(57)【要約】【課題】短周期及び長周期の地震動に対して構造物の揺れを低減することができる免震構造物を提供する。【解決手段】中間免震層を介して積層された複数の構造体により構成された構造物と、前記構造物を支持する最下免震層と、前記中間免震層に設けられ、前記中間免震層を固定又は固定解除させて、前記構造体、前記中間免震層、及び前記最下免震層により構成される振動系の質点の数を減らす又は増やす剛性付与装置と、を有する免震構造物。【選択図】図１
2014080794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中間免震層を介して積層された複数の構造体により構成された構造物と、
前記構造物を支持する最下免震層と、
前記中間免震層に設けられ、前記中間免震層を固定又は固定解除させて、前記構造体、前記中間免震層、及び前記最下免震層により構成される振動系の質点の数を減らす又は増やす剛性付与装置と、
を有する免震構造物。
【請求項２】
全ての前記中間免震層を固定して、前記振動系の質点の数を１つにする
請求項１に記載の免震構造物。
【請求項３】
前記剛性付与装置は、前記中間免震層に付与する減衰の調整が可能なダンパーである
請求項１又は２に記載の免震構造物。
【請求項４】
前記最下免震層は、基礎免震層である請求項１〜３の何れか１項に記載の免震構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の免震層を有する免震構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
中間免震層を介して積層された複数の構造体により構成された構造物を基礎免震層で支持した免震構造物が提案されている。例えば、特許文献１には、基礎上に複数の建物ブロックを積み重ね、これらの建物ブロック間、及び基礎と建物ブロックとの間に免震装置を設置した免震建物が開示されている。
【０００３】
このような免震建物は、固有周期が長周期になるので、短周期の地震動に対しては建物の揺れを低減する効果を発揮するが、長周期の地震動が作用した場合に免震建物が共振して大きく揺れてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１−２６３３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は係る事実を考慮し、短周期及び長周期の地震動に対して構造物の揺れを低減することができる免震構造物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、中間免震層を介して積層された複数の構造体により構成された構造物と、前記構造物を支持する最下免震層と、前記中間免震層に設けられ、前記中間免震層を固定又は固定解除させて、前記構造体、前記中間免震層、及び前記最下免震層により構成される振動系の質点の数を減らす又は増やす剛性付与装置と、を有する免震構造物である。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、地震時に、中間免震層を固定又は固定解除させて（中間免震層が複数の場合には、少なくとも１つの中間免震層を固定又は固定解除させて）、免震構造物の振動系の質点の数を減らす又は増やす。これにより、免震構造物の振動系の固有周期を変化させ、この固有周期と地震動の振動周期とを異ならせて共振を防ぎ、構造物の揺れ（構造物の加速度応答及び変形量応答）を低減することができる。すなわち、短周期及び長周期の地震動に対して構造物の揺れを低減することができる。
【０００８】
例えば、免震構造物に複数の中間免震層が設けられている場合、短周期の地震動に対して構造物の揺れを効果的に低減できるように、全ての中間免震層を固定解除して免震構造物を多質点振動系にしておき（免震構造物の長周期化）、長周期の地震動が発生したときに、少なくとも１つの中間免震層を固定して免震構造物の振動系の質点の数を減らす。これにより、免震構造物の振動系の固有周期が短周期化され、構造物の揺れを低減することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の免震構造物において、全ての前記中間免震層を固定して、前記振動系の質点の数を１つにする。