JP2011252516A

JP2011252516A - 免震構造

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Publication number: JP2011252516A
Application number: JP2010125206A
Authority: JP
Inventors: Akira Wada; 章和田; Hiroki Hamaguchi; 弘樹濱口; Masafumi Yamamoto; 雅史山本; Hideo Hisaie; 英夫久家; Masahiko Tono; 雅彦東野; Hajime Taniguchi; 元谷口; Mitsuru Takeuchi; 満竹内
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Tokyo Institute of Technology NUC
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2030-05-31
Also published as: JP5606800B2

Abstract

【課題】積層ゴムに生じるねじれ変形を低減する又は無くす。
【解決手段】上部連結手段２０により上部板１８を上部構造体１４の下部に回転可能に連結し、下部連結手段２４により下部板２２を下部構造体１２の上部に回転可能連結する。よって、積層ゴム本体１６に生じるねじれ変形を低減する又は無くすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物を支持する免震構造に関する。

特許文献１では、図１４に示すように、上部フランジ５０２と下部フランジ５０４との間に高減衰積層ゴム５０６が設けられた積層ゴム支承５００が開示されている。積層ゴム支承５００のような積層ゴム支承は、ゴム層を水平方向に大きく変形させて免震性能を発揮するものであるが、このような積層ゴム支承が水平二方向へ変形する場合、積層ゴムにねじれ変形が生じ、免震性能を低下してしまうことが懸念される。

特開平９−１１１８８６号公報

本発明は係る事実を考慮し、積層ゴムに生じるねじれ変形を低減する又は無くすことが可能な免震構造を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、下部構造体上に上部構造体を免震支持する免震構造において、積層ゴム本体と、前記積層ゴム本体の上部に固定された上部板と、前記上部構造体の下部に前記上部板を回転可能且つせん断力の伝達可能に連結する上部連結手段と、前記積層ゴム本体の下部に固定された下部板と、前記下部構造体の上部に前記下部板を回転可能且つせん断力の伝達可能に連結する下部連結手段と、を有する。

請求項１に記載の発明では、上部連結手段により、積層ゴム本体の上部に固定された上部板を、上部構造体の下部に回転可能且つせん断力の伝達可能に連結する。また、下部連結手段により、積層ゴム本体の下部に固定された下部板を、下部構造体の上部に回転可能且つせん断力の伝達可能に連結する。よって、積層ゴム本体に生じるねじれ変形を低減する又は無くすことができ、免震構造の免震性能の低下を防ぐことができる。

請求項２に記載の発明は、前記上部連結手段は、前記上部構造体の下部に設けられた上板材と、前記上板材及び前記上部板の一方から突出し、前記上板材及び前記上部板の他方に嵌合する上部軸体と、を有し、前記下部連結手段は、前記下部構造体の上部に設けられた下板材と、前記下板材及び前記下部板の一方から突出し、前記下板材及び前記下部板の他方に嵌合する下部軸体と、を有する。

請求項２に記載の発明では、上部構造体の下部に設けられた上板材及び上部板の一方から上部軸体が突出し、上板材及び上部板の他方に嵌合する。また、下部構造体の上部に設けられた下板材及び下部板の一方から下部軸体が突出し、下板材及び下部板の他方に嵌合する。よって、上部軸体及び下部軸体により、上板材と上部板、及び下板材と下部板との間でせん断力を確実に伝達することができる。

請求項３に記載の発明は、前記上部軸体及び前記下部軸体は、円柱体である。
請求項３に記載の発明では、上部軸体及び下部軸体を円柱体とすることにより、簡単な形状の部材で、上部軸体及び下部軸体を構成することができる。

請求項４に記載の発明は、前記上部軸体及び前記下部軸体は、球体である。
請求項４に記載の発明では、上部軸体及び下部軸体を球体とすることにより、上部構造体の下面や下部構造体の上面が斜めになった場合、上部板や下部板を滑らかに回転させることができ、積層ゴム本体に発生する局所曲げを低減する又は無くすことができる。

