JP7042722B2 - 耐風装置 - Google Patents

Description

本発明は、耐風装置に関する。

地震国であるわが国においては、ビルや橋梁、高架道路、戸建の住宅といった様々な構造物に対して、地震力に抗する技術、構造物に入る地震力を低減する技術など、様々な耐震技術、免震技術、制震技術が開発され、各種構造物に適用されている。中でも免震技術は、構造物に入る地震力そのものを低減する技術であることから、地震時の構造物の振動は効果的に低減される。この免震技術を概説すると、下部構造物である基礎と上部構造物との間に免震装置を介在させ、地震による基礎の振動の上部構造物への伝達を低減し、上部構造物の振動を低減して構造安定性を保証するものである。尚、この免震装置は、地震時のみならず、構造物に対して常時作用する交通振動の上部構造物への影響低減にも効果を発揮するものである。

免震装置には、鉛プラグ入り積層ゴム支承装置や高減衰積層ゴム支承装置、積層ゴム支承と減衰ダンパーを組み合わせた装置、滑り免震装置など、様々な形態の装置が存在している。例えば従来の球面滑り支承を有する免震建物では、球面滑り支承の摩擦係数が比較的小さいことから、風荷重を受けた際に球面滑り支承で支持される上部構造体（たとえば屋根架構）の変位が大きくなり、これが大きな残留変位となるといった課題を有している。すなわち、球面滑り支承は地震荷重に対して高い減衰効果を発揮する一方で、風荷重に対してはその低い摩擦係数ゆえに支持する上部構造体の変位を抑制し難いといったデメリットを有していた。このように、免震装置を備える免震層において、耐風性能も同時に満足させる技術の開発が必要になってきている。

ところで、地震入力を低減させ、免震層の変形を３００ｍｍ乃至５００ｍｍ程度に留めるために、ダンパー率（建物重量に対する減衰ダンパーの降伏層せん断力係数）が２％乃至４％で設計されるのが一般的であるが、近年、アスペクト比（幅に対する高さの比率）が４以上の高層ビルにも免震装置が採用されている。このようなプロポーションの高層ビルにおいては風荷重が支配的となり易く、風荷重載荷時における最大変形や残留変形、あるいは減衰ダンパーの疲労を抑えるべく、ダンパー率５％乃至７％程度が必要になってくる。しかしながら、ダンパー率を５％乃至７％程度に設定すると今度は地震時の建物への入力が増加してしまい、免震装置を採用する本来の意義を失ってしまう。

免震装置を備えた建物において免震性能を確保しながら耐風性能も満足するための方策として、免震装置が配設されている建物の免震層に配設される耐風装置に関し、大地震時にせん断破壊される耐風ピンを適用することなく、したがって大地震後のメンテナンスを不要としながら、優れた耐風性能を発揮することのできる耐風装置が提案されている。具体的には、免震建物の免震層を構成する下部構造体と上部構造体の間において、免震装置とともに配設される耐風装置であり、下部構造体に固定された被せり上がり体と、被せり上がり体に対してせり上がり自在に配設されるとともに、上部構造体に上下移動自在に取り付けられ、上部構造体から伝達される水平力によって被せり上がり体に対してせり上がるせり上がり体と、上部構造体に取り付けられた摩擦ストッパーと、を備えている。せり上がり体と摩擦ストッパーは相互に面接触した状態で締め付けられ、せり上がり体のせり上がりに伴って摩擦ストッパーに伝達される伝達荷重に対し、摩擦ストッパーの静止摩擦力が抗するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特許第６２２８３３７号公報

特許文献１に記載の耐風装置によれば、上部構造体から伝達された風荷重に対してはせり上がり体が被せり上がり体に対してせり上がろうとする過程で摩擦ストッパーが作用し、摩擦ストッパーの静止摩擦力によって被せり上がり体のせり上がりを抑制することにより、風荷重による上部構造体の揺れを効果的に低減することができる。ところで、この耐風装置は、球体などにより形成される被せり上がり体が、下方にテーパー状の窪みを備えるせり上がり体に嵌まり込んでいることにより構成されるが、風荷重を最初に受ける初期状態において、せり上がり体と被せり上がり体は噛み合った状態で相互に接触している。そのため、風荷重によってせり上がり体が僅かに水平変位した段階において、耐風装置には水平力が作用することになる。そして、耐風装置が最大水平耐力に達した段階では、減衰ダンパーを含む免震装置は僅かな風荷重しか負担せず、風荷重の殆どを耐風装置が負担することになる。そのため、所定の風荷重に対抗する耐風抵抗力のほとんどを耐風装置によって負担するような設計がなされることになり、従って、免震層に設置される耐風装置の数は自ずと増加する傾向にある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、免震層において設置される耐風装置の数を可及的に低減しながら、免震層に存在する免震装置とともに優れた耐風性能を発揮することのできる耐風装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による耐風装置の一態様は、
免震建物の免震層を構成する下部構造体と上部構造体の間において、減衰ダンパー及び免震支承により形成される免震装置とともに配設される耐風装置であって、
前記下部構造体に固定された被せり上がり体と、
前記被せり上がり体に対してせり上がり自在に配設されるとともに、前記上部構造体に対して上下移動自在に取り付けられ、該上部構造体から伝達される水平力によって該被せり上がり体に対してせり上がるせり上がり体と、
前記上部構造体に取り付けられた摩擦ストッパーと、を備え、
前記せり上がり体と前記摩擦ストッパーは相互に面接触した状態で締め付けられており、
前記せり上がり体のせり上がりに伴って前記摩擦ストッパーに伝達される伝達荷重に対し、前記摩擦ストッパーの静止摩擦力が抗する耐風装置において、
前記せり上がり体は、下面に第１窪みを備えている上方支圧板であり、
前記被せり上がり体は、前記第１窪みに一部が収容される球体と、該球体の他部が収容される第２窪みを上面に備えている下方支圧板と、を有し、
前記第２窪みの平面寸法が前記球体の平面寸法よりも大きいことを特徴とする。

