JP2010222797A - 免震構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】免震手段の過剰の水平変形を、引張り変形下で、緩衝しつつ拘束する変形制限手段の所定の設置を簡易なものとすることで、それの現場施工を、少ない作業工数の下で可能にするとともに、極めて容易なものとすることで、施工コストを有効に低減できる免震構造体を提供する。
【解決手段】構造物の基礎１と、この基礎上に構築される構造物２との間に、それらの一方に固定されて構造物２の重量を支持する免震手段３を設けるとともに、この免震手段３の過剰の水平変位を、引張り変形下で、緩衝しつつ拘束する変形制限手段１０を設けてなるものであって、免震手段３の、基礎側および構造物側のそれぞれの取付面板６，８に、前記変形制限手段１０を、免震手段３の水平変位量が限界に達するに先だって緊張し得る初期弛みをもたせて連結するとともに、その変形制限手段１０を、弾性変形部１０ａを有する剛性部材１０ｂにて構成してなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、地震等の振動によって、垂直荷重の作用下で水平方向に剪断変形して、上部構造物の固有振動数の長周期化を図り、地震波との共振を防止する免震手段と、この免震手段の過剰の水平変形を防止する変形制限手段とを具えてなる免震構造体に関するものであり、とくには、現場施工を容易にして、コストの低減を可能とする技術を提案するものである。

従来のこの種の技術としては、出願人の先願に係る特許文献１に記載されたものがある。
これは、鋼板とゴムとを交互に積層したものとすることができる免震手段によって、建造物の土台を基礎に対して支持する場合に、一端部が基礎に連結され、他端部が土台に連結される、全体もしくは途中の少なくとも一個所が曲成されているチェーンの、少なくとも曲成部分をゴムで被覆してなる、免震手段の変形量制限装置に関するものである。

これは、基礎の振動によって建造物が水平方向に移動する場合にあって、チェーンが直線状に張ることによって免震手段の変形量および建造物の移動量を制限する当り、ゴムで覆われたチェーンが直線状又はそれに近い形状に伸びるときに、そのチェーンに、ゴムが元の形状に戻ろうとする復元力が付与されて建造物に復位力が与えられる、とするものである。

特開２００４−６０１８９号公報

しかるに、特許文献１に記載された従来の変形量制限装置の設置に当っては、チェーンの各端部を、アイボルトと、シャックル等の連繋金具とを介して基礎および土台のそれぞれに連結することが必要になるため、それらの基礎および土台に対するアイボルトの植込み固着が不可避となって、施工工数および施工コストの増加が否めないという問題があった。

この発明は、従来技術が抱えるこのような問題点を解決することを課題とするものであり、それの目的とするところは、免震手段の過剰の水平変形を、引張り変形下で、緩衝しつつ拘束する変形制限手段の所定の設置を簡易なものとすることで、それの現場施工を、少ない作業工数の下で可能にするとともに、極めて容易なものとすることで、施工コストを有効に低減できる免震構造体を提供するにある。

この発明の免震構造体は、構造物の基礎と、この基礎上に構築される構造物との間に、それらの少なくとも一方に固定されて構造物の重量を支持する免震手段を設けるとともに、この免震手段の過剰の水平変形もしくは水平変位を、引張り変形下で、緩衝しつつ拘束する変形制限手段を設けてなるものであって、免震手段の、基礎側および構造物側のそれぞれの取付面板に、前記変形制限手段を、免震手段の水平変形量もしくは水平変位量が限界に達する先だって緊張し得る初期弛みをもたせて連結するとともに、その変形制限手段を、適宜の弾性変形部を有する剛性部材にて構成してなるものである。

従って、全体が弾性変形部からなって、剛性部分を具えないゴムロッド等は、ここでいう「変形制限手段」には含まないものとする。
この一方で、コイルスプリングその他のばね部材などのように、伸長変形に際して、弾性変形域を越えて剛性部材のような挙動を示すものは、ここでいう「変形制限手段」に含むものとする。
この場合は、ばね部材それ自体が、ゴム等の弾性部材の付加なしに、弾性変形部を有する剛性部材になる。

