JP2886163B2 - 振動及び衝撃の隔離並びにエネルギー吸収装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は建築構造のための衝撃隔離及びエネルギー放
散システムに関し、さらに具体的には、外部に源を発す
る衝撃荷重を吸収する、建築構造物におけるエラストマ
ー等の振動隔離及びエネルギー放散材料の使用に関す
る。

従来の技術 地震、旋風、往復運動する、あるいは不均衡な機械、
あるいは断片が飛び散るなどの外的衝撃に起因する振動
性のあるいは衝撃的な動的運動から建築物を守ることが
重要になつてきた。特に原子力プラントの構造物におけ
る地震からの隔離の重要性は、具体的な研究事項となつ
ている。例えば、建築物の地震性の運動からの隔離は、
耐震支持装置を形成するために板（通常はスチール）の
間に置かれゴムのようなエラストマーを利用することに
よつて、先行技術によつて幾つかの例で達成されてい
る。これらの支持装置は構造物と基礎との間で建築構造
物の下に置かれる。したがつて、地震の時の下層土の運
動はそのエラストマーにより遮断され、建築構造物に加
えられる加速度を著しく減少させ、損害を除去あるいは
最小限にし、望ましくない応力と歪が伝達されるのを防
止する。

一般的にこれら先行技術の支持装置は、中間のエラス
トマー材料を備えた多数の板を有して構成されているの
で、多層構造となる。そのような構造はある種の地震性
の外乱の遮断においては効果的かもしれないが、建築構
造物を基礎へ固定する必要性がある。そのような固定
は、従来技術において耐震支持装置とは別に、剪断力や
上昇力（アツプリフト）が建築物の構造上の完全な状態
を乱すのを防止するために要求された。

発明が解決すべき課題 したがつて、建築構造物に使用する、改善された振動
及び衝撃隔離（遮断）システムを提供するのが本発明の
目的である。

エラストマーの隔離の簡易性及び有効性という利点を
維持しつつ、滑りと分離に耐えられる振動及び衝撃隔離
システムを提供することが、本発明のもう１つの目的で
ある。

エラストマー材料の層によつて隔離されたキー、即
ち、キー連結可能な板を組み込んで、上昇力及び剪断に
対する抵抗を与えて、建築物の完全な状態を維持する振
動及び衝撃隔離システムを提供することが、本発明のさ
らにもう１つの目的である。

構造上の結合部の如く、主要な構造要素の重要な結合
部に衝撃及び振動隔離要素を組み込んだ建築構造物に利
用する、振動及び衝撃隔離システムを提供するのが本発
明のさらにもう１つの目的である。

主要な構造要素の重要な結合部に、衝撃と振動の隔離
を提供するのと同時に、エネルギー放散要素を提供する
ことが本発明のもう１つの目的である。

課題を解決するための手段 簡潔に言うと、図説のために選ばれた一実施例によれ
ば、主要な構造要素を支持するように設計された基礎を
含んだ建築構造物は、各々その構造要素と基礎の結合部
に位置させられた複数の耐震支持装置を備えている。そ
の耐震装置の各々は、基礎に取り付けられた提供板（ド
ナープレート）と主要構造要素に取付けられた受体板
（リセプタプレート）とを含んでいる。エラストマー材
料の層が、ドナーとリセプタプレートの間に位置させら
れ、それらと接触して、それらプレートを隔離した状態
に保つている。それらのプレートは、お互いに組み付き
合う横断面形状を有するように作られて、エラストマー
材料によつて区切られたキー付のドナープレートとリセ
プタプレートとを備えたキー連結可能な構造を形成し、
剪断と上昇力（アツプリフト）に耐えられる、基礎と主
要構造要素との間の中間要素を提供する。

（実施例） 第１図を参照すると、建物の必要な構造要素、本実施
例において柱12を支える基礎10が示されている。振動及
び衝撃隔離支持装置14が、基礎10に固定されたドナープ
レート16を含んで備えられている。ドナープレート16
は、ドナープレート16の底部に溶接あるいは固定された
固定用棒17あるいは固定用ボルトすなわち同様にドナー
プレート16に取付けられる頭付固定用スタツドを含んだ
種々の態様で固定してよい。この際、ドナープレート16
は基礎10にしつかりと永久的に固定され、基礎10により
伝達されるほぼ全ての応力を受けることがわかるであろ
う。

