JP2017002621A - 免震構造物に用いる変形制限装置 - Google Patents
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Abstract
Description
最近、既存建物において性能不足の不良免震装置が使われていることが発覚した。この場合には、設計通りの免震性能を有しないため、不良免震装置を取替えないと既存建物が使用不可になる。しかしながら、既存建物は当初から免震装置が交換できるような構造には設計されていないため、すべての免震装置の取替えは実質的に不可能であるから、これらの既存建物に対して、免震性能の補強を必要としていることは現実問題として要求されている。
1.緩衝材の対向面は所要の勾配に形成されることにより、装置制動時に緩衝材に作用する衝撃力が対向面に平行する分力(せん断力)と対向面に垂直する分力(圧縮力)に分解され、これらの分力が上部構造に伝達されて上部構造が受ける反力となる。そして、垂直分力(圧縮力)の殆どが上部構造に作用する鉛直荷重に相殺されるため、上部構造に影響しない。平行分力(せん断力)のみが上部構造の反力になり上部構造に付与される力である。要するに、対向面に勾配を設けることによって、装置が受けた衝撃力の一部の力向きを変更させ、上部構造に常時作用されている巨大な鉛直荷重で相殺させることができ、結果としては、残りの分力だけが上部構造に付与される反力になり、上部構造の負担する力が小さくなる。勾配なし(接触面が衝撃力に垂直とする場合)に比べ、上部構造への影響を小さく抑制することができ、免震装置と共に上部構造の損傷を防止することができる。
2.変位制限装置の制動開始時では、下部構造が地震動による加速度をもって上部構造に緩衝材同士が接触の形で衝突してくるから、過大な変位にならないように所定の許容変位値までの間に停止させるため、反力がなす仕事(反力とストロークとの積)で地震エネルギーを吸収して減衰して対応することになる。ストローク(停止するまでの距離)が小さいと反力が大きくなり、従って上部構造に伝達される受け持つ反力も大きくなり、上部構造の設計耐力を超えると損傷が生じる。逆に、ストロークを大きくすると反力が小さくて済むわけである。緩衝材の弾性変形、つまり、勾配によるスリップが大きなストロークになり、反力を小さくすることができるので、必要な地震エネルギー吸収量を確保することができるのである。
3.緩衝材の対向面に滑り材を設けることにより、表面剛性が確保され繰り返しの地震力を受けて、上下の緩衝材が一時的に強く接触しても付着することなく、直ぐに離れるようになり、地震後は元の状態に復元することができる。
4.遊間距離は、免震装置の許容変形能力または設計許容変形値の60%〜100%とすることにより、変位制限装置の緩衝材が変形して地震エネルギーを吸収しながら、停止するまでのストロークを十分に確保しているため、免震装置の過大変形を許容することなく、かつ、上下の緩衝材が接触する時の衝撃力を、せん断力と圧縮力とに分解して影響を小さく押え、上部構造に伝達される反力を小さくできるので、上部構造の損傷を防止することができる。
5.緩衝材形状を円形に形成することにより、変位制限装置が,方向依存性がなくなり地震時に免震装置があらゆる方向への変形にも対応可能になり、装置の機能がフルに発揮できると共に設置場所に制約がなく自由に配置することが可能のである。
6.緩衝材の対向面の勾配を異なる角度で形成することにより、上下の緩衝材が当たる時の接触面積を段階的に変化させ、最初に当たる接触面積が全対向面の一部とし、緩衝材の弾性変形を大きくして反力を小さく抑制し、次の段階に接触面積を増やして反力を大きくすることによって、停止するまでの総反力を小さくし、上部構造への影響を最小限に抑えることができる。
7.免震建物構造に免震装置と共に変位制限装置を設置したことにより、設計上想定以上の巨大地震に遭遇しても、または、免震性能が不足している既存建物において、過剰な地震エネルギー部分を変位制限装置が吸収し、免震装置の過大変形を抑制して免震装置本体と共に上部構造の損傷を防止すると共に、免震建物構造全体の安全性を大幅に高めることができる。
8.変位制限装置を設置したことにより、高価な制震ダンパーを増やさずに、積層ゴム支承とすべり支承とを併用することができ、安価で安全性の高い免震建物構造を構築することができる。
