JP2011122404A - 免震システム - Google Patents

Abstract

【課題】基礎または下部建物の水平方向の揺れと垂直方向の揺れとを上部建物に伝わりにくくした免震システムを提供すること。
【解決手段】下部建物２と下部建物２の上方に構築された上部建物３との間に設置される免震システムであって、上部建物３を構成する柱３１の直下に設置され、上部建物３を支持するとともに、水平方向の揺れには変形するように、ゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせた積層支承５と、上部建物３を構成する柱３１の直下に設置され、上部建物３を支持するとともに、水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合に変形し、水平方向の揺れが予め設定された閾値を超える場合に滑動する一方、垂直方向の揺れには変形しやすいように、厚肉のゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせ、かつ、すべり材とすべり板とを組み合わせた弾性すべり支承６とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、基礎または下部建物とこれらの上方に構築された上部建物との間に設置される免震システムに関する。

基礎または下部建物とこれらの上方に構築された上部建物との間に積層ゴム等の免震装置を設置することにより、地震等による基礎または下部建物の揺れを上部建物に伝わりにくくした免震システムが広く知られるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、上述した免震装置は、薄いゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせて積層したために、水平方向に大きな力が作用すると水平方向に大きく変形するが、垂直方向に大きな力が作用しても垂直方向に変形しにくいという性質を有している。すなわち、基礎または下部建物の水平方向の揺れは上部建物に伝わりにくいが、基礎または下部建物の垂直方向の揺れは上部建物に伝わりやすいという性質を有している。このため、薄いゴムシートと鋼板とを交互に積層した免震装置（以下、積層支承の免震装置という）だけでは、基礎または下部建物の垂直方向の揺れが上部建物に伝わりにくい免震システムを構築することができない。

一方、上述したゴムシートよりも厚肉のゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせた免震装置（以下、厚肉積層支承の免震装置という）によれば、垂直方向に大きな力が作用すれば垂直方向にも変形しやすいことになる。したがって、たとえば、基礎または下部建物とこれらの上方に構築された上部建物との間に上下方向の固有振動数が１０Ｈｚ未満となるように肉厚を設定したゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせた免震装置を設置すれば、基礎または下部建物の垂直方向の揺れは上部建物に伝わりにくくなる（たとえば、特許文献２参照）。

特開２００２−１８８３１５号公報 特開２０００−６４６５９号公報

しかしながら、厚肉積層支承の免震装置は、積層支承の免震装置よりもゴムシート一層当たりの厚みがあるため、垂直方向の荷重を負担する際の変形量は、厚肉積層支承の免震装置のほうが積層支承の免震装置よりも大きく、水平方向の変形を受けている状態では座屈しやすくなる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、免震装置の座屈を回避しつつ、基礎または下部建物の水平方向の揺れと垂直方向の揺れとを上部建物に伝わりにくくした免震システムを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、基礎または下部建物とこれらの上方に構築された上部建物との間に設置される免震システムであって、上部建物を構成する柱の直下に設置され、上部建物を支持するとともに、水平方向の揺れには大きく変形するように、ゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせた積層支承と、上部建物を構成する柱のうち上下方向の揺れを低減させたい柱の直下に設置され、上部建物を支持するとともに、水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合に変形し、水平方向の揺れが予め設定された閾値を超えた場合に滑動する一方、垂直方向の揺れには変形しやすいように、前記ゴムシートよりも厚肉のゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせ、かつ、すべり材とすべり板とを組み合わせた弾性すべり支承とを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、基礎または下部建物とこれらの上方に構築された上部建物との間に設置される免震システムであって、上部建物を構成する柱の直下に設置され、上部建物を支持するとともに、水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合に変形し、水平方向の揺れが前記閾値を超える場合に滑動する一方、垂直方向の揺れには変形しやすいように、厚肉のゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせ、かつ、すべり材とすべり板とを組み合わせた弾性すべり支承と、基礎または下部建物と上部建物との間に基礎または下部建物と上部建物のいずれか一方から離隔するとともに他の一方を拘束して設置され、水平方向の揺れに変形する水平動用免震デバイスとを備えたことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、基礎または下部建物と上部建物との間に設けられ、上部建物の変位を抑制するダンパーを備えたことを特徴とする。

