JP3558863B2 - 建物の振動方向制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は構造的に絶縁された下部構造に免震支持された上部構造と下部構造間において、下部構造に対する上部構造の振動の方向を特定の方向に制限する建物の振動方向制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば通信衛星を追尾するアンテナを有する通信シェルター基地のように、建物内の通信機器の機能を地震時にも保全する必要のある建物は耐震構造として設計されているが、通信機器やその付帯設備に対しては転倒や滑りを防止する対策が施されるに過ぎないため、地震時の応答加速度が通信機器等に深刻な影響を与える可能性がある。
【０００３】
このような建物に対しては建物自体を免震支持することで加速度の影響を低減することができるが、建物の振動時にもアンテナが通信衛生を追尾する機能を維持させるには、地盤に対する建物の振動を直交する二方向の並進振動に制限することが必要になる。
【０００４】
この発明は上記背景より、建物を免震支持する場合に、建物の振動の方向を制限する装置を提案するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明では面外方向にのみ曲げ変形可能な自在パネルを上部構造と下部構造のいずれか一方に接続し、他方に自在パネルの一部を収納する誘導ケースを固定し、自在パネルが挿通する誘導ケースの開口を自在パネルの面内方向に長く形成することにより、下部構造に対する上部構造の振動を直交する二方向の並進振動に制限する。
【０００６】
誘導ケースの開口が自在パネルの面内方向に長いことにより自在パネルは開口の長さ方向に、その長さの範囲で自由に移動でき、自在パネルが接続された上部構造，もしくは下部構造は誘導ケースが固定された下部構造，もしくは上部構造に対して自在パネルの面内方向に相対変位できる。
【０００７】
開口の長さ方向に直交する方向には、自在パネルがその面外方向に曲げ変形することにより、自在パネルが接続された上部構造，もしくは下部構造は誘導ケースが固定された下部構造，もしくは上部構造に対して自在パネルの面外方向に相対変位できる。
【０００８】
この結果、開口の長さ方向とそれに直交する方向以外の方向に上部構造と下部構造が相対変位しようとするときには、自在パネルが開口に沿って移動することと、自在パネルが面外変形することの、誘導ケースに対する自在パネルの二方向の変形により下部構造に対する上部構造の振動が、自在パネルの面内と面外の直交する二方向の並進振動に制限される。
【０００９】
下部構造の振動の方向に関係なく、下部構造に対する上部構造の振動が直交する二方向の並進振動に制限されることで、建物が通信シェルター基地である場合に、建物の振動時にもアンテナが通信衛生を追尾する機能を維持する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の振動方向制御装置１は図８に示すように下部構造５から構造的に絶縁され、下部構造５に免震装置６で支持された上部構造４と下部構造５間において、上部構造４と下部構造５のいずれか一方に接続される自在パネル２と、他方に固定される誘導ケース３から構成され、下部構造５に対する上部構造４の振動の方向を特定の二方向に制限するものである。
【００１１】
自在パネル２は図２に示すように面外方向にのみ曲げ変形可能で、下部構造５に対し、上部構造４が自在パネル２の面外方向に相対変位したときに面外変形することで追従する。図面では複数枚の面材２１と、隣接する面材２１，２１をその面内の水平軸回りに回転自在に連結する連結材２２から自在パネル２を構成しているが、捩じれを生ずることなく、曲げ変形できる性質の一枚板で自在パネル２を形成する場合もある。
【００１２】
図４，図５に複数枚の面材２１と連結材２２から自在パネル２を構成する場合の自在パネル２の詳細を示す。この場合、隣接する面材２１，２１の連結側の双方にシリンダ２４，２４が互い違いに形成、あるいは接合され、両面材２１，２１のシリンダ２４，２４内に連結材２２である軸棒が挿通することで、自在パネル２が構成される。
【００１３】
図６は連結材２２の軸方向に隣接するシリンダ２４，２４間の隙間にバネ２５を差し込み、バネ２５の復元力を隙間の間隔が拡がる向きに常に作用させることで、自在パネル２が曲げ変形しようとするときにバネ２５とシリンダ２４間に生ずる摩擦力を、上部構造４の振動を減衰させる減衰力として利用し、上部構造４の揺れの増大を抑制する場合の例を示す。
