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技術 免震建物

出願人 清水建設株式会社
発明者 半澤徹也
出願日 2015年12月21日 (4年6ヶ月経過) 出願番号 2015-248994
公開日 2017年6月29日 (3年0ヶ月経過) 公開番号 2017-115325
状態 特許登録済
技術分野 異常な外部の影響に耐えるための建築物 屋根構造
主要キーワード 仮想円弧 滑り荷重 支承板 球継手 仮想球面 屋根支 トラス部材 水平動
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年6月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

大スパンの大屋根架構であっても、地震時に安定的に支持することができる免震建物を提供する。

解決手段

免震建物1は、下部構造物2に支持された下側積層ゴム支承7と、下側積層ゴム支承7上に載置された支持体8と、支持体8上において下部構造物2の幅方向の両側に載置されるとともに、上面が下方に向かって膨らむ第一仮想円弧S1に沿って配置された複数の上側積層ゴム支承9と、下面が複数の上側積層ゴム支承9の上面と対応して第一仮想円弧S1に沿って形成され、上側積層ゴム支承9の上面に支持された上部構造物3Aと、を備えることを特徴とする。

概要

背景

一般に、大空間を覆う大屋根大梁は、支点を固定するか、または滑り支承で支持されている。例えば、トラス構造屋根架構を、屋根支承部において下部構造に支持させる建物で、屋根支承部として、下部構造に支持されるベースプレートと、トラス構造を構成するトラス部材集合する節点に配置された球継手と、を備えたものが提案されている(下記特許文献1参照)。この構造は、地震時に、屋根架構を滑動させ、滑り荷重以上の荷重は生じさせず、下部構造が負担する地震力を抑える構成とされている。

また、ゴム板鋼板とを交互に重ねて接着した積層ゴムと、ダンパーとを併用した免震装置も知られている。この免震装置は、地震時の変位量を抑制することができる構成である。

概要

大スパンの大屋根架構であっても、地震時に安定的に支持することができる免震建物を提供する。免震建物1は、下部構造物2に支持された下側積層ゴム支承7と、下側積層ゴム支承7上に載置された支持体8と、支持体8上において下部構造物2の幅方向の両側に載置されるとともに、上面が下方に向かって膨らむ第一仮想円弧S1に沿って配置された複数の上側積層ゴム支承9と、下面が複数の上側積層ゴム支承9の上面と対応して第一仮想円弧S1に沿って形成され、上側積層ゴム支承9の上面に支持された上部構造物3Aと、を備えることを特徴とする。

目的

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大スパンの大屋根架構であっても、地震時に安定的に支持することができる免震建物を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
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請求項1

下部構造物と、下部構造物に支持された下側積層ゴム支承と、該下側積層ゴム支承上に載置された支持体と、該支持体上において前記下部構造物の幅方向の両側に載置されるとともに、上面が下方に向かって膨らむ第一仮想円弧に沿って配置された複数の上側積層ゴム支承と、下面が複数の前記上側積層ゴム支承の前記上面と対応して前記第一仮想円弧に沿って形成され、前記上側積層ゴム支承の上面に支持された上部構造物と、を備えることを特徴とする免震建物

請求項2

前記支持体は、上面が下方に向かって膨らみ、前記第一仮想円弧と略平行に、該第一仮想円弧の下方に位置する第二仮想円弧に沿って形成されていることを特徴とする請求項1に記載の免震建物。

請求項3

複数の前記上側積層ゴム支承の上面は、複数の前記第一仮想円弧で構成される球面上に沿って配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の免震建物。

請求項4

前記下部構造物は、柱であり、前記上部構造物は、屋根を支持する梁であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の免震建物。

技術分野

0001

本発明は、免震建物に関するものである。

背景技術

0002

一般に、大空間を覆う大屋根大梁は、支点を固定するか、または滑り支承で支持されている。例えば、トラス構造屋根架構を、屋根支承部において下部構造に支持させる建物で、屋根支承部として、下部構造に支持されるベースプレートと、トラス構造を構成するトラス部材集合する節点に配置された球継手と、を備えたものが提案されている(下記特許文献1参照)。この構造は、地震時に、屋根架構を滑動させ、滑り荷重以上の荷重は生じさせず、下部構造が負担する地震力を抑える構成とされている。

