JP2007239990A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】建物に与える地震力の竪揺れと横揺れに対し、その運動を吸収し建物に致命的な損傷をもたらさない免震機能を持たせること。主に木造建築物に最適であるが他構造の小規模建築物にも使用できることや免震装置の構造を簡便にし、価格も手頃なものにすることである。
【解決手段】地震の横揺れに対応する滑り支承と竪揺れに対応する衝撃緩衝装置を合体させることで免震効果をもたせ、想定外の地震力に対し効果を発揮する補助装置を備えた免震装置とする。この免震装置を数個のパーツに分け、製作する。その資材の調達が市井で容易にでき且つ作業工程を少なくできるよう考案した。そのパーツを合体させて免震機能を持たせる。現場施工は殆ど載せる作業であり、特殊な金具や工具を必要としない。
【選択図】 図２

Description

この発明は建物と基礎の間に設置し、地震発生時の建物の竪揺れと横揺れを緩衝し、建物の位置を元の位置に戻すための木造建築物や他の小規模建築物に適した免震装置に関するものである。

日本の木造建築物においてその木造建築技術は比類なき卓越したものと認識している。し
かしながら木造建築物はそれ以外の建築構造物に比べ耐震性に劣っている。従ってその耐震性能を充分なものするため従来の木造建築技術よりも補強金具やその他の新しい材料に耐震性能を負わせている現状にある。要は建物が潰れないことに力点がある。

元来、木造の建物は軽量で加工し易く、しなやかで気候風土に適した最良の資材である。寿命が来れば解体し易いことも大切である。現在、耐震のため補強金具が大量に使われ、その解体は容易なものではない。補強金物の限度を超えた地震に遭遇し建物に著しい傾斜が生じた場合柱、梁等各部材は裂け、割れ、折れることになり復元は不可能に近い。このように建物が倒壊しなくても解体を余儀なくされることになり、木材資源の無駄使いになる。

日本の木造建築物の特徴は木材の長所である軽量で加工性が良く、加工された継ぎ手や交
差する部材の仕口部が応力に対し、しなやかに対応し復元するところにある。この特性を
活かし、本来の木造建築技術を復活させなければならない。従って建物の下部において地
震力を減衰させ、建築物への影響を限りなく無くすことにある。

この発明は地震による上下動と横揺れを緩衝するために建物の基礎と建物を固定する鋼鉄製、或いは補強された集成材の架台（以下、架台という）の間に設ける免震装置である。

建物を固定した架台に設置した装置（以下、上部装置という）と建物の基礎に設置した装置（以下、下部装置という）は必要最小限の接触面を保ち、地震による振動を緩和、緩衝し建物への影響を軽減させる目的をもっている。
これ等の上部装置や下部装置のいずれかに地震の竪振動を緩和する弾性体や横振動を緩和する球体、また球体が滑らかに転がるための凹面を持った円盤体若しくは平らな円型転動板等にてその目的を叶えるものである。

球体の転動装置は地震の衝撃の程度により大きく反応することもあり、それを制御することも大切な条件になる。そこで建物を固定した架台と基礎を自在伸縮材による補助装置で繋ぎ、完全な免震機能を持たせる。

この免震装置は上部装置と下部装置からなり補助装置はそれを補完するものである。
上部若しくは下部装置とした滑り支承は建物の自重を支え、地震の横揺れを吸収する役目を果たし、その対面する装置は滑り支承を円滑に作動させるためのもので、凹面を持った円盤体や平らな円型転動板である。更にそれ等の装置に地震の上下動に対応する各種の弾性体を備えることでより免震効果を発揮する。

自在伸縮材を使った補助装置は想定外の振動変位を制御する機能を持っている。更に強風や台風圧による建物の移動を制御する役目も担う。

これ等の各部材は全て市販されているものが多く、容易に製作ができ、比較的廉価である。施工においても数種類のパーツの構成であり、運搬と取り付けが簡単である。

現在、伝統工法による建築技術が昨今の耐震基準の問題で停滞していることに伝統工法の衰退を危惧するものである。従って、この免震効果が従来の伝統工法の復活に大きく寄与するものと考える。今日まで存在している伝統工法で建てられた民家において耐震基準評価が著しく低いものについてもこの免震装置は有効である。

「請求項１」の実施形態の免震装置は上部装置の滑り支承と下部装置の滑り支承転動台・衝撃緩衝装置や装置固定盤からなり、補助装置も重要な免震構成部材である。
上部装置の滑り支承は転動する球体とその球体を一定の配列に整える保持器とで成り立っている。下部装置は滑り支承転動台としての凹面付円盤型プレートと複数の弾性体を並べたフラットプレートを複数重ねた衝撃緩衝装置からなり、円筒状の装置固定盤に載置し建物の基礎上に固定する。滑り支承転動台は滑り支承を支え、その面で球体を転動させる。これらの部材を組み合わせることで単純明快な免震装置としている。

