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JP7698950B2 - Displacement suppression device and seismic isolation structure equipped with the same - Google Patents
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JP7698950B2 - Displacement suppression device and seismic isolation structure equipped with the same - Google Patents

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Description

本発明は、変位制御型免震構造のための変位抑制装置(以下、硬化型装置という。)およびこれを備えた免震構造物に関するものである。 The present invention relates to a displacement suppression device (hereinafter referred to as a hardening type device) for a displacement-control type seismic isolation structure, and to a seismic isolation structure equipped with the same.

従来、免震建物は、積層ゴム等の免震装置を使って建物の周期を伸ばすことにより、地震入力の低減を図る構造形式として知られている。応答加速度を大きく低減できるので、地震時の家具の転倒抑制などにも有効である。 Traditionally, seismic isolation buildings have been known as a structural type that reduces earthquake input by extending the building period using seismic isolation devices such as laminated rubber. Because it can significantly reduce the response acceleration, it is also effective in preventing furniture from falling over during an earthquake.

しかし、近年、大きな地震波形が観測されることが多く、免震建物の変位が設計想定値よりも大きくなって擁壁に衝突するという懸念が提起されている。さらに、最近は長周期長時間地震動への対策も必要とされてきており、周期を伸ばすだけではなく、さらなる変位抑制を図ることが重要となってきている。 However, in recent years, large earthquake waveforms have been observed more frequently, raising concerns that the displacement of seismically isolated buildings may exceed the design estimate and collide with retaining walls. Furthermore, measures against long-period, long-lasting earthquake motion have recently become necessary, and it is becoming important not only to extend the period but also to further suppress displacement.

変位抑制に着目すれば、ダンパーなどを大量に設定して減衰を増やすことや、擁壁への衝突を回避するためのストッパーを設けることなどが有効である。しかし、これらの対策は建物の短周期化につながり、免震構造が持つ長周期化による応答加速度低減とは相反する。このようなことから、応答加速度低減効果を損なわずに、応答変位を抑制するような構造が求められている。 When it comes to suppressing displacement, it is effective to increase damping by installing a large number of dampers, or to provide stoppers to avoid collisions with retaining walls. However, these measures lead to a shorter period of the building, which contradicts the reduction in response acceleration achieved by the longer period of a seismic isolation structure. For this reason, there is a demand for a structure that suppresses response displacement without compromising the effect of reducing response acceleration.

応答加速度低減効果を損なわずに、応答変位を抑制するような従来の免震構造としては、例えば、硬化型装置、回転慣性装置、可変ダンパー装置を組み合わせた構造形式が知られている(例えば、特許文献1~5を参照)。 Conventional seismic isolation structures that suppress response displacement without compromising the effect of reducing response acceleration include, for example, structural types that combine a hardening device, a rotary inertia device, and a variable damper device (see, for example, Patent Documents 1 to 5).

一方、ロープ材などの張力部材を用いた制振装置が知られている(例えば、特許文献6を参照)。加振方向の直交方向にロープ材を配置した簡単なばね系において、幾何非線形を考慮して運動方程式を導き、テイラー展開により近似すると3次の項が現れ(例えば、非特許文献1を参照)、硬化型の復元力特性が実現できる。また、ロープ材に最初にゆるみを持たせると、ゆるみがなくなるまでは力が発生しないため、ギャップを持った復元力特性となる。 On the other hand, vibration control devices that use tension members such as rope materials are known (see, for example, Patent Document 6). In a simple spring system in which rope materials are arranged in a direction perpendicular to the excitation direction, a third-order term appears when an equation of motion is derived taking into account geometric nonlinearity and approximated by Taylor expansion (see, for example, Non-Patent Document 1), and a hardening type restoring force characteristic can be realized. In addition, if the rope material is initially given slack, no force is generated until the slack is removed, resulting in a restoring force characteristic with a gap.

ロープ材を加振方向に直交する方向に配置して、幾何学的非線形により硬化型特性を実現することは、非線形に関連した研究において、海外・国内の多くの実験で採用されている一般的な方法である(例えば、非特許文献2を参照)。 Arranging the rope material in a direction perpendicular to the excitation direction to realize hardening characteristics through geometric nonlinearity is a common method used in many experiments both overseas and domestically in research related to nonlinearity (see, for example, non-patent document 2).

