JP4981594B2 - 免震構造の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、稼働時に高温となる設備（例えば高炉）の基礎に適用する免震構造の施工方法に関するものである。

従来から高炉の改修には、炉体の解体、炉内耐火物の築炉、冷却装置据付等の多くの工事を伴い、４〜５ヶ月の長期間を要しているが、生産量の確保の面から、最短で高炉の改修を行うことが求められている。また、高炉の稼働基数は減少傾向にあり、単基高炉稼働を行っている製鉄所も多く、短期に改修を行うことが一層強く求められている実情にある。そのうち、炉底部の改修工法について、これまでにも種々の改修工法、あるいは解体・撤去工法、据付工法が提案されている。

例えば、特開平５−２２２４２０号公報には、炉底部と高炉基礎との間に、圧縮ガスの流体膜を形成し、その流体膜を介して、油圧ジャッキにより炉底部を水平に保持した状態で、移動抵抗を小さくして、炉底部を分離・撤去する高炉改修方法が提案されている。

また、特開２００１−５９１０９号公報、特開２００１−８１５０８号公報、特開２００１−１３１６１７号公報、特開２００１−２０７２０４号公報などには、炉底部直下の高炉基礎コンクリートに複数の貫通孔を明け、その貫通孔を利用して炉底部と高炉基礎コンクリートとをワイヤーソー等で切り離し、その水平貫通孔に炉底部を浮上させる仕組みを設置して横引きを可能にする提案がなされている。

また、特開２００２−３３９００７号公報に開示されているように、高炉基礎コンクリートに水平貫通孔を形成し、ワイヤーソーで水平切断した後、この切断面を介して炉底部を持上げて隙間を形成し、この隙間を利用して横移動手段を配置し、これにより炉底部を一括して横移動させている。

このように、高炉の炉底部は、様々な方法で高炉本体から切り離され、炉底部は煉瓦などの補強作業を経て改修される。そして、改修された炉底部は、既存の基礎上に再度セッティングされる。

特開２００６−２４９４９７号公報 特開平５−２２２４２０号公報 特開２００１−５９１０９号公報 特開２００１−８１５０８号公報 特開２００１−１３１６１７号公報 特開２００１−２０７２０４号公報 特開２００２−３３９００７号公報

前述のように、様々な方法で炉底部は高炉本体から切り離されるが、炉底部を改修するにあたって、生産量の増大を図るために炉底部を大型化する場合がある。これによって、炉底部の重量が増し、耐地震対策として、既存の基礎を更に補強するか、新たな基礎を構築する必要があるが、何れの場合も工期が長くなるといった問題点があった。また、炉底部の重量が増さない場合でも、高炉に耐震性をもたせたいという要求もある。

本発明は、稼働時に高温となる設備に耐震性をもたせることを可能にし、しかも工期の短縮を可能にした免震構造の施工方法を提供することを目的とする。

本発明は、稼働時に高温となる設備を基礎上に設置する施工方法において、
設備の底部に免震構造体の上部を固定する免震構造体一体化工程と、
免震構造体一体化工程後に、基礎上に免震構造体の下部を固定する据付け工程と、を備え、
免震構造体は、設備の底部に固定される上側ベースと、基礎上に固定される下側ベースと、上側ベースと下側ベースとで挟み込まれた免震部とからなり、
上側ベースの外縁を水平方向に延長した延長部と、下側ベースの外縁を水平方向に延長した延長部との間に、鉛プラグ入り積層ゴム支承又は高減衰ゴム支承を設置する免震追加工程を更に備えたことを特徴とする。

