JP2015036560A - Seismic isolator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造物の免震装置に関するものである。 The present invention relates to a seismic isolation device for a structure.
従来から、地震等による構造物の振動を軽減するために、様々な形式の免震装置が用いられている。 Conventionally, various types of seismic isolation devices have been used to reduce the vibration of structures due to earthquakes and the like.
特許文献1には、水平方向にピストンロッドが伸縮可能なオイルダンパの減衰力を用いて地震時の揺れのエネルギーを吸収する免震装置が開示されている。この免震装置では、水平面上に位相を90度ずらして配置された一対のオイルダンパを備えることで、水平面上360度全方向の振動を減衰可能としている。
しかしながら、特許文献1の免震装置では、各々のオイルダンパは、一方向のみの振動を減衰するものである。そのため、水平面上の全ての方向の振動を減衰するためには、少なくとも一対のオイルダンパを設ける必要があった。
However, in the seismic isolation device of
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、水平面上の全ての方向の振動を単一の緩衝器によって減衰可能な免震装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a seismic isolation device capable of attenuating vibrations in all directions on a horizontal plane by a single shock absorber.
本発明は、構造物に伝達される振動を軽減する免震装置であって、前記構造物と一体に設けられる可動構造部と、前記構造物が定着する地面に固定される固定構造部と、を備え、前記可動構造部は、中央部に向かって傾斜する上部テーパ面が下面に形成される上部テーパ部材と、前記上部テーパ部材の下方に所定の間隔をあけて前記上部テーパ部材と一体に設けられ、前記上部テーパ面に対応する形状の下部テーパ面が上面に形成される下部テーパ部材と、を備え、前記固定構造部は、前記上部テーパ面と前記下部テーパ面とに両端部が当接するロッドを有し当該ロッドの軸方向への移動を減衰する緩衝器を備えることを特徴とする。 The present invention is a seismic isolation device that reduces vibration transmitted to a structure, the movable structure provided integrally with the structure, a fixed structure fixed to the ground on which the structure is fixed, The movable structure portion is integrally formed with the upper taper member having a lower taper formed on the lower surface of the upper taper surface inclined toward the central portion, with a predetermined interval below the upper taper member. A lower taper member formed on the upper surface of the lower taper surface having a shape corresponding to the upper taper surface, and the fixed structure portion has both ends abutting against the upper taper surface and the lower taper surface. It has a buffer which has a rod which touches and attenuates movement of the rod in the direction of an axis.
本発明では、地震等によって地面が水平方向に振動すると、固定構造部と可動構造部とが水平方向に相対移動する。そのため、緩衝器のロッドは、上部テーパ部材と下部テーパ部材との間で、上部テーパ面と下部テーパ面とのテーパ角に倣って軸方向に移動する。よって、固定構造物と可動構造部との水平方向への相対移動は、緩衝器によって減衰される。したがって、水平面上の全ての方向の振動を単一の緩衝器によって減衰することができる。 In the present invention, when the ground vibrates in the horizontal direction due to an earthquake or the like, the fixed structure portion and the movable structure portion relatively move in the horizontal direction. Therefore, the rod of the shock absorber moves in the axial direction between the upper taper member and the lower taper member, following the taper angle between the upper taper surface and the lower taper surface. Therefore, the relative movement in the horizontal direction between the fixed structure and the movable structure is attenuated by the shock absorber. Therefore, vibrations in all directions on the horizontal plane can be damped by a single shock absorber.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る免震装置100について説明する。
