JPH08120973A - 免震建築の設計方法及びこれを用いて建てられた特殊建 物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 積層ゴムと弾塑性ダンパーを免震層として、
建物の下部に設けた免震建築を、建設条件に応じて容易
に設計できるようにし、在来型の耐震設計では種々の問
題があった特殊な建物を、容易に建てることを可能とす
る。 【構成】 地震のエネルギー入力量が、積層ゴムの弾性
歪エネルギーとダンパーの塑性歪エネルギーとの総和に
一致することから導かれる応答予測式等に基づき作成さ
れる数種類のグラフを参照し、積層ゴムに載荷される柱
軸力と地震入力の等価速度Ｖ_Eから、周期Ｔ_fとダンパー
の降伏せん断力α_sの決定、積層ゴムの直径Ｄの決定を
行い、これより積層ゴムと弾塑性ダンパーの仕様を定め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、積層ゴムと弾塑性ダ
ンパーを免震層として、建物の下部に設けることによ
り、地盤震（振）動から建物を絶縁し、巨大地震時にも
建物空間の安定性を保持できる免震建築を、建設条件に
応じて容易に設計できるようにした免震建築の設計方法
に関する。

【０００２】特に、この発明は、在来型の耐震設計で
は、レンガ造りのように建築部材間の接合に十分な耐震
強度を与えにくい建物、内部空間に伝達される地震振動
によって機能が損なわれる建物、ホール等の巨大空間を
下部に設けるため耐震設計上の制約が大きくなる建物
を、夫々の問題を解決して建設することを可能とするも
のである。

【０００３】

【従来の技術】本出願人は、図１９に示すように建物１
の下部に積層ゴムアイソレータ２と弾塑性ダンパー３か
らなる免震層４を設けることにより、地震から建物を保
護する免震建築を提唱し、その改良を行って来た。

【０００４】ここで、積層ゴム２は、図２０に示すよう
に、円盤状の薄いゴムシート５と鋼板６をサンドイッチ
状に積層・接着した構造のもので、その形状・特性は、
ゴムシートの直径Ｄ、ゴム一層厚ｔ、及び層数ｎにより
決定される。

【０００５】積層ゴム２を圧縮すると、図２１に示すよ
うにゴムシート５は半径方向（外側）へ変形しようとす
る。しかし、ゴムシート５は鋼板６に接着されているた
め、ゴムシートの変形は拘束される。この拘束効果とゴ
ム材料の特性（ポアソン比が約０.５）により、ゴムシ
ート５の中心部には三軸圧縮応力（静水圧）状態が形成
され、高い圧縮剛性を示す。この中心部によって、高い
耐荷能力が得られる。この状態で、積層ゴムが水平力を
受けた場合、鋼板はゴムシートのせん断変形に対し何ら
拘束しないため、せん断変形はゴム自体のせん断変形と
なり、柔らかな水平剛性を示す。これによって、建物荷
重を支持しながら、地震時には上部構造への地震力の伝
達を防ぐ。

【０００６】また、弾塑性ダンパー３は、図２２に一例
を示すように、建物と地盤側基礎との間に鉛や鋼材等を
自由変形可能な状態に取り付けたもので、これらの素材
の塑性変形、摩擦力等を利用して、地震エネルギーの大
部分を吸収・消費し、免震層の最大変形量を一定限度内
に抑え、かつ振動（揺れ）を早期に収斂させる。さら
に、このダンパーの初期剛性により、小振動や台風に対
し建物を固定して居住性を確保する効果も得られる。

【０００７】上記免震建築を採用した場合の効果を、図
２３にイメージとして示す。建物を地盤に固定するとい
う従来の建築構造であると、同図上段に示すように、せ
ん断力、曲げ応力、ロッキング、スウェイが、地震入力
に応じて発生し、建物の破壊の原因となる。免震建築に
すると、同図下段に示すように、せん断力が免震層に集
中する結果、建物は保護され、曲げ応力、ロッキングも
無視できるようになる。スウェイ運動は、積層ゴムによ
る復元を伴う剛体併進運動となり、地盤に対する位置ず
れという現象はなくなる。

【０００８】免震層により建物の固有周期を４秒以上と
した場合の場合には、せん断変形は、柱部材角の変位量
で在来型の１／４００〜１／１０００程度にできる。ま
た、曲げ変形は在来型の１／５〜１／８程度になり、ロ
ッキングは、アイソレ一タに引張力が発生しないため起
こらない。このロッキングなしという効果により、水平
断面の縦横比Ｈ／Ｌ＝４〜８程度という薄型の建物が転
倒のおそれなく建設可能となる。

