JP2022007016A - 硬化装置およびこれを備えた免震構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】水平の任意方向の変位に対応できるとともに、容易に設置することができる硬化装置およびこれを備えた免震構造物を提供する。【解決手段】軸体１４を囲むように間隔をあけて設けられた複数の円筒状のリンク１６と、隣り合うリンク１６間に設けられるとともにリンク１６どうしを離す方向に付勢する板ばね１８と、最外側のリンク１６の外方向への移動を規制するためにこのリンク１６の外側に配置された規制体２２を備えるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、硬化装置およびこれを備えた免震構造物に関するものである。

従来、免震建物は積層ゴム等の免震装置を使って建物の固有周期を伸ばすことにより、地震入力の低減を図る構造として知られている。応答加速度を大きく低減でき、地震時の家具の転倒抑制などにも有効である。

しかし、近年、大きな地震波形が観測されることが多く、免震建物の変位が設計想定値よりも大きくなって擁壁に衝突するという懸念が提起されている。さらに、最近は長周期長時間地震動への対策も必要とされてきており、周期を伸ばすだけではなく、さらなる変位抑制を図ることが重要となってきている。

変位抑制に着目すれば、ダンパーなどを大量に設定して減衰を増やすことや、擁壁への衝突を回避するためのストッパーを設けることなどが有効である。しかし、これらの対策は建物の短周期化につながり、免震構造が持つ長周期化による応答加速度低減とは相反する。このようなことから、応答加速度低減効果を損なわずに、応答変位を抑制するような構造が求められている。

応答加速度低減効果を損なわずに、応答変位を抑制するような従来の免震構造としては、例えば、硬化型装置と回転慣性装置を組み合わせた装置が知られている（例えば、特許文献１～３を参照）。特許文献２では、特許文献４に示すような皿ばねを用いた装置を利用している。

特開２０１７－００３０８９号公報 特開２０１７－００３０９０号公報 特開２０１９－１７８５３２号公報 特開２０１３－００２５９９号公報

ところで、大地震を受ける免震建物の免震層では、水平の任意方向に５０ｃｍ以上の変形が発生することが予測される。一方、上記の従来の皿ばねを利用した硬化装置は１つの軸方向にのみ作用するため、これを免震層の免震装置に適用する場合は、軸方向と直交する方向の変形にも追随するための工夫が必要となり、設置が難しい。このため、水平の任意方向の変位に対応できるとともに、容易に設置することができる硬化装置が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、水平の任意方向の変位に対応できるとともに、容易に設置することができる硬化装置およびこれを備えた免震構造物を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る硬化装置は、軸体を囲むように間隔をあけて設けられた複数の円筒状のリンクと、隣り合う前記リンク間に設けられるとともに前記リンクどうしを離す方向に付勢する板ばねと、最外側の前記リンクの移動を規制するために前記リンクの外側に配置された規制体を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の硬化装置は、上述した発明において、前記軸体と、最内側に設けられる前記リンクの間に隙間が設けられていることを特徴とする。

また、本発明に係る他の硬化装置は、上述した発明において、前記軸体は、上部躯体から下側に向けて突出するとともに下部躯体の上面に対して滑動可能に当接するシアキーであることを特徴とする。

また、本発明に係る免震構造物は、上述した硬化装置を備えることを特徴とする。

本発明に係る硬化装置によれば、軸体を囲むように間隔をあけて設けられた複数の円筒状のリンクと、隣り合う前記リンク間に設けられるとともに前記リンクどうしを離す方向に付勢する板ばねと、最外側の前記リンクの移動を規制するために前記リンクの外側に配置された規制体を備えるので、軸体が軸方向と直交する方向に変位すると、リンクに接触してリンク間隔が接近し、この間の板ばねがリンクを離す方向に弾性的に付勢する。これにより軸体に反力が作用するため、軸方向と直交する任意方向の変位に有効に対応することができる。軸体を鉛直方向に配置すれば、水平の任意方向の変位に有効に対応できる。また、簡単な構成のため、容易に設置することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の硬化装置によれば、前記軸体と、最内側に設けられる前記リンクの間に隙間が設けられているので、軸体の変位が隙間よりも小さい微小変位であれば最内側のリンクに接触しない。このため、微小変位時に硬化装置の機能を発揮させないようにすることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の硬化装置によれば、前記軸体は、上部躯体から下側に向けて突出するとともに下部躯体の上面に対して滑動可能に当接するシアキーであるので、上部躯体から下部躯体に軸力を伝達しつつ、水平の任意方向の変位に有効に対応することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る免震構造物によれば、上述した硬化装置を備えるので、水平の任意方向の変位に有効に対応することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る硬化装置の実施の形態を示す平断面図である。 図２は、本発明に係る硬化装置の実施の形態を示す側断面図である。 図３は、本実施の形態に係る硬化装置の作用説明図である。 図４は、本実施の形態に係る硬化装置で得られる復元力特性を示す図である。 図５は、本発明に係る免震構造物の実施の形態を示す平断面図である。 図６は、本発明に係る免震構造物の実施の形態を示す側断面図である。

