JP2003166364A - 免震性能に方向性を有する構造物の免震方法及び免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震・風の両荷重に対して合理的な構造物の
免震方法及び免震装置を提供する。 【解決手段】 構造物が、高い免震性能を必要とする方
向Ｘと、高い免震性能を必要としない方向Ｙとを有する
場合に、前記Ｘ方向には摩擦係数の小さい転がり支承又
は滑り支承を同方向にのみ免震性能を発揮する構成で設
置し、前記Ｙ方向には摩擦係数の大きい転がり支承又は
滑り支承などを同方向に免震性能を発揮する構成で設置
して、免震装置の免震性能に方向性を持たせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地震・風の両荷
重に対して合理的な構造物の免震方法及び免震装置の技
術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】現在、構造物の免震、制振技術はかなり
高いレベルにまで開発が進み、広く実施されてそれなり
の実効性を発揮している。

【０００３】ところで、構造物は、耐震要素の配置によ
って剛性に極端な方向性が発生することがある。また、
構造物の形状効果として、風荷重に大小の差を生ずる方
向性が発生する。或いは構造物が建設された場所（立地
条件、地盤の条件）などによっても必要とされる免震性
能に方向性を有するのが通例である。その他、中間層に
免震装置が設置される場合には、下部構造の構造特性如
何では上部構造への地震入力に方向性を有する場合があ
る。

【０００４】例えば図１及び図２に示した様な集合住宅
に多く見られる建物１の場合は、耐力壁２などの耐震要
素が多数平行に配置されたＹ方向の水平剛性は充分大き
いから、さほどに高い免震性能を必要としない。しか
し、前記耐力壁２が面外方向へ縦列に配置されているだ
けのＸ方向の水平剛性は低いから、高い免震性能を必要
とする。柱、梁、壁などの構造部材の配置や断面の大き
さを変えることによって剛性が変化し、建物の水平剛性
に方向性が発生することは当業技術者に良く知られた事
実である。

【０００５】図１及び図２の様な集合住宅建物１は、各
住戸の南北面には開口を配置し、戸境となる南北方向に
耐力壁２などの耐震要素を配置するので、２方向の水平
剛性が典型的に異なる例である。また、図１及び図２の
様な建物１は、受風面積（見付面積）が大きいＹ方向に
は大きな風荷重を受けるが、逆に受風面積が小さいＸ方
向の面が受ける風荷重は小さいので、風荷重対策（風揺
れの防止による居住性の向上）にも工夫を要する。

【０００６】構造物が建設された場所の近傍に活断層な
どが存在すると、地震動に方向性が発生することも良く
知られた事実である。

【０００７】ところが、従来の免震構造物は、上記した
事実があるにも拘わらず、免震装置３の免震性能には方
向性を格別持たせていないのが一般的である。図２Ｂ中
の符号４は基礎盤、５は免震層を指す。

【０００８】従来の免震装置３は免震性能に方向性を持
たないが故に、例えば高層建物または耐震要素の少ない
中・大規模建物など、固有周期が長い構造物を免震する
場合には、免震層を一層超長周期化するために非常に小
さな摩擦係数の転がり支承又は滑り支承による免震装置
を使用する。たしかに地震時には小さい摩擦係数の支承
は有効的である。しかし、暴風などの大きな風荷重を受
けた場合には、前記非常に小さな摩擦係数の転がり支承
又は滑り支承には大きな移動（変位）を生ずる可能性が
有り、不利である。即ち、免震性能が過剰となった方向
に免震層の必要クリアランスが過大となったりして免震
装置のコストアップの原因となる。更に、過剰な免震性
能の免震装置を使用したが為に、暴風時などに非常に小
さな摩擦係数の転がり支承又は滑り支承が動き出すこと
を防止するストッパを余分に設置する必要が往々生ず
る。或いは建物の居住性を確保する為には、一定大きさ
の風荷重までは免震層の転がり支承又は滑り支承がふら
ふら動かない（揺れない）ようにするトリガ機能を設け
ることも必要である。

