JPH09112063A - 構造物の免震方法及び免震構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アスペクト比が大きく積層ゴムによる免震シ
ステムの適用が困難な偏平形状の建物の耐震安全性を向
上させる免震方法と免震構造物を提供する。 【解決手段】 積層ゴムによる免震システムを適用した
免震構造物に隣接して並立する補助構造物を設け、免震
構造物の上部に、地震時に免震層に発生する水平力と同
程度の大きさで同じ向きの水平力を前記補助構造物から
付与する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、積層ゴムによる
免震システムを適用した建造物の免震技術の分野に属
し、さらに言えば、アスペクト比（建物の幅寸に対する
高さの比）が大きく積層ゴムによる免震システムの適用
が困難な偏平形状の建物に免震システムの適用を可能に
し、耐震安全性を向上させる免震方法と免震構造物に関
する。

【０００２】

【従来の技術】免震システムは、地震時に地盤から建物
へ伝わる地震エネルギーを低減し、地震時の建物応答加
速度および建物層間変位を小さくする利点があり、近年
その採用が飛躍的に増加している。ところが、アスペク
ト比が大きい偏平形状の建物は、地震時に発生する転倒
モーメントにより免震システムに引き抜き力を発生する
ことがある。一方、大部分の免震システムに広く採用さ
れている積層ゴムは、引張力が作用した際に特性が大き
く変わり、信頼性、安全性を担保しがたいので、積層ゴ
ムによる免震システムの採用が見送られてきた。

【０００３】ところで、特開平１−２０３５４１号公報
に係る建物の免震支持方法および免震支持装置の発明
は、地震時に免震建物の基礎に発生する引き抜き力を、
同基礎に設置した転倒防止用の積層ゴムによって負担さ
せる構成とし、もって、アスペクト比が高い建物に、積
層ゴムによる免震システムの採用を可能にしている。ま
た、並立する複数の構造物の間をダンパー又は弾性体の
性能をもつ要素で連結して制振の目的を達する技術は、
例えば特公昭５４−１３９１号、特公平４−４９６３２
号、特開平５−３４０１３３号、特開平７−３４５４３
号公報等に記載されて公知に属する。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】 上記特開平１−２０３５４１号公報に係る建物の免
震支持方法および免震支持装置の場合は、建物の基礎に
転倒防止用の積層ゴムを設置するため、建物の基礎梁が
大きなものとなり、基礎工事にかかる費用、工期の負担
が大きい。のみならず、免震基礎部の構成が複雑な収ま
りとなる。そして、転倒防止用の積層ゴムが予定通りに
機能しても、建物上部の振動は自由であるため建物にロ
ッキング動が発生し、建物上部が大きく揺れる。 上述した特公昭５４−１３９１号、特公平４−４９
６３２号、特開平５−３４０１３３号、特開平７−３４
５４３号公報等に記載されて公知の発明は、言うなれば
制振技術の分野に属し、本発明が目的とする免震システ
ムの適用の可能性には直接関与しない技術である。

【０００５】従って、本発明の目的は、アスペクト比が
高い偏平建物に、積層ゴムによる免震システムを適用す
る際に障害となる、地震時に発生する転倒モーメントに
起因する引き抜き力を低減し、積層ゴムによる免震シス
テムの適用を広く可能ならしめることであり、さらには
建物上部のロッキング動を抑制して免震効果を高める免
震方法及び免震構造物を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、請求項１の発明に係る構造物の免震方
法は、積層ゴムによる免震システムを適用した免震構造
物に隣接して並立する補助構造物を設け、免震構造物の
上部に、地震時に免震層に発生する水平力と同程度の大
きさで同じ向きの水平力を前記補助構造物から付与する
ことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２の発明に係る免震構造物
は、積層ゴムによる免震システムを適用した免震構造物
であって、該免震構造物に隣接する位置に、地震時に免
震層に発生する水平力と同程度の大きさで同じ向きの水
平力を発生する補助構造物を設け、免震構造物の上部
と、前記補助構造物との間を、水平力のみ拘束するよう
に連結したことを特徴とする。

