(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形性能及び復元力性能を有するアイソレーターと、減衰性能を有するダンパーとを有する免震装置が建築物の中間層に設けられて中間免震層が形成されており、免震装置による固有周期を２〜４秒とした建築物の中間層免震構造において、
中間免震層が、建築物の全重量に対する前記中間免震層より上層の重量合計が０．７以上となる位置に、連続して複数層設けられていることを特徴とする建築物の中間層免震構造。
【請求項２】
請求項１記載の建築物の中間層免震構造において、
前記免震装置を構成するダンパーの耐力は、建物の全重量の４〜６％に当たる値であることを特徴とする建築物の中間層免震構造。
【請求項３】
請求項１記載の建築物の中間層免震構造において、
前記中間免震層における外装等はガスケット等を用い接続されることを特徴とする建築物の中間層免震構造。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の建築物の中間層免震構造であって、
前記免震装置は、積層ゴムと、滑り支承と、を併用してなることを特徴とする建築物の中間層免震構造。
【請求項５】
請求項４記載の建築物の中間層免震構造において、
前記積層ゴムと滑り支承との併用の割合は、前記中間免震装置による固有周期が２〜４秒となるように決定することを特徴とする建築物の中間層免震構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築物に予め耐力の小さい中間免震層が設けられて、この中間免震層に地震入力エネルギーが集中するように構築された中間層免震構造において、中間免震層の層間変形δを低減することが可能な、建築物の中間層免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地震時において、建築物の任意層がエネルギー消費能力の限界を超え、耐力が劣化するとき、建築物は崩壊しやすい。このため、地震エネルギーを各階に分散すると建物全体としては消費能力が高くなるが、各階に配分される地震エネルギーを制御することは難しく、一般的には耐力が不十分な層に損傷が集中し、他の層が余剰耐力を持っていても損傷が促進されることが多い。
このような中、建築物の免震構造の一つとして、建築物に予め耐力が小さい中間免震層を造り、この層に地震エネルギーが集中するように構築する中間層免震構造が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、中間免震層には大地震時や極限地震時に２０〜３０cmになる層間変形δが発生することにより、内外装材などが変形追従する必要が生じる。このような事象が、中間層免震構法を適用する時の一つの制約条件となってきている。
【０００４】
建物への地震入力エネルギーは、建物の総質量と固有周期により決まり、建物の各層の耐力分布（中間免震層の位置）などの影響は少ない。エネルギーは力と変形の積であるから、中間免震層を設け、過半をその層のみで消費する場合には、大変形が生じることは避けがたい。
また、大変形が生じるようにするためには中間免震層の免震装置に積層ゴムなどを利用し、積層ゴムの剛性を小さくする必要がある。積層ゴムの剛性を小さくするためには、積層ゴムの高さが高くなり、座屈の危険性が増すこととなる。座屈対策を施すと積層ゴムは大型化し、コストも同様にして高くなることとなる。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は地震入力エネルギーの過半を中間免震層に集中させながら、該中間免震層に発生する層間変形δを低減することが可能で、かつ免震装置の高さを小さくすることが可能な、建築物の中間層免震構造を実現することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の建築物の中間層免震構造は、変形性能及び復元力性能を有するアイソレーターと、減衰性能を有するダンパーとを有する免震装置が建築物の中間層に設けられて中間免震層が形成されており、免震装置による固有周期を２〜４秒とした建築物の中間層免震構造において、中間免震層が、建築物の全重量に対する前記中間免震層より上層の重量合計が０．７以上となる位置に、連続して複数層設けられていることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の建築物の中間層免震構造は、前記免震装置を構成するダンパーの耐力は、建物の全重量の４〜６％に当たる値であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３記載の建築物の中間層免震構造は、前記中間免震層における外装等はガスケット等を用い接続されることを特徴としている。
