(57)【要約】【課題】モジュール化工法による優れた施工性と、設置機器類の振動特性や施設全体の耐震性能の向上を実現し得る合理的な制震構造を提供する。【解決手段】建屋の壁体を構成する建屋モジュール構造体（メガブロック１１）と、建屋の内部躯体を構成するとともに建屋内に設置するべき各種の機器およびその付設配管類を組み込んでなる機器モジュール構造体（機器モジュール１２）とにより構成され、機器モジュール構造体を自立状態で配置し、それに作用する水平力は建屋モジュール構造体により支持し、それらの間に免震クリアランスを確保してダンパー２０を介装する。機器モジュール構造体を、建屋の柱および梁として機能する鉄骨柱と鉄骨梁とによる鉄骨造の自立フレームを主体として、それに建屋の床として機能するとともに各種機器および付設配管類を支持する床フレームを設ける。建屋モジュール構造体を鋼殻コンクリート造とする。【選択図】図１
2008144513.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子力発電所等の施設に適用される制震構造であって、
建屋の壁体を構成する建屋モジュール構造体と、建屋の内部躯体を構成するとともに建屋内に設置するべき各種の機器およびその付設配管類を組み込んでなる機器モジュール構造体とにより構成され、
前記建屋モジュール構造体の内部に前記機器モジュール構造体を配置して自立せしめることにより、該機器モジュール構造体に作用する水平力を前記建屋モジュール構造体により支持するとともに、前記機器モジュール構造体と前記建屋モジュール構造体との間に免震クリアランスを確保して該免震クリアランス内にダンパーを介装してなることを特徴とする制震構造。
【請求項２】
請求項１記載の制震構造であって、
機器モジュール構造体を、建屋の柱として機能する鉄骨柱と該鉄骨柱に支持されて建屋の梁として機能する鉄骨梁とによる鉄骨造の自立フレームを主体として、該自立フレームに建屋の床として機能するとともに該機器モジュールに組み込まれる機器および付設配管類を支持する床フレームを設けてなることを特徴とする制震構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の制震構造であって、
建屋モジュール構造体を、中空の外殻鋼板内にコンクリートが充填される鋼殻コンクリート造としてなることを特徴とする制震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はたとえば原子力発電所等の大規模な施設に適用して好適な制震構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の施設の施工に際しては工期短縮と工費削減を目的として様々な構造形式や工法が提案されているが、なかでも特許文献１に示されるような大規模なモジュール化工法が有効であると考えられている。
これは、図４に示すように建屋全体の外周壁を大きく分割（図示例では４分割）した形態の大規模なメガブロック１と、建屋内に設置するべき各種の機器やそれに付設される配管類を自立フレームに組み込んだ複数（図示例では８基）の大規模な機器モジュール２を組み立てていくことで施設全体を構築するというものであり、特に、機器モジュール２における自立フレームを建屋の内部柱や内部梁および床（あるいはグレーチング床）としても機能するものとしておくことにより、メガブロック１の内側に機器モジュール２を自立状態で配置することのみで建屋全体の施工とその内部への機器設置作業とを並行作業により実施できるものである。
なお、図４は原子力発電所への適用例であるので、格納容器となる円筒状のメガブロック３やダイヤフラムフロアとなる環状のメガブロック４を建屋の中心部に設置するものとしており、外周壁となるメガブロック１は内側にリブ状に張り出す耐震壁を一体に設けたものとしている。また、機器モジュール２には建屋内の床となる床用のメガブロック５も予め組み込んでいる。
【０００３】
そのような工法によれば、予め製作したメガブロック１と機器モジュール２とを大型クレーンを用いて順次組み立てていくことで施設全体を効率的に施工することが可能であり、特に建屋の施工と機器の設置作業とを並行して実施できることから、建屋が完成するまでは機器設置作業に着手できないことが通常である在来工法に比較して大幅な工期短縮と工費削減を実現し得るものである。
しかも、メガブロック１の構造を中空の外殻鋼板内にコンクリートを充填する鋼殻コンクリート造（ＳＣ造）とするとともに、機器モジュール２における自立フレームは単なる鉄骨造（Ｓ造）として、それらの全体を組み立てて一体化した後にメガブロック１にコンクリートを充填することにより、組立時においてはいずれも軽量であって施工性に優れ、完成後には全体として十分に頑強で優れた構造的強度を確保し得るものである。
【特許文献１】特開２００３−４３１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、原子力発電所に代表されるようなこの種の大規模施設にあっては、当然にその構造に対して優れた安全性と信頼性が要求されるものであり、特に万全の耐震性能が必要とされるものである。