請求項５に記載の発明は、前記上部連結手段は、前記上部構造体の下部に設けられた上板材と、前記上板材に形成され前記上部板が嵌合する第１凹部と、を有し、前記下部連結手段は、前記下部構造体の上部に設けられた下板材と、前記下板材に形成され前記下部板が嵌合する第２凹部と、を有する。

請求項５に記載の発明では、上部構造体の下部に設けられた上板材に形成された第１凹部に上部板が嵌合する。また、下部構造体の上部に設けられた下板材に形成された第２凹部に下部板が嵌合する。よって、上部板及び下部板の外周部がせん断力を受けるので、上板材と上部板、及び下板材と下部板との間で伝達されるせん断力が上部板及び下部板の局部に集中するのを避けることができる。

請求項６に記載の発明は、前記上部連結手段は、前記上部構造体の下部に設けられ前記上部板と接触する上部滑り板を有し、前記下部連結手段は、前記下部構造体の上部に設けられ前記下部板と接触する下部滑り板を有する。

請求項６に記載の発明では、上部構造体の下部に設けられた上部滑り板に上部板が接触する。また、下部構造体の上部に設けられた下部滑り板に下部板が接触する。よって、上部滑り板と上部板、及び下部滑り板と下部板との滑り接触面の摩擦係数の設定により、免震構造にフェールセーフ機能を持たせることができる。

本発明は上記構成としたので、積層ゴムに生じるねじれ変形を低減する又は無くすことができる。

本発明の第１の実施形態に係る免震構造を示す正面図である。本発明の第１の実施形態に係るねじれ変形の現象を示す説明図である。本発明の第１の実施形態に係るねじれ変形の現象を示す説明図である。本発明の第１の実施形態に係るねじれ変形の現象を示す説明図である。本発明の第２の実施形態に係る免震構造を示す正面図である。本発明の第３の実施形態に係る免震構造を示す正面図である。本発明の第１の実施形態に係る軸体の嵌合方法の変形例を示す説明図である。本発明の第１の実施形態に係る免震構造の変形例を示す正面図である。従来の杭頭免震を示す説明図である。本発明の第１の実施形態に係る免震構造の応用例を示す説明図である。本発明の実施形態に係る免震構造の変形例を示す正面図である。本発明の実施形態に係る免震構造の変形例を示す正面図である。本発明の実施形態に係る免震構造の変形例を示す正面図である。従来の積層ゴム支承を示す説明図である。

図を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。まず、本発明の第１の実施形態について説明する。図１の正面図に示すように、第１の実施形態の免震構造１０では、下部構造体としての基礎コンクリート１２上に上部構造体としての上部建物の基礎部１４を免震支持し、上部建物を免震建物としている。
免震構造１０は、積層ゴム本体としての高減衰積層ゴム１６、円板状に形成された上部板としての鋼製の上部フランジ１８、上部連結手段２０、円板状に形成された下部板としての鋼製の下部フランジ２２、及び下部連結手段２４を有する。また、高減衰積層ゴム１６、高減衰積層ゴム１６の上面に固定された上部フランジ１８、及び高減衰積層ゴム１６の下面に固定された下部フランジ２２によって、免震装置４６が構成されている。

上部連結手段２０は、基礎部１４の下面に固定された鋼製の上板材２６と、上部軸体としての鋼製の円柱体２８とを有している。円柱体２８は、上板材２６の下面に形成された円柱状の凹部３０と、上部フランジ１８の上面に形成された円柱状の凹部３２とに上下端部が回転可能に嵌合している。これにより、上板材２６に、上部フランジ１８が回転可能且つせん断力の伝達可能に連結されている。