9.設置した変位制限装置は、簡単に交換可能な構成であるため、巨大地震に遭遇して緩衝材がエネルギーを吸収して押し潰された状態になっても、免震装置本体の破損を回避でき、地震後に緩衝材は、安価で簡単に取り換えることができる。
10.変位制限装置は、新設の免震建物については勿論であるが、既存の免震建物の補強にも簡単に設置して使用することができる。
11.変位制限効果と共に、制震(振)効果が得られ、制震(振)ダンパーとして利用することができ、従来の高価な制震(振)ダンパーより安価であり、コトスダウンが図れる。
また、遊間距離dの設定は、建物の平面形状、高さや構造形式、免震装置の配置及び使用種類等によって定めることが望ましい。
本発明では、遊間距離d(d=δ1)を免震装置3の許容変形能力または設計許容変形値の60%〜100%とすることが望ましい。巨大地震に遭遇した場合に、緩衝材12a、12b同士の対向面15a、15bの勾配が擦り合う状態になり、滑りながら大きく変形してエネルギーを吸収することによって免震装置3の実質的な変形量δ2≦免震装置の許容変形能力または設計許容変形値になるのであり、それによって上部構造2も免震装置3も破壊されないようにしているのである。
つまり、対向面15a、15bに勾配を形成することによって、変位制限装置12が受けた衝撃力の一部が上向きの垂直分力cとなるが、上部構造2に常時作用されている巨大な鉛直荷重で相殺させることができ、結果としては、残りの水平分力bだけが上部構造2の反力になり、上部構造2の負担する力が小さくなるのである。特に、勾配なし(接触面が衝撃力に垂直とする場合)に比べ、上部構造への影響を小さく抑制することができ、免震装置3と共に上部構造2の損傷を防止することができる。
勾配を形成する角度については、小さ過ぎると、水平分力bが大きくなり、上部構造に伝達される反力が大きくなるばかりでなく、衝撃材同士が滑り過ぎて楔効果があまり得られない。また、角度が大き過ぎると、緩衝材同士が滑り難くなり、ストローク(変形)が小さくなり、所定のエネルギー吸収効果が得られなくなる。従って、勾配の角度を10度〜30度の範囲内に設定することが好ましい。
さらに、対向面15a、15bの形状は、平面に限ることなく曲面とすることもできる。
異なる勾配の角度差(勾配間の相対角度)については、緩衝材の柔らかさや接触面積等によって定めるが、角度差を1度〜10度程度までとし、好ましくは2度〜6度の範囲内に設定することである。
なお、図示では、2段勾配を示しているが、これに限らず必要に応じて、多段の異なる勾配とすることもできる。
そこで、他の実施例として異なる部分について説明する。まず、図16(a)(b)に示したように、一方の緩衝材22aは、円形状の中心部を所要大きさの中空部26にしたドーナツ形状とすると共に、上面側の外周縁と中空部26との間を所要の勾配に形成した対向面25aに形成し、さらに緩衝材22aを複数に分割、例えば、4分割にしたものである。
また、上部構造2と擁壁28との間にクリアランス29が設けられているが、変位制限装置22の設置場所については、従来のように緩衝材等をクリアランス内に設けることなく建物構造範囲内に設置することにより,設置場所に制約がなく自由に設置設計することができ、所要のクリアランスを確保できるので、上部構造2が擁壁28に衝突して損傷することを完全に防ぐことができる。特に、既存建物を補強する場合には、従来のように緩衝材等を設置する場所の問題でクリアランスを確保するために、既存擁壁を取り壊すことなく補強することができる。
下部構造1について、実施例では杭基礎5として示してあるが、これに限定することなく、独立基礎や布基礎等としてもよい。
また、変形制限装置の設置下部には、鉛直方向の反力を支持できるように、地盤を改良して比較的強固な地盤を構築すること、若しくは杭または基礎梁を設けることが望ましい。
上部構造2としては、特に限定することなく、RC造、PC造、S造またはSRC造の何れかとしてもよい。
以上説明した実施の形態は、本発明の構成要件(主旨)を限定するものではなく、本発明の主旨に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
2 上部構造
3 免震装置
4 地盤
5 杭
6 ラップル基礎
7 マットスラブ
8 柱
