免震システム
【課題】地震による免震装置の水平変形が大きい場合であっても建物に衝撃を与えることなく建物を保持することができる免震システムを提供する。
【解決手段】建物２の上部基礎１２と下部基礎１４との間に設けられる積層ゴム型免震装置２０と、免震装置２０の大変形時に上部基礎１２を保持する機構とを備えた免震システム１００であって、上部基礎１２と下部基礎１４との間に設けられ、長い平坦面からなる滑り版３２上に設けられる滑り支承２２を有し、免震装置２０は、建物２の外周側に配置され、滑り支承２２は、建物２の内側に配置されるように構成した。
【解決手段】建物２の上部基礎１２と下部基礎１４との間に設けられる積層ゴム型免震装置２０と、免震装置２０の大変形時に上部基礎１２を保持する機構とを備えた免震システム１００であって、上部基礎１２と下部基礎１４との間に設けられ、長い平坦面からなる滑り版３２上に設けられる滑り支承２２を有し、免震装置２０は、建物２の外周側に配置され、滑り支承２２は、建物２の内側に配置されるように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層ゴム型免震装置の大変形時に建物を保持する機構を備えた免震システムに関し、特に原子力発電所建屋などの超重量建物に適した免震システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層ゴムを用いた積層ゴム型免震装置として、積層ゴムが万一破断した場合に受け材が建物荷重を支持するソフトランディング機構を備えた免震装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。このソフトランディング機構は、積層ゴムの横側の上部基礎下面または下部基礎上面のいずれか一方にＲＣ製の受け材を設けたものであり、非常に大きな地震によって積層ゴムが過大に水平変形して破断すると受け材がソフトランディングする。そして受け材が積層ゴムに代わって建物荷重を支持することでフェールセーフ機能を果たすようになっている。
【０００３】
一方、近年の構造物の設計においては、検討地震のレベルとして、稀に起こるレベル１、極めて稀に起こるレベル２、さらに余裕度検討レベルと称してレベル３（レベル２の１．５倍）の３段階に対して安全性を確認するようにしている。また、設計に用いる地震動の予測精度も向上してきている。こうしたことにより、近年の構造物設計においては、免震システムにおける受け材は省略して設計される場合が多い。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１０４８３４号公報
【特許文献２】特開平３−２７５８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、次世代の原子力発電所に配置される建物は、想定を超える地震動に対しても放射能を外部に漏らすような損傷の発生は許容されず、免震構造であることが前提となっている。この場合の免震構造に要求される安全性（余裕度）は、一般建築のそれよりもはるかに厳しくされている。
【０００６】
こうした原子力発電所本館のような超重量建物に用いる免震システムとして、上記の従来のソフトランディング機構を備える免震システムの適用を考えた場合、次のような問題が生じる。
【０００７】
上記の従来のソフトランディング機構は、免震システムの積層ゴム破断後の建物荷重を点で支えるものである。この場合、地震による水平変形が大きい場合を想定すれば、ソフトランディング機構は、柱位置の積層ゴムからかなり離れた位置に設けなければならない。ところが、例えば、原子炉建屋のように基礎平面が小さく重量が大きい建物の場合には積層ゴムの間隔が非常に密になる。このため、こうした建物に上記の従来のソフトランディング機構を備えた免震システムを適用することは困難である。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、地震による免震装置の水平変形が大きい場合であっても建物に衝撃を与えることなく建物を保持することができる免震システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る免震システムは、建物の上部基礎と下部基礎との間に設けられる積層ゴム型免震装置と、前記免震装置の大変形時に前記上部基礎を保持する機構とを備えた免震システムであって、前記上部基礎と前記下部基礎との間に設けられ、長い平坦面からなる滑り版上に設けられる滑り支承を有し、前記免震装置は、前記建物の外周側に配置され、前記滑り支承は、前記建物の内側に配置されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る免震システムは、上述した請求項１において、前記免震装置の周囲の前記上部基礎下面に設けられる上部滑り部材と、前記免震装置の周囲の前記下部基礎上面に設けられる下部滑り部材とを有し、前記下部基礎が所定水平距離だけ変位した際に前記上部滑り部材と前記下部滑り部材とが当接するように構成したフェールセーフ機構を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る免震システムは、上述した請求項２において、前記上部滑り部材と前記下部滑り部材は、前記免震装置の許容変形量を超える前に当接することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る免震システムは、上述した請求項２または請求項３において、前記上部滑り部材は、前記免震装置の周囲の前記上部基礎下面から下側に向かって突出形成されるドーナツ状のアゴ部の下面に設けられることