JP6302778B2 - 免震装置の設置方法 - Google Patents

Description

本発明は、既存の構造物に種類が異なる２以上の免震装置を設置する方法に関する。

ビルやマンション等の既存の構造物に対して耐震性を向上させる免震化工事は、免震レトロフィット工事と呼ばれ、この工事では、既存の構造物の上部構造と、建物を支持する地盤と結合した下部構造との間の縁を切り、そこに揺れを吸収する免震装置を設置することで、地震時に上部構造への地盤の揺れの伝わりを低減させている。

このときに設置される免震装置には、上部構造と下部構造との縁を切る絶縁機能、上部構造を支える支持機能、揺れを減衰させる減衰機能、地震がおさまった後に上部構造を元の位置に戻す復元機能が求められる。これらの機能を備えるべく、免震レトロフィット工事では、一般的に種類が異なる２以上の免震装置を組み合わせて使用している。

免震装置を設置する最初の手順は、上部構造となる部分をジャッキ装置等で仮受けした上で、上部構造を下部構造と切断することを行う。次いで、免震装置を所定の位置に設置し、仮受けジャッキを徐々にダウンして、上部構造による荷重を仮受けジャッキから免震装置へ移し変えていく。最終的に仮受けジャッキの荷重を全て免震装置に移し変えて、仮受けジャッキを撤去すると、上部構造は免震装置を介してのみ地盤と結合するように全体の構造が変更される。

ところで、上部構造による荷重を仮受けジャッキから免震装置へ移し変えていく際には、上部構造を損傷し得る有害な変形を発生させないように、上部構造の鉛直方向への変位量（鉛直変位量）を均一に保つことが課題となる。一方で、免震装置のもつ剛性の差や、免震装置が分担支持する上部構造の荷重の違い等が原因となり、免震装置の鉛直変位量を一様に保つことは簡単ではない。そこで、設置する免震装置の剛性および上部構造から受ける実際の荷重を、実物を用いて建物が損傷しない程度まで実際にジャッキダウンして測定し、その評価結果を用いて、免震装置の設置レベルを決定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、複数の積層ゴム型免震装置を使用する場合に限るが、各免震装置の設計上の最終変形量を与えるプレストレスを加えた状態で、設置場所に挿入し、上部構造と免震装置を連結した上で、そのプレストレスを解放する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−０９７０８７号公報 特開平１０−２８０７０５号公報

上記特許文献１に記載の技術では、決定した設置レベルに免震装置を設置する方法として、下部構造と免震装置あるいは上部構造と免震装置の間に介在させるグラウトの厚みを増減して調節している。しかしながら、すべり支承や転がり支承を免震装置として使用する場合、これらの装置は変形性に乏しく、グラウトの厚みを増減して調整する方法で設置レベルを補正することは困難である。

上記特許文献２に記載の技術は、積層ゴム型免震装置以外のすべり支承や転がり支承に対しては、これらの装置は変形性に乏しく、プレストレスを加えて設置前に変形を与えること自体が難しいため、適用することはできない。

そこで、積層ゴム型免震装置に加えて、すべり支承や転がり支承等の種類が異なる２以上の免震装置が混在して構成されるような免震システムでは、上部構造と下部構造との間に該上部構造が損傷し得る有害な変形を発生させないように設置する新たな方法の提供が望まれていた。

本発明は、上記課題に鑑み、既存の構造物に種類が異なる２以上の免震装置を設置する方法であって、既存の構造物の上部構造を複数の支持部材により支持しつつ上部構造と下部構造とに切断する工程と、下部構造上に２以上の免震装置の各々を設置する工程と、上部構造の荷重を各免震装置が分担支持した場合に推定される各免震装置の鉛直変位量に応じて、１以上の免震装置と上部構造との間に隙間を設ける工程と、複数の支持部材にかかる上部構造の荷重を２以上の免震装置へ移行させ、複数の支持部材を撤去する工程とを含む、免震装置の設置方法が提供される。

本発明の方法を提供することにより、種類が異なる免震装置を、上部構造と下部構造との間に該上部構造が損傷し得る有害な変形を発生させないように設置することができる。

従来工法の作業の流れを示したフローチャート。 本発明の方法における作業の流れを示したフローチャート。 本発明の方法における作業の様子を示した図。 設置クリアランスを示した図。 図３に示す作業の一部様子を拡大して示した図。 図３に示す作業の別の様子を拡大して示した図。

本発明の方法は、従来の工法を改良した方法であるため、まず初めに、従来工法について簡単に説明しておく。従来工法、すなわち免震レトロフィット工法は、図１に示すように、ステップ１００から開始し、ステップ１１０で、既存の構造物の上部構造となる部分を、複数の支持部材である複数のジャッキ装置によりジャッキアップして仮受けしつつ、上部構造を下部構造と切断する。ステップ１２０では、上部構造と下部構造との間であって、下部構造上に複数の免震装置の各々を設置する。