ここで、免震手段は、弾性板と剛性板との、垂直方向の交互の積層構造になって、上下のそれぞれの端部の取付面板によって基礎側および構造物側の両者に固定される積層弾性体とすることができる他、弾性板と剛性板との、垂直方向の交互の積層構造体であって、いずれか一方の取付面板によって基礎側もしくは構造物側のいずれか一方側に固定され、他方側に取り付けた他方の取付面板に対して水平方向に摺動される積層すべり支承体とすることもできる。

ところで、変形制限手段の弾性変形部は、剛性部材の延在方向の一個所以上に設けた、ばねおよびゴムの少なくとも一方とすることができる。
この場合、ばねは通常、剛性部材に直列に連結するものとし、ゴムは、剛性部材またはばねを被覆ないしは完全に埋め込むものとする。
なお、ばね部材は、それ自体にて、弾性変形部を有する変形制限手段になり得ることは上述した通りであるので、変形制限手段をその全長にわたってばね部材にて構成することも可能である。

また、変形制限手段の剛性部材は、チェーンもしくは、迂曲姿勢でゴム等に埋め込まれるワイヤロープとすることができる。

この発明の免震構造体では、地震の発生に対しては、構造物の基礎、およびその基礎上の構造物の少なくとも一方に取付面板によって固定される免震手段を水平方向に剪断変形等させることで、構造物の固有振動数を長周期化させ、これにより、構造物の、地震波との共振を防止するとともに、構造物の振動加速度を小さくして、構造物の損壊等を有効に防止することができる。

この一方で、予想値を越える大きな地震波の発生によって、免震手段の水平変形量等が限界に達するほどに大きくなる場合は、その変形量等が限界に達するに先だって、たとえば、限界変形量等の直前のタイミングで、引張り変形される変形制限手段を緊張させて、免震手段のそれ以上の変形等を阻止することで免震装置を保護することができる他、変形制限手段の、少なくともその緊張時、好ましくは、その緊張に先だって、変形制限手段の弾性変形部を機能させて、変形制限手段の緊張時の衝撃を緩和するとともに、地震エネルギーの一部を、弾性変形部の変形のために消費することで、変形制限手段のそれぞれの端部分を連結した、基礎側取付面板および構造物側取付面板、ひいては、基礎および構造物のそれぞれの入力を有効に緩衝して、それらの両者をもまた損壊等から効果的に保護することができる。
なおここで、一方の取付面材を基礎側もしくは構造物側に固定し、この取付面板側の部材を、他方の取付面板に対して水平方向に摺動させる免震手段に対しては、変形制限手段は、免震手段、ひいては、構造物の変位のしずぎに起因する、その構造物の損傷等を防止するための変位制限手段として機能することになる。

しかも、この免震構造体では、変形制限手段のそれぞれの端部分を、免震手段のそれぞれの取付面板に連結することから、免震手段の製造、工場出荷等に当って、それぞれの取付面板に雌ねじ部を予め形成したり、形成された雌ねじ部に雄ねじ部材を予め螺合させたりすることで、変形制限手段をそれぞれの取付面板に、施工現場で簡易・迅速に連結することができ、従来技術のような、施工現場でのアイボルトの植込み固着等の作業が不要になるので、免震構造体の施工コストを、従来技術に比して大きく低減させることができる。

ところで、変形制限手段に上述したような機能を常に確実に発揮させるためには、いずれの方向の水平変位に対しても、いずれかの変形制限手段を引張り変形させるべく、それぞれの取付面板に、それらの周囲に間隔をおく複数本の変形制限手段を連結することが必要になる。

そしてこれらのことは、免震手段を、弾性板と剛性板との、垂直方向の交互の積層構造として、上下のそれぞれの取付面板を、基礎側および構造物側のそれぞれに固定される積層弾性体とした場合、および、その免震手段を、弾性板と剛性板との、垂直方向の交互の積層構造体として、この積層構造体を、それと一体をなすいずれか一方の取付面板によって基礎側もしくは構造物側のいずれか一方側に固定し、そして、この積層構造体を、それとは別体になって、他方側に取り付けた他方の取付面板に対して水平方向に摺動される積層すべり支承体とした場合にもほぼ同様であり、とくに後者の場合は、先に述べたように、変形制限手段が、構造物の水平変位のしずぎを防止する変位制限手段として機能することになる。

