JP2002155991A - ３次元免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、例えば、建物の基礎や中階に設け
られる３次元免震装置に関し、地震又は自動車・鉄道に
よる交通振動等の揺れから建物を保護するとともに、低
周波数の縦揺れも考慮したものとすることが課題であ
る。 【解決手段】 ３次元免震装置１において、鉛直免震装
置４が弾性体と減衰装置との併用で構成され、該弾性体
と減衰装置とが、鉛直方向に直列又は並列にして一体に
構成されているとともに、当該減衰装置が粘性系ダンパ
ーである３次元免震装置１とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、建物の基
礎や途中階に設けられて、地震又は自動車・鉄道による
交通振動等の揺れから建物を保護する免震装置であり、
低周波数の縦揺れも考慮した３次元の揺れ防止装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、免震装置において、水平方向のみ
ならず鉛直方向の免震を考慮した、いわゆる３次元免震
装置としては、例えば、図１２に示すように、一対の対
向するフランジ２１，２２間に設置されるバネ材２３か
らなり、突起２１１が突設され、該突起２１１を鉛直方
向に相対移動自在に包囲する筒状の係合部２２１が突設
されてなる鉛直免震装置２と、積層ゴム３１からなる２
個の水平免震装置３，３とから構成されるものが知られ
ている（特開平６−３４６６２８号）。

【０００３】この３次元免震装置は、水平免震装置３，
３が鉛直免震装置２を上下から挟み込み、鉛直免震装置
２に作用する曲げモーメントを低減させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、３次元
の免震装置の鉛直免震装置においては、地震動や建物の
上下動の周期が十分に考慮されておらず、また、周期調
整等できないため、地震外乱による上下方向の揺れを効
果的に防止することが困難であった。本発明は、地震外
乱に対して揺れを防止するばかりでなく、交通振動、列
車振動等の上下振動を誘発する外乱に対して幅広いレン
ジで揺れを低減させるために提案されるものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る３次元免震
装置の上記課題を解決するための要旨は、３次元免震装
置において、鉛直免震装置が弾性体と減衰装置との併用
で構成され、該弾性体と減衰装置とが、鉛直方向に直列
又は並列にして一体に構成されているとともに、当該減
衰装置が粘性系ダンパーであることである。

【０００６】前記鉛直免震装置は、固有振動数が５ヘル
ツの振動を中心に±１ヘルツの帯域に設定されているこ
と、鉛直免震装置の近傍に、該鉛直免震装置の水平拘束
部材となる上下伸縮自在なガイドポストが設けられてい
ること、非免震層と免震層とで得られた振動または地震
動測定結果の波形のスペクトルによる良否の判定結果を
反映させるべく、３次元免震装置における弾性体と減衰
装置及びガイドポストが各々３次元免震装置に対して着
脱自在で交換可能であることを含むものである。

【０００７】本発明に係る３次元免震装置によれば、上
下方向の振動に対して、鉛直免震装置において弾性体に
より免震されるとともに、減衰装置により振動エネルギ
ーが減衰され、上下方向の揺れが低減される。

【０００８】また、鉛直免震装置の弾性体と減衰装置と
が一体化されていることで、コンパクトな装置となり、
建物下の免震装置配設場所のスペースが広くなり、設置
・交換作業などが行いやすくなる。更に、低振動数（５
ヘルツ付近（特に５ヘルツ±１ヘルツ）；ここでヘルツ
とは１／秒である）に合わせて設定することで、地震の
みならず、交通振動や列車振動による上下振動を効果的
に低減させることが出来る。非免震層と免震層とで得ら
れた振動または地震動測定の波形のスペクトルによって
良否を判定し、その判定結果を基に免震装置における、
弾性体と減衰装置及びガイドポストが各々当該３次元免
震装置に対して着脱自在で交換可能であることから、適
宜にこれらの設定値の調整が出来て建物や地盤の特性が
考慮されることになり、免震効果を一層高めることがで
きる。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明に係る３次元免震装
置１について図面を参照して説明する。この３次元免震
装置１は、図１に示すように、鉛直免震装置４が弾性体
と減衰装置との併用で構成されていること、例えば、コ
ンクリート基礎２の上にセットされた水平方向の振動を
免震させる水平免震装置３と、該水平免震装置３の上面
にセットされる鉛直免震装置４、及び、建物７の上下移
動のガイドをして鉛直免震装置４が水平方向に移動する
のを規制するガイドポスト５と、前記水平免震装置３の
水平方向の移動を減衰させる水平減衰装置であるダンパ
ー装置６ａと支持部材６ｂ，６ｃとから構成されてい
る。

【００１０】前記水平免震装置３は、ゴムなどの弾性体
と鋼板とを積層したものである。この水平免震装置３の
周囲で前後左右の各方向に、前記ダンパー装置６ａと支
持部材６ｂ，６ｃが配設されている。