0003

また、ゴム板鋼板とを交互に重ねて接着した積層ゴムと、ダンパーとを併用した免震装置も知られている。この免震装置は、地震時の変位量を抑制することができる構成である。

先行技術

0004

特開2001−152696号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記の特許文献1に記載の免震建物では、屋根架構を単に滑動させるだけであり、変位量が過大になってしまう可能性がある。
また、大スパンの建物に、積層ゴムと、ダンパーとを併用した免震装置を設置すると、積層ゴムの配置位置によっては、積層ゴムが大屋根の大梁に生じる応力を受け、積層ゴムに引張力が生じる場合がある。積層ゴムは、積層ゴム自体に圧縮力が作用する状態で、力学的特性が期待されているため、地震時に引張力が生じることは好ましくない。よって、大スパンの建物では、地震時に、引張力が生じた積層ゴムが大屋根を安定的に支持することができないという問題点がある。

0006

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大スパンの大屋根架構であっても、地震時に安定的に支持することができる免震建物を提供する。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る免震建物は、下部構造物と、下部構造物に支持された下側積層ゴム支承と、該下側積層ゴム支承上に載置された支持体と、該支持体上において前記下部構造物の幅方向の両側に載置されるとともに、上面が下方に向かって膨らむ第一仮想円弧に沿って配置された複数の上側積層ゴム支承と、下面が複数の前記上側積層ゴム支承の前記上面と対応して前記第一仮想円弧に沿って形成され、前記上側積層ゴム支承の上面に支持された上部構造物と、を備えることを特徴とする。

0008

このように構成された免震建物では、複数の上側積層ゴム支承は、支持体上において下部構造物の幅方向の両側に載置されるとともに、上面が下方に向かって膨らむ第一仮想円弧に沿って配置されている。上部構造物の下面は、上側積層ゴム支承の上面と対応して第一仮想円弧に沿って形成され、上側積層ゴム支承の上面に支持されている。よって、地震時には、上側積層ゴム支承が第一仮想円弧に沿って変形し、上部構造物が第一仮想円弧に沿って回転移動するため、上部構造物の端部に作用する曲げモーメントが抑制され、上側積層ゴム支承に生じる引張力が緩和される。
また、水平力については、上側積層ゴム支承及び下側積層ゴム支承がそれぞれ、並進運動することで、免震性能を発揮することができる。したがって、地震時に、免震建物を安定的に支持することができる。

0009

また、本発明に係る免震建物では、前記支持体は、上面が下方に向かって膨らみ、前記第一仮想円弧と略平行に、該第一仮想円弧の下方に位置する第二仮想円弧に沿って形成されていることが好ましい。

0010

このように構成された免震建物では、支持体は、上面が下方に向かって膨らみ、第一仮想円弧と略平行に、第一仮想円弧の下方に位置する第二仮想円弧に沿って形成されている。つまり、支持体上に載置される上側積層ゴム支承の下面は、第一仮想円弧と略平行な第二仮想円弧に沿って形成されている。よって、上側積層ゴム支承の上面及び下面は、略平行に形成されているため、平板状に形成された鋼板と平板状に形成された鋼板とを交互に積層するだけの簡易な構成で上側積層ゴム支承を構成することができる。

0011

また、本発明に係る免震建物は、複数の前記上側積層ゴム支承の上面は、複数の前記第一仮想円弧で構成される球面上に沿って配置されていてもよい。

0012

このように構成された免震建物では、地震時には、上側積層ゴム支承が複数の前記第一仮想円弧で構成される球面に沿って変形するため、上部構造物の端部に作用する曲げモーメントが効果的に抑制され、上側積層ゴム支承に生じる引張力が効果的に緩和される。

0013

また、本発明に係る免震建物は、前記下部構造物は、柱であり、前記上部構造物は、梁であってもよい。

0014

このように構成された免震建物では、地震時には、柱が屋根を支持する梁を安定的に支持することができる。

発明の効果

0015

本発明に係る免震建物によれば、大スパンの大屋根架構であっても、地震時に安定的に支持することができる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の一実施形態の免震建物の下部構造物の配置を模式的に示した平面図である。
本発明の一実施形態の免震建物の構成を模式的に示した立面図である。
図2のA部拡大図である。
本発明の一実施形態の免震建物の下部構造物と上部構造物との接合部分の分解斜視図である。
本発明の一実施形態の免震建物の上側積層ゴム支承の構成を示す正面図である。
従来の免震建物の地震時の鉛直方向の挙動を説明する図である。
従来の免震建物において、積層ゴム支承に引張力が発生する様子を示す図である。
本発明の一実施形態の免震建物において、発生する曲げモーメントを説明する図である。
本発明の一実施形態の免震建物において、下部構造物と上部構造物との接合部分の並進運動を示す図である。
本発明の一実施形態の変形例の免震建物の構成を模式的に示した要部の立面図である。