Hereinafter, a
免震装置100は、図1に示すように、下部構造物2に対して構造物(上部構造物)1を支持する。免震装置100は、構造物1に伝達される振動を軽減するものである。具体的には、免震装置100は、地震等によって地面が水平方向に揺れた場合に、その揺れが構造物1に伝達されるのを抑制する。
As shown in FIG. 1, the
構造物1は、戸建住宅や高層ビルディング等の建築物や、鉄塔や煙突等の構築物などである。また、構造物1は、室内に設置される大型コンピュータやラックなど、土地に定着していないものも含む。本実施の形態では、構造物1は戸建住宅である。
The
免震装置100は、構造物1と一体に設けられる可動構造部10と、構造物1が定着する地面に固定される固定構造部20と、地面に対して水平方向に所定の範囲内で移動可能に構造物1を支承する支承部材30とを備える。
The
可動構造部10は、中央部に向かって傾斜する上部テーパ面11aが下面に形成される上部テーパ部材11と、上部テーパ面11aに対応する形状の下部テーパ面12aが上面に形成される下部テーパ部材12と、上部テーパ部材11と下部テーパ部材12とを連結する一対の連結部材13とを備える。
The
上部テーパ部材11は、構造物1の下部に固定される。上部テーパ部材11は、略円柱状に形成される。上部テーパ部材11は、中心軸が鉛直方向を向くように配置される。
The
上部テーパ面11aは、中央部に向かって全周が傾斜するすり鉢状に形成される。上部テーパ面11aは、中央部がいちばん高い位置に位置するように、下から上に向かって凹状に形成される。上部テーパ面11aには、後述する緩衝器23のロッド27の上端部27aが当接する。
The upper
下部テーパ部材12は、上部テーパ部材11の下方に所定の間隔をあけて設けられる。下部テーパ部材12は、円錐状に形成され、上部テーパ部材11と平行となるように設けられる。下部テーパ部材12は、一対の連結部材13を介して上部テーパ部材11と一体に設けられる。
The
下部テーパ面12aは、上部テーパ面11aの形状に対応する円錐状に形成される。そのため、下部テーパ面12aと上部テーパ面11aとの鉛直方向の間隔は、どの位置においても同一である。下部テーパ面12aには、後述する緩衝器23のロッド27の下端部27bが当接する。緩衝器23のロッド27は、鉛直方向を向いたまま上部テーパ面11aと下部テーパ面12aとの間を水平方向に摺動することができる。
The lower
連結部材13は、図3に示すように、上部テーパ部材11と下部テーパ部材12との外周の二箇所を上下に連結する。連結部材13は、矩形の平板状に形成される。連結部材13は、一対に限らず、単一でもよく、また3個以上であってもよい。
As shown in FIG. 3, the connecting
固定構造部20は、図1に示すように、下部構造物2から上方に立設される一対の柱部材21と、一対の柱部材21の上部を連結する梁部材22と、梁部材22の略中央に設けられる緩衝器23とを備える。
As shown in FIG. 1, the
柱部材21は、上部テーパ部材11と下部テーパ部材12との外周から水平方向に所定の距離をあけた位置に設けられる。この所定の距離は、下部構造物2に対する構造物1の水平方向へのストローク量が最大のときに上部テーパ部材11と下部テーパ部材12との外周が届かない距離に設定される。
The
梁部材22は、水平に設けられる。梁部材22は、上部テーパ部材11と下部テーパ部材12との間に位置するように緩衝器23を支持する。
The
緩衝器23は、図2に示すように、作動流体としての作動油が収容されるシリンダ24と、シリンダ24内に第一流体室28aと第二流体室28bとを画成するピストン25と、第一流体室と前記第二流体室との間を流れる作動油に抵抗を付与する減衰弁26と、ピストン25に固定されるロッド27とを備える。緩衝器23は、ロッド27の軸方向への移動を減衰する。
As shown in FIG. 2, the
シリンダ24は、中心軸が鉛直方向を向くように梁部材22に取り付けられる。シリンダ24の中心には、ロッド27が挿通する。緩衝器23は、ロッド27がシリンダ24の両端から外部へ貫通する両ロッド型である。
The
ピストン25は、ロッド27が上部テーパ面11aの中央部に位置しているときに、シリンダ24の軸方向略中央に位置する。
The piston 25 is positioned approximately at the center in the axial direction of the
減衰弁26は、第一流体室28aから第二流体室28bへの作動油の通過のみを許容する第一減衰弁26aと、第二流体室28bから第一流体室28aへの作動油の通過のみを許容する第二減衰弁26bとを備える。これにより、減衰弁26は、ピストン25が上下のいずれに移動する場合にも減衰力を発生する。減衰弁26は、本実施の形態ではリリーフ弁であるが、これに代えて絞り弁等を適用してもよい。
The
ロッド27は、ピストン25と一体に設けられてシリンダ24の両端から外部に貫通する。ロッド27は、上部テーパ面11aに上端部27aが当接し、下部テーパ面12aに下端部27bが当接する。ロッド27は、地面が振動していない状態では、上部テーパ面11aの中央部に位置する。ロッド27は、地面が振動すると、上部テーパ面11aと下部テーパ面12aとの間を摺動する。
