JP2000193027A - 軽量構造物用免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 上部構造体側と基礎側との接面部構成の工夫
により別個にトリガー機構を設置しなくても、日常的荷
重に対するトリガー機能と地震動に対する優れた免震性
能との両立を図れ、また、メンテナンスフリーでも免震
性能を長期に亘って安定維持できるようにする。 【解決手段】 基礎Ｂ側に固定した支承盤２と上部構造
体Ａ側に固定した支承台５との接面部の構成として、通
常（初期状態）には摺動材６とこれに接触する面との間
の摩擦係数が大きく、かつ、地震発生に伴う動作時には
摺動材６とこれに接触する面との間の摩擦係数が小さく
なるような構成を採用し、接面部の外周囲には、変位復
元機能を持った円筒形状の弾性体７を配設している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、木造建物や鉄骨造
りあるいはプレハブ式建築物など主として戸建て住宅用
建物のような軽量構造物に適用される免震装置に関し、
詳しくは、上部構造体と基礎側との間に介在されて通常
は上部構造体の荷重を基礎側で支持させ、かつ、地震に
より基礎側に一定以上の水平変位力が作用したときは両
者の接面部での水平方向の相対変位によって上部構造体
への水平変位の伝達を低減して揺れを抑制するように構
成された軽量構造物用免震装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の軽量構造物用免震装置として、
従来、（ア）基礎側に固定の支承盤と上部構造体側に固
定の支承台との間に積層弾性ゴムを介在させてなる積層
ゴム型免震装置、（イ）特開平３−２４９４４５号公報
などに記載されているように、軽量構造物における上部
構造体の下面と基礎上に固定設置された受皿の凹曲面と
の間に鋼球などの球体を滑動（転動）自在に介在させて
なる転がり型免震装置や、実開平３−３２５０５号公報
などに記載されているように、基礎側に固定され上方へ
向けて凹状の球面座が形成された下沓の球面座と上部構
造体側に固定され下方へ向けて凹状の球面座が形成され
た上沓の球面座との間に上下のすべり面が上下沓の球面
座の曲率に合致するような円柱形状の摺動子を介装して
なる滑り振り子型免震装置などが提案されている。

【０００３】上記のごとき構成を持つ従来の免震装置の
うち、（ア）の積層ゴム型のものは、積層弾性ゴム自体
の水平剛性が高いため、上部構造体が軽量である場合、
水平固有周期を大きくとることが難しく、軽量構造物用
の免震装置として十分な免震性能を望むことができな
い。これに対して、（イ）の転がり型や滑り振り子型の
ものは、水平固有周期を大きくとれるため、軽量構造物
用の免震装置として有効に適用可能である。

【０００４】ところで、（イ）のうち、前者の転がり型
のものは、通常、受皿の凹曲面の中央部に球体が面接触
状態に位置し、また、後者の滑り型のものは、上沓及び
下沓それぞれの対向球面座の中央部に摺動子が面接触状
態に位置しており、上部構造体の荷重を球体あるいは摺
動子を介して面的に支持し、大きな荷重支持能力を発揮
する一方、この状態で地震が発生して下部構造体に水平
方向の変位力が作用した時は、球体あるいは摺動子を凹
曲面あるいは上沓及び下沓それぞれの球面座に沿って転
がりあるいは滑り移動させることにより、上部構造体の
水平変位を低減し免震性能を発揮させようとするもので
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の転がり型や滑り振り子型免震装置はいずれも、地震発
生時における免震性能を十分に発揮させることに主眼が
おかれているために、上記球体や摺動子が転がりあるい
は滑り移動しやすいように、球体と凹曲面との接触面積
あるいは摺動子と球面座との接触面積をその動作範囲の
全域に亘って小さい一定の値に設定することで、上部構
造体側と基礎側とが相対的に非常に変位しやすい柔構造
に構成されている。したがって、通常時に上部構造体に
対して風荷重や生活振動、交通振動などの地震以外の変
位力が作用したとき、上部構造体が揺れ動きやすく、戸
建て住宅用建物などに適用した場合、居住性が大きく損
なわれるだけでなく、地震後の残留変位も大きくなると
いった問題がある。