実施例

0017

本発明の一実施形態に係る免震建物について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態の免震建物の下部構造物の配置を模式的に示した平面図である。
図1に示すように、免震建物1は、柱(下部構造物)2間のスパンが100m程度の大スパンの建物である。
便宜上、水平方向の一方向をX方向とし、X方向と直交する水平方向をY方向とする。

0018

図2は、免震建物1の構成を模式的示し、X方向に沿った(Y方向から見た)立面図である。
図1及び図2に示すように、柱2は、X方向に2列、Y方向に2列、合計4箇所に設けられている。なお、柱2の配置位置、本数等は適宜設定可能である。

0019

X方向に離間した柱2間には、大梁(上部構造物)3Aが架設されている。本実施形態では、大梁3Aは、鋼材等によりトラス構造で構成されている。この大梁3Aが大屋根5を支持し、大屋根5の下方に大空間Tが形成されている。

0020

大梁3Aは、X方向に延びる上弦材31と、上弦材31の下方に配置されX方向に延びる下弦材32と、上弦材31と下弦材32とを鉛直方向から傾いた斜め方向に連結する斜材33と、上弦材31と下弦材32とを鉛直方向に連結する鉛直材34と、を有している。

0021

図3は、図2のA部拡大図である。図4は、免震建物1の柱2と大梁3Aとの接合部分の分解斜視図である。
図3及び図4に示すように、大梁3Aにおける柱2との接合部分には、曲がり部材4が設けられている。ここで、柱2の中心軸(柱2の平面視における中心(X方向の中心線とY方向の中心線の交点)を通る鉛直方向の軸)上の点P1を中心として、下方に膨らむ仮想円弧(第一仮想円弧)S1を形成する。複数の仮想円弧S1により、仮想球面B1を形成する。曲がり部材4の下面4Bは、この仮想球面B1上に配置されている。

0022

本実施形態では、曲がり部材4は、例えば一対の鋼材41が略直交に配置され、互いに溶接されて構成されている。各鋼材41は、下面4Bが仮想球面B1に沿うように形成されている。

0023

図1に示すように、Y方向に離間した柱2間には、大梁3Bが架設されている。なお、大梁3B間にも、大梁3Aのようなトラス構造の梁が架設されていてもよい。

0024

図3及び図4に示すように、柱2と大梁3Aとの間には、免震装置6が設置されている。免震装置6は、柱2の上面2Tに設置される複数の下側積層ゴム支承7及びダンパー(不図示。以下同じ。)と、下側積層ゴム支承7の上面に設置される支持部材(支持体)8と、支持部材8の上面8Tに設置される複数の上側積層ゴム支承9及びダンパー(不図示。以下同じ。)と、を有している。

0025

各下側積層ゴム支承7は、柱2の上面2Tに固定される下部支承板71と、支持部材8の下面8Bに固定される上部支承板72、下部支承板71と上部支承板72との間に介装された積層ゴム73と、を有している。下部支承板71及び上部支承板72は、平板状に形成されている。積層ゴム73は、平板状の鋼板(不図示)と平板状のゴム(不図示)とが交互に積層されたものである。

0026

ここで、柱2の中心軸上の点P2を中心として、下方に膨らむ仮想円弧(第二仮想円弧)S2を形成する。複数の仮想円弧S2により、仮想球面B2を形成する。支持部材8の上面8Tは、この仮想球面B2上に配置されている。

0027

本実施形態では、支持部材8は、例えば一対の鋼材81が略直交に配置され、互いに溶接されて構成されている。各鋼材81は、上面8Tが仮想球面B2に沿うように形成されている。

0028

各上側積層ゴム支承9は、支持部材8の上面8Tに固定される下部支承板91と、大梁3Aの曲がり部材4の下面4Bに固定される上部支承板92と、下部支承板91と上部支承板92との間に介装された積層ゴム93と、を有している。

0029

図5は、免震建物1の上側積層ゴム支承9の構成を示す正面図である。
図5に示すように、下部支承板91の下面91Bは、支持部材8の上面8T(仮想球面B2)に沿って下方に膨らむ球面状に形成されている。上部支承板92の上面92Tは、大梁3Aの曲がり部材4の下面4B(仮想球面B1)に沿って下方に凹む球面状に形成されている。積層ゴム93は、平板状の鋼板(不図示)と平板状のゴム(不図示)とが交互に積層されたものである。

0030

次に、上記の免震建物1の地震時の挙動について説明する。
まず、本発明のように積層ゴムが上下に分かれて2層に配置されていない、従来の構成、つまり柱2Xと大梁3Xとの間に一層の積層ゴム支承が配置された場合の挙動について説明する。

