JP5229932B2

JP5229932B2 - 機械式激震対応免震構造装置

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Publication number: JP5229932B2
Application number: JP2006357484A
Authority: JP
Inventors: 稔紙屋
Original assignee: 稔紙屋
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2026-12-28
Also published as: JP2008163702A

Description

建築構造物の激震対応免震構造装置で倒壊防止構造建築構造物に関する。

地震による免震構造装置では横揺れ防止構造や、上下動の緩衝装置については多種多様ある。平成１８年６月２７日提出した特許願「特願２００６−２０１２７７」に於ける追加的事項である。重力をその重力自身の重力によって衝撃的重力荷重を緩衝する強固な構造を備えた傾倒壊防止構造建造物は少ない。技術的思想も不明である。

ドスン、ユラユラと揺れる縦、横の激震（震度７）が発生しても倒壊しない１００年以上耐久性のある免震構造で倒壊防止建築構造物の建造を課題とする。

特許願「特願２００６−２０１２７７」では遊具のブランコ原理によって、自由自在に横揺れする腰掛部分（Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ）と柱（Ｚ）は吊り金具によってフランジのボス、ピン（Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ）から吊り下がっていてブランコ状態であり、地面基礎（Ｄ）の定位置に固定されていない為、激震時には腰掛部分と柱が瞬間的に上昇して、直方体型建造物などは転倒する可能性がある。その為地震基礎（Ｄ）と腰掛部分（Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ）との空間に、自在に横揺れをして同時にアンカーボルト（ａ）と同等値の強固な固定力機能を兼備しながら、地面基礎と腰掛部分の距離を一定に保つ装置を取付け傾倒壊防止構造の建造物とする

そこでこの装置の構造（１）として図１に示す腰掛部の中心位置で真下の裏側にボス、ピンの軸受（Ｂ５）を設置する。地面基礎の中心にボス、ピンの中心軸受（Ｂ１）を設置する。地面軸受（Ｂ１）を中心に自由自在に回転可能な回転駒（ＫＭ１）（図４上面図）を取付ける。この回転駒はアンカーボルト（ａ）の固定力作用の機能を兼ねており、回転駒の中心から先端ボス（Ｂ２）までの半径（ｒ２）は地震による横揺れの最大半径（ｒ１）と同等値の長さとする。次に腰掛け部裏側のボス（Ｂ５）にも逆さにした回転駒（ＫＭ２）（先端のボスＢ４）を取付ける。回転駒（ＫＭ１）ボス（Ｂ２）と（ＫＭ２）ボス（Ｂ４）とを互いに連結により直径の長さの横揺れ（ｒ１×２）に対応可能とする。またその他の連結方法として回転駒（Ｂ２）とクロスジョイント（Ｎ）のボス、ピン（Ｂ３）に連結し、逆さ回転駒（ＫＭ２）ボス（Ｂ４）に連結、腰掛部ボス（Ｂ５）に連結して腰掛部の上昇を防止する固定力機能を兼備した傾倒壊防止建造物とする。その他回転駒の多様な連結設定方法があり、図１は腰掛部真下に設置する回転駒を省略した図である。

又別の強化した構造（２）としてフランジのボス（Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ）より吊下げている腰掛け部ボス（Ｑ、Ｒ、Ｓ、Ｔ）では、吊り金具用ボス、ピンを４箇所へ均等に設置して４点吊りとして吊り下げる構造であり、更に吊り金具用ボスと隣の吊り金具用ボスの中間にも４箇所ボス、ピン（Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ）（Ｂ５）を設置し、このボスの真下裏側に逆さ回転駒（ＫＭ３）をそれぞれ４箇所に取付けて自由回転とする。以下の説明は構造（１）と同様であって省略する。腰掛け部は自由に横揺れしながら４箇所に取り付け箇所を増やし強化してアンカーボルト（ａ）と同等の強固な固定力機能を兼ね備えて、柱や腰掛部の上昇を防止する免震構造とする。図２は腰掛部裏側に取付けた４箇所の内の１箇所に回転駒を設置して、地面基礎上に設置する回転駒を省略した図である。

