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減衰機構を有する免震構造模型の作製 平成１８年度卒業研究 山田研究室 藤田 尚志
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ここ数年の間に日本では兵庫県南部地震、鳥取県西部地震、新 潟県中越地震など大きな地震が相次いで発生し、いずれも大きな 被害を被った。さらに近い将来、東京でも大地震が発生する可能 性があるという説も有力視されるようになり、地震に対する関心 が高まっている。そのような世相の中、私は建築の道を志す者と して建築物の構造に関する正しく豊富な知識を身につける必要性 、またこれからの建築物に重要なのは地震に対する性能だと気づ き、卒業研究は建築物の耐震構造に関連するものにしようと考え た。そのなかで昨年度の卒業研究で模型が作製されていた免震構 造に興味を持ち、昨年の研究の引継ぎとして免震構造の模型作製 を行うことを私の卒業研究とすることとした。 研究動機
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免震構造をモデル化した模型を作製し、その過程で免震の原理・ 仕組みに対する理解を深めるとともにその最適な形態を模索する。 また昨年の免震構造模型で指摘のあった減衰装置や風揺れ防止装 置の作製にも取り組む。さらに視覚的にもわかりやすい模型を作 成することで、免震構造に詳しくない人達にもその仕組みを知っ てもらうことが出来ると考える。 研究目的
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免震構造 非免震建築 構造体の破損 収容物の 転倒・落下 主として地震動を対象とし、地面と構造物の間 にすべり支承や積層ゴムアイソレータなどの免 震部材を挟むことで縁切り、地震入力エネルギ ーが構造物に入力しないようにする構造。
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免震構造 主として地震動を対象とし、地面と構造物の間 にすべり支承や積層ゴムアイソレータなどの免 震部材を挟むことで縁切り、地震入力エネルギ ーが構造物に入力しないようにする構造。 免震建築 免震部材が変形し エネルギーを吸収
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模型作製 本卒業研究では「シンプルで免震の仕組みが わかりやすい構造」をモットーに、下記の性 能を有する免震構造模型を作製する。 目標性能 ① 載荷物に正常な免震効果が働くこと。（上に置いたものに揺れが伝わらな い） ② 免震効果を維持しつつも、変位を抑制し振動をおさめる減衰機構が作用すること。 ③ 微小な振動で無為に免震効果が働かないこと。（風揺れ防止装置の取り付け） ④ ①～③の性能を有し、且つ復元能力を持つ機構。（振動が収まったとき、上部 構 造と下部構造が元の位置関係に戻り、停止する）
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免震効果を本体に作用させる免震装置には、 ビー玉を凹状の受け皿で挟む形式の、転がり 支承を持ちいる。 免震装置 ビー玉 ヒノキ材 アルミ板 ビー玉が凹状の受け皿を 転がることで免震効果と ともに復元力を得る
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免震模型本体は合板の四隅に転がり支承を設 置し、それを方向を変えて二段組にすること で全水平方向への免震を可能にしている。 本体構成
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免震構造の過大な変位を抑制する減衰装置は 、下図のようにヒノキ材をヒノキ材で挟み摩 擦を発生させる摩擦ダンパーとした。 減衰装置 はめ込み式で本 体と着脱可能 ヒノキ材をヒノキ材 で挟む ヒノキ材 摩擦により微小な振動 を押さえ込む 大振動では部材間の摩擦が 変位を抑制
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最後に模型の免震効果を確認するための振動 模型を他の部材と同様にヒノキ材を用いて作 製した。 振動模型 錘 柱 スラ ブ
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これまで述べた、免震装置・本体・減衰装置 ・振動模型といった要素を組み合わせ、今回 の免震構造模型を完成させた。 模型完成 本体＋振動模型 本体 転がり支承と 摩擦ダンパー 本体構成
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初めに挙げた 4 つの目標を達成することには成 功したが、実際に模型を作ってみて初めて気 づく問題点もいくつかあった。 マト メ 反省 ・ダンパーの材料に市販の木材を使用しているので材質 に バラつきがあり同じものを作っても減衰効果に差がで る。 ・実験を繰り返すと摩擦力が小さくなってしまう。 問題点 目標の達成 目標性能①、④（免震効果、復元能力）に関しては転がり 支承を採用することで、②、③（減衰能力、風揺れ防止） に関しては摩擦ダンパーにより実現した。 適時ダンパーを交換することで解 決
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終 今回作製した模型はあくまで免震構造をモデル化したも のであり、実際の建築物にものとは異なる。その代わり、 シンプルで構造がわかりやすく、免震の仕組みを紹介す るツールとしては良いものが出来たと思う。 また模型を作製する過程で、免震構造に関する多くの知 識・情報を得られたことは大変有意義なものであった
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