JP5755130B2

JP5755130B2 - 免震構造物

Info

Publication number: JP5755130B2
Application number: JP2011273119A
Authority: JP
Inventors: 龍大欄木; 長島　一郎; 一郎長島
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: JP2013124476A

Description

本発明は、特に半導体製造工場等の多数の嫌振機器が配置された構造物を免震化する際に用いて好適な免震構造物に関するものである。

一般に、微細加工を行う各種の生産機器や電子顕微鏡等の検査機器といった振動を嫌う多数の機器類が設置されている半導体製造工場や精密機械工場等の構造物を免震化するに際しては、地震時に、充分な免震効果を発揮して当該構造物に大きな被害が発生することを未然に防止し得ることに加えて、さらに平常時に生じる微振動に対しては、当該振動を増幅させることなく安定的な操業を確保し得ることが要求されている。

そこで、下記特許文献１においては、図６に示すように、微振動を嫌う多くの機器類を有するクリーンルーム等が配置された生産棟１と、これを囲むように配置されて当該生産棟１を覆う屋根２を支承するとともに比較的振動許容値の大きな原動機等の設備機器類が配設された設備棟３とを、互いの基礎部分４を一体化した免震構造とし、生産棟１の下部の免震層５に剛すべり支承６を配置し、かつ設備棟３の下部の免震層に、鉛プラグ入り積層ゴムを用いた免震装置７を介装した半導体製造工場（免震構造物）が提案されている。

上記構成からなる免震構造物によれば、平常時においては、剛すべり支承６が免震層５を固定するとともに、地震時には当該剛すべり支承６にすべりが生じて免震装置７が免震効果を発揮することにより、平常時における製造環境の確保と、大地震時の免震性能の確保を共に実現することができる。

ところが、上記免震構造物にあっては、免震装置７が機能する大地震時には、生産棟１の上階の揺れが下階に比べて大きくなり、上階において上記嫌振機器類等の損傷を防ぐことができない可能性がある。また、剛すべり支承６により免震層５が固定された状態にある中小地震時においても、免震装置７が機能しないことから生産棟１の上階における加速度が大きくなり、操業に支障を来すおそれもある。

これに対して、下記特許文献２においては、図７に示すように、生産棟１および設備棟３を、各々の基礎部分４ａ〜４ｄの下部に介装された剛すべり支承６または免震手段７によって個別の免震構造とし、隣接する基礎部分４ａ〜４ｄを可変型連結手段８によって接続した免震構造物が提案されている。

上記構成からなる免震構造物によっても、平常時における製造環境の確保と大地震時の免震性能の確保を実現することができるものの、同様に大地震時には、生産棟１の上階の揺れが下階に比べて大きくなって上記嫌振機器類等の損傷を防ぐことができない可能性があり、かつ中小地震時においては生産棟１の上階における加速度が大きくなって操業に支障を来すおそれがある。

また、近年においては、クリーンルームを複数階に配置した多層の生産棟１を有する半導体工場も建設されつつあり、上記従来の免震構造物によっては、特にこのような半導体製造工場における生産棟１の上階のクリーンルームに対して、上述した大地震時に生じる加速度応答の増大や、日常の強風時や頻度の高い中小地震時に生じる揺れの増大を抑制することができないことから、その対策が要請されている。

特開２００５−３３０７９９号公報特許第４４２６８７７号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、平常時の免震層による微振動の増幅を抑制し、かつ大地震時および中小地震時における加速度応答を大幅に低減することが可能になる免震構造物を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、微振動を嫌う機器類が配置された嫌振棟と、当該嫌振棟に隣接して配置された固有振動数の異なる一般棟との全体を、連続する基礎部分を介して免震構造とし、かつ上記嫌振棟の上記基礎部分の下部に剛すべり支承を介装した免震構造物において、上記嫌振棟と上記一般棟とを、粘性系ダンパーを間に介して水平方向に接続してなり、かつ上記粘性系ダンパーと上記嫌振棟との間および上記粘性系ダンパーと上記一般棟との間に、微振動を吸収する緩衝材を介装したことを特徴とするものである。ここで、粘性系ダンパーとしては、粘弾性ダンパーやオイルダンパー等を用いることができる。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記一般棟が、上記嫌振棟を外側から取り囲むように配置されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記嫌振棟と上記一般棟とを、上記微振動を嫌う機器類の設置階における床レベルで接続したことを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記嫌振棟を鉄筋コンクリート造とし、かつ上記一般棟を鉄骨造としたことを特徴とするものである。

