JP2012172511A - Seismic isolator using flanged spherical surface roller - Google Patents
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Description
地震によって発生する建造物や屋内の設備等の主として横揺れを吸収し、揺れによる破損を防止または軽減する免震装置の技術に関する。 The present invention relates to a technology for a seismic isolation device that mainly absorbs rolling of buildings and indoor facilities generated by an earthquake and prevents or reduces damage caused by shaking.
地震に対する建造物等の免震装置としては、現在鋼板とゴムを交互に積層したもの、滑動による滑り支承、それに鋼球と凹曲鋼板や交差状のボールベアリングを利用した転がり支承、また空気圧によって建造物を浮かせて地震による揺れを遮断するアイソレーター等が実用化されている。 Seismic isolation devices such as buildings for earthquakes are currently made by alternately laminating steel plates and rubber, sliding bearings by sliding, rolling bearings using steel balls and concave steel plates and crossed ball bearings, and pneumatic pressure Isolators that float buildings and block earthquake-induced shaking have been put into practical use.
いずれの免震装置もコスト等に問題もあり、広範囲な普及に至っていないのが現状である。また支承のみでは揺れを軽減する制震力が弱く、その為制震目的のスプリングや各種ダンパー、また平常時強力な風圧によって生ずる建造物等の横揺れを防止する静止装置を別個に設置する必要もある。 None of the seismic isolation devices have a problem in cost or the like, and the current situation is that they have not spread widely. In addition, only the bearings have weak damping force to reduce shaking, so it is necessary to separately install springs for damping purposes, various dampers, and stationary devices that prevent rolling of buildings and the like caused by strong wind pressure during normal times. There is also.
現在実用化されている各種の免震装置のうち横揺れに対し比較的簡便で効率よく軽減できる転動支承による免震装置として、鋼球と凹曲鋼板間のコロの転動、交差状に配置したボールベアリング方式等によるものが利用されている。しかしこの装置のみでは制震力が働かない。本発明よる免震装置は転動を利用したものであるが、制震や復元力それに静止時の風圧による横揺れを防止する機能を一体化した免震装置の開発を課題とする。 Among various types of seismic isolation devices that are currently in practical use, as a seismic isolation device with rolling bearings that can be reduced relatively easily and efficiently against rolling, the rolling of rollers between steel balls and concave steel plates, The thing by the arranged ball bearing system etc. is used. However, the seismic control force does not work with this device alone. Although the seismic isolation device according to the present invention uses rolling, the object is to develop a seismic isolation device that integrates a function for preventing vibration and restoring force, and a function to prevent rolling due to wind pressure at rest.
本発明による免震装置は、球面コロ1の側面中央部に環状の鍔2を設け、その上下に強力なコイル状のスプリング5,6を図1に示したように対称的に取り付ける。球面コロ1は土台12側に固定された支台3と、建造物の基礎13側に固定された受台4との間に設置する。スプリング5,6は支架する建造物重量の相当部分を支え、その分球面コロ1に加わる重力を軽減させる。 In the seismic isolation device according to the present invention, an
地震の横揺れに際し球面コロ1は転動して傾き、鍔2は傾斜して上下のスプリング5,6を図2のように大きく変形して、球面コロ1に強力な反対方向の回転力を与えるようにする。転動角度は片側に最大で30〜40度程度、両側で60〜80度前後とする。その場合の対応できる土台12の最大移動量は球面コロ1の高さ(直径)より若干多い数値となる。例えば直径30cmの球面コロの場合は最大30cm強となり、20cmでは20cm強となる。直径に比例して変化するので必要な大きさのものを選定する。 In the event of an earthquake roll, the
球面コロ1の球面を上下同一球面でなく半径を若干大きくして、鋼球と凹曲鋼板による従来の装置と同様の自動復元力を持たせる。また転動に伴い僅かな上下動を発生するが、それにより支架する建造物の重力や慣性力によってダンパー的効果を持たせる。 The spherical surface of the
球面コロ1の頂点の一部分を平面状にして支架し、建造物の重力を利用して平常時風圧による建造物の横揺れを防止する。 A part of the apex of the
本発明の転動による免震装置は、地震による横揺れを球面コロ1の転動によって大きく軽減させるだけでなく、支架する建造物の重量を利用して平常時の風圧による揺れを防止できる。 The rolling seismic isolation device of the present invention not only greatly reduces the rolling due to the earthquake by rolling the
図2が示しているように、球面コロ1の転動による上下のスプリング5、6の変形によって球面コロ1に逆回転力として作用させ、従来別個の装置として必要である復元スプリングや、支架する建造物などの重量や慣性力を利用してダンパーのような制震力を持たせ装置全体の一体化が可能となる。 As shown in FIG. 2, the upper and
この鍔付き球面コロ1による免震装置は、サイズや必要数量を平面状に分散して設置する。その際同一でなく支架する建造物等の部分負荷に応じて球面コロ1の大きさ、スプリング強度や設置数を自由に選択して対処できる。 The seismic isolation device using the
本発明による免震装置は転動による建造物を支承する球面コロと制震スプリングまたダンパー、さらに風圧による平常時の揺れ防止などの諸装置を一体化できるので、免震装置全体の小型化や量産化などが容易で低コスト化が計られる。 The seismic isolation device according to the present invention can integrate a spherical roller for supporting a building by rolling, a damping spring and a damper, and various devices such as normal vibration prevention due to wind pressure. Mass production is easy and cost reduction is achieved.
