JPS60250170A - 建物の地震負荷を減少する漸進衝撃吸収システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明の主題は建物の地震負荷を減少するための漸進衝
撃吸収システムであり、運動減衰サンドウィッチシステ
ムとエネルギー吸収スチールブロックが建物の基礎と上
部構造の間に配置される。

地震の衝撃効果による加速運動が建物の部品に達すると
各種の建物が地震負荷にさらされることは一般に知られ
ている。

地震力を減少する一つの方法は建物の寸法を縮小するこ
とであり、そして建築の進歩に伴なってこの分野で著し
い結果が達成された。

地震力を減少する他の可能な方法は建物の基礎と上部構
造の間の有益な中間システムであって。

地震衝撃中に起きるエネルギーの吸収に適するものであ
る。他の地震負荷を減少する方法は本質的にこのパター
ンに従っている。

成る場合には、基礎と上部構造の間に弱い壁部が構成さ
れ、それは地震運動で破壊し、且つそのように作られた
変形がエネルギーの可成シの部分を吸収する０そのよう
な壁は大きな変形に抵抗するのに適した建物ユニットを
接合するためモルタルを用いて作られる。

他の方法によれば、基礎と上部構造の間と共に。

基礎と大地の間にエネルギー吸収パッドが設置される。

これらの方法の一つによれば、限られた運動のローラが
基礎と上部構造の間に保持され、且つ合成材料で作られ
たスライドパネルが基礎と大地の間に保持される。

他の方法によれば、ねじシや長゛手方向の変形に抵抗す
るスチール要素が大地と基礎の間に設置される。

他の場合、サンドウィッチ型のゴムばねが基礎と立上り
構造の間に保持される。

他の衝撃吸収方法も開発されておシ、・その場合。

強化コンクリート台脚の変形によってエネルギーの吸収
が行なわれる。さらに他の方法によれば。

いわゆる非保合ジヨイントが建物のグランドフロア上に
設置される。これらの特性は、特定の限界力を越える力
によシ破壊し、従って水平加速度の過度の発生を防ぎ且
つ上部構造に対するそのような加速度の伝達を防止する
。

スイス特許明細書第５８４３３３号によれば。

球状の液体容器がヒンジ支持された台脚によって支持さ
れる。剛性のリングがその録状の容器の底部に溶接され
、該リングは６つの水平なスチールバーを介して基礎に
接続される。それらの／々−の端部はリングおよび基礎
に枢止され且つそれらの中央部の近くにはピストン型の
衝撃吸収物が設置されるっ しかし、この方法は限られた範囲で応用できるのみであ
シ、建物の場合には問題にならない。そのシステムの複
雑さとコストは不利益となシ、且つそのメンテナンスは
著しい人手を要する。

米国特許第３９４８９５号に記載された方法では、大き
な質量の加速の場合に小さな質量が反対向きに加速する
ように、小さな質量が剛性アームおよび固定サポートを
介して所与の揺動質量１例えば建物に接続され息。減衰
の程度は２つの質量を接続する剛性アームの幾何学的比
率によって制御される。

この方法の背景は現実的で明白であるが、実際の機械的
な構造は高価である。その反面、減衰は単一の面に沿っ
て、サポートの面に沿ってのみ有効であり、他の方向へ
の延長は非常に複雑で、困難である。

米国特許第４１２１３９３号によれば、弾性のサンドウ
ィッチ要素が建物の基礎と上部構造の間に設置され、大
地の運動の伝達を減少する。垂直荷重の効果によシサン
ドウィッチ要素の点状の部分の間に摩擦が生じ、この摩
擦力が揺動の減衰に利用される。この提案の基礎的な欠
点は１部分的には要素の変形によシ且つ部分的には接触
面に沿う材料の粗さ特性の変化のため１反復する揺動中
の摩擦が一定値として扱うことができないので。

減衰の大きさを計算によシ正確に追求できないことであ
る。

上記のいずれの方法も概略述べた問題点を解決できない
。それらの主な欠点は建物の要素が破損した際に垂直荷
重を安全に受け持つことができないことである。大きな
、主として水平の変形を考慮のもとに深刻な安定性の問
題が生じる。従って。

地震負荷の効果によシ建物の上部は破損しないまま残る
としても１台脚の不安定性の結果、建物は潰れることが
ある。既知のシステムの場合、地震衝撃およびそれによ
る地震力の方向が全く定まらないことは、深刻で未解決
の問題を与える。即ち。

