JP2002188687A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 弾性材料層６と剛性材料層７とが上下方向に
交互に積層された積層部５を備えた免震装置Ａに対し
て、高荷重下において弾性材料層６のせん断ひずみを大
きくしても剛性材料層７の塑性変形を抑制して、より高
性能化を図る。 【解決手段】 積層部５の剛性材料層７のうち該積層部
５の上端部に配置された上端部剛性材料層７ａ及び下端
部に配置された下端部剛性材料層７ｂの上下方向の曲げ
に対する曲げ剛性を、該上端部剛性材料層７ａと下端部
剛性材料層７ｂとの間に配置された中間部剛性材料層７
ｃよりも大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築物等の上部構
造物と基礎との間に設けられ、地震に対する該上部構造
物の揺れを抑えるようにした免震装置に関する技術分野
に属する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、この種の免震装置としては積
層ゴムタイプのものがよく知られており、このものは、
例えば図４に示すように、上部構造物に連結される上板
１０１と、該上板１０１の下側に対向して設けられかつ
基礎に連結される下板１０２とを備えている。この上板
１０１及び下板１０２間には、ゴム状弾性材料等からな
る多数の円形の弾性材料層１０６と鋼板のような剛性を
有する板状材料からなる多数の円形の剛性材料層１０７
とが上下方向において略同心状に交互に積層された積層
部１０５が設けられている。上記弾性材料層１０６及び
剛性材料層１０７は、加硫接着により互いに固定されて
おり、それらの外径は全て同じ値に設定されている。ま
た、剛性材料層１０７を構成する剛性材料は、全て同じ
材料からなり、厚みも全て同じ値に設定されている。上
記積層部１０５の外周側には、該積層部１０５の剛性材
料層１０７の鋼板等が錆びないように被覆部１１０が設
けられている。この積層部１０５の弾性材料層１０６と
被覆部１１０とは、通常、積層部１０５の加硫成形時に
一体に形成されるものである。そして、上記積層部１０
５の弾性材料層１０６及び剛性材料層１０７の鉛直剛性
で上部構造物の荷重を支持し、地震時の横揺れに対して
は、その弾性材料層１０６のせん断変形により水平方向
の変位と力とを吸収するように構成されている。

【０００３】このような積層ゴムタイプの免震装置は構
造が単純であり、しかも、施工前の設計において地震力
の減衰性能を容易に予測することができ、施工作業や施
工後の維持管理も容易であるので、大型集合住宅や病院
等の大型建築物にかなり普及されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年は、上
記のような積層ゴムタイプの免震装置に対する要求性能
が高くなってきており、具体的には、より高い荷重（弾
性材料層１０６及び剛性材料層１０７が受ける面圧とし
ては例えば３０ＭＰａ程度）を支持しつつ水平方向によ
り大きく変位する（各弾性材料層１０６のせん断ひずみ
としては例えば４００％程度）ような性能が要求されて
いる。

【０００５】ところが、上記従来のものでは、高荷重下
において各弾性材料層１０６が水平方向に大きくせん断
変形したときに、積層部１０５において上端部及び下端
部に配置された剛性材料層１０７の周縁部に特に大きな
力が加わって、その剛性材料層１０７の周縁部（鋼板等
の周縁部）が上下方向に曲がる（塑性変形する）という
現象が生じてしまう（図５参照）。この現象は、荷重が
高くなるほど、また水平方向のせん断ひずみが大きくな
るほど、さらにせん断変形の繰り返し回数が多くなるほ
ど顕著になる。また、剛性材料層１０７の曲がり量は、
積層部１０５の上端部においては上側に位置するものほ
ど、下端部においては下側に位置するものほど大きくな
る。このように剛性材料層１０７が曲がると、その剛性
材料層１０７の上側又は下側に隣接する弾性材料層１０
６のゴム等を損傷させ、この損傷部が破壊開始点となっ
てやがては弾性材料層１０６が破壊してしまうという問
題がある。

