JP7019487B2 - Seismic isolation structure - Google Patents
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Description
本発明は、免震構造物に関する。 The present invention relates to a seismic isolation structure.
地震動などが作用して共振が生じると、構造物に大きな応答が発生する。このため、従来、マンションやオフィスビルなどの建物(構造物)では、建物内に制振ダンパーを設置し、この制振ダンパーで地震時に作用した地震エネルギー(振動エネルギー)を吸収・減衰させ、建物の応答を低減させるようにしている。また、このような制振ダンパーには、鋼材等の降伏耐力やすべり材の摩擦抵抗を利用した履歴系ダンパー、粘性体の粘性抵抗を利用したオイルダンパーなどの粘性系ダンパー、粘弾性体のせん断抵抗を利用した粘弾性系ダンパーが多用されている。 When resonance occurs due to the action of seismic motion, a large response occurs in the structure. For this reason, in the past, in buildings (structures) such as condominiums and office buildings, vibration damping dampers were installed inside the buildings, and the vibration damping dampers absorbed and attenuated the seismic energy (vibration energy) that acted during an earthquake. I am trying to reduce the response of. In addition, such vibration damping dampers include history dampers that utilize the yield resistance of steel materials and the frictional resistance of slip materials, viscous dampers such as oil dampers that utilize the viscous resistance of viscoelastic materials, and shearing of viscoelastic materials. Viscoelastic dampers that utilize resistance are often used.
また、建物の地震時応答を低減させるための他の手段として、TMD(Tuned Mass Damper)と称する制振装置を建物の頂部側(屋上など)に設置することも提案、実用化されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。
In addition, as another means for reducing the earthquake response of the building, it has been proposed and put into practical use to install a vibration damping device called TMD (Tuned Mass Damper) on the top side of the building (rooftop, etc.) ( For example, see
また、免震装置を設置し、建物などの構造物の1次固有周期を長周期側にずらすことによって応答を低減する手法も多用されている(例えば、特許文献3参照)。 Further, a method of reducing the response by installing a seismic isolation device and shifting the primary natural period of a structure such as a building to the long period side is often used (see, for example, Patent Document 3).
さらに、回転慣性質量装置や、変位に応じて剛性が変化する硬化型復元力装置(可変剛性装置)を備え、周期的な振動エネルギーの入力による共振現象を効果的に回避することを可能にしたものもある(例えば、特許文献4、特許文献5参照)。
Furthermore, it is equipped with a rotational inertia mass device and a hardening type restoring force device (variable rigidity device) whose rigidity changes according to displacement, making it possible to effectively avoid the resonance phenomenon due to the input of periodic vibration energy. Some are (see, for example,
一方、特許文献4や特許文献5では、硬化型復元力装置と回転慣性質量装置に複雑な非線形性を想定しているが、より簡単な検討を行った例として公開論文がある(非特許文献1参照)。
On the other hand, in
ここで、一般的な地震波形の特徴として、最初の主要動では短周期成分を多く含む大きな加速度が、その後には加速度自体は小さいものの長周期成分を多く含む波形となっていることが多い。 Here, as a characteristic of a general seismic waveform, it is often the case that the first major motion has a large acceleration containing many short-period components, and then the acceleration itself is small but contains many long-period components.
例えば、図1は、2011年東北地方太平洋沖地震の東京千代田区大手町での観測記録である。最初に加速度が大きな主要動(R1)が到達し、その後に長周期成分を多く含む波が到達しているため変位成分で見ると長時間の後揺れ(R2)が確認できる。 For example, FIG. 1 is an observation record of the 2011 off the Pacific coast of Tohoku Earthquake in Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo. Since the main motion (R1) with large acceleration arrives first, and then the wave containing many long-period components arrives, a long-time back sway (R2) can be confirmed when looking at the displacement component.