【０００８】前記請求項２に記載した補助構造物は、免
震構造物の外側又は内側に隣接する形に設けられ、免震
用としてのみ、又は免震用のほか外部階段、タワーパー
キング、エレベータシャフトその他の建物用途に利用さ
れることを特徴とする。更に、前記請求項２又は３に記
載した補助構造物は、地震時に免震層に発生する水平力
と同程度の大きさで同じ向きの水平力を発生する程度の
水平剛性をもち、積層ゴムの変形能力以上に変形可能で
あり、重量が免震構造物に比して遙かに小さいことを特
徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明は、積層ゴムによる免震シ
ステムを適用した、アスペクト比が高い偏平建物に好適
に実施される。積層ゴムには、鉛棒を内部に組み入れた
鉛プラグ入り積層ゴム、又はゴム自体に減衰性能を与え
た高減衰積層ゴムも包含する。積層ゴムによる免震シス
テムを適用する免震建物の外側に隣接して、または内部
に含む配置で隣接する補助構造物が構築される。この補
助構造物は、免震建物の上部（特には頂部）と水平力の
み拘束し伝達するように連結され、連結位置における補
助構造物の水平剛性（補助構造物を免震建物との連結部
で静的に単位量変位させるときに必要な力。）を、免震
システムを構成する積層ゴムの水平剛性と一致するよう
に設計する。これにより、以下に述べるように、地震時
に補助構造物の変形にともなう水平反力が、免震建物の
転倒モーメントを打ち消すことになる。

【００１０】補助構造物の条件しては、構造物全体とし
ての水平剛性が、積層ゴムの水平剛性との関連で規定さ
れる他、積層ゴムの変形能力以上に変形可能であること
も必要である。また、補助構造物の重量は免震建物に比
べてはるかに小さく設計する。そうでないと、補助構造
物から免震建物に地震荷重が伝達する場合がある。補助
構造物は、建物用途に用いる必要はないが、建物用途に
用いる場合は、外部階段やタワーパーキング、エレベー
タシャフトがその候補として挙げられる。

【００１１】本発明は、図１Ａに示したように、高さＨ
の建物に地震力Ｆが作用すると、転倒モーメントＦ・Ｈ
／２が発生する場合に、同建物の頂部に、図１Ｂに示し
たように、免震層（免震システムを構成する積層ゴム、
ダンパーその他の要素を包含した構成部分、以下同
じ。）に発生する水平力Ｆ／２と同程度の大きさで同じ
向きの水平力を付加すると、力の平衡により、免震層に
対する転倒モーメントがほとんど発生しない（打ち消さ
れる）ことを基本原理としている。

【００１２】前記の作用効果を検証するため、高さＨが
６０ｍ，１５階建ての建物を想定して解析を行った。こ
の建物の総重量は９６００トンで、基礎を固定して免震
構造にしない場合の建物周期が１．５秒である。前記条
件の建物について、下記のケース１〜３のモデルを設定
した。いずれも建物の水平方向の動きのみを考え、ロッ
キング動や上下動は無視をして解析を行った。 ＜ケース１＞基礎を固定した通常建物の解析である。 ＜ケース２＞基礎に２．５秒、２０％（上部構造を剛体
としたときの値）の免震層を設定した通常免震建物の解
析である。 ＜ケース３＞本発明による免震構造物の解析である。免
震層の剛性は上記（ケース２）の半分。減衰は（ケース
２）と同じとする。補助構造物は総重量を６００トン
（従って、免震建物の重量約６％）とし、全体としての
水平剛性を免震層の水平剛性と等しくする。

【００１３】解析の結果を〔表１〕と図２、図３に示
す。〔表１〕は解析結果一覧のテーブルである。

【００１４】

【表１】 図２は最上階の加速度である。図２によれば、ケース１
（通常建物）に比べて、ケース２（通常免震）及びケー
ス３（本発明）は免震効果により建物の加速度が格別小
さくなっていることが明らかである。但し、共に免震構
造になっているケース２とケース３とでは、免震効果に
殆ど差を認められない。

