JP2005273353A - 復帰機構付き免震基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】拘束梁によって転倒を防止した低摩擦免震装置において、有効性のある復帰機構を提供する。
【解決手段】基礎Ｂに連動する基台６上に水平方向に移動可能に上部構造Ｇの荷重を支持する可動台９が載置され、該基台の上面には内周面が傾斜面をなし底面が平坦面を保持する広がり面を有する鍋状凹部６が形成され、該鍋状凹部に小球状の多数の転動子４８が密実に一層を保って充填され、前記可動台は該転動子上に移動域を存して載置される。更に、基台６と可動台９との間に球面凹部３０を有する反力体とロックピンとの押圧当接による球面作用をもって復帰する復帰機構３が配される。復帰機構３は地震時に無負荷状態を採る。
【選択図】図１

Description

この発明は、上部構造と下部構造との間に介装され、上部構造の荷重を支持するとともに地震動等の強制振動に対して上部構造の揺れを低減し免震する基礎構造いわゆる免震基礎構造に関し、更に詳しくは、建造物、機械又は床構造等の上部構造に適用され、該上部構造を支持するとともに地震時における振動を吸収する機能を果たす免震基礎構造に関する。

免震基礎構造に使用される免震支持装置として、現在一般に、ゴム板と鋼薄板とを交互に積層してなる積層ゴム体を主体とし、適宜該積層ゴム体に鉛プラグの封入される積層ゴム支承が採用されているが、このものは比較的大きな載荷能力を発揮し、弾性復帰作用を有する利点があるものの、上部構造の変位に追従して一体的にせん断変形を受けるので、支持面積が変化し、不安定性を免れない。また、ゴム弾性に依存するので、地震動に対する敏感な応答性が得られない。
一方、すべり或いは転がり機能を有する免震支持装置では、地震動に対する敏感な応答性が得られるが、その移動に伴う敏感性から構造物に不安定性をもたらし、上部構造の転倒モーメントを受け易いという欠点がある。

そこで、本発明者は先に、特願２００２−１９７４９１（以下「先行技術」という）において、従来の免震基礎構造の欠点を解消する新規な免震基礎技術（装置及び方法）を提案した。
すなわち、該先行技術における免震支持装置は、次の構成を採る。
「基礎又は地盤等の下部構造に連動する基台系と、該基台系に水平移動を許容して設置される可動台系とからなり、建造物、機械又は床構造等の上部構造が前記可動台系に直接もしくは該可動台系に載置される支持台系を介して連動する免震支持装置において、
前記基台系は、剛性体の基台と、前記基台に対称を保って立設される少なくとも２本の柱部材と、前記柱部材の上部において該柱部材間に剛性を保って架け渡される拘束梁とからなり、
前記可動台系は、前記基台の上面にすべり面を介してすべり可能に剛性体の可動台が載置され、該可動台には前記柱部材をすべり方向に移動間隙を存して受け入れる拘束孔が開設され、かつ該可動台の上面は前記拘束梁との当接によってすべり方向への移動のみが許容されて拘束され、
前記柱部材と可動台との間にはばね材を主体とする復帰機構が介装されてなる、ことを特徴とする。」
また、該先行技術における免震支持方法は、次の構成を採る。
「基礎又は地盤等の下部構造に連動する基台系と、該基台系に水平移動を許容して設置される可動台系とからなり、建造物、機械又は床構造等の上部構造が前記可動台系に直接もしくは該可動台系に載置される支持台系を介して連動する免震支持装置をもって上部構造を免震支持する方法において、
前記基台系は、剛性体の基台と、前記基台に対称を保って立設される１又は２以上柱部材と、前記柱部材の上部において剛性を有し該柱部材より張設される拘束梁とからなり、
前記可動台系は、前記基台の上面にすべり面を介してすべり可能に剛性体の可動台が載置され、該可動台には、前記柱部材をすべり方向に移動間隙を存して受け入れる拘束孔が開設され、
前記柱部材と可動台との間にはばね材を主体とする復帰機構が介装され、
地震動に伴い前記基台と前記可動台とをすべり変位させ、前記可動台の上面を拘束梁によってすべり変位のみを許容して拘束してなる、ことを特徴とする。」（先行技術の作用）
常時において、上部構造Ｇの荷重は支持台、可動台、基台を介して下部構造Ｂに伝達され、支持される。本免震支持装置における支持面はすべり面であって、広い支持面を有し、かつ剛性体よりなるものであり、大きな載荷能力を有する。 このとき、風荷重が上部構造Ｇに作用したとしても、復帰機構に予圧縮が導入されているときには予圧縮力により移動は阻止される。
地震等の強制振動力が作用したとき、本免震支持装置は基台と可動台とのすべり面において上下の接続が切れており、下部構造Ｂ及び基台に生起する地震動は上部構造Ｇに殆ど伝播されない。
この間、上部構造Ｇと下部構造Ｂとの相対変位は、上部構造Ｇの荷重は可動台を介して基台に広い面積で支持されつつ、柱部材と拘束孔との間、及び拘束梁と拘束溝との間の所定の遊隙で吸収される。また、上部構造Ｇと下部構造Ｂとの相対変位は、水平面の全方向に生じるが、柱部材及び拘束梁回りの遊隙はこの変位を許容し、拘束することはない。そして、各柱部材に配された復帰機構により０点（初期）位置に速やかに復帰させられる。
更にまた、この変位において、上部構造Ｇに連動する可動台はその上面が拘束梁により押圧拘束され、該可動台の上揚力を封じ、上部構造Ｇに生じる転倒モーメントを阻止する。
（先行技術の効果）
この先行技術によれば、地震動に対し基台と可動台とのすべり面をもって上部構造を下部構造の振動から遮断し、かつ、そのすべり面は広い支持面をなすばかりでなく、水平状をなすので地震動による変位中においても上部構造に何ら悪影響（例えば縦振動）を与えることなく、かつ広い支持面を保持したまま有効に支持する。また、本免震支持装置は全体が剛性体よりなるので、支持面においても高い載荷能力を有し、小型化が図れる。
そして、地震動の変位は、本免震支持装置において所定の移動空間を保持することにより水平面の全方向に対処できる。
特に留意すべきは、本免震支持装置では、地震動の変位においても、上部構造に連動する可動台はその上面が拘束梁により均等に押圧拘束され、該可動台の上揚力を封じ、上部構造に生じる転倒モーメントを阻止し、免震機能とともに上揚力の阻止機能を共有する極めて有用なものとなっている。
また、本免震支持装置内の復帰機構により、減衰機能を発揮し、地震変位中においても速やかに初期位置に復帰することができるが、該復帰機構に予圧縮力を導入することにより、容易にトリガー機能を持たせることができる。

