JP7140344B1 - 免震用鋼材ダンパー及び免震構造 - Google Patents
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Abstract
Description
免震構造は、免震装置と、免震ダンパーとを備えており、大規模な地震動が発生すると、免震装置が構造物の鉛直荷重を支持しながら水平方向に移動するとともに、免震ダンパーが地震動のエネルギーを吸収することで、地震動のエネルギーが直接構造物に伝わらないようにしている。
特許文献1の4枚の免震板は、長尺鋼板を曲げ加工により形成した同一形状の部材であり、互いに平行に形成した上部固定部及び下部固定部と、上部固定部及び下部固定部から離れるに従い近接する一対の傾斜部と、一対の傾斜部の近接した位置に連結する連結部と、を備えた部材である。なお、4枚の免震板を、第1~第4免震板と称する。
ここで、一般の鋼板曲げ機械を使用して特許文献1の免震板を製作する場合、400mm~600mm程度の変形能を有する免震板を製作するのは難しい。
すなわち、特許文献1の免震用鋼材ダンパーは、4枚の免震板の上部固定部の重なり部分が上部基板に固定されており、4枚の免震板の下部固定部の重なり部分が下部基板に固定されているので、免震板の上部固定部及び下部固定部の長尺方向の寸法は、少なくとも300mm程度が必要となる。また、大きな相対変位に追随する変形能を確保するために、免震板の傾斜部の長手方向の寸法を400mm~600mm程度に設定することが要求される。
したがって、一般の鋼板曲げ機械を使用して免震板の曲げ加工を行う場合、傾斜部の長手方向の寸法を400mm~600mm程度まで長く設定することができないので、大規模な地震動発生時のエネルギーを吸収する免震板を製作するのは難しい。
また、本発明に係る免震構造によると、地震動のエネルギーを直接構造物に伝わらないようにすることができる。
図1は、超高層ビルなどの建築構造物や大型の土木構造物などの構造物1と基礎2との間に設置された免震構造3を示している。
免震構造3は、構造物1の下部に設けたダンパー用上部構造体4と基礎2上に設けたダンパー用下部構造体5との間に設置した第1実施形態の免震用鋼材ダンパー6と、ダンパー用上部構造体4に隣接して構造物1の下部に設けた装置用上部構造体7とダンパー用下部構造体5に隣接して基礎2上に設けた装置用下部構造体8との間に設置した免震装置9と、を備えている。図1では1組の免震構造3しか示していないが、構造物1と基礎2との間には複数組設置されている。なお、ダンパー用上部構造体4、ダンパー用下部構造体5、装置用上部構造体7及び装置用下部構造体8は、鉄筋コンクリート製である。
また、他の3枚の免震板15b,15c,15dも、上述した免震板15aと同一形状の部材であり、免震板15aを構成する部位と同一構成の部位は、符号を同一として添え字を「a」の替わりに「b、c、d」として示す。
アンカープレート12aには複数の貫通穴が形成されており、ダンパー用上部構造体4の下面から突出する複数のアンカーボルト12dを貫通穴に通過させて下面から突出させてナット12eでねじ込むことで、アンカープレート12aがダンパー用上部構造体4にボルト固定されている。
また、ダンパー用下部構造体5の上面から突出する複数のアンカーボルト13dを下部基板側プレート13bに形成した貫通穴に通過させて上面から突出させてナット13eでねじ込むことで、アンカープレート13aがダンパー用下部構造体5にボルト固定されている。
上記構成の免震構造3は、地震動が発生すると、免震装置9が構造物1の鉛直荷重を支持しながら水平方向に移動する。免震用鋼材ダンパー6の4枚の免震板15a,15b,15c,15dが平面視において十字方向に配置されているので、地震動が水平面内のいずれの方向に作用しても、各免震板15a,15b,15c,15dの上部傾斜部18a,18b,18c,18d、連結部20a,20b,20c,20d,下部傾斜部19a,19b,19c,19dが、せん断方向変形と曲げ方向変形の両方の変形を行うことで地震動のエネルギーを吸収し、地震動のエネルギーを直接構造物1に伝わらないようにすることができる。
そして、大規模な地震動が発生すると、構造物1と基礎2との間には、400mm~600mm程度の大きな相対変位が生じる。
また、第1実施形態の免震板15a,15b,15c,15dは、一般の鋼板曲げ機械を使用して製造することができる。ここで、一般の鋼板曲げ機械とは、鋼板の曲げ高さが500mm程度であると、曲げ深さが、最大850mm程度が限界の装置である。
