(57)【要約】【課題】特殊な材料からなる専用部材を必須の構成要件とする従来の免震装置と比較して、大幅な製造コストの低減が可能な免震構造を提供すること。【解決手段】滑動面１２を有する支承受け部１１を備える第１構造部材１と、滑動凸部２２を有する支承部２１を備える第２構造部材２と、からなり、滑動凸部２２が、滑動面１２上を滑動することにより、第１構造部材１と第２構造部材２とが相互に摺動することが可能であって、滑動凸部２２及び滑動面１２は、いずれも高強度コンクリートからなり、該高強度コンクリートは、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上で、且つ、空隙率が１０％以下である免震構造１０とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
滑動面を有する支承受け部を備える第１構造部材と、
滑動凸部を有する支承部を備える第２構造部材と、からなり、
前記滑動凸部が、前記滑動面上を滑動することにより、前記第１構造部材と前記第２構造部材とが相互に摺動することが可能であって、
前記滑動凸部及び前記滑動面が、高強度コンクリート又は高強度モルタルからなり、該高強度コンクリートは、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上で、且つ、空隙率が１０％以下である免震構造。
【請求項２】
圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ２以上で、且つ、空隙率が５％以下である請求項１に記載の免震構造。
【請求項３】
前記支承受け部と、該支承受け部を上部構造物に接続するキャピタル部が、前記高強度コンクリート又は前記高強度モルタルで一体形成されている請求項１又は２に記載の免震構造。
【請求項４】
前記滑動面がすり鉢状の凹曲面である請求項１から３のいずれかに記載の免震構造。
【請求項５】
前記滑動面が平面である請求項１から３のいずれかに記載の免震構造。
【請求項６】
前記滑動凸部と前記滑動面との間における静止摩擦係数が０．０５以上０．５未満である請求項１から５のいずれかに記載の免震構造。
【請求項７】
前記滑動凸部と前記滑動面との間における静止摩擦係数が０．０５以上０．２未満である請求項１から５のいずれかに記載の免震構造。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の免震構造を有する建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の上部構造物側の構造部材と下部構造物側（地盤側）の構造部材とを相互に摺動させることにより建物に対する免震効果を発揮する免震構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地震による振動から構造物を保護するための様々な免震構造が提案されている。その一つとして、建物の下部構造物から上部構造物への振動エネルギーの伝達を遮断又は十分に減衰する構成を備えた免震構造が知られている。そのような免震構造の一つとして、地震時等に、下部構造物側に配置された構造部材と上部構造物側に配置された構造部材とを相互に摺動させることにより、上部構造物への振動エネルギーの伝達を遮断又は十分に減衰する免震構造が提案され、一部では既に実用化されている。
【０００３】
下部構造物側の構造部材と上部構造物側の構造部材とを相互に摺動させることによって建物を地震から保護する上記免震構造の具体例としては、ＰＴＦＥコーティングされた鋼製の滑り板とＰＴＦＥ製の支承部を滑動させる構成により上下の構造部材を相互に摺動させるすべり支承（特許文献１参照）や、特殊な表面処理を施した金属性の摺動子を介在させて、上下の構造部材を相互に摺動させるＦＰＳ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｐｅｎｄｕｌｕｍ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる免震装置（特許文献２参照）等が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４１３５１号公報
