JP2005344459A

JP2005344459A - 免震装置

Info

Publication number: JP2005344459A
Application number: JP2004168384A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Hama; 智貴濱; Masahiro Asai; 政宏浅井
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】積層ゴムに作用する面圧の制御が可能な免震装置を提供する。
【解決手段】本実施形態による免震装置１０は、積層ゴム３と滑り支承４からなり、上部構造物１と下部構造物２間に介装されている。滑り支承４は、円柱状の滑り部材５と、円柱または角柱状の第一固定部材６とからなる。滑り部材５の一方の端部は滑り面５ａになっており、外周面にはねじ部５ｂが形成されている。一方、第一固定部材６の一方の端部６ａは上部構造物１に固定され、他方の端部６ｂには、内周面にねじ部６ｄが形成された孔６ｃが設けられている。そして、滑り部材５は、ねじ部５ｂ、６ｄを介して第一固定部材６の孔６ｃに螺挿され、中心軸方向に移動自在となっている。滑り支承４の滑り面５ａと下部構造物２の滑り面２ａとの間には、間隙Ｃが設けられており、第一固定部材６を回転軸として滑り部材５を回すことにより、間隙幅Ｄを容易に調節することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、免震装置に関し、特に、積層ゴムを使用した免震装置に関する。

天然ゴム系積層ゴムや鉛プラグ入り積層ゴム等の積層ゴムは、大きな圧縮面圧を負担することができるため多くの構造物に採用されているが、軽量建物等に適用する場合には、積層ゴムの断面積を小さくして積層ゴムの水平剛性を低減する必要があるため、積層ゴムの圧縮許容面圧が積層ゴムの座屈荷重により制約を受ける場合がある。これに対して、例えば特許文献１では、積層ゴムと滑り支承の両方で上部構造物の鉛直荷重を負担する免震装置に関する発明が開示されている。
他方、積層ゴムは圧縮面圧下において極めて大きな水平変形性能を有しているが、引張面圧は１Ｎ／ｍｍ^２以下に制限されており、過大な引張力が作用する部位に積層ゴムを使用することは避けねばならない。特に超高層建物等では、免震層より上部の構造計画において、コアウォールやブレースなど一定部位に引張力が集中するシステムを採用する場合、それらの配置や仕様が、免震層に設置された積層ゴムに作用する引張力による制約を受ける場合がある。そこで、例えば特許文献２では、建屋の下端に許容値以上の上下動による変形が生じた際に基礎上に着床する着床脚を突設した免震建屋において、着床脚間に水平材を架設するとともに、基礎側に水平材を跨ぐように門形のフレームを突設させた過大変形防止装置に関する発明が開示されている。
特開平８−１５８６９７号公報（第３−５頁、第１図）特開平９−１０５２４７号公報（第２−３頁、第１図）

しかしながら、一般に滑り支承は積層ゴムに比べて大きな鉛直剛性を有しているため、特許文献１に記載の発明のように、積層ゴムと滑り支承の両方で上部構造物の鉛直荷重を負担する構造の場合、滑り支承に鉛直荷重が集中し、常時、滑り支承に過大な面圧が作用するという問題がある。
他方、特許文献２に記載の発明では、地震による建屋の転倒を防止して積層ゴムに過大な引張力が作用しないようにすることはできるが、小変形時から積層ゴムの引張面圧を低減することはできない。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、積層ゴムに作用する面圧の制御が可能な免震装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る免震装置では、上部構造物と下部構造物の間に設けられる免震層に設置される積層ゴムと滑り支承とからなる免震装置において、前記滑り支承は、前記滑り支承の滑り面と当該滑り面に対向する前記上部構造物または前記下部構造物の滑り面との間に調節自在な間隙幅を有するように設置されていることを特徴とする。
ここで、上部構造物は免震層より上部の構造物を称し、下部構造物は免震層より下部の構造物を称する。従って、基礎免震構造物の場合は基礎が下部構造物になるが、中間階免震構造物の場合は中間階より下階が下部構造物となる。
本発明では、滑り支承の滑り面と当該滑り面に対向する上部構造物または下部構造物の滑り面との間に間隙を設けているので、平常時には上部構造物の鉛直荷重は積層ゴムのみが負担するが、地震時に過大な圧縮力が積層ゴムに作用した場合は、積層ゴムが鉛直方向に弾性収縮し、滑り支承が上部構造物または下部構造物と接触して圧縮力の一部を負担する。これにより、積層ゴムに許容値以上の圧縮面圧が作用するのを防ぐことができる。また、積層ゴムに過大な水平変形が生じた場合には、滑り支承が圧縮力の一部を負担するので、積層ゴムの座屈を防ぐことができ、特に軽量建物等で積層ゴムの断面積を小さく設定している場合に有効である。
加えて、本発明では、対向する滑り面間の間隙幅が調節自在なので、滑り面間の間隙幅を高い精度で制御することができる。これにより、平常時には確実に滑り支承を絶縁させることができるし、また経年変化に対する調整も可能となる。