ステップ１３０では、複数の免震装置と上部構造との間にコンクリートを打設し、そのコンクリートを上部構造と一体化させ、免震装置上部基礎を構築する。ステップ１４０では、複数のジャッキ装置を徐々にジャッキダウンして、複数のジャッキ装置にかかる上部構造の荷重を複数の免震装置へ移行させ、複数のジャッキ装置を撤去し、ステップ１５０でこの作業を終了する。複数のジャッキ装置の撤去により、上部構造は、免震装置を介してのみ地盤と結合するように全体の構造が変更される。

従来工法は、使用する複数の免震装置がすべて同じ種類であり、各免震装置が分担支持する上部構造の荷重が同じであれば、上部構造の荷重をジャッキ装置から免震装置へ移し変えていく際、各免震装置の鉛直変位量をほぼ一様に保つことが可能であるため、上部構造を損傷し得る有害な変形は発生しない。

しかしながら、２以上の異なる種類の免震装置を用いる場合は、種類に応じて剛性に差があり、さらに、各免震装置が分担支持する上部構造の荷重にも違いがある。したがって、各免震装置の鉛直変位量を一様に保つことは困難であり、上部構造が損傷し得る有害な変形を発生させてしまう可能性がある。

そこで、本発明の方法では、上部構造の荷重を、複数のジャッキ装置から複数の免震装置へ移行する前に、各免震装置が分担支持する荷重から各免震装置の鉛直変位量を推定し、その違いの差分を予め隙間（クリアランス）として設ける。すると、上部構造の荷重を、複数の免震装置へ移行して、各免震装置が分担支持するときに、各免震装置に設定した鉛直変位が生じ、上部構造の鉛直変位量を均一に保つことができる。

具体的な方法を、図２に示すフローチャートおよび図３、図５および図６の各作業における様子を示した図を参照して詳細に説明する。この方法は、ステップ２００から開始し、従来工法と同様、ステップ２１０では、図３に示す既存の構造物１０の上部構造１１を、複数の支持部材である複数のジャッキ装置によりジャッキアップして仮受けしつつ、上部構造１１を下部構造１２と切断する。既存の構造物１０の基礎や中間階の柱を切断し、その切断した箇所より上側を上部構造１１とし、その切断した箇所より下側を下部構造１２とする。柱の切断は、ワイヤーソー等の切断手段を使用して実施することができる。なお、柱を切断しても、複数のジャッキ装置により上部構造１１を支持しているので、上部構造１１が倒壊したりすることはない。

ステップ２２０では、上部構造１１と下部構造１２との間であって、下部構造１２上に複数の免震装置１３の各々を設置する。これらの免震装置１３を設置するにあたって、下部構造１２の鉛直方向上側に突出する切断した柱の周囲に鉄筋を配筋し、ベースプレートと呼ばれる免震装置１３を固定するための板を配筋した鉄筋上に設置する。そして、コンクリートを打設して下部構造と一体化させ、免震装置下部基礎１４を構築する。免震装置１３は、積層ゴム支承、すべり支承、転がり支承の少なくとも２種類が使用される。当然にして、これら以外の種類の免震装置１３を使用することも可能である。

積層ゴム支承は、ゴムシートと鋼板とを交互に積層して一体化したもので、上部構造１１を支持しつつ水平方向に変形可能で、かつ揺れがおさまった場合に元の位置に戻る性質を有している。積層ゴム支承としては、例えば、内部に鉛プラグが挿設された鉛プラグ入り積層ゴム支承を用いることができる。鉛プラグを備えることで、揺れを止めるためのダンパーとしての機能を付与することができる。

すべり支承は、例えば、弾性すべり支承を採用することができ、積層ゴム底部の鋼板にフッ素系樹脂板等のすべり材と、フッ素系樹脂コーティングされたステンレス鋼板等のすべり板とから構成される。弾性すべり支承は、上部構造１１を支持しつつ水平方向に変形可能で、地震が大きくなると、すべり材がすべり板上を滑動することにより上部構造１１の揺れを低減させる。

転がり支承は、例えば、直動転がり支承を採用することができ、ボールベアリングを用いて水平方向に自在に移動可能としつつ上部構造１１を支持することができる装置である。転がり支承は、上下２つのレールを交差するように設け、水平方向３６０°のいずれの方向にも移動可能とし、その移動により上部構造１１の揺れを低減させる。転がり支承は、その形状により十字型、キ型、井型の３種類がある。

