JP2000104420A - 免震構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震時に上部構造体の横揺れを最小限に抑え
ることができる免震構造物を提供する。 【解決手段】 上板３４を介して上部構造体２を下板３
１上に支持する支持体を、下板３１と対向する下面に球
面状の凹部を有する枠体３３と、この枠体３３の凹部内
に多数の小球３５を介して転動自在に保持された球状の
転動体３２とから構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築物・土木構造
物等、地盤上に基礎を介して構築される構造物に係り、
特に地震時に地盤から上部構造体に大きな地震動が伝達
されるのを回避することができる免震構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】我が国は地震が多発する国であり、建築
物や土木構造物は、大きな地震にも耐え得るように設計
されなければならない。このため、地震動に対する設計
の手法がいくつか提案されており、その一つに、上部構
造体に大きな地震動のエネルギーが伝達されないように
した構造、すなわち免震構造物とする手法がある。

【０００３】この免震構造物は、基本的な機能として、
地震動が上部構造体に伝達されるのを遮断する機能（ア
イソレート）と、上部構造体に復元力を付与する機能
（トリガー）と、上部構造体の震動を減衰させる機能
（ダンパー）とを有するものである。このような機能を
有するものとして、これまでに具体化されているもの
は、基礎上に積層ゴムや摩擦スライド支承を介して上部
構造体を支持するものが一般的であり、地震動が直接に
上部構造体に伝達されるのを回避するようになってい
る。

【０００４】上記積層ゴムを用いるものは次のような構
成を有する。

【０００５】ネオプレーンゴム等の合成ゴムと補強材と
を交互に積層接着した弾性支承が基礎上に載置され、そ
の上に上部構造体が構築される。上部構造体の自重等す
べての鉛直荷重は上記積層ゴムからなる支承によって支
持される。また、必要に応じて水平方向の震動に対する
復元力・震動の減衰を付与する装置が用いられる。

【０００６】このような構造物では、上部構造体が積層
ゴムを介して支持されるので、積層ゴムのせん断変形に
よって基礎と上部構造体との間で水平方向の相対変位が
許容され、大きな地震動が上部構造体に伝達されない。

【０００７】一方、摩擦スライド支承を用いた免震構造
物は、フッ素樹脂等による摺動面を備えた支承を介して
上部構造体を支持するものであり、小さな地震動に対し
ては基礎と上部構造体とが一体となって挙動するが、大
きな地震動に対しては上記摺動面で滑動し、上部構造体
へは大きな地震動が伝達されないようになっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の免震構造物では次のような問題点がある。

【０００９】一般に免震構造物の理想は、上部構造体全
体の固有周期を無限大またはこれに近い長周期とするこ
とであり、これが実現できれば上部構造体へ入力される
地震動をほとんど無くすることができる。しかし、積層
ゴムを用いて上部構造体を支持するものでは、上部構造
体からの全鉛直荷重を積層ゴムで支持するために、積層
ゴムの硬度をある程度高くする必要がある。また支圧面
積も大きくしなければならない。このため、上部構造体
の固有周期を大きくすることができず、せいぜい２〜３
秒程度となる。

【００１０】このため、地震時に建築物の各層間で発生
するせん断力が過大となったり、転倒に対する安全性を
維持するための装置が必要となったりして、高層化が困
難になるという問題がある。

【００１１】また、摩擦スライド支承を用いるものでは
摺動面での滑動が生じるときと生じないときとで構造系
が異なり、地震動が入力されるときに構造系が時々刻々
と変化し、挙動が複雑となる。そのため、設計および安
全性を確認するための解析が困難になるという問題があ
る。

【００１２】本発明は、上述のような問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、上部構造体の基礎に対
する固有振動周期が長く、上部構造体へ大きな地震動が
伝達されるのを有効に回避することができ、低層から高
層の建築物に適用することができる免震構造物を提供す
ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、基礎上に設けられた下板と、この下板
に対向して上部構造体に設けられた上板と、この上板を
介して前記上部構造体を前記下板上に支持する支持体と
を具備するものであって、前記支持体が、前記下板と対
向する下面に球面状の凹部を有する枠体と、この枠体の
前記凹部内に多数の小球を介して転動自在に保持された
球状の転動体とから構成されることを特徴とする。

【００１４】本発明の好適な実施例においては、前記下
板は前記上板と対向する上面に粘性流体貯溜用の凹部を
有している。

【００１５】本発明の好適な実施例においては、前記粘
性流体貯溜用凹部の底面は凹状の球曲面に形成されてい
る。

【００１６】

【作用】本発明に係る免震構造物では、地震時に基礎が
水平方向に動くと、これに同期して転動体が下板上を転
動するので、水平方向の地震動がほとんど上部構造体に
伝達されない。