The
支承部材30は、複数設けられて構造物1を支承する円柱状の柱である。支承部材30は、構造物1が揺れたときに元の位置に戻す復元力を発生する。支承部材30は、例えば、積層ゴムによって形成される。
The
次に、免震装置100の作用について説明する。
Next, the operation of the
地面が揺れていない場合には、緩衝器23のロッド27は、上部テーパ面11aの中央部に位置する。これにより、構造物1に作用する強風や構造物1の内部の振動等に起因して構造物1が揺れることが防止される。
When the ground is not shaking, the
地震によって地面が水平方向に揺れると、下部構造物2と固定構造部20とが水平方向に移動する。構造物1は、その慣性力によってその位置に留まろうとする。そのため、可動構造部10が固定構造部20に対して水平方向に移動する。
When the ground shakes in the horizontal direction due to the earthquake, the
固定構造部20と可動構造部10とが水平方向に相対移動すると、柱部材21と梁部材22とによって支持される緩衝器23が、上部テーパ部材11と下部テーパ部材12との間を水平方向に移動する。このとき、緩衝器23のロッド27は、上部テーパ部材11と下部テーパ部材12との間で、上部テーパ面11aと下部テーパ面12aとのテーパ角に倣って軸方向に移動する。よって、固定構造部20と可動構造部10との水平方向への相対移動は、緩衝器23によって減衰される。したがって、水平面上の全ての方向の振動を単一の緩衝器23によって減衰することができる。
When the fixed
これにより、構造物1は、地面の揺れの振幅に対して、極めて小さな振幅で振動することとなる。このように、免震装置100は、地震等によって地面が水平方向に揺れた場合に、その揺れが構造物1に伝達されるのを抑制することができる。
Thereby, the
地震が収まると、支承部材30の復元力によって、緩衝器23のロッド27が、上部テーパ面11aの中央部に戻ることとなる。
When the earthquake stops, the
ここで、従来の免震装置では、一方向のみの振動を減衰する緩衝器が用いられていた。そして、水平面上に位相を90度ずらした一対の緩衝器を配置することで、水平面上の全ての方向の振動を減衰可能としていた。そのため、各々の緩衝器の最大ストロークが、構造物1の揺れによる振幅の最大値よりも大きく設定される必要があった。
Here, in the conventional seismic isolation device, a shock absorber that attenuates vibration in only one direction has been used. And by arranging a pair of shock absorbers whose phases are shifted by 90 degrees on the horizontal plane, vibrations in all directions on the horizontal plane can be attenuated. Therefore, the maximum stroke of each shock absorber needs to be set larger than the maximum value of the amplitude due to the shaking of the
これに対して、免震装置100では、構造物1の水平方向の振動を、緩衝器23のロッド27の鉛直方向に変換している。そのため、ロッド27のストローク量は、上部テーパ面11aと下部テーパ面12aとのテーパ角によって決定される。よって、緩衝器23のロッド27のストローク量を、従来と比較して小さくすることができる。
On the other hand, in the
また、上部テーパ面11aと下部テーパ面12aとのテーパ角を変更することで、減衰特性を変更することが可能である。例えば、上部テーパ面11aと下部テーパ面12aとのテーパ角を一定ではなく、二段階以上に切り換えることで、ストロークの大きさに応じて減衰特性を切り換えることも可能である。この他にも、上部テーパ面11aと下部テーパ面12aとの各々の中央部に水平面を設けて、ロッド27が中央部に位置した際に安定するようにしてもよい。また、上部テーパ面11aと下部テーパ面12aとをテーパ状に形成するのに代えて、球面状に形成してもよい。
In addition, the attenuation characteristic can be changed by changing the taper angle between the upper tapered
また、地震によって地面が鉛直方向に揺れると、下部構造物2と固定構造部20とが鉛直方向に移動する。構造物1は、その慣性力によってその位置に留まろうとする。そのため、支承部材30が伸縮することによって、可動構造部10が固定構造部20に対して鉛直方向に移動する。
Further, when the ground shakes in the vertical direction due to the earthquake, the
固定構造部20と可動構造部10とが鉛直方向に相対移動すると、上部テーパ部材11と下部テーパ部材12とによって緩衝器23のロッド27が上下に振動させられる。よって、固定構造部20と可動構造部10との鉛直方向への相対移動は、緩衝器23によって減衰される。したがって、地震によって地面が水平方向に揺れた場合だけでなく、地面が鉛直方向に揺れた場合にも、構造物1の振動を減衰することができる。
When the fixed
以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。 According to the above embodiment, the following effects are obtained.
