JP6936114B2 - 免震構造用ダンパー機構、免震構造用ダンパー機構の配置構造、免震構造用トリガー機構、免震構造用トリガー機構の配置構造、免震構造用すべり支承機構、及び建物 - Google Patents

Description

本発明は、免震構造用ダンパー機構、免震構造用ダンパー機構の配置構造、免震構造用トリガー機構、免震構造用トリガー機構の配置構造、免震構造用すべり支承機構、及び建物に関する。

従来、地震に備えた建物の構造として、例えば、免震構造の建物がある。免震構造の建物は、基礎等の下部構造体と、下部構造体の上方に設けられた上部構造体と、下部構造体及び上部構造体の間に設けられた免震手段と、を備えている。免震手段は、例えば、オイルダンパー、鉛ダンパー、Ｕ型ダンパー等が知られており、上部構造体に加わる荷重を低減する機能を有している。

ここで、特許文献１には、所要形状に形成した鉛柱体等よりなるダンパー本体の少なくとも一端に、建築物等の構造体に対する取付板を備えた鉛ダンパーが開示されている。

しかしながら、特許文献１に記載の鉛ダンパーの構造では、高さ方向の寸法が大きくなってしまい、建物全体としての高さが高くなってしまう。また、下部構造体と上部構造体との間に十分な高さの空間を確保しなければならず、比較的小規模な建物には適していない。

また、特許文献２には、弾塑性材料からなるＵ字状の湾曲状部材の接合部を上部構造と下部構造にそれぞれ固定した減衰機構を有する、いわゆるＵ型ダンパーが開示されている。

しかしながら、特許文献２に記載のＵ型ダンパーは、滑動時に初期の寸法を超えて上下に大きく変形するため、下部構造体と上部構造体との間に十分な高さの空間を確保しなければならず、比較的小規模な建物には適していない。

なお、オイルダンパーは高価であり、採用すると建物全体のコストが増大してしまう。

また、外力の大きさに応じて振動モードを切り替えることで構造物の損傷を低減することが可能なトリガー機構を持つ免震構造も知られている。

例えば、特許文献３には、所定の地震レベルを超える地震が発生した場合に作動するトリガー機構が開示されている。これによれば、当該トリガー機構が作動することにより、免震装置が稼働して嫌振機器類を保護することができる。

しかしながら、特許文献３に記載のトリガー機構では、トリガー機構が作動する際の荷重が一定の大きさを超えると、上部構造体の転倒モーメントによる引抜力、または耐力壁による局所的な引抜力により、トリガー部分に引張力が生ずる可能性がある。すると、当初想定した荷重よりも小さい荷重で、トリガー機構が作動してしまう虞がある。

また、特許文献４には、所定の水平変位を超えない地震や風、交通振動等による小さな振動に対しては、第一の振動減衰装置と第二の振動減衰装置とを共に作動させ、所定の水平変位を超える地震による大きな振動に対しては、トリガー機構が作動して上部構造体及び下部構造体のうちの少なくとも一方に対する第二の振動減衰装置の連結を解除することにより第一の振動減衰装置のみを作動させるようにした構成が開示されている。

しかしながら、特許文献４のようなトリガー機構は、構造が複雑で部材が大きくなることから、比較的小規模な建物には適していない。

また、特許文献５には、すべり板と、当該すべり板に対して滑動可能に配置された本体部（摺動体）とを備えるすべり支承装置において、薄板鋼板を凹状に成型しグラウト材を充填することで、免震装置のすべり板を形成する技術が開示されている。

しかしながら、特許文献５に記載のすべり支承装置は、上部構造体及び下部構造体の両方にグラウト材を充填した上沓及び下沓を備え、その間に摺動体を挟み込んでいるため、部品数が多く、免震装置の高さも高くなってしまう。このため、比較的小規模な建物には適していない。

また、特許文献６には、住宅等の構造物に設置される、トリガー機構やゴム積層体からなる復元部材を有する免震装置について開示されている。

しかしながら、従来のこれらのトリガー機構、復元部材、を備える免震装置では、装置が大型であるため建物全体としても大きくなってしまうこと、また、装置が高価になるといった問題がある。こういった建物は、住宅が密集する狭小地域には向いていない。

特許第４８４６１４２号公報 特許第３５４３００４号公報 特許第４４７０３３６号公報 特許第４０２９６８５号公報 特許第４０４８８７８号公報 特開２００４−１００９２９号公報

それゆえ、本発明は、安価で、高さの低い免震構造用ダンパー機構、及びその配置構造を提供することを目的とする。また、本発明は、上部構造体の転倒モーメント等によりトリガー機構に浮上りが生じたとしても、所期した性能を発揮し得、高さの低い免震構造用トリガー機構、及びその配置構造を提供することを目的とする。また、本発明は、安価に製造可能で高さの低い免震構造用すべり支承機構を提供することを目的とする。さらに、本発明は、建物全体としての大型化を伴わず、安価に、上部構造体の損傷を軽減可能な免震構造の建物を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の免震構造用ダンパー機構は、
下部構造体と、下部構造体の上方に設けられた上部構造体との間に設けられ、
前記下部構造体と前記上部構造体との間に生じる変位を縮小する変位縮小機構を備え、
該変位縮小機構はリンク機構を有するとともに、変形によりエネルギーを吸収して変位を低減させる変位抑制部を有することを特徴とする。

