(57)【要約】【課題】構造物に引張力が作用した場合にも、この引張力による上部躯体の浮き上がりを許容しつつ、免震装置と上部躯体との間の曲げモーメントも伝達可能とし、免震装置を機能を長期に渡って健全に機能させ得ることを課題としている。【解決手段】上部躯体３の隅柱と梁の接合部６とそれを支える下部躯体２との間に介装されて、上部躯体の浮き上がりを許容しつつ上部躯体に水平方向に作用する振動を減衰する積層ゴム１１を用いた免震装置１０である。免震装置１０の上部連結板１８には、剪断力および曲げモーメント伝達用のコンクリート充填鋼管２０を上方へ突出するように固定し、このコンクリート充填鋼管２０に嵌合するよう、上部躯体３の接合部６の下面に凹部２５を設けてある。このようにコンクリート充填鋼管２０と凹部２５とは単に嵌合しているだけあるから、上部躯体３の浮き上がり時に、免震装置１０に引張力は作用しない。【選択図】　　図３
2004011213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部躯体とそれを支える下側の下部躯体との間に介装されて、前記上部躯体の浮き上がりを許容しつつ上部躯体に水平方向に作用する振動を減衰する、積層ゴムを用いた免震装置であって、
前記下部躯体上に固定された積層ゴムの上部連結板に、剪断力および曲げモーメント伝達用のコンクリート充填鋼管を上方へ突出するように取り付け、
該コンクリート充填鋼管を前記上部躯体の下面に形成された凹部に嵌合させていることを特徴とする免震装置。
【請求項２】
請求項１記載の免震装置において、
前記コンクリート充填鋼管の下部に補強板を埋設したことを特徴とする免震装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の免震装置のコンクリート充填鋼管の外周面と前記上部躯体の凹部の内周面との間に、両者の軸線方向の相対移動を許容する縁切り部材を介在させたことを特徴とする免震装置の取付構造。
【請求項４】
請求項３記載の免震装置の取付構造において、
前記縁切り部材としてリング状の弾性材を用いたことを特徴とする免震装置の取付構造。
【請求項５】
請求項３または４に記載の免震装置の取付構造において、
前記上部躯体の凹部を囲むように、前記上部躯体に平面視コ字状の鉄筋を埋設したことを特徴とする免震装置の取付構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、免震装置およびその取付構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビルやマンション等の建築構造物において地震発生時の揺れおよびそれによる被害を最小限に抑えるために、各種免震装置が開発されている。
この免震装置には、ゴムと鋼板とを上下方向に交互に積層した構造のいわゆる積層ゴムが多く採用されている。積層ゴムは、例えば建物の基礎等の下部躯体と、この下部躯体の上側に構築される上部躯体との間に介装されており、地震等によって水平方向の入力があったときには、ゴムが水平方向に変形することによって上部躯体の振動周期を長期化し、さらに免震装置に併設された減衰機構によって上部躯体の振動エネルギーを吸収して揺れを抑えるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の免震装置には以下の問題がある。
すなわち、免震装置として多用されている積層ゴムは内部にゴムを有するが、このゴムは、上下方向の圧縮強度は十分に大きいものの引張強度が小さい。このため、積層ゴムに上下方向の引張力が過大に作用すると、ゴムにクラックや空隙が生じて剛性、強度ともに著しく低下し、免震装置としての機能を果たすことができなくなってしまう。
【０００４】
このような問題に対処するものとして、積層ゴムの上部連結板に上方へ突出する凸部を設けるとともに、この凸部に嵌合する凹部を上部躯体の下面に設け、これら凸部と凹部とを嵌合させることにより、積層ゴム上に上部躯体を浮き上がり可能に載置したものが提案されている（特開平１０−３０６６１６号公報）。
【０００５】
ところが、このような免震装置にあっては、上部躯体を浮き上がり可能に支持しているので、免震装置に引張力が働くのを未然に防止できるものの、免震装置と上部躯体との間で曲げモーメントが伝達されず、それら免震装置の上部躯体との連結部分に過大な力が作用したり、構造物自体の地震特性が変わってしまうという別の問題が生じていた。