【０００６】また、従来の転がり型あるいは滑り振り子
型免震装置において、風荷重など地震以外に日常的に上
部構造体に作用する変位力（以下、日常的荷重と称す
る）に対する抵抗力を高めて免震動作を制限するといっ
たトリガー機能を持たせつつ、地震発生時には所定どお
りの免震性能を発揮させるようにするためには、免震装
置とは別にトリガー機構を設置する必要があり、この場
合は、装置全体が大型化し、コストアップするだけでな
く、広いスペースを確保しなければならず、戸建て住宅
用建物のような軽量構造物用免震装置としては経済的に
も設置スペースの面からも好ましくない。

【０００７】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、上部構造体側と基礎側との接面部構成に工夫を施す
ことで、別個なトリガー機構を設置しなくても、日常的
荷重に対するトリガー機能と地震動に対する優れた免震
性能を両立できるとともに、地震後の残留変位も小さく
することができ、かつ、接面部に対する防塵機能も発揮
させて免震性能を長期に亘って安定維持することができ
る軽量構造物用免震装置を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明に係る軽量構造物用免震装置
は、基礎側に固定の支承盤と上部構造体側に固定の支承
台との間に介在されて地震により基礎側に一定以上の水
平変位力が作用したとき、上記支承盤を支承台に対して
水平方向に相対変位させることにより上部構造体への水
平変位の伝達を低減するように構成されている軽量構造
物用免震装置において、上記支承盤側もしくは支承台側
の中央部端面とこれに対向し接触する支承台側もしくは
支承盤側の中央部端面とのいずれか一方に、初期状態に
おける摩擦係数が上記支承盤の水平方向への変位動作状
態における摩擦係数よりも大きくなるような摺動材が固
着されているとともに、上記支承盤の外周囲には、該支
承盤と上記支承台との水平変位を復元する機能を持った
円筒形状の弾性体もしくは粘弾性体が配設されているこ
とを特徴とするものである。

【０００９】上記構成の請求項１に記載の発明によれ
ば、基礎側と上部構造体側との接面部の構成として、通
常時（初期状態）では支承盤もしくは支承台側の中央部
端面に固着された摺動材とこれに対向し接触する支承台
もしくは支承盤側の中央部端面との間の摩擦係数が大き
く、かつ、地震の発生に伴う基礎側の水平方向への変位
動作状態では摺動材とこれに対向し接触する支承台もし
くは支承盤側の中央部端面との間の摩擦係数が小さくな
るような構成を採用することにより、通常時（初期状
態）に上部構造体に作用する風荷重等の日常的荷重に対
する抵抗力を高めて免震動作を制限するといったトリガ
ー機能を確保しつつ、地震の発生に伴い基礎側に一定以
上の水平変位力が作用して免震装置が機能し始めた動作
状態には上部構造体と基礎との水平方向の相対変位を円
滑にし、これによって、上部構造体の最大加速度を低減
して地震動に対して優れた免震性能を発揮させることが
可能である。また、免震装置の動作時における摩擦係数
の値が小さいことと、支承盤の外周囲に、水平変位を復
元する機能を持つ円筒形状の弾性体が配設されているこ
とによって、地震後の残留変位も小さく抑えることが可
能となる。

【００１０】その上、円筒形状の弾性体もしくは粘弾性
体が、接面部へのごみや埃の付着堆積を防ぐ防塵カバー
の役割を果たすことになり、長期間使用に際して、メン
テナンスフリーとしながらも所定の免震性能を安定よく
維持することが可能である。

【００１１】上記構成の軽量構造物用免震装置におい
て、上記円筒形状の弾性体もしくは粘弾性体としては、
請求項２に記載のように、鉄板等の複数枚の硬質環状板
材と薄いゴム板等の複数枚の薄肉弾性もしくは粘弾性環
状板材とを交互に積層してなる積層弾性体であっても、
請求項３に記載のように、円筒状の単層ゴムもしくは粘
弾性ゴムの肉厚部にコイルスプリングのような螺旋状の
硬質線材を埋設してなるもののいずれであってもよい。