9 フーチング
10 大梁
11 スラブ
12、22 変位制限装置
12a、12b、22a、22b 緩衝材
13a、13b、23a、23b ベースプレート
14a、14b、24a、24b 鋼製ブロック
15a、15b、25a、25b 対向面
16、17 取付ボルト
26 中空部
27 滑り材
28 擁壁
29 クリアランス
a 衝撃力
b 平行する分力(せん断力)
c 垂直する分力(圧縮力)
d 遊間距離
最近、既存建物において性能不足の不良免震装置が使われていることが発覚した。この場合には、設計通りの免震性能を有しないため、不良免震装置を取替えないと既存建物が使用不可になる。しかしながら、既存建物は当初から免震装置が交換できるような構造には設計されていないため、すべての免震装置の取替えは実質的に不可能であるから、これらの既存建物に対して、免震性能の補強を必要としていることは現実問題として要求されている。
1.緩衝材の対向面は所要の勾配に形成されることにより、装置制動時に緩衝材に作用する衝撃力が対向面に平行する分力(せん断力)と対向面に垂直する分力(圧縮力)に分解され、これらの分力が上部構造に伝達されて上部構造が受ける反力となる。そして、垂直分力(圧縮力)の殆どが上部構造に作用する鉛直荷重に相殺されるため、上部構造に影響しない。平行分力(せん断力)のみが上部構造の反力になり上部構造に付与される力である。要するに、対向面に勾配を設けることによって、装置が受けた衝撃力の一部の力向きを変更させ、上部構造に常時作用されている巨大な鉛直荷重で相殺させることができ、結果としては、残りの分力だけが上部構造に付与される反力になり、上部構造の負担する力が小さくなる。さらに、巨大地震に遭遇した場合に対向面の勾配が擦り合って滑りながら変形することによって、勾配なし(接触面が衝撃力に垂直とする場合)に比べ、上部構造への影響を小さく抑制することができ、免震装置と共に上部構造の損傷を防止することができる。
2.変形制限装置の制動開始時では、下部構造が地震動による加速度をもって上部構造に緩衝材同士が接触の形で衝突してくるから、過大な変位にならないように所定の許容変形値までの間に停止させるため、反力がなす仕事(反力とストロークとの積)で地震エネルギーを吸収して減衰して対応することになる。ストローク(停止するまでの距離)が小さいと反力が大きくなり、従って上部構造に伝達される受け持つ反力も大きくなり、上部構造の設計耐力を超えると損傷が生じる。逆に、ストロークを大きくすると反力が小さくて済むわけである。緩衝材の弾性変形、つまり、勾配によるスリップが大きなストロークになり、反力を小さくすることができるので、必要な地震エネルギー吸収量を確保することができるのである。
3.緩衝材の対向面に滑り材を設けることにより、表面剛性が確保され繰り返しの地震力を受けて、上下の緩衝材が一時的に強く接触しても付着することなく、直ぐに離れるようになり、地震後は元の状態に復元することができる。
4.遊間距離は、免震装置の許容変形能力または設計許容変形値の60%〜80%とすることにより、変形制限装置の緩衝材が変形して地震エネルギーを吸収しながら、停止するまでのストロークを十分に確保しているため、免震装置の過大変形を許容することなく、かつ、上下の緩衝材が接触する時の衝撃力を、せん断力と圧縮力とに分解して影響を小さく押え、上部構造に伝達される反力を小さくできるので、上部構造の損傷を防止することができる。
5.緩衝材形状を円形に形成することにより、変形制限装置が,方向依存性がなくなり地震時に免震装置があらゆる方向への変形にも対応可能になり、装置の機能がフルに発揮できると共に設置場所に制約がなく自由に配置することが可能のである。
6.緩衝材の対向面の勾配を異なる角度で形成することにより、上下の緩衝材が当たる時の接触面積を段階的に変化させ、最初に当たる接触面積が全対向面の一部とし、緩衝材の弾性変形を大きくして反力を小さく抑制し、次の段階に接触面積を増やして反力を大きくすることによって、停止するまでの総反力を小さくし、上部構造への影響を最小限に抑えることができる。
7.免震建物構造に免震装置と共に変形制限装置を設置したことにより、設計上想定以上の巨大地震に遭遇しても、または、免震性能が不足している既存建物において、過剰な地震エネルギー部分を変形制限装置が吸収し、免震装置の過大変形を抑制して免震装置本体と共に上部構造の損傷を防止すると共に、免震建物構造全体の安全性を大幅に高めることができる。
