JP2008208969A - 三次元除震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 除震手段の本来作用するべき軸方向のみに荷重が作用することで除震機能を十分に発揮しうる三次元除震装置を提供する。
【解決手段】 三次元除震装置１は基盤２上に載置する支持枠３と被除震体４を載置するための搭載部５と鉛直方向除震手段６及び水平方向除震手段７を有する。搭載部５は搭載板１０と除震胴体部１１を備え、鉛直方向除震手段６は除震胴体部１１の下面に配置する鉛直方向伸縮体１４と、この鉛直方向伸縮体１４を支持し底板８上に摺動自在に載置する下部スライド板１５を有する。水平方向除震手段７は除震胴体部１１の側面に当接する水平方向伸縮体１８と支持枠３の側板９ａの内面に摺動自在に押圧接触する側方スライド板１９を有する。鉛直方向伸縮体１４、水平方向伸縮体１８は夫々内部にスライド板から突設する鉛直方向スライドシャフト１６又は水平方向スライドシャフト２０を挿通する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、構造物や機械等の構造体を支持して、地震等による水平方向及び鉛直方向の振動を吸収するための三次元除震装置に関するものである。

建築構造物を地震から守るため、あるいはコンピュータ等の精密機器に振動が作用するを防ぐために、種々の除震装置が開発されてきている。例えば建築構造物の場合、ゴム層と鋼板層とを交互に積層して構成される積層ゴムが多く用いられている。積層ゴムは優れた上下方向載荷能力により鉛直荷重を支持しつつ、水平方向のばね力によって大重量の建物の水平方向の変位を許容するもので、水平方向の小さい剛性を利用して構造物の水平方向固有周期を長周期化して地震に対する水平方向の振動を吸収するものであった。又鉛プラグ入りの積層ゴムも利用されており、この場合水平方向の地震荷重に対し、積層ゴムで免震し、鉛プラグで減衰力を与えていた。

このように積層ゴムは、水平方向に移動可能な状態で安定性よく支持するため、地震時には建物に対する水平方向の地震力を低減しうるが、積層ゴムのみでは上下方向における振動吸収能力がないので、上下方向の地震力は低減し得ない欠点があった。

このため近年では鉛直方向の振動を吸収するための鉛直方向除震手段と、水平方向の振動を吸収するための水平方向除震手段とを備える三次元除震装置が開発されている。例えば水平方向の除震手段として積層ゴムを、鉛直方向の除震手段としては上下に変形するコイルスプリングを用いる構成が提案されており、このような三次元除震装置の従来技術としては、例えば以下の文献に記載されているものがあった。
特開２００４−６０４３７号公報 特開平９−７８８８０号公報

上記の文献に記載されている三次元除震装置は、基盤と被除震体の間に構造物等の重量を支持する搭載部を設けており、例えば特許文献１には、構造物の最下層梁と基盤である基礎との間には、躯体に固定されない浮動状態の中間梁を設け、この最下層梁と中間梁との間に、構造物重量を支持するための鉛直方向除震手段を設けると共に中間梁と基礎との間に構造物重量及び中間梁重量を支持する水平方向除震手段を設け、かつ最下層梁と中間梁との間には両者の鉛直方向相対移動を許容しつつ水平方向相対移動を阻止するガイド手段を設けていた。

ここでの鉛直方向除震手段としては、所定の上下変形量が確保し得る同心状の内外二重のコイルスプリングが用いられ、構造物の重量に対抗していた。又水平方向除震手段としては、内部ゴム層と内部鋼板とを積層し、その外周に被覆ゴムを設けた積層ゴムが用いられていた。ガイド手段は、最下層梁の下面に固定される一対の鉛直方向ガイド板と、中間梁の上面に突設する突起部に設けられガイド板に接触して転動するローラとによって構成されていた。

