JP6905927B2 - 免震建物、免震構造の構築方法 - Google Patents

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本発明は、免震装置が設置された免震建物と、その免震構造の構築方法に関する。
各種の建物において、地震等によって地盤から建物に入力される振動を減衰させる免震構造が用いられることがある。
例えば、特許文献1には、構造物を複数個の積層ゴム支承体によって支持することで、構造物への地震入力を遮断しようとする構造物の支持構造が開示されている。
また、特許文献2には、鉄筋コンクリート造の免震基礎部と、上部構造体を構成するプレキャストコンクリート造の柱の柱脚部との間に、免震装置を設けた免震構造が開示されている。
特許文献3には、プレキャストコンクリート造の上部基礎と下部立上り基礎との間に、免震装置を備える免震構造が開示されている。
特許文献1〜3に開示されたような免震構造を高層の建物に適用する場合、柱の下方に配置される免震装置には、大きな耐荷重性能が要求される。このため、高層の建物においては、免震装置が大規模な特殊サイズとなり、市販製品の免震装置を用いることができない。その結果、設計自由度が制限され、施工コストの上昇を招くという問題点があった。
特開平6−66045号公報 特開2011−12464号公報 特開2011−47201号公報
本発明は、大規模な特殊サイズの免震装置を使用することなく、市場製品の汎用サイズの免震装置を組み合わせることで免震構造の設計自由度を向上させるとともに、低コストを実現した免震建物、及び免震構造の構築方法を提供することを課題とする。
本発明者らは、コンクリート充填鋼管柱と免震基礎部との間に設ける免震構造として、当該コンクリート充填鋼管柱を1つの大規模な特殊サイズの免震装置で支えるのではなく、複数の市場製品の免震装置を組み合わせて配置することで、低コストを確保しつつ、免震装置を形成する積層ゴム部の水平総断面積を増大できる点に着眼し、本発明に至った。
本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明の免震建物は、柱脚が拡幅された柱の下方に、複数の免震装置が配置されることを特徴とする。
このような構成によれば、柱本体の柱脚部分が拡幅されていることで、柱が負担している圧縮軸力を拡幅部分を介して、スムーズに下方側の複数の免震装置に伝達できる。また、複数の免震装置で負担する水平力に対しては、免震装置上のせん断抵抗断面積が柱本体サイズより拡幅された柱の拡幅部分が反力として作用し、免震構造が構成される。
加えて、1本の柱を複数の免震装置で支持させることで、免震装置上の柱が大口径柱や大規模な矩形状の柱であっても、1つの大規模な特殊サイズの免震装置で支える必要が無く、市販品サイズのものを複数用いることが可能である。したがって、免震装置に要するコストを抑えることができる。また、一つの柱を複数の免震装置を介して支持することで、各免震装置に作用する圧縮面圧力を低く抑えることができ、小変形領域から大変形領域に至るまでほぼ一定の水平剛性を有する免震構造が実現できる。また、複数の免震装置で柱を支持することで、免震装置を小口径化することができる。よって、免震装置の口径サイズに依存する個々の免震装置の免震クリアランス量を小さくすることができるために、複数の市販品サイズの免震装置を配置させた免震構造の小型化が可能であり、免震建物の設計自由度を高めることができる。
また、本発明の免震建物は、コンクリート充填鋼管柱の下方に複数の免震装置が配置された免震建物であって、前記コンクリート充填鋼管柱を構成する鋼管は、筒状体が下方に向けて大口径に拡幅された柱脚拡幅部を有し、当該柱脚拡幅部に接合された柱脚ベースプレートが複数の免震装置の上端面とボルト接合されているとともに、前記複数の免震装置の下端面は、免震基礎部に固定されていることを特徴とする。
このような構成によれば、柱をコンクリート充填鋼管柱で形成するとともに、柱脚部分に鋼管を拡幅させた柱脚拡幅部を設けることで、コンクリート充填鋼管柱が負担している鉛直荷重を一様に当該コンクリート充填鋼管柱の下方に設置する複数の免震装置に伝達させることができる。
加えて、1本のコンクリート充填鋼管柱を複数の免震装置で支持させることで、1つの大規模な特殊サイズの免震装置で支える必要が無く、市販品サイズのものを複数用いることが可能である。
また、複数の免震装置でコンクリート充填鋼管柱を支持することで、免震装置を小口径化することができる。よって、免震装置の口径サイズに依存する個々の免震装置の免震クリアランス量を小さくすることができるために、複数の市販品サイズの免震装置を配置させた免震構造の小型化が可能であり、免震建物の設計自由度を高めることができる。
また、コンクリート充填鋼管柱は、鋼管本体が下方側に向って拡幅していき、柱脚部分に柱脚拡幅部を設けることで、柱脚拡幅部では柱の水平断面積が柱本体より拡大されているために、コンクリート充填鋼管柱を複数の免震装置で効率良く支持することができる。