以下に、本発明に係る硬化装置およびこれを備えた免震構造物の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１および図２に示すように、本発明の実施の形態に係る硬化装置１０は、上層の梁１２（上部躯体）に埋設固定されたシアキー１４（軸体）と、シアキー１４の外側周囲に間隔をあけて設けられた複数の円筒状のリンク１６と、板ばね１８と、下層の梁２０（下部躯体）に固定された規制体２２とを備える。

シアキー１４は、上層の梁１２の下面から鉛直下方に突出した円柱状の部材であり、外周面から水平に張り出した鍔状の押え板２４を有している。この押え板２４は、リンク１６の上下方向の動きを抑えるためのものである。シアキー１４の下面は、下層の躯体２０Ａの上面に固定された滑り板２６に当接している。したがって、シアキー１４は、上層の梁１２から下層の躯体２０Ａに軸力を伝達しつつ、滑り板２６に沿って水平方向に滑動可能である。このように、シアキー１４は、上部の軸力を支持する滑り支承を構成する。なお、シアキー１４の下面はこのような配置に限るものではなく、隙間を設けて下層の躯体２０Ａから浮かせて配置してもよい。

リンク１６は、シアキー１４の軸線Ｚと略同軸状に配置される鋼製の円筒体であり、滑り板２６に沿って水平方向に滑動可能に設けられる。リンク１６は、上方に位置する押え板２４によって上下方向の動きが規制されている。また、最外側のリンク１６は、規制体２２の内周側に固定される。最内側のリンク１６とシアキー１４との間には、隙間Ｇ（ギャップ）が設けられている。シアキー１４の水平方向の変位が隙間Ｇよりも小さい微小変位であれば最内側のリンク１６に接触しないので、微小変位時に硬化装置の機能を発揮させないようにすることができる。

板ばね１８は、隣り合う円筒状のリンク１６間の隙間に設けられるとともにリンク１６どうしを離す方向に弾性的に付勢する矩形板状のものである。各隙間の板ばね１８は、平面視で円の周方向等間隔に４つ設けられている。板ばね１８の板面は水平方向を向いており、板面の中心部はボルト２８で内側（円の半径方向内側）のリンク１６の外周面に固定される。板ばね１８の側縁は外側のリンク１６の内周面に当接している。なお、板ばね１８は、１枚板に限るものではなく、重ね板ばねを用いてもよい。

規制体２２は、最外側のリンク１６の移動を規制するためのものであり、最外側のリンク１６の外側の下層の梁２０上に配置される。この規制体２２は、ボルト３０で梁２０上に固定された水平プレート３２と、水平プレート３２の上面から突出する直角三角状の鉛直プレート３４からなる。鉛直プレート３４は、梁２０の延在方向に延びており、鉛直辺には最外側のリンク１６が固定される。規制体２２は下層の梁２０に固定されるので、規制体２２とシアキー１４は水平方向（軸線Ｚの方向と直交する方向）に相対移動可能である。

上記構成の動作および作用について説明する。
図３は、地震時に上層の梁１２が水平方向に変位した場合の例である。この図に示すように、地震時に梁１２とともにシアキー１４が水平移動すると、最内側のリンク１６に接触してその外側のリンク１６との間隔が狭くなり、さらにその外側のリンク１６との間隔が狭くなる。このようにシアキー１４が変位した側のリンク１６どうしが互いに接近する。すると、これらの間に配置された板ばね１８がリンク１６を離す方向に弾性的に付勢し、シアキー１４に反力が作用する。図４に、上記の硬化装置１０で得られる復元力特性を示す。図のギャップ量は、隙間Ｇの寸法に対応している。

