JP7490904B1 - 免震装置および免震装置システム - Google Patents

Abstract

【課題】柱が受ける荷重を球面滑り支承に伝達する手段を有する免震装置を、より容易に設計する。【解決手段】スライダーを有する球面滑り支承１０と、ＣＦＴ柱２０と、を備える免震装置１であって、ＣＦＴ柱２０の上面は柱Ｐに接続され、ＣＦＴ柱２０の下面は球面滑り支承１０に接続される免震装置１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、免震装置および免震装置を含む免震装置システムに関する。

地震のエネルギーを受け流し、建物への揺れの伝わりを低減する免震装置では、免震装置を適切に作動させるために免震装置にかかる荷重を免震装置が対応可能な面圧（基準面圧）以下に調整する調整手段を設ける場合がある。例えば、特許文献１には、基準面圧が異なる二つの免震装置の間に調整手段を配置する技術が開示されている。

特許第７３５０９６４号公報

免震装置の中でも球面滑り支承は他の免震装置と比較して高い面圧の荷重を支持することが可能なものとして知られている。建物の躯体をなす柱の直下に免震装置として球面滑り支承を配置する場合、スライダーが摺動面上を移動するため、摺動面の任意位置においても柱の荷重を免震装置に伝達できる調整手段とする必要がある。

従来、建物が例えば鉄骨造（Ｓ造）の場合、仕口部より下側にリブプレートを複数設けることで、柱の荷重を免震装置に伝達する構造としていた。しかしながら、この構造では限られた空間で溶接作業を行う必要があるため製作性が悪いという課題があった。このように、摺動面の任意位置においても柱の荷重を免震装置に伝達できる調整手段は設計が難しく、設計を容易とすることができる構造が望まれている。

本発明は、柱が受ける荷重を球面滑り支承に伝達する手段を有する免震装置において、より容易に設計できる免震装置および免震装置システムを提供することを目的とする。

［１］本発明の一態様に係る免震装置は、スライダーを有する球面滑り支承と、ＣＦＴ柱と、を備える免震装置であって、前記ＣＦＴ柱の上面は柱に接続され、前記ＣＦＴ柱の下面は前記球面滑り支承に接続される、ことを特徴とする。

［２］上記［１］において、前記ＣＦＴ柱は、平面視にて円形であり、平面視における前記ＣＦＴ柱の直径は、前記球面滑り支承の摺動面の直径と略同一であることが好ましい。

［３］上記［１］又は［２］において、前記柱は、Ｓ造の柱、又は、ＣＦＴ柱であることが好ましい。

［４］上記［１］又は［２］において、前記ＣＦＴ柱の下面は、アンカープレートを介し、前記球面滑り支承に接続されることが好ましい。

［５］本発明の一態様に係る免震装置システムは、上記［１］又は［２］に記載の免震装置である第１免震装置と、上記［１］又は［２］に記載の免震装置である第２免震装置と、を含む免震装置システムであって、前記第１免震装置の上沓は、平面視にて前記第１免震装置の前記柱より大きく、前記第２免震装置の上沓は、平面視にて前記第２免震装置の前記柱より小さい、ことを特徴とする。

本発明によれば、柱が受ける荷重を球面滑り支承に伝達する手段を有する免震装置を、より容易に設計することができる。

本発明の実施形態に係る免震装置の断面図である。 ＣＦＴ柱の軸線に直交する断面図である。 本発明の実施形態に係る免震装置の断面図であって、上沓と下沓とが水平方向に相対移動した状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る免震装置システムの正面図である。 シングルペンデュラムの球面滑り支承の断面図である。

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、本発明の実施形態に係る免震装置１の断面図である。図１に示すように、免震装置１は、建物の躯体をなして上下方向に延在する柱Ｐと地盤との間に配置される。免震装置１が配置されていることにより、地盤と建物とが切り離され、地震の揺れが建物に伝わりにくくなる。

本実施形態の建物は、Ｓ造（鉄骨造）であり、構造上の主要な部分に鉄骨を用いた構造である。建物の躯体をなす複数の柱のうち少なくとも一部の柱Ｐは、Ｓ造の柱である。免震装置１は、Ｓ造の柱Ｐと地盤の上に設けられた基礎構造ＢＣとの間に配置されている。

