JP5264241B2

JP5264241B2 - 免震構造建物

Info

Publication number: JP5264241B2
Application number: JP2008080963A
Authority: JP
Inventors: 賢二吉松; 久義石橋; 利雄前川
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-03-26
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-03-26
Also published as: JP2009235700A

Description

本発明は、地震の波が当該免震構造建物に到達する前に当該免震構造建物に伝達される地震速報を利用した免震構造建物に関する。

免震ゴム装置と弾性すべり支承装置とロック機構付きのダンパー装置とで免震層が構成された免震構造建物において、建物の免震ピット基礎に設けられた加速度計により計測された地震の大きさの情報を入力してロック機構付きのダンパー装置をロック解除状態に制御する制御装置を備えた免震構造建物が知られている（例えば、特許文献１など参照）。この免震構造建物は、強風時において建物が揺れて居住性が悪化するのを防止するために強風時においてはダンパー装置をロックし、強風時以外はダンパー装置のロックを解除することにより免震化するというものである。
特開２００６−１４４３４６号公報

上記免震構造建物においては、強風時にダンパー装置がロックされている状態において地震が発生した場合には、制御装置が、建物の免震ピット基礎に設けられた加速度計からの情報を入力してダンパー装置のロックを解除することになるが、加速度計からの情報を入力した後に制御装置がダンパー装置のロックを解除する制御を行なう場合、ロックの解除（免震化）が地震の波の到達に間に合わない可能性があり、この場合、地震時に建物を十分に免震化できないという問題点があった。
そこで、本発明は、免震構造建物に地震の波が到達する前に免震構造建物の免震化が図れる免震構造建物を提供する。

本発明による免震構造建物は、建物部の下に免震構造部を備えた免震構造建物において、免震構造部を形成する空気薄膜形成装置と、空気薄膜形成装置に空気を供給する空気供給源と、加速度検出器と、制御装置とを備え、各地に配置された地震計で観測された観測データに基いて作成されて当該観測された地震の波が当該免震構造建物に到達する前に当該免震構造建物に伝達される地震速報を受信した制御装置が空気供給源を駆動させ、空気供給源が空気薄膜形成装置に空気を供給して空気薄膜形成装置と地盤との間に空気薄膜が形成されることによって、建物部が免震化され、制御装置が、地震速報を受信した後に加速度検出器からある設定時間にわたる所定値以下の加速度値を入力した場合に、空気供給源の駆動を停止することを特徴とする。
地震時に免震化された免震構造建物を水平方向に支持する建物緩衝支持手段を備えたことも特徴とする。
自家発電機と、停電検出手段と、自家発電機駆動指示手段とを備え、地震時に停電した場合には、自家発電機駆動指示手段が、地震速報を受信した制御装置から出力される地震検知信号と停電検出手段からの停電検出信号との両方を入力した場合に、自家発電機を駆動し、自家発電機が空気供給源を駆動させたことも特徴とする。
空気供給源と空気薄膜形成装置との間に、空気供給源から供給された空気を圧縮した状態に蓄えるタンクを備え、タンクで蓄えられた圧縮空気が空気薄膜形成装置に供給されることも特徴とする。

本発明によれば、地震時に、地震速報により空気薄膜形成装置と地盤との間に空気薄膜が形成されることによって、免震構造建物に地震の波が到達する前に免震構造建物の免震化が図れる免震構造建物が得られるとともに、制御装置は、地震速報を受信した後に加速度検出器からある設定時間にわたる所定値以下の加速度値を入力した場合に、空気供給源の駆動を停止するので、空気薄膜形成装置が地盤に設置（着床）し、免震構造建物の免震化が解除されるため、地震後の建物の揺れの長期化を防止できる。
建物緩衝支持手段を備えたので、地震時に免震化された免震構造建物を水平方向に支持できる。
地震時に停電した場合には、自家発電機が空気供給源を駆動するので、地震によって停電した場合でも、免震構造建物の免震化が図れるようになる。
空気供給源と空気薄膜形成装置との間に、空気供給源から供給された空気を圧縮した状態に蓄えるタンクを備えたので、より速やかに空気薄膜形成装置と地盤との間に空気薄膜を形成できるようになって、より迅速に免震化を達成できる。

最良の形態１．
図１乃至図３は最良の形態１を示し、図１は免震構造建物の概要を示し、図２は空気薄膜形成装置の非作動時の状態を示し、図３は空気薄膜形成装置の作動時の状態を示す。

