JP6511727B2 - 免震建物、及び、免震装置の交換方法 - Google Patents

Description

本発明は、免震建物、及び、免震装置の交換方法に関する。

建物における上部構造体と下部構造体との間に免震装置を設置し、上部構造体の振動を長周期化し、上部構造体の揺れを緩和する免震建物が知られている。一般に、免震装置は、建物の柱からの荷重を、鉄筋コンクリート等で構築された上部基礎部材を介して支持する。そのため、免震装置の交換時には、免震装置の周囲に複数のジャッキが設置され、柱からの荷重は複数のジャッキで仮支持される。そうすると、免震装置が柱からの荷重を支持していたときと、上部基礎部材に作用する応力分布が異なり、上部基礎部材にひび割れ等の破損が生じる虞がある。そこで、上部基礎部材に、ＰＣ鋼材を水平に挿通可能なダクトを設けておき、免震装置の交換時には、そのダクトにＰＣ鋼材を挿通し、ＰＣ鋼材に緊張力を導入することで、上部基礎部材のコンクリートにプレストレスを付与して補強する方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開平９−３９２１号公報

しかし、上記方法では、上部基礎部材の鉄筋を避けた位置にダクトを形成するために、上部基礎部材の幅を大きくしたり、上部基礎部材にダクト孔が形成されて断面欠損が生じるため、上部基礎部材を補強したりしなければならない。そうすると、材料費や作業量が増加し、施工コストがかかってしまう。また、上記方法では、免震装置の交換時に、ＰＣ鋼材をダクトに挿通する等の作業が必要となり、免震装置の交換作業が煩雑である。

本発明はかかる従来の課題に鑑みてなされたもので、その主な目的は、施工コストを低減し、免震装置の交換作業を容易にする免震建物、及び、免震装置の交換方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明に係る免震建物は、建物の柱が上面に連結された上部基礎部材と、下部基礎部材との間に、免震装置が設置された免震建物であって、
前記上部基礎部材の下面に設けられ、かつ、前記免震装置の交換時に、前記免震装置の周囲に設置されて前記柱からの斜め方向の荷重を仮支持する複数のジャッキに当接可能なように、前記免震装置の周囲まで延びている水平部材、及び、
前記水平部材の上面のうち前記免震装置の周囲に対応する部位に設けられ、当該上面から上方に突出し、前記上部基礎部材に埋設された突出部材が、
備えられ、
前記水平部材の厚さや材質、及び、前記突出部材の数が、
前記上部基礎部材と前記水平部材の接触面の摩擦力と前記突出部材のせん断抵抗力の合力が、前記斜め方向の荷重の水平方向成分以上となるように決定されていることを特徴とする免震建物である。
このような免震建物によれば、柱からジャッキに向かって伝達される荷重の水平方向成分に対して、突出部材と水平部材とで抵抗でき、上部基礎部材の破損を抑制できる。したがって、前述のように、上部基礎部材にＰＣ鋼材を挿通するダクトを設ける必要がなくなり、施工コストを低減でき、また、免震装置の交換時にＰＣ鋼材をダクトに挿通する等の作業が必要なくなり、免震装置の交換作業を容易にできる。
また、係る免震建物であって、前記上部基礎部材は、鉄筋コンクリート（但し、鉄骨鉄筋コンクリートを除く）で構築されていることとしてもよい。

係る免震建物であって、前記水平部材は、前記上部基礎部材に対する前記免震装置の設置用部材であることを特徴とする免震建物である。
このような免震建物によれば、免震装置の設置用部材とは別に、柱からジャッキに向かって伝達される荷重の水平方向成分に抵抗する部材を新たに設ける場合に比べて、施工コストを低減できる。

係る免震建物であって、前記下部基礎部材の上面に、前記下部基礎部材に対する前記免震装置の設置用部材が設けられ、当該設置用部材は、前記水平部材に比べて、水平面が小さいことを特徴とする免震建物である。
このような免震建物によれば、下部基礎部材に対する免震装置の設置用部材は上部基礎部材の破損に影響しないため、上部基礎部材の破損を抑制しつつ、施工コストを一層低減できる。