リセプタプレート20が、ベースプレート22を柱12の底
に溶接するなど便宜なやり方で、柱12に固定され、24と
25で示されているネジの刻まれたボルトとその対応する
ナツトを収受している。ボルト24と25はリセプタプレー
ト20に溶接されるか他のやり方で固定されている。した
がつてリセプタプレート20が柱12にしつかりと堅く固定
され、それが受けたどんな、そして全ての力を直接柱に
伝達する、ということがわかる。

プレート16と20の各々は、お互いに対して組み付き合
う横断面形状を有していて、キーの付いた結合構造を構
成する。弾性のあるエラストマー材料の層28がプレート
16と20との間に配置されて接触しており、動的にそれら
のプレートが分離された状態に保つている。したがつ
て、基礎10から伝わる地震性の動きは、柱12に伝わる前
にエラストマーの層によつて減衰される。同様に、旋
風、衝撃あるいは不均衡な機械力は、柱12から基礎へ伝
わる前に層28で減衰され消散される。

振動及び衝撃隔離支持装置14は、振動性及び衝撃的動
的運動の減衰の機能を提供するのみでなく、基礎10と柱
12との間の剪断と上に持ち上げる力（アツプリフト）に
耐えられるカツプリングをも提供することに留意するこ
とが重要である。すなわち、従来技術における多層にさ
れた平らな板の構造とは違つて、本発明の振動及び衝撃
隔離支持装置以外には何も、柱12のような建物の主要な
構造要素と基礎10との間に構造上の結合がなされる必要
がない。衝撃（例えば地震）が起つている間、その二つ
の構造上の部品10と12はエラストマーの層28の寸法と幾
何図形的配列によつて制御された、限られた局部的な変
位を発現する。同様に、振動している間、このわずかな
変位は一方の構造上の部品から他方へ伝えられる力を減
少させる。不均衡な機械類のようなものに由来する連続
する振動は、伝達される運動を隔離し、層28内に熱を生
じさせるエネルギーを吸収するエラストマーの層によつ
て、一つの主要な構造上の要素から他方への伝達は遮断
される。過度の大きさの衝撃や振動が起つた場合には、
プレート16と20の互いに結合する横断面の形状が、接合
個所の構造的損壊を防止し、過度の力を建物の構造の延
性のある構造部品に伝達する。

説明のために選ばれた第１図の実施例は、縦方向に延
びるキーを形成している組み合う横断面形状を有してい
るプレート16と20を組み入れていることが留意されるで
あろう。これらのキーは矢印30と31の方向の剪断力に起
因する剪断力損壊を防止し、矢印32と33の方向での剪断
破壊の防止は、35で示されている端部プレートとドナー
プレート16の反対側端部の同様のプレート（図示せず）
を組入れることにより提供されるであろう。同様に、全
方向の剪断に耐えることは、異なつたタイプの剪断キー
パターンを組込んだ組み合う横断面形状を組込むことに
より達成されるであろう。第9a図から9f図に示されるよ
うなパターンは、多方向での剪断破壊に対して保護を提
供するであろう。

第9a図はキー溝が平面図においてテーパが付いてい
る、結合されたドナプレートとリセプタプレートの利用
を示しており、同様に第9c図、9e図及び9f図の結合して
いるプレートは弓形、半円あるいは円形のキー溝を表わ
しており、そこではリセプタプレートとドナープレート
が最初に、一方を他方に対して回転させることにより、
お互いに対する結合位置に適合されている。第9f図につ
いては、円形の結合用キー溝は、最初に第9e図における
のに似た態様の半円形のキー溝を用いて形成されねばな
らないであろう。したがつて第9f図のキーとキー溝の円
形の形状は、キーが付けられてお互いに対して回転させ
られて結合した半円形のドナープレートとリセプタプレ
ートを用い、それからまつたく同じ一対のリセプタプレ
ートとドナープレートを用い、その結合されたプレート
の２つの半分のものを一緒に溶接して第9f図に示される
形状を形成することにより達成される。第9b図及び9d図
のキーの形状は多層形状であるすなわち第9b図のドナー
プレートとリセプタプレートは第１図に関して示された
ものと同じでよいが、最初のドナーとリセプタプレート
のキー溝に対して直角にされたキー溝を備えた第２のド
ナープレートとリセプタプレートの層が追加されてい
る。同様に第9d図の形状は、お互いに対して45゜と直角
に置かれたキー溝を含んだ多層構造を利用している。