このように、上部固定部16a,16b,16c,16d(下部固定部17a,17b,17c,17d)の長手方向の寸法D(=150mm)と、上部傾斜部18a,18b,18c,18d(下部傾斜部19a,19b,19c,19d)の長手方向の寸法L(=700mm)とを足した寸法(D+L=150mm+700mm)が、一般の鋼板曲げ機械の曲げ深さの限界値(850mm)に一致する。
(D+L) ≦ H × 1.7
とすることで、一般の鋼板曲げ機械を使用して4枚の免震板15a,15b,15c,15dを容易に製造することができる。
したがって、第1実施形態の免震板15a,15b,15c,15dを、10mm ≦ D ≦ 450mmとし、且つ、(D+L) ≦ H × 1.7の関係を有する形状とすることで、免震板15a,15b,15c,15dを一般の鋼板曲げ機械を使用して容易に製造することができるので、免震板15a,15b,15c,15dの部品価格、免震用鋼材ダンパー6の製造コストを抑制することができる。
次に、図7は、ダンパー用上部構造体4とダンパー用下部構造体5との間に設置した第2実施形態の免震用鋼材ダンパー6を示すものである。本実施形態の免震用鋼材ダンパー6も、第1実施形態と同様に平面視において十字方向に延在している4枚の免震板15a,15b,15c,15dと、で構成されているが、図7では、互いに平面視で直線上に対向している免震板15a,15bのみを示している。
本実施形態の上部基板10の上面には、複数のスタッドボルト30が突出して固定されており、下部基板11の下面にも、複数のスタッドボルト31が突出して固定されている。
また、鉄筋コンクリート製のダンパー用下部構造体5を形成する際に、下部基板11のスタッドボルト31がコンクリートに埋め込まれることで、ダンパー用下部構造体5の上面に下部基板11が一体化される。
そして、4枚の免震板15a,15b,15c,15dの上部固定部16a,16b,16c,16dは、互いに重なり合わずに上部基板10にボルト固定されている。また、4枚の免震板15a,15b,15c,15dの下部固定部17a,17b,17c,17dも、互いに重なり合わずに上部基板10にボルト固定されている。
本実施形態のダンパー用上部構造体4とダンパー用下部構造体5との間に設置した免震用鋼材ダンパー6によると、第1実施形態と同様の効果を奏することができるとともに、ダンパー用上部構造体4とダンパー用下部構造体5との上下間隔が狭い場合、上部治具12及び下部治具13使用せずに、免震用鋼材ダンパー6をダンパー用上部構造体4とダンパー用下部構造体5との間に確実に設置することができ、地震動による構造物1と基礎2との間の相対変位が確実に伝達され、多量の地震動のエネルギーを吸収することができる。
次に、図8から図10は、第3実施形態の免震用鋼材ダンパー32を示すものである。本実施形態は、ダンパー用上部構造体4に上部治具12を介して免震用鋼材ダンパー32の上部基板10が固定され、上部基板10に対して平面視において同一位置となるようにダンパー用下部構造体5に下部治具13を介して免震用鋼材ダンパー32の下部基板11が固定され、上部基板10及び下部基板11に固定された第1及び第2免震板32a,32bが平面視において十字方向に延在して配置されている。
そして、上部治具12の上部基板側プレート12bの下部に、重ね合わせた上部固定部35a,35bを配置し、上部固定部35a,35bの下部に上部基板10を配置し、上部基板側プレート12b、上部固定部35a,35b及び上部基板10に形成した貫通穴に連結ボルト12gを挿通してナット12hでねじ込むことで、ダンパー用上部構造体4に上部治具12を介して免震ダンパー32の上部基板10が固定される。
本実施形態の免震ダンパー32の第1及び第2免震板32a,32bは平面視において十字方向に配置されているので、地震動が水平面内のいずれの方向に作用しても、上部傾斜部36a,37a,36b,37b、下部傾斜部41a,42a,41b,42bが、せん断方向変形と曲げ方向変形の両方の変形を行うことで地震動のエネルギーを吸収する。
また、上部傾斜部36a,37a,36b,37b、下部傾斜部41a,42a,41b,42bは、上部固定部35a,35b及び下部固定部40a,40bから離間するに従い幅寸法Mが徐々に減少する構造とされていることから、ねじれが発生しても地震動のエネルギー吸収を効率よく行うことができる。
次に、図11から図14は、第4実施形態の免震用鋼材ダンパー6を示すものである。
