JP2006291512A - 免震装置、免震装置を用いた建築物、及び免震装置の取付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 地震等による衝撃を、より緩和することが可能な免震装置、及びそれを取り付けた建築物を提供する。
【解決手段】 地震による上下及び／又は左右の振動を検知する振動検知手段８と、建築物本体１と基礎２の間の所定の部位に設けられ、建築物本体１を基礎２から磁力によって浮上させる浮上手段６、７と、地震による振動を検知した際に、浮上手段６、７を動作させる制御手段９とを備え、浮上手段６、７は、建築物本体１及び基礎２の一方に設けられた磁石７と、他方の、磁石７と対向する位置に設けられた磁石６とを有し、磁石６、７のうち少なくとも一方は電磁石６である、免震装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地震による振動を緩和させる免震装置、免震装置を用いた建築物、及び免震装置の取付方法に関するものである。

家屋の基礎及び基礎上に設置される土台等は、家屋を支持する上で重要な構造部である。これら基礎と土台の結合は、図７に示すように、砂利等の上に、敷設されたコンクリートからなる基礎１００と、基礎１００上に載置された土台１０１とを、アンカーボルト１０２で固定する、基礎打ち工法が用いられている。

このような基礎打ち工法では、基礎１００と土台１０１とが、アンカーボルト１０２によって強く固定されている。そのため、地震等の強い衝撃を受けると、その衝撃が直接的に基礎１００又は土台１０１に付加され、衝撃に弱いコンクリートよりなる基礎１００に亀裂が発生したり、強度の弱い木材よりなる土台１０１が破損したりし易かった。

このような地震による強い衝撃を緩和するために、基礎１００と土台１０１に渡って取り付けられる耐震補強金具が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００５―３６６１５号公報

上記特許文献１のような耐震補強金具を用いた場合、衝撃が緩和されるものの、基礎１００と土台１０１が直接接しているために十分には衝撃が緩和されていなかった。

又、家屋に限らず、耐震のために金具等で固定されている家具等についても同様に地震等による衝撃を緩和する必要があった。

本発明は、上記従来の課題を考慮して、地震等による衝撃を、より緩和することが可能な免震装置、免震装置を用いた建築物、及び免震装置の取付方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、第１の本発明は、
地震による上下及び／又は左右の振動を検知する振動検知手段と、
物体と台の間の所定の部位に設けられ、前記物体を前記台から磁力によって浮上させる浮上手段と、
地震による振動を検知した際に、前記浮上手段を動作させる制御手段とを備えた、免震装置である。

又、第２の本発明は、
前記物体は、建築物本体であり、
前記台は、基礎であり、
前記浮上手段は、前記基礎と前記建築物本体との間の複数の所定部位に設けられている、第１の本発明の免震装置である。

又、第３の本発明は、
前記浮上手段は、
前記物体及び台の一方に設けられた磁石と、他方の、前記磁石と対向する位置に設けられた磁石とを有し、
前記磁石のうち少なくとも一方は電磁石である、第１の本発明の免震装置である。

又、第４の本発明は、
前記電磁石は、超電導磁石である、第３の本発明の免震装置である。

又、第５の本発明は、
前記磁石は、それぞれ他方に対向する平面部を有しており、
地震が発生していない時には、一方の前記平面部の端部分は、それに対応する、他方の前記平面部の端部分から、地面と実質上平行方向に前記他方の平面部の外側に位置しており、
前記磁石又は前記電磁石は、前記外側に位置している一方の前記平面部の端部分に、前記他方側に向かって、前記平面部に対して実質上垂直方向に設けられた縁部を有し、
前記浮上手段により、浮上する高さよりも、前記縁部の前記平面部に対する垂直方向の長さの方が長くなっている、第３の本発明の免震装置である。

又、第６の本発明は、
地震が発生していないときに、前記物体と台の固定を行う固定手段を更に備えた、第１の本発明の免震装置である。

又、第７の本発明は、
前記浮上手段は、前記固定手段を兼ねており、
前記浮上手段は、
前記物体及び台の一方に設けられた磁石と、他方の、前記磁石と対向する位置に設けられた磁石とを有し、
前記磁石のうち少なくとも一方は電磁石であり、
前記制御手段は、前記振動を検知した時と、前記振動を検知していない時で、前記電磁石の極が反対になるように、電流を制御する、第６の本発明の免震装置である。

