JP2819454B2 - 小型建築物用免震装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は小型建築物用免震装
置に係り、特に木造住宅等の小型の建築物の布基礎部分
の一部に組み込むようにした免震装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、施工例がふえてきた免震建築物
は、たとえば１０階建て程度の中層構造の建物が対象と
されてきた。この種の建物は、建物の剛性が比較的大き
いため、基礎部分に設置された免震装置を介して建物に
地震波が入力されると、各階がほぼ一応に水平移動す
る。すなわち、建物振動が１次振動モードの卓越した振
動形を示すことで、建物に層間変位が生じないように
し、建物の損壊の防止を図っている。この種の免震装置
としては、積層ゴムからなるアイソレーターが多く使用
されている。また、必要に応じてエネルギー吸収能力を
有するダンパも組み込まれている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の免震
装置は、多くの場合、中層ＲＣ建物に適用するように設
計、製造されている。これらを一般木造住宅に適用する
ためには、建物の基礎構造から大がかりなものとする必
要があり、アイソレーターのコストも含め、設備コスト
が高くなりすぎるという問題がある。

【０００４】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、布基礎等によって支持され
ている木造住宅のような小型の構造物の基礎部分に、組
み込むようにしたコンパクトな小型建築物用免震装置を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は小型建築物の基礎の柱設置位置に設置され
る小型建築物用免震装置であって、前記基礎の天端とほ
ぼ等しい高さに上面位置が設定された前記免震装置の上
部構造の一部を構成する本体プレートと、基礎コンクリ
ート上に据え付けられ、前記免震装置の上部構造と組み
合わされる下部構造を構成し、その上面の所定位置に球
座面が形成されたベースプレートと、該ベースプレート
上の球座面上を転動可能な鋼球を収容したボールベアリ
ング支承と、該ボールベアリング支承に支持され前記本
体プレートを弾性支持可能なバネ支承と、前記本体プレ
ートの下面に設けられ、前記バネ支承の上下方向移動を
ガイドするブラケットと、該ブラケットに支持された支
持軸回りに回動可能に支持され、前記ベースプレートの
外周フランジに係止可能なフック部を有するフックプレ
ートとを備え、前記免震装置への入力地震動が所定の作
用力より小さい場合には、前記ベースプレートの外周フ
ランジと前記フック部とが係止したままの状態にあり、
前記ボールベアリング支承と該バネ支承の移動が抑止さ
れ、入力地震動が所定の作用力より大きい場合には、前
記係止が解かれ、入力地震動に応じて前記ボールベアリ
ング支承と該バネ支承が移動または変位し、前記小型建
築物への地震動の作用力が軽減されるようにしたことを
特徴とするものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の小型建築物用免震
装置の一つの実施の形態を、添付図面を参照して説明す
る。図１は、小型建築物の一例として挙げた木造建築物
の布基礎部分に、本発明による免震装置を組み込んだ状
態を示した部分正面図である。同図に示したように、布
基礎１の一部は、免震装置２０を組み込むために、分離
されて施工されている。そして、その分離されたスペー
スに免震装置基礎２が構築されている。この免震装置基
礎２は鉄筋コンクリート製であり、割栗石３上に均しコ
ンクリート４を施工し、その上に鉄筋５を配筋し、所定
寸法のブロック状にコンクリートが打設されている。こ
の免震装置基礎２の寸法は、地質調査等により得られた
地耐力をもとに決定することが好ましい。

【０００７】免震装置基礎２のほぼ中央位置には、合計
８本のアンカーボルト６が所定間かうをあけて埋設され
ている（図１では４本のみが図示されている）。このア
ンカーボルト６により、免震装置２０が基礎２の上面に
固定される。また、基礎上面２ａの外周位置には、基礎
上面２ａを取り囲むようにして包囲壁７が基礎本体と一
体的に形成されている。さらに、この包囲壁７の内側に
は、排水溝８が基礎上面２ａを周回するように設けられ
ている。なお、基礎上面２ａには、この排水溝８に向け
て所定の水勾配がつけられており、基礎上に溜まった雨
水等を排水溝８内に排水することができる。排水溝８に
溜まった雨水等は、図示しない排水パイプを介して基礎
外に排水される。