本発明の一態様の免震建物においては、前記柱脚拡幅部の内部には、開口部を有する複数の縦補強プレート、または開口部を有する複数の横補強プレートが設けられていることを特徴とする。
このような構成によれば、コンクリート充填鋼管柱の柱脚拡幅部の内部側に縦補強プレート、または横補強プレートが設けられていることで、充填コンクリートの側圧による鋼管柱の孕みだしを防止することができる。また、縦補強プレート、横補強プレートは開口部を有しているので、開口部を通して、柱脚拡幅部内にコンクリートを万遍なく一様に充填させることができる。
また、本発明の免震構造の構築方法は、コンクリート充填鋼管柱と鉄筋コンクリート造の免震基礎部との間に免震装置が配置される免震構造の構築方法であって、前記免震基礎部の上部に、複数の前記免震装置を設置する工程と、前記免震装置の上部に、複数の当該免震装置と接合する柱脚拡幅部を有する鋼管柱を設置する工程と、前記柱脚拡幅部の上方からコンクリートを打設して前記コンクリート充填鋼管柱を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
このような構成によれば、コンクリート充填鋼管柱の下端面が柱脚拡幅部で拡大されていることで、コンクリート充填鋼管柱と鉄筋コンクリート造の免震基礎部との間に複数の免震装置が設置可能であり、免震装置に、大規模な特殊サイズのものを使用する必要が無く、市販品サイズのものを複数用いればよい。したがって、免震装置に要するコストを抑えることができる。
本発明によれば、大規模な特殊サイズの免震装置を使用することなく、市場製品の免震装置を組み合わせることで、低コストで、かつ個々の免震装置が小型化されるために、免震構造の設計自由度を高めることができる。よって、設計自由度が高められた免震構造を備えた免震建物が実現可能である。
本実施形態における免震構造を備えた免震建物の概略構成を示す断面図である。 図1の免震建物における免震構造のA−A平断面図である。 図1の免震建物における免震構造の部分拡大断面図である。 免震構造上部の接合部材の構成を示す斜視図である。 図4に示す接合部材の構成を示す展開斜視図である。 図4に示す接合部材を上から見た平面図である。 図4に示す接合部材の平断面図である。 図4に示す接合部材の構成を示す斜視図である。 免震構造の構築方法を示すフローチャートである。 免震基礎部の構築手順の説明図(その1:カゴ鉄筋と免震下部ベースプレートの仮組み状況)である。 免震基礎部の構築手順の説明図(その2:地組み鉄筋の設置状況)である。 免震基礎部の構築手順の説明図(その3:コンクリート層の構築状況)である。 免震基礎部の構築手順の説明図(その4:グラウト層の構築状況)である。 接合部材を構成する柱脚ベースプレートの平滑度調整状況の説明図である。 接合部材の変形例の構成を示す部分詳細断面図である。 免震下部ベースプレートを固定する定着部材の変形例の構成を示す部分詳細断面図である。
本発明は、コンクリート充填鋼管柱と免震基礎部との間に設ける免震構造として、柱脚拡幅部を有するコンクリート充填鋼管柱の下端に、複数の免震装置を備えた免震建物(図1〜図8、図15、図16)と、その免震構造の構築方法である(図9〜図14)。
本発明は、コンクリート充填鋼管柱を複数の免震装置で支持させるために、鋼管柱を形成する筒状体を柱脚拡幅部において大口径に拡幅し、その柱脚拡幅部の下端面に柱脚ベースプレートを設けて、当該柱脚ベースプレートと複数の免震装置の上部フランジとの間をボルト接合させる点を特徴とする。また、鋼管柱の柱脚拡幅部の内部には、開口部を有する縦補強プレートや横補強プレートを複数設置することで、コンクリート打設時の側圧で発生する場合がある鋼管柱の孕みだしを防止しつつ、柱脚拡幅部内に充填するコンクリートの流動性を確保することを特徴とする。
以下、添付図面を参照して、本発明による免震建物、免震構造の構築方法を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。
[免震構造の第1実施形態]
本実施形態における免震構造を備えた免震建物の概略構成を示す断面図を図1に示す。図1の免震建物における免震構造のA−A平断面図を図2に示す。図1の免震建物における免震構造の部分拡大断面図を図3に示す。
図1に示されるように、免震構造を備えた免震建物1は、免震基礎部10と、上部構造体20と、免震基礎部10と上部構造体20との間に設けられた免震装置50と、を備えている。後に説明するように、柱脚拡幅部75は、図3に示すように、コンクリート充填鋼管柱を構成する鋼管22の柱脚部分において、筒状体が下方側に向って大口径に拡幅されている部分であり、その柱脚拡幅部75の下面に複数の免震装置50が配置されている。また、柱脚拡幅部75は、図4を用いて後に説明するように、複数の補剛材(例えば、縦補剛材68、横補剛材69、補強カバープレート71)により補剛されて接合部材60が構築され、鋼製梁25に接合されている。