本態様によれば、被せり上がり体が球体と球体の一部が収容される第２窪みを有する下方支圧板を有し、第２窪みの平面寸法が球体の平面寸法よりも大きいことにより、風荷重が作用して球体が移動し、第２窪みの壁面に到達するまでの間に所定のクリアランスが存在することになる。そのため、風荷重に対して耐風装置が機能するまでの球体や上方支圧板の変位量を長くすることが可能になる。このように風荷重が作用した際の耐風装置が機能するまでの変位量が長くなることにより、風荷重に対して耐風装置が機能する際に、同様に免震層に配設されている免震装置にも風荷重を負担させることができ、結果として免震層に設置される耐風装置の数を低減することができる。また、下部構造体に被せり上がり体を固定し、上部構造体にせり上がり体を固定するとともに摩擦ストッパーを備えておき、上部構造体から伝達された風荷重に対してはせり上がり体が被せり上がり体に対してせり上がろうとする過程で摩擦ストッパーが作用する。そして、摩擦ストッパーの静止摩擦力にて、被せり上がり体のせり上がりを抑止もしくは抑制することにより、風荷重による上部構造体の揺れを効果的に解消もしくは低減することができる。

ここで、「減衰ダンパー及び免震支承により形成される免震装置」とは、免震装置が減衰ダンパー及びと免震支承により形成される形態、免震装置が減衰ダンパー及び付きの免震支承により形成される形態の双方を含んでいる。また、「平面寸法」とは、平面視における寸法のことを意味しており、球体の平面寸法は中心を通る平面積であり、例えば平面視円形の第２窪みの平面寸法は当該円形の平面積である。

また、摩擦ストッパーの静止摩擦力の設定に関しては、例えば所定の風荷重が上部構造体に作用した際に、被せり上がり体に対してせり上がり体がせり上がらないような静止摩擦力に設定しておき、かつ、この静止摩擦力を例えば大地震（レベル２地震）時の地震力未満に設定しておく。このような設定により、所定の風荷重に対してのみ摩擦ストッパーが機能し、大地震の際には作用荷重が摩擦ストッパーの設定摩擦力を超えることにより当該摩擦ストッパーは機能せず、免震層内にある免震装置により地震力の入力低減を図ることができる。

また、本発明による耐風装置の他の態様は、
免震建物の免震層を構成する下部構造体と上部構造体の間において、減衰ダンパー及び免震支承により形成される免震装置とともに配設される耐風装置であって、
前記下部構造体に固定された被せり上がり体と、
前記被せり上がり体に対してせり上がり自在に配設されるとともに、前記上部構造体に対して上下移動自在に取り付けられ、該上部構造体から伝達される水平力によって該被せり上がり体に対してせり上がるせり上がり体と、
前記上部構造体に取り付けられた摩擦ストッパーと、を備え、
前記せり上がり体と前記摩擦ストッパーは相互に面接触した状態で締め付けられており、
前記せり上がり体のせり上がりに伴って前記摩擦ストッパーに伝達される伝達荷重に対し、前記摩擦ストッパーの静止摩擦力が抗する耐風装置において、
前記せり上がり体は、突起を下面に有する上方支圧板であり、
前記被せり上がり体は、前記突起の一部が収容される第２窪みを上面に有する下方支圧板であり、
前記第２窪みの平面寸法が前記突起の平面寸法よりも大きいことを特徴とする。

本態様によれば、せり上がり体が突起を下面に有する上方支圧板を有し、被せり上がり体が突起の一部が収容される第２窪みを上面に有する下方支圧板を有し、第２窪みの平面寸法が突起の平面寸法よりも大きいことにより、風荷重が作用して上方支圧板が移動し、突起が第２窪みの壁面に到達するまでの間に所定のクリアランスが存在することになる。そのため、風荷重に対して耐風装置が機能するまでの上方支圧板の変位量を長くすることが可能になる。このように風荷重が作用した際の耐風装置が機能するまでの変位量が長くなることにより、風荷重に対して耐風装置が機能する際に、同様に免震層に配設されている免震装置にも風荷重を負担させることができ、結果として免震層に設置される耐風装置の数を低減することができる。

また、本発明による耐風装置の他の態様において、前記第２窪みが、中心から端部に向かって窪み深さが浅くなる湾曲面を有していることを特徴とする。

本態様によれば、地震時等において水平荷重を受けてせり上がり体が例えば左方向（右方向）に移動して水平耐力を発揮した後、反転してせり上がり体が右方向（左方向）に移動する際に、せり上がり体の反転移動をスムーズに行うことができる。より具体的には、被せり上がり体が球体を有する形態では、水平荷重を受けて球体が例えば左方向に移動して第２窪みの壁面に当接して水平耐力を発揮した後、上方支圧板が反転して右方向に移動する際には、球体は湾曲面に沿って自ら中央位置に戻る（復帰する）ことができる。従来の耐風装置では、例えば大地震時等において繰り返しの水平荷重を受け、上方支圧板が反転しようとして荷重解放された際に、球体は上方支圧板（の第１窪み）に食い込み、これが左右の振動ごとに繰り返されることにより上方支圧板が損傷する恐れがあった。これに対して、本態様の耐風装置を備えた免震層では、上方支圧板の反転に際して当該上方支圧板と球体との拘束力が解除され、球体は湾曲面に沿って自ら転がって初期位置に復帰することができる。そのため、上方支圧板と球体の間で抵抗力を生じることがなく、この抵抗力に起因して耐風装置に水平力が残存することや、球体の食い込みによる上方支圧板の損傷を解消することができる。

