JP2006242212A - 積層型免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 環境にやさしく、水平方向への振動エネルギーを吸収することができる積層型免震装置を提供すること。
【解決手段】 弾性材層１１と鋼板１２とが交互に積層された積層体Ａを備えた積層型免震装置であって、積層体Ａに、当該積層体Ａを積層方向に貫通する空洞部１６を形成すると共に、この空洞部１６に、複数の部材１３を充填した。
【選択図】図１

Description

本発明は、免震装置にかかり、特に、積層ゴムと鋼板とから成る積層型の免震装置に関する。

図３に示すように、積層ゴム型免震装置１００（積層ゴム支承）は、ゴム弾性層１０１と鋼板１０２とが交互に上下方向（鉛直方向）に積層されてなる積層体１００Ａと、この積層体１００Ａの周囲を取り巻く被覆ゴム１０４と、積層体１００Ａを上下から挟んで配置されたフランジ１０５とから成る。そして、円柱状である積層体１００Ａの中心に、塑性変形部として一つの円柱状の金属プラグ１０３が封入されている。

この積層ゴム型免震装置１００は、上下のフランジ１０５に形成されたボルト穴を介して、建物と基礎（地面）との間に設置されることにより、建物自身の加重を支持すると共に、地震などによる水平方向の変位に対しては横方向にせん断変形することで、建物に振動エネルギーが印加されることを抑制することができる。

特に、近年では、金属プラグの材料として鉛（Ｐｂ）が用いられているが、鉛は軟らかく展延性に優れているため、積層ゴム１０１及び鋼板１０２によって拘束された鉛プラグ１０３が免震装置自体のせん断変形に追従するよう変形することで、振動エネルギーを吸収するよう作動する。換言すると、積層ゴムにて水平方向への変位を許容しつつ、鉛プラグの粘性特性によりその変形を減衰させることができ、揺れを迅速に抑制することができる。このような鉛プラグを用いた積層ゴム型免震装置が、特許文献１に開示されている。

特開平８−２１４８４号公報

しかしながら、近年、環境や健康への関心が高まると共に、鉛（Ｐｂ）の人体への有毒性については医科学的に調査が進められており、鉛の使用が建築物やその他各種産業分野で制限される傾向となっている。すなわち、プラグ材として鉛を使用することは環境面において有害であるという問題が生じている。

このような事情から鉛に代替可能な金属プラグが望まれているが、鉛と同等の特性を有する材料として、ＡｌＺｎ材や超塑性材が上げられるものの、剛性や粘性のバランスが鉛ほどプラグ材としての使用に優れておらず、高価でもある。また、一般構造用鋼材をプラグ材に使用することも考えられるが、粘性特性が十分でない。従って、代替材料を用いたとしても、水平方向の振動エネルギーを吸収するに至らず、鉛プラグを用いたときほどの減衰特性を発揮することができない、という問題が生じる。

このため、本発明では、環境にやさしく、水平方向への振動エネルギーを吸収することができる積層型免震装置を提供することをその目的とする。

そこで、本発明では、弾性材層と鋼板とが交互に積層された積層体を備えた積層型免震装置であって、積層体に、当該積層体を積層方向に貫通する空洞部を形成すると共に、この空洞部に、複数の部材を充填した、ことを特徴としている。このとき、上記空洞部に充填される部材は、金属体であると望ましく、この金属体は、球状、棒状、帯状などの形状に形成されているとなお望ましい。さらに、金属体は、塑性変形可能な部材であるとなお望ましい。

上記発明によると、建物と基礎（地面）との間に設置された免震装置は、まず、弾性材層と鋼板との積層構造により建物自身の加重を支持する。そして、水平方向の変位に対しては弾性材層が横方向にせん断変形し、これと共に水平方向に移動した鋼板により、空洞部に充填された複数の部材である金属体が押圧され、当該金属体が水平方向に移動したり、当該金属体に水平方向のせん断応力が印加される。すると、金属体の移動によって金属体同士の接触による摩擦力が生じたり、せん断応力によって金属体に変形が生じる。従って、金属体が一般構造用鋼材であっても、上述した摩擦力や塑性変形などにより、水平方向への振動エネルギーを吸収することができ、横方向への振動を効果的に減衰させることができる。