【０００６】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、上記のように弾性材料
層と剛性材料層とが上下方向に交互に積層された積層部
を備えた免震装置に対して、その構成を改良することに
よって、高荷重下において弾性材料層のせん断ひずみを
大きくしても剛性材料層の塑性変形を抑制して、より高
性能化を図ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、上部構造物に連結される上
板と、該上板の下側に対向して設けられかつ基礎に連結
される下板と、上記上板及び下板間に設けられ、弾性材
料層と剛性材料層とが上下方向に交互に積層された積層
部とを備え、地震に対する上記上部構造物の揺れを抑え
るようにした免震装置を対象として、上記積層部の剛性
材料層のうち該積層部の上端部に配置された上端部剛性
材料層及び下端部に配置された下端部剛性材料層の上下
方向の曲げに対する曲げ剛性を、該上端部剛性材料層と
下端部剛性材料層との間に配置された中間部剛性材料層
よりも大きく設定するようにした。

【０００８】上記の構成により、上端部及び下端部剛性
材料層の上下方向の曲げに対する曲げ剛性が中間部剛性
材料層よりも大きく設定されているので、高荷重下にお
いて弾性材料層が大きくせん断変形しても、上端部及び
下端部剛性材料層の周縁部には塑性変形が殆ど生じず、
その塑性変形に伴う弾性材料層の破壊を防止することが
できる。一方、全ての剛性材料層の曲げ剛性を高くする
のとは異なり、僅かな数の剛性材料層のみに対して縦弾
性係数がより大きい材料にしたり厚みをより大きくした
りするだけで済むので、コストや装置全体の高さには殆
ど影響しない。よって、より高い要求性能を満足できる
免震装置を、従来のものと殆ど同じコスト及び大きさで
製造することができる。

【０００９】請求項２の発明では、請求項１の発明にお
いて、上端部剛性材料層は、最上部から３つ目までの剛
性材料層であり、下端部剛性材料層は、最下部から３つ
目までの剛性材料層であるものとする。

【００１０】このことにより、特に塑性変形が生じ易い
剛性材料層の曲げ剛性を高くしてその塑性変形を有効に
防止することができると共に、曲げ剛性を高くする剛性
材料層の数をかなり少なくすることができる。

【００１１】請求項３の発明では、請求項２の発明にお
いて、上端部及び下端部剛性材料層は、中間部剛性材料
層に対して層厚を大きくすることにより上下方向の曲げ
に対する曲げ剛性が大きく設定されてなるものとする。
こうすることで、上端部及び下端部剛性材料層の曲げ剛
性を容易に大きくすることができる。

【００１２】請求項４の発明では、請求項３の発明にお
いて、上端部及び下端部剛性材料層の層厚が、中間部剛
性材料層の層厚の１．１倍以上に設定されているものと
する。また、請求項５の発明では、請求項４の発明にお
いて、上端部及び下端部剛性材料層の層厚が、弾性材料
層の層厚の１．２倍以上に設定されているものとする。
これらの発明により、上端部及び下端部剛性材料層の層
厚を大きくして曲げ剛性を大きくする場合に、上端部及
び下端部剛性材料層の周縁部の塑性変形を確実に防止す
ることができる。

【００１３】請求項６の発明では、請求項２の発明にお
いて、上端部剛性材料層の上下方向の曲げに対する曲げ
剛性は、上側に位置する剛性材料層ほど大きく設定さ
れ、下端部剛性材料層の上下方向の曲げに対する曲げ剛
性は、下側に位置する剛性材料層ほど大きく設定されて
いるものとする。

【００１４】このことにより、より大きく塑性変形する
剛性材料層ほど層厚が大きくなるので、上端部及び下端
部剛性材料層の周縁部の塑性変形をより効果的に防止す
ることができると共に、装置全体が高くなったり製造コ
ストがアップしたりするのを出来る限り抑えることがで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１及び図２は、本発明の実施形態
に係る免震装置Ａを示し、この免震装置Ａは、周縁部に
設けたボルト挿通孔１ａに挿通されるボルトを介して上
部構造物に連結される上板１と、該上板１の下側に対向
して設けられ、周縁部に設けたボルト挿通孔２ａに挿通
されるボルトを介して基礎に連結される下板２とを備え
ている。