しかしながら、当該先行技術によれば、復帰機構のばね弾性の影響を受け、解析への不確定要因を与え、解析が複雑化するものである。
特開２００４−３６８３３公報

本発明は先行技術を更に発展させたものであり、復帰機構の改善とともに、復帰性の改善を図ることを目的とする。
併せて、転がり性の改善もなすことも他の目的とする。

本発明の免震基礎構造は上記目的を達成するため、以下の構成を採る。
第１番目の発明の免震基礎構造（以下、第１発明という）は、請求項１に記載のとおり、基礎又は地盤等の下部構造に連動する基台系と；該基台系に水平移動を許容して設置され、建造物、機械又は床構造等の上部構造に連動する可動台系と；からなる免震基礎構造において、
前記基台系は、剛性体の基台と、前記基台に立設固定される複数の柱部材と、前記柱部材の上部において該柱部材間に剛性を保って架け渡される拘束梁とからなり、
前記可動台系は、前記基台の上面に水平方向に移動可能に上部構造の荷重を支持する剛性体の可動台が載置され、該可動台は前記拘束梁の下面に当接する反力受材を有し、
前記基台の上面には内周面が傾斜面をなし底面が平滑面を保持する広がり面を有する鍋状凹部が形成されるとともに、該鍋状凹部に小球状の多数の転動子が密実に一層を保って充填され、
前記可動台の下面は平滑状をなし、該転動子上に移動域を存して載置され、
前記基台系と可動台系との間には、前記柱部材又は前記拘束梁の上部より突出し、上下方向へ進退動するとともに常時は上方へ一定負荷をもって押圧されるロックピンと、前記可動台系に固定され、前記ロックピンと中心を一致して下に開く球面凹部を有する反力体と、からなり、前記ロックピンは地震動の検知により負荷が外れ、地震動の停止の検知により上方へ負荷される復帰機構が介装されてなる、ことを特徴とする。
この第１発明は、「転がり支持態様」の免震基礎構造を示す。
以下の実施形態では、本発明の一実施形態としての免震支持装置を示すが、本発明は個々の装置に限定解釈されるものではなく、構造として把握されるべきである。

ここに、「反力受材」は以下の実施形態では可動台箱を採るが、当該態様に限定されない。
本発明において、
1)ロックピンは強風作用時において一定負荷で作動し、地震動の検知により負荷が外れること、
2)ロックピンの負荷は地震動の停止後の再始動時が通常時より大きくされること、
は適宜実施される。
また、上記構成において、
1)鍋状凹部の広がり面は円形であり、可動台はその水平断面形状が円形であり、全方向に移動可能であること、
2)鍋状凹部の広がり面は矩形であり、可動台はその水平断面形状が矩形であり、その余裕空間に付き、一方向への移動可能であること、
3)反力受材は可動台から張設される突設部材であること、
4)鍋状凹部の内周面は、一定半径の曲率面に形成されてなること、
は適宜採択される選択的事項である。

（作用）
(A) 常時
常時において、上部構造の荷重は可動台、転動子及び基台を介して下部構造に伝達され、支持される。本免震支持装置における支持面は可動台の下面が転がり層を構成する多数の小球（転動子）を介して広い支持面を有し、かつ転がり層は剛性体よりなるものであり、大きな載荷能力を有する。
復帰機構においては、ロックピンは反力体の球面凹部の頂点に当接する状態を採っており、何らの偏倚力を与えない。この状態で強風が作用したとき、ロックピンに押圧力が負荷され、可動台は不動状態を静止させ、ひいては上部構造を不動状態とし、風荷重に対抗する。

