(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造が、下部構造から複数の免震支承を介して支持された構造の免震建物であって、
前記免震支承は、前記上部構造側に取り付けられる上部支承体と前記下部構造側に取り付けられる下部支承体とを備えるとともに、これら上部支承体および下部支承体を、その中心軸線方向の相対変位が規制され、それと直交する方向の相対変位が許容された状態で一体化して形成したものとされ、
なおかつ、各免震支承は、仮想鉛直平面内に描かれる所定の仮想円弧上に位置するようにそれぞれ設けられるとともに、その中心軸線が、前記仮想円弧の中心を通る鉛直軸と前記仮想円弧の交点を通るような向きに配置されていることを特徴とする免震建物。
【請求項２】
請求項１記載の免震建物であって、
前記免震支承は、前記上部支承体と前記下部支承体との間に積層ゴムを介装した積層ゴム支承であることを特徴とする免震建物。
【請求項３】
請求項１記載の制振建物であって、
前記免震支承は、前記上部支承体と前記下部支承体とが、前記中心軸線に直交する滑り面を介して接する滑り支承であることを特徴とする免震建物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部構造が免震支承を介して下部構造側から支持された免震建物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物の耐震安全性を劇的に向上できる方法として免震構造がある。一般的な免震構造では、積層ゴム支承や滑り支承といった支承装置を、装置の上下面が互いに水平に位置するように設置し、支承装置上に支持された上部構造を地面に対し柔らかく水平に相対変位できるようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした免震構造においては、免震効果を大きくしようとすると、上部構造と地面との相対変位が大きくなり、免震クリアランス（免震建物の上部構造と下部構造のピット等の可動隙間寸法）を大きくとらなければならず、計画上のジレンマがあった。
【０００４】
これに対し、仮想の回転中心から一定距離の球面上に支承装置を配置して上部構造を回転可能に支持することが提案されている。これにより、上部構造の回転慣性を活用して長周期化が図れるとともに免震クリアランスを減少させることもできる。
【０００５】
このような建物の例を図５に示す。図５に示す建物１は、下部構造２上に免震支承３を介して上部構造４が支持された構成となっている。免震支承３は、所定の回転中心Ｏ１を有する仮想円弧５上にそれぞれ位置するように設けられている。各免震支承３の位置関係をより詳細に示すのが図６である。この図６中に示すように、各免震支承３は、その中心軸６が、仮想円弧５の回転中心Ｏ１を通るように配置されている。
【０００６】
しかしながら、図５，６のような構造の建物１は、大変形時に免震支承３において鉛直（高さ）変位が生じ、積層ゴムによって形成された免震支承３が、この鉛直変位に追随できないという問題点がある。
【０００７】
すなわち、図６のように、回転中心Ｏ１から半径Ｒの仮想円弧５上に免震支承２が設置されているとする。回転中心Ｏ１を中心に角度φだけ建物１が回転し、免震支承３の天端の点Ａ，Ｂ，Ｃが、Ａ→Ａ’，Ｂ→Ｂ’，Ｃ→Ｃ’に移動したとすると、免震支承３の鉛直剛性が大きい（高さ変化しない）ことから、移動方向ベクトルは仮想円弧５の接線となる。ここで、移動後の回転中心Ｏから免震支承２の天端までの距離をＲ’とすると（図６参照）、
Ｒ’＝Ｒ／cosφ＞Ｒ
となるから、建物１の変形が無い場合、支承が（1／cosφ-1）Ｒだけ伸びなくてはならないことになる。これは、免震支承３の鉛直剛性が大きいことと矛盾するとともに、この構造では、回転中心Ｏ１が不変のままで回転変形ができず、したがって、上部構造３の円滑な回転変位が図れないことを意味する。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、上部構造を円滑に回転変位させることができ、これにより安定した免震性能を得るとともに、免震クリアランスを減少させることができるような免震建物を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用している。
