JP5638762B2 - 建築物 - Google Patents

Description

本発明は、下部構造物上に上部構造物を支持して免震層を構成する免震装置、及びこの免震装置を有する建築物に関する。

地盤上に構造物を支持すると共に免震層を構成する免震装置として、積層ゴム支承、滑り支承、又は転がり支承が一般的に用いられている。
また、積層ゴム支承と滑り支承とを組み合わせた複合型の支承が提案されている。例えば、図１５に示すように、特許文献１の免震支承装置３００では、積層ゴム体３０２の下端面に取付け板３０４が取り付けられ、この取付け板３０４が基礎３０６上に固定されている。

積層ゴム体３０２は、薄肉補強鋼板３０８とゴム層３１０とを交互に積層して形成されている。また、積層ゴム体３０２の上端面には、厚肉補強鋼板３１２を介して滑り材３１４が取り付けられており、上部構造物３１６に固定された介在体本体３１８の下面に形成された低摩擦層３２０に滑り材３１４が摺動自在に当接している。

よって、微小地震が発生した場合には、低摩擦層３２０と滑り材３１４との間の摩擦力により低摩擦層３２０と滑り材３１４との間に相対的滑り変位は生じず、積層ゴム体３０２のせん断変形によって上部構造物３１６へ伝達される振動が減衰される。

また、比較的大きな地震が発生した場合には、低摩擦層３２０と滑り材３１４との間に相対的滑り変位が生じ、この滑り変位による摩擦熱と、積層ゴム体３０２のせん断変形とによって上部構造物３１６へ伝達される振動が減衰される。

しかし、滑り当接面（低摩擦層３２０と滑り材３１４との接触面）の摩擦力が小さいので、積層ゴム体３０２だけでもまだ十分に免震性能を発揮できる(せん断変形できる）状態で低摩擦層３２０と滑り材３１４との間に相対的滑り変位が始まってしまうので、積層ゴム体３０２のゴム総厚が１０〜３０ｃｍ程度の場合には、積層ゴム体３０２の利用効率が悪くなってしまう。

また、滑り当接面の摩擦力が小さいために、摩擦熱による減衰（エネルギー吸収）効果が十分に期待できない。よって、他の減衰装置（例えば、鋼製ダンパーや粘性ダンパーなど）の設置が必要となる場合がある。

図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、特許文献２の免震装置３３２では、コンクリート３３４上に積層ゴム３３６が固定されており、建物の下部３３８に取り付けられている円盤状の摩擦板３４０に積層ゴム３３６の上端面が接している。

摩擦板３４０は、図１７の平面図に示すように、半径ｒの円の領域が低摩擦面部３４２となっており、この低摩擦面部３４２の外側の領域が高摩擦面部３４４となっている。
高摩擦面部３４４の摩擦係数は、低摩擦面部３４２の摩擦係数よりも大きく設定されており、低摩擦面部３４２及び高摩擦面部３４４の広さは、地震の規模に応じた免震性（摩擦板３４０に対する積層ゴム３３６の上端面の相対滑り変形）が発揮できるように設定されている。

このような構成により、地震時に積層ゴム３３６が変形し、摩擦板３４０に対する積層ゴム３３６の上端面の相対滑り変形量が小さい場合には、積層ゴム３３６の上端面と低摩擦面部３４２との間に生じる摩擦力によってダンパー効果を発揮し、摩擦板３４０に対する積層ゴム３３６の上端面の相対滑り変形量が大きい場合には、積層ゴム３３６の上端面と高摩擦面部３４４との間に生じる摩擦力によって積層ゴム３３６の変位を抑制することができる。

しかし、低摩擦面部３４２及び高摩擦面部３４４の摩擦係数は、摩擦板３４０に対する積層ゴム３３６の上端面の相対滑り変形による免震効果を発揮させる（相対滑り変形を開始する）タイミングに基づいて設定されているものであり、すなわち、積層ゴム３３６の性能低下や破損の防止、又は積層ゴム３３６の性能の最大限の利用を意図して設定されていない。

例えば、低摩擦面部３４２の摩擦係数が小さい場合、積層ゴム３３６がまだ十分に免震性及び減衰性を発揮できる(せん断変形できる）状態なのに相対すべり変形を開始してしまうことが懸念される。また、高摩擦面部３４４の摩擦係数が大きい場合、摩擦板３４０に対する積層ゴム３３６の上端面の相対滑り変形が抑制されて積層ゴム３３６の変形が大きくなり過ぎてしまい、積層ゴム３３６にハードニングや損傷を生じてしまうことが危惧される。

特開平９−３１０４０８号公報 実開昭６２−６１８５６号公報

本発明は係る事実を考慮し、積層ゴムの性能低下又は損傷を防ぐと共に、積層ゴムの性能を最大限に利用することができる免震装置、及びこの免震装置を有する建築物を提供することを課題とする。

第１態様の発明は、外乱により横方向に相対移動する下部構造物と上部構造物との間に設けられ、前記下部構造物上に前記上部構造物を支持する免震装置において、ゴム層と板部材とを交互に積層して形成され前記下部構造物の上面又は前記上部構造物の下面に取り付けられた積層ゴムと、前記上部構造物又は前記下部構造物と前記積層ゴムとの間に設けられて前記上部構造物の荷重を前記下部構造物に伝え、滑り変形によって前記下部構造物と前記上部構造物とを相対移動させる滑り装置と、を有し、前記積層ゴムに所定のせん断歪を生じさせるせん断力と前記滑り変形が開始される滑り出し荷重を等しくする。

