JP5220484B2 - 免震建物 - Google Patents

Description

本発明は、積層ゴム免震装置とその他種類の免震装置を、免震装置設置階の柱に適宜配置して、免震装置設置階の直上階の一部の梁をなくすことにより、免震装置設置階における床面から梁下までの高さの確保が容易となる免震建物に関する。

通常の建物では、桁行き方向（建物の長辺方向）の柱間スパンは比較的短いが、梁間方向（建物の短辺方向）の柱間スパンは比較的長くなり、梁間方向の梁背が大きくなる。この場合でも、集合住宅においては、梁間方向に戸境壁として耐震壁が設けられるため、梁間方向の梁背は小さくすることが可能である。一方、事務所や商業施設の建物では、広い空間が必要とされることから耐震壁の設置が制限され、梁間方向の梁背は大きくなる。このため、床面から梁下までの高さを確保することが難しくなる。梁背を小さくするためには、建物を免震化して構造体に作用する地震力を軽減することが考えられる。建物の免震化の１つの方法として、柱に免震装置を挿入した免震装置設置階（免震階）を建物に設ける中間階免震が行われる。

中間階免震において、柱に挿入する免震装置としては、建物を元の位置に復元させる復元機能や、地震による振動エネルギーを吸収する減衰機構を備えた積層ゴム免震支承が、コンパクトで機能的であることから多用されている。免震装置に積層ゴム免震支承を使用した場合には、地震時の水平力が免震装置を介して建物に伝達することから、地震時に免震装置より上方および下方の建物部分（以下、「構造体」という）には曲げモーメントが発生し、これら構造体の剛性と耐力を確保する必要が有る。一方、免震装置としては地震時の水平力を建物に伝達しない、或いは極めて小さな水平力しか伝達させない、滑り免震支承やローラー免震支承又はベアリング型免震支承があり、これらの免震装置を計画的に配置して、構造体に、発生する上記曲げモーメントを調整することも行われている。その技術の一つとして特許文献１が知られている。特許文献１における建物の四隅の基礎杭には復元支承手段として積層ゴム型の免震支手段が設けられているので、地震時には杭頭には曲げ応力（モーメント）がかかる。このため、四隅の基礎杭には剛性を有する地中梁が設けられている。一方、建物の中央の基礎杭には、杭頭へ曲げ応力のかからない回転機構付きすべり支承手段が設けられているため、この曲げ応力を受けるための梁は設けられていない（低剛性基礎とされている）。
特開２００６−１２５１７８号公報

特許文献１の免震構造は、建物の長辺方向の中央部では、基礎を低剛性基礎として建物と基礎との間に回転機構付きすべり免震支承手段を設けるため、地震時には、回転機構付きすべり免震支承手段上部の、建物の最下段の床の梁に横方向負荷がかかる。そこで免震支承手段より上部の構造体、すなわち最下段の床に、通常の免震支承手段（例えば積層ゴム型の免震支承手段）を用いた場合の最下段の床の梁の剛性よりも高い剛性を有する梁を設けることにより、建物全体の剛性を確保している。このため、免震支承手段より上方に位置する梁の形状が大きくなり、免震装置設置階における床面から梁下までの高さが低くなり、その階に大きな室内空間を確保しにくいという課題を有していた。

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、積層ゴム支承免震装置に、滑り支承免震装置または転がり支承免震装置を組み合わせることにより、免震装置設置階上部に位置する直上階の梁の一部を無くすことで、階高を抑えつつ、床面から梁下までの高さが確保しやすくなる免震装置設置階を有する免震建物を提供することを目的とする。

本発明にかかる免震建物は、柱と該柱間の梁によるラーメン架構で各階スラブを支持して構築され、平面形状が長方形に形成され、長辺方向に並ぶ柱のスパンが短辺方向に並ぶ柱のスパンより短く設定されるとともに、積層ゴム支承免震装置が挿入された柱および滑り支承免震装置が挿入された柱で上記柱が構成された免震装置設置階を有する免震建物であって、上記免震装置設置階の長辺方向の両端部に短辺方向で並ぶ上記柱を、上記積層ゴム支承免震装置が挿入された柱により構成するとともに、上記免震装置設置階で上記積層ゴム支承免震装置が挿入された上記柱間に、短辺方向で耐震架構を設け、上記積層ゴム支承免震装置が挿入された上記柱に接続される上記免震装置設置階の直上階の柱間に、短辺方向で耐震架構を設け、該免震装置設置階の長辺方向の中間部に短辺方向で並ぶ上記柱を、上記滑り支承免震装置が挿入された柱により構成するとともに、該滑り支承免震装置が挿入された柱に接続される短辺方向の上記梁をなくしたことを特徴とする。

