JP5906495B2 - 支承装置の設計方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、下部建造物で上部建造物を支持する支承構造において、下部建造物及び上部建造物の間に介在させる支承装置の設計方法に関する。

従来より、例えば、免震建造物、橋梁、あるいは固定建造物同士を接続する接続部分等の振動や相対変位が生じる建造物において、可動支持する支承装置がある。このような、支承装置は、建物等の被支持建造物と、基礎等の支持建造物との間に配設され、被支持建造物に固定された上沓と、支持建造物に固定された下沓との境界面、つまり摺動面が摺動することで、境界面における面内方向に変位可能に支持することができる。

このような支承装置における摺動面は、一様な一体もので構成することが一般的であるが、例えば、特許文献１に示すように、分割された摺動面で構成する場合もある。

なお、図８，９に示すように上沓１２０は、例えば、円柱状の装着孔を有するベースポット１２２と、ベアリングと呼ばれる樹脂製の円形ベアリング１２５を底面に固定したピストン１２４と、弾性プレート１２３とで構成しており、装着孔に弾性プレート１２３を介してピストン１２４を装着したベースポット１２２を、上部建造物２に装着する。

これに対し、下沓１３０は、上から順に、ＰＴＦＥコーティング板等で構成するベースプレート１３３と、下鋼材１３２と、下部建造物３に定着するための定着プレート１３１とで構成し、上面にベースプレート１３３を固定した下鋼材１３２を定着プレート１３１で下部建造物３に定着固定して下沓１３０を構成している。

このように構成した上沓１２０と下沓１３０とを、それぞれの滑り部材同士（１２５，１３３）が対向するように配置して構成する支承装置１１０では、上沓１２０及び下沓１３０を介して、上部建造物２の荷重、すなわち上載荷重は、下部建造物３に伝達され、下部建造物３で上部建造物２を支承する。

このとき、上沓１２０の円形ベアリング１２５から伝達された上載荷重は、下沓１３０における滑り部材の表面から定着プレート１３１の底面まで、すなわち下部建造物３の上面までの間（図８においてＴで示す部分）において、所定の荷重分散角度αで広がって伝達される。なお、荷重分散角度αは、鉛直方向に対して外側に広がる角度である。そのため、下部建造物３の上面では、上沓１２０の円形ベアリング１２５の面積より、下沓１３０における滑り部材の表面から下部建造物３の上面まで高さ、及び荷重分散角度αに応じて広がった受圧面積である荷重分散範囲（基準受圧範囲Ｐｂ）で支持することとなる。

これら荷重分散範囲における受圧面積や上載荷重に応じて、下部建造物３や、支承装置１１０の部材の強度や寸法を設定する。しかしながら、滑り部材同士（１２５，１３３）を滑らせて支持する滑り支承装置において、滑り性能に影響を及ぼすため、下部建造物３の強度に合わせて、上沓１２０の円形ベアリング１２５の平面サイズを変更することは好ましくない。

したがって、上沓１２０の円形ベアリング１２５の平面サイズを変更せずに、下部建造物３の上面における受圧面積及び上載荷重により下部建造物３の強度を設定することとなる。そのため、強度の面から下部建造物３として採用できる材料（例えば、コンクリートのランク）が限定されてしまっていた。また、下部建造物３の強度以外の設計要素（例えば、鋼材の板厚）についても選択肢の幅が狭かった。つまり、下部建造物３の強度等の様々な設計要素についての選択肢が限定され、滑り性能に影響を及ぼさずに支承構造を低コストで構築することが困難となっていた。

特開２０００−１２０７７４号公報

そこで本発明では、滑り性能に影響を与えることなく、設計要素についての選択肢を拡充し、より適切に設計要素を組み合わせて無駄のない支承構造を構築できる支承装置の設計方法を提供することを目的とする。

この発明は、上部建造物の底面に配置した上沓、及び下部建造物の上面に配置した下沓で構成するとともに、前記上沓及び前記下沓の対向部分である上沓摺動面と下沓摺動面の摺動を許容する支承装置の設計方法であって、前記上沓摺動面を、同じ所定間隔を隔てて配置された複数の分割摺動面部材で構成するとともに、前記下沓摺動面を構成する下沓摺動面部材を、複数の前記分割摺動面部材を配置して構成する前記上沓摺動面の配置範囲より広く形成し、該分割摺動面部材における摺動面の面積である摺動面積を合計した合計摺動面積を、当該支承装置で負担する前記上部建造物による負担荷重に基づく基準摺動面積に応じた面積で設定するとともに、前記所定間隔を、相互に最も近接して隣り合う前記分割摺動面部材の中心の両方を通る断面において、前記分割摺動面部材から伝達された鉛直荷重が下沓摺動面から前記下部建造物の上面までの間を荷重分散角度に応じて分散する、前記下部建造物の上面における加重分散範囲の外縁が、隣り合う前記分割摺動面部材同士で一致する間隔である最大離間間隔以下の間隔に設定することを特徴とする。

上記支承装置は、剛滑り支承、あるいは弾性滑り支承とすることができる。
上記分割摺動面部材は、円形、楕円形、多角形等の様々な平面形状で形成した部材とすることができるともに、所定範囲において、同心円状、マトリックス状、千鳥状、あるいはランダムに配置することができる。

上記基準摺動面積とは、一様な一体もので構成された一般的な上沓の摺動面として、負担する荷重に基づいて定まる面積である。
上述の基準摺動面積に応じた面積で設定するとは、該分割摺動面部材における摺動面の面積である摺動面積を合計した合計摺動面積を、一様な一体もので構成された一般的な摺動面の面積である基準摺動面積以上に設定することであるが、基準摺動面積よりわずかに狭い面積も含むこととする。