以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1,2は本発明による免震装置の一例を示したもので、土台12と建造物の基礎13の間に必要数を分散して設置する。土台12上に下取付台7が固定されその上に平面状の支台3を設ける。基礎13側にも対称的に上取付台8と受台4が設置されその間に球面コロ1とスプリング5,6が取り付けられる。 1 and 2 show an example of a seismic isolation device according to the present invention, in which a necessary number is distributed between a
球面コロ1の中央部の側面に環状の鍔2を設け、これに円錐状に巻かれたスプリング5とスプリング6が対称的に取り付けられている。それぞれの他端は下取付台7と上取付台8に固定される。 An
地震によって土台12が左方向に移動して球体コロ1が30度転動した状態を図2が示している。球体コロ1中心の移動量は土台12の動きの2分の1になる。スプリング5とスプリング6は大きく変形して球体コロ1に逆方向の回転力として作用する。土台12が逆方向に移動した場合も反対方向に同様に作用する。球面と平面の接触であるのでどの方向にも同様に転動する。また土台12の揺れが収まり基礎13に揺れが残る場合も同様に働き制震力となる。 FIG. 2 shows a state in which the
球面コロ1の頂点付近の一部を平面状にして静止時に支架する建造物に係る風圧による横揺れを防止する機能を持たせている。一般に建造物の重量は非常に大きいので十分な静止力が得られる。また頂点に設けられた円状突起9と支台3と受台4側の円形凹面10は静止位置のずれの発生を防止して常時正確な位置に停止させるもので、設けなくても免震効果に変わりはない。 A part near the apex of the
この球面コロ1とスプリング5,6による免震装置は、設置する全てを同様のものとせず支える建造物の部分重量に応じて選択し配置できる。強度の異なるものを組み合わせて地震による共振作用を減少させられる。また上下のスプリングの片側または両側を弱くして球面コロ1の平面に掛かる圧力を変えて風圧による揺れの制止力を調整できる。 The seismic isolation device using the
球面コロ1の上下の球面は同一球面としても良いが、図例では半径をそれより若干大きく設定し、鋼球と凹曲鋼板による転動支承の復元力と同様の効果を持たせている。また転動に伴って発生する上下方向の微振動を皿バネ11で吸収させる構造とした例を示している。 The upper and lower spherical surfaces of the
下取付台7と上取付台8の外側にチューブ状のゴム製のカバー14が固定具15によって取り付けられ、内部保護と同時に強力なものにして震度が大きくなった場合その張力を利用して制動力として働かせる事もできる。 A tube-
図2のように球面コロ1が大きく傾斜すると上下のスプリング5,6の片側は圧縮されて強い反発力を生じ、反対側は伸びて反発力は減少する。それにより逆方向の強力な回転力が発生し支架する建造物を土台12と同方向に動かす力となるが、建造物の大きな慣性力と一般に地震の振動数と建造物の固有振動数は異なるので共振して大きく横揺れしないで、土台12の揺れに対しダンパー的効果で大きな減振効果を持たせられる。同一スプリング力の場合、鍔2部分のスプリング取り付け径が大きいほどその力は増加するが選択できる転動角度は少なくなる。 As shown in FIG. 2, when the
コイル状のスプリングの形状は図例では円錐状としているが、円筒状や半楕円状なども選択できる。またより強力なスプリングが必要な場合、外側にもう一対のスプリングを設けても対処できる。またスプリングの断面は円形の他、長方形の厚い鋼帯を巻いたもの等も選択可能である。 The shape of the coiled spring is a conical shape in the illustrated example, but a cylindrical shape or a semi-elliptical shape can also be selected. If a stronger spring is required, it can be dealt with by providing another pair of springs on the outside. In addition to the circular cross-section of the spring, it is also possible to select a spring wound with a thick rectangular steel strip.