又、第８の本発明は、
前記固定手段は、
地面に対して実質上垂直に、前記物体と前記台にわたって配置されている棒状部材と、
前記振動を検知した時に、前記棒状部材を前記物体又は前記台側に引き抜く引き抜き手段とを有している、第６の本発明の免震装置である。

又、第９の本発明は、
前記棒状部材は、金属製であり、
前記引き抜き手段は、電磁コイルである、第８の本発明の免震装置である。

又、第１０の本発明は、
第２の本発明の免震装置を備えた、建築物である。

又、第１１の本発明は、
建築物の基礎と土台を固定するためのアンカーボルトを切断する切断工程と、
前記土台を持ち上げる工程と、
第２の本発明の免震装置を取り付ける工程とを備えた、免震装置の取付方法である。

本発明によれば、地震等による衝撃を、より緩和することが可能な免震装置、免震装置を用いた建築物、及び免震装置の取付方法を提供することが出来る。

以下、本発明にかかる実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明にかかる実施の形態１における免震装置について説明するとともに、本発明の免震装置を用いた建築物についても同時に説明する。

図１は、本発明にかかる実施の形態１における免震装置を取り付けた家屋の断面構成図を示したものである。

図１に示すように、本実施の形態１における家屋は、家屋本体１と、コンクリートからなる基礎２とを備えている。この家屋本体１は、土台３、屋根４、及び柱５とを有している。この土台３が基礎２上に載置される。尚、説明のため、基礎２と土台３の間隔を開けて示している。

土台３の下側には、電磁石６が複数箇所に設置されている。又、電磁石６が設置されている箇所に対向する基礎２の箇所には、磁石７が設置されている。又、土台３には、本発明の振動検知手段の一例である、加速度計８が設置されている。この加速度計８による振動の検知によって複数の電磁石６の制御を行う制御手段９が設置されている。

図２に、図１で示した電磁石６及び磁石７の部分拡大構成図を示す。図２に示されているように、電磁石６は、鉄芯１０と、鉄芯１０に捲き回された導線１１を有している。この鉄芯１０は、土台３に対して、その一部が埋め込まれることによって固定されている。

又、電磁石６は、基礎２に対向する部分に平面部６ａを有している。この平面部６ａと対向する部分に、磁石７も平面部７ａを有している。これら、平面部７ａと６ａは、上方から見ると実質上円形状である。又、平面部６ａの周縁６ｂには、平面部６ａと実質上垂直方向であって、基礎２側に向かって縁部６ｃが形成されている。又、平面部６ａと平面部７ａの中心が実質上一致した状態で、周縁６ｂと周縁７ｂの間隔ｌが１８ｃｍ以上空くように、平面部６ａ及び７ａは形成されている。又、縁部６ｃの平面部６ａに対する垂直方向の長さｍは、電磁石６と磁石７の磁力による浮上距離ｎよりも長くなっている。

尚、本発明の浮上手段は、例えば、本実施の形態１では電磁石６及び磁石７に相当する。又、本発明の端部分とは、例えば、本実施の形態１では、周縁６ｂ若しくは７ｂに相当する。

上記構成の本実施の形態１における免震装置の動作を説明するとともに、本発明の免震装置を備えた建築物の動作についても同時に説明する。

地震が発生していない場合、複数の電磁石６に通電されており、電磁石６は、それに対応する磁石７と引き合うことによって固定されている。例えば、磁石７の平面部７ａ側がＮ極であるときには、電磁石６の平面部６ａがＳ極となるように電流の向きが制御されている。

次に、地震が発生すると、加速度計８によって振動が検知される。この振動を検知した信号は制御手段９に送られ、制御手段９は、複数の電磁石６へ地震が発生していないときと逆向きに電気を流すように制御を行う。ここで、例えば、磁石７の平面部７ａ側がＮ極の時には、電磁石６の平面部６ａもＮ極となるような電流の向きに通電を行う。このため、電磁石６と磁石７は、反発し、家屋本体１は浮上する。

又、地震が終了し、加速度計８によって振動が検知されなくなると、徐々に導線１１に流す電流を弱めるように制御が行われる。これによって家屋本体１が徐々に落下し、基礎２上に載置されることになる。

