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JP7423901B2 - Structure and structure design method - Google Patents
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Description

本発明は、構造体、及び、構造体の設計方法に関する。 The present invention relates to a structure and a method of designing a structure.

免震装置を備えた構造体として、特許文献1には、上部構造と下部構造との間に滑り支承と弾性支承とを重ねて配置するとともに、滑り支承による滑り量の増大とともに抵抗力が増加する抵抗部材を、上部構造の壁部と下部構造の壁部との間に設けた構造体が記載されている。 As a structure equipped with a seismic isolation device, Patent Document 1 discloses that a sliding bearing and an elastic bearing are arranged overlappingly between an upper structure and a lower structure, and that the resistance force increases as the amount of sliding due to the sliding bearing increases. A structure is described in which a resistance member is provided between a wall of an upper structure and a wall of a lower structure.

特許昭63-32036号公報Patent No. 63-32036

上述したような構造体では、滑り量の増大とともに抵抗部材の抵抗力が増加するため、外力の入力レベルに応じて好適な制御を行うことができないおそれがあった。例えば、一般的な免震周期とされる3~5秒を超える、免震周期が10秒以上の超長周期免震を実現することが困難であった。また、設計レベルを超えるような過大入力に対しては対応できなかった。 In the structure described above, the resistance force of the resistance member increases as the amount of slip increases, so there is a possibility that suitable control cannot be performed in accordance with the input level of external force. For example, it has been difficult to achieve ultra-long-period seismic isolation with a seismic isolation period of 10 seconds or more, which exceeds the typical seismic isolation period of 3 to 5 seconds. Furthermore, it was not possible to deal with excessive input that exceeded the design level.

本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、その目的は、外力の入力レベルに応じて好適な制御を行うことにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to perform suitable control according to the input level of external force.

上記目的を達成するための主たる発明は、上部構造壁部を有する上部構造と、前記上部構造壁部に対して水平方向に所定寸法離間して対向する下部構造壁部を有する下部構造と、前記上部構造と前記下部構造との間に設けられ、前記上部構造を前記下部構造に対して水平方向に相対変位可能に支承する支承構造と、前記上部構造壁部と前記下部構造壁部との間に介設された介設部材であって、軸方向の一端が前記上部構造壁部又は前記下部構造壁部の一方に固定され、前記軸方向の他端が前記上部構造壁部又は前記下部構造壁部の他方に当接する介設部材と、を備えた構造体であって、前記介設部材は、外力により前記上部構造壁部と前記下部構造壁部とが接近する状態において、小地震や風荷重時における接近する変位量が0から第1変位量までの第1領域では、前記軸方向に弾性変形、すなわち、軸変形することにより、前記軸方向に所定剛性を有し、中地震や大地震における前記接近する変位量が前記第1変位量から当該第1変位量を超えた第2変位量までの第2領域では、前記軸方向と交差する面外方向に変形、すなわち、幾何学的非線形性を有することにより、前記軸方向に前記所定剛性よりも低い低減剛性を有し、設計レベルを超えた場合における前記接近する変位量が前記第2変位量を超えた第3領域では塑性変形することで地震エネルギーを吸収し、前記介設部材の水平方向の長さは、前記上部構造と前記下部構造が水平方向に相対変位していない状態において、前記上部構造と前記下部構造の水平方向の隙間の寸法と同じであり、前記介設部材は、変形後も弾性を維持することが可能であり、前記外力の方向が逆になることにより、前記上部構造と前記下部構造が水平方向に相対変位していない状態において、前記軸方向の他端が前記上部構造壁部又は前記下部構造壁部の他方に当接したまま元の状態に復元している、ことを特徴とする。

The main invention for achieving the above object includes: an upper structure having an upper structure wall; a lower structure having a lower structure wall facing the upper structure wall with a predetermined distance in the horizontal direction; A support structure provided between the upper structure and the lower structure and supporting the upper structure so as to be relatively displaceable in the horizontal direction with respect to the lower structure, and between the upper structure wall and the lower structure wall. an intervening member interposed in the upper structure wall, the other end in the axial direction being fixed to one of the upper structure wall part or the lower structure wall part, the other end in the axial direction being fixed to one of the upper structure wall part or the lower structure wall part; an intervening member that abuts the other wall, the intervening member being able to withstand a small earthquake or a In the first region where the amount of approaching displacement during wind load is from 0 to the first amount of displacement , elastic deformation in the axial direction, that is, axial deformation, provides a predetermined rigidity in the axial direction, and is suitable for moderate earthquakes and In a second region where the approaching displacement amount in a large earthquake extends from the first displacement amount to a second displacement amount exceeding the first displacement amount , deformation occurs in an out-of-plane direction intersecting the axial direction, that is, geometric In a third region where the reduced stiffness is lower than the predetermined stiffness in the axial direction due to the nonlinearity , and the approaching displacement amount exceeds the second displacement amount when exceeding the design level , The horizontal length of the intervening member is the same as that of the upper structure and the lower structure in a state where the upper structure and the lower structure are not displaced relative to each other in the horizontal direction. The dimension of the gap in the horizontal direction is the same as that of the horizontal gap, and the intervening member can maintain elasticity even after deformation, and by reversing the direction of the external force, the upper structure and the lower structure can be aligned horizontally. In a state in which there is no relative displacement in the direction, the other end in the axial direction is restored to its original state while remaining in contact with the other of the upper structure wall portion or the lower structure wall portion .

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。 Other features of the present invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本発明によれば、外力の入力レベルに応じて好適な制御を行うことができる。 According to the present invention, suitable control can be performed according to the input level of external force.

本実施形態の構造体1の構成を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a structure 1 according to the present embodiment. 緩衝材50の概略斜視図である。5 is a schematic perspective view of a cushioning material 50. FIG. 図3Aは、緩衝材50Aの履歴特性を示す図である。図3Bは、支承構造40が転がり支承である場合の履歴特性を示す図である。図3Cは、緩衝材50Bの履歴特性を示す図である。図3Dは、支承構造40と緩衝材50とを合わせた履歴特性を示す図である。FIG. 3A is a diagram showing the history characteristics of the cushioning material 50A. FIG. 3B is a diagram showing the history characteristics when the bearing structure 40 is a rolling bearing. FIG. 3C is a diagram showing the history characteristics of the cushioning material 50B. FIG. 3D is a diagram showing the combined history characteristics of the support structure 40 and the cushioning material 50. 図4A~図4Cは、揺れが比較的小さい第1領域での動作を示す説明図である。FIGS. 4A to 4C are explanatory diagrams showing operations in a first region where shaking is relatively small. 図5A~図5Cは、揺れが大きい第2領域での動作を示す説明図である。FIGS. 5A to 5C are explanatory diagrams showing operations in the second region where shaking is large. 図6A~図6Dは、揺れが非常に大きい第3領域での動作を示す説明図である。FIGS. 6A to 6D are explanatory diagrams showing the operation in the third region where the shaking is very large. 構造体1(主に緩衝材50)の設計方法を説明するためのフロー図である。FIG. 2 is a flowchart for explaining a method of designing the structure 1 (mainly the cushioning material 50). 緩衝材50の変位と荷重との関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the displacement of the buffer material 50 and the load. 図9A及び図9Bは、本実施形態のシステムを実際の建物に適用した場合を示す平面図である。9A and 9B are plan views showing the case where the system of this embodiment is applied to an actual building. 図10Aは、構造体1の変形例を示す図である。図10Bは、ダンパー80の履歴特性を示す図である。図10Cは、変形例の構成における全体の履歴特性を示す図である。FIG. 10A is a diagram showing a modification of the structure 1. FIG. 10B is a diagram showing the history characteristics of the damper 80. FIG. 10C is a diagram showing the overall history characteristics in the configuration of the modified example. 支承構造40が摩擦滑り支承である場合の履歴特性を示す図である。It is a figure which shows the history characteristic when the bearing structure 40 is a friction sliding bearing.