また、建物の柱が上面に連結された上部基礎部材と、下部基礎部材との間に、設置された免震装置の交換方法であって、
前記上部基礎部材の下面に設けられ、かつ、前記免震装置の交換時に、前記免震装置の周囲に設置されて前記柱からの斜め方向の荷重を仮支持する複数のジャッキに当接可能なように、前記免震装置の周囲まで延びる水平部材の厚さや材質、及び、
前記水平部材の上面のうち前記免震装置の周囲に対応する部位に設けられ、当該上面から突出し、前記上部基礎部材に埋設される突出部材の数を、
前記上部基礎部材と前記水平部材の接触面の摩擦力と前記突出部材のせん断抵抗力の合力が、前記斜め方向の荷重の水平方向成分以上となるように決定することと、
決定された厚さや材質の前記水平部材及び決定された数の前記突出部材を、それぞれ前記上部基礎部材の下面及び前記水平部材の上面に設けることと、
前記免震装置の周囲に前記複数のジャッキを設置することと、
前記突出部材が設けられた前記水平部材に、前記複数のジャッキを当接させ、前記柱からの斜め方向の荷重を前記複数のジャッキに仮支持させた状態で、前記免震装置を交換することと、
前記柱からの荷重を新しい前記免震装置に支持させた後に、前記複数のジャッキを撤去することと、
を有することを特徴とする免震装置の交換方法である。
このような免震装置の交換方法によれば、複数のジャッキを水平部材に当接させて設置するだけで、上部基礎部材の破損を抑制でき、免震装置の交換作業を容易にできる。

本発明によれば、施工コストを低減し、免震装置の交換作業を容易にする免震建物、及び、免震装置の交換方法を提供することができる。

図１Ａは本実施形態の免震建物の鉛直断面図であり、図１Ｂは図１Ａの位置ＡＡにおける免震建物の水平断面図である。 本実施形態の免震建物における免震装置の交換時の状態を示す図である。 免震装置の交換時に本実施形態の免震建物に作用する力を説明する図である。 図４Ａは比較例の免震建物の免震装置交換時の鉛直断面図であり、図４Ｂは図４Ａの位置ＡＡにおける免震建物の水平断面図である。

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１Ａは、本実施形態の免震建物１の鉛直断面図であり、図１Ｂは、図１Ａの位置ＡＡにおける免震建物１の水平断面図である。なお、図１Ｂには、免震装置１０の本体部１１の位置等も仮想的に描いている。図２は、本実施形態の免震建物１における免震装置１０の交換時の状態を示す図である。図３は、免震装置１０の交換時に本実施形態の免震建物１に作用する力を説明する図である。

本実施形態の免震建物１は、建物の柱４が上面３ａに連結された上部基礎部材３と、地盤を掘削して形成された免震ピット（不図示）内に設けられた下部基礎部材２との間に、免震装置１０が設置された建物とする。なお、柱４の配置に応じてＸ方向及びＹ方向に間隔を空けて複数配置される上部基礎部材３は基礎梁５にて連結されている。また、建物の基礎部分に免震装置１０を設置するに限らず、例えば、中間階の柱の途中に免震装置１０を設置した免震建物でもよい。

免震装置１０は、円形鋼板と円形ゴム板とが交互に積層された本体部１１と、本体部１１の上下端面にそれぞれ設けられた上部フランジプレート１２及び下部フランジプレート１３と、を有する積層ゴム支承とする。上部フランジプレート１２及び下部フランジプレート１３は、免震装置１０を上部基礎部材３及び下部基礎部材２に設置するための部材であり、ボルト孔が形成されている。なお、免震装置１０を積層ゴム支承とするに限らず、例えば、すべり支承又は転がり支承にしてもよい。

上部基礎部材３は、鉄筋コンクリートで構築されたものとし、コンクリート内に、Ｘ方向に延びる鉄筋３０と鉛直方向に延びる鉄筋３１とＹ方向に延びる鉄筋３２とが埋設されている。同様に、下部基礎部材２も鉄筋コンクリートで構築されたものとする。上部基礎部材３の下面３ｂには、上部ベースプレート３３（例えば鋼板）が設けられ、下部基礎部材２の上面２ａには、下部ベースプレート２１（例えば鋼板）が設けられている。上部ベースプレート３３は、上部基礎部材３に対する免震装置１０の設置用部材であり、下部ベースプレート２１は、下部基礎部材２に対する免震装置１０の設置用部材である。そのため、上部ベースプレート３３及び下部ベースプレート２１には、ボルト孔が形成されており、更に、コンクリート側の面には、前記ボルト孔に連通するナットｎ等が溶接等で取り付けられている。

