JP2012229786A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

【課題】上部構造の過大変位と積層ゴムの過大変形を有効に拘束でき、かつそれ自体で十分な復元力を有して地震終息後には上部構造を自ずと原位置に復帰させ得る有効適切な免震装置を提供する。
【解決手段】上部構造１と下部構造２との間に積層ゴム４を介装するとともに、積層ゴムの周囲にその過大変形を拘束するフェールセーフ機構として機能する転がり支承５を設置する。転がり支承を、積層ゴムと同軸状態で設置した球面座１０と、積層ゴムが過大変形を生じた際に該球面座の表面に当接して転動可能に設置した転がり材１４とにより構成する。積層ゴムの周囲に環状架台１２を設置してその環状端面を球面座に対向配置し、該環状端面を球面座の曲率に略合致する傾斜面としてそこに転がり材を放射状に配列した状態で設置する。
【選択図】図１

Description

本発明は建物や各種構造物を免震支持するための免震装置に関する。

周知のように、免震構造は上部構造としての建物や各種の構造物の全体を下部構造としての基礎に対して水平方向に相対変位可能に免震支持するものであり、そのための免震装置としてはゴムシートと鉄板とを交互に積層した構造の積層ゴムが最も一般的に用いられているが、従来一般の積層ゴムはせん断変形率γ＝600%程度が上限であることから、想定を超える大規模地震時における積層ゴムのせん断破壊やその結果としての上部構造の許容限界を超える過大変位を防止するためには積層ゴムの過大変形を拘束する必要もあり、そのためのフェールセーフ機構としてたとえば特許文献１に示されるものが提案されている。

これは積層ゴムに対してフェールセーフ機構として機能する滑り支承を付設したもので、積層ゴムが許容限界を超える変形を生じる前に傾斜面とした滑り板に対して滑り材が当接することにより滑り支承が作動し、それにより積層ゴムの過大変形を拘束しつつその滑り支承による減衰効果も得られるものである

特開２０１０−２７０８８１号公報

上記従来のフェールセーフ機構は積層ゴムによる免震構造に対するフェールセーフ機構として有効なものではあるが、平坦な摺動板上を滑り材が摺動する構造であることから滑り支承としての摩擦係数はμ＝0.3程度とすることが限界である。
そのため、このフェールセーフ機構を備えた免震構造建物では大地震時に滑り支承が作動してしまうとそれ自体では必ずしも十分な復元力を確保し得ない場合があり、地震終息後に上部構造に残留変形が残ってしまって原位置に復帰させることが困難になることも想定され、その点では改良の余地を残しているものである。

上記事情に鑑み、本発明は上部構造の過大変位を有効に拘束し得ることはもとより、それ自体で十分な復元力を有していて地震終息後には上部構造を自ずと原位置に復帰させ得る有効適切な免震装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、上部構造を下部構造に対して水平方向に相対変位可能に免震支持するための免震装置であって、前記上部構造と前記下部構造との間に積層ゴムを介装するとともに、該積層ゴムの周囲にその過大変形を拘束してフェールセーフ機構として機能する転がり支承を設置してなり、前記転がり支承を、前記積層ゴムと同軸状態で設置した球面座と、前記積層ゴムが予め設定した許容限界を超えて過大変形を生じた際に該球面座の表面に当接して該表面上を転動可能に設置した転がり材とにより構成してなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の免震装置であって、前記積層ゴムの周囲に環状架台を設置して該環状架台の環状端面を前記球面座に対向配置せしめるとともに、該環状端面を前記球面座の曲率に略合致する傾斜面として形成して該傾斜面に前記転がり材を放射状に配列した状態で設置してなることを特徴とする。

本発明の免震装置によれば、積層ゴムと転がり支承によるフェールセーフ機構を組み合わせたことにより、通常規模の地震時には積層ゴムによる免震効果が得られることはもとより、大規模地震時に積層ゴムが許容限界を超える過大変形を生じる状況では転がり支承がフェールセーフ機構として機能することにより積層ゴムが破断してしまうような事態を未然に防止できるし、積層ゴムが万一破断したとしても上部構造のそれ以上の過大変位を転がり支承によって確実に拘束し得るから上部構造が万が一にも転倒に至るような重大事態を確実に防止することができる。