特開2019-178532号公報JP 2019-178532 A 特開2017-003089号公報JP 2017-003089 A 特開2017-003090号公報JP 2017-003090 A 特願2020-109632号(現時点で未公開)Patent Application No. 2020-109632 (currently unpublished) 特願2020-109654号(現時点で未公開)Patent Application No. 2020-109654 (currently unpublished) 特開2003-138781号公報JP 2003-138781 A

「力学系カオス」、松葉育雄著、森北出版株式会社、pp.11-12、2011"Chaos in Dynamical Systems", by Ikuo Matsuba, Morikita Publishing Co., Ltd., pp.11-12, 2011 Steady State Passive Nonlinear Energy Pumping in Coupled Oscillators: Theoretical and Experimental Results, Xiaoai Jiang, D. Michael McFarland, Lawrence A. Bergman & Alexander F. Vakakis, Nonlinear Dynamics vol.33, pp.87-102, 2003Steady State Passive Nonlinear Energy Pumping in Coupled Oscillators: Theoretical and Experimental Results, Xiaoai Jiang, D. Michael McFarland, Lawrence A. Bergman & Alexander F. Vakakis, Nonlinear Dynamics vol.33, pp.87-102, 2003

ところで、ロープ材のような張力部材を水平方向に配置した硬化型装置においては、特定の1つの加振方向にのみ機能が発揮される。しかし、実際の免震建物では、水平の任意の方向に上部建物が移動するため、このままの配置では支障がある。したがって、水平の任意方向にも対応できるような工夫が必要である。 In a hardening-type device in which tension members such as ropes are arranged horizontally, they function only in one specific vibration direction. However, in an actual seismically isolated building, the upper building can move in any horizontal direction, so this arrangement causes problems. Therefore, some ingenuity is needed to make it possible to respond to any horizontal direction.

免震建物の免震層のクリアランスは50cm~80cmのオーダーが一般的であり、硬化装置は大きな水平変位が発生してもロープ材が弾性域にとどまり破断しないような仕組みが必要である。そのための方法として、ロープ材長さを増やして(ロープの固定位置をなるべく離して)、水平変位に対するロープ材の伸びを小さくすることが有効である。しかし、免震層の水平方向に長尺のロープ材を張り巡らせることは、配置計画や日常的なメンテナンス作業の妨げとなるおそれがある。 The clearance of the seismic isolation layer of a seismic isolated building is generally on the order of 50cm to 80cm, and the hardening device must have a mechanism that ensures that the rope material remains in its elastic range and does not break even when a large horizontal displacement occurs. One effective method for achieving this is to increase the length of the rope material (by separating the rope fixing positions as far as possible) to reduce the elongation of the rope material in response to horizontal displacement. However, stretching long rope material horizontally across the seismic isolation layer may interfere with layout planning and daily maintenance work.

さらに、建物の振動特性にも影響を及ぼすような大きな荷重を発生させる必要があるため、十分な剛性をもつ部材が必要となる。 In addition, it is necessary to generate large loads that will affect the vibration characteristics of the building, so components with sufficient rigidity are required.

なお、高層免震建物の場合、建物の転倒モーメントの影響で免震装置に付加軸力が発生し、免震装置の破損につながるおそれがある。付加軸力としては、建物と擁壁のクリアランスが狭くなった方の免震装置に圧縮力が発生し、クリアランスが広くなった方の免震装置に引き抜き力が発生する。したがって、転倒モーメントにより発生する付加軸力を緩和するような工夫も必要となる。 In the case of high-rise seismically isolated buildings, the overturning moment of the building may cause additional axial forces in the seismic isolation devices, which may lead to damage to the devices. The additional axial forces are compressive forces in the seismic isolation devices on the side where the clearance between the building and the retaining wall is narrower, and pull-out forces in the seismic isolation devices on the side where the clearance is wider. Therefore, it is necessary to devise ways to mitigate the additional axial forces caused by the overturning moment.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、免震建物の水平方向の応答変位を張力部材を用いて効果的に抑制することができる硬化型装置およびこれを備えた免震構造物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide a hardening device that can effectively suppress the horizontal response displacement of a seismically isolated building using tension members, and a seismically isolated structure equipped with the same.

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る硬化型装置は、基礎部の上に免震部材を介して設けられた上部構造と、この上部構造の側壁の少なくとも一部に対して隙間をあけて対向配置された構造体との間に設けられ、上部構造の変位を抑制するために用いられる硬化型装置であって、上部構造の側壁と構造体とを接続する張力部材を備え、この張力部材は、鉛直方向から傾斜した状態で配置されることを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the objectives, the hardening device of the present invention is a hardening device that is installed between an upper structure installed on a foundation via a seismic isolation member and a structure arranged opposite at least a part of the side wall of the upper structure with a gap, and is used to suppress the displacement of the upper structure, and is characterized in that it is equipped with a tension member that connects the side wall of the upper structure to the structure, and this tension member is arranged in a state inclined from the vertical direction.

また、本発明に係る他の硬化型装置は、上述した発明において、張力部材は、鉛直方向では構造体側を上に、上部構造側を下にして配置されるとともに、水平方向では上部構造側を上部構造の下面隅部に近い方に、構造体側を上部構造の下面隅部から遠い方にして配置されることを特徴とする。 Another hardening type device according to the present invention is characterized in that in the above-mentioned invention, the tension members are arranged with the structural body side on top and the superstructure side on the bottom in the vertical direction, and with the superstructure side closer to the corners of the underside of the superstructure and the structural body side farther from the corners of the underside of the superstructure in the horizontal direction.

