(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部構造と上部構造との間に免震装置を介在させてある免震建物構造において、
前記下部構造と上部構造との間に設置される変形制限装置であって、
該変形制限装置は、所要の遊間距離をもって対向して設置される対をなす緩衝材からなり、
該緩衝材の対向面は制動方向に対して所要の勾配に形成され、
前記免震装置の変形が許容変形範囲を超えないようにその手前から制動を開始させ、前記緩衝材の遊間距離がゼロになり緩衝材同士における対向面の勾配が擦り合って変形状態になるようにしたこと
を特徴とする変形制限装置。
【請求項２】
前記緩衝材の対向面には、滑り材が設けてあること
を特徴とする請求項１に記載の変形制限装置。
【請求項３】
前記の遊間距離は、前記免震装置の許容変形能力または設計許容変形値の６０％〜８０％とすること
を特徴とする請求項１または２に記載の変形制限装置。
【請求項４】
前記緩衝材は、前記免震装置があらゆる方向への変形にも対応可能な円形に形成されていること
を特徴とする請求項１乃至３に記載の変形制限装置。
【請求項５】
前記緩衝材の対向面の勾配は、少なくとも２つの異なる勾配角度で形成されること、
を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の変形制限装置。
【請求項６】
前記請求項１乃至５のいずれかに記載の変形制限装置を免震装置と併用した免震建物構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新設または既存を問わず、免震建物における免震装置の過大変形を抑制するための変形制限装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
免震建物構造において、建物の固有周期を長くして地震入力を低減させ、地震時に建物が受ける力を小さくするものとして知られている。このような免震建物構造としては、下部構造と上部構造とを分離し、その間に免震装置を設置する免震層が形成され、これら構造および装置によって地震エネルギーを吸収するようにしたものである。一般的に免震装置は大きく分けてアイソレータとダンパーという２つの装置で構成されている。アイソレータは建物の固有周期を長くする役割を持つと同時に、建物重量を支えるように、積層ゴム系のものとすべり系の２種類ある。また、アイソレータの中にはダンパー機能を兼ね備えているものもある。ダンパーは地震時の建物の揺れ幅を抑えたり揺れを早く留める役割をする装置であり、建物の重量を支えるものではないのである。すべり系はすべり支承と転がり支承があり、摩擦係数が非常に小さいため、地盤の揺れを上部建物に伝達しにくいという特徴を持っている。しかしながら、依然として免震建物構造の免震装置として積層ゴムがよく用いられているが、この種の免震装置は、薄いゴム板と鋼板とを交互に積層して接着したものであり、水平方向には柔軟で、変形しても元の位置に戻る免震機能を有するものであるが、上下方向には硬くて上部構造の荷重を十分支持できるようになっているため、大きな引張力には対応できないのである。地震時にロッキング現象によって上部構造と下部構造との間に大きな引張力が生じた場合には、免震装置は破損され、上部構造が下部構造から分離してしまうという問題点があった。
【０００３】
上記の問題点を解決するために、従来技術として複数の発明が開示されている。例えば、第１の従来技術として、基礎構造と縁切りした上部構造との間に免震装置が設置されるとともに、前記基礎構造と上部構造とにわたって所定の方向に傾斜したＰＣ鋼材が設けられ、該ＰＣ鋼材は、１端部が基礎構造のフーチングに固定され、他端部が、柱に接合された一方の梁の端部と他方の梁の端部とにわたって取り付けた火打ち板に固定された免震建物構造である（特許文献１参照）。
【０００４】
この免震構造物によれば、基礎構造と上部構造とをＰＣ鋼材で繋ぎ合わせたので、地震による垂直荷重により上部構造が基礎構造から分離するのを妨げる。また、地震による水平荷重を免震アイソレータで減衰して上部構造の水平方向の揺れを少なくする。さらに、地震による水平荷重または地震による垂直荷重をＰＣ鋼材と免震装置とで減衰することができるとともに、これらの荷重に抵抗することができる、というものである。
【０００５】
また、公知に係る第２の従来技術としては、鋼管杭と縁切りした基礎との間に免震装置が設置され、該免震装置が杭頭部の周囲に形成された根巻コンクリートの上に設置され、該根巻コンクリートは鋼管に充填されたコンクリートが溢れ出て地面から突出した杭頭部を覆うように形成され、前記免震装置を貫通して鋼管杭と基礎とにわたって引張材が設けられた免震構造物である（特許文献２参照）。
【０００６】
この免震構造物によれば、大地震に対して免震装置の薄ゴム板の降伏を避けることができるので、免震装置を交換する必要がない。また長周期地盤振動の可能性がある地盤に建つ建物に対しても巨大地震の発生による共振を避けて制震作用が働くので、免震装置の薄ゴム板が降伏して建物が元の位置に戻らないということがなくなる。また、免震装置の上下端は、直下型地震動による上下方向衝撃波の増幅を防止することができるので、免震装置における薄ゴム板の劣化と降伏とを防ぐことができる、というものである。
【０００７】
