JP3747282B2

JP3747282B2 - ハイブリッド型免震装置

Info

Publication number: JP3747282B2
Application number: JP2002057325A
Authority: JP
Inventors: 拓三宅; 勝藤村; 一臣中根; 良美芝崎
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2022-03-04
Also published as: JP2003254384A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、低層で軽量な構造物の免震に好適に使用されるハイブリッド型免震装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
免震装置は、構造物の鉛直荷重を支持し、地震時に構造物を水平変位させて一次固有周期を確保する荷重支承と、構造物の水平変位を復元する復元バネと、構造物の水平変位を拘束するダンパーとで構成されたものが一般的である。荷重支承には復元バネとしても機能する積層ゴムが用いられることが多い。
【０００３】
その場合、構造物の一次固有周期は次式により求められる。
［数１］
Ｔ＝２π√（Ｌσ／Ｇ）
Ｔ：一次固有周期、Ｌ：積層ゴムの層厚(cm)、σ：積層ゴムの面圧（Ｎ/cm^２)、Ｇ：積層ゴムのせん断弾性係数（通常は３９．２〜５８．８Ｎ／cm^２）
【０００４】
上記の式から明らかなように、積層ゴムの層厚Ｌ又は面圧σが大きければ、一次固有周期Ｔが増大する（長周期化する）ことになる。しかし、構造物が軽量になるにつれ、積層ゴムの面圧σが低減するので、構造物の一次固有周期Ｔを長く確保することは難しくなる。
【０００５】
構造物の重量が軽減しても同一の一次固有周期を確保するためには、積層ゴムの層厚Ｌを増大して対処するほかないが、積層ゴムの層厚Ｌが大きくなると積層ゴムの座屈が問題となる。よって、現実的には軽量な構造物の荷重支承に積層ゴムを用いることは条件的に難しい。
【０００６】
そのため、軽量な構造物に用いられる免震装置は、例えば以下のような構成とされる。
【０００７】
（ｉ）特開平１１−１３１８５９号公報の図６に開示されている免震装置は、荷重支承である変位比例型のベアリング支承と、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ水平に配置された複数個の速度比例型のオイルダンパーとを同一階に設置した構成とされている。なお、各オイルダンパーには、復元バネとしてコイルバネが組み込まれている。
【０００８】
一方、減衰力を発生するダンパーの設置方法に工夫を施した技術としては、例えば以下のものが公知に属する。
【０００９】
（ii）特開平９−１８９１４４号公報に記載されたストローク適応型非線形型マスダンパーシステムは、建物上面において可動マスを積層ゴムで支持させると共に、可動マスの底面と建物上面との間に静止時に直立状態となるように、軸方向に抵抗力を発揮する速度比例型のオイルダンパーを、水平移動方向に首振り自在に接続した構成とされている。
【００１０】
【本発明が解決しようとする課題】
上記従来技術（ｉ）は、オイルダンパーが水平に配置されているため、平面領域が必要となる。構造物が新築の場合はオイルダンパーの配置に自由度はあるが、レトロフィット等の既存構造物を免震構造に改修する場合は、ダンパーの水平配置が、設備機器や重要配線ケーブル等の存在により困難な場合がある。
【００１１】
また、ダンパーが水平に配置されているため、２πrad全方向の変位に追従することができず、Ｘ方向、Ｙ方向にそれぞれ複数のダンパーを配置する必要があり、コストが嵩むと共に、施工が煩雑である。
【００１２】
更に、速度比例型のオイルダンパーを使用しているので、小地震時でも比較的大きな減衰力が発生し、いわゆるトリガー効果による応答加速度の上昇が大きい。そのため、低入力に対する免震効果が悪く、住居者に不安感を与えてしまう問題点がある。
【００１３】
しかも、速度比例型のオイルダンパーは、構造が複雑で高価である。
【００１４】
上記従来技術(ii)は、１個のダンパーで２πrad全方向の変位に追従することができる構成となっているが、そもそもマスダンパーシステムの技術分野に属するものであり、本発明とは技術分野が異なる。