【００１４】
図６ではバネ２５に皿バネを使用しているが、復元力によってバネ２５とシリンダ２４間に摩擦力が生ずればよいため、コイルスプリングや板バネも使用できる。皿バネを使用する場合、バネ２５は図７−（ａ） に示すように軸方向に収縮させられた状態でシリンダ２４，２４間の隙間に差し込まれ、（ｂ） に示すように解放させられた後に連結材２２がシリンダ２４と共にバネ２５に挿通する。
【００１５】
誘導ケース３は図１〜図３に示すように自在パネル２が挿通し、自在パネル２の面内方向に長く形成された開口３１を持ち、誘導ケース３内に自在パネル２の一部が収納される。開口３１の長さは下部構造５に対する上部構造４の相対変位量を見込んだ大きさで、開口３１の幅は自在パネル２の面外変形を許容する程度の大きさを持つ。
【００１６】
自在パネル２の、誘導ケース３内に収納される部分の先端部には自在パネル２が面外変形したときに誘導ケース３から抜け出さないための抜け止め２３が接続される。
【００１７】
上部構造４が下部構造５に対して自在パネル２の面内方向に相対変位を生じようとする場合には、自在パネル２がその面内方向に誘導ケース３に対して移動することで上部構造４が下部構造５に対して変位し、上部構造４が下部構造５に対して自在パネル２の面外方向に相対変位を生じようとする場合には、自在パネル２が面外変形することで上部構造４が下部構造５に対して変位する。
【００１８】
上部構造４が下部構造５に対し、自在パネル２の面内方向と面外方向以外の方向に相対変位を生じようとする場合には、自在パネル２が開口３１に沿って移動することと、自在パネル２が面外変形することで、上部構造４は下部構造５に対して自在パネル２の面内方向と面外方向の二方向にのみ変位し、上部構造４の振動の方向はこの二方向に制限される。
図８，図１０は免震装置６を振動方向制御装置１と併用した様子を示す。
【００１９】
ここに示す免震装置６は図９に示すように上部構造４に接続されながら下部構造５から絶縁される芯材７と、芯材７の外周に多重に配置される複数個の環状の圧縮部材８と、隣接する圧縮部材８，８間に張架される引張部材９と、下部構造５上に設置され、最も外周側の圧縮部材８に接続される輪バネ１０から構成される。
【００２０】
芯材７の上部は任意の方向に傾斜自在に、あるいは一定の範囲で水平二方向にスライド自在に上部構造４に接続された状態で、上部構造４から懸垂し、芯材７は圧縮部材８や引張部材９に接続されることで上部構造４の鉛直荷重を圧縮力として負担する。
【００２１】
芯材７の外周には内周側から外周側へ向かって順次規模の大きい圧縮部材８が複数個配置され、隣接する圧縮部材８，８の内、内周側に位置する圧縮部材８の下端部と外周側に位置する圧縮部材８の上端部間に引張部材９が張架される。
【００２２】
最も外周側に位置する圧縮部材８はその圧縮部材８からの圧縮力を受け、輪バネ１０に伝達する支持台１１に支持される。
【００２３】
輪バネ１０は径の異なる内輪と外輪を鉛直方向に重ね合わせた形をし、隣接する内輪間と外輪間にクリアランスを確保しながら、互いに隣接する内輪と外輪が鉛直面に対して傾斜した接触面で互いに接触し、双方の接触面間に生ずる摩擦力によって鉛直方向の圧縮力を負担する。
【００２４】
支持台１１は、輪バネ１０を両端から拘束するプレート１２，１２の内、上端のプレート１２に接続されることにより上部構造４からの鉛直荷重を輪バネ１０に伝達し、また輪バネ１０が鉛直荷重を負担して平衡した状態から、上部構造４と下部構造５間に鉛直方向の相対変位が生じたときの圧縮力と引張力を輪バネ１０に伝達する。
【００２５】
上部構造４の鉛直荷重は芯材７から、もしくは最も内周側の圧縮部材８から最も内周側に張架されている引張部材９に引張力として伝達され、その引張力がその外周側に位置する圧縮部材８に圧縮力として伝達され、順次内周側の圧縮部材８から外周側の圧縮部材８に伝達され、最終的に輪バネ１０に圧縮力として伝達される。
【００２６】
免震装置６は芯材７と圧縮部材８及び引張部材９によって上部構造４を下部構造５に吊り支持させ、吊り構造物を吊り支持する吊り材の機能を持つ引張部材９の全長が調整されることで上部構造４の振動周期が自由に調整される。引張部材９の全長は多重に配置される圧縮部材８の数が多くなる程、大きくなり、それに伴って上部構造４が長周期化される。
【００２７】
免震装置６は下部構造５の水平方向の振動時に、複数個の圧縮部材８が輪バネ１０に対して水平方向に相対変位することにより下部構造５の振動を遮断し、下部構造５の鉛直方向の振動時には、上部構造４を支持した状態で平衡状態を維持する輪バネ１０が更に圧縮力と引張力を負担することにより下部構造５の振動を遮断する。