本明細書及び添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
上部構造壁部を有する上部構造と、前記上部構造壁部に対して水平方向に所定寸法離間して対向する下部構造壁部を有する下部構造と、前記上部構造と前記下部構造との間に設けられ、前記上部構造を前記下部構造に対して水平方向に相対変位可能に支承する支承構造と、前記上部構造壁部と前記下部構造壁部との間に介設された介設部材であって、軸方向の一端が前記上部構造壁部又は前記下部構造壁部の一方に固定され、前記軸方向の他端が前記上部構造壁部又は前記下部構造壁部の他方に当接する介設部材と、を備えた構造体であって、前記介設部材は、外力により前記上部構造壁部と前記下部構造壁部とが接近する状態において、接近する変位量が第1変位量までの第1領域では前記軸方向に所定剛性を有し、前記接近する変位量が前記第1変位量から当該第1変位量を超えた第2変位量までの第2領域では前記軸方向に前記所定剛性よりも低い低減剛性を有し、前記接近する変位量が前記第2変位量を超えた第3領域では塑性変形することを特徴とする構造体が明らかとなる。
このような構造体によれば、第1領域では、居住性やエキスパンションジョイントの健全性等を確保でき、第2領域では、免震周期の長周期化を図ることができ、第3領域では、フェイルセーフ機構を実現できる。これにより、外力の入力レベルに応じて好適な制御を行うことができる。
From the description of this specification and the attached drawings, at least the following matters will become clear.
an upper structure having an upper structure wall; a lower structure having a lower structure wall facing the upper structure wall with a predetermined distance in the horizontal direction; and a lower structure provided between the upper structure and the lower structure. a support structure that supports the upper structure so as to be relatively displaceable in the horizontal direction with respect to the lower structure; and an intervening member interposed between the upper structure wall and the lower structure wall. , an intervening member having one axial end fixed to one of the upper structure wall or the lower structure wall, and the other axial end abutting the other of the upper structure wall or the lower structure wall; , wherein the intervening member has a first region in which, in a state where the upper structure wall portion and the lower structure wall portion approach each other due to an external force, a displacement amount of the approaching portion is up to a first displacement amount. has a predetermined rigidity in the axial direction, and in a second region where the approaching displacement amount is from the first displacement amount to a second displacement amount that exceeds the first displacement amount, the axial direction has a predetermined rigidity than the predetermined rigidity. A structure is revealed which is characterized by having a low reduced stiffness and being plastically deformed in a third region where the approaching displacement amount exceeds the second displacement amount.
According to such a structure, in the first region, it is possible to ensure livability and the soundness of the expansion joint, in the second region, it is possible to increase the seismic isolation period, and in the third region, A fail-safe mechanism can be realized. Thereby, suitable control can be performed according to the input level of external force.

かかる構造体であって、前記介設部材は、前記第1領域及び前記第2領域において復元性を有することが望ましい。
このような構造体によれば、地震後の上部構造の残留変位を抑制することができる。
In such a structure, it is desirable that the intervening member has resilience in the first region and the second region.
According to such a structure, residual displacement of the upper structure after an earthquake can be suppressed.

かかる構造体であって、前記介設部材は、前記第1領域において前記軸方向に軸変形することが望ましい。
このような構造体によれば、下部構造に対する上部構造の変位を拘束することができ、居住性やエキスパンションジョイントの健全性を確保することができる。
In such a structure, it is preferable that the interposed member is axially deformed in the axial direction in the first region.
According to such a structure, displacement of the upper structure with respect to the lower structure can be restrained, and comfort and soundness of the expansion joint can be ensured.

かかる構造体であって、前記介設部材は、前記第2領域において前記軸方向と交差する方向に面外変形することが望ましい。
このような構造体によれば、面外変形することにより一定軸力下で軸方向に変形することができる。これにより第2領域の剛性(低減剛性)をより低くすることができ、長周期化や超長周期化が可能になる。
In such a structure, it is preferable that the interposed member deforms out of plane in a direction intersecting the axial direction in the second region.
According to such a structure, it is possible to deform in the axial direction under a constant axial force by deforming out of plane. This allows the stiffness (reduced stiffness) of the second region to be lowered, making it possible to lengthen the period or to make the period extremely long.

かかる構造体であって、前記介設部材は、中空の円筒部を有することが望ましい。
このような構造体によれば、第2領域において変形(面外変形)しやすい。
In such a structure, it is desirable that the intervening member has a hollow cylindrical portion.
According to such a structure, deformation (out-of-plane deformation) is likely to occur in the second region.

また、第1壁部を有する上部構造と、水平方向において前記第1壁部に対向する第2壁部を有する下部構造と、前記上部構造と前記下部構造との間に設けられ、前記上部構造を前記下部構造に対して水平方向に相対変位可能に支承する支承構造と、前記第1壁部と前記第2壁部の間に介設された介設部材であって、一端が前記第1壁部又は前記第2壁部の一方に固定され、他端が前記第1壁部又は前記第2壁部の他方に当接する介設部材と、を備えた構造体の設計方法であって、前記上部構造、前記下部構造、及び、前記支承構造の各種設計条件を定めるステップと、前記介設部材の設計を行うステップと、外力により前記上部構造壁部と前記下部構造壁部とが接近する状態において、接近する変位量が第1変位量までの第1領域では前記介設部材が前記軸方向に所定剛性を有し、前記接近する変位量が前記第1変位量から当該第1変位量を超えた第2変位量までの第2領域では前記介設部材が前記軸方向に前記所定剛性よりも低い低減剛性を有し、前記接近する変位量が前記第2変位量を超えた第3領域では前記介設部材が塑性変形することを確認するステップと、を有することを特徴とする構造体の設計方法が明らかとなる。 Further, an upper structure having a first wall portion, a lower structure having a second wall portion facing the first wall portion in the horizontal direction, and a lower structure provided between the upper structure and the lower structure, the upper structure a supporting structure that supports the lower structure so as to be relatively displaceable in the horizontal direction; and an intervening member interposed between the first wall part and the second wall part, the intervening member having one end attached to the first wall part. A method for designing a structure comprising: an intervening member fixed to one of a wall or the second wall, the other end of which abuts the other of the first wall or the second wall, determining various design conditions for the upper structure, the lower structure, and the supporting structure; designing the intervening member; and bringing the upper structure wall and the lower structure wall closer together due to an external force. In the state, the interposed member has a predetermined rigidity in the axial direction in a first region where the approaching displacement amount is up to the first displacement amount, and the approaching displacement amount is from the first displacement amount to the first displacement amount. In a second region up to a second displacement amount exceeding the second displacement amount, the interposed member has a reduced stiffness lower than the predetermined rigidity in the axial direction, and in a third region where the approaching displacement amount exceeds the second displacement amount. A method for designing a structure is made clear, comprising the step of confirming that the interposed member plastically deforms in the region.

===実施形態===
<構成について>
図1は、本実施形態の構造体1の構成を示す概略図である。また、図2は、緩衝材50の概略斜視図である。図1において水平方向の一方側(図において右側)をB側とし、他方側(図において左側)をA側とする。また、鉛直方向に沿った方向を上下方向とし、鉛直方向の上方側を上側とし、下方側を下側とする。
===Embodiment===
<About the configuration>
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a structure 1 of this embodiment. Moreover, FIG. 2 is a schematic perspective view of the cushioning material 50. In FIG. 1, one horizontal side (the right side in the figure) is the B side, and the other side (the left side in the figure) is the A side. Further, the direction along the vertical direction is defined as an up-down direction, the upper side in the vertical direction is defined as an upper side, and the lower side is defined as a lower side.

構造体1は、上部構造20と、下部構造30と、支承構造40と、緩衝材50とを備えている。 The structure 1 includes an upper structure 20, a lower structure 30, a support structure 40, and a cushioning material 50.