第１態様の発明では、外乱により横方向に相対移動する下部構造物と上部構造物との間に免震装置が設けられている。免震装置は、下部構造物上に上部構造物を支持している。

免震装置は、積層ゴムと滑り装置を有している。積層ゴムは、ゴム層と板部材とを交互に積層して形成されており、下部構造物の上面又は上部構造物の下面に取り付けられている。

滑り装置は、上部構造物又は下部構造物と積層ゴムとの間に設けられて、上部構造物の荷重を下部構造物に伝える。また、この滑り装置は、滑り変形によって下部構造物と上部構造物とを相対移動させる。
そして、滑り装置の滑り変形が開始される滑り出し荷重を、積層ゴムに所定のせん断歪を生じさせるせん断力と等しくしている。

よって、中小規模の地震や風等により上部構造物に滑り出し荷重よりも小さい水平力が作用したときには、積層ゴムのせん断変形によって免震性能を発揮することができる。
また、大地震等により上部構造物に滑り出し荷重以上の水平力が作用したときには、滑り装置の滑り変形によって下部構造物と上部構造物とが横方向に相対移動するので、積層ゴムの大変形に起因して生じるこの積層ゴムの破損を防ぐことができる。

また、積層ゴムに所定のせん断歪を生じさせるせん断力以上の水平力が積層ゴムに作用するのを防ぐことができる。よって、積層ゴムの性能の低下が始まるせん断歪、又は積層ゴムの破損が始まるせん断歪を所定のせん断歪とすれば、積層ゴムの性能低下又は破損を防いで免震装置を安全に使用することができると共に、積層ゴムの性能を最大限に利用することができる。

第２態様の発明は、前記所定のせん断歪は、前記積層ゴムにハードニングが生じるせん断歪である。

第２態様の発明では、積層ゴムにハードニングが生じるせん断歪を所定のせん断歪とすることにより、積層ゴムの大変形（例えば、積層ゴムのせん断歪＝２．５（２５０％）程度）に起因して生じる積層ゴムのハードニング（ゴム硬化）を防ぐことができ、大地震等により下部構造物から上部構造物へ伝わる振動がこのハードニングによって急増するのを防ぐことができる。すなわち、積層ゴムの免震性能の低下を防ぐことができる。

第３態様の発明は、前記所定のせん断歪は、前記積層ゴムに破断が生じるせん断歪である。

第３態様の発明では、積層ゴムに破断が生じるせん断歪を所定のせん断歪とすることにより、例えば、再現期間５００年の地震（５００年に１回発生する極めて稀な地震）よりも大きな極大地震時等に起こり得る積層ゴムの大変形（例えば、積層ゴムのせん断歪＝４（４００％）程度）に起因して生じる積層ゴムのゴム破断を防ぐことができる。

第４態様の発明は、前記積層ゴムは、減衰機能を有する。

第４態様の発明では、積層ゴムの減衰機能によって、風や地震等によって上部構造物に生じる振動（変位）を低減することができる。

第５態様の発明は、前記積層ゴムは、鉛入り積層ゴム又は高減衰積層ゴムである。

第５態様の発明では、鉛入り積層ゴム又は高減衰積層ゴムの構成要素である、鉛部材又は高減衰ゴムの履歴減衰によって、風や地震等により上部構造物に生じる振動を効率よく減衰することができる。

第６態様の発明は、前記滑り装置は、滑り支承である。

第６態様の発明では、下部構造物に対して上部構造物が横方向に相対移動するときに滑り支承に生じる滑り摩擦力の摩擦減衰によって、振動エネルギーを吸収することができる。
また、滑り支承が滑り変形するときに、積層ゴムの上面又は下面の水平を保持した状態で積層ゴムをせん断変形させることができ、これによって積層ゴムの性能低下を防ぐことができる。

第７態様の発明は、前記滑り装置は、前記上部構造物の下面又は前記積層ゴムの下面に設けられた上滑り部材と、前記積層ゴムの上面又は前記下部構造物の上面に設けられた下滑り部材と、前記下滑り部材と前記上滑り部材との間に配置されて前記下滑り部材及び前記上滑り部材に回転可能に接触する複数の球体と、を有する。

第７態様の発明では、滑り装置が、上部構造物の下面又は積層ゴムの下面に設けられた上滑り部材と、積層ゴムの上面又は下部構造物の上面に設けられた下滑り部材と、前記下滑り部材と前記上滑り部材との間に配置された複数の球体を有している。
複数の球体は、下滑り部材及び上滑り部材に回転可能に接触している。

よって、下滑り部材（下部構造物）に対して上滑り部材（上部構造物）が横方向に相対移動するときに、下滑り部材と上滑り部材との間に生じる転がり摩擦力の摩擦減衰によって振動エネルギーを吸収することができる。
また、積層ゴムの上面又は下面の水平を保持した状態で積層ゴムをせん断変形させることができ、これによって積層ゴムの性能低下を防ぐことができる。