また、本発明に係る他の硬化型装置は、上述した発明において、張力部材の鉛直方向の高さは、上部構造の側壁と構造体との間の隙間の6倍以上であるとともに、張力部材の水平方向の長さは、上部構造の側壁と構造体との間の隙間の2倍以上であることを特徴とする。 Another hardening type device according to the present invention is characterized in that in the above-mentioned invention, the vertical height of the tension member is six times or more the gap between the side wall of the superstructure and the structure, and the horizontal length of the tension member is two times or more the gap between the side wall of the superstructure and the structure.

また、本発明に係る他の硬化型装置は、上述した発明において、張力部材の共振を回避するための共振回避部材をさらに備えることを特徴とする。 Another hardening type device according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, it further comprises a resonance avoidance member for avoiding resonance of the tension member.

また、本発明に係る免震構造物は、上述した硬化型装置を備えることを特徴とする。 The seismic isolation structure according to the present invention is also characterized by being equipped with the above-mentioned hardening device.

本発明に係る硬化型装置によれば、基礎部の上に免震部材を介して設けられた上部構造と、この上部構造の側壁の少なくとも一部に対して隙間をあけて対向配置された構造体との間に設けられ、上部構造の変位を抑制するために用いられる硬化型装置であって、上部構造の側壁と構造体とを接続する張力部材を備え、この張力部材は、鉛直方向から傾斜した状態で配置されるので、上部構造(免震建物)の水平方向の応答変位を張力部材を用いて効果的に抑制することができるという効果を奏する。 The hardening device according to the present invention is a hardening device that is installed between an upper structure installed on a foundation via a seismic isolation member and a structure arranged opposite at least a part of the side wall of the upper structure with a gap, and is used to suppress the displacement of the upper structure. It is equipped with a tension member that connects the side wall of the upper structure to the structure, and this tension member is arranged in a state inclined from the vertical direction, so that the horizontal response displacement of the upper structure (seismically isolated building) can be effectively suppressed using the tension member.

また、本発明に係る他の硬化型装置によれば、張力部材は、鉛直方向では構造体側を上に、上部構造側を下にして配置されるとともに、水平方向では上部構造側を上部構造の下面隅部に近い方に、構造体側を上部構造の下面隅部から遠い方にして配置されるので、任意の水平方向に上部構造が変位した場合に、隙間が小さくなる側の張力部材のみに張力が発生する。このため、転倒モーメントによる圧縮側積層ゴムにかかる軸力を低減することができるという効果を奏する。 In addition, with another hardening type device according to the present invention, the tension members are arranged vertically with the structure side facing up and the superstructure side facing down, and horizontally with the superstructure side closer to the corners of the underside of the superstructure and the structure side farther from the corners of the underside of the superstructure. Therefore, when the superstructure is displaced in any horizontal direction, tension is generated only in the tension member on the side where the gap is smaller. This has the effect of reducing the axial force acting on the compression side laminated rubber due to the overturning moment.

また、本発明に係る他の硬化型装置によれば、張力部材の鉛直方向の高さは、上部構造の側壁と構造体との間の隙間の6倍以上であるとともに、張力部材の水平方向の長さは、上部構造の側壁と構造体との間の隙間の2倍以上であるので、任意の水平方向に上部構造が変位した場合に、隙間が小さくなる側の張力部材のみに張力が発生する。このため、転倒モーメントによる圧縮側積層ゴムにかかる軸力を低減することができるという効果を奏する。 In addition, according to another hardening type device of the present invention, the vertical height of the tension member is six times or more the gap between the side wall of the superstructure and the structural body, and the horizontal length of the tension member is two times or more the gap between the side wall of the superstructure and the structural body. Therefore, when the superstructure is displaced in any horizontal direction, tension is generated only in the tension member on the side where the gap is smaller. This has the effect of reducing the axial force acting on the compression side laminated rubber due to the overturning moment.

また、本発明に係る他の硬化型装置によれば、張力部材の共振を回避するための共振回避部材をさらに備えるので、張力部材の共振を回避することができるという効果を奏する。 In addition, another hardening type device according to the present invention further includes a resonance avoidance member for avoiding resonance of the tension member, which has the effect of avoiding resonance of the tension member.

また、本発明に係る免震構造物によれば、上述した硬化型装置を備えるので、上部構造の水平方向の応答変位を抑制可能な免震構造物を提供することができるという効果を奏する。 In addition, the seismic isolation structure according to the present invention is equipped with the hardening device described above, and therefore has the effect of providing a seismic isolation structure that can suppress the horizontal response displacement of the superstructure.

