JP2011012470A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上下方向に作用する振動を減衰させて振動による衝撃を小さくすることで、積層ゴムの機能の低下を抑制するようにした。
【解決手段】免震装置１は、上下方向に配置される上部基礎２Ａと下部基礎２Ｂとの間に設けられ、一端を上部基礎２Ａに固定させた積層ゴム３と、積層ゴム３の他端に設けた平板部材４と、平板部材４の側面に接触させた状態で下部基礎２Ｂに固定させた水平方向拘束部材と、平板部材４及び下部基礎２Ｂに固定される一対の第１金物６２と第２金物６３の間に減衰性能を有する粘弾性体を介装させるとともに、その粘弾性体が平板部材４の側方に位置するように設けてなる上下方向減衰部材６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、超高層ビルや塔状の構造物などにおいて、地震による振動を低減させる免震装置に関する。

最近では、免震建物の急速な普及とともに免震構造が採用されている。このような免震装置として、ゴム材料などからなる弾性体と鋼板とを上下方向に交互に積層した構造のいわゆる積層ゴムが多用されている。積層ゴムは、例えば構造物の基礎と、この基礎上に構築される構造物本体との間に介装され、地震等によって水平方向の大きな外力が入力されたときには、積層ゴムが水平方向に変形することでその外力の構造物本体への伝達を軽減し、構造物本体の揺れを抑えるようになっている。この積層ゴムは、これを構成する弾性体が、上下方向の圧縮力に対する強度は十分に大きいものの引張力に対する強度は小さいのが一般的である。したがって、積層ゴムに上下方向の引張力が過大に作用すると、弾性体が損傷して免震装置としての機能を果たすことができなくなることがあった。

ところで、上下方向に大きな引張力が作用するケースとしては、例えば、超高層ビルや塔状の構造物など、建物の幅に対する高さの比（アスペクト比、塔状比）が大きなものである場合等である。この場合、積層ゴムに許容値以上の引張力が作用しないようにアスペクト比を４〜５程度に抑えなければならず、これが免震構造の設計上の大きな制約となっていた。
一方、近年では、建物がより高層化し、アスペクト比が高くなる傾向となっており、このような超高層建物にも免震性能を適用したいといった要求が高まっている。そこで、積層ゴムの引張制限に対する解決方法として、積層ゴムに引張力を生じさせないようにする技術が、例えば特許文献１に提案されている。

特許文献１は、積層ゴムの上下端のフランジを上部基礎及び下部基礎にボルトで固定させ、ボルトの頭部とフランジとの間にゴムシート等のクッション材を介在させた免震装置であって、クッション材の緩衝作用により上下方向に作用する引張力を積層ゴムに伝えにくくし、免震装置の機能低下を抑制するようにした構造について記載したものである。