【００１１】前記支持部材６ｂは水平免震装置３の上面
から水平に突設されるとともに繋着部がその突出部分か
ら垂設されて形成され、他方の支持部材６ｃはコンクリ
ート基礎２から略鉛直に立設されている。この各支持部
材６ｂ，６ｃの間に円柱（棒）状のダンパー装置６ａが
架設されるものである。

【００１２】前記鉛直免震装置４は、図２に示すよう
に、弾性体としてのコイルスプリング４ａと、鉛直減衰
装置として粘性ダンパーや粘弾性ダンパーからなる粘性
系ダンパーの一例であるオイルダンパー４ｂとを、鉛直
方向に一体にして形成されている。

【００１３】この第一実施例では、オイルダンパー４ｂ
の上部とロッド４ｃの先端の固定板４ｄとの間に、コイ
ルスプリング４ａを配設している。この弾性体と鉛直減
衰装置との組み合わせにより、例えば、外部振動の外乱
として５ヘルツの振動を中心にした±１ヘルツの帯域に
設定し、低振動の上下方向の揺れを短時間で低減する免
震装置とするものである。

【００１４】前記オイルダンパー４ｂと水平方向のダン
パー装置６ａとは、同形式のダンパーであり、同じ特性
で評価できるので、３次元の地震に対して設計がし易く
なる。例えば、水平方向の地震と上下方向の地震との大
きさ等に応じて、断面積を変えることで簡単に対応で
き、使い勝手も良いものとなる。

【００１５】更に、鉛直免震装置４の近傍に、建物７の
上下移動の案内部材となる上下伸縮自在なガイドポスト
５が設けられている。このガイドポスト５は、鉛直免震
装置４が水平免震装置３に対して水平方向に移動するの
を拘束する、デバイスとなるものである。

【００１６】本発明の第２実施例は、図３に示すよう
に、水平方向の移動を拘束するデバイスであるガイドポ
スト５ａの中に、オイルダンパー４ｂを内包させ、更
に、コイルスプリング４ａを併設させたものである。

【００１７】この実施例では、ガイドポスト５ａの大き
さが大きくなり、コイルスプリング４ａを大きくするこ
とが出来る。コイルスプリングの径が大きくなると、コ
イルスプリングを構成する線材の太さの制限が少なくな
るなど、コイルスプリングの設計に自由度が増し、外乱
に対して共振しないように周波数帯域を容易に設定また
は可変できるようになる。また、鉛直免震装置４とガイ
ドポスト５ａとが一体化された装置となり、３次元免震
装置１を建物７に取付ける施工が容易になるものであ
る。

【００１８】本発明の第３実施例は、図４（イ）、
（ロ）に示すように、ガイドポストの変形例であり、例
えば、水平免震装置３の上部のフランジ部分３ａを厚く
して、その周囲に複数の貫通孔３ｂを穿設して、建物７
の下面に所要長さのＰＣ鋼棒５ｂを複数本螺着して垂設
する。そして、ＰＣ鋼棒５ｂの先端部を前記貫通孔３ｂ
に各々挿通させる。この貫通孔３ｂには、滑りを良くす
るために油の塗布若しくはテフロン（登録商標）加工等
を施すものである。

【００１９】また、コイルスプリング４ａとオイルダン
パー４ｂとを併設させてある。前記ＰＣ鋼棒５ｂでもっ
てガイドポストとするので、現地にて調達・加工するこ
とが出来る便利さがある。

【００２０】本発明の第４実施例は、図５（イ）、
（ロ）に示すように、３次元免震装置１の全体高さａを
低くするために工夫されたものである。水平免震装置３
を、複数個に分割して、例えば、図示のようにフランジ
部分３ａの隅部の４カ所若しくは８カ所等周方向に所要
箇所に、多段（一例として４段）の積層ゴム水平免震装
置３ｃを各々配置する。この時、多段の積層ゴムの各フ
ランジ３ｄは図５（ロ）に示すように、中抜きして外周
を一体に形成されている。

【００２１】そして、この各多段の積層ゴム水平免震装
置３ｃの内側において、鉛直免震装置４としてのコイル
スプリング４ａとオイルダンパー４ｂとを配設するもの
である。このように、前記積層ゴム水平免震装置３ｃと
並列にして鉛直方向に設ける。また、オイルダンパー４
ｂに水平方向の力が加わらないように、ダンパー上部８
をテフロン（登録商標）等で加工したり、ベアリング機
構を設けたりするものである。

