(57)【要約】【課題】従来技術である液体の浮力を利用する免震構造は、浮体の重量に見合う液体を入れる大きな空間を必要とするため、巨大水槽を掘る等、施工コストが高かった。これに対し、浮体を空気に浮かせる方式にすることにより、掘削土量を大幅に減らし、施工コストが安い空気浮揚式の浮体免震構造を提供する。【解決手段】支持盤１は、外壁１０ａと内壁１０ｂを有する環状溝１０と、環状溝の内側空間の底部を覆う内底1とから構成されている。浮体２は、プラットホーム２０ａとプラットホーム２０ａから下方に垂設されている垂下壁２０ｂから構成されている。垂下壁２０ｂを液体３を張った環状溝１０の外壁１０ａと内壁１０ｂとの間に載置し、垂下壁の内側の圧力空間４０ａの気体圧力を前記垂下壁の外側の空間の気体圧力より高くすることにより前記プラットホームを浮揚させた。【選択図】図1
2011089623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮体と支持盤とからなる浮体免震構造であって、前記浮体は、プラットホームと該プラットホームから下方に垂設された環状の垂下壁とから構成され、前記支持盤は、内壁と外壁を有する環状溝と、該環状溝の内側空間の底部を覆う内底とから構成され、前記垂下壁を、液体を張った前記環状溝の内壁と外壁の間に載置することにより、前記垂下壁の内側の圧力空間と外側の空間とを前記液体により遮断するとともに、前記垂下壁の内側の圧力空間の気体圧力を、前記垂下壁の外側の空間の気体圧力より高くすることにより、前記浮体を前記支持盤から浮揚させることを特徴とする空気浮揚式の浮体免震構造
【請求項２】
前記環状の垂下壁と前記環状溝が多重になっていることを特徴とする請求項１記載の空気浮揚式の浮体免震構造
【請求項３】
前記垂下壁、および前記環状溝の内壁，外壁，溝底の、少なくともひとつに空気室を設け、該空気室の下部を前記液体の中に開口することを特徴とする請求項1または請求項２記載の空気浮揚式の浮体免震構造
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震が原因で稼動を止めたくない原子力発電所や超微細加工が必要な半導体製造工場のように高度な耐震性，免震性を要求される大型構造物を、空気で浮かせることにより免震する浮体免震構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、原子力発電所のように高度な耐震性，免震性を要求される大型構造物を、液体および気体を用いて免震する構造として特開昭５９−１９５９３４，特開２００１−１４０４９９，特開２００３−３１４６１１等が知られている。
これらの従来技術のうち本願に関連する概念を、図１６を用いて以下に説明する。浮体２００は箱状をなしており、水槽１００に張られた密度ρの液体３００に浮かんでいる。浮体２００の下部には空気室２００ａが形成されている。説明を簡単にするため、浮体２００の外周面は垂直でその水平断面積は一定値Ｓとする。また浮体２００の底面２００ｂと空気室２００ａの液面３００ｂは、同一水平面となるように空気室２００ａには空気を補給しているとする。
静止時のつりあい状態では、浮体２００は水槽１００の液面３００ａ から深さΔｈだけ沈降し、その浮力は（ρ×ｇ×Δｈ×Ｓ）となる。ただしｇは重力加速度とする。
ここで留意すべきは、浮力はあくまで浮体２００が排除した液体３００の重量と同じ重量が浮力になるのであり、空気室２００ａの有無やその容量とは無関係であるという点である。極端な例として、仮に空気室２００ａを無くして浮体２００の底面を２００ｂと同一面のフラットにしたとしても、浮体２００の浮力は全く同じ（ρ×ｇ×Δｈ×Ｓ）である。すなわち、空気室２００ａは浮体２００の浮力には直接には寄与していない。
それでは、その空気室２００ａの役割であるが、空気室２００ａは地盤Ｇが地震等で揺れた場合に免震効果をもたらす。すなわち、地盤Ｇが例えば上下方向に揺れた場合、液体３００を介して空気室２００ａの液面３００ｂがまず上下に動く。これにより空気室２００ａ内の空気が圧縮，膨張する。その圧力の変動により浮体２００は力を受けるが、浮体２００の質量は大きくて急加速しにくいので、浮体２００は地盤Ｇの振動と較べるとほとんど動かない。すなわち空気室２００ａを設けることにより、単純に水に浮かべるだけの方式に比べて、より免震効果がもたらされる。
また特開昭５９−１９５９３４では５０万ＫＷ級の原子力発電所への適用例として、総重量１６万トン、プラットホームの寸法を水平断面積６０００ｍ２、喫水２５ｍとして１５万トンの浮力を得、残余重量１万トンを常用荷重５０トンの大型空気バネ２００個を使用する適用例が紹介されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５９−１９５９３４