構造上の設計はその不安定性に対する適応性はなく、即
ち剛性は水平面に沿うあらゆる方向で殆んど同一と考え
られる。種々のゴムホースで構成されたばねを用いて実
験が行なわれたが、ゴムの単なる弾性変形により、その
方法は充分なエネルギーの吸収を実現するのに適するこ
とは鉦明されなかった。

既知の方法に関して起る欠点の主な部分は財政的性質の
ものである。平均的建物の場合、荷重支持構造のコスト
は投資の全コストの約４０チであシ、他の６０％は仕切
壁、ドアおよび窓、上張り、衛生設備のような他の構造
物や、建物に関連した他の永久設備に割シ当てられる。

−廣強度の地震の場合には、たとえ荷重支持構造が完全
に破壊されなくても、これらの大部分は使用できないも
のになる。しかし、さらに深刻な問題は荷重支持構造の
修理や補強によって起シ、そして多くの場合。

地震の再現に対し荷重支持構造の元の荷重支持特性を！
び得ることは殆んど不可能である。

欧州特許出願第５６２５８号の主題も建物の地震負荷を
減少するシステムである。基礎と立上シ構造の間にはね
システムが構成され、それは地震力の発生を風力荷重の
水平分力に等しいものにし。

且つ比較的大きな力であれば、それは降伏し、そしてそ
れ自体の塑性変形が生じることにより一層強い力の伝達
には自づｂ不ｉＭ轟なものになる。

そのばねシステムは高い弾性変形容量を有する運動減衰
部分と、かなシ有効な塑性、エネルギー吸収部分を含む
。運動減衰部分は交互に置かれるゴムシートと包囲する
スナール板から組立てられた弾性サンドウィッチシステ
ムとして形成されるが、エネルギー吸収部分は互に向い
合う基礎と上部構造の面の中に延びる一連のスチールマ
ンドレルとして形成され、そして最大風力荷重を越える
荷重の吸収には不適当である。

その構造は建物に対し予め決められた力よシ大きな力の
効果を伝達するのを防ぐため、以前のものに比し進歩し
ている。しかし、同時に１次の理由で欠点もある。

建物に生じる地震）ノが弱ければ弱いほど基礎と上部構
造の間に構成されたばねの剛性は小さい。

この剛性の下限は建物に対する最大風力荷重の効果によ
シばねシステムに塑性変形が生じないという基準によっ
て決められる。

強度の地震の場合、その加速は建物に対し最大風力荷重
よシ高い水平地震力を誘起し、その際。

はねシステムは塑性を呈する。この場合、最大風力荷重
を越える水平力を伝えることは不可能である。

塑性状態でのばねシステムの変形も塑性変形であり、従
って無限定である。塑性変形の限界値は運動エネルギー
とポテンシャルエネルギーが等しくないことから達成さ
れ得る。

平均的建物の場合、塑性変形は成る理由で特定された上
部限界を越えないことが必要である。

この条件は産業設備、核反応炉、動力プラントなどのよ
うな特殊な建物の場合に一層顕著である。

変形の上限を定めることは、とシわけ建物の性質または
機能に依るきびしい要件であるっそ糺故１本発明の目的
は建物の地震負荷を減少するため漸進的衝撃吸収を行な
い、変形によシ硬化す・る漸進的衝撃吸収体の形成を可
能にするシステムを提供することである。

本発明の目的は既知の方法によシ建物の基礎と上部構造
の間に設置されるエネルギー吸収スチールマンドレルお
よび運動減衰サンドウィッチシステムから開゛発された
システムであり、そのシステムでは建物の基礎にスチー
ルマンドレルを受ケる区域の少くとも成る部分は水平方
向に可動で基礎に関しあらゆる方向に膨張ギャップを伴
なって埋められたスライドブロックとして形成される。

それらのスライドブロックは例えばグラファイトやテフ
ロンのような、低摩擦係数のすべ９面に置かれる。

これらの膨張ギャツ７°は１例えばれきせいを含浸させ
た発泡ゴムなどの弾性パッドで適切に充填される。

異なる膨張ギャップの寸法は徐々に増加し、力の効果が
徐々に増加する場合に多くのスチールブロックの連続作
用およびそれらの塑性変形を可能にするように、異なる
スライドブロックの少くも成る部分は異なる膨張ギャッ
プを伴なって埋め込まれている。

漸進的衝撃吸収の可能性は組込まれる方法に依存する。

即ち、予定される変形の大きさに必要なだけの多くの固
定ばね要素が基礎と上部構造の間に設置される。風力荷
重の場合に変形がこの固定の限界値に達するや否や他の
はね要素が剛性を増加するように参加する。他のばねの
参加は膨張ギャップの選択によって制御され得る。従っ
て、膨張ギャップの側部がスライドブロックに衝撃を加
えるとばね要素は水平運動に対し抵抗し始める。