各免震装置１３は、継手としてのフランジを備えており、フランジとベースプレートとがボルトおよびナット等の締結手段により締結され、これにより、ベースプレート上に設置される。既存の構造物１０のどの位置にどの種類の免震装置１３を設置するかについては、免震設計において決定することができる。この例では、これら３つの種類の免震装置１３を使用するものとして説明する。

ステップ２３０では、上部構造１１の荷重を各免震装置１３に加えた場合に推定される各免震装置１３の鉛直変位量に応じて、１以上の免震装置１３と上部構造１１との間に１以上の仮設プレートと呼ばれる板部材を配置する。そして、複数の仮設支持部材である複数の仮設ボルトによりアンカープレートと呼ばれる免震装置１３と連結するための板を支持し、下記の差分のクリアランスを設ける。

鉛直変位量は、積層ゴムが最も大きく、すべり支承と転がり支承はほぼ同じであるが、若干すべり支承が大きくなっている。このため、鉛直変位量が最も大きい積層ゴムには、仮設プレートは配置せず、すべり支承および転がり支承に仮設プレートを配置する。

仮設プレートの厚さは、すべり支承と転がり支承とでは、上記のように鉛直変位量が異なっているため、異なる厚さとされる。具体的な例としては、図４に示す表のように決定することができる。図４では、免震設計において積層ゴムが２．５ｍｍ、すべり支承が１．５ｍｍ、転がり支承が１．１ｍｍの縮み、いずれも上部構造となじむ際に縮むと予想されるなじみ量が０．５ｍｍとされている。このため、これらの合計である鉛直変位量は、積層ゴムが３．０ｍｍ、すべり支承が２．０ｍｍ、転がり支承が１．６ｍｍとなる。

鉛直変位量が最も大きい積層ゴムを基準に、その差分を求めると、すべり支承は１．０ｍｍ、転がり支承は１．４ｍｍとなる。この差分を、設けるべきクリアランスとする。そして、そのクリアランスを設けるために、その差分と同じ厚さの仮設プレートを、すべり支承、転がり支承の上に配置し、積層ゴムおよび仮設プレートの各々に隣接して各アンカープレートを複数の仮設ボルトにより支持する。

図５に示すように、各免震装置１３は、上部にフランジを備え、仮設ボルトは、フランジを介してアンカープレートと締結される。例えば、仮設ボルトは、一端がアンカープレートと締結され、他端は免震装置下部基礎１４の上面や下部構造１２の上面に溶接されたナットに螺合して締結することができる。仮設ボルトの長さは、全ねじボルトやナット等を用いて所定のクリアランスを設けることができる長さに調整することができる。

仮設ボルト１８ａは、積層ゴム１３ａのフランジ１６ａとアンカープレート１７ａとがクリアランス０、すなわち隣接して配置されるようにアンカープレート１７ａに締結される。ここで、積層ゴム１３ａの鉛直変位量をｘとし、すべり支承１３ｂの鉛直変位量との差分をδ_１、転がり支承１３ｃの鉛直変位量との差分をδ_２とする。すべり支承１３ｂのフランジ１６ｂ上には、その差分δ_１と同じ厚さの仮設プレート１９ｂが配置される。転がり支承１３ｃのフランジ１６ｃ上には、その差分δ_２と同じ厚さの仮設プレート１９ｃが配置される。

仮設ボルト１８ｂは、すべり支承１３ｂのフランジ１６ｂとアンカープレート１７ｂとの間に差分δ_１と同じクリアランスを確保しつつアンカープレート１７ｂに締結される。仮設ボルト１８ｃは、転がり支承１３ｃのフランジ１６ｃとアンカープレート１７ｃとの間に差分δ_２と同じクリアランスを確保しつつアンカープレート１７ｃに締結される。

仮設ボルト１８ａ〜１８ｃは、アンカープレート１７ａ〜１７ｃおよび免震装置上部基礎１５の荷重を受け、仮設プレート１９ｂ、１９ｃは、正確なクリアランスを確保するためのゲージとして作用する。

再び図２を参照して、ステップ２４０では、アンカープレートと上部構造１１との間にコンクリートを打設し、免震装置上部基礎１５を構築する。具体的には、免震装置下部基礎１４と同様に、上部構造１１の底部から鉛直方向下側に突出する切断した柱の周囲に鉄筋を配筋し、コンクリートを打設して免震装置上部基礎１５を構築する。

ステップ２５０では、１以上の仮設プレートを１以上の免震装置１３上から撤去する。すなわち、すべり支承および転がり支承の上に配置した仮設プレートおよび仮設ボルト、積層ゴムに対して設置した仮設ボルトをすべて取り除く。仮設プレートは、正確なクリアランスを確保するために配置するのみで、すべり支承および転がり支承の上部フランジと、その上部にあるアンカープレートとの隙間の間隔は、複数の仮設ボルトおよび複数のジャッキ装置により維持され、その上の荷重を受けているので、仮設プレートは、スライドさせる等して簡単に取り除くことができる。また、仮設ボルトも、複数のジャッキ装置が上部構造１１の荷重を受けているので、簡単に取り除くことができる。