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項５に係る免震システムは、上述した請求項４において、前記アゴ部は、着脱可能なＰＣ部材を含んで構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項６に係る免震システムは、上述した請求項２から請求項５のいずれか一つにおいて、前記免震装置は、前記上部基礎下面に設けられた凹部と、この凹部に対向するように前記下部基礎上面に設けられた凹部との間に介装されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項７に係る免震システムは、上述した請求項２から請求項６のいずれか一つにおいて、前記下部滑り部材は、前記免震装置の周囲近傍で水平に延びる平坦部と、前記免震装置から離れるに従い立ち上がるスロープとを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項８に係る免震システムは、上述した請求項７において、前記スロープの高さは、少なくとも地震の運動エネルギーに相当する位置エネルギーに対応した高さとされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、積層ゴム型免震装置は建物の外周側に配置される。一方、滑り支承は建物の内側に配置され、しかも長い平坦面からなる滑り版上に設けられる。このため、建物に想定を超えた水平変位が生じた場合、積層ゴム型免震装置は水平変形して免震機能を発揮する一方で、滑り支承は建物内側の長い滑り版の平坦面上を滑り、支承の基礎から落下することはない。したがって、地震による免震装置の水平変形が大きい場合であっても建物に衝撃を与えることなく建物を保持することができる。
【００１８】
また、積層ゴムの周囲の上部基礎下面に設けられる上部滑り部材と、積層ゴムの周囲の下部基礎上面に設けられる下部滑り部材とを備え、下部基礎が所定水平距離だけ変位した際に上部滑り部材と下部滑り部材とが当接する。このため、積層ゴムの水平変形が大きくなっても積層ゴムの周囲に形成される当接部で上部基礎の荷重を支持することができる。したがって、積層ゴムから遠く離れた位置にソフトランディング機構を設けずともフェールセーフ機能を果たすことができる。
【００１９】
また、積層ゴムを上部および下部基礎の凹部間に設置し、積層ゴムの周囲の上部基礎下面にドーナツ状のアゴ部を設けることにより、積層ゴム破断後に水平変形しても積層ゴムのフランジプレートが上部基礎のアゴ部に衝突することがない。このため、積層ゴム破断後における構造体の滑らかな動きを可能にする。とくに、下部基礎上面は、下部滑り部材の平坦部によりフラットにされていることから、想定を超えた水平変位であっても上部基礎としての建物が落下することによる衝撃は発生することはない。
【００２０】
また、下部滑り部材が、積層ゴムから離れるに従い立ち上がるスロープを有することにより、過大な水平変形を抑制することができる。また、上部基礎を元の位置に戻そうとする復元力を付与することができる。
【００２１】
さらに、ドーナツ状のアゴ部の一部を着脱可能なＰＣ部材（プレキャストコンクリート部材）とすることにより、ＰＣ部材を取り外してアゴ部に囲まれている積層ゴムの点検や取り替え作業を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る免震システムの好適な実施の形態を原子力発電所建屋に適用する場合について詳細に説明する。なお、想定する地震動による変形量を特定することは困難であることから、以下においては、一般建築で想定される地震時の最大変位６０ｃｍの２倍以上の変形量を想定している。図１は、本発明に係る免震システムの概略断面図であり、図１（ａ）、（ｂ）は変形前の平面断面図、正面断面図である。図１（ｃ）、（ｄ）は変形後の平面断面図、正面断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る免震システム１００は、積層ゴム２０と滑り支承２２とフェールセーフ機構５０とを備える。積層ゴム２０は、原子力発電所建屋２外周の基礎１０の上部基礎版１２（上部基礎）と下部基礎版１４（下部基礎）との間に介装されてある。一方、滑り支承２２は、積層ゴム２０から離れた建屋２内側の上部基礎版１２の下面１２ａの凸部２４下端に設けられてある。このように、滑り支承２２を建屋２の内側に配置することで、想定を超えた水平変位であっても滑り支承２２が下部基礎版１４から落下することを回避している。このため、滑り支承２２が落下することによる建屋２への衝撃は生じない。
【００２４】
フェールセーフ機構５０は、積層ゴム２０の周囲の上部基礎版１２の下面１２ａに配置される上部滑り部材としてのテフロン（登録商標）材３０と、下部基礎版１４の上面１４ａに配置される下部滑り部材としてのＳＵＳプレート３２とを備える。下部基礎版１４の上面１４ａの全面は、略平坦な面にされてある。ＳＵＳプレート３２は本発明の滑り支承２２の滑り版として機能する。このようにすることで想定以上の水平変形が発生した場合でも滑り支承２２はＳＵＳプレート３２上を滑り、滑り支承２２の落下に伴う衝撃や上部基礎版１２の落下に伴う衝撃の発生を回避することができる。
【００２５】
図２は、原子力発電所本館建屋の配置平面図であり、図３は、免震システムの配置平面図である。図４は、免震システムを適用した原子力発電所建屋イメージを表す概略斜視図である。図５は、建屋基礎一体化の概念を説明する概略正面断面図である。
【００２６】