上記の特許文献4、特許文献5、非特許文献1などにおいては、a)回転慣性質量装置の付加質量効果により免震構造物をさらに長周期化して主要動の短周期成分の入力エネルギーが建物に伝わらないようにし、b)硬化型復元力装置によって後揺れ時の共振を防ぎ、c)さらに硬化型復元力装置によって変位増大を抑制して擁壁への建物の衝突を防ぐという効果が期待できる。
In the above-mentioned
しかしながら、変位が増大するまで硬化型復元力装置があまり有効とならないため、建物と地面との相対変位をある程度を見込んだエキスパンション・ジョイントが必要になってしまう。言い換えれば、硬化型復元力装置が有効になるまでの建物と地面との相対変位に対応できるようにエキスパンション・ジョイントを構成しなくてはいけないという不都合があった。 However, since the hardening type restoring force device is not very effective until the displacement increases, an expansion joint that allows a certain degree of relative displacement between the building and the ground is required. In other words, there was the inconvenience that the expansion joint had to be configured to accommodate the relative displacement between the building and the ground until the curable restoring force device became effective.
本発明は、上記事情に鑑み、より効果的且つ確実に、a)回転慣性質量装置の付加質量効果により免震構造物をさらに長周期化して主要動の短周期成分の入力エネルギーが建物に伝わらないようにし、b)硬化型復元力装置によって後揺れ時の共振を防ぎ、c)さらに硬化型復元力装置によって変位増大を抑制して擁壁への建物の衝突を防ぐことを可能にした免震構造物を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present invention more effectively and reliably a) further lengthens the seismic isolation structure by the additional mass effect of the rotational inertia mass device, and the input energy of the short-period component of the main motion is transmitted to the building. The seismic isolation that made it possible to prevent the building from colliding with the retaining wall by b) preventing resonance during backswing with a hardening type restoring force device and c) suppressing an increase in displacement with a hardening type restoring force device. The purpose is to provide seismic structures.
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
本発明の免震構造物は、免震ピットと、前記免震ピットの内部空間に設けられる地下構造部と、前記地下構造部上に設けられる建物本体とを備え、前記免震ピットの底面と前記地下構造部の下面との間の免震層に介設された免震装置によって前記地下構造部が支持され、前記地下構造部の上面と前記建物本体の下面との間の免震層に介設された免震装置によって前記建物本体が支持され、回転慣性質量装置が一端を前記地下構造部、他端を前記免震ピットにそれぞれ接続して設けられるとともに、変位に応じて剛性が変化する硬化型復元力装置が一端を前記地下構造部に、他端を前記免震ピットにそれぞれ接続して設けられ、且つ、前記地下構造部と前記免震ピットの間に第1油圧ジャッキが設けられ、前記地下構造部と前記建物本体の間に第2油圧ジャッキが設けられ、前記第1油圧ジャッキと前記第2油圧ジャッキの互いの油室が連結管で連結されて前記地下構造部と地盤の相対変位が所定の値以上になるとともに前記第1油圧ジャッキと前記第2油圧ジャッキが動作開始され、前記第1油圧ジャッキと前記第2油圧ジャッキが前記地下構造部と前記建物本体の動きを逆方向にする作用力を発現するように構成されていることを特徴とする。 The seismic isolation structure of the present invention includes a seismic isolation pit, an underground structure portion provided in the internal space of the seismic isolation pit, and a building body provided on the underground structure portion, and has a bottom surface of the seismic isolation pit. The underground structure is supported by a seismic isolation device interposed in the seismic isolation layer between the lower surface of the underground structure and the seismic isolation layer between the upper surface of the underground structure and the lower surface of the building body. The building body is supported by an intervening seismic isolation device, and a rotary inertial mass device is provided by connecting one end to the underground structure and the other end to the seismic isolation pit, and the rigidity changes according to the displacement. A hardening type restoring force device is provided by connecting one end to the underground structure portion and the other end to the seismic isolation pit, and a first hydraulic jack is provided between the underground structure portion and the seismic isolation pit. A second hydraulic jack is provided between the underground structure portion and the building body, and the oil chambers of the first hydraulic jack and the second hydraulic jack are connected to each other by a connecting pipe to connect the underground structure portion and the ground. When the relative displacement of the above becomes equal to or more than a predetermined value, the operation of the first hydraulic jack and the second hydraulic jack is started, and the first hydraulic jack and the second hydraulic jack move the underground structure portion and the building body. It is characterized in that it is configured to exert an action force in the opposite direction.
