JP2005090706A - 免震構造体及び免震構造体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コスト上昇を招かず、免震特性に方向性がなく、しかも設置場所の制限も少ない免震構造体を得る。
【解決手段】 円筒状の積層ゴム本体１１０に一体的に取り付けられるフランジ板１１８は正方形状とされ、角部１３２の近傍にボルト孔１２０が形成される。フランジ板１１８は円形のものと比較して小型化でき、設置場所の制限が少なくなる。積層ゴム本体１１０とフランジ板１１８とがあらかじめ一体化されており、工場などにおいてあらたな工程で組み付ける必要がないので低コストで生産できる。積層ゴム本体１１０の水平断面が円形とされているので、その変形に方向性が生じない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、免震構造体及び免震構造体製造方法に関する。

支持部材に対し、ビルなどの構造物（被支持部材）を免震して支持する免震構造体が知られている。このような免震構造体では、ゴムと金属板とを積層した積層ゴム本体を有しており、この積層ゴム本体が、積層方向両端のフランジ板によって支持部材及び被支持部材に取り付けられる。

積層ゴム体には、積層ゴム本体とフランジ板とが別体とされ、これらを工場などで組み付けるものがあるが、この構成では、組み立てコストが発生し、しかも、複雑な品質管理を行う必要がある。

また、積層ゴム体には、積層ゴム本体を水平断面が略四角形（正方形）の形状としたものがあるが、積層ゴム本体の変形に方向性がでるため、方向が予め特定できない震動（たとえば地震など）には不向きとなる。

これに対し、非特許文献１には、積層ゴム本体を円柱状とし、さらにフランジ板も円形として、これらを一体化した積層ゴム体（免震支承）が示されている。積層ゴム本体の変形に方向性が出ないため、地震などの震動の方向があらかじめ特定できない震動にたいしても、十分な免震効果を発揮できる。しかも、積層ゴム本体とフランジ板とは一体化されており、工場などにおいて新たな工程で組み立てる必要がないので、低コストで生産でき、しかも、複雑な品質管理を行う必要もない。

しかしながら、非特許文献１の構成では、支持部材や被支持部材に取り付けるために、フランジ板の外径を大きくし、積層ゴム本体から出っ張った部分を広く確保する必要がある。したがって、設置場所の広さが限られている場合（たとえば積層ゴム体を後付けする場合や、建物の中間階に取り付ける場合など）では、設置が困難な場合が多かった。
鹿島 都市防災研究会 編著、「都市・建築防災シリーズ４ 制震・免震技術」、鹿島出版会、１９９６年１０月５日、ｐ．１０８−１０９

本発明は上記事実を考慮し、コスト上昇を招かず、免震特性に方向性がなく、しかも設置場所の制限も少ない免震構造体と、この免震構造体を製造する免震構造体製造方法を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、支持部材と被支持部材との間に配置される免震構造体であって、金属板とゴムとを交互に積層し、全体として円柱状又は円筒状に形成された積層ゴム本体と、前記積層ゴム本体の積層方向両端面に一体的に取り付けられ、積層ゴム体よりも径方向外側に張り出す略多角形状のフランジ板と、を有することを特徴とする。

なお、ここでいう「支持部材」とは、被支持部材を直接的に、あるいは本発明の免震構造体や支承などを介して構造物を支持するものであればよく、例えば、一般的な建築物の基礎、土台、地盤等を含む。また、「被支持部材」としては、オフィスビル、病院、集合住宅、美術館、公会堂、学校、庁舎、神社仏閣等を挙げることができ、これらの新築工事若しくは免震改修工事等に、本発明の免震構造体が用いられる。

本発明の免震構造体では、積層ゴム本体が円柱状又は円筒状に形成されているのに対し、フランジ板は略多角形状とされているため、フランジ板の角部と角部の中間部が、円形のフランジ板と比較して、積層ゴム本体に接近する。このため、フランジ板を円形とした場合のような、大きな外径は不要となる。フランジ板が実質的に小型になり、免震構造体としてもコンパクトにできるので、設置場所の制限が少なくなる。

また、積層ゴム本体は円柱状又は円筒状に形成されているので、変形の方向性がない。しかも、フランジ板は積層ゴム本体に対し一体的に取り付けられているので、工場などでの追加工程による取り付けや、複雑な品質管理が不要となり、低コストで生産できる。

