JP6383585B2 - 建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法 - Google Patents

Description

本発明は、建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法に関する。

免震建物の完成後の用途変更等により、免震建物の振動周期の調整が必要となる場合がある。この場合、既存の免震建物を支持する免震装置の大幅な改修工事を伴わず、免震建物の振動周期を調整する方法が望まれている。
免震建物の振動周期を調整する技術には、例えば特許文献１がある。

特許文献１は、免震建物の上層部に増築部を増築する際に、増築された免震建物に対応させて、振動周期を調整する方法である。
具体的には、免震建物を新築する際に、免震装置として、予め上段免震装置と下段免震装置を上下に重ねた２段免震装置を設置しておき、２段免震装置により、新築時の免震建物に適した振動周期に設定しておく。その後、免震建物の上層部に増築部を増築する際には、２段免震装置の上段免震装置又は下段免震装置のいずれか一方を、作動不能に拘束する。これにより、増築後の免震建物の水平剛性が変更され、増築後の免震建物に適した振動周期に調整することができる。

特開２００８−２１４９６８号公報

しかし、特許文献１は、事前に、免震建物の水平剛性が変更できるように、せん断剛性が可変とされた免震装置を配置しておく必要があり、用途変更が必要となった既存の免震建物には適用できない。

本発明は、上記事実に鑑み、用途変更が必要になった既存の建物を支持する免震部材の水平剛性を変更する変更方法を提供することを目的とする。

一態様に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法は、下部構造物に設けられ、上部構造物を支持する複数の既存免震部材の一部を、前記既存免震部材とせん断剛性の異なる新規免震部材に交換することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、既存免震部材の一部を、既存免震部材よりせん断剛性が低い新規免震部材に交換することにより、既存の免震建物の水平剛性が低くされる。また、既存免震部材の一部を、既存免震部材よりせん断剛性が高い新規免震部材に交換することにより、既存の免震建物の水平剛性が高くされる。更に、交換する新規免震部材の数量を増減することにより、免震建物の水平剛性が変更される。
これにより、免震建物の振動周期を調整することができる。

請求項１に記載の発明は、下部構造物に設けられ、上部構造物を支持する複数の既存免震部材のうち、前記下部構造物の中央部、及び、角部を除いた外周部に配置された前記既存免震部材を、前記既存免震部材よりせん断剛性が低い低剛性免震部材と交換することを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、免震建物の中央部に、既存免震部材よりせん断剛性が低くされた新規免震部材を設けることにより、既存免震部材と新規免震部材を組み合わせた免震部材全体の水平剛性が低くされる。これにより、免震建物の振動周期を、現状より長周期化することができる。
このとき、外周部の既存免震部材のせん断剛性は、中央部の新規免震部材より相対的に高いので、免震部材全体の振動周期を現状より長周期化しても、免震建物のねじり剛性を確保することができる。

請求項２に記載の発明は、下部構造物に設けられ、上部構造物を支持する複数の既存免震部材のうち、前記下部構造物の角部及び外周部に配置された前記既存免震部材を、前記既存免震部材よりせん断剛性が高い高剛性免震部材と交換することを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、免震建物の外周部に、既存免震部材よりせん断剛性が高くされた新規免震部材を設けることにより、既存免震部材と新規免震部材を組み合わせた免震部材全体のせん断剛性が高くされる。これにより、免震建物の振動周期を、現状より短周期化することができる。
このとき、中央部の既存免震部材のせん断剛性は、外周部の新規免震部材より相対的に低いので、免震部材全体の振動周期を現状より短周期化しても、免震建物のねじり剛性を確保することができる。

本発明は、上記構成としてあるので、用途変更が必要になった既存の建物を支持する免震部材の水平剛性を変更することができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る免震建物の水平剛性変更方法を説明するための既存の免震建物を模式的に示す正面図であり、（Ｂ）は、既存の免震装置の配置を示す図１（Ａ）のＺ１−Ｚ１線断面図である。 は本発明の第１実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法で変更した免震装置の配置を示す図１（Ａ）のＺ１−Ｚ１線断面図である。 は本発明の第２実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法で変更した免震装置の配置を示す図１（Ａ）のＺ１−Ｚ１線断面図である。 は本発明の第３実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法で変更した免震装置の配置を示す図１（Ａ）のＺ１−Ｚ１線断面図である。 は本発明の第４実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法で変更した免震装置の配置を示す図１（Ａ）のＺ１−Ｚ１線断面図である。 は本発明の第５実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法で変更した免震装置の配置を示す図１（Ａ）のＺ１−Ｚ１線断面図である。

