JP2016196910A

JP2016196910A - 免震装置

Info

Publication number: JP2016196910A
Application number: JP2015076527A
Authority: JP
Inventors: 恒則原田; Tsunenori Harada
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2016-11-24

Abstract

【課題】振動レベルに応じた減衰力を確実に発揮する。【解決手段】上部構造体と下部構造体との間に設けられる免震装置であって、上部構造体を免震支持する免震支承部と、免震支承部と並列に配置された減衰部と、を備え、減衰部は、上記構造体及び下部構造体の何れか一方に設けられた滑り板と、滑り板の滑り面に圧接しつつ滑動する滑り材と、上記構造体及び下部構造体の他方に設けられ、滑り材に滑り面への圧接力を付与する圧接力付与部と、を有し、滑り面の外周部の摩擦係数を、滑り面の中心部の摩擦係数よりも高くした。【選択図】図１

Description

本発明は、免震装置に関する。

上部構造体（例えば建物）と下部構造体（例えば基礎）との間に設置され、地震等から上部構造体を保護する免震装置が知られている。免震装置は、地震による揺れを長周期化して上部構造体を守るものなので、揺れの周期が長い（振幅が大きい）長周期地震に対しては効果が得られないおそれがある。例えば、基礎免震の場合、建物が大きく揺れて、免震層外周の擁壁に衝突するおそれがある。そこで、滑り支承タイプの免震装置において、滑り面の摩擦係数を複数段階に設定し、振動レベル（上部構造体と下部構造体との相対変位量）に応じて、減衰力を変化させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２５０３９４号公報

滑り支承は、上部構造体（建物など）の重い荷重を支える支承として機能するため、免震の効果を得るにはできるだけ滑り部分の抵抗を小さく（具体的には、摩擦係数を０．１未満に）する必要がある。また、摩擦係数には、製造ばらつきや、速度依存性、面圧依存性などのばらつきが生じるおそれがある。このため、摩擦係数を狭い（小さい）範囲内で複数段階に設定するのは困難であり、振動レベルに応じた減衰力を発揮できないおそれがあった。

本発明はかかる従来の課題に鑑みてなされたもので、その主な目的は、振動レベルに応じた減衰力を確実に発揮することにある。

かかる目的を達成するために本発明の免震装置は、上部構造体と下部構造体との間に設けられる免震装置であって、前記上部構造体を免震支持する免震支承部と、前記免震支承部と並列に配置された減衰部と、を備え、前記減衰部は、前記上記構造体及び前記下部構造体の何れか一方に設けられた滑り板と、前記滑り板の滑り面に圧接しつつ滑動する滑り材と、前記上記構造体及び前記下部構造体の他方に設けられ、前記滑り材に前記滑り面への圧接力を付与する圧接力付与部と、を有し、前記滑り面の外周部の摩擦係数を、前記滑り面の中心部の摩擦係数よりも大きくしたことを特徴とする。
このような免震装置によれば、免震支承部が上部構造体を支持しているので、滑り支承の場合ほど摩擦係数を小さくする必要がない。このため、摩擦係数の差をつけやすく、滑り面の外周部の摩擦係数を、中心部の摩擦係数よりも確実に大きくすることができる（摩擦係数を確実に複数段階に設定できる）。これにより、上部構造体と下部構造体との相対変位量が小さいとき（滑り材が滑り面の中心部上に位置するとき）には減衰力を小さくして免震の機能を発揮させ、相対変位量が大きいとき（滑り材が滑り面の外周部上に位置するとき）には、減衰力を大きくして擁壁などとの衝突を抑制するようにできる。よって、振動レベルに応じた減衰力を確実に発揮することができる。

かかる免震装置であって、前記圧接力付与部は、皿バネを有することが望ましい。
このような免震装置によれば、滑り材を滑り板の滑り面に適度な圧接力で圧接させることができる。

かかる免震装置であって、滑り板は、ステンレス製であることが望ましい。また、滑り材は、樹脂製であることが望ましい。
このような免震装置によれば、滑り板と滑り材との摩擦係数が小さく、滑り板に対して滑り材が滑動することができる。

かかる免震装置であって、前記免震支承部は、積層ゴム支承体であることが望ましい。
このような免震装置によれば、上部構造体を支持できるとともに、揺れの周期が短い地震の際に揺れを長周期化して上部構造体を守ることができる。