請求項１〜４のいずれかに記載の発明によれば、平常時あるいは剛すべり支承にすべりが生じない中小地震時においては、水平および鉛直剛性の大きな剛すべり支承が免震層の固定装置として機能するために、当該免震層における微振動等の増幅を生じることが無く、嫌振棟における安定的な操業を確保することができる。

また、強風や中小地震時によって嫌振棟および一般棟に振動が生じた際には、免震層における免震効果を得ることはできず、固有振動数が異なる嫌振棟と一般棟との間に相対的な変位量が生じるが、両者を接続する粘性系ダンパーによって、当該相対変位を吸収して、上記嫌振棟の加速度応答を低減することができる。この際に、嫌振棟および一般棟の全体を、連続する基礎部分を介して免震構造としているために、相対的な変位量が小さくなり、よって上記粘性ダンパーとして、薄い粘弾性ゴムを用いた小型の粘弾性ダンパー等によって充分なエネルギー吸収効果を発揮させることができるために、経済性にも優れる。

他方、剛すべり支承にすべりが生じる大地震時においては、上記免震層が免震効果を発揮することにより、嫌振棟および一般棟に生じる加速度応答を低減することができる。加えて、上記免震層によってはエネルギー吸収が難しい、嫌振棟および一般棟の上部が揺れる高次の振動モードに対しては、これら嫌振棟と一般棟とを接続する粘性系ダンパーによって、当該振動エネルギーを吸収して、上記嫌振棟および一般棟の上部における加速度応答についても、これを低減することができる。

なお、請求項２に記載の発明のように、嫌振棟を外側から取り囲むようにして一般棟を配置すれば、特に上述した強風時に、一般棟が嫌振棟を保護するシェルターとして機能するために、上記強風が嫌振棟の揺れに及ぼす影響を小さくすることができる。

また、剛すべり支承にすべりが生じる大地震時においては、嫌振棟内の嫌振機器類を効果的に保護するために、請求項３に記載の発明のように、嫌振棟と一般棟とを、微振動を嫌う機器類の設置階における床レベルで粘性ダンパーを介して接続することにより、上記粘性ダンパーによって直接的に当該階の加速度応答を低減化することができる。

さらに、嫌振棟と一般棟との水平方向の固有振動数が異なるほど、両者間の相対変位が大きくなり、よって粘性ダンパーに生じる変形も大きくなって効率的に振動エネルギーを吸収することができる。したがって、請求項４に記載の発明のように、嫌振棟を鉄筋コンクリート造とし、かつ一般棟を鉄骨造とすれば、高さがほぼ同一であっても両者間に確実に異なる固有振動数を持たせることができ、これにより一段と上記粘性ダンパーによる効率的な振動エネルギーの吸収効果を得ることが可能になる。

本発明の免震構造物の一実施形態を示す正面視した概略構成図である。図１のＡ部の拡大図である。本発明の免震構造物の他の実施形態を示す正面視した概略構成図である。本発明の実施例の解析モデルを示す図である。図４の解析モデルによる解析結果を示すグラフである。従来の免震構造物を示す正面視した概略構成図である。従来の他の免震構造物を示す正面視した概略構成図である。

図１および図２は、本発明に係る免震構造物を半導体製造工場に適用した一実施形態を示すもので、図６に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
本実施形態の半導体製造工場においては、２棟の生産棟（嫌振棟）１が鉄筋コンクリート（ＲＣ）によって構築されるとともに、当該生産棟１の上階にも、クリーンルームが配置されている。

他方、設備棟（一般棟）３は、鉄骨（Ｓ）造で構築されるとともに、これら２棟の生産棟１の外周を、所定の間隔をおいて取り囲むように配置されている。そして、これら生産棟１と設備棟３との間には、図２に示すように、水平方向の相対変位を吸収可能なエキスパンションジョイントを用いた通路９が設けられている。これにより、生産棟１と設備棟３は、互いに構造的に独立して構築されている。

