免震建物、及び免震建物の設計方法
【課題】基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することが可能な免震建物、及び免震建物の設計方法を提供する。
【解決手段】基礎免震層１２に支持された下部構造物１４と、下部構造物１４の上に設けられた中間免震層１６に支持され、下部構造物１４に対してセットバックして設けられた上部構造物１８とを有する免震建物１０により、免震建物の構造設計の労力を軽減することができる。
【解決手段】基礎免震層１２に支持された下部構造物１４と、下部構造物１４の上に設けられた中間免震層１６に支持され、下部構造物１４に対してセットバックして設けられた上部構造物１８とを有する免震建物１０により、免震建物の構造設計の労力を軽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、基礎免震層を有する免震建物、及び基礎免震層を有する免震建物の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基礎免震層に構造物を支持させて、この構造物に伝播する地震動を低減する免震建物が普及している。例えば、特許文献１には、免震装置によって下部構造の上に上部構造が支持されている免震建物が開示されている。
【０００３】
このような、構造物が基礎免震層に支持されている免震建物の構造設計は、一般的に、等価１質点系の構造モデルに免震建物を置き換えて行われる。しかし、この設計方法は、基礎免震層が支持する構造物の水平剛性が、基礎免震層の水平剛性に対して十分に大きいことを前提としている。
【０００４】
例えば、基礎免震層が支持する構造物の水平剛性が小さい、鉄骨造、超高層、セットバック型などの免震建物においては、構造物に曲げ変形が支配的に生じることに起因してこの構造物に発生する、鞭振り現象やねじれ振動の影響が大きくなるので、等価１質点系の構造モデルに、鞭振り現象やねじれ振動の挙動を盛り込ませた設計が必要になる。
【０００５】
しかし、鞭振り現象やねじれ振動の複雑な挙動は、設計において制御が難しい挙動であり、この制御に多大な設計労力を要してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１６９２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は係る事実を考慮し、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することが可能な免震建物、及び免震建物の設計方法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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、基礎免震層に支持された下部構造物と、前記下部構造物の上に設けられ、前記基礎免震層よりも水平剛性の小さい中間免震層と、前記下部構造物よりも質量が小さく、且つ前記下部構造物に対してセットバックして前記中間免震層に支持された上部構造物と、を有する免震建物である。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、中間免震層を介して免震建物を下部構造物と上部構造物とに分離することにより、鞭振り現象やねじれ振動の影響を排除して、免震建物（下部構造物と上部構造物）の挙動を等価２質点系の構造モデルの挙動に近似することができる。すなわち、免震建物の挙動を安定化することにより、免震建物を等価２質点系の構造モデルに置き換えることができるので、設計の労力を軽減することができ、設計の省力化を図ることができる。よって、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、基礎免震層に支持された下部構造物と、前記下部構造物の上に設けられた中間免震層と、前記中間免震層に支持された上部構造物とを有する免震建物の設計方法において、前記基礎免震層の目標とする応答振動値と前記中間免震層の目標とする応答振動値とに基づいて１次振動モードを設定する工程と、前記免震建物全体の１次固有周期を設定する工程と、前記１次振動モードと前記１次固有周期とに基づいて前記基礎免震層の水平剛性と前記中間免震層の水平剛性とを求める工程と、を有する免震建物の設計方法である。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、基礎免震層に下部構造物が支持され、この下部構造物の上に設けられた中間免震層に上部構造物が支持された免震建物の設計方法において、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、基礎免震層に支持された構造物と、該構造物に設けられた複数の中間免震層とを有する免震建物の設計方法において、前記基礎免震層の目標とする応答振動値と前記複数の中間免震層の目標とする応答振動値とに基づいて１次振動モードを設定する工程と、前記免震建物全体の１次固有周期を設定する工程と、前記１次振動モードと前記１次固有周期とに基づいて前記基礎免震層の水平剛性と前記複数の中間免震層の水平剛性とを求める工程と、を有する免震建物の設計方法である。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、基礎免震層に構造物が支持され、この構造物に複数の中間免震層が設けられた免震建物の設計方法において、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上記構成としたので、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る免震建物を示す立面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る免震建物の設計方法を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る免震建物の重心及び剛心を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る免震建物の建物高さに対するせん断力を示す線図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る免震建物に生じるねじれモーメントを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る免震建物に生じるねじれモーメントを示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る免震建物の構造モデルを示す説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る免震建物を示す立面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る免震建物の設計方法を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る免震建物の構造モデルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の第１の実施形態に係る免震建物について説明する。
【００１７】
図１の立面図に示すように、免震建物１０は、基礎免震層１２、鉄筋コンクリート造の下部構造物１４、中間免震層１６、及び鉄筋コンクリート造の上部構造物１８を有する超高層建築物である。
【００１８】
下部構造物１４は、地盤２０に設けられた鉄筋コンクリート造の基礎２２の上に設けられた基礎免震層１２に支持されている。基礎免震層１２は、免震支承としての積層ゴム支承２４と、減衰装置としての油圧ダンパー（不図示）とを、基礎２２の上面と下部構造物１４の下面との間にそれぞれ複数配置することによって構成されている。
【００１９】
上部構造物１８は、下部構造物１４の上に設けられた中間免震層１６に支持されている。中間免震層１６は、免震支承としての積層ゴム支承２４と、減衰装置としての油圧ダンパー（不図示）とを、下部構造物１４の上面と上部構造物１８の下面との間にそれぞれ複数配置することによって構成されている。
【００２０】