【０００４】
【特許文献２】特開２００１−１４０４９９
【０００５】
【特許文献３】特開２００３−３１４６１１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の原子力発電所は大型化しており、１５０万ＫＷ級のものを浮体式にした場合は、浮体を含めた総重量は７０万トン、浮体の水平断面積が１５０ｍ×２００ｍ程度の大きさになることも想定される。浮力の大きさは浮体が排除した液体の重量と同じになるので、この場合は７０万トンの液体を排除する必要がある。液体として水（密度ρ＝１０００ｋｇ／ｍ３）を使用すると、水が排除される空間の容積は７０万ｍ３となる。すなわち必要喫水は約２３．３ｍ（＝７０００００／（１５０×２００））となる。
【０００７】
浮体を免震構造にするためには、浮体と水槽との間に免震のストロークを考慮した間隙を設ける必要があるので、これを１ｍとすると、水槽の最小必要容積は７４．６万ｍ３（＝（２００＋２）×（１５０＋２）×（２３．３＋１））もの膨大な空間となる。例えば、この空間をプール状の水槽を掘ることによって得ようとすると、そのコストも大きいものとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の課題を解決するために、請求項１記載の空気浮揚式の浮体免震構造  にあっては、浮体と支持盤とからなる浮体免震構造であって、前記浮体は、プラットホームと該プラットホームから下方に垂設された環状の垂下壁とから構成され、前記支持盤は、内壁と外壁を有する環状溝と、該環状溝の内側空間の底部を覆う内底とから構成され、前記垂下壁を、液体を張った前記環状溝の内壁と外壁の間に載置することにより、前記垂下壁の内側の圧力空間と外側の空間とを前記液体により遮断するとともに、前記垂下壁の内側の圧力空間の気体圧力を、前記垂下壁の外側の空間の気体圧力より高くすることにより、前記浮体を前記支持盤から浮揚させることを特徴としている。
【０００９】
また請求項２記載の空気浮揚式の浮体免震構造にあっては、前記環状の垂下壁と前記環状溝が多重になっていることを特徴としている。
【００１０】
また請求項３記載の空気浮揚式の浮体免震構造にあっては、前記垂下壁、および前記環状溝の内壁，外壁，溝底の、少なくともひとつに空気室を設け、該空気室の下部を前記液体の中に開口することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の請求項１記載の空気浮揚式の浮体免震構造によれば、従来技術である下部に空気室を持った浮力式の浮体と同様の免震効果を持つことに加えて、地盤に大きな空間を掘る必要がなくなり、経済的に本構造を建設できる。
【００１２】
本発明の請求項２記載の空気浮揚式の浮体免震構造によれば、地盤に掘る環状溝の形状を浅く広い形状にすることができるので施工性が良くなり、コストも下がる。また液面が広がることにより、水平方向の免震性能が向上する。
【００１３】
本発明の請求項３記載の空気浮揚式の浮体免震構造によれば、地震時の環状溝内の液体の移動が自由になり、水平方向の免震性能がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】第１実施形態の図２におけるＡＡ断面図
【図２】第１実施形態の平面図
【図３】第１実施形態の変形例の断面図
【図４】第２実施形態の図６におけるＢＢ断面図
【図５】第２実施形態の図４のＱ部の詳細図
【図６】第２実施形態の平面図
【図７】第３実施形態の断面図
【図８】第４実施形態の平面図
【図９】第４実施形態の図８におけるＣＣ断面図
【図１０】第５実施形態の平面図
【図１１】第５実施形態の図１０におけるＤＤ断面図
【図１２】第６実施形態の断面図
【図１３】第６実施形態の斜視図
【図１４】第７実施形態の油圧回路図
【図１５】第７実施形態の油圧シリンダの配置図
【図１６】従来技術
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る空気浮揚式の浮体免震構造を実施するための形態を、図に基づいて説明する。
[第１実施形態]