【０００９】ここで従来公知の転がり支承又は滑り支承
の代表例について説明する。 （１）特開２０００−３５０８１号公報に開示された
「免震案内構造および免震構造」は、直交する２方向に
ボールベアリング構造による小さな摩擦係数で支承する
免震案内装置を使用したことが特徴である。但し、一方
の軌道は直線形状とするが、他方の軌道は凹面状に湾曲
した形状であり、振動の減衰を促すものと説明されてい
る。そして、建造物において、特に免震が必要な方向に
湾曲した軌道を一致させて設置することにより振動減衰
効果を得ると説明されている。 （２）特開２０００−３４５７３４号公報に開示された
「免震建物」は、特に戸建て住宅等に実施されるもの
で、上部構造体の柱脚直下の位置に直交レール式の免震
アイソレータを設置し、柱脚間の中間位置には積層ゴム
を設置して、柱脚軸力を直交レール式の免震アイソレー
タに支持させ、水平変位時の振動減衰と復元力とを積層
ゴムに期待する構成が説明されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の免震技術は、構造物（上部構造体）に、耐震要素の配
置によって剛性に極端な方向性が発生するほか、構造物
の形状効果として風荷重に大小の方向性が発生し、或い
は構造物が建設された場所（立地条件、地盤の条件）な
どによっても免震性能に方向性が発生するにもかかわら
ず、免震装置の免震性能に方向性を格別持たせていない
ため、免震性能が過剰になる方向が発生するなど、かえ
って不合理で、不経済な構成となり、建築計画に問題を
生ずる欠点が認められる。

【００１１】よって、本発明の目的は、構造物に往々発
生する免震性能の方向性および風荷重の大小差などの方
向性を見極め、前記免震性能の方向性に応じて免震装置
の免震性能を適合させ、もって地震荷重と風荷重の双方
に対して適切に有効に働き、過剰な免震性能を排除して
免震装置のコストアップを防ぎ、ひいては免震層のクリ
アランスを一定以内に納め、ストッパなどの余計な装備
を無用とし、構造物の居住性を良好に保てるように改良
した、免震性能に方向性を有する構造物の免震方法及び
免震装置を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ための手段として、請求項１に記載した発明に係る免震
性能に方向性を有する構造物の免震方法は、構造物が、
高い免震性能を必要とする方向Ｘと、高い免震性能を必
要としない方向Ｙとを有する場合に、前記Ｘ方向には摩
擦係数の小さい転がり支承又は滑り支承を同方向にのみ
免震性能を発揮する構成で設置し、前記Ｙ方向には摩擦
係数の大きい転がり支承又は滑り支承などを同方向に免
震性能を発揮する構成で設置して、免震装置の免震性能
に方向性を持たせることを特徴とする。

【００１３】請求項２に記載した発明に係る免震性能に
方向性を有する構造物の免震装置は、高い免震性能を必
要とする方向Ｘと、高い免震性能を必要としない方向Ｙ
とを有する構造物の免震装置として、摩擦係数が小さい
転がり支承又は滑り支承が前記Ｘ方向にのみ免震性能を
発揮する構成で設置され、摩擦係数が大きい転がり支承
又は滑り支承が前記Ｙ方向に免震機能を発揮する構成で
設置され、免震性能に方向性が付与されていることを特
徴とする。

【００１４】請求項３に記載した発明は、請求項２に記
載した免震性能に方向性を有する構造物の免震装置にお
いて、摩擦係数が大きい転がり支承又は滑り支承に代え
て水平剛性が大きい積層ゴム支承が使用されていること
を特徴とする。

