JP4980782B2 - 建築物の中間階免震機構 - Google Patents

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本発明は、免震支承装置と粘性ダンパとからなる免震装置の設置階における居住性が維持できる建築物の中間階免震機構に関する。
建築物の中間階の柱に免震支承装置を挿入して建築物の上部を免震支持する中間階免震が、建築物の免震化に採用されている。既存建築物を免震化するレトロフィット免震では中間階免震が頻繁に採用される。中間階免震においては免震支承装置の他に、振動を減衰させるためのダンパが設けられる。ダンパは地震時に建築物の慣性力を受けて減衰力を生じる。この減衰力に対する反力を確保するために、建築物には柱や梁を利用した反力部が設けられている。特許文献1には、反力部の構造として、柱部材と梁部材とによって構築された矩形状の主架構の下辺から立設された間柱が示されている。
特開平09−324557号公報
特許文献1の間柱には、下辺梁部材との接合部の剛性と部材自体の曲げ剛性の大きさが要求される。これらの剛性を確保するために、特許文献1では、間柱の頂部と下辺梁部材とを連結する斜材を設けることが示されている。しかし、下辺梁部材(床スラブ)から斜材を設けたのでは免震装置設置階の動線が分断され居住性が低下してしまう。一方、斜材を設けることなく間柱のみで反力を確保するためには、間柱自体で曲げ剛性と下辺梁部材との接合部の剛性を確保することが必要となり、間柱が大きな部材となってしまう。また、既存建築物の下辺梁部材に後施工で剛接合の間柱を増設することは難しく、レトロフィット免震においては間柱を設けることが困難となる。特に、鉄骨が用いられている既存の下辺梁材に対しては、梁内の鉄骨が障害となるため、梁の上面部分でのみ間柱との結合がおこなわれ、剛接合とすることが困難であった。このため、レトロフィット免震では、間柱を補強するために下辺梁部材からの斜材等を設けざるを得ず、免震装置設置階における居住性が低下する場合が多かった。
さらに、建築物の構造的なバランスを考えると、免震装置設置階における減衰力の中心位置と建築物の重心位置とは接近させることが好ましい。このため、粘性ダンパの設置位置が制約がされないよう、間柱の設置位置に対する制約はない方がよい。しかし、間柱と既存建築物との結合部の剛性を確保するためには、間柱を設置する部材自体の剛性を確保する必要があり、床スラブに設置することはできなかった。
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、建築物の構造に関わらず、免震装置設置階の居住性を大きく損なうことなくダンパの取付が可能な建築物の中間階免震機構を提供することを目的とする。
本発明にかかる中間階免震機構は、建築物の上部構造体を免震支持するために柱に挿入された免震支承装置と、該免震支承装置の下方に形成された下部構造体から上記上部構造体へ向けて設けた縦反力部と、該縦反力部と上記免震支承装置より下方の上記柱の部分とを連結する横反力部と、上記上部構造体の地震時の振動を減衰させるために上記縦反力部と該上部構造体とを横方向で連結する粘性ダンパとを有し、該粘性ダンパと上記横反力部とが上下に並列配置されることを特徴とする。
前記縦反力部が、前記下部構造体にピン接合されていることを特徴とする。
前記縦反力部が、鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の梁から設けられていることを特徴とする。
前記縦反力部が、下部構造体の床スラブから設けられていることを特徴とする。
本発明にかかるに建築物の中間階免震機構あっては、建築物の構造形式に関わらず、免震装置設置階の居住性を大きく損なうことなくダンパの取付が可能となる。
以下に、本発明にかかる建築物の中間階免震機構の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる建築物の中間階免震機構は基本的には、図1および図3に示すように、建築物の上部構造体1を下部構造体2で免震支持するために柱3に挿入された免震支承装置4と、免震支承装置4の下方に形成された下部構造体2から上部構造体1へ向けて設けた縦反力部6と、縦反力部6と免震支承装置4より下方の柱3の部分とを連結する横反力部7と、上部構造体1の地震時の振動を減衰させるために縦反力部6と上部構造体1とを横方向で連結する粘性ダンパ8とを有し、粘性ダンパ8と横反力部7とが上下に並列配置される