本願の第１実施形態を、図１乃至図３を用いて説明する。空気浮揚式の浮体免震構造は浮体２と支持盤１とから構成されている。更に、浮体２は、プラットホーム２０ａと、プラットホーム２０ａから下方に垂設された環状の垂下壁２０ｂとが一体になり、構成されている。プラットホーム２０ａには、その上部や下部あるいはプラットホーム２０ａを貫通して、各種の建造物が設置されるが、本図ではこれらは省略している。また、本願で用いる「環状」とは「端部がない、環（わ）のような」の意で、その形状も、円型や四角型を含めて任意である。支持盤１は地盤Ｇ上に設置され、環状溝１０と該環状溝の内側空間の底部を覆う内底１０ｄとから構成されている。前記環状溝１０は、外壁１０ａ，内壁１０ｂおよび溝底１０ｃとからなっている。外壁１０ａと内壁１０ｂは、後述の液体を溝内に貯留するために必要であるが、溝底１０ｃについては例えば環状溝１０の断面形状がＶ型やＵ型のような場合は、溝底として断定できない形状もあるので、必ずしも必須ではない。環状溝１０の内部には液体（水）３が張ってある。液体は水または海水を用いるのが普通であるが、重泥水のように比重の大きい液体や、構造物の錆を防止する機能を持つ液体を用いてもよい。以下では最も一般的な水を使用するものとして説明する。
前記内底１０ｄは、後述する圧力空間４０ａの圧力気体が地盤Ｇ側に漏れないように気密を保つことと、該圧力気体の総押し下げ力（浮体２の総重量にほぼ等しい）に耐える強度を持つことが役割である。このため、支持盤１自体は環状溝１０と内底１０ｄとが一体になった金属製または鉄筋コンクリート製等で出来ているが、支持盤１の下部および周辺も、基礎用コンクリート，石または土砂等でバックアップされて、地盤Ｇと一体の強固な構造となっている。
次に、使い方を述べる。垂下壁２０ｂは環状溝１０内に載置されており、環状溝１０内に張られた水３によって垂下壁２０ｂの内側の圧力空間４０ａと外側の空間とを遮断している。この状態で圧力空間４０ａにブロアやコンプレッサー等を用いて気体（通常は空気）を圧送すると、垂下壁２０ｂと環状溝１０の内壁１０ｂで囲まれた内側の水面３０ｂは次第に下方に押され、逆に垂下壁２０ｂと環状溝１０の外壁１０ａで囲まれた外側の水面３０ａは次第に押し上げられて、両水面の高さの差Δｈ０は次第に増大する。それと共に、圧力空間４０ａ内の気圧（ρ×ｇ×Δｈ０）も増大し、遂には気圧による浮体２の押し上げ力は浮体２の重量と同等以上になって浮体２は浮上する。
次に、この構造における免震性能について述べる。地盤Ｇの上下方向の振動に対しては、圧力空間４０ａの空気が圧縮，膨張して免震効果を発揮する。免震効果は圧力空間４０ａの容積と浮体の質量で基本的に決定され、容積が大きいほどまた質量が大きいほど免震性能は向上する。空気室を持った浮体の、さらに詳細の特性については、前述の先行技術文献等に紹介されているので、ここでは省略する。
つぎに、地盤Ｇの横方向の振動に対する免震性能について述べる。例えば、地盤Ｇが図の左方向へ動いたとして、図１の右側の溝において現象を説明する。左方へ動く外壁１０ａとまだ動いていない垂下壁２０ｂに挟まれた空間の水３は水面３０ａを押し上げる。逆に水面３０ｂは下がる。この一連の動きにより、地盤Ｇと浮体２の間には相対変位を生じ、浮体２は免震される。次に、両水面の水位の変化量は、近似的に外壁１０ａの中立位置からの変位に比例し、この変化した水位に比例して、垂下壁２０ｂは中立位置に戻されようとする力が働くので、浮体２は中立位置に戻ろうとする線形のバネの特性を持った系と言える。ただし、浮体２の質量に比較してバネとしての力は弱いので地震のような周波数の高い外力に対して大きく共振するようなことはないが、ダンパー効果を持たせるために、水３の中に水の移動を妨げるような工夫をしてもよい。                                    
【００１６】
次に、この環状溝の造成に必要な最小空間を求める。例えば、前記浮体式の１５０万ＫＷの原子力発電所に適用した場合、浮体２の免震のストロークを考慮して、上下，水平方向に各１ｍのクリアランスを確保することにすれば、ｃ１＝ｃ２＝ｃ３＝ｃ４＝１ｍとなる。ただし、ｃ１，ｃ２は垂下壁２０ｂと外壁１０ａおよび内壁１０ｂとの水平方向の各クリアランス、ｃ４はプラットホーム２０ａと支持盤１側との垂直方向のクリアランスを表す。また本願においては、計算の簡略化のため、各壁の厚さは無視するものとする。この場合の環状溝の造成に必要な最小空間は、図２より３．４万ｍ３（＝（２０２×１５２−１９８×１４８）×［２３．３＋１］）となり、前記従来技術の水槽の場合の７４．６万ｍ３と較べるとわずか４．６％で済むことになり、施工コストは大幅に下がる。