図1は、本発明に係る硬化型装置およびこれを備えた免震構造物の実施の形態を示す図であり、(1)は側断面図、(2)は平断面図である。FIG. 1 shows an embodiment of a hardening type device according to the present invention and a seismic isolation structure equipped with the same, where (1) is a side cross-sectional view and (2) is a plan cross-sectional view. 図2は、擁壁衝突時のロープ材の説明図であり、(1)は上部構造がX方向にのみ移動した場合、(2)は上部構造がX、Y方向に移動した場合である。FIG. 2 is an explanatory diagram of the rope material when colliding with a retaining wall, (1) showing a case where the superstructure moves only in the X direction, and (2) showing a case where the superstructure moves in both the X and Y directions. 図3は、本実施の形態の他の作用効果の説明図であり、(1)は転倒モーメントによる圧縮側積層ゴムにかかる軸力を低減する作用効果、(2)は免震層のねじれを補正する作用効果である。FIG. 3 is an explanatory diagram of other effects of this embodiment, in which (1) the effect of reducing the axial force acting on the compression-side laminated rubber due to the overturning moment, and (2) the effect of correcting the torsion of the seismic isolation layer. 図4は、ロープ材の共振回避用のサポート材を示す図であり、(1)は平断面図、(2)は側断面図である。FIG. 4 shows a support material for avoiding resonance of a rope material, where (1) is a plan sectional view and (2) is a side sectional view. 図5は、本発明に係る硬化型装置およびこれを備えた免震構造物の他の実施の形態を示す側断面図である。FIG. 5 is a side cross-sectional view showing another embodiment of the hardening type device and the seismic isolation structure equipped with the same according to the present invention.

以下に、本発明に係る硬化型装置およびこれを備えた免震構造物の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Below, an embodiment of the hardening device according to the present invention and a seismic isolation structure equipped with the same will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to this embodiment.

図1に示すように、本発明の実施の形態に係る硬化型装置10は、基礎部12の上の地下の免震層14を介して設けられた上部構造16と、この上部構造16の側壁18に対して免震層クリアランスa(隙間)をあけて対向配置された擁壁20(構造体)との間に設けられ、上部構造16の変位を抑制するために用いられる。この硬化型装置10は、上部構造16の側壁18と擁壁20とを接続するロープ材22(22a、22b:張力部材)を備える。 As shown in Figure 1, the hardening type device 10 according to the embodiment of the present invention is installed between an upper structure 16 provided via an underground seismic isolation layer 14 above a foundation 12 and a retaining wall 20 (structural body) arranged opposite the side wall 18 of the upper structure 16 with a seismic isolation layer clearance a (gap) therebetween, and is used to suppress the displacement of the upper structure 16. This hardening type device 10 is equipped with rope material 22 (22a, 22b: tension members) that connects the side wall 18 of the upper structure 16 and the retaining wall 20.

免震層14には、積層ゴム24(免震部材)が配置される。上部構造16は、水平断面が正方形の建物であり、擁壁20は基礎部12の上に設置される壁体であり、上部構造16の四方周囲を囲むように正方形状に設置される。本発明の実施の形態に係る免震構造物100は、上述した基礎部12と、免震層14と、上部構造16と、擁壁20と、硬化型装置10を備える。なお、上部構造は正方形状に限らず、長方形状などの断面でもよい。 A laminated rubber layer 24 (seismic isolation member) is placed on the seismic isolation layer 14. The superstructure 16 is a building with a square horizontal cross section, and the retaining wall 20 is a wall body installed on the foundation 12, and is installed in a square shape so as to surround the superstructure 16 on all four sides. The seismic isolation structure 100 according to the embodiment of the present invention comprises the above-mentioned foundation 12, seismic isolation layer 14, superstructure 16, retaining wall 20, and hardening type device 10. Note that the superstructure is not limited to a square shape, and may have a cross section of a rectangular shape or the like.

ロープ材22(22a、22b)は、鉛直方向から傾斜した状態で免震層クリアランスaの空間に配置される。より具体的には、ロープ材22は、鉛直方向では擁壁20側を上に、上部構造16側を下にした態様で連結するように配置される。また、ロープ材22は、水平面内では上部構造16側を上部構造16の下面四隅(下面隅部)に近い方に、擁壁20側を上部構造16の下面四隅から遠い方にして配置される。ロープ材22の鉛直方向の高さbは、免震層クリアランスaより十分に大きな長さにすることが好ましく、例えば免震層クリアランスaの6倍以上に設定することが望ましい。また、ロープ材22の水平方向の長さcは、ロープ材22の高さbより小さな値で、かつ、上部構造16の側壁18と擁壁20との間の免震層クリアランスaの2倍以上に設定することが望ましい。 The rope material 22 (22a, 22b) is arranged in the space of the seismic isolation layer clearance a in a state inclined from the vertical direction. More specifically, the rope material 22 is arranged so as to be connected in a manner in which the retaining wall 20 side is on top and the upper structure 16 side is on the bottom in the vertical direction. In addition, the rope material 22 is arranged so that the upper structure 16 side is closer to the four corners (lower surface corners) of the lower surface of the upper structure 16 in the horizontal plane, and the retaining wall 20 side is farther from the four corners of the lower surface of the upper structure 16. The vertical height b of the rope material 22 is preferably set to a length sufficiently larger than the seismic isolation layer clearance a, and is preferably set to, for example, six times or more of the seismic isolation layer clearance a. In addition, the horizontal length c of the rope material 22 is preferably set to a value smaller than the height b of the rope material 22 and to two times or more of the seismic isolation layer clearance a between the side wall 18 of the upper structure 16 and the retaining wall 20.