免震基礎部10は、地盤中に構築された基礎10G上に支持されている。図1、図2に示されるように、免震基礎部10は、鉄筋コンクリート(RC)造で、複数本の下部柱11と、互いに隣接する下部柱11どうしの間に架設された下部梁12と、を備えている。
複数本の下部柱11のうち、上部構造体20との間に複数の免震装置50が設置される下部柱11Cの上端部には、免震装置50を支持する支持体80が一体に形成されている。
免震装置50は、図3に示されるように、免震基礎部10の下部柱11C上に設けられた支持体80と、後に説明する、上部構造体20のコンクリート充填鋼管柱(柱)21の下端部に設けられた接合部材60との間に、複数が設けられている。免震装置を2個設置する場合は、図3に示すように1方向に並べて2連形式で設置する。また、免震装置を3個設置する場合は、2連形式で並べたその中間部分の奥行き方向に免震装置を1個配置して、3角形状に免震装置を設ける。或いは、免震装置を4個設置する場合は、図3に示すように2連形式で配置された免震装置を奥行き方向に2列並べて、免震装置を4個配置する。
接合部材60は、図3に示すように、免震装置50上に設けられ、上部構造体20を構成するコンクリート充填鋼管柱21の柱脚拡幅部75を含んで形成されて鋼製梁25に接合され、免震装置50と接合される。
免震装置50は、積層ゴム部53と、当該積層ゴム部53の下端面に配置される板状の下部取付フランジ51と、当該積層ゴム部53の上端面に配置される板状の上部取付フランジ52と、で構成される。積層ゴム部53は、金属板と板状のゴム部とを上下方向に交互に積層して形成され、その中央部には空洞53hが形成されている。
また、免震装置50は、図3に示されるように、当該免震装置50の上端面に設けられた上部取付フランジ52と、後に説明するコンクリート充填鋼管柱21を構成する鋼管の柱脚拡幅部75を有する接合部材60の柱脚ベースプレート61とは面接触(メタルタッチ)させた状態で、積層ゴム部53の外側位置において、無溶接方式により定着ボルト87をナットで締付け接合させる。柱脚ベースプレート61の上面には、アンカースタッド96が溶接されており、当該アンカースタッドは柱脚拡幅部内75のコンクリートに埋設されている。また、鋼管は、本実施形態においては矩形状であるが、円筒状、或いは矩形状の溶接箱型断面柱であってもよい。
また、各免震装置50の下端面に設けられた下部取付フランジ51と、免震基礎部10の支持体80を構成する、後に説明する免震下部ベースプレート83とは、後に説明する定着ボルト82で接合される。
本発明の免震建物1は、図1に示すように、コンクリート充填鋼管柱21と免震基礎部10との間に、免震装置を1台のみ設置して双方を接合させるのではなく、複数の免震装置50を配置し、免震装置50の積層ゴム部53の水平総断面積を増加させることで、其々の免震装置50に加わる圧縮面圧力を低減することにより、積層ゴム部53に小変形領域から大変形領域に至るまでほぼ一定の水平剛性を保持させた状態で、複数の免震装置50でせん断抵抗させる免震構造である。ここでいう、免震装置50を構成する積層ゴム部53の水平剛性について、面圧依存性が大きく、面圧の上昇とともに放物線的に低下することが、天燃ゴム系積層ゴムの圧縮せん断破壊試験の試験結果でも確認された知見である(日本建築学会関東支部編:耐震構造の設計、学びやすい構造設計、PP.242〜247、2003年7月1日)。
よって、本発明の免震構造では、1本のコンクリート充填鋼管柱21を複数の免震装置50で支持される力学的理由の1つは、免震装置50を複数配置し、積層ゴム部53の水平総断面積を増加させることで、其々の免震装置50に作用する圧縮面圧を低くして、水平剛性の低下を防止する点が特徴である。
また、後に説明するように、コンクリート充填鋼管柱21は、当該コンクリート充填鋼管柱21を構成する鋼管22の柱脚拡幅部75によって柱断面積を増大させ、当該柱脚拡幅部75の下端に柱脚ベースプレート61を設置し、その柱脚ベースプレート61と複数の免震装置50とをメタルタッチし、直接、ボルト接合させることで、コンクリート充填鋼管柱21が負担している圧縮軸力を、複数の免震装置50に分散して伝達させている。
支持体80は、図3に示すように、カゴ鉄筋81と、定着ボルト(定着部材)82と、免震下部ベースプレート83と、コンクリート層84と、グラウト層85と、を備えている。
カゴ鉄筋81は、水平方向に延びる横筋81aと、横筋81aに沿って間隔を空けて設けられた複数の縦筋81bと、を備える。各縦筋81bは、上端部が横筋81aに接合され、鉛直下方に向かって延びている。このカゴ鉄筋81は、コンクリート層84およびグラウト層85に埋設される。
免震下部ベースプレート83は、水平面内に位置する板状で、カゴ鉄筋81の上方に設けられている。免震下部ベースプレート83は、支持体80の上面に露出している。また、免震下部ベースプレート83には、その上下を貫通する孔83hが形成されている。