本発明によれば、振動レベルに応じた減衰力を確実に発揮することが可能である。

本実施形態の免震装置１０の構成を示す側面断面図である。減衰部３０の滑り板３１（滑り面３１ａ）と滑り材３２の配置を示す平面図である。減衰部３０の他の構成例を示す側面断面図である。

＝＝＝実施形態＝＝＝
＜免震装置の構成について＞
図１は、本実施形態の免震装置１０の構成を示す側面図である。なお、説明の都合上、減衰部３０については断面を示している。また、図２は、減衰部３０の滑り板３１（滑り面３１ａ）と滑り材３２の配置を示す平面図である。

免震装置１０は、免震対象物（上部構造体）としての建物１と、その下方の下部構造体としての基礎３との間の上下方向隙間Ｇに介装されている。上下方向隙間Ｇには、上記の免震装置１０が複数配置されており、複数の免震装置１０は、建物１の平面内の各支持位置において建物１の重量を分担支持している。複数の免震装置１０は同一の構成であり、それぞれ、支承部２０（免震支承部に相当）と減衰部３０とを備えている。なお、減衰部３０の設置数は、支承部２０の設置数に関係なく、必要減衰量で決まる。

支承部２０は、建物１の水平移動を許容しつつ建物１の重量を支持（免震支持）する。本実施形態の支承部２０は、積層ゴム支承体であり、積層ゴム２１（例えば、円形の鋼板２１ａとゴム層２１ｂとを上下に交互に積層してなる円柱状の弾性体）を、上下一対のフランジ板（上フランジ板２２、下フランジ板２３）で挟んで構成されている。また、下フランジ板２３は、不図示のボルトなどにより基礎３に固定され、上フランジ板２２は、不図示のボルトなどにより建物１に固定されている。そして、支承部２０は、建物１と基礎３との相対変位による水平力に応じて積層ゴム２１が水平方向に剪断変形して、上端の上フランジ板２２と下端の下フランジ板２３とが水平方向に相対変位することにより、建物１の水平振動を長周期化する。

減衰部３０は、上下方向隙間Ｇにおいて支承部２０と並列に配置されており、建物１と基礎３とが水平方向に相対変位することによる振動を抑制（減衰）するものである。減衰部３０は、滑り板３１、滑り材３２、皿バネ部３３（圧接力付与部に相当）を有している。

滑り板３１は、基礎３の上面に形成された凹部３ａにはめ込んで該基礎３上面と面一で設けられたプレート状のものである。ただし、これには限られず、基礎３の上面に滑り板３１を配置していてもよい。また、本実施形態の滑り板３１の平面形状は円形（図２参照）であるがこれには限られず、例えば正方形や多角形であってもよい。本実施形態の滑り板３１はステンレス板（ステンレス製）である。なお、滑り板３１の詳細については後述する。

滑り材３２は、滑り板３１の滑り面３１ａ上において水平方向へ滑動自在に配置されている。また、滑り材３２は、皿バネ部３３によって下側に付勢されて滑り板３１（滑り面３１ａ）に圧接している。滑り材３２としては、滑り板３１との摩擦係数が小さい樹脂板（超高分子量ポリエチレン）が用いられている。そしてこの滑り材３２は、筒体状に形成された皿バネ部３３の底面に図示しないビスなどで取り付けられている。なお、本実施形態では、滑り材３２の取付面に、接着剤あるいは加硫接着により適度な厚さの高減衰ゴムシート５１が取り付けられ、このゴムシート５１が滑り材３２と皿バネ部３３の底面との間に挟み込んで設けられている。このゴムシート５１は、微小振動時や初期微動時など、滑り材３２と滑り板３１との間の摩擦が切れるに到らない微小振動入力時にその弾性変形作用によって入力振動を減衰するとともに、摩擦が切れて滑り材３２と滑り板３１とが相互に滑り始めたとき、そしてまた滑りが停止するときに生じる加速度を低減させるようになっている。ただし、ゴムシート５１は無くてもよく、必要に応じて取り付ければよい。