免震装置１は、柱Ｐを支持するＣＦＴ柱２０と、ＣＦＴ柱２０を支持し、基礎構造ＢＣの上に配置された球面滑り支承１０とを備える。
球面滑り支承１０は、ダブルペンデュラムの球面滑り支承であり、上沓１１（上部コンケイブプレート）と、下沓１２（下部コンケイブプレート）と、上沓１１と下沓１２との間を摺動するスライダー１３とを有する。

上沓１１と下沓１２とは同形状をなし、平面視にて矩形状をなす板材である。上沓１１と下沓１２とは溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ、Ｂ、Ｃ）、建築構造用圧延鋼材（ＳＮ４９０Ｂ、Ｃ）、もしくは機械構造用炭素鋼鋼材（Ｓ４５Ｃ）等から形成されている。上沓１１の下面と下沓１２の上面にはそれぞれ、曲率を有する上摺動面１１ａ及び下摺動面１２ａが設けられている。上摺動面１１ａと下摺動面１２ａとは、ステンレス製の滑り板である。上沓１１と下沓１２には、滑り板の外周において、スライダー１３の脱落を防止するための平面視環状のストッパーリング１４が固定されている。

スライダー１３は、曲率を有する上下の摺動面を備え、略円柱状を呈している。スライダー１３は、溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ、Ｂ、Ｃ）、建築構造用圧延鋼材（ＳＮ４９０Ｂ、Ｃ）、機械構造用炭素鋼鋼材（Ｓ４５Ｃ）、もしくはステンレス鋼等から形成され、面圧２３５Ｎ／ｍｍ^２（２３５ＭＰａ）程度の耐荷強度（長期耐荷強度：面圧６０Ｎ／ｍｍ^２）を有している。本実施形態において、スライダー１３の外径は、１５０～６００ｍｍであり、例えば２００ｍｍである。

ＣＦＴ（Concrete Filled Steel Tube、コンクリート充填鋼管構造）柱２０は、柱Ｐと免震装置１の取り合い部において、柱Ｐが受ける荷重を球面滑り支承１０に伝達する応力伝達装置として機能する。図１および図２に示すように、ＣＦＴ柱２０は、平面視にて円形の鋼管２１と、鋼管２１の内部に充填されたコンクリート２２とを有する。すなわち、ＣＦＴ柱２０は、その軸線が上下方向に延びる鋼管２１に、例えばフレキシブルホース等を用いてコンクリート２２を流し込んで柱にした構造である。
本実施形態のＣＦＴ柱２０は円柱状をなし、平面視における直径は、球面滑り支承１０の上沓１１の上摺動面１１ａの直径と略同一である。ＣＦＴ柱２０の平面視における直径は、上摺動面１１ａの直径の０．８倍以上１．２倍以下とすることが好ましい。本実施形態のＣＦＴ柱２０の直径は、例えば１３２０．８ｍｍであり、上摺動面１１ａの直径は、例えば１３２０ｍｍ又は１２７０ｍｍである。鋼管２１は、一般構造用炭素鋼鋼管（ＳＫＫ４００、ＳＴＫ４９０）、建築構造用炭素鋼鋼管（ＳＴＫＮ４９０）、もしくは鋼管杭（ＳＫＫ４００、ＳＫＫ４９０）等から形成されている。

本実施形態のＣＦＴ柱２０は円柱状をなすが、これに限ることはなく、平面視にて、上沓１１（下沓１２）の上摺動面１１ａ（下摺動面１２ａ）全体を覆うことができるのであれば、角柱状のＣＦＴ柱の採用も可能である。
また、本実施形態のＣＦＴ柱２０の平面視における直径はストッパーリング１４の直径よりもやや大きいが、ＣＦＴ柱２０の平面視における直径はストッパーリング１４の直径より小さくてもよい。

ＣＦＴ柱２０の下面は、アンカープレート３２を介し、球面滑り支承１０に接続されている。具体的には、ＣＦＴ柱２０を構成する鋼管２１の下端がアンカープレート３２の上面に例えば溶接により接合され、アンカープレート３２と球面滑り支承１０の上沓１１とがアンカーボルトにより締結されている。アンカープレート３２は、例えば溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ、Ｂ、Ｃ）、もしくは建築構造用圧延鋼材（ＳＮ４９０Ｂ、Ｃ）により形成することができる。
アンカープレート３２の板厚は、上沓１１の最も薄い板厚を加えた厚さの中で、スライダー１３に作用する面圧（長期耐荷強度で面圧６０Ｎ／ｍｍ^２）が鋼材内で応力分散・伝達されるとして、充填コンクリートの長期許容支圧応力度以下となるように設定（プレストレストコンクリート設計施工規準・同解説（日本建築学会）等に準拠）することが好ましい。