そして、この半導体製造工場においては、生産棟１と設備棟３とが、互いの床レベルにおいて、粘弾性ダンパー１０を間に介して水平方向に接続されている。
すなわち、図２に示すように、隣接する生産棟１および設備棟３において対向する床または梁１ａ、３ａの端部上面であって、かつ柱１ｂ、３ｂに近接した位置に、各々鉛直面１１ａ、１２ａを対向させてブラケット１１、１２が接合されている。

そして、生産棟１のブラケット１１の鉛直面１１ａに、板面を水平にした複数枚（図では３枚）の板状部材１３が上下方向に間隔をおいて固定されるとともに、設備棟３のブラケット１２の鉛直面１２ａに、上記板状部材１３間に隙間を介して挿入された複数枚（図では２枚）の板状部材１４が固定されている。そして、これら板状部材１３、１４間に設けられた粘弾性体１５が板状部材１３、１４に貼着されることにより、上記粘弾性ダンパー１０が構成されている。ここで、この粘弾性体１５としては、アクリル系、シリコン系、ジエン系、アスファルト系等の高分子材料が使用されている。

また、この粘弾性ダンパー１０においては、ブラケット１１、１２の鉛直面１１ａ、１２ａと板状部材１３、１４との間に、それぞれロックウール等からなる緩衝材１６、１７が介装されている。これら緩衝材１６、１７は、各々厚さ寸法が０．５ｍｍ程度のもので、微振動を吸収することにより、当該微振動の伝搬のみを低減する目的で設けられたものである。

なお、図１においては、生産棟１と設備棟３との各階の床レベル間に粘弾性ダンパー１０を介装した場合について示しているが、これに限定されるものではなく、当該粘弾性ダンパー１０は、隣接する任意の階の床レベル間に配置することができる。ただし、この場合には、特に生産棟１においてクリーンルーム等の振動を極端に嫌う機器類が多数設置されている階においては、必ず隣接する設備棟３との床レベル間に上記粘弾性ダンパー１０を配置することが好ましい。

以上の構成からなる半導体製造工場においては、平常時あるいは剛すべり支承６にすべりが生じない中小地震時においては、水平および鉛直剛性の大きな剛すべり支承６が免震層５の固定装置として機能するために、免震層５において微振動等を増幅することが無く、生産棟１における安定的な操業を確保することができる。

また、強風や中小地震時によって生産棟１および設備棟３に振動が生じた際には、免震層５における免震効果を得ることはできず、固有振動数が異なる嫌振棟と一般棟との間に相対的な変位量が生じるが、両者を接続する粘弾性ダンパー１０によって、当該相対変位を吸収して、生産棟１の加速度応答を低減することができる。この際に、生産棟１を外側から取り囲むようにして設備棟３を配置しているために、特に上記強風時に、設備棟３が生産棟１を保護するシェルターとして機能することにより、上記強風が生産棟１の揺れに及ぼす影響を小さくすることができる

加えて、生産棟１および設備棟３の全体を、互いに一体化された基礎部分４を介して免震構造としているために、相対的な変位量が小さくなり、よって薄い粘弾性体１５を用いた小型の粘弾性ダンパー１０によっても、充分なエネルギー吸収効果を発揮させることができるために、経済性にも優れる。

これに対して、剛すべり支承６にすべりが生じる大地震時においては、免震装置７が機能して免震層５が免震効果を発揮することにより、生産棟１および設備棟３に生じる加速度応答を低減することができる。加えて、免震装置７によってはエネルギー吸収が難しい、生産棟１および設備棟３の上部が揺れる高次の振動モードに対しては、これら生産棟１と設備棟３とを接続する粘弾性ダンパー１０によって、当該振動エネルギーを吸収して、生産棟１および設備棟３の上部における加速度応答についても、これを低減することができる。

この際に、生産棟１をＲＣ造とし、かつ設備棟３をＳ造としているために、図１に示したように、高さがほぼ同一であっても両者間に確実に異なる固有振動数を持たせることができる。このため、大地震時における生産棟１と設備棟３との間の相対変位が大きくなり、よって粘弾性ダンパー１０に生じる変形も大きくなる結果、効率的に振動エネルギーを吸収することができる。