更に倒壊防止構造（３）の図３ａを説明すると、図１の地面基礎に取り付けた回転駒（ＫＭ１）と、図２で腰掛部裏側に取付けた回転駒（ＫＭ２）を取り外し、代替装置として同じ位置に屈伸、屈折運動が可能なスライダクランク構造のアーム、軸（さ、し、そ、た、ち）（図５、図６）を取付ける。図３ａは側面図であり、図６はスライダクランク構造を４箇所設置する場合の１箇所（ｑ）の斜視図である。地面基礎の鋼板上（Ｙ）にボス（ｑ、ｒ、ｓ、ｔ）を４箇所設置してアーム、軸（さ、し）の回転軸受（Ｂ１）とする。アーム軸（さ、し）の構造はＬ型で軸部分（さ）と地面を這う部分（し）は一体部材１部品で構成する。アーム（し）の（先端軸受）ボス（Ｂ３）は軸（せ）部分の強固な軸受けとして連結するアーム軸（さ、し、そ、た、ち）の形状は図３ａ，図６で示すようにクランク型で成っていて、（す）、（せ）、の部分と、（た）の部分は軸として作用する。（そ）の部分はアーム（腕）として作用する。軸（た）の上端部分は軸（Ｂ４）（た）として腰掛け部のボス（Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ）（Ｂ４）に連結する。また鋼板上で軸（さ）は固定位置の中心点としてアーム（し）を半径（ｒ２）とする円周軌道上を軸（す、せ）（Ｂ２，Ｂ３）は周回運動する。軸（す）部分の構造は図１６で示すように鋼板上へ円周形状に製作した鍔付き溝型鋼（上向き）に沿って、内部から抜けて飛び出さないために鍔付き構造の笠付き軸（す）としてなる。笠部分は直方体形状で上向き鍔付き溝型鋼の内部をベアリングによりスライダ移動する構造とする。笠に部分（す）と軸（せ）は笠の中心部分ボス（Ｂ２）に差し込む形で抜けないように最も強固に連結する。鍔付き溝型鋼を横向きに据え付ける場合は溝の内部にローラー車輪（Ｐ５）をはめ込み、軸（せ）と連結して自在に回転し周回し円運動可能な構造とする。（す）（せ）（そ）（た）（ち）のクランク型一体部材の部品構造によりアンカーボルト（ａ）と同等値の強固な固定力機能を兼備する装置により、腰掛部の上昇を防止し倒壊防止構造建造物とする。

その他の連結方法として、軸（た）の上端部で腰掛け部のボスＢ４で連結する軸（た）の形状を腰掛部から地面基礎鋼板上（Ｙ）まで届く鉛直状の長さ（Ｌ５）として軸（ち）を連結する構造の場合は（図３ａ）（図６）、鋼板上では軸の直径を太くし柱の重力に耐え得る強度を保って万一の吊り金具の異常に備える。また軸（ち）底部（Ｐ１）にはベアリングを装着し地面基礎の鋼板上（Ｙ）を滑走する滑らかな回転運動可能な構造とする。各連結部分もベアリング使用で回転を円滑にする。柱に架かる重力荷重の作用する方向は、分力として腰掛部や吊り金具（ウニバーサルジョイント、クロスジョイント）、そしてフランジなどへ分力して全重量を吊り下げるものの一部重力は、軸（た）から軸（ち）底部（Ｐ１）へと地面基礎上の鋼板上（Ｙ）に架かる荷重となり建造物全体が風圧力によって横揺れを防止するための必要荷重として応用し、軸（た）（ち）（Ｐ１）でベアリングの摩擦抵抗力を利用したブレーキ効果機能としての働きに利用する。横揺れ防止装置を装着した場合にはブレーキ効果作用は不要である。また地震終了後、腰掛部が地面基礎中央の元の位置に戻る程度でなければならない。

ブランコ状態で横揺れにより腰掛部と地面基礎鋼板上との高さにおいて高低差（ｈ）が生ずる。アーム、軸（さ、し、す、せ、そ、た、ち）の部分が自由自在に回転するためには抵抗となる。そこで腰掛け部が地面に対して水平に、揺れ動く動作をさせる装置が必要となる為、腰掛部の吊り金具の長さを瞬時に調整する装置（図示せず）を取付けて解決する。又その他の防止策としてはブランコの腰掛部の横揺れは半球形状の面運動を描く軌跡となるので半球形状あるいは皿などすり鉢状の基礎地面鋼板形状とする構造がよい。アーム軸（さ）（し）もＬ型の直角ではなく鈍角とする。アーム（し）の長さはアーム（そ）の長さの約半分以内程度として、軸（３）が、軸（１）に衝突する危険動作を回避する構造とする。アーム（さ）の中心回転軸（１）の位置は種々の設定があるものの腰掛部（Ｕ，Ｖ、Ｗ、Ｘ）の下に４箇所設置する場合は横揺れ最大半径の円周上に設置する設定方法もよい。以上の構造によりスライダクランク形状のアーム軸取付け装置によって地面を這うように屈伸、屈折運動を反復し腰掛部の上昇を防止し建造物の傾倒壊防止構造とする。