【０００９】なお、免震建築の周期Ｔ_fは、弾塑性ダン
パーの剛性を無視し、上部構造を剛体と仮定し、積層ゴ
ムの水平剛性の合計Ｋ_hと建物重量Ｗを用いて、次式か
ら算出される。

【数１】

【００１０】上記積層ゴムと弾塑性ダンパーについて、
本出願人は実験・研究を重ねることにより、免震に適し
た形状、材質、使用条件として、次のようなものを見出
している。 ［積層ゴム］ ・１次形状係数Ｓ₁は２０〜３０程度、２次形状係数Ｓ₂
は５以上とする。 ・常時面圧σは１００〜２００kg／cm²、積層ゴムの設
計変位は、せん断変形率で２５０％程度以下の条件で使
用する。

【００１１】ここで、１次形状係数Ｓ₁とは、ゴム１層
の拘束面積を自由表面積（側面積）で除した値として定
義され、計算式はＳ₁＝Ｄ／４ｔとなる。主に積層ゴム
の圧縮剛性や曲げ剛性に関係する係数である。Ｓ₁が大
きいほど、直径に対するゴム層の厚さは薄くなり、鉛直
剛性や曲げ剛性が大きくなる。

【００１２】２次形状係数Ｓ₂とは、積層ゴムの直径を
ゴム全層厚で除した値で、積層ゴムの安定性を表す指標
である。計算式は、Ｓ₂＝Ｄ／ｎｔとなる。Ｓ₂が大きく
なるほど、積層ゴムは偏平になる。主に載荷能力や水平
剛性に関係する係数である。一次形状係数Ｓ₁を２０〜
３０程度とし、２次形状係数Ｓ₂を５以上とすると、積
層ゴムの、水平変形時の変形の大部分をせん断変形が占
めるようになり、圧縮荷重の変動に対する水平剛性の変
化は無視できるようになる。これによって、積層ゴムの
水平剛性を、図２４（左）に示すように、地震時におい
ても一定と看做せるため、設計・解析上非常に有効とな
る。

【００１３】この関係はτ＝Ｇγと表され、その勾配が
ゴム材料のせん断弾性率Ｇとなる。この様な関係から、
積層ゴムの水平剛性ｋ_hは、次式で表せる。

【数２】

【００１４】また、常時面圧σとは、建物が静止状態の
とき積層ゴムに作用する鉛直荷重を、積層ゴムの断面積
で除した値をいい、上述した１００〜２００kg／cm²の
範囲は、上述したゴムシート中心部の３軸圧縮応力（静
水圧）状態を安定を保って形成するために必要な条件で
ある。なお、面圧が２００kg／cm²に近くなる場合には
大変形時の安定性を考慮して、Ｓ₁＝３０程度、Ｓ₂＝６
〜７程度にする事が望ましい。

【００１５】建物が、直径７０cmの積層ゴム（Ｓ₂＝
５，ｋ_h＝１.１ton／cm）で支持されているとした時の
免震建築の周期Ｔ_fと積層ゴムの面圧σの関係は、次表
で示される。

【表１】

【００１６】せん断変形率とは、積層ゴムの水平変形量
を全ゴム厚で除した値を百分率で表した値である。使用
条件を２５０％程度以下としたのは、この変形量であれ
ば、積層ゴムのせん断変形は線形とみなせ、設計作業を
画一化できるからである。なお、破断変位は、４００％
以上であり、１.５倍以上の余裕があることになる。

【００１７】［弾塑性ダンパー］弾塑性ダンパーは、塑
性変形により地震エネルギーの大部分を吸収・消費する
もので、鉛直荷重を支持する必要はない。したがって、
図２２に示すように建物である上部構造と地盤側の基礎
に、変形可能な状態で両端を固定される。この素材は、
鉛や鋼材を使用したものが適している。これらの素材は
耐久性に富み長期にわたって安定した性能が得られると
ともに、その履歴曲線を、図２４（右）に示すような完
全弾塑性型にモデル化できるからである。すなわち、完
全弾塑性型モデルでは、降伏耐力と降伏変位が主な変数
となり、免震層の最大変位量は、ダンパーの降伏耐力に
依存するため、ダンパーの必要量は降伏耐力によって決
定される。なお、降伏後の剛性が０でないモデルは、バ
イリニア（Ｂｉ−Ｌｉｎｅｒ）型と呼ばれ、鋼材を使用
したものに適用される。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記研究成果により、
免震建築の有効な寸法形状・素材の範囲が明らかにされ
た。

