JP2002188317A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、建築構造物が地震や自動車等によ
って被る振動を減少させる為に、倒立振り子の応用によ
る免震装置を提供する。 【解決手段】 本発明の免震装置は、地盤Ｇ上に回動可
能に立設の支柱Ａによって、構造物Ｓを回動可能に支持
し、支柱Ａ又は構造物Ｓと縦地盤Ｅを弾性体Ｄで結合し
て構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、倒立振り子の応用
により、建築構造物が地震や自動車等によって被る振動
を減少させる免震装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、免震装置は、振動する地盤とその
振動の影響を小さくさせたい建物等の構造体との間に介
在させて使用する。そして、この免震装置の効果は、地
盤の振動周期Ｔ２と免震装置の固有振動周期Ｔ１の比に
大きく依存する。地盤の振動周期Ｔ２は地盤の構造によ
って少々変動があるが大略変動する周期は判明してい
る。そこで、免震装置の効果を向上させるためには、免
震装置の固有振動周期Ｔ１を地盤の振動周期Ｔ２からな
るべく遠ざけることが望ましいし、建物等の構造体の固
有振動周期Ｔ３を短周期に形成すると効果が顕著であ
る。尚、現在、免震装置として、積層ゴム、ボールベア
リング、滑り板等が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、積層ゴ
ムを使用すると、望ましい固有振動周期Ｔ１を得るため
には、構造物の重量を大きくする必要があり、重さの軽
い構造物では、本来不要な部材を付加する必要があり、
不経済である。また、ボールベアリングを使用すると、
構造物を支持するために多数のボールベアリングを使用
する必要があって装置を肥大化せざるを得ないと共に、
ボールベアリングが摺動する面を高精度に仕上げること
と、材料選択が要求される。滑り板を使用すると、滑り
面の円滑な加工が要求されると共に、僅かな風圧に対し
て、構造物が容易に移動するので、新たな対策が必要と
なる。また、前記の免震装置は、水平方向の振動に対し
て有効であり、垂直方向の振動に対する効果はないし、
この免震装置によって、構造物の上部において揺れを増
大させる懸念がある。そこで、本発明は、かかる不都合
を解消する免震装置を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１の免震装置は、
地盤上に回動可能に立設の支柱によって、構造物を回動
可能に支持する。そして、支柱又は構造物と縦地盤を弾
性体で結合して構成すると、簡便な構造で、免震効果の
向上を図ることができる。又、請求項２の免震装置は、
支柱の周囲にエネルギー吸収体を充填するか、ダンパー
を構造物又は支柱に取り付ける等のエネルギー吸収機構
を付加することによって、更に、免震効果の向上を図る
ことができる。

【０００５】

【実施例】本発明の免震装置について図面を参照して説
明すると、図１（Ａ）は、本発明の基本概念を示す図で
あり、図１（Ｂ）は構造物に免震装置を適用する概念図
である。図１（Ａ）に示す構造物Ｓ（質量Ｍ）は、長さ
Ｌ、角度αの支柱Ａに支持されていて、この支柱Ａは、
構造物Ｓ及び縦地盤Ｅにおいては、回動可能（結合部の
曲げモーメントが生じない、例えば、ヒンジ機構Ｈ）で
結合されている。又、構造物Ｓの上部と縦地盤Ｅには、
弾性体（バネ等）Ｄ（バネ定数Ｋ）が連結して、倒立振
り子を構成する。そして、この構造物Ｓに対して、垂直
方向と水平方向に振動が生起すると、構造物Ｓの水平方
向の固有周期Ｔｈと垂直方向の固有周期Ｔｖは下記の式
で表される。

【０００６】

【数式１】

【０００７】ここで、Ｌｈは水平方向の支柱の相当長
さ、Ｌｖは垂直方向の支柱の相当長さ、Ｍは構造物Ｓの
質量、ｇは重力加速度、Ｋｈ、Ｋｖは弾性体Ｄのバネ定
数Ｋに対する水平方向の相当バネ定数と垂直方向の相当
バネ定数である。