免震システム１００は、図２、図３および図４に示すように、原子力発電所本館である原子炉建屋（Ｒ／Ｂ）とタービン建屋（Ｔ／Ｂ）の両基礎１０に配置される。積層ゴム２０は、各建屋基礎１０の外周側の複数箇所（例えば、両建屋合計６０箇所）に互いに間隔をあけて配置される。滑り支承２２は、各建屋基礎１０の平面内側の複数箇所（例えば、両建屋合計１４０箇所）に互いに間隔をあけて配置される。滑り支承２２としては、弾性または剛すべり支承を用いることができる。建屋重量は、例えばＲ／Ｂは約１８万トン、Ｔ／Ｂは約２０万トンであり、超重量建物とされている。
【００２７】
両建屋間は、図５（ａ）に示すように、主蒸気配管などの重要度の比較的高い渡り配管６０が設置されてあり、渡り配管６０の地震に対する変位追従性能は例えば２５ｃｍ程度と低いことから、図５（ｂ）に示すように、渡り配管６０の健全性確保のために両建屋基礎１０は一体化されている。免震システム１００は、重要度の比較的低い給水ピットや配管部７０で免震境界の変位を吸収することで、渡り配管６０が過大変位して破損するおそれを低減する。
【００２８】
積層ゴム２０は、図１に示すように、上部基礎版１２、下部基礎版１４の互いに対向する面をそれぞれ窪ませた凹部１６間に介装される上下に延びた略円柱状の部材であり、不図示の鋼板とゴムとが交互に積層された鉛プラグ入りの構造とされてある。積層ゴム２０は、円柱の上下各面に設けられたフランジプレート１８を介して上部基礎版１２、下部基礎版１４に取り付けてある。
【００２９】
テフロン材３０は、積層ゴム２０外周の上部基礎版下面１２ａにて下側に向かって突出形成されるドーナツ状のアゴ部４０の下面に配置される。アゴ部４０の一部は、着脱可能なＰＣ部材４２（プレキャストコンクリート部材）で構成され、ボルト止めされてある。積層ゴム２０の点検や取り替え時には、建屋２外周の点検用通路４からこのＰＣ部材４２を取り外すことで積層ゴム２０の点検や取り替え作業を容易にすることができる。
【００３０】
テフロン材３０およびＳＵＳプレート３２は、上下方向に所定クリアランスＣを有して互いに対向離間している。このクリアランスＣとしては、積層ゴム２０が水平変形した際の積層ゴム２０の沈み込み量を予め把握しておき、その沈み込み量に対応する長さとすることができる。
【００３１】
上記のように構成することで、積層ゴム２０がある程度水平変形したときに、荷重はテフロン材３０とＳＵＳプレート３２の当接部３４に移行して作用するようになる。一方、積層ゴム２０に作用する荷重は減少するので、荷重作用状態におけるハードニング（大変形時に水平剛性が高くなる現象）が生じにくくなる。また、積層ゴム２０が破断した後、大変形してもドーナツ状のアゴ部４０の下面が下部基礎版１４の上面１４ａに当接しているので、積層ゴム２０のフランジプレート１８と上部基礎版１２のアゴ部４０とは衝突することがなく、上部基礎版１２はこの上面１４ａを滑らかに滑る。
【００３２】
ＳＵＳプレート３２は、積層ゴム２０から水平方向所定距離だけ離れた位置に、積層ゴム２０位置を中心として半径方向外方に行くに従い緩やかに立ち上がる同心円状のスロープ３６を有する。このスロープ３６によってＳＵＳプレート３２は略おわん形状とされている。なお、ＳＵＳプレート３２は、滑り支承２２に対向する下部基礎版１４の上面１４ａにおいても同心円状のスロープ３６を有する略おわん形状として設けられてある。そして、このスロープ３６が地震の運動エネルギーを位置エネルギーに変換するように作用することで、上部基礎版１２の水平変位を吸収する効果を期待することができる。
【００３３】
より具体的には、大きな地震動によって積層ゴム２０が破断すると、積層ゴム２０内部の不図示の鉛プラグも破断するので減衰効果は減少する。しかし、ＳＵＳプレート３２とテフロン材３０の滑り動作に移行することによって新たに滑りによる減衰効果が効き始める。ところが、さらに大きな地震動が入力されるとどこまでも変位し続けることになることから、建屋２外周の配管６０などが破損するおそれがある。そこで、この滑り動作による変位をある程度の変位量に抑えるために、ＳＵＳプレート３２による滑り区間を完全な水平面ではなく、上記のようにスロープ３６を有する構成としている。
【００３４】
ここで、スロープ３６の高さｈは、想定する地震に応じて例えば次のように設定することができる。地震時の速度をｖ＝１００ｃｍ／ｓｅｃ（１００ｋｉｎｅ）とすると、
運動エネルギーは、Ｅｋ＝ｍｖ2／２
位置エネルギーは、Ｅｐ＝ｍｇｈ
Ｅｋ＝Ｅｐとして、運動エネルギーを吸収するために必要なスロープ３６の高さｈは、
ｈ＝ｖ2／２ｇ＝１．０2／（２×９．８）＝約０．０５ｍ
と、５ｃｍ程度のスロープ立ち上がり高さｈで運動エネルギーを吸収することによって、それ以上、アゴ部４０が水平変位しないように止めることが可能である。なお、アゴ部４０はスロープ３６を上がりながら水平変位した後、逆方向へ動いて最終的には元の位置に戻ることになる。
【００３５】
次に、本発明の免震システム１００を適用した場合において、荷重が積層ゴム２０からフェールセーフ機構５０へ移行する時の動作特性について図を参照しながら説明する。図６は、積層ゴムのせん断試験の状況写真である。積層ゴムが菱形に水平変形している状況が判る。図７は、このせん断試験による積層ゴムのせん断応力とせん断歪みの関係を示す水平変位特性図である。図８は、本発明の免震システムを適用した場合の積層ゴムの水平変位特性図であり、荷重が積層ゴムからフェールセーフ機構へ移行する時の特性を示す図である。
【００３６】
図６および図７に示すように、せん断歪み２５０％までの変形を設計範囲とし、２５０％を超える場合をハードニング領域とすることができる。積層ゴム２０は、せん断歪み４００〜４２０％程度で座屈したり、４７０％程度で破断することが判る。
【００３７】