その衡撃は弾性であり、従って動的には力または抵抗の
急派な増加を表わさないっ地震衝撃の方向が全く任意の
ものであるため、膨張イヤツゾは当然水平面に沿っての
あらゆる方向の変位を確保し得るようなものである。膨
張ギャップの大きさは特定された変形の大きさに一致す
る。膨張ギャップの選択の他の形態はさらに機能するば
ねの変形が弾塑性であるかどうかであり、および塑性変
形の大きさに依るものである。

塑性変形の大きさはエネルギーの吸収に関し本質的なも
のであるが、新しいばね要素の参加は揺動運動中の弾性
復元力を表わす。そのため、この衝撃吸収方法は建物の
上部に対する地震力が最大風力荷重の合力によシ高くな
らないようにし、変形が特定の限界を越えず且つ地震の
全時間中にエネルギー吸収プロセスが確保されるのを可
能にする。

本発明の他の目的および利益は以下の詳細な説明および
図面において記載される。

第１図は建物の基礎１と上部構造２の間に設置される本
発明によるシステムの構成を示す。

漸進的衝撃吸収システムの基本的要素は基礎１と上部構
造２の間の接続を確保する軟鋼のマンドレル３である。

これらの軟鋼のマンドレル３は基礎１および上部構造２
の穴に設置され、適切には鋼管で作られブツシュ４が強
化されたコンクリートパネル中にまた社支持グリッド中
ＶＣ構成されるようになってしる。ブツシュ４はそれら
の位置を安定させるため適切には強力なスペースリング
で包囲される。さらにリングと共に強化コンクリートパ
ネルの部分の強さ、ブツシュの近くのブロックまたは支
持グリッドの強さは増加される。

軟鋼のマンドレル３を包囲する従来のサンドウィッチシ
ステム５が基礎１と上部構造２０間に設けられる。その
サンドウィッチシステム５はゴムシート６とメタルシー
ト７からなυ、且つそれは上部構造２の弾性支持を確保
する。この組立体は建物の弾性運動減衰部分を形成する
。

最も重要なことは底部の軟鋼マンドレル３は基礎の強化
コンクリートパネルまたは支持グリッドに直接はめ込ま
ないで、独立に埋め込まれたスライドブロック８にはめ
込まれることである。スライドブロック８は水平の変位
がすベシ面１０によって確保されるように、膨張ギャッ
プ９を伴なって基礎１の中に設置される。すベシ面１０
は好適にはグラファイトまたはテフロン層である。

基礎１とスライドブロック８の間の膨張ギャップはパッ
ド１１で充填される。そのパッドはゆるく柔軟な材料で
作られ、基礎１に関するスライドブロック８の水平移動
を防止するが、同時に弾性衝撃を確保する。第１図に示
すシステム中のパッド１１の材料はれきせいを含浸した
発泡ゴムである。

スライドブロック８を用いることは基礎１を通しての大
地の運動の直接の伝達を防止し、且つ上部構造に伝達す
ることなく地震変位の最適な大きさにする。

以前に知られていたシステムでは、基礎は地層と共に移
動し且つスチールマンドレルの下部も変位し、そのため
マンドレルは弾塑性変形を直接受けたっマント、レルの
かん合は数ミリの変位を可能にしたが、実際にはシステ
ムの作用に関しては不充分であった。システムの弾性は
スチールマンドレルの厚さの変化によってのみ影響され
たつ他方では１本発明は、もしギャップの幅が異なって
著しい配分を示すならば、軟鋼マン゛ドレルを変形する
ことなく、１０ｃＩｎ程度の大地の変位を可能にする。

この場合、もしその寸法の膨張ギャップが異なるユニッ
ト間の段階状の変化を伴なって設置されるならば、ユニ
ットが徐々に膨張イヤッゾの増加するシーケンス中にさ
らに入り込むのを可能にし。

且つ増加するエネルギーの吸収が増加する数の軟鋼マン
ドレルの変形を通して達成される。

同時に本発明による構成はまさに多数の軟鋼マンドレル
の変形が建物の保護のため必要なものとして生じるのを
確保する。

地震運動の場合のシステムの作用を第２図に示す。

図示のように、膨張ギャップ９０幅が種々の位置で変化
するようにスライドブロック８が建物の基礎１に設置さ
れている。中央において縁に沿って位置づけられたスラ
イドブロック８は本質的にされている。これらのスライ
ドブロック８は風の効果に対する建物の水平の抵抗を確
保する。