【特許文献２】実開平５−３２５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び２に記載の免震装置は、優れた免震性能を有する。しかし、いずれの免震装置においても、上下の構造部材を相互に摺動させるための摺り合せ面の部分に、それぞれ専用の特殊材料を用いている。よって製造コストが非常に嵩むことが、より広範な範囲への望ましい普及を妨げる要因となっていた。建築の現場においては、このような免震構造について、大幅な製造コストの低減が可能な代替手段が求められていた。
【０００６】
本発明は、以上の状況に鑑み、特殊な材料からなる専用部材を必須の構成要件とする従来の免震装置と比較して、大幅な製造コストの低減が可能な免震構造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】
【０００７】
本発明者らは、鋭意検討を行った結果、免震装置における上下の構造部材を相互に摺動させるための摺り合せ面の部分を、建築現場における汎用的材料の一つである高強度コンクリートによって形成することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
【０００８】
（１）  滑動面を有する支承受け部を備える第１構造部材と、滑動凸部を有する支承部を備える第２構造部材と、からなり、前記滑動凸部が、前記滑動面上を滑動することにより、前記第１構造部材と前記第２構造部材とが相互に摺動することが可能であって、前記滑動凸部及び前記滑動面は、いずれも高強度コンクリート又は高強度モルタルからなり、該高強度コンクリートは、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上で、且つ、空隙率が１０％以下である免震構造。
【０００９】
（１）の発明によれば、上部構造物側の構造部材と下部構造物側の構造部材とを相互に摺動させることによって建物を地震から保護する免震構造において、上記両構造部材を相互に摺動させる際の摺り合せ部分、即ち、上記の滑動凸部と滑動面とを、いずれも、一定以上の圧縮強度を有し、且つ、一定以上の表面平滑性を有する高強度コンクリート等によって形成することにより、大幅な設置コストの低減が可能である。
【００１０】
（２）  圧縮強度が１５０Ｎ／ｍｍ２以上で、且つ、空隙率が５％以下である（１）に記載の免震構造。
【００１１】
（２）の発明によれば、更に、免震効果を向上させることが出来る。
【００１２】
（３）  前記支承受け部と、該支承受け部を上部構造物に接続するキャピタル部が、前記高強度コンクリート又は前記高強度モルタルで一体形成されている（１）又は（２）に記載の免震構造。
【００１３】
（３）の発明によれば、キャピタル部も含めた構造部材の建築現場での一体形成が可能であり、（１）又は（２）の免震構造の施工負担を軽減することができる。
【００１４】
（４）  前記滑動面がすり鉢状の凹曲面である（１）から（３）のいずれかに記載の免震構造。
【００１５】
（４）の発明によれば、振動時に支承受け部が支承部に対して初期の載置位置から摺動して移動した場合にも、上部構造物の自重によって、元の載置位置（初期の載置位置）に再び摺動して復帰することができる。従って、次の地震時にも、免震構造は同様の初期状態から再び同様の作用を発揮することができる。これにより免震効果の長期に亘る安定化を図ることができる。
【００１６】
（５）  前記滑動面が平面である（１）から（３）のいずれかに記載の免震構造。
【００１７】
（５）の発明によれば、高強度コンクリート等からなる免震構造の滑動面の形成がより容易となり、（１）から（３）のいずれかに記載の免震構造の製造コストをより低く抑えることができる。
【００１８】
（６）  前記滑動凸部と前記滑動面との間における静止摩擦係数が０．０５以上０．５未満である（１）から（５）のいずれかに記載の免震構造。
【００１９】
（６）の発明によれば、レベル１〜レベル２の地震動に対して、適切且つ安定的に免震効果を発揮することができる。
【００２０】
（７）  前記滑動凸部と前記滑動面との間における静止摩擦係数が０．０５以上０．２未満である（１）から（５）のいずれかに記載の免震構造。