この免震構造の施工方法においては、設備の底部に免震構造体の上部を固定する免震構造体一体化工程を備えているので、既存の設備の改修作業又は新規の設備の製作作業と一緒に免震構造体を設備内に組み込むことができるので、据付工事において作業効率が向上し、工期の短縮化が可能になる。
更に、免震構造体は、設備の底部に固定される上側ベースと、基礎上に固定される下側ベースと、上側ベースと下側ベースとで挟み込まれた免震部とからなる。
このように、免震構造体は、免震部（例えば、周知な免震支承）を上側ベースと下側ベースとで挟み込んだ構造になっているので、免震構造体の製作にあたって、上側ベースを、設備の底部に固定し易いように予め設計しておくことができ、下側ベースも同様に、基礎の上面に固定し易いように予め設計しておくことができる。従って、免震構造体一体化工程において、予め製作しておいた免震構造体を設備の底部に容易かつ迅速に固定することができ、作業効率が向上し、その結果として、工期の短縮化を可能にする。
更に、上側ベースの外縁を水平方向に延長した延長部と、下側ベースの外縁を水平方向に延長した延長部との間に、鉛プラグ入り積層ゴム支承又は高減衰ゴム支承を設置する免震追加工程を更に備える。
この免震追加工程は、上側ベースの延長作業と、下側ベースの延長作業と、延長部間に鉛プラグ入り積層ゴム支承又は高減衰ゴム支承を設置する作業とを伴う工程であり、設備を基礎上にセッティングする据付け工程後に行うことができる。例えば、この免震追加工程を、高炉の据付け工程後に行う場合、高炉の本体の組み付けと並行して免震追加作業を行うことができるので、高炉の早期操業が可能になる。

また、設備は、高炉であると好適である。
耐震性が強く求められていて、稼働時に高温になる代表的なものとして高炉がある。

また、上側ベース及び下側ベースは、金属鋼材を並べてなる架台であると好適である。
このような構成は、溶接やボルトなどを利用して免震構造体を設備及び基礎に固定する場合に最適である。

また、免震部は、設備の荷重を支持する剛滑り支承であると好適である。
この剛滑り支承は、鉛直変形が小さくて熱の影響を受けにくいので、稼動に高温となる設備への適用に最適である。

また、剛滑り支承は、第1の滑り面を有する摺動板と、第1の滑り面より小さな面積の第２の滑り面を有する支承本体部とを有し、摺動板は上側ベースに固定され、支承本体部は下側ベースに固定されていると好適である。
剛滑り支承は、摺動板の上に支承本体部を配置させて利用するのが一般的であるが、支承本体部の上に摺動板を配置した状態すなわち天地を逆にした状態で剛滑り支承を利用すると、大気中を浮遊している粉塵などが第１の滑り面に付着し難くなり、剛滑り支承に防塵カバーなどの対策が不要になり、優れたフリーメンテナンス性が発揮される。

本発明によれば、稼働時に高温となる設備に耐震性をもたせることを可能にし、しかも工期の短縮を可能にしている。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る免震構造の施工方法の好適な実施形態について詳細に説明する。

免震装置に求められている一般的な機能としては、以下のようなものがある。
ａ）水平方向の剛性が小さく構造物の固有周期を長期化する「免震機能」、
ｂ）平常時・地震時のいずれにおいても構造物を安定的に支持する「鉛直支持機能」、
ｃ）地震の揺れを減衰させて構造物を元の位置に戻す「復元及び減衰機能」がある。

また、免震装置の一例である免震支承としては、鉛プラグ入り積層ゴム支承、転がり支承、剛滑り支承、弾性滑り支承の４種類がある。

鉛プラグ入り積層ゴム支承は、天然ゴム系のシートと鋼板を交互に積層したものであり、ゴムの復元力と装入された鉛の効果により復元及び減衰機能も有し、「免震機能」、「鉛直支持機能」及び「復元及び減衰機能」の全てを備えている。

転がり支承は、ボールまたはローラーの転がり摩擦で動くものである。ただし、この転がり支承は、滑るだけの機能であるため、「復元及び減衰機能」は有しておらず、「免震機能」及び「鉛直支持機能」のみを備えている。

剛滑り支承は、フッ素樹脂の滑りにより免震効果を有するものであり、静止摩擦係数までは非免震と変わらない。ただし、剛滑り支承は、作用は滑りだけであるため、「復元及び減衰機能」は有しておらず、「免震機能」及び「鉛直支持機能」のみ備えている。

弾性滑り支承は、滑り支承と水平変形量を制御する水平ばねで構成されており、中小規模の地震の場合には弾性変形により免震し、大規模の地震の場合には滑りを生じて免震効果を発揮するものである。ただし、この弾性滑り支承も同様に、作用は滑りだけであるため、「復元及び減衰機能」は有しておらず、「免震機能」及び「鉛直支持機能」のみ備えている。