前記免震装置設置階の直上階の前記スラブを、中空スラブにより構成することを特徴とする。

前記滑り支承免震装置に代えて、転がり支承免震装置を設けたことを特徴とする。

本発明にかかる免震建物にあっては、種類の異なる免震装置を適宜配置することにより、直上階の一部の梁をなくして、階高を抑えつつ、床面から梁下までの高さが確保しやすい免震装置設置階を免震建物に構築できる。詳細には、積層ゴム支承免震装置が挿入された柱間に、短辺方向で耐震架構を設けているため、地震時の短辺方向の水平力により、積層ゴム支承免震装置から、それより上方の構造体へ作用する「曲げモーメント」に対し、短辺方向梁のみでこれに対応する場合に比べ、短辺方向梁の梁背を大きくすることなく対応でき、免震装置設置階の床面からスラブ下までの高さが確保しやすい。すなわち、地震時に免震建物に必要とされる復原力と減衰力を、免震装置設置階の長辺方向の両端部に配置した積層ゴム支承免震装置に負担させることで、免震装置設置階の階高を抑えつつ、免震装置設置階の中央部では、従来柱のスパンが長く梁背が大きくなりやすかった短辺方向の梁がなくされ、免震装置設置階の室内空間を確保できる。また、免震装置設置階の周囲の梁の梁背を小さくできることで、免震装置設置階における床面から梁下までの高さを確保することができる。また、積層ゴム支承免震装置が挿入された柱に接続される直上階の柱の間に、短辺方向で耐震架構が設けられているため、免震装置設置階の耐震架構を十分なボリュームで構築できず、積層ゴム支承免震装置より上方の構造体へ作用する「曲げモーメント」に対応できない場合でも、直上階の耐震架構により対応することができる。そして、免震装置設置階及びその直上階の耐震架構により、積層ゴム支承免震装置上方の構造体に生じる「曲げモーメント」に対して、短辺方向梁のみで対応するのではその断面が大きくなり、免震装置設置階の床面から梁下までの高さが確保できない場合でも、これら耐震架構によって免震装置設置階の床面から梁下までの高さを確保しつつ、「曲げモーメント」にも十分に対応出来る。

以下に、本発明にかかる免震建物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免震建物は基本的には、図１から図４に示すように、柱２と柱２、２間の梁３によるラーメン架構で各階スラブ４を支持して構築され、平面形状が長方形に形成され、長辺方向（図１におけるＸ方向）に並ぶ柱２のスパンＬｘが短辺方向（図１におけるＹ方向）に並ぶ柱２のスパンＬｙより短く設定されるとともに、積層ゴム支承免震装置５が挿入された柱２５および滑り支承免震装置６が挿入された柱２６で柱２が構成された免震装置設置階Ａを有している。図１は、免震装置設置階Ａの見上げ図である。免震装置設置階Ａの長辺方向の中間部に短辺方向で並ぶ柱２は、滑り支承免震装置６が挿入された柱２６により構成されるとともに、滑り支承免震装置６が挿入された柱２６に接続される短辺方向の梁はなくされている。柱２５及び柱２６は、室内空間を確保し有効利用する目的から、それらの中間部で切断され、その切断箇所に積層ゴム支承免震装置５及び滑り支承免震装置６が挿入されている。免震装置設置階Ａの直上階Ｂのスラブ４は、中空スラブにより構成されている。免震装置設置階Ａの積層ゴム支承免震装置５が挿入された柱２５、２５間には、短辺方向に耐震架構７が設けられている。本実施形態では、免震装置設置階Ａに耐震架構７が設けられているが、当該階の柱２５上に接続される、免震装置設置階Ａの直上階Ｂの柱３５，３５の間に、短辺方向で耐震架構７０を設けてもよく、また、耐震架構７および耐震架構７０の両方を設けてもよい。両方を設けた場合、耐震架構をいずれか一方に設ける場合に比べて、構造体の剛性及び耐力は、さらに十分に確保できる。

本実施形態における免震建物は、複数階で構成されるＲＣ造のラーメン構造建物であり、直接基礎で地盤に支持されている。免震建物は、新築でも、既存建物を免震化したものであっても良い。免震装置設置階Ａは地盤面ＧＬより下方に設けられ、免震装置設置階Ａの直上階Ｂは、免震建物の一階に設定されている。免震装置設置階Ａは居室を有する階である必要はなく、床と、免震装置５、６を挿入できる柱２５，２６を有する階であればよい。また、免震装置設置階Ａは、地盤面ＧＬより下の階に限定されるものではなく、建物のいずれの階に設定してもよい。

