JP3666040B2 - 三次元免震装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、建物等の大型構造物、電子計算機等の設置床に対する三次元免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元免震装置は、一般に、建家の重心を通る鉛直線の周りに配された水平方向免震手段としての複数個の積層ゴム体と、この積層ゴム体のそれぞれに載置された垂直方向免震手段としての気体（空気）ばねとを介して建家を基礎上に支持するようにしている。そしてこのような三次元免震装置では、建家のロッキング振動を抑える目的で、その垂直方向固有振動数を水平方向のそれよりも比較的高くするか、又は気体ばねにポンプ等から気体を注入したり、気体ばねから気体を排出したりしている（例えば、特開昭６３−２０１２７８号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記の三次元免震装置では、気体ばねの垂直方向固有振動数を比較的高くしているため、若干免震効果が犠牲にされており、理想的な免震装置としては未だ満足し得るものではない。また、気体ばねに対して気体を注排して、建家のロッキング振動をアクティブに抑える場合には、多量の気体の注入、排出が必要であり、大型のポンプ等を準備する必要がある。
【０００４】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、大型のポンプ等を必要とすることなしに、建家のロッキングを効果的に抑えることができ、しかも十分な免震効果を発揮することができる三次元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】
本発明によれば前記目的は、被免震体を水平方向に可動に支持して被免震体の水平方向の免震を行う水平方向免震手段と、被免震体の重心を通る鉛直線の周りに複数個配してなり、被免震体を垂直方向に関して可動に支持して被免震体の垂直方向の免震を行うばね手段とを具備する三次元免震装置であって、被免震体のロッキングを、被免震体の水平方向移動に対応して生じる気体圧により抑止するようにしてなる三次元免震装置によって達成される。
【０００６】
本発明一つでは、被免震体の水平方向移動に対応して気体圧を発生する気体圧発生袋体をばね手段に対応して設けてもよく、ここで、被免震体のロッキングを被免震体の水平方向移動に対応して生じる気体圧により抑止するように、気体圧発生袋体の一端を被免震体に連結させてもよく、他方、気体を内包する袋体をばね手段に具備させ、被免震体のロッキングを被免震体の水平方向移動に対応して生じる気体圧により抑止するように、この袋体の内部を気体圧発生袋体の内部に連通させてもよい。
【０００７】
本発明の他の例では、水平方向免震手段は、ばね手段に対応して設けられて、被免震体の水平方向の振動に対応して気体圧を発生する気体圧発生袋体と、ばね手段を水平方向に可動に支持する支持体とを具備している。この例においても、被免震体のロッキングを被免震体の水平方向移動に対応して生じる気体圧により抑止するように、気体圧発生袋体の一端を被免震体に連結してもよく、他方、気体を内包する袋体をばね手段に具備させ、被免震体のロッキングを被免震体の水平方向移動に対応して生じる気体圧により抑止するように、袋体の内部を気体圧発生袋体の内部に連通させてもよい。支持体の例としては、積層ゴム体、ころがり手段又は摺動自在手段を具備したものを例示し得るが、本発明はこれに限定されない。
【０００８】
気体圧発生袋体は、好ましい例では、ベローズ又はアクチュエータからなり、また本発明では、水平方向免震手段上にばね手段を載置して三次元免震装置を形成してもよい。なお、免震対象である被免震体は、建物等の大型構造物、電子計算機等の設置床等を例示し得るが、これに限定されない。また、本発明における気体圧としては、好ましくは空気圧を例示し得る。
【０００９】
【作用】
本発明の三次元免震装置においては、例えば地震に因り基礎が振動されると、水平方向の基礎の振動は、水平方向免震手段を介して被免震体に抑えられて伝達され、垂直方向の基礎の振動は、ばね手段を介して被免震体に抑えられて伝達され、而して地震において被免震体は免震される。ばね手段の伸縮で被免震体にロッキングが生じようとすると、このロッキングは、被免震体の水平方向移動に対応して生じる気体圧により抑止される。