上部構造20は、例えば、建物、床、大型装置等の機器・構造物である。本実施形態の上部構造20は、水平方向の両端に側壁21(上部構造壁部に相当)を有している。なお、以下の説明において、上部構造20の水平方向のB側端の側壁21を側壁21Bともいい、上水平方向のA側端の側壁21を側壁21Aともいう(図1参照)。側壁21A、及び、側壁21Bは、上部構造20の側壁部分であり、鉛直方向(上下方向)に沿っている。 The superstructure 20 is, for example, a building, a floor, a device or structure such as a large device. The upper structure 20 of this embodiment has side walls 21 (corresponding to upper structure walls) at both ends in the horizontal direction. In the following description, the side wall 21 at the B side end in the horizontal direction of the upper structure 20 is also referred to as the side wall 21B, and the side wall 21 at the A side end in the upper horizontal direction is also referred to as the side wall 21A (see FIG. 1). The side wall 21A and the side wall 21B are side wall portions of the upper structure 20 and extend in the vertical direction (up and down direction).

下部構造30は、上部構造20を支えて荷重を地盤に伝達させる構造物であり、上部構造20の下方に設けられている。また、下部構造30は、水平方向において上部構造20の外側に延びており、その両端部に、それぞれ、上方に突出した擁壁31(下部構造壁部に相当)を有している。なお、以下の説明において、水平方向のB側端の擁壁31を擁壁31Bともいい、上水平方向のA側端の擁壁31を擁壁31Aともいう(図1参照)。擁壁31Bは、上部構造20の側壁21Bと対向しており、擁壁31Aは、上部構造20の側壁21Aと対向している。また、擁壁31Aと側壁21A、及び、擁壁31Bと側壁21Bとの間には、それぞれ、水平方向に所定寸法の隙間(隙間D)が設けられている。 The lower structure 30 is a structure that supports the upper structure 20 and transmits the load to the ground, and is provided below the upper structure 20. Further, the lower structure 30 extends outward from the upper structure 20 in the horizontal direction, and has retaining walls 31 (corresponding to lower structure walls) projecting upward at both ends thereof. In the following description, the retaining wall 31 at the B side end in the horizontal direction is also referred to as the retaining wall 31B, and the retaining wall 31 at the A side end in the upper horizontal direction is also referred to as the retaining wall 31A (see FIG. 1). The retaining wall 31B faces the side wall 21B of the upper structure 20, and the retaining wall 31A faces the side wall 21A of the upper structure 20. Further, a gap (gap D) of a predetermined size is provided in the horizontal direction between the retaining wall 31A and the side wall 21A, and between the retaining wall 31B and the side wall 21B.

支承構造40は、上部構造20の下面と下部構造30の上面との間(上下方向の隙間)に設けられており、上部構造20を下部構造30に対して水平方向に相対変位可能に支承している。本実施形態の支承構造40は、球体を用いた転がり支承であり、上部構造20や下部構造30に対しての摩擦力が非常に小さい。なお、転がり支承を構成する部材としては球体には限られず、例えば、ローラー等を用いていてもよい。 The support structure 40 is provided between the lower surface of the upper structure 20 and the upper surface of the lower structure 30 (a gap in the vertical direction), and supports the upper structure 20 so as to be relatively displaceable in the horizontal direction with respect to the lower structure 30. ing. The support structure 40 of this embodiment is a rolling support using spheres, and the frictional force against the upper structure 20 and the lower structure 30 is very small. Note that the member constituting the rolling support is not limited to a sphere, and for example, a roller or the like may be used.

緩衝材50(介設部材に相当)は、擁壁31と側壁21との間の隙間Dに設けられている。なお、以下の説明において、擁壁31Bと側壁21Bとの間に設けられた緩衝材50を緩衝材50Bともいい、擁壁31Aと側壁21Aとの間に設けられた緩衝材50を緩衝材50Aともいう(図1参照)。但し、緩衝材50Aと緩衝材50Bは同じ構成の部材であり、上部構造20に対して対称に配置されている。 The buffer material 50 (corresponding to an intervening member) is provided in the gap D between the retaining wall 31 and the side wall 21. In addition, in the following description, the buffer material 50 provided between the retaining wall 31B and the side wall 21B is also referred to as a buffer material 50B, and the buffer material 50 provided between the retaining wall 31A and the side wall 21A is also referred to as a buffer material 50A. Also called (see Figure 1). However, the cushioning material 50A and the cushioning material 50B are members having the same configuration and are arranged symmetrically with respect to the upper structure 20.

本実施形態の緩衝材50は、図2に示すように、円筒形状の円筒部51を有しており、円筒部51の内部には、中空部51aが軸方向に沿って設けられている。なお、本実施形態では、中空部51aは緩衝材50の軸方向の両端部を貫通しているが、これには限られず、例えば、中空部51aが緩衝材50の軸方向の一部に設けられていてもよい(緩衝材50の一部が円筒部51でもよい)。また、本実施形態の緩衝材50は、軸方向の両端部において径が異なっているが、これには限られず、径が一定であってもよい。 As shown in FIG. 2, the cushioning material 50 of this embodiment has a cylindrical portion 51 having a cylindrical shape, and a hollow portion 51a is provided inside the cylindrical portion 51 along the axial direction. In the present embodiment, the hollow portion 51a penetrates both ends of the cushioning material 50 in the axial direction, but the invention is not limited to this. For example, the hollow portion 51a may be provided in a part of the cushioning material 50 in the axial direction. (a part of the cushioning material 50 may be the cylindrical portion 51). Moreover, although the cushioning material 50 of this embodiment has different diameters at both ends in the axial direction, the diameter is not limited to this and may be constant.

構造体1において、緩衝材50は、軸方向が水平方向に沿うように設けられている。具体的には、緩衝材50の軸方向の一端(径が大きい側の端)は、不図示のフランジ(鋼製フランジ)等を介して下部構造30(具体的には擁壁31の内面)に固定されており、軸方向の他端(径が小さい側の端)は上部構造20(具体的には側壁21)に当接している。つまり、緩衝材50は、下部構造30に接合されているが、上部構造20には接合されていない。また、初期状態(上部構造20と下部構造30が水平方向に相対変位していない状態)において、緩衝材50の軸方向(ここでは水平方向)の長さは隙間Dの寸法と同じである。また、本実施形態の緩衝材50は、後述するように、入力地震動の大きさ(換言すると上部構造20と下部構造30との相対変位の大きさ)に応じて3段階に形状が変化する。 In the structure 1, the buffer material 50 is provided so that its axial direction is along the horizontal direction. Specifically, one end in the axial direction (the end on the larger diameter side) of the buffer material 50 is connected to the lower structure 30 (specifically, the inner surface of the retaining wall 31) via a flange (steel flange), etc. not shown. The other end in the axial direction (the end with the smaller diameter) is in contact with the upper structure 20 (specifically, the side wall 21). That is, the buffer material 50 is joined to the lower structure 30 but not to the upper structure 20. Further, in the initial state (the state in which the upper structure 20 and the lower structure 30 are not displaced relative to each other in the horizontal direction), the length of the cushioning material 50 in the axial direction (horizontal direction here) is the same as the dimension of the gap D. Further, as will be described later, the shape of the cushioning material 50 of this embodiment changes in three stages depending on the magnitude of input seismic motion (in other words, the magnitude of relative displacement between the upper structure 20 and the lower structure 30).

緩衝材50の性能(反力と吸収エネルギー)の一例を表1に示す。 Table 1 shows an example of the performance (reaction force and absorbed energy) of the buffer material 50.

