JP2522242Y2 - 免震構造物におけるフェイルセーフ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この考案は、構造物とその基礎部との間に積層ゴムを
配置してなる免震構造物におけるフェイルセーフ装置に
関する。

「従来技術およびその課題」 近年、免震構造システムは事務所ビル、マンション、
独身寮などに実際に採用されるケースが増えてきてい
る。それらの免震構造システムは一般に良く知られてい
るように、水平剛性の非常に小さい積層ゴムを用いて、
建物の固有周期を伸ばし、大きな加速度が建物に伝わら
ないようにしている。さらには、上記積層ゴムに粘性ダ
ンパー、鋼材ダンパー、鉛ダンパーや摩擦ダンパーなど
のエネルギー吸収装置を組み合わせて、中小から大地震
の範囲に至るまで建物の加速度応答が小さくなるように
工夫されている。また、積層ゴム自体に減衰性能を有す
る高減衰積層ゴムを用いているものも見られる。

このように免震構造物は従来の建物に比べて地震時に
応答が非常に小さくなるが、逆に免震装置部分の相対変
形は大きくなる傾向がある。特に、やや長周期成分の大
きな地震動に対しては応答変位も大きくなることが知ら
れている。このため免震構造物の設計では、建物の耐用
年月の間に来る可能性のある大きな地震に対して、免震
システムの応答変位が許容変形に比べて十分余裕を持た
せる工夫が必要であり、予想外の大地震時の安全性確保
がより重要となってきている。

一方、原子力施設などの特に重要な施設に免震システ
ムを適用していく場合、想定される破壊的地震に対して
もその安全機能を維持することが要求される。したがっ
て、やや長周期地震動の研究成果が十分に蓄積されるま
では、免震部の万一の共振に備えて、過大変形を確実に
抑制し、かつ上部構造物および内部の設備機器に過大な
加速度入力を与えないようなフェイルセーフ装置の開発
が必要と考えられている。

この考案では、このような背景および観点に鑑みてな
されたもので、免震構造物に限界以上の過大な変形が生
じた場合に、この変形を制御して通常の免震効果を発揮
させることのできる免震構造物におけるフェイルセーフ
装置を提供することを目的としている。

「課題を解決するための手段」 この考案は、基礎部とその上部構造物との間に積層ゴ
ムを配置してなる免震構造物において、前記上部構造物
の下面には球状の先端部を有する凸部の基端部が固定さ
れ、前記基礎部の上面には前記凸部に対向する位置に該
凸部の水平方向の変位を規制するための保持台が固定さ
れ、該保持台の上部にはその外周縁部から中心にかけて
滑らかに陥没するような曲率を有する凹面が形成されて
いるとともに、該凹面は、上部構造物が静止状態にある
ときは前記凸部の先端がこの凹面の中心位置に臨んでそ
れらの間に間隙が確保されかつ上部構造物が水平方向に
変位して前記凸部の先端が側方に変位した際には該凸部
の先端がこの凹面の周縁部に接触することで該凸部の変
位を規制する形態に形成されていることを特徴とする。

「作用」 この考案に係るフェイルセーフ装置によれば、免震構
造物の上部構造物に過大な変形、即ち免震装置たる積層
ゴムによって変形を抑制し得ない限界以上の変形が生じ
ると、上部構造物と共にその下面の凸部が移動し始め、
この凸部の球状の先端部が基礎部に設けられている保持
台の凹面の周縁部すなわち中心を外れた位置に接触し、
これにより凸部の変位すなわち上部構造物の変位が凹面
により規制される。この場合、凹面は滑らかに陥没する
ような一定の曲率を有しているので、凸部が上下左右斜
めのいずれの方向に移動しても凹面が凸部の先端部に常
時接触状態に追随することになり、凸部の動きが常時凹
面内に保持され制御されることになる。これにより上部
構造物に生じる限界以上の変形が確実に抑制されること
になる。例えば通常の設計用地震以上の大規模な地震が
来た場合や、やや長周期地震動によって免震装置（積層
ゴム）が共振した場合など、積層ゴムの加速度応答変位
がある設定した変形を越える場合に、上記したフェイル
セーフ装置の制御作用により、上部構造物に生じる変形
が常時限界内に制御され、積層ゴムが壊れるような大き
な変形が起こらず、これにより上部構造物の過大な変形
が抑制されることになる。