なお、本発明の免震構造用ダンパー機構にあっては、
前記変位縮小機構は、
複数の横材と、
隣り合う前記横材に対して両端部がそれぞれ回動可能に接続された複数の縦材と、
隣り合う前記縦材を接続する前記変位抑制部と、を有し、
前記複数の横材のうち、一の横材の端部が、下部構造体に直接又は間接的に接続され、他の横材の端部が、上部構造体に直接又は間接的に接続されていることが好ましい。

また、本発明の免震構造用ダンパー機構にあっては、前記変位縮小機構が最大変形に達した際に、前記隣り合う縦材が相互に接触することで前記最大変形を超える変形を抑制することが好ましい。

また、本発明の免震構造用ダンパー機構にあっては、前記変位抑制部は、低降伏点鋼及び極低降伏点鋼の少なくとも一方を含むことが好ましい。

また、本発明の免震構造用ダンパー機構の配置構造は、一方の前記免震構造用ダンパー機構の支点間の距離が拡がった際に、他方の前記免震構造用ダンパー機構の支点間の距離は縮まるように、少なくとも２つの前記免震構造用ダンパー機構が対称に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の免震構造用トリガー機構は、下部構造体と、下部構造体の上方に設けられた上部構造体との間に設けられ、
前記下部構造体と前記上部構造体とを連結する連結部材を備え、
下部構造体と上部構造体との間に所定量以上の変位が加わった場合に、下部構造体又は上部構造体と、連結部材との間の連結が解除されるよう構成されており、
前記連結部材の水平方向の剛性が、前記連結部材の鉛直方向の剛性よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明の免震構造用トリガー機構にあっては、前記連結部材は、水平面と略平行となるように配置された板状部材であることが好ましい。

また、本発明の免震構造用トリガー機構にあっては、前記連結部材は、前記水平方向の剛性が前記鉛直方向の剛性の1000倍以上となるように構成されていることが好ましい。

また、本発明の免震構造用トリガー機構にあっては、前記連結部材は、水平面に対して傾斜するように弾性変形させた状態で前記下部構造体及び前記上部構造体に連結されていることが好ましい。

また、本発明の免震構造用トリガー機構にあっては、前記連結部材の水平方向の圧縮耐力が、前記下部構造体又は前記上部構造体と前記連結部材との連結が解除される際の力よりも大きいことが好ましい。

また、本発明の免震構造用トリガー機構にあっては、前記下部構造体又は前記上部構造体と前記連結部材とを連結する連結材を有し、該連結材は、所定の変位で切断するよう構成されていることが好ましい。

また、本発明の免震構造用トリガー機構の配置構造は、前記免震構造用トリガー機構は、前記下部構造体及び前記上部構造体の外周縁に設けられていることを特徴とする。

また、本発明の免震構造用すべり支承機構は、
下部構造体と、下部構造体の上方に設けられた上部構造体との間に設けられ、
前記下部構造体又は前記上部構造体に固定されるすべり支承を有し、
前記上部構造体が前記すべり支承を介して前記下部構造体上を滑動するよう構成されており、
前記すべり支承は、
平板部と、
該平板部に連なる凹部と有し、
該凹部と、前記下部構造体又は前記上部構造体とで形成される空間に硬化性流動体からなる充填体が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の免震構造用すべり支承機構にあっては、前記充填体は、圧縮強度が４０N/mm²以上であることが好ましい。

また、本発明の免震構造用すべり支承機構にあっては、前記すべり支承の前記凹部は、側面部と底面部とを有することが好ましい。

また、本発明の建物は、上記の何れかの免震構造用ダンパー機構および／または上記の免震構造用ダンパー機構の配置構造と、
上記の何れかの免震構造用トリガー機構および／または上記の免震構造用トリガー機構の配置構造と、
上記の何れかの免震構造用すべり支承機構と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、安価で、高さの低い免震構造用ダンパー機構、及びその配置構造を提供することができる。また、本発明によれば、上部構造体の転倒モーメント等によりトリガー機構に浮上りが生じたとしても、所期した性能を発揮し得、高さの低い免震構造用トリガー機構、及びその配置構造を提供することができる。また、本発明によれば、安価に製造可能で高さの低い免震構造用すべり支承機構を提供することができる。さらに、本発明によれば、建物全体としての大型化を伴わず、安価に、上部構造体の損傷を軽減可能な免震構造の建物を提供することができる。

本発明の一実施形態としての建物を示す側面図である。 図１Ａの建物において、上部構造体が水平移動した状態を示す側面図である。 本発明のダンパー機構の一例を示す平面図である。 図１のダンパー機構の側面図である。 図２のダンパー機構の引張り方向の変位を示す平面図である。 図２のダンパー機構の圧縮方向の変位を示す平面図である。 ダンパー機構の変形例を示す平面図である。 ダンパー機構の他の変形例を示す平面図である。 複数のダンパー機構を建物に設ける場合の一例を示す平面図である。 建物に水平方向の変位が生じた場合の、ダンパー機構の変位の一例を示す平面図である。 複数のダンパー機構を設ける場合の他の実施形態である。 本発明のトリガー機構の一例を示す側面図である。 図１１のトリガー機構の平面図である。 本発明のすべり支承機構の一例を示す側面図である。 図１３のすべり支承機構の平面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の建物構造は、上部構造体１０と、下部構造体２０との間に、ダンパー機構３０（免震構造用ダンパー機構）、トリガー機構４０（免震構造用トリガー機構）、及びすべり支承機構５０（免震構造用すべり支承機構）の少なくとも何れかを備えている。