上述の下沓摺動面部材を、複数の前記分割摺動面部材を配置して構成する前記上沓摺動面の配置範囲より広く形成したとは、所定範囲において配置した分割摺動面部材のうち外側に配置された分割摺動面部材の外側を結ぶ外周縁より広い形状である。
上記荷重分散範囲は、各分割摺動面部材から伝達された鉛直荷重が作用する受圧面積に対応する範囲である。

この発明により、滑り性能に影響を与えることなく、支承装置における設計要素についての選択肢を拡充し、より適切に設計要素を組み合わせて無駄のない支承構造を構築することができる。したがって、例えば、建造物を低コストで構築することができる。

詳しくは、前記上沓摺動面を、所定間隔を隔てて配置された複数の分割摺動面部材で構成し、該分割摺動面部材における摺動面の面積である摺動面積を合計した合計摺動面積を、当該支承装置で負担する前記上部建造物による負担荷重に基づく基準摺動面積に応じた面積で設定することにより、一様な一体もので構成された一般的な上沓の摺動面における滑り性能を確保したまま、上沓摺動面部材を分割することができる。

また、上述したように、上沓の上沓摺動面部材の摺動面から伝達された上載荷重は、下沓における下沓摺動面部材の表面から下部建造物の上面までの間において、所定の荷重分散角度で広がって伝達されるため、下部建造物の上面において上載荷重を支持する荷重分散範囲の面積である受圧面積を、一様な一体もので構成された一般的な上沓の摺動面から伝達された荷重分散範囲の受圧面積に比べ、拡大することができる。したがって、下部建造物の上面における単位面積当たりの支持荷重を低減することができ、例えば、下部建造物の構成するコンクリートの設計強度を低減したり、下部建造物の部材強度を低減することができ、低コスト化を図ることができる。

さらに、例えば、下沓を、上述したような定着プレート、下鋼材、ベースプレートとで構成して、下部建造物の上面に定着固定するとともに、荷重分散角度を考慮して下沓の高さで受圧面積を下部建造物の強度に応じて調整している場合において、所定間隔を隔てて配置された複数の分割摺動面部材で上沓摺動面を構成することにより、下沓の高さ、すなわち厚みを低減することができる。したがって、下沓に要するコストや重量を低減することができる。なお、下沓の重量を低減することは、下部建造物において、重心より高い位置において作用する死荷重を低減することとなり、下部建造物の構造的必要強度を低減することができる。

また、所定間隔を隔てて配置された複数の分割摺動面部材で上沓摺動面を構成することにより、取り付け汎用性が向上するとともに、施工性が向上する。詳しくは、分割摺動面部材は、一様な一体もので構成された一般的な上沓の摺動面部材に比べ、小型化できるため、狭隘な箇所にも取り付けることができ、取り付け汎用性が向上する。さらに、小型化、つまり軽量化されるため、容易に取り扱うことができ、施工性が向上する。

また、前記分割摺動面部材を、前記分割摺動面部材同士を同じ所定間隔で隔てて配置することにより、上部建造物の上載荷重が拡大された受圧面積全体に略均等に作用するため、下部建造物の設計強度を無駄のない状態で利用することができる。

また、互に最も近接して隣り合う前記分割摺動面部材の中心の両方を通る断面において、前記分割摺動面部材から伝達された鉛直荷重が下沓摺動面から前記下部建造物の上面までの間を荷重分散角度に応じて分散する、前記下部建造物の上面における加重分散範囲の外縁が、隣り合う前記分割摺動面部材同士で一致する間隔を最大離間間隔とし、前記所定間隔を、前記最大離間間隔以下の間隔に設定することにより、滑り性能に影響を与えることなく、より適切な設計要素の組み合わせを実現することができる。

詳しくは、前記加重分散範囲の外縁が、隣り合う前記分割摺動面部材同士で一致する間隔である最大離間間隔に、前記所定間隔を一致させることにより、各分割摺動面部材における荷重分散範囲同士がラップせず、各分割摺動面部材における荷重分散範囲の合計である全受圧面積は最大となる。

仮に、前記所定間隔を、最大離間間隔より広く設定すると、各分割摺動面部材における荷重分散範囲の合計である全受圧面積は変化せず、分割摺動面部材の配置範囲のみが広がり、下沓の下沓摺動面部材の平面サイズも大きくなる。下沓の下沓摺動面部材が大きくなると、重量やコストが増大する。

これに対し、前記所定間隔を、最大離間間隔以下に設定することにより、全受圧面積に対して分割摺動面部材の配置範囲のみが広がることを防止し、下沓の下沓摺動面部材の平面サイズの拡大を防止できる。したがって、下沓の下沓摺動面部材の重量やコストの増大を防止することができる。

この発明の構成として、前記分割摺動面部材を、摺動面部材同士が摺動する摺動面内方向において円形状に形成することができる。

この発明の構成により、摺動面部材同士が摺動する摺動面内方向において円形状に前記分割摺動面部材を形成することにより、前記分割摺動面部材の方向性がなくなり、取り付け施工における施工性が向上する。また、取り付け方向性がないため、方向性のある分割摺動面部材に比べて、部品点数を低減し、その結果、部材コストを低減することができる。

またこの発明の構成として、前記荷重分散角度をα、前記下沓摺動面から前記下部建造物の上面までの間を荷重伝達鉛直距離Ｔとし、前記所定間隔Ｌを、Ｌ＝Ｔ×ｔａｎαとすることができる。

この発明の構成により、滑り性能に影響を与えることなく、さらに適切な設計要素の組み合わせを実現することができる。
詳しくは、通常、安全率を考慮することによって、荷重分散範囲において荷重は等分布に作用するとして設計するが、厳密には、荷重分散範囲において中心から径外側に向かって作用する荷重の分布量を低減すると考えられる。そこで、前記所定間隔Ｌを、Ｌ＝Ｔ×ｔａｎαとすることにより、荷重の分布量の少ない径外側部分同士をラップさせることにより、受圧面積全体に作用する荷重の分布量を均等化するとともに、分割摺動面部材の配置範囲を小型化することができる。したがって、下沓の下沓摺動面部材の平面サイズの拡大を防止でき、下沓の下沓摺動面部材の重量やコストの増大を防止することができる。