次に、上記のように配置したロープ材22(22a、22b)の作用効果について説明する。
図1(2)に示すように、水平面内にX、Y方向を設定し、免震層クリアランスa、ロープ材22の高さb、ロープ材22の水平方向の長さcとすると、ゆるみが無い場合のロープ材22の長さは、L0=(a×a+b×b+c×c)0.5となる。
Next, the function and effect of the rope material 22 (22a, 22b) arranged as described above will be described.
As shown in FIG. 1 (2), if the X and Y directions are set in a horizontal plane, the seismic isolation layer clearance is a, the height of the rope material 22 is b, and the horizontal length of the rope material 22 is c, then the length of the rope material 22 when there is no slack will be L0 = (a×a + b×b + c×c) 0.5 .

まず、上部構造16がX方向にx=aだけ移動した場合、すなわち、擁壁衝突時のロープ材22について検討する。図2(1)は、移動後の状況を示したものである。ただし、X軸対称のためロープ材は下半分のみを図示している。 First, let us consider the case where the upper structure 16 moves in the X direction by x = a, i.e., the rope material 22 when it collides with the retaining wall. Figure 2 (1) shows the situation after the movement. However, because it is symmetrical about the X axis, only the lower half of the rope material is shown.

図2(1)のロープ材1、2に着目して説明する。なお、ロープ材3は材が縮む方向であるので力が発生しない。
ロープ材1の長さは、L1x=(a×a+b×b+(c+a)×(c+a))0.5
ロープ材2の長さは、L2x=((a+a)×(a+a)+b×b+c×c)0.5
ここで、c>2×aに設定すれば、L1x>L2xとなる。
The following description will focus on rope materials 1 and 2 in Figure 2 (1). Note that rope material 3 is in the direction in which the material shrinks, so no force is generated.
The length of the rope material 1 is L1x = (a x a + b x b + (c + a) x (c + a)) 0.5
The length of the rope material 2 is L2x = ((a + a) x (a + a) + b x b + c x c) 0.5
Here, if c>2×a is set, then L1x>L2x.

ロープ材にゆるみを持たせて、ロープの自然長をL=L2x=((a+a)×(a+a)+b×b+c×c)0.5とすると、ロープ材2も張力を負担しないようになる。したがって、ゆるみありのロープ材を使うことで、ロープ材1のみが張力を発生させることができる。 If the rope material is given slack and the natural length of the rope is set to L = L2x = ((a + a) x (a + a) + b x b + c x c) 0.5 , rope material 2 will also not bear the tension. Therefore, by using a rope material with slack, only rope material 1 can generate tension.

次に、上部構造16がX方向にx=a、Y方向にy=aだけ移動した場合について検討する。図2(2)は、移動後の状況を示したものである。ただし、45度軸対称のためロープ材は右下側のみを図示している。 Next, we consider the case where the upper structure 16 moves by x=a in the X direction and by y=a in the Y direction. Figure 2 (2) shows the situation after the movement. However, because of 45-degree axial symmetry, only the lower right side of the rope material is shown.

図2(2)のロープ材1、2、4に着目して説明する。なお、ロープ材3は材が縮む方向であるので力が発生しない。
ロープ材1の長さは、L1xy=((a+a)×(a+a)+b×b+(c+a)×(c+a))0.5
ロープ材2の長さは、L2xy=((a+a)×(a+a)+b×b+(c-a)×(c-a))0.5
ロープ材4の長さは、L3xy=((a+a)×(a+a)+b×b+(c+a)×(c+a))0.5
The following description will focus on rope materials 1, 2, and 4 in Figure 2 (2). Note that rope material 3 is in the direction in which the material shrinks, so no force is generated.
The length of the rope material 1 is L1xy = ((a+a) x (a+a) + b x b + (c+a) x (c+a)) 0.5
The length of the rope material 2 is L2xy = ((a + a) x (a + a) + b x b + (c - a) x (c - a)) 0.5
The length of the rope material 4 is L3xy = ((a + a) x (a + a) + b x b + (c + a) x (c + a)) 0.5

たるみを持たせたロープ自然長をL=((a+a)×(a+a)+b×b+c×c)0.5とする。
ここで、c>2×aに設定すれば、L>L2xyとなり、ロープ材2は張力が発生しない。
また、L<L3xyとなり、ロープ材4には張力が発生する。
The natural length of the rope including slack is L = ((a + a) x (a + a) + b x b + c x c) 0.5 .
Here, if c>2×a is set, then L>L2xy will be obtained, and no tension will be generated in the rope material 2.
Furthermore, L<L3xy, and tension is generated in the rope material 4.