また、金属体を、積層方向に詰めて空洞部に充填すると共に、空洞部の前記積層方向における両端を塞ぐこととすると望ましい。これにより、充填された金属体が常時接触した状態となるため、水平方向への変位に対して、より効率よく摩擦力や塑性変形を生じさせることができ、より効果的に振動を減衰させることができる。

本発明は、以上のように構成され機能するので、これによると、金属体が一般構造用鋼材であっても、上述した摩擦力や塑性変形などにより、水平方向への振動エネルギーを吸収することができ、横方向への振動を効果的に減衰させることができるため、環境への悪影響を抑制しつつ、高性能な免震装置を提供することができる。

本発明である積層型免震装置は、積層ゴム層と鋼板との積層体に形成された空洞部に、複数の部材が充填したことに特徴を有する。以下、充填した部材が金属体であり、球状である場合を実施例１にて説明し、帯状である場合を実施例２にて説明する。但し、充填される部材は、金属体である場合に限定されず、また、その形状も球状や帯状であることに限定されない。棒状であってもよく、その他の形状であってもよい。

本発明の第１の実施例を、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の構成を示す部分断面図であり、図１（ｂ）は、振動時における部分断面図を示す。

［構成］
図１（ａ）に示すように、本発明である積層型免震装置１は、弾性材層である積層ゴム層１１と硬質材である鋼板１２とが交互に積層された積層体Ａと、この積層体Ａの積層方向の両端（図１（ａ）の上下端）に備えられたフランジ１５と、を備えたという構成を採っている。そして、フランジ１５に形成されたボルト穴１５ａを介して両フランジ１５が建物Ｔ１と基礎Ｔ２（地面）とに固定され、当該建物Ｔ１と基礎Ｔ２との間に免震装置１自体が配置される。なお、本実施例では、積層体Ａの積層方向を上下方向として説明する。但し、本発明である積層型免震装置１は積層方向を上下方向に向けて使用されることに限定されない。すなわち、図１（ａ）に示す積層型免震装置１が横向きに配置されて使用されてもよい。以下、各構成について詳述する。

積層体Ａは、上述したように、積層ゴム層１１と鋼板１２とが交互に積層され、これらは所定の接着剤にて接着されている。なお、鋼板１２は、積層ゴム層１１間に位置する太線にて図示している（各図において同じ）。そして、積層ゴム層１１及び鋼板１２は円形状に形成されていて、積層体Ａは円柱形状に形成されている。また、その周囲は被覆ゴム１４にて覆われている。なお、本実施例では、積層体Ａを構成する弾性材層に積層ゴムを用いることを例示したが、これに限定されるものではない。また、鋼板１２は、後述する充填部材１３と同程度の強度を有する硬質材であり、例えば、一般構造用鋼材である。さらに、積層体Ａは、円柱形状であることに限定されず、例えば、各層１１，１２が四角形状であって、積層体Ａ自体が四角柱形状であってもよく、その他の形状であってもよい。

また、円柱形状である積層体Ａの中心には、その軸方向である積層方向に向かって円柱形状の貫通穴１６（空洞部）が形成されている。そして、この貫通穴１６には、複数の金属体である充填部材１３が充填されている。この充填部材１３は、本実施例では、特に、鉛（Ｐｂ）といった環境に悪影響を与える材料にて形成されたものではなく、安価な塑性変形可能な材料である一般構造用鋼材にて形成されたものである。そして、図１に示すように、球状に形成されている。

これら複数の充填部材１３は、貫通穴１６に下端側から詰めて充填されており、当該貫通穴１６の両端（上下端）は、フランジ１５にて閉塞されている。従って、球状である充填部材１３は、貫通穴１６内部で、積層体Aの内壁や他の充填部材１３と接触した状態になっており、移動が困難な状態となっている。なお、これら充填部材１３は、貫通穴１６よりも一回り小さく、ほぼ同様の形状の収容体にて収容されて、貫通穴１６に収容されていてもよい。これにより、後述するように、充填部材１３の交換が容易となる。