定着ボルト82は、鉛直方向に延びるロッド82aと、ロッド82aの下端部に設けられたナット82bと、を備える。定着ボルト82は、ロッド82aの上端部に形成された雄ネジ部を、免震下部ベースプレート83の下面に接合された長ナット(図示無し)に螺合させることで、免震下部ベースプレート83の下側に連結される。このような定着ボルト82は、水平方向に間隔を空けて複数本が設けられている。各定着ボルト82は、カゴ鉄筋81に干渉しない位置に設けられている。
コンクリート層84は、下部柱11C上に、上下方向に所定の高さにわたって形成されている。コンクリート層84は、コンクリートによって形成されている。コンクリート層84には、下部柱11Cの上端面11t(図11参照)から上方に突出した下部柱11Cの主筋が埋設されている。また、コンクリート層84には、上記のカゴ鉄筋81および定着ボルト82の下部が埋設されている。
グラウト層85は、コンクリート層84の上端面と免震下部ベースプレート83の下面との間に、所定の厚さに形成されている。グラウト層85は、高流動コンクリートまたはグラウト材によって形成されている。グラウト層85には、コンクリート層84から上方に突出したカゴ鉄筋81および定着ボルト82の上部が埋設されている。
図1に示されるように、上部構造体20は、免震基礎部10上に支持されている。上部構造体20は、上下方向に複数階を有し、免震基礎部10の下部柱11上に設けられた複数本のコンクリート充填鋼管柱21と、互いに隣り合うコンクリート充填鋼管柱21の間に架設された梁24と、を備えている。
図3に示すように、コンクリート充填鋼管柱21は、上下方向に連続する筒状の鋼管22と、鋼管22内にコンクリートが充填されて形成されたコンクリート体23と、を有するコンクリート充填鋼管造である。
上部構造体20の梁24のうち、最下部の梁24は、鋼製梁25からなる。鋼製梁25は、断面I形状で、上部フランジ26と、下部フランジ27と、上部フランジ26と下部フランジ27とを接続するウェブ28と、を一体に備えている。
鋼製梁25は、次に説明する接合部材60に接合されている。図4に、コンクリート充填鋼管柱を構成する鋼管柱の柱脚部分に設けられる柱脚拡幅部を含む接合部材を示す。図5に、接合部材の構成を示す展開斜視図を示す。図6に、接合部材の見下ろし平面図を示す。図7に、接合部材を構成する柱脚ベースプレートの平面図を示す。図8に、接合部材の斜視図を示す。
免震構造は、図1に示すようにコンクリート充填鋼管柱21と、免震基礎部10と、免震装置50とで構成される。
図4〜図8に示す接合部材60は、図3に示すように免震基礎部10の上部に免震装置50が設置され、その免震装置50とコンクリート充填鋼管柱21の本体との間に形成されている。接合部材60は、図3〜図8に示されるように、柱脚ベースプレート61と、上部通しダイヤフラム62と、梁ウェブプレート67と、柱脚拡幅部75を形成する側面プレート63と、側面傾斜プレート66と、補強プレート64と、を含んで構成されている。
柱脚ベースプレート61は、図4に示すように接合部材60の最下面に位置する鋼製板材であり、鋼製梁25の下部フランジ27と同じ高さ位置に設置される。柱脚ベースプレート61は、コンクリート充填鋼管柱21に接合される各鋼製梁25に向けて延びるよう、例えば平面視十字状に形成されている。
上部通しダイヤフラム62は、柱脚ベースプレート61の上方に平行に配置されている。上部通しダイヤフラム62は、鋼製梁25を形成する上部フランジ26と同じ高さ位置に設置される。図5、図6に示されるように、上部通しダイヤフラム62には、その上下を貫通する貫通孔62hが形成されている。また、図4、図6に示されるように、上部通しダイヤフラム62の上面には、コンクリート充填鋼管柱21の鋼管22の下端部に連続するよう接合される管状部62pが設けられている。
図5、図7に示されるように、側面プレート63は、上部通しダイヤフラム62と柱脚ベースプレート61との間において、水平方向に間隔を空けて二枚一対で設けられている。図5に示されるように、各側面プレート63は、下方側に向けて幅寸法が拡大する拡幅部63aと、拡幅部63aの下方に連続して、一定の幅寸法を有した定幅部63bと、を一体に有している。
側面傾斜プレート66は、図5に示すように、互いに対向する一対の側面プレート63の幅方向両側の端部同士を閉塞するように設けられている。すなわち、側面傾斜プレート66は、一対の側面プレート63の拡幅部63aの端部同士を閉塞する傾斜プレート部66aと、定幅部63bの端部同士を閉塞する鉛直プレート66bと、を一体に有している。このように、側面傾斜プレート66は、下方側に向けて互いの間隔が拡大するように設けられている。
補強プレート64は、図3、図5、図7に示されるように、リブプレート64Lと、縦補強プレート64Vと、を備える。
リブプレート64Lは、側面プレート63同士の間、かつ側面傾斜プレート66同士の間の柱脚ベースプレート61上に、水平方向に間隔を空けて複数枚が設けられている。リブプレート64Lは、横長の長方形状で、鉛直面内に位置するよう設置されている。リブプレート64Lは、その両端部が一対の側面プレート63の内側面に接合され、下端部が柱脚ベースプレート61に接合されている。