このように、前述した４種類の免震支承のうち、免震に要求されている機能の全てを備えているのは、鉛プラグ入り積層ゴム支承だけであり、その他の免震支承は「復元及び減衰機能」を備えていない。従って、転がり支承、剛滑り支承又は弾性滑り支承を、生産設備などの基礎の免震構造に適用する場合は、「復元及び減衰機能」を備える装置と併用しなければならない。一方、鉛プラグ入りの積層ゴム支承は、免震に要求される機能の全てを備えているため、単独でも使用可能であるが、耐久性の観点からみると、稼動時に高温となる生産設備等の基礎に適用する場合、ゴムが熱に弱いため、冷却装置を設ける等の対策が必要となる。

そこで、鉛直変形が小さくて熱の影響を受けにくい剛滑り支承又は転がり支承を、設備の高温となる位置に設置し、その周囲の比較的温度が低い位置には、通常の外気温度で使用可能な復元機能をもった鉛プラグ入り積層ゴム支承又は高減衰ゴム支承を配置する。免震支承のこのような配置は、稼働時に高温になる設備において免震支承の使用を可能にし、メンテナンス性に優れた免震構造を実現している。なお、上記で通常の外気温度とは、−数十℃〜＋５０℃を想定しており、通常の製造設備等が設置される環境下における温度である。

このような着想に基づいて、稼動時に高温となる生産設備の一例である高炉の基礎に免震支承を設置する場合を例にして以下説明する。

図１及び図２に示すように、高炉１の耐地震対策として、高炉１の炉底部２と基礎３との間には免震構造体４が配置されている。この免震構造体４は、格子状に並べられた金属鋼材の一例であるＨ形鋼を溶接により接合することで架台すなわち敷ビームとして構成された上側ベース６と、格子状に並べられた金属鋼材の一例であるＨ形鋼を溶接により接合することで架台すなわち敷ビームとして構成された下側ベース７と、上側ベース６と下側ベース７とで挟まれた複数個の第１の免震部８とから構成されている。

上側ベース６は、炉底部２の底面２ａと略同じ広がりをもった上側ベース本体部６ａと、上側ベース本体部６ａの端から外側に連続的に広がった端部分６ｂとを一体的に備えている。同様に、下側ベース７は、炉底部２の底面２ａと略同じ広がりをもった下側ベース本体部７ａと、下側ベース本体部７ａの端から外側に連続的に広がった端部分７ｂとを一体的に備えている。また、高炉１の荷重を支持するための第１の免震部８は、上側ベース本体部６ａと下側ベース７との間でマトリックス状に配列され、炉底部２の底面２ａの全面に対応するように配列されている。各免震部８には、鉛直変形が小さくて熱の影響を受けにくい剛滑り支承が利用されている。

図３に示すように、この剛滑り支承８は、第1の滑り面１１ａを有する摺動板１１と、第1の滑り面１１ａより小さな面積からなる第２の滑り面１２ａを有する支承本体部１２とを有し、第１の滑り面１１ａと第２の滑り面１２ａとは常に接触している。そして、摺動板１１は、ボルト及びナットによって下側ベース７に固定され、支承本体部１２は、ボルト及びナットによって上側ベース６に固定されている。また、摺動板１１と支承本体部１２とは連結金具１３によって一体化された状態で免震構造体４内に込み込まれているが、高炉１を基礎３にセッティング完了後に連結金具１３は外され、剛滑り支承８は、摺動板１１と支承本体部１２とが切り離された状態で利用される。

なお、図示しないが、剛滑り支承８の他の使用例として、支承本体部１２の上に摺動板１１を配置した状態すなわち天地を逆にした状態で剛滑り支承８を利用すると、摺動板１１がボルト及びナットによって上側ベース６に固定され、支承本体部１２がボルト及びナットによって下側ベース７に固定される。このように、支承本体部１２の上に摺動板１１を配置すると、大気中を浮遊している粉塵などが第１の滑り面１１ａに付着し難くなり、剛滑り支承８に防塵カバーなどの対策が不要になり、優れたフリーメンテナンス性が発揮される。