【０００８】図１（Ｂ）は、地盤Ｇに立設の複数の支柱
Ａと、その支柱Ａの間を連結する梁Ｚで構成の構造物Ｓ
に対し、複数の弾性体Ｄを取り付けて構成の免震装置の
図である。各支柱Ａは、構造物Ｓ（質量Ｍ）と地盤Ｇに
おいて回動可能に結合支持し、弾性体Ｄ１（バネ定数Ｋ
１）、Ｄ２（バネ定数Ｋ２）は構造物Ｓの両端において
水平状態で縦地盤Ｅに、弾性体Ｄ３（バネ定数Ｋ３）は
傾斜状態で縦地盤Ｅに結合してある。尚、この弾性体Ｄ
１、Ｄ２、Ｄ３は、構造物Ｓの構造を考慮して地盤Ｇに
結合して構成してもよい。尚、構造物Ｓを支持する支柱
Ａと梁Ｚの数、弾性体Ｄの数及びその取り付け状態は、
水平の他、傾斜状であってもよい。そして、この構造物
Ｓの水平方向の固有周期Ｔｈ、垂直方向の固有周期Ｔｖ
は、前記式における質量Ｍを（ｍ１＋ｍ２＋ｍ３）の総
和に、Ｋｈ、Ｋｖを構造物に設置する全ての弾性体Ｄに
おけるバネ定数Ｋ（Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３）に対する水平方
向の相当バネ定数の総和、垂直方向の相当バネ定数の総
和に置き換えて算出する。尚、図１（Ｂ）の下部に示す
バネ定数Ｋ３による水平方向相当のバネ定数Ｋ３ｅは、
「Ｋ３ｃｏｓθ×ｃｏｓθ」であり、下記の関係から求
まる。 バネの荷重方向の伸び：ｘｃｏｓθ（ここで、ｘ：Ｘ軸
方向の伸び） 荷重方向の抵抗力（Ｆ）：Ｋ３ｃｏｓθ×（ｘｃｏｓ
θ）

【０００９】次に、本発明の免震装置における特色につ
いて記載する。 （１）各支柱は均等に構造物の重量を支持する必要はな
いので、弾性体Ｄと支柱Ａは分離して設置することが可
能である。即ち、構造物Ｓの各部の重量とその構造物に
固定する支柱の端部が、構造物Ｓと同位相に振動すれば
よい。このため、例えば、同じバネ定数Ｋの弾性体Ｄを
適当な位置と方向に設置すればよく、本発明の免震装置
を備えるに当たって簡便にできる。 （２）支柱Ａは、垂直方向に対し、角度αで支持可能で
あるので、この免震装置は、水平方向及び垂直方向の振
動に対して有効である。

【００１０】（３）この免震装置の固有周期Ｔｈ、Ｔｖ
を構造物の質量Ｍに対して最適なもので構成することが
できる。即ち、式（１）で示す固有周期Ｔｈ、Ｔｖが不
安定にならないように、支柱Ａの長さ及び弾性体Ｄのバ
ネ定数を選定することによって、免震装置の固有周期Ｔ
ｈを長くすることができ、地盤の振動周期Ｔ２との比を
大きくすることができ、免震効果を増大させることがで
きる。

【００１１】（４）この免震装置は、支柱Ａで構造物Ｓ
を支持（軸力）しているので、軽加重から重加重まで単
純な棒状部材でよく、簡便な構造体で構成できる。即
ち、従来の免震装置における積層ゴムは、均等に構造物
の重量を支持する必要があるし、ボールベアリングや滑
り板は、構造物の大重量を支持するには免震装置が大型
化するのに比較して簡便な構成である。

【００１２】（５）この免震装置は、振動エネルギーの
吸収（減衰力）を調整することができる。構造物が軽量
であると、減衰力が不足することが生ずるが、後記で詳
述する支柱の周囲にエネルギー吸収体（粘弾性体や粒体
あるいはそれらの混合物）を充填したり、構造物又は支
柱或いは双方にダンパーを取り付けることによって容易
に対処できる。即ち、地震等が生起すると、支柱が振動
し、その支柱は粘弾性体等内で振動することによって、
その抵抗力は振動エネルギーの吸収となって振動を減衰
させる。そのため、免震装置の構成として、支柱の周り
にエネルギー吸収体で囲んだり、ダンパーを取り付ける
ことは有効な手段であり、その減衰力は、ダンパーの吸
収力や、支柱を囲むエネルギー吸収体の充填深さや支柱
の形状で調整することができる。