【００２１】
（７）の発明によれば、少なくとも、レベル２の地震動に対して、適切且つ安定的に免震効果を発揮することができる。
【００２２】
（８）  （１）から（７）のいずれかに記載の免震構造を有する建物。
【００２３】
（８）の発明によれば、免震性に優れる建造物を従来よりも低コストで建造することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、特殊な材料からなる専用部材を必須の構成要件とする従来の免震装置と比較して、大幅な製造コストの低減が可能な免震構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の免震構造が用いられた建造物の部分拡大立面図である。
【図２】本発明の免震構造の主要部分の部分拡大立面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。先ず、本発明の一実施形態である免震構造１０について、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施形態である免震構造が１０用いられた建造物の部分拡大立面図である。又、図２は、免震構造１０の主要部分の部分拡大立面図である。
【００２７】
＜免震構造＞
免震構造１０は、床スラブ等の建造物の上部構造物３と、基礎部分等の建造物の下部構造物４との間に設置される。免震構造１０は、一般的に、上部構造物３の側に配置されて直接又は間接的に上部構造物３と接続される第１構造部材１と、一般的に、下部構造物４の側に配置されて直接又は間接的に下部構造物４と接続される第２構造部材２とからなる。そして、地震時には、第１構造部材１と、第２構造部材２とが、滑動面１２と滑動凸部２２とを介して相互に摺動することによって、地盤から下部構造物４に加えられた振動の上部構造物３への伝達を遮断又は十分に減衰する構造となっている。
【００２８】
尚、本発明の免震構造を構成する上記の各構造部材の相対的位置関係は必ずしも上記の通りであることが必須ではない。つまり、第１構造部材１と第２構造部材２との上下の位置関係が逆転した構成であってもよい。即ち、第１構造部材１が建造物の下部構造物４の側に接続され、第２構造部材が建造物の上部構造物３に接続される全体構成であってもよい。そのような実施形態も、上記構成と同様の効果を奏しうることは明らかであり、そのような構成の免震構造も当然に本発明の範囲である。但し、本明細書においては、支承部２１を有する第２構造部材が建造物の下部構造物４に接続されている構成からなる免震構造１０を、本発明の一般的且つ好ましい実施形態として、以下、その詳細を説明する。
【００２９】
［第１構造部材］
第１構造部材１は、図２に示すように、滑動面１２を有する支承受け部１１からなる免震構造の構造部材である。第１構造部材１は、支承受け部１１が固定されるキャピタル部１３を介して上部構造物３と強固に接合されている。
【００３０】
支承受け部１１は、地震時等に支承部２１の滑動凸部２２がその表面を滑動可能な摩擦係数の小さい滑動面１２を有する。支承受け部１１は、少なくとも滑動面１２が、本願所定の物性を有する「高強度コンクリート又は高強度モルタル」（以下「高強度コンクリート等」とも言う）によって形成されている。又、滑動面１２を含む支承受け部１１の全部がかかる高強度コンクリート等によって一体形成されていることがより好ましい。本願所定の物性を有する「高強度コンクリート又は高強度モルタル」の詳細については後述する。
【００３１】
滑動面１２は平面であってもよいが、図２に示す通り、すり鉢状の凹曲面であることが好ましい。滑動面１２がすり鉢状の凹曲面である場合、その底部の周囲に設けられた勾配を有する面は、底部から滑動面１２の外周に向かって緩やかに湾曲する曲面又は球面とする。これにより、上記において既に説明した通り、地震時における免震効果発揮のための各構造部材の相互摺動と、地震後の初期状態への円滑な復帰が可能となり、免震構造１０の免震効果の安定性を長期に亘って維持することができる。
【００３２】
一方、製造コストの更なる低減を目途とする場合には、滑動面１２を、上記のような凹局面ではなく、平面としてもよい。この場合には、上記の地震後の初期状態への復帰は、別途に設置するジャッキ等の外部装置による加力によって行うことができる。