本実施の形態によれば、シアキー１４の任意方向の水平変位に有効に対応することができる。任意方向の地震に対し、応答変位を抑制することができる。また、リンク１６と板ばね１６による簡単な構成のため、容易に設置することができる。

図５および図６は、本実施の形態の免震構造物の一例である。この図に示すように、本実施の形態の免震構造物１００は、免震層３６に上記の硬化装置１０と、積層ゴムからなる免震装置３８と、回転慣性装置４０を備えた免震建物である。硬化装置１０は、作動時に建物に捻れが発生しないように免震層３６の左右、前後対称に配置されている。回転慣性装置４０は、免震層３６の隅部において斜め方向に設けられる。この回転慣性装置４０は、例えば特許文献１～３に記載の回転慣性装置を用いて構成することができる。免震構造物１００は、免震層３６に配置される積層ゴムからなる免震装置３８の一部を硬化装置１０に置換して構築することができる。この免震構造物１００によれば、上記の硬化装置１０を備えるので、任意方向の地震に対し、応答加速度の低減効果を損なわずに応答変位を抑制することができる。

以上説明したように、本発明に係る硬化装置によれば、軸体を囲むように間隔をあけて設けられた複数の円筒状のリンクと、隣り合う前記リンク間に設けられるとともに前記リンクどうしを離す方向に付勢する板ばねと、最外側の前記リンクの移動を規制するために前記リンクの外側に配置された規制体を備えるので、軸体が軸方向と直交する方向に変位すると、リンクに接触してリンク間隔が接近し、この間の板ばねがリンクを離す方向に弾性的に付勢する。これにより軸体に反力が作用するため、軸方向と直交する任意方向の変位に有効に対応することができる。軸体を鉛直方向に配置すれば、水平の任意方向の変位に有効に対応できる。また、簡単な構成のため、容易に設置することができる。

また、本発明に係る他の硬化装置によれば、前記軸体と、最内側に設けられる前記リンクの間に隙間が設けられているので、軸体の変位が隙間よりも小さい微小変位であれば最内側のリンクに接触しない。このため、微小変位時に硬化装置の機能を発揮させないようにすることができる。

また、本発明に係る他の硬化装置によれば、前記軸体は、上部躯体から下側に向けて突出するとともに下部躯体の上面に対して滑動可能に当接するシアキーであるので、上部躯体から下部躯体に軸力を伝達しつつ、水平の任意方向の変位に有効に対応することができる。

また、本発明に係る免震構造物によれば、上述した硬化装置を備えるので、水平の任意方向の変位に有効に対応することができる。

以上のように、本発明に係る硬化装置およびこれを備えた免震構造物は、地震に対する応答加速度の低減効果を損なわずに応答変位を抑制する免震構造に有用であり、特に、水平の任意方向の変位に対応するのに適している。

１０ 硬化装置
１２ 梁（上部躯体）
１４ シアキー（軸体）
１６ リンク
１８ 板ばね
２０ 梁（下部躯体）
２０Ａ 躯体
２２ 規制体
２４ 押え板
２６ 滑り板
２８，３０ ボルト
３２ 水平プレート
３４ 鉛直プレート
３６ 免震層
３８ 免震装置
４０ 回転慣性装置
１００ 免震構造物
Ｇ 隙間
Ｚ 軸線

Claims (4)

1. 軸体を囲むように間隔をあけて設けられた複数の円筒状のリンクと、隣り合う前記リンク間に設けられるとともに前記リンクどうしを離す方向に付勢する板ばねと、最外側の前記リンクの移動を規制するために前記リンクの外側に配置された規制体を備えることを特徴とする硬化装置。
2. 前記軸体と、最内側に設けられる前記リンクの間に隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の硬化装置。
3. 前記軸体は、上部躯体から下側に向けて突出するとともに下部躯体の上面に対して滑動可能に当接するシアキーであることを特徴とする請求項１または２に記載の硬化装置。
4. 請求項１～３のいずれか一つに記載の硬化装置を備えることを特徴とする免震構造物。

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