またこの発明の構成として、前記上沓摺動面を、相互に最も近接する３つの前記分割摺動面部材を同じ所定間隔で正三角形配置するとともに、中心に１個と、全体として少なくとも１周以上の六角形状を成すように複数個とを配置し、中心、及び六角形状に配置した前記分割摺動面部材の全体個数を、下記数式（１）及び数式（２）で定まる数とすることができる。

ただし、前記数式１及び数式２中のｎは、分割摺動面部材を配置して構成する同心状の六角形の周数を表す。

上記数式で定まる数で構成する六角形は、ひとつの分割摺動面部材を中心として、その径外方向に複数周の同心円状に分割摺動面部材を配置して構成する六角形である。

この発明の構成により、分割摺動面部材を配置する平面の直交する二方向において同様の配置範囲内で、分割摺動面部材同士を同じ所定間隔で配置することができる。したがって、受圧面積全体に作用する荷重の分布量を均等化するとともに、分割摺動面部材の配置範囲を小型化することができる。

本発明により、滑り性能に影響を与えることなく、設計要素についての選択肢を拡充し、より適切に設計要素を組み合わせて無駄のない支承構造を構築できる支承装置の設計方法を提供することができる。

支承構造の概略図。 支承装置の概略図。 上沓の分解斜視図。 分割滑り材と、従来の滑り材とを比較する説明図。 分割滑り材の配置間隔についての説明図。 分割滑り材の配置パターンについての説明図。 滑り材における摩擦係数の面圧依存性についてのグラフ。 従来の支承構造の概略図。 従来の支承装置の概略平面図。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
図１は支承構造１の概略断面図を示し、図２は支承装置１０の概略平面図を示し、図３は上沓２０の分解斜視図を示し、図４は分割ベアリング２５と、従来の円形ベアリング１２５とを比較する説明図を示し、図５は分割ベアリング２５の配置間隔についての説明図を示し、図６は分割ベアリング２５の配置パターンについての説明図を示し、図７は分割ベアリング２５における摩擦係数の面圧依存性についてのグラフを示している。

詳しくは、図１は中央より左側における上部建造物２及び上沓２０部分は図２におけるイ−イ断面図を示し、左側における下部建造物３及び下沓３０部分は図２におけるウ−ウ断面図を示し、中央より右側をア−ア断面図で表わした概略図であり、図２は中央より左側に上沓２０の底面図を実線で示すとともに、下沓３０の平面図を破線で示しており、中央より右側に上沓２０の底面図を破線で示すとともに、下沓３０の平面図を実線で示す概略図である。

図３は上沓２０の一部の構成要素を分解した底面側からの分解斜視図を示し、図４（ａ）は従来の円形ベアリング１２５及び基準受圧範囲Ｐｂの底面図、図４（ｂ）は分割ベアリング２５、受圧範囲Ｐ、並びに合成受圧範囲Ｐｔの底面図を示している。

図５（ａ）は分割ベアリング２５を最大離間間隔Ｌｍａｘで配置した場合の概略平面図及び概略断面図を示し、同様に、図５（ｂ）は分割ベアリング２５を最小離間間隔Ｌｍｉｎで配置した場合、図５（ｃ）は分割ベアリング２５を平準化離間間隔Ｌｅｑで配置した場合、及び図５（ｄ）は分割ベアリング２５を、最大離間間隔Ｌｍａｘを超えて配置した場合についてそれぞれの概略平面図及び概略断面図を示している。

図６（ａ）は分割ベアリング２５を正六角形に配置したパターンの概略平面図を示し、同様に、図６（ｂ）は菱形パターン、図６（ｃ）は矩形パターン、及び図６（ｄ）は長六角形パターンについてそれぞれの概略平面図を示している。

図８は従来の支承装置１１０の中央より左側における上部建造物２及び上沓１２０部分は図９におけるイ−イ断面図を示し、左側における下部建造物３及び下沓１３０部分は図９におけるウ−ウ断面図を示し、中央より右側をア−ア断面図で表わした概略図であり、図９は中央より左側に上沓１２０の底面図を実線で示すとともに、下沓１３０の平面図を破線で示しており、中央より右側に上沓１２０の底面図を破線で示すとともに、下沓１３０の平面図を実線で示す概略図である。

支承構造１は、マンション、オフィスビル、工場、公共施設等の各種の建物の上部建造物２を、支承装置１０を介して、基礎等の下部建造物３で支持する構造であり、支承装置１０は、上部建造物２の底面に固定した上沓２０と、下部建造物３の上面に固定した下沓３０とで構成している。

なお、支承構造１は、上述のように、基礎を下部建造物３、建物を上部建造物２として、下部建造物３で上部建造物２を支持する場合の支承装置１０を用いた構造のみならず、橋梁において主桁を橋脚から支持する場合の支承装置、ビルとビルとを連絡する渡り廊下をビルから支持する場合の支承装置、トラス屋根を柱で支持する場合の支承装置、あるいは、ビル同士を接続するエキスパンション構造における支承装置として用いた支承構造であってもよい。

上沓２０は、上から順に、定着プレート２１、ベースポット２２、弾性プレート２３、ピストン２４、及び分割ベアリング２５で構成している。
定着プレート２１は、平面視正方形状の鋼製であり、上面に、上部建造物２に定着するための定着凸部２１ａ（図３では図示省略、図１参照）と、上部建造物２に埋め込んだ埋込みアンカ２ａに対してボルト結合するためのボルト孔２１ｂを四隅に備えている。