本実施形態の免震用鋼材ダンパー6は、図11及び図12に示すように、第1実施形態の免震用鋼材ダンパー6と同様に、ダンパー用上部構造体4に上部治具12を介して固定されている上部基板10と、上部基板10に対して平面視において同一位置となるようにダンパー用下部構造体5に下部治具13を介して固定されている下部基板11と、上部基板10及び下部基板11に固定され、平面視において互いに直交する十字方向に延在している4枚の免震板15a,15b,15c,15dと、で構成されている。
次に、図15から図19で示す第5実施形態は、第1、第2及び第4実施形態の免震用鋼材ダンパー6で使用されている4枚の免震板15a,15b,15c,15dの適切な傾斜角度θの範囲を設定したものである。
本実施形態は、図15に示す免震板のFEM解析モデル15を使用している。図15の免震板のFEM解析モデル15は、図3(a)で示した免震板15aに対応した構造であり、上部固定部16が免震板15aの上部固定部16aに対応し、下部固定部17が免震板15aの下部固定部17aに対応し、上部傾斜部18及び下部傾斜部19が免震板15aの上部傾斜部18a及び下部傾斜部19aに対応し、連結部20が免震板15aの連結部20aに対応している。また、図15の免震板のFEM解析モデル15は、他の免震板15b,15c,15dにも対応した構造である。
図17(a)は、傾斜角度θが0°の比較例としてのモデルM1を示しており、図17(b)~(g)は、傾斜角度が2.6°~19.7°に設定したモデルM2~モデルM7を示している。なお、図16、図17(b)~(g)で示した形状寸法の単位は(mm)である。
そして、モデルM1~M7の下部固定部17を固定状態とし、上部固定部16の長手方向に沿う方向(載荷方向)に載荷荷重をかけ、上部固定部16を載荷方向に400mmまで変位させることで上部傾斜部18及び連結部20の相当塑性歪を確認した。
したがって、4枚の免震板15a,15b,15c,15dの傾斜角度θは、5.2°≦ θ ≦15.3°の範囲に設定することで、地震動エネルギーの吸収能を十分に発揮した免震用鋼材ダンパー6を提供することができる。
2 基礎
3 免震構造
4 ダンパー用上部構造体(構造物の下部)
5 ダンパー用下部構造体(基礎)
6 免震用鋼材ダンパー
7 装置用上部構造体
8 装置用下部構造体
9 免震装置
10 上部基板
11 下部基板
12 上部治具
12a アンカープレート
12b 上部基板側プレート
12c リブ板
12d アンカーボルト
12e ナット
12f 第1添接板
12g 連結ボルト
12h ナット
13 下部治具
13a アンカープレート
13b 下部基板側プレート
13c リブ板
13d アンカーボルト
13e ナット
13f 第2添接板
13g 連結ボルト
13h ナット
15 免震板のFEM解析モデル
15a,15b,15c,15d 免震板
16,16a,16b,16c,16d 上部固定部
17,17a,17b,17c,17d 下部固定部
18,18a,18b,18c,18d 上部傾斜部
19,19a,19b,19c,19d 下部傾斜部
20,20a,20b,20c,20d 連結部
21 第3添接板(上部添接板)
24 第3添接板(下部添接板)
22 連結ボルト(締結手段)
23 ナット(締結手段)
25 連結ボルト(締結手段)
26 ナット(締結手段)
30 スタッドボルト
31 スタッドボルト
32 免震用鋼材ダンパー
32a 第1免震板
32b 第2免震板
33a,33b 上部分割鋼板
34a,34b 下部分割鋼板
35a,35b 上部固定部
36a,37a,36b,37b 上部傾斜部
38a,39a,38b,39b 上部連結部
40a,40b 下部固定部
41a,42a,41b,42b 下部傾斜部
43a,44a,43b,44b 下部連結部
45 第4添接板
46 第5添接板
47 連結ボルト
48 ナット
51 第3添接板(上部添接板)
52 第3添接板(下部添接板)
D 免震板の上部固定部(下部固定部)の長手方向の寸法
L 免震板の上部傾斜部(下部傾斜部)の長手方向の寸法
H 免震板の曲げ高さ
θ 傾斜角度
Claims (10)
- 構造物の下部と基礎との間に設置される免震用鋼材ダンパーであって、
前記構造物の下部に固定される上部基板と、
前記上部基板に対して平面視で同一位置となるように前記基礎に固定される下部基板と、
前記上部基板及び下部基板に固定され、平面視において十字方向に延在する4枚の免震板と、を備え、
前記4枚の免震板は、長尺鋼板を曲げ加工した部材であり、互いに平行な上部固定部及び下部固定部と、前記上部固定部及び下部固定部から離れるに従い近接する上部傾斜部及び下部傾斜部と、前記上部傾斜部及び下部傾斜部に連結する連結部と、を備えた部材であり、