【００３３】
滑動面１２は、滑動凸部２２との間における静止摩擦係数が０．０５以上０．５未満であることが好ましく、０．０５以上０．２未満であることが更に好ましい。「本願所定の物性を有する高強度コンクリート」によって滑動面１２及び滑動凸部２２を形成することにより、滑動面１２に十分な強度と上記の低摩擦性を付与することができる。尚、一般的な普通コンクリート（圧縮強度２４Ｎ／ｍｍ２程度）で滑動面及び滑動凸部を形成した場合、それらの間における静止摩擦係数は、少なくとも０．５以上程度となる。
【００３４】
滑動面１２と滑動凸部２２との間における静止摩擦係数が０．５未満である場合には、レベル２の大規模な地震動に対して、適切な免震効果を発揮することができる。又、上記静止摩擦係数が０．２未満である場合には、レベル１及び２の地震動に対しても、適切な免震効果を発揮することができる。尚、レベル１の地震動とは、震度Ｖ程度の地震で、建物の寿命中に数回程度遭遇する地震によるものを想定しており、レベル２の地震動とは、震度ＶＩ〜ＶＩＩ程度の地震で、建物の寿命中に１度あるかないかの地震を想定している指標である。
【００３５】
第１構造部材１は、材料コストを抑えるという観点においては、滑動面１２のみを高強度コンクリートで成形した方が好ましいが、キャピタル部１３を、「本願所定の物性を有する高強度コンクリート等」を用いて支承受け部１１と一体形成したものであってもよい。このような構成を採用した場合には、高強度コンクリート等によって、設置現場で第１構造部材１を一体成型することが可能となる。これにより、例えば、滑動面のみをプレキャスト化して設置現場に搬入する輸送負担や巨大な部材の重機による設置等の施工負担を軽減することができる。つまり、様々な設置現場の実情に応じて、免震構造１０の取り扱いや施工の容易性を向上させることができる。又、そのような構造とすることにより、免震構造の強度と耐久性もより好ましいものとすることができる。
【００３６】
［第２構造部材］
第２構造部材２は、図２に示すように、滑動凸部２２を有する支承部２１からなる。第２構造部材２は、下部構造物４と強固に接合され、下部構造物４に固定されている。
【００３７】
支承部２１は、その先端部に摩擦係数が小さく、地震時等に滑動面１２上を円滑に滑動可能な滑動凸部２２を有する。支承部２１は、少なくとも滑動凸部２２の部分が、「本願所定の物性を有する高強度コンクリート等」によって形成されている。それ以外の主要部分については、鋼製やコンクリート製で四角柱に形成することができるが、支承部２１の強度や耐久性の観点からは、滑動凸部２２を含む支承部２１の全体が上記高強度コンクリートによって一体形成されていることがより好ましい。但し、製造コストの更なる削減を目途とする観点からは、滑動部２２以外の部分を上記の通り、他の部材で形成することも可能である。又、支承部２１の形状は、四角柱に限らず多角柱や円柱、円錐台であってもよい。支承部２１は、建造物においては、下部構造物４の天面に所定の間隔で設けられている。「本願所定の物性を有する高強度コンクリート等」の詳細については後述する。
【００３８】
滑動凸部２２は、滑動面１２と同じく、滑動面１２との間における静止摩擦係数が０．０５以上０．５未満であることが好ましく、０．０５以上０．２未満であることが更に好ましい。「本願所定の物性を有する高強度コンクリート等」によって滑動凸部２２を形成することにより、滑動凸部２２に十分な強度と上記の低摩擦性を付与することができる。
【００３９】
［本願所定の物性を有する高強度コンクリート又は高強度モルタル］