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、中間免震層の剛性を高くして（中間免震層を固定して）免震構造物の振動系の固有周期と、地震動の振動周期とを異ならせるので、構造物の変形量応答を効果的に低減することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の免震構造物において、前記剛性付与装置は、前記中間免震層に付与する減衰の調整が可能なダンパーである。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、剛性付与装置をダンパーとすることにより、中間免震層に付与する減衰を増減させて、中間免震層の固定と固定解除とを行うことができる。これにより、中間免震層を確実に固定又は固定解除することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の免震構造物において、前記最下免震層は、基礎免震層である。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、基礎免震層に支持された構造物の揺れ（構造物の加速度応答及び変形量応答）を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は上記構成としたので、短周期及び長周期の地震動に対して構造物の揺れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る建物を示す立面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る建物の振動系モデルを示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る建物の効果を示す線図である。
【図４】本発明の実施形態に係る建物の変形例を示す立面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る建物の変形例の振動系モデルを示す説明図である。
【図６】本発明の実施形態に係る剛性付与装置の変形例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施形態に係る建物の変形例を示す立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の実施形態に係る免震構造物としての建物について説明する。
【００１８】
図１の立面図に示すように、免震構造物としての鉄筋コンクリート造の建物１０は、構造物１２と、最下免震層としての基礎免震層１４とを有している。構造物１２は、中間免震層１６を介して上下方向に積層された２つの構造体１２Ａ、１２Ｂにより構成されており、基礎免震層１４は、構造物１２を免震支持している。基礎免震層１４及び中間免震層１６には、免震装置としての積層ゴム支承１８と、剛性付与装置としてのオイルダンパー２０とが複数配置されている。
【００１９】
基礎免震層１４に設けられた積層ゴム支承１８は、地盤２２中に構築された基礎２４上に設置されて、構造物１２（構造体１２Ａ、１２Ｂ）を免震支持している。中間免震層１６に設けられた積層ゴム支承１８は、構造体１２Ａ上に設置されて、構造体１２Ｂを免震支持している。
【００２０】
基礎免震層１４に設けられたオイルダンパー２０は、基礎２４と構造体１２Ａとを繋ぎ、基礎免震層１４に減衰を付与する。中間免震層１６に設けられたオイルダンパー２０は、構造体１２Ａと構造体１２Ｂとを繋ぎ、中間免震層１６に減衰を付与する。オイルダンパー２０は、基礎免震層１４及び中間免震層１６に付与する減衰の大きさを調整することができる。
【００２１】
さらに、オイルダンパー２０は、中間免震層１６に過減衰を付与して、この中間免震層１６の剛性を大きくすることができる。本実施形態では、このことを「中間免震層１６を固定する」と表現する。「中間免震層１６を固定する」とは、中間免震層１６を介して上下方向に配置されている構造体１２Ａ、１２Ｂを一体にすることを意味する。すなわち、地震時において、構造体１２Ａと構造体１２Ｂとは一体となって揺れる。
【００２２】