【００１５】一方、転倒モーメントに関しては、図３に
例示したように、ケース２（通常免震）では最大５３０
３０トン・ｍであり、自重との関係から計算すると、短
辺方向のスパンが１１ｍ以下になると、積層ゴムに引き
抜き力が発生する。これに対して、ケース３（本発明）
の最大転倒モーメントは２１７６０トン・ｍで、約４割
に低減されている。従って、建物の短辺方向のスパンは
４．５ｍまで引き抜き力が発生しない。もっとも、以上
の解析結果と数値は、既述したように、建物のロッキン
グ動や上下動を無視した結果なので、実際に要求される
スパン長はもっと大きくなる。なお、ケース３（本発
明）は建物頂部へ付与した水平力によってロッキング動
に対する剛性を大きくする作用効果があるので、ロッキ
ング動を考慮した、より実際に近い解析だと、ケース３
の利点は一層大きいものとなる。

【００１６】上記の解析は地震外力に対する検討を行っ
ているにすぎないが、風荷重に対しても全く同様な作用
効果が奏されることは当業者に明らかであろう。また、
建物に付与する水平力は、頂部に付与するのが最も効果
的であるが、実施の条件如何によっては、建物頂部以外
のできるだけ上部に水平力を付与することによって同様
な作用効果を得られることも、当業者には明快であろ
う。

【００１７】以上に述べたように、本発明を実施する
と、アスペクト比が高い建物であっても、免震層の積層
ゴムに引き抜き力を発生させないから、積層ゴムによる
免震システムを適用することに何ら支障がない。その場
合に、補助構造物に図８のようにダンパーを設置して、
免震建物の免震層の減衰性能に近づけると、転倒モーメ
ントの低減効果が更に大きくなり、補助構造物の応答量
も低減する。また、免震建物を高層化する場合は、補助
構造物もそれに伴って高層化する。このため、補助構造
物の中間部の応答量が大きくなるが、免震構造物と補助
構造物とを図９のように中間部でダンパーにより接合す
ることによって応答量を抑制することも実施される。

【００１８】ところで、前記実施形態の類似技術とし
て、特公昭５４−１３９１号公報に記載された発明「数
個の独立した建造物を互いに接続することにより構造物
におよぶ地震力を軽減せしめる構造法」、及び特許第１
７８３０４７号（特公平４−４９６３２号に係る発明
「構造物間の連結部」がそれぞれ参照される。しかし、
前者は、建造物の間をバネ又はダンパーの性能を有する
材料で接続した構成であり、後者は構造物同士を水平方
向にスライド可能なエキスパンションジョイントによっ
て連結した連結部を更に、構造物とエキスパンションジ
ョイントとの間をダンパーで水平方向に連結した構成で
あり、本発明が免震建物と補助構造物とを水平力を拘束
するように構造的に完全に結合する構成とは、原理と構
成を全く異にするものである。

【００１９】

【実施例】次に、図４以下に示した本発明の実施例を説
明する。図４Ａ，Ｂに示した実施例は、アスペクト比が
高い偏平建物１の両外側位置に隣接する二つの補助構造
物３，３を構築し、各補助構造物３と建物１の頂部との
間を、水平力のみ拘束して伝達する構造要素４で連結し
た構成である。建物１は、積層ゴム２を主体とする免震
システムで基礎上に支持された免震建物である。補助構
造物３は、軽量で、水平剛性の調節、及び積層ゴム２の
変形性能以上の変形性能を得ることが容易な鉄骨造トラ
ス構造として構築されている。補助構造物３と免震建物
１を連結する構造要素４は、具体的にはつなぎ梁であ
る。水平力のみ拘束するとは、上下方向の力は伝えない
意味である。