さらに、公知に係る第３の従来技術としては、地盤上に設置された下部構造体と、この下部構造体の上部に位置する平面フレームと、前記下部構造体と平面フレームとの間に介在された鉛直荷重を支持する交差直動機構から構成される免震装置と、前記平面フレームの上部に設置された上部構造体とを備えた免震構造物において、下部構造体と平面フレームとの間に、鉛直荷重を支持する必要のない復元・減衰装置を備え、この復元・減衰装置は積層ゴム装置であるとともに、前記下部構造体と前記平面フレームの受圧部と所定の間隔を有して対向して設置されるバックアップ装置を備えた免震構造物である（特許文献３参照）。
【０００８】
この免震構造物によれば、戸建ての住宅等の比較的軽量な建築物などの構造物を免震構造物とすることができる。そして、構造物内の収容物の転倒などによる損傷を防止することができ、対地震安全性を高めることができる、というものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第３３３３１６３号公報
【特許文献２】特許第３９８２５８５号公報
【特許文献３】特許第３８２７１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記第１および第３の従来技術においては、いずれも交換できない構成になっているため、設計上想定以上の極大地震に遭遇してＰＣ鋼材が降伏または破断した場合には、地震後に復元することができないという問題点があり、また、免震装置の高さによって上部構造と基礎構造との間に掛けられたＰＣ鋼材が比較的短い場合は、引張荷重を受ける際にＰＣ鋼材の伸びが小さいので、地震の衝撃力によって急激に破断し免震装置が損傷される虞がある。さらに、第２の従来技術においては、引張材が免震装置を貫通して設けられているため、免震装置として量産品が採用できず特注品となるので、非常に高価なものとなり、免震装置の使用選択肢が大幅に減少するという問題点がある。
【００１１】
また、前記したように、積層ゴム系のものとすべり系の特徴を活用して、最近では、積層ゴム支承とすべり支承を併用して免震建物を構築し、コストを低減することが図られるようになってきている。
【００１２】
しかしながら、耐震設計は、建築基準法に基づいて行うこととしているが、近年の傾向では、建築基準法に定められた地震震度（５強〜６弱）を超える巨大地震が発生することが増えてきている。設計上想定以上の巨大地震が発生した場合には、前記積層ゴム支承とすべり支承を併用して免震建物を構築しても、すべり支承が建物の水平変位を抑制できないため、積層ゴム支承が許容水平変形を超えた過大変形が発生して破損するばかりでなく、建物が滑り過ぎて転倒する危険性も生ずる。そのために、積層ゴム支承や制震ダンパーを多く増やして設置することが必要となり、反ってコスト高になるという問題点を有することになる。
【００１３】
また、既存の免震建物においては，当時の設計上想定した地震が現在の巨大地震より小さいため、免震装置の過大変形によって免震装置自体が破損するばかりでなく、建物の揺れが止まらないで過大変位するため、補強しないと使用不能となったとの報告もある。
最近、既存建物において性能不足の不良免震装置が使われていることが発覚した。この場合には、設計通りの免震性能を有しないため、不良免震装置を取替えないと既存建物が使用不可になる。しかしながら、既存建物は当初から免震装置が交換できるような構造には設計されていないため、すべての免震装置の取替えは実質的に不可能であるから、これらの既存建物に対して、免震性能の補強を必要としていることは現実問題として要求されている。
【００１４】
そこで、本発明は、設計上想定以上の巨大地震に遭遇しても、または、免震性能が不足している既存建物であっても、過剰な地震エネルギー部分を吸収し、免震装置の過大変形を抑制して免震装置本体と共に上部構造を損傷しないようにする変形制限装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するための具体的手段として、本発明に係る第１の発明は、下部構造と上部構造との間に免震装置を介在させてある免震建物構造において、前記下部構造と上部構造との間に設置される変形制限装置であって、該変形制限装置は、所要の遊間距離をもって対向して設置される対をなす緩衝材からなり、該緩衝材の対向面は制動方向に対して所要の勾配に形成され、前記免震装置の変形が許容変形範囲を超えないようにその手前から制動を開始させ、前記緩衝材の遊間距離がゼロになり緩衝材同士の対向面の勾配が擦り合って変形状態になるようにしたことを特徴とする変形制限装置を提供するものである。
【００１６】
前記第１の発明においては、前記緩衝材の対向面には、滑り材が設けてあること；前記の遊間距離は、前記免震装置の許容変形能力または設計許容変形値の６０％〜８０％とすること；前記緩衝材は、前記免震装置があらゆる方向への変形にも対応可能な円形に形成されていること；および、前記緩衝材の対向面の勾配は、少なくとも異なる２段勾配とすること、を付加的な要件として含むものである。
【００１７】
また、本発明に係る第２の発明は、前記第１の発明に係る変形制限装置を免震装置と併用した免震建物構造を提供するものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る変形制限装置によれば、以下に示す通りの効果を奏する。