【００１５】請求項４に記載した発明は、請求項２又は
３に記載した免震性能に方向性を有する構造物の免震装
置において、摩擦係数が大きい転がり支承又は滑り支承
に代えて水平剛性が大きい積層ゴム支承が使用されてい
ると共に、同積層ゴム支承を平面的に見た場合の直角２
軸方向の中の１軸方向に、正反対方向に等しい大きさで
引っ張るか又は圧縮するコイルバネの様な弾性体を設置
した支承が使用され、弾性体を設置しない方向が摩擦係
数が小さい転がり支承又は滑り支承に代用されることを
特徴とする。

【００１６】

【発明の実施形態および実施例】次に、請求項１及び２
〜４に記載した発明の実施形態を図面に基いて説明す
る。例えば図１及び図２に示した建物１について既述し
たように、耐力壁２などの耐震要素が多数平行に配置さ
れたＹ方向の水平剛性は十分に大きく、さほどに高い免
震性能を必要としないが、前記耐力壁２が面外方向へ縦
列に配置されているＸ方向の水平剛性は低く、高い免震
性能を必要とする。そして、当該建物１は、受風面積
（見付面積）が大きいＹ方向に大きな風荷重を受け、逆
に受風面積が小さいＸ方向の風荷重は小さいという条件
が明確である。そこで、前記の条件を前提に、当該建物
１の免震方法及び免震装置３は、次のように構成し実施
される。

【００１７】その基本的な考え方として、前記建物１の
Ｘ方向には摩擦係数が小さい転がり支承又は滑り支承を
同方向にのみ高い免震性能を発揮する構成で設置し，Ｘ
方向の超長周期化を図る。このＸ方向の風荷重は比較的
小さいので、前記のように摩擦係数の小さい転がり支承
又は滑り支承を設置した場合でも、小さな摩擦力で風荷
重によるふらつきを防止することが可能である。

【００１８】一方、Ｙ方向には摩擦係数の大きい転がり
支承又は滑り支承を同方向に免震性能を発揮する構成で
設置し、建物１の水平剛性に依存した耐震性能を発揮さ
せる。このＹ方向に建物１が受ける風荷重は比較的大き
いので、前記のように摩擦係数が大きい転がり支承又は
滑り支承の摩擦力がトリガーとして作用することにな
り、風荷重によるふらつきを防止するほか、免震層の必
要クリアランスが過大になることを防止するのである
（以上、請求項１記載の発明）。

【００１９】更に具体的に、上記した免震性能を有する
免震装置３の構成について説明を進める。

【００２０】先ず図３〜図５は、複数の摩擦係数が異な
る滑り支承を上下直列に複合化して免震性能を異ならせ
た免震装置３の実施例を示している。

【００２１】図３に示した免震装置３は、平面構造で摩
擦係数が大きい滑り支承１０と、図４Ｂを参照して明ら
かなように凹凸面を相互に噛み合わせて建物のＸ方向に
のみ滑る構造に拘束した、摩擦係数が小さい滑り支承１
１とを上下直列に複合化して構成されている。

【００２２】上記の構成によれば、建物の水平剛性が小
さいＸ方向には上下二つの滑り支承１０と１１が共に滑
り得る。しかし、摩擦係数が小さい滑り支承１１が先行
して軽く滑るので、方向性を発揮し、同方向に高い免震
性能を発揮する。建物の水平剛性が大きいＹ方向には滑
り支承１１が滑ることは不可能であり、摩擦係数が大き
い滑り支承１０のみが滑り、方向性を発揮すると共に、
同方向に免震性能を発揮する。そして、この滑り支承１
０は、大きな摩擦力で風荷重に対するトリガー機能を発
揮するから、風荷重による揺れを一定限度まで防止して
居住性の向上に寄与するほか、免震層５に過大な免震ク
リアランスが必要となることを防止する。

【００２３】なお、滑り支承１０と１１の摩擦係数の大
小は、周知のように、使用する材質に固有の摩擦係数を
利用するほか、滑り面の仕上げ度、潤滑剤の有無ないし
適否などによって決定される。以下に説明する各滑り支
承についても同様である。