(B) 地震時
地震時において、地盤が強制振動力を受けると、基礎は一体に振動するが、上部構造は基台と可動台との転がり層を介して転がりが生じる（換言すれば、上部構造と下部構造との間に相対変位が生じる）。
すなわち、地震の発生とともにロックピンの負荷が解かれることにより、基台と可動台との自由移動を許すことになる。
(B-1) 転がり機構の動作・挙動
可動台の下面に接する転がり層の転動子は、小球であるので可動台を多点で支持し、かつ可動台の移動とともに該転動子自体も転動し、極めて小さな動摩擦性を発揮し、可動台の移動は円滑になされる。
可動台が移動するとき、該可動台の下面に接する転がり層を構成する転動子も転がり移動をなし、可動台とともに移動し、その方向の転動子は鍋状凹部の周縁の傾斜面に押し上げられ、盛り上がる。当該押し上げられた転動子は直ちに傾斜によりこぼれ落ち、あるいは両側方向に広がり、転がり層に戻される。
また、反対側においては、空隙部分を生じるが周辺の転動子並びに周縁の傾斜面に積み上げられている転動子により直ちに空隙部分を埋める。あるいは上記した戻されてきた転動子によっても空隙部分は埋められる。
可動台が逆方向に移動するとき、上記した状態とは逆となる。
可動台は揺動運動をなし、これに伴い転がり機構も上述のことを繰り返す。
この動作中、可動台は鍋状金具の平板部のみで移動をなし、上下動作の変位は生じない。
(B-2)
転がりによって生じる上部構造と下部構造との変位差は、許容量に近くなったとき、適宜に配されたストッパーにより移動が規制される。
この移動において、上部構造に連動する可動台の反力受材は拘束梁との当接により可動台系の上揚力は拘束され、上部構造に生じる転倒モーメントを阻止する。

(C) 復帰作用
地震動が止むと、各免震支持装置の復帰機構のロックピンに再び上方への押圧力を与え、ロックピンが反力体の球面凹部の頂点より偏倚するとき、ロックピンの押圧力を受けて反力体はその反力により頂点位置に変位し、定位置状態に戻る。

第２番目の発明の免震基礎構造（以下「第２発明」という）は、請求項２に記載のとおり、基礎又は地盤等の下部構造に連動する基台系と；該基台系に水平移動を許容して設置され、建造物、機械又は床構造等の上部構造に連動する可動台系と；からなる免震基礎構造において、
前記基台系は、剛性体の基台と、前記基台に立設固定される複数の柱部材と、前記柱部材の上部において該柱部材間に剛性を保って架け渡される拘束梁とからなり、
前記可動台系は、前記基台の上面に水平方向に移動可能に上部構造の荷重を支持する剛性体の可動台が載置され、該可動台は前記拘束梁の下面に当接する反力受材を有し、
前記可動台の下面は平滑状をなし、前記基台の上面の平滑面上に移動域を存してすべり自在とされ、
前記基台系と可動台系との間には、前記柱部材又は前記拘束梁の上部より突出し、上下方向へ進退動するとともに常時は上方へ一定負荷をもって押圧されるロックピンと、前記可動台系に固定され、前記ロックピンと中心を一致して下に開く球面凹部を有する反力体と、からなり、前記ロックピンは地震動の検知により負荷が外れ、地震動の停止の検知により上方へ負荷される復帰機構が介装されてなる、ことを特徴とする。
この第２発明は、「すべり支持態様」の免震基礎構造を示す。
すなわち、第１発明のころがり支持機構に替えて、すべり支持機構としたものである。従って、その作用もころがり支持機能以外は同等である。

ここに、「反力受材」の態様は第１発明に準じるが、第１発明と同様に当該態様に限定されない。
本発明において、
1)ロックピンは強風作用時において一定負荷で作動し、地震動の検知により負荷が外れること、
2)ロックピンの負荷は地震動の停止後の再始動時が通常時より大きくされること、
は適宜実施される。
また、上記構成において、
1)可動台の下面及び該可動台の下面が当接する基台の上面の広がり面は円形であり、可動台はその水平断面形状が円形であり、全方向に移動可能であること、
2)可動台の下面及び該可動台の下面が当接する基台の上面の広がり面は矩形であり、可動台はその水平断面形状が矩形であり、その余裕空間に付き、一方向への移動可能であること、
3)反力受材は可動台から張設される突設部材であること、
は適宜採択される選択的事項である。

（作用）
(A) 常時
常時において、上部構造の荷重は可動台、すべり面及び基台を介して下部構造に伝達され、支持される。本免震支持装置における支持面は可動台の下面のすべり面を介して広い支持面を有し、大きな載荷能力を有する。
復帰機構においては、ロックピンは反力体の球面凹部の頂点に当接する状態を採っており、何らの偏倚力を与えない。この状態で強風が作用したとき、ロックピンに押圧力が負荷され、可動台は不動状態を静止させ、ひいては上部構造を不動状態とし、風荷重に対抗する。

(B) 地震時
地震時において、地盤が強制振動力を受けると、基礎は一体に振動するが、上部構造は基台と可動台とのすべり面を介してすべり移動が生じる（換言すれば、上部構造と下部構造との間に相対変位が生じる）。
すなわち、地震の発生とともにロックピンの負荷が解かれることにより、基台と可動台との自由移動を許すことになる。
(B-1)
すべり移動によって生じる上部構造と下部構造との変位差は、許容量に近くなったとき、適宜に配されたストッパーにより移動が規制される。
この移動において、上部構造に連動する可動台の反力受材は拘束梁との当接により可動台系の上揚力は拘束され、上部構造に生じる転倒モーメントを阻止する。

(C) 復帰作用
地震動が止むと、各免震支持装置の復帰機構のロックピンに再び上方への押圧力を与え、ロックピンが反力体の球面凹部の頂点より偏倚するとき、ロックピンの押圧力を受けて反力体はその反力により頂点位置に変位し、定位置状態に戻る。