ここで、本発明の免震構造に用いることができる上記の「本願所定の物性を有する高強度コンクリート等」についてその詳細を説明する。「本願所定の物性を有する高強度コンクリート等」とは、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上で、且つ、空隙率が１０％以下の高強度コンクリート又は高強度モルタルである。又、「高強度コンクリート又は高強度モルタル」とは、例えば、「建築技術２００２．０７．Ｐ１８４〜１８８，Ｐ１８９〜１９３」及び特開２００５−２２９３１号公報に記載されている高強度のコンクリートであり、より具体的には、１００Ｎ／ｍｍ２を超える圧縮強度（９１日圧縮強度）を有するものことを言う。又、そのうちでも更に、１３０Ｎ／ｍｍ２以上の圧縮強度（９１日圧縮強度）を示すものを特に超高強度コンクリート又は超高強度モルタルとも言う。これらの高強度コンクリート等のうち、高強度コンクリートは、水、セメントを含む結合材、細骨材、最大寸法２０ｍｍ以下の粗骨材、ＪＩＳ  Ａ  ６２０４「コンクリート用化学混和剤」に準ずる減水剤、高性能減水剤、ＡＥ減水剤又は高性能ＡＥ減水剤の少なくとも１種を、水結合材比１０〜２５％、粗骨材量４００Ｌ／ｍ３以下の配合基準で混練することによって製造することができる。セメントを含む結合材とは、ポルトランドセメント、ポゾラン系及びスラグ系混和材料を含む混合セメント、又はこれらにシリカフュームを混和したもの（シリカフュームセメントとも呼ばれる）を包含する。又、上記範囲の圧縮強度と空隙率を有するものであれば、本発明の免震構造には、粗骨材を含まないモルタルも用いることができる。尚、本明細書における圧縮強度とは、ＪｌＳＡ１１０８−１９９９による圧縮強度のことを言うものとする。
【００４０】
圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上である上記の高強度コンクリートは、上記製造方法からの帰結として、極めて粒子径が小さいものとなっている。このため、表面平滑性においても極めて優れているという特徴を有する。従来、建築及び土木分野では、高強度コンクリートの強度に着目した使用の例として様々な施工例が提案され、又、実施されている。しかし、高強度コンクリートの優れた表面平滑性に着眼して、免震構造等の建造物の内部構造に使用するような利用の仕方は、従来全く想定すらされておらず、本願発明者らによる斬新な着想によるものである。
【００４１】
本発明の免震構造に用いることができる高強度コンクリートは、上述の通り、極めて表面平滑性に優れるものである。本発明の免震構造に用いることができる高強度コンクリートとその他のコンクリートとを峻別する表面平滑性についての客観的な指標としては、コンクリートの密実度を示す空隙率を用いることができる。空隙率とは、コンクリートのペースト部分を５ｍｍ程度に粉砕し、水銀圧入式ポロシメータを用いて測定したものである。この値は、コンクリートの密実度を定量的に評価することが可能であり、密実であるほど表面平滑性が高いとすることができる。因みに、一般的な普通コンクリート（圧縮強度２４Ｎ／ｍｍ２程度）の空隙率は、通常、概ね１８％程度である。これに対して、本発明の免震構造に用いることができる高強度コンクリートは、空隙率が、１０％以下、より好ましいものとしては、５％以下である。空隙率が１０％以下の高強度コンクリートによれば、その表面の静止摩擦係数が０．５未満のコンクリート部材を形成することが可能である。又、空隙率が５％以下の超高強度コンクリートによれば、その表面の静止摩擦係数が０．２未満のコンクリート部材を形成することが可能である。
【００４２】
高強度コンクリート等は、このように、高強度であり、且つ、摩擦係数が極めて低い部材を形成可能な材料である。よって上部構造物側の構造部材と下部構造物側の構造部材とを相互に摺動させる構成を備える免震構造において、上記両構造部材の摺り合せ部分を形成する材料として極めて好ましく用いることができる。
【００４３】
以上説明した構成からなる免震構造１０は、初期状態においては、第２構造部材２の支承部２１上に、第１構造部材１の滑動面１２の中心、或いは滑動面が凹局面である場合にはその底部が、載置されている状態で建造物に配置される。この初期状態において、上部構造物３は、下部構造物４に対して相対的に横方向（又は水平方向）に移動し易い態様で支持されている。一方、地震時又は強風時等に上部構造物３及び下部構造物４に水平力が作用すると、支承部２１の滑動凸部２２と滑動面１２とが相互に摺動することにより、それらに接合固定されている下部構造物４と上部構造物３と相互に移動する。これにより、下部構造物４から上部構造物３へ伝達される水平力が低減されると共に、上部構造物３の周期が長周期化され、上部構造物３に発生する地震等の振動エネルギーが低減される。
【００４４】