第２図はドナープレートとリセプタプレートに利用で
きる他のキーのパターンを示している。プレートの横断
面形状が第１図に示されるそれとは異なるが、そのプレ
ートがお互いに結合する横断面形状を有していて、キー
付の剪断とアツプリフトに耐える支持構造であることに
気付くであろう。同様に第３図に示される他の横断面形
状は、同じキー付の構造を提供するが、非対称のキーと
キー溝を用いてプレート間の結合関係を提供している。
すなわち、プレート40はプレート45に備えられた対応す
るキー溝43の中へ延びているＬ形のキー41を備えてい
る。同じようなキーとキー溝がプレート45と40にそれぞ
れ備えられている。プレート40と45は第３図に示される
如く同一でも良いし、あるいはお互いに違つてもよい、
例えばプレートは異なつた厚さでもよい。プレートの間
のスペースは、第１図の実施例に関連して前に説明され
た態様で、エラストマー材料の層46で満たされる。第３
図のキーとキー溝は非対称であるが、プレートの形状は
お互いに結合する関係を提供し、剪断及びアツプリフト
に耐えられる構造を提供する。

本発明の耐震性支持の、変位による支持装置の破損及
びアツプリフトに起因する故障を防止する能力は重要で
ある。その支持構造によつて許容される全変位は、エラ
ストマー層によつて占められるスペースに制限される。
支持構造上の力が、そのエラストマー層の耐えられる能
力を越えた場合には、エラストマー層は破壊されるかも
知れないが、剪断方向あるいはアツプリフト方向の変位
はプレートの結合によつて厳しく制限される。このよう
にして、予測される振動性あるいは衝撃的な荷重はエラ
ストマー層の寸法と特定な形状によつて適応される、し
かしながら極端に激しいシヨツク（予測される衝撃値を
越えたもの）は、その支持構造を組み込んだ構造上の接
合個所の完全な状態を破壊しないであろう。

第４図に示される実施例は、リセプタプレート51と共
にドナープレート50を組込んでいる。ドナープレートと
リセプタプレートはお互いに、それらの間に配置された
遮断板（インターセプタプレート）52を用いることによ
つて結合され、そのインタセプタプレートはキーが付さ
れていて三枚全ての板の間の結合関係を提供する。エラ
ストマー層は、インターセプタプレート52とリセプタプ
レートの間と共にインタセプタプレートとドナープレー
トとの間のそれぞれ別体の２つの層55と56の形をとるこ
とができる。第４図に示されるようなインターセプタプ
レートを用いることにより、動的力に応答して増大した
変位に対して、個々のエラストマー層の特定の厚みを増
加することなしに、対応する手段が提供される。

本発明はまた、建築物の上部構造のすみずみまで、有
利な位置に分布された衝撃及び振動支持装置を取り入れ
ている。例えば、第５、６、７、８及び10図は各々建築
物の上部構造に典型的に見出される構造要素の種々の接
合部での、本発明の教示に従つて組立てられた支持装置
の利用を示している。各例においてその構造要素は、そ
の構造要素がお互いに振動及び衝撃吸収エラストマー層
を介してのみ結合されることとなる如く、結合する横断
面形状を有するプレートを介して係合されている。各例
において、たとえ何らかの理由で間に挟まつたエラスト
マー層が破壊されたとしても、プレートの結合した関係
がプレートの分離を防止するので、構造要素間の接合部
の構造的に完全な状態が保証される、ことに留意するこ
とが大切である。さらに、構造要素間の振動及び衝撃隔
離カツプリングの各々は、第１図に示されるようなキー
付の構造を形成する組み合う横断面形状の形をとつても
良いし、あるいは第２図及び３図に示される如く、他の
キー付の形状のいずれをとつても良い。建築物の主要な
構造要素間の接合部の、衝撃及び振動隔離特性は、大き
な地震性の衝撃に対して著しい隔離を提供し、その建築
物に作用する地震性の負荷の分散を助ける。その耐震性
の接合が、接合された部品間の完全なエラストマーの隔
離を提供するということは重要であるが、一方構造上の
完全な状態の必要性も重要である。すなわち各結合部
は、たとえエラストマー層が破壊されたとしても結合の
完全な状態を提供できなければならない。エラストマー
層の振動及び衝撃隔離特性を犠牲にすることなしに、結
合部の構造上の完全な状態が保証されねばならないとい
うことが理解されれば、“キー”を付けることの重要性
は明らかとなる。