中間免震層１６の水平剛性は、基礎免震層１２の水平剛性よりも小さくなっている。また、上部構造物１８は、下部構造物１４よりも質量が小さく、下部構造物１４に対してセットバックして配置されている。
【００２１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る免震建物の設計方法について説明する。
【００２２】
本発明の第１の実施形態に係る免震建物の設計方法では、中間免震層１６を介して免震建物１０を下部構造物１４と上部構造物１８とに分離することにより、免震建物１０（下部構造物１４と上部構造物１８）の挙動を等価２質点系の構造モデルの挙動に近似させて免震建物１０を等価２質点系の構造モデルに置き換える。そして、１次振動モードと、免震建物１０全体の１次固有周期とを設定し、設定した１次振動モード及び１次固有周期に基づいて、基礎免震層１２の水平剛性及びねじれ剛性と、中間免震層１６の水平剛性及びねじれ剛性とを求める。
【００２３】
免震建物の設計方法では、図２のフローチャートに示すように、まず、免震建物１０が振動したときの基礎免震層１２の応答振動値としての応答変形量と中間免震層１６の応答振動値としての応答変形量との目標値を設定し（ステップ１００）、これらの目標値に基づいて１次振動モードを求める（ステップ１０２）。すなわち、基礎免震層１２と中間免震層１６とが位置する各建物高さにおける１次振動モードの振幅の比が、基礎免震層１２の応答変形量と中間免震層１６の応答変形量との比と等しくなる１次振動モードを規定する。
【００２４】
次に、下部構造物１４の質量、上部構造物１８の質量、及び免震建物１０全体の１次固有周期を設定し（ステップ１０４、１０６）、これらの値とステップ１０２で求めた１次振動モードに基づいて、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、中間免震層１６の水平剛性、及び中間免震層１６のねじれ剛性を求める（ステップ１０８）。
【００２５】
次に、基礎免震層１２の減衰、及び中間免震層１６の減衰を設定し（ステップ１１０）、下部構造物１４の応答振動加速度を求め（ステップ１１２）、この値が設計目標を満足する（設計許容範囲内に入る）まで、ステップ１０６、１０８、１１０、１１２を繰り返す。なお、ステップ１１２で求めるのは、下部構造物１４の応答振動加速度に限らない。例えば、下部構造物１４の応答振動速度であってもよいし、上部構造物１８の応答振動加速度や応答振動速度であってもよい。
【００２６】
そして、ステップ１０８で求められた、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、中間免震層１６の水平剛性、及び中間免震層１６のねじれ剛性の値に基づいて、基礎免震層１２及び中間免震層１６の設計を行う（例えば、基礎免震層１２及び中間免震層１６に配置される免震支承の仕様、配置、数等を決める）。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態に係る免震建物、及び免震建物の設計方法の作用と効果について説明する。
【００２８】
本発明の第１の実施形態に係る免震建物１０、及び免震建物の設計方法では、図１に示すように、基礎免震層１２によって下部構造物１４が免震支持されるので、地震時において下部構造物１４に生じる応答振動加速度や、入力される地震力を低減することができる。
【００２９】
また、上部構造物１８が複数の免震層（基礎免震層１２及び中間免震層１６）により支持されているので、地震時において上部構造物１８に生じる応答振動加速度や、入力される地震力を効果的に低減することができる。
【００３０】
また、基礎免震層１２の水平剛性よりも中間免震層１６の水平剛性を小さくすることにより、中間免震層１６の水平剛性を基礎免震層１２の水平剛性以上にする場合よりも、中間免震層１６の水平周期を大きくすることができる。これにより、地震時において上部構造物１８に生じる応答振動加速度を効果的に小さくすることができる。
【００３１】
また、中間免震層１６を介して、免震建物１０を下部構造物１４と上部構造物１８とに分離することによって、地震時における下部構造物１４と上部構造物１８との揺れは、下部構造物１４と上部構造物１８との剛体的な水平運動が主体となり、免震建物１０にはせん断変形が支配的に生じることになる。これにより、地震時において免震建物１０に曲げ変形が支配的に生じることに起因して免震建物１０に発生する、鞭振り現象やねじれ振動を低減することができる。
【００３２】
また、地震時において免震建物１０に生じる曲げ変形に起因して増幅する、免震建物１０のねじれ振動を低減することができる。このことについて詳しく説明すると、図３（ａ）に示すように、基礎免震層１２のみが設けられている（中間免震層１６が設けられていない）免震建物２６では、セットバック形状により生じていた、下部構造部２８の上面高さにおける免震建物２６の重心３２と剛心３４とのずれ量が、地震時において免震建物２６に生じる曲げ変形により大きくなって、ねじれ振動が増幅する（矢印３６）ことが考えられる。図４（ａ）のグラフに示す値３８は、図３（ａ）に示す免震建物２６に地震力が作用したときの、免震建物２６の建物高さ（縦軸）に対する、免震建物２６に生じるせん断力の値（横軸）を示している。
【００３３】
これに対して、第１の実施形態の免震建物１０では、中間免震層１６を介して免震建物１０を下部構造物１４と上部構造物１８とに分離することにより、免震建物１０に地震力が作用したときの、免震建物１０の建物高さ（縦軸）に対する、免震建物１０に生じるせん断力の値（横軸）は、図４（ｂ）のグラフに示す値４０のようになる。すなわち、免震建物１０の上層（上部構造物１８）に生じるせん断力（値４０）が値３８よりも小さくなるので、免震建物１０にはせん断変形が支配的に生じるようになる。これによって、図３（ｂ）に示すように、下部構造物１４の上面高さにおける免震建物１０の重心４４と剛心４６とのずれ量が小さくなり、地震時において免震建物１０に生じる曲げ変形に起因して増幅する、免震建物１０のねじれ振動を低減することができる（矢印４２）。
【００３４】
また、地震時において免震建物１０に生じる曲げ変形に起因して増幅する、免震建物１０のねじれ振動を低減することができるので、免震建物１０のねじれ振動による基礎免震層１２と中間免震層１６との水平変形量を低減することができる。これにより、基礎免震層１２及び中間免震層１６の合理的な設計を行うことができる。例えば、免震クリアランスや免震装置の許容水平せん断変形量を小さくすることができる。
【００３５】
また、複数の免震層（基礎免震層１２及び中間免震層１６）により、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、中間免震層１６が設けられていない免震建物２６に比べて、免震建物１０の下部構造物１４の上面高さにおいて地震時に免震建物１０に生じる水平せん断力が小さくなる。ここで、図５（ａ）の斜視図に示すように、下部構造部２８の上面高さにおいて地震時に免震建物２６に発生するねじれモーメントＭ１は、下部構造部２８の上面高さにおける免震建物２６の重心３２から剛心３４までの距離ｄ１に、下部構造部２８の上面高さにおいて地震時に免震建物２６に生じる水平せん断力Ｆ１を掛けた値になる。また、下部構造物１４の上面高さにおいて地震時に免震建物１０に発生するねじれモーメントＭ２は、下部構造物１４の上面高さにおける免震建物１０の重心４４から剛心４６までの距離ｄ２に、下部構造物１４の上面高さにおいて地震時に免震建物１０に生じる水平せん断力Ｆ２を掛けた値になる。
【００３６】
そして、先に述べたように、水平せん断力Ｆ２は水平せん断力Ｆ１よりも小さくなるので、ねじれモーメントＭ２はねじれモーメントＭ１よりも小さくなる。すなわち、免震建物１０は、免震建物２６に比べて、地震時に建物に発生するねじれ振動を低減することができる。
【００３７】