本発明にかかる免震システムは、垂直方向の揺れには、弾性すべり支承が変形することで揺れを吸収し、垂直方向の揺れを上部建物に伝わりにくくする。水平方向の揺れが閾値に満たない場合には、積層支承と弾性すべり支承、あるいは弾性すべり支承と水平動用免震デバイスとが変形する一方、水平方向の揺れが閾値を超えた場合には、積層支承が変形するとともに弾性すべり支承が滑動し、あるいは弾性すべり支承が滑動するとともに変形することにより、水平方向の揺れを上部建物に伝わりにくくする。弾性すべり支承は、水平方向の揺れが閾値に満たない場合、閾値を超えた場合のいずれの場合にも座屈することはない。したがって、弾性すべり支承（免震装置）の座屈を回避しつつ、基礎または下部建物の水平方向の揺れと垂直方向の揺れとを上部建物に伝わりにくくした免震システムを提供できる。

図１は、本発明の実施の形態１である免震システムを示す概念図である。 図２は、図１に示した積層支承を説明するための概念図であって、一部を切り欠いた状態を示す図である。 図３は、図１に示した弾性すべり支承を説明するための概念図であって、一部を切り欠いた状態を示す図である。 図４−１は、免震層に取り付けた弾性すべり支承を示す図である。 図４−２は、免震層に取り付けた弾性すべり支承とストッパを示す図である。 図５は、本発明の実施の形態２である免震システムを示す概念図である。 図６は、図５に示した水平動用免震デバイスを説明する概念図である。

以下に、本発明にかかる免震建物の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１である免震システムを示す概念図、図２は図１に示した積層支承を説明するための概念図であって、一部を切り欠いた状態を示す図、図３は図１に示した弾性すべり支承を説明するための概念図であって、一部を切り欠いた状態を示す図である。

実施の形態１である免震システム１は、下部建物２と下部建物２の上方に構築された上部建物３との間に免震装置４を設置したものである。ここで説明する免震システム１は、下部建物２から上部建物３に水平方向の揺れと垂直方向の揺れとを伝わりにくくしたものであるが、下部建物２と上部建物３との間に免震装置４を設置したものに限られるものではなく、基礎と上部建物３との間に免震装置４を設置したものであってもよい。

下部建物２と上部建物３との間に設置する免震装置４は、積層支承５、弾性すべり支承６、ダンパー７により構成されている。

積層支承５は、上部建物３を構成する柱３１の直下であって、下部建物２を構成する柱頭２１との間に設置され、上部建物３を支持するとともに、水平方向の揺れには変形するようになっている。

図２に示すように、積層支承５は、薄肉の天然ゴムのゴムシート５１と鋼板５２とを交互に貼り合わせた積層ゴム５０であって、積層ゴム５０の上面と下面とにはフランジ５３が取り付けられている。そして、一方のフランジ５３は下部建物２を構成する柱頭２１に取り付けられ、他方のフランジ５３は上部建物３の下面に取り付けられている。また、積層ゴム５０の周囲は、被覆ゴム５４で覆われており、対候性が確保されている。積層支承５は、薄いゴムシート５１と鋼板５２とを交互に貼り合わせているために、垂直方向に大きな力が作用しても垂直方向にほとんど変形することがなく、水平方向に大きな力が作用すると水平方向に大きく変形するようになっている。このため、地震等による水平方向の揺れには積層ゴム５０が変形することにより、水平方向の揺れを伝わりにくくしている。

弾性すべり支承６は、上部建物３を構成する柱３１の直下であって、下部建物２を構成する柱頭２１との間に設置され、上部建物３を支持するとともに、水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合には変形し、水平方向の揺れが予め設定された閾値を超えた場合には滑動するようになっている。

図３に示すように、弾性すべり支承６は、積層ゴム６０とすべり板６５とを備えている。積層ゴム６０は、上述したゴムシート５１よりも厚肉のゴムシート６１と鋼板６２とを交互に貼り合わせたもので、一方の端部にフランジ６３が取り付けられ、他方の端部にすべり材（ＰＴＦＥ系材料）６４が装着されている。積層ゴム６０は、厚肉のゴムシート６１と鋼板６２とを貼り合わせているために、垂直方向に大きな力が作用した場合にも垂直方向に変形するようになっている。