ＣＦＴ柱２０の上面は、ダイアフラム３１を介し、柱Ｐに接続されている。ダイアフラム３１は、ＣＦＴ柱２０を構成する鋼管２１を塞ぐように鋼管２１の上端に接合されている。ダイアフラム３１の板厚は、鋼管２１の板厚と同等以上、かつ取り付く梁フランジの２サイズ以上の板厚することができる。ダイアフラム３１は、例えば溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ、Ｂ、Ｃ）、もしくは建築構造用圧延鋼材（ＳＮ４９０Ｂ、Ｃ）により形成することができる。

また、免震装置１は、平面視において、球面滑り支承１０の上沓１１の上摺動面１１ａの内側に柱Ｐが含まれるように構成されている。換言すれば、球面滑り支承１０は、上摺動面１１ａの直径が柱Ｐの直径よりも大きいものが選択される。

本実施形態においては、基礎構造ＢＣの上面に設けられたベースプレート３３と下沓１２とが相対移動しないように固定されている。ベースプレート３３は溶接構造用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ、Ｂ、Ｃ）、もしくは建築構造用圧延鋼材（ＳＮ４９０Ｂ、Ｃ）等で形成されている。

図３に示すように、スライダー１３が上沓１１と下沓１２との間を摺動することで、上沓１１と下沓１２とは水平方向に相対移動が可能である。これにより、地震動による地盤の振動が下沓１２に伝達された時、下沓１２が上沓１１に対して相対移動する。このような動きをすることで、地震動による地盤の振動が上沓１１を介して柱Ｐに伝達されることを防ぐ。

上記実施形態の免震装置１では、柱Ｐと免震装置１の取り合い部において、柱Ｐが受ける荷重を球面滑り支承１０に伝達する応力伝達装置としてＣＦＴ柱２０を採用した。よって、上記実施形態の免震装置１によれば、例えば柱の周囲にリブプレートを複数設ける構造の応力伝達装置と比較して、より容易に設計することができる。また、製造も容易となるため、経済性の向上を図ることができる。また、鋼管２１が膨張するコンクリート２２を拘束するコンファインド効果によって、コンクリートの耐力を増強することができる。

また、ＣＦＴ柱２０が平面視にて円形であり、直径を球面滑り支承１０の上沓１１の上摺動面１１ａの直径と略同一とすることによって、ＣＦＴ柱２０の大きさを過剰にすることなく、球面滑り支承に適した応力伝達装置として機能させることができる。また、球面滑り支承１０の摺動面におけるスライダー１３の位置によらず、ＣＦＴ柱２０の上面に接続される柱Ｐが受ける荷重をスライダー１３に集約して伝えることができる。これにより、スライダー１３が任意位置にあっても、例えば、球面滑り支承１０の上摺動面１１ａの端部にスライダー１３が位置する場合であっても、柱Ｐが受ける荷重をスライダー１３に伝達することができる。

また、柱Ｐが、Ｓ造であることによって、柱が受ける荷重を、ＣＦＴ柱を介して集約して球面滑り支承に伝達する構造をより容易に製造することができる。
また、ＣＦＴ柱２０の下面が、アンカープレート３２を介して球面滑り支承１０に接続されていることによって、ＣＦＴ柱２０と球面滑り支承１０とが水平方向にずれにくくなり、球面滑り支承１０に対してＣＦＴ柱２０をより確実に接続することができる。
また、ＣＦＴ柱２０の上面が、ダイアフラム３１を介して柱Ｐに接続されていることによって、ダイアフラム３１をＣＦＴ柱２０の鋼管２１の内部に打設されたコンクリート２２の蓋として機能させることができる。

次に、上記免震装置を含む免震装置システムについて説明する。
図４に示すように、免震装置システム１００は、複数の免震装置１Ａ，１Ｂを含むシステムであって地盤と建物Ｃとの間に配置される。具体的には、複数の免震装置１Ａ，１Ｂは、建物Ｃの躯体をなす複数の柱Ｐ１，Ｐ２と、地盤の上に設けられた基礎構造ＢＣとの間に配置されている。