【００１６】上記上板１及び下板２間には、天然ゴムを
主材料としたゴム状弾性材料からなる多数（例えば３０
個程度）の円形の弾性材料層６と剛性材料からなる多数
の円形の剛性材料層７とが上下方向に交互に積層された
積層部５が、上記上部構造物の荷重を支持するように設
けられている。この各剛性材料層７は、具体的には、１
枚の鋼板からなっている。上記弾性材料層６及び剛性材
料層７は、加硫接着により互いに固定されており、それ
らの外径は全て同じ値に設定されている。この積層部５
の上端面部及び下端面部は、共に弾性材料層６で形成さ
れていて、上記上板１及び下板２に対して加硫接着によ
り同心状にそれぞれ固定されている。

【００１７】上記積層部５の外周側には、該積層部５の
弾性材料層６と一体形成されかつ剛性材料層７の外周面
を覆う被覆部１０が設けられ、この被覆部１０により剛
性材料層７を構成する鋼板に錆びが発生するのを防止し
ている。そして、上記被覆部１０の上端面部及び下端面
部は、径方向外側に滑らかに突出して上板１及び下板２
に加硫接着により固定されている。

【００１８】上記積層部５の剛性材料層７のうち該積層
部５の上端部に配置された上端部剛性材料層７ａ及び下
端部に配置された下端部剛性材料層７ｂの層厚（各鋼板
の板厚）は、全て同じ値であって、該上端部剛性材料層
７ａと下端部剛性材料層７ｂとの間に配置された中間部
剛性材料層７ｃよりも大きく設定されている。すなわ
ち、上端部及び下端部剛性材料層７ａ，７ｂは、中間部
剛性材料層７ｃに対して層厚を大きくすることにより、
上下方向の曲げに対する曲げ剛性が大きく設定されてな
る。上記上端部剛性材料層７ａは、この実施形態では、
最上部から３つ目までの剛性材料層７であり、下端部剛
性材料層７ｂは、最下部から３つ目までの剛性材料層７
である。そして、上記上端部及び下端部剛性材料層７
ａ，７ｂの層厚ｔは、中間部剛性材料層７ｃの層厚ｔｓ
の１．１倍以上であることが望ましく、さらには弾性材
料層６の層厚ｔｒの１．２倍以上であることがより望ま
しい。

【００１９】以上の構成からなる免震装置Ａを、建築物
等の上部構造物と基礎との間に設けた場合、積層部５の
弾性材料層６及び剛性材料層７の鉛直剛性で上部構造物
の荷重を支持する一方、地震発生時には弾性材料層６の
せん断変形により水平方向の変位と力とを吸収する。こ
のとき、上端部及び下端部剛性材料層７ａ，７ｂの上下
方向の曲げに対する曲げ剛性が中間部剛性材料層７ｃよ
りも大きく設定されているので、高荷重下において弾性
材料層６が大きくせん断変形しても、上端部及び下端部
剛性材料層７ａ，７ｂの周縁部（各鋼板の周縁部）は上
下方向に曲がり難くなっており、この曲がり（塑性変
形）による弾性材料層６のゴム破壊を防止することがで
きる。一方、全て（３０個程度）の剛性材料層７の曲げ
剛性を高くするのとは異なり、厚みを大きくする鋼板の
数をかなり少なくする（６個）ことができるので、免震
装置Ａ全体が高くなるのを抑えることができると共に、
コストアップも殆ど生じない。よって、免震装置Ａの大
型化やコストアップを招くことなしに、従来のものより
も高い荷重（弾性材料層６及び剛性材料層が受ける面圧
としては例えば３０ＭＰａ程度）を支持しつつ水平方向
により大きく変位する（各弾性材料層６のせん断ひずみ
としては例えば４００％程度）ような要求性能を十分に
満足させることができる。