そのため特許文献１に示されるモジュール化工法による構造は、機器モジュール２の自重（鉛直荷重）はそれ自体の自立フレームで支持するとともに、地震時に機器モジュール２に作用する水平力は建屋を構成しているメガブロック１によってその周囲から支持することを基本としており、特にそのためにメガブロック１を頑強なＳＣ造とすることによって、施設全体の構造の簡略化と軽量化を図りつつ耐震性能を支障なく確保し得るものとなっている。
【０００５】
しかし、上記のように機器モジュール２に作用する水平力をその周囲からメガブロック１によって支持する構造では、振動特性が大きく異なるメガブロック１と機器モジュール２（それらの固有周期は前者に比べて後者の方が自ずとかなり大きくなる）とを構造的に一体に組み立てることから、地震時における機器モジュール２やそれに組み込まれている機器類の応答はそれを周囲から支持するメガブロック１（すなわちメガブロック１により構成される建屋の外周壁）の振動特性に大きく依存するものである。
したがって、このような構造では機器モジュール２のみならずメガブロック１についても厳密な振動設計が必要であって、機器モジュール２に組み込む機器類に高度の振動性能が要求されるような場合には全体の振動設計や耐震設計が必ずしも容易ではなく、施設全体の耐震性能をさらに向上させるためにはその点で改善の余地もあるとされている。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は特許文献１に示されるようなモジュール化工法による施工性改善を図りつつ、設置機器類の振動特性や施設全体の耐震性能をさらに向上させることが可能な合理的で有効適切な構造を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は原子力発電所等の施設に適用される制震構造であって、建屋の壁体を構成する建屋モジュール構造体と、建屋の内部躯体を構成するとともに建屋内に設置するべき各種の機器およびその付設配管類を組み込んでなる機器モジュール構造体とにより構成され、前記建屋モジュール構造体の内部に前記機器モジュール構造体を配置して自立せしめることにより、該機器モジュール構造体に作用する水平力を前記建屋モジュール構造体により支持するとともに、前記機器モジュール構造体と前記建屋モジュール構造体との間に免震クリアランスを確保して該免震クリアランス内にダンパーを介装してなることを特徴とする。
【０００８】
本発明の制震構造にあっては、機器モジュール構造体を、建屋の柱として機能する鉄骨柱と該鉄骨柱に支持されて建屋の梁として機能する鉄骨梁とによる鉄骨造の自立フレームを主体として、該自立フレームに建屋の床として機能するとともに該機器モジュールに組み込まれる機器および付設配管類を支持する床フレームを設けることが好適である。
また、建屋モジュール構造体を、中空の外殻鋼板内にコンクリートが充填される鋼殻コンクリート造とすることが好適である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の制震構造によれば、建屋を構成する建屋モジュール構造体と機器モジュール構造体との間に免震クリアランスを確保してそこにダンパーを介装したことによって、地震時における機器モジュール構造体の慣性力をダンパーを介して建屋に伝達してそれにより支持しつつ、その際におけるダンパーの作動によって機器モジュール構造体に対する制震効果が得られるものであり、したがって機器モジュール構造体およびそれに設置されている機器類の耐震性能を大きく向上させることができるし、従来においては建屋の振動特性に大きく依存していた機器設計を大幅に合理化、簡略化することが可能である。
【００１０】
また、基本的に大規模なモジュール化工法を採用しているので在来工法に比較して施工が格段に改善され、それによる工期短縮と工費削減を実現できるものであるし、特に機器モジュール構造体における自立フレームを鉄骨造とし、建屋モジュール構造体を鋼殻コンクリート造とすることにより、いずれも施工時には軽量であって施工性に優れるにも拘わらず最終的にはそれらの全体で頑強な躯体が構築され、優れた構造安全性と信頼性、万全の耐震性能が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の制震構造を原子力発電所に適用した場合の一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１は本実施形態の制震構造が採用された原子力発電所の平面図である。これは、平面形状がほぼ正方形とされた建屋内の中心部に円筒状の格納容器を設けるとともに、格納容器の周囲には各種の機器類を設置するものであるが、その構築は基本的には上述した特許文献１に示されるモジュール化工法により行われるものである。
【００１２】
すなわち、本実施形態の原子力発電所は、建屋の外周壁全体が４基のメガブロック１１（建屋モジュール構造体）により構成され、その内部に４基の機器モジュール１２（機器モジュール構造体）が配置され、建屋内の中央部には円筒状のメガブロック１３により格納容器が設けられたものである。
上記のメガブロック１１は、特許文献１に示されるメガブロック１と同様に、中空の外殻鋼板内にコンクリートが充填されることで極めて頑強かつ十分な遮蔽性能を有する鋼殻コンクリート造（ＳＣ造）の躯体を構成するものであり、その内側要所にはリブ形状に張り出す耐震壁が一体に設けられている。