第１発明の免震基礎構造によれば、地震動に対し基台と可動台とは転がり機構を介して上部構造を下部構造の振動から遮断し、かつ、その転がり層は多点支持面をもって可動台を円滑に移動自在に支持し、可動台の横方向変位は水平状態を保持する。従って、地震動による変位中においても上部構造に何ら悪影響（例えば縦振動）を与えることがない。また、本免震支持装置はすべての部材が剛性体よりなるので、支持面においても高い載荷能力を有し、小型化が図れる。
そして、地震動の変位は、本免震基礎構造において所定の移動空間を保持することにより水平面の全方向に対処できる。
また、第２発明の免震基礎構造によっても、そのすべり面を介するすべり作用により、地震動による変位中においても上部構造に何ら悪影響（例えば縦振動）を与えることがない。そして、地震動の変位は、本免震支持装置において所定の移動空間を保持することにより水平面の全方向に対処できる。
留意すべきは、本免震基礎構造では、復帰機構は格別の作用をなし、そのロックピンと反力体の球面凹部との当接作用により、常時では何らの偏倚力を与えず、強風が作用したときロックピンに押圧力が負荷され、上部構造を不動状態とし、風荷重に対抗する。また、地震のとき、ロックピンの負荷が解かれることにより、基台と可動台との自由移動を許すことになる。そして、地震動が止むと、再びロックピンに負荷を与え、定位置状態に復帰させる。
更に、地震動の変位においても、上部構造に連動する可動台系は可動台箱の下面板の上面が拘束梁により拘束され、該可動台系の上揚力が封じられ、上部構造に生じる転倒モーメントを阻止し、免震機能とともに上揚力の阻止機能を共有する極めて有用なものとなっている。

本免震基礎構造によれば、復帰機構にばねを使用することなく、ばねを介する外力の入力がなく、地盤（下部構造）と上部構造とは振動的に絶縁したものとなっており、極言すれば地震動の加速度入力はゼロとみなされ、上部構造には揺れは殆ど生起されない。

本発明の免震基礎構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１〜図８は本免震基礎構造の一実施形態としての免震支持装置を示す。すなわち、図１〜図３は本免震基礎構造の全体構成を示し、図４〜図８は各部分構成を示す。
本免震支持装置Ｓは、上部構造Ｇと下部構造Ｂとに介装設置され、上部構造Ｇの荷重を支持し、下部構造Ｂに伝達するとともに地震等の強制振動力より生起される上部構造Ｇの揺れに対して免震作用をなす。

図１〜図３に示すように、本実施形態の免震支持装置Ｓは、基礎又は地盤の下部構造Ｂに連動する基台系１と、該基台系１に所定の水平移動を許容して拘束される上部構造Ｇに連動する可動台系２とを含み、該基台系１と可動台系２とに介装される本発明に特有の復帰機構３を含む。
また、本免震支持装置Ｓは、前記基台系１に前記可動台系２が本発明特有の転がり機構４を介して載置されてなる。

更に詳細には、基台系１は、上面に所定の凹部６ａが形成された実質的に四角板状の基台６と、該基台６に立設される４本の柱部材７と、該柱部材７の上部において該柱部材７間に剛性を保って架け渡される拘束梁８とからなる。また、可動台系２は、基台１の凹部６ａの底面上に転がり機構４を介して転動移動可能に載置される可動台９と、該可動台９に一体に固設され基台系１に連動する反力受材としての可動台枠１０とからなる。該可動台枠１０は種々の構造態様を採りうるものであり、本実施形態ではその一態様を示す。
復帰機構３は、この基台系１と可動台系２との間にあって、柱部材７の上部と可動台枠１０との間に設置される。
なお、基台６は地盤に設置された下部構造Ｂに埋設設置されるが、基台６を地盤中に打ち込まれた基礎杭１２に直接的に固設する態様も採りうる。また、可動台枠１０の上面には載置板１４が固設され、上部構造Ｇに連動される。

以下、各部の細部構造に付いて説明する。
基台系１
基台系１は基台６と柱部材７と拘束梁８とからなり、固定系を構成する。
（基台６）
基台６は、上面に上方に開く凹部６ａが形成され、全体としてコンクリート製をもって形成される。凹部６ａには後記するとおり転がり機構４特にはその鍋状金具４７が設置されるが、該凹部６ａをもって鍋状金具４７を兼ねることができる。この場合、その周壁部は傾斜面もしくは曲率面に形成される。
更に、基台６の上面には直円状の開口をもつ蓋枠１５が固設され、その内周面１６は可動台９の水平移動を一定範囲内に規制する。換言すればストッパー作用をなす。

（柱部材７）
柱部材７は、鋼製の円柱体よりなり、その基部のアンカー部１７を基台６中に埋設して基台６の４か所に立設される。４本の柱部材７は互いに正四角形状の角部に配される。

（拘束梁８）
拘束梁８は、鋼製の四角断面梁材をなし、柱部材７の上部において該柱部材７間に剛結されるとともに同一水準を保って架け渡される。
拘束梁８の柱部材７への結合は、柱部材７の上部に被嵌される継手（図示せず）を介してもしくは溶接等により直接的に固定される。拘束梁８の下面８ａは平坦面とされる。
上記の柱部材７及び拘束梁８には本実施形態では復帰機構が内蔵されるものであり、内蔵空間を存して所要の強度を保持する。

可動台系２
可動台系２は可動台９と可動台枠１０とからなり、該可動台枠１０に載置板１４が直接的に固設して、もしくは上下動緩衝手段（図１１に示す。）を介して設置される。
（可動台９）
可動台９は、鋼製の一定径の円柱状をなす。該可動台９は十分に大きな径をなし大きな載荷力を発揮するとともに、その下面９ａは平滑面をなし、基台６の上面の凹部６ａの転がり機構４に水平を保って転がり移動可能に載置される。該可動台９の下縁部９ｂは丸みを有するが、必須ではない。

