JPS6233481B2 - - 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
構造の改良に関する。

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
の地震応答性が異なるためにボイラ本体とボイラ
フ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（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間題点
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X₀−X₀、Y₀−Y₀およびZ₀−Z₀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造のもの
もある。）。炉壁７に掛る水平方向の引張り力は、
水管８の外側に別に設けたテンシヨン・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X₀−X₀およびY₀
−Y₀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、缶前後方向およ
び左右方向には伸びの起点となる個所X₀−X₀、
Y₀−Y₀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１６，
１６間に垂直に取付けられた雌ストツパ１７、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７を挾む
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X₀
−X₀、Y₀−Y₀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等の接合部材な分配され、そこ
に設けられているボイラフレーム２の強度メンバ
１６，１６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，
１６との間に夫々強いロツド状のストツパ１５，
１５を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３３からなる結合部材を備えたロツド
３５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X₀−X₀、Y₀−Y₀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１
６、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。

本発明は、上記目的を達成させるため、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、前記ボイラフレームの強度
メンバ及び前記ボイラ本体の強度メンバに夫々取
付けられた一対の雄ストツパと雌ストツパとから
なり、地震力を受けて前記両強度メンバより早く
塑性変形するように前記両ストツパの少なくとも
一方の剛性を弱く構成した吊下形ボイラの耐震構
造を提供する。

本発明のものによれば、ボイラ本体に小さい外
力が加わつたときは、外力をストツパを介してボ
イラフレームに伝えてボイラフレームで支持し、
大きな外力のときは、ボイラフレームからの反力
がボイラ本体に伝わらないように雄ストツパまた
は雌ストツパのうち少なくとも一方が両強度メン
バより早く塑性変形することにより、ボイラ本体
の重大な損傷発生を防止する。

つぎに、第１０図〜第１６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、第１１図に示すように、バツクステ
イ９に取付けられた雄ストツパ１７が、ボイラフ
レーム２の強度メンバ１６に取付けられた雌スト
ツパ１８，１８より弱いように設計する。なお、
雄ストツパ１７の一部に切り欠きなどの強度的に
弱い部分を設けてなる雄ストツパでもよい。また
雄ストツパ１７はバツクステイ１に直接溶接して
もよいし、第１０図のようにベースプレート４０
を介してバツクステイ９にボルト２６で固定して
もよい。

本実施例の場合、地震時に生ずるボイラ本体１
およびボイラフレーム２の間の相対変位に起因す
るストツパ反力Ｒは、地震力が小さい場合は、雌
雄のストツパ１８，１７は小さく変形する（第１
２図Ｂ−Ｏ−Ａ）。しかし大地震になれば反力Ｒ
も比例して大となり、強度の相対的に弱い雄スト
ツパ１７の基部に塑性変形が生じて、ストツパ反
力Ｒが頭打ちとなる（第１２図AC）。地震力の方
向が変ると第１２図に示すようにDEF……の経
路を通りいわゆる履歴現象を呈する。

風とか度々発生するような中小地震時には従来
通りのストツパ効果があり、さらに大地震時には
ストツパ反力Ｒが大となつて設定値を越えるため
雄ストツパ１７は塑性変形して反力Ｒも頭打ちと
なるため、ストツパ１５を介してボイラフレーム
２から大重量を有するボイラ本体１に作用する地
震力が減少し地震応答も小さくなる。

また、ストツパ反力Ｒの履歴による減衰効果も
応答を小さくする。

雄ストツパ１７の一部を局所的に弱くしておけ
ば、確実にその部分に塑性変形を集中させること
ができ、またその部分の仕上げをスムーズにする
ことにより破損することなしに大きい塑性変形が
許容できる。なお、雌ストツパ１８の一部に弱い
部分を設けても同様の効果がある第１３図、第１
４図、第１５図は同じ考えの多点式ストツパ１５
の実施例であり、ここでは、雄ストツパ１７に対
向する穴５０，５０，５０を有する雌ストツパ５
１が水平ばり２２によりボイラフレーム２の強度
メンバ１６に固着されており、他は第１０図の例
の場合と同様である。したがつて、耐震効果も第
１０図の場合と同様である。

第１６図は第１０図に示した実施例と比較し
て、雄ストツパ１７を曲げと捩り変形をし易いＬ
字形のものとした他は、構造、作用、効果とも同
様である。

さらに第１７図、第１８図に示す第２の実施例
により具体的に説明する。

第１７図に示すようにバツクステイ９に取付け
られた雄ストツパ１７と、それと対峙する雌スト
ツパとしてプレート１８ａとその支持板１８ｂを
配置する。なお、１８ａと１８ｂはボイラフレー
ム２の強度メンバ１６に直接溶接してもよいし、
ベースプレー４０をボルト２６によつて取付けて
もよい。

地震時には、まずボイラ本体１及びボイラフレ
ーム２間の相対変位に起因するストツパ反力Ｒが
生じるとともに、プレート１８ａと支持板１８ｂ
がそれぞれ引張りと圧縮をうけ小さく変形するが
地動が大となるとこれらプレート１８ａの引張力
と支持板１８ｂの圧縮力も比例して大きくなり
（第１８図OA）、支持板の弾性座屈耐力（第１８
図Ａ点相当）に達し座屈すると第１７図の１８ｂ
に示すような変形をしてそれは圧縮力を負担でき
なくなりストツパ反力Ｒは第１８図のACに沿つ
て減少する。しかし、地動が小さくなると、支持
板１８ｂの変形は弾性範囲にあるため第１８図
COに沿つて元に戻る。逆方向の地動に対しては
雌ストツパのもう一方の側に反力Ｒが作用し、上
記と同様の作用をする（第１８図Ｏ→Ｂ→Ｄ→
Ｏ）。

風とか度々発生するような中小地震時には、従
来通りのストツパ効果があり、さらに大地震時に
は、設定座屈耐力を越えて支持板が座屈しストツ
パ反力Ｒが減少するため、地震応答も小さくな
る。

以上は、支持板１８ｂが弾性座屈する場合であ
つたが、弾塑性座屈する場合も効果は同様で、こ
の場合は、地震後永久変形したプレート１８ａと
支持板１８ｂを取り換え易いように、第１７図の
左側のようにベースプレート４０付きストツパ１
５としてもよい。

【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な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図は本発明の実施例を示す横断面
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図に示す実施例における反
力Ｒと変位δの関係を示すグラフ、第１３図は第
１０図に示す同様の手段を実施する異なる構造の
ストツパ１５を示す側面図、第１４図は第１３図
のXI−XI線に沿う拡大縦断面図、第１５図は
第１４図の−線に沿う横断面図、第１６
図は第１０図に示す同様の手段を実施するさらに
異なる構造のストツパ１５を例示した見取図、第
１７図は第２の実施例を示す平面図、第１８図は
第１７図の実施例における反力Ｒと変位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、１７…
…雄ストツパ、１８……雌ストツパ、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、前記ボイラフレー
   ムの強度メンバ及び前記ボイラ本体の強度メンバ
   に夫々取付けられた一対の雄ストツパと雌ストツ
   パとからなり、地震力を受けて前記両強度メンバ
   より早く塑性変形するように前記両ストツパの少
   なくとも一方の剛性を弱く構成したことを特徴と
   する吊下形ボイラの耐震構造。