【００２０】図５Ａ，Ｂの実施例は、積層ゴム２による
免震システムが適用された偏平建物１の外側の四隅位置
に隣接する配置で四つの補助構造物３…が構築され、各
補助構造物３と免震建物１の頂部との間が、たすき掛け
配置とした構造要素４，４で連結された構成である。図
６の実施例は、積層ゴム２による免震システムが適用さ
れた免震建物１の一側に隣接して、同建物よりもはるか
に背が高い補助構造物３が構築され、該補助構造物３と
建物１の頂部との間が、構造要素４で連結された構成で
ある。

【００２１】図７の実施例は、例えばエレベータシャフ
トの如く免震建物１の内部（中心部）に包含される形に
隣接する配置で補助構造物３が構築され、該補助構造物
３と免震建物１の頂部との間が、構造要素４で連結され
た構成である。図８の実施例は、免震建物１の両側位置
に隣接する二つの補助構造物３，３が構築されると共
に、該補助構造物３の各層間に、当該補助構造物３の減
衰性能を積層ゴム２による免震システムの減衰性能に近
づけるようにダンパー５を配置している。そして、補助
構造物３と免震建物１の頂部との間を、構造要素４で連
結した構成である。

【００２２】図９の実施例は、高層の免震建物１の両側
位置に隣接して同じく背の高い補助構造物３を構築し、
免震建物１の頂部との間を、構造要素４で連結すると共
に補助構造物３の中間部の応答量を抑制するため、同補
助構造物３の中間部を建物１とダンパー６で接合した構
成である。

【００２３】

【本発明が奏する効果】本発明に係る構造物の免震方法
及び免震構造物によれば、アスペクト比が高い建物に、
積層ゴムによる免震システムの適用を広く可能にし、同
建物の耐震安全性を向上させる。また、建物上部のロッ
キング動を抑制する観点からも免震効果が高められるの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは通常の免震建物に発生する転倒モーメント
の説明図、Ｂは建物頂部に水平力を付与して転倒モーメ
ントを抑制する説明図である。

【図２】通常建物、通常免震建物、及び本発明の免震構
造物の最上階加速度の計算グラフである。

【図３】通常免震建物と本発明の免震建物の転倒モーメ
ントの計算グラフである。

【図４】Ａ、Ｂは本発明の第１実施例を示した免震構造
物の平面図と立面図である。

【図５】Ａ、Ｂは本発明の第２実施例を示した免震構造
物の平面図と立面図である。

【図６】本発明の第３実施例を示した免震構造物の立面
図である。

【図７】本発明の第４実施例を示した免震構造物の立面
図である。

【図８】本発明の第５実施例を示した免震構造物の立面
図である。

【図９】本発明の第６実施例を示した免震構造物の立面
図である。

【符号の説明】

１ 免震構造物（免震建物） ２ 積層ゴム ３ 補助構造物 ４ 構造要素（つなぎ梁）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 積層ゴムによる免震システムを適用した
   免震構造物に隣接して並立する補助構造物を設け、免震
   構造物の上部に、地震時に免震層に発生する水平力と同
   程度の大きさで同じ向きの水平力を補助構造物から付与
   することを特徴とする構造物の免震方法。
2. 【請求項２】 積層ゴムによる免震システムを適用した
   免震構造物であって、該免震構造物に隣接する位置に、
   地震時に免震層に発生する水平力と同程度の大きさで同
   じ向きの水平力を発生する補助構造物を設け、免震構造
   物の上部と、前記補助構造物との間を、水平力のみ拘束
   するように連結したことを特徴とする免震構造物。
3. 【請求項３】 請求項２に記載した補助構造物は、免震
   構造物の外側又は内側に隣接する形に設けられ、免震用
   としてのみ、又は免震用のほか外部階段、タワーパーキ
   ング、エレベータシャフトその他の建物用途に利用され
   ることを特徴とする免震構造物。
4. 【請求項４】 請求項２又は３に記載した補助構造物
   は、地震時に免震層に発生する水平力と同程度の大きさ
   で同じ向きの水平力を発生する程度の水平剛性をもち、
   積層ゴムの変形能力以上に変形可能であり、重量が免震
   構造物に比して遙かに小さいことを特徴とする免震構造
   物。