免震構造及び建築物
【課題】低い圧力の空気層によって構造物を上下方向に免震支持することが可能な免震構造、及びこの免震構造を有する建築物を提供する。
【解決手段】免震構造１８が、構造物１２を支持する空気層２０と、構造物１２に発生する上下方向の振動を低減する減衰手段２２とを有している。よって、構造物１２の上下方向の長周期化を図ることができ、構造物１２に発生する上下方向の振動を減衰手段２２によって低減することができる。
【解決手段】免震構造１８が、構造物１２を支持する空気層２０と、構造物１２に発生する上下方向の振動を低減する減衰手段２２とを有している。よって、構造物１２の上下方向の長周期化を図ることができ、構造物１２に発生する上下方向の振動を減衰手段２２によって低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物に発生する上下方向の振動を低減する免震構造及びこの免震構造を有する建築物に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震等により建築物に発生する水平方向の振動を低減する技術として、建築物の免震層に積層ゴム支承等の免震装置を設置する水平免震構造が広く普及している。
これに対して、地震等により建築物に発生する上下方向の振動を低減する上下免震の有効な技術は、あまり普及していないものと思われる。その理由の１つとして、上下免震を実現する部材の設計が困難であることが挙げられる。
【０００３】
例えば、線形の応力−歪特性を有する部材（以下、「上下免震部材」とする）を介して地盤上に構造物を支持させる場合、構造物の上下方向の周期を大きくして免震性を高めるために上下免震部材を柔らかくすると、上下免震部材は構造物の自重によって上下方向に大きく変形してしまう。また、過大な上下免震部材が設計上必要となる。
【０００４】
この問題の解決策の１つとして、空気室内の圧力によって構造物を支持する空気バネを用いることが考えられる。空気バネは、空気の収縮により高い変形性能を発揮し、構造物の長周期化が期待できる。また、構造物の自重による変形は、空気室の圧力調整によってキャンセルすることができる。
【０００５】
しかし、建築物のような重い構造物を支えるためには、空気室の圧力を大気圧の６〜７倍にしなければならない。空気室を高圧の状態で保持し続けることは難しく、空気室から高圧の空気が漏れてしまうことが懸念される。また、空気室を高圧にするために容量の大きなコンプレッサーが必要となる。
【０００６】
特許文献１の空気圧浮上式免震装置では、図２２に示すように基礎底盤３００の上面に、建物と一体となる基礎上盤３０２が設置されている。そして、地震による揺れを感知するとバルブ３０４が開き、基礎底盤３００と基礎上盤３０２との間へ空気タンク３０６から圧縮空気が注入される。これによって基礎上盤３０２と共に建物を浮上させ、基礎底盤３００と基礎上盤３０２との間の摩擦をなくして地震による揺れを逃がす。
【０００７】
しかし、特許文献１の空気圧浮上式免震装置は水平免震装置であるので、構造物に発生する上下方向の振動を低減する効果は期待できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実用新案登録第３１１９６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は係る事実を考慮し、低い圧力の空気層によって構造物を上下方向に免震支持することが可能な免震構造、及びこの免震構造を有する建築物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、構造物を支持する空気層と、前記構造物に発生する上下方向の振動を低減する減衰手段と、を有する。
【００１１】
請求項１に記載の発明では、免震構造が空気層と減衰手段とを有している。空気層は構造物を支持し、減衰手段はこの構造物に発生する上下方向の振動を低減する。
【００１２】
よって、空気層が構造物を支持するので、構造物の上下方向の長周期化を図ることができる。さらに、構造物に発生する上下方向の振動を減衰手段によって低減することができる。
また、構造物の下方に平面積の大きな空気層を形成することが可能となる（空気層の上面の平面積を、最大で構造物の１層分の全床面積にほぼ等しい大きさにすることが可能となる）。すなわち、空気層の受圧面積を大きくして、一般的な空気バネよりも空気層の圧力を小さくすることができる。
【００１３】
これらにより、低い圧力の空気層によって構造物を上下方向に免震支持することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記空気層は、前記構造物の下面と前記構造物の支持面との間に空気を取り囲むように設けられる弾性部材によって形成されている。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、構造物の下面と構造物の支持面との間に、弾性部材が設けられている。弾性部材は、空気を取り囲むように設けられて空気層を形成している。
【００１６】
よって、空気層は構造物の重量を支え、弾性部材は構造物の荷重の一部を受けながらこの空気層の変形に追随して変形することができる。また、弾性部材の変形によってこの弾性部材の上下に配置された部材（例えば、構造物の下面、構造物の支持面等）に密着させることができる。これにより、接着剤等を使用せずに弾性部材をこの弾性部材の上下に配置された部材に圧着することができ、また、シール材等を使用せずに空気層からの空気の漏れを防ぐことができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記弾性部材は、線状部材である。
【００１８】
請求項３に記載の発明では、弾性部材は線状部材であるので、この弾性部材の材軸方向に連続した壁面を形成することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、前記弾性部材は、中空の部材である。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、弾性部材は中空の部材であるので、弾性部材の軽量化を図ることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記弾性部材は、積層されている。
【００２２】
請求項５に記載の発明では、弾性部材を積層することにより、さまざまな高さの空気層を形成することができる。
【００２３】
また、例えば、円形横断面を有する弾性部材の場合、１つの弾性部材で高さの大きい空気層を形成しようとすると弾性部材の横断面の径が大きくなり、材料ボリュームも大きくなってしまう。これにより材料コストが掛かり、また、搬送や設置時等において弾性部材が取り扱い難くなる。これに対して、請求項５では、径の小さい円形横断面を有する弾性部材を積層すればよいので、トータルとしての材料ボリュームを小さくすることができ、また、弾性部材の取り扱いが容易になる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、前記弾性部材が外側へはらむことを防ぐ壁部材が前記弾性部材の側方に設けられている。
【００２５】
請求項６に記載の発明では、弾性部材の側方に、弾性部材が外側へはらむことを防ぐ壁部材が設けられている。
【００２６】
よって、壁部材により弾性部材のはらみを防ぐことにより、免震構造の有する所定の免震性を維持することができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載の免震構造を有する建築物である。
【００２８】
請求項７に記載の発明では、低い圧力の空気層によって構造物を上下方向に免震支持することが可能な免震構造を有する建築物を構築することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は上記構成としたので、低い圧力の空気層によって構造物を上下方向に免震支持することが可能な免震構造、及びこの免震構造を有する建築物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る弾性部材を示す説明図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る建築物の比較例を示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る免震構造の作用を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ矢視図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る免震構造の作用を示す説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１８】図１７のＣ−Ｃ断面図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す拡大図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る建築物の変形例の作用を示す説明図である。