すなわち、請求項１記載の免震建物は、上部構造が下部構造から複数の免震支承を介して支持された構造の免震建物であって、前記免震支承は、前記上部構造側に取り付けられる上部支承体と前記下部構造側に取り付けられる下部支承体とを備えるとともに、これら上部支承体および下部支承体を、その中心軸線方向の相対変位が規制され、それと直交する方向の相対変位が許容された状態で一体化して形成したものとされ、なおかつ、各免震支承は、仮想鉛直平面内に描かれる所定の仮想円弧上に位置するようにそれぞれ設けられるとともに、その中心軸線が、前記仮想円弧の中心を通る鉛直軸と前記仮想円弧との交点を通るような向きに配置されていることを特徴としている。
【００１０】
請求項２記載の免震建物は、請求項１記載の免震建物であって、
前記免震支承は、前記上部支承体と前記下部支承体との間に積層ゴムを介装した積層ゴム支承であることを特徴としている。
【００１１】
請求項３記載の免震建物は、請求項１記載の制振建物であって、
前記免震支承は、前記上部支承体と前記下部支承体とが、前記中心軸線に直交する滑り面を介して接する滑り支承であることを特徴としている。
【００１２】
つまり、請求項１の免震建物においては、図７に模式的に示すように、仮想円弧１０上に各免震支承１１が配置されるとともに、各免震支承１１の中心軸線１２が、仮想円弧１０の中心Ｏ２を通過する鉛直軸１３と仮想円弧１０との上側の交点１４を通るように、免震支承１１の向きが決定されることとなる。
【００１３】
このような免震建物の作用を示すために、図８のような構造を考える。図８の構造は、剛体が傾斜配置された免震支承（高さ方向に変位しない免震支承）によって支持された状況を模擬したものであり、傾斜した長さＬの剛体棒１５が斜面Ｏ−Ａ、Ｏ−Ｂを滑動するようになっている。
【００１４】
変位前に剛体棒１５の両端がＯから距離ａ0の位置にあり、変位後にＯからａ，ｂの位置に移動したとすると、
【数１】
0003700125.tif 000002
となる。
【００１５】
一方、変位後の座標における回転中心をＣ点とすると、剛体棒１５の両端から斜面Ｏ−Ａ、Ｏ−Ｂに垂直方向にＣ点がある。ここで回転半径をＲとする。
【数２】
0003700125.tif 000003
【数３】
0003700125.tif 000004
【００１６】
Ｃ-Ｏ間の距離Ｒ0は、下記で求められる。
【数４】
0003700125.tif 000005
また、角度Ａ-Ｏ-Ｃ（α）は、左側三角形の面積から下式で求められる。
【数５】
0003700125.tif 000006
距離ａが変動した場合のｂは、Ｌを定数として(1)式より求められる。
【数６】
0003700125.tif 000007
【００１７】
一方、下側の三角形の面積から、
【数７】
0003700125.tif 000008
【数８】
0003700125.tif 000009
(2)式より、
【数９】
0003700125.tif 000010
(4)式より
【数１０】
0003700125.tif 000011
したがって、
【数１１】
0003700125.tif 000012
(5)式より、
【数１２】
0003700125.tif 000013
【００１８】
この結果、回転中心Ｃは常に傾斜角２θの二等分線上にあり、剛体棒１５の変位後も回転中心Ｃは水平方向に移動せず、鉛直方向にのみ変位することがわかる。初期状態では、Ｌは水平にあり、回転量Δφにより、剛体棒１５の両端の傾斜面上における点Ｏからの距離がａ，ｂとなるものとする。このときの回転中心Ｃからの鉛直変位量ｖは、初期状態との差異で計算でき、初期状態で斜面と回転中心点が垂直（θ＋φ＝π／2）となる関係から、
【数１３】
0003700125.tif 000014
【００１９】
例えば、回転半径Ｒ=50m、Ｌ=16m、積層ゴムの最大水平変形量ｕ=30cmとすると、
【数１４】
0003700125.tif 000015
このときの回転中心Ｃの鉛直変位量は、
【数１５】
0003700125.tif 000016
すなわち、回転中心Ｃが0.91mm下がる（沈下する）ことになる。
【００２０】
(6)式で移動に伴う角度変化Δφは、建物１の基礎部分を剛体仮定すると一定値になる。全ての免震支承１１に対して、回転中心Ｃとの関係で定まるＲ、θが下式を満足すれば、(6)式より鉛直変位量が一定となり不同沈下の問題は生じないことになる。
【数１６】
0003700125.tif 000017
【数１７】
0003700125.tif 000018
【００２１】