ベースポット２２は、定着プレート２１に重ね合わされるベース本体２２ａと、ベース本体２２ａの底面に配置され、角部が面取された八角柱状の柱状部２２ｂとで構成する鋼製体であり、弾性プレート２３、及びピストン２４の嵌合を許容する円筒形の凹部に構成する嵌合凹部２２ｃを、柱状部２２ｂの底面に形成している。
弾性プレート２３は、嵌合凹部２２ｃよりわずかに小さな径の円形、且つ嵌合凹部２２ｃの深さの半分程度の高さ（厚み）を有するゴム製のプレートである。

ピストン２４は、ステンレス製の略円柱形状であり、後述する分割ベアリング２５の嵌合を許容する円形凹部２４ｂを底面２４ａに形成している。なお、円形凹部２４ｂは、嵌合された分割ベアリング２５が所定の間隔で、所定の配置となるように形成しており、後述する分割ベアリング２５の高さ（厚み）に対して半分程度の深さで形成している。

分割摺動面部材として機能する分割ベアリング２５は、例えばＰＴＦE（ポリテトラフロロエチレン）等のフッ素樹脂で構成された円柱体であり、自己潤滑性を有しており、表面が低摩擦係数である。そして、円形凹部２４ｂに嵌合することによって、分割ベアリング２５は、ピストン２４の底面２４ａから突出する態様で装着することができる。

なお、円柱体で構成した分割ベアリング２５の底面積を摺動面積Ｓとする。そして、円形凹部２４ｂに嵌合してピストン２４に装着された分割ベアリング２５の配置については後述する。また、分割ベアリング２５は、鋼製磨き材や、鋼製板材をＰＴＦＥコーティングして構成してもよい。

なお、ピストン２４の底面２４ａに分割ベアリング２５が嵌合する円形凹部２４ｂを形成せずとも、ピストン２４の底面２４ａに分割ベアリング２５を、接着剤等により直接接合する構成であってもよい。

このように構成した上沓２０は、弾性プレート２３及び、円形凹部２４ｂに分割ベアリング２５を嵌め込んだピストン２４を、上からこの順で嵌合凹部２２ｃに嵌合し、上沓２０を組付ける。

下部建造物３の上面に装着される下沓３０は、下から順に、下部建造物３に対して沓座モルタル３ａを介して装着される定着プレート３１、下鋼材３２、下滑り面を構成するベースプレート３３とで構成している。

定着プレート３１は、平面視正方形状の鋼製であり、底面に、下部建造物３に定着するための定着凸部３１ａと、下部建造物３に埋め込んだ埋込みアンカ３ｂに対してボルト結合するためのボルト孔３１ｂを四隅に備えている。

下鋼材３２は、定着プレート３１と同じ平面形状の鋼製板材であり、所定の厚みで構成している。なお、定着プレート３１のボルト孔３１ｂと同位置に、ボルト孔３２ｂを備えている。

摺動面部材として機能するベースプレート３３は、平面視正八角形状に形成され、下鋼材３２の上面に固定されている。なお、ベースプレート３３は、鋼製磨き材で構成しているが、鋼製板材をＰＴＦＥコーティングして構成してもよい。また、ベースプレート３３は、ベースプレート３３と分割ベアリング２５とが摺動する摺動面における面内方向、つまり平面視において、ピストン２４に離間間隔Ｌを隔てて装着された分割ベアリング２５の配置外縁Ｅ（図２において一点鎖線で図示）より、広く形成している。

なお、下部建造物３の上面と定着プレート３１との間に介在する沓座モルタル３ａは、圧縮強度が高く、硬化する際に収縮しない無収縮モルタルで構成しており、沓座モルタル３ａの上面は、下部建造物３において、支承装置１０を介して上部建造物２の荷重を受ける受圧面３ａａを構成している。

上述のように構成した上沓２０を上部建造物２の底面に固定し、下沓３０を沓座モルタル３ａの上面に載置して下部建造物３に固定し、下沓３０のベースプレート３３と、上沓２０の分割ベアリング２５とを対向させて支承装置１０を構成するように、下部建造物３の上に上部建造物２を載置して、支承構造１を構成している。

次に、略円柱形状であるピストン２４の円形凹部２４ｂに装着した分割ベアリング２５の配置について詳述する。
図４（ｂ）に示すように、分割ベアリング２５は、円形の底面２４ａにおいて、底面２４ａの中心と、及び径方向外側において、該中心を同心とした正六角形状に３周分配置している。そして、全部で３７個の分割ベアリング２５により、図４（ａ）に示すような、従来の支承装置１１０における上沓１２０の円形ベアリング１２５の面積（後述する基準摺動面積Ｓｂ）に応じた面積となるように構成している。

なお、従来の支承装置１１０は、図８及び図９に示すように、上沓１２０と下沓１３０とで構成するとともに、上沓１２０の円形ベアリング１２５と、下沓１３０のベースプレート１３３とを対向させて構成している。そして、円形ベアリング１２５は、一様な一体もので構成された一般的な上沓１２０の摺動面として、負担する上部建造物２の鉛直荷重に基づいて定まる面積（基準摺動面積Ｓｂ）で構成された円形形状で形成している。

分割ベアリング２５の配置について詳述すると、図６（ａ）に示すように、中心Ｃより一周分外側の六角形状（以下において、一周目六角形Ｒ１）は、中心Ｃに配置した分割ベアリング２５（以下において中心分割ベアリング２５０とする）を頂点とし、周方向に連続する６つの正三角形を構成するように、６つの分割ベアリング２５を、離間間隔Ｌを隔てて配置し、６つの分割ベアリング２５で頂点となる一周目六角形Ｒ１を形成している。この６つの分割ベアリング２５を、１周目分割ベアリング２５１とする。

