JP5570466B2 - ２棟の建物の連結部に対する加振実験方法 - Google Patents
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Description
本発明は、一端部が免震建物に連結されるとともに他端部が非免震建物に連結されることにより、これら免震建物と非免震建物との間に伸縮自在に設けられた連結部の地震時における挙動を検証するための加振実験方法に関するものである。
基礎に固定された非免震建物と免震装置が介装された免震建物とが隣接して建設されるとともに、これら建物間に連続した床を形成する場合がある。このような場合に、地震発生時には、上記免震建物と非免震建物との間に数十ｃｍの相対変位が生じることから、これら免震建物と非免震建物との間の連結部は、伸縮自在の支持部材（エキスパンション・ジョイント）によって連結し、当該支持部材の上面に、床材を載置することになる。
図７および図８は、本発明者等が先に試作したこの種の連結部における床構造を示すものである。
これらの図において、図中符号１が基礎との間に免震装置が介装された免震建物における床スラブであり、符号２が基礎に固定された非免震建物における床スラブである。これら床スラブ１、２上には、各々床材となるタイルカーペット１ａ、２ａが貼着されて敷設されており、これら床スラブ１、２間に、地震時に床スラブ１、２間に生じる相対変位に追従可能な連結部材３が設けられている。
これらの図において、図中符号１が基礎との間に免震装置が介装された免震建物における床スラブであり、符号２が基礎に固定された非免震建物における床スラブである。これら床スラブ１、２上には、各々床材となるタイルカーペット１ａ、２ａが貼着されて敷設されており、これら床スラブ１、２間に、地震時に床スラブ１、２間に生じる相対変位に追従可能な連結部材３が設けられている。
この連結部材３は、図７に示すように、床スラブ１、２間に、その接離方向に等間隔をおいて複数本（図では５本）の根太４が、隣接する根太４、４間において平行四辺形を形成する複数本の斜材５によってパンタグラフ状にピン連結されたエキスパンションジョイントによって構成されている。
さらに、図８に示すように、各々の根太４の上面には、隣接する根太４の上面側へと延出する金属板６が固定されており、隣接する金属板６は、互いの板面の一部を上記相対変位方向に重複させて設けられている。そして、これら金属板６上にウレタンフォーム製シート７が載置されている。このウレタンフォーム製シート７は、一端部７ａが貼着されるとともに他端部７ｂが自由端とされており、当該ウレタンフォーム製シート７上に、上記タイルカーペット１ａ、２ａと同様のタイルカーペット８がこれらと連続するように載置されている。
上記構成からなる連結部の床構造は、地震発生時に生じる免震建物と非免震建物との床スラブ１、２間の相対変位を、連結部材３の伸縮によって吸収するとともに、当該連結部材３の上面とウレタンフォーム製シート７の自由端側との間に滑りを生じさせることにより、地震終了後に当該ウレタンフォーム製シート７およびこれに載置されているタイルカーペット８を元位置に復帰させようとするものである。
ところで、地震時における免震建物と非免震建物との応答変位および応答加速度は、互いに大きく異なるために、上記連結部材３の挙動は、これら免震建物および非免震建物の応答変位や応答加速度の影響を受けることになる。
このため、地震時に、例えば上記連結部材３上のウレタンフォーム製シート７やタイルカーペット８が所定の挙動を実現可能か否か、あるいは特に上記連結部材３のタイルカーペット８上に、ロッカーや本棚等の什器類９を設置する要請がある場合には、想定される地震時に、これら什器類９がどのような挙動をするか、具体的には転倒等を生じて避難の妨げ等になるか否か等を事前に確認しておく必要がある。
一方、一般的に、建物の耐震実験や免震構造の性能実験等の地震に対する建物の応答を実験的に確かめる場合には、油圧シリンダによって地盤に対して移動自在に設けられた振動台上に上記建物を模した構造物を載置し、上記油圧シリンダに過去の大地震時に取得した変位および加速度に基づいて制御用の応答波形を入力することにより、実際に上記構造物に大地震時の振動を与える加振実験が実施されている。