本実施形態の建築物の中間階免震機構は、既存の鉄骨鉄筋コンクリート造(以下「SRC造」という)の建築物に対して適用されている。建築物の上部構造体1は下部構造体2から柱3で支持されている。柱3の中間部分には免震支承装置4が挿入されている。
本実施形態における上部構造体1は、免震支承装置4の直上部に位置する柱3の部分(以下「柱上部分3a」という)と柱上部分3aに接続される直上階(免震支承装置4が取り付けられる階の直上階の意味)の梁9(以下「上部梁9」という)と直上階の床スラブ10(以下「上部床スラブ10という)で構成される。柱上部分3aは、既存柱の上部分30a(以下「上部既存柱30a」という)と免震支承装置4を取り付けるために増設された上部既存柱補強部31aで構成されている。上部既存柱補強部31aは、上部既存柱30aの周囲に鉄筋(図示せず)を組み、コンクリートを打設して上部既存柱30aの断面積を拡張して免震支承装置4の設置面積を確保すると共に、上部既存柱30aの切断面と免震支承装置4との間にコンクリートを打設して、免震支承装置4と柱上部分3aとの一体化を確保できるよう設けられている。また、上部梁9の柱上部分3aとの接続部付近には、免震支承装置4を取り付けるために上部梁9を補強する上部梁補強部90が設けられている。上部梁補強部90は、上部梁9の上部床スラブ10底から露出している部分の周囲に鉄筋とPC棒鋼(共に図示せず)を配置し、コンクリートを打設して設けられている。上部梁9の上部梁補強部90が施された部分は、梁幅および梁背が拡大される。
下部構造体2は、免震支承装置4の下方に構築された建築物の構造体をいい、本実施形態においては、免震支承装置4の直下部に位置する柱3の部分3b(以下「柱下部分3b」という)と、免震支承部4を設置する階の梁5(以下「下部梁5」という)と、免震支承部4を設置する階の床スラブ11(以下「下部床スラブ11」という)で構成されている。下部梁5はSRC造であり、内部に鉄骨5aが埋設されている。柱下部分3bは、既存柱30の下部分30b(以下「下部既存柱30b」という)と免震支承装置4を取り付けるために増設された下部既存柱補強部31bで構成されている。下部既存柱補強部31bは、下部既存柱30bの周囲にコンクリートを打設して下部既存柱30bの断面積を拡張して免震支承装置4の設置面積を確保すると共に、下部既存柱30bと免震支承装置4の一体化を確保できるように設けられている。
免震支承装置4は、柱上部分3aと柱下部分3bの間に挿入され、柱上部分3aおよび柱下部分3bと一体となって柱3を構成している。免震支承装置4は、既存柱30を上部梁9の下部付近で切り取って形成した部分に挿入されている。免震支承装置4は、下部構造体2から上部構造体1へ伝わる地震時の揺れを軽減しつつ上部構造体1を支持する機能すなわち免震支承機能を有し、上部構造体1を免震支持している。本実施形態の免震支承装置4は上部、下部取付板とそれらに挟まれた積層ゴムで構成されている。免震支承装置4の上部取付板は、上部既存柱補強部31aにアンカーを埋設して一体化され、その下部取付板は、下部各既存柱補強部31bにアンカーを埋設して一体化されている。積層ゴムで構成された本実施形態の免震支承装置4は、免震機構における復元機能も有している。なお、免震支承装置4の種類に限定はなく、転がり免震支承装置、滑り免震支承装置を用いてもよい。
下部構造体2には、上部構造体1へ向けて縦反力部6が設けられている。縦反力部6は、粘性ダンパ8を下部構造体2に連結、支持する機能と、地震時の粘性ダンパ8からの減衰力に対する反力部としての機能を有する。縦反力部6は、粘性ダンパ8を介して上部構造体1と接続される他は、上部構造体1とは接続されていない。本実施形態の縦反力部6は、SRC造の下部梁5から設けられている。縦反力部6は、鉄筋コンクリート製の柱状部材であり、下部梁5すなわち下部構造体1の上面から上部梁9下まで立ち上げられている。縦反力部6の鉄筋は、複数の縦配筋6aと適宜間隔で設けたフープ筋(図示せず)で構成されている。