一方、図８に示すように、本発明の免震システム１００を適用した場合には、図中実線で示すように、水平変位（せん断歪み）４７０％程度を超えると積層ゴム２０における作用荷重が減少することによって、ハードニング領域から滑り移行領域に移行することが判る。さらに水平変位７００％程度に相当する位置に設けたスロープ３６を滑り上がるように変位することが判る。なお、図中点線で示す積層ゴム２０のみを用いてゴムにおける作用荷重を減少させないケースでは、水平変位４７０％程度で破断することが判る。また、図中一点鎖線で示す積層ゴム２０のみを用いて荷重減少させたケースでは水平変位５８０％程度でゴムが破断することが判る。
【００３８】
上記の実施形態において、滑り支承２２は、破断することがないのでフェールセーフ機構は不要である。このため、破断・座屈の可能性がある建屋２の基礎１０の外周側に配置される積層ゴム２０のみに対してフェールセーフ機構５０を設置すればよいことから、フェールセーフ機構５０の設置に係るスペースが少なくて済むという利点がある。
【００３９】
上記の実施形態において、本発明の免震システム１００を、隣接２建屋の基礎を一体化した免震構造に適用する場合について説明したが、２建屋を個別の免震構造とした場合にも適用することができる。この場合、２建屋間のエキスパンション距離が非常に大きくなること以外は、本発明の免震システムに関する考え方は同じであり、いずれにしても本発明と同一の作用効果を奏することができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明によれば、積層ゴム型免震装置は建物の外周側に配置される。一方、滑り支承は建物の内側に配置され、しかも長い平坦面からなる滑り版上に設けられる。このため、建物に想定を超えた水平変位が生じた場合、積層ゴム型免震装置は水平変形して免震機能を発揮する一方で、滑り支承は建物内側の長い滑り版の平坦面上を滑り、支承の基礎から落下することはない。したがって、地震による免震装置の水平変形が大きい場合であっても建物に衝撃を与えることなく建物を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る免震システムの一例を示す変形前後の概略断面図である。
【図２】原子力発電所本館建屋の配置の一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明に係る免震システムの一例を示す概略平面図である。
【図４】本発明に係る免震システムを適用した原子力発電所建屋の一例を示す概略斜視図である。
【図５】建屋基礎一体化の概念を説明する概略正面断面図である。
【図６】積層ゴムのせん断試験の状況写真を示す図である。
【図７】積層ゴムのせん断試験によるせん断応力とせん断歪みの関係の一例を示す水平変位特性図である。
【図８】本発明に係る免震システムを適用した場合の積層ゴムの水平変位特性図であり、荷重が積層ゴムからフェールセーフ機構へ移行する時の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
２ 原子力発電所建屋
４ 点検用通路
１０ 基礎
１２ 上部基礎版（上部基礎）
１２ａ 下面
１４ 下部基礎版（下部基礎）
１４ａ 上面
１６ 凹部
１８ フランジプレート
２０ 積層ゴム
２２ 滑り支承
２４ 凸部
３０ テフロン材（上部滑り部材）
３２ ＳＵＳプレート（下部滑り部材、滑り版）
３４ 当接部
３６ スロープ
４０ アゴ部
４２ ＰＣ部材
５０ フェールセーフ機構
６０ 渡り配管
７０ 給水ピットおよび配管部
１００ 免震システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、積層ゴム型免震装置の大変形時に建物を保持する機構を備えた免震システムに関し、特に原子力発電所建屋などの超重量建物に適した免震システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、積層ゴムを用いた積層ゴム型免震装置として、積層ゴムが万一破断した場合に受け材が建物荷重を支持するソフトランディング機構を備えた免震装置が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。このソフトランディング機構は、積層ゴムの横側の上部基礎下面または下部基礎上面のいずれか一方にＲＣ製の受け材を設けたものであり、非常に大きな地震によって積層ゴムが過大に水平変形して破断すると受け材がソフトランディングする。そして受け材が積層ゴムに代わって建物荷重を支持することでフェールセーフ機能を果たすようになっている。
【０００３】
一方、近年の構造物の設計においては、検討地震のレベルとして、稀に起こるレベル１、極めて稀に起こるレベル２、さらに余裕度検討レベルと称してレベル３（レベル２の１．５倍）の３段階に対して安全性を確認するようにしている。また、設計に用いる地震動の予測精度も向上してきている。こうしたことにより、近年の構造物設計においては、免震システムにおける受け材は省略して設計される場合が多い。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−１０４８３４号公報
【特許文献２】特開平３−２７５８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、次世代の原子力発電所に配置される建物は、想定を超える地震動に対しても放射能を外部に漏らすような損傷の発生は許容されず、免震構造であることが前提となっている。この場合の免震構造に要求される安全性（余裕度）は、一般建築のそれよりもはるかに厳しくされている。
【０００６】