Figure 0007423901000001
Figure 0007423901000001

図3Aは、緩衝材50Aの履歴特性を示す図であり、図3Bは、支承構造40が転がり支承である場合の履歴特性を示す図である。また、図3Cは、緩衝材50Bの履歴特性を示す図であり、図3Dは、支承構造40と緩衝材50(緩衝材50A及び緩衝材50B)とを合わせた履歴特性を示す図である。各図において、横軸は変位量(下部構造30に対する上部構造20の水平方向の変位量)を示しており、縦軸は、荷重の大きさを示している。 FIG. 3A is a diagram showing the hysteresis characteristics of the cushioning material 50A, and FIG. 3B is a diagram illustrating the hysteresis characteristics when the support structure 40 is a rolling bearing. Further, FIG. 3C is a diagram showing the history characteristics of the cushioning material 50B, and FIG. 3D is a diagram showing the history characteristics of the support structure 40 and the cushioning material 50 (the cushioning material 50A and the cushioning material 50B). In each figure, the horizontal axis indicates the amount of displacement (the amount of horizontal displacement of the upper structure 20 with respect to the lower structure 30), and the vertical axis indicates the magnitude of the load.

本実施形態の緩衝材50Aは、図3Aに示すように略台形の履歴特性を有している(この特性については後述する)。また、緩衝材50Bも、図3Cに示すように略台形の履歴特性を有している。なお、緩衝材50Aと緩衝材50Bは、同一構成であるとともに、水平方向において上部構造20に対して対称に配置されているため、その履歴特性は対称(原点に関して対称)である。 The cushioning material 50A of this embodiment has a substantially trapezoidal history characteristic as shown in FIG. 3A (this characteristic will be described later). Further, the cushioning material 50B also has a substantially trapezoidal history characteristic as shown in FIG. 3C. Note that the cushioning material 50A and the cushioning material 50B have the same configuration and are arranged symmetrically with respect to the upper structure 20 in the horizontal direction, so their history characteristics are symmetrical (symmetrical with respect to the origin).

支承構造40は、摩擦力がほとんど無い転がり支承であるので、図3Bに示すように変位量に関わらず、荷重が発生しない。 Since the support structure 40 is a rolling support with almost no frictional force, no load is generated regardless of the amount of displacement, as shown in FIG. 3B.

図3A~図3Cを合わせることにより、本実施形態の構造体1の履歴特性は図3Dのようになる。以下、本実施形態の構造体1の動作について説明する。 By combining FIGS. 3A to 3C, the history characteristics of the structure 1 of this embodiment are as shown in FIG. 3D. The operation of the structure 1 of this embodiment will be described below.

<動作について>
図4A~図4Cは、揺れが比較的小さい第1領域(風荷重時や小地震時)での動作を示す説明図である。
<About operation>
FIGS. 4A to 4C are explanatory diagrams showing operations in a first region where shaking is relatively small (during wind loads or small earthquakes).

まず、図4Aに示すように、B側の向きの外力(例えば地震力)を受けることにより、上部構造20が下部構造30に対して水平方向のB側に相対変位する(側壁21Bが擁壁31Bに接近する)。これにより、緩衝材50Aは上部構造20(側壁21A)と離間し、緩衝材50Bは上部構造20(側壁21B)によって軸方向に押されて弾性変形する。すなわち、緩衝材50Bは、軸方向に軸変形し、軸方向の長さが若干短くなる。このような変形が行われる領域のことを第1領域ともいう(図8参照)。第1領域では、緩衝材50(ここでは緩衝材50B)は、軸方向の剛性が高く、免震構造の水平変形を抑制する。 First, as shown in FIG. 4A, by receiving an external force (for example, an earthquake force) in the direction B, the upper structure 20 is displaced relative to the lower structure 30 in the horizontal direction B (the side wall 21B is a retaining wall). 31B). As a result, the cushioning material 50A is separated from the upper structure 20 (side wall 21A), and the cushioning material 50B is pushed in the axial direction by the upper structure 20 (side wall 21B) and elastically deforms. That is, the cushioning material 50B undergoes axial deformation in the axial direction, and its axial length becomes slightly shorter. The area where such deformation is performed is also referred to as a first area (see FIG. 8). In the first region, the buffer material 50 (here, the buffer material 50B) has high rigidity in the axial direction and suppresses horizontal deformation of the seismic isolation structure.

図4Bでは、地震力の方向が逆になることにより上部構造20が初期位置(初期状態)に戻っている。なお、初期位置に戻ることにより、緩衝材50Aは上部構造20と当接し、緩衝材50Bは元の形状(軸方向の長さが隙間Dの寸法と同じ長さ)に復元している。 In FIG. 4B, the superstructure 20 has returned to its initial position (initial state) due to the direction of the seismic force being reversed. Note that by returning to the initial position, the cushioning material 50A comes into contact with the upper structure 20, and the cushioning material 50B is restored to its original shape (the length in the axial direction is the same as the dimension of the gap D).

その後、さらにA側の向きの地震力を受けることにより、図4Cに示すように上部構造20が水平方向にA側に移動する。この場合の動作は図4Aと同様(但し、水平方向の向きが逆)であるので説明を省略する。 Thereafter, by further receiving an earthquake force in the direction of the A side, the upper structure 20 moves horizontally to the A side as shown in FIG. 4C. The operation in this case is the same as that in FIG. 4A (however, the horizontal direction is reversed), so the explanation will be omitted.

このように、風荷重時や小地震時(第1領域)では、緩衝材50は、軸方向の剛性が高く、軸方向に弾性変形(軸変形)する。これにより、不快な揺れを生じさせないようにでき、居住性を確保できる。また、エキスパンションジョイントの健全性等も確保できる。 As described above, during wind loads or small earthquakes (first region), the cushioning material 50 has high axial rigidity and undergoes elastic deformation (axial deformation) in the axial direction. This prevents unpleasant shaking and ensures comfortable living. In addition, the soundness of the expansion joint can be ensured.

図5A~図5Cは、揺れが大きい第2領域(中地震~大地震時)での動作を示す説明図である。 FIGS. 5A to 5C are explanatory diagrams showing operations in a second region (during medium to large earthquakes) where shaking is large.

図5Aでは、図4Aと比べて、上部構造20の水平方向B側への変位量が大きくなっている。すなわち、図4Aと比べて、上部構造20の側壁21Bが、下部構造30の擁壁31Bにより接近している。この際、図5Aに示すように、本実施形態の緩衝材50(ここでは緩衝材50B)は、所定の変位量δ(第1変位量に相当)を超えると、面外方向にも変形し、外側に膨らむ(形状が幾何学的非線形性を有する)。この変形が行われる領域のことを第2領域(図8参照)ともいう。第2領域では、緩衝材50Bの軸方向の剛性が、第1領域と比べて低くなる(低減剛性)。これにより、緩衝材50Bは、一定の荷重下で変位が増大する状態になり、上部構造20は、水平方向に移動しやすくなる。よって、軸方向のみに弾性変形し続ける場合と比べて、上部構造20に加えられる荷重(図5AにおいてXで示す部分の荷重)が低減される。なお、緩衝材50(緩衝材50A、緩衝材50B)として屈曲耐力の高い材料を使用することで、この変形後も弾性を維持することが可能であり、地震後の上部構造20の残留変位を抑制できる。 In FIG. 5A, the amount of displacement of the upper structure 20 in the horizontal direction B is larger than in FIG. 4A. That is, compared to FIG. 4A, the side wall 21B of the upper structure 20 is closer to the retaining wall 31B of the lower structure 30. At this time, as shown in FIG. 5A, the cushioning material 50 of this embodiment (here, the cushioning material 50B) deforms also in the out-of-plane direction when the predetermined displacement amount δ 1 (corresponding to the first displacement amount) is exceeded. and bulges outward (the shape has geometric nonlinearity). The area where this transformation is performed is also referred to as a second area (see FIG. 8). In the second region, the axial rigidity of the cushioning material 50B is lower than in the first region (reduced rigidity). As a result, the cushioning material 50B becomes in a state where its displacement increases under a constant load, and the upper structure 20 becomes easier to move in the horizontal direction. Therefore, compared to the case where elastic deformation continues only in the axial direction, the load applied to the upper structure 20 (the load indicated by X in FIG. 5A) is reduced. Note that by using a material with high bending strength as the buffer material 50 (buffer material 50A, buffer material 50B), it is possible to maintain elasticity even after this deformation, and the residual displacement of the superstructure 20 after an earthquake can be reduced. It can be suppressed.

