JP3763568B2 - 免震構造システム - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
1995年の阪神淡路大震災以降、大地震時における建物の応答加速度を抑制し、建物自体のみでなくその収容物を含めて、構造物全体を無損傷で守ろうとする免震構造物が増加しつつある。本発明は、免震構造物の中でも戸建て住宅などの比較的小規模な免震建物の免震構造システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
戸建て住宅や小規模店舗などの小規模な建物を免震構造とする場合、構造物重量が小さいために大型の積層ゴムでは固有周期の伸長ができず、周期を伸ばすためには平面寸法が小さく細高い積層ゴム形状となるが、それでは十分な変形性能を確保できない。
【0003】
この問題を解決する方法として、建物重量をすべり系支承体や転がり系支承体に支持させ、重量を支持しない積層ゴム系支承体(高減衰ゴムや鉛プラグ入り積層ゴムなど)に復元力と減衰を負担させる方法、あるいはすべり面の摩擦を減衰として利用し、すべり面や転がり面を曲面として重力によるポテンシャルエネルギーを復元力に変換する方法などが実用化されている。
【0004】
以上のとおり、小規模・軽量の構造物を免震構造化する方法は既に幾通りかの方法が開発されているが、現実には小規模の免震建物は殆ど普及していないのが現状である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
小規模免震建物が普及しない原因は極めて明白で、それは免震構造を採用しない従来の耐震構造建物に比較して、免震建物の建設費用が高くなるためである。無論、大型免震ビルの費用upに較べればその絶対額は小さいものの、総工事費自体が小額であるため、その増額比率が非常に大きくなり、大型ビルでは通常数%前後と言われる増額比率が、戸建て住宅免震では優に1割は超え、2割以上の増額となっている事例が少なくない。
【0006】
このコストアップには次の3つの要因がある。即ち、▲1▼通常の設計に較べて高度な構造設計を行うため、設計費用が高くなること。▲2▼免震装置の費用が追加されること。▲3▼免震装置を挟んで基礎が2重になるため、装置上下の基礎構造体に費用がかかることである。
【0007】
上記▲1▼の設計費用を安くする方法としては、従来は日本建築センター評定および建設大臣認定の特別の許認可審査が必要であったが、建築基準法改正により一般の建築確認申請で処理可能になったこと。また、現実の設計費用を下げる方法として、建物や免震システムを標準化して、個々の建物での個別設計自体を省略ないし簡略化する取り組みなどが行われている。
【0008】
免震建物の低コスト化を実現する上で最も重要な課題は、上記▲2▼の免震装置に要する費用そのものを安くすることであり、本発明の課題は低コスト免震装置の提供にある。但し、一般的には低コスト化を実現するために免震性能(=免震効果および安全性能)そのものを妥協する傾向があるが、本発明は、極めて高い免震効果と安全性能を有する免震システムを極めて低廉なコストで実現できる方法を提供するものである。
【0009】
また▲3▼の免震装置上下の2重基礎躯体に要する建設費も重要な条件であり、この部分の低コスト化を図るためにはできるだけ単純な形状の躯体形状とすることが重要であり、躯体形状の単純化が可能な免震システムとすることも本発明の課題である。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術で述べたとおり、小規模建物では構造物重量が小さいために大型の積層ゴムでは固有周期の伸長ができず、周期を伸ばすためには小さく細高い積層ゴム形状となるが、それでは十分な荷重支持性能と変形性能を確保できない。この問題を解決するために、建物重量をすべり系支承体や転がり系支承体に支持させ、重量を支持しない積層ゴム系支承体(高減衰ゴムや鉛プラグ入り積層ゴムなど)に復元力と減衰を負担させる方法が実用化されているが、小型装置とは言え積層ゴム系支承体の製造には複雑な手間と品質管理を要するため、依然として高コストの装置となっている。
【0011】
そこで、本発明は積層ゴム系支承体を一切使用しないことを基本方針とし、それを実現できる免震システムとして次の構成を採用する。
〈構成1〉
地盤もしくは基礎構造体あるいは上部重量を支える支持構造体(以下、下部構造体と呼ぶ)と、上記下部構造体に対して水平方向に相対移動可能に支持された免震構造物(以下、上部構造体と呼ぶ)と、上記上部構造体と下部構造体の間に配置され、上部構造体の重量を支える転がり支承体と、上記上部構造体と上記下部構造体に連結され、上記構造体の重量を支持しない、平板状のゴム板を備えたことを特徴とする免震構造システム。
【0012】
〈構成2〉