以上のように、配置したロープ材22のうち、任意の水平方向に上部構造16が移動した場合に、免震層クリアランスaが小さくなる側のロープ材22のみに張力が発生する。 As described above, when the upper structure 16 moves in any horizontal direction, tension is generated only in the rope material 22 on the side where the seismic isolation layer clearance a is smaller.

したがって、本実施の形態によれば、ロープ材22を略鉛直方向に配置することで、上部構造16の任意の水平方向の応答変位をロープ材22を用いて効果的に抑制することができる。また、安価に製作可能なロープ材22を利用して、幾何学的非線形による硬化型の復元力特性を実現することができる。 Therefore, according to this embodiment, by arranging the rope material 22 in a substantially vertical direction, any horizontal response displacement of the superstructure 16 can be effectively suppressed using the rope material 22. In addition, by utilizing the rope material 22, which can be manufactured inexpensively, a hardening type restoring force characteristic due to geometric nonlinearity can be realized.

また、図3(1)に示すように、張力は上部構造16を引き上げる方向に働くため、転倒モーメントによる圧縮側の積層ゴム24にかかる軸力を低減する効果もある。 In addition, as shown in FIG. 3 (1), the tension acts in the direction of lifting the upper structure 16, which also has the effect of reducing the axial force acting on the compression side of the laminated rubber 24 due to the overturning moment.

ロープ材22の配置は、免震層14のねじれにも有効である。図3(2)に示すように、反時計回りに上部構造16が変位した場合、矢印で示したロープ材22に引張力が発生し、ねじれを補正する方向に機能する。 The arrangement of the rope material 22 is also effective against twisting of the seismic isolation layer 14. As shown in Figure 3 (2), when the upper structure 16 is displaced counterclockwise, a tensile force is generated in the rope material 22 indicated by the arrow, which functions in a direction to correct the twisting.

ところで、ロープ材22は長尺のため地震時に共振する可能性がある。そこで、図4に示すように、ロープ材22の共振を回避するためのサポート材26(共振回避部材)をさらに備えてもよい。サポート材26は、ロープ材22の中央付近から擁壁20にかけて設置する。サポート材26の材質としては、例えばゴム材のような伸縮可能なものを用いることができる。サポート材26を1本のみ使用する場合は、ロープ材22とサポート材26がなす平面に直交する方向に共振する可能性があるので、2本以上のサポート材26を用いて、全部の材(ロープ材22、サポート材26)が同一平面上にならないように配置することが望ましい。さらに、サポート材26に減衰機能を付けることで共振を積極的に回避するとともに、エネルギー吸収による振動低減を図るようにしてもよい。 However, since the rope material 22 is long, it may resonate during an earthquake. Therefore, as shown in FIG. 4, a support material 26 (resonance avoidance member) may be further provided to avoid resonance of the rope material 22. The support material 26 is installed from near the center of the rope material 22 to the retaining wall 20. The material of the support material 26 may be an elastic material such as rubber. When only one support material 26 is used, there is a possibility of resonance in a direction perpendicular to the plane formed by the rope material 22 and the support material 26, so it is preferable to use two or more support materials 26 and arrange them so that all the materials (rope material 22, support material 26) are not on the same plane. Furthermore, the support material 26 may be provided with a damping function to actively avoid resonance and to reduce vibration by absorbing energy.

なお、上記の実施の形態においては、ロープ材22を地下の免震層14の免震層クリアランスaの空間に配置する場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、縦方向に十分な空間を確保可能な場所であればロープ材22はどこに配置してもよい。例えば、図5(1)に示すように、中心部に構造物28が配置されたボイド型の上部構造16においては、構造物28と上部構造16の間の空間にロープ材22を配置することができる。また、図5(2)に示すように、上部構造16の外部に柱30を設け、柱30と上部構造16との間にロープ材22を配置してもよい。 In the above embodiment, the rope material 22 is placed in the space of the seismic isolation layer clearance a of the underground seismic isolation layer 14, but the present invention is not limited to this, and the rope material 22 may be placed anywhere as long as sufficient space can be secured vertically. For example, as shown in FIG. 5 (1), in a void-type superstructure 16 with a structure 28 placed in the center, the rope material 22 can be placed in the space between the structure 28 and the superstructure 16. Also, as shown in FIG. 5 (2), a column 30 may be provided outside the superstructure 16, and the rope material 22 may be placed between the column 30 and the superstructure 16.