そして、この関係を満足するような免震支承の配置が図７のようになるのである。すなわち、図７においてｃが直径となるように仮想円弧１０を設定し、その円周上に免震支承１１を、その中心軸線１２が回転中心Ｃを通るように設置する。このようにすることで、請求項２のように免震支承１１として積層ゴムを用いても、また、請求項３のように滑り支承を用いたとしても、各免震支承１１位置での変形に伴う沈下量の差が生じないようにすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を模式的に示す図であり、図中、符号２１は免震建物を示す。この免震建物２１は、上部構造２２が、下部構造２３から複数の免震支承２４，２４，…を介して支持された構造とされている。ここで、免震支承２４としては、図２に示すように上部支承板（上部支承体）２５および下部支承板（下部支承体）２６間に積層ゴム２７が介装されたものが用いられる。
【００２３】
このような免震支承２４は、上部支承板２５が上部構造２２に取り付けられるとともに、下部支承板２６が下部構造２３の上面２３ａに取り付けられることにより、上部構造２２および下部構造２３間に介装される。そして図３に示すように、この免震支承２４は、上部支承板２５および下部支承板２６の中心軸線２８方向の相対変位を規制し、それと直交する方向の相対変位を許容するように機能する。すなわち、水平方向にのみ容易に可動であり、高さ方向には殆ど変形できないものとなっている。
【００２４】
一方、図１に示した上部構造２２は、免震支承２４が変形した場合において、免震支承２４が取り付けられた部分が、剛体的に挙動するものとなっている。すなわち、免震建物２４は、上部構造２２および下部構造２３が相対変位した場合も免震支承２４同士の相対位置関係が変化することなく、免震支承２４の部分のみで変形するものとなっている。
【００２５】
また、図１に示したように免震支承２４は、下部構造２３の上面２３ａと上部構造２２の下面２２ａとの間に配置されている。これら下部構造２３の上面２３ａおよび上部構造２２の下面２２ａは、図１中ｘ方向には、一定曲率をもって湾曲し、ｘ方向と直交するｙ方向には、平坦に形成された曲面とされている。下部構造２３の上面２３ａにおける免震支承２４の位置関係を模式的に示すのが図３である。この図３は、下部構造２３および免震支承２４を、ｘ方向に延在する仮想鉛直平面を断面として見たものである。図３中に示すように、各免震支承２４は、その天端が、仮想鉛直平面内に描かれる所定の仮想円弧３０上に位置するようにそれぞれ設けられるとともに、それぞれの中心軸線２８が、仮想円弧３０の中心３１を通る鉛直軸３２と仮想円弧３０との交点Ｏ３を通るように、その向きが決定されている。すなわち、この交点Ｏ３が、各免震支承２４の中心軸線２８同士の交点Ｏ３’と一致した状態で配置される。
【００２６】
各免震支承２４の位置関係をより詳細に示すのが、図４である。図４中に示すように、仮想円弧３０とその中心３１を通る鉛直軸３２との交点Ｏ３と、その直下に位置する免震支承２４ｂとの間をの距離をＲ0とすると、各免震支承２４の天端は、交点Ｏ３と免震支承２４ｂとの中間点から半径Ｒ0／２の仮想円弧３０上に位置することとなる。
【００２７】
このとき、鉛直軸３２に関して互いに対称な位置にある免震支承２４ａ、２４ｃのみで上部構造２２を支持したとき、上部構造２２が角度φだけ回転したときの中心軸線２８同士の交点Ｏ３’の鉛直変位ｖは、上述の(6)式より、
ｖ＝Ｒ／sinθ(1-cosφ)＝Ｒ0(1-cosφ)
となる。
一方、免震支承２４ｂのみで上部構造を支持したとき、上部構造２２が角度φだけ回転したときの交点Ｏ３’の鉛直変位ｖ’は、
ｖ’＝(1-cosφ)Ｒ0＝ｖ
したがって、図４のような配置とすれば、全ての免震支承２４において高さ変化を生じることなく、スムーズに上部構造２２が回転変位できることになる。
【００２８】
このように免震建物２１においては、大変形時においても、免震支承２４に高さ方向の変形が生じることなく、スムーズに上部構造２２が回転変位することができる。通常の免震支承は、その高さ方向の剛性が極めて大きく、わずかな高さ方向の変形でも過大な応力を生じるが、免震建物２１においては、このような問題を解決することができるとともに、上部構造２２を円滑にロッキングさせ、容易に固有周期を大きくしたり、免震層の変形を小さくすることが可能になる。これにより、安定した免震性能を得るとともに、免震クリアランスを減少させることが可能である。また、免震建物２１の回転変形により、各免震支承２４の面圧（軸力）が変動することが無く、各免震支承２４が良好にその機能を発揮することができる。
【００２９】