【００１７】このため上部構造体は大きくゆれることが
なく、地震時に上部構造体の横揺れを最小限に抑えるこ
とができる。

【００１８】一般にバネやゴム等の弾性体を用いて復元
力を付与すると、この弾性体と上部構造体とで形成され
る振動系の振動周期Ｔ（ｓｅｃ）は、 Ｔ＝２π√（ｍ／ｋ） ｍ：上部構造体の全質量 ｋ：剛性弾性定数 となり、上部構造体の質量と弾性体の剛度によって振動
周期Ｔが決まる。しかし、本発明の免震構造物では、転
動体が転がる曲面によって復元力が付与されるので振動
周期Ｔは、 Ｔ＝２π√（Ｒ／ｇ） Ｒ：転動体が転がる曲面の曲率半径 ｇ：重力加速度 で示され、質量とは無関係に定まる。

【００１９】このため、転動体に当接される曲面の曲率
を適切に設定することによって、上部構造体の規模等に
関係なく適切な振動周期を持つ構造とすることができ
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、上記発明の実施例を図に基
づいて説明する。

【００２１】図１は、本発明の一実施例である免震構造
物を示す概略構成図である。

【００２２】この免震構造物は基礎１の上に多層ラーメ
ンの上部構造体２を構築したものであり、上部構造体２
は各柱の下端が、球状の転動体を有する鉛直支持機構３
によって支持されている。また柱下端部を連結する基礎
梁２ａと基礎１との間には、水平方向の復元力と減衰と
の双方を付与する復元・減衰機構４が介挿されている。

【００２３】図２は、上記鉛直支持機構３を示す概略断
面図である。

【００２４】この鉛直支持機構３は、基礎１上に載置さ
れ、滑らかな支持面を設けた下板３１と、この支持面上
を転がる球状の転動体３２と、多数の小球３５を介して
上部構造体２の鉛直荷重を球状の転動体３２に伝達する
枠体３３と、この枠体３３と上部構造体２との間に介挿
される上板３４とで主要部が構成されている。

【００２５】上記小球３５は転動体３２と枠体３３との
間の摩擦を低減するために介挿されるものであり、この
小球３５が回転することによって転動体３２が枠体３３
に対して自由に回転できるようになっている。

【００２６】図３は、上記復元・減衰機構４を示す概略
断面図である。

【００２７】この復元・減衰機構４は、ネオプレンゴム
等からなる弾性円柱体４２の両端面に鋼板４１が接着さ
れたものであり、弾性円柱体４２に中心軸位置には、鉛
からなる円柱状の芯材４３が埋め込まれている。また、
弾性円柱体４２内には、水平方向に複数の金属補強材４
４が埋設されている。

【００２８】この復元・減衰機構４は、上部構造体２が
水平方向に移動したときに、弾性円柱体４２がせん断変
形し、その弾性力によって上部構造体２に復元力を付与
するものである。また鉛からなる芯材４３の塑性変形に
よって水平震動が減衰されるものである。

【００２９】このような装置は、一般に鉛直方向の荷重
を支持するために用いられるものであるが、本実施例で
は図２に示す鉛直支持機構３によって鉛直方向の荷重は
支持されており、図３に示す装置は復元力の付与および
震動の減衰のために用いられている。従って弾性円柱体
４２の断面積は、鉛直荷重を支持する場合に比べて大幅
に低減することができ、せん断変形に対する弾性定数を
小さくして、上部構造体２の振動周期を長く設定するこ
とが可能となる。

【００３０】図４は、本発明の第２の実施例である免震
構造物で用いられる鉛直支持機構の一例を示す概略断面
図である。

【００３１】この鉛直支持機構５が備える下板５１の上
面は、凹状の球曲面になっており、この曲面上を球状の
転動体５２が転がるようになっている。この鉛直支持機
構５の他の構成、つまり転動体５２、小球５３、枠体５
４および上板５５は図２に示す鉛直支持機構３と同じも
のが用いられている。また、上記下板５１の周縁には立
上部５１ａが設けられ、浅い容器状になっており、この
内側に粘性流体５６が充たされている。この粘性流体５
６は、転動体５２が地震動で転がるときに、減衰を付与
するものであり、転動体５２および小球５３の防錆効果
をも有している。なお、上部構造体２側に設けられて転
動体５２が当接する上方の当接面を凹状の曲面とするよ
うに構成してもよい。

【００３２】このような鉛直支持機構５では、鉛直方向
の荷重を支持するとともに復元力を付与し、減衰効果を
も期待することができる。

【００３３】図１に示した実施例は転動体を介して上部
構造体を支持する鉛直支持機構を備え、復元力または減
衰を付与する装置を併用することができるが、復元機
構、減衰機構は前記実施例で用いられるものに限らず、
様々な態様のものを用いることができ、そのいくつかの
例を以下に説明する。

【００３４】図５および図６は復元力と減衰との双方を
付与することができる装置の例を示すものである。

【００３５】図５に示す装置１３は、直角三角形のフレ
ーム１３１の直角をなす頂角が支持軸１３２によって回
動可能に支持され、上方の頂角には水平方向のロッド１
３３が回動可能に結合されて上部構造体２の水平移動が
伝達されるようになっている。側方の頂角には鉛直方向
に配置されたコイルバネ１３４の上端が接合され、この
コイルバネ１３４の下端は基礎１に固定されている。ま
た、このコイルバネ１３４は粘性流体を収容した容器１
３５内に配置されており、コイルバネ１３４の変位に対
して粘性抵抗が作用するようになっている。