このような三次元除震装置では、上下方向にはローラがガイド板を転動して最下層梁と中間梁との上下相対変位を許容し、内外コイルスプリングが上下方向に弾性変形するのを可能とし、これによって上下振動が免震されるもので、ガイド手段によって内外コイルスプリングに水平方向の荷重が作用するのを防止できるため、内外コイルスプリングが大きな水平変位によって破損したり、鉛直免震の性能が低下したりするのを防止できる効果があった。

同様に特許文献２に記載される三次元除震装置は、構造物を支持するための基盤である基礎に支持空間を凹設し、この支持空間に躯体に固定されない浮動状態の中間スラブを設けていた。そして鉛直方向除震手段としては基礎と中間スラブとの間に、上下方向に弾性変位可能な空気ばねを設けて中間スラブを支持し、水平方向除震手段としては中間スラブと建物との間に積層ゴムを設けていた。又中間スラブの側面と凹設された基礎側面との間には中間スラブの水平方向の移動を拘束し、かつ上下方向の移動は許容する水平ストッパを設けていた。

地震が発生した場合、中間スラブは水平ストッパにより水平方向の移動を拘束されているので、水平方向の地震力により基礎と共に横揺れするが、中間スラブと構造物との間に介在させている積層ゴムが水平方向に弾性変形することにより、構造物に作用する水平方向の地震力が大幅に低減される構成であった。又上下方向の地震力の場合には、基礎が縦揺れするが、基礎と中間スラブとの間に介在する空気ばねが上下方向に弾性変位すると共に通気抵抗によって振動エネルギの減衰が図られることにより、構造物に作用する上下方向の地震力が大幅に低減する効果があった。

水平ストッパとしては、積層ゴムの一端を基礎側面の台座に固着すると共に、その他端を中間スラブの側面に所謂ダウエルピン構造で連結するものであった。即ち中間スラブによる圧縮荷重は積層ゴムの優れた載荷能力により安定性よく受け止められるが、積層ゴムと中間スラブは実質的に切り離された状態にあるため、中間スラブによる引張荷重は積層方向の引張りに弱い積層ゴムに直接作用させない構成であった。

又、上下方向の地震力が作用した場合、水平ストッパの積層ゴムは上下方向に移動するが、その復元力の作用によって中間スラブが基礎底面に対してロッキング挙動することを抑制する効果を期待するものであった。

従来の三次元除震装置の場合、鉛直方向の除震手段であるコイルスプリングや空気ばねに水平方向の荷重が作用して破損したりあるいは大きな水平変位が生じたことで鉛直除震の性能が低下したりするのを防止するため、例えば特許文献１記載の装置の場合には、ガイド手段によって構造物の水平変位を規制し、特許文献２記載の装置の場合には、水平ストッパを設けて中間スラブの水平方向の移動を制限していた。

しかし、大きな水平力が作用して構造物等の重量を支持する搭載部である中間梁や中間スラブが大きく振動する場合には、ガイド手段や空気ばね等の鉛直方向除震手段に大きな荷重が作用する恐れもあった。

又、地震動その他の一般的な振動は、軸方向に沿ったベクトル成分だけとは限らず、従って軸方向以外のベクトル成分の方向に振動しようとする。このような軸方向以外の振動は、除震手段の機能に影響を及ぼし、本来の機能が十分に発揮されない恐れがあった。

この発明は、従来の三次元除震装置が有する上記の問題点を解消すべくなされたものであり、大きな水平力が作用しても除震手段以外の部材に荷重が作用する恐れがなく、しかも除震手段の本来作用するべき軸方向のみに荷重が作用することで、その除震機能を十分に発揮しうる三次元除震装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、この発明の三次元除震装置は、基盤と被除震体の間に搭載部と鉛直方向除震手段及び水平方向除震手段を備える三次元除震装置において、前記基盤には、対向する二組の側板と底板を相互に直交して形成する支持枠体を載置し、この支持枠体内に配設する前記搭載部は、被除震体を載置する搭載板と、この搭載板と前記底板の間に配置する六面体状の除震胴体部とを有し、前記鉛直方向除震手段は、前記除震胴体部の下面に配置する鉛直方向伸縮体と、この鉛直方向伸縮体を支持し前記底板上に摺動自在に載置する下部スライド板を有し、前記水平方向除震手段は、前記除震胴体部の夫々の側面に一端を当接する水平方向伸縮体と、この水平方向伸縮体の他端を当接し前記一の側板の内面に摺動自在に押圧接触する側方スライド板を有することを特徴とするものである。

