JP3608134B2

JP3608134B2 - 免震機構

Info

Publication number: JP3608134B2
Application number: JP24235796A
Authority: JP
Inventors: 和彦磯田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 1996-09-12
Filing date: 1996-09-12
Publication date: 2005-01-05
Anticipated expiration: 2016-09-12
Also published as: JPH1088849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば各種建物の他、塔状の構造物等において、地震動の入力を低減するのに好適な免震機構に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビルやマンション等の建物において、地震発生時の揺れおよびそれによる被害を最小限に抑えるため、各種免震装置が開発されている。
この免震装置としては、粘弾性体と鋼板とを上下方向に交互に積層した構造のいわゆる積層ゴムが多用されている。積層ゴムは、例えば建物の基礎と、この基礎上に構築される建物本体との間に介装され、地震等によって水平方向の大きな外力が入力されたときには、粘弾性体が水平方向に変形することによって前記外力を減衰し、建物本体が揺れるのを抑えるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の免震装置には、以下のような問題が存在する。
免震装置として多用されている積層ゴムは、これを構成する粘弾性体が、上下方向の圧縮強度は十分に大きいものの引張強度が小さい。これにより、積層ゴムに上下方向の引張力が過大に作用すると、粘弾性体が破断し、免震装置としての機能を果たすことができなくなってしまうという問題がある。
このように上下方向に大きな引張力が作用する建物・構造物としては、例えば、塔状の構造物や超高層の建物等の幅に対する高さの比（いわゆる塔状比）が大きなもののほか、例えば平面視Ｌ字状や台形状などの不整形な平面形状の建物等で、地震時の変動軸力が長期荷重より大きくなるもの、大形の屋根等の強風により浮力が作用するもの等がある。このような建物・構造物には、前記した問題があるため、従来の積層ゴムを免震装置として適用することができない。
【０００４】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、上下方向に大きな引張力が作用した場合にも免震機能を失うことのない免震機構を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、構造物における水平方向の震動を減衰する免震機構であって、該免震機構が、前記構造物の定められた箇所に介装された免震装置と上下動抑制装置とからなり、前記免震装置が、その上面側と下面側との間で前記構造物に生じた水平方向の変位を減衰する構成とされ、前記上下動抑制装置が、それぞれ水平方向に延在して定められた角度をなして交差する上部レールと下部レールとを、その上面側と下面側との間で前記構造物に生じた水平方向の相対変位を許容するとともに、上下方向の相対変位を抑制するよう、断面視円形の軸部と該軸部の上下端部を構成する円板状の爪部とからなるジョイント部材を介してジョイントした構成とされていることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の免震機構において、前記免震装置が、粘弾性体と鋼板とを上下方向に交互に積層してなる構成とされていることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項１または２記載の免震機構において、前記上下動抑制装置には、その上下方向の高さを調整する高さ調整機構が備えられていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る免震機構の実施の形態の一例を、図１ないし図６を参照して説明する。ここでは、本発明に係る免震機構をビルに適用する場合の例を用いる。
図１に示すように、免震機構１は、ビル（構造物）Ａの例えば基礎部２と、該基礎部２上に構築されるビル本体３の最下階部分との間に介装されている。
【００１０】