【００３６】このような装置１３では、上部構造体２の
水平移動が直角三角形のフレーム１３１の回動によって
鉛直方向の変位に変換され、コイルバネ１３４によって
復元力が付与される。また上記粘性流体によって減衰が
付与される。

【００３７】図６に示す装置１４は、下板１４１と上板
１４３との間に複数の板状部材１４２を鉛直に配置して
いる。このような装置では板状部材１４２と板状部材１
４２との間に粘性流体１４４が充たされており、接触面
積が大きく減衰効果が大きい。ただし、板状部材１４２
を用いることによって方向性が生じるため、水平面内の
全方向の震動に対して減衰を付与するためには、互いに
直角方向となるように配置された２基の装置を用いる必
要がある。

【００３８】図７から図１１までに示す装置は水平方向
の復元力を付与する装置の例を示すものである。

【００３９】図７に示す装置１５は、上部構造体２の鉛
直面と基礎１の鉛直面との間に箱型の断面を有するゴム
材１５１を介挿するものである。このゴム材１５１は、
さん橋等において防舷材として用いられるものとほぼ同
じものであり、金属網等の補強材１５１ａが埋設されて
いる。

【００４０】図８に示す装置１６は、図５に示す装置１
３とほぼ同様のものであるが、この装置ではコイルバネ
１６１が粘性流体中に配置されておらず、復元力のみを
付与するようになっている。

【００４１】図９に示す装置１７は、上部構造体２の鉛
直面と基礎１の鉛直面とが対向する間隙に、皿状のバネ
１７１を複数枚重ねて介挿したものであり、上部構造体
２の移動によって皿状のバネ１７１が偏平に変形し、こ
のときの反発力で上部構造体２に復元力を付与するもの
である。

【００４２】図１０に示す装置１８は、図３に示す装置
４とほぼ同じものであるが、この装置では鉛からなる芯
材が用いられておらず、主に復元力を付与するために用
いられる。

【００４３】図１１に示す装置１９は、下板１９１を介
して基礎に固定された基部１９２ａから複数の板状部材
１９２ｂが立設された下部材１９２と、上板１９４を介
して上部構造体２に固定された基部１９３ａから複数の
板状部材１９３ｂが下方へ突き出すように設けられた上
部材１９３とで主要部が構成され、下部材１９２および
上部材１９３の板状部材が交互にかみ合うように設置さ
れている。

【００４４】この装置１９では、上部構造体２と基礎１
とが水平方向に変位すると板状部材１９２ｂ，１９３ｂ
に曲げ変形が生じ、この板状部材が元の形状に戻ろうと
する力によって上部構造体２に復元力が付与される。

【００４５】図１２に示す装置２０は、減衰を付与する
装置であり、この装置では粘性流体が貯留された容器２
０１の底面は平坦になっており、上部構造体２に支持さ
れて前記底面と対向する円形板２０２の下面も平らに形
成されている。

【００４６】このような装置は上部構造体２が上下方向
に変位を生じない構造物に用いられ、容器２０１の底面
と円形板２０２の下面との間の粘性流体によって減衰が
付与される。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の免震構造
物では、基礎を介して上部構造体に作用する水平方向の
地震動を低減でき、地震時に上部構造体の横揺れを最小
限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る免震構造物を示す概
略構成図である。

【図２】図１に示す鉛直支持機構の概略断面図である。

【図３】図１に示す復元・減衰機構の概略断面図であ
る。

【図４】本発明の第２実施例に係る鉛直支持機構の概略
断面図である。

【図５】復元・減衰機構の例を示す概略構成図である。

【図６】復元・減衰機構の例を示す概略構成図である。

【図７】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図８】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図９】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図１０】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図１１】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図１２】減衰機構の例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１ 基礎 ２ 上部構造体 ３，５ 鉛直支持機構 ４ 復元・減衰機構 ３１，５１ 下板 ３２，５２ 転動体 ３３，５４ 枠体 ３４，５５ 上板 ３５，５３ 小球 ５６ 粘性流体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基礎上に設けられた下板と、この下板に
   対向して上部構造体に設けられた上板と、この上板を介
   して前記上部構造体を前記下板上に支持する支持体とを
   具備するものであって、 前記支持体が、前記下板と対向する下面に球面状の凹部
   を有する枠体と、この枠体の前記凹部内に多数の小球を
   介して転動自在に保持された球状の転動体とから構成さ
   れることを特徴とする免震構造物。
2. 【請求項２】 前記下板は、前記上板と対向する上面に
   粘性流体貯溜用の凹部を有することを特徴とする請求項
   １記載の免震構造物。
3. 【請求項３】 前記粘性流体貯溜用の凹部の底面は、凹
   状の球曲面に形成されていることを特徴とする請求項２
   記載の免震構造物。