免震構造体４の上側ベース６は、炉底板２Ａの下に固定され、免震構造体４の下側ベース７は、基礎３上に敷設されたパッド２２（図８参照）に固定されている。

さらに、耐熱性及び高荷重支持性能を配慮して選択された第１の免震部（剛滑り支承）８とは別に、高炉１の周囲は比較的温度が低いので、高炉１の耐地震対策として、復元及び減衰機能をもった第２の免震部１８が利用されている。この第２の免震部１８としては鉛プラグ入り積層ゴム支承が適用されている。この鉛プラグ入り積層ゴム支承１８は、免震構造体４の上側ベース６の端部分６ｂと、基礎３の外縁の全周をコンクリートによって水平方向に延長した延長部３ａ上に固定された下側ベース７の端部分７ｂとの間に配置され、鉛プラグ入り積層ゴム支承１８の上面は、上側ベース６の端部分６ｂに固定され、鉛プラグ入り積層ゴム支承１８の下面は、下側ベース７の端部分７ｂに固定されている。

次に、免震構造の施工方法について説明する。

高炉１を改修するにあたって、高炉１の炉底部２を基礎３から切り離す必要があり、炉底部２の切り離し作業としては、前述した公報以外にも周知な方法が存在するので、ここでは詳細に説明しない。また、搬送手段の一例としてエアーキャスタを利用する。

先ず、基礎３から炉底部２を切り離すためのはつり作業後、図４に示すように、高炉１が切り離された既存の基礎３の上面３ｂ上に長尺状のスペーサ２０を配置し、スペーサ２０上にエアーキャスタ用のレール板２１を配置させ、スペーサ２０によってレール板２１の水平状態が確保されている。

図５に示すように、既存の基礎３の上面３ｂにセメントＣを流し込む所謂グラウト施工によって、エアーキャスタ用のレール板２１を基礎３に固定させる。このとき、レール板２１の上面は露出し、基礎３には、新たな上面３ｃが作り出される。その後、レール２１間において、上面３ｃにパッド２２を配置させる。なお、パッド２２に代えてライナープレートをレール２１間に配置させてもよい。

図６に示すように、基礎３から切り離された炉底部２の改修作業の際、炉底板２Ａの下に免震構造体４の上側ベース６を固定する（免震構造体一体化工程）。この免震構造体一体化工程の採用によって、据付工事において作業効率が向上し、工期の短縮が可能になる。

この免震構造体一体化工程後、台車を利用して、炉底部２を基礎３の上面３ｃの近くまで搬送する。この台車上で、エアーキャスタ２３によって免震構造体４を持ち上げて、炉底部２を基礎３に向けて水平に押し出す。そして、図７に示すように、エアーキャスタ２３をレール板２１上で滑らせながら、基礎３の外から内に向かって炉底部２を移動させ、基礎３の中心と炉底部２の中心とが合った状態で炉底部２の移動を停止させる。

その後、図８に示すように、エアーキャスタ２３を収縮させることによって、基礎３上に配置されたパッド２２に、免震構造体４の下側ベース７の下面を載置させる（据付け工程）。そして、不要になったエアーキャスタ２３は、基礎３の外側に搬出される。

このようにして、炉底部２が基礎３上にセッティングされた後、炉底部２の上に高炉本体が組み付けられ、高炉１の早期操業は可能となる。そして、後述する免震追加工程は、高炉１の本体の組付けと並行して行われる。

免震構造体一体化工程中に行われる免震追加工程には、復元及び減衰機能を有する第２の免震部（鉛プラグ入り積層ゴム支承）１８が利用される。図１及び図２に示すように、この鉛プラグ入り積層ゴム支承１８は、免震構造体４の上側ベース６の端部分６ｂと、下側ベース７の端部分７ｂとで挟まれるように配置され、鉛プラグ入り積層ゴム支承１８の上面は、上側ベース６の端部分６ｂに固定され、鉛プラグ入り積層ゴム支承１８の下面は、下側ベース７の端部分７ｂに固定される。また、基礎３の外縁の全周をコンクリートによって延長部３ａとして水平方向に延長する。そして、据付工程によって、基礎３の延長部３ａ上に下側ベース７の端部分７ｂが載置される。