複数の免震装置１Ａ，１Ｂは、上記実施形態の免震装置である第１免震装置１Ａと、上記実施形態の免震装置である第２免震装置１Ｂとを含む。すなわち、第１免震装置１Ａ、第２免震装置１Ｂは、球面滑り支承１０と、上面が柱Ｐ１，Ｐ２に接続され下面が球面滑り支承１０に接続されたＣＦＴ柱２０と、を備える。

建物Ｃの柱は、第１免震装置１Ａに支持される第１柱Ｐ１と、第１柱Ｐ１の直径よりも大きな直径であり、第２免震装置１Ｂに支持される第２柱Ｐ２とからなる。本実施形態の免震装置システム１００の第１柱Ｐ１の直径は、第１免震装置１Ａを構成する球面滑り支承１０の上摺動面１１ａの直径よりも小さく、第２柱Ｐ２の直径は、第２免震装置１Ｂを構成する球面滑り支承１０の上摺動面１１ａの直径よりも大きい。すなわち、第１免震装置１Ａを構成する球面滑り支承１０の上摺動面１１ａは、平面視で、第１柱Ｐ１より大きく、第２免震装置１Ｂを構成する球面滑り支承１０の上摺動面１１ａは、平面視で、第２柱Ｐ２より小さい。

このように、免震装置によって支持される柱については、直径が異なっていてもよい。より具体的には、一部の柱の直径が、免震装置を構成する球面滑り支承の摺動面の直径よりも大きくてもよい。
設計者は、一部の免震装置が支持する柱の直径が免震装置を構成する球面滑り支承の摺動面の直径よりも大きい場合も、免震装置の設計を同じにしてよい。免震装置の設計を同じにすることによって、設計作業を短縮して設計に掛かるコストを低減することができる。

なお、上記各実施形態では、免震装置１として、ダブルペンデュラムの球面滑り支承１０を採用したが、これに限ることはなく、シングルペンデュラムの球面滑り支承の採用も可能である。図５に示すように、シングルペンデュラムの球面滑り支承１０Ａは、ベースプレート３３と、ベースプレート３３上に配置されたヒンジ１６と、ヒンジ１６に支持されたスライダー１３Ａと、上沓１１と、を有する。
スライダー１３Ａは、上沓１１の摺動面の球面半径と対応する球面と、ヒンジ１６の球面半径と対応する球面とを有する。摺動面をスライダーは摺動する。スライダーの回転に対応するようにヒンジは関節機能を有する。

また、本実施形態の建物の柱ＰはＳ造の柱としたが、ＣＦＴ柱としてもよい。建物の躯体をなす柱をＣＦＴ柱とすることによって、コンファインド効果によって、コンクリートの耐力を増強することができる。

１…免震装置、１Ａ…第１免震装置、１Ｂ…第２免震装置、１０…球面滑り支承、１１…上沓、１１ａ…上摺動面、１２…下沓、１２ａ…下摺動面、１３…スライダー、１４…ストッパーリング、２０…ＣＦＴ柱、２１…鋼管、２２…コンクリート、３１…ダイアフラム、３２…アンカープレート、１００…免震装置システム、ＢＣ…基礎構造、Ｃ…建物、Ｐ…柱、Ｐ１…第１柱、Ｐ２…第２柱。

Claims (5)

1. スライダーを有する球面滑り支承と、
   ＣＦＴ柱と、
   を備える免震装置であって、
   前記ＣＦＴ柱の上面は柱に接続され、
   前記ＣＦＴ柱の下面は前記球面滑り支承に接続される、
   ことを特徴とする免震装置。
2. 前記ＣＦＴ柱は、平面視にて円形であり、
   平面視における前記ＣＦＴ柱の直径は、前記球面滑り支承の摺動面の直径と略同一である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
3. 前記柱は、Ｓ造の柱、又は、ＣＦＴ柱である、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の免震装置。
4. 前記ＣＦＴ柱の下面は、アンカープレートを介し、前記球面滑り支承に接続される、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の免震装置。
5. 請求項１又は請求項２に記載の免震装置である第１免震装置と、請求項１又は請求項２に記載の免震装置である第２免震装置と、を含む免震装置システムであって、
   前記第１免震装置の上沓は、平面視にて前記第１免震装置の前記柱より大きく、
   前記第２免震装置の上沓は、平面視にて前記第２免震装置の前記柱より小さい、
   ことを特徴とする免震装置システム。

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