中心より二周分外側の六角形状、つまり一周目六角形Ｒ１より一周分外側の六角形状（以下において、二周目六角形Ｒ２）は、一周目六角形Ｒ１における各一周目分割ベアリング２５１を頂点とし、径内側向きに凸な正三角形、径外側向きに凸な正三角形、及び径内側向きに凸な正三角形が、一周目分割ベアリング２５１同士で構成する各辺に対して連続するように、１２個の分割ベアリング２５を、離間間隔Ｌを隔てて配置することにより、各頂点及び各頂点同士を結ぶ各辺の中間に分割ベアリング２５が配置された二周目六角形Ｒ２を形成している。この１２個の分割ベアリング２５を、二周目分割ベアリング２５２とする。

中心より三周分外側の六角形状、つまり二周目六角形Ｒ２より一周分外側の六角形状（以下において、三周目六角形Ｒ３）は、二周目六角形Ｒ２における各二周目分割ベアリング２５２を頂点とし、径内側向きに凸な正三角形、径外側向きに凸な正三角形、径内側向きに凸な正三角形、径外側向きに凸な正三角形、及び径内側向きに凸な正三角形が、二周目分割ベアリング２５２同士で構成する各辺に対して連続するように、１８個の分割ベアリング２５を、離間間隔Ｌを隔てて配置することにより、各頂点及び各頂点同士を結ぶ各辺の間に２つの分割ベアリング２５が配置された三周目六角形Ｒ３を形成している。この１８個の分割ベアリング２５を、三周目分割ベアリング２５３とする。

支承装置１０における分割ベアリング２５は、中心Ｃに配置した中心分割ベアリング２５０、一周目六角形Ｒ１に配置した６つの一周目分割ベアリング２５１、二周目六角形Ｒ２に配置した１２個の二周目分割ベアリング２５２及び三周目六角形Ｒ３に配置した１８個の三周目分割ベアリング２５３の合計３７個となる。それぞれの底面積を摺動面積Ｓとした分割ベアリング２５について３７個全てを合計した面積を合計摺動面積Ｓｔとする。

さらに、中心分割ベアリング２５０と各一周目分割ベアリング２５１とは等間隔、各一周目分割ベアリング２５１と最も近接する３つの二周目分割ベアリング２５２とは等間隔、各二周目分割ベアリング２５２と最も近接する３つの三周目分割ベアリング２５３とは等間隔に配置されている。

なお、本実施例において、中心Ｃの外側に３周分の六角形Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）を３７個の分割ベアリング２５で構成したが、３周分に限らず、３周より少なくても、あるいは３周より多くてもよく、その場合における分割ベアリング２５の配置数は、次式で求めることができる

ただし、前記数式１及び数式２中のｎは、分割ベアリング２５を配置して構成する同心状の六角形Ｒの周数を表す。例えば、３周分の六角形Ｒで構成した上述の説明の場合においては、ｎは３となる。

この数式で算出された個数の分割ベアリング２５で、上沓１２０の摺動面として、負担する上部建造物２の鉛直荷重に基づいて定まる面積で形成された従来の円形ベアリング１２５に対応する面積を確保するように、分割ベアリング２５の形状を設定すればよい。

詳しくは、上部建造物２の上載荷重等の諸条件に基づく滑り性能に応じて定まる円形ベアリング１２５の底面の面積を基準摺動面積Ｓｂとし、各分割ベアリング２５の底面の摺動面積Ｓの合計である合計摺動面積Ｓｔが基準摺動面積Ｓｂに近似するように分割ベアリング２５の個数を定める。なお、合計摺動面積Ｓｔが基準摺動面積Ｓｂ以上であればより好ましいが、合計摺動面積Ｓｔが基準摺動面積Ｓｂよりわずかに小さくてもよい。

もちろん、分割ベアリング２５の配置、すなわち六角形Ｒの周数に基づいて分割ベアリング２５の個数を予め設定し、基準摺動面積Ｓｂ及び分割ベアリング２５の個数から、分割ベアリング２５の形状、すなわち各分割ベアリング２５の摺動面積Ｓを定めてもよい。

続いて、上述したような配置である分割ベアリング２５（２５０，２５１，２５２，２５３）同士の離間間隔Ｌについて、詳述に説明する。
上述したように構成した支承装置１０を有する支承構造１では、上部建造物２の鉛直荷重は、支承装置１０を介して下部建造物３に伝達され、下部建造物３で支持する。詳しくは、図１及び図５に示すように、上部建造物２の鉛直荷重は、下沓３０のベースプレート３３に対向する上沓２０の分割ベアリング２５から所定の荷重分散角度αで傾斜する仮想分散ラインＶＬで分散し、下部建造物３における受圧面である沓座モルタル３ａの受圧面３ａａにおける受圧範囲Ｐで支持する。

なお、円形に形成した分割ベアリング２５から伝達された鉛直荷重を支持する受圧範囲Ｐは、図５（ａ）の上図に示すように、円形となる。また、図１や図５では、荷重分散角度αを一般的な４５度として図示しているが、荷重分散角度αの角度は建造物の設計基準や建造物の強度、あるいは安全率等に応じて適宜設定すればよい。

さらには、荷重分散角度αを、図１や図５に示すように、鉛直方向に対する角度としてもよいが、下部建造物３における受圧面等の水平面に対する角度を分散角度としてもよい。

図５（ａ）の下図に示すように、相互に最も近接して隣り合う分割ベアリング２５の中心同士を通る断面において、荷重分散角度αに応じて分散された、隣り合う分割ベアリング２５から受ける受圧範囲Ｐ同士が受圧面３ａａで一致する、つまり仮想分散ラインＶＬの下端が受圧面３ａａで一致する離間間隔Ｌを、最大離間間隔Ｌｍａｘとし、図５（ｂ）に示すように、分割ベアリング２５同士が接する、つまり、離間間隔Ｌが０である間隔を最小離間間隔Ｌｍｉｎとしている。

このように、離間間隔Ｌを最小離間間隔Ｌｍｉｎ以上最大離間間隔Ｌｍａｘ以下に設定することにより、受圧範囲Ｐが、円形状の分割ベアリング２５の縁端より、荷重分散角度α及び荷重伝達鉛直距離Ｔに応じて広がるため、上部建造物２の鉛直荷重を下部建造物３で支持する受圧範囲Ｐの面積、つまり受圧面積が広がる。