第８態様の発明は、第１〜第７態様の何れか１態様に記載の免震装置が、基礎免震層又は中間免震層に配置されている建築物である。

第８態様の発明では、建築物の基礎免震層又は中間免震層に免震装置が配置されている。
よって、積層ゴムの性能低下又は損傷を防ぐと共に、積層ゴムの性能を最大限に利用することができる免震装置を基礎免震層又は中間免震層に有する建築物を構築することができる。

第９態様の発明は、第１〜第７態様の何れか１態様に記載の免震装置のみによって、前記下部構造物上に前記上部構造物が支持されている建築物である。

第９態様の発明では、建築物の上部構造物が、免震装置のみによって下部構造物上に支持されている。

例えば、免震層に、免震装置と積層ゴムと鉛ダンパーとを並列に設置した場合、地震等により上部構造物が揺れて、下部構造物と上部構造物との相対移動変位が積層ゴムや鉛ダンパーの限界変位を過度に超えてしまうと、積層ゴムや鉛ダンパーに破損が生じ、積層ゴムや鉛ダンパーの性能を喪失してしまうことが危惧される。
これに対して、第９態様の建築物では、積層ゴム及び鉛ダンパーの破損を心配する必要のない免震層を構築することができる。

本発明は上記構成としたので、積層ゴムの性能低下又は損傷を防ぐと共に、積層ゴムの性能を最大限に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る建築物を示す立面図である。 本発明の第１の実施形態に係る免震装置を示す側断面図である。 免震層の水平変位に対する免震層のせん断係数を示す線図である。 本発明の第１の実施形態に係る滑り面の摩擦係数の求め方を説明する線図である。 従来の免震構造を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る免震装置を示す側断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る免震装置を示す斜視図である。 従来の曲面転がり支承を示す側断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る免震装置の変形例を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る滑り面の摩擦係数の求め方を説明する線図である。 本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。 本発明の実施例に係る免震層の水平変位に対する免震層のせん断係数を示す線図である。 本発明の実施例に係る免震層の水平変位に対する免震層のせん断係数を示す線図である。 本発明の実施例に係る免震層の水平変位に対する免震層のせん断係数を示す線図である。 従来の免震支承装置を示す説明図である。 従来の免震装置を示す説明図である。 従来の免震装置を示す説明図である。

図を参照しながら、本発明の免震装置及び建築物を説明する。なお、本実施形態では、鉄筋コンクリート造の建築物に本発明を適用した例を示すが、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の建築物に対して適用することができる。

まず、本発明の第１の実施形態について説明する。

図１の立面図に示すように、建築物１０は、地盤１８上に設けられた下部構造物としての鉄筋コンクリート造の基礎１２と、上部構造物としての鉄筋コンクリート造の上部建物１４とを有している。

基礎１２と上部建物１４との間には、基礎１２上に上部建物１４を支持する免震装置１６が設けられている。すなわち、建築物１０の基礎免震層４４に免震装置１６が配置されている。
これによって、基礎１２と上部建物１４とは、外乱により横方向に相対移動する。上部建物１４は、免震装置１６のみによって基礎１２上に支持されている。

図２（ａ）の側断面図に示すように、免震装置１６は、積層ゴムとしての鉛入り積層ゴム２０と、滑り装置としての滑り支承２２とを有している。

鉛入り積層ゴム２０は、鉛入り積層ゴム２０の下部フランジ３２を基礎１２の上面に取り付けることによって基礎１２に固定されている。

鉛入り積層ゴム２０は、円盤状のゴム層２４と円盤状の鋼製の板部材２６とを交互に積層して形成されており、平面視にてゴム層２４及び板部材２６の略中央に形成された孔２８に圧入された円柱状の鉛プラグ３０の塑性変形によって減衰機能を発揮する。
鉛入り積層ゴム２０は、建築物１０の構造設計において設定される地震動レベルに対して最適な免震周期と減衰とが得られるように設計すればよい。

滑り装置２２は、上部建物１４と鉛入り積層ゴム２０との間に設けられて、上部建物１４の荷重を基礎１２に伝える。
滑り支承２２は、滑り材４０、滑り層３４、及び滑り部材３６によって構成されている。

上部建物１４の下面には、下面に滑り層３４が形成された滑り部材３６が取り付けられている。すなわち、滑り部材３６と滑り層３４とによって、上滑り部材が構成されている。
また、鉛入り積層ゴム２０の上端面には、鉛入り積層ゴム２０の上部フランジ３８を介して下滑り部材としての滑り材４０が取り付けられており、この滑り材４０が滑り層３４に摺動可能に接触している。

滑り層３４は、ステンレス鋼板によって形成され、滑り材４０は、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）によって形成されている。なお、滑り部材３６と滑り層３４とは一体化されていてもよい。例えば、滑り部材をステンレス鋼板によって形成し、この滑り部材の表面を滑り層と考えてもよい。

これによって、図２（ｂ）の側断面図に示すように、滑り支承２２は、滑り出し荷重以上の水平力が上部建物１４に作用したときに滑り変形し、基礎１２と上部建物１４とを相対移動させる。滑り支承２２の場合には、滑り層３４と滑り材４０とが接触する滑り面（以下、「滑り面」とする）に生じる静止摩擦力を僅かに超える値が滑り出し荷重となる。