【０００８】布基礎１の端部は、包囲壁７の上方位置ま
で延設されている。布基礎１端部と包囲壁７との間に
は、弾性シール材９が介装されている。この弾性シール
材９を布基礎１と免震装置基礎２との間に設けることに
より、布基礎１側から免震装置基礎２への雨水の流入を
遮断できる。また、地震時に地盤から伝達される地震動
を、布基礎１と免震装置基礎２との間で絶縁させること
ができる。弾性シール材９としては、緩衝機能を備えた
ものであれば、合成ゴム、発泡スチレン樹脂等を種々の
材質のものを使用することができる。

【０００９】免震装置２０は、上部構造と下部構造とを
組み立てた構造からなり、上部構造は上面プレート２１
と、この上面プレート２１と一体化した本体プレート２
２とからなる。このうち、上面プレート２１の天端と布
基礎１の天端とは、ほぼ等しいレベル（高さ）に設定さ
れている。土台１０は、布基礎１に沿って配置され、布
基礎１と免震装置２０とで均等に荷重分担され、支持さ
れている。この本実施の一形態に示した発明では、平面
レイアウトにおいて、免震装置２０は、柱１１及び筋か
い１２の設置位置の土台１０の下側に設置されている。
なお、アンカーボルト１３は、図２に示したように、免
震装置２０の上面プレート２１上の所定位置に溶接され
ており、このアンカーボルト１３により土台１０が免震
装置２０に直接固定されるようになっている。また、上
面プレート２１を省略し、本体プレート２２の上面にア
ンカーボルト１３を溶接することもできる。

【００１０】次に、図２及び図３を参照して免震装置２
０の構成について説明する。図２は免震装置２０を側方
正面から見た正面図である。図３は内部の理解のために
免震装置２０を分解して示した概略分解斜視図である。
免震装置２０の上部構造を構成する上面プレート２１と
本体プレート２２とは、図２に示したように、等しい平
面寸法からなる略正方形状の鋼板であり、両者は、四隅
に設けられたネジ孔２３部分（図３参照）で止めボルト
２４によって一体化されている。本体プレート２２の下
面には、各辺に沿って２個づつ計８個のブラケット２５
が溶接されている。このブラケット２５は、図３に示し
たように、略台形状をなし、下端近傍にボルト孔２６が
形成されている。

【００１１】フックプレート３０は、図２、図３に示し
たように、側面視して下端部分が鋭角に屈曲した略Ｖ字
形をなし、屈曲した下端部分は、後述するベースプレー
トの外周フランジに係止する先端フック３１を構成して
いる。一方、上端は丸曲げ加工され、軸受け部３２を構
成している。この軸受け部３２とボルト孔２６とに取付
ボルト２７を挿通し、フックプレート３０をブラケット
２５で回動可能に支持している。なお、図３において止
めボルト２４及び取付ボルト２７は、図の簡単化のため
に一か所のみが示されている。

【００１２】さらに、本体プレート２２の下方には、そ
の四隅がブラケット２５の位置にくるように、バネ台座
プレート３５が配置されている。このバネ台座プレート
３５は略正方形を成した鋼板で、このバネ台座プレート
３５上に後述する板バネ４１及びコイルバネ４２が載置
され、バネ支承部４０が構成されている。本体プレート
２２は、このバネ支承部４０により弾性支持されてい
る。