また、上部ベースプレート３３の上面３３ａには、その上面３３ａから上方に突出する複数の突出部材３４（例えば頭付きスタッド）が溶接等で取り付けられ、それら突出部材３４は上部基礎部材３のコンクリートに埋設されている。同様に、下部ベースプレート２１の下面２１ａにも複数の突出部材２２が取り付けられ、それら突出部材２２は下部基礎部材２のコンクリートに埋設されている。それにより、上部基礎部材３のコンクリートに対する上部ベースプレート３３の定着力が高められ、下部基礎部材２のコンクリートに対する下部ベースプレート２１の定着力が高められている。なお、図１Ａでは、上部ベースプレート３３の一部、及び、下部ベースプレート２１の一部が、それぞれ、上部基礎部材３のコンクリート、及び、下部基礎部材２のコンクリートに埋設されているが、埋設されていなくてもよい。つまり、上部基礎部材３の下面３ｂに上部ベースプレート３３を添設し、下部基礎部材２の上面２ａに下部ベースプレート２１を添設してもよい。

そして、免震装置１０の上部フランジプレート１２と上部ベースプレート３３の各ボルト孔に通されたボルトｂが、上部ベースプレート３３のナットｎ等に締結されると共に、免震装置１０の下部フランジプレート１３と下部ベースプレート２１の各ボルト孔に通されたボルトｂが、下部ベースプレート２１のナットｎ等に締結されている。そうして、免震装置１０は上部基礎部材３と下部基礎部材２とに固定されている。

免震装置１０は、建物の荷重を、上部基礎部材３を介して柱４から受けると共に、その荷重を下部基礎部材２に伝達する。そのため、経年劣化等により免震装置１０を交換する場合には、免震装置１０の周囲に複数のジャッキ４０を設置し、柱４からの荷重をジャッキ４０に仮支持させる。

本実施形態では、図２に示すように、免震装置１０のＸ方向の両外側にジャッキ４０を設置する場合を例に挙げる。具体的には、上部基礎部材２と下部基礎部材３との間のうち、図１Ｂに示すように、免震装置１０よりもＸ方向右側でありＹ方向の奥側の領域Ａ１及びＹ方向の手前側の領域Ａ２と、免震装置１０よりもＸ方向左側でありＹ方向の奥側の領域Ａ３及びＹ方向の手前側の領域Ａ４に、それぞれジャッキ４０が設置されるとする。そのため、本実施形態の上部基礎部材３のＸ方向の幅は、免震装置１０のＸ方向の幅よりも大きくなっている。なお、ジャッキ４０の設置数は４個に限らない。また、免震装置１０のＹ方向の両外側にジャッキ４０を設置してもよい。

そして、本実施形態の免震建物１では、下部ベースプレート２１は、免震装置１０の下部フランジプレートと１３と同等の大きさであるのに対して、上部ベースプレート３３は、図１Ｂに示すように、免震装置１０の上部フランジプレート１２よりも大きく、ジャッキ４０の設置位置Ａ１〜Ａ４よりもＸ方向の両外側に延びている。また、上部ベースプレート３３の上面３３ａのうち、免震装置１０の本体部１１に対応する部位だけでなく、ジャッキ４０の設置位置Ａ１〜Ａ４に対応する部位にも、突出部材３４が設けられている。図１Ｂでは、上部ベースプレート３３の上面３３ａのうちジャッキ４０の設置位置Ａ１〜Ａ４に対応する部位において、突出部材３４がＸ方向及びＹ方向に間隔を空けてそれぞれ複数本ずつ配置されている。