なお、上記の「略多角形状」とは、正多角形が含まれるのはもちろんであるが、さらに、各辺の長さが異なる多角形や、特定の辺がわずかに湾曲しているような形状も含まれる。特に請求項２に記載のように、フランジ板を略正方形状とすると、支持部材又は被支持部位への取り付けの確実性と、フランジ板の小型化とを高い次元で両立できる。

支持部材及び被支持部材への取り付けについては、請求項３に記載のように、フランジ板の角部の近傍に取付用のボルト孔を形成しておくと、支持部材及び被支持部部材への取り付けを容易に行うことができる。また、免震構造体にフランジ板を離間させる方向の引張力が作用した場合に、フランジ板を湾曲させることで、積層ゴム本体の伸びを少なくすることが可能になる。特に、請求項４に記載のように、ボルト孔をそれぞれの角部において、積層ゴム本体の中心線と角部とを結ぶ線に対して対称に設けると、積層ゴム体をより確実に支持部材及び被支持部材に取り付けることができる。

請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記積層ゴム本体を貫通し、せん断力を受けて塑性変形する塑性変形部材、を有することを特徴とする。

免震構造体に作用したせん断力によって塑性変形部材が塑性変形するので、より確実にエネルギー吸収できる。

請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の免震構造体を製造する免震構造体製造方法であって、前記積層ゴム本体の積層方向両端面に略多角形状の前記フランジ板を取り付けて加硫一体化することを特徴とする。

したがって、積層ゴム本体の積層方向両端面に略多角形状のフランジ板を取り付けることで、本発明の免震構造体を製造できる。既存の製造設備を利用して、低コストで免震構造体を製造することが可能となる。

本発明は上記構成としたので、コスト上昇を招かず、免震特性に方向性がなく、しかも設置場所の広さが制限されている場合でも対応しやすくなる。

図１には、本発明の一実施形態の免震構造体１０２が示されている。また、図２には、この免震構造体１０２が適用された建築物１０４が示されている。免震構造体１０２は、支持部材の一例である建物基礎１０６と、被支持部材の一例である建築物１０４の底部１０８（あるいはＰＣ板）との間に配置されている。

図１（Ｂ）から分かるように、免震構造体１０２は、複数の内部鋼鈑１１２とゴム板１１４とを鉛直方向に交互に積層して構成された積層ゴム本体１１０を有している。内部鋼鈑１１２とゴム板１１４とは加硫接着により（あるいは接着剤により）強固に張り合わされており、これらが不用意に分離したり位置ズレしたりしないようになっている。そして、積層ゴム本体１１０が水平方向のせん断力を受けると、弾性的にせん断変形する。

したがって、建築物１０４が地震等によって建物基礎１０６に対し水平方向に相対移動（振動）すると、免震構造体１０２が全体として弾性的にせん断変形し、この振動のエネルギーを吸収する。ここで、上記のように、内部鋼鈑１１２とゴム板１１４とを交互に積層したことで、積層方向に荷重が作用しても、積層ゴム本体１１０の圧縮（すなわちゴム板１１４の圧縮）が抑制されている。したがって、ゴム板１１４を十分にせん断変形させてエネルギーを吸収すると共に、復元力を発揮することが可能になっている。

積層ゴム本体１１０はさらに、内部鋼鈑１１２とゴム板１１４の外側端面を周囲から被覆する被覆材１１６を有している。被覆材１１６によって内部鋼鈑１１２及びゴム板１１４に外部から雨や光が作用しなくなり、酸素やオゾン、紫外線などによる劣化が防止される。また、被覆材１１６は、厚さが一定とされており、その強度にばらつきがでないようにされている。なお、被覆材１１６はゴム板１１４と同一の材料によって形成することができる。この場合、ゴム板１１４と被覆材１１６とを別体で形成しておき、後工程で加硫接着等によって一体化させることが可能である。あるいは、被覆材１１６とゴム板１１４とを接着剤等で接着してもよい。