以下、図1から図4を参照し、本発明の一実施形態に係る免震構造物について説明する。 Hereinafter, the seismic isolation structure according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
本実施形態の免震構造物Aは、図2に示すように、地盤Gを掘削して形成したコンクリート製の免震ピット1と、免震ピット1の内部空間に設けられる地下構造部2と、地下構造部2上に設けられる建物本体3とを備えている。
As shown in FIG. 2, the seismic isolation structure A of the present embodiment includes a concrete
地下構造部2には、上面から下面側に凹む凹部2aが設けられており、この凹部2aに下端部側を挿入配置するようにして建物本体3が地下構造部2の上に設けられている。また、建物本体3は、側面から横方向に突出し、地下構造部2の凹部2aの外側の部分と上下に重なるとともに上面が免震ピット1の外部の地表面と略面一に配される地上面部(張り出し部)3aを備えて構成されている。
The
地上面部(張り出し部)3aは、免震ピット1の内部空間を覆うように配設されるとともに、突出方向先端部が免震ピット1の側壁部(擁壁)1aとの間に所定の隙間をあけ、側壁部1aと対向するように配設されている。そして、地上面部3aと免震ピット1の側壁部1aは、隙間を覆うように配設されたエキスパンション・ジョイント4によって接続され、このエキスパンション・ジョイント4と地上面部3aとによって免震ピット1の内部空間が閉塞した形となっている。
The ground surface portion (overhanging portion) 3a is arranged so as to cover the internal space of the
地下構造部2の下面と免震ピット1の底面との間の第1免震層5には積層ゴムなどの免震装置6が複数介設され、地下構造部2がこれら複数の免震装置6によって支持されている。第1免震層5には、回転慣性質量装置7が一端を地下構造部2、他端を免震ピット1にそれぞれ接続して設けられている。なお、回転慣性質量装置7は、従来周知のものを適用することができる。
A plurality of
地下構造部2と免震ピット1の側壁部1aの間には、所定の大きさの隙間が設けられている。この地下構造部2と免震ピット1の側壁部1aの間の隙間には、一端を地下構造部2に、他端を免震ピット1の側壁部1aにそれぞれ接続し、軸線方向を水平の横方向に向けて配された硬化型復元力装置(可変剛性装置)8が設けられている。なお、硬化型復元力装置8は、変位に応じて剛性が変化する装置であり、前述の特許文献4の可変剛性装置、非特許文献1の硬化型復元力装置などを適用することができる。
A gap having a predetermined size is provided between the
さらに、地下構造部2と免震ピット1の一方の側壁部の間の隙間と、地下構造部2と免震ピット1の一方の側壁部1aと対向する他方の側壁部1aの間の隙間とにはそれぞれ、一端を地下構造部2に接続し、軸線方向を水平の横方向に向けて配された第1油圧ジャッキ(油圧シリンダー)9が設けられている。また、これらの第1油圧ジャッキ9は、他端と免震ピット1の側壁部1aとの間に所定の間隔をあけて設けられており、地震時に地下構造部2が周期的に横揺れして所定量以上の変位が生じた際に他端が免震ピット1の側壁部1aに当接し、油圧のジャッキ力が地下構造部2に作用するように設けられている。
Further, a gap between the
地下構造部2の凹部2aの底面と建物本体3の下面との間の第2免震層10には積層ゴムなどの免震装置6が複数介設され、建物本体3がこれら複数の免震装置6によって支持されている。さらに、地下構造部2の凹部2a以外の部分の上面と、建物本体3の地上面部3aの下面との間の第3免震層11に積層ゴムなどの免震装置6が複数介設され、これら複数の免震装置6によっても建物本体3が支持されている。
A plurality of
地下構造部2の凹部2aの内面と建物本体3の側面との間に隙間が設けられている。地下構造部2の凹部2aの一方の内面と建物本体3の側面との間に隙間と、地下構造部2の凹部2aの一方の内面に対向する他方の内面と建物本体3の側面との間に隙間とにそれぞれ、一端を地下構造部2に、他端を建物本体3にそれぞれ接続し、軸線方向を水平の横方向に配して第2油圧ジャッキ(油圧シリンダー)12が設けられている。
A gap is provided between the inner surface of the
そして、本実施形態の免震構造物Aにおいては、地下構造部2と免震ピット1の間の第1油圧ジャッキ9と、地下構造部2と建物本体3の間の第2油圧ジャッキ12とが互いに油圧を伝え合うように連結管13で連結されている。具体的には、地下構造部2と免震ピット1の間の第1油圧ジャッキ9と、地下構造部2と建物本体3の間の第2油圧ジャッキ12は、地下構造部2と地盤Gの相対変位がある程度以上になるとともに動作が開始され、このとき、各油圧ジャッキ9、12が地下構造部2と建物本体3の動きを逆方向にする作用力を発現するように、第1油圧ジャッキ9と第2油圧ジャッキ12の互いの油室が連結管13で連結されている。
In the seismic isolation structure A of the present embodiment, the first
ここで、第1免震層5や第2免震層10、第3免震層11に設けられる免震装置6は、積層ゴムの他に滑り支承などであってもよく、特に限定を必要としない。
Here, the
また、図3に示すように、第1油圧ジャッキ9は地下構造部2と免震ピット1の間に設けられていれば、第2油圧ジャッキ12は地下構造部2と建物本体3の間に設けられていれば、それ以上の配置の限定をする必要はない。また、第1油圧ジャッキ9と第2油圧ジャッキ12の数も限定を必要としない。
Further, as shown in FIG. 3, if the first