【００１０】
請求項４記載の建築物の中間層免震構造は、前記免震装置は、積層ゴムと、滑り支承と、を併用してなることを特徴としている。
【００１１】
請求項５記載の建築物の中間層免震構造は、前記積層ゴムと滑り支承との併用の割合は、前記中間免震装置による固有周期が２〜４秒となるように決定することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の建築物の中間層免震構造に係る第１の実施の形態を図１〜図７に、第２の実施の形態を図１、図８〜図１５に示す。
図１より明らかなように、本発明における建築物１の中間層免震構造２は、建築物１の中間層の階における天井３と床４との間の柱５部に免震装置１０を取り付けた中間免震層９が、建築物１の下方に連続して複数層配置されているものである。
【００１４】
一般に、１０階建を越えるような高層ビルは、建物自体の固有周期が長くなり、一種の免震構造に近い性質を持つこととなるため、前記免震装置１０を設ける建築物１は、１０階建て程度以下の比較的剛な建築物に用いる方が効果は大きいことが知られている。したがって、第１の実施の形態、及び第２の実施の形態では、建築物１に鉄骨鉄筋コンクリート造の１１階建物を採用した。また、該建築物１の第２層１ａ、及び第３層１ｂには中間免震層９が設けられている。（図１参照）。
【００１５】
該中間免震層９において、前記免震装置１０の外装部には、雨をよける雨仕舞い８が設けられるとともに、サッシュ部７の梁６の近傍には、ガスケット１２が設けられている。該ガスケット１２は部材間の接合部に挟み込むパッキングであり、合成ゴム等の部材よりなるものである（図２、図８，図９参照）。
【００１６】
前記中間免震層９は、前記免震装置１０が該建築物１の中間層の階における天井３と床４との間の柱５部に取り付けられることにより形成される。一般的に、中間免震層９は、建築物１の下方に設けるが、本発明において建築物１における該中間免震層９の配置位置は、（１）式に示すように、建築物１の全重量に対する中間免震層９より上の層の重量合計の比（重量比）が０．７以上、となるような条件を満足する位置に配置することで、地震エネルギーの過半を集中できる。
【００１７】
0003742899.tif 000002
【００１８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態で用いられる前記免震装置１０は、変形性能及び復元力性能を有するアイソレーターとして積層ゴム１１と、減衰性能を有する図示しないダンパーを用いた積層ゴム免震装置１０ａである（図２参照）。
前記積層ゴム１１は、鉄板とゴムシートが交互にサンドイッチ上に積み重ねられることにより構成されるもので、鉛直剛性は大きいが水平剛性が小さいといった特性を有するものである。ここでは、ゴム厚５mmで１４段の積層ゴム１１を採用している。
【００１９】
該積層ゴム１１は、中間免震層９で地震エネルギーを絶縁状態に近づかせるものであり、中間免震層９より上層への地震エネルギーの伝搬を低減して、応答加速度を小さくするものである。前記積層ゴム１１は、固有周期が２〜４秒となるようなバネ定数を有するものを採用する。固有周期は、（２）式により算出できる。
【００２０】
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【００２１】
また、前記ダンパーは、中間免震層９に集中した地震エネルギーを熱エネルギーとして消費することを目的に用いられる。ダンパーの取り付けられた中間免震層９の層間変形δとダンパーの耐力係数Ｃの関係を見ると、図４に示したようにダンパーの耐力係数Ｃを建築物１の全重量に対して１０％程度（０．１）に高めれば層間変形δが小さくなることがわかる。
しかし、建築物１の全重量に対して４〜６％（０．０４〜０．０６）を越えると、中間免震層９の機能である建築物１に予め設ける耐力の小さい層として役割が果たされなくなる。前記ダンパーが地震エネルギーを効率的に消費する耐力係数Ｃは、建築物の全重量に対する値として４〜６％である。
【００２２】