最後に、磁石７と電磁石６が引き合うように、電磁石６に電気を流す。

このように、地震が発生している最中には、家屋本体１が基礎２から浮上しており、振動が直接家屋本体１に伝わらないため地震による振動を緩和する事が出来る。

又、本発明の浮上手段と兼ねられている固定手段は、例えば、本実施の形態１の電磁石６及び磁石７に相当する。この固定手段により地震が発生していないときには、電磁石６と磁石７は積極的に固定されているため、家屋本体１が基礎２に強固に固定されており、台風等の暴風に対しても安全である。尚、常時固定を行わず、風速を測定する手段を更に設けて、所定の風速以上になった際に電磁石６に通電が行われ、磁石７との固定が行われてもよい。

又、本実施の形態１の免震装置では、周縁７ｂと縁部６ｃの距離は１８ｃｍ以上になるように構成されているが、この１８ｃｍとは、阪神淡路大震災時の横揺れの最大変位であり、当該震災規模の地震が発生したとしても、磁石７と電磁石６の上下位置が完全にはズレない。更に、縁部６ｃの平面部６ａに対する垂直方向の長さｍが、電磁石６と磁石７の磁力による浮上距離ｎよりも長くなっているため、例え、１８ｃｍ以上の揺れが来た場合であっても、磁石７の側面と縁部６ｃが干渉することにより、磁石７と電磁石６の上下位置のズレを防ぐことが出来る。

尚、本実施の形態１の免震装置では、基礎２に電磁石６が設置され、土台３に磁石７が設置されているが、逆に設置されていてもよい。

又、本実施の形態１の免震装置では、電磁石６の平面部６ａの方が、磁石７の平面部７ａよりも面積が大きく、更に縁部６ｃが形成されているが、平面部７ａの方が、平面部６ａよりも大きくても良く、縁部が形成されていてもよい。

又、本実施の形態１の免震装置では、一方に電磁石６を用いて、他方に磁石７を用いているが、両方ともに電磁石を用いても良い。更に、電磁石ではなく超電導磁石であってもよい。

又、図１の側面図では、電磁石６及び磁石７が、土台３の両端及び中央の３箇所に設置されているが、本構成に限らなくともよく、要するに家屋本体１を基礎２から浮上させることが出来さえすればよい。但し、家屋本体１の強度の点から、電磁石６及び磁石７は、少なくとも柱５の下側には設置した方が好ましく、又、家屋本体１の底面が均等に持ち上がるように設置することが好ましい。

又、本実施の形態１では、平面部７ａと６ａは実質上円形状であると説明したが、円形状に限らず、例えば一方が長方形状であってもよく、要するに、一方の平面部の端部分が、それに対応する、他方の平面部の端部分から１８ｃｍ以上、他方の平面部の外側に位置しておりさえすればよい。この一例を図３に示す。図３は、上方から電磁石６を磁石７を見下ろした際の平面図である。図３に示すように、平面部７ａは長方形状であり、平面部６ａは、端部分６ｄ、６ｅの各々に対応する、他方の平面部７ａの端部分７ｄ、７ｅとの距離ｔ、ｓがともに１８ｃｍ以上となるような形状に形成されている。

又、本実施の形態１では説明していないが、地震が発生した際には、電気が通じなくなることが考えられるので、バッテリー等を備えて電力を貯蔵しておく方がより好ましい。

又、本実施の形態１の免震装置では、周縁７ｂと周縁６ｂの距離を１８ｃｍ以上と説明した。しかしながら、本実施の形態の距離に限定されるものではないが、例えば、地震によって揺れやすいビルの上方階の部屋に載置されている家具等、又は地震による揺れの激しい地盤上に建設されている家屋等に、本実施の形態の免震装置を適応する場合には、周縁７ｂと周縁６ｂの距離を１８ｃｍよりも長くする方が好ましい。又、地震による揺れが比較的穏やかな地盤上に建設されている家屋等に対しては、前記距離を短くしてもかまわず、本実施の形態の免震装置を適応する物体、適応する場所によって、前記距離は適宜変更可能である。

