JP2010133158A - 免震床装置の固有周期調整方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイソレータとしての空気バネの固有周期を地震の振動特性に応じて調整することができ、地震の揺れに対する空気バネの共振を防止して、長周期地震動等のように揺れの周期が長いものにも対応し得る免震床装置の固有周期調整方法及び装置を提供する。
【解決手段】圧力源としてのコンプレッサ１０が接続された空気バネ８に対し複数の補助タンク１１をそれぞれ開閉弁１２を介して直列に接続し、地震の振動特性に応じて所望の開閉弁１２を開くことにより、前記空気バネ８に接続される補助タンク１１の個数を変化させ、前記空気バネ８及び該空気バネ８に接続された補助タンク１１のトータル内容積量を変化させて、前記空気バネ８の固有周期を調整するよう構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、免震床装置の固有周期調整方法及び装置に関するものである。

一般に、電算機等の精密機器が、地震や突発的な原因による振動の影響を受けないようにするために、免震床装置が用いられている。

図３及び図４は免震床装置の一例であり、免震対象物としての精密機器１が設置されるフロア２を多数のアイソレータ３により建屋の床スラブ４に支持せしめるようになっている。

前記フロア２は、剛構造体であるビーム５と、該ビーム５の上面に互いに所要間隔をあけて立設される多数のスタンション６と、該スタンション６上に水平に配置され且つ前記精密機器１が設置されるパネル７とを主な構成要素とし、前記アイソレータ３は、空気バネ８によって構成されている。

尚、前記フロア２を構成するパネル７の周縁部は、建屋の壁４ａから部屋側へ突き出すシール部材９によって覆われている。

前記空気バネ８は、前記建屋の床スラブ４上に固定される鋼製の下部台座８ａと、前記精密機器１が設置されるフロア２のビーム５下面に固定されて前記下部台座８ａに向き合う鋼製の上部台座８ｂと、前記下部台座８ａ及び上部台座８ｂ間に介装されて内部に容積可変の空気室が形成されるゴム製のベローズ８ｃとを備えてなる構成を有しており、該空気バネ８は、床スラブ４からビーム５へ伝わろうとする上下方向の揺れを減衰させる役割、並びに、前記空気室の内圧の増減により、ビーム５の上下位置を調整する役割（フロア２のレベリング）を受け持つようになっている。

尚、前述の如き免震床装置と関連する一般的技術水準を示すものとしては、例えば、特許文献１がある。
特開２００８−１２１３２８号公報

しかしながら、前述の如き従来の免震床装置の場合、前記アイソレータ３の固有周期は、前記空気バネ８及び該空気バネ８に接続された補助タンク（図示せず）の内容積量で決定されていたため、地震の揺れのスペクトルがアイソレータ３の固有周期と近い場合、地震の揺れに対して空気バネ８と一緒にフロア２が共振してしまう虞があり、特に長周期地震動等のように揺れの周期が長いものについて問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、アイソレータとしての空気バネの固有周期を地震の振動特性に応じて調整することができ、地震の揺れに対する空気バネの共振を防止して、長周期地震動等のように揺れの周期が長いものにも対応し得る免震床装置の固有周期調整方法及び装置を提供しようとするものである。

本発明は、免震対象物が設置されるフロアを、圧力源が接続された空気バネからなるアイソレータにより建屋の床スラブに支持せしめる免震床装置の固有周期調整方法であって、
地震の振動特性に応じて前記空気バネに接続される補助タンクの個数を変化させることにより、前記空気バネ及び該空気バネに接続された補助タンクのトータル内容積量を変化させて、前記空気バネの固有周期を調整することを特徴とする免震床装置の固有周期調整方法にかかるものである。

前記免震床装置の固有周期調整方法においては、前記空気バネに対し複数の補助タンクをそれぞれ開閉弁を介して直列に接続し、地震の振動特性に応じて所望の開閉弁を開くことにより、前記空気バネに接続される補助タンクの個数を変化させるようにすることができる。

又、前記免震床装置の固有周期調整方法においては、前記空気バネに対し内容積量の異なる複数の補助タンクをそれぞれ開閉弁を介して並列に接続し、地震の振動特性に応じて所望の補助タンクを選択し、対応する開閉弁を開くようにすることもできる。

一方、本発明は、免震対象物が設置されるフロアを、圧力源が接続された空気バネからなるアイソレータにより建屋の床スラブに支持せしめる免震床装置の固有周期調整装置であって、
前記空気バネに接続される複数の補助タンクと、
該各補助タンクを前記空気バネに接続するエアライン途中に設けられ、地震の振動特性に応じて前記空気バネに接続される補助タンクの個数を変化させることにより、前記空気バネ及び該空気バネに接続された補助タンクのトータル内容積量を変化させて、前記空気バネの固有周期を調整するよう開閉制御される開閉弁と
を備えたことを特徴とする免震床装置の固有周期調整装置にかかるものである。