地震等によって地面が水平方向に振動すると、固定構造部20と可動構造部10とが水平方向に相対移動する。そのため、緩衝器23のロッド27は、上部テーパ部材11と下部テーパ部材12との間で、上部テーパ面11aと下部テーパ面12aとのテーパ角に倣って軸方向に移動する。よって、固定構造部20と可動構造部10との水平方向への相対移動は、緩衝器23によって減衰される。したがって、水平面上の全ての方向の振動を単一の緩衝器23によって減衰することができる。
When the ground vibrates in the horizontal direction due to an earthquake or the like, the fixed
また、地震によって地面が鉛直方向に揺れると、可動構造部10が固定構造部20に対して鉛直方向に移動する。そのため、上部テーパ部材11と下部テーパ部材12とによって緩衝器23のロッド27が上下に振動させられる。よって、固定構造部20と可動構造部10との鉛直方向への相対移動は、緩衝器23によって減衰される。したがって、地震によって地面が水平方向に揺れた場合だけでなく、地面が鉛直方向に揺れた場合にも、構造物1の振動を緩衝器23によって減衰することができる。
Further, when the ground shakes in the vertical direction due to the earthquake, the
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is obvious that various modifications can be made within the scope of the technical idea.
例えば、上記の実施の形態では、上部テーパ面11aは、中央部に向かって全周が傾斜するすり鉢状に形成され、下部テーパ面12aは、上部テーパ面11aの形状に対応する円錐状に形成される。これに代えて、下部テーパ面を、中央部に向かって全周が傾斜するすり鉢状に形成し、上部テーパ面を、下部テーパ面の形状に対応する円錐状に形成してもよい。
For example, in the above embodiment, the upper tapered
また、上部テーパ面と下部テーパ面とを、境界線を境界として互いに対向して傾斜する平面としてもよい。この場合、水平面上の全ての方向の振動を減衰するために、複数の免震装置を設けて、上部テーパ面と下部テーパ面との境界線が水平面上で異なる方向を向くように配置する必要がある。 The upper taper surface and the lower taper surface may be flat surfaces that are inclined to face each other with a boundary line as a boundary. In this case, in order to attenuate the vibrations in all directions on the horizontal plane, it is necessary to provide a plurality of seismic isolation devices and arrange the boundary line between the upper tapered surface and the lower tapered surface in different directions on the horizontal plane. There is.
100 免震装置
1 構造物(上部構造物)
2 下部構造物
10 可動構造部
11 上部テーパ部材
11a 上部テーパ面
12 下部テーパ部材
12a 下部テーパ面
20 固定構造部
23 緩衝器
24 シリンダ
25 ピストン
26 減衰弁
27 ロッド
28a 第一流体室
28b 第二流体室
30 支承部材
100
2
Claims (5)
前記構造物と一体に設けられる可動構造部と、
前記構造物が定着する地面に固定される固定構造部と、を備え、
前記可動構造部は、
中央部に向かって傾斜する上部テーパ面が下面に形成される上部テーパ部材と、
前記上部テーパ部材の下方に所定の間隔をあけて前記上部テーパ部材と一体に設けられ、前記上部テーパ面に対応する形状の下部テーパ面が上面に形成される下部テーパ部材と、を備え、
前記固定構造部は、前記上部テーパ面と前記下部テーパ面とに両端部が当接するロッドを有し当該ロッドの軸方向への移動を減衰する緩衝器を備えることを特徴とする免震装置。 A seismic isolation device that reduces vibration transmitted to a structure,
A movable structure provided integrally with the structure;
A fixed structure portion fixed to the ground on which the structure is fixed,
The movable structure part is
An upper tapered member having an upper tapered surface inclined toward the central portion formed on the lower surface;
A lower taper member provided integrally with the upper taper member at a predetermined interval below the upper taper member and having a lower taper surface having a shape corresponding to the upper taper surface formed on the upper surface;
The seismic isolation device, wherein the fixed structure portion includes a shock absorber having a rod having both end portions in contact with the upper taper surface and the lower taper surface to attenuate movement of the rod in the axial direction.
前記下部テーパ面は、前記上部テーパ面の形状に対応する円錐状に形成されることを特徴とする請求項1に記載の免震装置。 The upper tapered surface is formed in a mortar shape whose entire circumference is inclined toward the central portion,
The seismic isolation device according to claim 1, wherein the lower tapered surface is formed in a conical shape corresponding to the shape of the upper tapered surface.
前記ロッドは、前記ピストンと一体に設けられて前記シリンダの両端から外部に貫通することを特徴とする請求項1から4のいずれか一つに記載の免震装置。 The shock absorber is configured to flow between the first fluid chamber and the second fluid chamber by defining a first fluid chamber and a second fluid chamber in the cylinder in which the working fluid is accommodated. A piston having a damping valve that imparts resistance to the fluid;
The seismic isolation device according to any one of claims 1 to 4, wherein the rod is provided integrally with the piston and penetrates from both ends of the cylinder to the outside.
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