特開 2024-178626 建物構造及び建物構造の設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024178626

(43)【公開日】2024-12-25

(54)【発明の名称】建物構造及び建物構造の設計方法

(51)【国際特許分類】

   E04H 9/02 20060101AFI20241218BHJP

   F16F 15/04 20060101ALI20241218BHJP

【ＦＩ】

E04H9/02 331Z

F16F15/04 P

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023096905

(22)【出願日】2023-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】清水 扶

(72)【発明者】

【氏名】最上 利美

(72)【発明者】

【氏名】森 洋一

(72)【発明者】

【氏名】丹治 春一郎

(72)【発明者】

【氏名】菓子 進

【テーマコード（参考）】

2E139

3J048

【Ｆターム（参考）】

2E139AA01

2E139AB01

2E139AC10

2E139AD03

2E139CA02

2E139CA16

2E139CA21

2E139CB03

2E139CB19

2E139CC02

2E139CC13

3J048AA01

3J048BA08

3J048DA01

3J048EA38

(57)【要約】

【課題】建物の利用時の温度変化による免震層への影響を抑制することができる建物構造及び建物構造の設計方法を提供する。
【解決手段】冷蔵倉庫１０は、下部基礎１１と上部基礎１２との間に免震装置２０を設けた免震層１０２と、上部基礎１２の上方に床スラブ１５により保管空間１０１を設けた上部構造体１０ａを有する。保管空間の温度変化に応じた上部構造体１０ａの変形の分布に応じて、異なる種類の免震装置２０を配置する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

建物の下部基礎と上部基礎との間に免震装置を設けた免震層と、前記上部基礎の上方に、床スラブを介して保管空間を設けた上部構造体を有する建物構造であって、
前記保管空間の温度変化に応じた前記上部構造体の変形量の分布に応じて、異なる種類の免震装置を配置したことを特徴とする建物構造。

【請求項2】

前記免震装置として、前記建物構造の周辺領域に転がり支承を配置し、前記周辺領域に囲まれた内部領域に積層ゴム支承を配置したことを特徴とする請求項１に記載の建物構造。

【請求項3】

前記建物は冷蔵倉庫であることを特徴とする請求項１又は２に記載の建物構造。

【請求項4】

前記床スラブの下面に断熱層を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の建物構造。

【請求項5】

建物の下部基礎と上部基礎との間に免震装置を設けた免震層と、前記上部基礎の上方に、床スラブを介して保管空間を設けた上部構造体を有する建物構造の設計方法であって、
前記保管空間の温度変化に応じた前記上部構造体の変形量の分布を算出し、
前記変形量の分布に応じて、異なる種類の免震装置を配置することを特徴とする建物構造の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、免震装置を備えた冷蔵倉庫等の建物構造及び建物構造の設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

冷凍品や冷蔵品は、１０℃以下の低温に冷却した冷蔵倉庫で保管される。この冷蔵倉庫の構築完成後に倉庫内を冷却すると、冷気により建物の部材が低温となり、上部構造全体が収縮する。しかしながら、下部構造体である下部基礎は常に外気に触れているので、常温のままであり、ほとんど温度収縮しない。その結果、下部構造体と上部構造体との間に設置してある免震装置が変形した状態となる。そこで、応力や変形を吸収するために、免震装置を用いた冷蔵倉庫の建物構成が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載の免震構造の冷蔵・冷蔵倉庫は、下部構造体と上部構造体との間に免震装置を設ける。免震装置を、連結部材を介して下部基礎構造に連結する。この場合、水平方向において、冷却前に連結部材が下部基礎構造に対して可動状態にする。冷却後には、連結部材を下部基礎構造と剛結合状態にする。

【0003】

また、免震構造において、種類が異なる２以上の免震装置を、上部構造と下部構造との間に設置する技術も検討されている（例えば、特許文献２参照。）。この特許文献２に記載の方法は、上部構造と下部構造との間に積層ゴムを介装するとともに、積層ゴムの周囲にその過大変形を拘束するフェールセーフ機構として機能する転がり支承を設置する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１８－１０５０７３号公報

