JP3729450B2

JP3729450B2 - 免震装置

Info

Publication number: JP3729450B2
Application number: JP2002199649A
Authority: JP
Inventors: 隆司武江
Original assignee: 尾瀬観光開発株式会社
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: JP2004044102A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物（以下「建造物」）の上部構造体と、それを支持する基礎などの下部構造体との間に介在し、上部構造体と下部構造体との水平方向への相対移動を許容して地震エネルギーを吸収する免震装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の免震装置としては、たとえば、「弾性支持方式」と呼ばれるものが知られている。これは、建造物の上部構造体と下部構造体との間に積層ゴムなどの弾性体を介在させ、その弾性体の弾性変形によって地震エネルギーを吸収するというものである。
【０００３】
図６は、従来の免震装置の構造図である。図において、建造物の基礎１は、免震装置２を設置するために、下部基礎３と上部基礎４とに分かれている。複数の免震装置２は、それぞれ、下部基礎３の基礎梁３ａと上部基礎４の基礎梁４ａとの間に取り付けられる。
【０００４】
各々の免震装置２は、薄い鋼板２ａとゴム板２ｂとを交互に張り合わせて構成されており、ゴム板２ｂの弾性変形により、積層方向と直交する方向（図では左右方向）への動きを弾性的に許容する。したがって、この構成によれば、たとえば、基礎１に水平方向の揺れが加えられた場合に、その揺れを免震装置２の弾性変形で吸収することができ、上部構造体５への地震エネルギーの伝達を抑制することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の免震装置２は、ゴム板２ｂの弾性変形を利用して地震エネルギーを吸収し、上部構造体５への伝達を抑制するものであるが、効果的な弾性変形を引き出すためには、ある程度の外力（地震エネルギー）が必要であり、とりわけ、ゴム板２ｂの厚み方向に上部建造物５の荷重が加わっている場合は、それに打ち勝つだけの相当大きな外力が必要になるから、特に小さな揺れに対しては、充分な抑制効果を得ることが難しいという問題点がある。
【０００６】
そこで本発明は、小さな揺れに対しても充分な抑制効果を得ることができる高感度の免震装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明による免震装置は、建造物の上部構造体と下部構造体との間に介在して、上部構造体と下部構造体との水平方向への相対移動を許容する免震装置において、底部に湾曲面を形成するとともにその湾曲面の周囲を壁で取り囲んだ台座と、前記台座の湾曲面に着座する少なくとも３個の小球体と、前記小球体の上に載置させられた１個の大球体と、前記大球体を包囲し且つ前記台座及び小球体と離隔したケースと、を備え、前記小球体の直径を１としたとき、前記大球体の直径がほぼ２になる関係にあり、かつ前記湾曲面の曲率半径は、前記小球体の直径に前記大球体の半径を加えた値に相当するものとされているものである。
【０００８】
ここで、「上部構造体」とは、建造物の上部基礎、またはその上部基礎の梁、若しくはその上部基礎の上に構築される構造物（建造物の柱やその他のもの）のことをいう。
【０００９】
また、「下部構造体」とは、建造物の基礎、下部基礎、またはその基礎や下部基礎の梁、若しくはそれらに相当するもののことをいう。
【００１０】
この発明では、ケースと台座との間に１個の大球体と少なくとも３個の小球体が介在し、これらの大球体と小球体は、互いに球面接触して小さな転がり抵抗で相互の転動を許容するうえ、さらに、台座やケースとも点接触する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明による免震装置は、建造物の上部構造体と下部構造体との間に介在して、上部構造体と下部構造体との水平方向への相対移動を許容する免震装置において、
底部に湾曲面を形成するとともにその湾曲面の周囲を壁で取り囲んだ台座と、
前記台座の湾曲面に着座する少なくとも３個の小球体と、