下部連結手段２４は、基礎コンクリート１２の上面に固定された鋼製の下板材３４と、下部軸体としての鋼製の円柱体３６とを有している。円柱体３６は、下部フランジ２２の下面に形成された円柱状の凹部４０と、下板材３４の上面に形成された円柱状の凹部３８とに回転可能に上下端部が嵌合している。これにより、下板材３４に、下部フランジ２２が回転可能且つせん断力の伝達可能に連結されている。

次に、本発明の第１の実施形態の作用及び効果について説明する。図２の正面図に示すように、円板状の高減衰ゴム層４２Ａ〜４２Ｉと、円板状の鋼板層４４Ａ〜４４Ｈとが交互に積層された高減衰積層ゴム１６を有する免震装置４６が水平二方向へ変形する場合、高減衰積層ゴム１６には、せん断変形と共にねじれ変形が生じる可能性が考えられる。そして、せん断変形とねじれ変形とが相俟って、高減衰ゴム層４２Ａ〜４２Ｉの周縁部にゴム歪みが想定以上に卓越して早期破断し、免震装置４６の免震性能が低下してしまうことが懸念される。

図３（ａ）には、免震装置４６にねじれ変形が生じていないときの、高減衰ゴム層４２Ｂ〜４２Ｈの外縁の点Ｐ_１〜Ｐ_７の初期位置が示され、図３（ｂ）〜（ｅ）には、免震装置４６にねじれ変形が生じたときの、点Ｐ_１〜Ｐ_７の相対移動角度θ（高減衰ゴム層４２Ｂ〜４２Ｈの中心に対する点Ｐ_１〜Ｐ_７の回転角度）が一例として示されている。図３（ａ）では、Ｘ軸と、Ｘ軸に直交するＹ軸との交点を高減衰ゴム層４２Ｂ〜４２Ｈの中心としたときのＹ軸上に点Ｐ_１〜Ｐ_７が位置している。
図３（ｂ）〜（ｅ）に示すように、高減衰ゴム層４２Ｂ、４２Ｃ、４２Ｄ、４２Ｅの順に相対移動角度θは徐々に大きくなり、高減衰ゴム層４２Ｅを境にして高減衰ゴム層４２Ｅ、４２Ｆ、４２Ｇ、４２Ｈの順に相対移動角度θは徐々に小さくなっている。

図２に示された矢印５０は、図３（ｂ）〜（ｅ）の点Ｐ_１〜Ｐ_７のＸ方向の移動量を示したものである。矢印５０の先端部をつなげた曲線５２の接線５４の傾きが高減衰ゴム層４２Ａ〜４２Ｉに生じる歪みの大きさとなるので、免震装置４６が右方向にせん断変形した場合、高減衰ゴム層４２Ａ〜４２Ｉの中で接線５４の傾きが最も大きくなる高減衰ゴム層４２Ａの歪みが最も大きくなる。

そして、このような免震装置４６のねじれ変形は、水平二方向変形によって移動する高減衰ゴム層４２Ａ〜４２Ｉの移動方向と逆向きに働く摩擦力により作用するねじりモーメントによって生じるので、高減衰積層ゴムや鉛プラグ入り積層ゴム等のように積層ゴム本体が高い減衰性能を有する場合に、この問題が顕著になるものと考えられる。

また、図４の正面図に示すように、高減衰積層ゴム１６と滑り支承５６とを組み合わせた免震装置５８が基礎コンクリート１２上に設置され、この免震装置５８によって上部建物の基礎部１４が支持されている場合、地震等により基礎コンクリート１２に対して基礎部１４が水平移動するときに、滑り支承５６の滑り接触面６０にモーメントＭが作用しこれに起因した鉛直力が滑り接触面６０に発生することが考えられる。そして、これに伴って滑り接触面６０の面圧Ｔ_１、Ｔ_２が不均一となり、滑り接触面６０の摩擦抵抗も不均一となるので、免震装置５８のねじれ変形も大きくなる可能性がある。