そして、滑り支承２２の滑り変形が開始される滑り出し荷重を、鉛入り積層ゴム２０に所定のせん断歪を生じさせるせん断力と等しくしている。第１の実施形態では、鉛入り積層ゴム２０にハードニングが生じるせん断歪を所定のせん断歪としている。

ハードニングとは、地震等により積層ゴムが大変形を生じたときに、積層ゴムを構成するゴム層が急激に硬化する現象のことである。積層ゴムにハードニングが発生すると、積層ゴムの水平剛性が過大となるため、上部構造物を長周期に支持することができなくなり、設計で想定した所定の免震効果が大きく損なわれる。

図３（ａ）〜（ｃ）は、積層ゴムが配置された免震層の水平変位（横軸）に対する免震層のせん断力係数（縦軸）を示した地震応答解析結果の一例を示すグラフである。図３（ｂ）の値４２Ｂは、５００年に１回発生する極めて稀な地震（以下、「想定レベルの地震」とする）に対する値であり、図３（ａ）の値４２Ａは、想定レベルよりも小さい地震に対する値であり、図３（ｃ）の値４２Ｃは、想定レベルよりも大きい地震に対する値である。なお、本解析に用いた積層ゴムのゴム総厚は２０ｃｍであり、免震層の水平変位８０ｃｍはゴムのせん断歪みに換算すると、４００％に相当する。

図３（ｃ）の値４２Ｃからわかるように、想定レベルよりも大きい地震によって積層ゴムに大変形が生じると、ゴム層が破断する（一般的には、ゴム層のせん断歪が４００％程度以上となるとき）せん断歪に至る恐れが高まると共に、ゴム層の急激なハードニング（領域Ｕ）により上部構造物へ伝達される振動が急増する。その結果、上部構造物に作用するせん断力や、発生する加速度が過大となる可能性がある。

ここで、鉛入り積層ゴム２０を有する免震装置１６における、滑り層３４と滑り材４０との滑り面の摩擦係数の求め方の一例を説明する（図４を参照のこと）。
図４の縦軸には、上部建物１４に作用する水平荷重が示され、横軸には、この水平荷重によって生じる基礎免震層４４の水平変位が示されている。

免震装置１６の支持軸力をＮ、滑り面の摩擦係数をμ、滑り支承２２の滑り変形が開始される水平力（滑り出し荷重）をＱとすると、支持軸力Ｎ、摩擦係数μ、水平力Ｑは式（１）の関係を満たす。

また、鉛入り積層ゴム２０のゴム層２４の断面積をＡ_ｒ、面圧をσ_ｒとすると、支持軸力Ｎは式（２）によって求めることができる。

また、鉛プラグ３０の降伏荷重をＱ_ｄ、鉛プラグ３０の降伏後の鉛入り積層ゴム２０の水平剛性をＫ_ｄ、鉛入り積層ゴム２０のせん断歪をγ、ゴム層２４の総厚さをＨ_ｒとすると、水平力Ｑは式（３）によって求めることができる。

ここで、鉛プラグ３０の降伏せん断応力度をσ_ｐｂ、鉛プラグ３０の断面積をＡ_ｐとすると、γ≧０．５のときに、鉛プラグ３０の降伏荷重Ｑ_ｄ、降伏せん断応力度σ_ｐｂ、断面積Ａ_ｐは式（４）の関係を満たす。

さらに、鉛入り積層ゴム２０のゴム層２４のせん断弾性係数をＧ_ｒとし、α、ＣＫ_ｄを補正係数とすると、鉛プラグ３０の降伏後の鉛入り積層ゴム２０の水平剛性Ｋ_ｄは式（５）によって求めることができる。

よって、滑り面の摩擦係数μは、式（１）〜式（５）を用いて式（６）のように表わされる。

そして、得られた式（６）によって、滑り面の摩擦係数μを求める。例えば、一般的な鉛入り積層ゴムの有する値である、σ_ｐｂ＝８．３３Ｎ／mm^２、Ｇ_ｒ＝０．３９２Ｎ／mm^２、α＝０．５８８、ハードニング（図４の点線４６の部分）の開始時のγ＝２．５、γ＝２．５のときのＣＫ_ｄ＝０．８９６を代入すると、式（６）は式（７）になる。

この式（７）に、例えば、一般的に用いられている鉛入り積層ゴムのＡ_ｒ＝2,144,470mm2、Ａ_ｐ＝85,530mm2、σ_ｒ＝7.8MPaを代入することにより、μ＝μ=0.162が求められる。

なお、σ_ｐｂ、Ｇ_ｒ、α、γ、ＣＫ_ｄ、Ａ_ｒ、Ａ_ｐ、σ_ｒは、実施する免震装置の値とすればよい。特にσ_ｒは、個々の積層ゴムに常時において作用する長期面圧を用いるとよい。

次に、本発明の第１の実施形態の作用及び効果について説明する。

第１の実施形態では、中小規模の地震や風等により上部建物１４に滑り出し荷重よりも小さい（静止摩擦力以下の）水平力が作用したときには、鉛入り積層ゴム２０のせん断変形によって免震性能を発揮することができる。

