(57)【要約】【課題】単純明快確実なしくみの免震装置をローコストで提供する。【解決手段】設計限界変位を満足させた大きさの、だんご状に偏平させたコンクリート製等の転動支承体に穴を開け、そこにロープを通して下部構造と上部構造を結ぶ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地震時であっても、球状転動支承体を貫通して、支持地盤等の下部構造と上部建物等の上部構造とが、直接ロープ等で繋がれていること。
【請求項２】
原点復帰機能と揺動減衰機能と風圧での揺動抑制機能を持っている転動支承体。
【請求項３】
原点復帰を誘導する、転動体動作軌跡を投影した曲面を持つ筍状円錐。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は建築物工作物等の免震装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地震被害を最小限にするためには免震装置が最適であるのは震災後の報道などですでに広く知られている。また構造材料としての鉄筋コンクリートも汎用性が高くその有効性は言うまでもない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２１６３８
【特許文献２】特開２０１０−６０１３７
【特許文献３】特開２０１１−５８６２４
【特許文献４】特開２０１１−２７２５１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、免震装置は数多く考案されているが、その構造も複雑化するがゆえに安価ではない。また設置や点検に関しても専門的知識と人員を要するようになっている。
【０００５】
本来、市民の資産や安全を守る機構は、誰にでも理解できる手法で提供されるべきである。日常的な安全管理までもが専門知識と費用を要する現在の状況は不健康である。
【０００６】
また地震の研究も進んでいるが、その現象が確実に想定可能ではないことから、現状では振幅等には出来るだけ余裕を持って対応したい。また、研究が進み安全基準の見直しがあった場合には、それに応じて免震性能も更新したい。
【０００７】
免震装置には、技術的に風圧時には揺動しない装置と、地震時に振幅を減衰する装置と地震後原点に復帰する機構が求められている。
【０００８】
また、上部建物の形態が不整形な場合、通常の免震装置では建物全体の偏心を起こす要因となる。これは原点復帰や偏心振幅減衰などの装置など、各種機能に特化された各部品のバランスを取るのが非常に困難であることによる。その為上部建物の形態は、その挙動を想定しやすいもの、単純にいえば四角いものに限るとデザイン的にも誘導されている。
【０００９】
多くの免震装置は緻密にできていて精度が高い。それゆえに錆や粉塵を嫌い清潔な状態に保たねばならない。そしてその多くは、それぞれの用途に特化した部品で、異なった動作や作用を、異なった位置で行なっている。そのように特化したシステムは、例えば管理が不十分で建物の風力時に揺動しないトリガーなどに不具合一つあっただけで、全体が機能しない可能性もある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
誰もが安全機構を理解できる簡潔デザインで、自らの日常の安全管理を促進する。また、施工に関しても必要部材数を最小限に抑え、機構を単純にした転動支承体と付属金物を提供し、効果的な免震装置を安価に提供する。
【００１１】
建物の小さな各部位の安全を確保することで、建物全体を守ると言う視点に立ち、高度に役割分担した部品体系を連動させるシステムよりも、自然科学的な手法で、配置されたそれぞれの部品ごとに、確実に揺動し振動減衰や原点復帰と限界制御と、上部と下部構造の結束までをこなす免震の仕組みとする。
【００１２】
以上の方針から、設計限界変位を満足した大きさの偏平球に穴を開け、そこにロープを通して、支持地盤等の下部構造と建物等の上部構造とを結ぶ。改めて考えれば極めて当たり前の手法に帰結した。
【発明の効果】
【００１３】