こうした原子力発電所本館のような超重量建物に用いる免震システムとして、上記の従来のソフトランディング機構を備える免震システムの適用を考えた場合、次のような問題が生じる。
【０００７】
上記の従来のソフトランディング機構は、免震システムの積層ゴム破断後の建物荷重を点で支えるものである。この場合、地震による水平変形が大きい場合を想定すれば、ソフトランディング機構は、柱位置の積層ゴムからかなり離れた位置に設けなければならない。ところが、例えば、原子炉建屋のように基礎平面が小さく重量が大きい建物の場合には積層ゴムの間隔が非常に密になる。このため、こうした建物に上記の従来のソフトランディング機構を備えた免震システムを適用することは困難である。
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、地震による免震装置の水平変形が大きい場合であっても建物に衝撃を与えることなく建物を保持することができる免震システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る免震システムは、建物の上部基礎と下部基礎との間に設けられる積層ゴム型免震装置と、前記免震装置の大変形時に前記上部基礎を保持する機構とを備えた免震システムであって、前記上部基礎と前記下部基礎との間に設けられ、長い平坦面からなる滑り版上に設けられる滑り支承を有し、前記免震装置は、前記建物の外周側に配置され、前記滑り支承は、前記建物の内側に配置されることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る免震システムは、上述した請求項１において、前記免震装置の周囲の前記上部基礎下面に設けられる上部滑り部材と、前記免震装置の周囲の前記下部基礎上面に設けられる下部滑り部材とを有し、前記下部基礎が所定水平距離だけ変位した際に前記上部滑り部材と前記下部滑り部材とが当接するように構成したフェールセーフ機構を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る免震システムは、上述した請求項２において、前記上部滑り部材と前記下部滑り部材は、前記免震装置の許容変形量を超える前に当接することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の請求項４に係る免震システムは、上述した請求項２または請求項３において、前記上部滑り部材は、前記免震装置の周囲の前記上部基礎下面から下側に向かって突出形成されるドーナツ状のアゴ部の下面に設けられることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項５に係る免震システムは、上述した請求項４において、前記アゴ部は、着脱可能なＰＣ部材を含んで構成されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項６に係る免震システムは、上述した請求項２から請求項５のいずれか一つにおいて、前記免震装置は、前記上部基礎下面に設けられた凹部と、この凹部に対向するように前記下部基礎上面に設けられた凹部との間に介装されることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の請求項７に係る免震システムは、上述した請求項２から請求項６のいずれか一つにおいて、前記下部滑り部材は、前記免震装置の周囲近傍で水平に延びる平坦部と、前記免震装置から離れるに従い立ち上がるスロープとを有することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の請求項８に係る免震システムは、上述した請求項７において、前記スロープの高さは、少なくとも地震の運動エネルギーに相当する位置エネルギーに対応した高さとされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、積層ゴム型免震装置は建物の外周側に配置される。一方、滑り支承は建物の内側に配置され、しかも長い平坦面からなる滑り版上に設けられる。このため、建物に想定を超えた水平変位が生じた場合、積層ゴム型免震装置は水平変形して免震機能を発揮する一方で、滑り支承は建物内側の長い滑り版の平坦面上を滑り、支承の基礎から落下することはない。したがって、地震による免震装置の水平変形が大きい場合であっても建物に衝撃を与えることなく建物を保持することができる。
【００１８】
また、積層ゴムの周囲の上部基礎下面に設けられる上部滑り部材と、積層ゴムの周囲の下部基礎上面に設けられる下部滑り部材とを備え、下部基礎が所定水平距離だけ変位した際に上部滑り部材と下部滑り部材とが当接する。このため、積層ゴムの水平変形が大きくなっても積層ゴムの周囲に形成される当接部で上部基礎の荷重を支持することができる。したがって、積層ゴムから遠く離れた位置にソフトランディング機構を設けずともフェールセーフ機能を果たすことができる。
【００１９】
また、積層ゴムを上部および下部基礎の凹部間に設置し、積層ゴムの周囲の上部基礎下面にドーナツ状のアゴ部を設けることにより、積層ゴム破断後に水平変形しても積層ゴムのフランジプレートが上部基礎のアゴ部に衝突することがない。このため、積層ゴム破断後における構造体の滑らかな動きを可能にする。とくに、下部基礎上面は、下部滑り部材の平坦部によりフラットにされていることから、想定を超えた水平変位であっても上部基礎としての建物が落下することによる衝撃は発生することはない。
【００２０】
また、下部滑り部材が、積層ゴムから離れるに従い立ち上がるスロープを有することにより、過大な水平変形を抑制することができる。また、上部基礎を元の位置に戻そうとする復元力を付与することができる。
【００２１】
