JPH09209607A - 低層建築物の基礎構造 - Google Patents

低層建築物の基礎構造

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JPH09209607A
JPH09209607A JP1507696A JP1507696A JPH09209607A JP H09209607 A JPH09209607 A JP H09209607A JP 1507696 A JP1507696 A JP 1507696A JP 1507696 A JP1507696 A JP 1507696A JP H09209607 A JPH09209607 A JP H09209607A
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JP
Japan
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building
seismic isolation
isolation device
load
rigidity
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JP1507696A
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English (en)
Inventor
Takashi Kurosawa
澤 隆 志 黒
Tatsuya Miyake
宅 辰 哉 三
Tsutomu Hanai
井 勉 花
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Asahi Chemical Industry Co Ltd
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Publication date
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  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、降伏耐力を低めに設定することによ
り、あえて強風時に建築物が受ける荷重を二次剛性領域
内に設定し、軽量な低層建築物でも十分な免震性能を発
揮できる免震装置を有する基礎構造を提案する。 【解決手段】有限の初期剛性ksと二次剛性k2とを有する
免震装置1を基礎部に用いる低層建築物の基礎構造にお
いて、二次剛性に寄与する降伏せん断係数αs を下げる
ことにより、前記免震装置が少なくとも建築物2の設計
最大風速時に受ける荷重が前記二次剛性領域k2にあるよ
うに免震設定されてる低層建築物の基礎構造とすること
で、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、免震装置を取り付
けた建築物の基礎構造であって、特に、低層建築物に用
いることができる基礎構造に関する。
【0002】
【従来の技術】免震建築物とは、積層ゴムなど柔軟な物
質を用いた免震装置を建築物と地面との間に介在させ、
建築物を力学的に地面から切り離すことにより、地震に
よる地面の水平方向の揺れが建物を揺らさないようにし
た建築物である。かかる構造は、地震の際、建築物に与
える被害を効果的に小さくすることができることから、
近年では高層ビルのみならず集合住宅の基礎構造にも採
用されるようになっている。
【0003】例えば、広く免震装置として使用される積
層ゴムの変形特性は、所定の荷重(降伏耐力)まで剛性
(荷重/変形量)が大きい初期剛性と、降伏耐力を境と
して剛性が小さい二次剛性とが組み合わされてなる。免
震装置は、地震の際に建築物にかかる最大荷重が二次剛
性領域内にあるように免震設定され、その機能を発揮す
るようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】その反面、免震装置が
あることにより、建築物が風を受けるとその風圧力によ
り建築物が揺れてしまう可能性がある。このため、従来
は、降伏耐力を高い値に設定して、たとえ強風時でも風
圧力により建築物にかかる荷重を初期剛性領域内に留ま
るようにしていた。
【0005】しかしながら、かかる免震設定によっては
積層ゴムは固めのものを用いざるを得ず、地震時に発揮
すべき免震性能が低下してしまうという問題点があっ
た。特に、相対的に地震による荷重より風による荷重の
影響を受けやすい軽量の低層住宅にあっては、この免震
性能の低下が顕著となり、2、3階建ての住宅建築にお
いてかかる免震装置を有する基礎構造が普及していない
ことの大きな要因となっていた。
【0006】そこで、本発明は、降伏耐力を低めに設定
することにより、あえて強風時に建築物が受ける荷重を
二次剛性領域内に設定し、十分な免震性能を持つ低層建
築物の基礎構造を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、有限の初期剛
性と二次剛性とを有する免震装置を基礎部に用いる低層
建築物の基礎構造において、降伏せん断力係数を下げる
ことにより、前記免震装置が少なくとも建築物の設計最
大風速時に受ける荷重が前記二次剛性領域にあるように
免震設定されてる低層建築物の基礎構造を提案すること
によって上記課題を解決する。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図1乃至図5に
基づいて説明する。図1は免震装置を基礎構造に取り付
けた建築物の模式図、図2は振動特性を解析するための
振動モデルを示す説明図、図3は免震層復元力特性を示
す説明図、図4は風圧力による振動特性を解析するため
の建築物モデルを示す説明図、さらに図5及び図6は模
擬風力波による荷重変形履歴曲線を示すグラフである。
【0009】図1に示すように、免震装置1は建築物2
と地面G上に配置された建物基礎3との間に複数配置さ
れる。免震装置1には積層ゴムやすべり支承等多数種類
があるが、本実施例では積層ゴムを使用した免震装置を
用いている。
【0010】図2は、図1の建築物の構造をさらに解析
用に摸式化したものである。建築物1に振動が加わった
場合は、その震動特性は、建築物の重さWを地面G上で
バネSと減衰器Dを用いて支持するモデルによって解析
される。
【0011】上記した解析モデルに地震波を入力した場
合の免震装置の荷重と変形量との関係について、震層復
元力特性を示したグラフが図3となる。同図に示すよう
に、免震装置の同特性は、所定の荷重、すなわち降伏耐
力Aまで単位荷重あたりの変形量が小さく、剛性(荷重
/変形量)が大きい初期剛性ks(同領域)と、降伏耐
力A以上の荷重がかかった際、単位荷重あたりの変形量
が大きく、剛性が小さい二次剛性k2(同領域)及び前
記降伏耐力Aの三者で定義される。
【0012】二次剛性領域において(荷重がプラス
時)、復元力特性のQ軸との切片は、降伏せん断力係数