【図２１】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す拡大図である。
【図２２】従来の空気圧浮上式免震装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面を参照しながら、本発明の免震構造及び建築物を説明する。なお、本実施形態では、鉄筋コンクリート造の建築物に本発明を適用した例を示すが、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の建築物に対して適用することができる。
【００３２】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００３３】
図１の立面図に示すように、建築物１０は、構造物としての鉄筋コンクリート造の上部建物１２と、地盤１４上に設けられた支持基盤としての鉄筋コンクリート造の基礎１６と、基礎１６と上部建物１２との間に設けられた免震構造１８とによって構成されている。
【００３４】
免震構造１８は、空気層としての空気室２０と、減衰手段としてのオイルダンパー２２とを有している。空気室２０は、基礎１６上に形成されて上部建物１２を支持している。オイルダンパー２２は、上部建物１２に発生する上下方向の振動を低減する。
【００３５】
空気室２０は、上部建物１２の下面１２Ｂと、上部建物１２の支持面となる基礎１６の上面１６Ａとの間に配置され空気Ｑを取り囲むように設けられる弾性部材２４によって形成されている。弾性部材２４は、ゴム製の線状部材であり、図２（ａ）の左の横断面図に示すように、弾性部材２４の横断面形状は円形となっている。なお、線状部材とは、一定の横断面形状を有する細長い形状の部材を意味する。
【００３６】
図１のＡ−Ａ矢視図である図３（ａ）に示すように、弾性部材２４は、平面視にて角部が丸みを帯びた略矩形の環状に配置されている。このように、空気室２０の上面は、上部建物１２の下面のほぼ全域によって形成されている。すなわち、空気層（空気室２０）は、建築物１０を構成する梁やスラブ等の水平部材と、弾性部材２４とによって囲まれた空間である。なお、説明の都合上、図３（ａ）にはオイルダンパー２２が省略されている。
【００３７】
図１に示すように、空気室２０には、上部建物１２内の下部に設置されたエアーポンプ２６から送られた空気Ｑが封入されている。エアーポンプ２６は常時稼働しており、エアーポンプ２６からの送気量をコントロールして空気室２０内の圧力が所定の大きさになるように調整し、これによって空気室２０に上部建物１２が支持されている。
【００３８】
このとき、弾性部材２４は、上部建物１２の荷重の一部を受けて変形した状態となっている。図２（ａ）の左の図は、弾性部材２４が変形する前の状態を示した横断面図であり、図２（ａ）の右の図は、弾性部材２４が上部建物１２の荷重の一部を受けて変形した状態を示した横断面図である。
【００３９】
次に、本発明の第１の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４０】
第１の実施形態の免震構造１８では、空気室２０が上部建物１２を支持するので、上部建物１２の上下方向の長周期化を図ることができる。
【００４１】
例えば、図４に示すモデル図のように、線形の応力−歪特性を有する上下免震部材１００を介して基礎１６上に上部建物１２を支持させることを考えた場合、上部建物１２の質量をＭ、重力加速度をｇ、上下免震部材１００の上下方向のばね定数をＫ、上部建物１２の自重による上下免震部材１００の変形をｘ０とすると、式（１）の関係が成り立つ。
【００４２】
【数１】
【００４３】
また、上部建物１２の上下方向の振動の固有周期をＴ、円振動数をωとすると、式（２）の関係が成り立つので、式（２）に式（１）を代入することにより式（３）の関係を導きだすことができる。
【００４４】
【数２】
【００４５】
【数３】
【００４６】
すなわち、上部建物１２の上下方向の振動の固有周期Ｔによって、上下免震部材１００の変形ｘ０が決定される。例えば、固有周期Ｔが０．５秒の場合の変形ｘ０は約６ｃｍとなるので、長期歪が１／１０００の上下免震部材１００を用いる場合には、約６０ｍの過大な上下免震部材１００が設計上必要となる。
【００４７】
これに対して免震構造１８では、図５のモデル図に示すように、空気室２０の上下方向の振動の固有周期をＴ、空気室２０の体積をＶ０、ポリトロープ指数（動的の場合は１．４）をｎ、空気室２０の受圧面積をＳ、空気室２０の高さをＨ、上部建物１２の自重によって空気室２０に作用する等分布荷重をＰ０、大気圧をＰａとすると、固有周期Ｔは、式（４）によって求めることができる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
式（４）から、空気室２０の高さＨを３ｍ程度とした場合に、固有周期２秒の免震効果を得られることがわかる。すなわち、空気層の高さＨをそれほど大きくしなくても上部建物１２の上下方向の長周期化を図ることができる。
【００５０】
なお、免震効果を発揮させるための固有周期は１秒以上が望ましい。空気室２０の変形が大きくなりすぎることが懸念される場合は、固有周期を５秒以下程度にするのが望ましい。
【００５１】
また、上部建物１２に発生する上下方向の振動は、減衰手段としてのオイルダンパー２２によって低減することができる。
【００５２】
また、上部建物１２の下方に平面積の大きな空気室２０を形成することが可能となる（図３（ａ）で示したように、空気室２０の上面の平面積を、最大で上部建物１２の１層分の全床面積にほぼ等しい大きさにすることが可能となる）。すなわち、空気室２０の受圧面積を大きくして、一般的な空気バネよりも空気室２０の圧力を小さくすることができる。
【００５３】
例えば、上部建物１２の重量を２５００ｔｏｎｆとし、空気室２０上面の大きさを１２ｍ×２５ｍとした場合、空気室２０の圧力は約０．０８ＭＰａとなる。この圧力の大きさは、タイヤや空気バネで一般的に扱われている空気圧に比べてかなり小さい。
【００５４】
そして、これまでに説明した効果により、免震構造１８は低い圧力の空気層（空気室２０）によって構造物（上部建物１２）を上下方向に免震支持することが可能となる。
このように、空気層を低い圧力にすることにより空気漏れを防ぐことができ、メンテナンスの手間も軽減することができる。また、タイヤの空気入れに用いる程度の簡易なコンプレッサー等をエアーポンプ２６として用いることができる。
【００５５】
また、空気室２０は上部建物１２の重量を支え、弾性部材２４は上部建物１２の荷重の一部を受けながらこの空気室２０の変形に追随して変形することができる。また、図２（ａ）の右の図に示すように、弾性部材２４の変形によってこの弾性部材２４の上下に配置された部材に密着させることができる。図２（ａ）の右の図では、弾性部材２４と上部建物１２の下面１２Ｂ、及び弾性部材２４と基礎１６の上面１６Ａとが密着している。
【００５６】
これにより、接着剤等を使用せずに弾性部材２４をこの弾性部材２４の上下に配置された部材に圧着することができ、また、シール材等を使用せずに空気室２０からの空気Ｑの漏れを防ぐことができる。
【００５７】
また、弾性部材２４は線状部材であるので、この弾性部材２４の材軸方向に連続した壁面を形成することができる。
【００５８】
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。
【００５９】
なお、第１の実施形態では、弾性部材２４の横断面形状を円形とした例を示したが、他の形状であってもよい。例えば、図２（ｂ）に示すように四角形としてもよいし、図２（ｃ）に示すように円環状としてもよいし、図２（ｄ）に示すように内部に減衰材２８を充填してもよい。図２（ｂ）〜（ｄ）の左の図は、弾性部材２４が変形する前の状態を示した横断面図であり、図２（ｂ）〜（ｄ）の右の図は、弾性部材２４が上部建物１２の荷重の一部を受けて変形した状態を示した横断面図である。
【００６０】
図２（ａ）、（ｃ）、（ｄ）のように横断面の外形状が円形のものであれば、水平方向に転動することによる水平免震の効果が期待できる。また、図２（ｃ）の場合、弾性部材２４は中空の部材となるので、弾性部材２４の軽量化を図ることができる。また、図２（ｄ）の場合、上部建物１２に発生する上下方向の振動を減衰する手段として弾性部材２４を機能させることができる。この場合、免震構造１８にオイルダンパー２２を設けないで弾性部材２４を減衰手段をとしてもよいし、弾性部材２４を減衰手段としてオイルダンパー２２と併用して用いてもよい。
【００６１】