また、図６（ａ）、（ｂ）の斜視図に示すように、免震建物１０では、複数の免震層（基礎免震層１２及び中間免震層１６）によって、地震時において免震建物２６全体に生じるねじれモーメントＭ３（免震建物２６の基礎免震層１２に生じるねじれモーメントＭ３）を、各免震層に分散させることができる（ねじれモーメントＭ３を分割したねじれモーメントＭ４、Ｍ５を、免震建物１０の基礎免震層１２と中間免震層１６とに生じさせることができる）。これにより、免震建物１０に生じる曲げ変形が小さくなり、各免震層（免震建物１０の基礎免震層１２及び中間免震層１６）のねじれ変形量を小さくできるので、免震建物１０の基礎免震層１２及び中間免震層１６の合理的な設計を行うことができる（例えば、免震クリアランスや免震装置の許容水平せん断変形量を小さくすることができる）。
【００３８】
また、中間免震層１６を介して免震建物１０を下部構造物１４と上部構造物１８とに分離することにより、地震時における下部構造物１４と上部構造物１８との揺れは、下部構造物１４と上部構造物１８との剛体的な水平運動が主体となる。これにより、地震時において免震建物１０に生じる曲げ変形が小さくなるので、免震建物１０に発生する鞭振り現象やねじれ振動の影響を排除して、免震建物１０（下部構造物１４と上部構造物１８）の挙動を等価２質点系の構造モデルの挙動に近似することができる。すなわち、免震建物１０の挙動を安定化することにより、図７のモデル図に示すように、免震建物１０を等価２質点系の構造モデルに置き換え、基礎免震層１２の水平剛性及びねじれ剛性と、中間免震層１６の水平剛性及びねじれ剛性とを、１次振動モード及び免震建物１０全体の１次固有周期に基づいて求めることができるので、設計の労力を軽減することができ、設計の省力化を図ることができる。よって、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することができる。
【００３９】
図７には、質量ｍ１及び慣性モーメントＩ１を有する下部構造物１４が、水平剛性ｋ１及びねじれ剛性Ｇ１を有する基礎免震層１２を介して基礎２２の上に支持され、質量ｍ２及び慣性モーメントＩ２を有する上部構造物１８が、水平剛性ｋ２及びねじれ剛性Ｇ２を有する中間免震層１６を介して下部構造物１４の上に支持されている、等価２質点系の構造モデルが示されている。
【００４０】
また、本発明の第１の実施形態に係る免震建物の設計方法では、基礎免震層１２及び中間免震層１６の水平剛性だけでなく、基礎免震層１２及び中間免震層１６のねじれ剛性についても、１次振動モード及び免震建物１０全体の１次固有周期に基づいて求めることができるので、ねじれ振動が大きな問題となるセットバック型の免震建物等の構造設計に特に有効となる。
【００４１】
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。
【００４２】
なお、本発明の第１の実施形態では、中間免震層１６の水平剛性が基礎免震層１２の水平剛性よりも小さく、上部構造物１８の質量が下部構造物１４の質量よりも小さく、上部構造物１８が下部構造物１４に対してセットバックして配置されている免震建物１０を、第１の実施形態の免震建物の設計方法の対象とした例を示したが、基礎免震層１２及び中間免震層１６の水平剛性や、下部構造物１４及び上部構造物１８の質量が、他の構成になっている免震建物に対して第１の実施形態の免震建物の設計方法を適用してもよい。
【００４３】
また、図２のステップ１０６では免震建物１０全体の１次固有周期を設定したが、ステップ１０６で、基礎免震層１２の周期、又は中間免震層１６の周期を設定し、これらの周期、１次振動モード、下部構造物１４の質量、及び上部構造物１８の質量に基づいて、ステップ１０８で、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、中間免震層１６の水平剛性、及び中間免震層１６のねじれ剛性を求めるようにしてもよい。
【００４４】
また、本発明の第１の実施形態の図３、５、６で示した、免震建物２６の下部構造部２８と免震建物１０の下部構造物１４、免震建物２６の上部構造部３０と免震建物１０の上部構造物１８とは、同じ形状、寸法及び質量となっている。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第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。
【００４６】
まず、本発明の第２の実施形態に係る免震建物について説明する。
【００４７】
図８の立面図に示すように、免震建物４８は、基礎免震層１２、構造物５０、及び構造物５０に設けられた複数の中間免震層５２を有する超高層建築物である。構造物５０は、中間免震層５２を介して下方から上方へ複数配置された鉄筋コンクリート造の構造部５４によって構成され、基礎２２の上に設けられた基礎免震層１２に支持されている。以下の説明において、下方から上方へ配置された構造部５４をこの順に、第１構造部５４、第２構造部５４、第３構造部５４、・・・、第ｎ構造部５４（第ｎ構造部５４は、最上部に配置された構造部５４）とし、下方から上方へ配置された中間免震層５２をこの順に、第１中間免震層５２、第２中間免震層５２、第３中間免震層５２、・・・、第ｎ−１中間免震層５２とする。なお、ｎは２以上の自然数とする。
【００４８】
すなわち、図８に示すように、免震建物４８では、第１構造部５４が、地盤２０に設けられた鉄筋コンクリート造の基礎２２の上に設けられた基礎免震層１２に支持され、第２構造部５４が、第１構造部５４の上に設けられた第１中間免震層５２に支持され、第ｎ構造部５４が、第ｎ−１構造部５４の上に設けられた第ｎ−１中間免震層５２に支持されている。第１〜第ｎ−１中間免震層５２は、免震支承としての積層ゴム支承２４と、減衰装置としての油圧ダンパー（不図示）とを、第１〜第ｎ−１構造部５４の上面と第２〜第ｎ構造部５４の下面との間に複数配置することによって構成されている。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る免震建物の設計方法について説明する。
【００５０】
本発明の第２の実施形態に係る免震建物の設計方法では、複数の中間免震層５２を介して免震建物４８を複数の構造部５４に分離することにより、免震建物４８（構造部５０）の挙動を等価多質点系の構造モデルの挙動に近似させて、免震建物４８を等価多質点系の構造モデルに置き換える。そして、１次振動モードと、免震建物４８全体の１次固有周期とを設定し、設定した１次振動モード及び１次固有周期に基づいて、基礎免震層１２の水平剛性及びねじれ剛性と、各中間免震層５２の水平剛性及びねじれ剛性とを求める。
【００５１】
免震建物の設計方法では、図９のフローチャートに示すように、まず、免震建物４８が振動したときの基礎免震層１２の応答振動値としての応答変形量と第１〜第ｎ−１中間免震層５２の応答振動値としての応答変形量との目標値を設定し（ステップ１２０）、これらの目標値に基づいて１次振動モードを求める（ステップ１２２）。すなわち、基礎免震層１２と第１〜第ｎ−１中間免震層５２とが位置する各建物高さにおける１次振動モードの振幅の比が、基礎免震層１２の応答変形量と第１〜第ｎ−１中間免震層５２の応答変形量との比と等しくなる１次振動モードを規定する。
【００５２】
次に、第１〜第ｎ構造部５４の質量、及び免震建物４８全体の１次固有周期を設定し（ステップ１２４、１２６）、これらの値とステップ１２２で求めた１次振動モードに基づいて、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性、及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２のねじれ剛性を求める（ステップ１２８）。
【００５３】
次に、基礎免震層１２の減衰、及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２の減衰を設定し（ステップ１３０）、第１〜第ｎ−１構造部５４の応答振動加速度を求め（ステップ１３２）、この値が設計目標を満足する（設計許容範囲内に入る）まで、ステップ１２６、１２８、１３０、１３２を繰り返す。なお、ステップ１３２で求めるのは、第１〜第ｎ−１構造部５４の応答振動加速度に限らない。例えば、第１〜第ｎ−１構造部５４の応答振動速度であってもよいし、第ｎ構造部５４の応答振動加速度や応答振動速度であってもよい。
【００５４】