【００１３】（６）構造物Ｓは複数本の支柱で支持さ
れ、例えば、後述する構造（図２（Ａ）（Ｂ））に示す
ように、支柱Ａと構造物Ｓは旋回可能に結合してある
と、構造物の重量と摩擦係数によって摩擦力が生じる
が、この摩擦力は旋回を抑制する方向に作用する。従っ
て、支柱Ａは、支柱の端部に摩擦力以上の旋回力が作用
しない限り旋回しない。この機能はトリガー機構を構成
し、構造物の総重量と摩擦係数の積によって総摩擦力が
決まり、各支柱が支持する重さの分布には無関係であ
る。

【００１４】（７）本発明の免震装置において、構造物
Ｓに対して、支柱Ａを垂直に立設してあると、水平方向
の振動に対して有効である。しかし、支柱Ａを僅かに傾
斜（角度α）で支持すると、支柱Ａの両端には垂直軸に
対して偏心距離が存在し、構造物の重量によって旋回モ
ーメントが生ずるが、この旋回モーメントに釣り合う弾
性体Ｄを設置することによって、垂直方向の振動に対し
て、遮断装置として機能する。従って、本発明の免震装
置は、支柱を傾斜状にして構造物を支持可能であるの
で、水平方向の振動及び垂直方向の振動に対しても有効
である。

【００１５】次に、本発明の種々の形態の免震装置につ
いて図２を参照して説明する。支柱Ａの両端は構造物Ｓ
と地盤Ｇに結合してあり、その結合機構は、図１（Ａ）
に示すヒンジ機構Ｈがある。そこで、ここでは他の結合
として、図２（Ａ）に示すように、支柱（円柱の他、角
柱等）Ａの両端部を湾曲（凸状）ａに形成し、この端部
を支持（嵌合）する湾曲（凹状）の支持材Ｂ、Ｂとで構
成してある。尚、この支持材Ｂは構造物Ｓ及び地盤Ｇに
固定してある。又、図２（Ｂ）は、図１（Ａ）と異な
り、両端が水平の支柱（円柱の他、角柱等）Ａであり、
構造物Ｓと地盤Ｇには、この支柱Ａを支持（嵌合）する
支持材Ｃ、Ｃが固定してある。

【００１６】前記図２（Ａ）（Ｂ）に示す支柱Ａは、支
持材Ｂ、Ｃに対して旋回可能である。図２（Ａ）（Ｂ）
に示す支柱Ａは、構造物Ｓを支持すると摩擦力が生じ、
この摩擦力は構造物Ｓの重さと、支柱Ａと支持材Ｂとの
間における摩擦係数ｆとの積で求まる。そして、この支
柱Ａに旋回が生ずるのは、支柱Ａに作用する回転モーメ
ントが前記摩擦力を越えたときである。例えば、図２
（Ｂ）に示す支柱の直径を２Ｄ、支柱の長さをＬ、支柱
にかかる荷重をＷとすると、支柱の頂部を水平方向に動
かすに必要な水平力Ｑは、（Ｄ・Ｗ／Ｌ）である。そこ
で、比（Ｄ／Ｌ）を変えることによって、支柱に旋回力
が生じさせる水平力Ｑを変えることができる。この結
果、構造物に生ずる少々の風による振動を止めることが
でき、従来と異なり、他の機構を要しない特色がある。
即ち、トリガー機構を作動させるに必要な外力を設計
上、任意に設定できるので、構造物に要求される機能を
満たすことができる。

【００１７】次に、図２（Ｃ）に示す免震装置の構造に
ついて説明すると、地盤Ｇを掘削してくぼみを形成し、
その底面Ｚにヒンジ機構Ｈを介して回動可能に支柱Ａを
立設する。そして、この支柱Ａは、構造物Ｓとヒンジ機
構Ｈを介して回動可能に結合し、構造物Ｓを支持する。
また、弾性体Ｄは、構造物の底面Ｓａと地盤Ｇａの表面
に結合し、左右対称に設ける構成である。この免震装置
は、構造物Ｓを支柱Ａで支持し、支柱Ａに対して対称に
弾性体Ｄを取り付ける構成である。しかし、図２（Ｄ）
に示すように、弾性体Ｄを非対称に、例えば、片側の１
個で形成してもよい。