【００１９】しかし、実際の建物に即して仕様を決定し
ようとする場合、どのように設計すれば、予定した地震
の大きさと建物の規模に対して適切な免震作用を発揮で
きるかは、明らかにされているとは言えない。

【００２０】そこで、本発明は、現在までに蓄積された
データを総合し、誰にでも適切な設計ができるように免
震設計方法をシステム化して提供することを目的とす
る。

【００２１】この設計システムは、もう一つの目的とし
て、地震エネルギーを各階に分散させるという在来型の
耐震設計方法において問題が残されていた特殊な構造・
使用目的の建物を、それらの問題を解決しながら安全を
保証して建築可能とするものである。

【００２２】

【課題を解決するための手段】本発明は、後述する手順
によって、建物の規模と免震対象とする地震の大きさか
ら、積層ゴムと、弾塑性ダンパーの仕様を決定する方法
である。具体的な設計手順を説明する前に、設計の前提
となる事項について説明しておく。

【００２３】本設計方法において用いる免震部材は、性
能確認済みのもののみとする。これは、設計時に大地震
時の建物挙動を工学的定量性を以って、予想可能なもの
とするためである。性能確認済みの免震部材として、積
層ゴムは天然ゴム系積層ゴムを、弾塑性ダンパーは、鉛
又は鋼棒を利用した履歴型ダンパーを採用する。これら
は多数のデータが揃っているので、直ちに利用可能であ
る。

【００２４】また、使用される標準型積層ゴムの形状
は、前述したように、１次形状係数Ｓ₁を２０〜３０程
度、２次形状係数Ｓ₂を５以上とする。この積層ゴム
は、常時面圧σは１００〜２００kg／cm²、せん断変形
率で２５０％程度以下の条件で使用されることが予定さ
れ、弾塑性ダンパーは、完全弾性型としてモデル化し、
必要な振動エネルギー吸収能力を持つものを選定するこ
とが予定される。

【００２５】免震対象とする地震によるエネルギー入力
量は、エネルギーの等価速度Ｖ_Eで表され、以下の説明
例では、地盤種別毎に以下の様に設定するものとする。 第１種地盤：Ｖ_E＝１２０cm／sec 第２種地盤：Ｖ_E＝１５０cm／sec 第３種地盤：Ｖ_E＝２００cm／sec

【００２６】設計の過程で、図２〜図１６に示す、次の
ような(イ)〜(ヘ) のグラフが参照される。各グラフに用
いられている記号は次のように定義される。 Ｗ：建物総重量（ton） Ｋ_h：積層ゴムの水平剛性の総計（ton／cm） Ｔ_f：免震建築の周期（＝２π〔Ｗ／Ｋ_hg〕^1/2）（se
c） Ｑ_f：積層ゴムのせん断力の総計（ton） α_f：積層ゴムのせん断力係数（＝Ｑ_f／Ｗ） Ｑ_y：ダンパーの降伏耐力の総計（ton） α_s：ダンパーの降伏せん断力係数（＝Ｑ_y／Ｗ） α₁：べースシヤ係数（＝α_s＋α_f） δ_max：免震層最大変位（cm） ｇ：重力加速度（＝９８０cm／sec²） ただし、これらのグラフにおいて、積層ゴムは常に線形
とし、そのせん断力係数はＧ＝４kg／cm²としている。

【００２７】これらのグラフは、エネルギーの等価速度
Ｖ_Eで表される地震によるエネルギー入力量が、積層ゴ
ムの弾性歪エネルギーとダンパーの塑性歪エネルギーと
の総和に一致することから導かれる応答予測式等に基づ
き作成される。

【００２８】この応答予測式について、さらに説明す
る。地震により建物に投入されるエネルギー入力は、地
震力（−ｍｙ）の作用により建物が変形するときに、こ
の地震力によってなされた仕事（＝力×変位）の総和の
ことである。このエネルギー入力量Ｅは、建物の１次固
有周期と建物総質量にしか依存しない安定した量である
ことが分かっている。従って、エネルギー入力量Ｅは、
等価速度Ｖ_Eを用いて次式のように表される。