【００１２】そのうち、特に積層弾性体は、座屈強度が
強く上部構造体に対して大きな荷重支持能力を発揮しつ
つ、水平変位に対して撓みやすい特性を有しているの
で、接面部に対する大小二種の摩擦係数の設定（設計）
が非常に容易となり、初期状態のトリガー機能と変位動
作状態の免震性能との両立を確実なものとできる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
にもとづいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態
による免震装置を適用した軽量構造物の全体構成を示す
概略図であり、同図において、Ａは木造建物や鉄骨造
り、あるいはプレハブ式建築物など戸建て住宅用軽量構
造物における上部構造体、Ｂは土台基礎で、これら上部
構造体Ａと土台基礎Ｂとの間に免震装置Ｃを介在させ
て、通常時は上部構造体Ａの荷重を支持しその荷重を土
台基礎Ｂ側に伝達するとともに、地震により土台基礎Ｂ
側に一定以上の水平変位力が作用した時は両者Ａ，Ｂ間
の相対変位を許容して上部構造体Ａの横揺れを低減する
ものである。

【００１４】上記免震装置Ｃは、図２及び図３に示すよ
うに、土台基礎Ｂ側には円板状フランジ１を介して円板
形状の支承盤２が固定されている一方、上部構造体Ａの
下面には円板状フランジ３を介して下方ほど径小の截頭
円錐柱状の支承台５が下向きに固定突出され、この支承
台５の中央部下端面には摺動材６が固着されている。こ
の摺動材６が摺接する上記土台基礎Ｂ側の支承盤２の上
面２Ａは、その中央上面部分２ａ１の摩擦係数μ１がそ
れの周辺上面部分２ａ２の摩擦係数μ２よりも大きくな
る（μ１＞μ２）ように形成されており、これによっ
て、通常時（初期状態）では上記支承台５の中央部下端
面に固着した摺動材６が摩擦係数μ１の大きい中央上面
部分２ａ１に接触して上部構造体Ａの荷重を土台基礎Ｂ
側に伝達し、地震に伴う一定以上の水平変位力の作用に
より支承盤２と支承台５とが相対的に水平方向に変位動
作した時は上記摺動材６が摩擦係数μ２の小さい周辺上
面部分２ａ２への接触状態に移行して上記支承台５を支
承盤２に対しなめらかに滑り移動可能に支承するように
構成されている。

【００１５】また、上記支承盤２の外周囲で上下の円板
状フランジ１，３間には、鉄板など複数枚の硬質環状板
材７ａと薄いゴム板など複数枚の薄肉弾性環状板材７ｂ
とを交互に配置し積層してなり、支承盤２と支承台５と
の水平変位を復元する機能及び摺動材６と支承盤２の上
面２Ａとの接面部に対する防塵カバー機能を兼備する円
筒形状の積層弾性体７が配設されている。

【００１６】上記のように構成された免震装置Ｃによれ
ば、通常時には、図３の実線に示すように、上部構造体
Ａ側の支承台５の中央部下端面の摺動材６が土台基礎Ｂ
側の支承盤２の上面２Ａのうち、摩擦係数μ１の大きい
中中央上面部分２ａ１に接触しているために、接面部の
摩擦力が大きく両者５，２が動きにくい状態にある。し
たがって、このような通常状態、すなわち、初期状態で
上部構造体Ａに風荷重等の日常的荷重が作用したとして
も、支承台５と支承盤２との相対変位を規制するトリガ
ー機能が発揮されて上部構造体Ａの不要な揺れを防止す
ることが可能である。

【００１７】そして、地震により土台基礎Ｂ側に一定以
上の水平変位力が作用して支承盤２と支承台５とが相対
的に水平方向に変位移動し始めた免震装置Ｃの動作開始
後には、図３の仮想線に示すように、上記支承台５側の
摺動材６が支承盤２の上面２Ａのうち、摩擦係数μ２の
小さい周辺上面部分２ａ２への接触状態に移行するため
に、接面部の摩擦力は非常に小さくなり、上部構造体Ａ
と土台基礎Ｂとが相対的になめらかに滑り移動しやすい
状態となる。したがって、地震動に伴う土台基礎Ｂ側の
水平変位が上部構造体Ａ側に伝達されることを抑制して
地震動に対する免震性能を十分に発揮させることが可能
である。