補助装置の自在伸縮材は免震装置を中心に平面的にＸ方向とＹ方向に装着する。またＺ方向は垂直に設置する。この装着方法は建物を載せた架台と基礎の両方にアンカー材を施し、その間を自在伸縮材等にて繋ぐことである。

「請求項２」の実施形態の免震装置は上部装置の滑動基盤と下部装置の滑り支承や装置固定盤からなり補助装置も重要な免震構成部材である。
上部装置の滑動基盤は２枚の平らな円形滑動用プレートに円形弾性体を挟んだ一体装置であり、下部装置の滑り支承は転動する球体とその球体を一定の配列に整える保持器で構成し、一定の形をした成形弾性体の上に設置し、装置固定盤に載置、建物の基礎に固定する。尚、補助装置は双方の実施形態、共通の構成である。

図１から図７までを参照して実施形態１について説明する。図１は架台と基礎の間に免震装置を配置する形態を示している。補助装置は建物のコーナー部は外周に沿った２方向、外周のコーナー部以外は３方向、それ以外は４方向に設置するものである。図１の免震装置の配置は双方の実施形態、共通である。

図２は図２〔Ａ〕のように各部材を組み合わせ免震装置1として構成するものである。その組み合わせは図２〔Ｂ〕の通りである。
以下、図２〔Ｂ〕図中の符号６・７・８・９及び図２〔Ａ〕、11の順に説明する。

図３は滑り支承６の詳細を示している。図３〔Ａ〕は縦方向断面図、図３〔Ｂ〕は球体配列図、図３〔Ｃ〕は上部よりの見下図、破線表示は下部部材を示す。図３〔Ｄ〕は保持器4の下部の水平方向断面図、図３〔Ｅ〕は外観図である。
この装置は建物の重量を支持し、地震の横揺れに対応することを目的にしている。従って上部荷重及び地震の全方向の横揺れに対し堅固な形として上下のプレートの間にコアシリンダー404と放射状に施した台形のリブプレート402・403を配したものである。またコアシリンダー404の中も放射状に補強材をいれている。これ等は全て鋼鉄材を使用するものである。また下部は球体を7個、正６角形に配し自在の転動に備えている。その外側には球体が衝撃で跳び出さないようガードプレート407を施している。

図４は滑り支承転動台７を示している。図４〔Ａ〕は転動台の裏側平面図、図４〔Ｂ〕は断面図、図４〔Ｃ〕は下部装置との組み合わせ状況図である。
鋼鉄製の凹面付円盤体プレート701の裏側には上部装置の滑り支承が転動するたびにその力を下部装置に均等に伝えるための力骨703を放射状に配し、外側を短冊プレート704で固め、中央ではハブシリンダー702を備え放射状の力骨703と繋いでいる。

図５は衝撃緩衝装置８を示している。図５〔Ａ〕は円形弾性体802配列図、図５〔Ｂ〕は円形弾性体802載置し、上方からの応力を均等に伝えるフラットプレート801の平面図、図５〔Ｃ〕は円形弾性体802とフラットプレート801の組み合わせ図、図５〔Ｄ〕は下部材との組み合わせ状況図である。この装置は地震の竪揺れの衝撃を吸収することが目的である。地震力に見合う円形弾性体802を適度な間隔をもって円形に整列させ、円形弾性体802が地震により移動しないように弾性樹脂固定材803を充填し、円形のフラットプレート801をその上に載せるものである。これ等を複数重ねることで強い衝撃に耐え、吸収することができる。

図６は装置固定盤９を示している。図６〔Ａ〕は平面図、図６〔Ｂ〕は断面図、図５〔Ｃ〕は外観図である。
これは既に説明を加えた滑り支承転動台と衝撃緩衝装置をこの装置固定盤に載せ、所定の基礎にアンカーボルトにて固定させるものである。この装置固定盤は鋼鉄製のベースプレート901と位置固定金具902からなっている。位置固定金具902とは滑り支承転動台と衝撃緩衝装置が地震等の力で移動しないようベースプレート901に垂直に取り付けたものである。位置固定金具902には滑り支承転動台の裏側の力骨が咬み合う切り欠き部が放射状に具備され、衝撃による脱落等に万全を期している。