【００２４】図４Ａ、Ｂに示した免震装置３は、凹凸面
を相互に噛み合わせて一方向にのみ滑る構造に拘束し
た、摩擦係数が大小に異なる二つの滑り支承１３と１４
を上下直列に複合化して構成されている。摩擦係数が小
さい上方の滑り支承１３は、建物１の水平剛性が小さい
Ｘ方向にのみ軽く滑り高い免震性能を発揮するように設
置される。摩擦係数が大きい下方の滑り支承１４は、建
物の水平剛性が大きいＹ方向にのみ滑り免震性能を発揮
するように設置される。この滑り支承１４は、大きな摩
擦力で風荷重に対するトリガー機能を発揮する。

【００２５】図４の免震装置３の場合、上下二つの滑り
支承１３と１４がなす平面交差角度は直角に限らない。
建物１の免震性能の方向性及び風荷重の大きさと方向性
などの条件に応じて任意の角度に構成して設置すること
が出来る。

【００２６】図５に示した免震装置３は、共に平面構造
である上下二つの滑り支承１５と１６を上下直列に複合
化した構成である。但し、摩擦係数が小さい下方の滑り
支承１６は、建物１の水平剛性が小さいＸ方向にのみ軽
く滑るようにガイドストッパ１７によって両側を拘束さ
れており、Ｘ方向と一致する向きに設置されている。

【００２７】なお、上記した図３〜図５の各実施例は、
上下直列の関係にある二つの滑り支承を上下逆の関係で
構成しても、同様な作用効果を得ることができる。

【００２８】次に、図６〜図８は、滑り支承又は転がり
支承と積層ゴム支承２０とを上下直列に複合化した構成
の免震装置３の実施例を示している（請求項３に記載し
た発明）。

【００２９】先ず図６の免震装置３は、凹凸面を相互に
噛み合わせて一方向にのみ滑る構造とした、摩擦係数が
小さい滑り支承１４と、水平剛性が大きく水平変位の抵
抗が比較的大きい積層ゴム支承２０とを上下直列に複合
化して構成されている。

【００３０】滑り支承１４は、建物の水平剛性が小さい
Ｘ方向にのみ滑り、高い免震性能を発揮するように設置
される。一方、水平変位の抵抗が比較的大きい積層ゴム
支承２０は、主として建物の水平剛性が大きいＹ方向に
のみ変形して免震性能を発揮する。Ｘ方向には滑り支承
１４が先行して軽く滑るからである。積層ゴム支承２０
は、Ｙ方向には大きな抵抗力によって風荷重に対するト
リガー機能を発揮する。滑り支承１４は、凹凸の噛み合
い効果によりＹ方向には決して滑らない。

【００３１】図７の免震装置３は、平面構造の滑り支承
１６の両側をガイドストッパ１７によって拘束し、Ｘ方
向にのみ滑って免震性能を発揮する構成としたものと、
水平剛性が大きく水平変位の抵抗が大きい積層ゴム支承
２０とを上下直列に複合化して構成されている。

【００３２】この免震装置３の場合、滑り支承１６は摩
擦係数が小さいので、建物の水平剛性が小さいＸ方向に
のみ軽く滑り、高い免震性能を発揮するように設置され
る。一方、水平変位の抵抗が大きい積層ゴム支承２０
は、建物の水平剛性が大きいＹ方向にのみ変形して免震
性能を発揮するが、その抵抗力が大きい故に風荷重に対
するトリガー機能を発揮する。滑り支承１６は、ガイド
ストッパ１７の働きによりＹ方向には決して滑らないか
らである。

【００３３】更に図８の免震装置３は、ベアリングロー
ラにより小さい抵抗でＸ方向にのみ転がり移動する転が
り支承２１と、水平剛性が大きく水平変位の抵抗が大き
い積層ゴム支承２０とを上下直列に複合化して構成され
ている。

