JP2650153B2

JP2650153B2 - 免震装置

Info

Publication number: JP2650153B2
Application number: JP60188000A
Authority: JP
Inventors: 英之多田
Original assignee: NIPPON MENSHIN KENKYU SENTAA KK
Current assignee: NIPPON MENSHIN KENKYU SENTAA KK
Priority date: 1985-08-26
Filing date: 1985-08-26
Publication date: 1997-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JPS6245836A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は建築物を水平方向に弱いバネ力で規制した状
態で振動し得るように基礎の上に載置・支持することに
より、地震の破壊力から建築物を保護するアイソレータ
を用いた免震装置に関し、さらに詳しくはアイソレータ
に併設される鉛塊を用いた減衰機構に関する。

〔従来の技術〕

地震発生時に地盤から建築物に入力される地震エネル
ギーを減少させて建築物を保護する構造として、弾性体
と剛性板を交互に積層したアイソレータを用いた免震装
置（特開昭59−210166号、特開昭59−217877号）が知ら
れている。

この免震装置（１）は、第４図に示すように下部構造
である基礎（２）の上にアイソレータ（３）（３）を分
散配置し、このアイソレータ（３）（３）上に上部構造
である建築物（４）を載置・支持したものである。

上記アイソレータ（３）は、第５図及び第６図に示す
ように、鋼板等の剛性板（６）（６）…と、天然ゴム等
の薄い弾性板（７）（７）…を交互に積層固着したもの
で、剛性板（６）（６）…の間に挟まれてせん断変形す
る弾性板（７）（７）…の厚さがその径に比べて非常に
小さいため、大きな鉛直載荷能力と小さな水平バネ剛性
を持っている。このため大重量の建築物（４）を安定性
良く支え、水平方向の動きを弱いバネで規制したことに
なり、建築物（４）の水平方向の振動周期を増大させ、
それを地震の最大エネルギー成分の周期よりも長くす
る。従って地盤からの地震入力に対する建築物の応答加
速度を減少させ、建築物を地震の破壊力から保護する。

上記免震装置（１）には、地震発生時に建築物（４）
が水平方向の大周期振動をしたとき振動振幅を小さく
し、揺れを早く収束させる振動の減衰機構と、建築物の
付近を走行する大型車輌等による振動や台風による横方
向の風荷重によっては、建築物が動かないようにする固
定的効果を与える装置を設ける必要がある。

上記公報の発明（特開昭59−210166号、特開昭59−21
7877号）は、振動減衰と固定的効果を与えるために鋼棒
を利用している。しかし、鋼棒では減衰作用が不十分で
あるとともに、鋼棒の持つ弾性によって地盤から建築物
に高速で小周期の寄生振動が伝達される問題があった。

上記減衰作用及び固定的効果を与える減衰機構とし
て、本出願人は、上部構造（４）と下部構造（２）の間
に、柱状の鉛塊を、アイソレータ（３）から独立させて
固定することを考えた。

この減衰機構としての鉛塊は、地震発生時に建築物
（４）が水平方向の大周期振動をしたとき、塑性による
履歴減衰によって振動エネルギーを吸収し、振動振幅を
小さくし、揺れを早く収束させる。特に、この履歴減衰
時に鉛塊はほぼ完全な塑性変形をするので、高速で小周
期の寄生振動をほとんど発生させない。従って実用に好
適する免震性能を与える。

さらに、この鉛塊（５）は、横方向荷重が一定限度を
超えるまでは、塑性変形を開始しないので、建築物の付
近を走行する大型車輌等による振動や台風による横方向
の風荷重によっては、建築物が動かないようにする固定
的効果も発揮する。

この鉛塊（５）が上記振動減衰作用及び固定的効果に
関して優秀な特性を持つことは、第７図に示す横方向荷
重Ｐに対する変位δのヒステリシス特性から理解でき
る。

このヒステリシス特性は略矩形に近い形状であり、例
えば第８図に示す弾塑性材料である鋼棒のヒステリシス
ループと比べるとわかるように、ヒステリシスループで
囲まれる面積（１振動周期当りの振動エネルギー吸収量
を表す）を極めて大きくとることができる。また上記鉛
塊のヒステリシスループは、振幅範囲のほとんどの区間
で略完全な塑性変形をしていることを示す水平の軌跡を
描いており、弾性変形若しくは弾塑性変形していること
を示す傾斜した軌跡の区間が極めて少ない。このこと
は、アイソレータが低速で大周期の免震動作をしている
とき、これに高速の小周期振動が重畳し、居住者に不快
なガつ付きを感じさせる現象をほとんど除去できること
を示すものである。これを第８図に示す鋼棒のヒステリ
シスループについて見ると、鋼棒では振幅範囲の全ての
区間で弾性若しくは弾塑性変形をしていて、上記寄生振
動が発生し易く、実用装置として不適当な不快なガタつ
きを生じさせる。

