JP6632201B2 - 既存免震建物の補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、既存の免震建物に対して、中小地震や設計当初に想定した地震に対する免震性能の確保と、設計時の想定を超える巨大地震に対する安全性の確保を両立させるための補強方法に関するものである。

２０１１年の東北地方太平洋沖地震の発生を受けて、南海トラフ沿いの海溝型巨大地震の想定震源域が見直され、また内陸直下地震の発生確率の上昇が警告されている。ちなみに、上記海溝型巨大地震では、大振幅で繰り返し回数の多い長周期・長時間の地震動の発生が危惧されている。また、内陸直下地震では、大振幅のパルス性地震動の発生が危惧されている。

一方、上記東北地方太平洋沖地震の発生以前より、地震に対して建物の安全性を確保するために、例えば図８に示すように、建物１の基礎４上に積層ゴムや滑り支承による免震装置（図では積層ゴム支承を示す。）２を介装した免震層３を形成し、地震等によって基礎４側から建物１に伝播しようとする振動を緩和させるとともに、さらに建物１と基礎４との間に、粘弾性ダンパーやオイルダンパー等のダンパー５を介装して、上記振動を積極的に減衰させる各種のパッシブ免震システムが採用されている。

ところが、上記構成からなる既存の免震建物は、想定以上の地震力が作用すると、免震層３の変形が急激に大きくなるという特徴があるため、上述した巨大地震のような設計当初の想定を大きく超える地震動が作用すると、建物１が擁壁６に衝突したり、あるいは免震装置２が損傷するなどの被害を生じる虞がある。

このような免震層３の過大変形に起因する被害を抑制する従来の技術としては、巨大地震時に建物１が擁壁６に衝突することを前提にして、例えば防舷材やショックアブソーバ等を介装して衝撃力を緩和する試みがあるものの、免震層３における可動変位を狭めることになり、また充分なエネルギー吸収が実現できなくなるという問題点がある。

また、上記衝突を抑止して建物１の安全性を高めるべく、既存免震建物に対して、免震層３にダンパー５を増設して減衰力を高める補強方法も提案されている。

しかしながら、上記従来の補強方法にあっては、ダンパー５の減衰力を高めることにより、想定を超える巨大地震時における免震層３の変形を抑えて安全性を確保することは出来ても、中小地震や設計当初の地震動レベル（レベル２相当）時における建物１の応答加速度が増加して免震性能が低下してしまうという問題点がある。

特開２００６−１４４３４６号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、中小地震や設計当初に想定した地震に対する免震性能の確保と、設計当初の想定を超える巨大地震に対する安全性の確保を両立させることができる既存免震建物の補強方法を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、基礎と建物との間に免震装置が設置された既存免震建物において、前記基礎と前記建物との間に変位切替型パッシブダンパーを設置する既存免震建物の補強方法であって、前記変位切替型パッシブダンパーは、内部に作動オイルが充填されたシリンダーと、前記シリンダーの内部を移動可能に設けられたピストンと、前記ピストンに接続されたピストンロッドと、前記ピストンロッドに接続された変位検出用ロッドと、前記シリンダー内部の異なる箇所を前記シリンダー外部において連通させる外部流路と、前記外部流路の開閉を行うシャットオフ弁とを備え、前記シャットオフ弁は、平常時において、前記変位検出用ロッドの上面に形成された変位検出溝に位置することで、前記外部流路が開いた状態を維持しており、地震時において、前記変位検出用ロッドの上面において前記変位検出溝から当該変位検出溝を除く箇所に乗り上げることで、前記外部流路を閉じることを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記ピストンには、前記ピストンの前後方向に前記作動オイルが流れるピストン流路が形成されており、前記ピストン流路には、減衰弁が介装されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記シリンダー内部又は／及び外部流路において、前記作動オイルにより開閉がなされる逆止弁をさらに備えることを特徴とするものである。

請求項１〜３のいずれかに記載の発明によれば、既存の免震建物の免震層に、予め設定した変位で低減衰モードから高減衰モードに切り替わる変位切替型のパッシブダンパーを設置したので、平常時においては、変位切替型パッシブダンパーの減衰係数を小さい値に保持させておくことにより、中小地震や設計当初の地震動レベルの地震に対しては、補強前の免震建物に近い免震性能を発揮させ、建物の応答加速度を低減させることができる。

また、既存免震建物における上記免震装置がすべり支承である場合には、中小地震に対してはすべりを生じることがなく、この結果減衰効果が発揮されないために、低減衰モードにある変位切替型パッシブダンパーによって、免震層の変位の大きさに対応した適切な減衰力を付与することにより、上記中小地震に対する免震性能も向上させることができる。