【００３４】したがって、転がり支承２１は、建物の水
平剛性が小さいＸ方向にのみ軽く滑り、高い免震性能を
発揮する向きに設置される。一方、水平抵抗が大きい積
層ゴム支承２０は、主として建物の水平剛性が大きいＹ
方向に変形して免震性能を発揮する。そして、その大き
な抵抗力が風荷重に対するトリガー機能を発揮する。

【００３５】次に、図９Ａ、Ｂに示した免震装置３は、
ベアリングローラにより小さい抵抗で転がり移動する転
がり支承２１と、摩擦係数が大きい平面構造の滑り支承
１５とを上下直列に複合化して構成されている。

【００３６】転がり支承２１は、規制された軌道上を建
物の水平剛性が小さいＸ方向にのみ軽く滑り、高い免震
性能を発揮するように設置される。一方、摩擦係数が大
きい滑り支承１５は、その両側をガイドストッパ１７に
より拘束されており、建物の水平剛性が大きいＹ方向に
のみ滑り免震性能を発揮するように設置される。この滑
り支承１５は、その大きな摩擦抵抗力が風荷重に対する
トリガー機能を発揮することになる。

【００３７】図１０Ａ、Ｂに示した免震装置３は、図９
の実施例とは異なり、下方の滑り支承１４が凹凸面を相
互に噛み合わせてＹ方向にのみ滑る構成とされている。

【００３８】なお、具体的に図示することは省略した
が、積層ゴム支承２０を平面的に見て直交する２軸方向
の中の１方向に、積層ゴム支承２０を正反対方向に引っ
張るか又は圧縮する配置でコイルバネのような弾性体を
設置し、前記２軸方向の水平剛性（水平変位の抵抗力）
に大小差を設定した支承も、上記した各実施例と同様に
免震装置３として使用することができる（請求項４に記
載した発明）。この場合、弾性体は構造物を原位置へ戻
す復元機構の働きもする。

【００３９】以上に、種々な実施例を挙げて説明した免
震装置３を、一例として図１，図２に示した建物１のよ
うに、高い免震性能を必要とする方向Ｘと、高い免震性
能を必要としない方向Ｙとを有する構造物の免震化に好
適に使用することができる。

【００４０】即ち、摩擦係数が小さい転がり支承２１又
は滑り支承１４又は１６などが前記Ｘ方向にのみ免震性
能を発揮する向きに設置され、摩擦係数が大きい転がり
支承又は滑り支承１５などが前記Ｙ方向に免震機能を発
揮するように設置され、免震性能に方向性が付与される
（請求項２に記載した発明）。

【００４１】なお、具体的に図示することを省略した
が、上記の免震建物１については、高い免震性能を必要
とする方向Ｘと、高い免震性能を必要としない方向Ｙの
いずれにも、建物１を原位置へ戻す復元機構、及び建物
の振動を減衰する減衰機構（ダンパー）を設置すること
は勿論である。復元機構には通例積層ゴムが多用されて
いるが、建物の規模によっては油圧シリンダなども使用
される。但し、積層ゴム支承２０を使用し、積層ゴム支
承２０が水平変形する方向については、周知の通り、積
層ゴム支承自体に復元作用が有るので、同方向に復元機
構を別途設置することは必ずしも必要ではない。

【００４２】図１１は、構造物の中間層に免震層５が設
けられ、上部構造体３０又は下部構造体３１のいずれか
一方、又は双方の水平剛性に方向性がある場合にも、上
記の免震装置３を使用して合理的に免震化出来ることを
説明している。