【００２０】尚、上記実施形態では、上端部及び下端部
剛性材料層７ａ，７ｂの層厚を全て同じにしたが、中間
部剛性材料層７ｃの層厚よりも大きければ、異なってい
てもよい。そして、このように上端部及び下端部剛性材
料層７ａ，７ｂの層厚を異なせる場合には、上端部剛性
材料層７ａにおいては上側に位置する剛性材料層７ほど
大きく塑性変形し易く、下端部剛性材料層７ｂにおいて
は下側に位置する剛性材料層７ほど大きく塑性変形し易
いので、図３に示すように、上端部剛性材料層７ａの層
厚を、上側に位置する剛性材料層７ほど大きく設定し、
下端部剛性材料層７ｂの層厚を、下側に位置する剛性材
料層７ほど大きく設定するのがよい。こうすれば、より
大きく変形する剛性材料層７ほど層厚が大きくなり、上
端部及び下端部剛性材料層７ａ，７ｂの周縁部の塑性変
形をより効果的に防止することができると共に、免震装
置Ａ全体が高くなるのを可及的に抑えることができる。

【００２１】また、上記実施形態では、上端部及び下端
部剛性材料層７ａ，７ｂの上下方向の曲げに対する曲げ
剛性を中間部剛性材料層７ｃよりも大きくするために、
層厚（鋼板の板厚）を大きくするようにしたが、上端部
及び下端部剛性材料層７ａ，７ｂに、例えば縦弾性係数
が鋼板よりも大きい材料のものを用いて曲げ剛性を大き
くするようにしてもよい。このようにしても、上端部及
び下端部剛性材料層７ａ，７ｂの数はかなり少ないの
で、コストアップは殆ど生じない。さらに、上端部及び
下端部剛性材料層７ａ，７ｂの層厚を大きくする場合に
は、複数の鋼板（中間部剛性材料層７ｃの鋼板の板厚と
同じものであっても異なるものであってもよい）を重ね
合わせるようにしてもよい。

【００２２】加えて、上記実施形態では、上端部剛性材
料層７ａを最上部から３つ目までの剛性材料層７とし、
下端部剛性材料層７ｂを最下部から３つ目までの剛性材
料層７としたが、これに限らず、上端部剛性材料層７ａ
を最上部から所定数番目までの剛性材料層７とし、下端
部剛性材料層７ｂを最下部から所定数番目までの剛性材
料層７としてもよい。この場合、免震装置Ａの高さや製
造コストと免震性能とを比較考慮して上記所定数を決め
ればよいが、特に塑性変形が生じ易い剛性材料層７は、
最上部及び最下部からそれぞれ３つ目までのものである
ので、上記実施形態のように上記所定数を３とするのが
最もよい。また、上端部及び下端部剛性材料層７ａ，７
ｂを、最も塑性変形が大きい最上部及び最下部の剛性材
料層７のみとしても、より高い要求性能を十分に満足さ
せることができる。

【００２３】

【実施例】次に、具体的に実施した実施例について説明
する。先ず、上記実施形態と同様の免震装置を作製した
（実施例）。このとき、積層部の弾性材料層は、天然ゴ
ムを主材料としたゴム状弾性材料（静的せん断弾性率
（ＪＩＳ Ｋ ６３８６に示されているように、２５％
伸張応力を１．６３９倍して、小数点以下１けたに丸め
たもの）が０．４ＭＰａのもの）で構成し、その各層厚
は２ｍｍとして、全部で２８層の弾性材料層を形成し
た。また、剛性材料層は、全て外径３００ｍｍの円形状
鋼板（ＪＩＳ Ｇ ３１０１に規定されているＳＳ ４
００）で構成し、全部で２７層の剛性材料層を形成し
た。そして、最上部から３つ目までの剛性材料層（上端
部剛性材料層）及び最下部から３つ目までの剛性材料層
（下端部剛性材料層）の層厚（鋼板の板厚）を４．３ｍ
ｍとし、その他の剛性材料層（中間部剛性材料層）の層
厚（鋼板の板厚）を２．２ｍｍとした。したがって、こ
の実施例の積層部の高さは１２８ｍｍとなる。尚、上板
及び下板には、外径４５０ｍｍ、厚さ１５ｍｍの鋼板を
用いた。また、積層部の外径は３１５ｍｍとした。

【００２４】一方、比較のために、剛性材料層全ての層
厚を２．２ｍｍとしたものでその他は上記実施例と同じ
ものを作製した（比較例）。したがって、この比較例の
積層部の高さは１１５．４ｍｍとなる。