ゴムシート６１は、クリープ量が小さいものが好ましい。また、ゴムシート６１の受圧面積と自由面積との比で定義される一次形状係数が十分に小さくなるように設計され、適正面圧に対して上下方向の振動数を上述した積層支承５の２分の１程度以下、具体的には、５〜６Ｈｚ程度以下となるように設計されている。

すべり板６５は、ステンレス材を主体とした板状体であって、すべり材６４と対向するように設置されている。この弾性すべり支承６に水平方向の力が作用すると、予め設定された閾値を満たすまで積層ゴム６０が変形し、予め設定された閾値を超えた場合にすべり材６４とすべり板６５との間で滑動するようになっている。

このため、柱３１の直下における上部建物３の支持に好適であって、地震等による垂直方向の揺れにも積層ゴム６０が変形し、垂直方向の揺れを伝わりにくくしている。また、地震等による水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合には積層ゴム６０が変形し、地震等による水平方向の揺れが予め設定された閾値を超える場合にはすべり材６４とすべり板６５との間で滑動し、水平方向の揺れを伝わりにくくしている。

図４は、免震層に取り付けた弾性すべり支承を示す図である。弾性すべり支承６は、すべり材６４が上側となるように、フランジ６３が基礎または下部建物２を構成する柱頭２１に取り付けてあり、上部建物３の下面にすべり板６５が取り付けてある。なお、すべり材６４が下側となるように、フランジ６３を上部建物の下面に取り付け、すべり板６５を基礎または下部建物２を構成する柱頭２１に取り付けてもよい。

ところで、上述したように、弾性すべり支承６は、予め設定された閾値を満たすまで積層ゴム６０が変形し、予め設定された閾値を超えた場合にすべり材６４とすべり板６５との間で滑動するようになっているが、ゴムシート６１の回転変形による面圧の局部的上昇、すべり材６４の経年劣化による摩擦係数の上昇などに起因して十分に滑動せずに、地震時に積層ゴム６０に過大なせん断変形が生じる可能性がある。このような場合に対応すべく、図４−２示すように、ストッパ６６を設けてもよい。図４−２に示すように、ストッパ６６は、積層ゴム６０の水平方向の変形を規制し、積層ゴム６０の座屈を防止するものであって、積層ゴム６０が弾性限界近くまで変形した場合にすべり材６４の縁部が当接し、積層ゴム６０が座屈しないようになっている。

ダンパー７は、下部建物２と上部建物３との間に設けられ、上部建物３の垂直方向の変位を抑制することにより、上部建物３の垂直方向の揺れを抑制するようになっている。より具体的には、ダンパー７は、一端と他端とに回動可能なジョイントを備えており、上部建物３が水平方向に揺れつつ上下方向にも揺れた場合であっても、上部建物３の変位を抑制するようになっている。ここで用いるダンパー７は、オイルダンパーのように、鉛直剛性に影響を与えない粘性系のものである。なお、ダンパー７は、下部建物２と上部建物３との間に設置するものであれば、伸縮方向が垂直となるように取り付けても良いし、伸縮方向が傾くように取り付けてもよい。ダンパー７の伸縮方向が傾くように取り付ければ、上部建物３の垂直方向の変位を抑制するとともに水平方向の変位を抑制することもできる。

上述した実施の形態１である免震システム１は、地震等により下部建物２が垂直方向に揺れると、弾性すべり支承６、より具体的には、積層ゴム６０が変形することにより、下部建物２の垂直方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくするとともに、ダンパー７が上部建物３の垂直方向の変位を抑制することにより、上部建物３の垂直方向の揺れを抑制する。

一方、地震等により下部建物２が水平方向に揺れると、積層支承５と弾性すべり支承６とが下部建物２の水平方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする。具体的には、水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合には、積層支承５と弾性すべり支承６とが変形する一方、水平方向の揺れが閾値を超えた場合には、積層支承５が変形するとともに弾性すべり支承６が滑動することにより、下部建物２の水平方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする。