ピストン２４によって六角形配置された分割ベアリング２５全体においては、各分割ベアリング２５による受圧範囲Ｐが合成された合成受圧範囲Ｐｔの面積は、図４に示すように、円形ベアリング１２５による基準受圧範囲Ｐｂの面積に比べて広い範囲となる。

ここで、各分割ベアリング２５の底面の摺動面積Ｓの合計である合計摺動面積Ｓｔは従来の基準摺動面積Ｓｂに近似させているため、図７に示すように、支承装置１０における滑り性能に大きく影響を与える、下沓３０におけるベースプレート３３に負荷される面圧を変更することなく、支承装置１０を介して伝達された上部建造物２の荷重を支持する合成受圧範囲Ｐｔの面積を拡大することができる。したがって、支承装置１０の滑り性能を維持したまま、下部建造物３の部材強度（コンクリートの強度）を低減することができる。

また、図５（ｄ）に示すように、離間間隔Ｌが最大離間間隔Ｌｍａｘを超えた場合、受圧範囲Ｐ同士が離れるため、上部建造物２の鉛直荷重を下部建造物３で支持する受圧面積は、最大離間間隔Ｌｍａｘの場合と変わらないが、荷重を受けるのに必要な下部建造物３の平面サイズが大きくなる。そのため、支承装置１０の滑り性能を維持したまま、下部建造物３の部材強度（コンクリートの強度）を低減することができるという効果は得ることはできるものの、下部建造物３の平面サイズが大きくなることによる死荷重の増加、材料コストの増大を招くため、好ましくない。

なお、隣り合う分割ベアリング２５における受圧範囲Ｐ同士の位置関係の調整は、離間間隔Ｌの調整のみならず、荷重伝達鉛直距離Ｔを調整してもよい。すなわち、合成受圧範囲Ｐｔの面積が拡大した分だけ、定着プレート３１、下鋼材３２、下滑り面を構成するベースプレート３３とで構成される下沓３０の厚みを低減することができる。例えば、下沓３０のうち、下鋼材３２の厚みを低減することができる。さらには、離間間隔Ｌ及び荷重伝達鉛直距離Ｔの両方を調整してもよい。

このように、上部建造物２の底面に配置した上沓２０、及び沓座モルタル３ａの受圧面３ａａに配置した下沓３０で構成するとともに、上沓２０及び下沓３０の対向部分である分割ベアリング２５の摺動面（底面）とベースプレート３３の摺動面（上面）の摺動を許容する支承装置１０において、複数の分割ベアリング２５を、離間間隔Ｌを隔てて配置し、分割ベアリング２５の摺動面積Ｓを合計した合計摺動面積Ｓｔを、当該支承装置１０で負担する上部建造物２による負担荷重に基づく基準摺動面積Ｓｂ、つまり従来の支承装置１１０における上沓１２０の円形ベアリング１２５の面積に応じた面積で設定するとともに、ベースプレート３３の摺動面（上面）を、複数を配置した分割ベアリング２５の配置外縁Ｅより広く形成したことにより、滑り性能に影響を与えることなく、支承装置１０における設計要素についての選択肢を拡充し、より適切に設計要素を組み合わせて無駄のない支承構造を構築することができる。したがって、例えば、支承構造１を低コストで構築することができる。

詳しくは、複数の分割ベアリング２５を、離間間隔Ｌを隔てて配置し、分割ベアリング２５の摺動面積Ｓを合計した合計摺動面積Ｓｔを、当該支承装置１０で負担する上部建造物２による負担荷重に基づく基準摺動面積Ｓｂに応じた面積で設定することにより、一様な一体もので構成された一般的な上沓の摺動面（従来の支承装置１１０の上沓１２０における円形ベアリング１２５の底面）における滑り性能を確保したまま、離間間隔Ｌを隔てて配置した複数の分割ベアリング２５により、支承装置１０を介して伝達された上部建造物２の荷重を支持する合成受圧範囲Ｐｔの面積を従来の円形ベアリング１２５の場合における基準受圧範囲Ｐｂの面積に比べ拡大することができる。よって、下部建造物３における沓座モルタル３ａの受圧面３ａａにおいて、単位面積当たりに作用する荷重の低減効果を得ることができる。
したがって、支承装置１０の滑り性能を維持したまま、下部建造物３の部材強度（コンクリートの強度）を低減することができる。

さらに、例えば、下沓３０を、上述したような定着プレート３１で沓座モルタル３ａの受圧面３ａａに定着固定するとともに、荷重分散角度α及び定着プレート３１、下鋼材３２及びベースプレート３３の高さ、つまり下沓３０の荷重伝達鉛直距離Ｔの部分で受圧範囲Ｐの面積を下部建造物３の強度に応じて調整している場合において、複数の分割ベアリング２５を、離間間隔Ｌを隔てて配置することにより、定着プレート３１、下鋼材３２及びベースプレート３３の高さ、つまり下沓３０の厚みを低減することができる。例えば、下沓３０のうち、下鋼材３２の厚みを低減することができる。したがって、定着プレート３１、下鋼材３２及びベースプレート３３に要するコストや重量を低減することができる。なお、定着プレート３１、下鋼材３２及びベースプレート３３の重量を低減することは、下部建造物３において、重心より高い位置において作用する死荷重を低減することとなり、下部建造物３の構造的必要強度を低減することができる。

また、複数の分割ベアリング２５を、離間間隔Ｌを隔てて配置することにより、取り付け汎用性が向上するとともに、施工性が向上する。詳しくは、分割ベアリング２５は、一様な一体もので構成された上沓１２０における円形ベアリング１２５に比べ、小型化できるため、狭隘な箇所にも取り付けることができ、取り付け汎用性が向上する。さらに、小型化、つまり軽量化されるため、容易に取り扱うことができ、施工性が向上する。