（可動台枠１０）
可動台枠１０は、鋼製の下面板２０、上面板２１、側面板２２より剛性の四角箱状体をなし、可動台９に一体に固設される。
下面板２０は、方形（本実施形態では正方形）で、所定の厚さの平板体をなし、中央に大径の円孔２４が開設され、可動台９と中心を一致して定位置状態を採る。かつ、所定位置に４つの円形状の孔すなわち拘束孔２５が開設される。該下面板２０の各拘束孔２５の中心は定位置状態で柱部材７の中心と一致する。また、該下面板２０の上面２０ａは平滑面とされ、拘束梁８の下面８ａに当接する。
上面板２１は、下面板２０と同一外形方形状をなし、所定の厚さを有する。該上面板２１は可動台９の上面に載置され、取付けボルト２７をもって強固に固定される。
側面板２２は、所定の厚さと高さを有し、下面板２０と上面板２１との周縁間に配され、それら板状体２０，２１を取付けボルト２８をもって所定の間隔をもって一体化をなす。その空間は拘束梁８及び復帰機構の反力体を収納する高さを保持すれば足りるが、若干の余裕高さを有する。
可動台枠１０が可動台９に定位置に固定されたとき、可動台枠１０の下面すなわち下面板２０の下面は基台６（もしくは蓋枠１５）との上面と若干の空隙を保持する。

復帰機構３（図４、図５参照）
復帰機構３は、本発明に特有の構成を採り、固定台系１の柱部材７と可動台系２の上面板２１との間に介装される。
詳しくは、該復帰機構３は、上面板２１に固設されるとともに下方に開く球面凹部３０を有する反力体３１と、柱部材７に内蔵された油圧機構Ｕをもって上下動可能に上方へ押し出されるロックピン３２とを主体とする。球面凹部３０は所定の曲率をもって形成される。該曲率は通常は一定半径であるが、変曲率の曲面（例えば、放物曲面、クロソイド曲面）であってもよく、どの球面凹部３０も同一曲率を採る。該曲面は精確に仕上げられる。更に、すべてのロックピン３２は定位置で球面凹部３０の頂点に位置する。ロックピン３２は一定径の剛性体（金属）よりなり、上端３２ａは半球体をなし、その曲面をもって球面凹部３０に点接触する。
ロックピン３２が反力体３１の球面凹部３０の頂点すなわち中心に所定の力で押圧されているとき、反力体３１は水平方向へ不動状態を採る（水平変位しない）。
ロックピン３２が球面凹部３０の頂点より偏位していると、ロックピン３２の押圧作用により反力体３１は変位動作を起こす。

油圧機構Ｕは、柱部材７内に油圧室３３が形成され、該油圧室３３内に配される戻しばね３４をもってロックピン３２を上方へ付勢し、油圧室３３内に作動油を導出入する導孔３５を有する。柱部材７及び拘束梁８にはロックピン３２の出入する出入孔３７，３８が形成される。出入孔３７にはシール材（Ｏリング）３９が配され、作動油を密封する。

しかして、この油圧機構Ｕは、流体通路４１を介して外部の油圧制御部Ｐに導かれる。
この制御部Ｐの一構成例を図５に示す。
図において、４２は電磁駆動式の三方弁であり、駆動信号を受けて弁体４２が回動され、作動流体の導通並びに開放動作をなす。
先ず、風圧系（Ｐ１）は、風圧検出器４３、油圧モータ４４及びこの三方弁４２よりなり、所定以上の風速があると、風圧検出器４３はこの風圧を検知して三方弁４２を導通状態となし、油圧モータ４４からの作動流体を流体通路４１を介して油圧機構Ｕに送る。これにより、ロックピン３２は負荷状態となる。
常時においては、三方弁４２は開放状態を採り、油圧機構Ｕの圧力は無負荷となり、ロックピン３２は戻しばね３４によって上方に付勢されている。あるいは、低圧力で負荷される。
地震系（Ｐ２）は、地震検知器４５及び該三方弁４２よりなり、地震が発生すると地震検知器４５はこの地震を検知し、強風時においても三方弁４２を開放状態にし、油圧機構Ｕの圧力を開放する。これにより、ロックピン３２は負荷が解かれる。
地震動が収まると、この状態を検知して三方弁４２を導通状態となし、油圧モータ４４からの作動流体を流体通路４１を介して油圧機構Ｕに送る。これにより、ロックピン３２は負荷状態となる。

転がり機構４
転がり機構４は、更に本発明に特有の構成を採り、基台６の上面の凹部６ａと可動台９の下面９ａとの間に介装設置される。
詳しくは、該転がり機構４は、基台６の凹部６ａ内に装入設置される鋼製の鍋状金具４７と、該鍋状金具４７に密実に敷設される多数の小球状の転動子４８とを主体とし、更には、可動台９の下面９ａ及びその下縁部９ｂ、基台６のストッパー１６を含む。上記した多数の転動子４８は鍋状金具４７内に一層に敷き並べられ「転がり層」を形成する。
以下、 更に本転がり機構４の構成要素に付き詳述する。
鍋状金具４７は、平底部４７Ａと周縁部４７Ｂとから浅底の円筒鍋状をなし、所定厚さの鋼板をもって形成され、 周縁部４７Ｂを残してその余の平底部４７Ａは平坦な円板面をなす。平底部４７Ａの径Φ１は、 上方の可動台９の下面９ａの径Φ２よりも十分に大きくされ、可動台９の全方向への移動を確保する。該鍋状金具４７の周縁部４７Ｂは、本実施形態では一定半径の曲面に形成されるが、その余の形状（例えば、傾斜面）を除外するものではない。
転動子４８は、剛性（鋼製）の小球体よりなり、いわゆるボールベアリングが使用され、鍋状金具４７の底面に密実に層状に敷き並べられ、転がり層を形成する。該転がり層は少なくとも鍋状金具４７の平底部４７Ａの全体に及び、 更には本実施形態では鍋状金具４７の周縁部４７Ｂにも及んでいる。 しかして、該転動子４８は極めて小さな動摩擦係数（具体値としては０．０１５）を示す。
可動台９はその下面９ａを転動子４８上に載置され、転がり層上を低摩擦で移動する。該可動台９の下縁部９ｂは丸みを持たせ、 転動子４８上の移動の際にはひっかかりとはならない。
鍋状金物４７の平底部４７Ａの径Φ１と可動台９の下面９ａの径Φ２との差（Φ１−Φ２）だけ可動台９は水平に自由に動くことになるが、 それ以上の移動は可動台９の本体の側面が基台６のストッパー面１６に当接して阻止される。