本実施形態における免震装置設置階Ａの平面形状は、横長（図１におけるＸ方向に長い）の長方形に形成されている。免震装置設置階Ａには、免震装置設置階Ａの長辺方向に並ぶ柱２が二列、短辺方向に並ぶ柱２が四列配置されている。本実施形態における長辺方向の各柱２、２間の各スパンＬｘは、いずれも等しく設定され、短辺方向の柱のスパンＬｙの１／２程度の寸法に設定されている。ただし、長辺方向の各柱２、２間の各スパンＬｘは、全てが同一寸法である必要はなく、スパンＬｘで異なる寸法に設定してもよい。さらに、スパンＬｘはスパンＬｙより短ければ、スパンＬｙの１／２以上又はそれ未満でも良い。

免震装置設置階Ａの四隅に位置する柱２５は、積層ゴム支承免震装置５が挿入されるもので、既存建物を免震建物とする場合には、既存の柱を切断し積層ゴム支承免震装置５を挿入して柱２５を構築する。

積層ゴム支承免震装置５は、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体の荷重を支持する支承機能と、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体と下方の構造体を別振動系とする絶縁機能と、地震時に変位した建物を元の位置に復原させる復原機能を有する免震装置であり、薄いゴムと金属板を交互に重ね合わせて接着した積層ゴムにより構成されている。本実施形態における、積層ゴム支承免震装置５は高減衰積層ゴム支承で構成され、地震による振動エネルギーを吸収する減衰機能も有している。なお、地震による振動エネルギーを吸収する機能を有しない積層ゴム支承免震装置を用いる場合は、振動エネルギーを吸収する機能を有するダンパを別途設ける必要がある。地震時に積層ゴム支承免震装置５が水平方向に変形した際、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体および下方の構造体に曲げモーメントが発生する。ここで発生する「曲げモーメント」は、図５（ａ）に示すように、上記減衰力と上記復原力によるせん断力Ｑから生じる「水平力（せん断力）による曲げモーメント（Ｑ・ｈ₁：ｈ₁は、免震装置５の高さ方向中央から梁３の梁芯までの距離）」と、図５（ｂ）に示すように、積層ゴム支承免震装置５上方の柱芯位置と下方の柱芯位置がずれること（図中、δ₁）により発生する「軸力による曲げモーメント（Ｐ・δ₁／２：Ｐは軸力）」が合わされたものである。なお、本実施形態における、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体は、積層ゴム支承免震装置５上方の柱２５の部分と、それに接続される梁３およびスラブ４である。また、本実施形態における免震装置設置階Ａが免震建物の最下階に設定され、免震建物の基礎は杭を有しない直接基礎であるため、積層ゴム支承免震装置５下方の構造体は、積層ゴム支承免震装置５下方の柱２５の部分と、それに接続されるフーチング１０やフーチング１０、１０間に必要に応じて設けられるつなぎ梁１１、および土間スラブ１２である。免震建物の基礎が杭を有する構造である場合、積層ゴム支承免震装置５下方の構造体には杭も含まれる。なお、免震装置設置階Ａが免震建物の最下階より上階に設定される場合の積層ゴム支承免震装置５下方の構造体は、積層ゴム支承免震装置５下方の柱２５の部分と、それに接続される梁３およびスラブ４で構成される。

積層ゴム支承免震装置５には、鉛プラグ入り積層ゴムで構成された積層ゴム支承免震装置５を用いても良い。その場合は、「水平力（せん断力）による曲げモーメント」は、積層ゴムを弾性変形させ、鉛プラグを塑性変形させる際の曲げモーメントとなる。鉛プラグの塑性変形により地震時のエネルギー吸収が行われ、免震装置としての減衰機能が発揮される。

免震装置設置階Ａの長辺方向の中間部、すなわち長辺方向の両端部以外の長辺方向中央部に短辺方向で並ぶ柱２は、滑り支承免震装置６が挿入された柱２６により構成されている。言い換えれば、本実施形態の免震装置設置階Ａにおいては、柱２５以外の他の柱２が全て柱２６で構成されている。既存建物を免震建物とする場合には、既存の柱２を切断して滑り支承免震装置６を挿入して柱２６を構築する。滑り支承免震装置６は、それより上方の構造体の荷重を支持する支承機能と、それより上方の構造体と下方の構造体を別振動系とする絶縁機能を有する免震装置であり、本実施形態においては復原機能および減衰機能をほとんど有していない。