さらに、ドーナツ状のアゴ部の一部を着脱可能なＰＣ部材（プレキャストコンクリート部材）とすることにより、ＰＣ部材を取り外してアゴ部に囲まれている積層ゴムの点検や取り替え作業を容易にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に添付図面を参照しながら、本発明に係る免震システムの好適な実施の形態を原子力発電所建屋に適用する場合について詳細に説明する。なお、想定する地震動による変形量を特定することは困難であることから、以下においては、一般建築で想定される地震時の最大変位６０ｃｍの２倍以上の変形量を想定している。図１は、本発明に係る免震システムの概略断面図であり、図１（ａ）、（ｂ）は変形前の平面断面図、正面断面図である。図１（ｃ）、（ｄ）は変形後の平面断面図、正面断面図である。
【００２３】
図１に示すように、本発明に係る免震システム１００は、積層ゴム２０と滑り支承２２とフェールセーフ機構５０とを備える。積層ゴム２０は、原子力発電所建屋２外周の基礎１０の上部基礎版１２（上部基礎）と下部基礎版１４（下部基礎）との間に介装されてある。一方、滑り支承２２は、積層ゴム２０から離れた建屋２内側の上部基礎版１２の下面１２ａの凸部２４下端に設けられてある。このように、滑り支承２２を建屋２の内側に配置することで、想定を超えた水平変位であっても滑り支承２２が下部基礎版１４から落下することを回避している。このため、滑り支承２２が落下することによる建屋２への衝撃は生じない。
【００２４】
フェールセーフ機構５０は、積層ゴム２０の周囲の上部基礎版１２の下面１２ａに配置される上部滑り部材としてのテフロン（登録商標）材３０と、下部基礎版１４の上面１４ａに配置される下部滑り部材としてのＳＵＳプレート３２とを備える。下部基礎版１４の上面１４ａの全面は、略平坦な面にされてある。ＳＵＳプレート３２は本発明の滑り支承２２の滑り版として機能する。このようにすることで想定以上の水平変形が発生した場合でも滑り支承２２はＳＵＳプレート３２上を滑り、滑り支承２２の落下に伴う衝撃や上部基礎版１２の落下に伴う衝撃の発生を回避することができる。
【００２５】
図２は、原子力発電所本館建屋の配置平面図であり、図３は、免震システムの配置平面図である。図４は、免震システムを適用した原子力発電所建屋イメージを表す概略斜視図である。図５は、建屋基礎一体化の概念を説明する概略正面断面図である。
【００２６】
免震システム１００は、図２、図３および図４に示すように、原子力発電所本館である原子炉建屋（Ｒ／Ｂ）とタービン建屋（Ｔ／Ｂ）の両基礎１０に配置される。積層ゴム２０は、各建屋基礎１０の外周側の複数箇所（例えば、両建屋合計６０箇所）に互いに間隔をあけて配置される。滑り支承２２は、各建屋基礎１０の平面内側の複数箇所（例えば、両建屋合計１４０箇所）に互いに間隔をあけて配置される。滑り支承２２としては、弾性または剛すべり支承を用いることができる。建屋重量は、例えばＲ／Ｂは約１８万トン、Ｔ／Ｂは約２０万トンであり、超重量建物とされている。
【００２７】
両建屋間は、図５（ａ）に示すように、主蒸気配管などの重要度の比較的高い渡り配管６０が設置されてあり、渡り配管６０の地震に対する変位追従性能は例えば２５ｃｍ程度と低いことから、図５（ｂ）に示すように、渡り配管６０の健全性確保のために両建屋基礎１０は一体化されている。免震システム１００は、重要度の比較的低い給水ピットや配管部７０で免震境界の変位を吸収することで、渡り配管６０が過大変位して破損するおそれを低減する。
【００２８】
積層ゴム２０は、図１に示すように、上部基礎版１２、下部基礎版１４の互いに対向する面をそれぞれ窪ませた凹部１６間に介装される上下に延びた略円柱状の部材であり、不図示の鋼板とゴムとが交互に積層された鉛プラグ入りの構造とされてある。積層ゴム２０は、円柱の上下各面に設けられたフランジプレート１８を介して上部基礎版１２、下部基礎版１４に取り付けてある。
【００２９】
テフロン材３０は、積層ゴム２０外周の上部基礎版下面１２ａにて下側に向かって突出形成されるドーナツ状のアゴ部４０の下面に配置される。アゴ部４０の一部は、着脱可能なＰＣ部材４２（プレキャストコンクリート部材）で構成され、ボルト止めされてある。積層ゴム２０の点検や取り替え時には、建屋２外周の点検用通路４からこのＰＣ部材４２を取り外すことで積層ゴム２０の点検や取り替え作業を容易にすることができる。
【００３０】
テフロン材３０およびＳＵＳプレート３２は、上下方向に所定クリアランスＣを有して互いに対向離間している。このクリアランスＣとしては、積層ゴム２０が水平変形した際の積層ゴム２０の沈み込み量を予め把握しておき、その沈み込み量に対応する長さとすることができる。
【００３１】
上記のように構成することで、積層ゴム２０がある程度水平変形したときに、荷重はテフロン材３０とＳＵＳプレート３２の当接部３４に移行して作用するようになる。一方、積層ゴム２０に作用する荷重は減少するので、荷重作用状態におけるハードニング（大変形時に水平剛性が高くなる現象）が生じにくくなる。また、積層ゴム２０が破断した後、大変形してもドーナツ状のアゴ部４０の下面が下部基礎版１４の上面１４ａに当接しているので、積層ゴム２０のフランジプレート１８と上部基礎版１２のアゴ部４０とは衝突することがなく、上部基礎版１２はこの上面１４ａを滑らかに滑る。
【００３２】
ＳＵＳプレート３２は、積層ゴム２０から水平方向所定距離だけ離れた位置に、積層ゴム２０位置を中心として半径方向外方に行くに従い緩やかに立ち上がる同心円状のスロープ３６を有する。このスロープ３６によってＳＵＳプレート３２は略おわん形状とされている。なお、ＳＵＳプレート３２は、滑り支承２２に対向する下部基礎版１４の上面１４ａにおいても同心円状のスロープ３６を有する略おわん形状として設けられてある。そして、このスロープ３６が地震の運動エネルギーを位置エネルギーに変換するように作用することで、上部基礎版１２の水平変位を吸収する効果を期待することができる。