また、積層ゴムが過大変形を生じて転がり支承が作動した際には球面座の曲率に応じて上部構造が上下方向に変位しつつ水平変位するので、それによる減衰効果を期待できる。
さらに、球面座に対する転がり材の転動抵抗は一般的な滑り支承における摺動抵抗に比べて十分に小さくできるから、転がり支承はそれ自体で自ずと十分な復元力を有するものであり、したがって地震終息後には上部構造を自ずと原位置に復帰させることができる。

本発明の実施形態である免震装置の概略構成図である。 同、転がり支承の作動状況を示す図である。

図１に本発明の一実施形態を示す。図１において符号１は上部構造としての建物、２は下部構造としての基礎であり、本実施形態の免震装置３はそれら上部構造１と下部構造２との間に介装されて上部構造１を下部構造２に対して水平各方向に相対変位可能に免震支持するものである。
本実施形態の免震装置３は従来一般の積層ゴム４を主体としつつ、その積層ゴム４の過大変形を拘束してせん断破壊を防止するためのフェールセーフ機構として機能する転がり支承５を積層ゴム４に対して組み合わせて設置したことを主眼とする。

すなわち、本実施形態の免震装置３は、下部構造２の上面に架台６を設置するとともに上部構造１の底面には架台６と対向する位置に円形の凹部７を形成して、それら架台６と凹部７との間に積層ゴム４を設置し、その積層ゴム４のトッププレートおよびベースプレートをそれぞれアンカー８によって上部構造１および下部構造２に対して緊結することにより、従来一般の免震構造と同様にこの積層ゴム４によって上部構造１を下部構造２に対して免震支持することを基本とする。

以上の基本構成に加えて、本実施形態では、上部構造１に設けた上記の凹部７を中心としてその周囲に薄いすり鉢状に湾曲させた環状鋼板１０ａを打ち込むことにより、上部構造１の底面に中央部が深く外周部に向かって漸次浅くなる環状の球面座１０を積層ゴム４と同軸状態で設置している。

なお、上記の凹部７を形成するための型枠としての円形鋼板７ａと上記の環状鋼板１０ａとを予め一体化しておいて、上部基礎１の施工に際してそれらを打ち込み型枠として用いてそのまま上部構造１に打ち込んでしまえば良く、それにより凹部７および球面座１０を容易に形成することができる。

また、必要であれば球面座１０の一部を着脱可能な着脱部１１として形成しておいて、球面座１０の内側への積層ゴム４の設置や保守あるいは将来的に交換する際には着脱部１１を取り外すようにしておけばその作業を容易に行うことが可能となる。着脱部１１は環状鋼板１０ａとその上部のコンクリートとを一体化させたブロックとして上部構造１に対して着脱するようにしておけば良く、その幅寸法や厚さ寸法は積層ゴム４の形状や寸法に応じて作業性を考慮して設定しておけば良い。

一方、下部構造２に設置した上記の架台６の周囲には環状架台１２をＰＣ鋼線等の連結手段１３により一体に設けて、その環状架台１２の上部の環状端面１２ａを上記の球面座１０に対向配置しているとともに、その環状端面１２ａを球面座１０の曲率にほぼ合致する傾斜面として（つまり、外周側が内周側よりも漸次低くなるような傾斜面として）形成しており、図１（ｂ）に示すようにその環状端面１２ａに多数の小径の転がり材１４を放射状に設置している。

上記の転がり材１４としては球面座１０の表面を滑らかに転動可能な鋼球等の球状体を使用すれば良いが、通常時（静的な状態）においては図１（ａ）に示されるように各転がり材１４と球面座１０との間にはクリアランスが確保されていてそれらは当接しておらず、大規模地震時に上部構造１が水平各方向に変位して図２に示すように積層ゴム４の水平変形が予め設定した許容限界を超えた時点で、転がり材１４の一部（図示例では黒丸として示しているもの）が球面座１０に当接して球面座１０の表面を転動可能となり、その状態で球面座１０と転がり材１４とによる転がり支承５が作動して上部構造１が積層ゴム４とともにこの転がり支承５によっても免震支持されるようになっている。

したがって本実施形態の免震装置３によれば、通常規模の地震時には通常の免震構造と同様に積層ゴム４による免震効果が得られることはもとより、想定を超えるような大規模地震時に積層ゴム４が許容限界以上の過大変形を生じる状況では転がり支承５がフェールセーフ機構として機能してそれ以上の変形が確実に拘束され、以て積層ゴム４が破断してしまうようなことを未然に防止できる。