図１Ａ、図１Ｂに示すように、建物１は、例えば、二階建て或いは三階建て等の住宅である。建物１は、上部構造体１０と、下部構造体としての基礎２０とを備えている。基礎２０は、地盤Ｇ上に設置され、上部構造体１０等を支持する。

建物１は、例えば、鉄骨造の軸組みを有する工業化住宅や、木造住宅等とすることができる。なお、工業化住宅としては例えば、鉄筋コンクリート造の基礎２０と、柱や梁などの軸組部材で構成される軸組架構を有し、基礎２０の上方に設けられた上部構造体１０と、で構成される。なお、軸組架構を構成する軸組部材は、予め規格化（標準化）されたものとすることができ、その場合、予め工場にて製造されたのち建築現場に搬入されて組み立てられる。

上部構造体１０は、基礎２０の上方に設けられており、内部に居室等の室内空間を有している。上部構造体１０は、予め定められた設計規準に基づいて設計及び構築されている。ここで、予め定められた設計規準とは、日本における建築基準法、又は外国における建物に関する法律等、建物が満たすべき強度に関する基準を含む種々の法令又は定め等であってもよい。上部構造体１０は、設計規準に示された強度に関する基準を満たし、耐震構造（制振構造）を実現できる構造であれば、種々の構造を採用できる。

本例の建物１にあっては、上部構造体１０と基礎２０の間に、ダンパー機構３０、トリガー機構４０、及びすべり支承機構５０が設けられている。平面視では、例えば図８に示すように、ダンパー機構３０、トリガー機構４０、及びすべり支承機構５０が配置される。

以下に、上部構造体１０に水平荷重が加わった場合の各部の基本的な動作について説明する。上部構造体１０に加わる水平荷重がトリガー機構４０の破断強度（連結状態が解除され非連結となる強度）を超えるまでは、トリガー機構４０によって上部構造体１０と基礎２０とが連結されているため、トリガー機構４０が地震による水平荷重（地震力）に抵抗を付与する。すなわち、設計規準に基づいて設計された上部構造体１０の構成によって、上部構造体１０は耐震構造（制振構造）として修復性を発揮する。このように、設計規準で規定された地震（極めて稀に起きる地震）までは、建物１は耐震構造（制振構造）として損傷を抑制する。

一方、地震等によって、上部構造体１０にトリガー機構４０の耐力（破断強度）を超える水平荷重が加わった場合、図１Ｂに示すように、トリガー機構４０が破断して連結状態が解除される。この場合、上部構造体１０は、ダンパー機構３０及びすべり支承機構５０によって移動が制限されつつ、すべり支承機構５０によって水平に移動（滑動）する。すなわち、上部構造体１０は免震状態として修復性を発揮する。このように、設計規準で規定された地震を超える地震（極めて大きな地震）が生じた場合、建物１は免震状態として損傷を抑制する。

以下に、ダンパー機構３０について説明する。図２は、ダンパー機構３０の一例を示す平面図であり、図３は、側面図である。

図２は、ダンパー機構３０が変形する前の初期状態を示している。本例のダンパー機構３０は、リンク機構を構成する変位縮小機構３１を備える。

変位縮小機構３１は、変形によりエネルギーを吸収して変位を低減させる変位抑制部３２を有する。変位抑制部３２としては、例えば、縦材３５、３６や横材３３、３４よりも降伏点が低い低降伏点鋼、極低降伏点鋼、または、低降伏点鋼及び極低降伏点鋼の組合せや複合物とすることができるが、これに限られるものではない。

本例において、変位縮小機構３１は、基礎２０と上部構造体１０との相対的な水平方向の変位の変位を縮小して変位抑制部３２に出力可能なリンク機構を構成している。なお、変位縮小機構３１は、上部構造体１０と基礎２０との間に生じた変位を縮小可能なものであればよく、例えば、滑車機構、又は、てこ機構等としてもよい。

変位縮小機構３１は、略平行に配置された複数の横材３３、３４を備える。また変位縮小機構３１は、隣り合う一対の横材３３、３４に対して両端部がそれぞれ回動可能に接続された複数の縦材３５、３６を備える。本例では、横材３３、３４は、同形状の長尺部材であり、一方の横材３３に対して他方の横材３４は、１８０°回転させた向きに平行に配置される。横材３３、３４及び縦材３５、３６は、鉄等の鋼材で形成することができるが、これに限定されず、例えば、ステンレス、エンジニアリングプラスチック、セラミック等で形成することも可能である。なお、変位縮小機構３１は、３本以上の横材を有する構成としてもよい。例えば、３本の略平行な横材を有する場合、中央の横材と、中央の横材の一方側に位置する横材とを縦材で接続するとともに、中央の横材と他方側に位置する横材とを縦材で接続する構成とすることができる。

本例では、複数の横材３３、３４のうち、一の横材３３の端部３３ａが、基礎２０に接続されている。また、他の横材３４の端部３４ａが、上部構造体１０に間接的に接続されている。横材３３の端部３３ａは、本例のように接続部材３７を介して間接的に基礎２０に接続してもよいし、直接、基礎２０に接続してもよい。また、図３に示すように、上部構造体１０の下方には鉄骨基礎１１を設けることができ、本例では、横材３４の端部３４ａが、接続部材３８を介して鉄骨基礎１１に接続されている。なお、本例のように横材３４の端部３４ａを間接的に上部構造体１０に接続してもよいし、直接、上部構造体１０に接続してもよい。鉄骨基礎１１は、例えばＨ型鋼などで構成することができる。