ここで、「中心から端部に向かって窪み深さが浅くなる湾曲面」としては、下方支圧板のフラットな上面からドーム状に窪んだ形態、下方支圧板のフラットな上面から円柱状に窪み、さらにドーム状に窪んだ形態、下方支圧板のフラットな上面から円柱状に窪み、さらに円錐状に窪んだ形態など、多様な形態がある。

また、本発明による耐風装置の他の態様は、前記第２窪みに対して、前記湾曲面を有するブロック部材が収容されていることを特徴とする。

本態様によれば、例えば円柱状の座ぐりを形成し、この座ぐりに対して湾曲面を有する多様な形態のブロック部材を嵌め込むことが可能になる。すなわち、例えば球体と第２窪みの間のクリアランスを変更したい場合や、湾曲面の形態を変更したい場合において、多様な形状形態で、かつ多様なクリアランスを有するブロック部材の中から、所望のブロック部材を選定して座ぐりに嵌め込むことができる。

また、本発明による耐風装置の他の態様において、前記減衰ダンパーが降伏耐力に達する前記免震層の変位量と、前記耐風装置が最大水平耐力に達する前記免震層の変位量が同一もしくは近接するように、前記第２窪みと前記球体の平面寸法におけるクリアランス、もしくは、前記第２窪みと前記突起の平面寸法におけるクリアランスが設定されていることを特徴とする。

本態様によれば、耐風装置と免震装置による合算された耐風抵抗力を最大にすることができ、免震層における耐風装置の数を可及的に低減することができる。荷重－変位グラフを作成した際に、免震装置を構成する免震支承は、変位とともに荷重が比例増加するグラフとなり、免震装置を構成する減衰ダンパーは、変位とともに荷重が比例増加した後、降伏耐力値移行は荷重がフラットな（サチュレートした）グラフとなる。一方、耐風装置に関しては、例えば球体と第２窪みの間にクリアランスがない場合は、変位とともに荷重が比例増加し、耐風装置の最大水平耐力値に達した後に解放されて耐力低下するグラフとなる。しかしながら、例えば球体と第２窪みの間にクリアランスがある場合は、球体が移動（変位）してクリアランスが無くなるまでは荷重はゼロのままであり、クリアランスゼロから荷重が比例増加して最大水平耐力値に達するグラフとなる。従って、減衰ダンパーが降伏耐力に達する免震層の変位量と、耐風装置が最大水平耐力に達する免震層の変位量が同一もしくは近接するように、第２窪みと球体の平面寸法におけるクリアランス（又は、第２窪みと突起の平面寸法におけるクリアランス）を設定することにより、免震層における最大の耐風抵抗力を得ることが可能になる。ここで、「最大水平耐力」とは、耐風装置が水平荷重を受けてその荷重値がピークを迎え、解放されて荷重低下する際のピーク値である解放荷重のことを意味する。

また、本発明による耐風装置の他の態様において、前記摩擦ストッパーは中板と外板を有し、該中板と該外板のそれぞれの対向面には摩擦材が取り付けられていて相互に摺動自在に面接触しており、
前記中板と前記外板の一方は前記せり上がり体に取り付けられ、前記中板と前記外板の他方は前記上部構造体に取り付けられており、
面接触している複数の前記摩擦材が、締付け調整具によって静止摩擦力が調整された状態で締付けられていることを特徴とする。

本態様によれば、ボルト等の締付け調整具の締付け力を適宜調整することにより、相互に摺動自在に面接触している複数の摩擦材間の静止摩擦力を所望かつ容易に設定することが可能になる。さらに、例えば、大地震後には、このボルト等の締付け調整具を緩めることにより、被せり上がり体に対してせり上がっているせり上がり体の位置を当初位置に容易に戻すことができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の耐風装置によれば、免震層において設置される耐風装置の数を可及的に低減しながら、免震層に存在する免震装置とともに優れた耐風性能を発揮することができる。

第１実施形態に係る耐風装置を備えた免振建物の一例の縦断面図である。 免震支承の一例を示す斜視図である。 減衰ダンパーの一例を示す斜視図である。 図１のIV部の拡大図である。 図１のV－V矢視図である。 （ａ）から（ｅ）の順に、水平荷重が作用した際の球体及び上方支圧板の挙動を示すシーケンス図である。 （ａ）は従来の免震層における耐風拘束力を説明する図であり、（ｂ）は実施形態に係る免震層における耐風拘束力を説明する図である。 （ａ）乃至（ｃ）はいずれも被せり上がり体の変形例を示す縦断面図である。 第２実施形態に係る耐風装置を備えた免振建物の一例の縦断面図である。 上方支圧板に対して球体を介して下方支圧板に水平振動を付与する実験に適用した実験装置の概要を説明する図である。 上方支圧板に対して球体を介して下方支圧板に水平振動を付与する実験であって、上方支圧板が一方の方向への変位から他方の方向への変位に反転した後の残留水平荷重の有無を検証する実験において、比較例の実験結果を示す図である。 上方支圧板に対して球体を介して下方支圧板に水平振動を付与する実験であって、上方支圧板が一方の方向への変位から他方の方向への変位に反転した後の残留水平荷重の有無を検証する実験において、実施例の実験結果を示す図である。