１．緩衝材の対向面は所要の勾配に形成されることにより、装置制動時に緩衝材に作用する衝撃力が対向面に平行する分力（せん断力）と対向面に垂直する分力（圧縮力）に分解され、これらの分力が上部構造に伝達されて上部構造が受ける反力となる。そして、垂直分力（圧縮力）の殆どが上部構造に作用する鉛直荷重に相殺されるため、上部構造に影響しない。平行分力（せん断力）のみが上部構造の反力になり上部構造に付与される力である。要するに、対向面に勾配を設けることによって、装置が受けた衝撃力の一部の力向きを変更させ、上部構造に常時作用されている巨大な鉛直荷重で相殺させることができ、結果としては、残りの分力だけが上部構造に付与される反力になり、上部構造の負担する力が小さくなる。さらに、巨大地震に遭遇した場合に対向面の勾配が擦り合って滑りながら変形することによって、勾配なし（接触面が衝撃力に垂直とする場合）に比べ、上部構造への影響を小さく抑制することができ、免震装置と共に上部構造の損傷を防止することができる。
２．変形制限装置の制動開始時では、下部構造が地震動による加速度をもって上部構造に緩衝材同士が接触の形で衝突してくるから、過大な変位にならないように所定の許容変形値までの間に停止させるため、反力がなす仕事（反力とストロークとの積）で地震エネルギーを吸収して減衰して対応することになる。ストローク（停止するまでの距離）が小さいと反力が大きくなり、従って上部構造に伝達される受け持つ反力も大きくなり、上部構造の設計耐力を超えると損傷が生じる。逆に、ストロークを大きくすると反力が小さくて済むわけである。緩衝材の弾性変形、つまり、勾配によるスリップが大きなストロークになり、反力を小さくすることができるので、必要な地震エネルギー吸収量を確保することができるのである。
３．緩衝材の対向面に滑り材を設けることにより、表面剛性が確保され繰り返しの地震力を受けて、上下の緩衝材が一時的に強く接触しても付着することなく、直ぐに離れるようになり、地震後は元の状態に復元することができる。
４．遊間距離は、免震装置の許容変形能力または設計許容変形値の６０％〜８０％とすることにより、変形制限装置の緩衝材が変形して地震エネルギーを吸収しながら、停止するまでのストロークを十分に確保しているため、免震装置の過大変形を許容することなく、かつ、上下の緩衝材が接触する時の衝撃力を、せん断力と圧縮力とに分解して影響を小さく押え、上部構造に伝達される反力を小さくできるので、上部構造の損傷を防止することができる。
５．緩衝材形状を円形に形成することにより、変形制限装置が，方向依存性がなくなり地震時に免震装置があらゆる方向への変形にも対応可能になり、装置の機能がフルに発揮できると共に設置場所に制約がなく自由に配置することが可能のである。
６．緩衝材の対向面の勾配を異なる角度で形成することにより、上下の緩衝材が当たる時の接触面積を段階的に変化させ、最初に当たる接触面積が全対向面の一部とし、緩衝材の弾性変形を大きくして反力を小さく抑制し、次の段階に接触面積を増やして反力を大きくすることによって、停止するまでの総反力を小さくし、上部構造への影響を最小限に抑えることができる。
７．免震建物構造に免震装置と共に変形制限装置を設置したことにより、設計上想定以上の巨大地震に遭遇しても、または、免震性能が不足している既存建物において、過剰な地震エネルギー部分を変形制限装置が吸収し、免震装置の過大変形を抑制して免震装置本体と共に上部構造の損傷を防止すると共に、免震建物構造全体の安全性を大幅に高めることができる。
８．変形制限装置を設置したことにより、高価な制震ダンパーを増やさずに、積層ゴム支承とすべり支承とを併用することができ、安価で安全性の高い免震建物構造を構築することができる。
９．設置した変形制限装置は、簡単に交換可能な構成であるため、巨大地震に遭遇して緩衝材がエネルギーを吸収して押し潰された状態になっても、免震装置本体の破損を回避でき、地震後に緩衝材は、安価で簡単に取り換えることができる。
１０．変形制限装置は、新設の免震建物については勿論であるが、既存の免震建物の補強にも簡単に設置して使用することができる。
１１．変形制限効果と共に、制震（振）効果が得られ、制震（振）ダンパーとして利用することができ、従来の高価な制震（振）ダンパーより安価であり、コトスダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る変形制限装置を備えた免震建物構造の要部を略示的に示した側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う上部構造の下面図である。
【図３】同実施の形態に係る変形制限装置の緩衝材の一例を拡大して示す断面図である。
【図４】同実施に係る緩衝材の一例を拡大して示した平面図である。
【図５】同実施の形態に係る変形制限装置を備えた免震建物構造において、地震を受けた時の制動開始時の要部を略示的に示した断面図である。
【図６】同実施の形態に係る変形制限装置を備えた免震建物構造において、変形制限装置の緩衝材を配設した状況を説明するための説明図である。
【図７】同実施の形態に係る変形制限装置を備えた免震建物構造において、地震を受けた時に変形制限装置の緩衝材が制動開始時を略示的に示した説明図である。
【図８】同実施の形態に係る変形制限装置を備えた免震建物構造において、巨大地震を受けた時に変形制限装置の緩衝材が作用した状態を略示的に示した説明図である。
【図９】同実施の形態に係る変形制限装置を備えた免震建物構造において、巨大地震による上部構造側の緩衝材が受ける衝撃力を示した説明図である。
【図１０】同実施の形態に係る変形制限装置における緩衝材の対向面が異なる勾配で形成された他の実施例を示すもので、（ａ）が設置状況の略図、（ｂ）が制動開始時の略図、（ｃ）が巨大地震エネルギーを受けた状態を示す略図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る変形制限装置を備えた免震建物構造における要部のみを略示的に示した側面図である。