積層ゴム本体１１０の積層方向両端（上端及び下端）には、正方形状のフランジ板１１８が固定されている。フランジ板１１８のそれそれの辺の長さは、積層ゴム本体１１０の径よりも大きくされており、その中心Ｃが、積層ゴム本体１１０の中心と一致するように、積層ゴム本体１１０に取り付けられている。したがって、それぞれのフランジ板１１８の角部１３２の近傍が、平面視にて積層ゴム本体１１０よりも側方へ大きく張り出している。

角部１３２の近傍（積層ゴム本体１１０よりも張り出した部分）には、１または複数のボルト孔１２０が形成されている。本実施形態では、ボルト孔１２０の数を１つの角部１３２あたり３つとし、１つのボルト孔１２０Ｃが、中心Ｃと角部１３２とを結ぶ線分Ｌ１上に形成され、残り２つのボルト孔１２０Ｓが、線分Ｌ１に対し対称な位置に形成されている。建築物１０４の底部１０８及び建物基礎１０６には袋ナット（図示省略）が埋め込まれるとともに、ボルト１２２が突設されている。これらのボルト孔１２０にボルト１２２を挿通し、免震構造体１０２を建物基礎１０６及び底部１０８に取り付けることができる。

積層ゴム本体１１０の中央には、これを貫通するようにプラグ１２４が配設されている（なお、図面ではプラグ１２４を１本のみ示しているが、プラグ１２４は２本以上であってもよい）。プラグ１２４は、せん断力を受けて組成変形する材料（たとえば金属、好ましくは鉛）によって棒状に形成されている。積層ゴム本体１１０がせん断変形すると、プラグ１２４もせん断変形し、エネルギーを吸収する。

フランジ板１１８の中央の孔１１８Ｈには、円盤状のキャップ１３４が溶接されており、プラグ１２４の端面を覆っている。

このような構造とされた本実施形態の免震構造体１０２を既設の建築物１０４に適用する場合には、まず、地盤の一部（免震構造体１０２を配設する場所）を掘削して、配設用の免震ピット１２８を形成し、建物基礎１０６を設ける。そして、建築物１０４のこの免震ピット１２８に設けた建物基礎１０６と、建築物１０４の底部１０８との間に免震構造体１０２を設置し、ボルト１２２をボルト孔１２０に挿通して、免震構造体１０２を建物基礎１０６及び底部１０８に取り付ける。ここで、本実施形態の免震構造体１０２では、水平断面が円形の積層ゴム本体１１０に対し、同じく水平断面が正方形のフランジ板１１８と取り付けてることでフランジ板１１８の角部１３２の近傍にボルト孔１２０を形成することができ、たとえばフランジ板が円形のものと比較して、フランジ板１１８を小型化できる。免震構造体１０２自体も、積層ゴム本体１１０のサイズは不変のまま小型化することができるので、設置場所の制限が少なくなる（たとえば、既設の建築物１０４に適用する場合や、中間階を免震化する場合にも従来は適用不能であったものが、本実施形態では適用可能となる）。

また、自ずと建物基礎１０６もコンパクトにすることが可能となり、より小さな免震ピット１２８であっても配設でき、作業性に優れる。たとえば、建築物１０４の側方において、建築物１０４と免震ピット１２８との間に生じるクリアランスＤを小さくできる。なお、本実施形態では、建築物１０４に、このクリアランスＤを閉塞する蓋板１３０を取り付けている。蓋板１３０は、建築物１０４が水平方向に最も相対移動した場合でもクリアランスＤを閉塞することができる程度に、地盤と重なっていることが好ましい。

また、本実施形態の免震構造体１０２は、積層ゴム本体１１０とフランジ板１１８とがあらかじめ一体化されているので、これらを工場などで組み付ける工程や、複雑な品質管理が不要となり、低コストで生産できる。

このようにして免震構造体１０２が適用された建築物１０４が、地震等によって、建物基礎１０６に対し水平方向に相対移動（振動）すると、積層ゴム本体１１０がせん断変形（弾性変形）して、この振動のエネルギーの一部を吸収すると共に、復元力を発揮する。また、プラグ１２４がせん断変形（塑性変形）して、振動のエネルギーを吸収する。

ここで、本実施形態では、積層ゴム本体１１０の水平断面が円形とされているので、変形に方向性が生じない。したがって、どのような方向の振動であっても、積層ゴム本体１１０は確実に弾性変形して、このエネルギーを吸収できる。