ただし、図１のように環状の内壁１０ｂおよび外壁１０ａを垂直にした場合、環状溝１０の断面形状は、幅が２ｍと狭いにもかかわらず、深さは２４．３ｍと極端に縦長の環状溝を形成することになり、この特異な形状のため、以下に述べる2つの課題が生じる。1つの課題は、地盤Ｇの水平方向の免震性の低下である。前述したように、地盤Ｇが地震等により急速に横方向へ振動した場合、垂下壁２０ｂと環状溝の外壁１０ａとの距離は変動するが、それにつれてそれらの中間にある水は移動しなければならない。しかし、壁と水の接触している面積に比較して、垂下壁２０ｂと環状溝の外壁１０ａとの間のクリアランスが小さいため、地震のような急速な振動に対して水の動きが制約され、抵抗が大きくなるので、垂下壁２０ｂは水からの力を受けやすい。すなわち水平方向の免震性能は、このような抵抗がない上下方向の免震性能と較べて低下する。もう１つの課題は、施工が困難な点である。幅２ｍの間隔をおいて縦は２０数メートル、横は約１５０メートルまたは２００メートルの自立した垂直壁を作らなければならない。このため、壁にアンカーを打ったりして壁を地圧に耐える構造にしなければならないので、施工コストは高くなる。
以上の２つの課題への対応として、環状溝の形状を図３の変形例のように外壁１０ａ’や内壁１０ｂ’を垂直ではなく上が広くなる逆台形状の断面にすることも有効である。このような形状にすることにより、環状溝の断面形状の施工がしやくなると共に、水面３０ａの面積が広がることにより、地盤の水平方向の振動に対する環状溝内の水の移動の抵抗が第１実施形態の垂直壁の場合と較べて小さくなり、免震効果が良くなる。また断面形状も逆台形の斜辺に曲線を用いることも可能で、この形状によっては前述のバネ特性に任意の非線形の特性を持たせることもでき、設計の自由度が広がる。
[第２実施形態]
次に、第２実施形態として、前記の2つの課題に対する別の対応方法について、図４乃至図６を用いて説明する。本実施形態が前記第１実施形態と大きく異なるのは、環状の垂下壁と環状溝が多重になっている点である。浮体７０はプラットホーム７０ａと、下方に向かって垂設される環状で多重の垂下壁（本実施形態では外側から７０ｂ，７０ｃ，７０ｄの３重）とで構成されている。一方支持盤６０には多重の環状溝が垂下壁７０ｂ，７０ｃ，７０ｄにそれぞれ対応する位置に外側から６０ａ，６０ｂ，６０ｃの順で設けられている。図４の場合は、環状溝６０ｃの外壁と、それに隣接する環状溝６０ｂの内壁は同じ部材である内外兼用壁５０ｃで兼ねさせている。同様に環状溝６０ｂの外壁と、それに隣接する環状溝６０ａの内壁は、内外兼用壁５０ｂで兼ねさせているが、距離を離してそれぞれの溝毎に外壁と内壁を設けてもよい。各環状溝の内部にはそれぞれ水３が張られている。各垂下壁７０ｂ，７０ｃ，７０ｄは各多重溝６０ａ，６０ｂ，６０ｃの各内壁，外壁の間にそれぞれ載置されており、水３によって各垂下壁の内外の空間が遮断されており、互いに独立した圧力空間を形成している。垂下壁７０ｂと７０ｃで囲まれた圧力空間を４０ｂ、垂下壁７０ｃと７０ｄで囲まれた圧力空間を４０ｃ、垂下壁７０ｄの内側の圧力空間を４０ｄとする。各圧力空間４０ｂ，４０ｃ，４０ｄにブロアやコンプレッサー等を用いて気体を圧送すると、各垂下壁の内側の水面は次第に下方に押され、逆に各垂下壁の外側の水面は次第に押し上げられて、図４のように各溝の垂下壁の内外にそれぞれ水位差が生じる状態になる。このときの気圧と水面との関係をＱ部の詳細である図５を用いて詳細に説明する。
図５において、垂下壁７０ｂと７０ｃで囲まれた圧力空間４０ｂ内の気圧をＰ１、垂下壁７０ｂの外側の空間の気圧（大気圧）をＰ０、垂下壁７０ｂの内外に生じた水位差をｈ１とすると、
Ｐ１＝Ｐ０＋ρ×ｇ×ｈ１                                        ‥‥‥（１）
となる。同様に圧力空間４０ｃ内の気圧をＰ２とすると、式（１）を用いて
Ｐ２＝Ｐ１＋ρ×ｇ×ｈ２＝Ｐ０＋ρ×ｇ×（ｈ１＋ｈ２）          ‥‥‥（２）
となる。同様に圧力空間４０ｄ内の気圧をＰ３とすると、式（２）を用いて
Ｐ３＝Ｐ２＋ρ×ｇ×ｈ３＝Ｐ０＋ρ×ｇ×（ｈ１＋ｈ２＋ｈ３）    ‥‥‥（３）
となる。すなわち、多重にすることにより各溝の水位差の合計が圧力空間４０ｄにかかることになり、第１実施形態で示した例のように、縦長の断面の１重溝と同じ高い気圧が、溝を深く掘ることなく得られる。参考までに、このとき必要となる環状溝の最小空間を試算する。図１の例と同様に免震のクリアランスを上下，水平に各１ｍ確保することにし、各溝の水位差をｈ１＝ｈ２＝ｈ３＝ｈとすると、図６の溝の配置をしているとして
圧力空間４０ｂがプラットホームを持ち上げる力Ｆｂは、大気圧成分Ｐ０はキャンセルされるので
Ｆｂ＝（２００×１５０−１９６×１４６）×ρ×ｇ×ｈ            ‥‥‥（４）
圧力空間４０ｃがプラットホームを持ち上げる力Ｆｃは