図5Bでは、地震力の方向が逆になることにより上部構造20と下部構造30の位置関係が初期状態に戻っており、緩衝材50Aが上部構造20(側壁21A)と当接している。また、緩衝材50Bは弾性を維持しているので、側壁21Bと当接したまま元の形状に復元している。 In FIG. 5B, the direction of the seismic force is reversed, so that the positional relationship between the upper structure 20 and the lower structure 30 has returned to the initial state, and the buffer material 50A is in contact with the upper structure 20 (side wall 21A). Moreover, since the cushioning material 50B maintains its elasticity, it restores to its original shape while remaining in contact with the side wall 21B.

逆方向に変位する場合(図5C)についても同様(但し、水平方向の向きが逆)であるので説明を省略する。 The same applies to the case of displacement in the opposite direction (FIG. 5C) (however, the horizontal direction is reversed), so the explanation will be omitted.

このように、揺れが大きい中地震~大地震時(第2領域)では、緩衝材50は、面外方向に変形する(幾何学的非線形性を有する)ことにより、軸方向(水平方向)の剛性が低くなる。これにより、緩衝材50が一般的な免震装置と同等の性能を発揮するので、長周期や超長周期の免震を実現できる。 In this way, during medium to large earthquakes with large shaking (second region), the buffer material 50 deforms in the out-of-plane direction (has geometric nonlinearity), thereby changing its shape in the axial direction (horizontal direction). Rigidity decreases. Thereby, the buffer material 50 exhibits performance equivalent to that of a general seismic isolation device, so long-period or ultra-long-period seismic isolation can be realized.

図6A~図6Dは、揺れが非常に大きい第3領域(設計レベルを超えた場合)での動作を示す説明図である。 FIGS. 6A to 6D are explanatory diagrams showing the operation in the third region where the shaking is extremely large (exceeding the design level).

図6Aでは、図5Aと比べて、上部構造20の水平方向B側への変位量がさらに大きくなっている。つまり、図5Aと比べて、上部構造20の側壁21Bが、下部構造30の擁壁31Bにさらに接近している。この際、図6Aに示すように、本実施形態の緩衝材50(ここでは緩衝材50B)は、所定の変位量δ(第2変位量に相当)を超えると、潰れて塑性変形する。この変形が行われる領域のことを第3領域(図8参照)ともいう。この第3領域では、緩衝材50が塑性変形することにより、地震エネルギーを吸収するので、建物(上部構造20)へのダメージを抑えることができる。このように、揺れが設計レベルを超えた時(第3領域)、緩衝材50Bは、上部構造20の応答を低減させるフェイルセーフ機構として機能し、擁壁31Bへの上部構造20(側壁21B)の衝突の衝撃を低減させる。なお、緩衝材50Aが完全に潰れてしまうと、その後は変位が増えずに荷重が増加する状態になるが、図6Aでは変位可能な所(緩衝材50Aの塑性変形が可能な所)までを示している。 In FIG. 6A, the amount of displacement of the upper structure 20 in the horizontal direction B is even larger than in FIG. 5A. That is, compared to FIG. 5A, the side wall 21B of the upper structure 20 is closer to the retaining wall 31B of the lower structure 30. At this time, as shown in FIG. 6A, the cushioning material 50 (here, the cushioning material 50B) of this embodiment is crushed and plastically deformed when the predetermined displacement amount δ 2 (corresponding to the second displacement amount) is exceeded. The area where this transformation is performed is also referred to as a third area (see FIG. 8). In this third region, the shock absorbing material 50 absorbs earthquake energy by plastically deforming, so that damage to the building (superstructure 20) can be suppressed. In this way, when the shaking exceeds the design level (third region), the buffer material 50B functions as a fail-safe mechanism to reduce the response of the upper structure 20, and the upper structure 20 (side wall 21B) to the retaining wall 31B reduce the impact of collisions. Note that if the cushioning material 50A is completely crushed, the displacement will not increase and the load will increase after that, but in FIG. It shows.

図6Bでは、地震力の方向が逆になることにより上部構造20と下部構造30の位置関係が初期状態に戻っており、緩衝材50Aが上部構造20(側壁21A)と当接している。ただし、緩衝材50Bは、塑性変形しているので、図6Aの状態のままである。つまり、上部構造20(側壁21B)と緩衝材50Bは離間している。 In FIG. 6B, the direction of the seismic force is reversed, so that the positional relationship between the upper structure 20 and the lower structure 30 has returned to the initial state, and the buffer material 50A is in contact with the upper structure 20 (side wall 21A). However, since the buffer material 50B is plastically deformed, it remains in the state shown in FIG. 6A. That is, the upper structure 20 (side wall 21B) and the buffer material 50B are spaced apart.

図6Cに示すように、上部構造20が逆方向に変位する場合も図6Aのときの動作と同様(但し方向は逆)である。この場合も緩衝材50(ここでは緩衝材50A)が塑性変形することにより、地震エネルギーを吸収するので、建物(上部構造20)へのダメージを抑えることが出来る。すなわち、図6Aの緩衝材50Bと同様に、緩衝材50Aは、フェイルセーフ機構として機能し、擁壁31Aへの上部構造20(側壁21A)の衝突の衝撃を低減させる。 As shown in FIG. 6C, when the upper structure 20 is displaced in the opposite direction, the operation is similar to that in FIG. 6A (however, the direction is reversed). In this case as well, the shock absorbing material 50 (here, the shock absorbing material 50A) absorbs seismic energy by plastically deforming, so that damage to the building (superstructure 20) can be suppressed. That is, like the buffer material 50B in FIG. 6A, the buffer material 50A functions as a fail-safe mechanism and reduces the impact of the upper structure 20 (side wall 21A) colliding with the retaining wall 31A.

その後は、図6Dに示すように、緩衝材50(緩衝材50A及び緩衝材50B)は、塑性変形しているので、エネルギー吸収できなくなっており、上部構造20は支承構造40(転がり支承)のみで、水平方向に振動する。 After that, as shown in FIG. 6D, the buffer materials 50 (buffer materials 50A and 50B) are plastically deformed and are no longer able to absorb energy, and the upper structure 20 only supports the support structure 40 (rolling support). It vibrates horizontally.

以上、説明したように、本実施形態の構造体1では、外力(地震動等)により側壁21と擁壁31とが接近する状態において、入力レベル(上部構造20と下部構造30との相対変位量の大きさで傾向が測れる)に応じて、緩衝材50が3段階に変形する。 As described above, in the structure 1 of this embodiment, when the side wall 21 and the retaining wall 31 approach each other due to external force (seismic motion, etc.), the input level (relative displacement amount between the upper structure 20 and the lower structure 30 The cushioning material 50 deforms in three stages depending on the size of the trend.

発生頻度の高い小地震や風荷重時(接近する変位量がδまでの第1領域)では、緩衝材50は形状変化を伴わずに軸方向に軸変形し、軸方向へ剛性の高い状態を維持する。これにより、上部構造20の移動を拘束し、居住性やエキスパンションジョイントの耐久性を確保できる。 During small earthquakes that occur frequently or wind loads (in the first region where the amount of approaching displacement is up to δ 1 ), the cushioning material 50 undergoes axial deformation in the axial direction without any change in shape, and is in a state of high rigidity in the axial direction. maintain. This restricts the movement of the upper structure 20 and ensures comfort and durability of the expansion joint.