載置板１４・上部構造Ｇ
載置板１４は、四角形状の所定厚さの鋼板よりなり、可動台枠１０の上面に載置され、取付けボルト２７をもって一体に固設される。該載置板１４を介して上部構造Ｇが構築されるが、場合によっては載置板１４を省略し、上部構造Ｇを可動台９もしくは可動台枠１０上に構築することは可能である。該載置板１４にアンカー材５０が植設され、該アンカー材５０を介して鉄筋コンクリート柱５１が構築される。
該載置板１４上に鉄骨柱が構築される場合には、載置板１４にボルトが植設され、ナットをもって鉄骨柱を固設する態様を採ることは自由である。

諸元
本実施形態の免震支持装置Ｓの諸元の一例を示す。
鍋状金物４７は、差し渡し径が９００ｍｍ、深さが１００ｍｍ、平底部の径が７００ｍｍ、周縁部の曲率半径が１００ｍｍを採る。
転動子４８は、径が１０ｍｍの鋼球であり、６３００個使用される。
柱部材７は、径が５０ｍｍを採る。
可動台９は、本体の径が４００ｍｍを採る。
可動台枠１０は、一辺が１ｍ５００ｍｍを採り、その拘束孔２５の径は４００ｍｍを採る。
しかして、免震支持装置Ｓは±１００ｍｍの可動域を保持する。

（本免震支持装置Ｓの組立て）
上記構成よりなる本免震支持装置Ｓの製作は次の手順による。
(1) 基台６を設置するとともに柱部材７を立設する。柱部材７は油圧機構Ｕを内臓するものであり、同時にその配管もなされる。
(2) 基台６の凹部６ａに鍋状金具４７を設置し、該鍋状金具４７内に転動子４８を全面に敷設する。
(3) 蓋枠１５を設置固定する。
(4) 可動台９を転がり層上に配する。
(5) 可動台枠１０の下面板２０を、該下面板２０の円孔２５を可動台９に嵌装させ、また拘束孔２４を柱部材７に嵌装させて設置する。
(6) 柱部材７間に拘束梁８を設置する。
(7) 下面板２０に側面板２２、上面板２１を取り付け、可動台枠１０を取付けボルト２８をもって組み立てる。このとき、復帰機構３の反力体３１を設置する。
(8) 載置板１４を可動台枠１０上に配し、取付けボルト２７をもって可動台９へ一体に取り付ける。

叙上の免震支持装置Ｓでは、その基台６、可動台９、可動台枠１０に付き、所定厚さの一体性部材で形成する例を示したが、それらを所定厚さの板状体の積層をもって形成することがなされる。
図８に免震支持装置Ｓの積層構造態様を示す。
すなわち、基台６Ａは複数の鋼板を積み重ね、縦ボルト・ビスをもって一体化し、上部に凹部６ａを形成する。凹部６ａ内には鍋状金具４７、転動子４８が配される。蓋枠１５Ａは一枚の鋼板よりなる。
可動台９Ａは多数の鋼板を積み重ね、縦ボルト・ビスをもって一体化してなる。
図示しないが、可動台枠１０も鋼板の積層構造によることができる。

（本免震支持装置Ｓの取付け・配置）
本免震支持装置Ｓは、中層規模の鉄筋コンクリートもしくは鉄骨造の建造物Ｇに対して次のように配され、取り付けられる。
図９にその取付け・配置を示す。すなわち、地盤Ｅに対して適宜の基礎杭Ｋが打設され、該基礎杭Ｋの頭部をコンクリート基礎Ｂをもって剛結する。このコンクリート基礎Ｂ上に本免震支持装置Ｓの基台６がアンカーボルト等の適宜の固定手段を介して水準を保って設置される。しかる後、上述した手順で本免震支持装置Ｓを組み立てる。
免震支持装置Ｓは、基礎Ｂに対称を保って均等に配される。４箇所を最少とするが、中層規模の建造物においては、それ以上の多数の免震支持装置Ｓが配される。本免震支持装置Ｓにあっては１基当たりの支持能力が高いので、比較的少なくてもよい。
免震支持装置Ｓの定位置において、各復帰機構３のロックピン３２は上方への付勢力を受け、反力体３１の球面凹部３０の頂点に当接する状態を採る。

（本免震支持装置Ｓの作用）
本免震支持装置Ｓは建造物すなわち上部構造Ｇとコンクリート基礎すなわち下部構造Ｂとの間に介装され、上部構造Ｇの荷重を支持し、下部構造Ｂひいては地盤Ｅに該荷重を伝達するとともに、地震動に対する免震作用を発揮する。
(A) 常時
常時において、上部構造Ｇの荷重は、載置台１４、可動台９、転がり層及び基台６を介して下部構造Ｂに伝達され、支持される。本免震支持装置Ｓにおける支持面は可動台９の下面９ａが転がり層の多数の小球（転動子）４８を介して広い支持面を有し、かつ転がり層は剛性体よりなるものであり、大きな載荷能力を有する。
また、復帰機構３においては、ロックピン３２は反力体３１の球面凹部３０の頂点に当接する状態を採っており、何らの偏倚力を与えない。
この状態で強風が作用したとき、別途配された風圧検出器４３からの信号によりロックピン３２に押圧力が負荷され、可動台９は不動状態を待機し、ひいては上部構造Ｇを不動状態とし、風荷重に対抗する。