ところが、このような加振実験によって、上述した地震時における応答が異なる免震建物と非免震建物とを連結する連結部材の挙動を確認するには、２台の振動台を用意して、一方の振動台に免震建物における推定応答波形を入力し、他方の振動台に非免震建物における推定応答波形を入力する必要がある。このため、実験設備として規模が極めて大きなものになり、導入コストや施設維持コストの観点から現実的ではない。
そこで、連結部材が設置される階が低層部の場合に、非免震建物の当該階の基礎部に対する相対変形は、さほど大きくないために、免震建物における免震層の基礎部に対する相対変形をシミュレーション等により求め、免震建物を振動台上に載置するとともに、非免震建物を地盤上に固定して、上記振動台に上記相対変形の波形を入力することにより、地震時における上記連結部材の応答変位については検証することが可能にある。
しかしながら、１台の振動台を用いた上記加振実験においては、固定されている非免震建物側から連結部材に対して、実際の地震時には当該非免震建物において生じる応答加速度が作用しないために、上記連結部材に作用する応答加速度を正しく検証することはできないという欠点がある。
このように、従来の振動台を用いた加振実験方法にあっては、１台の振動台によって、地震時に免震建物と非免震建物との間に介装されたエキスパンション等からなる連結部材に作用する応答変位および応答加速度を評価することが難しく、その開発が望まれている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、１台の振動台によって、非免震建物側の応答加速度を擬似的に再現する加振実験と併せて、地震時に免震建物と非免震建物との間に介装された連結部材に作用する応答変位および応答加速度を評価して、その設計の妥当性を検証することが可能になる２棟の建物の連結部材に対する加振実験方法を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、免震建物と非免震建物との間に伸縮自在に設けられた連結部の地震時における挙動を検証するための加振実験方法であって、予め想定される地震に対する上記免震建物および非免震建物の変位応答波形をシミュレーションによって求めて、上記免震建物および非免震建物の相対変位応答波形を算出し、次いで、上記連結部を間に介して当該連結部の上記非免震建物との連結部分を振動台に固定するとともに、当該連結部の上記免震建物との連結部分を固定台に固定して、上記振動台を、上記相対変位応答波形を加振波として駆動して加振実験を行うことにより上記連結部の応答を検証することを特徴とするものである。
また、請求項２に記載の発明は、免震建物と非免震建物との間に伸縮自在に設けられた連結部の地震時における挙動を検証するための加振実験方法であって、予め想定される地震に対する上記免震建物および非免震建物の加速度応答波形をシミュレーションによって求めて、上記免震建物および非免震建物の相対加速度応答波形を算出し、次いで、上記連結部を間に介して当該連結部の上記非免震建物との連結部分を振動台に固定するとともに、当該連結部の上記免震建物との連結部分を固定台に固定して、上記振動台を、上記相対加速度応答波形を加振波として駆動して加振実験を行うことにより上記連結部の応答を検証することを特徴とするものである。
請求項１または２に記載の発明においては、振動台側を非免震建物側と想定して、振動台上に非免震建物側の連結部分を設置するとともに、地震時に免震層を介して地盤からの振動が緩和される免震建物側の連結部分を地盤上の固定台に固定して、上記振動台に予めシミュレーションによって求めた想定される地震時の相対変位応答波形または相対加速度応答波形を加振波として入力しているために、連結部に対しては、免震建物および非免震建物の相対的な応答変位または応答加速度を考慮した高い精度による検証を行うことができる。
