２，６０，７５…コイルばね、１３…建物、１４…基礎部、１５…床部、１６…壁部、５２…建物、５３…設備機器部材、５４…建物柱部、５５…建物屋上床スラブ、５６…建物梁部、５７…設備機器、５８…設備機器固定部、７２…構造物、７３…設置部材、７６，７７…防振材。

Claims (3)

1. 建築物と切り離された建物屋根が設置される高架橋柱部と高架部とを備える高架橋の免震システムであって、
   前記高架橋の高架橋柱部に固定されるブラケットと、
   当該ブラケットと前記建物屋根との間に設けられて、前記建物屋根を支承するすべり支承部材と、
   前記ブラケットと前記建物屋根との間に設けられるコイルばねと、を備え、
   前記コイルばねのバネ定数は、前記コイルばねと前記建物屋根とで構成される振動系の固有周期が、前記高架橋の固有周期よりも長くなるように設定されていることを特徴とする免震システム。
2. 前記ブラケット及び前記建物屋根の少なくとも一方と前記すべり支承部材との間に設けられる防振材を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の免震システム。
3. 前記ブラケット及び前記建物屋根の少なくとも一方と前記コイルばねとの間に設けられる防振材を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の免震システム。

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