免震構造建物１は、図１に示すように、免震構造部２と建物部３と制御装置４と停電補償手段５０とを備える。
免震構造部２は、エアベアリングと呼ばれる空気薄膜形成装置５と、空気供給源としてのコンプレッサ６と、建物緩衝支持手段としてのスプリングばね７とを備える。空気薄膜形成装置５は、免震構造建物１の免震ピット基礎８の底面９に設置され、空気薄膜形成装置５の上に建物部３が設置される。コンプレッサ６は、空気薄膜形成装置５の後述するダイヤフラム５３内に空気を供給するものであり、建物部３又は免震ピット基礎８に設置される。スプリングばね７は、一端部と建物部３とが連結され、他端部と免震ピット基礎８の内側壁１０とが連結され、地震時に免震ピット基礎８の底面９より浮いて地盤１２と離れる建物部３の水平移動を支持する。また、免震ピット基礎８の底面９又は建物部３の近傍の地盤１２には加速度検出器１３が設けられる。

空気薄膜形成装置５は、建物部３の建物基礎１１の下端部が連結される荷重支持台５１と、荷重支持台５１の下面５２に設けられたダイヤフラム５３とを備える。荷重支持台５１は、建物部３の建物基礎１１の下端部が連結される基台部５５と、基台部５５の周縁部より下方に垂直に延長して免震ピット基礎８の底面９に接触する脚部５６とを備える。荷重支持台５１には、コンプレッサ６からの空気供給ホース５７と繋がれてコンプレッサ６からの空気をダイヤフラム５３の内側に導入するための空気導入部５８が設けられる。

ダイヤフラム５３は、薄厚のゴムにより形成され、周縁部４５が荷重支持台５１の下面５２に取付けられ、中央部４６が中央部固定手段４７で荷重支持台５１の下面５２に取付けられる構成である。荷重支持台５１の下面５２と連結されたダイヤフラム５３の中央部と周縁部と荷重支持台５１の下面５２とで囲まれたダイヤフラム空間６０に空気導入部５８を経由して空気が導入されると、ダイヤフラム空間６０内に供給された空気がダイヤフラム５３の中央部と周縁部との間において形成された複数の孔６１を経由してダイヤフラム５３の外側に漏れることによって、ダイヤフラム５３と免震ピット基礎８の底面９との間に空気薄膜Ｘ（エアフィルム）（図３参照）が形成される。つまり、空気薄膜形成装置５が免震ピット基礎８の底面９より浮上し、建物部３と地盤１２とが離れることで、建物部３が免震化される。尚、空気薄膜形成装置５が作動していない常時においては、空気薄膜形成装置５の脚部５６と免震ピット基礎８の底面９とが接触（着床）しているので、風揺れや建物内の振動源による振動が発生しにくく、居住性が確保される。

空気薄膜形成装置５は、例えば、１０００トン以上の重量物を０．１５〜０．３５ＭＰａの空気で浮かせることが可能である。一般に中高層建築物の場合、柱１本当たりの軸力は１０００トン以下なので、１０００トン以上の重量物を０．１５〜０．３５ＭＰａの空気で浮かせることが可能な空気薄膜形成装置５を柱１本に対して１つ設ければ、複数の空気薄膜形成装置５によって、中高層建築物程度の建物部３を充分に浮かすことができるので、建物部３と地盤１２とを離して建物部３の免震化を図ることができる。

制御装置４は、建物部３内又は建物部３の近傍に設けられる。制御装置４は、地震速報伝達手段１００を経由して送られてくる地震情報を受信してコンプレッサ６を駆動する。これにより、コンプレッサ６から空気薄膜形成装置５のダイヤフラム５３内に圧縮空気が供給され、ダイヤフラム５３と免震ピット基礎８の底面９との間に空気薄膜Ｘが形成される。即ち、地震速報を受信した制御装置４がコンプレッサ６を駆動することによって、コンプレッサ６から空気薄膜形成装置５のダイヤフラム５３内に圧縮空気が供給され、これにより空気薄膜形成装置５と地盤１２との間に空気薄膜Ｘが形成されて、建物部３が免震化される。

地震速報伝達手段１００は、地震波を観測するために日本全国の各地の約１０００箇所に配置された複数の地震計１０１と、地震計１０１で地震波が観測された場合にその観測データ１０２を受信してこの観測データ１０２により、いわゆる緊急地震速報と呼ばれる地震速報を作成するデータ管理部１０３とを備える。
データ管理部１０３は、例えば、気象庁や特定の民間管理会社である。データ管理部１０３で作成された地震速報は、有線又は無線などの図外の通信手段により国民（民衆）に送信される。
データ管理部１０３は、観測データ１０２に基いて震源位置と地震の大きさ（マグニチュード）を計算することによって地震速報を作成し、地震速報の情報提供先となる建物に対して、当該建物に地震波が到達する前に当該建物に地震速報を伝達することを目的とする。
即ち、上記地震速報は、地震計１０１で観測された観測データ１０２に基いて作成され、情報供給先の建物に地震の主要動（Ｓ波）による強い揺れが到達する数秒〜数十秒前に、強い揺れが当該建物に到達するまでの時間と地震の大きさを当該建物の居住者に伝達することを目的とした地震情報である。