【図１２】同実施の形態に係る変形制限装置を構成する他方の緩衝材の取り付け状況を略示的に示した下面図である。
【図１３】同実施の形態に係る変形制限装置を構成する一方の緩衝材の取り付け状況を略示的に示した平面図である。
【図１４】同実施の形態に係る変形制限装置を免震建物構造に取り付けた状況を略示的に示した要部の断面図である。
【図１５】同実施の形態に係る変形制限装置を備えた免震建物構造において、巨大地震を受けた時に変形制限装置の緩衝材が作用した状態を略示的に示した説明図である。
【図１６】同実施の形態に係る変形制限装置における他の実施例の緩衝材を示すもので、（ａ）は一方の緩衝材を断面で示した側面図、（ｂ）は平面図である。
【図１７】同実施の形態に係る変形制限装置における他の実施例の緩衝材を示すもので、（ａ）は他方の緩衝材を断面で示した側面図、（ｂ）は平面図である。
【図１８】同実施の形態に係る変形制限装置における他の実施例の緩衝材を取り付けた免震建物構造における要部のみを略示的に示した側面図である。
【図１９】同実施の形態に係る変形制限装置における他の実施例の緩衝材を取り付けた免震建物構造において、巨大地震を受けた時に緩衝材が作用した状態の要部のみを略示的に示した側面図である。
【図２０】同実施の形態に係る変形制限装置及び他の実施例を含む免震建物構造に配置する状況を略示的に示した側面図である。
【図２１】同実施の形態に係る変形制限装置及び他の実施例を含む免震建物構造の下部構造に配置する状況を略示的に示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を図示の複数の実施の形態に基づいて詳しく説明する。まず、図１〜４に示した免震建物構造における第１の実施の形態に係る変形制限装置について説明する。図１において、まず、免震建物構造としては、下部構造１と上部構造２との間に免震装置３が配置され、下部構造１は地盤４に打ち込んだ杭５の頭部にラップル基礎６を設けると共に、杭５の頭部周辺と地盤４の上面を覆うマットスラブ７が形成されている。上部構造２は、建物の各柱８を支えるフーチング９がそれぞれ設けられると共に、該各フーチング９間をつなぐ大梁（地中梁）１０が設けられ、該大梁１０の上面にスラブ１１が形成されている。そして、免震装置３は下部構造１である杭頭部のラップル基礎６と上部構造２であるフーチング９との間に設置される。
【００２１】
また、下部構造１と上部構造２との間の所要位置に変形制限装置１２が配設される。この変形制限装置１２は対をなす緩衝材１２ａ、１２ｂで構成され、該対をなす緩衝材１２ａ、１２ｂが所要の遊間距離ｄをもって対向して配置される。この場合の所要の遊間距離ｄとは、免震装置３の許容変形能力または設計許容変形値の６０％〜１００％とする。通常（新設または既存）の場合では、遊間距離ｄは、免震装置の設計許容変形値の８０％〜１００％とすることが好ましい。要するに、このように遊間距離を設けることによって、制動開始（遊間距離＝０）から停止するまでの必要なストロークが確保され、免震装置の変形量が設計許容変形値を超えないように保証すると共に上部構造２に発生する反力を小さく抑えることができる。しかしながら、免震性能が不足している既存建物を補強する場合には、免震装置が正常な機能を発揮できずに変形量が設計値より大きいため、免震装置の許容変形能力または設計許容変形値の６０％〜８０％とし、免震装置が過大変形に絶対にならないように対応することが望ましい。
また、遊間距離ｄの設定は、建物の平面形状、高さや構造形式、免震装置の配置及び使用種類等によって定めることが望ましい。
【００２２】
また、図３と図４に示したように、対向して配設される緩衝材１２ａ、１２ｂとしては弾性体または粘弾性体で形成され、それぞれベースプレート１３ａ、１３ｂを備えた鋼製ブロック１４ａ、１４ｂ内に基部側が固定された状態で一体的に取り付けられ、各緩衝材１２ａ、１２ｂの対向面１５ａ、１５ｂは所要の勾配に形成されると共に、適宜の滑り材を設けて表面剛性を確保している。そして、図１に示したように、一方の緩衝材１２ａは、下部構造１であるマットスラブ７にベースプレート１３ａを取付ボルト１６を介して取り付けると共に、図２に示したように、他方の緩衝材１２ｂは上部構造２である大梁１０にベースプレート１３ｂを取付ボルト１７介して取り付けるのである。このように、緩衝材１２ａ、１２ｂをボルト固定法によって上部及び下部構造に取り付けることにより、施工が簡単であるだけでなく、変形制限装置１２の交換が容易にできる。
【００２３】
変形制限装置１２を構成する対をなす緩衝材１２ａ、１２ｂは、対向面１５ａ、１５ｂを所要の勾配に形成してあることから、地震の揺れが往復であるので、勾配の方向を変えて１スパン（１つの設置スペース）に複数設けることができ，例えば、２対の緩衝材１２ａ、１２ｂを設けることが好ましい。なお、緩衝材を形成する弾性材としては、例えば、硬質ゴムとすることが好ましいが、天然ゴム、合成ゴムや高減衰ゴム、または低反発弾性ゴム等から適宜選んで使用するものとしてよい。また、粘弾性体としては、例えば、低反発材やシリコーン樹脂等から適宜選択して使用するものであって、特に限定されるものではない。また、適宜の滑り材としては、例えば、エフロン、ベアリング、ステンレス鋼板等から適宜選択して使用できるものとしてよく、特に、限定されるものではない。また、対向面１５ａ、１５ｂのいずれかに滑り材を設けることができ、必ずしも両対向面に設けること、とは限らない。