【００３３】
より具体的には、大きな地震動によって積層ゴム２０が破断すると、積層ゴム２０内部の不図示の鉛プラグも破断するので減衰効果は減少する。しかし、ＳＵＳプレート３２とテフロン材３０の滑り動作に移行することによって新たに滑りによる減衰効果が効き始める。ところが、さらに大きな地震動が入力されるとどこまでも変位し続けることになることから、建屋２外周の配管６０などが破損するおそれがある。そこで、この滑り動作による変位をある程度の変位量に抑えるために、ＳＵＳプレート３２による滑り区間を完全な水平面ではなく、上記のようにスロープ３６を有する構成としている。
【００３４】
ここで、スロープ３６の高さｈは、想定する地震に応じて例えば次のように設定することができる。地震時の速度をｖ＝１００ｃｍ／ｓｅｃ（１００ｋｉｎｅ）とすると、
運動エネルギーは、Ｅｋ＝ｍｖ2／２
位置エネルギーは、Ｅｐ＝ｍｇｈ
Ｅｋ＝Ｅｐとして、運動エネルギーを吸収するために必要なスロープ３６の高さｈは、
ｈ＝ｖ2／２ｇ＝１．０2／（２×９．８）＝約０．０５ｍ
と、５ｃｍ程度のスロープ立ち上がり高さｈで運動エネルギーを吸収することによって、それ以上、アゴ部４０が水平変位しないように止めることが可能である。なお、アゴ部４０はスロープ３６を上がりながら水平変位した後、逆方向へ動いて最終的には元の位置に戻ることになる。
【００３５】
次に、本発明の免震システム１００を適用した場合において、荷重が積層ゴム２０からフェールセーフ機構５０へ移行する時の動作特性について図を参照しながら説明する。図６は、積層ゴムのせん断試験の状況写真である。積層ゴムが菱形に水平変形している状況が判る。図７は、このせん断試験による積層ゴムのせん断応力とせん断歪みの関係を示す水平変位特性図である。図８は、本発明の免震システムを適用した場合の積層ゴムの水平変位特性図であり、荷重が積層ゴムからフェールセーフ機構へ移行する時の特性を示す図である。
【００３６】
図６および図７に示すように、せん断歪み２５０％までの変形を設計範囲とし、２５０％を超える場合をハードニング領域とすることができる。積層ゴム２０は、せん断歪み４００〜４２０％程度で座屈したり、４７０％程度で破断することが判る。
【００３７】
一方、図８に示すように、本発明の免震システム１００を適用した場合には、図中実線で示すように、水平変位（せん断歪み）４７０％程度を超えると積層ゴム２０における作用荷重が減少することによって、ハードニング領域から滑り移行領域に移行することが判る。さらに水平変位７００％程度に相当する位置に設けたスロープ３６を滑り上がるように変位することが判る。なお、図中点線で示す積層ゴム２０のみを用いてゴムにおける作用荷重を減少させないケースでは、水平変位４７０％程度で破断することが判る。また、図中一点鎖線で示す積層ゴム２０のみを用いて荷重減少させたケースでは水平変位５８０％程度でゴムが破断することが判る。
【００３８】
上記の実施形態において、滑り支承２２は、破断することがないのでフェールセーフ機構は不要である。このため、破断・座屈の可能性がある建屋２の基礎１０の外周側に配置される積層ゴム２０のみに対してフェールセーフ機構５０を設置すればよいことから、フェールセーフ機構５０の設置に係るスペースが少なくて済むという利点がある。
【００３９】
上記の実施形態において、本発明の免震システム１００を、隣接２建屋の基礎を一体化した免震構造に適用する場合について説明したが、２建屋を個別の免震構造とした場合にも適用することができる。この場合、２建屋間のエキスパンション距離が非常に大きくなること以外は、本発明の免震システムに関する考え方は同じであり、いずれにしても本発明と同一の作用効果を奏することができる。
【００４０】
以上説明したように、本発明によれば、積層ゴム型免震装置は建物の外周側に配置される。一方、滑り支承は建物の内側に配置され、しかも長い平坦面からなる滑り版上に設けられる。このため、建物に想定を超えた水平変位が生じた場合、積層ゴム型免震装置は水平変形して免震機能を発揮する一方で、滑り支承は建物内側の長い滑り版の平坦面上を滑り、支承の基礎から落下することはない。したがって、地震による免震装置の水平変形が大きい場合であっても建物に衝撃を与えることなく建物を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る免震システムの一例を示す変形前後の概略断面図である。
【図２】原子力発電所本館建屋の配置の一例を示す概略平面図である。
【図３】本発明に係る免震システムの一例を示す概略平面図である。
【図４】本発明に係る免震システムを適用した原子力発電所建屋の一例を示す概略斜視図である。
【図５】建屋基礎一体化の概念を説明する概略正面断面図である。
【図６】積層ゴムのせん断試験の状況写真を示す図である。
【図７】積層ゴムのせん断試験によるせん断応力とせん断歪みの関係の一例を示す水平変位特性図である。
【図８】本発明に係る免震システムを適用した場合の積層ゴムの水平変位特性図であり、荷重が積層ゴムからフェールセーフ機構へ移行する時の特性を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
２ 原子力発電所建屋
４ 点検用通路
１０ 基礎
１２ 上部基礎版（上部基礎）
１２ａ 下面
１４ 下部基礎版（下部基礎）
１４ａ 上面
１６ 凹部
１８ フランジプレート
２０ 積層ゴム
２２ 滑り支承
２４ 凸部