図5に示されるように、縦補強プレート64Vは、側面プレート63同士の間、かつ側面傾斜プレート66同士の間に、水平方向に間隔を空けて複数枚が設けられている。各縦補強プレート64Vは、略H字状をなし、鉛直面内に位置している。縦補強プレート64Vは、一対の側面プレート63に沿って上下方向に延びる縦リブ部64aと、水平方向に延びて縦リブ部64aの上部同士を連結する連結リブ部64bと、を一体に有している。縦補強プレート64Vの縦リブ部64aは、リブプレート64L上に接合されている。これによって、縦補強プレート64Vは、リブプレート64Lを介して柱脚ベースプレート61上に設けられている。縦リブ部64aおよび連結リブ部64bを有した縦補強プレート64Vは、リブプレート64Lとの間に、開口部65を有している。
以上のように、接合部材60は、柱脚ベースプレート61、上部通しダイヤフラム62、側面プレート63、側面傾斜プレート66を備え、柱脚ベースプレート61と上部通しダイヤフラム62との間のほぼ中央部分に下方に向けて拡幅するように形成された柱脚拡幅部75が設けられている。
図3、図4に示されるように、梁ウェブプレート67は、柱脚ベースプレート61と、上部通しダイヤフラム62との間において、鋼製梁25のウェブ28に連続するよう、鉛直面内に位置して設けられている。接合部材60において、側面傾斜プレート66が設けられている部分においては、梁ウェブプレート67は、上部通しダイヤフラム62と側面傾斜プレート66との間に設けられている。
図4、図8に示されるように、接合部材60は、さらに、縦補剛材68と、横補剛材69と、外側リブプレート70と、補強カバープレート71と、を備えている。
縦補剛材68は、鉛直面内に位置し、側面傾斜プレート66の鉛直プレート66bの上端と、上部通しダイヤフラム62との間を接続するよう設けられている。これにより、縦補剛材68は、鉛直プレート66bと同一鉛直面内に位置し、柱脚ベースプレート61と上部通しダイヤフラム62との間を閉塞している。
図8に示されるように、横補剛材69は、水平方向に延び、縦補剛材68と側面傾斜プレート66の傾斜プレート部66aとを接続するよう設けられている。
外側リブプレート70は、一対の側面プレート63の外側に配置されている。外側リブプレート70は、略直角三角形状で、各側面プレート63の下部と、柱脚ベースプレート61の上面とに接合されている。外側リブプレート70は、側面プレート63を挟んでリブプレート64Lと対向するよう配置されている。
図4に示されるように、補強カバープレート71は、側面プレート63と同一鉛直面内に位置するよう設けられ、側面傾斜プレート66の傾斜プレート部66aと縦補剛材68とに接合されている。
[免震構造の構築方法]
図9に、免震構造の構築方法の流れを示す工程図を示す。
免震構造は、免震装置を固定する免震基礎部を構築する段階(カゴ鉄筋等を組み立てる工程S1と、カゴ鉄筋と免震下部ベースプレートを設置する工程S2と、高流動コンクリートまたはグラウト材を充填する工程S3)と、免震装置を免震基礎部に固定する段階(免震装置を免震基礎部に固定する工程S4と、柱脚ベースプレートを免震装置に固定する工程S5)と、免震装置の上部に上部構造体を構築する段階(上部構造体を構築する工程S6)の順序で構築される。
図10に、免震基礎部の構築手順の説明図(その1)として、カゴ鉄筋と免震下部ベースプレートの仮組み状況を示す。図11に、免震基礎部の構築手順の説明図(その2)として、地組み鉄筋の設置状況を示す。図12に、免震基礎部の構築手順の説明図(その3)として、コンクリート層の構築状況を示す。図13に、免震基礎部の構築手順の説明図(その4)として、グラウト層の構築状況を示す。図14に、接合部材を構成する柱脚ベースプレートの裏面を対象とした平滑度調整状況を示す。
カゴ鉄筋、定着ボルト、免震下部ベースプレートを組み立てる工程S1では、免震装置50を設置するに先立ち、まず、図1に示すように下部柱11C上に支持体80を形成する。次に、カゴ鉄筋等を組み立てる工程S1では、図10に示すように建設敷地内の地盤上にて、カゴ鉄筋81を地組する。具体的には、カゴ鉄筋81を仮置き架台89上にセットし、カゴ鉄筋81上に免震下部ベースプレート83を仮置きする。そして、免震下部ベースプレート83の下面に設けられた長ナット88に、定着ボルト82をねじこんで取り付ける。
カゴ鉄筋と免震下部ベースプレートとを設置する工程S2では、図11に示すように下部柱11Cの上端面11t上に、据え付け用架台90を設置する。そして、カゴ鉄筋81と、定着ボルト82が取り付けられた免震下部ベースプレート83とを、チェーンブロック等で仮置き架台89から吊り上げ、下部柱11C上の据え付け用架台90上にセットする。
高流動コンクリートまたはグラウト材を充填する工程S3では、図12に示すように下部柱11Cの上端面11t上に、コンクリートを打設し、コンクリート層84を形成する。さらに、図13に示されるように、コンクリート層84の上端面と免震下部ベースプレート83の下面との間に、免震下部ベースプレート83に設けられた孔83hから高流動コンクリートまたはグラウト材を充填し、グラウト層85を形成する。このようにして、支持体80が形成される。