前記4枚の免震板は、互いの前記上部固定部が重ならない位置で前記上部基板に固定され、互いの前記下部固定部が重ならない位置で前記下部基板に固定されており、
前記上部固定部を前記上部基板と上部添接板とで挟み込み、前記上部基板及び前記上部添接板を締結手段で締め付けることで、前記上部固定部が前記上部基板に固定されており、
前記下部固定部を前記下部基板と下部添接板とで挟み込み、前記下部基板及び前記下部添接板を締結手段で締め付けることで、前記下部固定部が前記下部基板に固定されることを特徴とする免震用鋼材ダンパー。 - 前記免震板は、前記上部固定部及び前記下部固定部の間の曲げ高さをH、前記上部固定部及び前記下部固定部の長手方向の寸法をD、前記上部傾斜部及び前記下部傾斜部の長手方向の寸法をLとすると、
10mm ≦ D ≦ 450mmであり、且つ、(D+L) ≦ H × 1.7
の関係を有することを特徴とする請求項1記載の免震用鋼材ダンパー。 - 4枚の前記上部添接板が、前記4枚の免震板の隣接する前記上部固定部同士を跨いで配置され、前記上部固定部の端部を前記上部基板及び前記上部添接板で挟み込んでおり、
4枚の前記下部添接板が、前記4枚の免震板の隣接する前記下部固定部同士を跨いで配置され、前記下部固定部の端部を前記下部基板及び前記下部添接板で挟み込んでいることを特徴とする請求項1又は2記載の免震用鋼材ダンパー。 - 前記上部傾斜部は、前記上部固定部から前記連結部の上部まで所定の傾斜角度を付けて直線状に延在して連結し、
前記下部傾斜部は、前記下部固定部から前記連結部の下部まで前記上部傾斜部と同一の傾斜角度を付けて直線状に延在して連結していることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の免震用鋼材ダンパー。 - 前記傾斜角度をθとすると、5.2°≦ θ ≦15.3°に設定されていることを特徴とする請求項4記載の免震用鋼材ダンパー。
- 構造物の下部と基礎との間に設置される免震用鋼材ダンパーであって、
前記構造物の下部に固定される上部基板と、
前記上部基板に対して平面視で同一位置となるように前記基礎に固定される下部基板と、
前記上部基板及び下部基板に固定され、平面視において十字方向に延在している2組の免震板と、を備え、
前記2組の免震板は、上下に分割した上部分割鋼板及び下部分割鋼板を備えており、
前記上部分割鋼板は、長手方向中央部に設けた上部固定部と、上部固定部の長手方向両端から斜め下方に曲げ加工した一対の上部傾斜部と、前記一対の上部傾斜部の端部から下方に曲げ加工した上部連結部とを備え、
前記下部分割鋼板は、長手方向中央部に設けた下部固定部と、下部固定部の長手方向両端から斜め上方に曲げ加工した一対の下部傾斜部と、前記一対の下部傾斜部の端部から上方に曲げ加工した下部連結部とを備え、
前記上部分割鋼板の前記上部連結部と前記下部分割鋼板の前記下部連結部とを接続することで、前記免震板が形成され、
前記2組の免震板は、互いの前記上部固定部及び前記下部固定部を直交配置して重ね合わせ、前記上部固定部が前記上部基板に固定され、前記下部固定部が前記下部基板に固定されていることを特徴とする免震用鋼材ダンパー。 - 前記構造物の下部と前記上部基板との間に、所定高さに設定した上部治具が固定され、
前記基礎と前記下部基板との間に、所定高さに設定した下部治具が固定されていることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の免震用鋼材ダンパー。 - 前記上部基板にスタッドボルトが一体に形成されており、鉄筋コンクリート製の前記構造物の内部に前記スタッドボルトが埋め込まれた状態で前記上部基板が前記構造物に固定されているとともに、
前記下部基板にスタッドボルトが一体に形成されており、鉄筋コンクリート製の前記基礎の内部に前記スタッドボルトが埋め込まれた状態で前記下部基板が前記基礎に固定されていることを特徴とする請求項1から6の何れか1項に記載の免震用鋼材ダンパー。 - 前記上部傾斜部及び前記下部傾斜部は、前記上部固定部及び前記下部固定部から離間するに従い、幅方向寸法が徐々に減少していることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の免震用鋼材ダンパー。
- 請求項1から請求項9の何れか1項に記載の免震用鋼材ダンパーと、構造物の下部と基礎との間に設置され、地震動が発生すると前記構造物の鉛直荷重を支持しながら水平方向に移動する免震装置と、を備えていることを特徴とする免震構造。
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