(57)【要約】【課題】建築空間を構成する床、天井、壁、窓等の建築構造物を基礎に剛結合された柱に緩く接合させることで、地震時の上下方向、水平方向振動が建築空間に伝わりにくくする。【解決手段】地盤１上に設置された基礎２に剛結合された柱のグループA（３−１，３−２）と、各階の建築空間を構成する床、天井、壁、窓、各階に属する柱等のグループB（Ｂ１、Ｂ２）とが剛結合されておらず、弾性体やスプリングなどの免振部材５を通して緩やかに接続されると同時に、グループＢ同士は拘束装置２３で程よく拘束されていることにより、地震動時の上下方向・水平方向振動が建築空間に伝わり難く、建築物全体の揺れも小さく抑えられること及び通常時は係留装置６によりグループＢがグループＡの柱に係留されることで風圧による建築空間の揺れが無い。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に設置した基礎の上に建つ複数の柱と床、天井、窓、壁等からなる建築物であって、基礎に固定した3本以上の柱のグループＡ（Ａ1〜Ａｎ）と、各階の空間を構成する床、天井、壁、窓、各階に属する柱等のグループＢ（Ｂ１〜Ｂｎ）からなり、グループＢは基礎及びグループＡの柱とは剛結合されておらず、グループＡの各柱はグループＢの各床または天井と、免振部材を通して緩く接続されると共にグループＢの各床又は天井は通常はフック又はピン等の係留装置でグループＡの各柱に係留されており、地震発生時には基礎に設置された既知の地震波検知器で地振動のＰ波が検知された瞬間にその係留を電気信号で解除し、垂直及び水平方向の地振動が免振部材で減衰されることにより、振動がグループＡからグループＢへ直接伝わらないことを特徴とする建築物。ここで、Ａ1〜Ａｎのｎは柱の本数を、Ｂ１〜Ｂｎのｎは剛結合された階のグループ数を表す。
【請求項２】
グループＡの各柱は頂上部及び１つ以上の中間部で梁部材により水平方向に剛結合されることでグループＡの柱全体の水平方向剛性が向上することを特徴とする、階数が２以上の請求項１の建築物。
【請求項３】
地振動発生時にグループＢの上階部と下階部がばらばらに動かないよう、その床と相対する天井を拘束装置にて程よく拘束することを特徴とする請求項２の建築物。
【請求項４】
各階の水平方向振幅が計画値を超えないよう、グループＡの柱とグループＢの壁又は当該階に属する柱との間に設置され、当該階の床に設置された加速度計からの信号で作動するコンピュータ制御の加振装置を有することを特徴とするＢｎのｎが３以上の請求項３の建築物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免振構造の木造家屋、鉄骨構造ビル、鉄筋コンクリート構造ビルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の免振構造建築物は基礎とその上に設置される階の間に免振装置が置かれ、その上の建築物は剛体である場合が殆どである。
この場合、階数が多くなるほど建築物の重量が重くなるので、基礎上に設置された当該免振装置で上下振動を遮断することは物理的、技術的に不可能となり、特許出願されている当該免震構造建築物は水平方向地振動から建築物を守ることに特化している。
【０００３】
一部には基礎に固定された柱とユニット化された空間ブロックが弾性体で連結された免振構造建築物が特許出願されているが、各階のフロアが柱で囲まれたブロックにより分割されており、各フロア全体、床全体を地振動から遮断する機能は持っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６-００２３６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、従来技術、発明に係る免震構造建築物であっても、地震時の上下方向と水平方向振動を十分には遮断しきれておらず、巨大地震や直下型地震などでは建物の倒壊は免れるものの、建築物構造体の損傷は避けられず、修復には長期の時間と莫大な費用が必要となること、及び超高層建築物においては水平方向振動を遮断する従来技術、発明ができていないため、対策が必要とされている共振による長周期振動の発生を防げない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、基礎に固定された柱群と、各階の建築空間を構成する床、天井、壁、窓、各階に属する柱のグループとが剛接的に接続されておらず、建築空間グループ毎に免振部材を通して基礎に固定された柱と緩やかに接続されていることにより、各階の建築空間が地震の上下方向と水平方向振動から十分に遮断されることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による建築物は、基礎に固定された柱と建築空間の床との間に設置した免振部材が上下方向、水平方向の地振動を十分に遮断するので、直下型地震や巨大地震時に各階建築空間の損傷、破損を防ぐことができる。
更に特許請求の範囲に於ける請求項３で示す拘束装置及び請求項４で示す加振装置が作動することで、高層建築物の共振周波数を事実上無くすることができ、超高層ビルでの長周期振動災害の発生を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は１階建て建築物の構成模式縦断面を示した説明図である。