そして、地震が発生した際に、図1に示すような主要動R1では地盤Gが短周期で激しく揺れるが、上記構成からなる本実施形態の免震構造物Aにおいては、積層ゴムなどの免震装置6と回転慣性質量装置7によって長周期化しているため、地下構造部2への入力エネルギーが低減する。
When an earthquake occurs, the ground G violently shakes in a short cycle in the main motion R1 as shown in FIG. 1. However, in the seismic isolation structure A of the present embodiment having the above configuration, laminated rubber or the like is exempted. Since the period is extended by the
なお、回転慣性質量装置7の仮想質量の値を極端に大きくした場合は回転慣性質量装置7のハイパスフィルター(短周期成分をそのまま透過させてしまう)としての効果が顕著になるため、実質量と仮想質量の比は最大でも1程度以下にすることが望ましい。
When the value of the virtual mass of the rotary inertial
また、回転慣性質量装置7の影響で地下構造部2に入力した一部の短周期成分は、2段目(第2免震層10、第3免震層11)の積層ゴムなどの免震装置6によって遮断されるため、建物本体3にはあまり伝わらない。
In addition, some short-period components input to the
これにより、本実施形態の免震構造物Aによれば、建物本体3の揺れを好適に抑えることが可能になる。
As a result, according to the seismic isolation structure A of the present embodiment, it is possible to suitably suppress the shaking of the
ここで、仮に建物本体3が全く揺れない状況、すなわち、絶対座標系で静止している状況では、地盤Gの揺れの変位成分の最大値がエキスパンション・ジョイント4で考慮すべき変位となる。この考慮すべき変位が本実施形態では例えば最大でも10cm程度であり、通常の免震構造物で想定されている相対変位よりもかなり小さくなることが確認されている。
Here, in a situation where the
次に、図1に示すように、主要動R1以降では加速度は小さくなるが変位成分が目立ってくる。すなわち、免震構造物Aへの入力エネルギーとなる長周期成分が卓越してくる。建物本体3が絶対座標系上で静止していると仮定すると地盤Gの変位最大値がエキスパンション・ジョイント4で考慮すべき変位となり、主要動R1以降の後揺れR2の変位はそれほど大きくない。
Next, as shown in FIG. 1, after the main motion R1, the acceleration becomes small, but the displacement component becomes conspicuous. That is, the long-period component that becomes the input energy to the seismic isolation structure A is predominant. Assuming that the
このため、エキスパンション・ジョイント4として憂慮すべきは、免震構造物Aの共振による変位増大である。
Therefore, what is worrisome as the
既存の技術では硬化型復元力装置8を配置することにより共振を抑制している。さらに、免震ピット1の側壁部1aにぶつからないように定めた目標上限値付近では硬化型復元力装置8の剛性が急激に増大して変位を抑制している。
In the existing technique, resonance is suppressed by arranging the curing type restoring
これに対し、本実施形態の免震構造物Aにおいては、エキスパンション・ジョイント4の性能を勘案して定めた油圧ジャッキ作動変位に達すると、地下構造部2と建物本体3を別方向に動かすように油圧ジャッキ9、12が作動する。これにより、地下構造部2の変位が増大するにつれ、建物本体3の変位を減少させることが可能になる。
On the other hand, in the seismic isolation structure A of the present embodiment, when the hydraulic jack operating displacement determined in consideration of the performance of the
なお、2つの油圧ジャッキ9、12の径などを変えることによって、地下構造部2の変位が建物本体3の変位に及ぼす影響を調整することも可能になる。
By changing the diameters of the two
したがって、本実施形態の免震構造物Aによれば、より効果的且つ確実に、a)回転慣性質量装置7の付加質量効果により免震構造物Aをさらに長周期化して主要動R1の短周期成分の入力エネルギーが建物に伝わらないようにし、b)硬化型復元力装置8によって後揺れ時の共振を防ぎ、c)さらに硬化型復元力装置8によって変位増大を抑制して擁壁(免震ピット1の側壁部1a)への建物3の衝突を防ぐことが可能になる。
Therefore, according to the seismic isolation structure A of the present embodiment, a) the seismic isolation structure A is further lengthened by the additional mass effect of the rotational inertia