8.変形制限装置を設置したことにより、高価な制震ダンパーを増やさずに、積層ゴム支承とすべり支承とを併用することができ、安価で安全性の高い免震建物構造を構築することができる。
9.設置した変形制限装置は、簡単に交換可能な構成であるため、巨大地震に遭遇して緩衝材がエネルギーを吸収して押し潰された状態になっても、免震装置本体の破損を回避でき、地震後に緩衝材は、安価で簡単に取り換えることができる。
10.変形制限装置は、新設の免震建物については勿論であるが、既存の免震建物の補強にも簡単に設置して使用することができる。
11.変形制限効果と共に、制震(振)効果が得られ、制震(振)ダンパーとして利用することができ、従来の高価な制震(振)ダンパーより安価であり、コトスダウンが図れる。
また、遊間距離dの設定は、建物の平面形状、高さや構造形式、免震装置の配置及び使用種類等によって定めることが望ましい。
本発明では、遊間距離d(d=δ1)を免震装置3の許容変形能力または設計許容変形値の60%〜100%とすることが望ましい。巨大地震に遭遇した場合に、緩衝材12a、12b同士の対向面15a、15bの勾配が擦り合う状態になり、滑りながら大きく変形してエネルギーを吸収することによって免震装置3の実質的な変形量δ2≦免震装置の許容変形能力または設計許容変形値になるのであり、それによって上部構造2も免震装置3も破壊されないようにしているのである。
つまり、対向面15a、15bに勾配を形成することによって、変形制限装置12が受けた衝撃力の一部が上向きの垂直分力cとなるが、上部構造2に常時作用されている巨大な鉛直荷重で相殺させることができ、結果としては、残りの水平分力bだけが上部構造2の反力になり、上部構造2の負担する力が小さくなるのである。特に、勾配なし(接触面が衝撃力に垂直とする場合)に比べ、上部構造への影響を小さく抑制することができ、免震装置3と共に上部構造2の損傷を防止することができる。
勾配を形成する角度については、小さ過ぎると、水平分力bが大きくなり、上部構造に伝達される反力が大きくなるばかりでなく、衝撃材同士が滑り過ぎて楔効果があまり得られない。また、角度が大き過ぎると、緩衝材同士が滑り難くなり、ストローク(変形)が小さくなり、所定のエネルギー吸収効果が得られなくなる。従って、勾配の角度を10度〜30度の範囲内に設定することが好ましい。
さらに、対向面15a、15bの形状は、平面に限ることなく曲面とすることもできる。
異なる勾配の角度差(勾配間の相対角度)については、緩衝材の柔らかさや接触面積等によって定めるが、角度差を1度〜10度程度までとし、好ましくは2度〜6度の範囲内に設定することである。
なお、図示では、2段勾配を示しているが、これに限らず必要に応じて、多段の異なる勾配とすることもできる。
そこで、他の実施例として異なる部分について説明する。まず、図16(a)(b)に示したように、一方の緩衝材22aは、円形状の中心部を所要大きさの中空部26にしたドーナツ形状とすると共に、上面側の外周縁と中空部26との間を所要の勾配に形成した対向面25aに形成し、さらに緩衝材22aを複数に分割、例えば、4分割にしたものである。
また、上部構造2と擁壁28との間にクリアランス29が設けられているが、変形制限装置22の設置場所については、従来のように緩衝材等をクリアランス内に設けることなく建物構造範囲内に設置することにより,設置場所に制約がなく自由に設置設計することができ、所要のクリアランスを確保できるので、上部構造2が擁壁28に衝突して損傷することを完全に防ぐことができる。特に、既存建物を補強する場合には、従来のように緩衝材等を設置する場所の問題でクリアランスを確保するために、既存擁壁を取り壊すことなく補強することができる。
下部構造1について、実施例では杭基礎5として示してあるが、これに限定することなく、独立基礎や布基礎等としてもよい。
また、変形制限装置の設置下部には、鉛直方向の反力を支持できるように、地盤を改良して比較的強固な地盤を構築すること、若しくは杭または基礎梁を設けることが望ましい。
上部構造2としては、特に限定することなく、RC造、PC造、S造またはSRC造の何れかとしてもよい。