これに対して、第１の実施形態の免震構造１０では、上部連結手段２０により、基礎部１４の下部（上板材２６）に、上部フランジ１８が回転可能且つせん断力の伝達可能に連結され、下部連結手段２４により、基礎コンクリート１２の上部（下板材３４）に、下部フランジ２２が回転可能且つせん断力の伝達可能に連結されているので、高減衰積層ゴム１６に生じるねじれ変形を低減する又は無くすことができ、免震構造１０の免震性能の低下を防ぐことができる。
また、上部軸体及び下部軸体を円柱体２８、３６とすることにより、簡単な形状の部材で上部軸体及び下部軸体を構成することができ、上板材２６と上部フランジ１８、及び下板材３４と下部フランジ２２との間でせん断力を確実に伝達することができる。

次に、本発明の第２の実施形態とその作用及び効果について説明する。第２の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。図５の正面図に示すように、第２の実施形態の免震構造６２では、上部連結手段６４が、基礎部１４の下面に固定された鋼製の上板材６６と、上板材６６に形成され上部フランジ１８が嵌合する第１凹部としての円板状の凹部６８とを有している。
また、下部連結手段７０が、基礎コンクリート１２の上面に固定された鋼製の下板材７２と、下板材７２に形成され下部フランジ２２が嵌合する第２凹部としての円板状の凹部７４とを有している。

よって、第２の実施形態の免震構造６２では、上板材６６と上部フランジ１８、及び下板材７２と下部フランジ２２との間で伝達されるせん断力を、上部フランジ１８及び下部フランジ２２の外周部が受けるので、上部フランジ１８及び下部フランジ２２の局部にせん断力が集中するのを避けることができる。

次に、本発明の第３の実施形態とその作用及び効果について説明する。第３の実施形態の説明において、第１の実施形態と同じ構成のものは、同符号を付すると共に、適宜省略して説明する。図６の正面図に示すように、第３の実施形態の免震構造７６では、上部連結手段７８が、高減衰積層ゴム１６の上端部に固定された上部フランジ１１２に設けられた上部板としての円板状の滑り材８０と、基礎部１４の下面に固定され滑り材８０の上面が摺動する（接触しながら滑り移動する）上部滑り板としての滑り板８２とを有し、下部連結手段８４が、高減衰積層ゴム１６の下端部に固定された下部フランジ１１４に設けられた下部板としての円板状の滑り材８６と、基礎コンクリート１２の上面に固定され滑り材８６の下面が摺動する（接触しながら滑り移動する）下部滑り板としての滑り板８８とを有している。そして、滑り材８０、８６、及び高減衰積層ゴム１６によって、免震装置１１０を構成している。

なお、滑り材８０、８６、及び滑り板８２、８８は、滑り材８０と滑り板８２、及び滑り材８６と滑り板８８との間に所定の静止摩擦力を生じさせると共に、この静止摩擦力よりも大きな力が上部フランジ１８及び下部フランジ２２に作用したときに摺動し合うものであればよく、例えば、滑り材８０、８６を、四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド、ポリエチレン等によって形成してもよいし、滑り板８２、８８を、ステンレス鋼板、フッ素系樹脂をコーティングした板材等としてもよい。

よって、第３の実施形態の免震構造７６は、滑り材８０と滑り板８２、及び滑り材８６と滑り板８８との滑り接触面の摩擦係数の設定により、免震構造７６にフェールセーフ機能を持たせることができる。
すなわち、滑り材８０と滑り板８２、及び滑り材８６と滑り板８８との滑り接触面の摩擦係数の設定により、所定値以下のねじりモーメントが高減衰積層ゴム１６に生じる場合には、滑り材８０、８６を回転させずに、高減衰積層ゴム１６の周方向に対しても減衰性能を発揮させて、免震装置１１０としてのトータルの減衰性能を有効に機能させる。
そして、所定値よりも大きいねじりモーメントが高減衰積層ゴム１６に生じる場合には、滑り材８０、８６を回転させて、高減衰積層ゴム１６を構成する高減衰ゴム層４２Ａ〜４２Ｉの破断を防ぐことができる。
滑り接触面の摩擦係数の一例としては、例えば、滑り材８０と滑り板８２との滑り接触面の摩擦係数μを０．１５とし、滑り材８６と滑り板８８との滑り接触面の摩擦係数μを０．１５とする構成や、滑り材８０と滑り板８２との滑り接触面の摩擦係数μを０．１５とし、滑り材８６と滑り板８８との滑り接触面の摩擦係数μを０．４５とする構成が挙げられる。