言いかえると、下部建物２の水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合には、積層ゴム５０と積層ゴム６０とが変形する一方、下部建物２の水平方向の揺れが閾値を超えた場合には、積層ゴム５０が変形するとともに、すべり材６４とすべり板６５との間で滑動することにより、下部建物２の水平方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする。

上述した実施の形態１である免震システム１によれば、弾性すべり支承６が下部建物２の垂直方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする一方、積層支承５および弾性すべり支承６が下部建物２の水平方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする。弾性すべり支承６は、下部建物２の水平方向の揺れが閾値に満たない場合には変形し、下部建物２の水平方向の揺れが閾値を超える場合にすべり材６４とすべり板６５との間で滑動するので、弾性すべり支承６は、下部建物２の水平方向の揺れが閾値に満たない場合、閾値を超えた場合のいずれの場合にも座屈することはない。したがって、免震装置である弾性すべり支承６の座屈を回避しつつ、下部建物２の水平方向の揺れと垂直方向の揺れとを上部建物３に伝わりにくくした免震システム１を提供できる。また、ダンパー７が上部建物３の揺れを抑制するので、免震システム１は上部建物の揺れを早期に収束することができる。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２である免震システムを示す概念図、図６は図５に示した水平動用免震デバイスを説明する概念図である。

実施の形態２である免震システムは、実施の形態１に示した免震システムと同様に、下部建物２と下部建物２の上方に構築された上部建物３との間に免震装置４を設置したものである。ここで、免震システム１は、実施の形態１に示した免震システムと同様に、下部建物２から上部建物３に水平方向の揺れと垂直方向の揺れとを伝わりにくくするものであるが、下部建物２と上部建物３との間に免震装置４を設置したものに限られるものではなく、基礎と上部建物３との間に免震装置４を設置したものであってもよい。

下部建物２と上部建物３との間に設置する免震装置４は、弾性すべり支承６、ダンパー７、水平動用免震デバイス８により構成されている。

弾性すべり支承６は、上部建物３を構成する柱３１の直下であって、下部建物２を構成する柱頭２１との間に設置され、上部建物３を支持するととともに、水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合には変形し、水平方向の揺れが予め設定された閾値を超えた場合には滑動するようになっている。

なお、弾性すべり支承６の具体的構成は、実施の形態１で説明した弾性すべり支承６と異なるところはないので、同一の符号を付して説明を省略する。また、ダンパー７も同様に、実施の形態１で説明したダンパー７と異なるところはないので、同一の符号を付して説明を省略する。

水平動用免震デバイス８は、上述した弾性すべり支承６、ダンパー７と同様に、下部建物２と上部建物３の間に設置される免震装置であって、下部建物２の垂直方向の揺れを上部建物３に伝えないようになっている。水平動用免震デバイス８は、積層ゴム８０と上部建物３との間にクリアランスを有するため、下部建物２の垂直方向の揺れを上部建物３に伝えることはない。

水平動用免震デバイス８は、上部建物３を構成する梁の直下であって、下部建物２を構成する柱頭２１との間に設置され、水平方向の揺れには変形し、垂直方向の揺れは伝わらないようになっている。図６に示すように、水平動用免震デバイス８は、積層ゴム８０と水平拘束部材８６とを備えている。積層ゴム８０は、上述したゴムシート５１と同等の厚みを有するゴムシート８１と鋼板８２とを交互に貼り合わせたもので、一方の端部に取り付け用の大径のフランジ８３が取り付けられ、他方の端部に小径のフランジ８４が取り付けられている。そして、大径のフランジ８３は下部建物２を構成する柱頭２１に取り付けられ、小径のフランジ８４は水平拘束部材８６に収容されている。なお、大径のフランジ８３を上部建物３を構成する梁の直下に取り付け、小径のフランジ８４を収容する水平拘束部材８６を下部建物を構成する柱頭２１に取り付けてもよい。

水平拘束部材８６は、小径のフランジ８４が収容される円筒状の部材であって、フランジ８４の上面との間にクリアランスが設けられた状態で、小径のフランジ８４が収容されている。また、小径のフランジ８４の外周面には、すべり材８５が配設してあり、フランジ８４が水平拘束部材８６の内部をスムースに移動できるようになっている。