(実施例)
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例は、以下の諸元で適用するものとした。
免震層クリアランスa=0.75m
ロープ材の高さb=6m(=8×a)
ロープ材の水平方向の長さc=3m(=4×a)
(Example)
Next, an embodiment of the present invention will be described. This embodiment is applied to the following specifications.
Seismic isolation layer clearance a = 0.75 m
Rope height b = 6m (=8 x a)
Horizontal length of rope material c = 3 m (= 4 x a)

たるみが無い場合のロープ材長さL0=(a×a+b×b+c×c)0.5=6.750m
上部構造がX方向にx=aだけ移動した場合は、Lx=(a×a+b×b+(c+a)×(c+a))0.5=7.115m
上部構造がY方向にy=aだけ移動した場合は、Ly=((a+a)×(a+a)+b×b+c×c)0.5=6.874m
上部構造がx=a、y=aだけ移動した場合は、Lxy=((a+a)×(a+a)+b×b+(c+a)×(c+a))0.5=7.233m
たるみを持たせた場合のロープ材長さをL=Ly=6.874mとすると、上部構造がx=a、y=aだけ移動した場合のひずみは、7.233/6.874=1.052(ひずみ=5.2%)
Length of rope material without slack L0 = (a x a + b x b + c x c) 0.5 = 6.750 m
If the superstructure moves in the X direction by x = a, Lx = (a x a + b x b + (c + a) x (c + a)) 0.5 = 7.115 m
If the superstructure moves in the Y direction by y = a, Ly = ((a + a) x (a + a) + b x b + c x c) 0.5 = 6.874 m
If the superstructure moves by x = a and y = a, Lxy = ((a + a) x (a + a) + b x b + (c + a) x (c + a)) 0.5 = 7.233 m
If the length of the rope material with slack is L = Ly = 6.874 m, the strain when the superstructure moves by x = a, y = a is 7.233/6.874 = 1.052 (strain = 5.2%).

ここで、通常のワイヤロープでは、ひずみ5%程度で破断するためロープ材として適用することは難しい。本実施例に用いるロープ材としては、例えば海洋・船舶分野で係船索などに使用される合成繊維ロープが有用である。合成繊維ロープは、破断時の伸びが4%~30%程度といった多様な製品が入手可能であり、鉄製のワイヤロープ材と比べて軽量で過酷な条件下でも使われる。軽量のため、設置時やメンテナンス時の作業が容易になる。 Here, a normal wire rope would break at a strain of about 5%, making it difficult to use as a rope material. As a rope material for this embodiment, for example, a synthetic fiber rope used for mooring lines in the marine and ship fields is useful. A variety of synthetic fiber ropes are available with elongation at break of about 4% to 30%, and are lighter than steel wire rope materials, allowing them to be used under harsh conditions. Because of their light weight, installation and maintenance work is easier.

安全率を考慮すると、合成繊維ロープを使う場合でも、ひずみは5%程度に収めておくことが望ましい。ロープ材の高さbを大きくするとひずみは小さくすることができるが、上述したように、ロープ材の高さbは免震層クリアランスaの6倍以上が望ましい。 Considering the safety factor, it is desirable to keep the strain to around 5% even when using synthetic fiber ropes. The strain can be reduced by increasing the rope material height b, but as mentioned above, it is desirable for the rope material height b to be at least six times the seismic isolation layer clearance a.

本実施例によれば、上部構造の任意の水平方向の応答変位を効果的に抑制することが可能である。 According to this embodiment, it is possible to effectively suppress any horizontal response displacement of the superstructure.

以上説明したように、本発明に係る硬化型装置によれば、基礎部の上に免震部材を介して設けられた上部構造と、この上部構造の側壁の少なくとも一部に対して隙間をあけて対向配置された構造体との間に設けられ、上部構造の変位を抑制するために用いられる硬化型装置であって、上部構造の側壁と構造体とを接続する張力部材を備え、この張力部材は、鉛直方向から傾斜した状態で配置されるので、上部構造(免震建物)の水平方向の応答変位を張力部材を用いて効果的に抑制することができる。 As described above, the hardening device of the present invention is a hardening device that is installed between an upper structure installed on a foundation via a seismic isolation member and a structure arranged opposite at least a part of the side wall of the upper structure with a gap, and is used to suppress the displacement of the upper structure, and is equipped with a tension member that connects the side wall of the upper structure to the structure, and this tension member is arranged in a state inclined from the vertical direction, so that the horizontal response displacement of the upper structure (seismically isolated building) can be effectively suppressed using the tension member.

また、本発明に係る他の硬化型装置によれば、張力部材は、鉛直方向では構造体側を上に、上部構造側を下にして配置されるとともに、水平方向では上部構造側を上部構造の下面隅部に近い方に、構造体側を上部構造の下面隅部から遠い方にして配置されるので、任意の水平方向に上部構造が変位した場合に、隙間が小さくなる側の張力部材のみに張力が発生する。このため、転倒モーメントによる圧縮側積層ゴムにかかる軸力を低減することができる。 In addition, with another hardening type device according to the present invention, the tension members are arranged vertically with the structure side facing up and the superstructure side facing down, and horizontally with the superstructure side closer to the corners of the underside of the superstructure and the structure side farther from the corners of the underside of the superstructure. Therefore, when the superstructure is displaced in any horizontal direction, tension is generated only in the tension member on the side where the gap is smaller. This makes it possible to reduce the axial force acting on the compression side laminated rubber due to the overturning moment.

