(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の基盤を浮体とし、その浮体と地盤との間に液体を介在させて、浮体の浮力により構造物を地上に支持するとともに、液体により地盤から離して構造物に対する地震動の影響を軽減し、構造物の設置位置を浮体と地盤側とにわたり配設した所要個所ごとのばね部材による係留装置により確保した浮体式免震構造物において、
上記係留装置のばね部材に張力が可変自在な非線形ばねを採用し、そのばね部材を巻取装置に連結してばね定数を任意に変化可能に構成してなることを特徴とする浮体式免震構造物における係留装置。
【請求項２】
上記ばね部材による係留装置に、液圧等による浮体の固定手段を固い係留装置として併設してなることを特徴とする請求項１記載の浮体式免震構造物における係留装置。
【請求項３】
上記ばね部材による係留装置に、ダンパー等による浮体の動揺量の減衰機構を付与してなることを特徴とする請求項１記載の浮体式免震構造物における係留装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、構造物（例えば、通常のビル、倉庫等）を浮体の浮力により地上に支持して、構造物に対する地震動の影響を軽減した浮体式免震構造物における係留装置に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
図１３は、浮体式免震構造物の１例を示すもので、構造物１の基盤を浮体２とし、その浮体２と地盤３との間に貯水４を介在させて、浮体２の浮力により構造物１を地上に支持するとともに、貯水４により地盤３から離して構造物１に対する地震動の影響を軽減し、構造物１の設置位置を浮体２と地盤３側とにわたり配設した所要個所ごとのばね部材５による係留装置６により確保している。
【０００３】
このような浮体式免震構造物では、地震動の水平短周期成分に対して、理想的な免震性能を有することが確認されている。図１４は地震動における実験値と計算値の水平変位の応答倍率の比較図で、両値は良い一致を示し、０．３５Ｈｚ以上の周波数領域で安全免震を実現している。
【０００４】
この性能の実現と構造物１の設置位置の確保のために、通常時はできるだけ弱い（軟らかい）ばね部材５を用いて係留している。しかし、ばね部材５としてばね定数が小さい軟らかなばねを用いると、浮体２の動揺量が長周期領域で大きくなるため、強風時には風外力に対する安定性に課題が生じる。逆にこの風外力による長周期成分に対する安定性を確保するために硬いばねを用いると、地震に対する免震効果が低減するという課題が生ずる。
【０００５】
この発明は、上記事情から考えられたものであって、その目的は、浮体の係留装置に採用されるばね部材を張力が可変自在なばねとし、そのばね部材の緊張・弛緩によつて、構造物の地震時（通常時）に対する免震性と、強風時に対する安定性の両方を確保できる浮体式免震構造物の係留装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明は、構造物の基盤を浮体とし、その浮体と地盤との間に液体を介在させて、浮体の浮力により構造物を地上に支持するとともに、液体により地盤から離して構造物に対する地震動の影響を軽減し、構造物の設置位置を浮体と地盤側とにわたり配設した所要個所ごとのばね部材による係留装置により確保した浮体式免震構造物において、上記係留装置のばね部材に張力が可変自在な非線形ばねを採用し、そのばね部材を巻取装置に連結してばね定数を任意に変化可能に構成してなる、というものである。
【０００７】
このような構成によれば、一つの係留装置を用いるだけで、地震時および強風時のそれぞれの状況に対して有効ばね定数を選んで、構造物の応答を抑えることができ、また任意のバネ定数は巻取により、スピーディーに変更させることが可能となる。
【０００８】
またこの発明は、上記ばね部材による係留装置に、液圧等による浮体の固定手段を固い係留装置として併設するか、又は上記ばね部材による係留装置に、ダンパー等による浮体の動揺量の減衰機構を付与して、地震動と風外力の両方にそれぞれ対応させてなる、というものでもある。
【０００９】
このような構成では、固い係留装置の作動により浮体が固定され、それにより風外力による構造物の揺れが抑えられて、強風時においても十分な安定性が期待できる。また減衰機構を付加したものにあっては、浮体の動揺量が低減して、地震時及び強風時にも安全性が確保されることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１から図３は、この発明の１実施形態を示すものである。図中１１は浮体１２による基盤上の構造物で、地盤１３と浮体１２との間に介在した貯水１４による浮体１２の浮力により地上に支持されている。また構造物１１は貯水１４により浮体１２と共に地盤１３から離されており、さらに浮体１２と地盤１３側とにわたり配設した所要個所ごとのばね部材１５による係留装置１６により、構造物１１の設置位置を確保している。