αs と質量M、重力加速度gを用いて、αs ・M・g
(=αs・W:但しWは重さ)と表される。なお、これ
ら初期剛性ks、二次剛性k2、降伏せん断力係数αs は、
いずれも免震装置の構造、またこれに使用する積層ゴム
の材料特性等によって決定される。
【0013】地震波は振動であるため、プラスの荷重と
マイナスの荷重とが繰り返される。そのため、その荷重
が降伏耐力A以上であれば、免震層復元力特性は、同図
に示すように菱形のループ軌跡を描き、免震装置の変形
はδa(プラス値)とδb(マイナス値)との間で振幅
し、この変形により、建築物に伝達される地震力は大幅
に低減される。
【0014】次に、図4の建築物モデルを用い、風圧力
による振動特性を調べる。同建築物モデルは、3階建て
の鉄骨造住宅を想定し、その形状は、高さH=9m、幅
B=10m、奥行D=5mの大きさを有し、全体の重さW
a =80tfと設定している。そして、同図正面、斜線で表
されている面に風圧力を受けるものと仮定している。同
建築モデルでは、免震装置は8つ設置され、均等に建築
物を支持するものとして、各免震装置にかかる荷重Wは
10tfとなる。
【0015】本実施例では、免震装置1により支持され
る建築物2を上記建築物モデルと仮定し、上記免震層復
元力特性において、初期剛性ks、二次剛性k2、降伏せん
断力係数αs を、それぞれks=10.0t/cm、k2=0.60t/c
m、αs =0.04としている。従って、復元力特性(荷重
がプラス時)のQ軸との切片であるαs・M・gの値
は、3.2 tfとなる。また、免震層復元力特性は、図3に
示すバイリニア型モデルに粘性減衰が付加されたものと
し、免震装置1の粘性減衰定数hを0.05に設定してい
る。なお、ここで、初期剛性ksの値は従来の高層建築物
に使用される免震装置の初期剛性の値に比べて、高めに
設定されている。
【0016】上記建築物モデルの振動方程式として、 m・x”+F(x,t)=−Q(t) (但しmは質点の質量、xは質点の変位、”は時間に関
する2階微分、F(x,t)は免震層の復元力、Q
(t)は風圧力である)を用いる。
【0017】風圧力波は電算機上のシュミレーションに
よって設定する。建築区分を建築物荷重指針(日本建築
学会刊)の区分III (高さ数mから10m程度の障害物
が密集しているか、あるいは中層建築物(4〜9階)が
散在している地域)とし、想定平均風速Uhを15m/sec
の場合(1年再現期待値)、30m/sec の場合(50年再
現期待値)について模擬風圧力波を作り出す。そして、
これらの模擬風圧力波を上記振動方程式に入力して、免
震装置の荷重変形特性を調べる。
【0018】図5に想定平均風速Uhが15m/sec の場合
の荷重変形履歴曲線を示す。かかる模擬風圧力波を入力
した際、その最大応答加速度Am は1.88gal に、また応
答加速度波の平均周期T0 は0.605 sec になるが(図示
せず)、この同図に示す変形量δ−荷重Qの関係を図3
の免震層復元力特性に対応させると、最大荷重Qm は0.
28tf(<αs・M・g/8=0.4tf)であり初期剛性
領域内に留まり、また最大変形量δm も0.28cmに過ぎ
ず、その応答は初期剛性ks のもとでの線形応答となっ
ていることがわかる。
【0019】次に、図6に同Uhが30m/sec の場合の荷
重変形履歴曲線を示す。この場合の最大応答加速度Am
は16.88 gal となり、応答加速度波の平均周期T0 は0.
595sec となる(図示せず)。上記と同様に模擬風圧力
による応答特性を、図3と対応させると、最大荷重Qm
は1.02tf(>αs・M・g/8=0.4tf)となって二
次剛性領域に移行し、最大変形量δm は8.57cmに達す
る。図3と図6を比較すれば明瞭なごとく、振動である
地震波による応答特性と異なり、指向性をもって入力さ
れる風力波によっては図3に示すようなループを描くこ
とはなく、風圧力によって免震装置が大きな振幅で振動
してしまうことがないことがわかる。
【0020】また、本振動モデルの初期剛性下における
固有周期は 2π√(M/ks)=0.568 sec であり、
想定平均風速Uhが30m/sec である場合の応答加速度波
の平均周期0.595 sec は前記固有周期とほぼ一致する値
となる。従って、風圧時の免震装置の挙動は, 初期剛性
下での免震装置の挙動とほぼ等しく、その挙動は初期剛
性ksに支配されることがわかる。本実施例の免震装置1
は初期剛性ksを高めに設定しているため、体感振動を低
減させることができる。
【0021】以上説明したように、本実施例の建築物の
基礎構造においては、免震装置に使用する積層ゴムの材
質、またはその構造を適当に選択することにより、降伏
せん断力係数αsを小さくし(具体的には、0.01〜
0.05が望ましい)、免震装置におけるαs・M・g
の値(降伏耐力Aは同値に従属して決定される)を小さ
い値とすることで、設計最大風速時に風圧力によって建
築物が受ける荷重を二次剛性領域内に設定することを
可能としている。このため、従来のように風圧力による
最大荷重を降伏耐力A以下に設定する制約がないため
に、個建ての住宅など、軽量建築物においても有効な免
震機構を有する基礎構造を構築することができる。
【0022】加えて、本実施例の基礎構造においては、
免震装置の初期剛性ksを高い値に設定すれば、この値に
依存する二次剛性領域に入る風圧力荷重による体感振動
を低いものに押さえることができる。
【0023】なお、本実施例においては、免震装置とし
て積層ゴムを用いた装置について説明したが、初期剛性
と二次剛性とが組み合わされる免震層復元力特性を有す
る免震装置であれば、この構造に限らず、本件発明を応
用できることは当然である。また、建築物を複数の免震
装置が支持する場合、建築物の重心等を考慮してこれら
免震装置の降伏せん断力係数αs の値や初期剛性ksの値
を個々に設定してもよい。さらに、上記実施例のシュミ
レーション条件について具体的な数値を挙げたが、これ
らは一具体例に過ぎず、これらの条件に限定されるもの
でないことは勿論である。
【0024】
【発明の効果】本発明によっては、免震装置の降伏せん
断力係数を小さくすることによって、あえて強風時に建
築物が受ける荷重を二次剛性領域内に設定したために、
降伏耐力を低い値とすることができ、もって軽量な低層
建築物であっても、十分な免震性能を発揮できる基礎構
造を構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】免震装置を基礎構造に有する建築物の模式図で
ある。
【図2】振動特性を解析するための振動モデルの説明図
である。
【図3】免震層復元力特性を示す説明図である。
【図4】風圧力による振動特性を解析するための建築物
モデルを示す説明図である。
【図5】模擬風力波による荷重変形履歴曲線を示すグラ
フである。
【図6】模擬風力波による荷重変形履歴曲線を示すグラ
フである。
【符号の説明】
1…免震装置 2…建築物 3…基礎構造 G…地面