【００４３】

【発明が奏する効果】請求項１の発明に係る免震性能に
方向性を有する構造物の免震方法、及び請求項２〜４記
載の発明に係る免震性能に方向性を有する構造物の免震
装置によれば、構造物に往々発生する免震性能の方向性
および風荷重の大小差などの方向性を見極めて、その免
震性能の方向性などに応じて免震装置の免震性能を適合
させることが可能である。そうすることによって、免震
装置が各方向に必要なだけの免震性能を発揮し、且つ地
震荷重と風荷重の双方に対して適切に有効に働き、過剰
な免震性能を排除して免震装置のコストアップを防げる
ことは勿論のこと、免震層のクリアランスを一定以内に
納めることができ、ストッパなどの余計な装備を取り付
けることは無用である。そして、構造物の居住性を至極
良好に保てるのであり、構造物の最適な免震化を達成で
きるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】免震性能に方向性を有する構造物の一例である
建物を示した斜視図である。

【図２】Ａは上記建物の水平断面図、Ｂは立面図であ
る。

【図３】免震装置の実施例を示した立面図である。

【図４】ＡとＢは異なる免震装置の例を示した立面図と
分解斜視図である。

【図５】免震装置の実施例を示す立面図である。

【図６】異なる免震装置の実施例を示す立面図である。

【図７】他の免震装置の実施例を示す立面図である。

【図８】異なる免震装置の実施例を示す立面図である。

【図９】ＡとＢは異なる免震装置の例を示した正面図と
側面図である。

【図１０】ＡとＢは異なる免震装置の例を示した正面図
と側面図である。

【図１１】免震性能に方向性を有する構造物の中間層に
免震層がある建物を示した立面図である。

【符号の説明】

１ 建物（構造物） ２１ 転がり支承 １０ 滑り支承（摩擦係数大） １１ 滑り支承（摩擦係数小） １３ 滑り支承（摩擦係数小） １４ 滑り支承（摩擦係数大） １５ 滑り支承（摩擦係数小） １６ 滑り支承（摩擦係数大） ２０ 積層ゴム支承

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｅ０４Ｂ 1/36 Ｅ０４Ｂ 1/36 Ｇ Ｊ Ｌ Ｎ (72)発明者 相沢 覚 千葉県印西市大塚一丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内 (72)発明者 遠山幸太郎 千葉県印西市大塚一丁目５番地１ 株式会 社竹中工務店技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構造物が、高い免震性能を必要とする方向
   Ｘと、高い免震性能を必要としない方向Ｙとを有する場
   合に、 前記Ｘ方向には摩擦係数の小さい転がり支承又は滑り支
   承を同方向にのみ免震性能を発揮する構成で設置し、前
   記Ｙ方向には摩擦係数の大きい転がり支承又は滑り支承
   などを同方向に免震性能を発揮する構成で設置して、免
   震装置の免震性能に方向性を持たせることを特徴とす
   る、免震性能に方向性を有する構造物の免震方法。
2. 【請求項２】高い免震性能を必要とする方向Ｘと、高い
   免震性能を必要としない方向Ｙとを有する構造物の免震
   装置として、 摩擦係数が小さい転がり支承又は滑り支承が前記Ｘ方向
   にのみ免震性能を発揮する構成で設置され、摩擦係数が
   大きい転がり支承又は滑り支承が前記Ｙ方向に免震機能
   を発揮する構成で設置され、免震性能に方向性が付与さ
   れていることを特徴とする、免震性能に方向性を有する
   構造物の免震装置。
3. 【請求項３】摩擦係数が大きい転がり支承又は滑り支承
   に代えて水平剛性が大きい積層ゴム支承が使用されてい
   ることを特徴とする、請求項２に記載した免震性能に方
   向性を有する構造物の免震装置。
4. 【請求項４】摩擦係数が大きい転がり支承又は滑り支承
   に代えて水平剛性が大きい積層ゴム支承が使用されてい
   ると共に、同積層ゴム支承を平面的に見た場合の直角２
   軸方向の中の１軸方向に、正反対方向に等しい大きさで
   引っ張るか又は圧縮するコイルバネの様な弾性体を設置
   した支承が使用され、弾性体を設置しない方向が摩擦係
   数が小さい転がり支承又は滑り支承に代用されることを
   特徴とする、請求項２又は３に記載した免震性能に方向
   性を有する構造物の免震装置。