特開平１１−１５３１９１号公報

しかしながら、従来の免震装置では以下のような問題があった。
すなわち、特許文献１の免震装置では、クッション材の圧縮範囲内で積層ゴムに作用する引張力を低減することはできるが、積層ゴムと基礎（フランジ）とが上下方向に相対移動して振動することを抑制する構造にはなっていない。そのため、振動時に、積層ゴムと基礎（フランジ）とが互いにぶつかり合い、衝撃的な振動が発生し、免震装置の機能が低下するおそれがあった。
また、積層ゴムの下端を建物の下部基礎に固定させずに、積層ゴムと下部基礎との水平方向の相対移動のみを拘束し、上下方向に作用する移動を規制しないことで、下部基礎に対して積層ゴムを浮き上がらせ、積層ゴムに引張力を作用させないようにした構造の免震装置を用いることができる。しかし、この場合、基礎に対して積層ゴムが浮き上がるため、浮き上がった後に基礎に着座する際に衝撃的な振動が生じるといった問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、上下方向に作用する振動を減衰させて振動による衝撃を小さくすることで、積層ゴムの機能の低下を抑制するようにした免震装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る免震装置では、上下方向に配置される第１基礎と第２基礎との間に設けられた免震装置であって、一端を第１基礎に固定させた積層ゴムと、積層ゴムの他端に設けた平板部材と、平板部材の側面に接触させた状態で第２基礎に固定させた水平方向拘束部材と、平板部材及び第２基礎に固定される一対の挟持部材同士の間に減衰性能を有する粘弾性体を介装させるとともに、その粘弾性体が平板部材の側方に位置するように設けてなる上下方向減衰部材とを備えていることを特徴としている。
本発明では、水平方向拘束部材によって平板部材の水平方向の移動が拘束され、第２基礎と平板部材（積層ゴム）との間で水平方向への相対移動がなくなり、第２基礎と積層ゴムとの双方間で水平方向の力を確実に伝達することができる。そのため、積層ゴムの免震効果を発揮することができ、地震等によって建物に入力される水平方向の外力（せん断力）を低減させ、建物に作用する水平方向の振動（揺れ）を小さくすることができる。さらに、第２基礎と平板部材とが非固定状態であって互いに上下方向に相対移動が可能な構成となっているので、積層ゴムに作用する上下方向の引張力を低減することができるとともに、平板部材（積層ゴム）と第２基礎とが上下方向に相対移動することにより生じる上下方向の振動を、上下方向減衰部材の粘弾性体が変形することで減衰させることができる。そのため、積層ゴムが第２基礎（例えば、下部基礎）から浮き上がった後、再び第２基礎に着地するときに生じる衝撃を小さくすることができる。

また、本発明に係る免震装置では、平板部材は、多角形状をなし、水平方向拘束部材は、平板部材の各辺に接触した状態で配置され、上下方向減衰部材は、平板部材の角部に設けられていることが好ましい。
本発明では、平板部材の各辺が水平方向拘束部材によって接触した状態となっていることから、平板部材（積層ゴム）における水平方向の移動を第２基礎に対して確実に拘束させることができるとともに、上下方向減衰部材によって上下方向に作用する振動を減衰させることができる。

本発明の免震装置によれば、水平方向拘束部材によって平板部材の水平方向の移動が拘束され、第２基礎と平板部材（積層ゴム）との間で水平方向への相対移動がなくなることから、積層ゴムによる免震効果を発揮させることができ、地震によって建物に生じる水平方向の振動を小さくすることができる。そして、平板部材（積層ゴム）と第２基礎とが上下方向に相対移動することにより生じる上下方向の振動を、上下方向減衰部材によって減衰させることができることから、積層ゴムが第２基礎（例えば、下部基礎）から浮き上がった後、再び第２基礎に着地するときに生じる衝撃を小さくすることができ、積層ゴムの機能の低下を抑制することができる。

本発明の実施の形態による免震装置を示す立断面図である。 図１に示す免震装置のＡ−Ａ線断面図である。 図２に示す免震装置のＢ−Ｂ線断面図である。 図１における上下方向減衰部材の作動状態を示す拡大図であって、（ａ）は作動しない状態の図、（ｂ）は作動中の状態の図である。

以下、本発明の実施の形態による免震装置について、図１乃至図４に基づいて説明する。
図１乃至図３に示すように、本実施の形態による免震装置１は、例えば建物２の基礎部に設けられるものである。図１において、２Ａ、２Ｂはそれぞれ建物２を支持するための上部基礎（第１基礎）、下部基礎（第２基礎）を示し、免震装置１は上部基礎２Ａと下部基礎２Ｂとの間に設けられている。
上部基礎２Ａの下面（凹部２ａ）には上部ベースプレート２１が取り付けられ、下部基礎２Ｂの上面２ｂには下部ベースプレート２２が取り付けられている。

免震装置１は、上部ベースプレート２１と下部ベースプレート２２との間に配設された平面視で角形の積層ゴム３と、積層ゴム３の下端部に設けられた平板部材４と、平板部材４の水平方向への移動を規制する水平方向拘束部材５と、下部ベースプレート２２に対する平板部材４の上下方向への移動を規制する上下方向減衰部材６とを備えている。