【００１０】
次に本発明を図面に示す好ましい具体例に基づいて更に詳細に説明する。なお本発明はこれら具体例に何等限定されないのである。
【００１１】
【具体例】
図１及び図２において、本例の三次元免震装置１は、被免震体であるビル等の建家２を水平方向Ａに可動に支持して建家２の水平方向Ａの免震を行う水平方向免震手段３と、建家２の重心４を通る鉛直線５の周りに複数個（図１では２個のみ示されている）配してなり、建家２を垂直方向Ｂに関して可動に支持して建家２の垂直方向Ｂの免震を行うばね手段６とを具備している。
【００１２】
本例の水平方向免震手段３のそれぞれは、鉛入り積層ゴム体１１からなり、鉛入り積層ゴム体１１は、制振ゴム円板１２と制振鋼円板１３とが交互に積層、固着されてなる積層ゴム体１４と、制振ゴム円板１２及び制振鋼円板１３を貫通して積層ゴム体１４内に配された鉛柱１５とを具備しており、鉛入り積層ゴム体１１の下端１６は、アンカーボルト等により基礎１７に固定されている。
【００１３】
各ばね手段６はベローズ型の袋体２１を具備し、各袋体２１は、その内部２２に気体、例えば空気を内包し、垂直方向Ｂにのみ伸縮し得るように、空気ばねとして形成されており、一端２３が鉛入り積層ゴム体１１の上端に、他端２４が建家２の下部にそれぞれ固定されて、鉛入り積層ゴム体１１上に載置されている。
【００１４】
本例では、建家２のロッキング、すなわち図１に示す配置ではＣ及びＤ方向の建家２の揺動を、建家２の水平方向Ａの移動に対応して生じる空気圧により抑止するため、建家２の水平方向Ａの移動に対応して空気圧を発生する気体圧発生袋体２５が各袋体２１に対応して設けられており、各袋体２１の内部２２は、建家２のロッキングを、建家２の水平方向Ａの移動に対応して生じる空気圧により抑止するように、気体圧発生袋体２５の内部２６に可撓性の管２７を介して連通されている。気体圧発生袋体２５は、一端２８が鉛入り積層ゴム体１１の上端に、他端２９が基礎１７にそれぞれ固定されている。
【００１５】
以上のように形成された三次元免震装置１では、地震等により基礎１７が水平、垂直に振動されると、各鉛入り積層ゴム体１１は、基礎１７を支点として水平方向Ａに略撓み変形して基礎１７に対する建家２の水平方向Ａの相対的な移動を許容し、各袋体２１は、垂直方向Ｂに伸縮して基礎１７に対する建家２の垂直方向Ｂの相対的な移動を許容し、而して建家２の免震が行われる。
【００１６】
ところで図３に示すように建家２に対して基礎１７が右方向に移動された際に、建家２の荷重により左側の袋体２１が縮む一方、右側の袋体２１が伸びて建家２がＣ方向にロッキングしようとすると、本例の三次元免震装置１では、鉛入り積層ゴム体１１の変形により、左側の気体圧発生袋体２５が縮んでこの気体圧発生袋体２５の内部２６の空気が圧縮されてその一部が左側の袋体２１の内部２２に供給される一方、右側の気体圧発生袋体２５が伸びてこの気体圧発生袋体２５の内部２６の空気が膨張されて右側の袋体２１の内部２２から一部の空気を吸引するようになるため、左側の袋体２１の縮み及び右側の袋体２１の伸びが阻止され、その結果、建家２のＣ方向にロッキングが抑えられる。Ｄ方向のロッキングにおいても同様にして、左右の気体圧発生袋体２５により左側の袋体２１の伸び及び右側の袋体２１の縮みが阻止される。このように本例の三次元免震装置１は、建家２のロッキングを建家２の水平方向Ａの移動に対応して生じる空気圧により抑止するようにしてなる。
【００１７】
ここで、水平方向の地震加速度による建家２に生じる水平方向力をＦ１、建家２の質量による垂直方向力をＦ２、建家２の下部から重心４までの長さをＬ１、重心４を通る鉛直線５から各袋体２１までの距離をＬ２とすると、建家２に対する各袋体２１の支持力Ｆ３及びＦ４は、

となり、この式（１）及び（２）を満足するように、袋体２１の内部２２の空気圧を設定することによりロッキングが抑えられる。
【００１８】
ところで前記例では気体圧発生袋体２５の内部２６と袋体２１の内部２２と管２７を介して連通して、建家２の水平方向Ａの移動に対応して生じる気体圧発生袋体２５の内部２６の空気圧を袋体２１の内部２２に伝達して、これにより建家２のロッキングを抑止するようにしたが、これに代えて又はこれと共に、図４に示すように、気体圧発生袋体２５の一端２８を建家２の下部に、その他端２９を基礎１７にそれぞれ回動自在に連結、固定し、気体圧発生袋体２５の空気ばね力の作用軸線６１を鉛直方向に対して斜めに配し、建家２の水平方向Ａの移動に対応して気体圧発生袋体２５の伸縮でその内部２６自体に増減して生じる空気圧により建家２のロッキングを抑止するようにしてもよい。