その縦配筋6aの下端部は下部梁5上面に設けた下部連結アンカー12に連結されている。下部固定アンカー12は、下部梁5の表面から鉄骨5aのフランジ上面まで打ち込まれた、後施工の接着式アンカーまたは打ち込み式アンカーで構成されている。下部固定アンカー12は、下部梁5内の鉄骨5aにより十分な定着の確保が難しく、さらに、縦反力部6のコンクリートを下部梁5の上面に打設しているため縦反力部6と下部梁5とは一体的に構築されていない。このため、下部構造体2と縦反力部6の接合面では下部固定アンカー12により水平耐力が確保されるが、曲げに対しては十分な耐力を確保できない。このため、下部構造体2と縦反力部6の接合は剛接合とならず、実質的にピン接合となっている。本実施形態における「ピン接合」には、接合状態が実質的にピン接合と同等となる場合も含まれる。したがって、本実施形態の縦反力部6は、下部構造体2にピン接合されている。
縦反力部6には、縦反力部6と柱下部分3bとを連結する横反力部7が設けられている。横反力部7は、縦反力部6に水平方向で作用する減衰力に対する反力部を構成している。横反力部7は、原則として、その軸方向の引っ張りと圧縮で減衰力に抵抗するため、横反力部7と、縦反力部6および柱下部分3bとの接続は剛接合でもピン接合でもよい。なお、図2においては、横反力部7の両端部をピン接合として、反力、モーメント図が記載されている。本実施形態における横反力部7は、図3に示すように縦反力部6および柱下部分3bと一体に構築された鉄筋コンクリート製の梁状部材であり、その端部は剛接合となっている。横反力部7は、免震支承装置4下の下部柱補強部31bと縦反力部6との間に略水平に設けられ、居住者の動線を妨げない高さに設定されている。横反力部7の鉄筋は上下2段の横配筋7aと適宜間隔で設けたスターラップ筋(図示せず)で構成されている。横配筋7aの各端部は定着長さを確保して、縦反力部6または柱下部分3bの下部既存柱補強部31bに埋設されている。横反力部7は、原則として曲げ耐力を要求されないため、本実施形態では梁幅寸法が梁せい寸法より大きい扁平梁の形状で構築されている。このため、下部床スラブ11からの横反力部7下面までの高を確保しやすい。
縦反力部6の上部には、地震時の振動を減衰させるために縦反力部6と上部構造体1とを横方向で連結する粘性ダンパ8が設けられている。粘性ダンパ8は、地震時のエネルギーを吸収して、上部構造体1の振動を減衰させる機能を有している。本実施形態の粘性ダンパ8はオイルダンパであり、そのオイルダンパは横方向ストロークで減衰力を発生させるピストンシリンダーで構成されている。粘性ダンパ8は水平方向の動きにより減衰力を発生させるものであればその種類は限定されない。粘性ダンパ8は、縦反力部6上部の側面と、上部構造体1の間で横方向すなわち略水平に設けられている。粘性ダンパ8の縦反力部6側の端部は、縦反力部6の側面に取り付けられた下部側ダンパ金物16にピン接続されている。下部側ダンパ金物16は、縦反力部6を横方向で貫通して埋設されたダンパ用縦反力部アンカー13により縦反力部6の側面に固定されている。粘性ダンパ8の上部構造体1側の端部は、柱上部分3aの側面と上部梁補強部90の下面と交差部に取り付けた上部側ダンパ金物17にピン接続されている。上部側ダンパ金物17は、上部既存柱補強部31aを幅方向で貫通して埋設されたダンパ用上部柱アンカー14および上部梁補強部90に埋設されたダンパ用上部梁アンカー15により、柱上部分3a側面と上部梁補強部90下面の2面に密着して固定されている。なお、上部側ダンパ金物17を取り付けるためのダンパ設置部を、上部構造体1に別途形成してもよい。
本実施形態に係る建築物の中間免震機構の作用について説明する。まず、本実施形態に係る建築物の中間免震機構の構築方法を説明する。SRC造の既存建築物の上部梁9に上部梁補強部90を設け、上部梁補強部90の下部へ下部構造体から仮設支柱を設け、仮設支柱で上部構造体1からの鉛直荷重を支持して、柱3への鉛直荷重を解放する。なお、上部梁補強部90を設ける際にダンパ用上部梁アンカー15を所定位置に埋設しておく。その後、上部構造体1と下部構造体2の横方向変位を仮設部材や既存躯体で拘束しながら、既存柱30を上部梁9の下方付近で切り取って免震支承装置4挿入用の部分を形成する。既存柱30の切り取り部分に免震支承装置4を挿入して仮固定し、免震支承装置4の上部、下部取り付け板にアンカーを設ける。