また、免震装置１０は、図１Ａに示すように、柱４の軸方向（鉛直方向）の延長線上に位置するのに対して、免震装置１０の交換時に設置されるジャッキ４０は、免震装置１０の周囲に位置する、つまり、図２に示すように、柱４の軸方向の延長線上から外れて位置する。そのため、柱４からの荷重Ｆ（柱軸力）を、免震装置１０で支持しているときと、ジャッキ４０で支持しているときとで、上部基礎部材３に作用する応力分布が異なってしまう。ジャッキ４０で支持しているときは、図２に示すように、柱４から柱４よりもＸ方向の両外側に位置するジャッキ４０に向かって荷重が伝達される。よって、上部基礎部材３には、下方に向かうほど鉛直方向に対してＸ方向の外側に傾斜した方向に沿う力ｆが生じる。

図４Ａは、比較例の免震建物１’の免震装置交換時の鉛直断面図であり、図４Ｂは、図４Ａの位置ＡＡにおける免震建物１’の水平断面図である。比較例の免震建物１’は、本実施形態の免震建物１とは異なり、上部ベースプレート５０が免震装置１０の上部フランジプレート１２と同等の大きさである。そのため、図４Ｂに示すように、ジャッキ４０は上部ベースプレート５０に当接せず、ジャッキ４０の設置位置Ａ１〜Ａ４に対応する上部基礎部材３内には突出部材３４が存在しない。

そのため、比較例の免震建物１’では、免震装置１０の交換時に、柱４からジャッキ４０に向かって伝達される荷重ｆの水平方向成分（例えばＸ方向成分）ｆｘが、上部基礎部材３内の鉄筋３０の引張力として伝達され、荷重の水平方向成分ｆｘに対して鉄筋３０で抵抗することになる。よって、上部基礎部材３内の鉄筋３０が細かったり、鉄筋３０の数が少なかったりすると、荷重の水平方向成分ｆｘに抵抗し切れずに、上部基礎部材３にひび割れ等の破損が生じてしまう。ゆえに、上部基礎部材３の破損を抑制するためには、上部基礎部材３内の鉄筋３０を太くしたり、鉄筋３０の数を増やしたりしなければならない。

これに対して、本実施形態の免震建物１では、前述のように、免震装置１０の交換時に、免震装置１０の周囲に設置されて柱４からの荷重を仮支持する複数のジャッキ４０に上部ベースプレート３３（水平部材）が当接可能なように、上部ベースプレート３３が免震装置１０の周囲まで延びている。また、上部ベースプレート３３の上面３３ａのうち、免震装置１０の周囲に対応する部位、すなわち、ジャッキ４０が設置される部位又はその近傍の部位に対応する部位に、突出部材３４が設けられ、その突出部材３４が上部基礎部材３に埋設されている。

そして、免震装置１０の交換時には、先ず、免震装置１０の周囲に複数のジャッキ４０が設置される。その後、上部ベースプレート３３の下面３３ｂに複数のジャッキ４０が当接され、柱４からの荷重が複数のジャッキ４０で仮支持された状態で、免震装置１０が交換される。つまり、上部基礎部材３とジャッキ４０とで上部ベースプレート３３を挟み込み、上部基礎部材３の下面３ｂに上部ベースプレート３３の上面３３ａが圧接した状態で、免震装置１０が交換される。そして、柱４からの荷重が新しい免震装置１０に支持された後に、複数のジャッキ４０が撤去される。

そのため、本実施形態の免震建物１では、免震装置１０の交換時に、柱４からジャッキ４０に向かって伝達される荷重ｆの水平方向成分、例えばＸ方向成分ｆｘが、ジャッキ４０の設置位置Ａ１〜Ａ４やその近傍に位置する突出部材３４、及び、上部基礎部材３と上部ベースプレート３３との摩擦面、すなわち、上部基礎部材３の下面３ｂと上部ベースプレート３３の上面３３ａの接触面を介して、上部ベースプレート３３の引張力として伝達される。