(B) 地震時
地震時において、地盤Ｅが強制振動力を受けると、基礎Ｂは一体に振動するが、上部構造Ｇは基台６と可動台９との転がり層を介して転がり作用が生じる（換言すれば、上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に相対変位が生じる）。
すなわち、地震の発生とともに地震検知器４５からの信号により油圧機構Ｕの圧力が開放され、ロックピン３２の負荷が解かれることにより、基台６と可動台９との自由移動を許すことになる。

(B-1) 転がり機構４の動作・挙動
可動台９の下面９ａに接する転がり層の転動子４８は、小球であるので可動台９を多点で支持し、かつ可動台９の移動とともに該転動子４８自体も転動し、極めて小さな動摩擦性を発揮し、可動台９の移動は円滑になされる。
可動台９が移動するとき（Ａ方向、図７参照）、該可動台９の下面９ａに接する転がり層を構成する転動子４８も転がり移動をなし、可動台９とともに移動し、その方向の転動子４８は鍋状金具４７の周縁部４７Ｂに押し上げられ、盛り上がる。当該押し上げられた転動子４８は直ちに周縁部４７Ｂの曲面によりこぼれ落ち、あるいは両側方向に広がり、転がり層に戻される。
また、可動台９の反対側（Ｂ方向、図７参照）においては、転がり層には空隙部分を生じるが周辺の転動子４８並びに周縁部４７Ｂに積み上げられている転動子４８により直ちに空隙部分を埋める。あるいは上記したＡ方向から戻されてきた転動子４８によっても空隙部分は埋められる。
可動台９が逆方向（Ｂ方向）に移動するとき、上記した状態とは逆となる。
すなわち、Ｂ方向側の転動子４８は盛り上がり、反対方向（Ａ方向）側は生じた空隙部分に周辺の転動子４８は直ちにこれを埋める。
可動台９は揺動運動をなし、これに伴い転がり機構４も上述のことを繰り返す。 この動作中、可動台９は鍋状金具４７の平底部４７Ａのみで移動をなし、上下動作の変位は生じない。

(B-2)
転がりによって生じる上部構造Ｇと下部構造Ｂとの変位差は、許容量に近くなったとき可動台９はストッパー１６により当接し、移動が規制される。
この移動において、上部構造Ｇに連動する可動台枠１０の下面板２０は拘束梁８との当接により可動台系２の上揚力は拘束され、上部構造Ｇに生じる転倒モーメントを阻止する。

(C) 復帰作用
地震動が止むと、この状態（地震動の停止）を検知して、制御部Ｐを介して油圧機構Ｕが作動し、各免震支持装置Ｓの復帰機構３のロックピン３２が油圧圧力により上方への押圧力を受ける。ロックピン３２が反力体３１の球面凹部３０の頂点より偏倚するとき、ロックピン３２の押圧力を受けて反力体３１はその反力により頂点位置に変位し、定位置状態に戻る。これにより、上部構造Ｇも初期の定位置に復帰する。
図１０は、この動作を示す。すなわち、ロックピン３２は上方へ一定の圧力ｐを受け、該ロックピン３２の上端３２ａと球面凹部３０との当接により、反力体３１はロックピン３２側へ変位力を受け、両者（反力体３１及びロックピン３２）の中心が合致する状態で停止する。
以上において、復帰機構３は、少なくとも強風時及び地震の終了時で油圧作動すればよく、地震時には無負荷となる。復帰機構３が常時において低負荷で作動する場合には、強風時及び地震の終了時の油圧作動はより大きな圧力値に設定される。

（本免震支持装置Ｓの効果）
本免震支持装置Ｓによれば、地震動に対し基台６と可動台９とは転がり機構４を介して上部構造Ｇを下部構造Ｂの振動から遮断し、かつ、その転がり層は多点支持面をもって可動台９を円滑に移動自在に支持し、該可動台９の変位は鍋状金具４７の平底部４７Ａのみでなされるので可動台９の横方向変位は水平状態を保持する。従って、地震動による変位中においても上部構造Ｇに何ら悪影響（例えば縦振動）を与えることがない。また、本免震支持装置Ｓはすべての部材が剛性体よりなるので、支持面においても高い載荷能力を有し、小型化が図れる。
そして、地震動の変位は、本免震支持装置Ｓにおいて所定の移動空間を保持することにより水平面の全方向に対処できる。
特に留意すべきは、本免震支持装置Ｓでは、復帰機構３は格別の作用をなし、そのロックピン３２と反力体３１の球面凹部３０との当接作用により、常時では何らの偏倚力を与えず、強風が作用したときロックピン３２に押圧力が負荷され、上部構造Ｇを不動状態とし、風荷重に対抗する。また、地震のとき、油圧機構Ｕの圧力が開放され、ロックピン３２の負荷が解かれることにより、基台６と可動台９との自由移動を許すことになる。そして、地震動が止むと、再びロックピン３２に上方への負荷を与え、定位置状態に復帰させる。
更に本免震支持装置Ｓでは、地震動の変位においても、上部構造Ｇに連動する可動台系２は可動台枠１０の下面板２０の上面が拘束梁８により拘束され、該可動台系２の上揚力が封じられ、上部構造Ｇに生じる転倒モーメントを阻止し、免震機能とともに上揚力の阻止機能を共有する極めて有用なものとなっている。