縦材３５、３６は、各横材３３、３４に対して固定されたボルト等の締結部材により回動可能に軸支されている。一対の縦材３５、３６は、同一形状の部材で構成され、一方の縦材３５と、他方の縦材３６とは対向する向きで平行に配置されている。また、本例では、一対の横材３３、３４の間に、４組（４対）の一対の縦材３５、３６が等間隔で配置されている。隣り合う縦材３５、３６には、一方の縦材３５と他方の縦材３６とを接続する変位抑制部３２が固定されている。本例では、一対の縦材３５、３６の上面側及び下面側にそれぞれ等間隔に６個ずつ、つまり合計１２個の変位抑制部３２が配置されているが、変位抑制部３２の数及び配置は適宜変更可能であり、上面側のみ、または下面側のみとしてもよい。変位抑制部３２は、縦材３５、３６に対してボルト等の締結部材又は溶接等により固定される。なお、変位抑制部３２と一対の縦材３５、３６とを、一体に形成した一つの部材で構成してもよい。変位抑制部３２の大きさや数量は、想定される上部構造体１０の変位から決定することができる。なお、変位縮小機構３１は、３本以上の縦材を有する構成としてもよい。例えば、３本の略平行な縦材を有する場合、中央の縦材と、中央の縦材の一方側に位置する縦材とを変位抑制部で接続するとともに、中央の縦材と他方側に位置する縦材とを変位抑制部で接続する構成とすることができる。

本例において、隣り合う一対の縦材３５、３６の間には、隙間３９が形成されている。隙間３９は、変位縮小機構３１が許容される最大変形に達した際に、一対の縦材３５、３６同士が接触するように設定されており、これにより、最大変形を超える変形を抑制することができる。すなわち、ダンパー機構３０を、基礎２０に対する上部構造体１０の移動範囲を規制するストッパーとしても機能させることができる。なお、隙間３９の距離が大きすぎると、変位抑制部３２が面外方向に変形した場合に当該隙間３９に入り込む虞があるので、隙間３９の距離は変位抑制部３２が、入り込まない距離とすることが望ましい。ここで、変位縮小機構３１の最大変形を超える変形を抑制する構成は、上記のような隙間３９を設ける構成に限られるものではない。例えば、隣り合う縦材３５、３６を上下方向に異なる高さに配置した上で、何れか一方の縦材に突起を設けて、変位縮小機構３１が最大変形に達した際に、当該突起が他方の縦材に接触して縦材を停止させる構成とすることができる。このような構成でも、変位縮小機構３１の、最大変形を超える変形を抑制することができる。

図４、５は、基礎２０と上部構造体１０との間で変位が生じた際の、ダンパー機構３０の変形の様子を示している。図４、５は、基礎２０に対する上部構造体１０の変位の方向がそれぞれ異なる場合を示している。

図４は、一方の横材３３の端部３３ａと他方の横材３４の端部３４ａとの距離が拡大するように変位縮小機構３１が変形した場合、すなわち変位縮小機構３１が引張り方向に変形した場合の、最大変形状態を示している。これに対して、図５は、変位縮小機構３１が圧縮方向に変形した場合の、最大変形状態を示している。

図４に示すように、基礎２０に対して上部構造体１０が、水平方向に長さＬ１だけ変位した場合、それぞれの変位抑制部３２には、長さＬ２分の変位が生じる。つまり、基礎２０と上部構造体１０との間に生じる変位Ｌ１が、変位縮小機構３１のリンク機構によって変位Ｌ２に縮小されて各変位抑制部３２に伝わることとなる。具体的には、例えば、変位Ｌ１が約３５０ｍｍである場合に変位Ｌ２が約３４ｍｍとなる、すなわち、変位の大きさが約１／１０に縮小されるような構成とすることができる。

このようにして、基礎２０と上部構造体１０との間に変位が生じる際に、各変位抑制部３２にはせん断エネルギーが働き、せん断変形が生じることとなる。このように、各変位抑制部３２が変形することにより、エネルギーが吸収されて、上部構造体１０の移動速度が制限される。

また、基礎２０に接続された端部３３ａに対する、上部構造体１０に接続された端部３４ａの移動範囲は所定の範囲内に制限されるため、基礎２０に対する上部構造体１０の移動範囲が制限されることとなる。

このように、ダンパー機構３０によれば、基礎２０に対する上部構造体１０の移動速度、及び移動範囲を制限することができる。

また、本実施形態のダンパー機構３０では、基礎２０と上部構造体１０との間に生じた変位の変位を、変位縮小機構３１により縮小して変位抑制部３２に伝える構成としたことにより、基礎２０と上部構造体１０との間に生じ得る変位の長さに対して、変位抑制部３２の大きさを小さく設定することができる。これにより、安価で、低背のダンパー機構３０を実現することができる。

また、本実施形態のダンパー機構３０では、リンク機構である変位縮小機構３１と低降伏点鋼（または極低降伏点鋼）である変位抑制部３２とを組み合わせたことで、比較的小さい変位抑制部３２のせん断変形量で、大きな上部構造体１０の変位に対応することができる。

図６、７は、ダンパー機構３０の変形例を示している。例えば、図６に示すように、一対の横材３３、３４に対して、一対の縦材３５、３６を３組（つまり、３対）設けた構成としてもよいし、図７に示すように、例えば４組の一対の縦材３５、３６のうち、変位抑制部３２を設けない組を２組設ける等、変位抑制部３２の数を増減してもよい。