【００２５】上記実施例及び比較例の各免震装置に対し
て繰り返し水平変形させた後の鋼板の曲がり状態を調べ
た。すなわち、面圧２９．４ＭＰａ相当の鉛直荷重をか
けた状態で、上板を下板に対して左右水平方向に所定サ
イクル相対移動させ、このときの弾性材料層の最大せん
断ひずみが±４００％となるようにした。

【００２６】上記試験の結果、上記比較例のものでは、
弾性材料層の破断は生じなかったものの、最上部及び最
下部からそれぞれ２つ目までの剛性材料層の鋼板が顕著
に曲がっており、この剛性材料層に隣接する弾性材料層
のゴムを削り取って外側方向に押し出していた。

【００２７】これに対し、上記実施例のものでは、いず
れの剛性材料層の鋼板にも曲がり現象は見られず、試験
前と略同じ状態を維持していた。したがって、最上部及
び最下部からそれぞれ３つ目までの剛性材料層の鋼板の
板厚を、他の剛性材料層よりも大きくするだけで、高荷
重下において水平変形を大きくしても剛性材料層の塑性
変形を十分に抑制できることが判る。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の免震装置
によると、積層部の剛性材料層のうち該積層部の上端部
に配置された上端部剛性材料層及び下端部に配置された
下端部剛性材料層の上下方向の曲げに対する曲げ剛性
を、該上端部剛性材料層と下端部剛性材料層との間に配
置された中間部剛性材料層よりも大きくしたので、より
高い要求性能を満足できる免震装置を、従来のものと殆
ど同じコスト及び大きさで製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る免震装置を示す断面図
である。

【図２】図１の免震装置における積層部の周縁部の下板
近傍部を示す部分断面図である。

【図３】実施形態の変形例を示す図２相当図である。

【図４】免震装置の従来例を示す断面図である。

【図５】図４の従来の免震装置における積層部の剛性材
料層の周縁部の曲がり状態を示す部分拡大断面図であ
る。

【符号の説明】

Ａ 免震装置 １ 上板 ２ 下板 ５ 積層部 ６ 弾性材料層 ７ 剛性材料層 ７ａ 上端部剛性材料層 ７ｂ 下端部剛性材料層 ７ｃ 中間部剛性材料層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部構造物に連結される上板と、該上板
   の下側に対向して設けられかつ基礎に連結される下板
   と、上記上板及び下板間に設けられ、多数の弾性材料層
   と剛性材料層とが上下方向に交互に積層された積層部と
   を備え、地震に対する上記上部構造物の揺れを抑えるよ
   うにした免震装置であって、 上記積層部の剛性材料層のうち該積層部の上端部に配置
   された上端部剛性材料層及び下端部に配置された下端部
   剛性材料層の上下方向の曲げに対する曲げ剛性が、該上
   端部剛性材料層と下端部剛性材料層との間に配置された
   中間部剛性材料層よりも大きく設定されていることを特
   徴とする免震装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の免震装置において、 上端部剛性材料層は、最上部から３つ目までの剛性材料
   層であり、 下端部剛性材料層は、最下部から３つ目までの剛性材料
   層であることを特徴とする免震装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の免震装置において、 上端部及び下端部剛性材料層は、中間部剛性材料層に対
   して層厚を大きくすることにより上下方向の曲げに対す
   る曲げ剛性が大きく設定されてなることを特徴とする免
   震装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の免震装置において、 上端部及び下端部剛性材料層の層厚が、中間部剛性材料
   層の層厚の１．１倍以上に設定されていることを特徴と
   する免震装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の免震装置において、 上端部及び下端部剛性材料層の層厚が、弾性材料層の層
   厚の１．２倍以上に設定されていることを特徴とする免
   震装置。
6. 【請求項６】 請求項２記載の免震装置において、 上端部剛性材料層の上下方向の曲げに対する曲げ剛性
   は、上側に位置する剛性材料層ほど大きく設定され、 下端部剛性材料層の上下方向の曲げに対する曲げ剛性
   は、下側に位置する剛性材料層ほど大きく設定されてい
   ることを特徴とする免震装置。