【００１３】一方、上部構造及びバネ支承部４０を基礎
２上で支持し、免震装置２０の下部構造を構成するベー
スプレート５０が図３に示されている。このベースプレ
ート５０は、平面視して正方形状をなした鋼板であり、
中央位置には所定の直径を有する偏平円筒形状の凹所５
１が形成されている。この凹所５１の底面部分は、大き
な曲率の凹球面状を成し、球面座５２を構成している。
そして球面座５２の中央には水抜き孔５３が設けられて
いる。この球面座５２上には図３に模式的に示した４個
の鋼球５４が転動可能に載置されるようになっている。
これら鋼球５４は下方に開口を有するボール球座５５内
に上半部分が収容支持されている。さらに４つのボール
球座５５は、略十字形を成す連結フレーム５６によって
連結され、さらに前述のバネ台座プレート３５の下面に
中心位置が一致するように固着されている。この鋼球５
４とボール球座５５とによりボールベアリング支承部が
構成されている。このボールベアリング支承部はバネ台
座プレート３５を介してバネ支承部４０を支持してい
る。

【００１４】ベースプレート５０の周縁には、下面が図
２、図５に示したように所定の曲率で切欠かれた外周フ
ランジ５８が形成されている。この外周フランジ５８
は、フックプレート３０の先端フック３１が、根元部に
堅固に係止している。また、この状態でストッパプレー
ト５７上端がフックプレート３０に当接している。この
状態ではフックプレート３０は支持軸である取付ボルト
２７回りに回動することができない。このため、図５に
下向き矢印で示した鉛直荷重が載荷されても、荷重は上
面プレート２１、本体プレート２２、フックプレート３
０、ベースプレート５０の外周フランジ５８を経由して
確実にベースプレート５０に伝達される。このように、
鉛直荷重はバネ支承部４０に伝達されず、柱位置は長期
荷重に対して弾性支点としてでなく、鉛直方向固定支点
として機能する。

【００１５】これらの部品を組み立てる場合には、各部
材を組み立てた状態で、本体プレート２２に回動可能に
支持された４個のフックプレート３０の先端フック３１
を、図２及び図５に示したように、ベースプレート５０
の外周フランジ５８（構成は後述する。）に堅固に係止
させればよい。また、この組立状態では、ベースプレー
ト５０上面に配設されたストッパプレート５７の上端
が、フックプレート３０の内面の所定位置に当接してい
る。

【００１６】図４は、上面プレート２１及び本体プレー
ト２２を取り除いた状態でフックプレート３０がブラケ
ット２５に支持された状態を示した概略平面図である。
同図ではブラケットの断面のみを示している。バネ台座
プレート３５の四隅は、ブラケット２５によって概略位
置決めされている。これにより、図５に示したように、
バネ支承部４０の板バネ４１及びコイルバネ４２が圧縮
されると、バネ台座プレート３５がこのブラケット２５
にガイドされながら、上方に移動する。なお、コイルバ
ネ４２及び板バネ４１は、無載荷の状態でその上下端が
バネ台座プレート３５及び本体プレート２２の間に溶接
されている。このうち、板バネ４１は、複数の板バネ４
１を十字形に積層した構造を成し、交差部が略Ｕ字形の
止め金フック４３を介してバネ台座プレート３５の中央
位置に固定されている。

【００１７】なお、コイルバネ４２内には円筒形状のワ
イヤメッシュスポンジを挿入しておくことが好ましい。
このワイヤメッシュスポンジは、所定線径のステンレス
鋼線を素線として細かく編み上げたもので、この編み上
げた束線を所定形状に巻き上げて圧縮成形し、一定の減
衰作用とバネ作用とを合わせ持たせたエネルギー吸収金
属材料である。このワイヤメッシュスポンジをコイルバ
ネ４２内に収容しておくことにより、この免震装置２０
にたて波が入力された場合に、その入力波の振動エネル
ギーを吸収減衰させることができる。