図９に本実施形態における滑り支承免震装置６の断面を示す。本実施形態における滑り支承免震装置６は、柱２６の中間部分に挿入されている。滑り支承免震装置６が挿入される部分の柱２６の両端面には鋼板６４が取り付けられている。滑り支承免震装置６は、その平面上の中心位置を、柱２６の柱芯位置に一致させて挿入されている。滑り支承免震装置６は鋼板６４、６４間に取り付けられる。滑り支承免震装置６は、その上部分を構成する積層ゴム部分６ａとその下部分の滑り板６０で構成される。積層ゴム部分６ａは、積層ゴム６２と、その上面に設けられ、鋼板６４に接続される取付用フランジ鋼板６１と、積層ゴム６２の下面に設けられ、滑り板６０に接する滑り材６３とから構成される。積層ゴム部分６ａの積層ゴム６２は、積層ゴム支承免震装置５の積層ゴムより薄く形成されている。滑り支承免震装置６の滑動開始時において滑り支承を緩やかに始動することが出来る。滑り材６３は鋼板で形成され、滑り板６０と接する面にはフッ素樹脂コーティングが施されている。積層ゴム部分６ａは、滑り支承免震装置６上方の柱２６部分の鋼板６４に、積層ゴム部分６ａの平面上の中心位置を柱芯に一致させ、滑り材６３を下に向けて取り付けられる。滑り板６０は、滑り支承免震装置６下方の柱２６部分の鋼板６４に、滑り板６０の平面上の中心位置を柱芯に一致させて取り付けられる。滑り板６０はステンレス製鋼板で形成され、その上面に積層ゴム部分６ａの滑り材６３が接する。滑り板６０の上面には、フッ素樹脂コーティングが施されている。滑り支承免震装置６は、積層ゴム部分６ａの滑り材６３と滑り板６０が接触して、滑り支承免震装置６上方の構造体の鉛直荷重を滑り支承免震装置６下方の構造体へ伝達しつつ、滑り材６３が滑り板６０上を滑動可能に柱２６に取り付けられる。滑り材６３と滑り板６０の接触部分にはフッ素樹脂コーティングが施されているため、静止時および滑動時の摩擦抵抗が低減されている。

滑り支承免震装置６は、地震時の水平力が滑り材６３と滑り板６０間の静止摩擦抵抗より小さい段階では、積層ゴム部分６ａの積層ゴム６２が横方向で変形し、静止摩擦抵抗より水平力が大きくなった段階で積層ゴム部分６ａが滑り板６０上を滑動する。この際、積層ゴム６２の変形量は、積層ゴム支承免震装置５に比べて極めて微少であり、滑り始めると動摩擦抵抗も小さいことから積層ゴム６２の変形量はさらに小さくなる。

積層ゴム６２が横方向に変形することにより、図６（ｂ）に示すように、滑り支承免震装置６上方の柱芯位置と滑り材６３の平面上の中心との間に多少のずれ（δ₁）が生じるが、そのずれは積層ゴム支承免震装置５のずれに比べて極めて小さいため、滑り支承免震装置６上方の構造体に対する「軸力よる曲げモーメントＰ・δ₁／２」も、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体に対する「軸力による曲げモーメントＰ・δ₁／２」に比べて極めて小さい（図５（ｂ）および図６（ｂ）参照）。従って、滑り支承免震装置６上方の柱２６部分から直上階Ｂのスラブ４を支持するための梁をなくすことができる。一方、滑り支承免震装置６下方の構造体では、積層ゴム部分６ａが弾性変形しつつ滑り板６０上を滑動するため、軸力Ｐが作用する位置が滑り板６０の中心から大きくずれ、「軸力による曲げモーメントＰ・δ₁／２」が、滑り支承免震装置６上方の構造体に作用する「軸力よる曲げモーメントＰ・δ₁／２」より大きくなる。このため、滑り支承免震装置６下方の柱２６部分及びそれを支持する下部構造については、その剛性や耐力を増強する必要がある。なお、図６（ａ）に示すように、滑り支承免震装置６では、せん断力Ｑから生じる「水平力（せん断力）による曲げモーメント（Ｑ・ｈ₁）」は極めて小さい。

そして、本実施形態のように積層ゴム支承免震装置５及び滑り支承免震装置６を組み合わせた免震装置で構成される免震建物では、地震時の水平力により、免震建物に作用する減衰力と復元力の大部分は積層ゴム支承免震装置５が挿入された柱２５を介して伝達されることとなる。