図７は補助装置１１を示している。前述の図２から図６までが主要免震装置である。
図７〔Ａ〕は補助装置の全体構成の詳細図、図７〔Ｂ〕はアンカー金物15の平面図である。
この補助装置は想定外の振動変位や強風・台風圧にも対抗することが目的である。フック鋼棒1502をアンカープレート1501に溶接し、振動変位でフック鋼棒1502が変形しないよう歪み防止プレート1503にて補強したアンカー金物15を架台の下部に固定する。同様に基礎部分にもアンカー金物15を設置する。この間を自在伸縮材1101と上下の自在連結リング鋼棒1102を介しそれぞれに繋ぐものである。この自在連結リング鋼棒1102が全方向の地震に対して柔軟に対応することになる。ここでは自在伸縮材としてコイルバネを考えているが円錐コイルバネや合成樹脂ゴムとコイルバネの併用も考えられる。尚、この補助装置は他の実施形態でも共通する。

図８から図１２までを参照して実施形態２について説明をする。
図８は図８〔Ａ〕のように各部材を組み合わせ免震装置1として構成するものである。その組み合わせは図８〔Ｂ〕の通りである。
以下、図８〔Ｂ〕図中の符号12・６・14・10の順に説明する。

図９は滑動基盤１２の詳細を示している。図９〔Ａ〕は滑動用上部プレート（ボルト穴付）1201の平面図、図９〔Ｂ〕は円形弾性体1203の平面図、図９〔Ｃ〕は滑動用下部プレート（架台取付ボルト付）1202の平面図、図９〔Ｄ〕は前述の３つのパーツを組み合わせた装置の縦方向断面図である。この装置は図９〔Ｄ〕のように滑動用下部プレート（架台取付ボルト付）1202と滑動用上部プレート（ボルト穴付）1201に円形弾性体1203を挟み、建物に固定された架台の下に固定し、建物の重量を下部の滑り支承６に伝え、地震の横揺れで下部装置と対応することを目的としている。円形弾性体1203の材種は硬質ゴム、合成樹脂ゴム等、或いはそれらと軟質金属、形成金属類を合体させたものを仕様とする。

図１０は滑り支承６の詳細を示している。
図１０〔Ａ〕は球体１４の配列平面図、図１０〔Ｂ〕は縦方向断面図、図１０〔Ｃ〕は側面図、図１０〔Ｄ〕は部材の組み合わせ状況図である。
この装置は球体13を７個、図の様に正六角形に配し、自在の転動に備えている。その配列を恒常的に維持し、地震の衝撃で球体13の飛び出しを防止する鋼製の六角コアケーシング501と建物等の荷重を伝達する軸力伝達プレート502からなる保持器５と前述の球体13で滑り支承６を構成し、転動機能と重量支持機能を持たせている。

図１１は成形弾性体１４の詳細を示している。図１１〔Ａ〕は平面図、破線表示は下部の形状を示す（円形に限定しない）図１１〔Ｂ〕は縦方向断面図、図１１〔Ｃ〕は側面図、図１１〔Ｄ〕は下部部材との組み合わせ状況図である。
この成形弾性体14は地震の竪振動の衝撃を緩衝することが目的である。上部に滑り支承の保持器５を載せるため正六角柱体をなし、下部は複数の突起物を具備し、これが衝撃に対応することになる。その材料は硬質ゴム、合成樹脂ゴム等、或いはそれらと軟質金属、形成金属類を合体させたものを仕様とする。

図１２は装置固定盤１０の詳細を示している。図１２〔Ａ〕は平面図、図１２〔Ｂ〕は断面図、図１２〔Ｃ〕は側面図である。
これは図10にて前述した滑り支承６と成形弾性体14を組み合わせ、この装置固定盤10に載せ、所定の基礎にアンカーボルトにて固定させるものである。この装置固定盤10は鋼鉄製のベースプレート1001と位置固定金具1002・1003からなっている。位置固定金具1002・1003とはリブ付きの鋼製型材を使用し、装置固定盤の中央に六角形の３辺にあたる位置の２辺に位置固定金具1002を溶接し、他の１辺に位置固定金具1003を設置、この位置固定金具1003は上部装置の脱着を可能にするために取り外し可能とする。

図１３は架台２の詳細で各ユニット平面とそれらを構成する部材を示している。図１３〔Ａ〕は４Ｔユニット架台（４坪）平面図、図１３〔Ｂ〕は３Ｔユニット架台（３坪）平面図、図１３〔Ｃ〕は２Ｔユニット架台（2.5坪）平面図、図１３〔Ｄ〕は各タイプの平面を構成する部材リストである。
ここに示しているのは日本家屋の間取りパターンを3種類のユニット平面にまとめたものである。これらのユニット平面を増殖することで自由な大きさが容易にできる。部材リストの６種類の部材は各ユニット平面をつくる共通部材であり、ここでは資材として鋼材、或いは鋼材で補強された木材の集成材を考えている。１例として図１３〔Ａ〕について説明すると四角形の４つの角に図１３〔Ｄ〕のＬ型部材204配し、その部材の４つの中間に図１３〔Ｄ〕のＴ型部材205を取り付け、四角形の中央部に図１３〔Ｄ〕のＸ型部材を配置して４Ｔユニット架台が製作できる。このユニット架台は他の実施形態でも共通する。