また、第７図の鉛塊（５）のヒステリシスループの立
ち上がり及び立ち下がりが略垂直になっていることから
わかるように、一定値に達しない横方向荷重Ｐでは殆ど
変形しない。このことから、免震の必要がなく、建築物
を動かすべきではない台風による一方向荷重や大型車輌
等の通過による微振動等に対する固定的効果も理想的な
ものが得られる。これは第８図に示す鋼棒のヒステリシ
ス特性においては、小さい横方向荷重に対しても、それ
に略比例した変位量を持つことと比較すると、顕著な効
果であることがわかる。

なお、この鉛塊に類似したものとして、特開昭52−49
609号公報に周期的剪断エネルギーの吸収体が開示され
ている。この装置は、地震エネルギーの吸収を、鉛に曲
げ変形させないで、剪断歪みのみを起こさせることによ
って行なう。このため、この公報の明細書に記載された
鉛は、いずれも短くかつ厚くされている（同明細書第18
頁第９行〜第11行等）。したがって、この周期的剪断エ
ネルギーの吸収体は、日本固有の大地震に対して必要な
免震動作時の大きな水平方向変位に追従できず（破断す
る）、日本における大地震に対して機能し得ない。

また、この鉛塊に類似したものとして、第９図に示す
ように薄いゴム板（８）（８）…と鋼板（９）（９）…
を交互に積層したアイソレータ（10）の中心に貫通孔を
設け、この貫通孔内に円柱状の鉛（11）を充填したもの
（昭和60年６月28日発行日本工業新聞１ページ記載の鉛
ゴム免震装置）が記載されている。しかし、この鉛塊
（11）は、外周を完全に拘束されて曲げ変形が妨げら
れ、剪断変形によってのみエネルギ吸収を行う点で、上
記公報の発明と変わりはない。この構造では、周囲の積
層体で、形状が保持されるが、大地震に対する免震動作
時の非常に大きな水平方向振動が鉛（11）に加わると、
曲げ変形できないため各部分に加わる応力は極めて大き
くなり、１ブロックとしての鉛の性質（各部分の鉛分子
の結合状態）が大きく変化し、ヒステリシス特性で示さ
れる減衰能力が繰返し変形によって大きく変動する。こ
の変動状態を予測することは極めて困難であり、その減
衰能力の定量化ができない。これは保安装置として性能
を保証する必要がある免震装置に使用する減衰機構とし
ては、実用不可能を意味する。また、この周期的剪断エ
ネルギの吸収体の鉛（11）は、弾性支持部材内に圧入す
る複雑な構造のため、製作コストが高額になる欠点、お
よび鉛が内部に封入され劣化状態を外部から見ることが
できず、取替え時期の判断が困難といった欠点を持って
いる。

これに対し、本発明者が考えた上記鉛塊は、曲げ変形
可能な長さを持ち、自由な曲げ変形を許容するようにア
イソレータとの距離を確保した状態で取り付けられるの
で、水平方向の大変形にも追従できる。また、アイソレ
ータと減衰機構が独立しているので、別々にに製作した
ものを任意に組み合わせて必要な特性を得ることができ
汎用性が高く、建築物の免震構造設計の自由度が大きく
とれ、個別の交換もできるといった長所がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記鉛塊は免震装置用の減衰機構として好適するヒス
テリシス特性を有する。しかし、鉛塊の取付け強度に問
題がある。

鉛塊は免震動作時に重量物である建築物によって直接
に曲げ変形させられ、この水平方向振幅は大きいため、
鉛塊と取付板の接合部に大きな応力が作用し、剥離が起
こり易い。この接合を、例えば前記周期的剪断エネルギ
ーの吸収体で用いられた、ろう付けによって行なうと、
取付板と鉛塊とは素材の性質が相当に異なり、十分な強
度が得られず、実用にならない。

また、減衰動作時の繰り返し変形によって金属疲労を
起こし、ある限度を超えて使用すると鉛塊自体が破断す
る。本発明者が横方向の繰り返し荷重Ｐに対する鉛塊の
破断現象を観察したところ、この破断は始めに第10図に
示すように鉛塊の両端付近の外周面に微細な亀裂（12）
が入り、この亀裂（12）が徐々に拡大するという過程を
経て破断に到ることが分かった。