【００１３】
また、上記の機器モジュール１２も、特許文献１に示される機器モジュール２と同様に、自立フレームを主体としてそれに各種機器やその付設配管類を予め組み込んだものである。本実施形態における各機器モジュール１２は建屋の形状と大きさに対応して平面形状が長方形状とされており、同一形状、同一寸法の４基の機器モジュール１２が外周壁となるメガブロック１１と格納容器となるメガブロック１３との間に組み合わせられて配置され、隣接配置された機器モジュール１２どうしは適宜の連結構造体１４により構造的に一体に連結されるものとなっている。
なお、機器モジュール１２における自立フレームは、基本的には特許文献１に示されるものと同様に、建屋の内部柱および内部梁として機能する鉄骨柱および鉄骨梁を備え、かつ床として機能する床フレーム（その全てあるいは一部はグレーチング床としても良い）を備えた鉄骨造（Ｓ造）とすれば良いが、その要所に遮蔽が必要な壁や床を設ける場合には、その部位についてはメガブロック１１と同様に外殻鋼板により構成しておいて最終的にはコンクリートを充填することにより鋼殻コンクリート造（ＳＣ造）とすれば良い。
【００１４】
以上で説明した本実施形態の基本構造は特許文献１に示されるモジュール化工法による場合の構造と実質的に同様であるが、本実施形態の制震構造ではそのような構造を前提として、外周壁を構成しているメガブロック１１とその内部に配置される機器モジュール１２との間にダンパー２０を介装しており、その点で従来のモジュール化工法と大きく相異しているものである。
【００１５】
すなわち、上述したようにメガブロック１１は頑強な鋼殻コンクリート造とされ、機器モジュール１２は基本的には鉄骨造であることから、前者の固有周期は比較的小さく、後者のそれは比較的大きなものとなって、それらの振動特性は自ずと異なるものであるが、従来においてはそのような振動特性の異なる構造部材どうしを構造的に一体化するべく単に接合していたのに対し、本実施形態では機器モジュール１２をメガブロック１１に対して構造的に敢えて切り離した状態で設置してそれらの間に若干の免震クリアランス１５を確保して、地震時等においてはその免震クリアランス１５の範囲で両者の水平方向の相対変位を許容するものとしている。
そして、その上で機器モジュール１２とメガブロック１１との間の要所にダンパー２０を介装し、地震時においては機器モジュール１２の水平各方向の慣性力をダンパー２０を介してメガブロック１１に伝達してそのメガブロック１１により支持しつつ、その際にはダンパー２０を作動させて機器モジュール１２の振動を抑制し減衰させて制震効果を得るものとなっている。
【００１６】
ダンパー２０の構成やその設置位置、設置の形態は、上記のように機器モジュール１２の水平各方向の水平力を支持しつつ制震効果が得られる設計とする限りにおいて適宜で良いが、たとえば図２〜図３に示す構成が好適に採用可能である。これは、機器モジュール１２とメガブロック１１との相対変位がそれらの面内方向に生じた場合にのみダンパー２０が作動し、面外方向への相対変位にはダンパー２０がフリーとなるようにしたものであり、これをメガブロック１１により構成される外周壁の全周にわたってほぼ均等に（図示例では４面の外周壁の各面に対して３台ずつ全９台）配置するようにしたものである。
【００１７】
すなわち、図２に示すように、各ダンパー２０は角形ないし円形断面の棒状の鉛材からなるダンパー本体２１を主体とし、その一端部（図２において右端部）を固定支承２２を介してメガブロック１１に固定し、他端部（同、左端部）はスライド支承２３およびシヤーコネクタ２４を介して機器モジュール１２に対して離接可能に連結した構成とされている。シヤーコネクタ２４は機器モジュール１２の自立フレームに固定され、スライド支承２３はそのシヤーコネクタ２４の内部に前後にスライド自在に装着されているが、シヤーコネクタ２４に対するスライド支承２３の前後方向の摺動抵抗を調整するための調整部材２５を双方の間に介装して摺動抵抗を適正に設定すると良い。
なお、ダンパー本体２１の固定支承２２やスライド支承２３への固定はボルト締結により行い、固定支承２２やシヤーコネクタ２４のメガブロック１１や機器モジュール１２への固定はアンカーボルトにより行えば良いが、所望の固定強度が得られるものであれば接着その他の接合手法を用いても良い。また、図２の構成の左右を逆にしてシヤーコネクタ２４およびスライド支承２３をメガブロック１１に対して固定し、固定支承２２を機器モジュール１２に対して固定しても同様に機能する。
【００１８】
上記構成のダンパー２０では、図３（ａ）に示すように機器モジュール１２とメガブロック１１により構成される外周壁との間で面内方向の相対変位が生じた際には、ダンパー本体２１が横方向にせん断変形してそれによるせん断履歴減衰のダンパー効果が得られる。その際、スライド支承２３がシヤーコネクタ２４から抜け出る方向に若干の変位が生じてダンパー本体２１は軸方向には変形せず、したがってダンパー本体２１に過大な軸力が作用して容易に切断されてしまうことはない。