個々のエラストマー層の硬さは、具体的な設計が出会
うことを予定されている個々の荷重に従つて、選択され
ればよい。その硬さは、第11図に示されるが如く、中断
されたキーを利用することなどによつて変更することが
できるが、第11図ではプレート60（それと図示されてい
ない組み合うキー付のプレート）のキーの間のすき間に
置かれたエラストマー層が、隣接するキーの間のすき間
の中へと膨れ出て、こうしてより硬さの少ない耐震結合
を提供することができる。

建築物の構造のすみずみまでの振動及び衝撃隔離装置
の利用によつて、そのような荷重に耐える構造物の能力
が著しく改善される。第５図に示されるようなスパンド
レル結合部、あるいは第６図に示されるようなサブフレ
ーム結合部に、そのような支持装置を組み込むことによ
り、建築物の上部構造全体に、予め定められた意図され
た柔軟性を与えることができる。同様に、建築物の構造
に組み込まれた、第８図に示されるような柱と基礎の結
合部、あるいは第７図に示されるような平面トラス結合
部が、構造上の完全な状態を犠牲にすることなしに、柔
軟性を提供する。同様に第10図に示されるような空間ト
ラス構造が、建築物の構造全体に同様の利点を提供す
る。このようにして、各々の結合部はエラストマーの振
動及び衝撃隔離装置を備え、振動エネルギーの放散を提
供することもできる。それぞれの結合部の組み付き合う
という特徴は、それぞれの建築物の構成要素間の、剪
断、アツプリフト、捩りそしてモーメントに耐える結合
を提供する、すなわちその結合部へ伝達される力は、力
という性質を有するにもかかわらず、その結合部の完全
性を損なうことがない。

別個のドナープレート及びリセプタプレートを利用す
ることなく、本発明の教示に従って耐震支持装置が形成
されることにも留意が要る。すなわちある場合には、別
体のプレートなしに、建築物の支持している要素と支持
されている要素に組み合うキーを形成することが可能で
ある。例えば、適当なコンクリートの型を利用して、柱
と基礎の間の組み合うキーを形成することができる。し
かしながらエラストマー層がその両者の間に適切に位置
させられること及び適当な補強材がコンクリートに追加
されて、設計上のモーメントあるいはアツプリフトの力
に適応するに必要な強さを提供することが条件である。
ドナープレートとリセプタプレートはスチールや金属で
作られる必要はなく、他の材料で作ることができるが、
ほとんどの例では、金属板が都合の良い特性を伴なつた
必要な強さを提供するであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、建築物の基礎と主要構造要素との間に位置さ
せられた本発明による耐震支持装置を示す、一部断面と
された斜視図、 第２図は、第１図に示された耐震支持装置の他の形状を
示す横断面図、 第３図は、さらにもう１つの耐震装置の形状を示す横断
面図、 第４図は、インタセプタプレートを使用した耐震装置の
横断面図、 第５図は、建築物の上部構造の要素間に位置させられた
振動及び衝撃隔離要素の斜視図、 第６図も同様に、上部構造要素間に配置された振動及び
衝撃隔離要素の斜視図、 第７図は、トラス構造に用いられた振動及び衝撃隔離装
置を示す図、 第８図は、柱と支持基板との間に配置された振動及び衝
撃隔離装置を示す斜視図、 第9a図乃至9f図は、振動及び衝撃隔離システムに用いら
れる種々のキーのパターンの概略図、 第10図は、空間トラスに具体化された本発明の概念を示
す図、 第11図は、エラストマー層の硬さを減少させるのに役立
つであろう、組み付き合う板の他の形を示す斜視図であ
る。 10……基礎、12……柱、14……支持装置 16……ドナープレート、20……リセプタプレート 28……エラストマー層、50……ドナープレート 51……リセプタプレート 52……インターセプタプレート