（第１実施形態）
図１（Ａ）、（Ｂ）、図２を用いて、第１実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法について説明する。なお、本実施形態は、既存の免震建物１０の水平剛性を小さくする適用例である。
ここに、図１（Ａ）は既存の免震建物１０の正面図であり、図１（Ｂ）は水平剛性変更前の免震装置１４の配置を示す断面図であり、図２は水平剛性変更後の免震装置１４、１６の配置を示す平面図である。

図１（Ａ）に示すように、既存の免震建物１０は基礎部（下部構造物）１２を有し、基礎部１２には、上部建物（上部構造物）１３を支持する、複数の免震装置（既存免震部材）１４が設けられている。
図１（Ｂ）に示すように、免震装置１４は、格子状の交差部に複数個配置され、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のいずれにも、ほぼ等間隔とされている。免震装置１４は、いずれも、同じせん断剛性を有し、設計時に設定された振動周期で、上部建物１３を免震支持している。

なお、既存の免震建物１０の免震装置１４の配置やせん断剛性の大きさは、説明のための例示であり、これに限定されない。即ち、後述するように、コンピュータシミュレーションにより、既存の免震装置１４の配置やせん断剛性を用いて、既存の免震特性を把握した上で、免震装置１４の一部を他の免震装置に交換した後の免震特性を算出する。このとき、既存の免震装置１４の配置やせん断剛性は本質的な問題でなく、既存の免震特性の把握と、一部を他の免震装置に交換した後の免震特性の算出に必要な情報が入手できればよい。

本実施形態の建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法では、免震装置１４の一部を他の免震装置１６と交換するが、交換にあたり、基礎部１２の中央部に配置された免震装置１４を、交換対象としている。
即ち、図２に示すように、二点鎖線で示す境界線Ｌ１で囲まれた中央部（網掛け部）を交換ゾーン２２とし、交換ゾーン２２の内部の免震装置１４を交換する。一方、境界線Ｌ１の外側の外周部は、免震装置１４の交換を行わない非交換ゾーン２４とする。

このとき、非交換ゾーン２４は、基礎部１２の外周に沿って連続して設け、交換ゾーン２２を囲む構成とする。また、非交換ゾーン２４の内部では、免震装置１４を、基礎部１２の外周に沿って少なくとも１つは連続して残す構成とする。

次に、交換ゾーン２２の免震装置１４を全て取り外し、新規の免震装置（新規免震部材）１６と交換する。ここに、免震装置１６は、免震装置１４より、せん断剛性が低い低剛性免震装置である。なお、境界線Ｌ１の外側の既存の免震装置１４は、交換せずに、そのまま継続使用する。

これにより、免震装置１４、及び免震装置１４よりせん断剛性が低い免震装置１６で上部建物１３を支持する構成となり、免震建物２０の振動周期を、既存の免震建物１０の振動周期より長周期化することができる。
また、免震建物２０への地震入力を低減させることができるので、免震建物２０の補強強度を下げることができる。
また、既存の免震装置１４のせん断剛性が、新規の免震装置１６のせん断剛性より相対的に高いので、せん断剛性が高い免震装置１４が、せん断剛性が低い免震装置１６を連続して囲む構成となる。この結果、免震建物２０が地震時に、ねじり変形を受けても、免震建物２０のねじり剛性が確保され、ねじり変形が抑制される。

交換対象の決定においては、既存の免震装置１４と新規の免震装置１６との数量割合や、交換後のせん断剛性の大きさ等は、既存の免震建物１０の新たな用途等、必要な条件に基づいて決定される。この際、適切に交換対象を決定するには、コンピュータ上でシミュレーションを行い、最適な交換範囲等を求めておくのが望ましい。

免震建物１０の水平剛性を小さくした結果、上部建物１３の移動量が大きくなり過ぎる場合には、移動量を制限するストッパーの設置や、後述するダンパー４２の設置等で対応すればよい。
ここに、既存の免震装置１４及び新規の免震装置１６は、いずれも市販されている標準的な免震装置であり、詳細な説明は省略する。また、免震装置１４、１６に替えて、すべり支承を用いてもよい。

上記したように、基礎部１２に設けられ、上部建物１３を支持する複数の既存の免震装置１４の一部を、既存の免震装置１４とせん断剛性の異なる、新規の免震装置１６に交換することで、用途変更が必要になった既存の免震建物１０の水平剛性を変更することができる。

また、本実施形態では、免震建物１０が、建物の基礎部１２に免震装置１４が設けられた基礎免震の場合を例に説明した。しかし、これに限定されることはなく、免震建物１０が、建物の中間層に免震装置１４が設けられた中間層免震の建物であってもよい。
更に、本実施形態では、免震装置１４は、格子状の交点に全て配置されている構成で説明した。しかし、これに限定されることはなく、格子状の交点の一部の免震装置１４が欠けた配置であってもよい。また、上部建物１３の形状から、免震装置１４が格子状の交点に配置されていなくてもよい。