【図２】図２は免振部材が弾性体の場合の構造詳細（平常時）を示した説明図である。
【図３】図３は図２の弾性体免振部材の地振動後の構造詳細を示した説明図である。
【図４】図４は免振部材がコイルスプリングと減衰器の場合の平常時の構造詳細を示した説明図である。
【図５】図５は図４の弾性体免振部材の地振動後の構造詳細を示した説明図である。
【図６】図６は係留装置の断面を示した説明図である。
【図７】図７は2階建て以上の建築物の場合の構成模式断面を示した説明図である。
【図８】図８は拘束装置の構造詳細を示した説明図である。
【図９】図９は高層建築物の構成模式断面を示した説明図である。
【図１０】図１０は加振装置の構造詳細を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
各階の建築空間構造物を上下方向、水平方向振動から十分に遮断するという目的を、各階建築空間構造物の重量を基礎から立ち上がる柱群に分散負荷させつつ実現した。以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１〜図６は本発明の第一の実施の形態に係り、図１は１階建て建築物の構成模式断面を示す。
【００１１】
図１に示すように本建築物は、地盤１上に設置された基礎２に強固に固定された柱３と、建築空間４を構成する床、壁、柱、窓、天井とが免振部材５を通して緩く接合されており、通常時は建築空間４が風により水平移動しないよう係留装置６で係留されるが、地震時は係留装置が外され、上下・水平方向地振動が免振部材で遮断されて建築空間には揺れが伝わらない構造である。
【００１２】
免振部材は色々な構造のものが考えられるが、図２は弾性体の場合の一例を示す。柱３には免振部材を下から支える略円盤状の庇７が設けてあり、それは中心部に向かって僅かに窪んでいる。その上にゴムなど弾性体で作られた複数のボール８が柱３を中心として円環状に設置され、更にその上に建築空間を構成する床９が乗る構造となる。
【００１３】
平常は図２の状態であるが、地振動で柱３が揺れた時、床９はその質量による慣性力で元の位置に留まろうとし、複数の弾性体ボール８は移動する柱３、庇７と移動しない床９との間を転動するため、柱の水平振動が床に直接伝わらない。又、柱の上下振動はボールの上下変形で吸収され、同じく床には直接伝わらない。
【００１４】
図３は地振動が収まった時の柱３と床９が水平方向に相対移動した状態を示すが、片方のボール８は転動して円盤状庇７の外周方向へ移動し、反対側のボール１０は柱の方向へ移動している。この時、庇７は柱の中心方向に下向きに窪んでいるので、ボール８は床と庇の上下隙間が縮小して圧縮され、ボール１０は逆に床９と庇７の上下隙間が大きくなるため膨らみ、双方のボールの反発力の差をエネルギーとして床が柱の中心方向へゆっくり動き、係留装置により係留できる位置に戻る。
【００１５】
図４は免振部材がコイルスプリングと減衰器の場合の一例を示す。柱３には免振部材を下から支える略円盤状の庇１１が設けてあり、その上にコイルスプリング１２と減衰器１３が設けられる。更にその上には受け皿１４が乗る構造であるが、この受け皿１４は上述の庇７と同様に内側下向きに窪んだ形状で、その内側は柱３と僅かに隙間を持って上下に動ける構造となっている。受け皿１４の上には柱を中心として、放射線状に設けられた複数の列状ボールベアリング群１５が設置され、更にその上に建築空間を構成する床９が乗る構造となる。
【００１６】
平常は図４の状態であるが、地振動で柱が揺れた時、床９はその質量による慣性力で元の位置に留まろうとし、ボールベアリング列１５は移動する柱、庇と移動しない床との間を転動するため、柱の水平振動が床に直接伝わらない。又、柱３の上下振動はコイルスプリング１２と減衰器１３の作動で遮断され、同じく床には直接伝わらない。
【００１７】
図５は地振動が収まった時の柱３と床９が水平方向に相対移動した状態を示すが、片方のボールベアリング列１５は転動することにより受け皿１４の外周方向へ移動し、反対側のボールベアリング列１６は柱３の方向へ移動している。この時、受け皿１４は柱の中心方向に下向きに窪んでいるので、ボールベアリング列１５は縮小している床と受け皿の上下隙間へ潜り込んで床を僅かに押し上げ、ボールベアリング列１６は逆に床と受け皿の上下隙間が大きくなるため、床の荷重を受けなくなる。双方のボールベアリングの荷重の差をエネルギーとして床が柱の中心方向へゆっくり動き、係留装置により係留できる位置に戻る。
【００１８】
建築空間を構成する床、天井、壁と柱とが通常時も免振部材で緩く連結されたままだと、強風時には風の力で建築空間が水平方向に揺れるため、放置しておくとその建築物内での市民生活に支障をきたす。そこで、通常時は両者が相対動きしないよう係留することが必要となる。
【００１９】
図６は係留装置の一例を示すものであり、図示はしていないが既知の地震波検知器と、検知器から発せられる信号で作動する電源スイッチ回路に接続される電磁石式の係留装置である。
【００２０】
柱に固定されたマグネットケース１７の中には電磁石１８があり、その中央にピン１９が置かれている。ピンは上下がステンレスなどの非磁性体２０で、中がフェライトなどの磁性体２１からできているものであれば良い。床又は天井に設置されたアンカー２２はピン１９が上から勘合するよう、内側が窪んだ形状をしており、ピン１９はその窪みに自重で嵌合する構造となる。ピンとアンカーの嵌合が水平方向動きを規制するので、強風時でも床又は天井は柱と相対動きせず、建築物は基礎から全体が一体となり、揺れ動くことは無い。