【特許文献2】特開２０１２－２２９７８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した特許文献１においては、冷却による上部構造体の温度収縮変形に応じて、冷却前や冷却中に、連結部材が下部基礎構造に対して可動となるように構成している。しかしながら、熱の影響を考慮した施工は難しかった。例えば、連結部材を下部基礎構造と剛結合状態にした後に冷却を中断した場合、免震層における免震装置の機能を発揮できない可能性がある。特許文献２においては、地震時等の過大変形の抑制を目的としているため、上部構造体の温度収縮変形は考慮されていない。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決する建物構造は、建物の下部基礎と上部基礎との間に免震装置を設けた免震層と、前記上部基礎の上方に床スラブを介して保管空間を設けた上部構造体を有する。前記保管空間の温度変化に応じた前記上部構造体の変形量の分布に応じて、異なる種類の免震装置を配置する。

【0007】

また、上記課題を解決する建物構造の設計方法は、建物の下部基礎と上部基礎との間に免震装置を設けた免震層と、前記上部基礎の上方に、床スラブを介して保管空間を設けた上部構造体を有する建物構造の設計方法である。そして、前記保管空間の温度変化に応じた前記上部構造体の変形量の分布を算出し、前記変形量の分布に応じて、前記免震層に、異なる種類の免震装置を配置する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、建物の利用時の温度変化による免震層への影響を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態における建物構造を有する建物の全体を説明する模式図である。

【図2】実施形態における免震装置の説明図であって、（ａ）は弾性すべり支承、（ｂ）は積層ゴム支承、（ｃ）は直動転がり支承である。

【図3】実施形態における設計方法の説明図である。

【図4】実施形態における免震装置の配置の説明図である。

【図5】実施形態における冷却時の建物の変化の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図１～図５を用いて、建物構造及び建物構造の設計方法を具体化した一実施形態を説明する。ここでは、建物構造として、マイナス２５℃前後（－２０℃～－３０℃未満）となるＦ１級の冷蔵倉庫１０を想定する。この冷蔵倉庫１０は、例えば、約３５０ｍ×約１００ｍの大きさの３階建てである。更に、この冷蔵倉庫は、下部基礎と上部基礎との間に免震装置を設けた免震層を有する免震構造で構成されている。

【0011】

（冷蔵倉庫の構造）
図１に示すように、冷蔵倉庫１０は、約－２５℃に冷却して冷凍品等を保管する保管空間１０１を有する上部構造体１０ａを備える。この上部構造体１０ａは基礎Ｆ１に支持される。

【0012】

上部構造体１０ａは、上部基礎１２、梁部材１３、柱部材１４ａ，１４ｂ、床スラブ１５を有する。上部基礎１２の上には、柱部材１４ａ，１４ｂが立設されるとともに、柱部材１４ａ，１４ｂの間に床スラブ１５が設けられている。なお、柱部材１４ａは、冷蔵倉庫１０の外周に配置され、柱部材１４ｂは、冷蔵倉庫１０の内側に配置される。

【0013】

基礎Ｆ１は、下部基礎１１と上部基礎１２とを備える。下部基礎１１は、冷蔵倉庫１０の柱部材１４ａ，１４ｂの直下において上方に突出した下部構造体１１ａを備える。
上部基礎１２は、基礎梁１２ｂ及び上部構造体１２ａを有する。

【0014】

上部構造体１２ａは、下部構造体１１ａに対向するように下方に突出して設けられている。
下部構造体１１ａ及び上部構造体１２ａの間の免震層１０２には、免震装置２０が設けられている。本実施形態では、免震装置２０として、後述するように、異なる種類の免震装置として、弾性すべり支承、積層ゴム支承、直動転がり支承を用いる。ここで、各種類の免震装置は、免震性能（常時変形の許容量）が異なる。

【0015】

更に、上部基礎１２の側面及び底面の下面であって、免震装置２０が当接する部分以外の領域は、断熱材で覆われている。なお、図面では、断熱材を省略している。具体的には、上部基礎１２の上部構造体１２ａの側面の外周には、側面断熱材が配置されている。ここで、免震装置２０と当接する上部構造体１２ａの下面には、断熱材は配置されていない。また、床スラブ１５の下面も断熱材で覆われて断熱層が設けられている。この断熱層により、上部構造体１０ａが、全体を均等に収縮させる構造計算が成立する。