また、オイルダンパー２０は、中間免震層１６に付与する減衰を小さく又は無くして、この中間免震層１６の剛性を小さくすることができる。本実施形態では、このことを「中間免震層１６を固定解除する」と表現する。「中間免震層１６を固定解除する」とは、中間免震層１６の固定状態を解除して、中間免震層１６の上に載置されている構造体１２Ｂがこの中間免震層１６に免震支持されるようにすることを意味する。すなわち、地震時において、構造体１２Ａに対して構造体１２Ｂが相対移動して揺れる。
【００２３】
次に、本発明の実施形態に係る免震構造物としての建物の作用と効果について説明する。
【００２４】
本実施形態の建物１０では、図１に示すように、地震時に、中間免震層１６を固定又は固定解除させて、基礎免震層１４、構造体１２Ａ、中間免震層１６、及び構造体１２Ｂにより構成される建物１０の振動系（以下、「振動系Ｓ」とする）の質点の数を減らす又は増やす。これにより、建物１０の振動系Ｓの固有周期を変化させ、この固有周期と地震動の振動周期とを異ならせて共振を防ぎ、構造物１２の揺れ（構造物１２の加速度応答及び変形量応答）を低減することができる。すなわち、短周期及び長周期の地震動に対して構造物１２の揺れを低減することができ、さまざまな地震動に対して安全な建物１０を構築することができる。
【００２５】
この効果を更に詳しく説明すると、図１において、基礎免震層１４により構造物１２が免震支持されている状態（オイルダンパー２０によって基礎免震層１４に過減衰が付与されておらず、基礎２４に対して構造体１２Ａが相対移動可能になっている状態）で、中間免震層１６に設けられているオイルダンパー２０から中間免震層１６に過減衰を付与して、中間免震層１６を固定すると、図２（ａ）に示すように、振動系Ｓの質点の数が１つになって、振動系Ｓは等価１質点振動系Ｓ１になる。図２（ａ）には、質量ｍ１を有する構造体１２Ａと、質量ｍ２を有する構造体１２Ｂとが一体となった質量Ｍ１を有する構造物１２（質点）が、基礎免震層１４を介して基礎２４上に免震支持されている等価１質点振動系Ｓ１の構造モデルが示されている。
【００２６】
また、中間免震層１６に設けられているオイルダンパー２０から中間免震層１６に付与する減衰を小さく又は無くして、中間免震層１６を固定解除すると、図２（ｂ）に示すように、振動系Ｓの質点の数が２つになって、振動系Ｓは等価２質点振動系Ｓ２になる。図２（ｂ）には、質量ｍ１を有する構造体１２Ａ（質点）が、基礎免震層１４を介して基礎２４上に免震支持され、質量ｍ２を有する構造体１２Ｂ（質点）が、中間免震層１６を介して構造体１２Ａ上に免震支持されている等価２質点振動系Ｓ２の構造モデルが示されている。
【００２７】
ここで、振動系Ｓの質点の数が多くなれば、建物１０全体の固有周期は大きくなり、振動系Ｓの質点の数が少なくなれば、建物１０全体の固有周期は小さくなるので、中間免震層１６の固定又は固定解除することにより、建物１０全体の固有周期を変えることができる。すなわち、中間免震層１６の固定又は固定解除により、地震時における地震動の周期と、建物１０全体の固有周期とをずらすことができる。これによって、建物１０が共振するのを防ぐことができ、構造物１２の揺れ（構造物１２の加速度応答及び変形量応答）を低減することができる。
【００２８】
例えば、直下型及び敷地近傍で発生する地震の場合には、図３のグラフに示すように、地震波２６は卓越周期が０．５〜２秒程度の短周期振動成分を持つので、中間免震層１６を固定解除することにより（矢印３０）、建物１０全体の固有周期を６秒程度に長周期化して、構造物１２の揺れを抑えることができる。
【００２９】
また、例えば、敷地遠方で発生する地震の場合には、図３のグラフに示すように、地震波２８は卓越周期が５〜８秒程度の長周期振動成分を持つので、中間免震層１６を固定することにより（矢印３２）、建物１０全体の固有周期を４秒程度に中周期化して、構造物１２の揺れを抑えることができる。
【００３０】
なお、中間免震層１６の固定により、地震時における地震動の周期と、建物１０全体の固有周期とをずらしてもよいし、中間免震層１６の固定解除により、地震時における地震動の周期と、建物１０全体の固有周期とをずらしてもよいが、振動系Ｓの質点の数を小さくした方が、地震動に対する構造物１２の変形量が小さくなるので、中間免震層１６の固定により建物１０全体の固有周期を変えて、構造物１２の揺れを低減するのが好ましい。
【００３１】