なお、上記貫通穴１６は、必ずしも積層体Ａの中心に形成されている必要はなく、また、その数も１つであることに限定されない。すなわち、積層体Ａの所定箇所に複数の貫通穴１６が積層方向に貫通して形成され、各貫通穴１６に上述した充填部材１３が充填されていてもよい。

［動作］
次に、図１（ｂ）を参照して、本実施例における積層型免震装置１の動作を説明する。この図においては、免震装置１の上端が固定された建物Ｔ１が矢印Ｙ１方向（図１（ｂ）で右方向）に振動により変位した場合を示す。

この場合において、まず、建物Ｔ１自身の加重を積層体Ａにて支持する。そして、矢印Ｙ１に示す水平方向の変位に対しては、積層ゴム層１１が水平方向にせん断変形することにより図１（ｂ）に示すように円柱形状の積層体Ａが斜めに変形する。これにより、水平方向への移動を許容し、免震作用を発揮する。このとき、積層ゴム層１１に一体となって接着されている鋼板１２も変形方向（矢印Ｙ１方向）に移動することとなる。

このとき、変形方向に移動した鋼板１２が、積層体Ａの中心の貫通穴１３に充填された充填部材１３を変形方向（矢印Ｙ１方向）に押圧することとなる。すると、球体である充填部材１３は貫通穴１６に詰め込まれた状態であるため、鋼板１２や他の接触する充填部材１３によって相互に押圧され、挟まれた状態となり、その押圧力によって水平方向にせん断応力が印加される。そして、かかるせん断応力によって、充填部材１３に塑性変形が生じる。例えば、図示するように、球形状が楕円形状に変形したり、球の表面が陥没するなど、塑性変形する。これにより、かかる塑性変形に必要なエネルギーが吸収されることとなり、すなわち、水平方向への振動エネルギーが吸収されることとなる。また、これと共に、充填部材１３は球体であるため、水平方向への押圧によって貫通穴１６内部にて回転することもありうる。かかる場合には、充填部材１３は詰め込まれているため、接触している他の充填部材１３や積層体Ａの内壁などに対する摩擦力が生じうる。従って、かかる摩擦力によっても水平方向への振動エネルギーが吸収され、効果的に振動を減衰させることができる。

ここで、貫通穴１６に充填される上述した球状の充填部材１３の表面を、凹凸形状に形成してもよい。これにより、凹凸形状の凸部や凹部の周囲は強度が低下しているため、鋼板１２や他の接触する充填部材１３によって押圧されることで、塑性変形が生じることとなり、より効果的に振動エネルギーを吸収することができる。

以上より、鉛などの高い粘性の材料を用いることがなくとも、一般鋼材などの安価な材料を用いて振動を減衰させることができるため、環境にやさしく、かつ、低コストで、減衰性能に優れた免震装置を提供することができる。なお、塑性変形してしまった充填部材１３を交換することにより、免震装置の減衰効果を再生させることができ、さらなるコストの低減を図ることができる。

次に、本発明の第２の実施例を、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、本実施例における積層型免震装置の構成を示す部分断面図であり、図２（ｂ）は、振動時における部分断面図を示す。本実施例では、上述した積層型免震装置１とほぼ同様の構成を採っているが、積層体Ａの貫通穴１６に充填される充填部材１３の形状が異なる。

［構成］
本実施例における充填部材１３は、上記実施例１と同様に、鉛（Ｐｂ）といった環境に悪影響を与える材料にて形成されたものではなく、安価な塑性変形可能な材料である一般構造用鋼材にて形成されたものである。そして、特に、図２（ａ）に示すように、所定の厚みを有し、所定の長さに切断された帯状（リボン状）に形成されている。

この帯状の充填部材１３は、貫通穴１６の下端側から詰め込まれて充填されており、当該貫通穴１６の両端（上下端）は、フランジ１５にて閉塞されている。従って、充填部材１３は、貫通穴１６内部で、積層体Ａの内壁や他の充填部材１３と接触した状態になっており、移動が困難な状態である。なお、これら充填部材１３は、貫通穴１６よりも一回り小さく、ほぼ同様の形状の収容体にて収容されて、貫通穴１６に収容されていてもよい。これにより、後述するように、充填部材１３の交換が容易となる。