これに対して、当初設計の想定を超える地震によって免震層に過大な変位が生じた際には、変位切替側パッシブダンパーが高減衰モードに切り替わり、大きな減衰力によって免震層の変位を抑制することにより、擁壁等の周囲の構造物との衝突や免震装置の破損を防止することができる。

なお、変位切替型パッシブダンパーを低減衰モードから高減衰モードに切り替えるための設定変位は、既存免震建物の当初設計において想定したレベルの地震動で生じる応答変位と同程度以上の値に設定して、設計の想定を超える地震動を受けた場合にのみ、大きな減衰力を発揮するようにする。

本発明の第１の実施形態を説明するための縦断面視した正面図である。 図１の変位切替型パッシブオイルダンパーを示す縦断面視した概略構成図である。 図２のシャットオフ弁の先端形状を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）はその側面図である。 図２の変位切替型パッシブオイルダンパーの大地震時における作動状態を示す縦断面視した概略構成図である。 本発明の第２の実施形態を説明するための縦断面視した正面図である。 図１の変位切替型パッシブオイルダンパーを示す縦断面視した概略構成図である。 図６の逆止弁付き減衰弁の作動を示す縦断面図である。 既存の免震建物を示す縦断面視した正面図である。

（第１の実施形態）
図１〜図４は、本発明に係る既存免震建物の補強方法を、図８に示した既存の免震建物の補強に適用した第１の実施形態を説明するためのもので、図８と同一構成部分については同一符号を付してその説明を簡略化する。

この既存免震建物の補強方法は、免震装置２が介装されるとともにダンパー５が設置されることによって形成された免震層３に、さらに変位切替型のパッシブオイルダンパー（パッシブダンパー）を増設することを特徴とするものである。

この変位切替型パッシブオイルダンパー１０は、平常時にダンパー５よりも減衰係数が小さい低減衰モードに設定されるとともに、免震層３に予め設定した変位が生じた場合に、ダンパー５よりも減衰係数が大きい高減衰モードに切り替わるものである。

図２〜図４は、上記変位切替型パッシブオイルダンパー１０の一例を示すものである。 この変位切替型パッシブオイルダンパー１０は、作動オイルが充填されたシリンダー１１と、このシリンダー１１内に移動可能に設けられたピストン１２とから概略構成されたもので、シリンダーから外方に延出するピストン１２のロッド１３に、変位検出用ロッド１４が平行に一体化されている。そして、この経にピストン１２のロッド１３が基礎４側に固定されるとともに、シリンダー１１が建物１側に接続されている。

また、ピストン１２には、当該ピストン１２の前後のシリンダー室１１ａ、１１ｂを連通させるとともに高減衰モード用の減衰弁１５が介装されたピストン流路１６が形成されている。また、シリンダー室１１ａ、１１ｂの外部には、これらシリンダー室１１ａ、１１ｂを連通させる外部流路１７が設けられ、この外部流路１７に低減衰モード用の減衰弁１８と、当該外部流路１７を開閉させるシャットオフ弁１９が設けられている。

他方、検出用ロッド１４の上面には、変位検出溝２０が形成されており、平常時にはシャットオフ弁１９が上記変位検出溝２０内に配置されている。そして、シャットオフ弁１９の上部には、図３に示すように、変位検出溝２０内に配置されている状態で、減衰弁１８が介装された外部流路１７およびこれと並列的に設けられた外部流路２１を連通させる貫通孔１９ａ、１９ｂが穿設されるとともに、他の部分が中実の円柱状に形成されている。

これにより、変位切替型パッシブオイルダンパー１０は、平常時においては、シャットオフ弁１９が、図２に示すように変位検出溝２０に配置されて外部流路１８が開いた状態に保持され、作動オイルがピストン１２内の減衰弁１５と外部流路１８の減衰弁１８とに流れることによって、低い減衰係数に設定されている。

また、免震層３に想定を超える変位が生じて、図４に示すように、シャットオフ弁１９が変位検出溝２０から変位検出用ロッド１４の上面１４ａに乗り上げて上昇し、外部流路１８、２１を閉じることにより、作動オイルがピストン１２内の減衰弁１５のみを流れることにより高い減衰係数に切り替わるようになっている。

ここで、本実施形態においては、変位検出溝２０の長さ寸法は、シャットオフ弁１９が変位検出溝２０内にある平常時から、変位検出用ロッド１４に対して２０ｃｍ〜４０ｃｍ相対変位した際に上面１４ａ上に乗り上げる寸法に設定されている。