以下、各実施形態に係る耐風装置について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［第１実施形態に係る耐風装置］
はじめに、図１乃至図７を参照して、第１実施形態に係る耐風装置の一例を説明する。ここで、図１は、第１実施形態に係る耐風装置を備えた免振建物の一例の縦断面図である。また、図２乃至図５はそれぞれ、免震支承の一例を示す斜視図、減衰ダンパーの一例を示す斜視図、図１のIV部の拡大図、及び図１のV－V矢視図である。さらに、図６は、図６（ａ）から図６（ｅ）の順に、水平荷重が作用した際の球体の挙動と上方支圧板の挙動を示すシーケンス図である。

図１に示すように、免震建物１００の免震層１０２を構成する下部構造体１０と上部構造体２０の間は、免震装置５０と耐風装置９０が配設される。免震建物１００としては、ビルや橋梁、高架道路、戸建の住宅、物流倉庫といった様々な建物が含まれる。図示例において、下部構造体１０は、平面視格子状に配設されている鉄筋コンクリート製の基礎梁１１と、格子の格点にある台座１２とを有する。一方、上部構造体２０は、基礎梁１１と対応する態様で、平面視格子状に配設されている鉄筋コンクリート製の床梁２１と、角形鋼管や鋼管、鉄筋コンクリート製の柱２２とを有する。下部構造体１０と上部構造体２０の間には所定の隙間が設けられ、免震層１０２が形成されている。

免震層１０２には、免震支承３０と、減衰ダンパー４０とを有する免震装置５０と、耐風装置９０とが介在している。図示例においては免震支承３０と減衰ダンパー４０が分離されており、下部構造体１０の台座１２に免震支承３０が取付けられ、免震支承３０の直上に上部構造体２０の柱２２が立設されている。

免震支承３０は、図２に示すように、鋼製の上部プレート３１及び下部プレート３２と、ゴムと鋼板が交互に積層されて加硫接着された積層ゴム体３３と、から形成されている。積層ゴム体３３は、上部プレート３１及び下部プレート３２と溶接接合されている。上部プレート３１の上面と下部プレート３２の下面にはそれぞれ、複数の頭付きスタッドボルト３４が取り付けられており、これら複数の頭付きスタッドボルト３４が上部構造体２０の床梁２１や下部構造体１０の台座１２に埋設されて、免震支承３０が下部構造体１０及び上部構造体２０に固定される。

免震支承３０により、免震建物１００の免震性能が保障される。尚、免震支承３０は、図示例以外にも、ゴムと鋼板が交互に積層されて加硫接着された積層ゴム体に対して、鉛プラグが埋め込まれて一体化された、鉛プラグ入り積層ゴム型免震支承であってもよい。また、ゴムと鋼板が交互に積層されて加硫接着された積層ゴム体の下端の鋼板に対して、フッ素系樹脂滑り板が設けられた滑り材と、この滑り材がスライドするフッ素系樹脂コートを有する滑り相手材と、からなる弾性滑り支承であってもよい。また、下部構造体１０に設けられた十字型や井型のレール内に多数のボールベアリングが収容され、これら多数のボールベアリングで上部構造体２０を支持する転がり支承であってもよい。さらに、曲率を有する摺動面を備えた上沓及び下沓（上下のコンケイブ）と、上沓と下沓の間で摺動するスライダーとからなる球面滑り支承であってもよい。

一方、減衰ダンパー４０は、平面視正方形で鋼製の上部プレート４１と、同様に平面視正方形で鋼製の下部プレート４２と、４本の金属減衰部材である鋼製のＵ型ダンパーロッド４３と、を有している。Ｕ型ダンパーロッド４３は、上部プレート４１及び下部プレート４２と高力ボルト４４を介して接続されており、４本のＵ型ダンパーロッド４３は相互に９０度ずれた状態で配設されている。尚、上部プレート４１とダンパーロッド４３は、スキンプレート（図示せず）を介して接続されている。上部プレート４１の上面と下部プレート４２の下面にはそれぞれ、複数の頭付きスタッドボルト４５が取り付けられており、これら複数の頭付きスタッドボルト４５が上部構造体２０の床梁２１や下部構造体１０の台座１２に埋設されて、減衰ダンパー４０が下部構造体１０及び上部構造体２０に固定される。

減衰ダンパー４０において、Ｕ型ダンパーロッド４３はその延出方向に変位するようにして塑性変位し、この塑性変位時に歪みが最大になる点を、水平変位量の変化によってロッド内で移動させることにより、ロッド内の歪みを局部的に集中させることなく、Ｕ型ダンパーロッド４３の全体を有効利用して振動エネルギーを吸収する。