0031

図6は、従来の免震建物1の地震時の鉛直方向の挙動を説明する図である。
図6に示すように、地震時には、屋根の自重または上下地震動による屋根面応答により、大梁3Xの端部3Yには大きな曲げモーメントが作用する。

0032

図7は、従来の免震建物において、積層ゴム支承6Xに引張力が発生する様子を示す図である。
図7に示すように、大梁3Xの端部3Yに作用する曲げモーメントを負担するために、積層ゴム支承6Xには鉛直力が生じ、一端部6Y側には引張力が作用する。

0033

図8は、上記に示す免震建物1において、作用する曲げモーメントを説明する図である。図9は、上記に示す免震建物1において、柱2と大梁3Aとの接合部分の並進運動を示す図である。
図8に示すように、上側積層ゴム支承9が仮想球面B1に沿って変形するため、免震建物1では大梁3Aの端部3Zに作用する曲げモーメントは抑えられるとともに、上側積層ゴム支承9に生じる引張力が緩和される。一方、地震時の水平動については、図9に示すように並進運動が可能であり、免震性能を発揮することができる。

0034

このように構成された免震建物1では、複数の上側積層ゴム支承9は、支持部材8上において柱2のX方向及びY方向(幅方向)の両側に載置されるとともに、上面92Tが下方に向かって膨らむ仮想球面B1に沿って配置されている。大梁3Aの下面4Bは、上側積層ゴム支承9の上面92Tと対応して仮想球面B1に沿って形成され、上側積層ゴム支承9の上面92Tに支持されている。よって、地震時には、上側積層ゴム支承9が仮想球面B1に沿って変形し、大梁3Aが仮想球面B1に沿って回転移動するため、大梁3Aの端部3Zに作用する曲げモーメントが抑制され、上側積層ゴム支承9に生じる引張力が緩和される。したがって、柱2が大屋根5を支持する大梁3Aを安定的に支持することができる。
また、水平力については、上側積層ゴム支承9及び下側積層ゴム支承7がそれぞれ、並進運動することで、免震性能を発揮することができる。したがって、地震時に、免震建物1を安定的に支持することができる。

0035

また、支持部材8は、上面8Tが下方に向かって膨らみ、仮想球面B1と略平行に、仮想球面B1の下方に位置する仮想球面B2に沿って形成されている。つまり、支持部材8上に載置される上側積層ゴム支承9の下面91Bは、仮想球面B1と略平行な仮想球面B2に沿って形成されている。よって、上側積層ゴム支承9の上面92T及び下面91Bは、略平行に形成されているため、平板状に形成された鋼板と平板状に形成された鋼板とを交互に積層するだけの簡易な構成で上側積層ゴム支承9を構成することができる。

0036

(変形例)
次に、本発明の変形例について、主に図10を用いて説明する。
以下の変形例において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図10は、本発明の一実施形態の変形例の免震建物の構成を模式的に示した要部の立面図である。
図10に示すように、免震建物1Aでは、柱2の上部には、柱側曲がり部材10が設けられている。柱2の中心軸上の点を中心として、上方に膨らむ仮想円弧S3を形成する。複数の仮想円弧S3により、仮想球面B3を形成する。下側積層ゴム支承7Aの下面7Cは、柱側曲がり部材10の上面に沿って上方に凹む球面状に形成されている。支持部材8Aの下面8Cは、上方に膨らむ球面状に形成されている。下側積層ゴム支承7Aの上面は、支持部材8Aの下面8Cに沿って上方に膨らむ球面状に形成されている。積層ゴム73は、平板状の鋼板と平板状のゴムとが交互に積層されたものである。

0037

大きな地震や、大断面のメガ柱であって柱2間のスパンが大きい場合、またはメガ柱の頂部の回転量が大きい場合には、免震装置6Aには大きな回転量が求められる。この場合、免震建物1Aでは、上側積層ゴム支承9及び下側積層ゴム支承7Aがそれぞれ変形するため、大梁3Aの端部3Zに作用する曲げモーメントがさらに抑制され、上側積層ゴム支承9に生じる引張力がより緩和される。

0038

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

0039

例えば、上記に示す実施形態では、上側積層ゴム支承9の下面91Bが仮想球面B2上に配置されているが、本発明はこれに限られない。X方向に沿う断面が同一の円弧状をなす半月状に沿って、上側積層ゴム支承の下面が配置されていてもよい。

0040

1…免震建物
2…柱(下部構造物)
3A…大梁(上部構造物)
4…曲がり部材
5…大屋根
6…免震装置
7…下側積層ゴム支承
8…支持部材(支持体)
9…上側積層ゴム支承
S1…仮想円弧(第一仮想円弧)
S2…仮想円弧(第二仮想円弧)
B1…仮想球面(球面)

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