上記のように滑り支承免震装置６で支持された柱２６の上方部分では軸力による曲げモーメントが極めて小さくなることから、本実施形態においては、滑り支承免震装置６が挿入された柱２６については、直上階Ｂのスラブ４を支持する短辺方向の梁を省略した構造としている。つまり、免震装置設置階Ａの柱２（２５、２６）の間には、直上階Ｂの梁３が架設され、柱２（２５，２６）及び梁３とで直上階Ｂのスラブ４を支持しているが、滑り支承免震装置６が挿入された柱２６，２６間の短辺方向には直上階Ｂのスラブ４を支持する梁は架設されず、直上階Ｂの梁３は、滑り支承免震装置６が挿入された柱２６に接続される長辺方向の梁３と、柱２５に接続される梁３で構成されている。

本実施形態における梁３は、免震装置設置階Ａを囲むように、その外周部に架設されている。免震装置設置階Ａの長辺方向の柱２（２５、２６）のスパンＬｘは、短辺方向の柱２（２５、２６）のスパンＬｙより短く設定されているため、それらに架設される直上階Ｂの長辺方向の梁３（以下「長辺方向梁３ｘ」という）の梁背は、直上階Ｂの短辺方向の梁３（以下「短辺方向梁３ｙ」という）の梁背以下に設定することが可能である。長辺方向梁３ｘは、免震装置設置階Ａの短辺方向両端部に設けられている。長辺方向梁３ｘは、長辺方向の一方の端部に位置する柱２５から他方の端部に位置する柱２５までの柱２５、２６間および柱２６、２６間に設けられている。本実施形態における短辺方向梁３ｙは、免震装置設置階Ａの長辺方向両端部に位置する柱２５、２５間に架設されている。

一方、免震装置設置階Ａの長辺方向の中間部、すなわち免震装置設置階Ａの長辺方向中央部に短辺方向で並ぶ、滑り支承免震装置６が挿入された柱２６に接続される短辺方向には、直上階Ｂのスラブ４を支持する梁を設けないことから、免震装置設置階Ａの内部において、階高を抑えつつ、床面から上階のスラブ４下までの高さが確保しやすい免震装置設置階Ａを免震建物に備えることができる。

直上階Ｂのスラブ４は中空スラブで構成されている。本実施形態のスラブ４では、円形断面の筒状ボイドチューブが埋設されている。スラブ４を中空スラブとすることにより、スラブ４の重量を増加させることなくその厚さを大きくでき、免震装置設置階Ａの短辺方向の梁を設けなくとも、スラブ４の剛性と耐力を確保できる。スラブ４は必要な剛性と耐力を確保できるものであれば、中空スラブの構造形式は問わない。例えば、スラブ４の中空部は、その断面形状が矩形でも良く、またチューブ状でなくても良い。

積層ゴム支承免震装置５が挿入された柱２５、２５間には、短辺方向で耐震架構７が設けられている。本実施形態の耐震架構７は、免震装置設置階Ａの長辺方向端部に短辺方向で並ぶ柱２５、２５間に設けられている。耐震架構７は短辺方向梁３ｙの下方に、短辺方向梁３ｙと一体に構築された耐震壁的な構造を有するＲＣ造の壁で構成される。耐震架構７は、その左右端面を、積層ゴム支承免震装置５上方の柱２５の部分と一体に剛接合し、下端面は開放状態で形成される。

また、本実施形態においては、積層ゴム支承免震装置５が挿入された柱２５に接続される直上階Ｂの柱３５、３５の間に、短辺方向で耐震架構７０が設けられている。本実施形態における耐震架構７０は、上下の短辺方向梁３ｙ，３０ｙと一体に構築されたＲＣ造の耐震壁で構成される。耐震架構７０の左右端部、上下端部はそれぞれ、柱３５、柱３５および上下の短辺方向梁３ｙ，３０ｙと一体に接合されている。本実施形態における、耐震架構７と耐震架構７０は一体に構築されて全体で一つの耐震架構を形成している。なお、３０ｘは直上階Ｂの長辺方向梁、３６は直上階Ｂの滑り支承免震装置６上の柱である。

耐震架構７、７０は、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体に生じる地震時の「曲げモーメント」を負担する。すなわち、免震装置設置階Ａの短辺方向の梁を一部なくしたことに対して、地震時に積層ゴム支承免震装置５上方の構造体に作用する「曲げモーメント」に対する剛性と耐力を確保する機能を有している。耐震架構７、または耐震架構７０の一方で、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体の剛性と耐力を確保できる場合は、いずれか一方だけを設ければよい。なお耐震架構７、７０は、積層ゴム支承免震装置５上部の構造体に発生する「曲げモーメント」に対する剛性と耐力を有するものであればよく、ＲＣ造の耐震壁に限定されず、鉄骨製の耐震ブレース等でも良い。また、耐震架構７を設けることにより、その上部の短辺方向梁３ｙを省略しても良い。なお、耐震架構７、７０は「滑り支承免震装置６上方の構造体」の一部である。