また、分割ベアリング２５を円柱状に形成するととともに、分割ベアリング２５同士を同じ離間間隔Ｌで隔てて配置することにより、分割ベアリング２５から伝達された鉛直荷重が、拡大された受圧範囲Ｐの面積の合成である合成受圧範囲Ｐｔの全体に略均等に作用するため、下部建造物３の設計強度を無駄のない状態で設定することができる。

また、円柱状に分割ベアリング２５を形成することにより、分割ベアリング２５の方向性がなくなり、取り付け施工における施工性が向上する。また、取り付け方向性がないため、方向性のある分割ベアリングに比べて、部品点数を低減し、その結果、部材コストを低減することができる。

しかしながら、例えば、多角柱状などの様々な形状の分割ベアリングであっても、分割ベアリング同士を離間間隔Ｌで隔てて配置することにより、合成受圧範囲Ｐｔの面積は拡大するため、下部建造物３における沓座モルタル３ａの受圧面３ａａにおいて、単位面積当たりに作用する荷重の低減効果を得ることは明らかである。

また、相互に最も近接して隣り合う分割ベアリング２５の中心の両方を通る断面において、分割ベアリング２５から伝達された鉛直荷重が、ベースプレート３３の摺動面（上面）から沓座モルタル３ａの受圧面３ａａまでの間、つまり荷重伝達鉛直距離Ｔの部分を荷重分散角度αに応じて分散する、沓座モルタル３ａの受圧面３ａａにおいて隣り合う分割ベアリング２５から受ける受圧範囲Ｐの外縁が一致する間隔を最大離間間隔Ｌｍａｘとし、離間間隔Ｌを、最大離間間隔Ｌｍａｘ以下の間隔に設定することにより、滑り性能に影響を与えることなく、より適切な設計要素の組み合わせを実現することができる。

詳しくは、離間間隔Ｌを、最大離間間隔Ｌｍａｘに一致させると、各分割ベアリング２５における荷重分散範囲同士がラップせず、各分割ベアリング２５による受圧範囲Ｐの合成である合成受圧範囲Ｐｔの面積は最大となる。

仮に、離間間隔Ｌを、図５（ｄ）に示すように、最大離間間隔Ｌｍａｘより広く設定すると、各分割ベアリング２５における荷重分散範囲の合計である受圧範囲Ｐの面積は変化せず、分割ベアリング２５の配置外縁Ｅのみが広がり、下沓３０のベースプレート３３の平面サイズも大きくなる。下沓３０のベースプレート３３が大きくなると、重量やコストが増大する。

これに対し、離間間隔Ｌを、最大離間間隔Ｌｍａｘ以下に設定することにより、受圧範囲Ｐの面積に対して分割ベアリング２５の配置外縁Ｅのみが広がることを防止し、下沓３０のベースプレート３３の平面サイズも拡大を防止できる。したがって、下沓３０のベースプレート３３の重量やコストの増大を防止することができる。

また、分割ベアリング２５の摺動面（底面）を、相互に最も近接する３つの分割ベアリング２５を同じ離間間隔Ｌで正三角形配置するとともに、中心と、全体として少なくとも１周以上の六角形状とを配置し、中心と、六角形状に配置した分割ベアリング２５の全体個数を、上述の数式（１）及び数式（２）で定まる数とすることにより、分割ベアリング２５を配置する平面の直交する二方向において同様の配置外縁Ｅ内で、分割ベアリング２５同士を同じ離間間隔Ｌで配置することができる。したがって、合成受圧範囲Ｐｔ全体に作用する荷重の分布量を均等化するとともに、分割ベアリング２５の配置外縁Ｅを小型化することができる。

なお、上述の説明においては、相互に最も近接する３つの分割ベアリング２５を同じ離間間隔Ｌで正三角形配置するとともに、全体として六角形状に構成することによって、分割ベアリング２５とベースプレート３３との摺動面上における中心Ｃを原点として交差するＸＹ座標（図６における縦横方向）において、分割ベアリング２５の配置外縁Ｅは、Ｘ軸及びＹ軸ともに同距離であるが、例えば、一方向支承装置のように、ＸＹ座標における下沓３０に対する上沓２０の摺動距離がＸ軸及びＹ軸で異なる場合において、例えば、図６（ｂ）乃至（ｄ）に示すように分割ベアリング２５を配置してもよい。

図６（ｂ）〜図６（ｄ）では、相互に最も近接する３つの分割ベアリング２５を同じ離間間隔Ｌで正三角形配置するとともに、図６（ｂ）では、全体として菱形状となるように配置し、図６（ｃ）では、全体として矩形状となるように配置し、図６（ｂ）では、全体として長六角形状となるように配置している。このように、上沓２０の摺動面の形状に応じて、離間間隔Ｌを隔てて分割ベアリング２５を適宜の配置形状で配置すればよい。

さらには、これまでの説明において、相互に最も近接する３つの分割ベアリング２５を同じ離間間隔Ｌで正三角形配置したが、これに限定されず、例えば、矩形状に分割ベアリング２５を配置して全体として格子状を構成するように配置してもよく、平行四辺形状に分割ベアリング２５を配置して全体として千鳥状を構成するように配置してもよく、六角形状に配置して、全体としてハニカム状を構成するように配置してもよい。しかしながら、相互に最も近接する３つの分割ベアリング２５を同じ離間間隔Ｌで正三角形配置することで、近接する分割ベアリング２５同士の間隔が等しくなり、下部建造物３の受圧範囲Ｐにおいて、上部建造物２の鉛直荷重が均等に作用する。したがって、下部建造物３の必要強度を低減することができる