Ｆｃ＝（１９６×１４６−１９２×１４２）×ρ×ｇ×２ｈ          ‥‥‥（５）
圧力空間４０ｄがプラットホームを持ち上げる力Ｆｄは  
Ｆｄ＝１９２×１４２×ρ×ｇ×３ｈ                              ‥‥‥（６）
したがって全部の持ち上げ力がプラットホームの重量と同じになる条件を求めると、式（４），（５），（６）より
Ｆｂ＋Ｆｃ＋Ｆｄ＝８５８８０×ρ×ｇ×ｈ＝７００００００００×ｇ
水３は      ρ＝１０００ｋｇ／ｍ３であるので、
ｈ＝８．１５ｍとなる。
すなわち、環状溝の造成に必要な最小空間は図６より、３．８万ｍ３（＝（２０２×１５２−１９０×１４０）×（８．１５＋１））となる。前記第１実施形態の１重溝の場合に必要となる空間３．４万ｍ３に比べると少し増加するが、溝の形としては幅６ｍ深さ９．１５ｍと無理がなくなり、施工が容易になる。
【００１７】
次に、第２実施形態における水平方向の免震性について述べる。図４においては図１と較べて環状溝の数が３倍、水深の深さは約１/３となる。すなわち、地盤Ｇの水平方向の変位に対して流路面積である水面は約３倍に広がり、各環状溝内を移動する水の流量は１／３になるので、地盤Ｇが動いたときに、移動する水の流路抵抗は大幅に減少し、この水が浮体７０に力を及ぼすことが少なくなる。すなわち、浮体７０はこのように多重溝にすることにより、第１実施形態と較べて施工性および水平方向の免震性が向上し、前記第１実施形態の２つの課題が解消したことになる。
[第３実施形態]
次に、第３実施形態として、水平方向の免震性を更に向上する構造を、図７を用いて説明する。浮体７５のプラットホーム７５ａから下方に垂設された環状の垂下壁７５ｂおよび７５ｃは、例えば防錆処理が施された金属板から構成されており、その断面形状は内外の圧力差による曲げ荷重に耐えやすいように、上方が広い三角形または台形形状をしている。垂下壁７５ｃの内部には多段の空気室７５ｃ１，７５ｃ２が設けられている。各空気室７５ｃ１，７５ｃ２の上部には空気が満たされているが、下部には開口があって、水面３５ａより下方の水中に開いている。また環状溝６５ｂの外壁と環状溝６５ａの内壁を兼ねている内外兼用壁５５ｂも同じく防錆処理がほどこされた金属板から構成されており、その断面形状は曲げ荷重に耐え易いように、下方が広い三角形または台形形状をしている。壁５５ｂの内部にも多段の空気室５５ｂ１，５５ｂ２が設けられ、上部には空気が満たされており、下部には開口があって、水面３５ａより下方の水中に開いている。
同様に、環状溝６５ｂの内壁５５ｃに空気室５５ｃ１を設けてもよい。空気室５１ｃにも同様にその下部に開口を設けるが、内壁５５ｃと垂下壁７５ｃとの間の水面３５ｂは低いので水中の開口は１か所のみとしている。したがって空気室も５５ｃ１のみで多段にはしていない。
【００１８】
また、環状溝の底面についても同様に空気室を設けることができる。環状溝６５ｂには、底面５５ｄに開けられた開口を通じて空気室５５ｄ１がある。この場合も、空気室の上部は空気が満たされているが、空気が逃げないように開口は空気室の下方にあって底面５５ｄまでつながっている。  
【００１９】
以上が構造であるが、これが実際の地震等でどのように作用するかを以下に説明する。地盤Ｇが矢印のように図の左側に動いた瞬間を考える。このとき、環状溝６５ｂのＲの部分にある水３は迫ってくる内外兼用壁５５ｂとまだ移動していない垂下壁７５ｃに挟まれて、まわりの空間へ逃げようとする。第２実施形態の場合のように空気室が無い場合は、水面３５ａ，３５ｂを押し上げるしかないが、本実施形態のような場合は、第２実施形態の場合に加えて、水３はまわりの空気室にも吸収される。すなわち垂下壁７５ｃ内の空気室７５ｃ１，７５ｃ２や内外兼用壁５５ｂ内の空気室５５ｂ１，５５ｂ２や内壁５５ｃ内の空気室５５ｃ１、さらには底面５５ｄ内に設けられた空気室５５ｄ１等である。地盤が矢印の逆方向に動いた場合は、上記と逆の現象が起こり、各空気室からＲの部分に水が吐き出される。以上は環状溝６５ｂの周辺に空気室を設ける例で説明したが、環状溝６５ａにも同様に設けてもよい。このように空気室を設けることにより、第２実施形態と較べると地盤Ｇの水平方向の振動に対して水がはるかに自由に動けるので、浮体７５は水３から力を受けることが少なく、免震性の高い系になる。この構造で更に免震性を上げるには、空気室の容量を増すか、あるいは開口の面積を広げる等によりＲ部の水の移動性を高めればよい。例えば、空気室の容量を増す場合は空気室の位置は垂下壁内や内壁，外壁内に限定することはなく、プラットホーム上の他の空間に設けてもよい。