また、中地震や大地震(接近する変位量がδからδまでの第2領域)では、緩衝材50が面外方向に変形することにより一定の荷重下で変位が増大する(軸方向の剛性が低い)状態になる。この状態では、上部構造20が水平方向に移動できるため、長周期や超長周期の免震を実現できる。また、緩衝材50として屈曲耐力の高い材料を使用することで、面外変形後も弾性を維持することが可能となり、地震後の上部構造20の残留変位を抑制できる。 In addition, in a medium earthquake or a large earthquake (the second region where the approaching displacement amount is from δ 1 to δ 2 ), the displacement increases under a constant load by deforming the buffer material 50 in an out-of-plane direction (in the axial direction (low rigidity). In this state, the superstructure 20 can move in the horizontal direction, so long-period or very long-period seismic isolation can be achieved. Further, by using a material with high bending strength as the buffer material 50, it is possible to maintain elasticity even after out-of-plane deformation, and residual displacement of the upper structure 20 after an earthquake can be suppressed.

また、設計レベルを超えた場合(接近する変位量がδ2を超えた第3領域)では、緩衝材50が塑性変形することにより、地震エネルギー(上部構造20の振動エネルギー)を吸収する。これにより、緩衝材50は、上部構造20の応答を低減させるフェイルセーフ機構として機能し、下部構造30(擁壁31)と上部構造20(側壁21)との衝突の衝撃を低減させる。 Furthermore, when the design level is exceeded (the third region where the amount of approaching displacement exceeds δ2), the shock absorbing material 50 is plastically deformed to absorb seismic energy (vibration energy of the upper structure 20). Thereby, the buffer material 50 functions as a fail-safe mechanism that reduces the response of the upper structure 20, and reduces the impact of the collision between the lower structure 30 (retaining wall 31) and the upper structure 20 (side wall 21).

<構造体の設計方法について>
図7は、構造体1(主に緩衝材50)の設計方法を説明するためのフロー図である。また、図8は、緩衝材50の変位と荷重との関係を示す図である。なお、図8では、第2領域において緩衝材50が剛性を有していない(荷重が一定となっている)が、第1領域の剛性よりも低ければ、剛性を有していてもよい。また、第3領域においても緩衝材50が剛性を有していないが、過大変形を抑制するための剛性を有していてもよい。
<About the structure design method>
FIG. 7 is a flow diagram for explaining a method of designing the structure 1 (mainly the cushioning material 50). Moreover, FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the displacement of the cushioning material 50 and the load. In addition, in FIG. 8, the buffer material 50 does not have rigidity in the second region (the load is constant), but it may have rigidity as long as it is lower than the rigidity in the first region. Furthermore, although the cushioning material 50 does not have rigidity in the third region, it may have rigidity to suppress excessive deformation.

まず、構造体1の各種設計条件を決定する(S101)。具体的には、上部構造20及び下部構造30の構成(形状、大きさなど)、上部構造20の重量M、第1領域(微小地振動レベル)の加速度a、第2領域(中~大地震動レベル)の加速度b、第3領域(設計越え地震動レベル)の加速度cなどを決定する。また、上部構造20の側壁21と下部構造30の擁壁31との間の隙間(隙間D)の寸法や、支承構造40の構成(支承の種類等)も決定する。 First, various design conditions for the structure 1 are determined (S101). Specifically, the configuration (shape, size, etc.) of the upper structure 20 and lower structure 30, the weight M of the upper structure 20, the acceleration a in the first region (microground vibration level), the second region (medium to large earthquake vibration level), acceleration b of the ground motion level), acceleration c of the third region (earthquake motion level beyond design), etc. are determined. Furthermore, the dimensions of the gap (gap D) between the side wall 21 of the upper structure 20 and the retaining wall 31 of the lower structure 30 and the configuration of the support structure 40 (type of support, etc.) are also determined.

次に、緩衝材50の具体的な設計を行う(S102)。すなわち、緩衝材50の材料や、形状、及び、各寸法(高さ、径、長さ)等を定める。 Next, a specific design of the cushioning material 50 is performed (S102). That is, the material, shape, and dimensions (height, diameter, length), etc. of the cushioning material 50 are determined.

そして、緩衝材50が、各種性能を満たしているか否かを判断する(S103)。
ここで、各種性能として、例えば、以下の項目を確認する。
Then, it is determined whether the cushioning material 50 satisfies various performance requirements (S103).
Here, for example, the following items are checked as various performances.

Figure 0007423901000002
Figure 0007423901000002

なお、Fは免震装置が動き出すときの力(荷重)である。Wは減衰量(図8の台形部分の面積)であり、δは第1領域と第2領域の境界の変位量(相対変位量)、δは第2領域と第3領域との境界の変位量(相対変位量)である。また、Tは第2領域における振動の周期であり、Tは第3領域における振動の周期である。 Note that F is the force (load) when the seismic isolation device starts moving. W is the attenuation amount (area of the trapezoidal part in Fig. 8), δ 1 is the displacement amount (relative displacement amount) at the boundary between the first and second regions, and δ 2 is the boundary between the second and third regions. is the amount of displacement (relative displacement). Further, T 2 is the period of vibration in the second region, and T 3 is the period of vibration in the third region.

また、緩衝材50の長さ(D)に対するδの割合{(δ/D)×100}が5~40(%)、緩衝材50の長さ(D)に対するδの割合{(δ/D)×100}が40~70(%)であることを確認する。なお、本実施形態の緩衝材50は、{(δ/D)×100}が約20%であり、{(δ/D)×100}が約50%である。 Further, the ratio of δ 1 to the length (D) of the cushioning material 50 {(δ 1 /D)×100} is 5 to 40 (%), and the ratio of δ 2 to the length (D) of the cushioning material 50 {( δ 2 /D)×100} is 40 to 70 (%). Note that in the cushioning material 50 of this embodiment, {(δ 1 /D)×100} is approximately 20%, and {(δ 2 /D)×100} is approximately 50%.

このような評価により、第1領域では、緩衝材50が軸方向に高い剛性を有し、第2領域では、緩衝材50が軸方向に低い剛性(低減剛性)を有し、第3領域では緩衝材50が塑性変形することを確認する。 According to such evaluation, in the first region, the cushioning material 50 has high rigidity in the axial direction, in the second region, the cushioning material 50 has low rigidity (reduced stiffness) in the axial direction, and in the third region, the cushioning material 50 has high rigidity in the axial direction. Confirm that the buffer material 50 is plastically deformed.

式(1)~式(4)を全て満たしていれば(ステップS103でYES)、設計を終了する。満たしていなければ(ステップS103でNO)、ステップS102に戻り、緩衝材50の設計を見直す(再度、設計を実施する)。 If all formulas (1) to (4) are satisfied (YES in step S103), the design ends. If not satisfied (NO in step S103), the process returns to step S102 and the design of the cushioning material 50 is reviewed (the design is implemented again).

<建物に採用した場合の使用例>
上記の実施形態では、免震層(上部構造20と下部構造30)の相対変位の方向と緩衝材50の軸方向が同じであった。以下では、相対変形の方向に対して直交する方向にも緩衝材50を配置する場合の具体例について説明する。
<Example of use when used in buildings>
In the above embodiment, the direction of relative displacement of the seismic isolation layer (upper structure 20 and lower structure 30) and the axial direction of the buffer material 50 were the same. Below, a specific example will be described in which the cushioning material 50 is also arranged in a direction perpendicular to the direction of relative deformation.

図9A及び図9Bは、本実施形態のシステムを実際の建物に適用した場合の一例を示す平面図である。 9A and 9B are plan views showing an example of the case where the system of this embodiment is applied to an actual building.

同図に示すように、上部構造20は、平面形状が矩形であり、下部構造30の擁壁31は、上部構造20の四辺の側壁21の外側を囲むように設けられている。 As shown in the figure, the upper structure 20 has a rectangular planar shape, and the retaining walls 31 of the lower structure 30 are provided so as to surround the outside of the side walls 21 on the four sides of the upper structure 20.