（第２実施形態）
図３を用いて、第２実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法について説明する。
第２実施形態は、既存の免震建物１０の水平剛性を大きくする適用例である点において、第１実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。

本実施形態の建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法では、免震建物１０の免震装置１４の一部を交換するにあたり、基礎部の外周部に配置された免震装置１４を、交換対象に選択する。
即ち、図３に示すように、二点鎖線で示す境界線Ｌ１と基礎部１２の外周で囲まれた外周部（網掛け部）を交換ゾーン２８とし、交換ゾーン２８の内部の免震装置１４を、新規の免震装置１８と交換する。一方、境界線Ｌ１の内側を非交換ゾーン２６とし、非交換ゾーン２６の免震装置１４は交換しない。
このとき、交換ゾーン２８は、基礎部１２の外周に沿って連続して非交換ゾーン２６を囲む構成とし、交換ゾーン２８の内部では、免震装置１４を、基礎部１２の外周に沿って少なくとも１つは交換する構成とする。

次に、交換ゾーン２８の免震装置１４を取り外し、新規の免震装置１８に交換する。一方、非交換ゾーン２６の既存の免震装置１４はそのまま継続使用する。ここに、新規の免震装置１８は、既存の免震装置１４より、せん断剛性が高い高剛性免震装置である。

これにより、免震装置１４、及び免震装置１４よりせん断剛性が高い免震装置１８で上部建物１３を免震支持する構成となり、免震建物３０の振動周期を、既存の免震建物１０より短周期化することができる。
このとき、交換ゾーン２８の新規免震部材１８のせん断剛性は、非交換ゾーン２６の既存免震装置１４より相対的に高くされているので、免震装置全体の振動周期を、既存の免震建物１０より短周期化しても、免震建物１０のねじり剛性を確保することができる。
他の構成は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。

（第３実施形態）
図４を用いて、第３実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法について説明する。
第３実施形態における免震建物４０は、基礎部１２と上部建物１３の間に、上部建物１３の振動を減衰させるダンパー４２を取付けた点において、第１実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。

図４に示すように、免震建物４０は、第１実施形態で説明した建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法に加えて、外周部の非交換ゾーン２４に、ダンパー４２を取り付ける水平剛性変更方法である。ダンパー４２は、基礎部１２と上部建物１３の間に取付けられ、地震時に、Ｘ軸方向呼びＹ軸方向の振動を減衰させ、免震建物４０の移動を抑制すると共に、免震建物４０にねじれや変形が生じたとき、免震建物４０のねじれや変形を減衰させる。

ここに、ダンパー４２は、オイルダンパー等の粘弾性系のダンパーであればよく、種類や形状等は問わない。また、ダンパー４２の取り付け位置は、外周部の非交換ゾーン２４に限定されず、中央部の交換ゾーン２２でもよいし、非交換ゾーン２４と交換ゾーン２２両方に取付けてもよい。

また、ダンパー４２は、図３で説明した免震建物３０、及び後述する免震建物５０、免震建物６０に適用してもよい。これにより、地震時に、Ｘ軸方向呼びＹ軸方向の振動を減衰させると共に、免震建物３０、５０、６０にねじれや変形が生じたとき、免震建物３０、５０、６０のねじれや変形を減衰させることができる。
他の構成は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。

（第４実施形態）
図５を用いて、第４実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法について説明する。
第４実施形態は、免震建物１０の水平剛性を低くする低剛性の免震装置１６を、外周部まで入り込ませた配置とした点において、第１実施形態とは相違する。相違点を中心に説明する。

本実施形態の建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法では、免震建物１０免震装置１４の一部を交換するにあたり、基礎部１２の４つの角部の免震装置１４を除いた、残りの免震装置１４を、交換対象に選択する。
即ち、図５に示すように、二点鎖線で示す境界線Ｌ２で囲まれた４つの角部を非交換ゾーン５４とし、非交換ゾーン５４の免震装置１４は交換しない。一方、非交換ゾーン５４を除いた、残りの中央部及び外周部（網掛け部）の一部を、免震装置１４を交換する交換ゾーン５２とする。

続いて、非交換ゾーン５４の免震装置１４はそのまま継続使用し、交換ゾーン５２の免震装置１４を取り外し、新規の免震装置１６に交換する。ここに、新規の免震装置１６は、既存の免震装置１４よりせん断剛性が低い、低剛性免震装置である。

これにより、免震装置１４、及び免震装置１４よりせん断剛性が低い免震装置１６で上部建物１３を免震支持する構成となり、免震建物５０の振動周期を、既存の免震建物１０より長周期化することができる。
このとき、角部の既存免震装置１４のせん断剛性は、中央部及び外周部の一部の新規免震装置１４より相対的に高いので、免震部材全体の振動周期を現状より長周期化しても、免震建物５０のねじり剛性を確保することができ、ねじり変形を抑制できる。
他の構成は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。