以上、本発明の第１〜第３の実施形態について説明した。
なお、第１の実施形態では、上板材２６の凹部３０と、上部フランジ１８の凹部３２とに上部軸体としての円柱体２８を嵌合させ、下板材３４の凹部３８と、下部フランジ２２の凹部４０とに下部軸体としての円柱体３６を嵌合させた例を示したが、上部軸体は、上板材２６及び上部フランジ１８の一方から突出し、上板材２６及び上部フランジ１８の他方に嵌合していればよく、下部軸体は、下板材３４及び下部フランジ２２の一方から突出し、下板材３４及び下部フランジ２２の他方に嵌合していればよい。

また、第１の実施形態で示した円柱体２８、３６は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、凹部３０、３８との間に隙間９０、９２を有するようにして、凹部３０、３８に収容するようにしてもよいし、凹部３２、４０との間に隙間９０、９２を有するようにして、凹部３２、４０に収容するようにしてもよい。このようにすれば、円柱体２８、３６の製作、凹部３０、３２、３８、４０の加工、又は免震装置４６の設置に求められる精度の許容範囲を大きくすることができる。
さらに、図７（ｃ）に示すように、円柱体２８、３６と凹部３０、３８との間や、円柱体２８、３６と凹部３２、４０との間にゴムやスポンジ等の緩衝材９４を設けるようにしてもよい。上板材２６の下面と上部フランジ１８の上面、及び下部フランジ２２の下面と下板材３４の上面との間には隙間１１６を設ける。このようにすれば、地震等の際に、上部建物の基礎部１４から円柱体２８、３６へ作用する衝撃力を和らげることができる。

また、第１の実施形態では、上板材２６の凹部３０と上部フランジ１８の凹部３２、及び下板材３４の凹部３８と下部フランジ２２の凹部４０とに、円柱体２８、３６を回転可能に嵌合した例を示したが、ベアリングを用いて円柱体２８、３６が滑らかに回転するようにしてもよい。
また、第１の実施形態の免震構造１０において、上部フランジ１８の上面と上板材２６の下面、及び下部フランジ２２の下面と下板材３４の上面とは、接触していてもよいし、離れていてもよい。すなわち、円柱体２８、３６のみによって、せん断力及び軸力を伝達するようにしてもよい。

また、第１の実施形態では、上部軸体及び下部軸体を円柱体２８、３６とした例を示したが、図８の正面図に示す免震構造１００のように、上部軸体及び下部軸体を鋼製の球体９６、９８として、上部連結手段１０６及び下部連結手段１０８を構成してもよい。この場合、上部フランジ１８の上面と上板材２６の下面、及び下部フランジ２２の下面と下板材３４の上面との間に所定の隙間を有するようにする。
このようにすれば、基礎部１４の下面及び基礎コンクリート１２の上面が斜めになった場合においても、上板材２６及び下板材３４に対して、上部フランジ１８及び下部フランジ２２を滑らかに回転させることができ、高減衰積層ゴム１６に発生する局所曲げを低減する又は無くすことができる。
例えば、図９（ａ）の正面図に示すように、基礎梁１０２を支持する高減衰積層ゴム１６を杭頭部１０４上に設置した杭頭免震の場合、図９（ｂ）の正面図に示すように、地震により基礎梁１０２が水平移動すると高減衰積層ゴム１６に局所曲げが生じることが考えられるが、図１０（ａ）の正面図に示すように、免震構造１００を介して杭頭部１０４上に基礎梁１０２を支持するようにすれば、高減衰積層ゴム１６に生じる局所曲げを低減する又は無くすことができる。