【数３】 等価速度Ｖ_Eは、建物の周期に影響され変動するが、免
震建築の周期領域では、ほぼ一定と考えられている。

【００２９】免震建築に於いては、上部構造は地震によ
る入力エネルギーの吸収には関与せず、積層ゴムとダン
パーのみがエネルギー吸収を行うことになる。図２４に
示したように積層ゴムは線形の復元力特性、弾塑性ダン
パーは完全弾塑性型の復元力特性でモデル化できる。積
層ゴムの弾性歪エネルギーをＷ_e、ダンパーの塑性歪エ
ネルギー（履歴曲線で囲まれる面積に相当）をＷ_pとす
る時、エネルギーの釣り合いは次式で表せる。 Ｗ_e＋Ｗ_p＝Ｅ

【００３０】Ｗ_eとＷ_pを免震層変位δ_maxや免震建築の
周期Ｔ_fで表して、整理することでべースシヤ係数α
₁が、δ_max、Ｔ_f、及びＶ_Eの関数として求められる。な
お、この応答予測式は、「日本建築学会免震建築設計指
針（第２版）１９９３年」に詳しく説明されている。応
答予測式により導かれるグラフは次の(イ) (ロ) 〔図２〜
図７〕である。 (イ) べースシヤ係数α₁と免震層最大変位δ_maxの関係
を、免震建築の周期Ｔ_fごとに示すグラフ〔地盤種別
（等価速度Ｖ_E）毎に作成される。〕 (ロ) 周期Ｔ_fと最大変位δ_maxの関係を、ダンパーの降伏
せん断力係数α_sごとに示すグラフ〔地盤種別（等価速
度Ｖ_E）毎に作成される。〕

【００３１】また、積層ゴムの形状によって決まる水平
剛性と免震建築の固有周期等から、次の(ハ) 〜(ヘ) のグ
ラフ〔図８〜図１６〕が算出される。 (ハ) 積層ゴム直径Ｄと面圧σの関係を、免震建築の周期
Ｔ_f毎に描いたグラフ（各２次形状形数ごとに作成され
る。） (ニ) 柱軸力と積層ゴム直径Ｄの関係を、面圧σをパラメ
ータにして描いたグラフ (ホ) 積層ゴムの水平剛性と直径Ｄの関係を２次形状係数
Ｓ₂毎に示すグラフ (ヘ) 積層ゴムの鉛直剛性と直径Ｄとの関係を１次形状係
数Ｓ₁毎に示すグラフ

【００３２】図中のＢは、ゴム材料の体積弾性率、κは
ゴム硬度による修正係数である。積層ゴムの剛性算出式
の詳細については、前記「日本建築学会免震建築設計指
針」に記載されている。

【００３３】(イ) のグラフからは、べースシヤ係数が、
ある変位で極小値をとることが分かる。周期Ｔ_fが大き
い程、べースシヤ係数α₁は小さくなる。免震建築の周
期Ｔ_fが４秒以上の時、地震時応答が入力波の影響を受
けにくく、応答値も十分小さくなることが分かってい
る。よって、周期４秒以上となるように設計すること
が、性能の高い免震建築実現の為には必要である。α₁
が極小値をとる免震層変位は、免震建築の周期にかかわ
らず、２０〜４０cm程度である。

【００３４】(ハ) のグラフは周期Ｔ_fと最大変位δ_maxの
関係を示し、積層ゴムの直径Ｄ毎の、免震建築の周期を
達成するために必要な面圧のレべルを知ることができ
る。

【００３５】柱軸力と積層ゴム直径Ｄの関係を、面圧σ
をパラメータにして描いた(ニ) のグラフからは、１つの
柱毎に積層ゴムの直径と面圧の関係を知ることができ
る。

【００３６】(ホ) のグラフからは、２次形状係数Ｓ₂に
ついての積層ゴムの水平剛性と直径Ｄの関係がわかる。
水平剛性は直径や２次形状係数Ｓ₂に比例して大きくな
る。Ｇ＝４kg／cm²としているが、より柔らかいゴム材
料を用いることができれば、水平剛性をより小さくする
ことができる。

【００３７】(ヘ) のグラフは、１次形状係数Ｓ₁につい
ての積層ゴムの鉛直剛性と直径Ｄとの関係を示す。鉛直
剛性は、１次形状係数Ｓ₁の増加に伴い増大している。
(ホ)と(ヘ) のグラフより、鉛直剛性と水平剛性の比は、
１０００〜２０００倍程度に設定できることがわかる。
これは、一般認識として必要とされている２００倍以上
という値を大きく上回るものである。このグラフ(ホ)と
(ヘ)より、この発明で設計された積層ゴムの支持性能を
確認できる。