勿論、積層ゴム４が万一破断したとしても上部構造１のそれ以上の変位が転がり支承５によって確実に拘束されるし、最終的には上部構造１が転がり支承５を介して下部構造２に対して安定に着底することになるから、本実施形態の免震装置３は上部構造１が万が一にも転倒に至るような重大事態を確実に防止し得る万全のフェールセーフ機能を発揮し得るものである。

しかも、積層ゴム４が過大変形を生じて転がり支承５が作動する状況では球面座１０が転がり材１４に対して乗り上げつつ水平変位することになるのでそれによる減衰効果を期待できるし、球面座１０に対する転がり材１４の転動抵抗は一般的な滑り支承（つまり単なる平坦な滑り板上において滑り材を摺動させる構成の滑り支承）における摺動抵抗に比べて十分に小さくできるから、この転がり支承５は図２に示すような過大変位に対して十分な復元力を自ずと発揮し得るものである。
したがって本実施形態の免震装置３によれば、特許文献１に示されるようにフェールセーフ機構として滑り支承を利用する場合には懸念される残留変形が生じることもなく、地震終息後には上部構造１を自ずと原位置に復帰させることができる。

以上で本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、すなわち積層ゴム４の過大変形をフェールセーフ機構としての転がり支承５によって拘束する構成とする限りにおいては、各部の具体的な構成は任意に変更可能であって、本発明の免震装置を設置する免震構造物の規模や要求される免震性能、想定される地震規模その他の諸条件を考慮して適宜の最適設計を行えば良い。

特に、本発明における転がり支承５としては上記実施形態のように架台６の周囲に環状架台１２を一体に設けてその上部の環状端面１２ａに多数の転がり材１４を放射状に設置する構成とすることが現実的であり好ましいが、要は上部構造１の水平各方向への変位が過大になって積層ゴム４の水平各方向への変形が予め設定した許容限界を超える時点で転がり材１４が球面座１０に当接し、それにより転がり支承５が作動してフェールセーフ機能を発揮するように構成すれば良いのであって、その限りにおいて転がり支承５を構成するための球面座１０や転がり材１４の具体的な構成は様々に変更可能である。

たとえば、上記実施形態における環状架台１２を周方向に複数のブロックに分割し、それらを積層ゴム４の周囲に分散配置することも考えられる。
また、転がり材１４としては上記実施形態のように多数の小径の転がり材１４を放射状に配列することに代えて、より大径の少数の転がり材によることでも良い。
勿論、球面座１０の径寸法や曲率、表面粗度等の仕様は、積層ゴム４の変形性能や許容限界を考慮して所望のフェールセーフ機能が得られるように最適に設計すれば良い。

さらに、上記実施形態では下部構造２に対して環状架台１２を設置してその上部の環状端面１２ａに転がり材１４を設置するとともに、球面座１０を上部構造１の底面に下向きに設置するようにしたが、全体の天地を逆にしても構造的には全く同様に機能するものとなる。その場合は、下部構造２の上面に球面座１０を上向きに設置するとともに、上部構造１の底面から下方に向けて環状架台１２を設置して、その下部の環状端面１２ａに転がり材１４を設置すれば良い。

１ 上部構造
２ 下部構造
３ 免震装置
４ 積層ゴム
５ 転がり支承
６ 架台
７ 凹部
７ａ 円形鋼板
８ アンカー
１０ 球面座
１０ａ 環状鋼板
１１ 着脱部
１２ 環状架台
１２ａ 環状端面（傾斜面）
１３ 連結材
１４ 転がり材

Claims (2)

1. 上部構造を下部構造に対して水平方向に相対変位可能に免震支持するための免震装置であって、
   前記上部構造と前記下部構造との間に積層ゴムを介装するとともに、該積層ゴムの周囲にその過大変形を拘束するためのフェールセーフ機構として機能する転がり支承を設置してなり、
   前記転がり支承を、前記積層ゴムと同軸状態で設置した球面座と、前記積層ゴムが予め設定した許容限界を超えて過大変形を生じた際に該球面座の表面に当接して該表面上を転動可能に設置した転がり材とにより構成してなることを特徴とする免震装置。
2. 請求項１記載の免震装置であって、
   前記積層ゴムの周囲に環状架台を設置して該環状架台の環状端面を前記球面座に対向配置せしめるとともに、該環状端面を前記球面座の曲率に略合致する傾斜面として形成して該傾斜面に前記転がり材を放射状に配列した状態で設置してなることを特徴とする免震装置。

Images