アンカーの取付に並行して、上部柱補強部30aの配筋を行い、下部既存柱補強部31bに横配筋7a端部を挿入して横反力部7の配筋を行い、下部梁5上面から下部固定アンカー12を打設して、縦配筋6a等の縦反力部6の配筋を行う。これらの配筋完了後に、上部既存柱補強部31aの型枠を構築すると共に、縦反力部6、横反力部7および下部既存柱補強部31bの型枠を一体に構築する。組上がった型枠を利用して、ダンパ用縦反力部アンカー13、ダンパ用上部柱アンカー14を配置し、型枠内にコンクリートを打設すし、コンクリート硬化後に型枠を解体する。これにより、免震支承装置4が一体に取り付けられた柱3が構築されるとともに、縦反力部6、横反力部7、柱下部分3bおよび下部梁5が連結された下部構造体2の反力部が構築される。
その後、仮設支柱を撤去して柱3で上部構造体1の荷重を再支持した上で、免震支承装置4の変位を仮拘束する。次いで、下部側ダンパ金物16、上部側ダンパ金物17を取り付ける。下部側ダンパ金物16はダンパ用縦反力部アンカー13を利用して縦反力部6の側面に取り付ける。上部側ダンパ金物17はダンパ用上部柱アンカー14およびダンパ用上部梁アンカー15を利用して、柱上部分3aと上部梁補強部90の交差部に取り付ける。取り付けられた下部側、上部側ダンパ金物16、17に、ピン接続して粘性ダンパ8を取り付ける。最後に、免震支承装置4の仮拘束を解除して、建築物の中間免震機構が完成される。
本実施形態に係る建築物の中間免震機構の作用について説明する。地震による上部構造体1からの慣性力により、粘性ダンパ8に減衰力が発生する。減衰力は、水平方向で粘性ダンパ8から縦反力部6に作用する。この減衰力に対して、縦反力部6、横反力部7、および柱下部分3bで形成された下部構造体2の反力部が抵抗する。主に、縦反力部材6に接続された横反力部7の圧縮、引っ張りで減衰力に抵抗し、縦反力部6の下部梁5との接続部でも水平力を負担する。縦反力部6の下部梁5との接続部はピン接合であるため、縦反力部6の取付位置を保持し、粘性ダンパ8の鉛直荷重とわずかな水平力を負担するだけである。横反力部7は軸力を負担する単純な構造であるため部材を簡略化できる。さらに、横反力部7と縦反力部6との接続点を、粘性ダンパ8と縦反力部6との接続点に接近させることで、効果的に横反力部7が減衰力へ抵抗し、縦反力部6下端部の水平力の負担が軽減されると共に、横反力部7の接続点が上方へ移動して、居住者の動線を阻害する可能性が少なくなる。縦反力部6は、それ自体の曲げ剛性と、粘性ダンパ8の荷重を負担できる構造であればよく、柱状の簡易な部材とすることができる。
以上説明した本実施形態にかかる建築物の中間免震機構にあっては、上部構造体1を免震支承するために柱3に挿入された免震支承装置4と、免震支承装置4の下方に形成された下部構造体2の下部梁5から上部構造体1へ向けて設けた縦反力部6と、縦反力部6と免震支承装置4より下方の柱3の部分3bとを連結する横反力部7と、上部構造体1の地震時の振動を減衰させるために縦反力部6と上部構造体1とを横方向で連結する粘性ダンパ8とを有し、粘性ダンパ8と横反力部7とが上下に並列配置されているため、粘性ダンパ8からの減衰力に対抗するための反力部を比較的に簡易な部材からなるフレーム架構で構築でき、下部構造体2の上面には、縦反力部材6が増設されるだけである。また、横反力部7も下部床スラブ10からの高さを確保して構築できる。このため、利用者の動線を分断することが少なく、居住性を維持した中間階免震機構が構築できる。
縦反力部6が下部梁5にピン接合されているため、縦反力部6と下部構造体2との接合部の構造が簡略化され、減衰力に対する反力部を下部構造体2に容易に構築でき、既存建築物の下部構造体の状況に応じた中間階免震機構を構築できる。
SRC造の下部梁5から縦反力部6を構築できるため、下部構造体2の鉄骨により制約されることなく、粘性ダンパ8の減衰力に対する反力部を構築でき、既存建築部への中間免震機構の適用範囲が拡大される。