【0016】

更に、基礎梁１２ｂの外周には、断熱材がそれぞれ配置されている。具体的には、基礎梁１２ｂの側面及び底面には、一続きの側面断熱材及び底面断熱材が設けられている。これら断熱材としては、例えば、スタイロフォーム（登録商標）等の押出法発泡ポリスチレンフォームを用いることができる。また、硬質ウレタンフォームやロックウール等の断熱材料を吹き付けたりすることも可能である。１階の床スラブ１５は、スラブ本体（図示せず）と、床下防熱部材（図示せず）とを備える。スラブ本体は、鉄筋コンクリートにより構成され、１階の床スラブ１５のほぼ全面を構成する部分であり、その上面が１階の床面になる。床下防熱部材は、スラブ本体の下側（下面や側面）を覆うように配置された断熱材である。
柱部材１４ａ，１４ｂの下部の外周も、断熱材に覆われている。

【0017】

（免震装置）
図２（ａ）に示すように、弾性すべり支承２１０は、すべり板２１１、積層ゴム部２１２、上部フランジ２１３とから構成される。すべり板２１１は下部構造体１１ａに固定される。積層ゴム部２１２は、上部フランジ２１３を介して、上部構造体１２ａに固定される。小振幅の地震時には積層ゴム部２１２のみが変形し、振幅が大きくなると積層ゴム部２１２とすべり板２１１間ですべりが発生し、大地震時の大きな揺れに追従する。

【0018】

図２（ｂ）に示すように、積層ゴム支承２２０は、下部フランジ２２１と上部フランジ２２３との間に固定された積層ゴム部２２２から構成される。下部フランジ２２１、上部フランジ２２３は、それぞれ下部構造体１１ａ、上部構造体１２ａに固定される。積層ゴム部２２２は、天然ゴムと鋼板を幾層にも重ね、外周をゴムで覆って一体化させて構成される。鉛直方向には硬くほとんど変形しない一方で、水平方向には積層ゴム部２２２が変形することで、揺れを軽減する。

【0019】

図２（ｃ）に示すように、直動転がり支承２３０は、下部プレート２３１、下部リニアレール２３２、リニアブロック２３３、上部リニアレール２３４、上部プレート２３５を備える。下部プレート２３１、上部プレート２３５は、それぞれ下部構造体１１ａ、上部構造体１２ａに固定される。下部リニアレール２３２と上部リニアレール２３４とは、高さが異なる位置で直交して十字型に組み合わせられている。リニアブロック２３３は、鋼球の循環機構を有し、下部リニアレール２３２と上部リニアレール２３４に沿って、任意の方向に滑動する。

【0020】

（設計方法）
次に、図３を用いて、設計方法を説明する。
まず、冷凍倉庫の構造設計を行なう（ステップＳ１１）。具体的には、冷蔵倉庫１０の上部構造体１０ａの柱や梁、基礎について、所望の構造材を用いて構造設計を行なう。ここでは、常温時の上部構造体１０ａの設計を行なう。この設計には、例えば、ＢＩＭ（Building Information Modeling）技術を用いる。

【0021】

次に、冷却時シミュレーションを行なう（ステップＳ１２）。冷蔵倉庫１０の上部構造体１０ａの内部を、所定の温度（例えば、約－２５℃）に冷却した場合のシミュレーションを実行する。この場合、上部構造体１０ａの構造材の収縮率、構造に応じて、冷却時の上部構造体１０ａの変形量を算出する。このシミュレーションには、ＦＥＭ（有限要素法）を用いる。

【0022】

次に、収縮レベルの分布を生成する（ステップＳ１３）。冷却時シミュレーションにより、基礎Ｆ１の上部基礎１２の変形量に応じて、上部構造体１２ａの位置の変化（収縮レベル）をマッピングした分布を生成する。