上部ベースプレート２１及び下部ベースプレート２２は、それぞれ平板形状をなし、平面視で積層ゴム３より大きな所定の外形寸法をなし、固定手段７によってそれぞれ建物２の基礎２Ａ、２Ｂに固定されている。
上部ベースプレート２１は、上部基礎２Ａの下端部に形成された凹形状をなす凹部２ａに嵌合された状態で固定されている。具体的には、凹部２ａの所定位置に袋ナット７ａが埋め込まれており、凹部２ａに上部ベースプレート２１を嵌めた状態で取付けボルト７ｂを袋ナット７ａに螺合させることで、後述する積層ゴム３の上部鋼板３１と共に上部基礎２Ａに固定されている。
一方、下部ベースプレート２２は、その下面２２ｂに下方に向けて突出する複数のスタッドジベル７ｃ、７ｃ、…を固着させ、そのスタッドジベル７ｃ、７ｃ、…を下部基礎２Ｂに埋め込んだ状態で固定されている。

積層ゴム３は、金属等から形成されていて例えば平面視で略正方形状の平板をなす上部鋼板３１と下部鋼板３２との間に、ゴム材料と薄い鋼板とを交互に積層させた弾性体３３が挟持された構成となっている。

そして、積層ゴム３は、上部鋼板３１が上部ベースプレート２１に取付けボルト７ｂによって固定され、下部鋼板３２が図示しないボルト等の固定手段によって平板部材４に固定されている。すなわち、積層ゴム３と上部基礎２Ａとは、一体に設けられた状態となっている。

図２に示すように、積層ゴム３の下端に固定される平板部材４は、平面視で角部を斜めに切り取った略四角形状をなし、下部ベースプレート２２に非固定状態で載置されている。

図２及び図３に示すように、水平方向拘束部材５は、平面視で略長方形状の平板をなし、長辺をなす側面５ａを平板部材４の四辺をなす一側面４ａに接触させた状態で、且つ隙間のない（ガタツキのない）状態で、下部ベースプレート２２の上面２２ａに固定ボルト８によって固定されている。つまり、平板部材４は、４つの水平方向拘束部材５、５、…によって接触した状態で囲われているため、下部ベースプレート２２に対する水平方向の移動が拘束された状態となっている。なお、固定ボルト８には、高張力ボルト等の剛性の大きなボルトを使用することが好ましいとされる。

ここで、水平方向拘束部材５の厚さ寸法（上下方向の高さ寸法）は、後述する図４（ｂ）に示す平板部材４（或いは積層ゴム３、上部基礎２Ａ）の浮き上がり量Ｄより大きい寸法とされる。つまり、浮き上がった平板部材４が４つの水平方向拘束部材５、５、…によって囲われた領域から外れないようになっている。
そして、水平方向拘束部材５は、下部ベースプレート２２と平板部材４（積層ゴム３）との双方間に水平方向の力を、下部ベースプレート２２に設けた複数のスタッドジベル７ｃ、７ｃ、…を介して伝達させるようになっている。

そして、水平方向拘束部材５の長辺をなす側面５ａ（平板部材４側の側面）と平板部材４の四辺をなす側面４ａとの接触面に対して、めっき処理を施したり、ポリ４フッ化エチレンなどの低摩擦材（図示省略）を貼り付けることにより、上下方向に大きな抵抗力をもたせないように構成されている。これにより、積層ゴム３に地震時等に引張力が生じたときには、積層ゴム３の浮き上がりに対する抵抗を少なくすることができる。