【００２４】
次に、図５〜図９を用いて、変形制限装置の制動について説明する。まず、図５に示したように、地震が発生した時に、下部構造１からの地震エネルギーは免震装置３によって吸収され、揺れを上部構造２に伝わらないようにするが、免震装置３の許容変形能力（または設計許容変形値）を超えるような地震が生じた場合に、その許容変形能力の限界を超える前に、変形制限装置１２によって地震エネルギーを吸収し、揺れによる変形を制限するのである。つまり、設計通りの地震範囲内では、免震装置３によって地震エネルギーを充分吸収できるのであるが、それを超える地震が生じた時に、免震装置３の許容変形能力の限界を超える前に、変形制限装置１２を構成する緩衝材１２ａ、１２ｂが作用して、地震エネルギーを吸収するのであり、１スパン内に方向を変えて設けた２個の変形制限装置１２の内の一方の緩衝材１２ａ、１２ｂが制動開始状態にあるが、他方の緩衝材１２ａ、１２ｂは大きく離れた状態になっている。ただし、地震の揺り戻しの際は、これが逆になるのである。
【００２５】
そして、図６に示したように、変形制限装置１２の緩衝材１２ａ、１２ｂは、予め所要の遊間距離ｄをもって配設された平常時（水平荷重か作用していない時）を示すものであり、図７は、地震時における変形制限装置１２の制動開始時（遊間距離ｄ＝０時）を示すものである。その時の免震装置３の水平変形量をδ1とすると、δ1＝ｄになる。また、図８は、変形制限装置１２が最大制動距離に達した時のイメージを予測して示したものであり、その時の免震装置３の水平変形量をδ２とすると、δ２は免震装置３の許容変形能力または設計許容変形値になる。
本発明では、遊間距離ｄ（ｄ＝δ1）を免震装置３の許容変形能力または設計許容変形値の６０％〜１００％とすることが望ましい。巨大地震に遭遇した場合に、緩衝材１２ａ、１２ｂ同士の対向面１５ａ、１５ｂの勾配が擦り合う状態になり、滑りながら大きく変形してエネルギーを吸収することによって免震装置３の実質的な変形量δ２≦免震装置の許容変形能力または設計許容変形値になるのであり、それによって上部構造２も免震装置３も破壊されないようにしているのである。
【００２６】
そこで、変形制限装置１２の緩衝材１２ａ、１２ｂは所要の遊間距離ｄをもって配設され、且つ対向面１５ａ、１５ｂに所要の勾配を形成したものであって，平常時は水平荷重が作用していない時、つまり免震装置３が水平変形していない時の状態である。そして、設計通りの地震範囲内では、下部構造１が揺れても免震装置３が変形することにより、地震エネルギーを吸収して上部構造２に影響を及ぼさない構成なのである。ところが、巨大地震に遭遇すると、免震装置３の許容変形範囲を超える恐れが生ずるので、免震装置３の変形能力だけでは地震エネルギーを吸収できない。免震装置３の変形が許容変形範囲を超えないように、その手前から装置制動を開始させ、設定された緩衝材１２ａ、１２ｂの遊間距離ｄがゼロになって、緩衝材１２ａ、１２ｂの対向面１５ａ、１５ｂの勾配が擦り合う状態になり、図９に示すように、制動時に上部構造２側の緩衝材１２ｂに作用する矢印で示す衝撃力ａが対向面１５ｂに平行する分力ｂ（せん断力）と対向面１５ｂに垂直する分力ｃ（圧縮力）に分解され、これらの分力が上部構造２に伝達されて上部構造２が受け止める反力となる。
【００２７】
しかしながら、垂直分力ｃ（圧縮力）の殆どが上部構造２に作用している鉛直荷重に相殺されるため、上部構造２にほとんど影響を及ぼさないのであり、平行分力ｂ（せん断力）のみが上部構造２に影響を与える反力になり、上部構造２に付与される力である。
つまり、対向面１５ａ、１５ｂに勾配を形成することによって、変形制限装置１２が受けた衝撃力の一部が上向きの垂直分力ｃとなるが、上部構造２に常時作用されている巨大な鉛直荷重で相殺させることができ、結果としては、残りの水平分力ｂだけが上部構造２の反力になり、上部構造２の負担する力が小さくなるのである。特に、勾配なし（接触面が衝撃力に垂直とする場合）に比べ、上部構造への影響を小さく抑制することができ、免震装置３と共に上部構造２の損傷を防止することができる。
【００２８】
要するに、上部構造２に負担させる受け持つ反力を小さくするため、変形制限装置１２の制動開始時、地震動による加速度が最も大きいのに対し、変形制限装置の制動方向において緩衝材１２ａ、１２ｂの対向面１５ａ、１５ｂを所要の勾配に形成、即ちくさびの形に形成していることによって楔作用が働き、当たり始める時に、上下の緩衝材１２ａ、１２ｂ同士が相対的に滑りながら変形してエネルギーを吸収することによって、加速度を落として衝撃力を和らげる効果が得られる。要するに、楔作用を上手に利用して、当たり始める時に緩衝材同士を滑らせることによって、ストローク（変形）を大きくさせて反力を小さく抑えることができ、従って上部構造２に伝達される反力が小さくなり、上部構造２の受け持つ負担分を軽減し、免震装置３と共に損傷させないようにすることができる。
勾配を形成する角度については、小さ過ぎると、水平分力ｂが大きくなり、上部構造に伝達される反力が大きくなるばかりでなく、衝撃材同士が滑り過ぎて楔効果があまり得られない。また、角度が大き過ぎると、緩衝材同士が滑り難くなり、ストローク（変形）が小さくなり、所定のエネルギー吸収効果が得られなくなる。従って、勾配の角度を１０度〜３０度の範囲内に設定することが好ましい。
さらに、対向面１５ａ、１５ｂの形状は、平面に限ることなく曲面とすることもできる。  
