JP5966751B2 - 免震建物 - Google Patents

Description

本発明は、免震建物に関する。

上部構造と下部構造との間に介装され、上部構造を免震支持する免震装置（例えば積層ゴム）を備えた免震建物が知られている。このような免震建物において免震装置による免震の層（免震層）の外周に壁を設け、上部構造と下部構造との水平方向の相対変位が過大となる場合に上部構造を壁に衝突させて変位を抑制するようにしたものが知られている。

特開２００６−２８３２８８号公報

上記のような免震建物において、上部構造が壁（特に壁の上部）に衝突すると、その衝突による力で壁が破壊されるおそれがあった。このため、上部構造と下部構造の水平方向の相対変位を抑制する効果が得られなくなるおそれがあった。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、壁の破壊を防止して、上部構造と下部構造の相対変位を抑制することができる免震建物を提供することにある。

かかる目的を達成するため、本発明発の免震建物は、免震層と、前記免震層の上に配置された上部構造と、前記免震層の下に配置された下部構造であって、前記免震層の外周に形成された壁と、前記壁の下端と水平方向に連続し、前記免震層を支持する底部と、を有する下部構造と、を備えた免震建物であって、前記上部構造との当接面を有する補強部材を前記壁の内周側に備え、前記補強部材は、前記上部構造と前記下部構造が前記水平方向に相対変位した際に、前記上部構造が前記壁と当接するよりも前、もしくは、前記上部構造が前記壁と当接するのと同時に、前記当接面で前記上部構造と当接し、当該当接により発生した力を前記壁の下部と、前記底部とに伝えることを特徴とする。
このような免震建物によれば、壁の破壊を防止して、上部構造と下部構造の相対変位を抑制することが可能である。

かかる免震建物であって、前記当接面は、前記水平方向及び鉛直方向に対してそれぞれ傾いていることが望ましい。
このような免震建物によれば、上部構造との当接により発生した力を、壁の下部と、底部とにそれぞれ伝えることが可能である。

かかる免震建物であって、前記上部構造は、前記当接面と対向する傾斜面を有し、前記上部構造と前記下部構造が前記水平方向に相対変位することによって、前記当接面と前記傾斜面が当接することが望ましい。
このような免震建物によれば、上部構造の荷重が変位と逆方向に働くので上部構造の水平方向の変位の抑制を図ることができる。また、免震層に作用する圧縮力を抑制することができ、上部構造を安定して支持することが可能である。

かかる免震建物であって、前記傾斜面と前記当接面が当接したときの摩擦力を用いて、前記上部構造の前記水平方向への変位を抑制するようにしてもよい。
このような免震建物によれば、上部構造の水平方向への変位をより抑制することが可能である。

かかる免震建物であって、前記傾斜面または前記当接面の何れか一方に、各面の法線方向の荷重に対抗し、前記荷重が所定値に達すると降伏する降伏部材、または、所定の弾性係数を有する弾性部材を配置してもよい。
このような免震建物によれば、免震構造の設計を容易にすることが可能である。

かかる免震建物であって、前記壁と前記補強部材とは、前記水平方向に相対変位可能であることが望ましい。
このような免震建物によれば、上部構造が壁に当接した際に、壁に生じるせん断力の発生を抑えることができる。これにより、壁の破壊を防止することが可能である。

かかる免震建物であって、前記壁は、前記鉛直方向の下端に近づくにつれて前記水平方向の幅が大きくなっていることが望ましい。
このような免震建物によれば、壁の破壊をさらに防止することが可能である。

本発明によれば、壁の破壊を防止して、上部構造と下部構造の相対変位を抑制することができる免震建物を提供することが可能である。

本実施形態にかかる免震建物１０の平面図である。 図１のＡ-Ａ断面図である。 免震建物１０の一部を示す斜視図である。 降伏部材２８の構成を説明するための斜視図である。 比較例の免震建物１０´において上部構造２０´と下部構造４０´が水平方向に相対変位した場合の説明図である。 本実施形態の免震建物１０において上部構造２０と下部構造４０が水平方向に相対変位した場合の説明図である。 降伏部材２８の別の構成例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。