更に、地震等の終了後には、上記の通り、上部構造物３及び下部構造物４は、それぞれ初期状態における相対的位置に円滑に復帰することができる。従って、次の地震時にも、継続的に安定して免震効果を発揮することができる。
【００４５】
尚、本発明者らは、特許文献２に記載のＦＰＳ（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ  Ｐｅｎｄｕｌｕｍ  Ｓｙｓｔｅｍ）と呼ばれる免震装置と、本発明の免震構造１０との製造コストについて、一例として、長期支持荷重＝５３０ｋＮ、及び５，８５０ｋＮのそれぞれの場合における概算値を比較試算している。計算の結果、本発明の免震構造１０の製造コストは、上記のＦＰＳのコストの約１／９〜１／１８となるという概算値が得られている。
【実施例】
【００４６】
以下、実施例及び比較例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
実施例１、２及び比較例として、それぞれ下記表１に示す材料を、下記表２に記載の組成で混練して生コンクリートを３００ｍｍ×３００ｍｍ×３０ｍｍの型枠に打設して各供試体を作成した。実施例１は、１４Ｎ／ｍｍ２以上の圧縮強度となるまで２０℃、８０％Ｒ．Ｈ．の環境下で養生した後に、最高温度８５℃の蒸気養生を２４時間実施した。実施例２は、１０Ｎ／ｍｍ２以上の圧縮強度となるまで２０℃、８０％Ｒ．Ｈ．の環境下で養生した後に、５０℃、５０％Ｒ．Ｈ．、２０％二酸化炭素濃度の環境下で養生した。比較例は、２４時間で脱型し、材齢２８日まで２０℃の水中で養生した。又、各供試体の重量については、表１に記載の通りであった。
【００４８】
【表１】
2015218472.tif 000003
【００４９】
又、各供試体について、空隙率を測定した。圧縮強度はＪｌＳＡ１１０８−１９９９に準じて測定した。又、空隙率は、水銀圧入式ポロシメータを用いて測定した。これらの結果も表２に併せて記した。
【００５０】
【表２】
2015218472.tif 000004
【００５１】
次に、各供試体の静摩擦係数を測定する試験を以下の測定方法によって行った。同試験は、上記実施例１〜２及び比較例の各供試体について、それぞれ同質のコンクリートからなる供試体同士を上下に重ね合わせて、上側のコンクリートをばね秤付きのロープで引張り、滑動を開始した時点での引張り荷重を測定した。測定に際して、面圧の影響を把握するため、上側の供試体の上に２種類の錘を載せた場合における上記荷重も併せて測定した。２種類の錘の重さは、それぞれ２０７９ｇ（錘１）及び４６６９ｋｇ（錘２）とした。静摩擦係数の測定は各実施例及び比較例毎に５回ずつ行い、上記荷重が最大だったケースと最小だったケースを除いた３ケースの引張り荷重の平均値から求めた値を静摩擦係数の評価値とした。測定結果を表３に記す。
【００５２】
【表３】
2015218472.tif 000005
【００５３】
表１〜表３から、免震装置における上下の構造部材を相互に摺動させるための摺り合せ面の部分を、極めて強度の高い高強度コンクリート又は超高強度コンクリートによって形成することによって、強度と静摩擦係数の小さいことを併せ備えた構造とすることができることが分る。比較例の普通コンクリートでは、面圧が高まると摩擦も大きくなっているが、極めて高強度の実施例のコンクリートでは、面圧の影響はほとんど皆無である。建築現場で実際に当該構造に係る荷重がかかった場合であっても、極めて強度の高い本発明に係る高強度コンクリートにおいては、摩擦係数に大きな影響を及ぼすような表面状態の変化はあり得ず、よって、十分に低い摩擦係数の範囲を維持可能である。
【００５４】
以上より、本発明の免震構造は、必要十分な免震性能を保持したまま、製造コストの低減が可能なものであり、従来品の極めて好ましい代替手段たりうることが分る。
【符号の説明】
【００５５】
１      第１構造部材
１１    支承受け部
１２    滑動面
１３    キャピタル部
２      第２構造部材
２１    支承部
２２    滑動凸部
３      上部構造物
４      下部構造物
【図１】
2015218472.tif 000006
【図２】
2015218472.tif 000007