また、第１の実施形態では、上部建物１２の荷重の一部により弾性部材２４を変形させて、この弾性部材２４の上下に配置された部材に密着させた例を示したが、弾性部材２４とこの弾性部材２４の上下に配置された部材とを接着剤を用いて接着してもよいし、弾性部材２４とこの弾性部材２４の上下に配置された部材との接合部にシール処理を施して空気室２０からの空気Ｑの漏れを防ぐようにしてもよい。
【００６２】
また、第１の実施形態では、１つの空気室２０によって上部建物１２を支持した例を示したが、図１のＡ−Ａ矢視図の変形例である図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、複数の空気室３６、３８によって上部建物１２を支持するようにしてもよい。なお、説明の都合上、図３（ｂ）、（ｃ）にはオイルダンパー２２が省略されている。
【００６３】
また、第１の実施形態では、基礎１６と上部建物１２との間の基礎免震層に免震構造１８を設けた例を示したが、図６の立面図に示すように、建築物３０の中間免震層に免震構造１８を設けてもよい。建築物３０では、支持基盤としての鉄筋コンクリート造の下部建物３２と、構造物としての鉄筋コンクリート造の上部建物３４との間の中間免震層に免震構造１８が設けられている。
【００６４】
次に、本発明の第２の実施形態とその作用及び効果について説明する。
第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００６５】
図７の立面図に示すように、第２の実施形態の建築物８０の基礎免震層には免震構造４４が設けられている。免震構造４４では、弾性部材２４と鉄筋コンクリート造の安定部材４０、４２とが上下方向に交互に積層されている。安定部材４０、４２は、図７のＢ−Ｂ矢視図である図８に示すように、平面視にて弾性部材２４の材軸に沿った板状の枠部材である。なお、説明の都合上、図８にはオイルダンパー２２が省略されている。
【００６６】
図９の拡大図に示すように、各弾性部材２４は、上部建物１２の荷重の一部を受けることにより変形し、各弾性部材２４の上下に配置された部材に密着している。図９では、最下段の弾性部材２４と、基礎１６の上面１６Ａ及び安定部材４０の下面４０Ｂとが密着し、中段の弾性部材２４と、安定部材４０の上面４０Ａ及び安定部材４２の下面４２Ｂとが密着し、最上段の弾性部材２４と、安定部材４２の上面４２Ａ及び上部建物１２の下面１２Ｂとが密着している。
【００６７】
各弾性部材２４と、基礎１６の上面１６Ａ、上部建物１２の下面１２Ｂ、安定部材４０、４２の上面４０Ａ、４２Ａ、及び安定部材４０、４２の下面４０Ｂ、４２Ｂとの接触面の摩擦係数が大きくなるように、各弾性部材２４の表面、基礎１６の上面１６Ａ、上部建物１２の下面１２Ｂ、安定部材４０、４２の上面４０Ａ、４２Ａ、及び安定部材４０、４２の下面４０Ｂ、４２Ｂを形成するのが好ましい。
【００６８】
よって、第２の実施形態の免震構造４４では、弾性部材２４を積層することにより、さまざまな高さの空気室２０を形成することができる。すなわち、弾性部材２４の標準化が可能となる。
【００６９】
また、例えば、円形横断面を有する弾性部材２４の場合、１つの弾性部材２４で高さの大きい空気室２０を形成しようとすると弾性部材２４の横断面の径が大きくなり、材料ボリュームも大きくなってしまう。これにより材料コストが掛かり、また、搬送や設置時等において弾性部材２４が取り扱い難くなる。これに対して、免震構造４４では、径の小さい円形横断面を有する弾性部材２４を積層すればよいので、トータルとしての材料ボリュームを小さくすることができ、また、弾性部材２４の取り扱いが容易になる。
【００７０】
また、図９に示すように、空気室２０の圧力によって各弾性部材２４に空気室２０の外部に向かう水平力が作用した場合、中段の弾性部材２４を先頭にして各弾性部材２４は空気室２０の外部にはらもうとするが、安定部材４０、４２と各弾性部材２４との間に発生する摩擦抵抗によりこのはらみが低減される。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施形態とその作用及び効果について説明する。
第３の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００７２】
図１０の立面図に示すように、第３の実施形態の建築物８２の基礎免震層には、免震構造４６が設けられている。免震構造４６では、鉄筋コンクリート造の構造壁４８の上に弾性部材２４が設置され、その弾性部材２４の上に上部建物１２が載置されている。構造壁４８は、基礎１６上に設置され、空気Ｑを取り囲むように配置されている。
【００７３】
弾性部材２４は、上部建物１２の荷重の一部を受けることにより変形し、各弾性部材２４の上下に配置された部材に密着している。図１０では、弾性部材２４と上部建物１２の下面１２Ｂ、及び弾性部材２４と構造壁４８の上面４８Ａとが密着している。
【００７４】
よって、横断面形状の高さが小さい弾性部材２４を用いた場合においても、高さの大きい空気室２０を構築することができる。すなわち、上部建物１２の上下方向の長周期化を図ることができる。
【００７５】
なお、高さの大きい空気室２０を構築する他の構成としては、例えば、図１１の建築物８４の有する免震構造５０に示すように、地盤１４を掘削して地下空間Ｒを形成し、この地下空間Ｒを空気室２０の一部にしてもよい。
【００７６】
また、中間免震の場合には、図１２の建築物８６の有する免震構造５２に示すように、下部建物３２の上面３２Ａに下方に凹んだ凹部５４を形成し、上部建物３４の下面３４Ｂに上方に凹んだ凹部５６を形成して、空気室２０の容積を大きくしてもよい。
【００７７】
次に、本発明の第４の実施形態とその作用及び効果について説明する。
第４の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００７８】
図１３の立面図に示すように、第４の実施形態の建築物８８の基礎免震層には免震構造５８が設けられている。免震構造５８では、弾性部材２４の側方に、この弾性部材２４が空気室２０の外部へはらむことを防ぐ壁部材としてのたれ壁６０が設けられている。たれ壁６０は、鉄筋コンクリートによって形成されている。
【００７９】
弾性部材２４は、上部建物１２の荷重の一部を受けることにより変形し、各弾性部材２４の上下に配置された部材に密着している。図１３では、弾性部材２４と上部建物１２の下面１２Ｂ、及び弾性部材２４と基礎１６の上面１６Ａとが密着している。
【００８０】
よって、たれ壁６０により弾性部材２４のはらみを防ぐことによって、免震構造５８の有する所定の免震性を維持することができる。
なお、弾性部材２４のはらみの許容量によって、弾性部材２４とたれ壁６０とを離して配置してもよいし、弾性部材２４とたれ壁６０とを接触させて配置してもよい。
【００８１】
以上、本発明の第４の実施形態について説明した。
【００８２】
なお、第４の実施形態では、壁部材をたれ壁６０とした例を示したが、弾性部材２４が空気室２０の外部へはらむことを防ぐものであればよい。例えば、壁部材を、柵状の部材や網状の部材にしてもよい。また、たれ壁６０を、上部建物１２の支持が可能な強度を有する構造体にして、空気Ｑが空気室２０に完全に封入する前の状態において上部建物１２を仮支持できるようにすれば、フェールセーフ機構として壁部材を機能させることができる。また、エアーポンプ２６による空気室２０への送気をスムーズに行うことができる。
【００８３】
次に、本発明の第５の実施形態とその作用及び効果について説明する。
第５の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００８４】
図１４の立面図に示すように、第５の実施形態の建築物９０の基礎免震層には免震構造６２が設けられている。免震構造６２は、基礎１６上に設置された積層ゴム６４によって支持された鉄筋コンクリート造の基礎構造体６６と、上部建物１２との間に設けられている。
【００８５】
免震構造６２は、空気層としての空気室２０と、減衰手段としてのオイルダンパー２２とを有している。空気室２０は、基礎構造体６６上に形成されて上部建物１２を支持している。オイルダンパー２２は、上部建物１２に発生する上下方向の振動を低減する。
【００８６】
空気室２０は、上部建物１２の下面１２Ｂと、上部建物１２の支持面となる基礎構造体６６の上面６６Ａとの間に配置され空気Ｑを取り囲むように設けられる弾性部材２４によって形成されている。図１４では、弾性部材２４と上部建物１２の下面１２Ｂ、及び弾性部材２４と基礎構造体６６の上面６６Ａとが密着している。
【００８７】
基礎構造体６６の周縁部にはこの周縁部に沿って鉄筋コンクリート造のガイド壁６８が形成されている。上部建物１２は上下方向には自由に移動できるが、上部建物１２の横方向の移動はガイド壁６８によって拘束されている。
【００８８】
よって、地盤１４に発生する横方向の振動は積層ゴム６４によって水平免震され、地盤１４に発生する上下方向の振動は免震構造６２によって上下免震される。すなわち、免震構造６２と積層ゴム６４とによって、三次元免震構造７０を構成することができる。