また、免震建物２１においては、上部構造２２の回転中心位置（交点Ｏ３’）を上下に変化させられるために、固有周期や振動モードをコントロールすることも可能である。また、免震建物２１における免震支承２４の配置計画は、従来の免震構造の配置計画に幾何学的な規則性を与えただけであるため、従来の免震構造と比較して同等のコストで実現することができる。また、この免震建物に使用する免震支承２４は、一般的な従来のものであり、その製造には、特別な材料や特殊な技能は要しない。
【００３０】
また、免震支承２４の設置時には、その位置と角度の管理は必要であるが、特別な配慮や高度な技能を要しないので、従来と同様の施工手順を採用できる。また、免震層の変形を小さくできることに伴い、免震ピットなどのクリアランスを小さくすることができ、敷地の有効活用を図ることができる。また、エキスパンションジョイントを用いる場合には、その変形量も小さくすることができるため、仕上げ材のコストダウンが図れる。
【００３１】
なお、上記実施の形態において、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用することが可能である。例えば、上記実施の形態における免震支承２４に代えて、滑り支承を用いて形成された免震支承を利用するようにしてもよい。この場合、滑り支承は、例えば、上部支承板２５と下部支承板２６とを免震支承の中心軸線に直交するような滑り面を介して滑動可能に当接させたものを用いる。
【００３２】
また、上記実施の形態において、回転中心（交点Ｏ３’）の位置は設計者が任意に設定できるが、一般的には、建物の重心位置を通る鉛直線上のいずれかの高さ位置に設定することが望ましい。
【００３３】
また、上記実施の形態において、免震支承２４の数は任意であるが、回転中心（交点Ｏ３’）を通る鉛直軸３２に対し、線対称になるように配置することが望ましい。
また、上記実施の形態においては、回転中心（交点Ｏ３’）が免震支承２４よりも上方に位置する構成とされていたが、これに限らず、回転中心が免震支承２４よりも下方にあってもよい。この場合、下部構造２３の上面２３ａが凹面でなく凸面とされることとなる。なお、このように回転中心を免震支承よりも下方に位置させる場合には、長周期化は図れるが、不安定構造とならないように注意する必要がある。（回転半径を小さくしすぎると不安定構造になる。）
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の免震建物によれば、免震支承に高さ方向の変形が生じることなく、スムーズに上部構造が回転変位することができるため、上部構造を良好にロッキングさせて、容易に固有周期を大きくしたり、免震層の変形を小さくすることが可能になる。これにより、安定した免震性能を得るとともに、免震クリアランスを減少させることが可能である。また、建物の回転変形により、各免震支承の面圧（軸力）を大きく変動させずに、各免震支承が良好にその機能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】   本発明の一実施の形態である免震建物を模式的に示す斜視図である。
【図２】   図１に示した免震建物に用いられる免震支承の斜視図である。
【図３】   図１に示した免震建物における下部構造と各免震支承との位置関係を、図１中ｘ方向に延在する仮想鉛直平面を断面として見た場合の立断面図である。
【図４】   図３に示した各免震支承の位置関係をより詳細に示した模式図である。
【図５】   一定距離の球面上に支承装置を配置した従来の免震建物の立断面図である。
【図６】   図５に示した免震建物における各免震支承の位置関係を示す模式図である。
【図７】   本発明の課題を解決するための手段を示す図であって、本発明における免震支承の配置例を示す模式図である。
【図８】     剛体が、傾斜配置された高さ方向に変形しない免震支承によって支持された状況を模擬するために、傾斜面上に剛体棒を配置した場合の状況を示す模式図である。
【符号の説明】
２１  免震建物
２２  上部構造
２３  下部構造
２３ａ  上面
２４  免震支承
２５  上部支承板
２６  下部支承板
２７  積層ゴム
２８  中心軸線
３０  仮想円弧
３１  中心
３２  鉛直軸
【図１】
0003700125.tif 000019
【図２】
0003700125.tif 000020
【図３】
0003700125.tif 000021
【図４】
0003700125.tif 000022
【図５】
0003700125.tif 000023
【図６】
0003700125.tif 000024
【図７】
0003700125.tif 000025
【図８】
0003700125.tif 000026