【００１８】また、該免震装置Ｃにおける支承盤２の外
周囲には円筒形状の積層弾性体７が配設されており、こ
の円筒形状の積層弾性体７の有する変位復元機能によ
り、上部構造体Ａの最大加速度が低減されて免震性能の
一層の向上が図れるとともに、地震後の残留変位も小さ
く抑えることが可能であり、さらに、円筒形状の積層弾
性体７が接面部に対する防塵カバー機能を果たし、接面
部にごみや埃が付着堆積することを防止するために、長
期間使用に際しても、メンテナンスフリーとしながらも
所定の免震性能を安定よく維持することが可能である。

【００１９】因みに、上記構成の本発明の免震装置に関
し、ＪＭＡ ＫＯＢＥ ＮＳ ９０ｋｉｎｅによる一次
元シミュレーションを行なったところ、図４の実線に示
すような結果が得られた。これは、摩擦係数が初期状態
も動作開始後も一定に設定された従来の免震装置につい
て同一の一次元シミュレーションを行なって得られた図
４の点線で示す結果と比較しても明らかなように、最大
加速度が大幅に低減され地震後の残留変位も非常に小さ
くなることが判明した。

【００２０】図５及び図６は本発明の第２の実施形態に
よる免震装置を示す一部断面斜視図及び縦断面図であ
り、この第２の実施形態による免震装置Ｃは、支承盤２
の外周囲で上下の円板状フランジ１，３間に配設される
円筒形状の弾性体７として、円筒状の単層ゴム７ｃの肉
厚部に、この単層ゴム７ｃの座屈強度を高めるためにコ
イルスプリングのような螺旋状の硬質線材７ｄを埋設し
てなるものを用いた点で上記第１の実施形態と異なり、
その他の構成は第１の実施形態と全く同一であるため、
同一箇所には同一の符号を付してそれらの説明を省略す
る。

【００２１】上記のように構成された第２の実施形態に
よる免震装置Ｃにおいても、上記した第１の実施形態に
よる免震装置と同様に、初期状態では接面部の摩擦係数
が大きくて支承盤２と支承台５とが動きにくい状態にあ
り、この初期状態で上部構造体Ａに風荷重等の日常的荷
重が作用したとしても、支承盤２と支承台５との相対移
動を規制するトリガー機能が確実に発揮されて上部構造
体Ａの不要な揺れを防止することが可能でありながら、
地震により土台基礎Ｂ側に一定以上の水平変位力が作用
して支承盤２と支承台５とが相対的に水平方向に変位移
動し始めた免震装置Ｃの動作開始後には、接面部の摩擦
係数が小さくなって、上部構造体Ａと土台基礎Ｂとが相
対的になめらかに移動しやすい状態となり、土台基礎Ｂ
側の水平変位が上部構造体Ａ側に伝達されることを抑制
し地震動に対する免震性能を十分に発揮させることが可
能である。同時に、円筒形状の弾性体７の持つ変位復元
機能により上部構造体Ａの最大加速度を低減して免震性
能の向上及び地震後の残留変位の減少が可能であり、さ
らに、接面部に対する防塵カバー機能も果たすことにな
る。

【００２２】なお、上記各実施形態による免震装置Ｃに
おいては、摺動材６が支承台５の中央部下端面に固着さ
れたものについて説明したが、支承盤２の中央部に上方
へ向けて円柱体を突出させ、この円柱体の上端面に摺動
材６を固着する一方、支承台５の下面を、その中央下面
部分の摩擦係数がそれの周辺下面部分の摩擦係数よりも
大きくなるように形成してもよい。