３０ テフロン材（上部滑り部材）
３２ ＳＵＳプレート（下部滑り部材、滑り版）
３４ 当接部
３６ スロープ
４０ アゴ部
４２ ＰＣ部材
５０ フェールセーフ機構
６０ 渡り配管
７０ 給水ピットおよび配管部
１００ 免震システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の上部基礎と下部基礎との間に設けられる積層ゴム型免震装置と、前記免震装置の大変形時に前記上部基礎を保持する機構とを備えた免震システムであって、
前記上部基礎と前記下部基礎との間に設けられ、長い平坦面からなる滑り版上に設けられる滑り支承を有し、
前記免震装置は、前記建物の外周側に配置され、
前記滑り支承は、前記建物の内側に配置されることを特徴とする免震システム。
【請求項２】
前記免震装置の周囲の前記上部基礎下面に設けられる上部滑り部材と、
前記免震装置の周囲の前記下部基礎上面に設けられる下部滑り部材とを有し、
前記下部基礎が所定水平距離だけ変位した際に前記上部滑り部材と前記下部滑り部材とが当接するように構成したフェールセーフ機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の免震システム。
【請求項３】
前記上部滑り部材と前記下部滑り部材は、前記免震装置の許容変形量を超える前に当接することを特徴とする請求項２に記載の免震システム。
【請求項４】
前記上部滑り部材は、前記免震装置の周囲の前記上部基礎下面から下側に向かって突出形成されるドーナツ状のアゴ部の下面に設けられることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の免震システム。
【請求項５】
前記アゴ部は、着脱可能なＰＣ部材を含んで構成されることを特徴とする請求項４に記載の免震システム。
【請求項６】
前記免震装置は、前記上部基礎下面に設けられた凹部と、この凹部に対向するように前記下部基礎上面に設けられた凹部との間に介装されることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一つに記載の免震システム。
【請求項７】
前記下部滑り部材は、前記免震装置の周囲近傍で水平に延びる平坦部と、前記免震装置から離れるに従い立ち上がるスロープとを有することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一つに記載の免震システム。
【請求項８】
前記スロープの高さは、少なくとも地震の運動エネルギーに相当する位置エネルギーに対応した高さとされることを特徴とする請求項７に記載の免震システム。
【請求項１】
建物の上部基礎と下部基礎との間に設けられる積層ゴム型免震装置と、前記免震装置の大変形時に前記上部基礎を保持する機構とを備えた免震システムであって、
前記上部基礎と前記下部基礎との間に設けられ、長い平坦面からなる滑り版上に設けられる滑り支承を有し、
前記免震装置は、前記建物の外周側に配置され、
前記滑り支承は、前記建物の内側に配置されることを特徴とする免震システム。
【請求項２】
前記免震装置の周囲の前記上部基礎下面に設けられる上部滑り部材と、
前記免震装置の周囲の前記下部基礎上面に設けられる下部滑り部材とを有し、
前記下部基礎が所定水平距離だけ変位した際に前記上部滑り部材と前記下部滑り部材とが当接するように構成したフェールセーフ機構を備えることを特徴とする請求項１に記載の免震システム。
【請求項３】
前記上部滑り部材と前記下部滑り部材は、前記免震装置の許容変形量を超える前に当接することを特徴とする請求項２に記載の免震システム。
【請求項４】
前記上部滑り部材は、前記免震装置の周囲の前記上部基礎下面から下側に向かって突出形成されるドーナツ状のアゴ部の下面に設けられることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の免震システム。
【請求項５】
前記アゴ部は、着脱可能なＰＣ部材を含んで構成されることを特徴とする請求項４に記載の免震システム。
【請求項６】
前記免震装置は、前記上部基礎下面に設けられた凹部と、この凹部に対向するように前記下部基礎上面に設けられた凹部との間に介装されることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一つに記載の免震システム。
【請求項７】
前記下部滑り部材は、前記免震装置の周囲近傍で水平に延びる平坦部と、前記免震装置から離れるに従い立ち上がるスロープとを有することを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一つに記載の免震システム。
【請求項８】
前記スロープの高さは、少なくとも地震の運動エネルギーに相当する位置エネルギーに対応した高さとされることを特徴とする請求項７に記載の免震システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図８】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２７０２５３（Ｐ２００９−２７０２５３Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１８５９３（Ｐ２００８−１１８５９３）
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３０日（２００８．４．３０）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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