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基礎（10）及び該基礎に取付けられる主要
   な構造要素を有する建築物の構造における振動及び衝撃
   の隔離並びにエネルギー吸収装置であって、 前記基礎に固定されるドナープレート（16）、前記主要
   な構造要素に固定されるリセプタプレート（20）、及び
   前記ドナープレートとリセプタプレートの間にそしてそ
   れらと接触して位置させられてそれらを隔てられた状態
   に保つエラストマー材料層（28）を含み、 前記基礎と主要な構造要素の間に剪断及びアップリフト
   に抗するキー連結の中間要素を形成するように、前記ド
   ナープレート及びリセプタプレートは、それら両プレー
   トを一緒に固定する相互に組合うキー連結の横断面形状
   を有し、 それにより、前記振動及び衝撃の隔離並びにエネルギー
   吸収が、もっぱら前記エラストマー材料層により達成さ
   れることを特徴とする装置。
2. 【請求項２】前記ドナープレートは、前記基礎と一体に
   形成されるものであり、また前記リセプタプレートは、
   前記主要な構造要素と一体に形成されるものである請求
   項１の装置。
3. 【請求項３】基礎及び該基礎に取付けられる複数の主要
   な構造要素を有する建築物の構造における振動及び衝撃
   の隔離並びにエネルギー吸収装置であって、 前記基礎に固定される第１のドナープレート、前記主要
   な構造要素に固定される第１のリセプタプレート、及び
   前記第１のドナープレートと第１のリセプタプレートの
   間にそしてそれらと接触して位置させられてそれらを隔
   てられた状態に保つ第１のエラストマー材料層を含み、 前記基礎と主要な構造要素の間に剪断及びアップリフト
   に抗するキー連結の中間要素を形成するように、前記第
   １のドナープレート及び第１のリセプタプレートは、そ
   れら両プレートを一緒に固定する相互に組合うキー連結
   の横断面形状を有し、 更に、前記主要な構造要素の予め定められたものの間の
   結合部に各々位置される複数の振動及び衝撃の隔離性並
   びにエネルギー吸収機構を含み、 前記複数の振動及び衝撃の隔離並びにエネルギー吸収機
   構の各々は、第１の主要な構造要素に固定される第２の
   ドナープレート、第２の主要な構造要素に固定される第
   ２のリセプタプレート、及び前記第２のドナープレート
   と第２のリセプタプレートの間にそしてそれらと接触し
   て位置させられてそれらを隔てられた状態に保つ第２の
   エラストマー材料層を含み、 前記第１及び第２の主要な構造要素の間にキー連結の中
   間要素を形成するように、前記第２のドナープレート及
   び第２のリセプタプレートは、それら両プレートを一緒
   に固定する相互に組合うキー連結の横断面形状を有し、 それにより、前記振動及び衝撃の隔離並びにエネルギー
   吸収が、もっぱら前記第１及び第２のエラストマー材料
   層により達成されることを特徴とする装置。
4. 【請求項４】前記第１のドナープレートは、前記基礎と
   一体に形成されるものであり、また前記第１のリセプタ
   プレートは、前記第１の主要な構造要素と一体に形成さ
   れるものであり、前記第２のドナープレートは、前記第
   １の構造要素と一体に形成されるものであり、また前記
   第２のリセプタプレートは、前記第２の主要な構造要素
   と一体に形成されるものである請求項３の装置。
5. 【請求項５】相互に固定されるべき構造要素を有する建
   築物の構造における振動及び衝撃の隔離並びにエネルギ
   ー吸収装置であって、 第１の構造要素に固定されるドナープレート（50）、第
   ２の構造要素に固定されるリセプタプレート（51）、前
   記ドナープレートとリセプタプレートの間に位置される
   インタセプタプレート（52）、前記ドナープレートとイ
   ンタセプタプレートの間にそしてそれらと接触して位置
   させられてそれらを隔てられた状態に保つ第３のエラス
   トマー材料層（56）、前記インタセプタプレートとリセ
   プタプレートの間にそしてそれらと接触して位置させら
   れてそれらを隔てられた状態に保つ第４のエラストマー
   材料層（55）を含み、 前記ドナープレート（50）及びインタセプタプレート
   （52）は、それら両プレートを一緒に固定する相互に組
   合うキー連結の横断面形状を有し、 前記インタセプタプレート（52）及びリセプタプレート
   （51）は、それら両プレートを一緒に固定する相互に組
   合うキー連結の横断面形状を有し、 前記ドナープレート、リセプタプレート、及びインタセ
   プタプレートは、第１の構造要素と第２の構造要素の間
   にキー連結の中間要素を形成し、 それにより、前記振動及び衝撃の隔離並びにエネルギー
   吸収が、もっぱら前記第３及び第４のエラストマー材料
   層により達成されることを特徴とする装置。