また、本発明に係る他の硬化型装置によれば、張力部材の鉛直方向の高さは、上部構造の側壁と構造体との間の隙間の6倍以上であるとともに、張力部材の水平方向の長さは、上部構造の側壁と構造体との間の隙間の2倍以上であるので、任意の水平方向に上部構造が変位した場合に、隙間が小さくなる側の張力部材のみに張力が発生する。このため、転倒モーメントによる圧縮側積層ゴムにかかる軸力を低減することができる。 In addition, according to another hardening type device of the present invention, the vertical height of the tension member is six times or more the gap between the side wall of the superstructure and the structural body, and the horizontal length of the tension member is two times or more the gap between the side wall of the superstructure and the structural body. Therefore, when the superstructure is displaced in any horizontal direction, tension is generated only in the tension member on the side where the gap is smaller. This makes it possible to reduce the axial force acting on the compression side laminated rubber due to the overturning moment.

また、本発明に係る他の硬化型装置によれば、張力部材の共振を回避するための共振回避部材をさらに備えるので、張力部材の共振を回避することができる。 In addition, another hardening type device according to the present invention further includes a resonance avoidance member for avoiding resonance of the tension member, so that resonance of the tension member can be avoided.

また、本発明に係る免震構造物によれば、上述した硬化型装置を備えるので、上部構造の水平方向の応答変位を抑制可能な免震構造物を提供することができる。 In addition, the seismic isolation structure according to the present invention is equipped with the hardening device described above, so that it is possible to provide a seismic isolation structure that can suppress the horizontal response displacement of the superstructure.

以上のように、本発明に係る硬化型装置およびこれを備えた免震構造物は、免震構造に有用であり、特に、免震建物の水平方向の応答変位を効果的に抑制するのに適している。 As described above, the hardening device of the present invention and the seismic isolation structure equipped with the same are useful for seismic isolation structures, and are particularly suitable for effectively suppressing the horizontal response displacement of seismically isolated buildings.

10 硬化型装置
12 基礎部
14 免震層
16 上部構造
18 側壁
20 擁壁(構造体)
22、22a、22b ロープ材(張力部材)
24 積層ゴム(免震部材)
26 サポート材(共振回避部材)
28 構造物
30 柱
100 免震構造物
a 免震層クリアランス(隙間)
b ロープ材の高さ
c ロープ材の水平方向の長さ
10 Hardening type device 12 Foundation 14 Seismic isolation layer 16 Superstructure 18 Side wall 20 Retaining wall (structural body)
22, 22a, 22b Rope material (tension member)
24 Laminated rubber (seismic isolation material)
26 Support material (resonance avoidance material)
28 Structure 30 Column 100 Seismic isolation structure a Seismic isolation layer clearance (gap)
b Height of rope material c Horizontal length of rope material

Claims (4)

基礎部の上に免震部材を介して設けられた上部構造と、この上部構造の側壁の少なくとも一部に対してクリアランスをあけて対向配置された構造体との間に設けられ、前記上部構造の変位を抑制するために用いられる装置であって、
前記上部構造の前記側壁と前記構造体とを接続する張力部材と、前記張力部材の共振を回避するための共振回避部材とを備え、前記張力部材は、鉛直方向から傾斜した状態で前記クリアランスの空間に配置されることを特徴とする変位抑制装置。
A device that is provided between a superstructure provided on a foundation via a seismic isolation member and a structure that is disposed opposite at least a part of a side wall of the superstructure with a clearance therebetween, and is used to suppress displacement of the superstructure,
A displacement suppression device comprising a tension member connecting the side wall of the upper structure and the structural body , and a resonance avoidance member for avoiding resonance of the tension member , wherein the tension member is arranged in the clearance space at an angle from the vertical direction.
前記張力部材は、鉛直方向では前記構造体側を上に、前記上部構造側を下にして配置されるとともに、水平方向では前記上部構造側を前記上部構造の下面隅部に近い方に、前記構造体側を前記上部構造の下面隅部から遠い方にして配置されることを特徴とする請求項1に記載の変位抑制装置。 The displacement suppression device according to claim 1, characterized in that the tension member is arranged vertically with the structure side facing up and the superstructure side facing down, and horizontally with the superstructure side facing closer to the corners of the underside of the superstructure and the structure side facing away from the corners of the underside of the superstructure. 前記張力部材の鉛直方向の高さは、前記上部構造の前記側壁と前記構造体との間の前記クリアランスの6倍以上であるとともに、前記張力部材の水平方向の長さは、前記上部構造の前記側壁と前記構造体との間の前記クリアランスの2倍以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の変位抑制装置。 The displacement suppression device according to claim 1 or 2, characterized in that the vertical height of the tension member is six times or more the clearance between the side wall of the superstructure and the structure, and the horizontal length of the tension member is two times or more the clearance between the side wall of the superstructure and the structure. 請求項1~のいずれか一つに記載の変位抑制装置を備えることを特徴とする免震構造物。 A seismic isolation structure comprising a displacement suppression device according to any one of claims 1 to 3 .
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