前記免震床装置の固有周期調整装置においては、前記空気バネに対し複数の補助タンクをそれぞれ開閉弁を介して直列に接続し、
地震の振動特性に応じて所望の開閉弁を開く開閉制御信号を出力することにより、前記空気バネに接続される補助タンクの個数を変化させる制御器を設けることができる。

又、前記免震床装置の固有周期調整装置においては、前記空気バネに対し内容積量の異なる複数の補助タンクをそれぞれ開閉弁を介して並列に接続し、
地震の振動特性に応じて所望の補助タンクを選択し、対応する開閉弁を開く開閉制御信号を出力する制御器を設けることもできる。

そして、本発明の免震床装置の固有周期調整方法及び装置を用いるようにすると、従来の免震床装置とは異なり、前記アイソレータの固有周期が固定ではなく、前記空気バネ及び該空気バネに接続された補助タンクのトータル内容積量が可変となるため、長周期地震動等のように揺れの周期が長い地震が発生したとしても、前記アイソレータの固有周期が地震の揺れのスペクトルに近くならないようにすることが可能となり、地震の揺れに対して空気バネと一緒にフロアが共振してしまうことが避けられる。

本発明の免震床装置の固有周期調整方法及び装置によれば、アイソレータとしての空気バネの固有周期を地震の振動特性に応じて調整することができ、地震の揺れに対する空気バネの共振を防止して、長周期地震動等のように揺れの周期が長いものにも対応し得るという優れた効果を奏し得る。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、図３及び図４と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図３及び図４に示す従来のものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図１に示す如く、圧力源としてのコンプレッサ１０が接続された空気バネ８に対し複数の補助タンク１１をそれぞれ開閉弁１２を介して直列に接続し、地震の振動特性に応じて所望の開閉弁１２を開くことにより、前記空気バネ８に接続される補助タンク１１の個数を変化させ、前記空気バネ８及び該空気バネ８に接続された補助タンク１１のトータル内容積量（下記の数式におけるＶ＋Ｖ_T）を変化させて、前記空気バネ８の固有周期を調整するよう構成した点にある。

尚、図１には、前記補助タンク１１を四個設け、図１の上から順番に、第一の補助タンク１１及び第二の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中と、第二の補助タンク１１及び第三の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中と、第三の補助タンク１１及び第四の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中とに、合計三個の開閉弁１２を設けた例を示しているが、前記補助タンク１１の個数は複数であればいくつであっても良い。

又、本図示例の場合、地震発生時に気象庁より配信される震源や地震の規模といった緊急地震速報に基づき、制御器１４の内部において、免震床装置が設置されているビルや施設における予測到達余裕時間並びに予想震度を推定すると同時に、前記地震の振動特性（例えば、地震の縦揺れの固有周期）を求め、該地震の振動特性に応じて前記空気バネ８に接続すべき補助タンク１１の個数を演算し、所望の開閉弁１２に対し開閉制御信号１２ａを出力するようにしてある。尚、前記制御器１４を設けずに、手動で開閉弁１２を開閉しても良いことは言うまでもない。

因みに、免震床装置の固有周期をＴ［ｓｅｃ］とすると、該免震床装置の固有周期Ｔは、
Ｔ＝２π（Ｗ/９８０・Ｋ_d）^1/2
Ｋ_d＝１．４×Ｋ_vs−０．４×Ｐ×（ｄＡ／ｄｘ）
Ｋ_vs＝（γ×（Ｐ＋１）×Ａ²）／（Ｖ＋Ｖ_T）＋Ｐ×π²×Ｄ／４ｎ
但し、Ｗ：負担荷重［ｋｇ］
Ｋ_d：空気バネ８のバネ定数［ｋｇ／ｃｍ］
Ｐ：内圧［ｋｇ／ｃｍ²］
Ａ：空気バネ８の有効受圧面積［ｃｍ²］
γ：ポリトロピック係数
Ｖ：空気バネ８の内容積量［ｃｍ³］
Ｖ_T：空気バネ８に接続される補助タンク１１の内容積量［ｃｍ³］
Ｄ：空気バネ８の有効径［ｃｍ］
ｎ：空気バネ８のベローズ８ｃの山数
で表されるため、前記補助タンク１１の個数を増やしてＶ_Tを増加させれば、空気バネ８のバネ定数Ｋ_dが小さくなり、免震床装置の固有周期Ｔは大きくなる一方、逆に、前記補助タンク１１の個数を減らしてＶ_Tを減少させれば、空気バネ８のバネ定数Ｋ_dが大きくなり、免震床装置の固有周期Ｔは小さくなる。