なお、該ダンパーはその種類にこだわるものではなく、所要耐力を持つ履歴系ダンパー、所要耐力に釣り合う減衰力を持つ速度依存性の粘性系ダンパー等のいずれを用いてもよい。
【００２３】
このような積層ゴム免震装置１０ａが採用された中間免震層９は、第２層１ａ、第３層１ｂに連続して設けられている（図１参照）。
図４に示すように、中間免震層９の最大変形δmax の主要パラメーターは、ダンパーの耐力係数Ｃと地震入力エネルギーの等価速度ＶEである。しかし、建物基礎部に近い層の耐力係数が一般的には０．２程度であることを考えると、ダンパーの耐力係数Ｃを０．１に近い値に高めると、予め耐力が小さい層を作るという条件が崩れてしまう。本発明の構法では、地震入力エネルギーの過半を中間免震層に集中するのであり、中間免震層を単層から複層にすることは、中間免震層にとっては図４において地震入力エネルギーの等価速度ＶE をシフトしたと同等の効果が得られる。中間免震層９を複層とすることで、中間免震層９各々に対しては地震入力エネルギーが小さくなったと同等の効果を持ち、前記層間変形δも小さくなるものである。
【００２４】
なお、前記層間変形δは、主要パラメータとして、地震入力エネルギーの等価加速度ＶEと中間免震層９に設置するダンパーの耐力係数Ｃとを用いた、（３）式に表すことが出来る。
【００２５】
【数１】
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【００２６】
上述する中間免震層９について、限界地震（ＪＭＡ神戸８１８gal）を想定し、中間免震層９が第３層１ｂのみの場合と、第２層１ａ、第３層１ｂの連続設置された場合で検討を行った。第３層１ｂに設けられた該中間免震層９の位置は、建築物１の全重量に対する中間免震層９より上層の重量の比が０．７９となる位置である。また、固有周期は４秒、ダンパーの耐力が建築物の全重量に対して４％に相当する値となる履歴系ダンパーを採用している。
【００２７】
図５に示すように、建築物１における各層のエネルギーの分布を見ると、第３層１ｂのみに中間免震層９がある場合に、単層の中間免震層９に係るエネルギーが、第２層１ａ、第３層１ｂの連続設置の場合では、２層の中間免震層９各々に分散している様子が分かる。
【００２８】
図６に示すように、建築物１における層せん断力Ｑも低減しており、第３層１ｂのみに中間免震層９がある場合には、層間変形δが約２０cmだったのに対して、第２層１ａ、第３層１ｂの連続設置の場合には、層間変形δが１０cm程度に制御できる結果となった。
【００２９】
なお、図７に示すとおり、第３層１ｂのみに中間免震層９を設けた場合、及び第２層１ａ、第３層１ｂの連続設置の場合のいずれにおいても、各層の塑性率は１以下で、中間免震層９以外では損傷を回避することができる。
【００３０】
上述する構成によれば、中間層免震構造２の特徴である地震入力エネルギーの過半を中間免震層９に集中させる機能を保持した状態で、層間変形δを大幅に減少することが可能となる（図３参照）。
【００３１】
また、層間変形δが減少できることにより、内外装材の変形追従性に対する条件を緩和することが可能となり、図２、図３に示すように外装サッシュ部７の梁近傍にガスケット１２を設ける等による対応を施すことが可能となる。
【００３２】
さらに、層間変形δが減少することにより中間免震層９に発生するせん断変形量δも減少することから、積層ゴム１１の変形量も減少しバネ要素の損傷低減にも寄与されることとなる。
【００３３】
約１０cm程度の層間変形δは、柱寸法の１／６〜１／８程度に相当し、中間層免震構造２で懸念される床落下等への対策も不要となる。
【００３４】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態で用いられる前記免震装置１０は、変形性能及び復元力性能を有するアイソレーターとして積層ゴム１１と、減衰性能を有する図示しないダンパーとを用いた積層ゴム免震装置１０ａと、地震時の水平力を低減する滑り支承１３を用いた滑り支承免震装置１０ｂと、を併用している。（図８、図９参照）。
【００３５】
前記滑り支承１３は、ステンレス１３ａと潤滑材１３ｂを密着させることにより、一定の摩擦力以上になると密着面に滑りが生じ、滑り後は剛性が０となる機構である。
【００３６】
中間免震層９より上部に位置する建築物１の全重量に係る滑り支承免震装置１０ｂの重量分担率をαとすると、前記免震装置１０として積層ゴム免震装置１０ａと滑り支承免震装置１０ｂを併用した場合の固有周期ＴRは（４）式で表すことができる。