本実施形態における、免震装置設置階Ａは地下１階に設定されているため、滑り支承免震装置６下方の柱２６部分と積層ゴム支承免震装置５下方の柱２５部分は、ともに免震建物の基礎と一体的に構築され剛性と耐力が確保されている。すなわち本実施形態における免震装置５、６より柱２５、２６の下方部分が、免震建物の基礎であるフーチング１０に接続され、そのフーチング１０、１０間に必要に応じて設けられるつなぎ梁１１、および土間スラブ１２と一体に構築され、積層ゴム支承免震装置５および滑り支承免震装置６よりも下方の構造体としての剛性と耐力が確保されている。なお、免震建物の基礎が杭を有する構造の場合、フーチング１０が杭と一体に構築され、免震装置５、６より下方の構造体に杭も含まれて剛性と耐力が確保される。

以上説明した本実施形態にかかる免震建物の作用について説明する。免震建物に地震による水平力が作用すると、各免震装置５、６より上方の構造体と下方の構造体が水平方向に相対的に変位する。この際、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体には、積層ゴム支承免震装置５からの水平力（減衰力と復原力）と、軸力の作用位置のずれによる「曲げモーメント」が発生する。一方、滑り支承免震装置６上方の構造体には、滑り支承免震装置６の摩擦抵抗と弾性変形による水平力と、軸力の作用位置のずれによる「曲げモーメント」が発生するが、その「曲げモーメント」は積層ゴム支承免震装置５上方の構造体に発生する「曲げモーメント」に比べ微少なものとなる。

地震時の短辺方向（Ｙ方向）の水平力による滑り支承免震装置６上方の構造体への「曲げモーメント」は、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体への「曲げモーメント」に比べ微少であるため、スラブ４を中空スラブとして剛性と耐力を高めることで対応することができる。このため滑り支承免震装置６が挿入された柱２６に接続される短辺方向の梁をなくすことができる。

一方、積層ゴム支承免震装置５は、地震時の短辺方向の水平力により、免震建物に要求される減衰力と復原力の大部分を発生するため、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体への「曲げモーメント」は、滑り支承免震装置６上方の構造体への「曲げモーメント」より大きくなる。この積層ゴム支承免震装置５上方の構造体への「曲げモーメント」に対して、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体の剛性と耐力が、耐震架構７、７０により確保されている。本実施形態において、耐震架構７と耐震架構７０は一体の耐震架構となって「曲げモーメント」に対応する。耐震架構７は免震装置設置階Ａの外壁部に短辺方向梁３ｙと一体的に構築されている。このため、短辺方向梁３ｙの梁背を大きくすることなく、耐震架構７とともに「曲げモーメント」に対応でき、免震装置設置階Ａの床面から梁下までの高さを高く確保することができる。短辺方向梁３ｙは扁平梁としてもよい。また、耐震架構７０は直上階Ｂに設けられるため、免震装置設置階Ａの床面から梁下までの高さに影響を与えることはない。

つまり、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体に生じる「曲げモーメント」に対して、短辺方向梁３ｙのみで対応するのではその断面が大きくなり、免震装置設置階Ａの床面から梁下までの高さが確保できない場合でも、耐震架構７、７０を設けることにより、免震装置設置階Ａの床面から梁下までの高さを確保しつつ、「曲げモーメント」にも十分に対応出来る。さらに、耐震架構７だけでは、「曲げモーメント」に対する積層ゴム支承免震装置５上方の構造体の剛性と耐力が十分に確保できない場合でも、直上階Ｂに耐震架構７０を構築することで対応できる。このため、免震装置５、６を設置する必要のある居室を有する階を、免震装置設置階Ａに設定しやすくなる。

地震時の長辺方向（Ｘ方向）の水平力による、滑り支承免震装置６上方の構造体への「曲げモーメント」も、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体への「曲げモーメント」に比べ微少であるため、長辺方向梁３ｘとスラブ４により対応することが出来る。一方、地震時の長辺方向の水平力による、積層ゴム支承免震装置５上方の構造体には、上記の短辺方向の水平力による「曲げモーメント」と同様の大きさの「曲げモーメント」が発生する。これに対してはスラブ４と柱２５に接続される長辺方向梁３ｘで対応する。長辺方向梁３ｘは、長辺方向の柱スパンＬｘが短辺方向の柱スパンＬｙより小さいため、長辺方向梁３ｘに作用する、長期荷重による曲げモーメントが、短辺方向梁３ｙにおける長期荷重による曲げモーメントより小さくなっている。このため、柱２５と接続される長辺方向梁３ｘに、地震時の長辺方向の水平力による「曲げモーメント」が加わっても、長辺方向梁３ｘの梁背を、短辺方向梁３ｙの梁背より大きくすることなく対応することが出来る。