【００２８】
輪バネ１０は平衡状態からは、隣接する内輪間のクリアランスと外輪間のクリアランスがなくなるまで更に圧縮力を負担することができ、また内輪と外輪の接触面が離脱するまで引張力を負担することができるため、その範囲で免震装置６は下部構造５の鉛直方向の振動を遮断する。
【００２９】
また輪バネ１０は履歴曲線がループを描く特性を持ち、下部構造５の鉛直方向の振動時に振動エネルギを吸収する能力を持つため、上部構造４の下部構造５に対する鉛直方向の振動を振動の発生と共に減衰させる。振動の終了時には、平衡状態に復帰する。
【００３０】
図１０では上部構造４の下に、上部構造４の下部構造５に対する相対水平変位を一定量に制限しながら、その一定量を超える水平変位が生じたときに振動を減衰させる振動制限装置１３を設置している。
【００３１】
振動制限装置１３は図１１に示すように上部構造４の下端に突設される脚１４と、脚１４との間に水平方向に一定の距離をおいて下部構造５に固定される、減衰装置となる輪バネ１５から構成され、脚１４が輪バネ１５に衝突，もしくは接触することで上部構造４の変位量を制限し、衝突時に輪バネ１５がエネルギを吸収することにより水平方向の振動を減衰させる。
【００３２】
免震装置６の輪バネ１０は鉛直方向の振動を減衰させる働きをすることから、上部構造４の水平方向と鉛直方向の振動は免震装置６と振動制限装置１３の併用により減衰されることになる。
【００３３】
【発明の効果】
面外方向にのみ曲げ変形可能な自在パネルを上部構造と下部構造のいずれか一方に接続し、他方に自在パネルの一部を収納する誘導ケースを固定し、自在パネルが挿通する誘導ケースの開口を自在パネルの面内方向に長く形成することで、上部構造と下部構造間の相対水平変位の方向を自在パネルの面内方向と面外方向に制限するため、下部構造の振動の方向に関係なく、下部構造に対する上部構造の振動を、自在パネルの面内と面外の直交する二方向の並進振動に制限することができる。
【００３４】
この結果、建物が通信シェルター基地である場合に、建物の振動時にもアンテナが通信衛生を追尾する機能を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】振動方向制御装置を示した立面図である。
【図２】図１の縦断面図である。
【図３】図１の横断面図である。
【図４】（ａ） は図１に示す自在パネルの詳細を示した立面図、（ｂ） は（ａ） のｘ−ｘ線断面図である。
【図５】連結材による面材の連結の様子を示した斜視図である。
【図６】シリンダ間にバネを配置した場合の自在パネルを示した立面図である。
【図７】（ａ） はバネの差し込み時の様子を示した断面図、（ｂ） は連結材の挿通後の様子を示した断面図である。
【図８】振動方向制御装置に免震装置を併用した様子を示した立面図である。
【図９】図８の免震装置を示した縦断面図である。
【図１０】振動方向制御装置に免震装置と振動制限装置を併用した様子を示した平面図である。
【図１１】振動制限装置を示した縦断面図である。
【符号の説明】
１……振動方向制御装置、２……自在パネル、２１……面材、２２……連結材、２３……抜け止め、２４……シリンダ、２５……バネ、３……誘導ケース、３１……開口、４……上部構造、５……下部構造、６……免震装置、７……芯材、８……圧縮部材、９……引張部材、１０……輪バネ、１１……支持台、１２……プレート、１３……振動制限装置、１４……脚、１５……輪バネ。

Claims (2)

1. 下部構造から構造的に絶縁され、下部構造に免震支持された上部構造と下部構造間において、上部構造と下部構造のいずれか一方に接続され、面外方向にのみ曲げ変形可能な自在パネルと、上部構造と下部構造のいずれか他方に固定され、自在パネルの一部を収納する誘導ケースから構成され、自在パネルが挿通する誘導ケースの開口は自在パネルの面内方向に長く形成され、前記自在パネルは上部構造と下部構造との間に、自在パネルの面内方向の相対変位が生じようとするときに前記誘導ケースの開口の長さ方向に移動し、自在パネルの面外方向の相対変位が生じようとするときに自在パネルの面外方向に曲げ変形して前記面外方向の相対変位に追従する建物の振動方向制御装置。
2. 自在パネルは複数枚の面材と、隣接する面材をその面内の水平軸回りに回転自在に連結する連結材から構成される請求項１記載の建物の振動方向制御装置。

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