ここで、建物１に複数のダンパー機構３０を設ける場合には、一方のダンパー機構３０の支点間の距離が拡がった際に、他方のダンパー機構３０の支点間の距離が縮まるように、少なくとも２つのダンパー機構を対称に配置することが好ましい。なお、ダンパー機構３０の支点とは、ダンパー機構３０において上部構造体１０及び下部構造体（基礎２０）にそれぞれ接続される点であり、本例では、変位縮小機構３１において基礎２０に接続される横材３３の端部３３ａと、上部構造体１０に接続される他の横材３４の端部３４ａである。図８に示す例では、２つのダンパー機構３０１、３０２が、平面視における建物１の中心点の周りで点対称に配置されている。

図８に示すように、さらにダンパー機構３０３と３０４を配置することで、ダンパー機構３０１、３０２に直交する荷重に対しても対応可能とすることができる。図８に示すように、２つのダンパー機構３０３、３０４も点対称に配置されている。図９の破線矢印に示す方向に上部構造体が水平移動した場合、一方のダンパー機構３０４には引張力が働いて支点間の距離が拡がり、他方のダンパー機構３０３には圧縮力が働いて支点間の距離が縮まる。これにより、ダンパー機構３０４、３０３のリンク機構の幾何学的非線形性による荷重変形関係の正と負の非対称性を相殺させることができ、結果として免震層の設計を容易化することができる。なお、一方のダンパー機構３０４に圧縮力が働いて支点間の距離が縮まる場合、他方のダンパー機構３０３には引張力が働いて支点間の距離が拡がる。なお、ダンパー機構３０１、３０２についても、一方のダンパー機構３０１に引張力が働いて支点間の距離が拡がる際に、他方のダンパー機構３０２には圧縮力が働いて支点間の距離が縮まるよう構成されている。また一方のダンパー機構３０１に圧縮力が働いて支点間の距離が縮まる際には、他方のダンパー機構３０２には引張力が働いて支点間の距離が拡がることとなる。これにより、特定の方向のみに免震効果が発揮されることを解消し、水平面内のあらゆる方向に免震効果を発揮させることができる。

ここで、図８に示す例において、上部構造体１０（鉄骨基礎１１）が図８に矢印で示すＸ方向（図８における右側）に変位した場合、ダンパー機構３０１は支点間の距離が拡がり、ダンパー機構３０３は支点間の距離が縮まる。同様に、ダンパー機構３０４は支点間の距離が拡がり、ダンパー機構３０２は支点間の距離が縮まる。なお、ダンパー機構３０１とダンパー機構３０３とは、図８のＹ方向に平行な直線に対して線対称に配置され、ダンパー機構３０４とダンパー機構３０２とは、当該直線に対して線対称に配置されている。

図８に示す例において、上部構造体１０（鉄骨基礎１１）が図８に矢印で示すＹ方向（図８における下側）に変位した場合、ダンパー機構３０４は支点間の距離が拡がり、ダンパー機構３０１は支点間の距離が縮まる。同様に、ダンパー機構３０２は支点間の距離が拡がり、ダンパー機構３０３は支点間の距離が縮まる。なお、ダンパー機構３０４とダンパー機構３０１とは、図８のＸ方向に平行な直線に対して線対称に配置され、ダンパー機構３０２とダンパー機構３０３とは、当該直線に対して線対称に配置されている。

また、建物１に複数のダンパー機構３０を設ける場合には、図８に示すように、下部構造体２０に接続する端部３３ａが建物１の中心側に位置し、上部構造体１０に接続する端部３４ａが外周縁側に位置することが好ましい。複数のダンパー機構３０の干渉を防止しつつ、水平面内でのあらゆる方向の変位に対応させることができる。

図１０は、ここで、建物１に複数のダンパー機構３０を設ける場合の他の例を示している。図１０に示す例では、基礎２０に接続される端部３３ａと、上部構造体１０に接続される端部３４ａを、共に、建物１の中心から離れた位置に配置している。このような位置で複数のダンパー機構３０（３０１、３０２、３０３、３０４）を配置することにより、免震層の捩じり剛性を高めることができる。これにより、免震構造として挙動する際の上部構造体の回転を抑制することができる。なお、図１０の例では、４つのダンパー機構３０を用いているが、これに限定されず、ダンパー機構３０の数は適宜変更可能である。

以下に、トリガー機構４０について説明する。

図１１は、トリガー機構４０を備えた建物１の一部を示す側面図であり、図１２は平面図を示している。トリガー機構４０は、下部構造体としての基礎２０と上部構造体１０とを連結する連結部材４１を備える。

連結部材４１は、基礎２０に対して第１連結部４１ａで連結され、上部構造体１０（図示例では鉄骨基礎１１）に対して第２連結部４１ｂで連結されている。連結部材４１は、基礎２０と上部構造体１０との間に所定量以上の水平方向の変位が加わった場合に、第１連結部４１ａ連結が解除されて非連結となるように構成されている。なお、連結部材４１は、基礎２０と上部構造体１０との間に所定量以上の水平方向の変位が加わった場合に、第２連結部４１ｂの連結が解除されて非連結となるように構成してもよい。連結部材４１は、金属製としてもよいし、エンジニアリングプラスチック等の樹脂製でもよい。