停電補償手段５０は、自家発電機４１と、停電検出手段４２と、自家発電機駆動指示手段４３とを備える。

制御装置４は、地震速報伝達手段１００を経由して伝達される地震速報を受信した場合には、コンプレッサ６を駆動する。これにより、コンプレッサ６からダイヤフラム空間６０に圧縮空気が供給されると、図２に示すように、荷重支持台５１の脚部５６とダイヤフラム５３の下面と免震ピット基礎８の底面９とが接触した状態から、図３に示すように、ダイヤフラム５３と免震ピット基礎８の底面９との間に膜厚Ｄの空気薄膜Ｘが形成されて、空気薄膜形成装置５が免震ピット基礎８の底面９より浮上し、建物部３の免震化が図れる。

また、地震時の免震化により地盤１２と離れた建物部３がスプリングばね７により免震ピット基礎８の内側壁１０に支持されるので、スプリングばね７が、地震時に免震化された免震構造建物１を水平方向に支持して、免震構造建物１と免震ピット基礎８の内側壁１０との衝突を防止する。

上述した地震速報伝達手段１００を経由して送られてくる地震速報を受信した免震構造建物１が震源に近い地域になければ、免震構造建物１が地震速報を受けてから免震構造建物１に強い揺れ（地震の主要動（Ｐ波））が到達するまでには数秒〜数十秒の余裕がある。よって、制御装置４は、強い揺れが来る前にコンプレッサ６を駆動して空気薄膜形成装置５を作動させることができ、余裕を持って建物部３を免震化できるようになる。

制御装置４は、地震が弱まったことを確認した後、例えば、地震速報を受信した後に加速度検出器１３から送信されてくる加速度値を受信して、ある設定時間（例えば３０秒間）にわたって観測される加速度値が所定値以下（例えば、１ｇａｌ以下）になった場合（即ち、加速度は正負交互に波形となって観測され、大きな地震の途中でも瞬間値は小さくなることもあるので、ある設定時間の間、加速度を計測することが必要である）、あるいは、地震速報を受信した後に所定時間を経過したことを図外のタイマからの所定時間経過信号により確認した後に、コンプレッサ６の駆動を停止して空気薄膜形成装置５の作動を停止させる。これにより、空気薄膜形成装置５の脚部５６が免震ピット基礎８の底面９に接触して建物部３が着床するので、免震構造建物の免震化が解除されるため、地震後の建物の揺れの長期化を防止できる。

つまり、制御装置４は、コンプレッサ６を駆動して空気薄膜形成装置５を作動させることで建物部３を免震化した後に地震が弱まったことを示すリセット信号としての、加速度検出器１３からのある設定時間にわたる所定値以下の加速度値、あるいは、タイマからの所定時間経過信号を入力した場合に、コンプレッサ６を停止して空気薄膜形成装置５を非作動状態にして、空気薄膜形成装置５の脚部５６を免震ピット基礎８の底面９に設置させる。これにより、地震後の揺れの長期化、特に長周期地震のような地震の後の揺れの長期化を防ぎ、居住性を向上できる。

尚、地震により停電した場合には、自家発電機駆動指示手段４３が、地震速報を受信した制御装置４から出力される地震検知信号と停電検出手段４２からの停電検出信号との両方を入力した場合に、自家発電機４１を駆動し、自家発電機４１で起こした電気によりコンプレッサ６を駆動することで、空気薄膜形成装置５を作動させる。これにより、地震によって停電した場合でも、建物部３の免震化が図れるようになる。尚、地震により停電した場合には、制御装置４がバックアップ電源により動作補償された後に自家発電機４１からの電力が制御装置４に供給されて制御装置４が動作を維持する。

最良の形態１によれば、免震構造建物１に地震の波が到達する前に免震構造建物１の免震化が図れる免震構造建物１を提供できる。また、空気薄膜形成装置５が作動していない常時においては、空気薄膜形成装置５の中央部４６が免震ピット基礎８の底面９と接触しているので、風揺れや建物内の振動源による振動が発生しにくく、居住性が確保される。