他の例として、据付け工程後に行われる免震追加工程がある。図９に示すように、上側ベース２６は、炉底部２の炉底板２Ａの底面２ａと略同じ広がりをもった上側ベース本体部２６ａと、上側ベース２６の外縁を水平方向に延長するために、上側ベース本体部２６ａの外端に溶接されると共に、Ｈ形鋼を並べてなる架台（敷ビーム）によって構成される延長部２６ｂからなる。同様に、下側ベース２７は、炉底部２の炉底板２Ａの底面２ａと略同じ広がりをもった下側ベース本体部２７ａと、下側ベース２７の外縁を水平方向に延長するために、下側ベース本体部２７ａの外端に溶接されると共に、Ｈ形鋼を並べてなる架台（敷ビーム）によって構成される延長部２７ｂからなる。

据付工程後、上側ベース本体部２６ａに延長部２６ｂを溶接し、下側ベース本体部２７ａに延長部２７ｂを溶接し、鉛プラグ入り積層ゴム支承１８を、上側ベース２６の延長部２６ｂと、下側ベース２７の延長部２７ｂとの間に配置し、鉛プラグ入り積層ゴム支承１８の上面を、上側ベース２６の延長部２６ｂに固定し、鉛プラグ入り積層ゴム支承１８の下面を、下側ベース２７の延長部２７ｂに固定する。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。

例えば、設備としては、高炉に限定されるものではない。第１の免震部８としては、剛滑り支承に限らず、積層ゴム支承、転がり支承、弾性すべり支承も適用可能である。第２の免震部１８としては、鉛プラグ入り積層ゴム支承に限らず、積層ゴム支承、高減衰ゴム支承、各種の剛材ダンパーやオイルダンパ等の粘性系減衰装置も適用可能である。基礎３としては、既存の基礎に限らず、新規な基礎であってもよい。

本発明に係る免震構造の施工方法が適用された高炉の免震構造を示す断面図である。 高炉に適用された免震構造を示す平面図である。 剛滑り支承を示す側面図である。 基礎上にエアーキャスタ用のレール板及び基礎金物を配置した状態を示す断面図である。 基礎の上面にセメントを流し込んだ状態を示す断面図である。 免震構造体を炉底部に一体化した状態を示す側面図である。 エアーキャスタによって基礎上で炉底部が持ち上げられた状態を示す側面図である。 エアーキャスタを収縮させた状態を示す側面図である。 免震追加工程の他の例を示す断面図である。

符号の説明

１…高炉（設備）、２…炉底部（設備の底部）、２ａ…炉底部の底面、３…基礎、３ａ…基礎の延長部、４…免震構造体、６…上側ベース、７…下側ベース、６ｂ…上側ベースの端部分、７ｂ…下側ベースの端部分、８…剛滑り支承（第１の免震部）、１１…摺動板、１１ａ…第１の滑り面、１２…支承本体部、１２ａ…第２の滑り面、１８…鉛プラグ入り積層ゴム支承（第２の免震部）、２３…エアーキャスタ（搬送手段）、２６…上側ベース、２６ｂ…上側ベースの延長部、２７…下側ベース、２７ｂ…下側ベースの延長部。

Claims (5)

1. 稼働時に高温となる設備を基礎上に設置する施工方法において、
   前記設備の底部に免震構造体の上部を固定する免震構造体一体化工程と、
   前記免震構造体一体化工程後に、前記基礎上に前記免震構造体の下部を固定する据付け工程と、を備え、
   前記免震構造体は、前記設備の前記底部に固定される上側ベースと、前記基礎上に固定される下側ベースと、前記上側ベースと前記下側ベースとで挟み込まれた免震部とからなり、
   前記上側ベースの外縁を水平方向に延長した延長部と、前記下側ベースの外縁を水平方向に延長した延長部との間に、鉛プラグ入り積層ゴム支承又は高減衰ゴム支承を設置する免震追加工程を更に備えたことを特徴とする免震構造の施工方法。
2. 前記設備は、高炉であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造の施工方法。
3. 前記上側ベース及び前記下側ベースは、金属鋼材を並べてなる架台であることを特徴とする請求項１又は２記載の免震構造の施工方法。
4. 前記免震部は、前記設備の荷重を支持する剛滑り支承であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の免震構造の施工方法。
5. 前記剛滑り支承は、第1の滑り面を有する摺動板と、前記第1の滑り面より小さな面積の第２の滑り面を有する支承本体部とを有し、前記摺動板は前記上側ベースに固定され、前記支承本体部は前記下側ベースに固定されていることを特徴とする請求項４記載の免震構造の施工方法。
   

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