連結部材４１は、連結部材４１の水平方向の剛性が、鉛直方向の剛性よりも大きくなるように構成されている。

本例において、連結部材４１は、水平面と略平行となるように配置された板状の部材で構成されている。また、本例の連結部材４１は、平面視でＬ字状となっており、Ｌ字状の角部が基礎２０に対して連結される第１連結部４１ａとなっており、２箇所の先端部が、上部構造体１０に対して連結される第２連結部４１ｂとなっている。

本例の第１連結部４１ａには、連結部材４１を基礎２０に取付けるための、トリガー基礎取付部材４３及びトリガー取付部材４４が設けられている。トリガー基礎取付部材４３は例えば鋼板で構成され、鋼板から突出して設けられた突出部に連結材としてのトリガーピン４２が接続されるトリガーピン用の孔（ボルト孔）が設けられている。トリガー取付部材４４は、例えば鋼板で形成される。第２連結部４１ｂには、トリガー基礎取付部材４３が設けられている。なお、第１連結部４１ａ及び第２連結部４１ｂの構成は図示例に限定されない。

連結部材４１は、板状の部材に限られず、例えば円柱、角柱等の棒状としてもよい。また、本例の連結部材４１は、平面視でＬ字状となっているが、これに限られず、例えば長方形状、三角形状としてもよい。

連結部材４１は、水平面に対して傾斜するように弾性変形させた状態で基礎２０及び上部構造体１０に連結されている。より具体的には、上部構造体１０側の第２連結部４１ｂから、基礎２０側の第１連結部４１ａに向けて、下方に向けて僅かに傾斜している。例えば第２連結部４１ｂと第１連結部４１ａの高さが１mm〜20mm程度異なる位置となるように、下方に向けて傾斜させてもよい。傾斜させすぎると連結部材４１の水平方向の剛性による効果を得づらくなる可能性がある。このような構成より、連結部材４１が基礎２０または上部構造体１０に対して非連結となったときに弾性変形していた連結部材４１が復元力により水平面と平行な水平状態となり、基礎２０に対して上部構造体１０が変位する際に、連結部材４１が基礎２０又は上部構造体１０に干渉し難くなる。その結果、非連結となった連結部材４１の接触による基礎２０または上部構造体１０の損傷を防止することができる。

また、本例において、連結部材４１の水平方向の圧縮耐力は、基礎２０又は上部構造体１０と連結部材４１との連結が解除される際の力（破断耐力）よりも大きくなっている。このような構成により、板状の連結部材４１が原形を留めた状態で連結が解除されて非連結となる。つまり、連結部材４１が座屈しないので、鉛直方向の剛性を低く保ちながらも確実にトリガーピンを破断させることができる。

連結部材４１は、第１連結部４１ａにおいて、基礎２０に対して、トリガー基礎取付部材４３及びトリガー取付部材４４を介してトリガーピン４２（連結材）で連結されている。また、連結部材４１は、第２連結部４１ｂにおいて、上部構造体１０の鉄骨基礎１１に対して、トリガー基礎取付部材４３を介してボルト４５で連結されている。トリガーピン４２は、所定の変位で切断するよう構成されたボルトである。所定の変位で切断する連結材とは、例えば、強度区分10.9の中ボルト又は高力ボルト（F10T）とすることができる。このように、降伏比が高く脆性的に破断しやすいボルトを使用することで、所定の変位が働いたときに意図した変位でボルトを切断させることができる。すなわち、トリガー機構４０の精度を高めることができる。なお、トリガーピン４２は、所定の耐力を有し、伸びが少ないボルトであれば、前述以外のボルトも使用することができる。また、所定の耐力を有し、伸びの少ないものであればボルト以外の部材も使用することができる。また、トリガー機構４０を複数設けた場合には、一か所のトリガーピン４２が破断したした際に他のトリガーピン４２も連続して破断し易い構成とすることが好ましい。複数のトリガーピン４２が連続して破断せず一か所でも固定されていると、ダンパー機構３０やすべり支承機構５０が意図した効果を十分に発揮しない可能性がある。

本実施形態のトリガー機構４０にあっては、連結部材４１の水平方向の剛性が、鉛直方向の剛性よりも大きくなるように構成されていることにより、上部構造体１０の転倒モーメント等によりトリガー機構４０に浮上りが生じたとしても、トリガーピン４２に生ずる引張エネルギーは工学的に十分無視できる程度に留めることができる。なお連結部材４１は、鉛直方向に対してはその浮上りに追従して変形する。同様の観点から、連結部材４１を構成する板状部材の断面積、及び水平方向の長さにもよるが、例えば、連結部材４１の水平方向の剛性が鉛直方向の剛性の1000倍以上となることが好ましい。

また、本実施形態のトリガー機構４０にあっては、連結部材４１を板状部材とすることにより、安価に製造可能となるため、コスト削減が可能となる。また、連結部材４１を板状部材とし、水平面（後述する、すべり支承の摺動面）と略平行に設けることで、トリガー機構４０全体としての高さを低くする（低背とする）ことができる。また、連結部材４１としての板状部材は面外方向の曲げ剛性が低く、面内方向の剛性が高いため、水平方向の剛性を鉛直方向の剛性よりも大きくなるように構成し易くなる。

トリガー機構４０は、基礎２０及び上部構造体１０の外周縁に設けられていることが好ましく、これによれば、建物１の外側からトリガー機構４０の修復作業を容易に行うことができる。同様の観点から、基礎２０の上面の外周縁と、上部構造体１０の底面の外周縁は、同形状となっていることが好ましく、さらに、当該外周縁に沿ってトリガー機構４０を設置することが好ましい。