（実施の形態２）
以下に、本発明にかかる実施の形態２における免震装置について説明するとともに、本発明の免震装置を用いた建築物についても同時に説明する。

図４は本実施の形態２における免震装置を取り付けた家屋の部分構成図である。図４に示すように、本実施の形態２の免震装置は、実施の形態１と基本的構成は同じであるが、実施の形態１に対して、別途、固定手段３０を備えている点が異なる。そのため、本相違点を中心に説明する。尚、同一の構成要素に対しては、同一符号を付している。

図４に示すように、本実施の形態２における免震装置は、基礎２と土台３を固定するための固定手段３０を複数個備えている。又、実施の形態１で説明した制御手段９の代わりに、加速度計８に基づいて電磁石６とともに固定手段３０の制御を行う制御手段３４が設置されている。

図５（ａ）は、基礎２と土台３が、固定手段３０によって固定されている状態を示す断面構成図であり、図５（ｂ）は、基礎２と土台３が、固定手段３０によって固定されていない状態を示す断面構成図である。

図５（ａ）に示すように、固定手段３０は、基礎２に設けられた孔部３３に挿入され、基礎２と土台３を固定する棒状部材３１と、土台３に取り付けられた電磁コイル３２とを有している。この電磁コイル３２に電気を流すことによって、棒状部材３１が電磁コイル３２内に収納される。この状態を示すのが図５（ｂ）である。

本実施の形態２における免震装置の動作について以下に述べる。

地震が発生していない時には、図５（ａ）に示すように、棒状部材３１は、基礎２の孔部３３に挿入された状態になっている。

次に、地震が発生すると、加速度計８によって振動が検知され、電磁コイル３２に通電が行われる。この電磁コイル３２への通電によって、棒状部材３１が電磁コイル３２内に引き込まれ、基礎２と土台３との固定が解除される。

そして、磁石７に対して反発するように、複数の電磁石６へ通電され、家屋本体１が浮上する。

又、地震が終了し、加速度計８によって振動が検知されなくなると、徐々に導線１１に流す電流を弱めるように制御が行われる。これによって家屋本体１が徐々に落下し、基礎２上に載置されることになる。

次に、電磁コイル３２の通電を停止することにより棒状部材３１は落下し、孔部３３に挿入される。

尚、本実施の形態２では、土台３側に電磁コイル３２を備えているが、基礎２側に備えていても良い。しかしながら、この場合、地震が発生していないときに、棒状部材３１を上方に位置させておく必要があるため、電磁コイル３２に常時通電を行う必要がある。そのため、本実施の形態２の免震装置と比較して電力が大きくなる。

又、本実施の形態２では、棒状部材３１を自然落下によって孔部３３に挿入していたが、電流を反対向きに流すことによって棒状部材３１を積極的に電磁コイル３２から押し出してもよい。

尚、本発明の引き抜き手段の一例は、本実施の形態２の電磁コイル３２に相当するが、本構成に限らず、例えば、モーターと棒状部材を連動させ、基礎２又は土台３側に引き抜くような構成としてもよく、要するに振動を検知したときに、棒状部材を基礎又は土台側に引き抜くことが出来ればよい。

（実施の形態３）
以下に、本発明にかかる実施の形態３における免震装置の取付方法について説明する。この免震装置としては、実施の形態１において説明した免震装置を用いる。

図６（ａ）は、既存の家屋の断面図である、図６（ａ）に示すように、既存の家屋には、家屋本体１を固定するために、基礎２と土台３の間に実質上地面に対して垂直にアンカーボルト５０が挿入されている。

このアンカーボルト５０を、基礎２と土台３の境界部分５０ａで切断する（本発明の切断工程の一例に相当する。）。

そして、図６（ｂ）に示されているように、家屋本体１をジャッキ等で持ち上げ、基礎２と土台３の間に空間を設ける（本発明の土台を持ち上げる工程の一例に相当する。）。

続いて、図１及び図２で説明した電磁石６と磁石７を、図６（ｃ）に示すようにそれぞれ土台３と基礎２に取り付ける（本発明の取付工程の一例に相当する。）。

最後に、ジャッキ等で、再び、基礎２上に家屋本体１を載置する。

以上の取付方法により、既存の家屋に対して、本実施の形態１で説明した免震装置を取り付ける事が可能となる。

尚、本発明の建築物の一例は、実施の形態１〜３の家屋に相当するが、倉庫又は物置であってもよい。

又、本発明の物体の一例は、実施の形態１〜３の家屋本体１に相当し、本発明の台の一例は、基礎２に相当するが、本構成に限らず、本発明の物体及び台の他の一例として、家具及び床であってもよい。