また、一般に非免震建物側の応答加速度は、５００Ｇａｌ以上が想定されるのに対して、免震建物側の応答加速度は、１００Ｇａｌ程度と相対的に小さいために、請求項２に記載の発明のように、シミュレーションによって免震建物および非免震建物の加速度応答波形も求めて、上記振動台を、上記相対加速度応答波形を加振波として駆動して加振実験を行うことにより、概ね実際の地震時における応答を再現することができる。この結果、上記非免震建物の連結部分が設置された振動台を、上記相対応答加速度波形を加振波とし駆動することにより、非免震建物側に対しても、擬似的な振動実験を行うことができる。
したがって、請求項１または２に記載の発明によれば、１台の振動台によって、免震建物および非免震建物間に介装される連結部に対する実際の地震を模した精緻な加振実験と、非免震建物側に対する模擬的な振動実験とを同時に行うことができる。
以下、図面に基づいて、本発明に係る２棟の建物の連結部に対する加振実験方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態に試験体として用いた免震建物および非免震建物の連結部は、図７および図８に示したものと同一の構成であるために、同一符号を用いてその構成の説明を簡略化する。
この加振実験方法においては、事前に、過去の地震データに基づいて、想定される地震に対する免震建物および非免震建物の変位応答波形または加速度応答波形をシミュレーションによって求める。そして、これらの個々の変位応答波形または加速度応答波形から、その差分となる上記免震建物および非免震建物の相対変位応答波形または相対加速度応答波形を算出する。
例えば、図３は、２００７年新潟県中越沖地震の地震データに基づいて、シミュレーションによって求めた免震建物および非免震建物の最大加速度および最大変位、並びに上記免震建物および非免震建物の相対加速度および相対変位を示すものである。また、図４は、非免震建物の加速度応答波形、並びに上記免震建物および非免震建物の相対加速度応答波形および相対変位応答波形を示すものである。
さらに、図５は、２００４年新潟県中越地震の地震データに基づいて、シミュレーションによって求めた免震建物および非免震建物の最大加速度および最大変位、並びに上記免震建物および非免震建物の相対加速度および相対変位を示すものである。また、図６は、非免震建物の加速度応答波形、並びに上記免震建物および非免震建物の相対加速度応答波形および相対変位応答波形を示すものである。
そして次に、図１および図２に示すように、連結部材３を用いた連結部（ＥＸＰＪ部）を間に介して、この連結部と連結される非免震建物側の床スラブ（連結部分）２を振動台に固定するとともに、上記連結部と連結される免震建物側の床スラブ（連結部分）１を、実験設備の床上に固定されたテストフロア（固定台）に固定する。
そして、床スラブ１、２および連結部材３上、ならびに床スラブ１、２上に載置した什器類９上に、各々の箇所の加速度を計測するための加速度計１０を設置するとともに、床スラブ１に、対向する床スラブ２との間隔を計測するレーザ式の変位計１１を設置する。
このようにして、試験体および計測計の設置が完了した後に、上記振動台を、予め求めた上記相対変位応答波形または上記相対加速度応答波形を加振波として駆動する加振実験を行う。そして、上記加速度計１０および変位計１１によって得られたデータによって、上記連結部における変位および加速度の応答を検証する。
以上の構成からなる加振実験方法においては、振動台側を非免震建物側と想定して、当該振動台上に連結部と連結される非免震建物側の床スラブ２を設置し、他方地盤上に固定されたテストフロアに上記連結部と連結される免震建物側の床スラブ１を設置して、上記振動台に予めシミュレーションによって求めた、想定される地震時の相対応答波形または相対加速度応答波形を加振波として入力しているために、１台の振動台によって、免震建物および非免震建物間に介装される連結部に対する実際の地震を模した精緻な加振実験と、非免震建物側に対する模擬的な振動実験を同時に行うことができる。
すなわち、地震に対する連結部が設けられた免震建物および非免震建物の階の応答を、各々１質点系で考察すると、地震時の地盤の変位をｘ0、地盤に対する免震建物の上記階における相対変位をｘ1、同じく地盤に対する非免震建物の上記階における相対変位をｘ2、とすると、免震建物の絶対変位Ｘ1＝ｘ1＋ｘ0、非免震建物の絶対変位Ｘ2＝ｘ2＋ｘ0になる。
