JP6241096B2

JP6241096B2 - 免震建物及び免震方法

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Publication number: JP6241096B2
Application number: JP2013139675A
Authority: JP
Inventors: 福本　義之; 義之福本
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2017-12-06
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: JP2015014091A

Description

本発明は、免震建物及び免震方法に関する。

従前の免震建物の水平方向への許容変位量（以下、水平クリアランスという）は、通常想定される地震・風で生じる水平変位量を上回るように設定されていたが、近年指摘され始めた従前の想定を超える極大地震（断層近傍強震動等）に対しては、従前の水平クリアランスは十分ではなかった。そのため、極大地震に対しては、水平クリアランスを従前よりも大きく設定するか、免震建物を擁壁に衝突させて免震層の変形を制御するかして対応する必要がある（例えば、特許文献１、２、非特許文献１、２参照）。

特開２００６―２８３２８８号公報特開２０１２−２３３３６２号公報

「擁壁に衝突する免震建物の応答特性」，中安誠明・中島正愛著，平成１４年度日本建築学会近畿支部研究報告集，頁３７３〜３７６「複合改良地盤を用いた免震建物の擁壁衝突時の応答低減に関する研究」，三木久美子・松本優資・島村淳・柏尚稔・宮本裕司著，平成２３年度に本建築学会近畿支部研究発表会，頁１０１〜１０４

水平クリアランスを従前よりも大きく設定することで極大地震に対応する場合、建築面積を従前と同じにして敷地面積を従前よりも大きくするか、敷地面積を従前と同じにして建築面積を従前よりも小さくするかしなければならず、建築計画に支障が生じることになり、経済的にもデメリットが生じることになる。また、免震層が過大に変形することになるため、免震層の変形量が免震装置の許容変形量を超える可能性がある。

一方、免震建物を擁壁に衝突させて免震層の変形を制御することで極大地震に対応する場合、擁壁及びその背面側の地盤の剛性や耐力等の性状により、免震建物の衝突による応答特性および建物に入力する地震力に違いが生じるため、擁壁及びその背面側の地盤の性状を正確に把握する必要がある（非特許文献１、２参照）。ここで、擁壁の背面側の地盤は広範囲であったり敷地外であったりするため、その性状を正確に把握するのは困難である。そのため、擁壁の背面側の地盤を所定の性状にするべく改良することが考えられているが（特許文献２、非特許文献２参照）、建築計画に支障が生じることになり、また、施工コストが増大する。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、免震建物を被衝突物に衝突させて免震層の変形を制御することで極大地震に対応するにあたり、建築計画に支障が生じないようにすると共に、施工コストの増大を抑制することを課題とするものである。

本発明の免震建物は、上構造物と下構造物との間に免震層が設けられた免震建物であって、前記上構造物および前記下構造物の一方に他方側へ突出するように設けられた平面視にて円形状の凸部と、前記上構造物および前記下構造物の他方に前記凸部が入り込むように設けられた平面視にて円形状の凹部とが、建物内部に備えられており、前記凸部と前記凹部との水平方向のクリアランスが、前記免震層の水平方向の許容変形量よりも小さく設定されている。

前記免震建物において、前記凸部は、減衰材とセメントとの複合材で形成されているか、少なくとも一部を減衰材で形成されているかの少なくとも一方であってもよい。

前記免震建物において、前記上構造物は建物であってもよく、前記下構造物は基礎であってもよい。

前記免震建物において、前記上構造物は前記免震層が設けられた中間階より上の建物であってもよく、前記下構造物は前記免震層より下の建物であってもよい。

また、本発明に係る免震方法は、上構造物と下構造物との間に免震層を設ける免震方法であって、前記上構造物および前記下構造物の一方に他方側へ突出する平面視にて円形状の凸部を設け、前記上構造物および前記下構造物の他方に前記凸部が入り込む平面視にて円形状の凹部を設け、前記凸部と前記凹部とを建物内部に配し、前記凸部と前記凹部との水平方向のクリアランスを、前記免震層の水平方向の許容変形量よりも小さく設定する。