また、本実施形態における免震装置設置階Ａは地盤面より下方に構築しているため、免震装置設置階Ａの階高が低くなることで掘削深さを浅くでき、掘削工事を簡略化できる。

以上説明した本実施形態にかかる免震建物にあっては、柱２と柱２、２間の梁３によるラーメン架構で各階スラブ４を支持して構築され、平面形状が長方形に形成され、長辺方向に並ぶ柱２のスパンＬｘが短辺方向に並ぶ柱２のスパンＬｙより短く設定されるとともに、積層ゴム支承免震装置５が挿入された柱２５および滑り支承免震装置６が挿入された柱２６で柱２が構成された免震装置設置階Ａを有し、免震装置設置階Ａの長辺方向の中間部に短辺方向で並ぶ柱２を、滑り支承免震装置６が挿入された柱２６により構成するとともに、滑り支承免震装置６が挿入された柱２６に接続される短辺方向の梁をなくしたため、床面から上階スラブ４下までの高さが確保された免震装置設置階Ａを免震建物に確保することができる。さらに、本実施形態における免震装置設置階Ａは地盤面より下方に設けられているため、免震装置設置階Ａの階高が低くなることにより、掘削深さを浅くすることが可能となり、経済的に免震建物を構築することができる。

本実施形態における免震建物においては、免震装置設置階Ａの直上階Ｂのスラブ４を中空スラブにより構成したため、短辺方向の梁をなくしてもスラブ４の剛性と耐力を確保することが出来る。したがって、スラブ４の剛性を確保しつつ、免震装置設置階Ａの床面からスラブ４下までの高さを確保できる。

本実施形態の免震建物１は、免震装置設置階Ａの長辺方向両端部に短辺方向で並ぶ柱２を、積層ゴム支承免震装置５が挿入された柱２５により構成するとともに、積層ゴム支承免震装置５が挿入された柱２５、２５間に、短辺方向で耐震架構７を設けているため、地震時の短辺方向（Ｙ方向）の水平力により、積層ゴム支承免震装置５から、それより上方の構造体へ作用する「曲げモーメント」に対し、短辺方向梁３ｙのみでこれに対応する場合に比べ、短辺方向梁３ｙの梁背を大きくすることなく対応でき、免震装置設置階Ａの床面からスラブ４下までの高さが確保しやすい。すなわち、地震時に免震建物に必要とされる復原力と減衰力を、免震装置設置階Ａの端部に配置した積層ゴム支承免震装置５に負担させることで、免震装置設置階Ａの階高を抑えつつ、免震装置設置階Ａの中央部では、従来柱のスパンが長く梁背が大きくなりやすかった短辺方向の梁がなくされ、床面からスラブ底までの高さで免震装置設置階Ａの室内空間を確保できる。また、免震装置設置階Ａの周囲の梁３ｘ、３ｙの梁背を小さくできることで、免震装置設置階Ａにおける床面から梁下までの高さを確保することができる。

本実施形態においては、積層ゴム支承免震装置５が挿入された柱２５に接続される直上階Ｂの柱３５、３５の間に、短辺方向で耐震架構７０が設けられているため、耐震架構７を十分なボリュームで構築できず、積層ゴム支承免震装置５より上方の構造体へ作用する「曲げモーメント」に対応できない場合でも、耐震架構７０により対応することができる。

本実施形態においては、耐震架構７と耐震架構７０を一体にして併設したが、これらを併設する場合でも必ずしも一体に構築する必要はない。また、本実施形態における耐震架構７、７０には短辺方向梁３ｙを組み込んだが、短辺方向梁３ｙとは別個に耐震架構７、７０を構築してもよい。

本実施形態では、滑り支承免震装置６を柱２に設置したが、滑り支承免震装置６に代えて、図７に示すように、ローラーやボールベアリングを用いた転がり支承による免震装置８（以下「転がり支承免震装置８」）を設置してもよい。この場合、地震時に転がり支承免震装置８より上方の構造体に作用する「曲げモーメント」は、積層ゴム支承免震装置５を用いた場合より小さくなる。すなわち、図７（ｂ）に示すように、転がり支承免震装置８より上方の柱芯位置と下方の柱芯位置とのずれ（δ₁）が微少であるため「軸力Ｐによる曲げモーメントＰ・δ₁／２」はわずかしか発生しない。さらにせん断力Ｑも、転がり支承の初期転がり抵抗分しか発生せず、図７（ａ）に示すように「水平力（せん断力）による曲げモーメントＱ・ｈ₁」も僅かである。このため、転がり支承免震装置８が滑り支承免震装置６とほぼ同様の機能を果たし、前述の実施形態と同様の効果を免震建物にもたらすことができる。