特に、本実施形態では、一例としてフランジ板１１８を正方形状とし、さらに、フランジ板１１８の４つの角部１３２の近傍においてそれぞれ３つのボルト孔１２０で建築物１０４及び建物基礎１０６に取り付けているので、免震構造体１０２に上下方向の引張力が作用した場合に、この引張力をフランジ板１１８の四隅（角部１３２の近傍）に集中作用させ、積層ゴム本体１１０には作用させにくくすることができる。すなわち、引張力によってフランジ板１１８は四隅が凸状又は凹状に湾曲しやすくなるが、このようにフランジ板１１８が湾曲しやすくなる分、積層ゴム本体１１０のゴム板１１４は伸びにくくなるので、大地震などの際にゴム板１１４の当初の弾性を十分に発揮させることができる。

図３には、本発明の第２実施形態の免震構造体１４２が示されている。この免震構造体１４２では、第１実施形態の免震構造体１０２と比較して、フランジ板１４４の形状が異なっている。すなわち、第２実施形態に係るフランジ板１４４では、略正方形状とされているが、角部１３２に相当する箇所の近傍が、中心Ｃから一定の半径Ｒを有する円弧状に形成されている（したがって、第２実施形態では、角部１３２自体はないが、第１実施形態と同様の角部１３２の近傍は存在している）。また、１つの角部１３２近傍での３つのボルト孔１２０は、１つが線分Ｌ１上に、２つが線分Ｌ１に対し対称とされているが、さらに、すべてのボルト孔１２０が、中心Ｃから一定の半径ｒの円上に形成されている。

なお、図３では、内部にプラグ１２４が配設されていない積層ゴム本体１１０を挙げているが、第１実施形態と同様に、プラグ１２４が配設されていてもよい。

このような構成とされた第２実施形態の免震構造体１４２を製造するには、図３（Ａ）に示すように、従来と同様にフランジ板を円形に形成し（円形のフランジ板を符号１４４Ｒで示す）、積層ゴム本体１１０に接着したのち、円形のフランジ板１４４Ｒを部分的に切断する（図３（Ａ）に網点（微小なドット）を付した略三日月状の４箇所の部分を取り除く）。これにより、第２実施形態の免震構造体１４２の製造に、従来の免震構造体（フランジ板が円形のもの）の製造設備を適用して製造できる。また、あらかじめ三日月状の部分（あるいは角部１３２の近傍部分）を除去して所望の形状としたフランジ板１４４を積層ゴム本体１１０に積層して加硫し一体成形して製造することもできる。

第２実施形態の免震構造体１４２では、第１実施形態の免震構造体１０２と同様の作用を奏するが、さらに、この免震構造体１４２では、図３（Ａ）から分かるように、円形のフランジ板１１８Ｒと比較して、網点を付した部分が無く、さらに、第１実施形態と比較して、角部１３２の近傍部分も、その一部が無いため、フランジ板１４４の剛性が低くなっている。免震構造体１４２に引張力が作用した場合にフランジ板１４４をより大きく湾曲させることができ、積層ゴム本体１１０の伸びを少なくすることができる。

図４（Ａ）及び（Ｂ）には、本発明の第３実施形態の免震構造体１５２が示されているこの第３実施形態の免震構造体１５２では、第２実施形態の免震構造体１４２と略同一構成とされているが、ボルト孔１２０の位置が異なっている。すなわち、１つの角部１３２の近傍において、１つのボルト孔１２０を線分Ｌ１上に、２つのボルト孔１２０Ｓを線分Ｌ１に対し対称に配置している点は第２実施形態と同様であるが、さらに、これら３つのボルト孔１２０を、線分Ｌ１に直交する直線Ｌ２上に配置している。これにより、２つのボルト孔１２０Ｓは、図３と比較して、中心Ｃから遠い位置に形成されていることになる。