支持枠体は、被除震体を支持する箇所に設置するもので、建築物のように大きな構造物を対象とする場合には柱部直下等に複数設置し、又機械類等比較的小さな対象物の場合には単数設置となる。支持枠体は基盤の振動を受けて同一方向に振動する。底板とその四辺付近に配置する側板は、当接する各スライド板の摺動時に摩擦抵抗を極力生じさせないような平滑面で形成する。側板に囲まれる底板の大きさ及び側板の高さは、振幅を考慮して設定する。側板にはスライド板を介して水平力が作用するので、これに十分抵抗し得る構造とする。

搭載部は、鉛直荷重に耐え得る搭載板と鉛直及び水平方向除震手段を取り付ける除震胴体部を備える。除震胴体部の五面には夫々伸縮体を当接し、搭載部が支持枠体の内部空間に位置するよう保持する。搭載板と除震胴体部は一体のものでもよく、この場合六面体の上面が搭載板となる。又、除震胴体部の上面に壁体を立設して搭載板を支持する構成でもよい。この場合には、搭載板と除震胴体部との間に空間が設けられる。

鉛直方向伸縮体は搭載部に作用する鉛直荷重及び自重を支持すると共に、上下方向の振動が作用した場合に上下変形することにより上下免震を行い振動を吸収する。一方水平方向伸縮体は、水平方向の振動が作用した場合に振動方向に配設する一対の伸縮体の内、一方が縮小し他方が伸張することで水平免震を行なう。

各伸縮体はスライド板に当接し、スライド板と同期して移動し得るので荷重作用方向にのみ伸縮する。即ち、水平方向の振動が鉛直方向伸縮体に作用しても下部スライド板が摺動するのでこの伸縮体には水平方向の変位は生じない。同様に、鉛直方向の振動が水平方向伸縮体に作用する場合、又作用軸と異なるベクトル成分の水平力が作用する場合にも、全て作用方向にスライド板が移動するので、各伸縮体は軸方向以外には変位しない。

従って、あらゆる方向の振動に対して、その荷重を三軸方向に正確に分割し、夫々の振動を各伸縮体が軸方向に変形して免震することになる。

スライド板は、当接する底板又は側板との摩擦抵抗が小さいものであればよく、例えば、平滑な金属面同士、あるいは一方に合成樹脂等の滑り素材を貼着したり、又ボールベアリング等の機械的な滑り機構を設け、当接する両者の相対移動を許容する。伸縮体は例えばコイルスプリングを用い、その伸縮により振動を吸収する。

請求項２記載の三次元除震装置の下部スライド板と前記側方スライド板は、前記除震胴体部を各スライド板に対して近接又は離反する方向にガイドするためのガイド手段を備えることを特徴とするものである。

ガイド手段は各スライド板から除震胴体部方向に突設する部材で交差しない位置を選定する。ガイド手段は支持枠体に対する除震胴体部の相対的な三軸方向の移動がスムーズに行なえるよう設置するもので振幅の範囲をカバーし得るよう配置する。ガイド手段は各伸縮体毎に設けてもよいし、三軸方向に各一箇所ずつ設置するものでもよい。

請求項３記載の三次元除震装置のガイド手段は、前記下部スライド板から突設して前記除震胴体部を挿通または当接する鉛直方向スライドシャフトと、前記側方スライド板から突設して前記除震胴体部を挿通または当接する水平方向スライドシャフトを有することを特徴とするものである。

各スライドシャフトに沿って除震胴体部が摺動自在となるよう挿通孔又は当接部を形成する。水平方向スライドシャフトは対向する側方スライド板同士を連結するものでもよいし、連結していないものでもよい。