この発明は市民や安全の共有と言う本来の趣旨に則り、多くの建築物や工作物に免震構造を採用してもらう事を目的にしている。市民が等しく採用可能とするには、それにはまず低価格化を行わなければならない。それは簡潔な仕組みと安価な材料の組み合わせからしか生まれない。それらの条件を満足可能な構成にできた。
【００１４】
この免震機構は転がり系免震の一種であるが、転動支承体材質は通常用途ではコンクリート製の大径球の転動支承である。建設材料の中で一番安価な材料であるコンクリートを用い、転動体を大きくすることによって、他の材料へのめり込みを心配することもない。よって他の転動支承の様に鋼製の受け皿も必要なく、直接下部構造の床版に置く。免震構造に係る現場での作業は上下構造へのアンカー金物の取り付けだけである。また、他に見られる免震装置のようなレベルまでの精度を必要としない。このこともコストを下げることに反映される。
【００１５】
この単純な免震機構は、法的義務である点検を安価に行う事が可能となる。また専門知識がなくとも日常的に状況が把握出来ることから、結果的に安全が維持される。
【００１６】
地震時の設計振幅は半球の径を変えることでさらに大きく出来る。また復元機構や振幅減衰抵抗も、原点復帰装置も建物全体の偏心制御装置も不要である。
【００１７】
この免震機構は建物の安全を維持する上で最低限要素の2次元免震だが、経済的余裕があれば上部に自動車のサスペンション（懸架装置）同様の機構を設けることで、容易に3次元免震装置となる。
【００１８】
今までの免震構造では、免震層は複雑なものか、あるいは上下構造層が密着して維持管理のしにくい空間となるケースが多かったが、この免震層は日本古来からの建築にあった、土間に束石が並ぶのに似ている。その機構の単純さや施工管理の単純さから専門の業者を必要とせず、従来工法の技術ともなじみが良い。
【００１９】
単純なゆえに免震性能を更新することも可能である。また、万が一不同沈下などが起きた場合においても、修復を可能とする。また、錆びない素材を使用する事と、多少ラフな環境であっても確実に作動することから設置場所を選ばない。このことから様々な工場や機械基礎、物流や資材保管などの過酷な現場にも利用できる。
【００２０】
また、他の転動型あるいは滑り型の免震装置では、免震層の上部構造と下部構造との結束が途切れ、別な所で補助装置によって成されている。これは上部構造と下部構造の免震支点とは異なる位置に別途な荷重をかける事を意味している。それらの対処構造は、本来の建築の用途ではなく、免震装置のための構造補強である。またそれらの力の集積は建物全体の偏心を起こしかねない。
本案は、上部構造の荷重を直接受ける転動支承体を通して、確実に支持地盤等の下部構造とを結束することにより、建物全体の偏心を防いでいる。また転動角度を45度と限定するのと筍状コーンの誘導と共に、原点復帰も確実に行える。
これらの事で免震位置の構造設計等が容易となり、また上部建物デザインも今までのように想定しやすい矩形とする必要もない。平面的に突出した部分があっても法的規定の上部構造底板拘束がなされていれば、確実に復帰する。
車寄せなどの突き出し屋根などの柱脚に単独で使用する場合、タイムラグや一部の歪みなどの対応設計を行えば、支持地盤への荷重伝達が必要な箇所に必要なだけ使うことができ、建物デザインの自由を束縛しない。
【００２１】
しかしながら、建物の一部だけが高層になっているような極端に重心が偏っている場合は、水平力を受けた場合は自然偏心が生じる。偏心を無理に拘束すると、その反力である自然のねじり力を上部構造に影響させる可能性もある。
本案は、最終的には確実に原点復帰を果たす仕組みである事から、無理に偏心動作を拘束せず、その最大振幅を上回る転動動作球径とするなどで柔軟に対応できる。いわば建物全体を回転させる様な力にも柔軟に対応でき、またそれを減衰させる事も出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】通常状態と動作状態の断面図
【図２】動作時の上部金物軌跡の正面投影図
【図３】動作時の上部金物軌跡の透視図
【図４】木造・鉄骨造など上部構造最下階床版が梁型構造の場合の透視図
【図５】3次元振動機構のバリエーション透視図
【図６】建物に設置した免震層イメージ図（動作時）