【００８９】
以上、本発明の第１〜第５の実施形態について説明した。
【００９０】
なお、第１〜第５の実施形態では、弾性部材２４をゴム製の線状部材とした例を示したが、空気を取り囲むように設けられて空気層を形成でき、且つ上部建物の上下方向の移動に追随するものであればよく、例えば、シート状の部材としてもよい。
【００９１】
また、第１〜第５の実施形態は、上部建物の下部の形状や上部建物を支持する基盤の形状に影響を受けることなく、さまざまな立地条件の建築物に広く適用することができる。例えば、図１５、１６の立面図に示す建築物９２、９４のように、免震構造７２、７４によって上部建物７６、７８が上下免震される構成にしてもよい。
【００９２】
また、第１〜第５の実施形態では、空気層（空気室２０、３６、３８）を、空気を取り囲むように設けられる弾性部材２４によって形成した例を示したが、図１７の立面図に示す構成によって空気層（空気室２０８）を形成するようにしてもよい。
【００９３】
図１７の建築物２００は、上部建物１２、地盤１４上に設けられた支持基盤としての鉄筋コンクリート造の基礎構造物２０２、及び基礎構造物２０２の底部２０４と上部建物１２の下面１２Ｂとの間に設けられた免震構造２０６によって構成されている。
【００９４】
免震構造２０６は、空気層としての空気室２０８と、減衰手段としてのオイルダンパー２２とを有している。図１７のＣ−Ｃ断面図である図１８に示すように、空気室２０８は、上部建物１２の下面１２Ｂの下方に４つ形成されており、基礎構造物２０２の底部２０４上に上部建物１２を支持し、ダイアフラム型に近い形式の空気バネを構成している。４つの空気室２０８を合わせた受圧面積は、上部建物１２の下面１２Ｂの全面積に近い大きさであり、大きな面積となっている。オイルダンパー２２は、上部建物１２に発生する上下方向の振動を低減する。なお、上部建物１２の下面１２Ｂの下方に形成する空気室２０８の数はいくつであってもよい。空気室２０８を４つ以上形成するのが望ましい。
【００９５】
空気室２０８は、上部建物１２の下面１２Ｂと、上部建物１２の支持面となる基礎構造物２０２の底部２０４の上面２０４Ａとの間に配置され、基礎構造物２０２の壁部２１８によって空気室２０８の側面を取り囲むことにより形成されている。上部建物１２の下面１２Ｂには、下方に突出する鉄筋コンクリート造の壁構造体２１０が、平面視にて空気室２０８の外縁に沿って設けられており、図１９の拡大図に示すように、壁構造体２１０の下端部と、壁部２１８の上端部との間に形成される隙間２１２が、ゴムシール２１４によって塞がれている。
【００９６】
空気室２０８に面する上部建物１２の下面１２Ｂ、基礎構造物２０２の底部２０４の上面２０４Ａ、基礎構造物２０２の壁部２１８の側面、壁構造体２１０の側面、及び壁構造体２１０の下面には、空気室２０８の気密性を確保するために、ゴムシート２１６が貼られている。なお、ゴムシート２１６に替えて、耐漏気性を有する他の材料を貼り付けたり塗布したりしてもよいし、基礎構造物２０２の底部２０４上に水を溜めて空気室２０８の気密性を確保するようにしてもよい。
【００９７】
ゴムシール２１４は、アラミド繊維が混入されたゴムシートによって形成されており、図１９に示すように、湾曲部が上方に凸となるように湾曲した状態で端部が基礎構造物２０２の壁部２１８、及び壁構造体２１０に固定されている。なお、ゴムシール２１４を、アラミド繊維によって表面が補強されたゴムシートとしてもよい。
【００９８】
ゴムシール２１４は、鋼板２２０、２２２、及びボルト２２４によって、壁部２１８及び壁構造体２１０に固定されている。鋼板２２０は、この鋼板２２０に設けられたスタッド２２６を、壁部２１８及び壁構造体２１０に埋設することによって、壁部２１８及び壁構造体２１０に固定されている。そして、鋼板２２０と鋼板２２２とによってゴムシール２１４の端部を挟み込んだ状態で、ボルト２２４を押さえ付け金具２２８、鋼板２２２、ガスケット２３０、ゴムシール２１４、ガスケット２３２、鋼板２２０の順に貫通させ、鋼板２２０に設けられたスタッド２３４の内壁に形成された雌ネジに捩じ込んで締め付けることにより、ゴムシール２１４の端部を壁部２１８及び壁構造体２１０に固定している。なお、ガスケット２３０、２３２は、機密性を確保するために設けられている。
【００９９】
図２０（ｂ）の拡大図に示すように、ゴムシール２１４は、基礎構造物２０２（壁部２１８）と上部建物１２（壁構造体２１０）との上下方向の相対移動に対し変形してこの移動を許容すると共に、隙間２１２から空気Ｑが漏れるのを防ぐことができる。図２０（ａ）の拡大図には、基礎構造物２０２（壁部２１８）に対して上部建物１２（壁構造体２１０）が上下方向に移動する前の状態が示されている。
【０１００】
また、図２０（ｃ）の拡大図に示すように、ゴムシール２１４は、基礎構造物２０２（壁部２１８）と上部建物１２（壁構造体２１０）との横方向の相対移動に対し変形してこの移動を許容すると共に、隙間２１２から空気Ｑが漏れるのを防ぐことができる。すなわち、空気室２０８を、横方向に対して上部建物１２を長周期化する水平免震層とすることができる。
【０１０１】
図１７に示すように、空気室２０８には、上部建物１２内の下部に設置されたエアーポンプ２６から送られた空気Ｑが封入されている。エアーポンプ２６は常時稼働しており、エアーポンプ２６からの送気量をコントロールして空気室２０８内の圧力が所定の大きさになるように調整し、これによって空気室２０８に上部建物１２が支持されるので、上部建物１２の上下方向の長周期化を図ることができる。
【０１０２】
空気室２０８の高さの設定は、エアーポンプ２６からの送気量をコントロールして空気室２０８内の圧力を調整することにより行うことができる。また、上部建物１２に発生する上下方向の振動は、減衰手段としてのオイルダンパー２２によって低減することができる。
【０１０３】
また、４つの空気室２０８を合わせた受圧面積は、上部建物１２の下面１２Ｂの全面積に近い大きさであり、大きな面積となっているので、一般的な空気バネよりも空気室２０８の圧力を小さくすることができる。よって、空気室２０８から外部へ空気が漏れ難くでき、メンテナンスの手間も軽減することができる。また、タイヤの空気入れに用いる程度の簡易なコンプレッサー等をエアーポンプ２６として用いることができる。
【０１０４】
ゴムシール２１４は、図２１の拡大図に示すように、湾曲部が横方向へ凸となるように設けてもよいし、図１９で示した湾曲部が上方に凸となるように設けたゴムシール２１４と、図２１で示した湾曲部が横方向へ凸となるように設けたゴムシール２１４とを組み合わせて用いてもよい。このようにすれば、ゴムシール２１４の湾曲部の半径を小さくしても上下及び左右の両方向に対して十分な変形量を確保することができる。ゴムシール２１４の湾曲部の半径を小さくできれば、ゴムシール２１４への負担を低減することができる。
また、図１９で示した湾曲部が上方に凸となるように設けたゴムシール２１４や、図２１で示した湾曲部が横方向へ凸となるように設けたゴムシール２１４を複数並べて（繋げて）設けてもよい。これによっても、ゴムシール２１４の湾曲部の半径を小さくできるので、ゴムシール２１４への負担を低減することができる。
【０１０５】
以上、本発明の第１〜第５の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１〜第５の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０、３０、８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４ 建築物
１２、３４、７６、７８ 上部建物（構造物）
１８、４４、４６、５０、５２、５８、６２、７２、７４ 免震構造
２０、３６、３８ 空気室（空気層）
２２ オイルダンパー（減衰手段）
２４ 弾性部材
６０ たれ壁（壁部材）
Ｑ 空気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物に発生する上下方向の振動を低減する免震構造及びこの免震構造を有する建築物に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震等により建築物に発生する水平方向の振動を低減する技術として、建築物の免震層に積層ゴム支承等の免震装置を設置する水平免震構造が広く普及している。
これに対して、地震等により建築物に発生する上下方向の振動を低減する上下免震の有効な技術は、あまり普及していないものと思われる。その理由の１つとして、上下免震を実現する部材の設計が困難であることが挙げられる。
【０００３】
例えば、線形の応力−歪特性を有する部材（以下、「上下免震部材」とする）を介して地盤上に構造物を支持させる場合、構造物の上下方向の周期を大きくして免震性を高めるために上下免震部材を柔らかくすると、上下免震部材は構造物の自重によって上下方向に大きく変形してしまう。また、過大な上下免震部材が設計上必要となる。