また、大地震等により上部建物１４に滑り出し荷重以上の水平力が作用したときには、滑り支承２２の滑り変形によって基礎１２と上部建物１４とが横方向に相対移動するので、鉛入り積層ゴム２０の大変形に起因して生じるこの鉛入り積層ゴム２０の破損を防ぐことができる。

また、鉛入り積層ゴム２０に所定のせん断歪を生じさせるせん断力以上の水平力が鉛入り積層ゴム２０に作用するのを防ぐことができる。第１の実施形態では、鉛入り積層ゴム２０のゴム層２４にハードニングが生じるせん断歪を所定のせん断歪とすることにより、鉛入り積層ゴム２０の大変形に起因して生じる鉛入り積層ゴム２０のゴム層２４のハードニング（ゴム硬化）を防ぐことができ、大地震等により基礎１２から上部建物１４へ伝わる振動がこのハードニングによって急増するのを防ぐことができる。すなわち、鉛入り積層ゴム２０の免震性能の低下を防いで安全に使用することができると共に、鉛入り積層ゴム２０の性能を最大限に利用することができる。

また、鉛入り積層ゴム２０は、鉛入り積層ゴム２０の構成要素である鉛プラグ３０の塑性変形による履歴減衰（減衰機能）によって、風や地震等により上部建物１４に生じる振動を効率よく減衰することができる。

また、基礎１２に対して上部建物１４が横方向に相対移動するときに滑り支承２２に生じる滑り摩擦力の摩擦減衰によって、振動エネルギーを吸収することができる。

また、滑り装置を滑り支承２２とすることにより、滑り支承２２が滑り変形するときに、鉛入り積層ゴム２０の上面の水平を保持した状態で鉛入り積層ゴム２０をせん断変形させることができ、これによって鉛入り積層ゴム２０の性能低下を防ぐことができる。

また、図５に示すように、例えば、基礎免震層４４に免震装置１６と積層ゴム４８と鉛ダンパー５０とを並列に設置した場合、地震等により上部建物１４が揺れて、基礎１２と上部建物１４との相対移動変位が積層ゴム４８や鉛ダンパー５０の限界変位を過度に超えてしまうと、積層ゴム４８や鉛ダンパー５０に破損が生じ、積層ゴム４８や鉛ダンパー５０の性能を喪失してしまうことが危惧される。

これに対して、第１の実施形態の建築物１０では、上部建物１４が、免震装置１６のみによって基礎１２上に支持されているので、積層ゴム４８及び鉛ダンパー５０の破損を心配する必要のない免震層を構築することができる。

以上、本発明の第１の実施形態について説明した。

なお、第１の実施形態では、鉛入り積層ゴム２０にハードニングが生じるせん断歪を所定のせん断歪とした例を示したが、鉛入り積層ゴム２０にハードニングが生じる直前のせん断歪を所定のせん断歪とするのが好ましい。一般に、ハードニングを生じるせん断歪は、２．５（２５０％）程度であるが、積層ゴムに用いられるゴムのせん断弾性係数、面圧、形状係数などの要因によって変動するので、実際に使用する積層ゴムの諸元を用いて定めるとよい。

また、所定のせん断歪をハードニング以外の条件でのせん断歪としてもよい。例えば、鉛入り積層ゴム２０に破断が生じるせん断歪を所定のせん断歪の値とすれば、再現期間５００年の地震よりも大きな極大地震時等に起こり得る鉛入り積層ゴム２０の大変形に起因して生じるゴム層２４のゴム破断を防ぐことができる。
一般に、ゴム層２４に破断が生じるせん断歪は、４．０（４００％）程度であるが、実際に使用する積層ゴムの破断歪みに応じて定めるとよい。

また、滑り層３４が、ステンレス鋼板によって形成され、滑り材４０が、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）によって形成されている例を示したが、滑り層３４と滑り材４０との間に必要とする静止摩擦力を生じさせると共に、この静止摩擦力よりも大きな水平力が上部建物１４に作用したときに摺動し合うものであればよく、例えば、滑り層３４を、フッ素系樹脂をコーティングした板材等としてもよいし、滑り材４０を、ポリアミド、ポリエチレン等によって形成してもよい。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態は、第１の実施形態の滑り装置としての滑り支承２２を球体転がり支承としたものである。したがって、第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。

図６（ａ）の側断面図、及び図７の斜視図に示すように、球体転がり支承５６では、鉛入り積層ゴム２０の上部フランジ３８上面に円環状の枠部材５２が固定されている。枠部材５２の内側のスペースには、複数の球体５４が密に敷き並べられている。複数の球体５４同士は、回転可能に接触している。球体５４の上端部は、枠部材５２の上端部よりも上方に位置している。

複数の球体５４は、滑り材４０と滑り層３４との間に配置され、滑り材４０及び滑り層３４に回転可能に接触している。
球体５４には、熱処理した高硬度の鋼球を用いるのが好ましく、滑り層３４及び滑り材４０には、熱処理した高硬度の鋼板を用いるのが好ましい。なお、滑り層３４及び滑り材４０は、一般的な鉄によって形成してもよい。また、球体転がり支承の摩擦係数はかなり小さいので、所定のせん断歪みで滑るように必要に応じて摩擦係数を調整する。例えば、球体５４、滑り材４０、又は滑り層３４の表面に凹凸をつけたり、粗面処理を施したりする。