地盤もしくは基礎構造体あるいは上部重量を支える下部構造体と、上記下部構造体に対して水平方向に相対移動可能に支持された上部構造体と、上記上部構造体と下部構造体の間に配置され、上部構造体の重量を支えるすべり支承体と、上記上部構造体に一端を接続し、上記下部構造体に他端を接続し、上記構造体の重量を支持しない、平板状のゴム板を備えたことを特徴とする免震構造システム。
【0013】
〈構成3〉
【0014】
〈構成4〉
構成2乃至3のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、上下両面が潤滑面となったすべり支承本体と、上部構造体の底面および下部構造体の上面に配置されたすべり板を備えたことを特徴とする免震構造システム。
【0015】
〈構成5〉
構成1乃至4のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、上部構造体と下部構造体を連結している平板状のゴム板が水平面に対して30°以内の傾斜角で設置されていることを特徴とする免震構造システム。
【0016】
〈構成6〉
構成1乃至4のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、上部構造体と下部構造体を連結する平板状のゴム板を下部構造体との接続点近傍では水平面に対して30°以内の傾斜角で取り付け、上記平板状のゴム板を、上部構造体との接続点近傍ではほぼ鉛直方向に取り付け、下部構造体に固定された円柱状部材を、上記上部構造体へのゴム板取り付け位置の直下近傍で、ゴム板に外接する位置に配置したことを特徴とする免震構造システム。
【0017】
〈構成7〉
構成1乃至4のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、上部構造体と下部構造体を連結する平板状のゴム板の一端を、上部構造体との接続点近傍でほぼ鉛直方向に取り付け、他端を下部構造体に取り付け、下部構造体に固定された一対の円柱状部材を、上記上部構造体へのゴム板取り付け位置の直下近傍で、ゴム板を挟むように配置したことを特徴とする免震構造システム。
【0018】
〈構成8〉
構成1乃至7のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、平板状のゴム板の端部に固定用金物が取り付けられており、その固定用金物に設けられた穴に挿入したボルトにより、ゴム板を上部構造体と下部構造体のいずれか一方または双方に固定したことを特徴とする免震構造システム。
【0019】
〈構成9〉
構成1乃至7のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、平板状のゴム板の端部に固定用の円柱状部材が取り付けられており、その円柱状部材を、上部構造体と下部構造体のいずれか一方または双方に固定された円筒形部材内に挿入して、ゴム板を上部構造体と下部構造体のいずれか一方または双方に固定したことを特徴とする免震構造システム。
【0020】
〈構成10〉
構成1乃至8のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、平板状のゴム板が円筒形ゴムから構成されたことを特徴とする免震構造システム。
【0021】
〈構成11〉
構成1乃至5のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、平板状のゴム板の一端が転がり支承体もしくは上下両面が滑動面となっているすべり支承体に固定され、他端が上部構造体と下部構造体のいずれか一方に固定されたことを特徴とする免震構造システム。
【0022】
〈構成12〉
構成1乃至11のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、上部構造体と下部構造体を連結する平板状のゴム板が2枚以上設けられていることを特徴とする免震構造システム。
【0023】
〈構成13〉
建物の上部構造体と下部構造体とを連結する平板状のゴム板であって、端部に固定用金物が取り付けられており、上記上部構造体と下部構造体のいずれか一方または双方にゴム板端部を固定するためのボルトを挿入する穴を、その固定用金物に設けたことを特徴とする平板状のゴム板。
【0024】
〈構成14〉
建物の上部構造体と下部構造体とを連結する平板状のゴム板であって、その端部に、上部構造体と下部構造体のいずれか一方または双方に固定された円筒形部材内に挿入される、円柱状部材が取り付けられたことを特徴とする平板状のゴム板。
【0025】
〈構成15〉
建物の上部構造体と下部構造体とを連結する平板状のゴム板であって、上部構造体と下部構造体のいずれか一方または双方に固定される部分に、ゴム板端部固定用金物を挟み込んだことを特徴とする平板状のゴム板。
【0026】
〈概要〉
先ず、本発明では免震構造物(上部構造体)の重量を、転がり支承体もしくはすべり支承体のいずれか、あるいは両者の組み合わせにより支持することを第一条件とし、復元力を負担する免震装置を荷重支持条件から解放する。第二に復元力および減衰を負担する免震装置として積層ゴム系免震装置(天然ゴム系積層ゴム、高減衰積層ゴム、鉛プラグ入り積層ゴム等)を採用することを否定する。