【０００４】
この問題の解決策の１つとして、空気室内の圧力によって構造物を支持する空気バネを用いることが考えられる。空気バネは、空気の収縮により高い変形性能を発揮し、構造物の長周期化が期待できる。また、構造物の自重による変形は、空気室の圧力調整によってキャンセルすることができる。
【０００５】
しかし、建築物のような重い構造物を支えるためには、空気室の圧力を大気圧の６〜７倍にしなければならない。空気室を高圧の状態で保持し続けることは難しく、空気室から高圧の空気が漏れてしまうことが懸念される。また、空気室を高圧にするために容量の大きなコンプレッサーが必要となる。
【０００６】
特許文献１の空気圧浮上式免震装置では、図２２に示すように基礎底盤３００の上面に、建物と一体となる基礎上盤３０２が設置されている。そして、地震による揺れを感知するとバルブ３０４が開き、基礎底盤３００と基礎上盤３０２との間へ空気タンク３０６から圧縮空気が注入される。これによって基礎上盤３０２と共に建物を浮上させ、基礎底盤３００と基礎上盤３０２との間の摩擦をなくして地震による揺れを逃がす。
【０００７】
しかし、特許文献１の空気圧浮上式免震装置は水平免震装置であるので、構造物に発生する上下方向の振動を低減する効果は期待できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実用新案登録第３１１９６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は係る事実を考慮し、低い圧力の空気層によって構造物を上下方向に免震支持することが可能な免震構造、及びこの免震構造を有する建築物を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に記載の発明は、構造物を支持する空気層と、前記構造物に発生する上下方向の振動を低減する減衰手段と、を有する。
【００１１】
請求項１に記載の発明では、免震構造が空気層と減衰手段とを有している。空気層は構造物を支持し、減衰手段はこの構造物に発生する上下方向の振動を低減する。
【００１２】
よって、空気層が構造物を支持するので、構造物の上下方向の長周期化を図ることができる。さらに、構造物に発生する上下方向の振動を減衰手段によって低減することができる。
また、構造物の下方に平面積の大きな空気層を形成することが可能となる（空気層の上面の平面積を、最大で構造物の１層分の全床面積にほぼ等しい大きさにすることが可能となる）。すなわち、空気層の受圧面積を大きくして、一般的な空気バネよりも空気層の圧力を小さくすることができる。
【００１３】
これらにより、低い圧力の空気層によって構造物を上下方向に免震支持することが可能となる。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、前記空気層は、前記構造物の下面と前記構造物の支持面との間に空気を取り囲むように設けられる弾性部材によって形成されている。
【００１５】
請求項２に記載の発明では、構造物の下面と構造物の支持面との間に、弾性部材が設けられている。弾性部材は、空気を取り囲むように設けられて空気層を形成している。
【００１６】
よって、空気層は構造物の重量を支え、弾性部材は構造物の荷重の一部を受けながらこの空気層の変形に追随して変形することができる。また、弾性部材の変形によってこの弾性部材の上下に配置された部材（例えば、構造物の下面、構造物の支持面等）に密着させることができる。これにより、接着剤等を使用せずに弾性部材をこの弾性部材の上下に配置された部材に圧着することができ、また、シール材等を使用せずに空気層からの空気の漏れを防ぐことができる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、前記弾性部材は、線状部材である。
【００１８】
請求項３に記載の発明では、弾性部材は線状部材であるので、この弾性部材の材軸方向に連続した壁面を形成することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、前記弾性部材は、中空の部材である。
【００２０】
請求項４に記載の発明では、弾性部材は中空の部材であるので、弾性部材の軽量化を図ることができる。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、前記弾性部材は、積層されている。
【００２２】
請求項５に記載の発明では、弾性部材を積層することにより、さまざまな高さの空気層を形成することができる。
【００２３】
また、例えば、円形横断面を有する弾性部材の場合、１つの弾性部材で高さの大きい空気層を形成しようとすると弾性部材の横断面の径が大きくなり、材料ボリュームも大きくなってしまう。これにより材料コストが掛かり、また、搬送や設置時等において弾性部材が取り扱い難くなる。これに対して、請求項５では、径の小さい円形横断面を有する弾性部材を積層すればよいので、トータルとしての材料ボリュームを小さくすることができ、また、弾性部材の取り扱いが容易になる。
【００２４】
請求項６に記載の発明は、前記弾性部材が外側へはらむことを防ぐ壁部材が前記弾性部材の側方に設けられている。
【００２５】
請求項６に記載の発明では、弾性部材の側方に、弾性部材が外側へはらむことを防ぐ壁部材が設けられている。
【００２６】
よって、壁部材により弾性部材のはらみを防ぐことにより、免震構造の有する所定の免震性を維持することができる。
【００２７】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載の免震構造を有する建築物である。
【００２８】
請求項７に記載の発明では、低い圧力の空気層によって構造物を上下方向に免震支持することが可能な免震構造を有する建築物を構築することができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は上記構成としたので、低い圧力の空気層によって構造物を上下方向に免震支持することが可能な免震構造、及びこの免震構造を有する建築物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る弾性部材を示す説明図である。
【図３】図１のＡ−Ａ矢視図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る建築物の比較例を示す説明図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る免震構造の作用を示す説明図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図８】図７のＢ−Ｂ矢視図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る免震構造の作用を示す説明図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図１４】本発明の第５の実施形態に係る建築物を示す立面図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１６】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１７】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す立面図である。
【図１８】図１７のＣ−Ｃ断面図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す拡大図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る建築物の変形例の作用を示す説明図である。
【図２１】本発明の実施形態に係る建築物の変形例を示す拡大図である。
【図２２】従来の空気圧浮上式免震装置を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図面を参照しながら、本発明の免震構造及び建築物を説明する。なお、本実施形態では、鉄筋コンクリート造の建築物に本発明を適用した例を示すが、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造、ＣＦＴ造（Concrete-Filled Steel Tube：充填形鋼管コンクリート構造）、それらの混合構造など、さまざまな構造や規模の建築物に対して適用することができる。
【００３２】
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
【００３３】
図１の立面図に示すように、建築物１０は、構造物としての鉄筋コンクリート造の上部建物１２と、地盤１４上に設けられた支持基盤としての鉄筋コンクリート造の基礎１６と、基礎１６と上部建物１２との間に設けられた免震構造１８とによって構成されている。