以上、本発明の構成と、前述の実施態様との対応において、
本実施形態の所定間隔は、離間間隔Ｌに対応し、
以下同様に、
分割摺動面部材は、分割ベアリング２５に対応し、
分割摺動面部材の摺動面積は、摺動面積Ｓに対応し、
下沓摺動面部材は、ベースプレート３３に対応し、
上沓摺動面の配置範囲は、配置外縁Ｅに対応し、
下部建造物の上面は、沓座モルタル３ａの受圧面３ａａに対応し、
加重分散範囲は、受圧範囲Ｐに対応するも、上記実施形態に限定するものではない。

例えば、上述したように、離間間隔Ｌを最小離間間隔Ｌｍｉｎ以上最大離間間隔Ｌｍａｘ以下に設定してもよいが、その場合の具体的な例示とすれば、図５（ｃ）に示すように、高さ方向（鉛直方向）の中央位置で仮想分散ラインＶＬ同士が交差する離間距離を平準化離間間隔Ｌｅｑとしてもよい。

なお、平準化離間間隔Ｌｅｑは、荷重分散角度をα、下沓３０のベースプレート３３の上面から、下部建造物３における沓座モルタル３ａの受圧面３ａａまでの高さ、つまり下沓３０の厚みを荷重伝達鉛直距離Ｔとした場合、Ｌｅｑ＝Ｔ×ｔａｎαで算出することができる。

また、離間間隔Ｌを、Ｌ＝Ｔ×ｔａｎαで示す平準化離間間隔Ｌｅｑとすることにより、滑り性能に影響を与えることなく、さらに適切な設計要素の組み合わせを実現することができる。
詳しくは、通常、安全率を考慮することによって、荷重分散範囲において荷重は等分布に作用するとして設計するが、厳密には、荷重分散範囲において中心から径外側に向かって作用する荷重の分布量を低減すると考えられる。そこで、離間間隔Ｌを、Ｌ＝Ｔ×ｔａｎαで示す平準化離間間隔Ｌｅｑとすることにより、荷重の分布量の少ない径外側部分同士をラップさせることにより、合成受圧範囲Ｐｔに作用する荷重の分布量を均等化するとともに、分割ベアリング２５の配置外縁Ｅを小型化することができる。

また、分割ベアリング２５を円柱状に形成したが、楕円形、多角形等の様々な平面形状の柱状体で構成してもよい。
また、分割ベアリング２５の配置外縁Ｅの外側から分割ベアリング２５全体を囲むとともに、ベースプレート３３に摺動するダストシールを設けてもよい。ダストシールにより、ベースプレート３３上に載ったゴミ等の不要物が分割ベアリング２５とベースプレート３３との間に入り込み、分割ベアリング２５とベースプレート３３との滑り性能が低下することを防止できる。なお、上沓２０において分割ベアリング２５同士の間に上記不要物が入り込むと、外部に不要物を排出し難くなるが、配置外縁Ｅの外側から囲むダストシールを設けることにより、分割ベアリング２５同士の間に不要物が入り込むおそれも低減できる。

上述の実施形態においては、分割ベアリング２５を含む支承装置を剛滑り支承とする場合の例を示したが、分割ベアリング２５を含む支承装置を弾性滑り支承とすることももちろん可能である。

２…上部建造物
３…下部建造物
３ａ…沓座モルタル
３ａａ…受圧面
１０…支承装置
２０…上沓
２５…分割ベアリング
３０…下沓
３３…ベースプレート
Ｅ…配置外縁
Ｌ…離間間隔
Ｌｍａｘ…最大離間間隔
Ｐ…受圧範囲
Ｓ…摺動面積
Ｓｂ…基準摺動面積
Ｓｔ…合計摺動面積
α…荷重分散角度

Claims (4)

1. 上部建造物の底面に配置した上沓、及び下部建造物の上面に配置した下沓で構成するとともに、前記上沓及び前記下沓の対向部分である上沓摺動面と下沓摺動面の摺動を許容する支承装置の設計方法であって、
   前記上沓摺動面を、同じ所定間隔を隔てて配置された複数の分割摺動面部材で構成するとともに、
   前記下沓摺動面を構成する下沓摺動面部材を、複数の前記分割摺動面部材を配置して構成する前記上沓摺動面の配置範囲より広く形成し、
   該分割摺動面部材における摺動面の面積である摺動面積を合計した合計摺動面積を、当該支承装置で負担する前記上部建造物による負担荷重に基づく基準摺動面積に応じた面積で設定するとともに、
   前記所定間隔を、相互に最も近接して隣り合う前記分割摺動面部材の中心の両方を通る断面において、前記分割摺動面部材から伝達された鉛直荷重が下沓摺動面から前記下部建造物の上面までの間を荷重分散角度に応じて分散する、前記下部建造物の上面における加重分散範囲の外縁が、隣り合う前記分割摺動面部材同士で一致する間隔である最大離間間隔以下の間隔に設定する
   支承装置の設計方法。
2. 前記分割摺動面部材を、摺動面部材同士が摺動する摺動面内方向において円形状に形成する
   請求項１に記載の支承装置の設計方法。
3. 前記荷重分散角度をα、前記下沓摺動面から前記下部建造物の上面までの間を荷重伝達鉛直距離Ｔとして、
   前記所定間隔Ｌを、Ｌ＝Ｔ×ｔａｎαとする
   請求項２に記載の支承装置の設計方法。
4. 前記上沓摺動面を、
   相互に最も近接する３つの前記分割摺動面部材を同じ所定間隔で正三角形配置するとともに、中心に１個と、全体として少なくとも１周以上の六角形状を成すように複数個とを配置し、
   中心、及び六角形状に配置した前記分割摺動面部材の全体個数を、下記数式（１）及び数式（２）で定まる数とする
   請求項１乃至３うちいずれかに記載の支承装置の設計方法。
   

   

   ただし、前記数式１及び数式２中のｎは、分割摺動面部材を配置して構成する同心状の六角形の周数を表す。
   

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