「実施例」 以下、この考案の実施例について図面を参照して説明
する。

第１図ないし第３図はこの考案の一実施例を示すもの
で、第１図において、符号１は免震構造物を示してい
る。

第１図に示すように、免震構造物１は、図示しないス
ラブ上に設置固定された基礎部２と、その上部構造物３
と、これら基礎部２と上部構造物３との間に配置された
高減衰積層ゴム（以下、積層ゴムと称す）４とから主要
構成され、積層ゴム４は上下の取付板５により基礎部２
上面及び上部構造物３に対して固定されている。

かかる免震構造物１において、積層ゴム４の近傍に位
置し、基礎部２と上部構造物３との間にはこの考案の特
徴であるフェイルセーフ装置Ｓが配置されている。

このフェイルセーフ装置Ｓは、前記上部構造物３の下
面に球状の先端部６を有する凸部７の基端部８が固定さ
れ、前記基礎部２の上面に前記凸部７の動きを制御する
曲率付きの凹面９を有する保持台10が固定された構造と
され、前記上部構造物３に限界以上の変形が生じた際
に、その変形に従って、前記凸部７の先端部６が前記保
持台10の凹面９に滑らかに接触するように構成されてい
る。

かかるフェイルセーフ装置Ｓを詳述すると、凸部７は
鋳鉄製等の丸棒であって、凸部７の基端部８は一体な固
定板11を介して上部構造物３の下面にボルト12により固
定されている。また凸部７の側面には固定板11にかけて
凸部７自体の変形を防止するための複数の補強板13が遠
心方向に設けられている。さらに凸部７の先端部６は一
定の曲率を有する球面とされ、保持台10の凹面９との接
触をなめらかにするためにコーティング（テフロン加
工）が施されている。

一方、保持台10は、前記凸部７に対向する位置に設置
され、上面に凹面９を有する円形部14と、その下の矩形
状の固定部15とから一体に構成されている。また前記凹
面９はその外周縁部から中心にかけて滑らかに陥没する
ような一定の曲率を有する球面とされている。かかる保
持台10は、凸部７の接触荷重に耐えられるように鋳鉄製
とされ、固定部15の四隅はボルト12により基礎部２の上
面に固定されている。

このようなフェイルセーフ装置Ｓにおいて、凸部７と
保持台10の位置関係を作用と共に以下説明する。

上部構造物３に対し変形が全く生じない時には、凸部
７の先端６は保持台10の凹面９の中心位置にあって凹面
９と離間した高さ位置に設定されている。この状態か
ら、上部構造物３に対し、積層ゴム４では抑制しきれな
いその限界以上の変形が生じると、その限界変形を越え
始める初期において、上部構造物３の変形に従って凸部
７が同一方向へ移動し、凸部７の先端６が凹面９に滑ら
かに接触し始める。したがって、凸部７の先端６と凹面
９の離間距離は、上部構造物３に限界以上の変形（許容
変形）が任意の方向に生じる初期において凸部７の先端
６が凹面９に接触するような間隔に設定され、さらには
凹面９の曲率も同様の趣旨で設定されている。

上記したように、限界変形を越えると、凸部７の先端
６が凹面９に滑らかに接触することになるが、凹面９は
一定の曲率を有する球面であるため、上下左右任意の方
向へ変形が生じる場合であっても、凹面９は凸部７の移
動に追随して凸部７の先端６が常時凹面９に接触するこ
とになる。したがって、凸部７の先端６の接触範囲は凹
面９内に制限され、この範囲において制御される。

このような凸部７の先端６と凹面９の相互の抑制作用
により、上記構造のフェイルセーフ装置Ｓは、変形する
上部構造物３の建物荷重を利用して、全体として第３図
のＰ−δグラフに示すような特性曲線Ｋを有するハード
ニング現象を起こし、限界以上の変形を抑制し制御する
ものである。

第３図のＰ−δグラフにおいて、横線δは上部構造物
３の変形量、縦線Ｐは凸部７を介して保持台10の凹面９
にかかる建物荷重をそれぞれ示し、また横線δの位置Ａ
は積層ゴム４の許容変形量、位置Ｂは積層ゴム４の限界
変形量の位置をそれぞれ示している。

