JPS636764B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、吊下形ボイラの地震時における耐震
方法およびボイラ本体ならびにボイラフレームの
強度メンバの損傷を防止する吊下形ボイラの耐震
構造の改良に係る。

一般に吊下形ボイラは、ボイラ本体をこれを囲
むボイラフレームの天井面から吊下げてその自重
を支持せしめることにより運転時におけるボイラ
本体の熱膨張がボイラフレームに悪影響を及ぼす
ことを避けようとする形式である。

このような吊下形ボイラでは、ボイラ運転時に
おける種々の原因によるボイラ本体やボイラフレ
ームの振動あるいは強風によるボイラ本体を主と
した横揺れの外、地震による水平震力を受けるこ
とがある。

特に吊下形ボイラが地震による水平力を受けた
時にはボイラ本体の地震応答性とボイラフレーム
の地震応答性が異るためにボイラ本体とボイラク
レーム間の相対変位が大きくなりいわゆるぶらぶ
らする構造となる。

このため、吊下形ボイラでは、ボイラ本体の強
度メンバ（バツクステイ）と前記ボイラ本体を囲
んで該本体を吊下支持するボイラフレームの強度
メンバー（ラーメン構造部材、ラーメン、ブレー
ス構造部材、トラス構造部材等）との間に両者の
相対的な横移動を制限するストツパを設け、ボイ
ラ本体とボイラフレームとを一体構造物と見做し
て建築基準法に基く静的水平震度法による耐震設
計をするのが普通である。

以下、耐震上よりみた従来公知の吊下形ボイラ
の構造例とこれ等の構造の強震時における問題点
につき図面に従つて説明する。

ボイラ本体１は、第１図に示すようにボイラフ
レーム２の天井面３から多数の吊棒４を介して吊
り下げられている。第２図に示すように、モノウ
オール構造のドラム形ボイラでは、ボイラ本体１
の炉壁７が水管８で形成されているため、ボイラ
が運転に入るとボイラ本体１は、第１図、第２図
のXo−Xo，Yo−YoおよびZo−Zoを伸びの起点
として水管８の温度に応じて各方向に熱膨張す
る。炉壁７には、地震時ならびに炉内圧によるふ
くらみおよび燃焼による炉内圧の変動に伴う炉壁
７の振動などを防ぐために、ボイラ本体１の強度
のメンバとして水平方向に所定の間隔でバツクス
テイ９がタガのようにその四方を巻いている。バ
ツクステイ９の断面は、第３図ａ、第３図ｂおよ
び第５図にその詳細を示すように通常Ｉ形断面の
形鋼を採用しており、主として曲げと圧縮を受け
持たせる構造となつている。（大型の吊下形ボイ
ラでは、上記のような複数個の水平バツクステイ
の外側にこれ等と直交する大型のＩ形鋼の垂直バ
ツクステイを取付けさらにこの垂直バツクステイ
の外側を水平方向のトラス構造で補強した構のも
のもある。）炉壁７に掛る水平方向の引張り力は、
水管８の外側に別け設けたテンシヨン・バー１０
によつて受け持たせており、バツクステイ９は、
炉壁７の伸びの起点となる個所Xo−Xoおよび
Yo−Yoの近くの水管８に溶接された止め具１１
を介してボルト１３により強固に取付けられてい
る。該バツクステイ９は、さらに長孔を有する複
数個のステイラツプ１２を介して前記テンシヨ
ン・バー１０に取付けられ炉壁７の伸びに対して
スライド出来るようにしてある。

１４は、炉壁７の外側に張られた保温材であ
る。このようにしてボイラ本体１は通常時伸びの
方向には自由になつているが、罐前後方向および
左右方向には、伸びの起点となる個所Xo−Xo，
Yo−Yoを通る垂直面内における所定の位置に設
けられたストツパ１５，１６…により拘束されて
いる。