以上説明した実施の形態は、本発明の構成要件(主旨)を限定するものではなく、本発明の主旨に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
2 上部構造
3 免震装置
4 地盤
5 杭
6 ラップル基礎
7 マットスラブ
8 柱
9 フーチング
10 大梁
11 スラブ
12、22 変形制限装置
12a、12b、22a、22b 緩衝材
13a、13b、23a、23b ベースプレート
14a、14b、24a、24b 鋼製ブロック
15a、15b、25a、25b 対向面
16、17 取付ボルト
26 中空部
27 滑り材
28 擁壁
29 クリアランス
a 衝撃力
b 平行する分力(せん断力)
c 垂直する分力(圧縮力)
d 遊間距離
Claims (6)
- 下部構造と上部構造との間に免震装置を介在させてある免震建物構造において、
前記下部構造と上部構造との間に設置される変位制限装置であって、
該変位制限装置は、所要の遊間距離をもって対向して設置される対をなす緩衝材からなり、
該緩衝材の対向面は所要の勾配に形成されていること
を特徴とする変位制限装置。 - 前記緩衝材の対向面には、滑り材が設けてあること
を特徴とする請求項1に記載の変位制限装置。 - 前記の遊間距離は、前記免震装置の許容変形能力または設計許容変形値の60%〜100%とすること
を特徴とする請求項1または2に記載の変位制限装置。 - 前記緩衝材は、前記免震装置があらゆる方向への変形にも対応可能な円形に形成されていること
を特徴とする請求項1乃至3に記載の変位制限装置。 - 前記緩衝材の対向面の勾配は、少なくとも異なる2段勾配とすること、
を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の変位制限装置。 - 前記請求項1乃至5のいずれかに記載の変位制限装置を免震装置と併用した免震建物構造。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015119202A JP5872091B1 (ja) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | 免震構造物に用いる変形制限装置 |
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JP2015119202A JP5872091B1 (ja) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | 免震構造物に用いる変形制限装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP5872091B1 JP5872091B1 (ja) | 2016-03-01 |
JP2017002621A true JP2017002621A (ja) | 2017-01-05 |
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ID=55362162
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JP2015119202A Active JP5872091B1 (ja) | 2015-06-12 | 2015-06-12 | 免震構造物に用いる変形制限装置 |
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JP (1) | JP5872091B1 (ja) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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IT201900007056A1 (it) * | 2019-05-21 | 2020-11-21 | Effegi Systems Srl | Dispositivo di dissipazione sismico applicabile ad una struttura portante di un edificio |
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