全2241文字
PR

 超高層ビルの制振構造に革命をもたらす新システムが登場した。清水建設は2022年9月22日、制振装置の設置台数を従来と比べて大幅に削減しつつ、地震時の揺れを半分以下に抑えるシステム「BILMUS(ビルマス)」を、25年に竣工予定の超高層ビル「芝浦プロジェクト」S棟に初導入すると発表した。

「BILMUS(ビルマス)」の概念図(出所:清水建設)
「BILMUS(ビルマス)」の概念図(出所:清水建設)
[画像のクリックで拡大表示]

 芝浦プロジェクトは、野村不動産とJR東日本が都内で進める大規模再開発だ。高さが約235mで、延べ面積が約55万m2の巨大ツインタワー(S棟とN棟)を浜松町の旧・東芝ビルディング跡地に建設する。先に完成する南側のS棟にBILMUSの導入が決まった。

「芝浦プロジェクト」の完成イメージ。浜松町駅近くにツインタワーが立つ。左がS棟(出所:野村不動産、JR東日本)
「芝浦プロジェクト」の完成イメージ。浜松町駅近くにツインタワーが立つ。左がS棟(出所:野村不動産、JR東日本)
[画像のクリックで拡大表示]
「芝浦プロジェクト」S棟の構造パース(出所:清水建設)
「芝浦プロジェクト」S棟の構造パース(出所:清水建設)
[画像のクリックで拡大表示]

 BILMUSを採用する超高層ビルでは、上層階と下層階を構造的に独立させ、両者を積層ゴムとオイルダンパーで連結させる。上層階と下層階が地震時に互いの揺れを打ち消し合う方向に動くことで、「ビル自体を巨大な制振装置のようにしてしまう。それがBILMUSの発想の根幹だ」(清水建設設計本部構造設計部2部の今井克彦グループ長)。中間層免震とシステムの構成は似ているが、考え方は似て非なるものだ。

上層階と下層階を積層ゴムとオイルダンパーで連結(出所:清水建設)
上層階と下層階を積層ゴムとオイルダンパーで連結(出所:清水建設)
[画像のクリックで拡大表示]

 BILMUSに似たシステムが過去になかったわけではないというが、「当社が知る限りでは極めて珍しく効果的な仕組みであり、かつ芝浦プロジェクトS棟クラスの超高層への導入は初めてだろう」(清水建設設計本部構造計画・開発部の広瀬景一部長)。

ビルそのものを「制振装置」にする発想だ(出所:清水建設)
ビルそのものを「制振装置」にする発想だ(出所:清水建設)
[画像のクリックで拡大表示]

 連結部は、上層階の重さがビル全体の重さの10~50%になる位置に設ける。積層ゴムで上層階の揺れの周期を調整し、大きな制振効果を生み出す。地震時の上層階の揺れ(加速度)を、最大で従来の制振構造の半分以下に抑制できる。家具や什器(じゅうき)の転倒、内外装の損傷を減らす効果が期待できる。

 ビル内に設置するダンパーの台数も大幅に削減できるため、有効面積を増やせるのもメリットだ。眺望を確保しやすくなるなど、設計の自由度も高まる。

制振ダンパーの設置台数を大幅に削減できる(出所:清水建設)
制振ダンパーの設置台数を大幅に削減できる(出所:清水建設)
[画像のクリックで拡大表示]

 連結部には積層ゴムとオイルダンパーのほかに、2つの仕組みを取り入れた。1つは強風時に積層ゴムの変形を抑止する「ウィンドロック」、もう1つは巨大地震の際に連結部の過大変形を防止する安全装置「eクッション」である。連結部の設置コストは制振装置の台数削減で相殺されるので、上振れはしないという。

 ウィンドロックは、強風時に油圧ジャッキで直径70㎝の摩擦板を押し上げ、上層階の構造体に設けたステンレス板に押し付けることで、連結部の水平変形を防止する。これによって、連結部を貫通するエレベーターの稼働を維持する。強風時であっても、地震時にはロックをすぐさま解除する。風速は最上階の風速計、地震力は地上階の地震計でそれぞれ計測し、ジャッキを制御する。

強風時の耐風ロック機構「ウィンドロック」(出所:清水建設)
強風時の耐風ロック機構「ウィンドロック」(出所:清水建設)
[画像のクリックで拡大表示]

 一方、リサイクル材のゴムチップを接着剤で固めて成型したeクッションは、上層階の構造体から伸び出たH形鋼の「立下り柱」に設置する。大地震で連結部に一定以上の水平変形が発生しそうになると、連結部の床に設置した鉄骨梁(はり)に衝突。変形を所定の範囲にとどめる役割を果たす。

連結部の過大変形を防止する装置「eクッション」(出所:清水建設)
連結部の過大変形を防止する装置「eクッション」(出所:清水建設)
[画像のクリックで拡大表示]