【００２９】
また、緩衝材１２ａ、１２ｂの表面剛性を確保するために、表面に適宜の滑り材を設けたことにより、繰り返しの地震力を受けて、上下の緩衝材１２ａ、１２ｂ同士が複数回当接して擦れてもくっつくことなく、直ぐに離れるようになり、地震が納まれば変形制限装置１２の機能は失われることなく、地震後、直ちに元の状態に復元できるので、常に正常に機能させることができる。
【００３０】
次に、上記第１の実施の形態に係る変形制限装置１２の他の実施例を、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。なお、前記第１の実施の形態と同一部分については、説明が重複するので同一符号を付して説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。（ａ）図は、緩衝材１２ａ、１２ｂの設置状況を示すものであり、異なる部分は一方の緩衝材１２ａにおける上面、即ち対向面１５ａの形状だけである。緩衝材１２ａの対向面１５ａにおける勾配を、少なくとも２段の異なる勾配で形成したものである。
【００３１】
このように対向面１５ａに異なる勾配を形成することによって、（ｂ）図に示したように、変形制限装置１２の制動開始時（緩衝材１２ａ、１２ｂ同士が当たり始める時）に緩衝材同士の最初に当たる接触面積が１段目の勾配だけであり、接触面積を小さくし、緩衝材の弾性変形を大きくして反力を小さく抑制する。次の段階に進むと、（ｃ）図に示すように、２段目の勾配まで接触し接触面積を増やして反力を大きくすることによって、停止するまでの総反力を小さくし、上部構造への影響を最小限に抑えることができる。要するに、１段目の勾配において、主として緩衝材の変形量で地震エネルギーを吸収し加速度を落とし、上部構造２に伝達する反力を小さく押えることができるのである。２段目に入ると全断面接触して反力が大きくなり、所定の許容変形値までに相対変位を確実に止めることができる。
異なる勾配の角度差（勾配間の相対角度）については、緩衝材の柔らかさや接触面積等によって定めるが、角度差を１度〜１０度程度までとし、好ましくは２度〜６度の範囲内に設定することである。
なお、図示では、２段勾配を示しているが、これに限らず必要に応じて、多段の異なる勾配とすることもできる。
【００３２】
さらに、本発明に係る第２の実施の形態について図１１〜図１４について説明する。この第２の実施の形態に係る変形制限装置２２は、方向依存性がなく地震時に免震装置３があらゆる方向への変形に対応可能なものである。つまり、全方向性を持たせてあらゆる方向の変形を制限することができる（対応可能な）ようにするため、緩衝材全体を円形に形成したものである。なお、変形制限装置２２以外は、前記第１の実施の形態と実質的に同一であるので、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３３】
この変形制限装置２２も、前記実施の形態と同様に、建造物の下部構造１と上部構造２との間の所要位置に配設されると共に、前記実施の形態と同様の材料で、対をなす緩衝材２２ａ、２２ｂで構成されている。この場合に、下部構造１に取り付けられる一方の緩衝材２２ａは皿状に形成され、上部構造２に取り付けられる他方の緩衝材２２ｂは独楽状または棒状に形成されている。そして、一方の皿状の緩衝材２２ａは、内周部に対向面２５ａが所要の勾配をもって形成されると共に、他方の独楽状または棒状の緩衝材２２ｂの下端外周部は対向面２５ｂとして所要の勾配をもって形成されている。
【００３４】
そして、一方の緩衝材２２ａに対して、他方の緩衝材２２ｂは対向面２５ａ、２５ｂ同士が所要の遊間距離ｄをもって配置される。この場合の所要の遊間距離ｄとは、前記第１の実施の形態と同様に、免震装置３の許容変形能力または設計許容変形値の６０％〜１００％とする。通常（新設または既存）の場合では、遊間距離ｄは、免震装置の設計許容変形値８０％〜１００％とすることが好ましい。要するに、このように遊間距離を設けることによって、制動開始（遊間距離＝０）から停止するまでの必要なストロークが確保され、免震装置の変形量が設計許容変形値を超えないように保証すると共に上部構造２に発生する反力を小さく抑えることができる。しかしながら、免震性能が不足している既存建物を補強する場合には、免震装置が正常な機能を発揮できず変形量が設計値よりおおきいため、免震装置の許容変形能力または設計許容変形値の６０％〜８０％とし、免震装置が確実に過大変形にならないように対応することが望ましい。また、遊間距離ｄの設定は、建物の平面形状、高さや構造形式、免震装置の配置及び使用種類等によって定めることが望ましい、とする点でも同じである。
【００３５】
また、下部構造１と上部構造２に対向して配設される緩衝材２２ａ、２２ｂとしては弾性体または粘弾性体で形成され、それぞれベースプレート２３ａ、２３ｂを備えた鋼製ブロック２４ａ、２４ｂ内に基部側が固定された状態で一体的に取り付けられ、各緩衝材２２ａ、２２ｂの対向面２５ａ、２５ｂは所要の勾配に形成されると共に、適宜の滑り材を設けて表面剛性を確保している。そして、一方の緩衝材２２ａは、下部構造１であるマットスラブ７にベースプレート２３ａを取付ボルト１６を介して取り付けると共に、他方の緩衝材２２ｂは上部構造２である大梁１０にベースプレート２３ｂを取付ボルト１７介して取り付けるのである。このように、緩衝材２２ａ、２２ｂをボルト固定法によって上部及び下部構造に取り付けることにより、施工が簡単であるだけでなく、変形制限装置２２の交換が容易にできる、点でも前記第１の実施の形態と同じである。