【０００６】
前記事情に鑑み、本発明においては、構造物に引張力が作用した場合に、免震装置の積層ゴムに引張力を働かせることなく上部躯体の浮き上がりを許容し、しかも、免震装置と上部躯体との間の曲げモーメントも伝達可能として、免震装置を機能を長期に渡って健全に機能させ得ることを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明においては、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の免震装置は、上部躯体とそれを支える下側の下部躯体との間に介装されて、前記上部躯体の浮き上がりを許容しつつ上部躯体に水平方向に作用する振動を減衰する、積層ゴムを用いた免震装置であって、前記下部躯体上に固定された積層ゴムの上部連結板に、剪断力および曲げモーメント伝達用のコンクリート充填鋼管を上方へ突出するように取り付け、該コンクリート充填鋼管を前記上部躯体の下面に形成された凹部に嵌合させていることを特徴としている。
【０００８】
このような構成では、水平方向の入力に対しては免震装置のコンクリート充填鋼管と上部躯体の凹部とが嵌合しているので、上部躯体に作用する水平方向の振動が積層ゴムによって吸収される。また、上下方向の入力に対しては、コンクリート充填鋼管と凹部とが嵌合しているだけで、上部躯体の浮き上がりが許容されているため、圧縮力は伝達されるものの引張力は伝達されず、積層ゴムへ引張力は働かない。また、上部躯体と免震装置とはコンクリート充填鋼管を介して曲げモーメントが伝達されることから、引張力を除いた他の力、すなわち、圧縮力、剪断力、曲げモーメントがそれぞれ両者間に伝達されることとなり、上部躯体を理想的に減衰させることができる。
【０００９】
請求項２記載の免震装置は、請求項１記載のものにおいて、前記コンクリート充填鋼管の下部に補強板を埋設したことを特徴としている。
このような構成では、積層ゴムと上部躯体との実質的な連結部であって過大な力が加わるコンクリート充填鋼管を効率良く補強することができ、もって、免震装置の健全性を高めるとともに、コンクリート充填鋼管の小径化や鋼管の薄肉化を図ることが可能となる。
【００１０】
請求項３記載の免震装置の取付構造は、請求項１または２記載の免震装置のコンクリート充填鋼管の外周面と前記上部躯体の凹部の内周面との間に、両者の軸線方向の相対移動を許容する縁切り部材を介在させたことを特徴としている。
このような構成では、上部躯体を構築するときに、例え、上部躯体のコンクリートがコンクリート充填鋼管の外周側に付着したとしても縁切り部材によって、上部躯体とコンクリート充填鋼管との縁が切られているため、上部躯体の浮き上がり時に引張力がコンクリート充填鋼管ひいては免震装置に作用することはない。
【００１１】
請求項４記載の免震装置の取付構造は、請求項３記載のものにおいて、前記縁切り部材としてリング状の弾性材を用いたことを特徴としている。
このような構成では、リング状の弾性材の外周側に上部躯体のコンクリートが付着したままでも、リング状の弾性材が適宜変形するため、コンクリート付着をはがすことなくコンクリート充填鋼管と上部躯体との実質的な縁を切ることができる。
【００１２】
請求項５記載の免震装置の取付構造は、請求項３または４に記載のものにおいて、前記上部躯体の凹部を囲むように、前記上部躯体に平面視コ字状の鉄筋を埋設したことを特徴としている。
このような構成では、コンクリート充填鋼管は上部躯体との間で圧縮力、剪断力、曲げモーメントがそれぞれ伝達されるため、強い強度が要求され、それに伴いこのコンクリート充填鋼管に嵌合する上部躯体の凹部側も強い強度が要求されるが、凹部の外方に予め平面視コ字状の鉄筋を埋設していることから、上部躯体の凹部近傍は、それらの要求に応えるだけの十分な強度を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る免震装置が取り付けられた超高層型の免震構造物を説明するもので、（ａ）は超高層型の免震構造物の概略側面図、（ｂ）は同断面図である。
【００１４】
この免震構造物では、基礎からなる下部躯体２とそれによって支えられる上部躯体３との間に免震装置９，１０が取り付けれている。
この種免震構造物では、高さＨと幅Ｂとの比（アスペクト比）が大きくなると、地震時の転倒モーメントによる変動軸力が大きくなり、隅柱１ａには引張力が生じる場合がある。また、外柱１ｂは長期軸力が隅柱１ａより大きいのでそこには引張力が生じにくいものの、まれに生じる場合もある。