【００３８】本発明方法は、これらのグラフ(イ)〜(ホ)を
用い、上記標準型積層ゴムと弾塑性型ダンパーの諸値
を、以下の(1) から(10) 手順を踏むことにより決定す
る。（この概要は、図１のフローチャートに示され
る。）

【００３９】(1) 建物平面計画 各標準型積層ゴムに載荷される柱軸力を算出し，地盤種
別（地震のエネルギー入力量Ｅの等価速度Ｖ_E）を決定
する。 (2) 免震建築の性能決定 (1) で設定したＶ_Eに基づいて、設計条件に合致する免
震層変位δ_maxとべースシヤ係数α₁を得るために必要な
免震建築の周期Ｔ_fとダンパーの降伏せん断力係数α
_sを、上記グラフ(イ)，(ロ) から設定する。 (3) 積層ゴムの最小径の算出 積層ゴムの最小径は、免震層変位δ_maxの２倍とする。 (4) 積層ゴムの面圧σの把握 グラフ(ハ) より、(2) で設定した免震建築の周期Ｔ_fを
得るために必要な面圧を把握する。 (5) 積層ゴム直径の選択 平均的に(4) で得られた面圧になるように、グラフ(ニ)
を用いて、各柱軸力に対応する積層ゴムの直径Ｄを選択
する。積層ゴムの直径は、(3) で求めた最小径以上とす
る。積層ゴムの直径が１００cmを越える様な場合には、
柱下に２体の積層ゴムを設置することも検討する。 (6) 水平剛性の算出 各積層ゴム直径に応じた水平剛性を算出し、グラフ(ホ)
より、免震層全体の水平剛性Ｋ_hを求める。 (7) 免震建築の周期の比較 (6) で得られた水平剛性から算出した周期Ｔと(2) で設
定した免震建築の周期Ｔ_fを比較する。両者がほぼ一致
する場合は(8) へ、異なる場合は(5)へ戻り、直径の再
設定を行う。それでも設定した周期に対応しない場合
は、(1) 若しくは(2) へ戻り、全体計画の見直し、ある
いは設計条件を再考する。 (8) 積層ゴムの仕様の決定 直径やゴム厚の組み合わせに注意し、上記１次形状係数
及び２次形状係数の範囲を満たすようにする。 (9) ダンパーの仕様の決定 設定した降伏せん断力係数α_sに建物全重量Ｗを乗じ
て、必要な降伏耐力を求め、これを満たす様にダンパー
の種類と個数を決定する。 (10) ねじれの検討 ダンパーの配置計画は、上部構造の重心と免震層の剛心
をできるだけ一致させるように行う。

【００４０】なお、本発明方法は、具体例である図２〜
図１６のグラフの使用に限定されないことはもちろんで
ある。すなわち、前記地盤種別は便宜上の分類であっ
て、入力エネルギーの等価速度Ｖ_Eは任意に区分できる
し、積層ゴムに異なるせん断力係数Ｇのもの、例えば３
kg／cm²、或いは２kg／cm²のものを用いることもでき
る。これらの場合は、これに対応して上記グラフ(イ)〜
(ヘ) が同様に作成され、使用されることになる。

【００４１】

【作用】上記設計方法は、建物の規模と積層ゴムの配置
によって決まる積層ゴムに載荷される柱軸力と、予想さ
れる地震の規模等に応じて設定した地盤の種類（等価速
度Ｖ_E）から、所定のグラフを用いて、設計条件（最大
変位δ_maxとスペーシャ係数α₁）に応じた建物の周期Ｔ
_fとダンパーの降伏せん断力α_sを決定し、面圧σとの関
係で積層ゴムの直径Ｄを仮に決定する。

【００４２】さらに、これによって定まる、免震層全体
のせん断ばね係数が、周期Ｔ_fに合致するか否かを確認
することにより、直径Ｄとダンパーのα_Sを最終決定す
る。

【００４３】積層ゴムの直径Ｄと弾塑性ダンパーの降伏
せん断力α_Sが決まれば、一次形状係数Ｓ₁と二次形状係
数Ｓ₂が所定条件を満たすように積層ゴムの仕様を選択
し、弾塑性ダンパーの大きさと配置個数を決定すること
ができる。

【００４４】このように本発明は、積層ゴムの大きさと
必要な弾塑性ダンパーの量を、設計条件に応じて、既知
のデータより合理的に決定できるから、免震設計をだれ
にでも画一的に行うことができるようになり、免震建築
の設計が容易になる。