さらにストツパ１５の構造を詳細に説明すれ
ば、第４図および第５図に示す例ではストツパ１
５は、ボイラフレーム２の２本の強度メンバ１
６，１６間に垂直に取付けられた雄ストツパ１
７、およびこれと数ミリのクリヤランスを持つて
バツクステイ９に取付けられ、前記雄ストツパ１
７を挾る雌ストツパ１８，１８とから成り、ボイ
ラ本体１の熱膨張に基く、バツクステイ９とボイ
ラフレーム２の強度メンバ１６との鉛直方向なら
びに水平方向の相対変位を吸収するとともに、雄
ストツパ１７と雌ストツパ１８，１８を横切る水
平方向には前述のような地震時その他の相対的な
横移動を制限するストツパ１５としてボイラフレ
ーム２の強度メンバ１６とボイラ本体１の強度メ
ンバであるバツクステイ９とを結合している。

また、第６図および第７図に示したストツパ１
５の別の例では、ボイラ本体１の伸びの起点Xo
−Xo，Yo−Yoに近いボイラフレーム２の強度
メンバ１６に、水平片持梁２０とブレース２１あ
るいは水平片持梁２２を介してボイラフレーム２
の複数階を貫く長いバンパ柱２５が、多数のボル
ト２６でボイラフレーム２の一部として強固に取
付けられている。そして、ボイラ本体１に取付け
られた複数（１階当り２本）のバツクステイ９に
溶接された雌ストツパ１８，１８が第７図に示す
ように僅かな間隙を置いて前記バンパ柱２５を挾
んでいる。ｄはバツクステイ９に設けた突起１４
と前記バンパ柱２５との間に設けたボイラ本体１
の最大伸び量以上に取つた間隙である。

この様なストツパ１５では地震時にボイラフレ
ーム２に掛る水平力は、雄ストツパ１７またはバ
ンパ柱２５から雌ストツパ１８を介してそのまま
バツクステイ９に伝えられたボイラフレーム２は
ボイラ本体１と一体となつて振動する。

この時、バンパ柱２５が受けるボイラ本体１の
慣性力に基く反力は各階に設けられた複数雌スト
ツパ１８，１８…を介してバンパ柱２５に伝えら
れる。バンパ柱２５に伝えられた水平力はバンパ
柱２５を曲げ水平片持梁２０、ブレース２１及び
水平片持梁２２等の接合部材に分配され、そこに
設けられているボイラフレーム２の強度メンバ１
６，１６によりボイラフレーム２へ集約されボイ
ラフレーム２の基礎へ伝えられる。

さらに第８図及び第９図に例示するように炉壁
７の四方に取付けられたバツクステイ９，９…の
四隅部とボイラフレーム２の強度メンバ１６，１
６との間に夫々強いロツド状のストツパ１５，１
５設けたものも知られている。

この形式のストツパ１５もバツクステイ９に強
固に取付けられたストツパ１５の構成部材である
ピン状の結合部材３１およびボイラフレーム２の
強度メンバ１６に強固に取付けられたブラケツト
３２とピン３からなる結合部材を備えたロツド３
５とからなつている。

この形式のストツパ１５も、ボイラ本体１の熱
膨張の影響を避けるような工夫は為されているが
地震時にボイラフレーム２に掛ける水平力は、該
ストツパ１５を介してボイラ本体１の強度メンバ
であるバツクステイ９に伝えられ、ボイラフレー
ム２とボイラ本体１が一体となつて振動すること
は前記の例と同様である。

なお、この種ストツパ１５をボイラ本体１の伸
びの起点Xo−Xo，Yo−Yoに近い位置に設けた
ものもあるが、このようなストツパ１５も地震時
にボイラフレーム２とボイラ本体１が一体となつ
て振動する点では第８図、第９図に示したものと
同様である。

以上、各例について説明したように、従来公知
のストツパ１５では、ボイラフレーム２とボイラ
本体１が、一体となつて水平振動する構造となつ
ているため、ボイラフレーム２の質量のみでなく
大重量物であるボイラ本体１の質量も付加した質
量の慣性力がストツパ１５を介してボイラフレー
ム２に作用し、該フレーム２のみの地震応答より
も大きいものとなる。