この免震機構１は、ビル本体３の柱３ａの直下に配置された積層ゴム（免震装置）５と、この積層ゴム５の両側に配置された上下動抑制装置６，６とから構成されている。
【００１１】
積層ゴム５は、従来と同様の構造で、ビル本体３の柱３ａの下端面に固定された上部プレート７と、基礎部２の上面に固定された下部プレート８との間に、減衰部９が配設されている。減衰部９は、例えば断面視円形で、鋼板１０と、層状に形成された粘弾性体１１とが上下方向に交互に積層されることによって形成されている。
【００１２】
図１および図２に示すように、各上下動抑制装置６は、ビル本体３の梁３ｂ（図１参照）の下面に固定された上部プレート１２と、基礎部２の上面に固定された下部プレート１３との間に、可動支承１４が設けられた構成となっている。
図１ないし図３に示すように、可動支承１４は、水平方向に延在する鋼製の上部レール１５と、該上部レール１５と直交して水平方向に延在する鋼製の下部レール１６と、これら上部レール１５と下部レール１６との間に介装された鋼製の接続金物（ジョイント部材）１７とから形成されている。
【００１３】
図４に示すように、接続金物１７は、断面視矩形の軸部１８の上下端部に、略円板状の爪部１９，１９が一体に形成された構成となっている。各爪部１９は、軸部１８の一辺の長さよりも大きな寸法で形成されており、これによって爪部１９が水平方向に張り出した形態となっている。
一方、図２および図３に示したように、前記上部レール１５の下面と、下部レール１６の上面には、それぞれレール溝２０が形成されている。各レール溝２０は、その断面が、接続金物１７の軸部１８の一辺の幅に対応した幅を有したガイド部２０ａと、接続金物１７の爪部１９に係合するよう形成された凹部２０ｂとから形成されている。
【００１４】
そして、接続金物１７の軸部１８が、上部レール１５，下部レール１６にそれぞれ形成されたレール溝２０のガイド部２０ａにガイドされ、爪部１９が凹部２０ｂに係合するようになっている。これにより、図５に示すように、これら上部レール１５と下部レール１６とは、カーテンレールを二組組み合わせたような形態となっており、接続金物１７を介して、それぞれの長さの範囲内で移動自在にジョイントされた構成となっている。このとき、図３に示したように、接続金物１７の軸部１８が断面視矩形であるので、上部レール１５と下部レール１６との交差角度（９０゜）は固定されている（軸部１８とレール溝２０とのクリアランス分は可動）。しかも、接続金物１７の爪部１９が上部レール１５、下部レール１６の凹部２０ｂに係合しているので、これら上部レール１５と下部レール１６とは、上下方向の相対変位が拘束された構成となっている。
【００１５】
このような可動支承１４を構成する上部レール１５，下部レール１６，接続金物１７は、アングル材等の一般的な建築構造材料を用いることなく、切削等の機械加工によって製作されたもので、ガタのないようそれぞれが所定の精度に収まるよう形成されている。さらに、接続金物１７は、後述する上部レール１５、下部レール１６との摺動面が、例えばベアリングやテフロン（登録商標）系の材料等で形成されて、摺動抵抗を減少させるようになっている。また、潤滑油を併用することで摺動面の摩擦をさらに低減することも可能である。
【００１６】
また、図１に示したように、前記上部レール１５は、上部プレート１２に高さ調整機構２２を介して取り付けられている。高さ調整機構２２は、基端部が上部プレート１２に固定された所定長の調整ボルト２２Ａと、固定ナット２２Ｂとから構成されており、上部レール１５を調整ボルト２２Ａの長さの範囲内の任意の位置にナット２２Ｂで固定することによって、上部レール１５の高さを調整できるようになっている。
【００１７】
このような構成からなる免震機構１では、地震等によって水平方向の外力がビルＡに入力されると、地盤と一体に振動する基礎部２と、免震機構１を介してこの基礎部２上に支持されたビル本体３との間で、水平方向の相対変位が生じる。すると、積層ゴム１５においては、上部プレート７側と下部プレート８側とで水平方向に相対変位が生じることになり、この相対変位が、減衰部９の各粘弾性体１１の変形によって減衰されるようになっている。
このとき、積層ゴム１５の両側の各上下動抑制装置６においても、上部プレート１２側と下部プレート１３側との間で水平方向の相対変位が生じるが、これに追随して可動支承１４を構成する上部レール１５と下部レール１６とが接続金物１７を介して水平面内で相対移動するようになっている。
【００１８】