[第４実施形態]
つぎに、第４実施形態として浮体の支持方法について、図８および図９を用いて説明するが、その前に図１６と図１，図２を用いて、従来技術である浮力式と本発明である空気浮揚式との根本的な違いについて説明する。図１６は従来技術である水の浮力を利用して浮体を浮かせている方式の説明図である。図１６は釣り合い状態を示しているが、浮体のどちらか一方が何かの理由で沈みかけると、その部分の浮力が増して、自動的に元の釣り合い状態に復元する方向にモーメントが働く。一方、本発明である図２の場合は、垂下壁２０ｂの内側の圧力空間４０ａ内の気圧は全範囲で全て同一である。それらの気圧全体の合力は、垂下壁２０ｂで囲まれた内側の圧力空間４０ａの図心である２０ｃにおいて上向き（図２では紙面の表方向）にかかる合力Ｆ０としてとして換算できる。したがって、仮に浮体のどこかが他の部分より沈んだとしても、その部分の圧力のみが増すということはなく、Ｆ０全体が増加するだけであるので、浮力の場合のように傾きを元に戻す方向のモーメントは働かず、一旦不釣り合い状態が生じて傾き始めるとどんどん進展する。したがって、本発明である空気浮揚式の場合は、浮体の傾きを戻すなんらかの方法が必要である。例えば、プラットホーム２０ａの周縁と支持盤１との間に特開昭５９−１９５９３４の大型空気バネのように多数の緩衝材を置いてもよいが、以下に述べる方法でもよい。
【００２０】
第４実施形態はこの復元力を持たせるための手段の一つであり、以下に原子力発電所の例を用いて説明する。図８，図９において浮体９０のプラットホーム９０ａの上には原子炉建屋やタービン建屋や熱交換建屋等の各種建屋が設置されている。プラットホーム９０ａには、下方へ垂設される少なくとも3つの環状の垂下壁９０ｂ，９０ｃ，９０ｄがあり、各々対応する環状溝に収まっている。これらの溝同士は離れて位置しているので、互いに独立して圧力をコントロールできる。垂下壁９０ｂで囲まれた内側の圧力空間に働く上向きの合力は、図８の平面図において垂下壁９０ｂに囲まれる図形の図心９０ｅに上向き（図８では紙面の表方向）にかかる合力Ｆ１として表わされる。同様に垂下壁９０ｃの場合はＦ２、垂下壁９０ｄの場合はＦ３となる。Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３は浮体が静止した状態の釣合い力を示すが、仮に垂下壁９０ｂの部分が何らかの外力を受けて沈んだとすると、垂下壁９０ｂに囲まれた圧力室の空気圧は上昇するのでＦ１は大きくなり、浮体９０は復元する方向に力を受ける。このように、浮体９０は少なくとも３つの上向きの力Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３で支持されているので、不釣り合い荷重に対しても復元力のある安定した姿勢をとることができる。
【００２１】
このような複数の独立した環状の垂下壁構造にすることの別の効果を述べる。原子力発電所は冷却のための熱交換装置があって、例えば海水を取り込んで熱交換をしたあと温排水としてふたたび海に戻している。９０ｈ，９０ｉはその往復の水路である。もし、この水路９０ｈ，９０ｉを垂下壁の内側の圧力空間内に導こうとすると、海水面は大気圧であり、垂下壁の内側の圧力空間と独立させる必要があるので、巨大なパイプを環状溝の下に通す等の工夫が必要となる。また、パイプと浮体とのあいだは地震の際には相対運動するので、これを吸収しかつ圧力からシールされたフレキシブルなジョイント構造にする必要も生じ、構造的に無理が生じる。しかし、本実施例の場合は、水路９０ｈ，９０ｉを垂下壁９０ｂと垂下壁９０ｃとの間の大気圧環境にある空間に配置したので、浮体９０からの採水又は排水は、例えば浮体側からパイプ等を水路９０ｈ，９０ｉに下ろすだけでよいので、これらの問題は生じない。
[第５実施形態]
次に第５実施形態として、他の応用例を図１０及び図１１を用いて以下に説明する。
【００２２】
図１０は各建屋の配置例であるが、これらの建屋の中で、原子炉建屋は放射能から多重に防護するため、重量が極端に大きくなっている。一方プラットホーム９５ａはコストを考えるとできるだけ薄い構造が望ましい。極端な表現をすると、薄いペラペラの板で局部的に重い部材を支えることになり、両者の境界部や薄い板に無理がかかる。本実施例はこれらの課題に対応する構造である。
【００２３】
原子炉建屋９５ｂの周囲には、多重で環状の垂下壁９５ｃ，９５ｄとこれに対応する環状溝を設置する。溝の数と水位差は空気圧による上向きの力が原子炉建屋の重量とほぼ釣り合うように決める。これにより、プラットホーム９５ａは原子炉建屋９５ｂの重量を支持する必要がなくなり、他の比較的軽量の建屋を支持すればよいことになるので、プラットホーム９０ａの周辺の下面に設置された１重の垂下壁９５ｅで十分である。このように上物の重量分布に合わせて、支持力の分布を自由に設定することができる。