以上のような免震構造体において、変形制限手段の弾性変形部を、剛性部材の延在方向の一個所以上に設けた、ばねおよびゴムの少なくとも一方としたときは、変形制限手段に、所要の緩衝機能を十分に発揮させることができ、また、変形制限手段の剛性部材を、チェーンもしくはハワイヤロープとしたときは、過剰の水平変形もしくは水平変位を、すぐれた抗張力の下で十分に防止することができる。

この発明の一の実施形態を示す、中心軸線を含む縦断面図である。 他の実施形態を示す、図１と同様の縦断面図である。 積層弾性体および積層すべり支承体のヒステリシスループを示す図である。

図１に、免震手段を積層すべり支承体とした場合の、中心軸線を含む縦断面図で示すこの発明の実施形態において、図中１は、構造物の基礎を、２は、その基礎上に構築した構造物をそれぞれ示す、そして３は、積層すべり支承体を示す。

ここで、基礎１および構造物２のそれぞれには、積層すべり支承体３のためのそれぞれの取付ベース４，５を設け、積層すべり支承体３の一方の取付面板６、図では、複数枚のゴム等の弾性板と、複数枚の剛性板との、垂直方向の交互の積層構造体７に一体化させた取付面板６を構造物２側の取付ベース５に固定し、そして、積層構造体７とは別体になる他方の取付板８を基礎１側の取付ベース４に固定して、ステンレス鋼その他にて構成することができるこの取付板８を滑り板として機能させるとともに、積層構造体７に固定ないしは固着される、滑り板取付板８への摺接材９を、ポリテトラフルオロエチレン等の低摩擦部材にて構成する。

またここでは、それぞれの取付面板６，８の相互を、それぞれの取付面板６，８の周方向に所定の間隔をおいて配置した複数本の変形制限手段１０で相互連結し、免震手段３の過剰の水平変形、図では水平変位を、引張り変形下で、緩衝しつつ拘束するこれらの各変形制限手段１０を、免震装置３の水平変位量が限界に達するに先だって緊張し得る初期弛みをもたせて配設するとともに、このような変形制限手段１０を、弾性変形部１０ａ、たとえば、ゴム内に埋め込んだチェーン部分を有する剛性部材１０ｂ、たとえばチェーンにて構成する。

このように構成してなる変形制限手段１０は、地震波等の入力によって、構成物２が基礎１に対し、摺接材９の、取付板８に対する相対摺動に基いて水平方向に相対変位するに当り、その変位量が、積層すべり支承体３の設計限界値に達するに先だって、少なくとも一本が、引張り変形下で緊張して、積層すべり支承体３のそれ以上の相対変位を、剛性部材の作用下にて十分に拘束するとともに、その緊張に併って、または、初期弛みの減少開始時から緊張に到るまでの間にわたって、弾性変形部の変形下で緩衝機能を発揮するので、変形制限手段１０の緊張時の衝撃を十分に緩和して、基礎１および構造物２のそれぞれを、衝撃入力から有効に保護することができる。

なおここで、変形制限手段１０の弾性変形部１０ａは、ばね自体にて構成することができる他、ばねと、それを埋め込むゴムにて構成すること、チェーンのチェーンリンク間を埋め込むゴムにて構成すること、迂曲させて延在させた剛性部材を埋め込むゴムブロックにて構成すること等も可能であり、このような弾性変形部１０ａは、変形制限手段１０の全長にわたって、または、変形制限手段１０の延在方向の一個所もしくは複数個所に形成することができる。

また、変形制限手段１０の剛性部材１０ｂは、先に述べたように、ばね部材によって、剛性部材１０ｂと弾性変形部１０ａとを兼用させる場合の他、上述したような、チェーンもしくはワイヤロープによって構成することができる。