本発明によれば、免震建物を被衝突物に衝突させて免震層の変形を制御することで極大地震に対応するにあたり、建築計画に支障が生じないようにすると共に、施工コストの増大を抑制することができる。

一実施形態に係る免震建物を示す立断面図である。図１の２−２断面図（平断面図）である。極大地震発生時の免震建物の作用を示す立断面図である。解析モデルを示す図である。他の実施形態に係る免震建物を示す立断面図である。他の実施形態に係る免震建物を示す立断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る免震建物１０を示す立断面図であり、図２は、図１の２−２断面図（平断面図）である。これらの図に示すように、免震建物１０は、建物２０と、基礎３０と、これらの間に設けられた免震層４０とを備えている。

建物２０は、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造等の建物であり、所定の剛性・耐力等の性状が得られるように設計されている。また、基礎３０は、外周部に構築されて建物２０の下部を包囲する擁壁３２を備える。この擁壁３２と建物２０の下部との間には所定の水平クリアランスＣ１が設けられている。また、免震層４０には、複数の免震装置４２が間隔を空けて設置されている。この免震装置４２は、積層ゴム、滑り支承、又は積層ゴムと滑り支承とを組み合わせたもの等である。

ここで、建物２０の底部中央には、上方へ凹んだ平面視で円状の凹部２２が設けられ、基礎３０の上面中央には、上方へ突出した平面視で円状の凸部３４が設けられており、凸部３４の上部が凹部２２に入り込んでいる。また、凹部２２の円状の周壁面２２Ａの下部と、凸部３４の円状の周壁面３４Ａの上部とが所定の水平クリアランスＣ２を介して水平方向に対向している。この水平クリアランスＣ２は、擁壁３２と建物２０の下部との間の水平クリアランスＣ１よりも小さく設定されている。また、擁壁３２と建物２０の下部との間の水平クリアランスＣ１は、極大地震よりも小さく通常想定される地震・風で生じる建物２０の変位量を上回るが、極大地震で生じる建物２０の変位量に対しては下回るように設定されている。

凸部３４は、コンクリート又はセメント系複合改良材等で構築されており、所定の剛性・耐力等の性状が得られるように設計されている。ここで、セメント系複合改良材は、セメントに廃タイヤチップと繊維材とを複合したものや、セメントに高減衰ゴムチップと繊維材とを複合したもの等のセメントに緩衝材・減衰材を複合したもの等が挙げられる。なお、凸部３４の中央部をコンクリートで構築して凸部３４の外周部をゴムや発泡材等の緩衝材・減衰材で構築する等してもよい。

免震装置４２は、基礎３０の凸部３４の周囲と凸部３４の上に設置されており、建物２０を基礎３０に対して相対的に水平方向へ変位可能に支持している。ここで、免震装置４２の水平方向への限界変形量は、水平クリアランスＣ２よりも大きく設定されている。

図３は、極大地震発生時の免震建物１０の作用を示す立断面図である。この図に示すように、極大地震発生時には、建物２０が基礎３０に対して相対的に水平方向に変位するが、この際の水平変位量は、擁壁３２と建物２０の下部との水平クリアランスＣ１及び凹部２２と凸部３４との水平クリアランスＣ２を上回る。ここで、水平クリアランスＣ２が水平クリアランスＣ１よりも小さいことにより、極大地震発生時には、凹部２２の壁面２２Ａと凸部３４の壁面３４Ａとが衝突する。

また、本実施形態では、凹部２２及び凸部３４が共に平面視で円形状であり、かつ、これらの水平クリアランスＣ１は、全周に亘って一様であるため、免震建物１０に対して３６０°の何れの方向に地震動が入力しても、凹部２２と凸部３４とが衝突する。なお、凹部２２及び凸部３４の平面視での形状は円形状に限らず、矩形状等の他の形状にしてもよい。

ここで、凸部３４及び建物２０が、所定の剛性・耐力等の性状が得られるように設計されていることにより、免震建物１０の衝突による応答特性及び建物２０に入力する地震力を把握することができる。以下、この点について、上述の非特許文献１を参照して説明する。

図４は、解析モデルを示す代表的な図である。この解析モデルでは、免震建物１０を免震層４０と建物２０とからなる弾性２自由度系にモデル化し、凸部３４を免震層４０と水平クリアランスをもつ弾性バネに置換している。