図２及び図４（ａ）に示すように、上下方向減衰部材６は、上述したように下部ベースプレート２２に対する平板部材４の上下方向への移動を規制するダンパー機能を有し、平板部材４の各角部４ｂに設けられている。
つまり、上下方向減衰部材６は、平板部材４の角部４ｂの上面４ｃに固定される断面視Ｌ字型の第１金物６２（挟持部材）と、下部ベースプレート２２の上面２２ａに固定される断面視Ｌ字型の第２金物６３（挟持部材）と、一対の第１金物６２と第２金物６３との間に介装された粘弾性体６１とからなる。さらに具体的には、第１金物６２の一端面６２ａがボルト６ａによって平板部材４の上面４ｃに固定され、第２金物６３の一端面６３ａがボルト６ｂによって下部ベースプレート２２の上面２２ａに固定され、第１金物６２の他端面６２ｂと第２金物６３の他端面６３ｂとの間に粘弾性体６１が固着された状態で挟持されている。そして、上下方向減衰部材６は、粘弾性体６１が平板部材４の側方に位置するように配置されている。なお、粘弾性体６１には、減衰性能の高いゴム材等が使用される。

次に、このような構成からなる免震装置１の作用について図面に基づいて説明する。
図３に示すように、本免震装置１では、地震によって建物２に水平方向（矢印Ｅ方向）の外力（せん断力）が入力されると、上部基礎２Ａと下部基礎２Ｂとの間で水平方向の相対変位が生じ、積層ゴム３の弾性体３３が変形する。

このとき、本免震装置１では、水平方向拘束部材５が固定ボルト８によって下部ベースプレート２２に一体に固定されるとともに、下部ベースプレート２２がスタッドジベル７ｃによって下部基礎２Ｂに固定されているため、積層ゴム３に生じる水平方向のせん断力を確実に下部基礎２Ｂに伝達することができる。
つまり、水平方向拘束部材５が平板部材４の水平方向の抵抗となり、平板部材４の水平方向への移動が拘束され、下部ベースプレート２２と平板部材４（積層ゴム３）との間で水平方向への相対移動がなくなり、下部基礎２Ｂと積層ゴム３との双方間で水平方向の力を確実に伝達することができる。そのため、積層ゴム３の免震効果を発揮することができ、地震等によって建物２に入力される水平方向の外力（せん断力）を低減させ、上部基礎２Ａ（すなわち建物２）に作用する水平方向の振動（揺れ）を小さくすることができる。

また、図１及び図４（ｂ）に示すように、積層ゴム３（平板部材４）は下部基礎２Ｂに対して非固定状態であって、平板部材４と下部ベースプレート２２とが互いに上下方向に相対移動が可能な構成となっているので、下部ベースプレート２２に対して平板部材４（積層ゴム３）が矢印Ｆ方向に浮き上がり、この浮き上がりによって上下方向の振動が発生することになる。

本免震装置１では、地震時に積層ゴム３（上部基礎２Ａ）が下部基礎２Ｂに対して浮き上がって振動するときには、上下方向減衰部材６の粘弾性体６１が変形し、上下方向の振動に対して抵抗してなる減衰作用により振動を減衰させることができる。そのため、地震時において積層ゴム３が下部ベースプレート２２から浮き上がった後、再び下部ベースプレート２２に着地するときに生じる衝撃を小さくすることができる。

さらに、上述したように平板部材４と下部ベースプレート２２とが分離されており、平板部材４を浮き上がらせることができるため、積層ゴム３に過大な引張力を作用させないようにすることができる。そのため、積層ゴム３は、引張力による大きな応力が発生せず、弾性体３３の損傷を抑制することができ、免震機能の低下を防ぐことができる。
なお、水平方向拘束部材５の高さ寸法を、粘弾性体６１の変形による浮き上がり量（図４（ｂ）の符号Ｄ）の最大値より大きい寸法としておくことで、平板部材４が水平方向拘束部材５より上方に浮き上がって水平方向拘束部材５、５、…によって囲われる領域から外れ、水平方向の拘束が作用しなくなることを防ぐことができる。