本実施形態においては、縦反力部6を下部梁5から設けたが、縦反力部6の下端部と下部構造体2との接合部は、水平力と粘性ダンパ8の荷重の一部を負担するだけであるため、剛接合でなくピン接合で良いため、下部構造体2の下部床スラブ11上面から縦反力部6を設けてもよい。具体的には、下部連結アンカー12を下部床スラブ11の上面から打設してその内部に定着させ、その下部連結アンカー12により設置位置を確保して縦反力部6を構築する。なお、下部連結アンカー12は、下部床スラブ11を貫通させて下部床スラブ11を挟み込んで固定しても良い。これにより、下部梁5の位置に限定されることなく、下部構造体2の任意の上面位置に縦反力部6を設けることが可能となり、柱3間に壁が構築されている既存建築物でも、壁を撤去することなく粘性ダンパ8を設けることができ、既存建物への適用が容易になる。また、上部梁9に制約されることなく、床面から高い位置で粘性ダンパ8の取り付けができ、横反力部7の取り付け位置も下部床スラブ11の床面から高い位置で設置できる。このため居住性を維持しやすくなる。
本実施形態においては、縦反力部6と一方側の柱3にのみ、粘性ダンパ8および横反力部7を設けたが、図4に示すように、さらに、他方側に位置する柱下部分3bとの間にも、それらを設けても良い。これにより、縦反力部6両側の横反力部7の圧縮と引っ張りで同時に減衰力に抵抗できるため、各横反力部材7を簡略化できる。また、縦反力部6を柱3間に1つ設置したが、柱3間に2つ設置して、各縦反力部6で隣接する柱下部分3bと連結しても、さらに各縦反力部6を連結して両柱下部分3bまたは一方の柱下部分3bと連結しても良い。
本実施形態では、縦反力部6、および横反力部7を鉄筋コンクリート構造としたが、これらをプレキャスト製コンクリート部材や、鉄骨材で構成してもよい。これにより、現場での型枠、配筋、コンクリート打設の作業を軽減することが出来、既存建築物を使いながらの中間階免震の施工が容易になる。
本実施形態における建築物を既存建築物としたが、新築の建築物に適用してもよい。
また、本実施形態の建築物の構造形式は、鉄骨鉄筋コンクリート造に限定されず、鉄骨造、鉄筋コンクリート造であっても良い。また下部梁9のみが鉄骨構造、鉄筋コンクリート造で構築されていてもよい。
本実施形態では、上、下部既存柱補強部31a、31b、縦反力部6および横反力部7を並行して構築しているが、この構築手順に限定されるものではなく、いずれを先行して構築しても良い。例えば、上、下部既存柱補強部31a、31bを先に構築し、その後縦反力部6と横反力部7を共に構築しても良い。
本実施形態では、柱3で上部構造体1を再支持した後に、免震支承装置4に仮拘束を施したが、柱3による再支持の前に仮拘束を施しても良い。また、仮設支柱の撤去は粘性ダンパ8の取付後でも良い。
本発明にかかる建築物の中間階免震機構の好適な一実施形態における主な構成部を説明する図である。 図1に示した中間階免震機構における減衰力と主な構成部に発生する反力の関係を説明する図である。 本発明にかかる建築物の中間階免震機構の好適な一実施形態を説明する立面図である。 本発明にかかる建築物の中間階免震機構の好適な変形例を示す立面図である。
符号の説明
1 上部構造体
2 下部構造体
3 柱
4 免震支承装置
5 梁(下部梁)
6 縦反力部
7 横反力部
8 粘性ダンパ

Claims (4)

  1. 建築物の上部構造体を免震支持するために柱に挿入された免震支承装置と、
    該免震支承装置の下方に形成された下部構造体から上記上部構造体へ向けて設けた縦反力部と、
    該縦反力部と上記免震支承装置より下方の上記柱の部分とを連結する横反力部と、
    上記上部構造体の地震時の振動を減衰させるために上記縦反力部と該上部構造体とを横方向で連結する粘性ダンパとを有し、
    該粘性ダンパと上記横反力部とが上下に並列配置されることを特徴とする建築物の中間階免震機構。
  2. 前記縦反力部が、前記下部構造体にピン接合されていることを特徴とする請求項1に記載の建築物の中間階免震機構。
  3. 前記縦反力部が、鉄骨造または鉄骨鉄筋コンクリート造の梁から設けられていることを特徴とする請求項2に記載の建築物の中間階免震機構。
  4. 前記縦反力部が、下部構造体の床スラブから設けられていることを特徴とする請求項2に記載の建築物の中間階免震機構。
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