本発明の免震装置は、地震等による衝撃を、より緩和することが可能な効果を有し、特に建築物等に用いる免震装置として有用であり、既存の建築物に対しても適用可能である。

本発明にかかる実施の形態１における免震装置を取り付けた家屋の断面構成図 本発明にかかる実施の形態１における免震装置の断面構成図 本発明にかかる実施の形態１における免震装置の電磁石及び磁石の平面部の一例を示す平面図 本発明にかかる実施の形態２における免震装置を取り付けた家屋の部分断面構成図 （ａ）本発明にかかる実施の形態２における免震装置の固定手段によって基礎と土台が固定されている状態を示す断面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態２における免震装置の固定手段による基礎と土台の固定が解除されている状態を示す断面構成図 （ａ）本発明にかかる実施の形態３における免震装置の取付方法を説明するための断面構成図、（ｂ）本発明にかかる実施の形態３における免震装置の取付方法を説明するための断面構成図、（ｃ）本発明にかかる実施の形態３における免震装置の取付方法を説明するための断面構成図 従来の家屋の部分断面構成図

符号の説明

１ 家屋本体
２ 基礎
３ 土台
４ 屋根
５ 柱
６ 電磁石
７ 磁石
８ 加速度計
９ 制御手段
１０ 鉄芯
１１ 導線

Claims (11)

1. 地震による上下及び／又は左右の振動を検知する振動検知手段と、
   物体と台の間の所定の部位に設けられ、前記物体を前記台から磁力によって浮上させる浮上手段と、
   地震による振動を検知した際に、前記浮上手段を動作させる制御手段とを備えた、免震装置。
2. 前記物体は、建築物本体であり、
   前記台は、基礎であり、
   前記浮上手段は、前記基礎と前記建築物本体との間の複数の所定部位に設けられている、請求項１記載の免震装置。
3. 前記浮上手段は、
   前記物体及び台の一方に設けられた磁石と、他方の、前記磁石と対向する位置に設けられた磁石とを有し、
   前記磁石のうち少なくとも一方は電磁石である、請求項１記載の免震装置。
4. 前記電磁石は、超電導磁石である、請求項３記載の免震装置。
5. 前記磁石は、それぞれ他方に対向する平面部を有しており、
   地震が発生していない時には、一方の前記平面部の端部分は、それに対応する、他方の前記平面部の端部分から、地面と実質上平行方向に前記他方の平面部の外側に位置しており、
   前記磁石又は前記電磁石は、前記外側に位置している一方の前記平面部の端部分に、前記他方側に向かって、前記平面部に対して実質上垂直方向に設けられた縁部を有し、
   前記浮上手段により、浮上する高さよりも、前記縁部の前記平面部に対する垂直方向の長さの方が長くなっている、請求項３記載の免震装置。
6. 地震が発生していないときに、前記物体と台の固定を行う固定手段を更に備えた、請求項１記載の免震装置。
7. 前記浮上手段は、前記固定手段を兼ねており、
   前記浮上手段は、
   前記物体及び台の一方に設けられた磁石と、他方の、前記磁石と対向する位置に設けられた磁石とを有し、
   前記磁石のうち少なくとも一方は電磁石であり、
   前記制御手段は、前記振動を検知した時と、前記振動を検知していない時で、前記電磁石の極が反対になるように、電流を制御する、請求項６記載の免震装置。
8. 前記固定手段は、
   地面に対して実質上垂直に、前記物体と前記台にわたって配置されている棒状部材と、
   前記振動を検知した時に、前記棒状部材を前記物体又は前記台側に引き抜く引き抜き手段とを有している、請求項６記載の免震装置。
9. 前記棒状部材は、金属製であり、
   前記引き抜き手段は、電磁コイルである、請求項８記載の免震装置。
10. 請求項２記載の免震装置を備えた、建築物。
11. 建築物の基礎と土台を固定するためのアンカーボルトを切断する切断工程と、
    前記土台を持ち上げる工程と、
    請求項２の免震装置を取り付ける工程とを備えた、免震装置の取付方法。
    

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