【００３７】
ＴR  ＝  Ｔ／（１−α）1/2              ・・・・・・・（４）
降伏せん断力係数  ＝  μα
Ｔ：積層ゴム免震装置１０ａのみの固有周期
μ：滑り支承の摩擦係数
【００３８】
また、積層ゴム免震装置１０ａのみの場合の固有周期がＴ＝２秒と３秒、前記滑り支承１３の摩擦係数がμ＝０．０８と０．１の場合における、積層ゴム免震装置１０ａと滑り支承免震装置１０ｂを併用した場合の固有周期ＴRと降伏せん断力係数の関係を、図１０に示す。
これを見ると、前記滑り支承免震装置１０ｂと、前記積層ゴム免震装置１０ａの併用は、固有周期を長くするとともに、滑り支承１３が有する摩擦係数より小さい降伏せん断力係数を持つ中間免震層９を実現することが可能となる。
【００３９】
しかし、図１１に示すように地震応答と固有周期の関係は、固有周期が長くなると層間変形δが大きくなることがわかる。したがって、滑り支承免震装置１０ｂの数を増やしすぎると、固有周期が長くなるため、建築物１への地震入力エネルギーは減じるものの、中間免震層９の層間変形δは大きくなる、といった逆効果を生じることが想定される。
したがって、このような状況を鑑み、層間変形δが大きくならないような、中間免震層９に設置する免震装置１０の全数に対する、前記滑り支承免震装置１０ｂの配置の割合を前記重量分担率αを用いて決定する。
【００４０】
以下に、該重量分担率αの決定方法を示す。第１の実施の形態と同様に、限界地震（ＪＭＡ神戸８１８gal）を想定し、中間免震層９において上述する積層ゴム免震装置１０ａと、滑り支承免震装置１０ｂの併用を考慮した場合を検討するが、その条件は次の通りである。
【００４１】
図１３に示すように、第２の実施の形態における建築物１の平面は、桁行方向１ｃが１３スパン、張間方向１ｄが６スパンであり、前記免震装置１０の設置個所は１フロアにつき全部で９８箇所となる。
また、第１の実施の形態と同様に、連続した２層の中間免震層９の位置は、中間免震層９より上の重量が建築物全体に対して０．７９となる高さ位置にあり、ここで用いる積層ゴム１１は、前記免震装置１０として前記積層ゴム免震装置１０ａのみを用いた場合に、固有周期が４秒となるバネ定数のものを用いている。
【００４２】
なお、前記積層ゴム１１は、第１の実施の形態で用いたものと同じ部材によりなるもので、せん断変形を受ける際の変形能力は約３００％程度である。したがって、積層ゴム１１は、少なくとも発生する層間変形δの１／３程度の高さを持つものとする。
【００４３】
図１２に、積層ゴム免震装置１０ａと滑り支承免震装置１０ｂを併用した場合における、積層ゴム１１の高さと滑り支承免震装置１０ｂの重量分担率αの関係を示す。前記滑り支承免震装置１０ｂの重量分担率αを大きくするに従い、前記積層ゴム１１の高さｈをより低くすることが可能となることがわかる。しかし、前述するように、積層ゴム１１の高さは、下限が層間変形δの１／３程度との条件を考慮する必要がある。
【００４４】
第２の実施の形態では、層間変形δを約１０cmに押さえるものと想定すると、積層ゴム１１の高さｈの下限値は約４cm前後と考えられる。従って、前記滑り支承免震装置１０ｂの重量分担率αは図１２より、０．４程度と判断できる。
また、このときの前記積層ゴム免震装置１０ａに用いる最適な積層ゴム１１としては、第１の実施の形態で用いられていたゴム厚５mmで１４段のもの（ｈ1）から、ゴム厚５mmで８段のもの（ｈ2）が選択でき、積層ゴム１１の高さが大きく低減されることとなる（図８、参照）。
このような結果から、第２の実施の形態において、前記積層ゴム免震装置１０ａおよび前記滑り支承免震装置１０ｂは、前記滑り支承免震装置１０ｂの重量分配率αが０．４の時が最適であるため、前記積層ゴム免震装置１０ａは５８機、前記滑り支承免震装置１０ｂは４０機配置されることとなる。
なお、これら積層ゴム免震装置１０ａ及び滑り支承免震装置１０ｂの配置位置は、状況に応じて適宜決められればよいが、建物平面に対し積層ゴムと滑り支承をバランス良く配置することである。
【００４５】
また、図１４より各層における層せん断力係数の分布、および図１５より各層における層間変形角の分布を見ても中間免震層に前記積層ゴム免震装置１０ａのみを用いた場合とほぼ近似の地震応答結果が得られている。
【００４６】
上述する構成によれば、中間免震層９は、「所望の免震特性」を満足するように前記積層ゴム免震装置１０ａおよび前記滑り支承免震装置１０ｂを併用して構築することにより、前記積層ゴム免震装置１０ａに用いる積層ゴム１１の高さを必要最低限に押さえることが可能となるため、コスト低減に大きく寄与することとなる。