本実施形態では、免震装置設置階Ａの長辺方向に並ぶ柱２を二列設けたがこれに限定されるものではなく、三列以上設けてもよい。その際の耐震架構７は、免震装置設置階Ａの長辺方向両端部に短辺方向で並ぶ各柱２５、２５間それぞれに設置する。

また、本実施形態では、免震装置設置階Ａの短辺方向に並ぶ柱２を四列配置したが、これらの列数に限定されるものはない。例えば図８に示すように、短辺方向に並ぶ柱２を七列、長辺方向に並ぶ柱２を三列としてもよい。この場合、長辺方向両端部側で短辺方向に並ぶ複数列の柱２に積層ゴム支承免震装置５を挿入して、柱２５としても良い。その際の耐震架構７は、全ての柱２５、２５間に短辺方向で設けても、適宜選択した列の柱２５間にのみ設けても良い。ただし端部に配置する耐震架構７の数（列数）は左右の端部で一致させることが望ましい。この形態においても前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。勿論、図８の柱２の配列の場合にも、前述の実施形態と同様に、左右方向の最も外側の一列の柱２のみに積層ゴム支承免震装置５を挿入してもよい。これらの場合において、耐震架構７０は、短辺方向の「曲げモーメント」に有効に対応できるよう適宜配置すればよい。

本発明にかかる免震建物の好適な一実施形態を示す免震装置設置階の見上げ図である。 図１に示した免震建物の長辺方向の側断面図である。 図１に示した免震建物のＹ₁−Ｙ₁線矢視断面図である。 図１に示した免震建物のＹ₂−Ｙ₂線矢視断面図である。 図１に示した免震建物の積層ゴム支承免震装置周辺に発生するせん断力による曲げモーメントおよび軸力による曲げモーメントの発生状況を説明する説明図である。 図１に示した免震建物の滑り支承免震装置周辺に発生するせん断力による曲げモーメントおよび軸力による曲げモーメントの発生状況を説明する説明図である。 図１に示した免震建物に、滑り支承免震装置に代えて、転がり支承免震装置を適用した場合における、当該免震装置周辺に発生するせん断力による曲げモーメントおよび軸力による曲げモーメントの発生状況を説明する説明図である。 本発明にかかる免震建物の変形例を示す免震装置設置階の見上げ図である。 図１の免震装置に適用可能な滑り支承免震装置の一例を示す側断面図である。

符号の説明

２ 柱
３ 梁
４ スラブ
５ 積層ゴム支承免震装置
６ 滑り支承免震装置
７、７０ 耐震架構
２５ 積層ゴム支承免震装置が挿入された柱
２６ 滑り支承免震装置が挿入された柱
Ａ 免震装置設置階
Ｂ 免震装置設置階の直上階
Ｌｘ 長辺方向に並ぶ柱のスパン
Ｌｙ 短辺方向に並ぶ柱のスパン

Claims (3)

1. 柱と該柱間の梁によるラーメン架構で各階スラブを支持して構築され、平面形状が長方形に形成され、長辺方向に並ぶ柱のスパンが短辺方向に並ぶ柱のスパンより短く設定されるとともに、積層ゴム支承免震装置が挿入された柱および滑り支承免震装置が挿入された柱で上記柱が構成された免震装置設置階を有する免震建物であって、
   上記免震装置設置階の長辺方向の両端部に短辺方向で並ぶ上記柱を、上記積層ゴム支承免震装置が挿入された柱により構成するとともに、
   上記免震装置設置階で上記積層ゴム支承免震装置が挿入された上記柱間に、短辺方向で耐震架構を設け、
   上記積層ゴム支承免震装置が挿入された上記柱に接続される上記免震装置設置階の直上階の柱間に、短辺方向で耐震架構を設け、
   該免震装置設置階の長辺方向の中間部に短辺方向で並ぶ上記柱を、上記滑り支承免震装置が挿入された柱により構成するとともに、
   該滑り支承免震装置が挿入された柱に接続される短辺方向の上記梁をなくしたことを特徴とする免震建物。
2. 前記免震装置設置階の直上階の前記スラブを、中空スラブにより構成することを特徴とする請求項１に記載の免震建物。
3. 前記滑り支承免震装置に代えて、転がり支承免震装置を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の免震建物。

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