さらに、本実施形態の建物１０では、剛性付与装置をダンパー（オイルダンパー２０）とすることにより、中間免震層１６に付与する減衰を増減させて、中間免震層１６の固定と固定解除とを行うことができる。これにより、中間免震層１６を確実に固定又は固定解除することができる。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明した。
【００３３】
なお、本実施形態では、図１に示すように、構造物１２を２つの構造体１２Ａ、１２Ｂにより構成した例を示したが、構造物１２は、中間免震層を介して積層された複数の構造体により構成されていればよく、上下方向に対して、中間免震層と交互に構造体を３つ以上積層させて構造物１２を構成するようにしてもよい。
【００３４】
図４の立面図には、中間免震層１６を介して積層された３つの構造体１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃにより構成された構造物３４を有する免震構造物としての鉄筋コンクリート造の建物３６が示されている。説明の都合上、構造体１２Ａと構造体１２Ｂとの間に設けられている中間免震層１６を中間免震層１６Ａとし、構造体１２Ｂと構造体１２Ｃとの間に設けられている中間免震層１６を中間免震層１６Ｂとしている。
【００３５】
建物３６では、図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、中間免震層１６Ａ、１６Ｂを固定又は固定解除することにより、振動系Ｓの有する質点の数をさまざまに変えることができる。
【００３６】
図５（ａ）には、基礎免震層１４により構造物３４が免震支持されている状態（オイルダンパー２０によって基礎免震層１４に過減衰が付与されておらず、基礎２４に対して構造体１２Ａが相対移動可能になっている状態）で、中間免震層１６Ａ、１６Ｂを固定解除することにより、質量ｍ１を有する構造体１２Ａ（質点）が基礎免震層１４を介して基礎２４上に免震支持され、質量ｍ２を有する構造体１２Ｂ（質点）が中間免震層１６Ａを介して構造体１２Ａ上に免震支持され、質量ｍ３を有する構造体１２Ｃ（質点）が中間免震層１６Ｂを介して構造体１２Ｂ上に免震支持されている等価３質点系Ｓ３の構造モデルが示されている。
【００３７】
図５（ｂ）には、基礎免震層１４により構造物３４が免震支持されている状態（オイルダンパー２０によって基礎免震層１４に過減衰が付与されておらず、基礎２４に対して構造体１２Ａが相対移動可能になっている状態）で、中間免震層１６Ａを固定解除するとともに中間免震層１６Ｂを固定することにより、質量ｍ１を有する構造体１２Ａ（質点）が基礎免震層１４を介して基礎２４上に免震支持され、質量ｍ２を有する構造体１２Ｂと質量ｍ３を有する構造体１２Ｃとが一体となった質量Ｍ２を有する構造体３８（質点）が中間免震層１６Ａを介して構造体１２Ａ上に免震支持されている等価２質点系Ｓ４の構造モデルが示されている。
【００３８】
図５（ｃ）には、基礎免震層１４により構造物３４が免震支持されている状態（オイルダンパー２０によって基礎免震層１４に過減衰が付与されておらず、基礎２４に対して構造体１２Ａが相対移動可能になっている状態）で、中間免震層１６Ａを固定するとともに中間免震層１６Ｂを固定解除することにより、質量ｍ１を有する構造体１２Ａと、質量ｍ２を有する構造体１２Ｂとが一体となった質量Ｍ１を有する構造体４０（質点）が基礎免震層１４を介して基礎２４上に免震支持され、質量ｍ３を有する構造体１２Ｃ（質点）が中間免震層１６Ｂを介して構造体４０（構造体１２Ｂ）上に免震支持されている等価２質点系Ｓ５の構造モデルが示されている。
【００３９】
図５（ｄ）には、基礎免震層１４により構造物３４が免震支持されている状態（オイルダンパー２０によって基礎免震層１４に過減衰が付与されておらず、基礎２４に対して構造体１２Ａが相対移動可能になっている状態）で、中間免震層１６Ａ、１６Ｂを固定することにより、質量ｍ１を有する構造体１２Ａと、質量ｍ２を有する構造体１２Ｂと、質量ｍ３を有する構造体１２Ｃとが一体となった質量Ｍ３を有する構造体４２（質点）が基礎免震層１４を介して基礎２４上に免震支持されている等価１質点系Ｓ６の構造モデルが示されている。
【００４０】
よって、建物３６において、中間免震層１６Ａ、１６Ｂの内の少なくとも１つを固定又は固定解除させ、建物３６の振動系Ｓの質点の数を減らす又は増やすことにより、建物３６の振動系Ｓの固有周期を変化させ、この固有周期と地震動の振動周期とを異ならせて共振を防ぎ、構造物３４の揺れ（構造物３４の加速度応答及び変形量応答）を低減することができる。すなわち、短周期及び長周期の地震動に対して構造物３４の揺れを低減することができる。