また、第１〜第３の実施形態では、積層ゴム本体を高減衰積層ゴム１６とした例を示したが、積層ゴム本体がどのような構成の積層ゴムであっても第１〜第３の実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
例えば、積層ゴム本体を、鉛プラグ入り積層ゴムや天然ゴム系積層ゴムとしてもよい。高減衰積層ゴムや鉛プラグ入り積層ゴムのように高い減衰性能を有する積層ゴムは、水平二方向変形の際に大きくねじれることが考えられるので、本発明の適用が有効である。

また、第１〜第３の実施形態で示した上部連結手段２０、６４、７８、１０６と、下部連結手段２４、７０、８４、１０８との組合せを変えて用いてもよい。すなわち、１６通り（＝上部連結手段４種類×下部連結手段４種類）の組合せが可能である。例えば、図１１の正面図に示すように、上部連結手段７８と下部連結手段２４とによって構成してもよいし、図１２の正面図に示すように、上部連結手段７８と下部連結手段１０８とによって構成してもよいし、図１３の正面図に示すように、上部連結手段７８と下部連結手段７０とによって構成してもよい。

以上、本発明の第１〜第３の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものでなく、第１〜第３の実施形態を組み合わせて用いてもよいし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０、６２、７６、１００免震構造
１２基礎コンクリート（下部構造体）
１４基礎部（上部構造体）
１６高減衰積層ゴム（積層ゴム本体）
１８上部フランジ（上部板）
２０、６４、７８、１０６上部連結手段
２２下部フランジ（下部板）
２４、７０、８４、１０８下部連結手段
２６、６６上板材
２８円柱体（上部軸体）
３４、７２下板材
３６円柱体（下部軸体）
６８凹部（第１凹部）
７４凹部（第２凹部）
８０滑り材（上部板）
８２滑り板（上部滑り板）
８６滑り材（下部板）
８８滑り板（下部滑り板）
９６球体（上部軸体）
９８球体（下部軸体）

Claims

下部構造体上に上部構造体を免震支持する免震構造において、
積層ゴム本体と、
前記積層ゴム本体の上部に固定された上部板と、
前記上部構造体の下部に前記上部板を回転可能且つせん断力の伝達可能に連結する上部連結手段と、
前記積層ゴム本体の下部に固定された下部板と、
前記下部構造体の上部に前記下部板を回転可能且つせん断力の伝達可能に連結する下部連結手段と、
を有する免震構造。
前記上部連結手段は、
前記上部構造体の下部に設けられた上板材と、
前記上板材及び前記上部板の一方から突出し、前記上板材及び前記上部板の他方に嵌合する上部軸体と、を有し、
前記下部連結手段は、
前記下部構造体の上部に設けられた下板材と、
前記下板材及び前記下部板の一方から突出し、前記下板材及び前記下部板の他方に嵌合する下部軸体と、を有する請求項１に記載の免震構造。
前記上部軸体及び前記下部軸体は、円柱体である請求項２に記載の免震構造。
前記上部軸体及び前記下部軸体は、球体である請求項２に記載の免震構造。
前記上部連結手段は、
前記上部構造体の下部に設けられた上板材と、
前記上板材に形成され前記上部板が嵌合する第１凹部と、を有し、
前記下部連結手段は、
前記下部構造体の上部に設けられた下板材と、
前記下板材に形成され前記下部板が嵌合する第２凹部と、を有する請求項１に記載の免震構造。
前記上部連結手段は、
前記上部構造体の下部に設けられ前記上部板と接触する上部滑り板を有し、
前記下部連結手段は、
前記下部構造体の上部に設けられ前記下部板と接触する下部滑り板を有する請求項１に記載の免震構造。