【００４５】また、この発明の方法で設計することによ
り、従来の耐震設計方法では、問題があるとされていた
特殊建物を、後述するように、それらの問題を解決して
安全に建てることができるようになる。

【００４６】

【実施例】本発明方法で設計される免震構造は、一般の
建物の全てに地震対策として適用できる他、道路脇の建
物、駅舎その他において地震以外の振動外乱を遮断し、
空間の安定性を追求するための構造としても利用でき、
万能型の免震構造と言える。次に、本発明の設計方法の
実施対象例として、従来の耐震設計方法では難点が大き
かった特殊な建物について説明する。

【００４７】これは、従来の耐震設計方法では、 耐
震強度が与えにくい、 内部機能が損なわれる、 設
計上の制約が大きくなる等の問題があったが、本発明方
法で設計することによって、初めて、それらの問題を解
決できる特殊な建物である。

【００４８】 従来の耐震設計法では耐震強度が与え
にくい建物としては、図１７に示すような、レンガ造
り、石造り、コンクリートブロック造り、プレキャスト
コンクリートパネルの組立構造等の建物がある。これら
は、個々の部材間の接合が地震外乱に対して耐力不足と
なるため、何等かの耐震補強策が要求され、我が国では
規模の規制が更に強化されようとしているものである。

【００４９】このような建物に対して、本発明方法で設
計を行うと、免震層によって地震入力を絶縁できるた
め、建物自体は静止状態の自重にのみ耐えるように設計
すればよくなり、高層化も容易に可能となる。

【００５０】 また、従来の耐震設計法では、地震に
より建物の内部機能が損なわれてしまう建物としては、
学校、病院、庁舎、コンピュータセンター等がある。こ
れらの建物は、建物内の人の安全確保、災害時にも機能
が保持されること、内部器材を振動から高度に保護する
ことが要求されているものであるが、耐震設計方法では
地震入力を、各階に分散吸収させるという考えに立つた
め、大地震に対し、その機能を保証できなかった。これ
らの建物を、本発明方法で免震建築として設計すると、
建物自体を保護しながら小振動から大地震までの範囲
で、内部空間への振動伝達を極めて小さなものとし、そ
の機能を確保できる。

【００５１】 従来の耐震設計方法では、設計上の制
約が大きくなる建物とは、空間の機能を最優先し、耐震
安全性の確保が建築計画上の要求と著しく対立するよう
な建物をいう。これは、例えば図１８に示したような巨
大空間を地上階にとり上部にオフィス空間を設定した都
市型建築、銀行のバンキングホール、市庁舎、劇場等の
一階部分のホール、ホワイエ、更に一階部分にピロティ
ー、駐車場の上部に住居部分を持つマンション、鉄道道
路に近接又は跨いで建つ建物、ショッピングモールの上
に住居部分を持つ複合ビル等が挙げられる。

【００５２】このような建物を、従来の耐震設計法で建
設すると、地震に耐えることを条件とする支持部材の構
成・配置で、下部空間の設計に甚だしい制約を受ける
が、本発明方法で設計すると、支持部材は建物の静止重
量を支えればよいので、その設計制約を著しく緩和若し
くは排除することが可能である。

【００５３】また、高さに対して接地面積が小さく、か
つ水平断面の縦横比が大きいスレンダー（薄型）な形状
のため、ロッキングによって転倒しやすい建物の基礎
を、この発明の方法で設計すれば、地震による転倒のお
それなく容易に建てることができる。

【００５４】

【発明の効果】この発明方法によれば、積層ゴムと弾塑
性ダンパーを組み合わせて構成され、本出願人が実物大
実験によって実用範囲を確認した免震建築を、実際の建
物に即し、要求性能に対し最適化して、容易に設計でき
るようになる。

【００５５】この方法は、上記免震建築について実物大
実験等によって蓄積されたデータに基づき工学的定量性
をもって、その性能を決定するものであるため、大地震
に対しても高い信頼性が保証される。これは、現実の建
物に対し実物大実験なく、ただちに実施できるという点
で大きな利点となる。

【００５６】また、この発明方法で免震層を設計するこ
とにより、在来型の手法で非地震地域に建設されて来た
建築物（前記レンガ造りの建物等）を、地震発生のおそ
れがある地域に、容易に導入できるようになる。これ
は、耐震上補強建て替えが必要になった既存建築物に、
これを行わず、この発明によって設計される免震層を基
礎部に組み入れることによって現状維持が図れることを
も意味する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の実施手順を示すフローチャート