免震層４０の水平変形量が水平クリアランスＣ２よりも小さい時、即ち凹部２２と凸部３４とが衝突しない時は、免震層４０は、通常の２自由度系として応答する。それに対して、極大地震の発生時、即ち凹部２２と凸部３４とが衝突する時は、免震層４０は、凸部３４を模擬した弾性バネの抵抗を受ける。

ここで、非衝突時の免震建物１０の運動方程式は、非減衰自由振動に対して下記（１）式で表され、衝突時の免震建物１０の運動方程式は、非減衰自由振動に対して下記（２）式で表される。

ここで、本実施形態に係る免震建物１０では、建物２０の質量ｍ_ｓ及び水平剛性ｋ_ｓと、免震層４０の質量ｍ_ｂ及び水平剛性ｋ_ｂに加えて、凸部３４の剛性ｋ_ｗも予め設計した値であるため、上記（２）式により凸部３４と凹部２２との衝突時の免震建物１０の応答特性を解析することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る免震建物１０では、基礎３０に建物２０の底部の側へ突出するように設けられた凸部３４と、建物２０の底部に凸部３４が入り込むように設けられた凹部２２とが備えられており、凸部３４と凹部２２との水平方向のクリアランスＣ２が、免震層４０の水平方向の許容変形量よりも小さく設定されている。これによって、極大地震等の大きな地震動が免震建物１０に入力した際には、建物２０の内周側に位置するように基礎３０上に設けられた凸部３４と、建物２０の底部に設けられた凹部２２とが衝突する。

ここで、凸部３４を、免震建物１０の外部ではなく内部に位置するように基礎３０上に設けたことにより、凸部３４の剛性・耐力等の性状を予め所定の性状に設定できる。また、建物２０の凹部２２の周囲の剛性・耐力等の性状も予め所定の性状に設定できる。従って、凸部３４と凹部２２との衝突時の免震建物１０の応答特性および建物２０に入力される地震力を正確に把握できる。

また、擁壁３２の周囲の地盤を所定の性状になるように改良して、建物２０を擁壁３２に衝突させる場合、その地盤改良は敷地内で行わなければならないことから、地盤改良する面積の分だけ建築面積が小さくなる。それに対して、本実施形態に係る免震建物１０によれば、かかる問題は生じず、建築計画に支障は生じない。また、地盤改良の施工コストを削減できる。

さらに、擁壁３２と建物２０との水平クリアランスＣ１を、極大地震発生時にも衝突しないように大きく設定する場合、敷地面積を大きくするか建築面積を小さくする必要がある。それに対して、本実施形態に係る免震建物１０によれば、かかる問題は生じず、建築計画に支障は生じない。また、免震装置４２の変形量を許容変形量未満に抑えることができ、免震装置４２の破断を防止できる。

また、本実施形態に係る免震建物１０では、凸部３４及び凹部２２を平面視で円形状に形成したことによって、免震建物１０に対して３６０°の何れの方向に地震動が入力しても、凹部２２と凸部３４とを衝突させることができる。また、凸部３４の性状が周方向の位置にかかわらず一様になるため、免震建物１０の応答性状および建物２０に入力する地震力を容易に解析・把握できる。特に、本実施形態では、凸部３４及び凹部２２を免震建物１０の中央部に設けたことにより、建物２０の性状の均一性も高くなるため、免震建物１０の応答性状および建物２０に入力する地震力をより一層容易に解析・把握できる。

図５は、他の実施形態に係る免震建物１００を示す立断面図である。この図に示すように、免震建物１００では、建物２０の底部中央に下方へ突出するように設けられた円状の凸部１２２と、基礎３０の上面中央に下方へ凹むように設けられた円状の凹部１３４とが備えられており、凸部１２２と凹部１３４とは凹凸関係になっている。凸部１２２は、エレベーターピット等の建物２０の設計計画上存在するものであり、建物２０の底部から下方へ突出している。