詳しくは、本実施形態の免震建物１では、図３に示すように、突出部材３４のせん断抵抗力（−ｆｘａ）や、上部基礎部材３と上部ベースプレート３３の接触面３ｂ，３３ａの摩擦力（−ｆｘｂ）によって、荷重の水平方向成分ｆｘに抵抗することになる。よって、突出部材３４のせん断抵抗力、及び、上部基礎部材３と上部ベースプレート３３の摩擦力の合力を、荷重の水平方向成分ｆｘ以上にするとよい。また、本実施形態の免震建物１のように（図１Ｂ）、上部ベースプレート３３の上面３３ａのうち、免震装置１０の周囲に対応する部位であり、ジャッキ４０の設置位置Ａ１〜Ａ４に対応する部位に、突出部材３４を設けることが好ましい。そうすることで、荷重の水平方向成分ｆｘを突出部材３４に効率よく伝達できる。

なお、荷重ｆの水平方向成分ｆｘに応じて、突出部材３４の数や、上部ベースプレート３３の厚さや材質（強度）を決定するとよい。また、荷重ｆの鉛直方向成分ｆｚに対しては、ジャッキ４０の支持力（−ｆｚ）で抵抗する。また、図示しないが、柱４からジャッキ４０に向かって伝達される荷重のＹ方向成分に対しても、突出部材３４や上部ベースプレート３３で抵抗する。

以上のように、本実施形態の免震建物１では、突出部材３４や上部ベースプレート３３により上部基礎部材３の補強が成されるため、比較例の免震建物１’のように、上部基礎部材３内の鉄筋３０を太くしたり、鉄筋３０の数を増やしたりすることなく、上部基礎部材３の破損を抑制できる。よって、材料費を抑え、鉄筋の運搬性を向上し、扱い易い細径の鉄筋を使用できるため、免震建物１の施工コストを低減できる。

また、本実施形態の免震建物１によれば、例えば、免震装置１０の交換時に、上部基礎部材３に設けられた水平なダクトにＰＣ鋼材を挿通し、そのＰＣ鋼材に緊張力を導入することで上部基礎部材３を補強しなくとも、上部基礎部材３の破損を抑制できる。そのため、本実施形態の免震建物１では、上部基礎部材３の鉄筋を避けた位置にダクトを形成したり、上部基礎部材３にダクト孔が形成されたことによる断面欠損を補強したりするために、上部基礎部材３の幅を大きくする必要がない。この点からも、本実施形態の免震建物１では、施工コストを低減できるといえる。更に、本実施形態の免震装置１０の交換方法では、ＰＣ鋼材をダクトに挿通する等の作業が必要なく、ジャッキ４０を上部ベースプレート３３に当接させて設置するだけで、上部基礎部材３の破損を抑制できるため、免震装置１０の交換作業を容易にできる。

また、柱４からの荷重の水平方向成分ｆに対して、比較例の免震建物１’（図４）では、上部基礎部材３内の鉄筋３０で抵抗するのに対して、本実施形態の免震建物１では、上部基礎部材３の下面３ｂの上部ベースプレート３３で抵抗する。したがって、図３に示すように、本実施形態では、比較例に比べて、柱４の下端から荷重の水平方向成分の抵抗位置までの距離が長くなり（Ｌ１＞Ｌ２）、柱４の中心及びＸ方向におけるジャッキ４０の設置位置を繋ぐ方向と鉛直方向とで成す角度が小さくなる（θ１＜θ２）。よって、比較例において鉄筋３０に作用する引張力よりも、本実施形態において上部ベースプレート３３に作用する引張力を小さくできる。ゆえに、比較例の鉄筋３０の補強度合に比べ、本実施形態の上部ベースプレート３３の補強度合を小さくでき、施工コストを低減できる。

また、本実施形態の免震建物１では、上部基礎部材３に対する免震装置１０の設置用部材、つまり、上部ベースプレート３３により、柱４からの荷重の水平方向成分に抵抗する。そのため、従来から免震装置１０の設置に利用していた部材を有効に活用でき、柱４からの荷重の水平方向成分に抵抗する部材を新たに設ける場合に比べて、部品点数を減らすことができ、施工コストを低減できる。但し、これに限らず、荷重の水平方向成分に抵抗する部材（水平部材）と、免震装置１０の設置用部材とを、別部材にしてもよい。