このＰ−δグラフによれば、積層ゴム４による通常の
免震効果発揮領域R1の変形レベルでは、凸部７の先端６
は凹面９から離れており、積層ゴム４のみで上部構造物
３の変形が抑制されている。そして、上部構造物３に生
じる変形が積層ゴム４の許容変形量Ａを越えると、凸部
７の先端６が凹面９に接触し始める。さらに、上部構造
物３の変形量が更に大きくなって、積層ゴム４の限界変
形量Ｂを越えてハードニング領域R2に入ると、凹面９に
かかる上部構造物３の建物荷重Ｐが急激に大きくなる一
方、変形量の伸びは逆に抑制され、これにより限界以上
の変形が抑制され、抑制されていることが分かる。

このように、例えば通常の設計用地震以上の大規模な
地震が来た場合や、やや長周期地震動によって積層ゴム
４を含む免震装置が共振した場合にであっても、免震装
置が壊れるような積層ゴム４の大きな変形を起こさせな
い。また、過大な変形を抑制するため、上部構造物３お
よび内部の設備機器に加速度が加わることになるが、剛
性がなめらかなハードニング現象を起こすことから、こ
の加速度で上部構造物３および内部の設備機器が壊れる
ことはない。

また、免震構造では、積層ゴム４の交換を前提として
設計されるため、上部構造物３の梁については、交換時
のジャッキ反力を考慮して設計されるのが通常である。
このため、免震構造物に設置される積層ゴム４のそれぞ
れに本考案のフェイルセーフ装置Ｓを設置することによ
り、火災や経年変化等の不測の事態により積層ゴム４が
上部構造物３の支持能力を喪失した場合にも上部構造物
３を安全に支持し、有害な建物被害を防止することが可
能となる。

なお、本考案のフェイルセーフ装置Ｓにおいては、保
持台10の凹面９の曲率を想定する変形や上部構造物３の
設計に合わせて選定することにより、最適の変形特性を
有する免震構造の実現が可能となる。

「考案の効果」 以上詳細に説明したように、この考案は、基礎部とそ
の上部構造物との間に積層ゴムを配置してなる免震構造
物のフェイルセーフ装置であって、前記上部構造物の下
面に球状の先端部を有する凸部の基礎部を固定し、前記
基礎部の上面に凸部の水平方向の変位を規制する保持台
を固定し、保持台の上部にはその外周縁部から中心にか
けて滑らかに陥没するような曲率を有する凹面を形成す
るとともに、その凹面は、上部構造物が水平方向に変位
した際に凸部の先端が接触することでその変位を規制す
る形態に形成したから、前記凸部と保持台の凹面との抑
制作用により、上部構造物に生じる限界以上の変形を確
実に抑制し得て、過大な変形が生じた場合であっても、
免震構造物の免震効果を有効に発揮させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のフェイルセーフ装置を設置した免震構
造物の要部側面図、第２図は保持台の平面図、第３図は
本考案のフェイルセーフ装置の作用を示す特性図であ
る。 １……免震構造物、２……基礎部、３……上部構造物、
４……積層ゴム、６……先端部、７……凸部、８……基
端部、９……凹面、10……保持台、Ｓ……フェイルセー
フ装置。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】基礎部とその上部構造物との間に積層ゴム
   を配置してなる免震構造物において、前記上部構造物の
   下面には球状の先端部を有する凸部の基端部が固定さ
   れ、前記基礎部の上面には前記凸部に対向する位置に該
   凸部の水平方向の変位を規制するための保持台が固定さ
   れ、該保持台の上部にはその外周縁部から中心にかけて
   滑らかに陥没するような曲率を有する凹面が形成されて
   いるとともに、該凹面は、上部構造物が静止状態にある
   ときは前記凸部の先端がこの凹面の中心位置に臨んでそ
   れらの間に間隙が確保されかつ上部構造物が水平方向に
   変位して前記凸部の先端が側方に変位した際には該凸部
   の先端がこの凹面の周縁部に接触することで該凸部の変
   位を規制する形態に形成されていることを特徴とする免
   震構造物においるフェイルセーフ装置。