【図７】応用例の透視図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図1は、本案の通常時と地震動作時の断面である。転動支承体3は完全な球体に比べ、上下はその直径の90〜95%と、やや偏平球とする。球体の上下極は水平に切り落とし、それに上下貫通する円筒状の穴9を設ける。この円筒穴の周辺には水平面を残す。この水平面で必要長期鉛直荷重を負担する。
【００２４】
通常時は円筒状の穴9に、筍状のコーン4，5が上下から刺さっている。下部の筍状のコーン4は下部構造に直接アンカー8などで固定され、上部の筍状のコーン5は上部構造最下階床版にアンカー8などで固着されている。上下の筍状のコーンの先端同士を、抜け落ちないようにした強化繊維ロープ7で繋いでいる。
【００２５】
転動支承体材料は通常用途ではコンクリートを用いる。多くの免震機構は錆びたり汚れたり、細かいゴミが混入する事は厳禁だったが、管理を楽にする趣旨の本案ではそのような心配はない。また、ロープに関しても同様の趣旨にあり、通常用途では金属ではなく劣化しない、あるいはその加工をした強化繊維である。筍状コーンだけが、通常用途の場合ステンレス等の錆びない金属である。
【００２６】
通常時の転動支承体3は上下の構造体と、上下の極を切り落とした平面同士を貫通する円筒状の穴9周辺面で接し,動作時の最大45度転動した転動支承体3'は、下部構造とはAの位置で転動支承体3'の曲面上で接し、上部構造とはBの位置で転動支承体3'の曲面上で接する。
【００２７】
この免震の作用を説明する。
転動支承体3は通常は上下の切り落とされた面で長期荷重を受け、地震時には転動し、下側の球体曲面の接触点Aと、球体重心Gを通る点対称の、上側の球体曲面と上部構造面の接触点Bとで短期荷重を受ける。
転動支承体は均等な材質で出来、上下形状も曲面も対象なので重心Gの位置は球中心に合致位置している。転動した場合であってもこの重心Gと接触点同士A,Bとの関係は点対称、つまりAB間の中点にある。転動した転動支承体3’は常に接触点のA,Bでのみ拘束されている。
これらの条件で、地震波が転動直後、その方向と異なる方向の新たな地震波が来ても、その力は常にAB間の中点に一致する重心Gに働き、転動支承体3'への回転モーメントは発生しない。よって、転動支承体3'は最新と直前との合成振幅方向以外には転動しない。
これらの事でこの転動支承体は原点に復帰する形状であるが、それをさらに確実にするために、原点への誘導のための、転動支承体動作軌跡を投影した曲面を持つ筍状のコーン（円錐）4,5を据え付けている。転動支承体がこの筍状のコーン4,5をガイドにして確実に原点復帰を行うことで、建物全体の偏心を防いでいる。
基準法では設計限界変位として振幅が規定されている。本来、転動角度は90度直前までは可能領域だが、安全を配慮しその半分の45度までを転動支承体動作領域としている。転動支承体が45度転動した場合の、筍状コーン4の原点から筍状コーン5の水平移動距離を設計限界変位としている。そのために球径が大きくなっている。
強化繊維ロープ7の目的は、この装置単体ごとに負担する荷重領域は最後までつかんで離さないと言う、信頼性と確実性である。原点復帰という用途では不必要ではあるが、それぞれ接する各部材の施工精度のばらつきによる表面の摩擦の違いや、法の予測を超える地震の場合の対処でもある。またロープは引っ張ると編み込みのために若干の収縮や弾性があるため、設計限界変位を超えても、金属やゴムなどのでの障壁型制御装置より衝撃が少ない。この免震機構単体ごとに確実に上部構造を拘束する事で、偏心力で生じる建物全体への回転運動を止めている。
上部の筍状コーン5の地震による作動領域10は、図2、図3のように平たい円錐形となる。これは他の転動型免震装置によく見られる、剛体の球の受け皿となる曲面状の円盤と同様に、原点復帰と振幅減衰の効果を潜在的に持っている事を表している。この作動領域10の振動減衰効果は転動支承体の外形状の曲面から得られる。例えば早急に振幅を止めたい、あるいは当初は柔らかく揺らして更なる強度の揺れには強く抵抗する場合などの条件があっても、外形状の曲面の設計で容易に対応できる。
つまりこの案は、転動支承体3のみで、他の転動系免震装置における、原点復帰と振幅減衰効果を受け持つ受け皿作用と、上下の切り落とされた面での風圧の揺動抑制あるいは風圧トリガー機能を併せ持っている。