【００１５】
本発明の目的は、新築構造物はもとより、レトロフィット等の既存構造物を免震構造に改修する場合にも好適に使用することができ、コストの削減と施工の簡易化を達成でき、大地震から小地震まで免震効果に優れたハイブリッド型免震装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るハイブリッド型免震装置は、
軽量な上部構造物の免震装置であって、
前記上部構造物の一次固有周期に与える影響が少なく、同上部構造物の鉛直荷重を専ら支持するベアリング支承、又はローラー支承、又は摩擦支承、又はリニアレール、又はリニアスライダーと、
前記上部構造物の鉛直荷重を殆ど支持せず、同上部構造物の水平変位を専ら復元する復元力を発揮する積層ゴムと、
前記上部構造物の水平変位を拘束する減衰力を発生する縦型ダンパーとの組合せで構成され、
前記縦型ダンパーは、下部構造物の中央部にダンパーのせい及び移動を許容する形状、深さで設けられた凹部に直立状態で設置され、その上端部及び下端部は、ユニバーサルジョイント等のヒンジにより上部構造物及び下部構造物と２πrad全方向の変位に追従可能に連結されており、
同縦型ダンパーは、減衰力が速度２乗に依存する特性で構成された縦型オイルダンパー、又は壁型粘弾性ダンパーであることを特徴とする。
【００２１】
【本発明の実施形態、及び実施例】
図１及び図２は、請求項１に記載した発明に係るハイブリッド型免震装置の実施形態を示している。本実施形態は、ハイブリッド型免震装置が、中央の高層部分１ａと、その周辺の低層部分１ｂとから成る比較的低層で軽量な上部構造物１と、下部構造物である基礎部２との間に設けられた免震層３に設置されている。
【００２２】
本発明のハイブリッド型免震装置は、前記構造物１の低層部分１ｂの外周直下部位に設置され、構造物１の鉛直荷重を専ら支持するベアリング支承４と、高層部分１ａの直下部位に設置され、構造物１の水平変位を専ら復元する復元力を発生する積層ゴム５と、構造物１の水平変位を拘束する減衰力を発生する縦型オイルダンパー６との組合せで構成されている。
【００２３】
即ち、構造物１の鉛直荷重を、摩擦係数が極めて少なく、構造物１の一次固有周期に与える影響が少ないベアリング支承４で専ら支持させ、積層ゴム５には鉛直荷重を殆ど支持させず、専ら復元バネとして機能させる。つまり、鉛直荷重の支持機能と水平変位の復元機能との役割を明確に分離した構成とされている。そのため、構造物１が軽量であっても、地震等により変位する構造物１を大きく水平変位させることができ、構造物１の一次固有周期を長期化させることができる。
【００２４】
前記縦型オイルダンパー６は、免震層３の平面略中央部に直立状態で設置され、その上端部及び下端部はユニバーサルジョイント等のヒンジ７、７により構造物１及び下部構造物（基礎部２）と２πrad全方向の変位に追従可能に連結されている（図１及び図３を参照）。
【００２５】
具体的に前記ヒンジ７は、免震層３が２πradのどの方向に水平変位してもダンパー６が傾斜して追従できるように（図３（Ｂ）を参照）、Ｘ方向に追従可能なヒンジ７ａ及びＹ方向に追従可能なヒンジ７ｂを一連に組み合わせて構成されている（図３（Ａ）を参照）。そのため、免震層３の水平変位に対し、縦型オイルダンパー６の減衰力を常時効果的に発生させることができる。しかも、免震層３の鉛直変位に対しても好適に減衰力を発生させることができるので、ダンパーを複数個設置する必要がなく、コストの削減と施工の簡易化に寄与する。
【００２６】
前記ヒンジ７を用いて縦型オイルダンパー６は次のように設置される。基礎部２の中央部には、縦型オイルダンパー６のせい及び移動（傾斜）を許容する形状、深さの凹部２ａを設け、その凹部２ａの底面、及び上部構造物１の下面とに、前記構成のヒンジ７、７をそれぞれ取り付ける。その後、前記凹部２ａへ縦型オイルダンパー６を直立状態に挿入し、その上下端をヒンジ７、７にそれぞれ連結する。
【００２７】
したがって、縦型オイルダンパー６の配置は、平面領域を必要とせず、レトロフィット等の既存構造物を免震構造に改修する場合でも、設備機器や重要配線ケーブル等の存在にほとんど邪魔されることがなく、施工の簡易化に寄与する。
【００２８】
前記縦型オイルダンパー６は、減衰力が速度２乗に依存する特性に構成されている。そのため、小地震時で大きな減衰力が発生することがなく、トリガー効果による応答加速度の上昇が少ないので、免震効果に優れ、住居者に安心感を与えることができる。