免震装置を固定する工程S4では、図3に示されるように、免震下部ベースプレート83上に、複数の免震装置50を設置する。各免震装置50の下部取付フランジ51は、支持体80の免震下部ベースプレート83にボルト接合する。これにより、免震下部ベースプレート83上に免震装置50が固定される。
柱脚ベースプレート61を固定する工程S5では、図3に示すように免震装置50上にコンクリート充填鋼管柱21の柱脚ベースプレート61を固定する。
この工程では、先ず、各種鋼材プレートを溶接して柱脚拡幅部75を含む接合部材60を溶接完了した後、図14に示すように接合部材60を構成する柱脚ベースプレート61の下端面をフェーシング加工を行うために、当該接合部材60を横倒して仮置きし、下面61fをグラインダ等で所定の平面度となるように研削(研磨)する。その後、フェーシング加工後の接合部材60を免震装置50の上面に設置する。具体的には、接合部材60の柱脚ベースプレート61を、図3に示すように免震装置50の上部取付フランジ52の上面に設置し、柱脚ベースプレート61と上部取付フランジ52の接触面を全面メタルタッチさせた後、双方をボルト接合する。よって、柱脚ベースプレート61の板厚さは、フェーシング加工後に所定の板厚さを確保出来るように1サイズアップしておく。
柱および梁を設置する工程S6では、図1に示すように接合部材60に、コンクリート充填鋼管柱21を構成する鋼管22を接合するとともに、各鋼製梁25を接合する。さらに、鋼管22内に、コンクリートを充填し、コンクリート体23を形成する。これにより、柱脚部に接合部材60を有した、コンクリート充填鋼管柱からなるコンクリート充填鋼管柱21が構築される。このとき、鋼管22内に打設されたコンクリートの一部は、上部通しダイヤフラム62に形成された貫通孔62hを通して、接合部材60の内部に充填される。接合部材60内においては、縦補強プレート64Vに開口部65が形成されているので、この開口部65を通して、接合部材60内の全体にコンクリートが万遍なく一様に充填される。
以下に、本発明の実施形態による作用効果を述べる。
上述の実施形態の免震建物1によれば、免震建物1は、柱脚が拡幅されたコンクリート充填鋼管柱(柱)21の下方に、複数の免震装置50が配置されている。
このような構成によれば、柱21本体の柱脚部分が拡幅されていることで、柱21が負担している圧縮軸力を拡幅部分75を介して、スムーズに下方側の複数の免震装置50に伝達できる。また、複数の免震装置50で負担する水平力に対しては、免震装置50上のせん断抵抗断面積が柱本体サイズより拡幅された柱の拡幅部分75が反力として作用し、免震構造が構成される。
加えて、1本の柱21を複数の免震装置50で支持させることで、免震装置50上の柱21が大口径柱や大規模な矩形状の柱であっても、1つの大規模な特殊サイズの免震装置で支える必要が無く、市販品サイズのものを複数用いることが可能となる。したがって、免震装置50に要するコストを抑えることができる。また、一つのコンクリート充填鋼管柱21を複数の免震装置50を介して支持することで、各免震装置50に作用する圧縮面圧力を低く抑えることができ、大変形領域に至るまでほぼ一定の水平剛性を有する免震構造が実現できる。また、複数の免震装置50でコンクリート充填鋼管柱21を支持することで、免震装置50を小口径化することができる。よって、免震装置50の口径サイズに依存する個々の免震装置50の免震クリアランス量を小さくすることができるために、複数の市販品サイズの免震装置50を配置させた免震構造の小型化が可能であり、免震建物1の設計自由度を高めることができる。
ここでいう免震クリアランス量とは、大地震時に免震装置上の上部構造体に水平変位が発生しても周囲の構造体に衝突しないように設ける隙間空間のことであり、一般的な免震建物では50〜60cm程度が確保されている。その免震クリアランス量は、免震装置を数値モデル化した免震建物の時刻歴応答解析結果に基づいて、適正なクリアランス量が決定されている。よって、大地震時での免震装置の相対水平変位量は、設定された適正なクリアランス量を下回るように抑える必要がある。そこで、例えば、免震装置を構成する積層ゴム部の限界変形率が一定の場合、積層ゴム部の口径サイズが小さい場合に比べて、口径サイズが大きいと積層ゴム部の限界水平変形量が大きくなることになり、設定したクリアランス量を上回って免震装置が周囲の構造体に衝突する虞があった。したがって、本発明の特徴の1つは、高軸力柱21を1つの巨大な免震装置で支えるのではなく、複数の口径サイズの小さな免震装置50をある間隔を空けて並列に配置し、個々の免震装置50毎に生じる限界水平変形量を小さくして、1つの柱21毎に確保すべき適正なクリアランス量を狭めることを目指した免震構造である。