尚、前記圧力源としてのコンプレッサ１０と前記補助タンク１１とをつなぐエアライン１５途中には、フロア２（図３参照）の上下方向のレベリングを行うための給排気弁１６を設けてある。

次に、上記図示例の作用を説明する。

地震が発生していない通常時においては、図１に示す三個の開閉弁１２は全て閉じており、空気バネ８には一個の補助タンク１１（図１では一番上に示す第一の補助タンク１１）のみが接続された状態となっており、給排気弁１６の開閉による空気バネ８の空気室の内圧の増減により、フロア２（図３参照）の上下方向のレベリングが行われる。

これに対し、地震発生時には、気象庁より配信される震源や地震の規模といった緊急地震速報に基づき、制御器１４の内部において、免震床装置が設置されているビルや施設における予測到達余裕時間並びに予想震度が推定されると同時に、前記地震の振動特性（例えば、地震の縦揺れの固有周期）が求められ、該地震の振動特性に応じて前記空気バネ８に接続すべき補助タンク１１の個数が演算され、所望の開閉弁１２に対し開閉制御信号１２ａが出力される。

つまり、図１の上から順番に、第一の補助タンク１１及び第二の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中に設けた一個の開閉弁１２のみを開けば、前記空気バネ８には二個の補助タンク１１が接続される形となり、又、これに加えて、第二の補助タンク１１及び第三の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中に設けたもう一個の開閉弁１２をも開けば、前記空気バネ８には三個の補助タンク１１が接続される形となり、更に又、これに加えて、第三の補助タンク１１及び第四の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中に設けた更にもう一個の開閉弁１２をも開けば、前記空気バネ８には四個の補助タンク１１が接続される形となる。

この結果、従来の免震床装置とは異なり、前記アイソレータ３の固有周期が固定ではなく、前記空気バネ８及び該空気バネ８に接続された補助タンク１１のトータル内容積量が可変となるため、長周期地震動等のように揺れの周期が長い地震が発生したとしても、前記アイソレータ３の固有周期が地震の揺れのスペクトルに近くならないようにすることが可能となり、地震の揺れに対して空気バネ８と一緒にフロア２（図３参照）が共振してしまうことが避けられる。

こうして、アイソレータ３としての空気バネ８の固有周期を地震の振動特性に応じて調整することができ、地震の揺れに対する空気バネ８の共振を防止して、長周期地震動等のように揺れの周期が長いものにも対応し得る。

図２は本発明を実施する形態の他の例であって、図中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図１に示すものと同様であるが、本図示例の特徴とするところは、図２に示す如く、圧力源としてのコンプレッサ１０が接続された空気バネ８に対し内容積量の異なる複数の補助タンク１１をそれぞれ開閉弁１２を介して並列に接続し、地震の振動特性に応じて所望の補助タンク１１を選択し、対応する開閉弁１２を制御器１４から出力される開閉制御信号１２ａにより開くよう構成した点にある。

尚、図２には、前記補助タンク１１を四個設け、図２の上から順番に、第一の補助タンク１１の内容積量をＶ_T1とし、第二の補助タンク１１の内容積量をＶ_T2（＝５／６×Ｖ_T１）とし、第三の補助タンク１１の内容積量をＶ_T3（＝２／３×Ｖ_T１）とし、第四の補助タンク１１の内容積量をＶ_T4（＝１／２×Ｖ_T１）とし、第一の補助タンク１１及び第二の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中と、第一の補助タンク１１及び第三の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中と、第一の補助タンク１１及び第四の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中とに、合計三個の開閉弁１２を設けた例を示しているが、前記補助タンク１１の個数は複数であればいくつであっても良く、又、前記各補助タンク１１の内容積量の比率についても必要に応じて適宜選定すれば良い。

図２に示す例の場合、地震が発生していない通常時においては、図１に示す例と同様、三個の開閉弁１２は全て閉じており、空気バネ８には一個の補助タンク１１（図２では一番上に示す第一の補助タンク１１）のみが接続された状態となっており、給排気弁１６の開閉による空気バネ８の空気室の内圧の増減により、フロア２（図３参照）の上下方向のレベリングが行われる。

これに対し、地震発生時には、気象庁より配信される震源や地震の規模といった緊急地震速報に基づき、制御器１４の内部において、免震床装置が設置されているビルや施設における予測到達余裕時間並びに予想震度が推定されると同時に、前記地震の振動特性（例えば、地震の縦揺れの固有周期）が求められ、該地震の振動特性に応じて前記空気バネ８に接続すべき補助タンク１１が選択され、対応する開閉弁１２に対し開閉制御信号１２ａが出力される。