【００３４】
免震構造１８は、空気層としての空気室２０と、減衰手段としてのオイルダンパー２２とを有している。空気室２０は、基礎１６上に形成されて上部建物１２を支持している。オイルダンパー２２は、上部建物１２に発生する上下方向の振動を低減する。
【００３５】
空気室２０は、上部建物１２の下面１２Ｂと、上部建物１２の支持面となる基礎１６の上面１６Ａとの間に配置され空気Ｑを取り囲むように設けられる弾性部材２４によって形成されている。弾性部材２４は、ゴム製の線状部材であり、図２（ａ）の左の横断面図に示すように、弾性部材２４の横断面形状は円形となっている。なお、線状部材とは、一定の横断面形状を有する細長い形状の部材を意味する。
【００３６】
図１のＡ−Ａ矢視図である図３（ａ）に示すように、弾性部材２４は、平面視にて角部が丸みを帯びた略矩形の環状に配置されている。このように、空気室２０の上面は、上部建物１２の下面のほぼ全域によって形成されている。すなわち、空気層（空気室２０）は、建築物１０を構成する梁やスラブ等の水平部材と、弾性部材２４とによって囲まれた空間である。なお、説明の都合上、図３（ａ）にはオイルダンパー２２が省略されている。
【００３７】
図１に示すように、空気室２０には、上部建物１２内の下部に設置されたエアーポンプ２６から送られた空気Ｑが封入されている。エアーポンプ２６は常時稼働しており、エアーポンプ２６からの送気量をコントロールして空気室２０内の圧力が所定の大きさになるように調整し、これによって空気室２０に上部建物１２が支持されている。
【００３８】
このとき、弾性部材２４は、上部建物１２の荷重の一部を受けて変形した状態となっている。図２（ａ）の左の図は、弾性部材２４が変形する前の状態を示した横断面図であり、図２（ａ）の右の図は、弾性部材２４が上部建物１２の荷重の一部を受けて変形した状態を示した横断面図である。
【００３９】
次に、本発明の第１の実施形態の作用及び効果について説明する。
【００４０】
第１の実施形態の免震構造１８では、空気室２０が上部建物１２を支持するので、上部建物１２の上下方向の長周期化を図ることができる。
【００４１】
例えば、図４に示すモデル図のように、線形の応力−歪特性を有する上下免震部材１００を介して基礎１６上に上部建物１２を支持させることを考えた場合、上部建物１２の質量をＭ、重力加速度をｇ、上下免震部材１００の上下方向のばね定数をＫ、上部建物１２の自重による上下免震部材１００の変形をｘ０とすると、式（１）の関係が成り立つ。
【００４２】
【数１】
【００４３】
また、上部建物１２の上下方向の振動の固有周期をＴ、円振動数をωとすると、式（２）の関係が成り立つので、式（２）に式（１）を代入することにより式（３）の関係を導きだすことができる。
【００４４】
【数２】
【００４５】
【数３】
【００４６】
すなわち、上部建物１２の上下方向の振動の固有周期Ｔによって、上下免震部材１００の変形ｘ０が決定される。例えば、固有周期Ｔが０．５秒の場合の変形ｘ０は約６ｃｍとなるので、長期歪が１／１０００の上下免震部材１００を用いる場合には、約６０ｍの過大な上下免震部材１００が設計上必要となる。
【００４７】
これに対して免震構造１８では、図５のモデル図に示すように、空気室２０の上下方向の振動の固有周期をＴ、空気室２０の体積をＶ０、ポリトロープ指数（動的の場合は１．４）をｎ、空気室２０の受圧面積をＳ、空気室２０の高さをＨ、上部建物１２の自重によって空気室２０に作用する等分布荷重をＰ０、大気圧をＰａとすると、固有周期Ｔは、式（４）によって求めることができる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
式（４）から、空気室２０の高さＨを３ｍ程度とした場合に、固有周期２秒の免震効果を得られることがわかる。すなわち、空気層の高さＨをそれほど大きくしなくても上部建物１２の上下方向の長周期化を図ることができる。
【００５０】
なお、免震効果を発揮させるための固有周期は１秒以上が望ましい。空気室２０の変形が大きくなりすぎることが懸念される場合は、固有周期を５秒以下程度にするのが望ましい。
【００５１】
また、上部建物１２に発生する上下方向の振動は、減衰手段としてのオイルダンパー２２によって低減することができる。
【００５２】
また、上部建物１２の下方に平面積の大きな空気室２０を形成することが可能となる（図３（ａ）で示したように、空気室２０の上面の平面積を、最大で上部建物１２の１層分の全床面積にほぼ等しい大きさにすることが可能となる）。すなわち、空気室２０の受圧面積を大きくして、一般的な空気バネよりも空気室２０の圧力を小さくすることができる。
【００５３】
例えば、上部建物１２の重量を２５００ｔｏｎｆとし、空気室２０上面の大きさを１２ｍ×２５ｍとした場合、空気室２０の圧力は約０．０８ＭＰａとなる。この圧力の大きさは、タイヤや空気バネで一般的に扱われている空気圧に比べてかなり小さい。
【００５４】
そして、これまでに説明した効果により、免震構造１８は低い圧力の空気層（空気室２０）によって構造物（上部建物１２）を上下方向に免震支持することが可能となる。
このように、空気層を低い圧力にすることにより空気漏れを防ぐことができ、メンテナンスの手間も軽減することができる。また、タイヤの空気入れに用いる程度の簡易なコンプレッサー等をエアーポンプ２６として用いることができる。
【００５５】
また、空気室２０は上部建物１２の重量を支え、弾性部材２４は上部建物１２の荷重の一部を受けながらこの空気室２０の変形に追随して変形することができる。また、図２（ａ）の右の図に示すように、弾性部材２４の変形によってこの弾性部材２４の上下に配置された部材に密着させることができる。図２（ａ）の右の図では、弾性部材２４と上部建物１２の下面１２Ｂ、及び弾性部材２４と基礎１６の上面１６Ａとが密着している。
【００５６】
これにより、接着剤等を使用せずに弾性部材２４をこの弾性部材２４の上下に配置された部材に圧着することができ、また、シール材等を使用せずに空気室２０からの空気Ｑの漏れを防ぐことができる。
【００５７】
また、弾性部材２４は線状部材であるので、この弾性部材２４の材軸方向に連続した壁面を形成することができる。
【００５８】
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。
【００５９】
なお、第１の実施形態では、弾性部材２４の横断面形状を円形とした例を示したが、他の形状であってもよい。例えば、図２（ｂ）に示すように四角形としてもよいし、図２（ｃ）に示すように円環状としてもよいし、図２（ｄ）に示すように内部に減衰材２８を充填してもよい。図２（ｂ）〜（ｄ）の左の図は、弾性部材２４が変形する前の状態を示した横断面図であり、図２（ｂ）〜（ｄ）の右の図は、弾性部材２４が上部建物１２の荷重の一部を受けて変形した状態を示した横断面図である。
【００６０】
図２（ａ）、（ｃ）、（ｄ）のように横断面の外形状が円形のものであれば、水平方向に転動することによる水平免震の効果が期待できる。また、図２（ｃ）の場合、弾性部材２４は中空の部材となるので、弾性部材２４の軽量化を図ることができる。また、図２（ｄ）の場合、上部建物１２に発生する上下方向の振動を減衰する手段として弾性部材２４を機能させることができる。この場合、免震構造１８にオイルダンパー２２を設けないで弾性部材２４を減衰手段をとしてもよいし、弾性部材２４を減衰手段としてオイルダンパー２２と併用して用いてもよい。
【００６１】
また、第１の実施形態では、上部建物１２の荷重の一部により弾性部材２４を変形させて、この弾性部材２４の上下に配置された部材に密着させた例を示したが、弾性部材２４とこの弾性部材２４の上下に配置された部材とを接着剤を用いて接着してもよいし、弾性部材２４とこの弾性部材２４の上下に配置された部材との接合部にシール処理を施して空気室２０からの空気Ｑの漏れを防ぐようにしてもよい。
【００６２】
また、第１の実施形態では、１つの空気室２０によって上部建物１２を支持した例を示したが、図１のＡ−Ａ矢視図の変形例である図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、複数の空気室３６、３８によって上部建物１２を支持するようにしてもよい。なお、説明の都合上、図３（ｂ）、（ｃ）にはオイルダンパー２２が省略されている。
【００６３】
また、第１の実施形態では、基礎１６と上部建物１２との間の基礎免震層に免震構造１８を設けた例を示したが、図６の立面図に示すように、建築物３０の中間免震層に免震構造１８を設けてもよい。建築物３０では、支持基盤としての鉄筋コンクリート造の下部建物３２と、構造物としての鉄筋コンクリート造の上部建物３４との間の中間免震層に免震構造１８が設けられている。
【００６４】
次に、本発明の第２の実施形態とその作用及び効果について説明する。
第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００６５】