【００４１】
例えば、短周期の地震動に対して構造物３４の揺れを効果的に低減できるように、全ての中間免震層１６Ａ、１６Ｂを固定解除して建物３６を等価３質点振動系Ｓ３にしておき（免震構造物の長周期化）、長周期の地震動が発生したときに、中間免震層１６Ａ、１６Ｂの内の少なくとも１つを固定して建物３６の振動系Ｓの質点の数を減らす（等価２質点系Ｓ４、等価２質点系Ｓ５、又は等価１質点系Ｓ６にする）。これにより、建物３６の振動系Ｓの固有周期が短周期化され、構造物３４の揺れを低減することができる。
【００４２】
このように、中間免震層１６Ａ、１６Ｂの内の少なくとも１つを固定して、振動系Ｓの質点の数を減らす方法は、中間免震層の剛性を高くして建物３６の振動系Ｓの固有周期と地震動の振動周期とを異ならせるので、構造物３４の変形量応答を効果的に低減することができる。なお、全ての中間免震層１６Ａ、１６Ｂを固定する（等価１質点系Ｓ６にする）のが、より好ましい。
【００４３】
また、複数の中間免震層（図４の例では、中間免震層１６Ａ、１６Ｂ）の何れかを固定する場合には、変形量が大きい上方の中間免震層（図４の例では、中間免震層１６Ｂ）を固定するのが好ましい。
【００４４】
さらに、本実施形態では、免震構造物としての建物１０を鉄筋コンクリート造とした例を示したが、本実施形態は、鉄筋コンクリート造、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の免震構造物に対して適用することができる。
【００４５】
また、本実施形態では、免震装置として積層ゴム支承１８を用いた例を示したが、免震装置は、構造体を免震支持できるものであればよい。
【００４６】
さらに、本実施形態では、剛性付与装置をオイルダンパー２０とした例を示したが、中間免震層１６の剛性を高くできるものであればよい。例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、剛性付与装置をシアピン４４としてもよい。図６（ａ）には、シアピン４４が、構造体１２Ｂの下面に設けられた収容部４６にのみ収容されている状態が示されており、中間免震層１６にシアピン４４の剛性が付与されない「中間免震層１６を固定解除」した状態となっている。
【００４７】
図６（ｂ）には、シアピン４４が下方へ移動し、シアピン４４が、構造体１２Ｂの下面に設けられた収容部４６と、構造体１２Ａの上面に設けられた収容部４８との両方に収容されている状態が示されており、中間免震層１６にシアピン４４の剛性が付与されている「中間免震層１６を固定」した状態となっている。
【００４８】
また、本実施形態で示した中間免震層１６の固定又は固定解除のタイミングは、例えば、Ｐ波を検知したときや、地震動の周期を計測した後など、適宜決めればよい。
【００４９】
さらに、本実施形態では、最下免震層を基礎免震層１４とした例を示したが、最下免震層は、中間免震層を介して積層された複数の構造体により構成された構造物を支持する免震層を意味する。すなわち、最下免震層は、建物の有する免震層のうちの最下層に配置されるものであればよい。よって、例えば、図７の立面図に示す建物５０のように、直接基礎により地盤２２上に支持された構造体５４の上面に設けられ、構造物１２を支持する免震層５２を最下免震層としてもよい。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５１】
１０、３６、５０  建物（免震構造物）
１２、３４  構造物
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、５４  構造体
１４  基礎免震層（最下免震層）
１６、１６Ａ、１６Ｂ  中間免震層
２０  オイルダンパー（剛性付与装置）
４４  シアピン（剛性付与装置）
５２  免震層（最下免震層）
【図１】
2014080794.tif 000003
【図２】
2014080794.tif 000004
【図３】
2014080794.tif 000005
【図４】
2014080794.tif 000006
【図５】
2014080794.tif 000007
【図６】
2014080794.tif 000008
【図７】
2014080794.tif 000009