＝＝＝実施形態＝＝＝
＜免震建物の構成について＞
図１は本実施形態にかかる免震建物１０の平面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ断面図であり、図３は免震建物１０の一部の構成を示す斜視図である。以下の説明において「上下方向（鉛直方向）」「左右方向（水平方向（横））」「前後方向（水平方向（縦））」を言う場合は、図に矢印で示した方向を基準とする。なお、図２では、Ａ−Ａ断面を前から見た図を示している。
図に示すように、本実施形態の免震建物１０は、上部構造２０と、積層ゴム３０と、下部構造４０を備えている。

上部構造２０は、例えば、建物、床、大型装置等の構造物である。本実施形態の上部構造は、図１、図２に示すように床２２、床梁２４、増設部材２６、降伏部材２８を有している。

床２２は、図１に示すように水平面上で長方形の形状に設けられている。
床梁２４は、床２２の下部において、水平方向（縦方向及び横方向）に沿って格子状に設けられている。
増設部材２６は、図２、図３に示すように床梁２４の下面に設けられている。本実施形態の増設部材２６は、断面が三角形の棒状（三角柱）の部材である。また、増設部材２６の三角柱の各側面のうち、下面は、鉛直方向及び水平方向に対してそれぞれ傾いた傾斜面となっている。なお、この増設部材２６の傾斜面は、後述する補強部材４６の上面（当接面に相当する）と対向するように設けられている。
降伏部材２８は、増設部材２６の傾斜面の一部又は全面に設けられている。この降伏部材２８は、増設部材２６の傾斜面の法線方向の荷重に対抗し、当該荷重が所定値に達すると降伏（塑性変形）する部材である。

図４は、降伏部材２８の構成を説明するための斜視図である。
降伏部材２８は、板状部材２８２と板状部材２８４とハニカム構造部材２８６とを有して構成されている。

板状部材２８２は、降伏部材２８の一端側に形成された板状の部材であり、その一端側の端面は低摩擦面となっている。
板状部材２８４は、降伏部材２８の他端側に形成された板状の部材である。本実施形態では、板状部材２８４は、増設部材２６の下面（傾斜面）に固設されている。
ハニカム構造部材２８６は、正六角柱形状の筒状部材が隙間無く配列されて形成されたものであり、板状部材２８２と板状部材２８４との間に挟まれている。そして、ハニカム構造部材２８６は、板状部材２８２の面の法線方向の荷重が所定値に達すると降伏（塑性変形）する。なお、本実施形態のハニカム構造部材２８６はアルミで形成されているが、これには限られず、アルミ以外の材料（例えば鉄）で形成されていてもよい。

積層ゴム３０は、薄いゴム板と鋼板を交互に重ねて接着したものであり、縦方向及び横方向の床梁２４の交差位置において、上部構造２０（床２２）と下部構造４０（具体的には後述する底部４４）との間に介在されている。この積層ゴム３０は、鉛直方向には硬く、水平方向には柔軟であり、変形しても元の位置に戻る免震支承として機能する。以下の説明において、この積層ゴム３０による免震の層のことを免震層ともいう。

下部構造４０は、上部構造２０を支えて荷重を地盤に伝達させる構造物であり、免震層の下に配置されている。下部構造４０は、擁壁４２（壁に相当する）と底部４４を有している。

擁壁４２は、積層ゴム３０による免震層の外周を囲むように形成されている。この擁壁４２は、上部構造２０と下部構造４０との水平方向の相対的な変位が大きいときに、所定量以上の変位（過大変位）を防止するためのもの（ストッパー）であり、上部構造２０とは一定の距離を隔てて形成されている。なお、本実施形態の擁壁４２は、鉛直方向の下側ほど水平方向の長さ(幅)が大きくなっている（図２参照）。これにより、擁壁４２は、上部よりも下部の方が、水平方向についての剛性が高くなっている。