【００１５】
ここでは、引張力が生じやすい隅柱１ａの下方に、上部躯体３の浮き上がりを許容しつつ上部躯体３に水平方向に作用する振動を減衰する積層ゴム１１を用いた免震装置１０を設置している。なお、このような上部躯体３の浮き上がりを許容する、積層ゴム１１を用いた免震装置１０は、隅柱１ａの下方に限られることなく、外柱１ｂの下方に設置しても勿論かまわない。ただし、中柱１ｃは、ほとんど引張力が生じないので、その下方には上部躯体３の浮き上がりを許容しない通常の積層ゴムを用いた免震装置９が設置される。
【００１６】
前記上部躯体３の浮き上がりを許容する免震装置１０は、前記したように下部躯体２と上部躯体３との間に介装されている。具体的には、上部躯体３の隅柱１ａとつなぎ梁５の接合部６とそれを支える下側の下部躯体２との間に介装されている（図２参照）。
【００１７】
ここで、前記免震装置１０は下部躯体２に固定されていて、上部躯体３の柱１ａとつなぎ梁５の接合部６に対し圧縮力Ｆａ、曲げモーメントＦｂおよび剪断力Ｆｃをそれぞれ伝達するものの、引張力Ｆｄの伝達は行わないようになっている。
【００１８】
免震装置１０の具体的な構成について説明すると、図３に示すように、下部躯体２の上面には、積層ゴム１１の下部フランジ１２が、下部躯体２に円を描くように複数設けられたアンカーボルト１３によって固定されている。
積層ゴム１１は従来のものと同様、下部フランジ１２と上部フランジ１４との間に、円形の鋼板１５とゴム１６とが交互に積層されて構成されており、上部フランジ１４の上側には上部連結板１８が周方向に間隔をあけて複数設けられたボルト１７によって固定されている。
【００１９】
上部連結板１８には、剪断力および曲げモーメント伝達用のコンクリート充填鋼管２０が上方へ突出するようにかつ積層ゴム１１と同軸状になるように固定されている。コンクリート充填鋼管２０は、下面を上部連結板１８に突き合わせ溶接された円筒状の鋼管２１と、この円筒状の鋼管２１の内部に充填される高強度コンクリート２２とからなっている。高強度コンクリート２２は、上部躯体３のつなぎ梁５等を構築するのためのコンクリート打設が行われる前に先行打設される。
【００２０】
円筒状の鋼管２１の下部には、必要に応じて補強板２３が設けられる。ここでは、補強板２３は、平面視十字状に組まれその外周を円筒状の鋼管２１の内周面に溶接されることで、円筒状の鋼管２１に起立状態で固定されている（図４参照）。なお、補強板２３は必ずしも平面視十字状に組まれるものに限定されるものではなく、例えば、所定角度（例えば、６０度あるいは４５度等）おきに外方へ放射状に延びるように組まれているものであれば好ましい。
【００２１】
一方、前記上部躯体３の隅柱１ａとつなぎ梁５の接合部６の下面には凹部２５が設けられ、この凹部２５は前記コンクリート充填鋼管２０に対し下方への相対移動は拘束されるものの上方への相対移動は可能に嵌合している。そして、これら凹部２５とコンクリート充填鋼管２０との間で、前記したように圧縮力Ｆａ、曲げモーメントＦｂおよび剪断力Ｆｃがそれぞれ伝達されるようになっている。
【００２２】
コンクリート充填鋼管２０の外周面と接合部６の凹部２５の内周面との間には、両者の軸線方向の相対移動を許容する縁切り部材として機能するリング状の弾性材２６（例えば、積層ゴム１１のゴム１６と同種のもの）が介在されている。リング状の弾性材２６は、コンクリート充填鋼管２０の上下両端部にそれぞれ所定高さ寸法ｈｂをもって外嵌され、それらリング状の弾性材２６の間には力の伝達を行わない例えばスタイロフォーム等の柔軟性板材２７が介在されている。
【００２３】
ここで、コンクリート充填鋼管２０の高さ寸法ｈａおよびリング状の弾性材２６の高さ寸法ｈｂは、それぞれ図５に示すように、地震等が発生し、積層ゴム１１を介して上部躯体３と下部躯体２との間で水平方向の相対変位が生じた際に、上部躯体の２の接合部６から作用するコンクリート支圧に十分耐え得る程度に設定する。したがって、コンクリート充填鋼管２０の高さ寸法ｈａからリング状の弾性材２６の高さ寸法ｈｂの２倍の値を差し引いた値（ｈａ−２ｈｂ）が小さい場合には、柔軟性板材２７は省略し、全て、リング状の弾性材２６として合理的に施工することもできる。
【００２４】