ステップ２６０では、ジャッキダウンして、複数のジャッキ装置にかかる上部構造１１およびアンカープレートの荷重を、複数の免震装置１３へ移行させ、複数のジャッキ装置を撤去する。複数のジャッキ装置をゆっくりジャッキダウンしていくことで、積層ゴムは縮み、すべり支承と転がり支承はそのクリアランスがなくなっていく。さらにジャッキダウンすることで、積層ゴムはさらに縮み、アンカープレートと接触したすべり支承は鉛直方向に縮み、転がり支承とアンカープレートとのクリアランスがなくなっていく。さらにジャッキダウンすると、積層ゴムがさらに縮み、すべり支承も縮み、転がり支承もアンカープレートと接触して鉛直方向に縮む。

すべての免震装置が設定した鉛直変位量だけ縮むことで、上部構造の鉛直変位量を均一に保つことができ、図６に示すように、上部構造が損傷し得る有害な変形が発生することなく、上部構造を、免震装置を介して地盤と結合することができる。

上部構造１１およびアンカープレート１７ａ〜１７ｃの荷重が複数の免震装置１３にかけられたところで、アンカーボルト２０ａ〜２０ｃを、フランジ１６ａ〜１６ｃを介してアンカープレート１７ａ〜１７ｃに締結し、上部構造１１と下部構造１２とを免震装置１３を介して接続し、ステップ２７０でこの作業を終了する。

この例では、仮設ボルト１８ａ〜１８ｃを使用して所定のクリアランスを維持しつつ上部構造１１およびアンカープレート１７ａ〜１７ｃの荷重を受けているが、仮設ボルト１８ａ〜１８ｃに限定されるものではなく、小型のジャッキ装置等を用いてもよい。また、所定のクリアランスを設けるために、仮設プレート１９ｂ、１９ｃを用いているが、ゲージとして用いることができれば、鋼管や角材等のいかなる形状の部材でも用いることができる。

これまで本発明の免震装置の設置方法について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…構造物、１１…上部構造、１２…下部構造、１３…免震装置、１３ａ…積層ゴム、１３ｂ…すべり支承、１３ｃ…転がり支承、１４…免震装置下部基礎、１５…免震装置上部基礎、１６ａ〜１６ｃ…フランジ、１７ａ〜１７ｃ…アンカープレート、１８ａ〜１８ｃ…仮設ボルト、１９ｂ、１９ｃ…仮設プレート、２０ａ〜２０ｃ…アンカーボルト

Claims (5)

1. 既存の構造物に種類が異なる２以上の免震装置を設置する方法であって、
   前記既存の構造物の上部構造を複数の支持部材により支持しつつ、該既存の構造物を該上部構造と下部構造とに切断する工程と、
   前記上部構造と前記下部構造との間であって、該下部構造上に前記２以上の免震装置の各々を設置する工程と、
   前記上部構造の荷重を各前記免震装置で分担支持した場合に推定される該各免震装置の鉛直変位量に応じて、１以上の前記免震装置と前記上部構造との間に隙間を設ける工程と、
   前記複数の支持部材にかかる前記上部構造の荷重を前記２以上の免震装置へ移行させ、前記複数の支持部材を撤去する工程とを含む、免震装置の設置方法。
2. 前記隙間を設ける工程は、前記１以上の免震装置と前記上部構造との間に所定の厚さを有する１以上の板部材を配置する工程と、前記１以上の免震装置を除く免震装置および前記１以上の板部材と前記上部構造との間にコンクリートを打設し、前記上部構造と一体化した１以上の上部基礎を構築する工程と、前記１以上の板部材を前記１以上の免震装置上から撤去する工程とを含む、請求項１に記載の免震装置の設置方法。
3. 前記免震装置を設置する工程で、種類が異なる３以上の免震装置を設置する場合、前記板部材を配置する工程では、２以上の前記免震装置の各々と前記上部構造との間に厚さが異なる２以上の板部材を配置する、請求項２に記載の免震装置の設置方法。
4. 前記板部材の厚さは、最も大きく変位する免震装置の変位量と、該板部材を配置する免震装置の変位量との差分により決定される、請求項２または３に記載の免震装置の設置方法。
5. 前記コンクリートを打設する工程では、複数の仮設支持部材により２以上のアンカープレートの各々を支持しつつコンクリートを打設して、各々が前記アンカープレートを備える２以上の前記上部基礎を構築し、前記１以上の板部材を撤去する工程では、前記１以上の板部材とともに前記仮設支持部材を取り除く、請求項２〜４のいずれか１項に記載の免震装置の設置方法。