【図２】べースシヤ係数α₁と免震層最大変位δ_maxの関
係を、免震建築の周期Ｔ_fごとに示す第１種地盤（Ｖ_E＝
１２０cm／sec）におけるグラフ(イ)

【図３】周期Ｔ_fと最大変位δ_maxの関係を、ダンパーの
降伏せん断力係数α_sごとに示す第１種地盤（Ｖ_E＝１２
０cm／sec）におけるグラフ(ロ)

【図４】べースシヤ係数α₁と免震層最大変位δ_maxの関
係を、免震建築の周期Ｔ_fごとに示す第２種地盤（Ｖ_E＝
１５０cm／sec）におけるグラフ(イ)

【図５】周期Ｔ_fと最大変位δ_maxの関係を、ダンパーの
降伏せん断力係数α_sごとに示す第２種地盤（Ｖ_E＝１５
０cm／sec）におけるグラフ(ロ)

【図６】べースシヤ係数α₁と免震層最大変位δ_maxの関
係を、免震建築の周期Ｔ_fごとに示す第３種地盤（Ｖ_E＝
２００cm／sec）におけるグラフ(イ)

【図７】周期Ｔ_fと最大変位δ_maxの関係を、ダンパーの
降伏せん断力係数α_sごとに示す第３種地盤（Ｖ_E＝２０
０cm／sec）におけるグラフ(ロ)

【図８】積層ゴム直径Ｄと面圧σの関係を、免震建築の
周期Ｔ_fごとに描いた２次形状係数Ｓ₂＝５の場合のグラ
フ(ハ)

【図９】積層ゴム直径Ｄと面圧σの関係を、免震建築の
周期Ｔ_fごとに描いた２次形状係数Ｓ₂＝６の場合のグラ
フ(ハ)

【図１０】積層ゴム直径Ｄと面圧σの関係を、免震建築
の周期Ｔ_fごとに描いた２次形状係数Ｓ₂＝７の場合のグ
ラフ(ハ)

【図１１図】柱軸力と積層ゴム直径Ｄの関係を、面圧σ
をパラメータにして描いた積層ゴム１体の場合のグラフ
(ニ)

【図１２図】柱軸力と積層ゴム直径Ｄの関係を、面圧σ
をパラメータにして描いた積層ゴム２体の場合のグラフ
(ニ)

【図１３図】積層ゴムの水平剛性と直径Ｄの関係を２次
形状係数Ｓ₂ごとに示すグラフ(ホ)

【図１４図】積層ゴムの鉛直剛性と直径Ｄとの関係を２
次形状係数Ｓ₂＝５とし、各１次形状係数Ｓ₁毎に示した
グラフ(ヘ)

【図１５図】積層ゴムの鉛直剛性と直径Ｄとの関係を、
２次形状係数Ｓ₂＝６として、各１次形状係数Ｓ₁毎に示
したグラフ(ヘ)

【図１６図】積層ゴムの鉛直剛性と直径Ｄとの関係を２
次形状係数Ｓ₂＝７として、各１次形状係数Ｓ₁毎に示し
たグラフ(ヘ)