なお、本実施形態においては、生産棟１および設備棟３の全体を、一体化された基礎部分４を介して免震構造とした場合について示したが、本発明は、これに限るものではなく、例えば図３に示す他の実施形態のように、図７に示したものと同様に、各生産棟１および設備棟３を、各々の基礎部分４ａ〜４ｄの下部に介装された剛すべり支承６または免震手段７による個別の免震構造とするとともに、隣接する基礎部分４ａ〜４ｄを可変型連結手段８によって接続して連続させた構造に適用しても、同様の効果を得ることが可能である。

本発明の効果を検証するために、本発明および従来の上記免震構造物の振動モデルを用いて、各々地震時における加速度応答を解析して比較検討を行った。
先ず、上記解析に当たっては、図４に示すように、免震層上部の１階床上に、２棟の４階建ての生産棟と屋根を支持する１棟の４階建ての設備棟が隣立されるとともに、免震層に剛すべり支承と積層ゴム支承およびダンパーが設置されている点においては同一であるものの、図４（ａ）に示すように、生産棟と設備棟とが粘弾性ダンパーによって水平方向に接続された本発明に係る免震構造物の振動モデルと、図４（ｂ）に示すように、上記粘弾性ダンパーが設けられていない従来の免震構造物の振動モデルとを想定した。

次いで、入力地震波としては、以下の地震の複数地点における１０Ｇａｌ以上の観測波の記録（合計１４５波形）を用いた。
・芸予地震 2001.03.24 M6.4 51km 40波形
・紀伊半島南東沖地震 2004.09.05 M7.4 44km 19波形
・新潟県中越地震 2004.10.23 M6.8 13km 28波形
・福岡県西方沖地震 2005.03.20 M7.0 9km 28波形
・宮城県沖の地震 2005.08.16 M7.2 42km 30波形

図５は、上記観測波形に基づく入力加速度よる解析結果を示すもので、（ａ）は生産棟の２階における加速度応答、（ｂ）は生産棟の４階における加速度応答を示すものである。
これらの解析結果において、例えば上記大地震時においても生産棟における加速度を100Gal以下に抑えることを目標とした場合に、当該生産棟の２階に関しては、図５（ａ）に見られるように、従来の振動モデルにおいても、概ね500Gal入力時までほぼ上記目標を満足することができる。

しかしながら、上記生産棟の４階に関しては、図５（ｂ）に見られるように、従来の振動モデルにおいては、入力が150Galを超える地震動に対しては、加速度応答が上記目標とする100Galを超えるものが多くなっている。

これに対して、本発明に係る振動モデルにおいては、500Gal入力時までほぼ上記目標を満足できる結果となっている。また，従来の振動モデルに比べて、本発明に係る振動モデルにおいては、入力加速度の大きさに拘わらず、高い免震効果が得られており、特に150Gal以下の中小地震において、大きな低減効果が得られることが判る。

１生産棟（嫌振棟）
２屋根
３設備棟（一般棟）
１ａ、３ａ床または梁
１ｂ、３ｂ柱
４、４ａ〜４ｄ基礎部分
５免震層
６剛すべり支承
７免震装置
１０粘弾性ダンパー（粘性ダンパー）

Claims

微振動を嫌う機器類が配置された嫌振棟と、当該嫌振棟に隣接して配置された固有振動数の異なる一般棟との全体を、連続する基礎部分を介して免震構造とし、かつ上記嫌振棟の上記基礎部分の下部に剛すべり支承を介装した免震構造物において、
上記嫌振棟と上記一般棟とを、粘性系ダンパーを間に介して水平方向に接続してなり、かつ上記粘性系ダンパーと上記嫌振棟との間および上記粘性系ダンパーと上記一般棟との間に、微振動を吸収する緩衝材を介装したことを特徴とする免震構造物。
上記一般棟は、上記嫌振棟を外側から取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の免震構造物。
上記嫌振棟と上記一般棟とを、上記微振動を嫌う機器類の設置階における床レベルで接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の免震構造物。
上記嫌振棟を鉄筋コンクリート造とし、かつ上記一般棟を鉄骨造としたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の免震構造物。