前記小球体の上に載置させられた１個の大球体と、
前記大球体を包囲し且つ前記台座及び小球体と離隔したケースと、を備え、
前記小球体の直径を１としたとき、前記大球体の直径がほぼ２になる関係にあり、
かつ前記湾曲面の曲率半径は、前記小球体の直径に前記大球体の半径を加えた値に相当するものであり、
前記ケースは、
建造物の上部構造体に取り付けて使用する取り付け部分を有するものであり、
ケースの上端部には弾性体が配置され、該弾性体はその外周部がケースに固定されているとともに、その略中心部が前記大球体に接しているとされているものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、実施の形態に係わる免震装置の構造図、図２は、その断面図である。これらの図において、免震装置１０は、下から順に、台座１１、ｎ個（ｎは３またはそれ以上の正数；図示の例ではｎ＝３）の小球体１２〜１４からなる小球体群１５、１個の大球体１６及びケース１７により構成されている。
【００１４】
小球体１２〜１４は金属等の剛性素材で球状に成形されており、それぞれ同一の直径Ｄ₁ を有している。
【００１５】
また、大球体１６も小球体１２〜１４と同様に金属等の剛性素材で球状に成形されており、大球体１６の直径Ｄ₂ は小球体１２〜１４の直径Ｄ₁ の２倍の大きさ（Ｄ₂＝２Ｄ₁）に設定されている。
【００１６】
台座１１は、任意形状（図では円形状）のプレート１１ａと、プレート１１ａの上面に形成された湾曲面１１ｂと、その湾曲面１１ｂを取り囲むようにして筒状に立設された壁１１ｃとを有している。湾曲面１１ｂは、壁１１ｃから曲面中心にかけてほぼ一定の曲率で傾斜しており、プレート１１ａの厚みは、湾曲面１１ｂの曲面中心で最小となっている。湾曲面１１ｂの曲率半径Ｒは、小球体１２〜１４の直径Ｄ₁と大球体１６の半径（Ｄ ₂ ／２）との加算値（Ｄ₁＋Ｄ₂ ／２）の２倍を直径とする仮想球体の半径に等しい。
【００１７】
壁１１ｃと小球体１２〜１４との間には、所定の余裕（２α）が設けられており、これによって、湾曲面１１ｂの上で小球体１２〜１４が転動できるようになっている。
【００１８】
大球体１６は、小球体１２〜１４の上に載置され、その大球体１６の上から筒状のケース１７を被せて組み立てられる。ケース１７の上端部１７ａは建造物の上部構造体（図５の符号３０参照）への取り付け部位として用いられ、その上端部１７ａは複数枚の皿バネ１８ａを積層した皿バネ積層体１８によって閉鎖されている。
【００１９】
図３は、皿バネ積層体１８と大球体１６の要部拡大図である。この図において、（ａ）は上部構造体への取り付け前の状態であり、（ｂ）は取り付け後の状態である。皿バネ積層体１８は、その外周部がケース１７に固定されていると共に、その略中心部が大球体１６に点接触している。Ｐａは皿バネ積層体１８と大球体１６との接触点である。同図（ａ）の取り付け前の状態では、ケース１７の上端部１７ａに荷重（上部構造体の荷重）が加えられていないので、皿バネ積層体１８に大きな変形は見られないが、同図（ｂ）の取り付け後の状態では、上部構造体の荷重Ｆａが加えられるため、皿バネ積層体１８がたわみ、接触点Ｐａに荷重Ｆａに対応した力が加えられる。
【００２０】
図４は、小球体１２〜１４と大球体１６の関係図である。詳しくは、同図（ａ）は小球体１２〜１４の上に大球体１６を載置しただけの状態図、同図（ｂ）はさらに上部構造体の荷重Ｆａを加えたときの状態図である。なお、この図では小球体１３は小球体１２、１４の後ろに隠れて見えていないが、見えているものと仮定して説明する。
【００２１】
同図（ａ）において、Ｐｂは大球体１６の中心点、Ｐｃは大球体１６と小球体１２〜１４との接触点、Ｐｄは小球体１２〜１４と湾曲面１１ｂとの接触点、ＬａはＰｂ、Ｐｃ及びＰｄを結ぶ仮想線、Ｌｂは湾曲面１１ｂとの接線（Ｐｄを通る接線）である。先にも説明したとおり、小球体１２〜１４の直径Ｄ₁と大球体１６の直径Ｄ₂は、「２Ｄ₁＝Ｄ₂」の関係にあり、且つ、湾曲面１１ｂの曲率半径Ｒは、「Ｒ＝Ｄ₁＋Ｄ₂ ／２」の関係にある。これらの関係を満たしている場合、接線Ｌｂと仮想線Ｌａは直角に交わる。したがって、同図（ａ）に示す小球体１２〜１４と大球体１６の関係は崩れない。
【００２２】