耐風装置９０は、図１及び図４に示すように、下部構造体１０に固定された鋼製の被せり上がり体６０と、被せり上がり体６０に対してせり上がり自在に配設されるとともに、上部構造体２０に対して上下移動自在に取り付けられ、上部構造体２０から伝達される水平力によって被せり上がり体６０に対してせり上がる鋼製のせり上がり体７０と、上部構造体に取り付けられている摩擦ストッパー８０と、を有する。せり上がり体７０と摩擦ストッパー８０は相互に面接触した状態で締め付けられており、せり上がり体７０のせり上がりに伴って摩擦ストッパー８０に伝達される伝達荷重に対し、摩擦ストッパー８０の静止摩擦力が抗するように構成されている。

摩擦ストッパー８０は、左右一対の鋼製の外板８１と、外板８１の内側に取り付けられている摩擦材８２を有する。さらに、左右の外板８１の内側にある左右の摩擦材８２のさらに内側には、左右に別途の摩擦材８４が取り付けられている鋼製の中板８３が配設されており、左右にある摩擦材８２，８４が相互に摩擦摺動されるように面接触されている。

これら左右の外板８１と内側の中板８３、外板８１と中板８３の間にあって相互に面接触している摩擦材８２，８４が横方向に積層された状態において、ボルトにより構成される締付け調整具８５（図示例は２つ）が積層部材を貫通し、所定の締付け力にて摩擦材８２，８４同士を締付けている。締付け調整具８５にはロードセル８５ａが介在しており、外力（荷重）に比例した電圧から荷重値を検出できるようになっている。左右の外板８１の内側には鋼製のフィラープレート８７が配設され、左右のフィラープレート８７にて鋼製のＴ字状ジョイント８６の上方突出部が挟持され、六角ハイテンションボルト８８にて固定されている。Ｔ字状ジョイント８６を構成する鋼製のベースプレートは、アンカー部材である六角ハイテンションボルト８９により上部構造体７０に固定される。一方、中板８３の上方はＴ字状のジョイントを形成し、アンカー部材である六角ハイテンションボルト８９により床梁２１に固定される。

図１に示すように、床梁２１の下面には曲げ抵抗鋼管２３がボルト固定されており、この曲げ抵抗鋼管２３の周囲に複数基の摩擦ストッパー８０が配設されている。尚、曲げ抵抗鋼管２３は、床梁２１と一体に施工されていて床梁２１から下方に突出する鉄筋コンクリート製の突状部材であってもよい。

摩擦ストッパー８０の静止摩擦力の設定に関しては、例えば所定の風荷重が上部構造体２０に作用した際に、被せり上がり体６０に対してせり上がり体７０がせり上がらないような静止摩擦力に設定しておき、かつ、この静止摩擦力を例えば大地震時の地震力未満に設定しておく。このような設定により、所定の風荷重に対してのみ摩擦ストッパー８０が機能し、大地震の際には作用荷重が摩擦ストッパー８０の設定摩擦力を超えることにより摩擦ストッパー８０は機能せず、免震層１０２内にある免震装置５０により地震力の入力低減を図ることが可能になる。

図４に戻り、せり上がり体７０を形成する上方支圧板７１の上面には座ぐり７３が開設されており、座ぐり７３に曲げ抵抗鋼管２３の下方部分が収容され、座ぐり７３の内壁面と曲げ抵抗鋼管２３の外周面の間にスライドブッシュ９１が介在している。この構成により、上部構造体２０が風荷重を受け、下部構造体１０に固定されている被せり上がり体６０に対して上部構造体２０に固定されている上方支圧板７１が水平方向にスライドした際に、スライドブッシュ９１を介してこの横方向の変位を上方支圧板７１の縦方向の変位に変換し、上方支圧板７１の縦方向の変位を摩擦ストッパー８０にて抑止もしくは抑制することを可能にする。尚、スライドブッシュ９１に代わり、ＰＴＦＥ繊維（polytetrafluoroethylene、ポリテトラフルオロエチレン）等の滑り材が適用されてもよい。

せり上がり体７０を形成する上方支圧板７１の下面の中央位置には、上方に突の略円錐状の第１窪み７２が開設されている。

一方、被せり上がり体６０は、下方支圧板６１と、鋼球である球体６３とを有し、図５に示すように基礎梁１１に対して六角ハイテンションボルト６５により固定されている。下方支圧板６１の中央位置（上方支圧板７１の第１窪み７２に対応する位置）には、第２窪み６２が開設されている。図５に示すように、第２窪み６２は、円筒状の端壁６２ｂと、平面視円形の第２窪み６２の中心Ｏから端部に向かって窪み深さが浅くなる湾曲面６２ａと、を有する。

図４に戻り、耐風装置９０が水平荷重を受けていない状態において、第２窪み６２の中央位置に球体６３の一部が収容され、球体６３の他部は第１窪み７２に収容されるとともに球体６３の一部は第１窪み７２の円錐面に接触している。さらに、図４及び図５に示すように、この状態において、球体６３と第２窪み６２の端壁６２ｂとの間には、所定のクリアランスＧが形成される。図５に示すように、第２窪み６２の平面形状は円形であり、その平面寸法は球体６３の平面寸法よりも大きく設定されている。そして、第２窪み６２の内壁輪郭と球体６３の外周輪郭の間には、平面視形状がドーナツ状のクリアランスＧが形成されている。尚、ここでいうクリアランスＧは、第２窪み６２の平面視における半径と球体６３の平面視における半径の差分のことをも意味している。このクリアランスＧ（双方の差分値）を所望に調整することにより、耐風装置９０の耐風拘束力を高めるような設定が行われる。