底部４４は、擁壁４２の下端と水平方向に連続するように、擁壁４２の内周側に形成されている。また底部４４は、積層ゴム３０（及び上部構造２０）を免震支持している。
さらに、下部構造４０には、補強部材４６と縁切り材４８が設けられている。

補強部材４６は、擁壁４２の内周側における下部の位置に設けられている。また、補強部材４６の鉛直方向の上側には鉛直方向および水平方向（図では横方向）に対してそれぞれ傾いた面４６ａがあり、当該面４６ａは、上部構造２０との当接面となっている。この補強部材４６は、上部構造２０が擁壁４２と当接するよりも前に、面４６ａ（当接面に相当する）で上部構造２０と当接し、当該当接によって発生する力を、擁壁４２の下部と、底部４４に伝える。

なお、図１に示すように、補強部材４６は、免震建物１０の各辺に２箇所ずつ設けられているが、これには限らず、各辺の少なくとも一箇所に設けられていていればよい。なお、一箇所の場合は、辺の中央付近に配置することが望ましい。また、前述した増設部材２６も補強部材４６と対応するように設けるようにすればよい。すなわち、補強部材４６と増設部材２６の組み合わせは各辺に少なくとも一対あればよい。

縁切り材４８は、補強部材４６と擁壁４２を構造的に分離するものである。この縁切りによって、補強部材４６と擁壁４２は水平方向に相対変位可能になっている。縁切り材４８としては、例えば鉄板やビニール等が用いられる。

＜免震建物の免震動作について＞
まず、本実施形態について説明する前に比較例について説明する。
図５は、比較例の免震建物１０´において上部構造２０´と下部構造４０´が水平方向に相対変位した場合の説明図である。なお、図５において、図２と同一構成の部分には同一符号を付し、説明を省略する。

比較例の免震建物１０´は、上部構造２０´と下部構造４０´と積層ゴム３０を有している。上部構造２０´は、床２２と、床梁２４を備えている。下部構造４０´は、擁壁４２と底部４４を備えている。すなわち、比較例の免震建物１０´には増設部材２６、降伏部材２８、補強部材４６、縁切り材４８が設けられていない。

この比較例の場合、上部構造２０´と下部構造４０´との相対変位の量が大きいと、図５に示すように上部構造２０´が擁壁４２の上部と衝突（当接）する。

擁壁４２は下端が固定されているので、上部構造２０´と擁壁４２の上部が衝突することにより、根元（擁壁４２の下端）から離れた位置に水平方向の強い力がかかることになる。このため、擁壁４２が破壊されるおそれがある。

そこで、本実施形態では増設部材２６、降伏部材２８、補強部材４６、縁切り材４８を設けることで擁壁４２の破壊を防止し、これにより上部構造と下部構造との水平方向の変位を抑制するようにしている。

図６は、本実施形態の免震建物１０において上部構造２０と下部構造４０が水平方向に相対変位した場合の説明図である。同図では図２の状態から上部構造２０と下部構造４０とが水平方向に相対変位した状態を示している。具体的には、下部構造４０に対して上部構造２０が水平方向の右側に変位した状態を示している。比較例（図５）では擁壁４２に上部構造２０´が当接していたが、本実施形態では、上部構造２０が擁壁４２に当接するよりも前に、上部構造２０（降伏部材２８の板状部材２８２）が、補強部材４６の面４６ａと当接する。この当接により、降伏部材２８には、法線方向の反力Ｆ１が発生する。補強部材４６は、力Ｆ１の水平成分の力Ｆ２とは逆向き（右向き）の力Ｆ４を擁壁４２の下部に伝える。また、補強部材４６は、力Ｆ１の鉛直成分の力Ｆ３とは逆向き（下向き）の力Ｆ５を底部４４に伝える。