（他の態様）
図１０に載置板の他の態様を示す。
本態様では縦振動による吸振機能を有する。
この吸振機能付き載置板１４Ａは、上部部材５３と下部部材５４とこれらの部材５３，５４間に介装される吸振機構（脚部材５５、コイルばね５６）とからなる。
本態様によれば、下部構造Ｂから伝達される縦振動はコイルばね５６により吸収され、上部部材５３を介して上部構造Ｇへの伝達を阻止することとなる。
しかして、免震床、嫌振動性の精密機械台にこの構造は好適なものとして適用される。更には小規模建造物への適用もなされる。

（更に他の態様）
本発明は叙上の実施形態に限定されない。
叙上の実施形態では、可動台系２は可動台９に可動台枠１０を固設し、下面板２０の上面を拘束梁８に拘束してなるが、可動台９より上面が平滑な腕部材を延設し、該腕部材の上面を拘束梁８にて押圧する態様も採り得る。
更に、復帰機構３は固定台系１と可動台系２との間に適宜介装される。すなわち、柱部材を避け、拘束梁８への設置を除外するものではない。この場合においても、対称を保って配されることは勿論である。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の基本的技術思想の範囲内で種々設計変更が可能である。
1)本実施形態では復帰機構３を油圧機構としたが、空気圧機構とすることは自由である。従って、油圧モータ４４は空気圧縮機に代替される。
2)図５に示す復帰機構３の制御部Ｐの構成は一例示であって、同等の作用を奏するものであれば他の制御系を適用することを妨げない。

本発明の一実施形態の免震支持装置の全体構成を示す鉛直断面図（図２の１−１線断面図）。 同じく本免震支持装置の全体構成を示す水平断面図（図１の２−２線断面図）。 図２の３−３線断面図。 復帰機構の詳細図。 ロック制御部の概念図。 図１の部分（転がり機構）拡大図。 転がり機構の平面構成図。 本免震支持装置の他の構成例を示す図。 本免震支持装置の配置例を示す図。 復帰機構の作動要領を示す図。 縦振動吸収機構を示す構成例図。

符号の説明

Ｓ…免震支持装置、１…基台系、２…可動台系、３…復帰機構、４…転がり機構、６…基台、６ａ…鍋状凹部、７…柱部材、８…拘束梁、９…可動台、１０…可動台枠、３０…球面凹部、３１…反力体、３２…ロックピン、４７…鍋状金具、４８…転動子

Claims (4)

1. 基礎又は地盤等の下部構造に連動する基台系と；該基台系に水平移動を許容して設置され、建造物、機械又は床構造等の上部構造に連動する可動台系と；からなる免震基礎構造において、
   前記基台系は、剛性体の基台と、前記基台に立設固定される複数の柱部材と、前記柱部材の上部において該柱部材間に剛性を保って架け渡される拘束梁とからなり、
   前記可動台系は、前記基台の上面に水平方向に移動可能に上部構造の荷重を支持する剛性体の可動台が載置され、該可動台は前記拘束梁の下面に当接する反力受材を有し、
   前記基台の上面には内周面が傾斜面をなし底面が平滑面を保持する広がり面を有する鍋状凹部が形成されるとともに、該鍋状凹部に小球状の多数の転動子が密実に一層を保って充填され、
   前記可動台の下面は平滑状をなし、該転動子上に移動域を存して載置され、
   前記基台系と可動台系との間には、前記柱部材又は前記拘束梁の上部より突出し、上下方向へ進退動するとともに常時は上方へ一定負荷をもって押圧されるロックピンと、前記可動台系に固定され、前記ロックピンと中心を一致して下に開く球面凹部を有する反力体とからなり、前記ロックピンは地震動の検知により負荷が外れ、地震動の停止の検知により上方へ負荷される復帰機構が介装されてなる、
   ことを特徴とする免震基礎構造。
2. 基礎又は地盤等の下部構造に連動する基台系と；該基台系に水平移動を許容して設置され、建造物、機械又は床構造等の上部構造に連動する可動台系と；からなる免震基礎構造において、
   前記基台系は、剛性体の基台と、前記基台に立設固定される複数の柱部材と、前記柱部材の上部において該柱部材間に剛性を保って架け渡される拘束梁とからなり、
   前記可動台系は、前記基台の上面に水平方向に移動可能に上部構造の荷重を支持する剛性体の可動台が載置され、該可動台は前記拘束梁の下面に当接する反力受材を有し、
   前記可動台の下面は平滑状をなし、前記基台の上面の平滑面上に移動域を存してすべり自在とされ、
   前記基台系と可動台系との間には、前記柱部材又は前記拘束梁の上部より突出し、上下方向へ進退動するとともに常時は上方へ一定負荷をもって押圧されるロックピンと、前記可動台系に固定され、前記ロックピンと中心を一致して下に開く球面凹部を有する反力体とからなり、前記ロックピンは地震動の検知により負荷が外れ、地震動の停止の検知により上方へ負荷される復帰機構が介装されてなる、
   ことを特徴とする免震基礎構造。
3. ロックピンは強風作用時において一定負荷で作動し、地震動の検知により負荷が外れる請求項１又は２のいずれかに記載の免震基礎構造。
4. ロックピンの負荷は地震動の停止後の再始動時が通常時より大きくされる請求項１又は２のいずれかに記載の免震基礎構造。