そして、ステップ１２８で求められた、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性、及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２のねじれ剛性の値に基づいて、基礎免震層１２及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２の設計を行う（例えば、基礎免震層１２及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２に配置される免震支承の仕様、配置、数等を決める）。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る免震建物、及び免震建物の設計方法の作用と効果について説明する。
【００５６】
本発明の第２の実施形態に係る免震建物４８、及び免震建物の設計方法では、第１の実施形態に係る免震建物１０、及び免震建物の設計方法と同様の効果を得ることができる。例えば、第１〜第ｎ−１中間免震層５２を介して、免震建物４８を第１〜第ｎ構造部５４に複数分離することによって、地震時における第１〜第ｎ構造部５４の揺れは、第１〜第ｎ構造部５４の剛体的な水平運動が主体となり、免震建物４８にはせん断変形が支配的に生じることになる。これにより、地震時において免震建物４８に曲げ変形が支配的に生じることに起因して免震建物４８に発生する、鞭振り現象やねじれ振動を低減することができる。また、地震時において免震建物４８に生じる曲げ変形に起因して増幅する、免震建物４８のねじれ振動を低減することができる。
【００５７】
また、第１〜第ｎ−１中間免震層５２を介して、免震建物４８を第１〜第ｎ構造部５４に複数分離することにより、地震時における構造物５４の揺れは、構造部５４の剛体的な水平運動が主体となる。これにより、地震時において免震建物４８に生じる曲げ変形が小さくなるので、免震建物４８に発生する鞭振り現象やねじれ振動の影響を排除して、免震建物４８（構造物５０）の挙動を等価多質点系の構造モデルの挙動に近似することができる。すなわち、免震建物４８の挙動を安定化することにより、図１０のモデル図に示すように、免震建物４８を等価多質点系の構造モデルに置き換え、基礎免震層１２の水平剛性及びねじれ剛性と、第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性及びねじれ剛性とを、１次振動モードと免震建物４８全体の１次固有周期とに基づいて求めることができるので、設計の労力を軽減することができ、設計の省力化を図ることができる。よって、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することができる。
【００５８】
図１０には、質量ｍ１及び慣性モーメントＩ１を有する第１構造部５４が、水平剛性ｋ０及びねじれ剛性Ｇ０を有する基礎免震層１２を介して基礎２２の上に支持され、質量ｍ２及び慣性モーメントＩ２を有する第２構造部５４が、水平剛性ｋ１及びねじれ剛性Ｇ１を有する第１中間免震層５２を介して第１構造部５４の上に支持され、質量ｍ３及び慣性モーメントＩ３を有する第３構造部５４が、水平剛性ｋ２及びねじれ剛性Ｇ２を有する第２中間免震層５２を介して第２構造部５４の上に支持され、質量ｍｎ及び慣性モーメントＩｎを有する第ｎ構造部５４が、水平剛性ｋｎ−１及びねじれ剛性Ｇｎ−１を有する第ｎ−１中間免震層５２を介して第ｎ−１構造部５４の上に支持されている、等価多質点系の構造モデルが示されている。
【００５９】
また、本発明の第２の実施形態に係る免震建物の設計方法では、基礎免震層１２及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性だけでなく、基礎免震層１２及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２のねじれ剛性についても、１次振動モードに基づいて求めることができるので、ねじれ振動が大きな問題となる超高層の免震建物等の構造設計に特に有効となる。
【００６０】
以上、本発明の第２の実施形態について説明した。
【００６１】
なお、本発明の第２の実施形態の図８では、説明の都合上、構造物５０を５つ以上の構造部５４によって構成させた例を示したが、２つ以上の構造部５４によって構成させた構造物５０に対して、本発明の第２の実施形態の免震建物４８及び免震建物の設計方法は適用可能である。すなわち、第１中間免震層５２を介して配置された第１、第２構造部５４により構造物５０を構成してもよいし、第１、第２中間免震層５２を介して配置された第１〜第３構造部５４により構造物５０を構成してもよいし、第１〜第３中間免震層５２を介して配置された第１〜第４構造部５４により構造物５０を構成してもよい。
【００６２】
また、図９のステップ１２６では免震建物４８全体の１次固有周期を設定したが、ステップ１２６で、基礎免震層１２の周期、又は中間免震層５２の周期を設定し、これらの周期、１次振動モード、及び第１〜第ｎ構造部５４の質量に基づいて、ステップ１２８で、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性、及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２のねじれ剛性を求めるようにしてもよい。
【００６３】
以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明した。
【００６４】
なお、本発明の第１及び第２の実施形態では、免震支承としての積層ゴム支承２４と、減衰装置としての油圧ダンパーとをそれぞれ複数配置することによって、基礎免震層１２及び中間免震層１６、５２を構成した例を示したが、基礎免震層１２及び中間免震層１６、５２は、剛性と減衰とを有していれば、どのような構成であってもよい。
【００６５】
また、本発明の第１の実施形態では、セットバックした超高層の免震建物１０に本発明の第１の実施形態の免震構造の設計方法を適用した例を示したが、本発明の第１及び第２の実施形態で示した免震建物の設計方法は、さまざまな構造や規模の免震建物に適用可能である。例えば、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、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物に対して適用することができる。本発明の第１及び第２の実施形態で示した免震建物の設計方法は、基礎免震層が支持する構造物の水平剛性が小さい、鉄骨造、超高層、セットバック型などの免震建物において特に有効となる。
【００６６】
また、本発明の第１及び第２の実施形態では、基礎免震層１２、及び中間免震層１６、５２の応答振動値を応答変形量とした例を示したが、応答振動値を、応答振動加速度や応答振動速度にしてもよい。
【００６７】
以上、本発明の第１及び第２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及び第２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】
【００６８】
１０、４８ 免震建物
１２ 基礎免震層
１４ 下部構造物
１６、５２ 中間免震層
１８ 上部構造物
５０ 構造物
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎免震層を有する免震建物、及び基礎免震層を有する免震建物の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基礎免震層に構造物を支持させて、この構造物に伝播する地震動を低減する免震建物が普及している。例えば、特許文献１には、免震装置によって下部構造の上に上部構造が支持されている免震建物が開示されている。
【０００３】
このような、構造物が基礎免震層に支持されている免震建物の構造設計は、一般的に、等価１質点系の構造モデルに免震建物を置き換えて行われる。しかし、この設計方法は、基礎免震層が支持する構造物の水平剛性が、基礎免震層の水平剛性に対して十分に大きいことを前提としている。
【０００４】
例えば、基礎免震層が支持する構造物の水平剛性が小さい、鉄骨造、超高層、セットバック型などの免震建物においては、構造物に曲げ変形が支配的に生じることに起因してこの構造物に発生する、鞭振り現象やねじれ振動の影響が大きくなるので、等価１質点系の構造モデルに、鞭振り現象やねじれ振動の挙動を盛り込ませた設計が必要になる。