また、ビルＡに、垂直方向の外力が入力されたときには、上下動抑制装置６の接続金物１７の爪部１９が上部レール１５、下部レール１６の凹部２０ｂに係合した構成となっているので、上部レール１５と下部レール１６との上下方向の相対変位を拘束するようになっている。これにより、基礎部２とビル本体３との上下方向の相対変位を拘束し、積層ゴム５にこれを上下方向に引っ張る力が作用しないようになっている。
【００１９】
上述したように、免震機構１は、積層ゴム５と上下動抑制装置６とから構成され、積層ゴム５がビルＡに生じた水平方向の相対変位を減衰する構成とされ、上下動抑制装置６が、所定の角度をなして交差する上部レール１５と下部レール１６とが接続金物１７を介してジョイントされた構成とされて、水平方向の相対変位を許容するとともに、上下方向の相対変位を抑制する構成となっている。
このような構成の免震機構１によれば、地震等によってビルＡに水平方向の外力が入力されたときには、積層ゴム５によって免震効果を発揮することができる。このときに、上下動抑制装置６では水平方向の変位を許容する構造となっているので、積層ゴム５による減衰効果を何ら妨げることはない。また、ビルＡに上下方向の外力が入力されたときには、上下動抑制装置６によって上下方向の相対変位を抑制することができ、これによって、積層ゴム５に上下方向の引張力が作用するのを防ぐことができる。したがって、積層ゴム５を構成する粘弾性体１１の破損を防ぐことができ、免震機能を維持することが可能となる。
【００２０】
この結果、従来の積層ゴム等の免震装置を適用することのできなかった箇所や構造物、例えば塔状の構造物や超高層の建物等の塔状比が大きな構造物や、不整形な平面形状の建物等で地震時の変動軸力が長期荷重より大きくなる構造物、あるいは大形の屋根等の強風によって大きな浮力が作用する構造物等にも、上記免震機構１を適用して免震性能を付与することが可能となる。
【００２１】
さらに、上下動抑制装置６を構成する接続金物１７の摺動面が、例えばベアリングやテフロン（登録商標）系の材料等で形成されて摺動抵抗を減少させる構成となっている。これにより、免震装置５における免震効果を妨げることがない。さらに、この構成に潤滑油を併用することで、摺動面の摩擦力をさらに低減することも可能である。
【００２２】
また、上下動抑制装置６に高さ調整機構２２が備えられた構成となっている。これにより、上下動抑制装置６を設置するに際して、ビルＡの施工誤差を吸収することができる。また、積層ゴム５の粘弾性体１１のクリープや経年変化に対応してレベルを再調整することができる。
加えて、この上下動抑制装置６は鋼製であるので、少なくとも積層ゴム５よりも耐久性が高く、万が一の火災発生時に粘弾性体１１が溶けたりした場合にも、ビル本体３を支持することが可能である。
【００２３】
しかも、上下動抑制装置６がボルト止めによってビルＡに設置された構成となっている。これにより、設置、および修理を行う場合の取り外し作業を容易に行うことができる。
【００２４】
なお、上記実施の形態において、接続金物１７の軸部１８を例えば断面視矩形とする構成としたが、その形状は何ら限定するものではない。図６に示すように、接続金物１７’の軸部１８’を例えば断面視円形としてもよい。このような接続金物１７’を採用すれば、図１に示した上下動抑制装置６の上部レール１５と下部レール１６との交差角度が変位自在となり、ビルＡのねじり方向の変形を許容することが可能となる。
【００２５】
また、上記実施の形態において、免震機構１を基礎部２とビル本体３との間に設置する構成としたが、設置階については何ら限定するものでない。さらに、積層ゴム５と上下動抑制装置６の設置位置や数等についても上記以外の構成を採用することができる。例えば、柱３ａの直下に積層ゴム５を配し、その片側にのみ上下動抑制装置６を設置する構成としたり、柱３ａの直下には上下動抑制装置６を配して、その両側または片側に積層ゴム５を配する構成としてもよい。これ以外にも、ビルＡの一部の柱３ａの直下に積層ゴム５を配し、他の柱の直下に上下動抑制装置６を配する構成としてもよい。
【００２６】
さらに、上記実施の形態における上下動抑制装置６で、上部レール１５，下部レール１６と、接続金物１７との係合部の構造については、上下方向の相対変位を抑制することができるのであればいかなる構成であっても良く、爪部１９や凹部２０ａの形状を他の形状としてもよい。また、このような上部レール１５と下部レール１６を多段に備える構成として、各段における変位量を小さくし、装置の小型化を図ることもできる。