このように、第２窪み６２の平面寸法が球体６３の平面寸法よりも大きく設定されていることにより、風荷重に対して耐風装置９０が機能するまでの球体６３や上方支圧板７１の変位量を長くすることが可能になる。このように風荷重が作用した際の耐風装置９０が機能するまでの変位量が長くなることにより、風荷重に対して耐風装置９０が機能する機能開示のタイミングを遅らせることが可能になる。減衰ダンパー４０が降伏耐力に達する免震層１０２の変位量に対して、耐風装置９０が最大水平耐力に達する免震層１０２の変位量は一般に短いことから、耐風装置９０が機能する機能開示のタイミングを遅らせることにより、双方の変位量を同一もしくは近接させることができる。その結果、耐風装置９０のみならず免震層１０２に配設されている免震装置５０にも風荷重を負担させることが可能となり、免震層１０２に設置される耐風装置５０の数の低減に繋がる。

クリアランスＧを所望に設定することにより、減衰ダンパー４０が降伏耐力に達する免震層１０２の変位量と、耐風装置９０が最大水平耐力に達する免震層１０２の変位量を同一もしくは近接させることが可能になる。特に、双方の変位量が一致するようにクリアランスＧを設定することにより、風荷重に対する免震層１０２の耐風拘束力（風荷重に対して上部構造体の振動を拘束する力であって、耐風装置９０が最大水平耐力、減衰ダンパー４０が降伏耐力、免震支承３０の耐力の合算値）を最大にすることができる。その結果、所定の風荷重に対する免震層１０２内に配設される耐風装置９０の数を最小にすることが可能になる。

次に、図６のシーケンス図を参照して、上部構造体に大地震時等において水平荷重が作用した際の球体と上方支圧板のそれぞれの挙動の流れを説明する。上部構造体２０に対して、地震荷重や風荷重等の水平荷重は左右方向に交互に作用することになるが、ここでは、上部構造体２０が左方向に地震時の水平荷重を受けた後、次に右方向に水平荷重を受ける場合を例示して説明する。図６（ａ）に示す水平荷重が作用していない状態から、上部構造体に水平荷重が作用することにより、図６（ｂ）に示すように、上方支圧板７１は左方向のＹ１方向に移動される。このＹ１方向への上方支圧板７１の移動により、第１窪み７２に係止された球体６３も湾曲面６２ａに沿ってＹ１方向に移動され、第２窪み６２の左側の端壁６２ｂに係止される。

作用する水平荷重により、さらに、図６（ｃ）に示すように上方支圧板７１の第１窪み７２は球体６３に沿って上方のＺ１方向に持ち上げられながら、左方向のＹ２方向に移動される。そして、作用する水平荷重により、さらに、図６（ｄ）に示すように上方支圧板７１は球体６３上で左方向のＹ３方向に移動されて左方向への最大水平変位に達し、耐風装置９０の水平耐力は例えば最大水平耐力に達する。

次に、上部構造体２０が続けて今度は右方向への水平荷重を受けることにより、耐風装置９０では左方向に作用する水平荷重が解除され、上部構造体２０及び上方支圧板７１が今度は右方向に変位しようとする。この右方向へ変位しようとする段階、すなわち、水平荷重が解放されている状態において、球体６３は上方支圧板７１からの拘束が解除される。その結果、図６（ｅ）に示すように、第２窪み６２の湾曲面６２ａに沿って、球体６３は第２窪み６２の中央位置に向かってＹ４方向に自動的に戻される（復帰される）。

このように、作用する水平荷重の方向が変更されるごとに、球体６３が上方支圧板７１から解放される際に、球体６３は下方支圧板６１の中央位置に向かって自ら転動しながら戻ることになる。そのため、従来の耐風装置のように、上方支圧板に球体が食い込みながら戻されることはなくなり、このことに起因して上方支圧板が損傷するといった問題は生じなくなる。

次に、図７を参照して、従来の耐風装置と実施形態に係る耐風装置における、免震層の有する耐風拘束力の違いについて説明する。ここで、図７（ａ）は従来の免震層における耐風拘束力を説明する図であり、図７（ｂ）は実施形態に係る免震層における耐風拘束力を説明する図である。

図７（ａ）に示すように、従来の耐風装置では、摩擦ストッパーの最大水平耐力（解放荷重のピーク値）が最大となる際の免震層の水平変位ｕ１と、免震装置を構成する減衰ダンパーが降伏耐力に達する免震層の水平変位ｕ２の間に乖離があった。そのため、摩擦ストッパーが最大水平耐力に達し、解放されて耐力が低下した辺りで減衰ダンパーが降伏耐力に達することにより、耐風装置、減衰ダンパー、及び免震支承の有する各耐風力が合算された免震層の耐風拘束力Ｑ１は低い値になる傾向にあった。そのため、所定の風荷重に抵抗するための耐風装置の数は多くなる傾向にあった。

これに対して、図７（ｂ）に示すように、実施形態に係る耐風装置では、第２窪み６２の平面寸法が球体６３の平面寸法よりも大きく設定されており、減衰ダンパー４０が降伏耐力に達する免震層１０２の水平変位ｕ４と、耐風装置９０が最大水平耐力に達する免震層１０２の水平変位ｕ２を同一もしくは近接させるようにクリアランスＧ（図中のｕ３）が設定されていることにより、免震層の耐風拘束力Ｑ２は耐風拘束力Ｑ１に比べて格段に大きな値となり得る。そのため、所定の風荷重に対する免震層１０２内に配設される耐風装置９０の数を可及的に低減することが可能になる。