【０００５】
しかし、鞭振り現象やねじれ振動の複雑な挙動は、設計において制御が難しい挙動であり、この制御に多大な設計労力を要してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１６９２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は係る事実を考慮し、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することが可能な免震建物、及び免震建物の設計方法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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、基礎免震層に支持された下部構造物と、前記下部構造物の上に設けられ、前記基礎免震層よりも水平剛性の小さい中間免震層と、前記下部構造物よりも質量が小さく、且つ前記下部構造物に対してセットバックして前記中間免震層に支持された上部構造物と、を有する免震建物である。
【０００９】
請求項１に記載の発明では、中間免震層を介して免震建物を下部構造物と上部構造物とに分離することにより、鞭振り現象やねじれ振動の影響を排除して、免震建物（下部構造物と上部構造物）の挙動を等価２質点系の構造モデルの挙動に近似することができる。すなわち、免震建物の挙動を安定化することにより、免震建物を等価２質点系の構造モデルに置き換えることができるので、設計の労力を軽減することができ、設計の省力化を図ることができる。よって、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、基礎免震層に支持された下部構造物と、前記下部構造物の上に設けられた中間免震層と、前記中間免震層に支持された上部構造物とを有する免震建物の設計方法において、前記基礎免震層の目標とする応答振動値と前記中間免震層の目標とする応答振動値とに基づいて１次振動モードを設定する工程と、前記免震建物全体の１次固有周期を設定する工程と、前記１次振動モードと前記１次固有周期とに基づいて前記基礎免震層の水平剛性と前記中間免震層の水平剛性とを求める工程と、を有する免震建物の設計方法である。
【００１１】
請求項２に記載の発明では、基礎免震層に下部構造物が支持され、この下部構造物の上に設けられた中間免震層に上部構造物が支持された免震建物の設計方法において、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、基礎免震層に支持された構造物と、該構造物に設けられた複数の中間免震層とを有する免震建物の設計方法において、前記基礎免震層の目標とする応答振動値と前記複数の中間免震層の目標とする応答振動値とに基づいて１次振動モードを設定する工程と、前記免震建物全体の１次固有周期を設定する工程と、前記１次振動モードと前記１次固有周期とに基づいて前記基礎免震層の水平剛性と前記複数の中間免震層の水平剛性とを求める工程と、を有する免震建物の設計方法である。
【００１３】
請求項３に記載の発明では、基礎免震層に構造物が支持され、この構造物に複数の中間免震層が設けられた免震建物の設計方法において、請求項１と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は上記構成としたので、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る免震建物を示す立面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る免震建物の設計方法を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る免震建物の重心及び剛心を示す説明図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る免震建物の建物高さに対するせん断力を示す線図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る免震建物に生じるねじれモーメントを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係る免震建物に生じるねじれモーメントを示す斜視図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係る免震建物の構造モデルを示す説明図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る免震建物を示す立面図である。
【図９】本発明の第２の実施形態に係る免震建物の設計方法を示す説明図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る免震建物の構造モデルを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の第１の実施形態に係る免震建物について説明する。
【００１７】
図１の立面図に示すように、免震建物１０は、基礎免震層１２、鉄筋コンクリート造の下部構造物１４、中間免震層１６、及び鉄筋コンクリート造の上部構造物１８を有する超高層建築物である。
【００１８】
下部構造物１４は、地盤２０に設けられた鉄筋コンクリート造の基礎２２の上に設けられた基礎免震層１２に支持されている。基礎免震層１２は、免震支承としての積層ゴム支承２４と、減衰装置としての油圧ダンパー（不図示）とを、基礎２２の上面と下部構造物１４の下面との間にそれぞれ複数配置することによって構成されている。
【００１９】
上部構造物１８は、下部構造物１４の上に設けられた中間免震層１６に支持されている。中間免震層１６は、免震支承としての積層ゴム支承２４と、減衰装置としての油圧ダンパー（不図示）とを、下部構造物１４の上面と上部構造物１８の下面との間にそれぞれ複数配置することによって構成されている。
【００２０】
中間免震層１６の水平剛性は、基礎免震層１２の水平剛性よりも小さくなっている。また、上部構造物１８は、下部構造物１４よりも質量が小さく、下部構造物１４に対してセットバックして配置されている。
【００２１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る免震建物の設計方法について説明する。
【００２２】
本発明の第１の実施形態に係る免震建物の設計方法では、中間免震層１６を介して免震建物１０を下部構造物１４と上部構造物１８とに分離することにより、免震建物１０（下部構造物１４と上部構造物１８）の挙動を等価２質点系の構造モデルの挙動に近似させて免震建物１０を等価２質点系の構造モデルに置き換える。そして、１次振動モードと、免震建物１０全体の１次固有周期とを設定し、設定した１次振動モード及び１次固有周期に基づいて、基礎免震層１２の水平剛性及びねじれ剛性と、中間免震層１６の水平剛性及びねじれ剛性とを求める。
【００２３】
免震建物の設計方法では、図２のフローチャートに示すように、まず、免震建物１０が振動したときの基礎免震層１２の応答振動値としての応答変形量と中間免震層１６の応答振動値としての応答変形量との目標値を設定し（ステップ１００）、これらの目標値に基づいて１次振動モードを求める（ステップ１０２）。すなわち、基礎免震層１２と中間免震層１６とが位置する各建物高さにおける１次振動モードの振幅の比が、基礎免震層１２の応答変形量と中間免震層１６の応答変形量との比と等しくなる１次振動モードを規定する。
【００２４】
次に、下部構造物１４の質量、上部構造物１８の質量、及び免震建物１０全体の１次固有周期を設定し（ステップ１０４、１０６）、これらの値とステップ１０２で求めた１次振動モードに基づいて、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、中間免震層１６の水平剛性、及び中間免震層１６のねじれ剛性を求める（ステップ１０８）。
【００２５】