したがつて、地震の規模が大きくフレーム２の
基部加速度が大きくなると略比例的に慣性力が増
大し、ボイラフレーム２の強度メンバ１６および
ボイラ本体１の強度メンバであるバツクステイ９
に過大な応力が発生してくる。

このため、ボイラフレーム２の強度メンバ１６
バツクステイ９およびストツパ１５の強度を十分
に大きくとる必要がある。そのようにしなけれ
ば、大地震時にストツパ１５を強固に取付けたボ
イラ本体１のバツクステイ９およびボイラフレー
ム２の強度メンバ１６の何れかまたは両方が破損
して吊下形ボイラに重大な損傷を与えることにな
ると考えられている。

本発明は、以上説明した公知の吊下形ボイラに
おける耐震構造上の欠点を改良することを目的と
してなされたものである。

このため、本発明は、ボイラ本体の強度メンバ
と前記ボイラ本体を囲んでこの本体を吊下支持す
るボイラフレームの強度メンバとの間に両者の相
対的な横移動を制限するストツパを備えてなる吊
下形ボイラの耐震構造において、前記ストツパが
前記ボイラ本体の強度メンバに取付けられるベー
スプレート、一部の断面が他の断面より小さく、
前記ボイラ本体の強度メンバとベースプレートと
を貫通してベースプレートを固定する連結部材、
前記ベースプレートに固着された雄ストツパ、同
雄ストツパをはさむように前記ボイラフレームの
強度メンバに固着された雌ストツパとからなる吊
下形ボイラの耐震構造を提供している。

本発明の耐震構造によれば、ボイラ本体にかか
る外力が小さい場合、ボイラ本体への外力を雌ス
トツパ、雄ストツパ、ベースプレート連結部材を
介してボイラフレームに伝えてボイラ本体を支持
し、外力が大きくなると、連結部材が切断し、ボ
イラフレームからボイラ本体へ作用する大きな反
力の伝達を防ぐことにより、ボイラ本体の重大な
損傷発生を防止している。

次に、第１０図乃至第１５図に示す実施例によ
り、本発明を具体的に説明する。

第１０図において、９はボイラの強度メンバー
であるバツクステイ、１６はこれに対向するボイ
ラフレーム２の強度メンバーで、それら部材の構
成、作用は従来のものとほぼ同様である。１８，
１７はそれぞれ雌、雄ストツパであり、従来通り
対峙して配置するが、雄ストツパ１７はその端部
にベースプレート４０を固着し、それとバツクス
テイのフランジ４１とを、ボルト４２とナツト４
４によつて結合されている。ボルト４２は第１２
図に示すように、ベースプレート４０とフランジ
４１との接触位置に切り欠き４３が設けられてい
る。

ボイラの熱膨張に対する制限および逃げの様子
は従来のものと同様である。地震時には第１３図
のボイラ本体１、ボイラフレーム２およびストツ
パ１５からなる振動系の模式図から明らかなよう
に、地動ａによつてまずボイラフレーム２が移動
し吊り棒４に吊り下げられたボイラ本体１（重量
Ｍ）との間に大きな相対変位δ（第１４図）を生
じようとするが、第１０図に示したように雌雄ス
トツパ１８，１７が当接し、２点鎖線のような小
さい相対変位を生じる。すなわち、第１３図で示
すようにボイラ本体１およびボイラフレーム２間
に小さい相対変位δおよびストツパ１５に反力Ｒ
が発生する。