【００２８】
支持地盤等の下部構造と上部構造をつないでいるのはロープである。もしもさらに免震性能をグレードアップしたい場合には、ジャッキアップし、転動支承体を分解しロープを取り替える事ができる。もちろん不同沈下などが起きた場合においても、修復が可能でメンテナンスも楽である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
転動支承体3はその大きさゆえに、下部筍状コーン4が固定される条件であれば、良く付き固められた砂利敷等でも、ある一定の効果がある。掘立て小屋の置石のごとく気軽に使うことも可能であり、また転動支承体3に高強度コンクリート等を使えばビル建築等でも使用可能である。
【００３０】
転動支承体材質は通常用途や小規模建築ではコンクリート製とする。しかし、用途によっては高強度あるいは摩擦力を大きくする場合や振動を柔らかくする必要性や、逆にさほど荷重や振動特性の検討の必要がない荷物置き場や倉庫など等の条件もあり、転動支承体はゴム製や木製、金属製あるいは、ポリエステルコンクリートや強化繊維プラスチック、あるいは表面へのゴム加工あるいは積層ゴム等の材質等を用いることができる。
【００３１】
また、支持地盤などの下部構造と上部構造を結んでいるロープは、通常用途では強化繊維のアラミド繊維や炭素繊維あるいは合成繊維ロープ等を用いるが、上部構造からの負担荷重によっては、あるいは設計限界変位を超えた場合の衝撃を和らげる為、あるいは揺動減衰効果をさらに付加させるために、弾性ゴムや金属ワイヤーあるいはスプリングなども用いることができる。
【００３２】
図4は、木造や鉄骨造の場合のように、上部構造の最下階が梁等で組み上げている場合の透視図である。違いは上部筍状コーンが円形上の鋼板に設置されている点である。上部の鋼製円盤6の上部は免震最下部の床版構造体2にボルトやアンカーなどで固着され、該鋼製円盤の下部面は平坦面で、図1のBとして転動支承体3'の上に直接接する。
【００３３】
図5は3次元振動対応とした場合のサスペンション機構11を付加した図である。
【００３４】
さらに構造的強度や精度が要求される場合は、図1における動作時の転動支承体3'の下部接触点Aを包括する範囲に、鋼板などを敷設することが出来る。
【００３５】
図5は小規模建築に配置し、作動した例である。
【００３６】
図7は応用例である。建物のみならず、過酷な環境でも作動し、設置も簡単なので仮設建築物や図7の50のような倉庫や物品台あるいはパレット等の多くの物品保管用途にも、図7の51のような機械やタンク等の工作物にも利用できる。特に製作機械類が置いてある工場などの作業環境では、無塵で乾燥している場所とは限らない。今までの多くの免震装置が、その精密さゆえに防錆処理や防塵囲いなどを必要としていたが、本案には必要がない。
また図7の52のように2層目あるいは中間階等に、多段に免震層を設けることによって長期振動の減衰にも効果を持つ。その場合転動支承体の圧縮強度及び転動角度と転動領域と、図1の7のロープを厳密な計算に耐えうる素材と長さにする。
また転動支承体の上下極を切り落とさなければ、揺れ動く遊具機構となる。そのような転動体を数段重ね、ポストテンションとした数本のロープを通すと、だるま落としのような形状の手で揺れるモニュメントなども可能である。
【符号の説明】
【００３７】
1  下部構造（支持地盤に乗る基礎・土間・杭など）
2  上部構造最下床構造
3  転動支承体
3’  作動状態の転動支承体（作動角度を45度として）
4  下部筍状コーン
5  上部筍状コーン
6  鋼製円盤（上部構造最下床構造への固着プレート）
7  強化繊維ロープ
8  下部構造固着アンカー
9  転動支承体を貫通する円筒状の穴
10  上部筍状コーン5の作動軌跡範囲
11  3次元サスペンション例
12  設備接続ボックス
50  荷物置き場などのパレット台
51  可燃物等のタンク等工作物の免震例
52  多層型免震モデル例
【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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