［動作］
次に、図２（ｂ）を参照して、本実施例における積層型免震装置１の動作を説明する。この図においては、免震装置１の上端が固定された建物Ｔ１が矢印Ｙ１方向（図２（ｂ）で右方向）に振動により変位した場合を示す。

この場合において、まず、建物Ｔ１自身の加重を積層体Ａにて支持する。そして、矢印Ｙ１に示す水平方向の変位に対しては、積層ゴム層１１が水平方向にせん断変形することにより図２（ｂ）に示すように円柱形状の積層体Ａが斜めに変形する。これにより、水平方向への移動を許容し、免震作用を発揮する。このとき、積層ゴム層１１に一体となって接着されている鋼板１２も変形方向（矢印Ｙ１方向）に移動することとなる。

このとき、変形方向に移動した鋼板１２が、積層体Ａの中心の貫通穴１６に充填された充填部材１３を変形方向（矢印Ｙ１方向）に押圧することとなる。すると、帯状である充填部材１３は詰め込まれた状態であるため、鋼板１２や他の接触する充填部材１３によって相互に押圧され、その押圧力によって水平方向にせん断応力が印加される。そして、かかるせん断応力によって、充填部材１３に塑性変形が生じる。特に、本実施例では、充填部材１３が帯状に形成されているため、その強度が弱く、折れ曲がるなど容易に塑性変形が生じうる。すると、かかる塑性変形により、水平方向への振動エネルギーが吸収されることとなり、効果的に振動を減衰させることができる。

ここで、貫通穴１６に充填される上述した帯状の充填部材１３に、他の部分よりも厚みが薄かったり、あるいは、幅が狭い切り欠き部を形成してもよい。これにより、切り欠き部の強度はさらに低下しているため、鋼板１２や他の接触する充填部材１３によって押圧されることで、かかる部分に塑性変形が生じやすくなり、より効果的に振動エネルギーを吸収することができる。

以上より、鉛などの高い粘性の材料を用いることなくとも、一般鋼材などの安価な材料を用いて振動を減衰させることができるため、環境にやさしく、かつ、低コストで、減衰性能に優れた免震装置を提供することができる。なお、塑性変形してしまった充填部材１３を交換することにより減衰効果を再生させることができ、さらなるコストの低減を図ることができる。

本発明は、建物を地震などの振動から守る免震装置として、当該建物と基礎との間に設置可能であり、産業上の利用可能性を有する。

図１（ａ）は、実施例１における積層型免震装置の構成を示す部分断面図であり、図１（ｂ）は、その振動時の様子を示す部分断面図である。 図２（ａ）は、実施例１における積層型免震装置の構成を示す部分断面図であり、図２（ｂ）は、その振動時の様子を示す部分断面図である。 従来例における積層型免震装置の構成を示す部分断面図である。

符号の説明

１ 積層型免震装置
１１ 積層ゴム層
１２ 鋼板
１３ 充填部材（金属体）
１４ 被覆ゴム
１５ フランジ
１６ 貫通穴
Ａ 積層体
Ｔ１ 建物
Ｔ２ 基礎（地面）

Claims (7)

1. 弾性材層と鋼板とが交互に積層された積層体を備えた積層型免震装置において、
   前記積層体に、当該積層体を積層方向に貫通する空洞部を形成すると共に、この空洞部に、複数の部材を充填した、
   ことを特徴とする積層型免震装置。
2. 前記空洞部に充填される部材は、金属体である、ことを特徴とする請求項１記載の積層型免震装置。
3. 前記金属体を、前記積層方向に詰めて前記空洞部に充填すると共に、前記空洞部の前記積層方向における両端を閉塞した、ことを特徴とする請求項２記載の積層型免震装置。
4. 前記金属体は、球状である、ことを特徴とする請求項２又は３記載の積層型免震装置。
5. 前記金属体は、棒状である、ことを特徴とする請求項２又は３記載の積層型免震装置。
6. 前記金属体は、帯状である、ことを特徴とする請求項２又は３記載の積層型免震装置。
7. 前記金属体は、塑性変形可能な部材である、ことを特徴とする請求項２，３，４，５又は６記載の積層型免震装置。
   

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