【００１１】
上記係留装置１６は、緊張・弛緩により張力の変化が可能な非線形ばねによる上記ばね部材１５と、そのばね部材１５の一端をドラム巻回した地盤側の巻取装置１７とから構成され、通常時には図１に示すように、巻取装置１７を緩めて張力を弱め、ばね定数を下げておいて地震時の応答に備えておき、強風時には図２のように張力を強めてばね定数を上げて長周期成分による応答を抑える。
【００１２】
上記巻取装置１７の駆動源としては、図では省略したが、電動又は油圧等が採用され、また巻取装置１７の作動による軟らかいばねから、硬いばねへの張力変更も、予報により台風や低気圧による風力の予測が可能であることと、ばねの巻取りに要する時間が１時間程度で済むなどのことから、強風が吹く前にそれに対応したばね定数の変更を完了することができる。図３は、非線形ばねによる上記ばね部材１５における張力特性とばね定数を示すものである。
【００１３】
図４は、上記ばね部材１５による係留装置１６に、油圧作動のアクチュエータなどによる浮体１２の固定手段を、固い係留装置１８として併設した他の実施形態を示すもので、その固い係留装置１８を強風時にのみ作動して、図５に示すように浮体１２を固定し、強風による構造物１１の揺れを抑えて、強風時においても十分な安定性を確保できるようにしたものである。
【００１４】
図６は、上記ばね部材１５に油圧ダンパー等による減衰機構１９を付加し、これにより浮体１２の動揺量を低減して、地震時及び強風時にも安全性を確保できるようにした実施形態を示すものである。
【００１５】
図７は、非線形ばねによる計算モデルを示すものである。入力地震波はエル・セントロを、入力風力は風洞実験による測定値を用いた。このときの地震加速度、空気力係数ＣＦｘのフーリエスペクトルを図８に示す。この図からピークとなる振動数（地震時は１．５Ｈｚ程度、強風時は軒高風速２０ｍ／ｓのとき０．０１Ｈｚ以下）が大きくずれることがわかる。
【００１６】
上記計算モデルによる解析から、弱い（軟らかいばねによる）係留での地震時の応答変位は図９の状態となり、強い（硬いばねによる）係留での強風時の応答変位は図１０の状態となつた。また弱いばねによる係留での地震時の応答加速度は図１１に示す状態となり、強いばねによる係留での強風時の応答加速度は、図１２に示す状態となった。
このような結果から、弱いばねによる係留では地震時の応答加速度がかなり低減されることが確認され、また強いばねによる係留が強風時に有効であることも確認された。
【００１７】
以上のことから、緊張・弛緩による張力の変化により、地震時には弱い係留を、強風時には強い係留を行える非線形ばねによる係留装置によれば、これまでの地震時と強風時の対応についての課題が解決され、浮体式免震構造物における免震性と強風に対する安定性の両方が一段と向上するようになる。
【００１８】
なお、上記実施形態では液体として水を例に説明しているが、この発明では他の液体を用いて比重、粘性を適宜選択し、浮力等の調整を行えることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる係留装置を備えた浮体式免震構造物の通常時の係留状態を示す略示立面図である。
【図２】同上の強風時の係留状態を示す略示立面図である。
【図３】非線形ばねの張力特性とばね定数とを示す図である。
【図４】他の実施形態の通常時の係留状態を示す略示立面図である。
【図５】同上の強風時の係留状態を示す略示立面図である。
【図６】更に他の実施形態の強風時の係留状態を示す略示立面図である。
【図７】計算モデルを示す図である。
【図８】水平地震動の加速度および空気力係数のフーリエススペクトル図である。
【図９】弱いばねによる地震時の応答変位図である。
【図１０】強いばねによる強風時の応答変位図である。
【図１１】弱いばねによる地震時の応答加速度図である。
【図１２】強いばねによる強風時の応答加速度図である。
【図１３】一般的な浮体式免震構造物の通常時の係留状態を示す略示立面図である。
【図１４】同上の地震動における実験値と計算値の水平変位の応答倍率の比較図である。
【符号の説明】
１１      構造物
１２      浮体
１３      地盤
１４      貯水
１５      ばね部材
１６      係留装置
１７      巻取装置
１８      固い係留装置
１９      減衰機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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