激震時、１階部分の床用梁（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４）と筋交い（Ｇ）を利用し瞬間的上昇を防止する倒壊防止構造建造物については、免震構造本体の外枠である円筒形鋼管（Ａ）と円筒形鋼管の内部構造として設置する円錐台形鋼管（Ｂ）の上部に、円形で厚板鋼のフランジ（Ｃ）をかぶせる形状で接合固定する。１階部分の４本の床用梁Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４の下面（Ｆ１０）は、地震時の横揺れではフランジ（Ｃ）上面（ＣＦ）で滑走する、スライド構造とする。
図２ではフランジ（Ｃ）上面で床用梁をはさむ形で２本の小柱を立て小柱の間を床用梁がすべる状態としながら小柱（Ｅ）の上に補強用梁（ＦＥ）をのせ、かぶせる形で接合し床用梁が上に上がらないようにし、筋交い（Ｇ）を柱に溶接して強固とする。この形状は上下動の免震装置を装着しない場合の構造であり直方体型建造物の不安定要因を解消する傾倒壊防止構造建造物とする。

激震時の瞬間的上下動では、重力の衝撃的荷重が加わるためこの衝撃重力荷重を緩衝する装置は、構造的に重力に耐え得る強固な構造が必要であり油圧系やコンピューター制御の不使用で火災や停電になっても作動する安全な上下動緩衝構造でなければならない。つぎに重力荷重をその重力自身の重力によって衝撃的重力を緩衝する強固な免震構造の技術的思想、製作原理について説明する。平常時の柱に架かる重力荷重は常に静止重力エネルギーが働いていて、鉛直線方向に下に働く位置エネルギーである。この位置エネルギーであり静止重力エネルギーは激震によって突然上下動の運動重力エネルギーに変化する現象となる。この突然の運動重力エネルギーはこの物体自身の重力（地球の引力の為）によって下方向に落下運動するか又は上方向へ上昇運動するか、どちらが先かである。落下加速度を落下減速度に、上昇加速度を上昇減速度に徐々に減速作業を行えば衝撃的度合いは緩衝する。
例えば、公園などにある遊具のシーソーや遊園地のジェットコースターなどは車輪や車輪を利用して上り坂、下り坂を遠心重力運動するという作業を行う施設、設備、遊具であるように、物体の落下重力加速度を上昇重力減速度に坂道を利用して変化させる道具であり遊具である。スケートボードなど典型的な重力加速度、減速度遊具であると認識する。重力荷重をその重力荷重自身の重力によって衝撃的重力を緩衝し打ち消す装置の基本概念、製作原理とする。

そこで図７，図８により腰掛部の上面は平面（あ）である。腰掛部の上面に固定する柱（図１０，１１）の根元の底板（い）も平面であって通常は腰掛部の平面（あ）と接面している。この接面している部分を分離して空間とし空間部分（あ〜い）に上下動の免震構造装置（図１２，側面全体図）を設置する。腰掛部の平面（あ）をスケートボード等に採用される放物線曲面形状（う）の走行路面を選択設置するか、または上り、下りの勾配をつけた傾斜走行路面とするかどちらかの構造とする。傾斜角度はジャッキ等（え）により調整し重力荷重の量（トン数）により勾配角度を設定した後、固定する。図８の１ｋ〜２０ｋまでは放物線曲面形状の走行路面構造装置を取り付けた腰掛部型装置（う）の側面図であり、図８は取付けてない側面図である。図７は装置を取付けてない正面図である。縦長方形の小窓（６１〜６４、右左両側に設置）はアームリンクの主軸（図１３）（１５〜２２）の右左両端が上下動するスライス式の軸受けである。滑りながら上下動する主軸のガイドラインで振幅範囲（Ｈ３）を示す。縦長方形の上辺（６１，６４）、下辺（６２，６３）は上下運動する主軸の上限界辺、下限界辺である。