なお、リング状の弾性材２６の外周部には必要に応じて鋼板を貼り付けてもよく、また、コンクリート充填鋼管２０と接合部６の凹部２５との間の縁切り部材としては、図に示すリング状の弾性材２６の代わりに、ポリ４フッ化エチレンあるいはステンレス鋼材からなるリング状のものであってもよい。
【００２５】
また、図６および図７に示すように、上部躯体３の接合部６は隅柱１ａの延長部分でもあるため、柱内に埋設されるフープ筋２９も凹部２５を囲むように配されるが、これだけでは前記免震装置１０のコンクリート充填鋼管２０から伝達する曲げモーメントＦｂや剪断力Ｆｃ等に対抗できない場合には、コンクリート充填鋼管２０を囲むよう、上部躯体３の接合部６の凹部２５近傍に平面視コ字状の鉄筋３０を所定高さおきにつなぎ梁５に沿わせて互いに直交する２方向に埋設し、凹部２５近傍の補強を行ってもよい。また、浮き上がりのための補強用として、つなぎ梁５の下端筋３１は上向きに定着させている。
【００２６】
また、図示しないが、下部躯体２と上部躯体３との間には振動エネルギーを吸収する減衰機構（ダンパー）が設けられている。ただし、積層ゴム１１として鉛プラグ入り積層ゴムあるいは高減衰積層ゴムを用いれば、別途減衰装置（ダンパー）を省略することもできる。
なお、図６中３２は、上部躯体３の隅柱１ａが浮き上がるときに、コンクリート充填鋼管２０の上面と凹部２５の底面との間が真空にならないよう、そこに空気を導入するエアー管である。
【００２７】
次に、前記構成の免震装置および免震構造物の作用について説明する。
地震等によって免震構造物に水平方向の力が作用した場合、コンクリート充填鋼管２０と上部躯体３の凹部２５とが嵌合していることから、積層ゴム１１と上部躯体３とが見かけ上一体化しており、積層ゴム１１によって上部躯体３の水平方向の振動の周期を長期化させるとともに、減衰機構によって上部躯体３に作用する振動エネルギーを吸収することで構造物の免震が図られる。
【００２８】
また、地震等によって免震構造物に転倒モーメントが作用する場合、隅柱１ａには大きな変動軸力が働く。変動軸力は圧縮方向と引張方向の２種類があるが、圧縮方向の変動軸力に対しては、積層ゴム１１は十分な強度を有しているため、損傷することはない。
【００２９】
一方、隅柱１ａに引張方向の変動軸力が作用する場合には、隅柱１ａはその下方の接合部６とともに浮き上がろうとするが、このとき、接合部６の凹部２５と免震装置１０のコンクリート充填鋼管２０とは単に嵌合されているだけで、接合部６のコンクリート充填鋼管２０に対する上方への相対移動は拘束されておらず自由になっている。このため、隅柱１ａおよびその下方の接合部６は、免震装置１０に何ら引張力を与えることなく上方へ移動する。このとき、免震装置１０の積層ゴム１１への引張力の伝達はなされない。
【００３０】
したがって、免震装置１０を構成するゴム１６にクラックや間隙が生じることなく積層ゴム１１の剛性、強度が低下することがない等、同積層ゴム１１の健全性が保たれ、免震構造物における免震装置としての機能を維持できる。
【００３１】
前記隅柱１ａおよびそれの下方にある接合部６が浮き上がろうとするとき、それら隅柱１ａ等は、真下にある免震装置１０や下部躯体２によって上方への移動は拘束されないものの、接合部６には側方へ延びるつなぎ梁５が一体に設けられており、これらつなぎ梁５が接合部６等の上方への移動を拘束する。したがって、隅柱１ａおよびそれの下方にある接合部６の浮き上がり量σはほんのわずかである（図５参照）。
【００３２】
また、隅柱１ａに剪断力と引張力が同時に作用するときには、隅柱１ａの下方の配設されている免震装置１０は、図５に示すように上部フランジ１４と下部フランジ１２とが水平方向へ相対移動するように変形し、同時に隅柱１ａおよびその下方の接合部６が上方へ浮き上がろうとする。このとき、免震装置１０のコンクリート充填鋼管２０からは接合部６の凹部２５に対し曲げモーメントＦｂが作用するが、この曲げモーメントＦｂに対しては凹部２５の近傍のコンクリート支圧が対抗する。すなわち、コンクリート充填鋼管２０と凹部２５との間でリング状の弾性材２６を介して曲げモーメントＦｂの伝達がなされる。このため、免震構造物自体の地震特性が変わることなく、同免震構造物の振動を長期に渡って健全に減衰させることができる。
【００３３】
また、前記したように、免震装置１０と上部躯体３との実質的な連結部であるコンクリート充填鋼管２０および凹部２５には剪断力、曲げモーメント、圧縮力の過大な力が加わるが、前記実施の形態では、コンクリート充填鋼管２０の内部に必要に応じて補強板２３が埋設され、これによって十分な補強がなされているから、コンクリート充填鋼管２０が損傷されることなく免震装置１０の健全性を高めるとともに、コンクリート充填鋼管２０の小径化や鋼管２１の薄肉化を図ることができる。