なお、本実施形態の展開例として、図５に示す交換ゾーン５２と、非交換ゾーン５４を入れ替えた構成としてもよい。
即ち、図示は省略するが、境界線Ｌ２で囲まれた、角部の非交換ゾーン５４の既存の免震装置１４を取り外し、新規の免震装置１８に交換する。一方、境界線Ｌ２の外側の交換ゾーン５２の免震装置１４を、そのまま継続使用する。ここに、新規の免震装置１８は、既存の免震装置１４よりせん断剛性が高い高剛性免震装置である。

これにより、免震建物１０の振動周期を、既存の免震建物１０より短周期化することができる。このとき、角部の既存免震装置１８のせん断剛性は、中央部の免震装置１４より相対的に高いので、免震部材全体の振動周期を、既存の免震建物１０より長周期化しても、免震建物５０のねじり剛性を確保することができ、ねじり変形を抑制できる。

（第５実施形態）
図６を用いて、第５実施形態に係る建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法について説明する。
第５実施形態は、免震建物１０の水平剛性を低くする低剛性の免震装置１６の位置を、基礎部１２の中央部及び角部とした点において第１実施形態と相違する。相違点を中心に説明する。

本実施形態の建物を支持する免震部材の水平剛性変更方法では、免震建物１０の免震装置１４の一部を交換するにあたり、基礎部の４つの角部、及び中央部の免震装置１４を交換対象に選択する。
即ち、図６に示すように、二点鎖線で示す境界線Ｌ３で囲まれた、基礎部１２の４辺の各中央部を、免震装置１４の交換を行わない非交換ゾーン６４とする。一方、非交換ゾーン６４を除いた、残りの基礎部１２の中央部及び角部（網掛け部）を、免震装置１４を交換する交換ゾーン６２とする。

続いて、非交換ゾーン６４の既存の免震装置１４は、交換せずそのまま継続使用し、交換ゾーン６２においては、既存の免震装置１４を取り外し、新規の免震装置１６に交換する。ここに、免震装置１６は、既存の免震装置１４よりせん断剛性が低い、低剛性免震装置である。

これにより、免震装置１４、及び免震装置１４よりせん断剛性が低い免震装置１６で上部建物１３を免震支持する構成となり、免震建物６０の振動周期を、既存の免震建物１０より長周期化することができる。このとき、基礎部１２の４辺の中央部に残された既存の免震装置１４のせん断剛性が、中央部の新規免震部材１６より相対的に高くなる。この結果、免震装置全体の振動周期を既存の免震建物１０より長周期化しても、免震建物６０のねじり剛性を確保することができ、ねじり変形を抑制できる。

なお、本実施形態の展開例として、図６に示す交換ゾーン６２と、非交換ゾーン６４を入れ替えた構成としてもよい。
即ち、図示は省略するが、境界線Ｌ３で囲まれた、非交換ゾーン６４の既存の免震装置１４を取り外し、新規の免震装置１８に交換する。一方、交換ゾーン６２の免震装置１４は、交換せずそのまま継続使用する。ここに、免震装置１８は、既存の免震装置１４よりせん断剛性が高い高剛性免震装置である。

これにより、免震建物６０の振動周期を、既存の免震建物１０より短周期化することができる。このとき、外周部の免震装置１８のせん断剛性は、中央部及び角部の免震装置１４より相対的に高いので、免震部材全体の振動周期を既存の免震建物１０より短周期化しても、免震建物１０のねじり剛性を確保することができ、ねじり変形を抑制できる。
他の構成は、第１実施形態と同じであり説明は省略する。

１０、２０、３０、４０、５０、６０ 免震建物
１２ 基礎部（下部構造物）
１３ 上部構造物
１４ 免震装置（既存免震部材）
１６ 免震装置（新規免震部材）
１８ 免震装置（新規免震部材）
２２、２８、５２、６２ 交換ゾーン
２４、２６、５４、６４ 非交換ゾーン
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３ 境界線

Claims (2)

1. 下部構造物に設けられ、上部構造物を支持する複数の既存免震部材のうち、前記下部構造物の中央部、及び、角部を除いた外周部に配置された前記既存免震部材を、前記既存免震部材よりせん断剛性が低い低剛性免震部材と交換する、免震部材の水平剛性変更方法。
2. 下部構造物に設けられ、上部構造物を支持する複数の既存免震部材のうち、前記下部構造物の角部及び外周部に配置された前記既存免震部材を、前記既存免震部材よりせん断剛性が高い高剛性免震部材と交換する、免震部材の水平剛性変更方法。

Images