以上、本発明に係る免震構造物Aの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。 Although the embodiment of the seismic isolation structure A according to the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment and can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
1 免震ピット
1a 側壁部(擁壁)
2 地下構造部
2a 凹部
3 建物本体
3a 地上面部(張り出し部)
4 エキスパンション・ジョイント
5 第1免震層
6 免震装置
7 回転慣性質量装置
8 硬化型復元力装置
9 第1油圧ジャッキ
10 第2免震層
11 第3免震層
12 第2油圧ジャッキ
13 連結管
A 免震構造物
1
2
4
Claims (1)
前記免震ピットの底面と前記地下構造部の下面との間の免震層に介設された免震装置によって前記地下構造部が支持され、
前記地下構造部の上面と前記建物本体の下面との間の免震層に介設された免震装置によって前記建物本体が支持され、
回転慣性質量装置が一端を前記地下構造部、他端を前記免震ピットにそれぞれ接続して設けられるとともに、変位に応じて剛性が変化する硬化型復元力装置が一端を前記地下構造部に、他端を前記免震ピットにそれぞれ接続して設けられ、
且つ、前記地下構造部と前記免震ピットの間に第1油圧ジャッキが設けられ、前記地下構造部と前記建物本体の間に第2油圧ジャッキが設けられ、
前記第1油圧ジャッキと前記第2油圧ジャッキの互いの油室が連結管で連結されて前記地下構造部と地盤の相対変位が所定の値以上になるとともに前記第1油圧ジャッキと前記第2油圧ジャッキが動作開始され、前記第1油圧ジャッキと前記第2油圧ジャッキが前記地下構造部と前記建物本体の動きを逆方向にする作用力を発現するように構成されていることを特徴とする免震構造物。 It is provided with a seismic isolation pit, an underground structure provided in the internal space of the seismic isolation pit, and a building body provided on the underground structure.
The underground structure is supported by a seismic isolation device interposed in the seismic isolation layer between the bottom surface of the seismic isolation pit and the lower surface of the underground structure.
The building body is supported by a seismic isolation device interposed in a seismic isolation layer between the upper surface of the underground structure portion and the lower surface of the building body.
A rotary inertial mass device is provided by connecting one end to the underground structure and the other end to the seismic isolation pit, and a hardening type restoring force device whose rigidity changes according to displacement is provided by connecting one end to the underground structure. The other end is connected to the seismic isolation pit and provided.
Further, a first hydraulic jack is provided between the underground structure portion and the seismic isolation pit, and a second hydraulic jack is provided between the underground structure portion and the building body.
The oil chambers of the first hydraulic jack and the second hydraulic jack are connected to each other by a connecting pipe, and the relative displacement between the underground structure and the ground becomes equal to or more than a predetermined value, and the first hydraulic jack and the second hydraulic pressure are used. The operation of the jack is started, and the first hydraulic jack and the second hydraulic jack are configured to exert an action force that reverses the movements of the underground structure portion and the building body. Seismic structure.
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