また、下部基礎部材２に対する免震装置１０の設置用部材、つまり、下部ベースプレート２１は、柱４からの荷重の水平方向成分による上部基礎部材３の破損に影響しない。そのため、本実施形態では、上部ベースプレート３３に比べて、下部ベースプレート２１の水平面（上面や下面２１ａ）を小さくしている。この実施形態では、Ｘ方向の長さを短くしている。その他、上部ベースプレート３３に対して、下部ベースプレート２１の厚さを薄くしたり、材質（強度）を異ならせたりしてもよい。そうすることで、上部基礎部材３の破損を抑制しつつ、施工コストを一層低減できる。但し、これに限らず、下部ベースプレート２１と上部ベースプレート３３を同じものにしてもよい。

以上、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。

１ （本実施形態の）免震建物、１’ （比較例の）免震建物、２ 下部基礎部材、３ 上部基礎部材、３ｂ 上部基礎部材の下面（摩擦面）、４ 柱、５ 基礎梁、
１０ 免震装置、１１ 本体部、１２ 上部フランジプレート（設置用部材）、
１３ 下部フランジプレート（設置用部材）、２１ 下部ベースプレート、
２２ 突出部材、３０〜３２ 鉄筋、３３ 上部ベースプレート（水平部材）、
３３ａ 上部ベースプレートの上面（摩擦面）、３４ 突出部材、４０ ジャッキ、
５０ （比較例の）上部ベースプレート

Claims (5)

1. 建物の柱が上面に連結された上部基礎部材と、下部基礎部材との間に、免震装置が設置された免震建物であって、
   前記上部基礎部材の下面に設けられ、かつ、前記免震装置の交換時に、前記免震装置の周囲に設置されて前記柱からの斜め方向の荷重を仮支持する複数のジャッキに当接可能なように、前記免震装置の周囲まで延びている水平部材、及び、
   前記水平部材の上面のうち前記免震装置の周囲に対応する部位に設けられ、当該上面から上方に突出し、前記上部基礎部材に埋設された突出部材が、
   備えられ、
   前記水平部材の厚さや材質、及び、前記突出部材の数が、
   前記上部基礎部材と前記水平部材の接触面の摩擦力と前記突出部材のせん断抵抗力の合力が、前記斜め方向の荷重の水平方向成分以上となるように決定されてい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、
   前記上部基礎部材は、鉄筋コンクリート（但し、鉄骨鉄筋コンクリートを除く）で構築されていることを特徴とする免震建物。
3. 請求項１又は請求項２に記載の免震建物であって、
   前記水平部材は、前記上部基礎部材に対する前記免震装置の設置用部材であることを特徴とする免震建物。
4. 請求項１から請求項３の何れか１項に記載の免震建物であって、
   前記下部基礎部材の上面に、前記下部基礎部材に対する前記免震装置の設置用部材が設けられ、当該設置用部材は、前記水平部材に比べて、水平面が小さいことを特徴とする免震建物。
5. 建物の柱が上面に連結された上部基礎部材と、下部基礎部材との間に、設置された免震装置の交換方法であって、
   前記上部基礎部材の下面に設けられ、かつ、前記免震装置の交換時に、前記免震装置の周囲に設置されて前記柱からの斜め方向の荷重を仮支持する複数のジャッキに当接可能なように、前記免震装置の周囲まで延びる水平部材の厚さや材質、及び、
   前記水平部材の上面のうち前記免震装置の周囲に対応する部位に設けられ、当該上面から突出し、前記上部基礎部材に埋設される突出部材の数を、
   前記上部基礎部材と前記水平部材の接触面の摩擦力と前記突出部材のせん断抵抗力の合力が、前記斜め方向の荷重の水平方向成分以上となるように決定することと、
   決定された厚さや材質の前記水平部材及び決定された数の前記突出部材を、それぞれ前記上部基礎部材の下面及び前記水平部材の上面に設けることと、
   前記免震装置の周囲に前記複数のジャッキを設置することと、
   前記突出部材が設けられた前記水平部材に、前記複数のジャッキを当接させ、前記柱からの斜め方向の荷重を前記複数のジャッキに仮支持させた状態で、前記免震装置を交換することと、
   前記柱からの荷重を新しい前記免震装置に支持させた後に、前記複数のジャッキを撤去することと、
   を有することを特徴とする免震装置の交換方法。