[第６実施形態]
次に第６実施形態として、ユニット化について図１２および図１３を用いて説明する。図１２において免震ユニット９７は浮体９８と支持盤９９とで構成されている。本実施形態の場合、浮体９８の構造がプラットホームと垂下壁で構成されているのは前記説明と同様であるが、環状の垂下壁は二重になっている例を示している。一方、支持盤９９は図１や図４のように地盤Ｇを掘って地盤と一体となって構成されているのではなく、それ自体で独立している。すなわち支持盤９９は浮体９８の垂下壁に対応する環状溝９９ａとその内側の空間の底部を覆う内底９９ｂとから構成され、これらは溶接等で一体となって気密および強度が保たれている。この環状溝９９ａ内に水を張り、浮体９８を組み込んだ後、圧力空間９８ａおよび９８ｂに圧力空気を送り込み、浮体９８を浮かせることにより免震ユニット９７が得られる。図１３のように、この免震ユニット９７を複数個（この場合は６個）ベース９７ａの上に固定し、その上に大型構造物９７ｂを載置すれば、大型構造物９７ｂは水平方向および垂直方向に免震効果を得ることができる。
[第７実施形態]
次に第７実施形態として、浮体の動きをコントロールする動態コントロールシステムについて図１４および図１５を用いて説明する。図１４において、浮体８０にはプラットホーム８０ａとその上に設置されている建物８０ｂがある。浮体８０には基本的に２種類の力がかかる。ここでは分かりやすくするために一次元の水平力だけで考える。ひとつの力は、風がプラットホーム８０ａや建物８０ｂに当たって生ずる力でＦ１，Ｆ２で表す。もうひとつの力は、地震により支持盤８０ｓとプラットホーム８０ａの間にある油圧シリンダ８０ｃから受ける力でＦ３，Ｆ４であらわす。Ｆ３，Ｆ４の大きさは以下に説明するように油圧シリンダの特性に依存している。
動態コントロールシステムは３つの機能を持っている。ひとつは、風に対しては、浮体は支持盤に対し動かないという機能である。二つ目は、地震に対しては、浮体は支持盤に対し柔軟に動くという機能である。３つ目は浮体が正規の位置から大きくずれた場合に、それを正規の位置まで戻す機能である。これらを満足する機能について以下に説明する。
油圧シリンダ８０ｃは両ロッド型でプラットホーム８０ａと地盤Ｇの間に略水平方向に設置されている。シリンダ８０ｃのピストンロッド８０ｃｒはプラットホーム８０ａと、シリンダチューブ８０ｃｃは支持盤８０ｓとそれぞれピン結合されている。
油圧シリンダ８０ｃのピストン８０ｃｐの両側の室に配管８０ｋおよび８０ｊが接続されている。両配管の間にはリリーフバルブ８０ｄ１，８０ｄ２が互いに逆方向にリリーフするように接続されている。また配管８０ｋおよび配管８０ｊの端部は油圧コントロールバルブ８０ｈの各ポートに接続されている。油圧コントロールバルブ８０ｈはセンターバイパス型で通常は配管８０ｋおよび配管８０ｊに接続されている各ポートは閉じられ、ポンプ８０ｉからの油はタンクにアンロードされている。ポンプ８０ｉはプラットホーム８０ａの位置修正以外は必要ないので通常は停止している。
次にリリーフバルブ８０ｄ１，８０ｄ２のセット圧の決め方を説明する。地震により地盤Ｇと浮体８０の間にある油圧シリンダ８０ｃに発生する力Ｆ３，Ｆ４は地盤Ｇの振動が動的なので、その大きさは浮体８０と地盤Ｇをつなぐ油圧シリンダ８０ｃの剛性に依存している。例えば、油圧シリンダの油が一切移動できないような極めて剛性が高い系（すなわち、リリーフ圧が高い系）では、Ｆ３，Ｆ４は極めて大きくなるし、一方油圧シリンダの油の移動が拘束されないような剛性が低い系（すなわち、リリーフ圧が低い系）では、Ｆ３，Ｆ４も小さくなる。したがって、浮体８０が地震により受ける力を小さくするには、リリーフ圧をできるだけ小さくすることが有効である。それに対して、前記風の力Ｆ１，Ｆ２は準静的な力なので、つりあい状態においては、油圧シリンダにもその同じ力が発生する。この風に対して動かないようにするには、リリーフ圧を風により発生する油圧以上にすればよい。したがって、風の力では動かず、地震では極力フリーに動くためには、リリーフバルブ８０ｄ１，８０ｄ２のセット圧を風により発生する圧力よりもやや高めにセットすればよいことになる。