＜被せり上がり体の変形例＞
次に、図８を参照して、被せり上がり体の変形例について説明する。ここで、図８（ａ）乃至図８（ｃ）はいずれも、被せり上がり体の変形例を示す縦断面図である。

まず、図８（ａ）に示す被せり上がり体６０Ａは、下方支圧板６１が中央位置において円柱状の座ぐり６６を有し、この座ぐり６６内に、湾曲面６７ａを有するブロック部材６７が嵌め込まれて第２窪み６２を形成している。被せり上がり体６０Ａは、座ぐり６６を有する下方支圧板６１と、座ぐり６６に収容されているブロック部材６７と、球体６３とを有する。

被せり上がり体６０Ａによれば、円柱状の座ぐり６６に対して湾曲面を有する多様な形態のブロック部材６７を嵌め込むことが可能になる。すなわち、例えば球体６３と第２窪み６２の間のクリアランスを変更したい場合や、湾曲面の形態を変更したい場合において、多様な形状形態で、かつ多様なクリアランスを設定可能なブロック部材６７の中から、所望のブロック部材６７を選定して座ぐり６６に嵌め込むことができる。

一方、図８（ｂ）に示す被せり上がり体６０Ｂは、ドーム状の第２窪み６８を有する下方支圧板６１と、球体６３とを有する。第２窪み６８がドーム状であることから、球体６３が第２窪み６８から下方支圧板６１の上面にスムーズに乗り上がることができる。

さらに、図８（ｃ）に示す被せり上がり体６０Ｃは、筒状の端壁の下方に円錐面を備えた下方支圧板６１と、球体６３とを有する。被せり上がり体６０Ｃによっても、図１及び図４に示す被せり上がり体６０と同様の機能および効果が奏される。

［第２実施形態に係る耐風装置］
次に、図９を参照して、第２実施形態に係る耐風装置の一例を説明する。ここで、図９は、第２実施形態に係る耐風装置を備えた免振建物の一例の縦断面図である。図９に示す耐風装置９０Ａにおいて、せり上がり体７０Ａは、上方支圧板７１がその下面に突起７４を備えて構成されており、被せり上がり体６０は、突起７４の一部が収容される第２窪み６２を上面に有する下方支圧板６１により形成されている。

突起７４はその先端が半球状に滑らかに成形されており、第２窪み６２の湾曲面上でスムーズに摺動できるようになっている。そして、第２窪み６２の平面寸法は、突起７４の平面寸法よりも大きく設定されている。

第２窪み６２の平面寸法が突起７４の平面寸法よりも大きいことにより、風荷重が作用して上方支圧板７１が移動し、突起７４が第２窪み６２の壁面に到達するまでの間に所定のクリアランスＧが存在することになる。そのため、風荷重に対して耐風装置９０Ａが機能するまでの上方支圧板７１の変位量を長くすることが可能になる。このように風荷重が作用した際の耐風装置９０Ａが機能するまでの変位量が長くなることにより、風荷重に対して耐風装置９０Ａが機能する際に、同様に免震層１０２に配設されている免震装置５０にも風荷重を負担させることができ、結果として免震層１０２に設置される耐風装置９０Ａの数を低減することができる。

尚、突起７４の先端形状は、円錐状、半球状、平面状などの形態があり、突起７４が円錐状の場合は突起７４の先端が曲率を有し、突起７４が平面状の場合は平面のエッジが曲率を有しているのがよい。さらに、被せり上がり体６０である下方支圧板６１の有する第２窪み６２のエッジも、曲率を有しているのがよい。

［下方支圧板に対して球体を介して上方支圧板に水平振動を付与する実験であって、上方支圧板が一方の方向への変位から他方の方向への変位に反転した後の残留水平荷重の有無を検証する実験］
本発明者等は、上方支圧板に対して球体を介して下方支圧板に水平振動を付与する実験であって、上方支圧板が一方の方向への変位から他方の方向への変位に反転した後の残留水平荷重の有無を検証する実験を行った。図１０は、実験装置（実施例）の概要を説明する図である。尚、比較例に係る実験装置として、窪み内において球体がスライドしない装置にて同様の実験を実施している。本実験において、試験体は、２つの摩擦ストッパー８０を１組として周方向に等間隔に放射状に８組配置し、それらの中央に曲げ抵抗管が配置されている。載荷方法は２軸せん断試験機を用いた準静的な水平単調載荷（試験体の下側が動く）とし、変位０から+５０ｍｍまで水平変位させたのち、変位０まで戻す載荷態様とした。実施例、比較例ともに、摩擦ストッパーのボルト軸力は１本当たり３５ｋＮとし、上方支圧板の溝は角度４５度の円錐形（エッジは面取りされている）である。比較例は下方支圧板の円筒状の窪み（孔径φ４１ｍｍ、深さ２５ｍｍ）にφ４０ｍｍの球体が収容されており、球体は実質的にスライドしない。一方、実施例は下方支圧板に設けられているφ６０ｍｍの窪みに対してφ４０ｍｍの球体が収容されており、お椀状（Ｒ＝５５ｍｍの球面）の窪みの細深部における深さは２６．５ｍｍである。