そこで、本発明は、上部構造と下部構造に対する鉛塊
の取付部分の耐久性を、鉛塊と取付板の接合強度、及び
鉛塊の端部の金属疲労の抑制の両面から強化することに
より、長寿命化を図ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記従来の問題点に鑑み、これを改良したも
ので、問題点を解決するための手段は、弾性板と剛性板を交互に積層して形成したアイソレー
タによって、上部構造を下部構造上に載置・支持すると
ともに、鉛塊の上端と下端を、取付板を介して上部構造
と下部構造に固定したものにおいて、上記取付板を、鉛塊の上端面と下端面に、接合部分を
両金属のアロイとして直接接合するとともに、上記取付板を、両端を除き同一の太さで上下方向に曲
げ変形可能な長さで延び、両端の固定部に上部構造又は
下部構造に向かって太さが徐々に大きくなるテーパーを
形成し、かつ、自由な曲げ変形を許容するようにアイソレータ
との距離を確保した位置に、鉛塊を取り付けたことを特
徴とする免震装置である。

〔作用〕

上記手段は、鉛塊と取付板とをアロイ結合により一体
化したので、接合面の剥離をなくし、寿命を長くするこ
とができる。これと同時に、鉛塊の両端に形成されたテ
ーパー部は、水平方向の大変形による応力集中を緩和し
て、鉛塊両端の亀裂を防止する。この両作用によって耐
久性を向上し、長寿命化が図れる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を以下図面を参照して説明する。

第１図に本発明の免震装置（13）を示す。上部構造で
ある建築物（４）は、下部構造から基礎（２）上に分散
配置したアイソレータ（３）（３）…上に載置・支持さ
れている。また、両端部分の断面積を中間部分よりも大
きくした鉛塊（14）は、その上下端が、建築物（４）及
び基礎（２）に固定されている。

この鉛塊（14）は第２図及び第３図に示すように、径
の大きい両端の取付部分（14a）（14a）と径の小さい中
間部分（14b）との境界部分の外周をテーパー面とし、
その断面積が徐々に変化するようにしている。この構造
において、曲げ応力が最も強く作用する鉛塊の両端は径
が大きく、また、径が変化して集中応力が作用する部分
はテーパー状の外形とし、応力集中を分散させているの
で、金属疲労の局部集中を防止できる。

この鉛塊（14）の両端には、上部構造と下部構造に取
り付けるために取付板（15）（15）が固着されている。
この固着は、上記テーパー部によって面積を大きくした
鉛塊（14）の両端面と取付板との接合部分を両金属のア
ロイとして両者を一体化結合する。

〔発明の効果〕

本発明は、アイソレータに併設される免震装置用の減
衰機構としての鉛塊を、大きな水平方向変形に追従する
長さの円柱体とし、取付板と鉛塊との接合を両金属をア
ロイ化することによって結合するとともに、その両端に
テーパー部を形成し、応力集中を緩和したから、大地震
に対する減衰動作時の曲げ変形で鉛塊両端に発生する集
中応力に対する剥離及び亀裂を防止して寿命を長くし、
免震装置の実用価値を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明を説明する図面で、第１図は本
発明の一実施例の免震装置を示す正面図、第２図及び第
３図は鉛塊の形状を示す正面図及び平面図である。第４図〜第６図は従来例を説明する図面で、第４図は免
震装置の構成を示す正面図、第５図及び第６図はアイソ
レータの正面図及び平面図である。第７図は本発明で用いる鉛塊の横方向荷重Ｐに対する変
位δのヒステリシス特性図、第８図は参照用データとし
て挙げた鋼棒のヒステリシス特性図である。第９図は従来の鉛柱封入型アイソレータの断面図であ
る。第10図は本発明のテーパー形状を採用しない場合の鉛塊
の不具合を説明する正面図である。（２）……下部構造（基礎）、（３）……アイソレー
タ、（４）……上部構造（建築物）、（６）……剛性
板、（７）……弾性板、（13）……免震装置、（14）
（14′）（14″）……鉛塊、（14a）……断面積の大き
い端部、（14b）……中間部分。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性板と剛性板を交互に積層して形成した
アイソレータによって、上部構造を下部構造上に載置・
支持するとともに、鉛塊の上端と下端を、取付板を介し
て上部構造と下部構造に固定したものにおいて、上記取付板をを、鉛塊の上端面と下端面に、接合部分を
両金属のアロイとして直接接合するとともに、上記鉛塊の形状を、両端を除き同一の太さで上下方向に
曲げ変形可能な長さで延び、両端の固定部に上部構造又
は下部構造に向かって太さが徐々に大きくなるテーパー
を形成し、かつ、自由な曲げ変形を許容するようにアイソレータと
の距離を確保した位置に、鉛塊を取り付けたことを特徴
とする免震装置。