なお、この変位切替型パッシブオイルダンパー１０は、シャットオフ弁１９が変位検出用ロッド１４の上面１４ａに乗り上げて外部流路１８、２１を閉じると、その状態が保持され、地震後に手動で図２に示す状態に復帰させるものである。

以上説明したように、上記構成からなる既存免震建物の補強方法によれば、既存免震建物１の免震層３に、新に上記変位切替型のパッシブオイルダンパー１０を増設したので、平常時においては、変位切替型パッシブオイルダンパー１０の減衰係数を既存のダンパー５の減衰係数よりも小さい値に保持させておくことにより、中小地震や設計当初の地震動レベルの地震に対しては、既存のダンパー５によって補強前の免震建物１における免震性能を発揮させ、建物１の応答加速度を低減させることができる。

また、当初設計の想定を超える地震によって免震層３に過大な変位が生じた際には、変位切替側パッシブオイルダンパー１０が高減衰モードに切り替わり、ダンパー５よりも大きな減衰力によって免震層３の変位を抑制することにより、擁壁６等の周囲の構造物との衝突や免震装置の破損を防止することができる。

（第２の実施形態）
図５〜図７は、本発明の第２の実施形態を説明するための図で、図１〜図４に示した第１の実施形態と共通する構成部分については、同様に同一符号を用いてその説明を省略する。この既存免震建物の補強方法は、免震層３に、第１の実施形態に示した変位切替型パッシブオイルダンパー１０に代えて、変位切替型のパッシブオイルダンパー３０を増設したことに特徴がある。

この変位切替型パッシブオイルダンパー３０は、図６および図７に示すように、図２および図３に示した変位切替型パッシブオイルダンパー１０における高減衰モード用の減衰弁１５および低減衰モード用の減衰弁１８を、それぞれ高減衰モード用の逆止弁付き減衰弁３１および低減衰モード用の逆止弁付き減衰弁３２に変えたものである。

これらの逆止弁付き減衰弁３１、３２は、いずれも図６に示すようにロッド１３からピストン１２に圧縮力が作用してシリンダー室１１ａ側が高圧になった際に、図７（ａ）に示すように、ピストン流路１６または外部流路１７から作用する高圧の作動オイルによって開き、逆にロッド１３に引張力が作用してシリンダー室１１ｂ側が高圧になった際には、図７（ｂ）に示すように、シリンダー室１１ｂ側から作用する高圧の作動オイルによって閉じることにより、引張側に対してのみ大きな減衰力が作用するものである。

そして、上記変位切替型パッシブオイルダンパー３０を増設するに際しては、既存免震建物１の地震時の変位方向に対して、既存免震建物１の重心よりも前方側に位置する変位切替型パッシブオイルダンパー３０の減衰力が、後方側に位置する変位切替型パッシブオイルダンパー３０の減衰力よりも小さくなるように設置する。

これを具体的に説明すると、本実施形態においては、図５に示すように、変位切替型パッシブオイルダンパー３０を、シリンダー１１のシリンダー室１１ａが建物１の外周側に位置し、シリンダー室１１ｂが建物１の重心側に位置するように配置する。

これにより、地震時に、既存免震建物１に図中白抜き矢印で示す相対変位が生じた際に、上記変位方向に対して重心よりも前方側に位置する図中右側の変位切替型パッシブオイルダンパー３０においては、ロッド１３からピストン１２に圧縮力が作用するために、図７（ａ）に示すように、シリンダー室１１ａからの高圧の作動オイルによって逆止弁付き減衰弁３１、３２が開き、減衰力が小さくなる。

これに対して、上記変位方向に対して重心よりも後方側に位置する図中左側の変位切替型パッシブオイルダンパー３０においては、ロッド１３に引張力が作用するために、図７（ｂ）に示すように、シリンダー室１１ｂからの高圧の作動オイルによって逆止弁付き減衰弁３１、３２が閉じて減衰力が大きくなる。

次いで、建物１が上記白抜き矢印で示した方向と反対側に変位した際には、上記変位方向に対して重心よりも前方側に位置する図中左側の変位切替型パッシブオイルダンパー３０においては、ロッド１３からピストン１２に圧縮力が作用してシリンダー室１１ａからの高圧の作動オイルによって逆止弁付き減衰弁３１、３２が開き、減衰力が小さくなる。

他方、上記変位方向に対して重心よりも後方側に位置する図中右側の変位切替型パッシブオイルダンパー３０においては、ロッド１３に引張力が作用してシリンダー室１１ｂからの高圧の作動オイルにより逆止弁付き減衰弁３１、３２が閉じて減衰力が大きくなる。