次に、基礎免震層１２の減衰、及び中間免震層１６の減衰を設定し（ステップ１１０）、下部構造物１４の応答振動加速度を求め（ステップ１１２）、この値が設計目標を満足する（設計許容範囲内に入る）まで、ステップ１０６、１０８、１１０、１１２を繰り返す。なお、ステップ１１２で求めるのは、下部構造物１４の応答振動加速度に限らない。例えば、下部構造物１４の応答振動速度であってもよいし、上部構造物１８の応答振動加速度や応答振動速度であってもよい。
【００２６】
そして、ステップ１０８で求められた、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、中間免震層１６の水平剛性、及び中間免震層１６のねじれ剛性の値に基づいて、基礎免震層１２及び中間免震層１６の設計を行う（例えば、基礎免震層１２及び中間免震層１６に配置される免震支承の仕様、配置、数等を決める）。
【００２７】
次に、本発明の第１の実施形態に係る免震建物、及び免震建物の設計方法の作用と効果について説明する。
【００２８】
本発明の第１の実施形態に係る免震建物１０、及び免震建物の設計方法では、図１に示すように、基礎免震層１２によって下部構造物１４が免震支持されるので、地震時において下部構造物１４に生じる応答振動加速度や、入力される地震力を低減することができる。
【００２９】
また、上部構造物１８が複数の免震層（基礎免震層１２及び中間免震層１６）により支持されているので、地震時において上部構造物１８に生じる応答振動加速度や、入力される地震力を効果的に低減することができる。
【００３０】
また、基礎免震層１２の水平剛性よりも中間免震層１６の水平剛性を小さくすることにより、中間免震層１６の水平剛性を基礎免震層１２の水平剛性以上にする場合よりも、中間免震層１６の水平周期を大きくすることができる。これにより、地震時において上部構造物１８に生じる応答振動加速度を効果的に小さくすることができる。
【００３１】
また、中間免震層１６を介して、免震建物１０を下部構造物１４と上部構造物１８とに分離することによって、地震時における下部構造物１４と上部構造物１８との揺れは、下部構造物１４と上部構造物１８との剛体的な水平運動が主体となり、免震建物１０にはせん断変形が支配的に生じることになる。これにより、地震時において免震建物１０に曲げ変形が支配的に生じることに起因して免震建物１０に発生する、鞭振り現象やねじれ振動を低減することができる。
【００３２】
また、地震時において免震建物１０に生じる曲げ変形に起因して増幅する、免震建物１０のねじれ振動を低減することができる。このことについて詳しく説明すると、図３（ａ）に示すように、基礎免震層１２のみが設けられている（中間免震層１６が設けられていない）免震建物２６では、セットバック形状により生じていた、下部構造部２８の上面高さにおける免震建物２６の重心３２と剛心３４とのずれ量が、地震時において免震建物２６に生じる曲げ変形により大きくなって、ねじれ振動が増幅する（矢印３６）ことが考えられる。図４（ａ）のグラフに示す値３８は、図３（ａ）に示す免震建物２６に地震力が作用したときの、免震建物２６の建物高さ（縦軸）に対する、免震建物２６に生じるせん断力の値（横軸）を示している。
【００３３】
これに対して、第１の実施形態の免震建物１０では、中間免震層１６を介して免震建物１０を下部構造物１４と上部構造物１８とに分離することにより、免震建物１０に地震力が作用したときの、免震建物１０の建物高さ（縦軸）に対する、免震建物１０に生じるせん断力の値（横軸）は、図４（ｂ）のグラフに示す値４０のようになる。すなわち、免震建物１０の上層（上部構造物１８）に生じるせん断力（値４０）が値３８よりも小さくなるので、免震建物１０にはせん断変形が支配的に生じるようになる。これによって、図３（ｂ）に示すように、下部構造物１４の上面高さにおける免震建物１０の重心４４と剛心４６とのずれ量が小さくなり、地震時において免震建物１０に生じる曲げ変形に起因して増幅する、免震建物１０のねじれ振動を低減することができる（矢印４２）。
【００３４】
また、地震時において免震建物１０に生じる曲げ変形に起因して増幅する、免震建物１０のねじれ振動を低減することができるので、免震建物１０のねじれ振動による基礎免震層１２と中間免震層１６との水平変形量を低減することができる。これにより、基礎免震層１２及び中間免震層１６の合理的な設計を行うことができる。例えば、免震クリアランスや免震装置の許容水平せん断変形量を小さくすることができる。
【００３５】
また、複数の免震層（基礎免震層１２及び中間免震層１６）により、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、中間免震層１６が設けられていない免震建物２６に比べて、免震建物１０の下部構造物１４の上面高さにおいて地震時に免震建物１０に生じる水平せん断力が小さくなる。ここで、図５（ａ）の斜視図に示すように、下部構造部２８の上面高さにおいて地震時に免震建物２６に発生するねじれモーメントＭ１は、下部構造部２８の上面高さにおける免震建物２６の重心３２から剛心３４までの距離ｄ１に、下部構造部２８の上面高さにおいて地震時に免震建物２６に生じる水平せん断力Ｆ１を掛けた値になる。また、下部構造物１４の上面高さにおいて地震時に免震建物１０に発生するねじれモーメントＭ２は、下部構造物１４の上面高さにおける免震建物１０の重心４４から剛心４６までの距離ｄ２に、下部構造物１４の上面高さにおいて地震時に免震建物１０に生じる水平せん断力Ｆ２を掛けた値になる。
【００３６】
そして、先に述べたように、水平せん断力Ｆ２は水平せん断力Ｆ１よりも小さくなるので、ねじれモーメントＭ２はねじれモーメントＭ１よりも小さくなる。すなわち、免震建物１０は、免震建物２６に比べて、地震時に建物に発生するねじれ振動を低減することができる。
【００３７】
また、図６（ａ）、（ｂ）の斜視図に示すように、免震建物１０では、複数の免震層（基礎免震層１２及び中間免震層１６）によって、地震時において免震建物２６全体に生じるねじれモーメントＭ３（免震建物２６の基礎免震層１２に生じるねじれモーメントＭ３）を、各免震層に分散させることができる（ねじれモーメントＭ３を分割したねじれモーメントＭ４、Ｍ５を、免震建物１０の基礎免震層１２と中間免震層１６とに生じさせることができる）。これにより、免震建物１０に生じる曲げ変形が小さくなり、各免震層（免震建物１０の基礎免震層１２及び中間免震層１６）のねじれ変形量を小さくできるので、免震建物１０の基礎免震層１２及び中間免震層１６の合理的な設計を行うことができる（例えば、免震クリアランスや免震装置の許容水平せん断変形量を小さくすることができる）。
【００３８】
また、中間免震層１６を介して免震建物１０を下部構造物１４と上部構造物１８とに分離することにより、地震時における下部構造物１４と上部構造物１８との揺れは、下部構造物１４と上部構造物１８との剛体的な水平運動が主体となる。これにより、地震時において免震建物１０に生じる曲げ変形が小さくなるので、免震建物１０に発生する鞭振り現象やねじれ振動の影響を排除して、免震建物１０（下部構造物１４と上部構造物１８）の挙動を等価２質点系の構造モデルの挙動に近似することができる。すなわち、免震建物１０の挙動を安定化することにより、図７のモデル図に示すように、免震建物１０を等価２質点系の構造モデルに置き換え、基礎免震層１２の水平剛性及びねじれ剛性と、中間免震層１６の水平剛性及びねじれ剛性とを、１次振動モード及び免震建物１０全体の１次固有周期に基づいて求めることができるので、設計の労力を軽減することができ、設計の省力化を図ることができる。よって、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することができる。
【００３９】
図７には、質量ｍ１及び慣性モーメントＩ１を有する下部構造物１４が、水平剛性ｋ１及びねじれ剛性Ｇ１を有する基礎免震層１２を介して基礎２２の上に支持され、質量ｍ２及び慣性モーメントＩ２を有する上部構造物１８が、水平剛性ｋ２及びねじれ剛性Ｇ２を有する中間免震層１６を介して下部構造物１４の上に支持されている、等価２質点系の構造モデルが示されている。
【００４０】
また、本発明の第１の実施形態に係る免震建物の設計方法では、基礎免震層１２及び中間免震層１６の水平剛性だけでなく、基礎免震層１２及び中間免震層１６のねじれ剛性についても、１次振動モード及び免震建物１０全体の１次固有周期に基づいて求めることができるので、ねじれ振動が大きな問題となるセットバック型の免震建物等の構造設計に特に有効となる。