以下に、すべり支承機構５０について説明する。すべり支承機構５０は、基礎２０上での上部構造体１０の水平方向の移動を許容しつつ、上部構造体１０の重量を基礎２０に伝達する。

図１３は、すべり支承機構５０を備えた建物１の一部を示す側面図であり、図１４は平面図を示している。すべり支承機構５０は、下部構造体としての基礎２０または上部構造体１０（鉄骨基礎１１）に固定されるすべり支承５１を備える。上部構造体１０は、すべり支承５１を介して基礎２０上を滑動するよう構成されている。図１２に示すように、すべり支承５１は鉄骨基礎１１に固定された補強梁５９に対して固定してもよい。図１３に示すように、本例におけるすべり支承５１は、上部構造体１０にボルトで固定されているが、上下逆転させて基礎２０に固定してもよい。

すべり支承５１は、平板部５２と、平板部５２に連なる凹部５３と有する。凹部５３は、すべり支承５１が固定されている上部構造体１０側に開口を有する有底筒状部によって構成されており、側面部５４と底面部５５とを有する。換言すれば、凹部５３は、上部構造体１０側から基礎２０に向けて突出した形状となっている。すべり支承５１は、すべり支承取付部材５８を介して鉄骨基礎１１に対してボルトで固定されている。すべり支承取付部材５８は、例えば鋼板で形成することができるが、これに限定されない。また、すべり支承取付部材５８には、凹部５３（空間Ｓ）に充填体５６を投入するための開口（貫通孔）が設けられている。

凹部５３と上部構造体１０とで形成される空間Ｓには、硬化性流動体からなる充填体５６が設けられている。すべり支承５１は、凹部５３を構成する底面部５５の下面５５ａが、基礎２０に設けられた受け台５７の滑動面５７ａを滑動するように構成されている。なお、底面部５５の大きさは荷重計算によって適宜変更することができる。また、すべり支承５１をすべり支承取付部材５８に固定するボルトは滑動面５７ａに接触しないように構成されている。

すべり支承５１の平板部５２と凹部５３は、１ｍｍ以上の厚さの鋼板で構成されることが好ましい。例えば、鋼板が１ｍｍ未満であるとボルトの支圧に耐えられなくなる虞があるが、凹部５３と上部構造体１０とで形成される空間Ｓに硬化性流動体からなる充填体５６が設けられている場合、鋼板が１ｍｍ以上あれば、例えば上部構造体１０が、鉛直方向に一時的に浮き上り、着地した際の衝撃荷重に対して十分な耐力を持たせることができる。また、鋼板が厚過ぎると加工が難しくなるため、５ｍｍ以下であることが好ましい。このように鋼板を５ｍｍ以下とすることで、プレス加工だけで安価に製造することが可能となる。

また、すべり支承５１を構成する鋼板は、亜鉛メッキ鋼板、ステンレス又はアルミ製であることが好ましい。このように、例えば鋼板を亜鉛メッキ処理することで防錆効果が上がり耐久性があがる。またメッキ処理によりすべり支承５１と、基礎２０の滑動面５７ａとの間の摩擦係数を低減し適当な値とすることができる。より具体的には、当該鋼板は、溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき鋼板とすることが好ましい。

また、すべり支承５１の凹部５３における、基礎２０の滑動面５７ａと滑動可能に接する面（底面部５５の下面５５ａ）が、クロメートフリー化成処理されていることが好ましい。この下面５５ａをクロメートフリー化成処理することで、基礎２０の滑動面５７ａの摩擦を低減することができる。

同様に、基礎２０の滑動面５７ａは、クロメートフリー化成処理された鋼板からなることが好ましく、これによれば、すべり支承５１の底面部５５の下面５５ａとの摩擦を低減することができる。ここで、すべり支承５１と、滑動面５７ａとの間の摩擦係数は、例えば、０．０５以上０．４以下とすることができる。この場合、トリガーが破断するような大きな水平荷重が上部構造体１０に加わった場合であっても、免震状態に移行した上部構造体１０の滑動変位を抑制することができる。

凹部５３が側面部５４と底面部５５とを有する有底筒状であり、凹部５３の開口を上部構造体１０側の底面で塞ぐようにすることにより、上下左右全方位から拘束することができ、これにより、高圧縮耐力をより高い精度で実現することができる。

本実施形態のすべり支承機構５０にあっては、すべり支承５１の凹部５３に設けられた充填体５６の周囲の拘束により高圧縮耐力を実現している。これにより、例えば上部構造体１０が、鉛直方向に一時的に浮き上り、着地した際の衝撃荷重に対して十分な耐力を持たせることができる。

すべり支承５１により高圧縮耐力を実現することと、安価であることとの両立を図る観点から、充填体５６は、圧縮強度が４０N/mm²以上であることが好ましく、例えばモルタルまたはグラウト等の充填剤からなることがより好ましい。

また、トリガー機構４０は、下部構造体２０のたわみ（変形）が少ない場所、例えばすべり支承機構５０近傍に設置することが好ましい。たわみが少なく水平が保たれている場所にトリガー機構４０を設置すると、トリガーピン４２の破断後、下部構造体２０に対して水平状態となった連結部材４１が、上部構造体１０や下部構造体２０と衝突することを防止でき、すべり支承機構５０やダンパー機構３０の効果を発揮しやすくなる。ダンパー機構