【００２３】また、第１の実施形態における円筒形状の
積層弾性体７として、鉄板など複数枚の硬質環状板材７
ａと複数枚の薄肉粘弾性環状板材７ｂとを交互に配置し
積層してなるものを用いてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、請求項１ないし３に記載
の本発明によれば、基礎側の支承盤と上部構造体側の支
承台との接面部の構成として、通常時（初期状態）では
接面部の摩擦係数が大きく、かつ、地震の発生に伴う基
礎側の水平方向への変位動作状態では接面部の摩擦係数
が小さくなるような構成を採用しているので、通常時に
上部構造体に作用する風荷重等の日常的荷重に対する抵
抗力を高めて免震動作を制限するといったトリガー機能
を確保しつつ、地震の発生に伴い免震装置が機能し始め
た動作状態には上部構造体と基礎との水平方向の相対変
位を円滑にすると共に、外周囲に配設された円筒形状の
弾性体の持つ変位復元機能による上部構造体の最大加速
度の低減作用が相俟って地震動に対して非常に優れた免
震性能を発揮させることができる。

【００２５】加えて、免震装置の動作位置における摩擦
係数の値が小さいことと、支承盤の外周囲に配設された
円筒形状の弾性体もしくは粘弾性体による水平変位復元
機能とによって、地震後の残留変位も小さく抑えること
ができ、また、円筒形状の弾性体もしくは粘弾性体が接
面部へのごみや埃の付着堆積を防ぐ防塵カバーの役割を
果たすことによって、長期間使用に際して、メンテナン
スフリーとしながらも所定の免震性能を安定よく維持す
ることができるという効果を奏し、特に、戸建て住宅な
どのように、風荷重等の日常的荷重の影響を蒙りやすい
軽量構造物に対する免震装置としてきわめて有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による免震装置を適用
した構造物の全体構成を示す概略図である。

【図２】同上第１の実施形態による免震装置の一部を断
面して示す斜視図である。

【図３】同上第１の実施形態による免震装置の縦断面図
である。

【図４】第１の実施形態による免震装置に関しＪＭＡ
ＫＯＢＥ ＮＳ ９０ｋｉｎｅによる一次元シミュレー
ションを行なった結果を示す加速度特性図である。

【図５】本発明の第２の実施形態による免震装置の一部
を断面して示す斜視図である。

【図６】同上第２の実施形態による免震装置の縦断面図
である。

【符号の説明】

２ 支承盤 ２Ａ 支承盤上面 ５ 支承台 ６ 摺動材 ７ 円筒形状弾性体 ７ａ 硬質環状板材 ７ｂ 薄肉弾性環状板材 ７ｃ 円筒状の単層ゴム ７ｄ 螺旋状の硬質線材 Ａ 上部構造体 Ｂ 土台基礎 Ｃ 免震装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｅ０４Ｈ 9/02 ３３１ Ｅ０４Ｈ 9/02 ３３１Ｅ Ｆ１６Ｆ 15/02 Ｆ１６Ｆ 15/02 Ｍ Ｌ Ｅ Ｆターム(参考） 2D046 DA13 3J048 AA03 AC01 AD05 BA08 BD08 BE12 BG04 CB21 DA03 EA13 EA38

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基礎側に固定の支承盤と上部構造体側に
   固定の支承台との間に介在されて地震により基礎側に一
   定以上の水平変位力が作用したとき、上記支承盤を支承
   台に対して水平方向に相対変位させることにより上部構
   造体への水平変位の伝達を低減するように構成されてい
   る軽量構造物用免震装置において、 上記支承盤側もしくは支承台側の中央部端面とこれに対
   向し接触する支承台側もしくは支承盤側の中央部端面と
   のいずれか一方に、初期状態における摩擦係数が上記支
   承盤の水平方向への変位動作状態における摩擦係数より
   も大きくなるような摺動材が固着されているとともに、 上記支承盤の外周囲には、該支承盤と上記支承台との水
   平変位を復元する機能を持った円筒形状の弾性体もしく
   は粘弾性体が配設されていることを特徴とする軽量構造
   物用免震装置。
2. 【請求項２】 上記円筒形状弾性体もしくは粘弾性体
   が、複数枚の硬質環状板材と複数枚の薄肉弾性もしくは
   粘弾性環状板材とを交互に積層してなる積層弾性体から
   構成されている請求項１に記載の軽量構造物用免震装
   置。
3. 【請求項３】 上記円筒形状弾性体もしくは粘弾性体
   が、円筒状の単層ゴムもしくは粘弾性ゴムの肉厚部に螺
   旋状の硬質線材を埋設したものから構成されている請求
   項１に記載の軽量構造物用免震装置。