【００２１】
地震発生時は上述の地震波検知器から発せられた信号で電源回路のスイッチが入り、電磁石が作動してピン１９中央部の磁性体２１を磁石中央部に引き寄せるのでピン１９全体が上方へ浮き上がり、アンカー２２との嵌合が解かれて柱の揺れが床又は天井には直接伝わらなくなる。地震後は人が電源回路のスイッチを切ることで、ピンがアンカーと嵌合し、平常時の状態となる。
【実施例２】
【００２２】
図７〜８は本発明の第二の実施の形態に係り、図７は２階建て以上の建築物の場合の構成模式断面を示す。図８は上下階の相対動きを拘束する装置の構造詳細を示す。
【００２３】
２階建て以上の建築物で、グループＢが２以上あると、各Ｂの地振動による揺れは各Ｂの質量差と免振部材での抵抗力の差が原因で、同一周期、同一振幅にはなり得ない。そのため、各Ｂ間には相対動きが生じるが、放置しておくと各Ｂ間の外壁同士を繋ぐ部材や階段室などの損傷を招き、長時間に渡る地振動の場合は振幅が増大することにより、グループＡの各柱と床、天井の隙間が計画値を上回ることで、建築物そのものの損傷を招く恐れも出てくる。
【００２４】
図 7は２階建て以上の建築物で、そのような事態を回避するための一方策例を示す。
【００２５】
上下のグループＢ間に拘束装置２３を設けた例で、この拘束装置は各Ｂ間に大きな相対動きが生じないよう作用する。結果として、グループＢの見かけ上の質量が大きくなるので揺れ難く、又振幅も小さな状態に落ち着くことになる。免振部材５や係留装置６の使い方は図１の１階建て建築物の場合と同じである。
【００２６】
図８は拘束装置の一例を示したもので、左側はゴムなど弾性体を用いた場合を、右側はスプリングと減衰器の組み合わせを用いた場合を示す。
【００２７】
弾性体で作られた拘束装置２３は下側Ｂの天井２４と上側Ｂの床２５との間に設定寸法通りで荷重が掛からないよう取り付けられる。
【００２８】
スプリング２６と減衰器２７の組み合わせ２組が交差するレイアウトで構成される拘束装置も、上述弾性体の場合と同じく設定寸法通りで荷重が掛からないよう取り付けられる。
【００２９】
地振時は天井２４と床２５とが相対変位をしようとするが、弾性体の場合でもスプリングと減衰器の場合でも天井２４と床２５の間隔を設定時寸法に戻すよう作用することは説明するまでも無い。
【実施例３】
【００３０】
図９〜１０は本発明の第三の実施の形態に係り、図９は高層建築物の構成模式断面、図１０は加振装置の構造詳細を示す。
【００３１】
図９に示す加振装置２８は建築物の総階数と総重量およびグループＡの柱の本数とその固有振動数から割り出される、大きな振幅の発生が予測される複数階に設置される。
【００３２】
該当階にはその階の質量中心と加振装置の作用点がモーメント力を生じないよう複数の加振装置設置箇所が決められ、 どの水平方向動きにも対応できるよう、１設置箇所には直角に２基を配置する。
【００３３】
図１０に示す通り、プランジャーボデー３０とピストン２９から成る加振装置２８は柱３と当該階の壁又は専属柱３１を連結する状態で取り付けられ、当該階の床に設置された加速度計からの信号で油圧ポンプ３２が作動し、当該階の水平方向揺れが初期設定値以下に収まるようコンピュータ制御で複数の加振装置が連動して伸縮を繰り返す。
【００３４】
加振装置２８の作動と拘束装置２３の働きにより、地振動との共振が回避されて全階に渡り振幅を設定値以下に抑えることが可能となる。
【００３５】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。例えば免振部材をドーナツ状の弾性体としても良いし、係留装置の電磁石駆動をモーター駆動としても良い。更に、加振装置を油圧駆動からモーター駆動にしても良い。状況に応じて適宜選択されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
第一の実施例に示す発明は戸建の家屋や幼稚園など規模の小さな建築物に、第二の実施例に示す発明はアパートや低層マンション、学校、集会所、劇場など低層階建築物に、第三の実施例に示す発明は高層および超高層ビルに利用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１    地盤
２    基礎
３    柱
４    建築空間
５    免振部材
６    係留装置
７    円盤状庇
８    ボール
９    床
１０  ボール
１１  円盤状庇
１２  コイルスプリング
１３  減衰器
１４  円盤状庇
１５  ボールベアリング列
１６  ボールベアリング列
１７  マグネットケース
１８  電磁石
１９  ピン
２０  非磁性体
２１  磁性体
２２  アンカー
２３  拘束装置
２４  天井
２５  床
２６  スプリング
２７  減衰器
２８  加振装置
２９  ピストン
３０  プランジャーボデー
３１  柱／壁
３２  油圧ポンプ
【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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