加えて、本発明に係る免震機構を構成する免震装置の一例として積層ゴム５を用いる構成としたが、水平方向の免震機能を備えていれば他の免震装置を採用することも可能である。また、積層ゴム５に加えて、粘性系や履歴系の他の種類のダンパー等を追加して備える構成としてもよい。これらの場合にも、上記上下動抑制装置６によって、上記と同様の効果を奏することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る免震機構では、免震機構が免震装置と上下動抑制装置とからなり、免震装置が、その上面側と下面側との間で構造物に生じた水平方向の変位を減衰する構成とし、上下動抑制装置が、定められた角度をなして交差する上部レールと下部レールとをジョイント部材を介してジョイントし、その上面側と下面側との間で構造物に生じた水平方向の相対変位を許容するとともに、上下方向の相対変位を抑制する構成となっている。また、前記免震装置の一例として、請求項２に係る免震機構では、免震装置が、粘弾性体と鋼板とを上下方向に交互に積層した構成のいわゆる積層ゴムとなっている。
このような構成の免震機構によれば、地震等によって構造物に水平方向の外力が入力されたときには、免震装置によって、その変位を減衰して免震効果を発揮することができる。このときに、上下動抑制装置においては、免震装置における減衰効果を何ら妨げることはない。また、構造物に上下方向の外力が入力されたときには、上下動抑制装置によって、その上面側と下面側との間で生じる上下方向の相対変位を抑制して、免震装置に上下方向の引張力が作用するのを防ぐことができる。したがって、例えば積層ゴム等の免震装置の破損を防ぐことができ、免震機能を維持することが可能となる。
このような免震機構により、従来の積層ゴム等の免震装置を適用することのできなかった箇所や構造物、例えば塔状の構造物や超高層の建物等の塔状比が大きな構造物や、不整形な平面形状の建物等で地震時の変動軸力が長期荷重より大きくなる構造物、あるいは大形の屋根等の強風によって大きな浮力が作用する構造物等にも、免震性能を付与することが可能となる。
【００２８】
請求項３に係る免震機構によれば、上下動抑制装置に、その高さを調整する高さ調整機構が備えられた構成となっている。これにより、上下動抑制装置を設置するに際して、構造物の施工誤差を吸収することができる。また、免震装置に積層ゴムを用いた場合、粘弾性体のクリープや経年変化に対応してレベルを再調整することができる。
【００２９】
加えて、請求項１に係る免震機構によれば、ジョイント部材の軸部および爪部の断面形状が略円形とされて、上部レールと下部レールとの交差角度の変位を許容する構成となっている。これにより、構造物にねじり方向の変位が生じたときにもこれに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る免震機構を備えた構造物の一例を示す立断面図である。
【図２】前記免震機構を構成する上下動抑制装置を示す立断面図である。
【図３】前記上下動抑制装置の一部を示す平断面図である。
【図４】同上下動抑制装置を構成するジョイント部材の一例を示す斜視図である。
【図５】同上下動抑制装置の一部を示す斜視図である。
【図６】前記ジョイント部材の他の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１免震機構
５積層ゴム（免震装置）
６上下動抑制装置
１０鋼板
１１粘弾性体
１５上部レール
１６下部レール
１７接続金物（ジョイント部材）
２２高さ調整機構
Ａビル（構造物）

Claims

構造物における水平方向の震動を減衰する免震機構であって、該免震機構が、前記構造物の定められた箇所に介装された免震装置と上下動抑制装置とからなり、
前記免震装置が、その上面側と下面側との間で前記構造物に生じた水平方向の変位を減衰する構成とされ、
前記上下動抑制装置が、それぞれ水平方向に延在して定められた角度をなして交差する上部レールと下部レールとを、その上面側と下面側との間で前記構造物に生じた水平方向の相対変位を許容するとともに、上下方向の相対変位を抑制するよう、断面視円形の軸部と該軸部の上下端部を構成する円板状の爪部とからなるジョイント部材を介してジョイントした構成とされていることを特徴とする免震機構。
請求項１記載の免震機構において、前記免震装置が、粘弾性体と鋼板とを上下方向に交互に積層してなる構成とされていることを特徴とする免震機構。
請求項１または２記載の免震機構において、前記上下動抑制装置には、その上下方向の高さを調整する高さ調整機構が備えられていることを特徴とする免震機構。