一方、同図（ｂ）において、Ｐａは皿バネ積層体１８と大球体１６との接触点（この接触点Ｐａは上部構造体の加重Ｆａの印加点でもある）、Ｐｅは大球体１６と小球体１２〜１４との接触点、Ｐｆは小球体１２〜１４と湾曲面１１ｂとの接触点である。上記の関係（「２Ｄ₁＝Ｄ₂」且つ「Ｒ＝Ｄ₁＋Ｄ₂ ／２」）を満たしている場合、上部構造体の荷重Ｆａが加えられた場合であっても、同図（ｂ）に示す小球体１２〜１４と大球体１６の関係は、同図（ａ）の場合と同様で崩れない。
【００２３】
今、同図（ｂ）の状態で、ケース１７と台座１１との間に相対的な水平運動（図面の横方向の運動）を加えた場合、たとえば、ケース１７を固定して台座１１に右方向の力Ｆｂを加えた場合は、この力Ｆｂにより、大球体１６と小球体１２〜１４が転動し、その結果、台座１１の位置だけが変化してケース１７の位置は変わらない。したがって、力Ｆｂに伴う横揺れがケース１７に伝わらず、地震エネルギーの抑制効果が得られる。
【００２４】
しかも、この抑制効果は、従来例のような弾性変形を利用したものではなく、球体（大球体１６及び小球体１２〜１４）の転がり運動（転動）を利用したものであり、かかる“転動”は小さな接触点によって低抵抗で許容されるから、とりわけ、小さな揺れに対して充分な抑制効果を得ることができ、高感度の免震装置を実現できるというメリットが得られる。
【００２５】
図５は、建造物への適用状態図である。免震装置１０は、建造物の上部構造体３０と下部構造体３１との間に入れて用いられる。すなわち、建造物の下部構造体３１に台座１１を取り付け、且つ、ケース１７の上端部１７ａに上部構造体３０を取り付けて用いられる。なお、図では省略しているが、台座１１と下部構造体３１の間、及び、ケース１７の上端部１７ａと上部構造体３０との間は、それぞれ適切な接合方法（たとえば、ボルト接合や溶接またはリベット止め等の手法）によって強固に取り付けられることはもちろんである。
【００２６】
上部構造体３０は、建造物の上部基礎、またはその上部基礎の梁、若しくはその上部基礎の上に構築される構造物（建造物の柱やその他のもの）であり、また、下部構造体３１は、建造物の基礎、下部基礎、またはその基礎や下部基礎の梁、若しくはそれらに相当するものである。
【００２７】
今、地震エネルギーによる横揺れＡが下部構造体３１に加えられたとすると、下部構造体３１に取り付けられた台座１１も同方向に横揺れする。しかし、台座１１とケース１７との間には、互いに点接触した大球体１６と小球体１２〜１４が介在しているため、台座１１の横揺れＡは、大球体１６と小球体１２〜１４の転動によって吸収され、ケース１７（上部構造体３０）には伝えられない、または小さな横揺れＢしか伝えられない。
【００２８】
なお、免震装置１０は、組み立て後の状態（ユニット化した状態）で建築現場に搬入されることが望ましい。組み立てミスの回避と組み立て精度の維持を図ることができ、しかも、建築現場作業の簡素化を図ることができるからである。
【００２９】
また、大球体１６や小球体１２〜１４の大きさ（直径Ｄ₁、Ｄ₂）は、対象とする建築物の重さ（１個の免震装置１０の分担荷重）に対応させて最適に設定する。軽荷重の場合はそれぞれの直径Ｄ₁、Ｄ₂を小さくし、逆に大荷重の場合はそれぞれの直径Ｄ₁、Ｄ₂を大きくすればよい。いずれにせよ。前記の関係（「２Ｄ₁＝Ｄ₂」且つ「Ｒ＝Ｄ₁＋Ｄ₂ ／２」）を満たしていればよい。また、免震装置１０をユニット化して提供する場合は、荷重範囲を何段階かに区分し、それぞれの荷重範囲に適合する品種をあらかじめ揃えておけばよい。
【００３０】
また、本実施の形態では、ケース１７の上端面を皿バネ積層体１８で閉鎖したので、免震装置１０に加えられる荷重を皿バネ積層体１８ｂを介して、大球体１６と小球体１２〜１４に伝えることができる。このため、各接触点に作用する力を皿バネ積層体１８の弾性力で緩衝することができ、同接触点の物理的損傷を回避することができる。この場合、皿バネ積層体１８ｂは発明の要旨に記載の「弾性体」に相当し、ケース１８の上端部１８ａは同要旨に記載の「取り付け部分」に相当する。
【００３１】