したがって、図４に示す第２実施形態の変形例では、免震構造体１４２に作用した引張力でフランジ板１４４が湾曲しようとして、ボルト孔１２０のそれぞれに一定のモーメントが作用した場合に、ボルト孔１２０Ｓに作用する力を、ボルト孔１２０Ｃに作用する力よりも小さくできる（ボルト孔１２０Ｓはボルト孔１２０Ｃよりも中心Ｃからの距離が長い分、同一のモーメントに対して、力は小さくなる）ので、好ましい。もちろん、かかる観点からは、３つのボルト孔１２０が一直線上に形成されている必要はなく、要するに、ボルト孔１２０Ｓがボルト孔１２０Ｃよりも中心Ｃから遠い位置に形成されていればよい。

以上の説明からわかるように、図３及び図４に示す構成では、免震構造体１４２、１５２に対して建物基礎１０６を小さくでき、全体として小型化を図ることが可能である。しかしながら、免震構造体の具体的な配設は、これらに限定されず、たとえば、図５に示すようにしてもよい。

図５には、本発明において、免震構造体を配設するときの具体的な配設方向が、建物基礎１０６内の配筋１３６との関係において示されている。すなわち、建物基礎１０６内には、一般に、平面視にて格子状に配筋１３６が配置されている。この配筋１３６の方向に対し、それぞれの角部１３２近傍でのボルト孔１２０の配列方向が一致するように、免震構造体１４２に向きが決められている（実質的に、図３に示した構成に対し、免震構造体１４２が４５度回転している）。このように免震構造体１４２を配置することで、図３や図４に示したものと比較して、免震構造体１４２に対し建物基礎１０６が大型になることがあるが、免震構造体１４２の位置がわずかにずれた場合の、ボルト１２２と配筋１３６との接触や干渉を防止することができる。

したがって、設置のコンパクト性を高めるためには、図３及び図４に示す配設方向が好ましく、配筋１３６との接触や干渉を防止するためには、図５に示す配設方向が好ましい。

なお、図５では、第２実施形態の免震構造体１４２を例に挙げているが、第３実施形態の免震構造体１５２であってもよい。

なお、上記説明では、既設の建築物１０４に免震構造体を適用した例を挙げたが、これに限らず、たとえば建築物の新築時に本発明の免震構造体を適用することも、もちろん可能である。

また、免震構造体１４２と、建築物１０４の底部１０８や建物基礎１０６との間に、図示しないベースプレートを介在させてもよい。

本発明の第１実施形態の免震構造体を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図である。 本発明の第１実施形態の免震構造体が適用された建築物を概略的に示す正面図である。 本発明の第２実施形態の免震構造体を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。本発明の第１実施形態の弾性すべり支承を示す部分的に拡大して示す断面図である。 本発明の第３実施形態の免震構造体を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＩＶ−ＩＶ線断面図である。 本発明の免震構造体の、図３とは異なる適用例を示す平面図である。

符号の説明

１０２ 免震構造体
１０４ 建築物
１０６ 建物基礎
１０８ 底部
１１０ 積層ゴム本体
１１２ 内部鋼鈑
１１４ ゴム板
１１６ 被覆材
１１８ フランジ板
１２０ ボルト孔
１２０Ｃ ボルト孔
１２０Ｓ ボルト孔
１２２ ボルト
１２４ プラグ
１２８ 免震ピット
１３０ 蓋板
１３２ 角部
１４２ 免震構造体
１４４ フランジ板
Ｃ 中心

Claims (6)

1. 支持部材と被支持部材との間に配置される免震構造体であって、
   金属板とゴムとを交互に積層し、全体として円柱状又は円筒状に形成された積層ゴム本体と、
   前記積層ゴム本体の積層方向両端面に一体的に取り付けられ、積層ゴム体よりも径方向外側に張り出す略多角形状のフランジ板と、
   を有することを特徴とする免震構造体。
2. 前記フランジ板が略正方形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体。
3. 前記フランジ板の角部の近傍に、支持部材又は被支持部材への取付用のボルト孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の免震構造体。
4. 前記ボルト孔が、前記積層ゴム本体の中心線と前記角部とを結ぶ線に対して対称に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の免震構造体。
5. 前記積層ゴム本体を貫通し、せん断力を受けて塑性変形する塑性変形部材、を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の免震構造体。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の免震構造体を製造する免震構造体製造方法であって、
   前記積層ゴム本体の積層方向両端面に略多角形状の前記フランジ板を取り付けて加硫一体化することを特徴とする免震構造体製造方法。

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