【００３４】
一方、図６，図７に示すように上部躯体３に凹部２５を囲むように内部に平面視コ字状の鉄筋３０を埋設する構成にすれば、前記コンクリート充填鋼管２０に嵌合する上部躯体３の凹部２５側にも要求される強い強度の要求に応えることができ、もって、免震構造物の健全性をより一層高めることができる。
【００３５】
また、この実施の形態では、コンクリート充填鋼管２０の外周面と上部躯体３の凹部２５の内周面との間にリング状の弾性材２６を介在させ、これにより、コンクリート充填鋼管２０および凹部２５の曲げモーメント等の力の伝達は行うものの両者の実質的な縁を切っているため、例えば、上部躯体３を構築する際に上部躯体のコンクリートがリング状の弾性材２６の外周に付着したとしても、図５に示すように、リング状の弾性材２６が適宜変形することで、積層ゴム１１に引張力を与えることなく、上部躯体３の浮き上がりを許容することができる。
【００３６】
以上において本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用することができる。
例えば、前記実施の形態においては、本発明の免震装置および免震装置の取付構造が超高層型の免震構造物に適用された例を挙げて説明したが、本発明の免震装置等が適用されるものは何らこの種の構造物に限られることなく、高層型の建物や、平面視Ｌ字形や台形状等の整形な平面形状を有する建物や、大形の屋根を備え強風により浮力が生じるような建物にも適用可能である。
また、前記実施の形態では、免震装置１０を基礎とその上側の上部躯体３との間に介装させているが、これに限られることなく免震装置１０を中間階の間に介装させるようにしてもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の効果を奏する。
水平方向の入力に対してはコンクリート充填鋼管と上部躯体の凹部とが嵌合するので、上部躯体に作用する水平方向の振動が積層ゴムによって吸収され、また、上下方向の入力に対しては、コンクリート充填鋼管と凹部とが嵌合しているだけで、上部躯体の浮き上がりが許容されているため、積層ゴムへ引張力は働かない。また、上部躯体と免震装置とはコンクリート充填鋼管を介して曲げモーメントの伝達がなさることから、引張力を除いた他の力、すなわち、圧縮力、剪断力、曲げモーメントがそれぞれ両者間に伝達されることとなり、上部躯体を理想的に減衰させることができる。
したがって、本発明の減衰装置および減衰装置の取付構造を採用することにより、アスペクト比の高い超高層建物等に対しても引張力の存在を考慮することなく、設計および施工を進めることができ、建物の品質と経済性を同時に満足させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す免震装置が取り付けられた免震構造物を示すもので、（ａ）は概略側面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す免震装置が取り付けられた免震構造物の要部断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態を示す免震装置の側面図である。
【図４】図３のＩＶーＩＶ戦に沿う断面図である。
【図５】同免震装置の作用を説明する図である。
【図６】同免震装置の取付状態を示す側断面図である。
【図７】同免震装置の取付状態を示す平断面図である。
【符号の説明】
１ａ　隅柱
１ｂ　外柱
２　下部躯体
３　上部躯体
５　つなぎ梁
６　接合部
１０　免震装置
１１　積層ゴム
１２　下部フランジ
１４　上部フランジ
１８　上部連結板
２０　コンクリート充填鋼管
２１　円筒状の鋼管
２２　高強度コンクリート
２３　補強板
２５　凹部
２６　リング状の弾性材
３０　平面視コ字状の鉄筋
【図１】
2004011213.tif 000003
【図２】
2004011213.tif 000004
【図３】
2004011213.tif 000005
【図４】
2004011213.tif 000006
【図５】
2004011213.tif 000007
【図６】
2004011213.tif 000008
【図７】
2004011213.tif 000009