【００１８】次に、この免震装置２０に地震動が入力さ
れた際の、免震装置２０の動作について図６〜図８を参
照して説明する。図６は常時の免震装置２０の状態を示
した部分断面図である。このときブラケット２５に回動
可能に支持されたフックプレート３０は、先端フック３
１がベースプレート５０の外周フランジ５８に係止され
ている。また、ストッパプレート５７の先端はフックプ
レート３０の内面位置に当接している。この状態では、
フックプレート３０の先端フック３１がベースプレート
５０の外周フランジ５８と堅固に係止しているため、常
時に上面プレート２１に作用した柱からの鉛直荷重は、
直接ベースプレート５０に伝達される。すなわち、コイ
ルバネ４２及び板バネ４１にはこの常時荷重は作用せ
ず、上面プレート２１からベースプレート５０に対して
直接伝達される。

【００１９】さらに、地震動を構成する地震波がこの免
震装置２０に入力された場合について説明する。まずＰ
波としてのたて波がこの免震装置２０に入力されると、
例えば、図７に矢印で示したように、地震波は、ベース
プレート５０に上下波として伝達される。これにより、
ベースプレート５０が上方に持ち上げられようとする
と、まず押し上げ力がストッパプレート５７位置でフッ
クプレート３０を上方へ強く押し上げ、外周フランジ５
８と係止している先端フック３１の係止部分が塑性変形
して外周フランジ５８とフックプレート３０との係止が
解かれる。この結果、押し上げ力はフックプレート３０
の矢印方向Ｒへの回動力として作用し、フックプレート
３０は、図７に示したように、外方に向かって回動す
る。これにより、鋼球５４を介して沿直上向力がコイル
バネ４２及び板バネ４１に入力される。このときコイル
バネ４２内のワイヤメッシュスポンジが最大ΔＶだけ圧
縮されて塑性変形する。このため、ベースプレート５０
から伝達された入力波は、上面プレート２１に伝達され
る間にエネルギーが吸収され、上面プレート２１からさ
らに上部へ伝わる地震力は大幅に軽減される。その後に
繰り返される地震波においても、免震装置２０の上部に
位置する建物本体に入力されるＰ波（たて波）は大幅に
軽減される。

【００２０】次に、図８を参照してこの免震装置２０に
入力されるＳ波（横波）が作用した際の、免震装置２０
の動作について説明する。Ｐ波に引き続いてＳ波が入力
された際、一旦係止がはずれたフックプレート３０は定
位置である外周フランジ５８との係止状態に戻ってい
る。このときすでにフックプレート３０の先端フック３
１部分は塑性変形してしまっている。このため、この部
分での係止は緩くなっている。この状態で横波地震波が
免震装置２０に入力されると、図８で示した装置の右側
位置に示されたストッパプレート５７の上端が右側のフ
ックプレート３０を持ち上げるように右方向に移動す
る。このとき左側のフックプレート３０はベースプレー
ト５０の右方向への移動に伴ってフリーになるので、支
持軸まわりに矢印方向に回動する。このとき鋼球５４で
支持された免震装置２０の上部構造は、鋼球５４が転動
することにより、ベースプレート５０の移動に追従せず
に当初位置を保持する。このため、免震装置２０に入力
されたＳ波（横波）によって建物本体が横方向へ移動す
るのを防止することができる。

【００２１】次に、図９を参照して実際の木造建物にこ
の免震装置２０を設置する実施の一形態について説明す
る。図１以下に示した免震装置２０では、バネ支持プレ
ート４０を、４つの鋼球５４によって支承したが、この
バネ支持プレートを２つの鋼球５４で支承させたり、ま
た１つの鋼球５４で支承させることにより免震装置２０
の支持能力を種々設定することができる。

【００２２】図９において、符号Ａで示した免震装置２
０は４個の鋼球５４によって支持されるタイプの免震装
置２０である。このＡタイプの免震装置２０は、主に大
きな鉛直荷重を受ける隅柱位置に設置することが好まし
い。さらに鋼球５４２個を備えたＢタイプの免震装置２
０を、通し柱が配置される基礎部分に設置する。そして
その他の柱位置に１個の鋼球５４を備えたＣタイプの免
震装置２０を配置している。例えば、図９に示した木造
住宅の例（建坪３４坪程度）では、Ａタイプを９か所、
Ｂタイプを４か所、Ｃタイプを１１箇所に使用してい
る。このように鉛直荷重の大きさに合わせて種々の免震
装置２０のサイズを変えて設置することで上部の建物部
分を荷重のバランス良く支持することができる。Ｂタイ
プ及びＣタイプ内に組み込まれるバネ部材の種類は、板
バネタイプでも良いし、コイルバネタイプでも良いこと
は言うまでもない。また、本免震装置２０を構成する部
材は耐腐食性の高い鋼材あるいはステンレススチール等
の金属材料を使用することが好ましい。