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有限の初期剛性と二次剛性とを有する免
    震装置を基礎部に用いる低層建築物の基礎構造におい
    て、降伏せん断力係数を下げることにより、前記免震装
    置が少なくとも建築物の設計最大風速時に受ける荷重が
    前記二次剛性領域にあるように免震設定されてることを
    特徴とする低層建築物の基礎構造。
JP1507696A 1996-01-31 1996-01-31 低層建築物の基礎構造 Withdrawn JPH09209607A (ja)

Priority Applications (1)

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JP1507696A JPH09209607A (ja) 1996-01-31 1996-01-31 低層建築物の基礎構造

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JP1507696A JPH09209607A (ja) 1996-01-31 1996-01-31 低層建築物の基礎構造

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JPH09209607A true JPH09209607A (ja) 1997-08-12

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JP1507696A Withdrawn JPH09209607A (ja) 1996-01-31 1996-01-31 低層建築物の基礎構造

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JP (1) JPH09209607A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010091339A (ja) * 2008-10-06 2010-04-22 Takenaka Komuten Co Ltd 復元力特性同定方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010091339A (ja) * 2008-10-06 2010-04-22 Takenaka Komuten Co Ltd 復元力特性同定方法

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Legal Events

Date Code Title Description
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Effective date: 20030401