また、本発明に係る免震装置では、前記滑り支承は、滑り面を有する滑り部材と、前記上部構造物または前記下部構造物に固定される第一固定部材とを備え、前記滑り部材は、前記滑り部材および前記第一固定部材に形成されるねじ部を介して前記第一固定部材に螺嵌されてもよい。
本発明では、滑り部材がねじ部を介して第一固定部材に螺嵌されているので、第一固定部材を回転軸として滑り部材を回すことにより、間隙幅を容易に調節することができる。

また、本発明に係る免震装置では、上部構造物と下部構造物の間に設けられる免震層に設置される積層ゴムと、前記上部構造物と前記下部構造物間に張設されるバネとからなる免震装置であって、前記バネの少なくとも一方の端部には、前記バネの張力を調節する張力調整手段を備えることを特徴とする。
本発明では、上部構造物と下部構造物間にバネが張設されているので、積層ゴムに水平変形が生じた場合、バネに張力が発生し、その鉛直方向分力により積層ゴムの引張面圧が低減される。さらに、バネの水平方向分力は、積層ゴムの水平変位を小さくする方向に働くので、積層ゴムの破断を回避することができる。
加えて、本発明では、バネの張力を調節する張力調整手段を備えているので、平常時にバネに若干の張力を導入しておくことにより、小変形時から高い精度で積層ゴムに作用する引張面圧を制御することができる。この際、バネの支点間距離とバネの剛性を調整することにより、設計者の意図する変形状態や応力状態を作り出すことができる。

また、本発明に係る免震装置では、前記張力調整手段は、前記バネが結合される結合部材と、前記上部構造物または前記下部構造物に固定される第二固定部材とを備え、前記結合部材は、前記結合部材および前記第二固定部材に形成されるねじ部を介して前記第二固定部材に螺嵌されてもよい。
本発明では、結合部材がねじ部を介して第二固定部材に螺嵌されているので、第二固定部材を回転軸として結合部材を回すことにより、バネの張力を容易に調節することができる。

本発明によれば、滑り支承の滑り面と当該滑り面に対向する上部構造物または下部構造物の滑り面との間に調節自在な間隙幅を設けることにより、積層ゴムに作用する圧縮面圧の制御が可能となる。
また、本発明によれば、上部構造物と下部構造物間にバネが張設され、当該バネの少なくとも一方の端部には当該バネの張力を調節する張力調整手段を備えることにより、積層ゴムに作用する引張面圧の制御が可能となる。

以下、本発明に係る免震装置の実施形態について図面に基いて説明する。
図１は、本発明に係る免震装置の第一の実施形態を示す概略立面図であり、（ａ）は平常時の状態、（ｂ）は地震時の状態にそれぞれ対応する。
図１に示すように、本実施形態による免震装置１０は、積層ゴム３と滑り支承４からなり、上部構造物１と下部構造物２間に介装されて、地震時に水平方向に移動可能な機構となっている。

積層ゴム３は、鉄板等の金属板とゴムとを交互に積層して形成されたものであり、水平方向に弾性変形可能とされている。積層ゴム３の上下端はそれぞれ上部構造物１と下部構造物２に図示しないボルト等で固定されて上部構造物１の鉛直荷重を支持する。
滑り支承４は、円柱状の滑り部材５と、円柱または角柱状の第一固定部材６とからなる。滑り部材５の一方の端部は滑り面５ａになっており、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）など摩擦係数の低い材料で形成されており、滑り部材５の外周面にはねじ部５ｂが形成されている。一方、第一固定部材６の一方の端部６ａは、上部構造物１に図示しないボルト等で固定され、他方の端部６ｂには、内周面にねじ部６ｄが形成された孔６ｃが設けられている。そして、滑り部材５は、ねじ部５ｂ、６ｄを介して第一固定部材６の孔６ｃに螺挿され、中心軸方向に移動自在となっている。