図１１は比較例の実験結果を示す図であり、図１２は実施例の実験結果を示す図である。まず、図１１より、比較例においては、大地震による水平荷重の解放後、上方支圧板が反転した際に球体が上方支圧板に食い込み、抵抗力が生じていることに起因して水平荷重（摩擦ストッパーの水平力）が残る結果となっている。このように水平荷重が残ってしまうと、大地震時に繰り返し作用する水平荷重により、上方支圧板に対する球体の食い込みが蓄積され、上方支圧板の損傷に至り得る。これに対して、図１２より、実施例においては、大地震による水平荷重の解放後、球体は既に第２窪みの中央に自動的に復帰していることに起因して、球体の上方支圧板への食い込みは生じず、水平荷重が残らない結果となっている。そのため、球体の食い込みに起因して上方支圧板が損傷するといった問題は生じない。

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０ ：下部構造体
１１ ：基礎梁
１２ ：台座
２０ ：上部構造体
２１ ：床梁
２２ ：柱
２３ ：曲げ抵抗鋼管
３０ ：免震支承
３１ ：上部プレート
３２ ：下部プレート
３３ ：積層ゴム体
３４ ：頭付きスタッドボルト
４０ ：減衰ダンパー
４１ ：上部プレート
４２ ：下部プレート
４３ ：ダンパーロッド
４５ ：頭付きスタッドボルト
５０ ：免震装置
６０，６０Ａ ：被せり上がり体
６０Ｂ，６０Ｃ ：被せり上がり体
６１ ：下方支圧板
６２ ：第２窪み
６２ａ ：湾曲面
６２ｂ ：端壁
６３ ：球体
６６ ：座ぐり
６７ ：ブロック部材
６７ａ ：湾曲面
６８ ：ドーム面
６９ ：円錐面
７０，７０Ａ ：せり上がり体
７１ ：上方支圧板
７２ ：第１窪み
７３ ：座ぐり
７４ ：突起
８０ ：摩擦ストッパー
８１ ：外板
８２，８４ ：摩擦材
８３ ：中板
８５ ：ボルト（締付け調整具）
８５ａ ：ロードセル
９０，９０Ａ ：耐風装置
９１ ：スライドブッシュ
１００ ：免振建物
１０２ ：免震層
Ｇ ：クリアランス

Claims (6)

1. 免震建物の免震層を構成する下部構造体と上部構造体の間において、減衰ダンパー及び免震支承により形成される免震装置とともに配設される耐風装置であって、
   前記下部構造体に固定された被せり上がり体と、
   前記被せり上がり体に対してせり上がり自在に配設されるとともに、前記上部構造体に対して上下移動自在に取り付けられ、該上部構造体から伝達される水平力によって該被せり上がり体に対してせり上がるせり上がり体と、
   前記上部構造体に取り付けられた摩擦ストッパーと、を備え、
   前記せり上がり体と前記摩擦ストッパーは相互に面接触した状態で締め付けられており、
   前記せり上がり体のせり上がりに伴って前記摩擦ストッパーに伝達される伝達荷重に対し、前記摩擦ストッパーの静止摩擦力が抗する耐風装置において、
   前記せり上がり体は、下面に第１窪みを備えている上方支圧板であり、
   前記被せり上がり体は、前記第１窪みに一部が収容される球体と、該球体の他部が収容される第２窪みを上面に備えている下方支圧板と、を有し、
   前記第２窪みの平面寸法が前記球体の平面寸法よりも大きいことを特徴とする、耐風装置。
2. 免震建物の免震層を構成する下部構造体と上部構造体の間において、減衰ダンパー及び免震支承により形成される免震装置とともに配設される耐風装置であって、
   前記下部構造体に固定された被せり上がり体と、
   前記被せり上がり体に対してせり上がり自在に配設されるとともに、前記上部構造体に対して上下移動自在に取り付けられ、該上部構造体から伝達される水平力によって該被せり上がり体に対してせり上がるせり上がり体と、
   前記上部構造体に取り付けられた摩擦ストッパーと、を備え、
   前記せり上がり体と前記摩擦ストッパーは相互に面接触した状態で締め付けられており、
   前記せり上がり体のせり上がりに伴って前記摩擦ストッパーに伝達される伝達荷重に対し、前記摩擦ストッパーの静止摩擦力が抗する耐風装置において、
   前記せり上がり体は、突起を下面に有する上方支圧板であり、
   前記被せり上がり体は、前記突起の一部が収容される第２窪みを上面に有する下方支圧板であり、
   前記第２窪みの平面寸法が前記突起の平面寸法よりも大きいことを特徴とする、耐風装置。
3. 前記第２窪みが、中心から端部に向かって窪み深さが浅くなる湾曲面を有していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の耐風装置。
4. 前記第２窪みに対して、前記湾曲面を有するブロック部材が収容されていることを特徴とする、請求項３に記載の耐風装置。
5. 前記減衰ダンパーが降伏耐力に達する前記免震層の変位量と、前記耐風装置が最大水平耐力に達する前記免震層の変位量が同一もしくは近接するように、前記第２窪みと前記球体の平面寸法におけるクリアランス、もしくは、前記第２窪みと前記突起の平面寸法におけるクリアランスが設定されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の耐風装置。
6. 前記摩擦ストッパーは中板と外板を有し、該中板と該外板のそれぞれの対向面には摩擦材が取り付けられていて相互に摺動自在に面接触しており、
   前記中板と前記外板の一方は前記せり上がり体に取り付けられ、前記中板と前記外板の他方は前記上部構造体に取り付けられており、
   面接触している複数の前記摩擦材が、締付け調整具によって静止摩擦力が調整された状態で締付けられていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の耐風装置。

Images