これによって、図６（ｂ）の側断面図に示すように、球体転がり支承５６は、球体５４の転がりによる滑り出し荷重よりも大きな水平力が上部建物１４に作用したときに滑り変形し、基礎１２と上部建物１４とを相対移動させる。
球体転がり支承５６の場合には、滑り層３４と球体５４、及び滑り材４０と球体５４が接触する点に生じる転がり静止摩擦力を合計した力を僅かに超える値が滑り出し荷重となる。

そして、球体転がり支承５６の滑り変形が開始される滑り出し荷重を、鉛入り積層ゴム２０に所定のせん断歪を生じさせるせん断力と等しくしている。第２の実施形態では第１の実施形態と同様に、鉛入り積層ゴム２０にハードニングが生じるせん断歪を所定のせん断歪としている。

次に、本発明の第２の実施形態の作用及び効果について説明する。

第２の実施形態では、第１の実施形態と同様に、鉛入り積層ゴム２０の免震性能の低下を防いで安全に使用することができると共に、鉛入り積層ゴム２０の性能を最大限に利用することができる。

また、滑り材４０（基礎１２）に対して滑り層３４（上部建物１４）が横方向に相対移動するときに滑り材４０と滑り層３４との間に生じる転がり摩擦力の摩擦減衰によって、振動エネルギーを吸収することができる。

また、球体転がり支承５６が滑り変形するときに、鉛入り積層ゴム２０の上面の水平を保持した状態で鉛入り積層ゴム２０をせん断変形させることができ、これによって鉛入り積層ゴム２０の性能低下を防ぐことができる。

例えば、図８（ａ）の側断面図に示すように、曲面状の転がり面を有する下滑り部材６２と上滑り部材６４とに接触する１つの球体６０によって上部建物１４の荷重を鉛入り積層ゴム２０に伝える曲面転がり支承５８では、図７（ｂ）の側断面図に示すように、下滑り部材６２（基礎１２）に対して上滑り部材６４（上部建物１４）が横方向に相対移動するときに、上部建物１４の荷重Ｆが球体６０を介して積層ゴム２０の片側に集中して伝達される。

このような場合、積層ゴム２０に回転変形（矢印６８）が発生することが考えられ、これによって、積層ゴム２０は、上面（上部フランジ３８）が傾いた状態でせん断変形することが危惧される。

以上、本発明の第２の実施形態について説明した。

なお、第２の実施形態では、複数の球体５４を密に敷き並べた例を示したが、鉛入り積層ゴム２０の上面の水平を保持できるように球体が配置されていればよい。例えば、図９（ａ）の斜視図、及び図９（ａ）のＡ−Ａ矢視図である図９（ｂ）に示すように、滑り材７０に平面視にて距離をおいて形成した円柱状の穴７２に球体５４を配置してもよい。この場合、球体５４の上端部は、滑り材７０の上面よりも上方に位置させる。
また、鉛入り積層ゴム２０の上面の水平保持が問題にならないようであれば、図８（ａ）、（ｂ）で示したような曲面転がり支承を滑り装置として用いてもよい。

以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明した。

なお、第１及び第２の実施形態では、基礎１２の上面に鉛入り積層ゴム２０を取り付けて、上部建物１４と鉛入り積層ゴム２０との間に滑り装置（滑り支承２２、球体転がり支承５６）を設けた例を示したが、上部建物１４の下面に鉛入り積層ゴム２０を取り付けて、基礎１２と鉛入り積層ゴム２０との間に滑り装置（滑り支承２２、球体転がり支承５６）を設けてもよい。

また、第１及び第２の実施形態では、積層ゴムを鉛入り積層ゴム２０とした例を示したが、ゴム層２４及び板部材２６のみによって構成される積層ゴムとしてもよい。減衰機能を有する積層ゴムとすれば、風や地震等によって上部建物１４に生じる振動（変位）を低減する効果を向上できるので好ましい。例えば、積層ゴムを高減衰積層ゴムとすれば、高減衰ゴムの履歴減衰により、風や地震等により上部建物１４に生じる振動を効率よく減衰することができる。

ここで、高減衰積層ゴムを有する免震装置１６における、滑り層３４と滑り材４０との滑り面の摩擦係数の求め方の一例を説明する（図１０を参照のこと）。図１０の縦軸には、上部建物１４に作用する水平荷重が示され、横軸には、この水平荷重によって生じる基礎免震層４４の水平変位が示されている。

免震装置１６の滑り面の摩擦係数をμ、滑り支承２２の滑り変形が開始される水平力をＱ、高減衰積層ゴムのゴム層の断面積をＡ_ｒ、面圧をσ_ｒとすると、摩擦係数μ、断面積Ａ_ｒ、面圧σ_ｒ、水平力Ｑは式（８）の関係を満たす。

また、高減衰積層ゴムの等価剛性をＫ_ｅｑ、せん断歪をγ、ゴム層の総厚さをＨ_ｒとすると、水平力Ｑは式（９）によって求めることができる。

ここで、標準的な高減衰積層ゴム（Ｅ０．６タイプ）の場合には、式（１０）、（１１）の関係が満たされる。

よって、滑り面の摩擦係数μは、式（８）〜式（１１）を用いて式（１２）のように表わされる。

そして、得られた式（１２）によって、滑り面の摩擦係数μを求める。

また、第１及び第２の実施形態では、上部建物１４が免震装置１６のみによって基礎１２上に支持されている例を示したが、対象とする地震規模を考慮の上、滑り支承、転がり支承、積層ゴム等の他の免震装置を免震層に併設してもよい。