滑り支承４の滑り面５ａと下部構造物２の滑り面２ａとの間には間隙Ｃが設けられており、第一固定部材６を回転軸として滑り部材５を回すことにより、間隙幅Ｄを容易に調節することができる。例えば、１０００φの天然ゴム系積層ゴム（断面積Ａ＝７８１，５５０ｍｍ^２、鉛直剛性Ｋ＝３７７０×１０^３ｋＮ／ｍ）を使用し、長期面圧σ_Ｌを１２Ｎ／ｍｍ^２とし、地震時面圧σ_Ｓを５０Ｎ／ｍｍ^２に制限する場合、地震による増加面圧Δσはσ_Ｓ−σ_Ｌ＝５０−１２＝３８Ｎ／ｍｍ^２であるから、間隙幅ＤをΔσ×Ａ／Ｋ＝７．９ｍｍとすれば、面圧σ_Ｓが５０Ｎ／ｍｍ^２に到達した時点で間隙幅Ｄはゼロとなる。

図２は、積層ゴムの面圧とせん断歪との関係を示すグラフであり、（ａ）は積層ゴムのみの場合、（ｂ）は本発明に係る免震装置の場合を示す。ここで、Ｒは積層ゴムの耐力線を示し、Ｓは積層ゴムの履歴を示す。
積層ゴムのみの場合、積層ゴムに水平変形を徐々に加えていくと、積層ゴムの面圧は平常時の面圧Ｐ_１から徐々に増大し、耐力線Ｒに到達した時点で最大面圧Ｐ_２を示す。その後は水平変形を増大しても積層ゴムの座屈荷重に制限され面圧は低下する。
これに対して、本発明に係る免震装置の場合、積層ゴムに水平変形を徐々に加えていくと、積層ゴムの面圧は平常時の面圧Ｐ_１から徐々に増大し、滑り面の間隙幅がゼロとなる面圧Ｐ_３に到達すると、それ以後は水平変形が増大しても面圧はＰ_３を維持する。

第一の実施形態による免震装置では、滑り支承４の滑り面５ａと当該滑り面５ａに対向する下部構造物２の滑り面２ａとの間に間隙Ｃを設けているので、平常時には上部構造物１の鉛直荷重は積層ゴム３のみが負担するが、地震時に過大な圧縮力が積層ゴム３に作用した場合は、積層ゴム３が鉛直方向に弾性収縮し、滑り支承４が下部構造物２と接触して圧縮力の一部を負担する。これにより、積層ゴム３に許容値以上の圧縮面圧が作用するのを防ぐことができる。また、積層ゴム３に過大な水平変形が生じた場合には、滑り支承４が圧縮力の一部を負担するので、積層ゴム３の座屈を防ぐことができ、特に軽量建物等で積層ゴムの断面積を小さく設定している場合に有効である。
加えて、第一の実施形態による免震装置１０では、対向する滑り面５ａ、２ａ間の間隙幅Ｄが調節自在なので、滑り面５ａ、２ａ間の間隙幅Ｄを高い精度で制御することができる。これにより、平常時には確実に滑り支承４を絶縁させることができるし、また経年変化に対する調整も可能となる。

図３は、本発明に係る免震装置の第二の実施形態を示す概略立面図であり、（ａ）は平常時の状態、（ｂ）は地震時の状態にそれぞれ対応する。
図３に示すように、本実施形態による免震装置２０は、積層ゴム１３が上部構造物１１と下部構造物１２間に介装されるとともに、バネ１４が上部構造物１１と下部構造物１２間に張設されて、地震時に水平方向に移動可能な機構となっている。

バネ１４の一方の端部１４ａは上部構造物１１に固定され、他方の端部１４ｂは張力調整手段１５を介して下部構造物１２に固定されている。
張力調整手段１５は、円柱状の結合部材１６と、円柱または角柱状の第二固定部材１７とからなる。結合部材１６は、一方の端部１６ａにバネ１４が結合され、外周面にはねじ部１６ｂが形成されている。一方、第二固定部材１７の一方の端部１７ａは、下部構造物１２に図示しないボルト等で固定され、他方の端部１７ｂには、内周面にねじ部１７ｄが形成された孔１７ｃが設けられている。そして、結合部材１６は、ねじ部１６ｂ、１７ｄを介して第二固定部材１７の孔１７ｃに螺挿され、中心軸方向に移動自在となっている。