また、コンクリート充填鋼管柱21の下方に複数の免震装置50が配置された免震建物1であって、コンクリート充填鋼管柱21を構成する鋼管22は、筒状体が下方に向けて大口径に拡幅された柱脚拡幅部75を有し、柱脚拡幅部75に接合された柱脚ベースプレート61が複数の免震装置50の上端面とボルト接合されているとともに、複数の免震装置50の下端面は、免震基礎部10に固定されている。
このような構成によれば、柱をコンクリート充填鋼管柱21で形成するとともに、柱脚部分に鋼管を拡幅させた柱脚拡幅部75を設けることで、コンクリート充填鋼管柱21が負担している鉛直荷重を一様に当該コンクリート充填鋼管柱21の下方に設置する複数の免震装置50に伝達させることができる。
加えて、既に説明したように、1本のコンクリート充填鋼管柱21を複数の免震装置50で支持させることで、1つの大規模な特殊サイズの免震装置で支える必要が無く、市販品サイズのものを複数用いることが可能である。
また、既に説明したように、複数の免震装置50でコンクリート充填鋼管柱21を支持することで、免震装置50を小口径化することができる。よって、免震装置50の口径サイズに依存する個々の免震装置50の免震クリアランス量を小さくすることができるために、複数の市販品サイズの免震装置50を配置させた免震構造の小型化が可能であり、免震建物1の設計自由度を高めることができる。
また、コンクリート充填鋼管柱21は、鋼管本体が下方側に向って拡幅していき、柱脚部分にて柱脚拡幅部75を形成することで、柱脚拡幅部75では柱の水平断面積が柱本体より拡大されているために、コンクリート充填鋼管柱21を複数の免震装置50で効率良く支持することができる。
また、柱脚拡幅部75の内部には、開口部65を有する複数の縦補強プレート64Vが柱脚ベースプレート61上に立設されており、其々の縦補強プレート64Vの鉛直方向の端面は柱脚拡幅部75を構成する二枚で一対をなす側面プレート63同士の内側側面に溶接されている。
このような構成によれば、コンクリート充填鋼管柱21の柱脚拡幅部75の内部に縦補強プレート64Vを設けることで、充填コンクリートの側圧によるコンクリート充填鋼管柱21の孕みだしを防止することができる。また、縦補強プレート64Vは開口部65を有しているので、この開口部65を通して、柱脚拡幅部75内の全体にコンクリートが万遍なく一様に充填される。
また、柱脚拡幅部75を構成する二枚一対の側面プレート63と柱脚ベースプレート61との角部に外側リブプレート70を設けることで、柱脚ベースプレート61の下端面に作用する引張応力が低減されるために、板曲げ現象を抑制することができる。
また、柱脚拡幅部75を構成する柱脚ベースプレート61の上面に、複数の縦補強プレート64V、及びリブプレート64Lを溶接接合することで、柱脚ベースプレート61の面外せん断剛性が増大されるために、地震時にコンクリート充填鋼管柱21の柱脚部に生じる転倒モーメントによる柱脚ベースプレート61の面外変形を防止し、免震装置50とコンクリート充填鋼管柱21を形成する柱脚ベースプレート61との間を定着ボルトで強固に固定することができる。
また、上述したような免震構造の構築方法によれば、コンクリート充填鋼管柱21と鉄筋コンクリート造の免震基礎部10との間に免震装置50が設置される免震構造の構築方法であって、免震基礎部10の上部に、複数の免震装置50を設置する工程と、免震装置50の上部に、複数の免震装置50と接合する柱脚拡幅部75を有する鋼管柱を設置する工程と、柱脚拡幅部75の上方からコンクリートを打設してコンクリート充填鋼管柱21を形成する工程と、を含む。
このような構成によれば、コンクリート充填鋼管柱21の下端面が柱脚拡幅部75で拡大されていることで、コンクリート充填鋼管柱21と鉄筋コンクリート造の免震基礎部10との間に複数の免震装置50が設置可能であり、免震装置50に、大規模な特殊サイズのものを使用する必要が無く、市販品サイズのものを複数用いればよい。したがって、免震装置50に要するコストを抑えることができる。
また、予め地組みされた免震基礎部10に設けるカゴ鉄筋81と、免震装置50を固定する定着ボルト82とを、免震下部ベースプレート83に取り付けた後、免震下部ベースプレート83を免震基礎部10の上端面に設置する。したがって、免震下部ベースプレート83を設置した後に、免震下部ベースプレート83の下方側に鉄筋を配筋する必要がない。また、免震下部ベースプレート83の下方側にカゴ鉄筋81を高密度に配筋する場合であっても、カゴ鉄筋81と定着ボルト82とが干渉するのを抑え、免震構造を構築することができる。
また、免震下部ベースプレート83に形成された孔83hを通し、免震下部ベースプレート83の下側に、グラウト材またはコンクリートを偏らせることなく打設することができる。したがって、免震下部ベースプレート83の下側に、ほぼ均一な厚さのグラウト層85を有した支持体80を形成することができる。
(実施形態の変形例)
なお、本発明の免震建物、免震構造の構築方法は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態では、接合部材60及び柱脚拡幅部75は、鋼製梁25の下部フランジ27の高さ位置に設置される柱脚ベースプレート61を備えるようにしたが、これに限らない。