また、第１及び第２の実施形態では、建築物１０の基礎免震層４４に免震装置１６を配置した例を示したが、図１１に示すように、下部構造物としての下部建物７６と、上部構造物としての上部建物１４とによって構成される建築物１０の中間免震層７４に免震装置１６を配置してもよい。

以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１及び第２の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

近年、建築物が、この建築物の設計時において想定した地震動レベル（例えば再現期間５００年の大地震）を遥かに超える極大地震や長周期地震に見舞われる事例が増えている。従来の免震装置は、設計時に想定した地震動レベル以下の地震動に対しては高い耐震安全性を有することが実証されているが、想定した地震動レベルを遥かに超える極大地震に対応したものではない。

これに対して、本発明の第１及び第２の実施形態で示した免震装置やこの免震装置を有する建築物は、想定した地震動レベルの地震に対して、積層ゴムが上部構造物（建築物）と下部構造物（基礎など）に緊結された従来の免震建築物として挙動する。そして、想定以上の極大地震や長周期地震に対しては、滑り装置によって上部構造物と下部構造物の間に滑り変形を生じさせ、積層ゴムにハードニングやゴムの破断を生じさせるような過大な変形を生じさせないことができる。このように、本発明の免震装置やこの免震装置を有する建築物は、積層ゴムの性能低下又は損傷を防ぐと共に、積層ゴムの性能を最大限に利用することができるものなので、極大地震や長周期地震に対しても高い耐震安全性を確保することができる。

(実施例）

本実施例では、本発明の第１の実施形態に対して実施した地震応答解析の結果について示す。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、鉛入り積層ゴム２０が配置された免震層（基礎免震層４４）の水平変位（横軸）に対する免震層（基礎免震層４４）のせん断力係数（縦軸）を示した地震応答解析結果のグラフである。

図１２（ｂ）の値７８Ｂ、８０Ｂは、想定レベルの地震に対する値であり、図１２（ａ）の値７８Ａ、８０Ａは、想定レベルよりも小さい地震に対する値であり、図１２（ｃ）の値７８Ｃ、８０Ｃは、想定レベルよりも大きい地震に対する値である。

また、値７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃは、本発明の第１の実施形態で示した免震装置１６のみによって基礎１２上に上部建物１４を支持した場合（図１を参照のこと）の値であり、値８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃは、本発明の第１の実施形態で示した鉛入り積層ゴム２０のみによって基礎１２上に上部建物１４を支持した場合の値である。すなわち、値８０Ａ、８０Ｂ、８０Ｃは、図２で示した免震装置１６から滑り支承２２を無くした構成であり、値７８Ａ、７８Ｂ、７８Ｃと比較する従来の免震装置として示されている。
なお、滑り層３４と滑り材４０とが接触する滑り面の摩擦係数μを０．１５とした。

図１２（ａ）〜（ｃ）からわかるように、想定レベルよりも小さい地震では、本発明の免震装置１６には滑りが発生せず（図１２（ａ）の値７８Ａ）、従来の免震装置（図１２（ａ）の値８０Ａ）と同じ挙動となっている。

また、想定レベルの地震では、本発明の免震装置１６には若干の滑りが発生しているが（図１２（ｂ）の値７８Ｂ）、従来の免震装置（図１２（ｂ）の値８０Ｂ）とほとんど変わらない挙動となっている。
このように、本発明の免震装置１６は、想定レベル以下の地震に対して、従来の免震装置と同様に最適な免震性能を発揮する。

また、想定レベルよりも大きい地震では、従来の免震装置（図１２（ｃ）の値８０Ｃ）にはハードニング（領域８２、８４）が生じているが、本発明の免震装置１６にこのようなハードニングの現象が見られない。

これは、本発明の免震装置１６は、ハードニングを生じる前に滑り始めるためである。これによって、鉛入り積層ゴム２０のゴム層２４が破断したり、基礎免震層４４のせん断力が急増して下部構造物から上部構造物へ伝わる振動が急増したりすることを防止できると共に、滑り層３４と滑り材４０との滑り面に生じる摩擦減衰や鉛プラグ３０の履歴減衰によって、高いエネルギー吸収性能を発揮し、基礎免震層４４の変位を従来の免震装置よりも小さくすることができる。

図１３（ａ）〜（ｃ）は、鉛入り積層ゴム２０が配置された免震層（基礎免震層４４）の水平変位（横軸）に対する免震層（基礎免震層４４）のせん断力係数（縦軸）を示した地震応答解析結果のグラフである。