他のスライドブロック８は０〈δ１〈δ２・四囲δ。

の幅の膨張ギャップと共に設置される。

地震運動の際に大地が水平方向に移動すると、変位は先
ず軟鋼マンドレルとブツシュ４の間のギャップによって
液収されるが、サンドウィッチシステム５は漸進的な増
加抵抗を示す。このことは第６図に示され、水平の変位
は横軸で示され且つシステムの抵抗Ｒは縦軸で示しであ
る。

単に弾性のパッドが変形を受ける極めて短い相Ａの自由
な変位の後に膨張ギャップδ＝０を備えたスライドブロ
ック中の軟鋼マンドレルの弾性変形が始まる（相Ｂ）っ
この弾性変形に次いで起る塑性変形（相Ｃ）の直後に１
次の相が始まシ、即ち膨張ギャップδ１を形成するスラ
イドブロックの軟鋼マンドレルの弾性変形（相Ｄ）が生
じる。

その後のプロセスは、増加する膨張ギャップを伴なって
組込まれたスライドブロック中の軟銅マンドレルによっ
て地震のエネルギーが吸収されるまで、同様である。

従って建物全体に組込まれたばねシステムは変形の大き
さに依シ機能することができるっこのように、硬化する
または漸進的な衝撃吸収を確保するシステムが提供され
、そこでは連続的なばね要素の挙動は弾性変形であシ、
それに塑性変形が続く。

上記のことから１本発明によるシステムは建物の地震負
荷を減少するのに用いられるシステム中の現実的な硬化
または漸進的衝撃吸収を与え、それによシ所与の強さの
地震の場合の全ばねシステムの塑性状態を防ぐ。従って
このシステムは比較的高い水平力を吸収または省くのに
適し且つその挙動は予め正確に計算できる。

さらにこのシステムの主要な利益は、ばね要素は前取っ
て作られ得、且つ基礎および上部構造へのそれらの組込
みは建設場所でのみ必要とされる。

この場合、スチールマンドレルを上部構造に直接ではな
く第２図に示すように別個に予め作られたブロックに埋
込むのが便利である。図示の構造は単なる例示であって
１本発明による方法は同時に。

いくつかの他の形態に実処することができ−る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシステムめ−っの要素の断面図、
第２図は第１図に示した要素にょシ構成されたシステム
の立面図、第６図はと−のシステムの作用を示すグラフ
であ−る。 図中、１・・・基礎、２・・・上部−構造、３・・・ス
チールマンドレル、８・・・スライドブロック、９・・
・膨張ギャップ、１ｅ・・・すべ多面。 代理人　浅　村　皓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）建物の基礎と上部構造の間に運動減衰サンドウィ
   ッチシステムおよびエネルギー吸収スチールブロックが
   設置される建物の地震負荷減少用の漸進衝撃吸収システ
   ムにおいて、建物の基礎（１）にスチールマンドレル（
   ３）を受ける区域の少くも成る部分は水平方向に可動で
   基礎（１）に関しあらゆる方向に膨張ギャップ（９）を
   伴なって埋められたスライドブロック（８）として形成
   されることを特徴とする漸進衝撃吸収システム。 （２、特許請求の範囲第１項に記載のシステムにおいて
   、前記スライドブロック（８）は低岸擦係数のナベυ面
   に置かれることを特徴とする漸進衝撃吸収システム。 （３）　特許請求の範囲第２項に記載のシステムにおい
   て、前記すべり面（１０）はグラファイトまたはテフロ
   ンの層であることを特徴とする漸進衝撃吸収システム。 （４）特許請求の範囲第１項から第６項までのいずれか
   の項に記載のシステムにおいて、前記膨張イヤツゾ（９
   ）は弾性パッド（１１）で充填されていることを特徴と
   する漸進衝撃吸収システム。 （５）特許請求の範囲第４項に記載のシステムにおいて
   、前記弾性体（１１）はれきせいを含浸させた発泡ゴム
   であることを特徴とする漸進衝撃吸収システム。 （６）特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか
   の項に記載のシステムにおいて、前記スライドゾロツク
   （８）の少くとも成る部分は異なる膨張ギャップ（９）
   を伴なって埋め込まれることを特徴とする漸進衝撃吸収
   システム。 （７）特許請求の範囲第６項に記載のシステムにおいて
   、前記膨張ギャップ（９）の寸法は徐々に増加している
   ことを特徴とする漸進衝撃吸収システム０