バネ１４の張力は、第二固定部材１７を回転軸として結合部材１６を回すことにより、容易に調節することができる。例えば、１０００φの天然ゴム系積層ゴム（断面積Ａ＝７８１，５５０ｍｍ^２）に対し、長さ１２００ｍｍのバネを８本使用し、水平変形６００ｍｍ時の圧縮面圧σ_Ｃを３．０Ｎ／ｍｍ^２にする場合、バネ１本が負担する軸力Ｎ_ｙは、σ_Ｃ×Ａ／８＝２９３ｋＮとなる。これに対するバネの軸方向成分Ｎは、Ｎ_ｙ×√（１２００^２＋６００^２）／１２００＝３２８ｋＮである。水平変形６００ｍｍ時のバネの長さは１３４２ｍｍであるから、バネの伸びΔＬは１３４２−１２００＝１４２ｍｍとなり、見かけのバネ剛性Ｋ_ＳをＮ／ΔＬ＝２３１６ｋＮ／ｍとすれば、水平変形６００ｍｍ時の積層ゴムの圧縮面圧σ_Ｃは３．０Ｎ／ｍｍ^２となる。即ち、バネ１４の支点間距離Ｌとバネ１４の剛性を調整することにより、設計者の意図する変形状態や応力状態を作り出すことができるのである。

図４は、積層ゴムの引張側鉛直歪とせん断歪との関係を示すグラフである。ここで、Ｔは積層ゴムの破断曲線である。
バネが無い場合の積層ゴムの状態をＸとすると、バネを取り付けることにより、積層ゴムの状態はＹに移動する。即ち、バネを取り付けることにより、積層ゴムは破断曲線Ｔから離れる方向（安全側）に移動し、積層ゴムの破断が防止される。

第二の実施形態による免震装置２０では、上部構造物１１と下部構造物１２間にバネ１４が張設されているので、積層ゴム１３に水平変形が生じた場合、バネ１４に張力が発生し、その鉛直方向分力により積層ゴム１３の引張面圧が低減される。さらに、バネ１４の水平方向分力は、積層ゴム１３の水平変位を小さくする方向に働くので、積層ゴム１３の破断を回避することができる。
加えて、第二の実施形態による免震装置２０では、バネ１４の張力を調節する張力調整手段１５を備えているので、平常時にバネ１４に若干の張力を導入しておくことにより、小変形時から高い精度で積層ゴム１３に作用する引張面圧を制御することができる。この際、バネ１４の支点間距離Ｌとバネ１４の剛性を調整することにより、設計者の意図する変形状態や応力状態を作り出すことができる。

以上、本発明に係る免震装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、滑り支承は上部構造物に固定されているが、下部構造物に固定されていてもよい。また、上記の実施形態では、張力調整手段は、下部構造物側に設けられているが、上部構造物側に設けられていてもよいし、上部構造物と下部構造物の両側に設けられていてもよい。さらに、滑り部材と第一固定部材の形状は逆でもよいし、結合部材と第二固定部材の形状も逆でもよい。

本発明に係る免震装置の第一の実施形態を示す概略立面図であり、（ａ）は平常時の状態、（ｂ）は地震時の状態にそれぞれ対応する。積層ゴムの面圧とせん断歪との関係を示すグラフであり、（ａ）は積層ゴムのみの場合、（ｂ）は本発明に係る免震装置の場合を示す。本発明に係る免震装置の第二の実施形態を示す概略立面図であり、（ａ）は平常時の状態、（ｂ）は地震時の状態にそれぞれ対応する。積層ゴムの引張側鉛直歪とせん断歪との関係を示すグラフである。

符号の説明

１、１１上部構造物
２、１２下部構造物
３、１３積層ゴム
４滑り支承
１４バネ
１５張力調整手段
１０、２０免震装置

Claims

上部構造物と下部構造物の間に設けられる免震層に設置される積層ゴムと滑り支承とからなる免震装置において、
前記滑り支承は、前記滑り支承の滑り面と当該滑り面に対向する前記上部構造物または前記下部構造物の滑り面との間に調節自在な間隙幅を有するように設置されていることを特徴とする免震装置。
前記滑り支承は、滑り面を有する滑り部材と、前記上部構造物または前記下部構造物に固定される第一固定部材とを備え、前記滑り部材は、前記滑り部材および前記第一固定部材に形成されるねじ部を介して前記第一固定部材に螺嵌されることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
上部構造物と下部構造物の間に設けられる免震層に設置される積層ゴムと、前記上部構造物と前記下部構造物間に張設されるバネとからなる免震装置であって、
前記バネの少なくとも一方の端部には、前記バネの張力を調節する張力調整手段を備えることを特徴とする免震装置。
前記張力調整手段は、前記バネが結合される結合部材と、前記上部構造物または前記下部構造物に固定される第二固定部材とを備え、前記結合部材は、前記結合部材および前記第二固定部材に形成されるねじ部を介して前記第二固定部材に螺嵌されることを特徴とする請求項３に記載の免震装置。