上述した実施の形態２である免震システム１は、実施の形態１である免震システムと同様に、地震等により下部建物２が垂直方向に揺れると、弾性すべり支承６、より具体的には、積層ゴム６０が変形することにより、下部建物２の垂直方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくするとともに、ダンパー７が垂直方向の変位を抑制することにより、上部建物３の垂直方向の揺れを抑制する。

一方、地震等により下部建物２が水平方向に揺れると、弾性すべり支承６と水平動用免震デバイス８とが下部建物２の水平方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする。具体的には、水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合には、弾性すべり支承６と水平動用免震デバイス８とが変形する一方、水平方向の揺れが閾値を超えた場合には、弾性すべり支承６が滑動するとともに、水平動用免震デバイス８が変形することにより、下部建物２の水平方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする。

言いかえると、下部建物２の水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合には、積層ゴム６０と積層ゴム８０とが変形する一方、下部建物２の水平方向の揺れが閾値を超えた場合には、すべり材６４とすべり板６５との間で滑動するとともに、積層ゴム８０が変形することにより、下部建物２の水平方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする。

上述した実施の形態２である免震システム１によれば、弾性すべり支承６が下部建物２の垂直方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする一方、弾性すべり支承６および水平動用免震デバイス８が下部建物２の水平方向の揺れを上部建物３に伝わりにくくする。弾性すべり支承６は、下部建物２の水平方向の揺れが閾値に満たない場合には変形し、下部建物２の水平方向の揺れが閾値を超える場合にすべり材６４とすべり板６５との間で滑動するので、弾性すべり支承６は、下部建物２の水平方向の揺れが閾値に満たない場合、閾値を超えた場合のいずれの場合にも座屈することはない。したがって、免震装置である弾性すべり支承６の座屈を回避しつつ、下部建物２の水平方向の揺れと垂直方向の揺れとを上部建物３に伝わりにくくした免震システム１を提供できる。また、ダンパー７が上部建物３の垂直方向の揺れを抑制するので、免震システム１は上部建物の揺れを早期に収束することができる。

１ 免震システム
２ 下部建物
２１ 柱頭
３ 上部建物
３１ 柱
４ 免震装置
５ 積層支承
５０ 積層ゴム
５１ ゴムシート
５２ 鋼板
５３ フランジ
５４ 被覆ゴム
６ 弾性すべり支承
６０ 積層ゴム
６１ ゴムシート
６２ 鋼板
６３ フランジ
６４ すべり材
６５ すべり板
６６ ストッパ
７ ダンパー
８ 水平動用免震デバイス
８０ 積層ゴム
８１ ゴムシート
８２ 鋼板
８３，８４ フランジ
８５ すべり材
８６ 水平拘束部材

Claims (3)

1. 基礎または下部建物とこれらの上方に構築された上部建物との間に設置される免震システムであって、
   上部建物を構成する柱の直下に設置され、上部建物を支持するとともに、水平方向の揺れには大きく変形するように、ゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせた積層支承と、
   上部建物を構成する柱のうち上下方向の揺れを低減させたい柱の直下に設置され、上部建物を支持するとともに、水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合に変形し、水平方向の揺れが予め設定された閾値を超えた場合に滑動する一方、垂直方向の揺れには変形しやすいように、前記ゴムシートよりも厚肉のゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせ、かつ、すべり材とすべり板とを組み合わせた弾性すべり支承と
   を備えたことを特徴とする免震システム。
2. 基礎または下部建物とこれらの上方に構築された上部建物との間に設置される免震システムであって、
   上部建物を構成する柱の直下に設置され、上部建物を支持するとともに、水平方向の揺れが予め設定された閾値に満たない場合に変形し、水平方向の揺れが前記閾値を超える場合に滑動する一方、垂直方向の揺れには変形しやすいように、ゴムシートと鋼板とを交互に貼り合わせ、かつ、すべり材とすべり板とを組み合わせた弾性すべり支承と、
   基礎または下部建物と上部建物との間に基礎または下部建物と上部建物のいずれか一方から離隔するとともに他の一方を拘束して設置され、水平方向の揺れには変形する水平動用免震デバイスと
   を備えたことを特徴とする免震建物。
3. 基礎または下部建物と上部建物との間に設けられ、上部建物の変位を抑制するダンパーを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の免震システム。

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