図3,4は図1,2例と同様に球面コロ16の転動を利用した免震装置であるが、凸球面20と凹球面21を持つ球面コロ16と、平面状の凹環面23と凸環面24を持つ支台17と受台18の噛み合わせによって転動時の滑りによるずれの発生を完全に防止して、常時正常な位置を保持できるようにした実施例である。 3 and 4 are seismic isolation devices using the rolling of the
実施例1と同様に球面コロ16の側面に鍔2を設けスプリング5,6を取り付けるが、その取り付け部の径を小さくしている。またスプリング5,6の形状を円錐状ではなく、半楕円状と膨らんだ形状にして転動角度を片側に40度両側で80度程度まで可能にしている。 Similar to the first embodiment, the
往復転動による接触面は先例の球面と平面によるものではなく、歯車とラックのような噛み合わせ状にして環状の球面と平面の凹凸面を組み合わせたもので何れの方向にも、ずれを発生させずに常時正確な転動位置を維持できる。図例では環状の凹凸の組み合わせは球面コロ16側では一条であるが二条またはそれ以上とした組み合わせも選択できる。 The contact surface due to the reciprocating rolling is not based on the previous spherical surface and flat surface, but is a meshed combination like a gear and a rack, and an annular spherical surface and a planar uneven surface are combined. It is possible to maintain a precise rolling position at all times. In the example shown in the figure, the combination of the annular irregularities is one on the
図3の断面図が示しているように支台17と受台18の中央の中心面22と凹環面23の深さは、溝付の球面コロ16の転動面の凸環部20の高さと同一で、図1例と同様に全方向に常時円滑に転動できる。中央部は両側とも平面状で静止時の建造物に係る風圧による揺れを、実施例1と同様に支架する建造物の重力を利用して防止する。 As shown in the cross-sectional view of FIG. 3, the depths of the
球面コロ16の頂点の円形の平面部19は支台17の中心面22と密着しているが、その外周部の一部を凸球面20と同一球面状にするか、外周部を同じ高さの平面として転動をより円滑にしている。 The circular
図5は実施例1と同様な免震装置の球面コロの上半分の断面を示すもので、線A−Bの右側は外形は図1例とほぼ同形状であるが内部はゴム等の弾力体で造られた積層ゴム25で中心の支持軸A27に取り付けられる。コロの球面部分は鋼製の球面カバー26よりなり転動により発生する微震動を吸収させる構造とした球面コロの例である。左側は積層皿バネ29を利用したもので負荷状態の形状を示している。球面体30が中央の支持軸B28に取り付けられ、何れも全鋼製のものより縦震動をより吸収できる。コイル状や巻鋼帯のスプリングと置き換えも可能である。 FIG. 5 shows a cross section of the upper half of a spherical roller of a seismic isolation device similar to that of Example 1. The right side of the line AB is substantially the same as the example in FIG. 1, but the inside is elastic such as rubber. A
また内部を空洞としたものやその内部にコンクリート等を充填するなどして、大形化やコスト低減に対処する事もできる。 In addition, it is possible to cope with size increase and cost reduction by making the inside hollow or filling the inside with concrete or the like.
本発明による免震装置は建造物のみならず、屋内の各種装置や器具例えば防震が求められる実験施設や各種格納棚またベットなどの下部に小型化して取り付け、建物の免震装置と共働して一層の免震効果が得られる。 The seismic isolation device according to the present invention is not only a building, but also various indoor devices and equipment such as experimental facilities that require seismic protection, various storage shelves and beds, etc. A further seismic isolation effect can be obtained.
設置に際しては装置を上下より加圧して密着させ、外部に固定具を取り付けてから設置し、取り外し可能状に加重が得られてからその固定具を取り除く作業によって設置は容易にできる。 When installing, the apparatus can be easily installed by pressurizing the apparatus from above and below, attaching it to the outside and attaching it to the outside, and then removing it after the weight is obtained in a removable state.
1 球面コロ 2 鍔
3 支台 4 受台
5 スプリング 6 スプリング
7 下取付台 8 上取付台
9 円形突起 10 円形凹面
11 皿バネ 12 土台
13 基礎 14 カバー
15 固定具 16 球面コロ
17 支台 18 受台
19 平面部 20 凸球面
21 凹球面 22 中心面
23 凹環面 24 凸環面
25 積層ゴム 26 球面カバー
27 支持軸A 28 支持軸B
29 積層皿バネ 30 球面体1
29
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JP2011053535A JP2012172511A (en) | 2011-02-22 | 2011-02-22 | Seismic isolator using flanged spherical surface roller |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170002126A (en) * | 2015-06-29 | 2017-01-06 | 인천대학교 산학협력단 | Automatic restoring type seismic isolator |
JP2018087581A (en) * | 2016-11-28 | 2018-06-07 | 清水建設株式会社 | Wind lock mechanism |
JP2018168897A (en) * | 2017-03-29 | 2018-11-01 | 清水建設株式会社 | Wind lock mechanism |
-
2011
- 2011-02-22 JP JP2011053535A patent/JP2012172511A/en not_active Withdrawn
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KR101710612B1 (en) | 2015-06-29 | 2017-02-27 | 인천대학교 산학협력단 | Automatic restoring type seismic isolator |
JP2018087581A (en) * | 2016-11-28 | 2018-06-07 | 清水建設株式会社 | Wind lock mechanism |
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Legal Events
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