この発明の三次元除震装置は、三軸方向の伸縮体を支持し支持枠面に沿って摺動自在に当接するスライド板を有するので、あらゆる方向の振動に対して、その荷重を三軸方向に正確に分割することができる。除震手段の本来作用するべき軸方向のみに荷重が作用するので、各方向の除震手段の機能を十分に発揮させることができる。従って大きな水平力が作用しても除震手段以外の部材に荷重が作用する恐れがなくなる。

請求項２記載の三次元除震装置は、除震胴体部を各スライド板に対して近接又は離反する方向にガイドするためのガイド手段を備えるので、支持枠体に対する除震胴体部の相対的な三軸方向の移動がスムーズに行なえる。

請求項３記載の三次元除震装置は、各スライド板から除震胴体部が摺動自在となるスライドシャフトを突設するので簡易な構成で三軸方向の移動が実現できる。

次にこの発明の実施の形態を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は三次元除震装置の平面図、図２は図１のII−II断面を示す断面図である。三次元除震装置１は、基礎地盤や床面など振動面となる基盤２上に載置する支持枠３と、この支持枠３内に収容し、建築構造物や機器等の振動から守るべき対象物となる被除震体４を載置するための搭載部５と、この搭載部５を支持枠３の内部空間に保持するための鉛直方向除震手段６及び水平方向除震手段７を有する。

支持枠３は、平滑な上面を有する底板８と、その四辺に立設する反力壁９からなり、反力壁９の対向する側板９ａ，９ａは内面を平滑に形成し底板８と直交する。

搭載部５は、矩形状の搭載板１０とその下方に配置する六面体状の除震胴体部１１、これらを接続する壁体１２を有し、壁体１２の内部には搭載板１０と除震胴体部１１の間に空間１３を形成する。搭載板１０及び壁体１２は搭載する被除震体４の荷重に十分耐え得る構造とする。

鉛直方向除震手段６は、除震胴体部１１の下面に配置する鉛直方向伸縮体１４と、この鉛直方向伸縮体１４を支持し底板８上に摺動自在に載置する下部スライド板１５を有する。鉛直方向伸縮体１４はコイルスプリングで形成し、その内部に下部スライド板１５から突設して除震胴体部１１に貫入する鉛直方向スライドシャフト１６を挿通する。鉛直方向スライドシャフト１６は除震胴体部１１を挿通し、その上面の空間１３に突出して、シャフト上部固定板１７に固定される。

水平方向除震手段７は、除震胴体部１１の四側面の夫々に一端を当接する水平方向伸縮体１８と、この水平方向伸縮体１８の他端を当接し一の側板９ａの内面に摺動自在に押圧接触する側方スライド板１９を有する。水平方向伸縮体１８もコイルスプリングで形成し、その内部に側方スライド板１９から突設して除震胴体部１１に貫入する水平方向スライドシャフト２０を挿通する。

次に鉛直及び水平方向除震手段の詳細を図３乃至図６に基づき説明する。図３は図２のIII−III断面を示す断面図、図４は図３のIV−IV断面を示す断面図、図５は図２のＶ−Ｖ断面を示す断面図、図６は図５のVI−VI断面を示す断面図である。

鉛直方向スライドシャフト１６は、図５及び図６に示すように除震胴体部１１に穿孔する鉛直孔１１ａに遊挿され、鉛直方向の振幅を考慮して空間１３に設置されるシャフト上部固定板１７に固定する。

基盤２が上下方向に振動すると底板８及び下部スライド板１５も上下に振動するので鉛直方向スライドシャフト１６も除震胴体部１１に対して相対的に上下動するが、このとき鉛直方向伸縮体１４が上下に変形することで除震胴体部１１の上下免震を行い振動を吸収する。

下部スライド板１５は下面にベアリング１５ａを埋設し底板８上で摺動自在な構成とする。このため水平方向の振動が作用した場合、下部スライド板１５は底板８に対して相対的に摺動するので鉛直方向伸縮体１４には水平方向の変位が生じない。