一方、図３（ｂ）に示すように機器モジュール１２とメガブロック１１との間で面外方向の相対変位が生じた際には、その相対変位はスライド支承２３がシヤーコネクタ２４内で前後にスライドすることにより吸収されるのでダンパー２０は作動しない（したがってダンパー本体２１が切断されたり座屈することはない）が、その際にはこの面の直交面に設置されている他のダンパー２０が図３（ａ）に示す状態で作動するから、結局のところ機器モジュール１２全体の水平各方向への振動に対して各ダンパー２０による制震効果が有効に得られるものとなる。
【００１９】
以上のように、本実施形態の制震構造によれば、建屋を構成するメガブロック１１とその内部に設置する機器モジュール１２との間に免震クリアランス１５を確保してそこにダンパー２０を介装したことによって、地震時の機器モジュール１２の慣性力を建屋に伝達してそれにより支持しつつダンパー２０による制震効果が得られるものであり、したがって機器モジュール１２およびそれに設置されている機器類の耐震性能を大きく向上させることができるし、従来においては建屋の振動特性に大きく依存していた機器設計を大幅に合理化、簡略化することが可能である。
勿論、大規模なモジュール化工法を基本としているので在来工法に比較して施工が格段に改善され、それによる工期短縮と工費削減を実現できるものであるし、特に機器モジュール１２における自立フレームを鉄骨造とし、メガブロック１１を鋼殻コンクリート造としているので、いずれも施工時には軽量であって施工性に優れるとともに最終的にはそれらの全体で頑強な躯体が構築され、したがってこの制震構造は万全の構造安全性と信頼性、耐震性能が要求される原子力発電所等の施設に適用するものとして最適である。
【００２０】
以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例に過ぎず、本発明はたとえば以下に列挙するような様々な設計的な変更や応用が可能である。
【００２１】
上記実施形態は平面形状がほぼ正方形の原子力発電所への適用例であるが、本発明の制震構造は原子力発電所やそれに類する用途の施設に限らず、様々な用途、規模、形態の構造物や建物の構造として広く適用できることは当然である。
そして、建屋モジュール構造体としてのメガブロック１１は、建屋全体を大きく分割した形態の大規模なものとすると良いが、その分割の形態は建屋全体の平面形状やその形態、大きさを考慮して設定すれば良い。同様に、機器モジュール構造体としての機器モジュール１２の構成についても、それに搭載する個々の機器の大きさや質量、要求される振動特性、各機器の相互位置関係等を考慮して任意に設計すれば良い。
いずれにしても、上記実施形態のように建屋モジュール構造体（メガブロック）は鋼殻コンクリート造とし、機器モジュール構造体（機器モジュール）は基本的に鉄骨造とすることが好適ではあるが、それに限るものでもなく、効率的な施工が可能な範囲でそれらの構造やその形態、規模、総重量等は任意に設定して良い。
【００２２】
ダンパー２０の構成は上記実施形態のような鉛材のせん断変形を利用するものに限らず、オイルダンパーや鋼材ダンパー、粘性ダンパー、粘弾性ダンパー、回転慣性質量ダンパー等、様々な形式、仕様のダンパーを任意に採用可能である。勿論、上記実施形態のようにダンパーを外周壁の面内方向にのみ作動させるように構成することに限らず、逆に面外方向にのみ作動させることでも良いし、必要であれば水平各方向に同時に作動する形式のものや、上下方向にも作動するものも採用可能である。
ダンパー２０の設置台数や設置位置についても、建屋モジュール構造体や機器モジュール構造体の形態や規模、それらに要求される耐震性能等を考慮して適宜設定すれば良く、たとえば上記実施形態のようにメガブロック１１と機器モジュール１２との間に確保した免震クリアランス１５にのみダンパー２０を介装することに加えて、外周壁の内側に設けられる耐震壁や格納容器を構成するメガブロック１３と機器モジュール１２との間にも同様のダンパーを介装しても勿論良い。
さらに、場合によっては隣接配置する機器モジュール構造体どうしを構造的に切り離してそれらの間にも免震クリアランスを確保し、そこにも同様のダンパーを介装することも考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態である制震構造による施設の概略構成を示す平面図である。
【図２】同、ダンパーの一構成例を示す図である。
【図３】同、ダンパーの作動状態を示す図である。
【図４】従来のモジュール化工法の概要を示す図であり、（ａ）は施工状況を示す図、（ｂ）は施工後の施設の平面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１１  メガブロック（建屋モジュール構造体）
１２  機器モジュール（機器モジュール構造体）
１３  メガブロック
１４  連結構造体
１５  免震クリアランス
２０  ダンパー
２１  ダンパー本体
２２  固定支承
２３  スライド支承
２４  シヤーコネクタ
２５  調整部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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