皿バネ部３３は、滑り材３２を滑り板３１の滑り面３１ａに圧接させるためのものである。皿バネ部３３は、滑り材３２が取り付けられた内部中空の下部筒体３４と、この下部筒体３４の外周面に対してスライド移動自在に被着された内部中空の上部筒体３５とを備えて構成されており、上部筒体３５の頂面を形成する幅広なフランジ部３６がボルト３７を介して建物１の下面に着脱自在に取り付けられている。また下部筒体３４にはその周方向に適宜間隔を隔てて外方に突出させてブラケット３８が設けられるとともに、上部筒体３５にはこのブラケット３８の位置に対応させて当該ブラケット３８の上下方向相対移動を許容するための長孔３５ａが上下方向に形成されている。そしてこのブラケット３８の突出先端部には、上部筒体３５のフランジ部３６から垂下されて当該ブラケット３８を下向きに貫通したＰＣ鋼棒３９の先端部に取り外し可能に螺合されるナット４０が定着されるようになっている。

皿バネ部３３内には、複数枚の皿バネ単体３３ｔを同じ向きに重ね合わせた上下一対の皿バネ積層体３３ｓが逆向きに重ね合わせて収容されている。そして皿バネ部３３の内周面は、各皿バネへの水平方向力伝達面、たわみ変形案内面、並びに位置ずれを規制する位置決め面として機能するようになっている。

また、建物１下面と皿バネ部３３の上部筒体３５のフランジ部３６との間には、これら間に生じる間隙を塞ぐためのスペーサ５２が着脱自在に設けられている。

そして、皿バネ部３３は、上述したように上部筒体３５内部に下部筒体３４が互いにスライド自在に挿入された構成を有していて、建物１と基礎３との間の上下方向隙間寸法Ｇが変化したときにこれに追従してその高さ方向に伸び縮みするようになっている。この際、下部筒体３４のブラケット３８は上部筒体３５の長孔３５ａ内で移動可能なので、皿バネ部３３の伸び縮みを妨げることはない。また、この皿バネ部３３を含む減衰部３０を建物１と基礎３との間に挿入したり取り外したりするための作業性を考慮して、ＰＣ鋼棒３９に対してナット４０を締め込んで上部筒体３５と下部筒体３４とを互いに接近する方向へスライドさせてブラケット３８とフランジ部３６との間隔を縮小させ、皿バネ部３３を強制的に縮小させることができるようになっている。これにより、皿バネ部３３の高さを縮めて、減衰部３０の取り付け・取り外しの作業性を向上できる。また、減衰部３０の取り付け後、例えば、ナット４０を緩めることによって、皿バネ部３３は、滑り材３２を滑り板３１の滑り面３１ａに適度な圧接力で圧接させる。

＜滑り板３１について＞
以下、図１、図２を参照しつつ減衰部３０における滑り板３１の構成について説明する。

本実施形態の滑り板３１の表面（滑り面３１ａ）には、平滑部３１１と粗面部３１２が形成されている。

平滑部３１１は、滑り面３１ａの中央部（図の領域ＲＡ）に設けられている。平滑部３１１の表面は平滑であり低摩擦になっている。本実施形態において平滑部３１１の摩擦係数は０．１８である。

粗面部３１２は、滑り面３１ａの外周部（図の領域ＲＢ：平滑部３１１の外側）に設けられている。粗面部３１２の表面は平滑部３１１よりも粗く形成されている。つまり、粗面部３１２の摩擦係数は、平滑部３１１の摩擦係数よりも大きい。本実施形態において粗面部３１２の摩擦係数は０．２〜０．４（好ましくは０．２５〜０．３５）である。０．２〜０．４の場合、摩擦係数０．１８で得られる減衰力より大きく、建物１に急激な衝撃を与えない（過剰に効きすぎない）適切な減衰力が得られ、０．２５〜０．３５の場合、摩擦係数０．１８で得られる減衰力より約１．５倍〜２倍の減衰力であって、摩擦係数の製造上の精度が安定し、より正確に制御できる減衰力が得られる。

なお、滑り支承の免震装置の場合、摩擦係数は非常に小さく（具体的には０．１未満に）設定されている。これは、滑り支承では免震対象物（建物など）の重い荷重を支持するため、摩擦係数を０．１以上にすると滑りにくくなり、免震の機能が発揮できないおそれがあるからである。