実施形態１及び２による免震装置の配置を示した説明図である。 実施形態１による免震装置の組み立てを示した説明図である。 免震装置の実施形態１による滑り支承の実施方法を示した説明図である。 免震装置の実施形態１による滑り支承の転動台の実施方法を示した説明図である 免震装置の実施形態１による衝撃緩衝装置の実施方法を示した説明図である。 免震装置の実施形態１による装置固定盤の実施方法を示した説明図である。 免震装置の実施形態１及び２による補助装置の実施方法を示した説明図である。 実施形態２による免震装置の組み立てを示した説明図である。 免震装置の実施形態２による滑動基盤の実施方法を示した説明図である。 免震装置の実施形態２による滑り支承の実施方法を示した説明図である。 免震装置の実施形態２による成形弾性体の実施方法を示した説明図である。 免震装置の実施形態２による装置固定盤の実施方法を示した説明図である。 免震装置の実施形態１及び２による架台における、各ユニット平面を製作する共通部材の組み立て方法を示した説明図である。

符号の説明

１ 免震装置
２ 架台
２０１ ４Ｔユニット架台
２０２ ３Ｔユニット架台
２０３ ２Ｔユニット架台
２０４ Ｌ型部材
２０５ Ｔ型部材
２０６ Ｘ型部材
２０７ Ｔ１型部材
２０８ Ｘ１型部材
２０９ Ｘ２型部材
３ 基礎
４ 保持器Ａ
４０１ トッププレート（架台との接合用）
４０４ コアシリンダー
４０２ リブプレート・大（応力均衡伝達用）
４０３ リブプレート・小（応力均衡伝達用）
４０５ 六角鋼棒
４０６ ウイングプレート
４０７ ガードプレート
４０８ 軸力伝達プレート
４０９ 補強プレート
５ 保持器Ｂ
５０１ 六角コアケーシング
５０２ 軸力伝達プレート
６ 滑り支承
７ 滑り支承転動台
７０１ 凹面付円盤型プレート（振動減衰装置）
７０２ ハブシリンダー
７０３ 力骨
７０４ 短冊プレート
８ 衝撃緩衝装置
８０１ フラットプレート
８０２ 円形弾性体
８０３ 弾性樹脂固定材
９ 装置固定盤Ａ
９０１ ベースプレート
９０２ 位置固定金具（溶接固定）
１０ 装置固定盤Ｂ
１００１ ベースプレート
１００２ 位置固定金具（溶接固定）
１００３ 位置固定金具（脱着自在）
１１ 補助装置
１１０１ 自在伸縮材
１１０２ 自在連結リング鋼棒
１２ 滑動基盤
１２０１ 滑動用上部プレート（ボルト穴付）
１２０２ 滑動用下部プレート（架台取付用ボルト付）
１２０３ 円形弾性体
１３ 球体
１４ 成形弾性体
１５ アンカー金物
１５０１ アンカープレート
１５０２ フック鋼棒
１５０３ 歪み防止プレート

Claims (2)

1. 建物に固定された架台と基礎との間に設置する免震装置において、複数の転動する球体とその球体を一定の配列に保つ保持器からなる滑り支承を建物の架台の下に取り付け、滑り支承を転動させる滑り支承転動台としての凹面付円盤型プレートの下に複数の弾性体とフラットプレートを重ねた衝撃緩衝装置を装置固定盤に載せ、建物の基礎上に設置し、前述の滑り支承転動台の真上に滑り支承を載せ、更に地震による全方向の動きを制御する補助装置を前述の滑り支承と滑り支承転動台の周りに配し、建物の荷重を支持させ、地震による大きな振動変位に対して作動する球体の転動装置及び弾性体からなる衝撃緩衝装置及び建物の自重により振動変位を制御する減衰装置を一体化した免震装置。
   
2. 建物に固定された架台と基礎との間に設置する免震装置において、一定の形をした成形弾性体の上に複数の転動する球体とその球体を一定の配列に保つ保持器からなる滑り支承を装置固定盤に載せ建物の基礎上に固定し、形弾性体と２枚の平らな滑動用プレートからなる滑動基盤を建物の架台の下に設置し、基礎上に設置した滑り支承の真上に滑動基盤を載せ、更に地震による全方向の動きを制御する補助装置を前述の滑動基盤と滑り支承の周りに配し、建物の荷重を支持させ、地震による大きな振動変位に対して有効に作動する球体の転動装置や弾性体からなる衝撃緩衝装置を一体化した免震装置。

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