ところで、変形制限手段１０のそれぞれの端部を、図示のように、それぞれの取付面板６，８に連結するときは、どのような地震波等の入力に対しても、少なくとも一本の変形制限手段１０を有効に引張り変形させて所期した通りに機能させるためには、両取付面板６，８に、それらの周方向に所定の間隔をおいて複数本の変形制限手段１０を連結することが必要になるも、この免震構造体では、積層すべり支承体３の製造、工場出荷等に当って、それぞれの取付面板６，８に、変形制限手段１０の連結用の雌ねじ部を予め形成したり、形成された雌ねじ部に雄ねじ部材を予め螺合させたりすることで、それぞれの変形制限手段１０の所定の連結を、現場の施工で、従来技術に比して簡易に、かつ迅速に行うことができるので、施工コストを大きく低減させることができる。
なお、図１に示すところにおいて、積層すべり支承体３の取付け態様を、図示のものとは上下逆にすることも可能である。

図２は、免震手段を、それぞれの取付面板を積層構造体に一体化させてなる積層弾性体とした場合の、他の実施形態を示す図１と同様の縦断面図である。
この実施形態では、積層弾性体１３を、複数枚のゴムその他の弾性板と、複数枚の剛性板との、垂直方向の交互の積層構造体７の上下に、それぞれの取付面板６，８を一体化させて設け、そして、それらの取付面板６，８を、構造物２の取付ベース５および、基礎１の取付ベース４のそれぞれに固定した点で、図１に示すものとは構成を異にするものである。

図２に示すこの実施形態では、積層弾性体１３がそれぞれの取付面板６，８によって、構造物２および基礎１のそれぞれに連結されてそれらに拘束されていることから、その積層弾性体１３が、地震波等の入力によって水平方向に変形する場合は、図３（ａ）に、水平変形量と水平荷重とのヒステリシスループを示すところから明らかなように、水平変形量の増加に伴って反力が増加することになって、積層弾性体それ自身が変形抑制機能を発揮するなり、図１で述べた積層すべり支承体３の同様のヒステリシスループを示す図３（ｂ）に比して、反力、ひいては、変形抑制機能がはるかに大きくなるので、それぞれの取付面板６，８に連結する変形制限手段６，８の耐引張強度および弾性機能を、図１に示すものより小さくしてなお、所要の作用を十分に発揮させて、積層弾性体１３、構造物２および基礎１のそれぞれを効果的に保護することができる。

そして、この免震構造体によってもまた、取付面板６，８のそれぞれに雌ねじ部を予め形成すること、形成された雌ねじ部に雄ねじ部材を予め螺合させること等によって、先に述べたと同様の施工コストの低減を実現することができる。

１ 基礎
２ 構造物
３ 積層すべり支承体
４，５ 取付ベース
６，８ 取付面板
７ 積層構造体
９ 摺接材
１０ 変形制御手段
１０ａ 弾性変形部
１０ｂ 剛性部材
１３ 積層弾性体

Claims (5)

1. 構造物の基礎と、この基礎上に構築される構造物との間に、それらの少なくとも一方に固定されて構造物の重量を支持する免震手段を設けるとともに、この免震手段の過剰の水平変形もしくは水平変位を、引張り変形下で、緩衝しつつ拘束する変形制限手段を設けてなる免震構造体であって、
   免震手段の、基礎側および構造物側のそれぞれの取付面板に、前記変形制限手段を、免震手段の水平変形量もしくは水平変位量が限界に達するに先だって緊張し得る初期弛みをもたせて連結するとともに、その変形制限手段を、弾性変形部を有する剛性部材にて構成してなる免震構造体。
2. 免震手段を、弾性板と剛性板との、垂直方向の交互の積層構造になって、それぞれの取付面板によって基礎側および構造物側の両者に固定される積層弾性体としてなる請求項１に記載の免震構造体。
3. 免震手段を、弾性板と剛性板との、垂直方向の交互の積層構造になって、いずれか一方の取付面板によって基礎側もしくは構造物側のいずれか一方側に固定され、他方側に取付た他方の取付面板に対して水平方向に摺動する積層すべり支承体としてなる請求項１に記載の免震構造体。
4. 変形制限手段の弾性変形部を、剛性部材の延在方向の一個所以上に設けた、ばねおよびゴムの少なくとも一方としてなる請求項１〜３のいずれかに記載の免震構造体。
5. 変形制限手段の剛性部材を、チェーンもしくは、ワイヤロープとしてなる請求項１〜４のいずれかに記載の免震構造体。

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