図１３（ｂ）の値８６Ｂは、本発明の第１の実施形態で示した免震装置１６のみによって基礎１２上に上部建物１４を支持し、滑り層３４と滑り材４０との滑り面の摩擦係数μを最適値である０．１５とした場合の値であり、図１３（ａ）の値８６Ａは、本発明の第１の実施形態で示した免震装置１６のみによって基礎１２上に上部建物１４を支持し、滑り層３４と滑り材４０との滑り面の摩擦係数μを最適値（０．１５）よりも小さい０．１０とした場合の値であり、図１３（ｃ）の値８６Ｃは、本発明の第１の実施形態で示した免震装置１６のみによって基礎１２上に上部建物１４を支持し、滑り層３４と滑り材４０との滑り面の摩擦係数μを最適値（０．１５）よりも大きい０．２０とした場合の値である。なお、図１３に示す各解析例では、減衰材としてオイルダンパを免震層に設置しており、免震層のせん断力係数にはオイルダンパの負担するせん断力を含んでいる。

図１３（ａ）〜（ｃ）からわかるように、滑り層３４と滑り材４０との滑り面の摩擦係数μが最適値よりも小さい場合には、免震装置１６において大きな滑りを生じるので免震層（基礎免震層４４）の変位が大きくなる。

このような小さい摩擦係数μの場合には、想定レベルよりも小さい地震においても免震層に滑り変形を生じさせ、想定レベルよりも大きい地震においては、滑り面の摩擦係数μを最適値にした場合に比べて滑り変形が過度に大きくなる。このため、滑り層３４の面積を大きくしたり、免震層に大きな免震クリアランスを確保したりしなければならなくなる。

図１４（ａ）は、本発明の第１の実施形態で示した免震装置１６が配置された免震層（基礎免震層４４）の水平変位（横軸）に対する免震層（基礎免震層４４）のせん断力係数（縦軸）を示した地震応答解析結果のグラフ（値９２Ａ）であり、図１４（ｂ）は、本発明の第１の実施形態で示した免震装置１６の鉛入り積層ゴム２０を天然ゴム系積層ゴム（鉛プラグ３０を有していない）にした免震装置が配置された免震層（基礎免震層４４）の水平変位（横軸）に対する免震層（基礎免震層４４）のせん断力係数（縦軸）を示した地震応答解析結果のグラフ（値９２Ｂ）である。
なお、図１４（ａ）、（ｂ）共に、滑り層３４と滑り材４０とが接触する滑り面の摩擦係数μを０．１５とした。

図１４（ａ）、（ｂ）からわかるように、本発明の免震装置１６（値９２Ａ）と、天然ゴム系積層ゴムを有する免震装置（値９２Ｂ）とは、摩擦係数μが同じなので、上部建物１４に伝達させる振動は変わらない。しかし、天然ゴム系積層ゴムを有する免震装置は、本発明の免震装置１６のように減衰機能を有していないのでエネルギー吸収に劣り、これによって、免震層（基礎免震層４４）の変位（変位量９４）が大きくなる。

これに対して、本発明の免震装置１６では、鉛入り積層ゴム２０が減衰性能を有しているのでエネルギー吸収に優れ、これによって、免震層（基礎免震層４４）の変位（変位量９４）が小さくなる。

１０ 建築物
１２ 基礎（下部構造物）
１４ 上部建物（上部構造物）
１６ 免震装置
２０ 鉛入り積層ゴム（積層ゴム）
２２ 滑り支承（滑り装置）
２４ ゴム層
２６ 板部材
３４ 滑り層（上滑り部材）
３６ 滑り部材（上滑り部材）
４０、７０ 滑り材（下滑り部材）
４４ 基礎免震層
５４ 球体
５６ 球体転がり支承（滑り装置）
７４ 中間免震層
７６ 下部建物（下部構造物）

Claims (4)

1. 下部構造物上に設けられ、独立して構築された上部構造物を支持する免震装置を備える建築物において、
   前記免震装置は、ゴム層と板部材とを交互に積層して形成されるとともに鉛プラグが備えられ前記下部構造物の上面又は前記上部構造物の下面に取り付けられた鉛入り積層ゴムと、前記上部構造物と前記鉛入り積層ゴムとの間、又は前記下部構造物と前記鉛入り積層ゴムとの間に設けられて前記上部構造物の荷重を前記下部構造物に伝え、滑り面に生じる滑り変形によって前記下部構造物と前記上部構造物とを相対移動させる滑り支承と、を有するとともに、前記滑り面の摩擦係数をμ、前記ゴム層の面圧をσ _ｒ 、前記ゴム層の断面積をＡ _ｒ 、前記鉛プラグの降伏せん断応力度をσ _ｐｂ 、前記鉛プラグの断面積をＡ _ｐ 、前記ゴム層のせん断弾性係数をＧ _ｒ 、及び前記鉛入り積層ゴムのせん断歪をγとし、補正係数をＣＫ _ｄ 、αとして、前記μを式（１）とすることにより、前記鉛入り積層ゴムに所定のせん断歪を生じさせるせん断力と前記滑り変形が開始される滑り出し荷重を等しくし、
   前記上部構造物は、前記免震装置のみで前記下部構造物上に支持されている建築物。
2. 前記所定のせん断歪は、前記鉛入り積層ゴムにハードニングが生じるせん断歪である請求項１に記載の建築物。
3. 前記所定のせん断歪は、前記鉛入り積層ゴムに破断が生じるせん断歪である請求項１に記載の建築物。
4. 前記下部構造物と前記上部構造物との間に形成される層は、基礎免震層又は中間免震層である請求項１〜３の何れか１項に記載の建築物。