したがって、第２の実施形態に示した既存免震建物の補強方法によれば、第１の実施形態に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、さらに変位切替型パッシブオイルダンパー３０を、既存免震建物１の地震時の変位方向に対して、重心よりも前方側に位置する変位切替型パッシブオイルダンパー３０の減衰力が、後方側に位置する変位切替型パッシブオイルダンパー３０の減衰力よりも小さくなるように設置しているために、巨大地震時に重心よりも変位方向前方側に位置する変位切替型パッシブオイルダンパー３０の減衰力によって建物１にロッキングが生じることを防止することができるという効果が得られる。

なお、上記第１および第２の実施形態においては、いずれも既存免震建物１の免震層３に、変位切替型パッシブオイルダンパー１０、３０を増設した場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、既存のダンパー５の一部を撤去して上記変位切替型パッシブオイルダンパー１０、３０に置き換える場合にも同様に適用することができる。

また、上記実施形態においては、変位切替型パッシブダンパーとして、パッシブオイルダンパー１０、３０を用いた場合について示したが、これに限るものではなく、建物の揺れを抑える働きを有するものであれば、鋼材ダンパー、鉛ダンパー、摩擦ダンパー等を用いることもできる。

１ 建物（既存免震建物）
２ 免震装置
３ 免震層
５ ダンパー
１０、３０ 変位切替型パッシブオイルダンパー
３１，３２ 逆止弁付き減衰弁

Claims (1)

1. 基礎と建物との間に免震装置が設置された既存免震建物において、前記基礎と前記建物との間に変位切替型パッシブダンパーを設置する既存免震建物の補強方法であって、
   前記変位切替型パッシブダンパーは、
   内部に作動オイルが充填されたシリンダーと、
   前記シリンダーの内部を移動可能に設けられたピストンと、
   前記ピストンに接続されたピストンロッドと、
   前記ピストンロッドに接続された変位検出用ロッドと、
   前記シリンダー内部の異なる箇所を前記シリンダー外部において連通させる外部流路と、
   前記外部流路の開閉を行うシャットオフ弁とを備え、
   前記ピストンにはピストン流路が形成されており、
   前記作動オイルは、前記ピストン流路において前記ピストンの前後方向に流れ、
   前記ピストン流路には内部逆止弁が配置されており、
   前記外部流路は、第一外部流路及び第二外部流路により構成されており、
   前記第一外部流路は、前記第二外部流路に対して並列に配置されており、
   前記第一外部流路には外部逆止弁が配置されており、
   前記作動オイルは、前記ピストン流路において前記内部逆止弁の開閉を行い、かつ、前記第一外部流路において前記外部逆止弁の開閉を行い、
   前記シャットオフ弁は、
   平常時において、前記変位検出用ロッドの上面に形成された変位検出溝に位置することで、前記外部流路が開いた状態を維持しており、地震時において、前記変位検出用ロッドの上面において前記変位検出溝から当該変位検出溝を除く箇所に乗り上げることで、前記外部流路を閉じるものであり、
   前記シャットオフ弁には第一貫通孔と第二貫通孔とが形成されており、
   前記平常時において、前記第一外部流路は前記第一貫通孔を通過しており、かつ、前記第二外部流路は前記第二貫通孔を通過しており、
   前記シャットオフ弁は、前記平常時において前記第一外部流路及び前記第二外部流路を共に開いており、前記地震時において前記第一外部流路及び前記第二外部流路を共に閉じるものであり、
   前記変位切替型パッシブダンパーとして第１ダンパーを設置し、
   前記第１ダンパーは、前記建物の重心より前方に設置されており、
   前記第１ダンパーには前記作動オイルとして第１作動オイルが流れており、
   前記第１作動オイルは、前記ピストン流路において前記建物の前方側から重心側に向かって前記内部逆止弁を通過し、前記第一外部流路において前記前方側から前記重心側に向かって前記外部逆止弁を通過し、
   前記変位切替型パッシブダンパーとして第２ダンパーをさらに設置し、
   前記第２ダンパーは、前記建物の重心より後方に設置されており、
   前記第２ダンパーには前記作動オイルとして第２作動オイルが流れており、
   前記第２作動オイルは、前記ピストン流路において前記建物の後方側から重心側に向かって前記内部逆止弁を通過し、前記第一外部流路において前記後方側から前記重心側に向かって前記外部逆止弁を通過することを特徴とする既存免震建物の補強方法。