図15に、コンクリート充填鋼管柱の柱脚部分に接合される接合部材の変形例を示す。
例えば、図15に示すように、柱脚ベースプレート61から上部通しダイヤフラム62までの高さよりも梁25の高さが小さい場合に、接合部材60Bは、鋼製梁25の下部フランジ27の高さ位置に設置される下部通しダイヤフラム72を備え、下部ダイヤフラム72の下方に柱脚ベースプレート61を設けるようにしてもよい。この場合、柱脚拡幅部75は、上部通しダイヤフラム62と下部通しダイヤフラム72との間に形成される。このような接合部材60Bの柱脚ベースプレート61に対し、複数の免震装置50の上端面がボルト接合される。
また、上記実施形態では、支持体80に定着ボルト82を備えるようにしたが、これに限らない。
図16に、免震下部ベースプレートに設ける定着部材の変形例を示す。
この図16に示すように、定着ボルト82に代えて、例えばJ字状のアンカーボルト(定着部材)82Bを設けるようにしてもよい。
また、上記実施形態では、上部構造体20はコンクリート充填鋼管柱21で構成され、柱脚部分に柱脚拡幅部75が形成されているが、免震装置50上に設置される柱は、コンクリート造や鋼製に限定されることなく、柱脚が拡幅された柱であればよい。
さらに、上記実施形態では、コンクリート充填鋼管柱21の柱脚拡幅部75内には、縦補強プレート64Vが立設されているが、縦補強プレート64Vに替えて、横方向、すなわち柱脚ベースプレート61と平行な方向に延在するように、側面プレート63同士の間に開口部を有する複数の横補強プレートを設置することで、コンクリートの流動性を確保しつつ、側面プレート63の孕みだしを防止させてもよい。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。
1 免震建物 64V 縦補強プレート
10 免震基礎部 65 開口部
20 上部構造体 72 下部通しダイヤフラム
21 コンクリート充填鋼管柱(柱) 75 柱脚拡幅部
22 鋼管 80 支持体
23 コンクリート体 81 カゴ鉄筋
25 鋼製梁 82 定着ボルト(定着部材)
26 上部フランジ 83 免震下部ベースプレート
27 下部フランジ 83h 孔
50 免震装置 84 コンクリート層
60 接合部材 85 グラウト層
61 柱脚ベースプレート 96 アンカースタッド
62 上部通しダイヤフラム
66 側面傾斜プレート

Claims (4)

  1. コンクリート充填鋼管柱の下方に、複数の免震装置が配置された免震建物であって、
    前記コンクリート充填鋼管柱を構成する鋼管は、筒状体が下方に向けて大口径に拡幅された柱脚拡幅部を有し、当該柱脚拡幅部に接合された柱脚ベースプレートが複数の免震装置の上端面とボルト接合されているとともに、前記複数の免震装置の下端面は、免震基礎部に固定され、
    前記柱脚拡幅部は、一対の側面プレートと、当該一対の側面プレートの各々に接合された縦補強プレートを備え、当該縦補強プレートは鉛直面内に位置して設けられて、前記柱脚ベースプレート上に立設されていることを特徴とする免震建物。
  2. コンクリート充填鋼管柱の下方に複数の免震装置が配置された免震建物であって、
    前記コンクリート充填鋼管柱を構成する鋼管は、鋼製梁と接合される接合部材を介して、複数の免震装置の上端面とボルト接合されているとともに、前記複数の免震装置の下端面は、免震基礎部に固定され、
    前記鋼管は、筒状体が下方に向けて、前記複数の免震装置の各々を覆うように大口径に拡幅された柱脚拡幅部を有しており、
    前記接合部材は、前記柱脚拡幅部に接合された柱脚ベースプレートと、前記鋼製梁を形成する上部フランジと同じ高さ位置に設置される上部通しダイヤフラムと、前記柱脚拡幅部を形成する側面プレートと、側面傾斜プレートと、前記柱脚ベースプレートに立設され、鉛直面内に位置して設けられた縦補強プレートと、を含んで構成されていることを特徴とする免震建物。
  3. 前記縦補強プレートは、複数が、前記柱脚拡幅部の内部に設けられ、当該複数の縦補強プレートの各々は開口部を有することを特徴とする請求項1または2に記載の免震建物。
  4. コンクリート充填鋼管柱と鉄筋コンクリート造の免震基礎部との間に免震装置が配置される免震構造の構築方法であって、
    前記免震基礎部の上部に、複数の前記免震装置を設置する工程と、
    前記免震装置の上部に、複数の当該免震装置と接合する柱脚拡幅部を有する鋼管柱を設置する工程と、
    前記柱脚拡幅部の上方からコンクリートを打設して前記コンクリート充填鋼管柱を形成する工程と、を含み、
    前記柱脚拡幅部は、柱脚ベースプレートに接合され、一対の側面プレートと、当該一対の側面プレートの各々に接合された縦補強プレートを備え、当該縦補強プレートは鉛直面内に位置して設けられて、前記柱脚ベースプレート上に立設されていることを特徴とする免震構造の構築方法。
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