次に、図１１ではこの放物線曲面の走行路面構造を上へ１８０°逆さにした形状装置を柱の根元の底板（い）に、天井型装置部分（お）として設置する。図（１１）の２３から３６番までは天井型の放物線曲面形状の走行路面構造装置（お）を設置した柱の側面部分図である。図１０は設置しない正面図である。縦長方形小窓（３７〜４０）は腰掛け部の小窓（６１〜６４）と同じ働きをして同じ形状で同じ主軸の上下動のスライド作用をガイドする。

図１３はアームリンクの連鎖機構の構造を示す斜視図である。手前側アームリンク（４１，４２，４３）と（４４，４２，４５）も２本は交点４２で交差し、反対側（４６，４７，４８）（４９，４７，５０）の２本は交点４７で交差して合計４本の組み合せにより一組とする。主軸（１５〜２２）の中心軸（４２，４７）として回転運動可能とする。主軸（１５〜２２）の構造は一本の一体部材であり１５〜２２で両端部は直方体型としてアームリンクの中心軸回転部分は円柱とする。アームリンクの先端（４１，４６）、と（４４，４９）は天井型装置（お）に位置し、（４３，４８）と（４５，５０）は腰掛部型装置に位置して、先端に車軸を取付けてローラー車輪（５１〜５４）を装着し走行路面を登降する構造とする。それゆえに交点で交差するアームリンクの形状は手前側主軸を中心点とし側面視

５）の相似三角形、形状になる。図１４は天井側の中心（か）（走行路面の谷）へ、アームリンクの先端（４１，４６）と（４４，４９）のローラー車輪５１と５２が近くなる程、背伸びしたＸ文字形状（図１４）となる。次は図１５で柱に重力荷重が加わって重量を背負った時点では横につぶれたＸ文字形状に変形する運動となり、順次反復運動する構造とする。そこで変形するＸ文字形状でアームリンクの三角形（４１，４２，４４）と（４３，４２，４５）の高さは背伸びした三角形（図１４）の高さ（Ｈ１）からつぶれた三角形（図１５）の高さ（Ｈ２）の差（Ｈ３）が生じ、この差が衝撃重力を緩衝する実効範囲、作業範囲となる。このときに主軸（１５〜２２）が縦長方形の小窓でスライド運動する。

［運動機構の説明としては］、例１）として天井側、腰掛側の放物線曲面形状の走行路面が勾配角０°の平面であった場合、つぶれた三角形の高さは低く（Ｈ２）アームリンクのＸ文字形状もつぶれて低い。アームリンクのローラー車輪も天井側からの重力で押しつぶされている。主軸（１５〜２２）は柱側の静止重力荷重により柱側の小窓の縦長方形の上辺で停止する（上限界辺）。このとき主軸は腰掛け側の小窓の縦長方形の下辺で停止している（下限界辺）。
例２）天井側、腰掛け側の放物線曲面形状の走行路面が急勾配である場合。
三角形の高さは高く（Ｈ１）、アームリンクのＸ文字形状も背伸びして高く、ローラー車輪は天井側の谷（き）の位置へ上り詰めて停止し、腰掛け側の谷（か）の位置へ降り詰めて停止する。主軸は柱側小窓の縦長方形では下辺で停止する（下限界辺）。腰掛側小窓の縦長方形では上辺で停止する（上限界辺）。
例３）柱に架かる静止重力荷重の量（トン数）により放物線曲面形状の走行路面の勾配角度を設定する。または走行路面上の坂道をローラー車輪が登る為に何トンの押上げる力が必要か、どの辺の位置でつり合うか、を計算して設定する。

建築構造物を地上から数センチメートル浮上させブランコ状態とする構造では例え巨大地震が発生してもまったく横揺れはない。地震で新幹線が脱線した震災でもリニアモーターカーであった場合では浮上走行であるから脱線は起こらないと推察する。激震による横揺れ最大半径は不明であるが仮に関東大震災では半径５０〜６０ｃｍ位であったとすれば直径１００〜１２０ｃｍ、フランジ（Ｃ）の内径は少なくとも［直径１２０ｃｍ＋柱の最大直径］となるので余裕をとった数値で半径７０ｃｍとした場合［約１４０ｃｍ＋柱の直径］となる。腰掛け部の横揺れ時の半径約７０ｃｍをプラスすれば円錐台形鋼管の底面直径は［約２８０ｃｍ＋柱の直径］となる。高さも構造的規模によるものの約２００ｃｍもあれば全く揺れは体に感じないと思料する。横揺れは半径であるのか直径であるのか定かではない。吊り金具も本四架橋並みの耐久性を維持して１００年以上の持久性、耐久性構造により計り知れない経済的効果が生ずる。