また、上部構造20の四辺の側壁21と、下部構造30の擁壁31の間に、それぞれ、緩衝材50が複数配置されている。この場合、上部構造20と下部構造30が水平方向の一方(例えば、図において左右方向)に相対変位するとき、水平方向の他方(図において上下方向)に軸方向が沿って配置された緩衝材50は、相対変位の方向と直交していることになる。 Further, a plurality of cushioning materials 50 are arranged between the four side walls 21 of the upper structure 20 and the retaining wall 31 of the lower structure 30, respectively. In this case, when the upper structure 20 and the lower structure 30 are relatively displaced in one horizontal direction (for example, the left-right direction in the figure), a cushioning material whose axial direction is disposed along the other horizontal direction (the vertical direction in the figure) 50 is perpendicular to the direction of relative displacement.

このため、図9Aでは、上部構造20の周囲(四辺)の側壁21にそれぞれ滑り板60を設け、緩衝材50の軸方向の端(自由端)と当接させている。これにより、免震層の相対変位の方向と緩衝材50の軸方向とが直交していても、免震層の相対変位に追従することができる。なお、この場合、滑り板60と緩衝材50との摩擦力による免震層の変形拘束が免震周期の長周期化を妨げないことを確認する。 For this reason, in FIG. 9A, sliding plates 60 are provided on the side walls 21 around (four sides) of the upper structure 20, and are brought into contact with the axial ends (free ends) of the cushioning material 50. Thereby, even if the direction of relative displacement of the seismic isolation layer and the axial direction of the buffer material 50 are orthogonal, it is possible to follow the relative displacement of the seismic isolation layer. In this case, it is confirmed that the deformation restraint of the seismic isolation layer due to the frictional force between the sliding plate 60 and the buffer material 50 does not hinder the extension of the seismic isolation period.

また、図9Bでは、緩衝材50の軸方向の端(固定端)にローラー等の転動材70を設けており、緩衝材50が擁壁31の内面に沿って移動できるようにしている。この場合も、免震層の相対変位に追従することができる。 Further, in FIG. 9B, a rolling member 70 such as a roller is provided at the axial end (fixed end) of the buffer material 50, so that the buffer material 50 can move along the inner surface of the retaining wall 31. In this case as well, it is possible to follow the relative displacement of the seismic isolation layer.

<変形例>
図10Aは、構造体1の変形例を示す図である。図10Aにおいて前述の実施形態(図1)と同一構成の部分には同一符号を付し、説明を省略する。また、図10Bは、ダンパー80の履歴特性を示す図であり、図10Cは、変形例の構成における全体の履歴特性を示す図である。
<Modified example>
FIG. 10A is a diagram showing a modification of the structure 1. In FIG. 10A, the same reference numerals are given to the parts having the same configuration as those of the above-described embodiment (FIG. 1), and the description thereof will be omitted. Further, FIG. 10B is a diagram showing the hysteresis characteristics of the damper 80, and FIG. 10C is a diagram illustrating the entire hysteresis characteristics in the configuration of the modified example.

この変形例では、図10Aに示すように、上部構造20の側壁21と下部構造30の擁壁31との間の隙間(隙間D)にダンパー80を設けている。 In this modification, as shown in FIG. 10A, a damper 80 is provided in the gap (gap D) between the side wall 21 of the upper structure 20 and the retaining wall 31 of the lower structure 30.

ダンパー80は、上部構造20と下部構造30との水平方向への相対変位に応じた減衰力を発生する減衰装置である。本実施形態では、ダンパー80として、オイルを用いたオイルダンパーを用いている。ダンパー80は、例えば、図10Bに示すような履歴特性を有している。 The damper 80 is a damping device that generates a damping force according to the relative displacement of the upper structure 20 and the lower structure 30 in the horizontal direction. In this embodiment, an oil damper using oil is used as the damper 80. The damper 80 has, for example, a history characteristic as shown in FIG. 10B.

この変形例の構造体1における履歴特性は、図3Dの履歴特性(支承構造40+緩衝材50A+緩衝材50B)に図10Bの履歴特性を加えた図10Cのようになる。 The history characteristics of the structure 1 of this modification are as shown in FIG. 10C, which is obtained by adding the history characteristics of FIG. 10B to the history characteristics of FIG. 3D (supporting structure 40 + cushioning material 50A + cushioning material 50B).

この場合においても、水平方向における上部構造20と下部構造30との変位量に応じて緩衝材50は、3段階に変形する。ただし、ダンパー80による減衰力が働くため、より緩やかに変形するようにできる(急激な変形を抑制できる)。なお、ダンパー80としては、オイルダンパーには限られず、他の減衰部材(例えば、摩擦ダンパーなど)を用いてもよい。 Also in this case, the cushioning material 50 deforms in three stages depending on the amount of displacement between the upper structure 20 and the lower structure 30 in the horizontal direction. However, since the damper 80 exerts a damping force, the deformation can be made more gradual (rapid deformation can be suppressed). Note that the damper 80 is not limited to an oil damper, and other damping members (for example, a friction damper) may be used.

===その他の実施の形態===
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更や改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれるのはいうまでもない。例えば、以下に示すような変形が可能である。
===Other embodiments===
Although the embodiments of the present invention have been described above, the above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to be interpreted as limiting the present invention. Further, the present invention can be modified and improved without departing from the spirit thereof, and it goes without saying that the present invention includes equivalents thereof. For example, the following modifications are possible.

前述の実施形態では、上部構造20の壁部(側壁21)が下部構造30の壁部(擁壁31)よりも内側に位置していたが、これに限られない。例えば、上部構造20と下部構造30の上下関係を逆にした構成(図1の上下を逆にした構成)でもよい。 In the embodiment described above, the wall portion (side wall 21) of the upper structure 20 was located inside the wall portion (retaining wall 31) of the lower structure 30, but the present invention is not limited thereto. For example, a configuration in which the upper structure 20 and the lower structure 30 are vertically inverted (a configuration in which the upper and lower structures in FIG. 1 are inverted) may be used.

また、前述の実施形態では、緩衝材50は、軸方向の一端が下部構造30の擁壁31に固定されており、他端が上部構造20の側壁21と当接していたが、この関係が逆でもいい。すなわち、緩衝材50の軸方向の一端が下部構造30の擁壁31と当接し、軸方向の他端が上部構造20の側壁21に固定されていてもよい。この場合も前述の実施形態と同様の効果を得ることができる。 Further, in the above-described embodiment, one end of the cushioning material 50 in the axial direction was fixed to the retaining wall 31 of the lower structure 30, and the other end was in contact with the side wall 21 of the upper structure 20, but this relationship is It could be the other way around. That is, one end of the cushioning material 50 in the axial direction may be in contact with the retaining wall 31 of the lower structure 30, and the other end in the axial direction may be fixed to the side wall 21 of the upper structure 20. In this case as well, the same effects as in the embodiment described above can be obtained.

前述の実施形態では、支承構造40として転がり支承を用いていたが、これには限られない。例えば、滑り支承(摩擦滑り支承など)であってもよい。 In the embodiment described above, a rolling bearing was used as the bearing structure 40, but the present invention is not limited to this. For example, it may be a sliding bearing (frictional sliding bearing, etc.).

図11は、支承構造40が摩擦滑り支承である場合の履歴特性を示す図である。なお図11では、第2領域(図5に相当する領域)までの履歴特性を示しており、破線は転がり支承の場合(図5C)の特性を示している。摩擦力が大きいほど、履歴特性で囲まれる面積が大きくなる。 FIG. 11 is a diagram showing the history characteristics when the bearing structure 40 is a friction sliding bearing. Note that FIG. 11 shows the history characteristics up to the second region (region corresponding to FIG. 5), and the broken line shows the characteristics in the case of rolling bearing (FIG. 5C). The larger the frictional force, the larger the area surrounded by the hysteresis characteristics.