水平方向スライドシャフト２０は、除震胴体部１１を挟んで直線上に配置する２個の水平方向伸縮体１８，１８の内部を挿通して除震胴体部１１に穿孔する水平孔１１ｂに遊挿される。基盤２が水平方向に振動すると水平方向スライドシャフト２０も除震胴体部１１に対して相対的に水平移動するが、このとき水平方向伸縮体１８が伸縮することで除震胴体部１１の水平免震を行い振動を吸収する。

側方スライド板１９は、反力壁９の側板９ａ側にベアリング１９ａを埋設し、側板９ａに対して摺動自在な構成とする。このため当該側板９ａの面内方向への振動が作用した場合には、当該側方スライド板１９は当該側板９ａに対して相対的に摺動するので水平方向伸縮体１８には軸方向以外の変位は生じない。

以上説明した三次元除震装置の搭載部は、除震胴体部の上面に壁体を立設して搭載板を支持する構成であるが、搭載板と除震胴体部は一体のものでもよい。この実施の形態を図７に示す。図７は別の実施の形態を示す三次元除震装置の断面図である。

なお、図７において図１乃至図６に記載する部材と同一の構成・作用を有する部材については同一の符号を付し詳細な説明は省略する。除震胴体部２１は六面体でその上面が搭載面となる。除震胴体部２１の下面には鉛直孔２１ａを穿孔し、下部スライド板１５から突設する鉛直方向スライドシャフト２６を遊挿する。これら鉛直孔２１ａの深さ及び鉛直方向スライドシャフト２６の長さは、鉛直方向の振幅を考慮し適宜定める。

この三次元除震装置は、建築・土木構造物の免震装置として、又建屋内に収容する機械等の除震装置として適用できる。

三次元除震装置の平面図である。 図１のII−II断面を示す断面図である。 図２のIII−III断面を示す断面図である。 図３のIV−IV断面を示す断面図である。 図２のＶ−Ｖ断面を示す断面図である。 図５のVI−VI断面を示す断面図である。 別の実施の形態を示す三次元除震装置の断面図である。

符号の説明

１ 三次元除震装置
２ 基盤
３ 支持枠
４ 被除震体
５ 搭載部
６ 鉛直方向除震手段
７ 水平方向除震手段
８ 底板
９ 反力壁
９ａ 側板
１０ 搭載板
１１ 除震胴体部
１４ 鉛直方向伸縮体
１５ 下部スライド板
１６ 鉛直方向スライドシャフト
１８ 水平方向伸縮体
１９ 側方スライド板
２０ 水平方向スライドシャフト

Claims (3)

1. 基盤と被除震体の間に搭載部と鉛直方向除震手段及び水平方向除震手段を備える三次元除震装置において、前記基盤には、対向する二組の側板と底板を相互に直交して形成する支持枠体を載置し、この支持枠体内に配設する前記搭載部は、被除震体を載置する搭載板と、この搭載板と前記底板の間に配置する六面体状の除震胴体部とを有し、前記鉛直方向除震手段は、前記除震胴体部の下面に配置する鉛直方向伸縮体と、この鉛直方向伸縮体を支持し前記底板上に摺動自在に載置する下部スライド板を有し、前記水平方向除震手段は、前記除震胴体部の夫々の側面に一端を当接する水平方向伸縮体と、この水平方向伸縮体の他端を当接し前記一の側板の内面に摺動自在に押圧接触する側方スライド板を有することを特徴とする三次元除震装置。
2. 前記下部スライド板と前記側方スライド板は、前記除震胴体部を各スライド板に対して近接又は離反する方向にガイドするためのガイド手段を備えることを特徴とする請求項１記載の三次元除震装置。
3. 前記ガイド手段は、前記下部スライド板から突設して前記除震胴体部を挿通または当接する鉛直方向スライドシャフトと、前記側方スライド板から突設して前記除震胴体部を挿通または当接する水平方向スライドシャフトを有することを特徴とする請求項２記載の三次元除震装置。

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