【００２２】これにより、３次元免震装置１の全体高さ
ａが、例えば、第１実施例に示したような鉛直方向に直
列に設置した場合に比べて、低く設定できる。さらに、
本発明の実施例における水平免震装置３は建物重量を負
担しないため、建物重量を負担しなければならない場合
に比べ、水平剛性の低い積層ゴムを使用することが可能
となり、水平方向免震性能を向上させることが出来る。

【００２３】上下の免震機構は、例えば、ばねによる周
期調整をしているので、その特性は図６の振動数比（固
有振動数との比）とゲイン（倍率）関係で示すように、
基礎の振動数が固有振動数の１．４倍以上では、ゲイン
が１より小さくなる。そこで、実施例ではこの固有振動
数を５ヘルツとして７ヘルツ以降は１より小さな応答倍
率となるものとした。また、７ヘルツより低い振動数で
は、減衰機構を使い、例えば、図７に示すように減衰さ
せている。

【００２４】本発明の３次元免震装置を具体的に建物に
使用する場合の、特に上下免震に対するシステムフロー
を図８に示す。地震は周辺の地盤（表層地盤や地層構成
等）の特性により地域特性が現れるため、事前に地震力
を十分推定して、３次元免震装置を作ることは難しい面
もあり、過剰設計を行ってしまう場合もある。そこで、
前記システムフローに示すように振動または地震動測定
を行い、その結果を吟味して免震装置の調整ができるシ
ステムを取り入れている。この調整は、免震装置設置直
後は振動測定を中心に行い、その後、地震動測定を継続
的に行うことによって一層効果的に行うことができる。
また、その特性によっては再度振動測定を行い、測定結
果を参考に再調整する場合もある。

【００２５】具体的には、設計段階では建物が建築され
る地域特性を大まかに推定し、効果を算定する。例え
ば、理論曲線で考えれば振動特性曲線と減衰曲線から、
設計時の許容応答曲線が得られる。図９に示すように、
例えば、非免震層と免震層とでの振動または地震動測定
の波形のスペクトルから、免震層の効果が設計時の予測
より良いか悪いかの判定ができる。簡易的には、最大値
から判定することもでき、目的によっては簡便なシステ
ムにできる。非免震層は、実際の構造物に固有周期等を
設計条件に合わせた模型により作成しても良いし、実際
に、非免震構造物があればこれで測定する。

【００２６】免震上の建物で測定された波形のスペクト
ルが予測した効果より悪い場合、この原因を図８に示す
免震装置の改善の３点（１．周期の変更、２．減衰量の
増減、３．高振動数の低減）から考え、弾性体、減衰装
置若しくはガイドポストを取り替えたり調整したりして
免震効果を上げていくものである。減衰量の調整は、可
変型減衰装置を使用することにより一定範囲内の調整は
簡単にできる。ガイドポストの調整は、ガイドポストの
クリアランスが十分でなく軽く擦り高振動数の振動が発
生する程度では、油を差す等で対応できる。免震を使用
する重要構造物では、このように効果的な免震装置の設
置が経済的な面からも重要となる。

【００２７】この免震装置の調整で、コイルスプリング
の振動数を変えるためコイルスプリングを取り替える場
合には、以下のように行う。第１はガイドポストを利用
する例であり、図１０（イ）、（ロ）に示すように、ガ
イドポスト５の取付部に予め補強して受け板１０をお
き、交換時にこのガイドポスト５を取り外し（ガイドポ
スト５は上下方の動きに余裕があるので簡単に外せ
る）、これに替わって専用ジャッキ１１を設置し、上部
の荷重を受けられるようにするものである。第２は、図
１１（イ）、（ロ）に示すように、ガイドポスト５ｂの
一部のＰＣ鋼棒（本実施例では一本おき）にねじ１２を
切っておき、予めナット１３をＰＣ鋼棒の中間位置にセ
ットしておく。交換時にはこのナット１３を免震装置位
置まで落とし、上部荷重を受けられるようにする。この
方法は、減衰装置を取り替える時も利用できる。ガイド
ポストのみを取り替える場合は、ガイドポストの長さを
短くした状態で取付ける等でできる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る３次
元免震装置は、鉛直免震装置が弾性体と減衰装置との併
用で構成され、該弾性体と減衰装置とが、鉛直方向に直
列又は並列にして一体に構成されているとともに、当該
減衰装置が粘性系ダンパーであるので、装置全体がコン
パクトになると共に、鉛直免震装置と減衰装置とを別々
に設置するのに比べ施工の手間も省け、また、それぞれ
の調整を一体でできるので施工が容易になり、３次元免
震装置全体の高さを低くすることが出来るという優れた
効果を奏するものである。

【００２９】前記鉛直免震装置が、５ヘルツの振動を中
心にした±１ヘルツの帯域に設定されるので、地震によ
る外乱や交通振動、列車振動等の低周波数の外乱に対し
て、幅広く対応させることができるという優れた効果を
奏するものである。