【００２３】なお、地震が発生して免震装置２０が動作
した場合には、その後、塑性変形したフックプレート３
０を交換すれば、免震装置２０の再利用が可能である。
このとき免震装置２０は布基礎１部分から独立した基礎
上に設置されているため、フックプレート３０の交換作
業を行う空間が確保されている。このため、交換作業を
容易に行うことができる。また、免震装置２０の上面プ
レート２１に土台を取り付けるには、アンカーボルト６
による以外に、Ｌ形鋼等の鋼材ピースを用いてもよいこ
とは言うまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による小型建築物用免震装置を基礎に組
み込んだ一実施の形態を示した正面図。

【図２】図１に示した小型建築物用免震装置を拡大して
示した正面図。

【図３】図１に示した小型建築物用免震装置の内部を分
解して示した分解斜視図。

【図４】図２のIV-IV端面線の矢視に沿って小型建築物
用免震装置の下部構造の配置を示した平面図。

【図５】図４のV-V断面線に沿って示した小型建築物用
免震装置の内部断面図。

【図６】常時荷重作用時の小型建築物用免震装置の作動
状態を示した部分断面図。

【図７】Ｐ波作用時の小型建築物用免震装置の作動状態
を示した部分断面図。

【図８】Ｓ波作用時の小型建築物用免震装置の作動状態
を示した部分断面図。

【図９】小型建築物用免震装置を建物基礎に配置した例
を模式的に示した基礎伏図。

【符号の説明】

１ 布基礎 ２ 免震装置基礎 １０ 土台 ２０ 免震装置 ２１ 上面プレート ２２ 本体プレート ２５ ブラケット ３０ フックプレート ３１ 先端フック ３５ バネ台座プレート ４０ バネ支承部 ４１ 板バネ ４２ コイルバネ ５０ ベースプレート ５４ 鋼球 ５５ ボール球座 ５７ ストッパプレート ５８ 外周フランジ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】小型建築物の基礎の柱設置位置に設置され
   る小型建築物用免震装置であって、前記基礎の天端とほ
   ぼ等しい高さに上面位置が設定された前記免震装置の上
   部構造の一部を構成する本体プレートと、基礎コンクリ
   ート上に据え付けられ、前記免震装置の上部構造と組み
   合わされる下部構造を構成し、その上面の所定位置に球
   座面が形成されたベースプレートと、該ベースプレート
   上の球座面上を転動可能な鋼球を収容したボールベアリ
   ング支承と、該ボールベアリング支承に支持され前記本
   体プレートを弾性支持可能なバネ支承と、前記本体プレ
   ートの下面に設けられ、前記バネ支承の上下方向移動を
   ガイドするブラケットと、該ブラケットに支持された支
   持軸回りに回動可能に支持され、前記ベースプレートの
   外周フランジに係止可能なフック部を有するフックプレ
   ートとを備え、 前記免震装置への入力地震動が所定の作用力より小さい
   場合には、前記ベースプレートの外周フランジと前記フ
   ック部とが係止したままの状態にあり、前記ボールベア
   リング支承と該バネ支承の移動が抑止され、入力地震波
   が所定の作用力より大きい場合には、前記係止が解か
   れ、入力地震動に応じて前記ボールベアリング支承と該
   バネ支承が移動または変位し、前記小型建築物への地震
   動の作用力が軽減されるようにしたことを特徴とする小
   型建築物用免震装置。