【００３６】
次に、図１５を用いて、免震の動作について説明する。地震が発生した時に、下部構造１からの地震エネルギーは免震装置３によって吸収され、揺れを上部構造２に伝わらないようにするが、免震装置３の限界（許容変形能力または設計許容変形値）を超えるような地震が生じた場合に、その限界を超える前に、変形制限装置２２によって地震エネルギーを吸収し、揺れによる変形を制限するのである。つまり、設計通りの地震範囲内では、免震装置３によって地震エネルギーを充分吸収できるのであるが、それを超える地震が生じた時に、免震装置３の限界を超える前に、変形制限装置２２を構成する緩衝材２２ａ、２２ｂが作用して、対向面２５ａ、２５ｂの勾配による擦り合い及び一部の変形によって全方向の地震エネルギーを吸収し、上部構造２も免震装置３も破壊されないようにしているのである。
【００３７】
また、前記第２の実施の形態に係る変形制限装置の他の実施例について、図１６〜図１９について説明する。この他の実施例は、第２の実施の形態と同様に円形に形成して方向依存性がない変形制限装置２２であること、該変形制限装置２２が対をなす緩衝材２２ａ、２２ｂから構成されることも同じであるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
そこで、他の実施例として異なる部分について説明する。まず、図１６（ａ）（ｂ）に示したように、一方の緩衝材２２ａは、円形状の中心部を所要大きさの中空部２６にしたドーナツ形状とすると共に、上面側の外周縁と中空部２６との間を所要の勾配に形成した対向面２５ａに形成し、さらに緩衝材２２ａを複数に分割、例えば、４分割にしたものである。
【００３８】
このように一方の緩衝材２２ａに中空部２６を形成することにより、材料無駄を省くことができると共に、複数に分割したこと、例えば、４分割にしたことにより、緩衝材２２ａの製作金型の大きさが、略１／４の大きさになって金型代が安くなるばかりでなく、分割された緩衝材２２ａは、下部構造１への取り付けに際してベースプレート２３ａの鋼製ブロック２４ａ内への取り付け作業も容易に行えるというメリットもある。
【００３９】
さらに、図１７（ａ）（ｂ）に示したように、他方の緩衝材２２ｂについては、概ね、前記第２の実施の形態と同様であるが、所要の勾配に形成した対向面２５ｂに対して取り付けられる滑り材２７を複数に分割、例えば、８個に分割して設けることによって、緩衝材２２ｂの表面の変形に馴染んで追従し、緩衝材としての機能を妨げることなく変形することができる。
【００４０】
そして、この他の実施例に係る変形制限装置２２も、図１８と図１９に示したように、前記第２の実施の形態と同様に、下部構造１と上部構造２との間にそれぞれベースプレート２３ａ、２３ｂを介して取付ボルト１６、１７により取り付けられるものである。そして、例えば、設計通りの地震範囲内では、前記第２の実施の形態で説明したように、免震装置３によって地震エネルギーを充分吸収できるのであるが、それを超える地震が生じた時に、免震装置３の限界を超える前に、変形制限装置２２を構成する他の実施例の緩衝材２２ａ、２２ｂが作用して、対向面２５ａ、２５ｂの勾配による擦り合い及び一部の変形によって全方向の地震エネルギーを吸収し、上部構造２も免震装置３も破壊されないようにしているのである。
【００４１】
また、方向依存性がない第２の実施の形態に係る変形制限装置２２及び第２の実施の形態に係る他の実施例について、免震建物構造に対する配設状況の一例を、図２０と図２１を用いて説明する。一応この種の免震建物構造としては、複数階建の集合住宅またはオフィスビルを対象とするものであり、下部構造１と上部構造２との間に免震装置３［免震装置は，外周周りに鉛プラグ入り積層ゴムアイソレータ（黒丸表示）、中央部に滑り支承とする（白丸表示）］と共に変形制限装置２２が取り付けられるのである。この場合に、巨大地震に対する補強の意味からしても、新設または既設建物構造には拘らないのである。
【００４２】
そして、建物全体に対する配置例として示すものであるが、装置の配置位置や箇所等については、建物の形状、高さ及び免震装置の配置と種類等によって適宜に調整することが望ましい。例えば。建物の重心と剛心のずれがあり、地震力が作用する時に捩じれが生じる場合は、変形制限装置を外周フレームに多く配置するように調整し捩れ止め効果を図ることが望ましい。
また、上部構造２と擁壁２８との間にクリアランス２９が設けられているが、変形制限装置２２の設置場所については、従来のように緩衝材等をクリアランス内に設けることなく建物構造範囲内に設置することにより，設置場所に制約がなく自由に設置設計することができ、所要のクリアランスを確保できるので、上部構造２が擁壁２８に衝突して損傷することを完全に防ぐことができる。特に、既存建物を補強する場合には、従来のように緩衝材等を設置する場所の問題でクリアランスを確保するために、既存擁壁を取り壊すことなく補強することができる。
下部構造１について、実施例では杭基礎５として示してあるが、これに限定することなく、独立基礎や布基礎等としてもよい。
また、変形制限装置の設置下部には、鉛直方向の反力を支持できるように、地盤を改良して比較的強固な地盤を構築すること、若しくは杭または基礎梁を設けることが望ましい。
上部構造２としては、特に限定することなく、ＲＣ造、ＰＣ造、Ｓ造またはＳＲＣ造の何れかとしてもよい。  