凸部１２２の円状の壁面１２２Ａと、凹部１３４の円状の壁面１３４Ａとは水平クリアランスＣ２を介して水平方向に対向している。また、免震装置４２は、基礎３０の凹部１３４の周囲と凹部１３４内に設置されており、建物２０を基礎３０に対して相対的に水平方向へ変位可能に支持している。

本実施形態に係る免震建物１００では、上述の実施形態に係る免震建物１０と同様の効果を得ることができると共に、設計計画上、建物２０の底部に存在する凸部１２２を利用しているため、施工コストをより一層低減できる。

図６は、他の実施形態に係る免震建物２００を示す立断面図である。この図に示すように、免震建物２００は、上部建物２２０と、下部建物２３０と、これらの間に設けられた免震層４０とを備えている。この免震建物２００は、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、又は鉄骨鉄筋コンクリート造の建物であり、中間階に免震層４０が設けられている。

下部建物２３０内には、基礎から鉛直上方に延びて下部建物２３０の頭部から上方へ突出する断面矩形状のコア２３４が設けられている。一方、上部建物２２０の底部には、上方へ凹んだ断面矩形状の凹部２２２が設けられており、凹部２２２の壁面２２２Ａと、コア２３４の壁面２３４Ａの天端とが水平クリアランスＣ２を介して水平方向に対向している。

本実施形態に係る免震建物２００では、極大地震発生時に中間階において、下部建物２３０から突出したコア２３４の天端が上部建物２２０の凹部２２２に衝突する。ここで、コア２３４の剛性・耐力等の性状を予め所定の性状に設定でき、上部建物２２０の凹部２２２の周囲の剛性・耐力等の性状も予め所定の性状に設定できる。従って、コア２３４と凹部２２２との衝突時の免震建物２００の応答特性および免震建物２００に入力する地震力を正確に把握できる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。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勿論である。例えば、上述の実施形態では、平面視で円形状の凸部３４、１３４および凹部２２、１２２、平面視で矩形状のコア２３４および凹部２２２を建物中央部に設けたが、凸部と凹部の形状や配置や数は適宜選択すればよい。また、基礎３０に擁壁３２を設けることは必須ではない。

さらに、建物２０に凹部２２を設ける場合、凹部２２は、建物２０を鉛直に貫通してもよく、この場合、凸部３４を建物２０の上部まで延ばして凸部３４の外周と建物２０の内周とを制振ダンパーで連結する等してもよい。

１０免震建物、２０建物、２２凹部、２２Ａ壁面、３０基礎、３２擁壁、３４凸部、３４Ａ壁面、４０免震層、４２免震装置、１００免震建物、１２２凸部、１２２Ａ壁面、１３４凹部、１３４Ａ壁面、２００免震建物、２２０上部建物、２２２凹部、２２２Ａ壁面、２３０下部建物、２３４コア、２３４Ａ壁面

Claims

上構造物と下構造物との間に免震層が設けられた免震建物であって、
前記上構造物および前記下構造物の一方に他方側へ突出するように設けられた平面視にて円形状の凸部と、前記上構造物および前記下構造物の他方に前記凸部が入り込むように設けられた平面視にて円形状の凹部とが、建物内部に備えられており、
前記凸部と前記凹部との水平方向のクリアランスが、前記免震層の水平方向の許容変形量よりも小さく設定されている免震建物。
前記凸部は、減衰材とセメントとの複合材で形成されているか、少なくとも一部を減衰材で形成されているかの少なくとも一方である請求項１に記載の免震建物。
前記上構造物は建物であり、前記下構造物は基礎である請求項１又は請求項２に記載の免震建物。
前記上構造物は前記免震層が設けられた中間階より上の建物であり、前記下構造物は前記免震層より下の建物である請求項１又は請求項２に記載の免震建物。
上構造物と下構造物との間に免震層を設ける免震方法であって、
前記上構造物および前記下構造物の一方に他方側へ突出する平面視にて円形状の凸部を設け、前記上構造物および前記下構造物の他方に前記凸部が入り込む平面視にて円形状の凹部を設け、前記凸部と前記凹部とを建物内部に配し、
前記凸部と前記凹部との水平方向のクリアランスを、前記免震層の水平方向の許容変形量よりも小さく設定する免震方法。