【００１８】また、図２（Ｅ）に示す免震装置は、地盤
Ｇ上に固定の基礎Ｔに凹溝Ｔａを構成し、その凹溝の底
面Ｔｂにヒンジ機構Ｈを介して回動可能に支柱Ａを立設
し、構造物Ｓとヒンジ機構Ｈを介して回動可能に結合支
持する。そして、弾性体Ｄは、構造物ではなく、支柱Ａ
に結合する。このように、弾性体Ｄは構造物Ｓに結合す
る他、支柱Ａに結合してもよい。又、図２（Ｆ）は、図
２（Ｅ）に示す凹溝Ｔａに替えて、円筒体Ｆを用いる構
成である。以上のように、地盤Ｇを掘削してくぼみを形
成するほか、基礎に凹溝Ｔａを形成したり、或いは、円
筒体Ｆを用いたり、構造物Ｓを設置する条件によって適
宜選定すればよく、これらの構造の効果は何れもほぼ同
じである。尚、図３は構造物Ｓの立面を示す図であり、
地盤Ｇと縦地盤Ｅにくぼみを形成し、構造物Ｓをヒンジ
機構Ｈを介して支柱Ａで支持し、弾性体Ｄを結合して免
震装置を構成するものであり、本願発明は、この様な構
成であってもよい。

【００１９】次に、図４に示す免震装置は、エネルギー
吸収を可能にする構成であり、ダンパーＰを取り付け
る。即ち、地盤Ｇ上に支柱Ａを介して構造物Ｓを支持
し、構造物Ｓ（又は支柱Ａ）と地盤Ｅを弾性体Ｄで結合
すると共に、ダンパーＰも結合する構成である。従っ
て、この免震装置は、ダンパーＰによって振動エネルギ
ーの吸収を図ることができ、震動に対して有効な手段で
ある。

【００２０】また、図４（Ｂ）に示す免震装置は、エネ
ルギー吸収機構を付加する構成であり、支柱Ａを地盤
Ｇ、Ｅに形成のくぼみＪ内の底面Ｊａにヒンジ機構Ｈを
介して回動可能に立設して、ヒンジ機項Ｈを介し回動可
能に構造物Ｓを支持する。そして、構造物Ｓあるいは支
柱Ａと地盤Ｅとを弾性体Ｄで結合する。又、くぼみＪ内
には、エネルギー吸収体（粒体や粘弾性体（シリコン、
アスファルト等））Ｙの単独あるいは、それらの混合体
が充填してあり、支柱Ａの振動を粒体の摩擦熱に変化さ
せ、粘弾性体においてはその変形に変化させて振動エネ
ルギーを吸収する。従って、支柱と弾性体で構成の免震
装置に、更に、エネルギー吸収機構を付加すると、更に
免震機能の向上を図ることができる。

【００２１】以上のように、本発明の免震装置の主たる
構成を図示したが、これらの構造に限定されず、適宜組
み合せて構成でき、本発明は構造物を支柱で回動可能に
支持すると共に、弾性体を結合して構成すればよく、支
柱の構造や弾性体の取り付け位置等は、構造物を考慮し
て適宜選定するものである。

【００２２】

【発明の効果】請求項１の免震装置は、構造物を支柱で
支持し、支柱又は構造物と縦地盤とを弾性体で結合して
構成してあるので、簡便な構造で免震効果の向上を図る
ことができる。又、請求項２の免震装置は、支柱の周囲
にエネルギー吸収体を充填するか、ダンパーを構造物又
は支柱に取り付ける等のエネルギー吸収機構を付加する
ことによって、更に、免震効果の向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明の基本概念を示す図であり、
（Ｂ）は構造物に免震装置を適用する概念図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｂ）は、支柱と構造物及び地盤との
結合を示す図であり、（Ｃ）〜（Ｆ）は種々の形態の免
震装置の図である。

【図３】構造物に免震装置を備えた立面を示す図であ
る。

【図４】（Ａ）はダンパーによるエネルギー吸収機構を
示す図であり、（Ｂ）はエネルギー吸収体によるエネル
ギー吸収機構を示す図である。

【符号の説明】

Ａ 支柱 Ｄ 弾性体 Ｅ 縦地盤 Ｇ 地盤 Ｈ ヒンジ機構 Ｐ ダンパー Ｙ エネルギー吸収体

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤上に回動可能に立設の支柱によっ
   て、構造物を回動可能に支持すると共に、その支柱又は
   構造物と縦地盤を弾性体で結合してなることを特徴とす
   る免震装置。
2. 【請求項２】 支柱の周囲にエネルギー吸収体を充填す
   るか、ダンパーを構造物又は支柱に取り付けることを特
   徴とする請求項１の免震装置。