上述のように本実施の形態による免震装置では、水平方向拘束部材５によって平板部材４の水平方向の移動が拘束され、下部基礎２Ｂと平板部材４（積層ゴム３）との間で水平方向への相対移動がなくなることから、積層ゴム３による免震効果を発揮させることができ、地震によって建物２に生じる水平方向の振動を小さくすることができる。
そして、平板部材４（積層ゴム３）と下部基礎２Ｂとが上下方向に相対移動することにより生じる上下方向の振動を、上下方向減衰部材６によって減衰させることができることから、積層ゴム３が下部基礎２Ｂから浮き上がった後、再び下部基礎２Ｂに着地するときに生じる衝撃を小さくすることができ、積層ゴム３の機能の低下を抑制することができる。

以上、本発明による免震装置の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では上下方向減衰部材６を平板部材４の角部４ｂに設けるとともに、水平方向拘束部材５を平板部材４の四辺をなす側面４ａに接触するようにして配置させているが、これらの位置に制限されることはない。また、上下方向減衰部材６の設置数も４つであることに限定されることはない。要は、積層ゴム３に固定された平板部材４が、水平方向拘束部材５によって水平方向の移動が拘束され、上下方向減衰部材６によって上下方向の移動範囲が規制されていればよいのである。
また、本実施の形態では平板部材４を平面視で略四角形状としているが、この形状に制限されることはなく、例えば六角形状、或いは八角形状といった平面形状であってもよい。なお、平板部材４を多角形状とすることで、その各辺に対して水平拘束部材５を接触させることができ、平板部材４と下部基礎２Ｂとの水平方向の相対移動を確実に拘束することができる。

そして、本実施の形態では平板部材４と積層ゴム３の下部鋼板３２とをボルト等で固定させた構造としているが、例えば平板部材４と一体形成された下部鋼板であってもかまわない。
また、上下方向減衰部材６の構成、例えば粘弾性体６１を挟持するための部材（第１金物６２、第２金物６３）、粘弾性体６１の形状、大きさ等は、積層ゴム３の大きさ、形状等の条件に対応して任意に設定することができる。

さらに、本実施の形態では積層ゴム３の下部鋼板３２に平板部材４を設けて下部ベースプレート２２に対して非固定状態とした構成としているが、積層ゴム３に対する平板部材４の位置を上下方向に反転させた構成、すなわち積層ゴム３の下部鋼板３２を下部ベースプレート２２に固定させ、上部鋼板３１に平板部材４を固定し、その平板部材４と上部ベースプレート２１とを非固定状態とし、本実施の形態と同様の形態で積層ゴム３の上端に設けた平板部材４に対して水平移動と上下方向の移動を規制する水平方向拘束部材５と上下方向減衰部材６とを設ける構造であってもかまわない。なお、この場合も実施の形態と同様の効果を得ることができる。

１ 免震装置
２ 建物
２Ａ 上部基礎（第１基礎）
２Ｂ 下部基礎（第２基礎）
２１ 上部ベースプレート
２２ 下部ベースプレート
３ 積層ゴム
３１ 上部鋼板
３２ 下部鋼板
３３ 弾性体
４ 平板部材
５ 水平方向拘束部材
６ 上下方向減衰部材
６１ 粘弾性体
６２ 第１金物（挟持部材）
６３ 第２金物（挟持部材）

Claims (2)

1. 上下方向に配置される第１基礎と第２基礎との間に設けられた免震装置であって、
   一端を前記第１基礎に固定させた積層ゴムと、
   前記積層ゴムの他端に設けた平板部材と、
   前記平板部材の側面に接触させた状態で前記第２基礎に固定させた水平方向拘束部材と、
   前記平板部材及び前記第２基礎に固定される一対の挟持部材同士の間に減衰性能を有する粘弾性体を介装させるとともに、その粘弾性体が前記平板部材の側方に位置するように設けてなる上下方向減衰部材と、
   を備えていることを特徴とする免震装置。
2. 前記平板部材は、多角形状をなし、
   前記水平方向拘束部材は、前記平板部材の各辺に接触した状態で配置され、
   前記上下方向減衰部材は、前記平板部材の角部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。

Images