そして、連結部（ＥＸＰＪ部）における相対変位Ｘを解析によって求めれば、上記相対変位Ｘ＝Ｘ2−Ｘ1＝（ｘ2＋ｘ0）−（ｘ1＋ｘ0）＝ｘ2−ｘ1 になる。
また、免震建物の上記階における応答加速度がα1、非免震建物の上記階における応答加速度がα2であれば、連結部（ＥＸＰＪ部）の相対加速度α＝α2−α1である。
また、免震建物の上記階における応答加速度がα1、非免震建物の上記階における応答加速度がα2であれば、連結部（ＥＸＰＪ部）の相対加速度α＝α2−α1である。
したがって、連結部に対しては、免震建物および非免震建物の相対的な応答変位または応答加速度を考慮した高い精度による検証を行うことができる。
また、本来、非免震建物における応答加速度はα2であるが、上述したように、非免震建物側の応答加速度α2は、５００Ｇａｌ以上が想定されるのに対して、免震建物側の応答加速度α1は、１００Ｇａｌ程度と相対的に小さいために、上記振動台を、上記相対加速度（α2−α1）の応答波形を加振波として駆動して加振実験を行っても、概ね実際の地震時における応答を再現することができる。
この結果、上記非免震建物の連結部分が設置された振動台を、上記相対応答加速度波形を加振波とし駆動することにより、非免震建物側に対しても、擬似的な振動実験を行うことができる。
なお、図３〜図６に示した２００７年新潟県中越沖地震の地震データおよび２００４年新潟県中越地震の地震データに基づいて、本発明者等が行った解析結果によれば、相対変位（ｘ2−ｘ1）の応答波形における卓越周期が、３〜５秒程度の長周期側であって、かつ非免震建物の上記階が低層部であって、応答加速度α2の周期が１秒程度までの短周期側にある場合に、上記相対変位応答波形を加振波として駆動して加振実験を行うことにより、連結部における相対変位と非免震建物側の加速度の再現を、同時に高い精度で再現し得ることが判明している。
以上のように、上記構成からなる免震建物および非免震建物の２棟の建物の連結部に対する加振実験方法によれば、１台の振動台で、非免震建物側の応答加速度を擬似的に再現する加振実験と併せて、地震時に免震建物と非免震建物との間に介装された連結部に作用する応答変位を評価して、その設計の妥当性を検証することが可能になる。
免震建物と非免震建物との間に伸縮自在に設けられた連結部の地震時における挙動を検証するために利用可能である。
１ 床スラブ（免震建物側の連結部分）
２ 床スラブ（非免震建物側の連結部分）
３ 連結部材
９ 什器類
１０ 加速度計
１１ 変位計
２ 床スラブ（非免震建物側の連結部分）
３ 連結部材
９ 什器類
１０ 加速度計
１１ 変位計
Claims (2)
- 免震建物と非免震建物との間に伸縮自在に設けられた連結部の地震時における挙動を検証するための加振実験方法であって、
予め想定される地震に対する上記免震建物および非免震建物の変位応答波形をシミュレーションによって求めて、上記免震建物および非免震建物の相対変位応答波形を算出し、
次いで、上記連結部を間に介して当該連結部の上記非免震建物との連結部分を振動台に固定するとともに、当該連結部の上記免震建物との連結部分を固定台に固定して、上記振動台を、上記相対変位応答波形を加振波として駆動して加振実験を行うことにより上記連結部の応答を検証することを特徴とする２棟の建物の連結部に対する加振実験方法。 - 免震建物と非免震建物との間に伸縮自在に設けられた連結部の地震時における挙動を検証するための加振実験方法であって、
予め想定される地震に対する上記免震建物および非免震建物の加速度応答波形をシミュレーションによって求めて、上記免震建物および非免震建物の相対加速度応答波形を算出し、
次いで、上記連結部を間に介して当該連結部の上記非免震建物との連結部分を振動台に固定するとともに、当該連結部の上記免震建物との連結部分を固定台に固定して、上記振動台を、上記相対加速度応答波形を加振波として駆動して加振実験を行うことにより上記連結部の応答を検証することを特徴とする２棟の建物の連結部に対する加振実験方法。
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