つまり、図２の上から順番に、第一の補助タンク１１及び第二の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中に設けた一個の開閉弁１２のみを開けば、前記空気バネ８には二個の補助タンク１１（Ｖ_T1＋Ｖ_T2＝１１／６×Ｖ_T１）が接続される形となり、又、第一の補助タンク１１及び第三の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中に設けた一個の開閉弁１２のみを開けば、前記空気バネ８には二個の補助タンク１１（Ｖ_T1＋Ｖ_T3＝５／３×Ｖ_T１）が接続される形となり、又、第一の補助タンク１１及び第四の補助タンク１１をつなぐエアライン１３途中に設けた一個の開閉弁１２のみを開けば、前記空気バネ８には二個の補助タンク１１（Ｖ_T1＋Ｖ_T4＝３／２×Ｖ_T１）が接続される形となる。更に、前述の組合せ以外にも、前記開閉弁１２を開く個数と組合せを変えることにより、図１の例より更に細かく補助タンク１１の内容積量を調整することが可能となる。

この結果、図２に示す例の場合も、図１に示す例の場合と同様、従来の免震床装置とは異なり、前記アイソレータ３の固有周期が固定ではなく、前記空気バネ８及び該空気バネ８に接続された補助タンク１１のトータル内容積量が可変となるため、長周期地震動等のように揺れの周期が長い地震が発生したとしても、前記アイソレータ３の固有周期が地震の揺れのスペクトルに近くならないようにすることが可能となり、地震の揺れに対して空気バネ８と一緒にフロア２（図３参照）が共振してしまうことが避けられる。

こうして、図２に示す例の場合も、図１に示す例の場合と同様、アイソレータ３としての空気バネ８の固有周期を地震の振動特性に応じて調整することができ、地震の揺れに対する空気バネ８の共振を防止して、長周期地震動等のように揺れの周期が長いものにも対応し得る。

尚、本発明の免震床装置の固有周期調整方法及び装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明を実施する形態の一例を示す概要構成図である。 本発明を実施する形態の他の例を示す概要構成図である。 従来の免震床装置の一例を示す側断面図である。 従来の免震床装置の一例を示す平面図である。

符号の説明

１ 精密機器（免震対象物）
２ フロア
３ アイソレータ
４ 床スラブ
８ 空気バネ
８ａ 下部台座
８ｂ 上部台座
８ｃ ベローズ
１０ コンプレッサ
１１ 補助タンク
１２ 開閉弁
１２ａ 開閉制御信号
１３ エアライン
１４ 制御器
１５ エアライン
１６ 給排気弁

Claims (6)

1. 免震対象物が設置されるフロアを、圧力源が接続された空気バネからなるアイソレータにより建屋の床スラブに支持せしめる免震床装置の固有周期調整方法であって、
   地震の振動特性に応じて前記空気バネに接続される補助タンクの個数を変化させることにより、前記空気バネ及び該空気バネに接続された補助タンクのトータル内容積量を変化させて、前記空気バネの固有周期を調整することを特徴とする免震床装置の固有周期調整方法。
2. 前記空気バネに対し複数の補助タンクをそれぞれ開閉弁を介して直列に接続し、地震の振動特性に応じて所望の開閉弁を開くことにより、前記空気バネに接続される補助タンクの個数を変化させるようにした請求項１記載の免震床装置の固有周期調整方法。
3. 前記空気バネに対し内容積量の異なる複数の補助タンクをそれぞれ開閉弁を介して並列に接続し、地震の振動特性に応じて所望の補助タンクを選択し、対応する開閉弁を開くようにした請求項１記載の免震床装置の固有周期調整方法。
4. 免震対象物が設置されるフロアを、圧力源が接続された空気バネからなるアイソレータにより建屋の床スラブに支持せしめる免震床装置の固有周期調整装置であって、
   前記空気バネに接続される複数の補助タンクと、
   該各補助タンクを前記空気バネに接続するエアライン途中に設けられ、地震の振動特性に応じて前記空気バネに接続される補助タンクの個数を変化させることにより、前記空気バネ及び該空気バネに接続された補助タンクのトータル内容積量を変化させて、前記空気バネの固有周期を調整するよう開閉制御される開閉弁と
   を備えたことを特徴とする免震床装置の固有周期調整装置。
5. 前記空気バネに対し複数の補助タンクをそれぞれ開閉弁を介して直列に接続し、
   地震の振動特性に応じて所望の開閉弁を開く開閉制御信号を出力することにより、前記空気バネに接続される補助タンクの個数を変化させる制御器を設けた請求項４記載の免震床装置の固有周期調整装置。
6. 前記空気バネに対し内容積量の異なる複数の補助タンクをそれぞれ開閉弁を介して並列に接続し、
   地震の振動特性に応じて所望の補助タンクを選択し、対応する開閉弁を開く開閉制御信号を出力する制御器を設けた請求項４記載の免震床装置の固有周期調整装置。

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