上述の通り、本発明によれば、建物全体としての大型化を伴わず、安価に、上部構造体の損傷を軽減可能な免震構造の建物１を提供することができる。

本発明に係る建物は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲で記載された内容を逸脱しない範囲で、様々な構成により実現することが可能である。例えば、建物１に、トリガー機構４０およびすべり支承機構５０を設けず、ダンパー機構３０のみとしてもよいし、ダンパー機構３０とトリガー機構４０のみとしてもよい。また、ダンパー機構３０に加えて、またはダンパー機構３０に代えて、他のダンパー等を設けてもよい。

１：建物
１０：上部構造体
１１：鉄骨基礎
２０：基礎（下部構造体）
３０：ダンパー機構（免震構造用ダンパー機構）
３１：変位縮小機構
３２：変位抑制部
３３、３４：横材
３３ａ：一方の横材の端部
３４ａ：他方の横材の端部
３５、３６：縦材
３７、３８：接続部材
３９：隙間
４０：トリガー機構（免震構造用トリガー機構）
４１：連結部材
４１ａ：第１連結部
４１ｂ：第２連結部
４２：トリガーピン（連結材）
４３：トリガー基礎取付部材
４４：トリガー取付部材
４５：ボルト
５０：すべり支承機構（免震構造用すべり支承機構）
５１：すべり支承
５２：平板部
５３：凹部
５４：側面部
５５：底面部
５５ａ：下面
５６：充填体
５７：受け台
５７ａ：滑動面
５８：すべり支承取付部材
Ｇ：地盤
Ｌ１：下部構造体と上部構造体との間の変位（長さ）
Ｌ２：変位抑制部の変位
Ｓ：空間

Claims (14)

1. 下部構造体と、下部構造体の上方に設けられた上部構造体との間に設けられ、
   前記下部構造体と前記上部構造体との間に生じる変位を縮小する変位縮小機構を備え、
   該変位縮小機構はリンク機構を有するとともに、変形によりエネルギーを吸収して変位を低減させる変位抑制部を有し、
   前記変位縮小機構は、
   複数の横材と、
   隣り合う前記横材に対して両端部がそれぞれ回動可能に接続された複数の縦材と、
   隣り合う前記縦材を接続する前記変位抑制部と、を有し、
   前記複数の横材のうち、一の横材の端部が、下部構造体に直接又は間接的に接続され、他の横材の端部が、上部構造体に直接又は間接的に接続されており、
   前記変位縮小機構が最大変形に達した際に、前記隣り合う縦材が相互に接触することで前記最大変形を超える変形を抑制する免震構造用ダンパー機構。
2. 前記変位抑制部は、低降伏点鋼及び極低降伏点鋼の少なくとも一方を含む、請求項１に記載の免震構造用ダンパー機構。
3. 請求項１又は２に記載の免震構造用ダンパー機構を備えた建物。
4. 一方の前記免震構造用ダンパー機構の支点間の距離が拡がった際に、他方の前記免震構造用ダンパー機構の支点間の距離は縮まるように、少なくとも２つの前記免震構造用ダンパー機構が対称に配置されている、請求項３に記載の建物。
5. 前記下部構造体と、前記下部構造体の上方に設けられた前記上部構造体との間に設けられた免震構造用トリガー機構と、を更に備え、
   前記免震構造用トリガー機構は、
   前記下部構造体と前記上部構造体とを連結する連結部材を備え、
   前記下部構造体と前記上部構造体との間に所定量以上の変位が加わった場合に、前記下部構造体又は前記上部構造体と、前記連結部材との間の連結が解除されるよう構成されており、
   前記連結部材の水平方向の剛性が、前記連結部材の鉛直方向の剛性よりも大きい、請求項３または４に記載の建物。
6. 前記連結部材は、水平面と略平行となるように配置された板状部材である、請求項５に記載の建物。
7. 前記連結部材は、前記水平方向の剛性が前記鉛直方向の剛性の1000倍以上となるように構成されている、請求項５または６に記載の建物。
8. 前記連結部材は、水平面に対して傾斜するように弾性変形させた状態で前記下部構造体及び前記上部構造体に連結されている、請求項７に記載の建物。
9. 前記連結部材の水平方向の圧縮耐力が、前記下部構造体又は前記上部構造体と前記連結部材との連結が解除される際の力よりも大きい、請求項５から８の何れか一項に記載の建物。
10. 前記下部構造体又は前記上部構造体と前記連結部材とを連結する連結材を有し、該連結材は、所定の変位で切断するよう構成されている、請求項５から９の何れか一項に記載の建物。
11. 前記免震構造用トリガー機構は、前記下部構造体及び前記上部構造体の外周縁に設けられている、請求項５から１０の何れか一項に記載の建物。
12. 前記下部構造体と、前記下部構造体の上方に設けられた前記上部構造体との間に設けられた免震構造用すべり支承機構を更に備え、
    前記免震構造用すべり支承機構は、
    前記下部構造体又は前記上部構造体に固定されるすべり支承を有し、
    前記上部構造体が前記すべり支承を介して前記下部構造体上を滑動するよう構成されており、
    前記すべり支承は、
    平板部と、
    該平板部に連なる凹部と有し、
    該凹部と、前記下部構造体又は前記上部構造体とで形成される空間に硬化性流動体からなる充填体が設けられている請求項３から１１に記載の建物。
13. 前記充填体は、圧縮強度が４０N/mm²以上である、請求項１２に記載の建物。
14. 前記すべり支承の前記凹部は、側面部と底面部とを有する、請求項１２または１３に記載の建物。

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