このように、本実施形態では、上部構造２０と補強部材４６との当接によって発生する力が、水平成分の力Ｆ４と鉛直成分の力Ｆ５とに分けられ、擁壁４２のうちの水平剛性の高い下部と、底部４４にそれぞれ伝えられる。これにより、比較例と比べて擁壁４２の破壊を防止することができる。

また、上部構造２０の荷重の反力Ｆ１の水平成分の力Ｆ２が、上部構造２０の変位と逆方向に働くので、上部構造２０の水平方向の変位を抑制することができる。また、降伏部材２８に働く上向きの鉛直成分の力Ｆ３により、積層ゴム３０に作用する圧縮力を抑制し、上部構造２０を安定して支持することができる
板状部材２８２と、補強部材４６の面４６ａとが当接した状態で変位がさらに進むと、降伏部材２８は補強部材４６の面４６ａの上を摺動する。そして、降伏部材２８は、法線方向の力Ｆ１が所定値になると降伏（塑性変形）する。

これにより、補強部材４６と増設部材２６とに摩擦力（左下方向の力）が働くので、上部構造２０の変位をより抑制させることができる。

その後、さらに変位が進むと、上部構造２０と擁壁４２が当接する。もし仮に擁壁４２と補強部材４６を縁切りしていないと、このときに、補強部材４６の上端位置における擁壁４２の水平方向のせん断力が大きくなり、擁壁４２が折れてしまうおそれがある。

これに対し、本実施形態では、縁切り材４８で擁壁４２と補強部材４６を縁切りしているので、擁壁４２と補強部材４６が水平方向に相対変位可能になっている。このため、擁壁４２が水平方向（図６では右側）に撓むことができる。

これにより、上部構造２０が擁壁４２に当接した場合においても、せん断力の発生を抑えることができ、擁壁４２の破壊を防止することができる。

以上、説明したように、本実施形態の免震建物１０は、積層ゴム３０と、積層ゴム３０の上に配置された上部構造２０と、積層ゴム３０の下に配置された下部構造４０を備えている。また下部構造４０は、積層ゴム３０による免震層の外周に形成された擁壁４２と、擁壁４２の下端と水平方向に連続し、積層ゴム３０を支持する底部４４を有している。

さらに、本実施形態の免震建物１０は、補強部材４６を擁壁４２の内周側に備えており、この補強部材４６の面４６ａは上部構造２０との当接面になっている。

そして、補強部材４６は、上部構造２０と下部構造４０が水平方向に相対変位した際に、上部構造２０が擁壁４２と当接するよりも前に、面４６ａで上部構造２０（図の場合降伏部材２８）と当接し、この当接により発生する水平成分の力４を擁壁４２の下部に伝え、鉛直成分の力Ｆ５を底部４４に伝えている。

このように、本実施形態では、比較例と比べて擁壁４２が破壊されにくく、擁壁４２の破壊を防止することが可能であり、よって、上部構造２０の過大な変位を抑制することが可能である。

なお、本実施形態では、補強部材４６の面４６ａが上部構造２０（降伏部材２８）と当接するのは、上部構造２０が擁壁４２と当接するよりも前であったが、これには限られず、上部構造２０が擁壁４２と当接するのと同じタイミングであってもよい。この場合においても、擁壁４２の破壊を防止することが可能である。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜免震装置について＞
前述の実施形態では、免震装置（免震層）は積層ゴム３０であったが、これには限られない。例えば、転がり支承タイプのものであってもよい。

＜降伏部材について＞
前述の実施形態では、降伏部材２８は増設部材２６の傾斜面に設けられていたが、これには限らない。例えば、増設部材２６の傾斜面と対向する補強部材４６の面４６ａ（当接面）の側に降伏部材２８を設けていてもよい。