したがつて反力Ｒに対応して、ボルト４２の切
り欠き部４３にセン断力が作用する。地震ａが大
きくなると、ストツパ１５の反力Ｒおよびボルト
４２のセン断力も比例的に増大し、切り欠き部４
３におけるセン断力がボルト４２の材質と切欠部
４３の太さによつて決つている所定の値に達すれ
ばボルト４２は切り欠き部４３の位置で切断す
る。この場合、ストツパ１５の反力Ｒと相対変位
δの関係は、第１５図に示すように、ストツパ１
５の反力尺の設定値であるＡ点又はＢ点の反力以
内では、Ａ−Ｏ−Ｂ直線上をストツパ１５の弾性
域内で移動するが、Ａ点を越えるような反力に至
つたとき、ボルト４２の切断によつて、急激に反
力Ｒが消滅しＣに到る。その後は反力Ｒは発生せ
ずＣ−Ｄ線上を移動する。

本実施例では、風とか度々発生するような中小
地震時には、従来通りのストツパ１５の効果を有
すると共に、大地震時にはストツパ１５の反力尺
が設定値を越え、予めこの値に対応するセン断力
で切断するように作られたボルト４２が切断す
る、このため、ボイラフレーム２からボイラ本体
１に地震動を伝えるストツパー反力Ｒが消滅する
ためボイラ本体１の地震応答が減少し、その結果
としてボイラフレーム２の応答も減少する。

したがつて大地震に対してはストツパー１５の
部材の一部のみを損傷させることにより、ボイラ
フレーム２およびボイラ本体１強度メンバ１６に
過大の力を生ぜしめないので耐震上の安全性およ
び強度メンバ１６の軽量化が可能となる。本適用
例ではボルト４２の一部に切欠き部４３を設ける
ことにより破損予想個所の設定を行つているが、
切欠き部４３を設けなくてもボルト４２が細けれ
ばベースプレート４０とフランジ４０の間で同じ
効果が期待できる。なお、地震後のストツパ１５
の修復はボルト４２の交換のみで十分であり、修
復作業の簡便化に効果的であることは明らかであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は吊下形ボイラの概略構造を示す側面
図、第２図は第１図の−線に沿う同構造の横
断面図、第３図ａはボイラ本体の一部を省略した
拡大断面図、第３図ｂは第３図ａ中ｂ−ｂ矢視
図、第４図は公知のストツパーの一例を示す側面
図、第５図は第４図の−線に沿う横断面図、
第６図はストツパの異なる公知例を示す見取図、
第７図は第６図の−線に沿う横断面図、第８
図はストツパのさらに異る公知例を説明するため
に吊下形ボイラの一部を横断面で示したものであ
り、第９図は第８図の−線に沿う拡大縦断面
図、第１０図は本発明の一実施例を説明するため
にストツパの近辺を示した平面図、第１１図は第
１０図のXI−XI線に沿う縦断面図、第１２図は第
１０図、第１１図に示したストツパ１５のボルト
４２を示す横断面図、第１３図は第１０図、第１
１図、第１２図にその構造の一部を例示した本発
明の作用を説明するために一方のストツパ１５を
省略して示した説明図、第１４図は第１３図のス
トツパ１５が破断した状態を示す説明図、第１５
図はこの場合のストツパ１５に掛る反力Ｒとスト
ツパ１５の変位δの関係を示すグラフである。 １……ボイラ本体、２……ボイラフレーム、３
……天井面、４……吊棒、９……バツクステイ、
１５……ストツパ、１６……強度メンバ、Ｒ……
反力、δ……相対変位。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ボイラ本体の強度メンバと前記ボイラ本体を
   囲んでこの本体を吊下支持するボイラフレームの
   強度メンバとの間に両者の相対的な横移動を制限
   するストツパを備えてなる吊下形ボイラの耐震構
   造において、前記ストツパが前記ボイラ本体の強
   度メンバに取付けられるベースプレート、一部の
   断面が他の断面より小さく、前記ボイラ本体の強
   度メンバとベースプレートとを貫通してベースプ
   レートを固定する連結部材、前記ベースプレート
   に固着された雄ストツパ、同雄ストツパをはさむ
   ように前記ボイラフレームの強度メンバに固着さ
   れた雌ストツパとからなることを特徴とする吊下
   形ボイラの耐震構造。