【００４１】
以上、本発明の第１の実施形態について説明した。
【００４２】
なお、本発明の第１の実施形態では、中間免震層１６の水平剛性が基礎免震層１２の水平剛性よりも小さく、上部構造物１８の質量が下部構造物１４の質量よりも小さく、上部構造物１８が下部構造物１４に対してセットバックして配置されている免震建物１０を、第１の実施形態の免震建物の設計方法の対象とした例を示したが、基礎免震層１２及び中間免震層１６の水平剛性や、下部構造物１４及び上部構造物１８の質量が、他の構成になっている免震建物に対して第１の実施形態の免震建物の設計方法を適用してもよい。
【００４３】
また、図２のステップ１０６では免震建物１０全体の１次固有周期を設定したが、ステップ１０６で、基礎免震層１２の周期、又は中間免震層１６の周期を設定し、これらの周期、１次振動モード、下部構造物１４の質量、及び上部構造物１８の質量に基づいて、ステップ１０８で、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、中間免震層１６の水平剛性、及び中間免震層１６のねじれ剛性を求めるようにしてもよい。
【００４４】
また、本発明の第１の実施形態の図３、５、６で示した、免震建物２６の下部構造部２８と免震建物１０の下部構造物１４、免震建物２６の上部構造部３０と免震建物１０の上部構造物１８とは、同じ形状、寸法及び質量となっている。
【００４５】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本発明の第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。
【００４６】
まず、本発明の第２の実施形態に係る免震建物について説明する。
【００４７】
図８の立面図に示すように、免震建物４８は、基礎免震層１２、構造物５０、及び構造物５０に設けられた複数の中間免震層５２を有する超高層建築物である。構造物５０は、中間免震層５２を介して下方から上方へ複数配置された鉄筋コンクリート造の構造部５４によって構成され、基礎２２の上に設けられた基礎免震層１２に支持されている。以下の説明において、下方から上方へ配置された構造部５４をこの順に、第１構造部５４、第２構造部５４、第３構造部５４、・・・、第ｎ構造部５４（第ｎ構造部５４は、最上部に配置された構造部５４）とし、下方から上方へ配置された中間免震層５２をこの順に、第１中間免震層５２、第２中間免震層５２、第３中間免震層５２、・・・、第ｎ−１中間免震層５２とする。なお、ｎは２以上の自然数とする。
【００４８】
すなわち、図８に示すように、免震建物４８では、第１構造部５４が、地盤２０に設けられた鉄筋コンクリート造の基礎２２の上に設けられた基礎免震層１２に支持され、第２構造部５４が、第１構造部５４の上に設けられた第１中間免震層５２に支持され、第ｎ構造部５４が、第ｎ−１構造部５４の上に設けられた第ｎ−１中間免震層５２に支持されている。第１〜第ｎ−１中間免震層５２は、免震支承としての積層ゴム支承２４と、減衰装置としての油圧ダンパー（不図示）とを、第１〜第ｎ−１構造部５４の上面と第２〜第ｎ構造部５４の下面との間に複数配置することによって構成されている。
【００４９】
次に、本発明の第２の実施形態に係る免震建物の設計方法について説明する。
【００５０】
本発明の第２の実施形態に係る免震建物の設計方法では、複数の中間免震層５２を介して免震建物４８を複数の構造部５４に分離することにより、免震建物４８（構造部５０）の挙動を等価多質点系の構造モデルの挙動に近似させて、免震建物４８を等価多質点系の構造モデルに置き換える。そして、１次振動モードと、免震建物４８全体の１次固有周期とを設定し、設定した１次振動モード及び１次固有周期に基づいて、基礎免震層１２の水平剛性及びねじれ剛性と、各中間免震層５２の水平剛性及びねじれ剛性とを求める。
【００５１】
免震建物の設計方法では、図９のフローチャートに示すように、まず、免震建物４８が振動したときの基礎免震層１２の応答振動値としての応答変形量と第１〜第ｎ−１中間免震層５２の応答振動値としての応答変形量との目標値を設定し（ステップ１２０）、これらの目標値に基づいて１次振動モードを求める（ステップ１２２）。すなわち、基礎免震層１２と第１〜第ｎ−１中間免震層５２とが位置する各建物高さにおける１次振動モードの振幅の比が、基礎免震層１２の応答変形量と第１〜第ｎ−１中間免震層５２の応答変形量との比と等しくなる１次振動モードを規定する。
【００５２】
次に、第１〜第ｎ構造部５４の質量、及び免震建物４８全体の１次固有周期を設定し（ステップ１２４、１２６）、これらの値とステップ１２２で求めた１次振動モードに基づいて、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性、及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２のねじれ剛性を求める（ステップ１２８）。
【００５３】
次に、基礎免震層１２の減衰、及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２の減衰を設定し（ステップ１３０）、第１〜第ｎ−１構造部５４の応答振動加速度を求め（ステップ１３２）、この値が設計目標を満足する（設計許容範囲内に入る）まで、ステップ１２６、１２８、１３０、１３２を繰り返す。なお、ステップ１３２で求めるのは、第１〜第ｎ−１構造部５４の応答振動加速度に限らない。例えば、第１〜第ｎ−１構造部５４の応答振動速度であってもよいし、第ｎ構造部５４の応答振動加速度や応答振動速度であってもよい。
【００５４】
そして、ステップ１２８で求められた、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性、及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２のねじれ剛性の値に基づいて、基礎免震層１２及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２の設計を行う（例えば、基礎免震層１２及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２に配置される免震支承の仕様、配置、数等を決める）。
【００５５】
次に、本発明の第２の実施形態に係る免震建物、及び免震建物の設計方法の作用と効果について説明する。
【００５６】
本発明の第２の実施形態に係る免震建物４８、及び免震建物の設計方法では、第１の実施形態に係る免震建物１０、及び免震建物の設計方法と同様の効果を得ることができる。例えば、第１〜第ｎ−１中間免震層５２を介して、免震建物４８を第１〜第ｎ構造部５４に複数分離することによって、地震時における第１〜第ｎ構造部５４の揺れは、第１〜第ｎ構造部５４の剛体的な水平運動が主体となり、免震建物４８にはせん断変形が支配的に生じることになる。これにより、地震時において免震建物４８に曲げ変形が支配的に生じることに起因して免震建物４８に発生する、鞭振り現象やねじれ振動を低減することができる。また、地震時において免震建物４８に生じる曲げ変形に起因して増幅する、免震建物４８のねじれ振動を低減することができる。
【００５７】
また、第１〜第ｎ−１中間免震層５２を介して、免震建物４８を第１〜第ｎ構造部５４に複数分離することにより、地震時における構造物５４の揺れは、構造部５４の剛体的な水平運動が主体となる。これにより、地震時において免震建物４８に生じる曲げ変形が小さくなるので、免震建物４８に発生する鞭振り現象やねじれ振動の影響を排除して、免震建物４８（構造物５０）の挙動を等価多質点系の構造モデルの挙動に近似することができる。すなわち、免震建物４８の挙動を安定化することにより、図１０のモデル図に示すように、免震建物４８を等価多質点系の構造モデルに置き換え、基礎免震層１２の水平剛性及びねじれ剛性と、第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性及びねじれ剛性とを、１次振動モードと免震建物４８全体の１次固有周期とに基づいて求めることができるので、設計の労力を軽減することができ、設計の省力化を図ることができる。よって、基礎免震層が支持する構造物の構造や規模等に起因して生じる、免震建物の構造設計の労力を軽減することができる。