最良の形態２．
図４に示すように、コンプレッサ６と空気薄膜形成装置５との間に、コンプレッサ６から供給された空気を圧縮した状態に蓄えるタンクとしての蓄圧タンク７０を備え、この蓄圧タンク７０に圧縮空気を常時蓄えておいて、地震の際に、蓄圧タンク７０内の圧縮空気を空気薄膜形成装置５に供給する。即ち、コンプレッサ６の吐出口と蓄圧タンク７０の入口とが管７１で連結され、蓄圧タンク７０の出口と空気導入部５８（図２；３参照）とが空気供給ホース５７で連結される。即ち、空気供給ホース５７の一端部と蓄圧タンク７０の出口とが互いに連結され、空気供給ホース５７の他端側は分岐して分岐した各他端部と各空気薄膜形成装置５の空気導入部５８とが互いに連結される。蓄圧タンク７０の出口に繋がれた空気供給ホース５７の分岐していない一端部には、空気供給ホース５７の流路を開閉する電磁開閉バルブ７２が設けられる。従って、地震時以外の常時においては、電磁開閉バルブ７２を閉じておいて、定期的にコンプレッサ６を駆動して蓄圧タンク７０内に圧縮空気を蓄えておき、地震の際に、制御装置４が地震速報伝達手段１００を経由して伝達される地震速報を受信した場合には、地震速報を受信した制御装置４から出力される地震検知信号ａによりコンプレッサ６を駆動するとともに電磁開閉バルブ７２を開いて蓄圧タンク７０内の圧縮空気を空気薄膜形成装置５に供給する。
最良の形態２によれば、地震時以外の常時において、圧縮空気を蓄える蓄圧タンク７０を備えたので、制御装置４が地震速報を受信した場合には、地震速報を受信した制御装置４から出力される地震検知信号ａにより電磁開閉バルブ７２を開いて蓄圧タンク７０から空気薄膜形成装置５に速やかに圧縮空気を供給できるので、より速やかに空気薄膜形成装置５と地盤１２との間に空気薄膜を形成できるようになって、より迅速に免震化を達成できる。

尚、建物管理者やその他の人が、緊急地震速報と呼ばれる地震速報を得た場合に、その建物管理者やその他の人がコンプレッサ６の駆動や電磁開閉バルブ７２のバルブ動作を行って空気薄膜形成装置５を作動させることにより、建物部３が免震化される免震構造建物１としてもよい。

建物緩衝支持手段としては、スプリングばね７の他、ゴムなどのような緩衝材を用いることができる。

免震構造建物を示す構成図（最良の形態１）。空気薄膜形成装置の非作動状態を示す断面図（最良の形態）。空気薄膜形成装置の作動状態を示す断面図（最良の形態）。免震構造建物を示す構成図（最良の形態２）。

符号の説明

１免震構造建物、２免震構造部、３建物部、４制御装置、
５空気薄膜形成装置、７スプリングばね（建物緩衝支持手段）、１２地盤、
４１自家発電機、４２停電検出手段、４３自家発電機駆動指示手段、
７０蓄圧タンク（タンク）、１０１地震計、１０２観測データ、
Ｘ空気薄膜。

Claims

建物部の下に免震構造部を備えた免震構造建物において、
免震構造部を形成する空気薄膜形成装置と、空気薄膜形成装置に空気を供給する空気供給源と、加速度検出器と、制御装置とを備え、
各地に配置された地震計で観測された観測データに基いて作成されて当該観測された地震の波が当該免震構造建物に到達する前に当該免震構造建物に伝達される地震速報を受信した制御装置が空気供給源を駆動させ、空気供給源が空気薄膜形成装置に空気を供給して空気薄膜形成装置と地盤との間に空気薄膜が形成されることによって、建物部が免震化され、
制御装置が、地震速報を受信した後に加速度検出器からある設定時間にわたる所定値以下の加速度値を入力した場合に、空気供給源の駆動を停止することを特徴とする免震構造建物。
地震時に免震化された免震構造建物を水平方向に支持する建物緩衝支持手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の免震構造建物。
自家発電機と、停電検出手段と、自家発電機駆動指示手段とを備え、地震時に停電した場合には、自家発電機駆動指示手段が、地震速報を受信した制御装置から出力される地震検知信号と停電検出手段からの停電検出信号との両方を入力した場合に、自家発電機を駆動し、自家発電機が空気供給源を駆動させたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の免震構造建物。
空気供給源と空気薄膜形成装置との間に、空気供給源から供給された空気を圧縮した状態に蓄えるタンクを備え、タンクで蓄えられた圧縮空気が空気薄膜形成装置に供給されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の免震構造建物。