【図１７図】レンガ造り、石造りの建物の例を示す図

【図１８図】ホール、駐車場等の巨大空間を下部に持つ
建物の例を示す図

【図１９図】本発明方法の設計対象とする免震建築の基
本構造を示す図

【図２０図】積層ゴムの構造を説明する図

【図２１図】積層ゴムの変形の機構を中間鋼板を持たな
いゴムブロックと比較して示す図

【図２２図】弾塑性ダンパーの構造例を示す図

【図２３図】免震建築の免震作用のイメージを在来構造
と比較して示す図

【図２４図】免震層を構成する積層ゴムと弾塑性ダンパ
ーの復元力特性をモデル化して示す図

【符号の説明】

１ 建物 ２ 積層ゴム ３ 弾塑性ダンパー ４ 免震層 ５ ゴムシート ６ 鋼板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１次形状係数Ｓ₁が２０〜３０程度、２次
   形状係数Ｓ₂が５以上の形状を持ち、常時面圧σが１０
   ０〜２００kg／cm²、せん断変形率で２５０％程度以下
   の条件で使用される標準型積層ゴムと、弾塑性型ダンパ
   ーとを、建物下部に免震層として持つ免震建築を設計す
   るに際し、 エネルギーの等価速度Ｖ_Eで表される地震によるエネル
   ギー入力量が、積層ゴムの弾性歪エネルギーとダンパー
   の塑性歪エネルギーとの総和に一致することから導かれ
   る応答予測式等に基づき作成された次のグラフ(イ)〜
   (ホ)、 すなわち、 (イ) べースシヤ係数α₁と免震層最大変位δ_maxの関係
   を、免震建築の周期Ｔ_fごとに示したグラフ〔等価速度
   Ｖ_E（地盤種別）毎に作成される。〕 (ロ) 周期Ｔ_fと最大変位δ_maxの関係を、ダンパーの降伏
   せん断力係数α_sごとに示したグラフ〔等価速度Ｖ_E（地
   盤種別）毎に作成される。〕 (ハ) 積層ゴム直径Ｄと面圧σの関係を、周期Ｔ_fごとに
   描いたグラフ（各２次形状形数ごとに作成される。） (ニ) 柱軸力と積層ゴム直径Ｄの関係を、面圧σをパラメ
   ータにして描いたグラフ (ホ) 積層ゴムの水平剛性と直径Ｄの関係を２次形状係数
   Ｓ₂毎に示したグラフに基づき、 上記標準型積層ゴムと弾塑性型ダンパーの諸値を、以下
   の(1) から(10) の手順を踏むことにより決定すること
   を特徴とする免震建築の設計方法。 「設計手順」 (1) 建物平面計画 各標準型積層ゴムに載荷される柱軸力を算出し，地盤種
   別（地震のエネルギー入力量Ｅの等価速度Ｖ_E）を決定
   する。 (2) 免震建築の性能決定 (1) で設定したＶ_Eに基づいて、設計条件に合致する免
   震層変位δ_maxとべースシヤ係数α₁を得るために必要な
   免震建築の周期Ｔ_fとダンパーの降伏せん断力係数α
   _sを、上記グラフ(イ)，(ロ) から設定する。 (3) 積層ゴムの最小径の算出 積層ゴムの最小径は、免震層変位δ_maxの２倍とする。 (4) 積層ゴムの面圧σの把握 グラフ(ハ) より、(2) で設定した免震建築の周期Ｔ_fを
   得るために必要な面圧を把握する。 (5) 積層ゴム直径の選択 平均的に(4) で得られた面圧になるように、グラフ(ニ)
   を用いて、各柱軸力に対応する積層ゴムの直径Ｄを選択
   する。積層ゴムの直径は、(3) で求めた最小径以上とす
   る。積層ゴムの直径が１００cmを越える様な場合には、
   柱下に２体の積層ゴムを設置することも検討する。 (6) 水平剛性の算出 各積層ゴム直径に応じた水平剛性を算出し、グラフ(ホ)
   より、免震層全体の水平剛性Ｋ_hを求める。 (7) 免震建築の周期の比較 (6) で得られた水平剛性から算出した周期Ｔと(2) で設
   定した免震建築の周期Ｔ_fを比較する。両者がほぼ一致
   する場合は(8) へ、異なる場合は(5)へ戻り、直径の再
   設定を行う。それでも設定した周期に対応しない場合
   は、(1) 若しくは(2) へ戻り、全体計画の見直し、ある
   いは設計条件を再考する。 (8) 積層ゴムの仕様の決定 直径やゴム厚の組み合わせに注意し、上記１次形状係数
   及び２次形状係数の範囲を満たすようにする。 (9) ダンパーの仕様の決定 設定した降伏せん断力係数α_sに建物全重量Ｗを乗じ
   て、必要な降伏耐力を求め、これを満たす様にダンパー
   の種類と個数を決定する。 (10) ねじれの検討 ダンパーの配置計画は、上部構造の重心と免震層の剛心
   をできるだけ一致させるように行う。
2. 【請求項２】レンガ造り、プレキャストコンクリートパ
   ネルの組立構造のように、個々の部材間の接合が地震外
   乱に対して耐力不足となる建物の基礎を、請求項１に記
   載の方法で設計した免震層によって形成し、部材間に要
   求される接合強度を緩和したことを特徴とする特殊建
   物。
3. 【請求項３】病院、コンピュータセンタ等の耐震構造設
   計のみでは地震時に伝達される振動によって内部空間の
   機能が損なわれる建物の基礎を、請求項１に記載の方法
   で設計した免震層によって形成し、地震時にも、内部空
   間の機能を保つようにしたことを特徴とする特殊建物。
4. 【請求項４】下部に、ホール、駐車場等の巨大空間を持
   つ建物の基礎を、請求項１に記載の方法で設計した免震
   層によって形成し、この巨大空間を設計する際の耐震上
   の制約を緩和したことを特徴とする特殊建物。