【００５８】
図１０には、質量ｍ１及び慣性モーメントＩ１を有する第１構造部５４が、水平剛性ｋ０及びねじれ剛性Ｇ０を有する基礎免震層１２を介して基礎２２の上に支持され、質量ｍ２及び慣性モーメントＩ２を有する第２構造部５４が、水平剛性ｋ１及びねじれ剛性Ｇ１を有する第１中間免震層５２を介して第１構造部５４の上に支持され、質量ｍ３及び慣性モーメントＩ３を有する第３構造部５４が、水平剛性ｋ２及びねじれ剛性Ｇ２を有する第２中間免震層５２を介して第２構造部５４の上に支持され、質量ｍｎ及び慣性モーメントＩｎを有する第ｎ構造部５４が、水平剛性ｋｎ−１及びねじれ剛性Ｇｎ−１を有する第ｎ−１中間免震層５２を介して第ｎ−１構造部５４の上に支持されている、等価多質点系の構造モデルが示されている。
【００５９】
また、本発明の第２の実施形態に係る免震建物の設計方法では、基礎免震層１２及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性だけでなく、基礎免震層１２及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２のねじれ剛性についても、１次振動モードに基づいて求めることができるので、ねじれ振動が大きな問題となる超高層の免震建物等の構造設計に特に有効となる。
【００６０】
以上、本発明の第２の実施形態について説明した。
【００６１】
なお、本発明の第２の実施形態の図８では、説明の都合上、構造物５０を５つ以上の構造部５４によって構成させた例を示したが、２つ以上の構造部５４によって構成させた構造物５０に対して、本発明の第２の実施形態の免震建物４８及び免震建物の設計方法は適用可能である。すなわち、第１中間免震層５２を介して配置された第１、第２構造部５４により構造物５０を構成してもよいし、第１、第２中間免震層５２を介して配置された第１〜第３構造部５４により構造物５０を構成してもよいし、第１〜第３中間免震層５２を介して配置された第１〜第４構造部５４により構造物５０を構成してもよい。
【００６２】
また、図９のステップ１２６では免震建物４８全体の１次固有周期を設定したが、ステップ１２６で、基礎免震層１２の周期、又は中間免震層５２の周期を設定し、これらの周期、１次振動モード、及び第１〜第ｎ構造部５４の質量に基づいて、ステップ１２８で、基礎免震層１２の水平剛性、基礎免震層１２のねじれ剛性、第１〜第ｎ−１中間免震層５２の水平剛性、及び第１〜第ｎ−１中間免震層５２のねじれ剛性を求めるようにしてもよい。
【００６３】
以上、本発明の第１及び第２の実施形態について説明した。
【００６４】
なお、本発明の第１及び第２の実施形態では、免震支承としての積層ゴム支承２４と、減衰装置としての油圧ダンパーとをそれぞれ複数配置することによって、基礎免震層１２及び中間免震層１６、５２を構成した例を示したが、基礎免震層１２及び中間免震層１６、５２は、剛性と減衰とを有していれば、どのような構成であってもよい。
【００６５】
また、本発明の第１の実施形態では、セットバックした超高層の免震建物１０に本発明の第１の実施形態の免震構造の設計方法を適用した例を示したが、本発明の第１及び第２の実施形態で示した免震建物の設計方法は、さまざまな構造や規模の免震建物に適用可能である。例えば、鉄骨造、鉄筋コンクリート造、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物に対して適用することができる。本発明の第１及び第２の実施形態で示した免震建物の設計方法は、基礎免震層が支持する構造物の水平剛性が小さい、鉄骨造、超高層、セットバック型などの免震建物において特に有効となる。
【００６６】
また、本発明の第１及び第２の実施形態では、基礎免震層１２、及び中間免震層１６、５２の応答振動値を応答変形量とした例を示したが、応答振動値を、応答振動加速度や応答振動速度にしてもよい。
【００６７】
以上、本発明の第１及び第２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及び第２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】
【００６８】
１０、４８ 免震建物
１２ 基礎免震層
１４ 下部構造物
１６、５２ 中間免震層
１８ 上部構造物
５０ 構造物
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎免震層に支持された下部構造物と、
前記下部構造物の上に設けられ、前記基礎免震層よりも水平剛性の小さい中間免震層と、
前記下部構造物よりも質量が小さく、且つ前記下部構造物に対してセットバックして前記中間免震層に支持された上部構造物と、
を有する免震建物。
【請求項２】
基礎免震層に支持された下部構造物と、前記下部構造物の上に設けられた中間免震層と、前記中間免震層に支持された上部構造物とを有する免震建物の設計方法において、
前記基礎免震層の目標とする応答振動値と前記中間免震層の目標とする応答振動値とに基づいて１次振動モードを設定する工程と、
前記免震建物全体の１次固有周期を設定する工程と、
前記１次振動モードと前記１次固有周期とに基づいて前記基礎免震層の水平剛性と前記中間免震層の水平剛性とを求める工程と、
を有する免震建物の設計方法。
【請求項３】
基礎免震層に支持された構造物と、該構造物に設けられた複数の中間免震層とを有する免震建物の設計方法において、
前記基礎免震層の目標とする応答振動値と前記複数の中間免震層の目標とする応答振動値とに基づいて１次振動モードを設定する工程と、
前記免震建物全体の１次固有周期を設定する工程と、
前記１次振動モードと前記１次固有周期とに基づいて前記基礎免震層の水平剛性と前記複数の中間免震層の水平剛性とを求める工程と、
を有する免震建物の設計方法。
【請求項１】
基礎免震層に支持された下部構造物と、
前記下部構造物の上に設けられ、前記基礎免震層よりも水平剛性の小さい中間免震層と、
前記下部構造物よりも質量が小さく、且つ前記下部構造物に対してセットバックして前記中間免震層に支持された上部構造物と、
を有する免震建物。
【請求項２】
基礎免震層に支持された下部構造物と、前記下部構造物の上に設けられた中間免震層と、前記中間免震層に支持された上部構造物とを有する免震建物の設計方法において、
前記基礎免震層の目標とする応答振動値と前記中間免震層の目標とする応答振動値とに基づいて１次振動モードを設定する工程と、
前記免震建物全体の１次固有周期を設定する工程と、
前記１次振動モードと前記１次固有周期とに基づいて前記基礎免震層の水平剛性と前記中間免震層の水平剛性とを求める工程と、
を有する免震建物の設計方法。
【請求項３】
基礎免震層に支持された構造物と、該構造物に設けられた複数の中間免震層とを有する免震建物の設計方法において、
前記基礎免震層の目標とする応答振動値と前記複数の中間免震層の目標とする応答振動値とに基づいて１次振動モードを設定する工程と、
前記免震建物全体の１次固有周期を設定する工程と、
前記１次振動モードと前記１次固有周期とに基づいて前記基礎免震層の水平剛性と前記複数の中間免震層の水平剛性とを求める工程と、
を有する免震建物の設計方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０４２３１（Ｐ２０１３−１０４２３１Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４９０４７（Ｐ２０１１−２４９０４７）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【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２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【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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