【００２９】
なお、本実施形態では、ハイブリッド型免震装置が、中央部の高層部分１ａと、その周辺の低層部分１ｂとから成る上部構造物１に使用されているが、これに限らない。即ち、低層部分のみで構成された構造物（例えば、戸建て住宅など）でも同様に実施できる。
【００３０】
また、本実施形態では、構造物１の鉛直荷重をベアリング支承４で支持しているが、これに限らない。即ち、摩擦支承８（図４を参照）、リニアスライダー９（図５を参照）、又はローラー支承、又はリニアレールでも同様に実施できる。
【００３１】
本実施形態では、ダンパーとして縦型オイルダンパー６を使用しているが、これに限らない。即ち、ダンパーとして壁型粘弾性ダンパー１０を使用しても同様に実施できる（図６を参照）。
【００３２】
本発明は、上記の実施形態の限りでなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常行う設計変更（例えば、積層ゴム４を復元力だけの小さな剛性のバネ要素に置換することや、ダンパーを水平に配置すること等）、応用のバリエーション（例えば、ダンパーとして、変形拘束型ダンパーや、アクティブダンパー、セミアクティブダンパー、さらにはビンガム流体によるダンパーを使用すること等）の範囲を含むことを念のため言及する。
【００３３】
【本発明の奏する効果】
請求項１に記載したハイブリッド型免震装置は、縦型ダンパーが免震層の平面略中央部に直立状態で設けられ、その上端部及び下端部はユニバーサルジョイント等のヒンジにより上部構造物及び下部構造物と２πrad全方向の変位に追従可能に連結されているので、免震層の水平変位に対し、ダンパーの減衰力を常時効果的に発生させることができ、しかも、免震層の鉛直変位に対しても好適に減衰力を発生させることができるので、ダンパーを複数個設置する必要がなく、コストの削減と施工の簡易化に寄与する。
【００３４】
ダンパーの配置は、平面領域を必要とせず、レトロフィット等の既存構造物を免震構造に改修する場合でも、設備機器や重要配線ケーブル等の存在にほとんど邪魔されることがなく、やはり施工の簡易化に寄与する。
【００３５】
ダンパーは、減衰力が速度２乗に依存する特性に構成されているので、小地震時で大きな減衰力が発生することがなく、トリガー効果による応答加速度の上昇が少ないので、免震効果に優れ、住居者に安心感を与えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハイブリッド型免震装置の実施形態を示した立面図である。
【図２】本発明に係るハイブリッド型免震装置の実施形態を示した平面図である。
【図３】（Ａ）は、オイルダンパーの平常時を示し、（Ｂ）は、オイルダンパーの傾斜時を示している。
【図４】上部構造物の鉛直荷重を摩擦支承で支持したハイブリッド型免震装置の実施形態を示した立面図である。
【図５】上部構造物の鉛直荷重をリニアスライダーで支持したハイブリッド型免震装置の実施形態を示した立面図である。
【図６】ダンパーに壁型粘弾性ダンパーを使用したハイブリッド型免震装置の実施形態を示した立面図である。
【符号の説明】
１上部構造物
１ａ高層部分
１ｂ低層部分
２基礎部
２ａ凹部
３免震層
４ベアリング支承
５積層ゴム
６縦型オイルダンパー
７ヒンジ
８摩擦支承
９リニアスライダー
１０壁型粘弾性ダンパー

Claims

軽量な上部構造物の免震装置であって、
前記上部構造物の一次固有周期に与える影響が少なく、同上部構造物の鉛直荷重を専ら支持するベアリング支承、又はローラー支承、又は摩擦支承、又はリニアレール、又はリニアスライダーと、
前記上部構造物の鉛直荷重を殆ど支持せず、同上部構造物の水平変位を専ら復元する復元力を発揮する積層ゴムと、
前記上部構造物の水平変位を拘束する減衰力を発生する縦型ダンパーとの組合せで構成され、
前記縦型ダンパーは、下部構造物の中央部にダンパーのせい及び移動を許容する形状、深さで設けられた凹部に直立状態で設置され、その上端部及び下端部は、ユニバーサルジョイント等のヒンジにより上部構造物及び下部構造物と２πrad全方向の変位に追従可能に連結されており、
同縦型ダンパーは、減衰力が速度２乗に依存する特性で構成された縦型オイルダンパー、又は壁型粘弾性ダンパーであることを特徴とする、ハイブリッド型免震装置。