以上説明した実施の形態は、本発明の構成要件（主旨）を限定するものではなく、本発明の主旨に逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明に係る変形制限装置は、下部構造１と上部構造２との間に免震装置３を介在させてある免震建造物構造において、前記下部構造１と上部構造２との間に設置する建物構造の変形制限装置１２、２２であって、該変形制限装置１２、２２は、所要の遊間距離ｄをもって対向して設置される対をなす緩衝材１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂからなり、該緩衝材１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂの対向面１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂは所要の勾配に形成されていることにより、変形制限装置１２、２２の制動時に緩衝材１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂに作用する衝撃力ａが対向面１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂに平行する分力ｂ（せん断力）と対向面に垂直する分力ｃ（圧縮力）に分解され、これらの分力が上部構造２に伝達されて上部構造２が受ける反力となる。そして、垂直分力ｃ（圧縮力）の殆どが上部構造２に作用する鉛直荷重に相殺されるため、上部構造２に影響しない。平行分力ｂ（せん断力）のみが上部構造２の反力になり上部構造２に付与される力である。要するに、対向面１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂに勾配を設けることによって、変形制限装置１２、２２が受けた衝撃力ａの一部の力向きを変更させ、上部構造２に常時作用されている巨大な鉛直荷重で相殺させることができ、結果としては、残りの分力ｂだけが上部構造２に付与される反力になり、上部構造２の負担する力が小さくなるので、上部構造２及び免震装置３の破損を防止し、地震後に免震装置３が元通りに復元するので、大地震に遭遇しても構造物として免震機能を失わずに維持できるのであり、また、変形制限装置１２、２２は、何時でも簡単に取り替えまたは新たに設置することができるので、新築または既存のこの種の免震構造物において広く利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１  下部構造
２  上部構造
３  免震装置
４  地盤
５  杭
６  ラップル基礎
７  マットスラブ
８  柱
９  フーチング
１０  大梁
１１  スラブ
１２、２２  変形制限装置
１２ａ、１２ｂ、２２ａ、２２ｂ  緩衝材
１３ａ、１３ｂ、２３ａ、２３ｂ  ベースプレート
１４ａ、１４ｂ、２４ａ、２４ｂ  鋼製ブロック
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ  対向面
１６、１７  取付ボルト
２６  中空部
２７  滑り材
２８  擁壁
２９  クリアランス
ａ  衝撃力
ｂ  平行する分力（せん断力）
ｃ  垂直する分力（圧縮力）
ｄ  遊間距離
【要約】      （修正有）【課題】巨大地震でも、免震性能不足の既存建物でも、過剰な地震エネルギー部分を吸収し、免震装置の過大変形を抑制し免震装置本体と共に、上部構造を損傷させない変位制限装置を提供する。【解決手段】下部構造と上部構造との間に免震装置のある免震建物構造で、下部構造と上部構造との間に設置する建物構造の変位制限装置であり、所要の遊間距離で対向して設置される緩衝材からなり、緩衝材の対向面には勾配がある変位制限装置であり、緩衝材の対向面に勾配を設けることで、衝撃力の一部の力の向きを変え、上部構造に常時作用している巨大な鉛直荷重で相殺させることができ、残りの分力だけが上部構造に付与される反力になり、上部構造の負担する力が小さくなり、上部構造及び免震装置の破損を防ぎ、地震後に免震装置が元通りに復元するので、大地震でも構造物として免震機能を失わずに維持でき、また変位制限装置は、何時でも簡単に交換または新設できる。【選択図】図１８【図１】
0005872091.tif 000002
【図２】
0005872091.tif 000003
【図３】
0005872091.tif 000004
【図４】
0005872091.tif 000005
【図５】
0005872091.tif 000006
【図６】
0005872091.tif 000007
【図７】
0005872091.tif 000008
【図８】
0005872091.tif 000009
【図９】
0005872091.tif 000010
【図１０】
0005872091.tif 000011
【図１１】
0005872091.tif 000012
【図１２】
0005872091.tif 000013
【図１３】
0005872091.tif 000014
【図１４】
0005872091.tif 000015
【図１５】
0005872091.tif 000016
【図１６】
0005872091.tif 000017
【図１７】
0005872091.tif 000018
【図１８】
0005872091.tif 000019
【図１９】
0005872091.tif 000020
【図２０】
0005872091.tif 000021
【図２１】
0005872091.tif 000022