図７の立面図に示すように、第２の実施形態の建築物８０の基礎免震層には免震構造４４が設けられている。免震構造４４では、弾性部材２４と鉄筋コンクリート造の安定部材４０、４２とが上下方向に交互に積層されている。安定部材４０、４２は、図７のＢ−Ｂ矢視図である図８に示すように、平面視にて弾性部材２４の材軸に沿った板状の枠部材である。なお、説明の都合上、図８にはオイルダンパー２２が省略されている。
【００６６】
図９の拡大図に示すように、各弾性部材２４は、上部建物１２の荷重の一部を受けることにより変形し、各弾性部材２４の上下に配置された部材に密着している。図９では、最下段の弾性部材２４と、基礎１６の上面１６Ａ及び安定部材４０の下面４０Ｂとが密着し、中段の弾性部材２４と、安定部材４０の上面４０Ａ及び安定部材４２の下面４２Ｂとが密着し、最上段の弾性部材２４と、安定部材４２の上面４２Ａ及び上部建物１２の下面１２Ｂとが密着している。
【００６７】
各弾性部材２４と、基礎１６の上面１６Ａ、上部建物１２の下面１２Ｂ、安定部材４０、４２の上面４０Ａ、４２Ａ、及び安定部材４０、４２の下面４０Ｂ、４２Ｂとの接触面の摩擦係数が大きくなるように、各弾性部材２４の表面、基礎１６の上面１６Ａ、上部建物１２の下面１２Ｂ、安定部材４０、４２の上面４０Ａ、４２Ａ、及び安定部材４０、４２の下面４０Ｂ、４２Ｂを形成するのが好ましい。
【００６８】
よって、第２の実施形態の免震構造４４では、弾性部材２４を積層することにより、さまざまな高さの空気室２０を形成することができる。すなわち、弾性部材２４の標準化が可能となる。
【００６９】
また、例えば、円形横断面を有する弾性部材２４の場合、１つの弾性部材２４で高さの大きい空気室２０を形成しようとすると弾性部材２４の横断面の径が大きくなり、材料ボリュームも大きくなってしまう。これにより材料コストが掛かり、また、搬送や設置時等において弾性部材２４が取り扱い難くなる。これに対して、免震構造４４では、径の小さい円形横断面を有する弾性部材２４を積層すればよいので、トータルとしての材料ボリュームを小さくすることができ、また、弾性部材２４の取り扱いが容易になる。
【００７０】
また、図９に示すように、空気室２０の圧力によって各弾性部材２４に空気室２０の外部に向かう水平力が作用した場合、中段の弾性部材２４を先頭にして各弾性部材２４は空気室２０の外部にはらもうとするが、安定部材４０、４２と各弾性部材２４との間に発生する摩擦抵抗によりこのはらみが低減される。
【００７１】
次に、本発明の第３の実施形態とその作用及び効果について説明する。
第３の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００７２】
図１０の立面図に示すように、第３の実施形態の建築物８２の基礎免震層には、免震構造４６が設けられている。免震構造４６では、鉄筋コンクリート造の構造壁４８の上に弾性部材２４が設置され、その弾性部材２４の上に上部建物１２が載置されている。構造壁４８は、基礎１６上に設置され、空気Ｑを取り囲むように配置されている。
【００７３】
弾性部材２４は、上部建物１２の荷重の一部を受けることにより変形し、各弾性部材２４の上下に配置された部材に密着している。図１０では、弾性部材２４と上部建物１２の下面１２Ｂ、及び弾性部材２４と構造壁４８の上面４８Ａとが密着している。
【００７４】
よって、横断面形状の高さが小さい弾性部材２４を用いた場合においても、高さの大きい空気室２０を構築することができる。すなわち、上部建物１２の上下方向の長周期化を図ることができる。
【００７５】
なお、高さの大きい空気室２０を構築する他の構成としては、例えば、図１１の建築物８４の有する免震構造５０に示すように、地盤１４を掘削して地下空間Ｒを形成し、この地下空間Ｒを空気室２０の一部にしてもよい。
【００７６】
また、中間免震の場合には、図１２の建築物８６の有する免震構造５２に示すように、下部建物３２の上面３２Ａに下方に凹んだ凹部５４を形成し、上部建物３４の下面３４Ｂに上方に凹んだ凹部５６を形成して、空気室２０の容積を大きくしてもよい。
【００７７】
次に、本発明の第４の実施形態とその作用及び効果について説明する。
第４の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００７８】
図１３の立面図に示すように、第４の実施形態の建築物８８の基礎免震層には免震構造５８が設けられている。免震構造５８では、弾性部材２４の側方に、この弾性部材２４が空気室２０の外部へはらむことを防ぐ壁部材としてのたれ壁６０が設けられている。たれ壁６０は、鉄筋コンクリートによって形成されている。
【００７９】
弾性部材２４は、上部建物１２の荷重の一部を受けることにより変形し、各弾性部材２４の上下に配置された部材に密着している。図１３では、弾性部材２４と上部建物１２の下面１２Ｂ、及び弾性部材２４と基礎１６の上面１６Ａとが密着している。
【００８０】
よって、たれ壁６０により弾性部材２４のはらみを防ぐことによって、免震構造５８の有する所定の免震性を維持することができる。
なお、弾性部材２４のはらみの許容量によって、弾性部材２４とたれ壁６０とを離して配置してもよいし、弾性部材２４とたれ壁６０とを接触させて配置してもよい。
【００８１】
以上、本発明の第４の実施形態について説明した。
【００８２】
なお、第４の実施形態では、壁部材をたれ壁６０とした例を示したが、弾性部材２４が空気室２０の外部へはらむことを防ぐものであればよい。例えば、壁部材を、柵状の部材や網状の部材にしてもよい。また、たれ壁６０を、上部建物１２の支持が可能な強度を有する構造体にして、空気Ｑが空気室２０に完全に封入する前の状態において上部建物１２を仮支持できるようにすれば、フェールセーフ機構として壁部材を機能させることができる。また、エアーポンプ２６による空気室２０への送気をスムーズに行うことができる。
【００８３】
次に、本発明の第５の実施形態とその作用及び効果について説明する。
第５の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。
【００８４】
図１４の立面図に示すように、第５の実施形態の建築物９０の基礎免震層には免震構造６２が設けられている。免震構造６２は、基礎１６上に設置された積層ゴム６４によって支持された鉄筋コンクリート造の基礎構造体６６と、上部建物１２との間に設けられている。
【００８５】
免震構造６２は、空気層としての空気室２０と、減衰手段としてのオイルダンパー２２とを有している。空気室２０は、基礎構造体６６上に形成されて上部建物１２を支持している。オイルダンパー２２は、上部建物１２に発生する上下方向の振動を低減する。
【００８６】
空気室２０は、上部建物１２の下面１２Ｂと、上部建物１２の支持面となる基礎構造体６６の上面６６Ａとの間に配置され空気Ｑを取り囲むように設けられる弾性部材２４によって形成されている。図１４では、弾性部材２４と上部建物１２の下面１２Ｂ、及び弾性部材２４と基礎構造体６６の上面６６Ａとが密着している。
【００８７】
基礎構造体６６の周縁部にはこの周縁部に沿って鉄筋コンクリート造のガイド壁６８が形成されている。上部建物１２は上下方向には自由に移動できるが、上部建物１２の横方向の移動はガイド壁６８によって拘束されている。
【００８８】
よって、地盤１４に発生する横方向の振動は積層ゴム６４によって水平免震され、地盤１４に発生する上下方向の振動は免震構造６２によって上下免震される。すなわち、免震構造６２と積層ゴム６４とによって、三次元免震構造７０を構成することができる。
【００８９】
以上、本発明の第１〜第５の実施形態について説明した。
【００９０】
なお、第１〜第５の実施形態では、弾性部材２４をゴム製の線状部材とした例を示したが、空気を取り囲むように設けられて空気層を形成でき、且つ上部建物の上下方向の移動に追随するものであればよく、例えば、シート状の部材としてもよい。
【００９１】
また、第１〜第５の実施形態は、上部建物の下部の形状や上部建物を支持する基盤の形状に影響を受けることなく、さまざまな立地条件の建築物に広く適用することができる。例えば、図１５、１６の立面図に示す建築物９２、９４のように、免震構造７２、７４によって上部建物７６、７８が上下免震される構成にしてもよい。
【００９２】
また、第１〜第５の実施形態では、空気層（空気室２０、３６、３８）を、空気を取り囲むように設けられる弾性部材２４によって形成した例を示したが、図１７の立面図に示す構成によって空気層（空気室２０８）を形成するようにしてもよい。
【００９３】
図１７の建築物２００は、上部建物１２、地盤１４上に設けられた支持基盤としての鉄筋コンクリート造の基礎構造物２０２、及び基礎構造物２０２の底部２０４と上部建物１２の下面１２Ｂとの間に設けられた免震構造２０６によって構成されている。
【００９４】