【００３０】また、前記鉛直免震装置の近傍に、前記鉛
直免震装置の水平拘束部材となる上下伸縮自在なガイド
ポストが設けられているので、例えば、鉛直免震装置を
交換する際に、このガイドポストの一部をジャッキの替
わりとさせたり、ガイドポスト位置にジャッキを設置す
るなどして、それにより建物を支持させることで、当該
鉛直免震装置の交換が容易となるという優れた効果を奏
するものである。非免震層と免震層とで得られた振動ま
たは地震動の波形のスペクトルによって良否の判定結果
を反映させるべく、３次元免震装置における弾性体と減
衰装置及びガイドポストが各々３次元免震装置に対して
着脱自在で交換可能であるので、その判定結果を基にこ
れら弾性体等の設定値の調整によって地盤や建物の特性
が考慮されて、免震効果を一層高めることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る３次元免震装置の第１実施例の正
面図である。

【図２】同本発明に係る３次元免震装置における鉛直免
震装置の断面図である。

【図３】同本発明に係る３次元免震装置の第２実施例の
概略正面図である。

【図４】同本発明に係る３次元免震装置の第３実施例の
概略正面図（イ）と、フランジ部分の平面図（ロ）であ
る。

【図５】同本発明に係る３次元免震装置の第４実施例に
おける、断面図（イ）と、フランジ部分の平面図（ロ）
である。

【図６】免震装置における振動伝達率の特性曲線図であ
る。

【図７】伝達関数の特性曲線図である。

【図８】システムフローを示す説明図である。

【図９】倍率の特性曲線図である。

【図１０】免震装置交換に係る、交換前の説明図
（イ）、と交換時の説明図（ロ）である。

【図１１】免震装置の交換装置に係る断面図（イ）、と
平面図（ロ）である。

【図１２】従来例に係る３次元免震装置の正面図であ
る。

【符号の説明】 １ ３次元免震装置、２ コンクリート基礎、３ 水平
免震装置、３ａ フランジ部分、３ｂ 貫通孔、４ 鉛
直免震装置、４ａ コイルスプリング、４ｂ オイルダ
ンパー、４ｃ ロッド、５ ガイドポスト、５ｂ ＰＣ
鋼棒、６ 水平減衰装置、６ａ ダンパー装置、６
ｂ，６ｃ 支持部材、７ 建物、１０ 補強受け板、１
１ 専用ジャッキ、１２ ねじ、１３ ナット。

───────────────────────────────────────────────────── 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 ３３１Ｂ Ｆ１６Ｆ 15/02 Ｆ１６Ｆ 15/02 Ｇ (71)出願人 000001317 株式会社熊谷組 福井県福井市中央２丁目６番８号 (71)出願人 000195971 西松建設株式会社 東京都港区虎ノ門１丁目20番10号 (71)出願人 000112668 株式会社フジタ 東京都渋谷区千駄ヶ谷四丁目25番２号 (71)出願人 000172813 佐藤工業株式会社 富山県富山市桜木町１番11号 (72)発明者 大川 出 茨城県つくば市立原１番地 建設省建築研 究所内 (72)発明者 渡壁 守正 東京都中央区京橋１丁目７番１号戸田建設 株式会社内 (72)発明者 境 茂樹 東京都港区北青山２丁目５番８号 株式会 社間組内 (72)発明者 松崎 浩 東京都新宿区津久戸町２丁目１番 株式会 社熊谷組内 Ｆターム(参考） 2E001 DG02 DH31 FA21 GA02 GA10 GA42 GA62 HB02 HE01 KA05 LA01 LA09 LA11 LA18 3J048 AA02 AC04 BA08 BC02 BE03 CB22 DA01 EA38

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３次元免震装置において、鉛直免震装置が
   弾性体と減衰装置との併用で構成され、該弾性体と減衰
   装置とが、鉛直方向に直列又は並列にして一体に構成さ
   れているとともに、当該減衰装置が粘性系ダンパーであ
   ること、 を特徴とする３次元免震装置。
2. 【請求項２】鉛直免震装置は、固有振動数が５ヘルツの
   振動を中心に±１ヘルツの帯域に設定されていること、 を特徴とする請求項１に記載の３次元免震装置。
3. 【請求項３】鉛直免震装置の近傍に、該鉛直免震装置の
   水平拘束部材となる上下伸縮自在なガイドポストが設け
   られていること、 を特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の３次元
   免震装置。
4. 【請求項４】非免震層と免震層とで得られた振動または
   地震動測定結果の波形のスペクトルによる良否の判定結
   果を反映させるべく、３次元免震装置における弾性体と
   減衰装置及びガイドポストが各々３次元免震装置に対し
   て着脱自在で交換可能であること、 を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の３次元
   免震装置。