円錐台形鋼管（Ｂ）のみの本体構造のフランジ（Ｃ）より吊下がる柱（Ｘ）と腰掛部の上昇を防止する回転駒ＫＭ１の転倒防止構造装置。円筒形鋼管（Ａ）とその内部に円錐台形鋼管を設置した本体構造の上部フランジより吊り金具によって吊り下がる腰掛部を上昇防止の為に取付けた回転駒ＫＭ２の倒壊防止構造装置。フランジより吊り金具によって吊下がっている腰掛部の上昇を防止するスライダクランク構造装置を腰掛部の下に設置した側面図。回転駒（ＫＭ）の上面図。溝形鋼を使用して円周起動上を周回運動する強化型スライダクランク構造装置のアームと軸を示す上面図。溝形鋼を使用して円周起動上を周回運動する強化型スライダクランク構造装置のアームと軸を示す斜視図。腰掛部側、上下動緩衝構造の本体正面図。腰掛部側、上下動緩衝構造の本体側面図。腰掛け部側、上下動緩衝構造の放物線曲面形状の走行路面を設置した本体側面図。柱側天井部の本体構造正面図。柱側天井部の放物線曲面形状の走行路面を設置した柱側側面図。上下動緩衝構造装置を装着した全体正面図。放物線曲面形状の走行路面を登降運動する組み合わせアームリンク連鎖運動機構体の斜視図。アームリンクの伸びた運動形態の側面図。アームリンクの縮んだ運動形態の側面図。上下動緩衝構造装置のを装着した全体上面図。

Ａ円筒形鋼管Ｂ円錐台形鋼管Ｃフランジ
Ｄ地面基礎Ｅ小柱Ｆ床用梁
ＦＥ補強用梁Ｇ筋交いＨ１〜３高さ
ＫＭ１〜２回転駒Ｂ１〜６ボスＹ基礎鋼板
Ｚ柱ａアンカーボルトＮ吊り金具
あ、い、う、え、お腰掛部部品名
か、き、く、け、こ腰掛部部品名

Claims

地面基礎鋼板上に円錐台形鋼管を設置し、該円錐台形鋼管上部に設けられるフランジに柱を支える腰掛部を吊下げ地面基礎鋼板と腰掛部の間に、腰掛部が自由に横揺れしながらアンカーと同様の固定力機能を有するスライダクランク構造装置を１乃至複数備えた免震構造装置において、前記スライダクランク構造装置は、棒状アーム部の先端に軸部がＬ字クランク型に形成された２本のアーム部材が上下に重合するアーム部を遊軸により回動自在に軸着し、上方側の第１アーム部材の軸部上端を前記腰掛部に回動自在に連結し、下方側の第２アーム部材の軸部を断面視にて先端が逆Ｔ字状の基軸として地面基礎鋼板に回転自在に固定し、該基軸を中心として前記遊軸は軸受を介して地面基礎鋼板の円周軌道を周回運動し、第１アーム部材の軸部下端に軸受を設けて地面基礎鋼板上を這い移動するように構成されてなることを特徴とする機械式激震対応免震構造装置。
地面基礎鋼板上に円錐台形鋼管を設置し、該円錐台形鋼管上部に設けられるフランジに柱を支える腰掛部を吊下げ地面基礎鋼板と腰掛部の間に、腰掛部が自由に横揺れしながらアンカーと同様の固定力機能を兼備した回転駒を１組若しくは複数組回転自在に取付けた免震構造装置において、前記回転駒は中心に軸孔を有する円盤状の本体部と軸孔を有する先端部を突き合わせ凹凸部を互いに組み合わせて中心を軸着した蝶番状に構成され、前記地面基礎鋼板と腰掛部にそれぞれ対向する軸部を設け、前記回転駒の軸孔に前記基礎鋼板又は腰掛部に設けた軸部をそれぞれ貫通し回転自在に軸着し或いは上下に対向する回転駒を回転自在に取付けて回転駒の前記先端部を互いに連結してなることを特徴とする機械式激震対応免震構造装置。