以上の説明では、小球体１２〜１４の数ｎを３個としているが、この数に限定されない。大球体１６を支承できる数であればよく、少なくとも３個以上の正数（３、４、５、６、・・・・）であればよい。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、ケースと台座との間に１個の大球体と少なくとも３個の小球体が介在し、小球体の直径を１としたとき、大球体の直径がほぼ２になる関係にあり、かつ台座の湾曲面の曲率半径は小球体の直径に大球体の半径を加えた値に相当するものであり、前記ケースは、建造物の上部構造体に取り付けて使用する取り付け部分を有するものであり、ケースの上端部には弾性体が配置され、該弾性体はその外周部がケースに固定されているとともに、その略中心部が前記大球体に接した構成とすることにより、これらの大球体と小球体は互いに球面接触して小さな転がり抵抗で相互の転動を許容するので、たとえば、前記台座を建造物の下部構造体に取り付け、且つ、前記ケースを建造物の上部構造体に取り付けて使用した場合に、下部構造体と上部構造体との間の水平方向の相対運動を上記の小さな転がり抵抗でスムーズに許容することができ、とりわけ、小さな揺れに対して充分な抑制効果を得ることができる高感度の免震装置を提供することができるとともに、また、大球体と小球体との接触点に加えられる荷重を弾性体によって緩衝することができ、接触点の物理的損傷を回避することができる。
【００３３】
また、建造物の上部構造体と下部構造体との間に介在して、上部構造体と下部構造体との水平方向への相対移動を許容する免震装置において、底部に湾曲面を形成するとともにその湾曲面の周囲を壁で取り囲んだ台座と、前記台座の湾曲面に着座する少なくとも３個の小球体と、前記小球体の上に載置させられた１個の大球体と、前記大球体を包囲し且つ前記台座及び小球体と離隔したケースとをユニット化し、小球体の直径を１としたとき、大球体の直径がほぼ２になる関係にあり、かつ台座の湾曲面の曲率半径は小球体の直径に大球体の半径を加えた値に相当するものとし、前記ケースは、建造物の上部構造体に取り付けて使用する取り付け部分を有するものであり、ケースの上端部には弾性体が配置され、該弾性体はその外周部がケースに固定されているとともに、その略中心部が前記大球体に接したように構成すれば、組み立てミスの回避と組み立て精度の維持を図ることができるうえ、建築現場では上部構造体と下部構造体との間にユニットを設置するだけでよく、いちいち部品を組み立てる必要がないので、作業の簡素化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態に係わる免震装置の構造図である。
【図２】実施の形態に係わる免震装置の断面図である。
【図３】皿バネ積層体１８と大球体１６の要部拡大図である。
【図４】小球体１２〜１４と大球体１６の関係図である。
【図５】実施の形態に係わる免震装置の建造物への適用状態図である。
【図６】従来の免震装置の構造図である。
【符号の説明】
１０免震装置
１１台座
１１ｂ湾曲面
１１ｃ壁
１２小球体
１３小球体
１４小球体
１６大球体
１７ケース
１７ａ上端部（取り付け部分）
１８皿バネ積層体（弾性体）
３０上部構造体
３１下部構造体

Claims

建造物の上部構造体と下部構造体との間に介在して、上部構造体と下部構造体との水平方向への相対移動を許容する免震装置において、
底部に湾曲面を形成するとともにその湾曲面の周囲を壁で取り囲んだ台座と、
前記台座の湾曲面に着座する少なくとも３個の小球体と、
前記小球体の上に載置させられた１個の大球体と、
前記大球体を包囲し且つ前記台座及び小球体と離隔したケースと、を備え、
前記小球体の直径を１としたとき、前記大球体の直径がほぼ２になる関係にあり、
かつ前記湾曲面の曲率半径は、前記小球体の直径に前記大球体の半径を加えた値に相当するものであり、
前記ケースは、
建造物の上部構造体に取り付けて使用する取り付け部分を有するものであり、
ケースの上端部には弾性体が配置され、該弾性体はその外周部がケースに固定されているとともに、その略中心部が前記大球体に接していることを特徴とする免震装置。
建造物の上部構造体と下部構造体との間に介在して、上部構造体と下部構造体との水平方向への相対移動を許容する免震装置において、
底部に所定曲率の湾曲面を形成するとともにその湾曲面の周囲を壁で取り囲んだ台座と、
前記台座の湾曲面に着座する少なくとも３個の小球体と、
前記小球体の上に載置させられた１個の大球体と、
前記大球体を包囲し且つ前記台座及び小球体と離隔したケースとをユニット化して構成し、
前記小球体の直径を１としたとき、前記大球体の直径がほぼ２になる関係にあり、
かつ前記湾曲面の曲率半径は、前記小球体の直径に前記大球体の半径を加えた値に相当するものであり、
前記ケースは、
建造物の上部構造体に取り付けて使用する取り付け部分を有するものであり、
ケースの上端部には弾性体が配置され、該弾性体はその外周部がケースに固定されているとともに、その略中心部が前記大球体に接していることを特徴とする免震装置。