【００４７】
これにより、免震装置１０の高さが低くなるとともに、層間変形δについても低減されるため、雨仕舞い８等の外装部も小さくなり、仕上げ工事を簡略にすることが可能となる。
【００４８】
また、耐震改修工法として、中間層免震構造２を採用する場合においては、前記免震装置１０を設けるためにカットする柱高さが半減するため、廃棄物が減少する等の効果を有することとなる。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１、２記載の建築物の中間層免震構造によれば、変形性能及び復元力性能を有するアイソレーターと、減衰性能を有するダンパーとを有する免震装置が建築物の中間層に設けられて中間免震層が形成されており、免震装置による固有周期を２〜４秒とした建築物の中間層免震構造において、建築物の全重量に対する前記中間免震層より上層の重量合計が０．７以上となる位置に、中間免震層が連続して複数層設けられていること、前記免震装置を構成するダンパーの耐力が、建物の全重量の４〜６％に当たる値であることから、中間層免震構造の特徴である地震入力エネルギーの過半を中間免震層に集中させる機能を保持した状態で層間変形δを大幅に減少することが可能となることにより、内外装材の変形追従性に対する条件を緩和することが可能となる。
【００５０】
請求項３記載の建築物の中間層免震構造によれば、前記中間免震層における外装部の梁幅内にガスケット等を用いた接続ができ、内外装材の変形追従を最小限にすることが可能となる。
【００５１】
請求項４、５記載の建築物の中間層免震構造によれば、前記免震装置が、積層ゴムと、滑り支承とを併用してなること、前記積層ゴムと滑り支承との併用の割合が、前記中間免震層の固有周期が２〜４秒となるように決定することから、積層ゴムの高さを必要最低限に押さえることが可能となるため、コスト低減に大きく寄与することとなる。また、免震装置の高さが低く、層間変形δについても低減できるので、雨仕舞い等の外装部が小さくなり、仕上げ工事を簡略にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る中間層免震構造による建築物の概況を示す図である。
【図２】  本発明に係る層間変形前の中間免震層の詳細を示す図である。
【図３】  本発明に係る層間変形後の中間免震層の詳細を示す図である。
【図４】  本発明に係る層間変形とダンパーの耐力係数の関係を示すグラフである。
【図５】  本発明に係る履歴エネルギーと階層の関係を示すグラフである。
【図６】  本発明に係る層せん断力と階層の関係を示すグラフである。
【図７】  本発明に係る塑性率と階層の関係を示すグラフである。
【図８】  本発明に係る積層ゴム免震装置層の詳細を示す図である。
【図９】  本発明に係る滑り支承免震装置の詳細を示す図である。
【図１０】  本発明に係る重量分担率と固有周期の関係を示すグラフである。
【図１１】  本発明に係る固有周期と地震入力エネルギーの関係を示すグラフである。
【図１２】  本発明に係るを積層ゴム高さと滑り支承の重量分担率の関係を示すグラフである。
【図１３】  本発明に係る中間免震層の平面を示す図である。
【図１４】  本発明に係る層せん断力係数と階層の関係を示すグラフである。
【図１５】  本発明に係る層間変形角と階層の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  建築物
１ａ  第２層
１ｂ  第３層
２  中間層免震構造
３  天井
４  床
５  柱
６  梁
７  サッシュ部
８  雨仕舞い
９  中間免震層
１０  免震装置
１０ａ  積層ゴム免震装置
１０ｂ  滑り支承免震装置
１１  積層ゴム
１２  ガスケット
１３  滑り支承
１３ａ  ステンレス
１３ｂ  潤滑材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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】
0003742899.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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