次に、地震時の作用について説明する。支持盤８０ｓからＦ３の方向の力を受けると、シリンダチューブ８０ｃｃが図の左に移動しピストン８０ｃｐとの間で押し出された油により、回路８０ｊに圧力が発生する。その圧力がセット圧を超えると、リリーフバルブ８０ｄ２がリリーフし、回路８０ｊ側の油は回路８０ｋ側へ移動する。すなわち、シリンダ８０ｃから流出した油はピストン８０ｃｐの反対側に流入することになるが、シリンダは両ロッド型なので、ピストン８０ｃｐの両側の室の出入りの量は等しく、シリンダ８０ｃや回路８０ｊ，８０ｋ内に真空が発生したり、逆に油が余るようなことはない。このリリーフ圧がかかった状態のシリンダ力の大きさがＦ３である。同様に、地盤Ｇから逆向きの力Ｆ４の方向を受けた場合は、同様にリリーフ８０ｄ１が働く。地震の場合は力の向きが急速に変わるが、シリンダ８０ｃはそれに追従して動くことができる。
浮体８０の位置が地震等によりずれた場合は、油圧コントロールバルブ８０ｈを制御することにより、油圧シリンダ８０ｃを伸縮させ、浮体８０の位置をコントロールすることができる。すなわち、図には記載されていない位置センサーや制御装置を用いることにより、前述の３つ目の機能である浮体を正規の位置に戻すという機能を果たすことができる。
以上は１軸方向の力のみに対して説明したが、実際には、浮体にはあらゆる方向からの力がかかるので、その場合の構造について図１５を用いて説明する。なお、図１５においては浮体８０の垂下壁や支持盤８０ｓの環状溝は省略している。８０ｃは浮体８０と支持盤８０ｓ間を結ぶ油圧シリンダで、少なくとも６本の油圧シリンダが互いに異なる方向に配置されており、各接続部は球継手になっている。この構造は、パラレルリンクとして公知であり、例えばフライトシュミレータのように、飛行機の模擬のコックピットをあらゆる姿勢に自由にコントロールする機構としても使われている。本実施例の場合、浮体８０に外力がかかっていないときは、浮体は空気力とバランスしているので、各シリンダには力はかからない。一方、浮体８０に地震等による外力がかかると、これに抗する方向にシリンダ力が発生し、それによる油圧がリリーフバルブのセット圧を超えるとリリーフバルブ８０ｄ１または８０ｄ２がリリーフし、浮体８０と支持盤８０ｓとは相対運動することにより、免震効果を発揮する。また浮体の位置が正規の状態からずれたときは、各シリンダ８０ｃの長さを正規の長さに戻せば浮体８０の位置も正規の位置に戻る。シリンダ８０ｃの数は浮体の６自由度（３軸力＋３モーメント力）を規制するため、最低６本を必要とするが、原子力発電所の浮体のように大きい建造物の場合はそれ以上になっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
以上、本発明を主として地震が原因で稼動を止めたくない原子力発電所に適用する例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、超微細加工が必要な半導体製造工場のように極度に振動を嫌う大型建造物にも同様に有効である。また実施例では原子力発電所のようにフラットで面積の広い大型建造物の例で説明したが、高層ビルのような縦長で地下が深い大型建造物の場合も、地下の周辺部を多重の環状溝を設けることにより、大きな持ち上げ力が得られるので、比較的容易に本発明を適用できる。また、逆に建造物が振動発生源になっていて、その振動が外部に伝わることを遮断したい、例えばプレス工場のような場合にも有効である。さらに、浮体免震構造をユニット化することにより、小規模の建造物や各機械装置等の免震にも同様な作用効果が奏される。
【符号の説明】
【００２５】
１．      支持盤
２．      浮体
３．      液体（水）
１０．    環状溝
１０ａ．  外壁
１０ｂ．  内壁
１０ｃ．  溝底
１０ｄ．  内底
２０ａ．  プラットホーム
２０ｂ．  垂下壁
４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ．    圧力空間
５０ａ．  外壁
５０ｂ，５０ｃ．    内外兼用壁
５０ｄ．  内壁
７０ａ．  プラットホーム
７０ｂ，７０ｃ，７０ｄ．    垂下壁
５５ｂ１，５５ｂ２，５５ｃ１，５５ｄ１．    空気室
７５ｃ１，７５ｃ２．    空気室
【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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【図１５】
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【図１６】
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