【００１９】
また鉛入り積層ゴム体を用いることなしに図５に示すように水平方向免震手段を構成してもよい。すなわち図５に示す水平方向免震手段５１は、各袋体２１に対応して設けられて、建家２の水平方向Ａの振動に対応して気体圧を発生する気体圧発生袋体５２と、各袋体２１を水平方向Ａに可動に支持する支持体５３とを具備しており、気体圧発生袋体５２は、前述の気体圧発生袋体２５と同様のものであって、本例ではその一端５５が袋体２１に、その他端５６が基礎１７にそれぞれ回動自在に固定されており、袋体２１の内部は、建家２のロッキングを、建家２の水平方向Ａの移動に対応して生じる空気圧により抑止するように、気体圧発生袋体５２の内部に可撓性の管５７を介して連通されている。支持体５３は、本例ではころからなるころがり手段５８で構成されている。このような水平方向免震手段５１を具備して、袋体２１の内部２２が気体圧発生袋体５２の内部に可撓性の管５７を介して連通されてなる三次元免震装置では、気体圧発生袋体５２の伸縮及びころのころがりで基礎１７に対する建家２の水平方向Ａの相対的な移動を許容して、建家２の水平方向Ａの免震を行い、袋体２１の伸縮で基礎１７に対する建家２の垂直方向Ｂの相対的な移動を許容して、建家２の垂直方向Ｂの免震を行い、気体圧発生袋体５２の伸縮において増減するその内部の空気圧の袋体２１の内部２２への伝達で前記と同様に建家２のロッキングを抑止する。
【００２０】
更に、図６に示すように、水平方向免震手段５１を前述の気体圧発生袋体５２と、ころがり手段５８とで構成し、気体圧発生袋体５２の一端５５を建家２の下部に回動自在に連結、固定し、気体圧発生袋体５２の作用軸線６１を鉛直方向に対して斜めに配し、建家２の水平方向Ａの移動に対応して生じる気体圧発生袋体５２の内部自体の空気圧により建家２のロッキングを、図４に示す例と同様にして抑止するようにしてもよい。なお、本例では、免震作用は図５に示す例と同様にして行われる。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、大型のポンプ等を必要とすることなしに、建家のロッキングを効果的に抑えることができ、しかも十分な免震効果を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う好ましい一具体例の説明図である。
【図２】図１に示す具体例の一部拡大説明図である。
【図３】図１に示す具体例の動作説明図である。
【図４】本発明に従う好ましい他の具体例の説明図である。
【図５】本発明に従う好ましい更に他の具体例の説明図である。
【図６】本発明に従う好ましい第四の具体例の説明図である。
【符号の説明】
１ 三次元免震装置
２ 建家
３ 水平方向免震手段
４ 重心
５ 鉛直線
６ ばね手段

Claims (3)

1. 被免震体を水平方向に可動に支持して当該被免震体の水平方向の免震を行う水平方向免震手段と、前記被免震体の重心を通る鉛直線の周りに複数個配されていると共に夫々が当該被免震体を垂直方向に関して可動に支持して当該被免震体の垂直方向の免震を行うばね手段と、このばね手段の夫々に対応して設けられていると共に前記被免震体の水平方向移動に対応して気体圧を発生する複数の気体圧発生袋体とを具備しており、前記水平方向免震手段は、前記ばね手段を水平方向に可動に支持する支持体を具備しており、前記各ばね手段は、気体を内包する袋体を具備すると共に前記水平方向免震手段上に載置されて前記被免震体と当該水平方向免震手段との間に配されており、前記各気体圧発生袋体は、一端が対応の前記水平方向免震手段に、他端が基礎に夫々固定されており、前記各袋体の内部は、前記被免震体のロッキングを当該被免震体の水平方向移動に対応して生じる前記気体圧発生袋体の気体圧により抑止するように、対応の前記気体圧発生袋体の内部のみに連通されている三次元免震装置。
2. 前記支持体は、積層ゴム体、ころがり手段又は摺動自在手段を具備している請求項１に記載の三次元免震装置。
3. 前記気体圧発生袋体はベローズからなる請求項１又は２に記載の三次元免震装置。

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