よって、仮に、滑り支承の免震装置において、滑り面の摩擦係数を異ならせる場合、摩擦係数の値を狭い範囲内（摩擦係数が非常に小さい範囲内）で複数段階に設定することになる。このため、摩擦係数の値を複数段階に設定して差をつけることは困難である。その上、製造ばらつきが３０〜４０％程度あり、速度依存性、面圧依存性などのばらつきも生じるおそれがあるため、摩擦係数の値を複数段階に設定するのはさらに困難である。

これに対し、本実施形態では、支承部２０が上部構造１の荷重を支持しているので、上述した滑り支承の場合ほど摩擦係数を小さくする必要がない。よって、摩擦係数を確実に段階的に切り替えるようにでき、効率的に減衰力を付加することができる。例えば、本実施形態では、前述したように、滑り面３１ａの中央部（領域ＲＡ）の摩擦係数を０．１８（平滑部３１１）とし、領域ＲＡよりも外側の外周部（領域ＲＢ）の摩擦係数を０．２〜０．４（粗面部３１２）としている。これにより、変位が小さいとき（滑り材３２が平滑部３１１上に位置するとき）には、摩擦係数が小さい（減衰力が小さい）ので支承部２０による免震の機能を発揮できる。また、長周期地震など変位が大きいとき（滑り材３２が粗面部３１２上に位置するとき）には、摩擦係数が大きく（減衰力が大きく）なり、効率的に振動を減衰させることができる。よって、長周期地震の際に、建物１が周囲の擁壁などに衝突するのを抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態の免震装置１０は、建物１と基礎３との間に設けられており、建物１を免震支持する支承部２０と、支承部２０と並列に配置された減衰部３０と、を備えている。減衰部３０は、基礎３に設けられた滑り板３１と、滑り板３１の滑り面３１ａに圧接しつつ滑動する滑り材３２と、建物１に設けられ、滑り材３２に滑り面３１ａへの圧接力を付与する皿バネ部３３とを有している。そして、本実施形態では、滑り面３１ａの外周部（粗面部３１２）の摩擦係数を、滑り面３１ａの中心部（平滑部３１１）の摩擦係数よりも大きく設定している。このように、支承部２０が建物１を支承しているので、減衰部３０の滑り面３１ａの摩擦係数を確実に複数段階（ここでは２段階）に設定できる。これにより、振動レベルに応じた減衰力を確実に発揮することができる。

＝＝＝その他の実施形態について＝＝＝
上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。特に、以下に述べる実施形態であっても、本発明に含まれるものである。

＜免震装置１０について＞
前述の実施形態では、免震装置１０は建物１と基礎３の間に設置されていたが、これには限られない。例えば、構造物を上下に分割した場合における上層部分（上部構造体）と下層部分（下部構造体）の間に設置してもよい。

＜支承部２０について＞
前述の実施形態では支承部２０は積層ゴムタイプのもの（積層ゴム支承体）であったが、これには限られない。例えば、転がり支承と復元機構（バネ等）との組み合わせであってもよい。

＜減衰部３０について＞
減衰部３０の構成が前述の実施形態と上下逆であってもよい。つまり、建物１に滑り板３１を設け、基礎３に皿バネ部３３を設け、滑り材３２を滑り板３１に向けて圧接させてもよい。この場合も、滑り板３１の滑り面３１ａを前述の実施形態と同じにすることで効率的に振動を減衰させることができる。

また、中心部の摩擦係数よりも外周部の摩擦係数の方が大きければよく、その組み合わせは前述の実施形態には限られない。例えば、前述の実施形態では摩擦係数を２段階に設定していたが、これには限られず、３段階以上に設定していてもよい。この場合も中心部の摩擦係数よりも外周部の摩擦係数の方が大きくなるようにすればよい。また、前述の実施形態では、領域ＲＡと領域ＲＢの境界で摩擦係数が変わっていたが、これには限られず、例えば、中央から外周に向かうにつれて徐々に摩擦係数が大きくなるようにしてもよい。

また、減衰部３０を建物１と基礎３の間の上下方向隙間Ｇに配置した後はブラケット３８、ＰＣ鋼棒３９、ナット４０を取り外してもよい（無くてもよい）し、あるいは、ナット４０を緩めるようにしてもよい。