【0023】

次に、収縮レベルに応じて免震装置を配置する（ステップＳ１４）。ここでは、弾性すべり支承２１０、積層ゴム支承２２０のゴム総厚を取得する。そして、弾性すべり支承２１０、積層ゴム支承２２０のゴム総厚の２５％を、それぞれの許容長さとして特定する。すなわち、破断を防ぐために、常時水平変形がゴム総厚の２５％を超える場所には、ゴムを用いる弾性すべり支承２１０、積層ゴム支承２２０を用いない。次に、収縮レベルが許容長さ以下の領域で、弾性すべり支承２１０、積層ゴム支承２２０を配置する。収縮レベルの大きい領域では、常時水平変形が大きな場所にも使用できる直動転がり支承２３０を配置する。

【0024】

図４に示すように、冷蔵倉庫１０の中央領域である通りＸ５～Ｘ９、通りＹ４～Ｙ７は、収縮レベルが小さい第１領域Ｒ１（内部領域）となる。第１領域Ｒ１の周囲である通りＸ２～Ｘ１２、通りＹ１～Ｙ１０は、収縮レベルが中間の第２領域Ｒ２（内部領域）となる。更に、その外側の通りＸ１，Ｘ２の一部，Ｘ１２の一部，Ｘ１３は、収縮レベルが大きい第３領域（周辺領域）となる。第１～第３領域には、それぞれ弾性すべり支承２１０、積層ゴム支承２２０、直動転がり支承２３０を配置する。このように、冷蔵倉庫１０の周辺部は変形が大きいので、常時水平変形が大きな場所にも使用できる直動転がり支承２３０を用いる。

【0025】

（作用）
図５に示すように、常温時（建設時）の上部構造体１０ａは、冷蔵倉庫１０の冷却時には、外側の断熱材により、全体的に収縮して上部構造体１０ｂに変形する。この収縮レベルに応じて、種類が異なる免震装置２０が、許容範囲内で常時変形する。

【0026】

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、冷却時シミュレーション（ステップＳ１２）により、収縮レベルの分布を生成し（ステップＳ１３）、収縮レベルに応じて免震装置を配置する（ステップＳ１４）。これにより、建物の冷却等の温度変化に応じた変形量に対応させた免震装置２０を配置することができる。例えば、周辺領域Ｒ３では大きな収縮が予想されるので、常時変形の許容量が大きい免震装置である直動転がり支承２３０を用いて、免震性能を維持することができる。

【0027】

（２）本実施形態では、免震装置２０として、弾性すべり支承２１０、積層ゴム支承２２０、直動転がり支承２３０を用いる。すべての免震装置２０を、常時変形の許容量が大きい直動転がり支承２３０により構成することもできるが、この場合、コスト高となる。弾性すべり支承２１０、積層ゴム支承２２０を併用することにより、効率的に免震層を構築することができる。

【0028】

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、冷蔵倉庫１０に適用したが、適用対象は冷蔵倉庫に限定されるものではない。建設後に局所的に変形レベルが異なる構造物に適用することができる。

【0029】

・上記実施形態では、冷蔵倉庫１０を複数に分割して、エクスパンションジョイント等で連結してもよい。この場合には、エクスパンションジョイントで分割された領域毎に冷却シミュレーションを行なって、変形レベルを算出する。

【0030】

・上記実施形態では、免震装置２０として、弾性すべり支承、積層ゴム支承、直動転がり支承を用いる。利用する免震装置はこれらの３種類に限定されるものではない。２種類の免震装置を用いてもよいし、他の種類の免震装置を用いてもよい。例えば、エネルギー吸収材として鋼板を利用したＵ字ダンパーを併用してもよい。この場合には、常時水平変形が小さいエリアにおいて、積層ゴム支承の間にＵ字ダンパーを配置する。

【符号の説明】

【0031】

Ｆ１…基礎、１０…冷蔵倉庫、１０１…保管空間、１０２…免震層、１０ａ，１０ｂ…上部構造体、１１…下部基礎、１１ａ…下部構造体、１２…上部基礎、１２ａ…上部構造体、１３…梁部材、１４ａ，１４ｂ…柱部材、１５…床スラブ、２０…免震装置、２１０…弾性すべり支承、２１１…すべり板、２１２，２２２…積層ゴム部、２１３，２２３…上部フランジ、２２０…積層ゴム支承、２２１…下部フランジ、２３０…直動転がり支承、２３１…下部プレート、２３２…下部リニアレール、２３３…リニアブロック、２３４…上部リニアレール、２３５…上部プレート。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】