なお、降伏部材２８は、図４の構成には限られない。図７は、降伏部材２８の別の構成例を示す図である。図７に示すように、板状部材２８２、２８４に対して、ハニカム構造部材２８６を横向きに（すなわち、ハニカム構造部材２８６の各筒状部材の軸方向が板状部材２８２、２８４の法線方向と直交するように）配置してもよい。

また、降伏部材２８の代わりに、例えばゴムなどの所定の弾性係数を有する弾性部材を配置するようにしてもよい。

また、降伏部材２８（又は弾性部材）を設けなくてもよい。この場合においても、補強部材４６は、当接による水平成分の力Ｆ４を擁壁４２の下部に伝えることができ、鉛直成分の力Ｆ５を底部４４に伝えることができる。なお、本実施形態のように降伏部材２８を設けると、水平力と鉛直力を正確に制御することが可能になり、免震の設計を容易にすることができる。

＜縁切り材について＞
前述の実施形態では、補強部材４６と擁壁４２とを縁切り材４８で縁切りしていたが、縁切りを行わなくてもよい。すなわち、補強部材４６と擁壁４２が水平方向に相対変位不可となっていてもよい。ただし、この場合、前述したように、上部構造２０が擁壁４２と衝突した際に擁壁４２が破壊するおそれが高くなるので、縁切り材４８によって補強部材４６と擁壁４２とを縁切りすることが望ましい。

１０ 免震建物
２０ 上部構造
２２ 床
２４ 床梁
２６ 増設部材
２８ 降伏部材
３０ 積層ゴム
４０ 下部構造
４２ 擁壁
４４ 底部
４６ 補強部材
４８ 縁切り材
２８２ 板状部材
２８４ 板状部材
２８６ ハニカム構造部材

Claims (7)

1. 免震層と、
   前記免震層の上に配置された上部構造と、
   前記免震層の下に配置された下部構造であって、
   前記免震層の外周に形成された壁と、
   前記壁の下端と水平方向に連続し、前記免震層を支持する底部と、
   を有する下部構造と、
   を備えた免震建物であって、
   前記上部構造との当接面を有する補強部材を前記壁の内周側に備え、
   前記補強部材は、前記上部構造と前記下部構造が前記水平方向に相対変位した際に、前記上部構造が前記壁と当接するよりも前、もしくは、前記上部構造が前記壁と当接するのと同時に、前記当接面で前記上部構造と当接し、当該当接により発生した力を前記壁の下部と、前記底部とに伝える
   ことを特徴とする免震建物。
2. 請求項１に記載の免震建物であって、
   前記当接面は、前記水平方向及び鉛直方向に対してそれぞれ傾いている
   ことを特徴とする免震建物。
3. 請求項２に記載の免震建物であって、
   前記上部構造は、前記当接面と対向する傾斜面を有し、
   前記上部構造と前記下部構造が前記水平方向に相対変位することによって、前記当接面と前記傾斜面が当接する、
   ことを特徴とする免震建物。
4. 請求項３に記載の免震建物であって、
   前記傾斜面と前記当接面が当接したときの摩擦力を用いて、前記上部構造の前記水平方向への変位を抑制する、
   ことを特徴とする免震建物。
5. 請求項３または請求項４に記載の免震建物であって、
   前記傾斜面または前記当接面の何れか一方に、各面の法線方向の荷重に対抗し、前記荷重が所定値に達すると降伏する降伏部材、または、所定の弾性係数を有する弾性部材を配置した、
   ことを特徴とする免震建物。
6. 請求項１乃至請求項５の何れかに記載の免震建物であって、
   前記壁と前記補強部材とは、前記水平方向に相対変位可能である、
   ことを特徴とする免震建物。
7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載の免震建物であって、
   前記壁は、前記鉛直方向の下端に近づくにつれて前記水平方向の幅が大きくなっている。
   ことを特徴とする免震建物。