1 構造体
20 上部構造
21,21A,21B 側壁(上部構造壁部)
30 下部構造
31,21A、31B 擁壁(下部構造壁部)
40 支承構造
50,50A,50B 緩衝材(介設部材)
51 円筒部
51a 中空部
60 滑り板
70 転動材
80 ダンパー
1 Structure 20 Upper structure 21, 21A, 21B Side wall (upper structure wall)
30 Lower structure 31, 21A, 31B Retaining wall (lower structure wall)
40 Support structure 50, 50A, 50B Cushioning material (intervening member)
51 Cylindrical part 51a Hollow part 60 Sliding plate 70 Rolling material 80 Damper

Claims (3)

上部構造壁部を有する上部構造と、
前記上部構造壁部に対して水平方向に所定寸法離間して対向する下部構造壁部を有する下部構造と、
前記上部構造と前記下部構造との間に設けられ、前記上部構造を前記下部構造に対して水平方向に相対変位可能に支承する支承構造と、
前記上部構造壁部と前記下部構造壁部との間に介設された介設部材であって、軸方向の一端が前記上部構造壁部又は前記下部構造壁部の一方に固定され、前記軸方向の他端が前記上部構造壁部又は前記下部構造壁部の他方に当接する介設部材と、
を備えた構造体であって、
前記介設部材は、外力により前記上部構造壁部と前記下部構造壁部とが接近する状態において、小地震や風荷重時における接近する変位量が0から第1変位量までの第1領域では、前記軸方向に弾性変形、すなわち、軸変形することにより、前記軸方向に所定剛性を有し、中地震や大地震における前記接近する変位量が前記第1変位量から当該第1変位量を超えた第2変位量までの第2領域では、前記軸方向と交差する面外方向に変形、すなわち、幾何学的非線形性を有することにより、前記軸方向に前記所定剛性よりも低い低減剛性を有し、設計レベルを超えた場合における前記接近する変位量が前記第2変位量を超えた第3領域では、塑性変形することで地震エネルギーを吸収し、
前記介設部材の水平方向の長さは、前記上部構造と前記下部構造が水平方向に相対変位していない状態において、前記上部構造と前記下部構造の水平方向の隙間の寸法と同じであり、
前記介設部材は、変形後も弾性を維持することが可能であり、
前記外力の方向が逆になることにより、前記上部構造と前記下部構造が水平方向に相対変位していない状態において、前記軸方向の他端が前記上部構造壁部又は前記下部構造壁部の他方に当接したまま元の状態に復元している、
ことを特徴とする構造体。
a superstructure having a superstructure wall;
a lower structure having a lower structure wall that faces the upper structure wall at a predetermined distance in the horizontal direction;
a support structure that is provided between the upper structure and the lower structure and supports the upper structure so as to be relatively displaceable in the horizontal direction with respect to the lower structure;
an intervening member interposed between the upper structure wall and the lower structure wall, one end in the axial direction being fixed to one of the upper structure wall or the lower structure wall; an intervening member whose other end in the direction abuts the other of the upper structure wall or the lower structure wall;
A structure comprising:
In a state where the upper structure wall and the lower structure wall approach each other due to an external force, the intervening member is configured such that in a first region where the approaching displacement amount is from 0 to a first displacement amount at the time of a small earthquake or wind load. , has a predetermined rigidity in the axial direction by elastic deformation, that is, axial deformation, in the axial direction, and the approaching displacement amount in a medium earthquake or a large earthquake is smaller than the first displacement amount from the first displacement amount. In the second region up to the second displacement amount exceeded, the reduced stiffness in the axial direction is lower than the predetermined stiffness by deforming in an out-of-plane direction intersecting the axial direction, that is, by having geometric nonlinearity. and in a third region where the approaching displacement amount exceeds the second displacement amount when the design level is exceeded, the seismic energy is absorbed by plastic deformation,
The horizontal length of the intervening member is the same as the dimension of the horizontal gap between the upper structure and the lower structure in a state where the upper structure and the lower structure are not relatively displaced in the horizontal direction,
The interposed member is capable of maintaining elasticity even after deformation,
By reversing the direction of the external force, in a state where the upper structure and the lower structure are not relatively displaced in the horizontal direction, the other end in the axial direction is the other end of the upper structure wall or the lower structure wall. It has been restored to its original state while remaining in contact with the
A structure characterized by:
請求項1に記載の構造体であって、
前記介設部材は、中空の円筒部を有する、
ことを特徴とする構造体。
The structure according to claim 1,
The interposed member has a hollow cylindrical part,
A structure characterized by:
第1壁部を有する上部構造と、水平方向において前記第1壁部に対向する第2壁部を有する下部構造と、前記上部構造と前記下部構造との間に設けられ、前記上部構造を前記下部構造に対して水平方向に相対変位可能に支承する支承構造と、前記第1壁部と前記第2壁部の間に介設された介設部材であって、軸方向の一端が前記第1壁部又は前記第2壁部の一方に固定され、前記軸方向の他端が前記第1壁部又は前記第2壁部の他方に当接する介設部材と、を備えた構造体の設計方法であって、
前記上部構造、前記下部構造、及び、前記支承構造の各種設計条件を定めるステップと、
前記介設部材の設計を行うステップと、
外力により前記第1壁部と前記第2壁部とが接近する状態において、小地震や風荷重時における接近する変位量が0から第1変位量までの第1領域では前記介設部材が、前記軸方向に弾性変形、すなわち、軸変形することにより、前記軸方向に所定剛性を有し、中地震や大地震における前記接近する変位量が前記第1変位量から当該第1変位量を超えた第2変位量までの第2領域では、前記軸方向と交差する面外方向に変形、すなわち、幾何学的非線形性を有することにより、前記介設部材が前記軸方向に前記所定剛性よりも低い低減剛性を有し、設計レベルを超えた場合における前記接近する変位量が前記第2変位量を超えた第3領域では前記介設部材が塑性変形することで地震エネルギーを吸収することを確認するステップと、
を有し、
前記介設部材の水平方向の長さは、前記上部構造と前記下部構造が水平方向に相対変位していない状態において、前記上部構造と前記下部構造の水平方向の隙間の寸法と同じであり、
前記介設部材は、変形後も弾性を維持することが可能であり、
前記外力の方向が逆になることにより、前記上部構造と前記下部構造が水平方向に相対変位していない状態において、前記軸方向の他端が前記第1壁部又は前記第2壁部の他方に当接したまま元の状態に復元している、
ことを特徴とする構造体の設計方法。
an upper structure having a first wall; a lower structure having a second wall facing the first wall in the horizontal direction; a support structure that supports the lower structure so as to be relatively displaceable in the horizontal direction; and an intervening member interposed between the first wall part and the second wall part, one end of which in the axial direction is connected to the first wall part. an intervening member fixed to one of the first wall or the second wall, and the other end in the axial direction abuts the other of the first wall or the second wall. A method,
determining various design conditions for the upper structure, the lower structure, and the support structure;
designing the intervening member;
In a state where the first wall portion and the second wall portion approach each other due to an external force, in a first region where the amount of approaching displacement during a small earthquake or wind load is from 0 to the first amount of displacement, the interposed member By elastically deforming, that is, axially deforming in the axial direction, a predetermined stiffness is achieved in the axial direction, and the approaching displacement amount in a medium or large earthquake exceeds the first displacement amount from the first displacement amount. In the second region up to the second displacement amount, by deforming in an out-of-plane direction intersecting the axial direction, that is, having geometric nonlinearity, the interposed member has a stiffness greater than the predetermined rigidity in the axial direction. It was confirmed that the interposed member absorbs seismic energy by plastically deforming in the third region where the approaching displacement amount exceeds the second displacement amount when the reduced stiffness is low and exceeds the design level. the step of
has
The horizontal length of the intervening member is the same as the dimension of the horizontal gap between the upper structure and the lower structure in a state where the upper structure and the lower structure are not relatively displaced in the horizontal direction,
The interposed member is capable of maintaining elasticity even after deformation,
By reversing the direction of the external force, in a state where the upper structure and the lower structure are not relatively displaced in the horizontal direction, the other end in the axial direction is the other of the first wall portion or the second wall portion. It has been restored to its original state while remaining in contact with the
A method of designing a structure characterized by the following.
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