免震構造２０６は、空気層としての空気室２０８と、減衰手段としてのオイルダンパー２２とを有している。図１７のＣ−Ｃ断面図である図１８に示すように、空気室２０８は、上部建物１２の下面１２Ｂの下方に４つ形成されており、基礎構造物２０２の底部２０４上に上部建物１２を支持し、ダイアフラム型に近い形式の空気バネを構成している。４つの空気室２０８を合わせた受圧面積は、上部建物１２の下面１２Ｂの全面積に近い大きさであり、大きな面積となっている。オイルダンパー２２は、上部建物１２に発生する上下方向の振動を低減する。なお、上部建物１２の下面１２Ｂの下方に形成する空気室２０８の数はいくつであってもよい。空気室２０８を４つ以上形成するのが望ましい。
【００９５】
空気室２０８は、上部建物１２の下面１２Ｂと、上部建物１２の支持面となる基礎構造物２０２の底部２０４の上面２０４Ａとの間に配置され、基礎構造物２０２の壁部２１８によって空気室２０８の側面を取り囲むことにより形成されている。上部建物１２の下面１２Ｂには、下方に突出する鉄筋コンクリート造の壁構造体２１０が、平面視にて空気室２０８の外縁に沿って設けられており、図１９の拡大図に示すように、壁構造体２１０の下端部と、壁部２１８の上端部との間に形成される隙間２１２が、ゴムシール２１４によって塞がれている。
【００９６】
空気室２０８に面する上部建物１２の下面１２Ｂ、基礎構造物２０２の底部２０４の上面２０４Ａ、基礎構造物２０２の壁部２１８の側面、壁構造体２１０の側面、及び壁構造体２１０の下面には、空気室２０８の気密性を確保するために、ゴムシート２１６が貼られている。なお、ゴムシート２１６に替えて、耐漏気性を有する他の材料を貼り付けたり塗布したりしてもよいし、基礎構造物２０２の底部２０４上に水を溜めて空気室２０８の気密性を確保するようにしてもよい。
【００９７】
ゴムシール２１４は、アラミド繊維が混入されたゴムシートによって形成されており、図１９に示すように、湾曲部が上方に凸となるように湾曲した状態で端部が基礎構造物２０２の壁部２１８、及び壁構造体２１０に固定されている。なお、ゴムシール２１４を、アラミド繊維によって表面が補強されたゴムシートとしてもよい。
【００９８】
ゴムシール２１４は、鋼板２２０、２２２、及びボルト２２４によって、壁部２１８及び壁構造体２１０に固定されている。鋼板２２０は、この鋼板２２０に設けられたスタッド２２６を、壁部２１８及び壁構造体２１０に埋設することによって、壁部２１８及び壁構造体２１０に固定されている。そして、鋼板２２０と鋼板２２２とによってゴムシール２１４の端部を挟み込んだ状態で、ボルト２２４を押さえ付け金具２２８、鋼板２２２、ガスケット２３０、ゴムシール２１４、ガスケット２３２、鋼板２２０の順に貫通させ、鋼板２２０に設けられたスタッド２３４の内壁に形成された雌ネジに捩じ込んで締め付けることにより、ゴムシール２１４の端部を壁部２１８及び壁構造体２１０に固定している。なお、ガスケット２３０、２３２は、機密性を確保するために設けられている。
【００９９】
図２０（ｂ）の拡大図に示すように、ゴムシール２１４は、基礎構造物２０２（壁部２１８）と上部建物１２（壁構造体２１０）との上下方向の相対移動に対し変形してこの移動を許容すると共に、隙間２１２から空気Ｑが漏れるのを防ぐことができる。図２０（ａ）の拡大図には、基礎構造物２０２（壁部２１８）に対して上部建物１２（壁構造体２１０）が上下方向に移動する前の状態が示されている。
【０１００】
また、図２０（ｃ）の拡大図に示すように、ゴムシール２１４は、基礎構造物２０２（壁部２１８）と上部建物１２（壁構造体２１０）との横方向の相対移動に対し変形してこの移動を許容すると共に、隙間２１２から空気Ｑが漏れるのを防ぐことができる。すなわち、空気室２０８を、横方向に対して上部建物１２を長周期化する水平免震層とすることができる。
【０１０１】
図１７に示すように、空気室２０８には、上部建物１２内の下部に設置されたエアーポンプ２６から送られた空気Ｑが封入されている。エアーポンプ２６は常時稼働しており、エアーポンプ２６からの送気量をコントロールして空気室２０８内の圧力が所定の大きさになるように調整し、これによって空気室２０８に上部建物１２が支持されるので、上部建物１２の上下方向の長周期化を図ることができる。
【０１０２】
空気室２０８の高さの設定は、エアーポンプ２６からの送気量をコントロールして空気室２０８内の圧力を調整することにより行うことができる。また、上部建物１２に発生する上下方向の振動は、減衰手段としてのオイルダンパー２２によって低減することができる。
【０１０３】
また、４つの空気室２０８を合わせた受圧面積は、上部建物１２の下面１２Ｂの全面積に近い大きさであり、大きな面積となっているので、一般的な空気バネよりも空気室２０８の圧力を小さくすることができる。よって、空気室２０８から外部へ空気が漏れ難くでき、メンテナンスの手間も軽減することができる。また、タイヤの空気入れに用いる程度の簡易なコンプレッサー等をエアーポンプ２６として用いることができる。
【０１０４】
ゴムシール２１４は、図２１の拡大図に示すように、湾曲部が横方向へ凸となるように設けてもよいし、図１９で示した湾曲部が上方に凸となるように設けたゴムシール２１４と、図２１で示した湾曲部が横方向へ凸となるように設けたゴムシール２１４とを組み合わせて用いてもよい。このようにすれば、ゴムシール２１４の湾曲部の半径を小さくしても上下及び左右の両方向に対して十分な変形量を確保することができる。ゴムシール２１４の湾曲部の半径を小さくできれば、ゴムシール２１４への負担を低減することができる。
また、図１９で示した湾曲部が上方に凸となるように設けたゴムシール２１４や、図２１で示した湾曲部が横方向へ凸となるように設けたゴムシール２１４を複数並べて（繋げて）設けてもよい。これによっても、ゴムシール２１４の湾曲部の半径を小さくできるので、ゴムシール２１４への負担を低減することができる。
【０１０５】
以上、本発明の第１〜第５の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１〜第５の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０、３０、８０、８２、８４、８６、８８、９０、９２、９４ 建築物
１２、３４、７６、７８ 上部建物（構造物）
１８、４４、４６、５０、５２、５８、６２、７２、７４ 免震構造
２０、３６、３８ 空気室（空気層）
２２ オイルダンパー（減衰手段）
２４ 弾性部材
６０ たれ壁（壁部材）
Ｑ 空気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物を支持する空気層と、
前記構造物に発生する上下方向の振動を低減する減衰手段と、
を有する免震構造。
【請求項２】
前記空気層は、前記構造物の下面と前記構造物の支持面との間に空気を取り囲むように設けられる弾性部材によって形成されている請求項１に記載の免震構造。
【請求項３】
前記弾性部材は、線状部材である請求項２に記載の免震構造。
【請求項４】
前記弾性部材は、中空の部材である請求項２又は３に記載の免震構造。
【請求項５】
前記弾性部材は、積層されている請求項２〜４の何れか１項に記載の免震構造。
【請求項６】
前記弾性部材が外側へはらむことを防ぐ壁部材が前記弾性部材の側方に設けられている請求項２〜５の何れか１項に記載の免震構造。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の免震構造を有する建築物。
【請求項１】
構造物を支持する空気層と、
前記構造物に発生する上下方向の振動を低減する減衰手段と、
を有する免震構造。
【請求項２】
前記空気層は、前記構造物の下面と前記構造物の支持面との間に空気を取り囲むように設けられる弾性部材によって形成されている請求項１に記載の免震構造。
【請求項３】
前記弾性部材は、線状部材である請求項２に記載の免震構造。
【請求項４】
前記弾性部材は、中空の部材である請求項２又は３に記載の免震構造。
【請求項５】
前記弾性部材は、積層されている請求項２〜４の何れか１項に記載の免震構造。
【請求項６】
前記弾性部材が外側へはらむことを防ぐ壁部材が前記弾性部材の側方に設けられている請求項２〜５の何れか１項に記載の免震構造。
【請求項７】
請求項１〜６の何れか１項に記載の免震構造を有する建築物。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１１−５８６２４（Ｐ２０１１−５８６２４Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６０９２２（Ｐ２０１０−１６０９２２）
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月１５日（２０１０．７．１５）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
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