また、減衰部３０の構成は前述の実施形態のものには限られず、他の構成のものを用いてもよい。

図３は、減衰部３０の他の構成の一例を示す側面断面図である。この例では皿バネ部３３´が設けられている。なお、図示していないが、滑り板３１には前述の実施形態と同じ平滑部３１１と粗面部３１２が形成されている。

皿バネ部３３´は、下面に滑り材３２が取り付けられ、その反対側（上側）に筒状部を有する下部筒体６１と、当該下部筒体６１の筒状部と嵌合する嵌合部を有する上部筒体６２とを備えており、上部筒体６２の嵌合部内に下部筒体６１の筒状部がスライド自在に挿入されている。また下部筒体６１のフランジにはその周方向に適宜間隔を隔ててボルト穴が設けられるとともに、上部筒体６２のフランジにはこのボルト穴に対応させてボルト穴が形成されている。そしてこの２つのボルト穴を貫通した仮ボルト６３の先端部に取り外し可能にナット６４が螺合されている。

また、上部筒体６２のフランジと下部筒体６１のフランジの間には皿バネ積層体３３ｓが逆向きに重ね合わせて配置されている。これにより、建物１と基礎３との間の上下方向隙間寸法Ｇが変化したときに、これに追従してその高さ方向に伸び縮みするようになっている。

この例においても、減衰部３０を設置する際には、仮ボルト６３に対してナット６４を締め込んで上部筒体６２と下部筒体６１とを互いに接近する方向へスライドさせ（上部筒体６２のフランジと下部筒体６１のフランジとの間隔を縮小させ）て、皿バネ部３３´を強制的に縮小させることができる。また、設置後には、仮ボルト６３及びナット６４を取り外してもよいし、あるいは、ナット６４を緩めるようにしてもよい。

また、前述の実施形態では、減衰部３０に皿バネを用いていたが、皿バネ以外の弾性体を用いて滑り材３２を滑り板３１（滑り面３１ａ）に圧接させてもよい。

また、前述の実施形態では、滑り板３１はステンレス板であったがこれには限られない。例えば、クラッド鋼でもよいし、あるいは、テフロンライニング鋼板であってもよい。

また、前述の実施形態では、滑り材３２は超高分子ポリエチレンの樹脂板であったが、これには限られない。例えば、四フッ化エチレン樹脂板でもよい。

１０免震装置
２０支承部
２１積層ゴム
２１ａ鋼板
２１ｂゴム層
２２上フランジ板
２３下フランジ板
３０減衰部
３１滑り板
３１ａ滑り面
３２滑り材
３３皿バネ部
３３ｔ皿バネ単体
３３ｓ皿バネ積層体
３４下部筒体
３５上部筒体
３５ａ長孔
３６フランジ部
３７ボルト
３８ブラケット
３９ＰＣ鋼棒
４０ナット
５１ゴムシート
５２スペーサ
６１下部筒体
６２上部筒体
６３仮ボルト
６４ナット
３１１平滑部
３１２粗面部

Claims

上部構造体と下部構造体との間に設けられる免震装置であって、
前記上部構造体を免震支持する免震支承部と、
前記免震支承部と並列に配置された減衰部と、
を備え、
前記減衰部は、
前記上記構造体及び前記下部構造体の何れか一方に設けられた滑り板と、
前記滑り板の滑り面に圧接しつつ滑動する滑り材と、
前記上記構造体及び前記下部構造体の他方に設けられ、前記滑り材に前記滑り面への圧接力を付与する圧接力付与部と、
を有し、
前記滑り面の外周部の摩擦係数を、前記滑り面の中心部の摩擦係数よりも大きくした
ことを特徴とする免震装置。
請求項１に記載の免震装置であって、
前記圧接力付与部は、皿バネを有する
ことを特徴とする免震装置。
請求項１又は請求項２に記載の免震装置であって、
前記滑り板は、ステンレス製である
ことを特徴とする免震装置。
請求項１乃至請求項３の何れかに記載の免震装置であって、
前記滑り材は樹脂製である
ことを特徴とする免震装置。
請求項１乃至請求項４の何れかに記載の免震装置であって、
前記免震支承部は、積層ゴム支承体である
ことを特徴とする免震装置。