【0027】
そして本発明は、最も単純で低コストで供給でき、免震構造物に水平方向復元力を与えることができる方法として平板状のゴム板を採用する。そしてこのゴム板平板に要求すべき課題として、▲1▼大きな水平変形(少なくとも60cm以上)に追従できること、▲2▼建物重量に対応したバネ性能を調節できること、▲3▼一つのゴム板で水平2方向に同じ復元力を発揮できること、▲4▼抵抗力ができるだけ水平方向に発生し、抵抗力の鉛直成分ができるだけ小さいこと、▲5▼残留変形やクリープ変形が小さいこと、等を実現できることを重要条件とする。
【0028】
以上の各条件に対する本発明の対応方法や長所は以下のとおりである。先ず、▲1▼大きな水平変形性能を確保すること。これは1995年の阪神淡路大震災で記録された震度7の地震動に対応するためには、減衰定数20%以上を確保した上で少なくとも60cm以上は必要であり、できれば80cm以上の水平変形性能を確保することが望ましい。80cm以上の変形性能を積層ゴムで確保するためには、積層ゴム直径は120cm以上。ゴム層総高さで32cm以上の大型装置が必要となる。この大型装置を採用するためには、面圧100kg/cm2として装置1基当たり1000トン以上の重量が必要となり、総重量が100トンにも満たない戸建て住宅では採用不可能である。
【0029】
これに対して、本発明の平板状ゴム板を採用し、これをほぼ水平方向に配置するものとすれば、ゴムの伸び率を200%〜250%で抑えるとして、80cmの水平変形を確保するためには32cm〜40cm程度のゴム板長さがあればよく、このゴム板に300%までの伸びを許容すれば96cm〜120cmという大変形が許容できることになる。尚、ゴムの破断伸び量は550%〜600%以上であるので、安全性能はまだまだ充分に確保されている。以上のとおり、本発明のゴム板免震装置では極めて簡単に大型積層ゴム以上の大変形性能を確保することができる。これが、本発明の第一の長所である。
【0030】
次に、上記▲2▼の建物重量に応じたばね性能を調節できることという条件に対しては、ゴム板の材質(縦弾性係数E)およびゴム板断面積Aと長さLの3要素により、ばね定数はKe=A・E/Lで表されるので、この3要素の組み合わせにより自由自在に調節可能である。特に積層ゴムでは建物重量が小さい場合に対応が困難であるのに対して、本発明の平板状ゴム板では負担重量1トンのように小さい場合でも変形性能・ばね定数および周期を自由に設定することができる。
【0031】
▲3▼の水平2方向に抵抗力を発揮できること、▲4▼の水平抵抗力を大きく、鉛直成分を小さくすることは共にゴム板平板の配置の工夫により解決できる。また▲5▼の残留変形やクリープ変形を小さくするためには、ゴム材質として高減衰ゴムよりも天然ゴムなどを採用することで望ましい結果が得られる。
【0032】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例を示す図面に基づいて説明する。
【0033】
図1は、本発明が対象としている戸建て住宅等小規模建物における免震層の構成例である。図1(1)は免震層付近の断面構成、図1(2)は免震装置の配置例を示している。本例は、建物全体の重量を球体転がり支承体で支持し、復元力および減衰を建物重量を支持しない小型積層ゴム(鉛プラグ入り積層ゴムもしくは高減衰積層ゴム)により供給している。減衰性能の高い小型積層ゴムを重量支持機能から解放することにより、小型軽量の構造物でも大きな水平変形性能を確保することを可能としている。図1(2)の円形平面が積層ゴムを固定する円形型枠を示しており、建物平面のできるだけ外周位置に装置を配置して、免震層のねじれ抵抗力を高めている。
【0034】
この免震システムは、軽量構造物でも大きな水平変形性能を確保できるが、▲1▼小型装置とはいえ積層ゴムという複雑で製造手間のかかる装置を採用しているため、かなりのコストアップが避けられないこと、▲2▼変形性能を高めると積層ゴム形状が細高くなり、その結果、▲3▼装置固定部に発生する曲げモーメントが大きくなり、その応力負担のために固定部材の断面耐力を高める必要があること、▲4▼また装置の純せん断変形モードが崩れ、曲げ変形・引張り変形モードが顕著になり復元力特性が安定しない等の難点を有している。
【0035】
本発明はこれらの難点を解決するためになされたもので、積層ゴムの替わりに極めて単純明快なゴム板を採用する。図2は、建物重量を転がり支承体で支持し、復元力装置にゴム板ばねを採用する構成1の免震層構成例である。上下構造体をゴム板ばねで直線的に連結する基本構成配置では、伸び変形時にのみ抵抗力が発生するので、2体一組とした配置をしている。転がり支承体の摩擦抵抗は極めて小さい(μ≒0.001〜0.005程度)ので、減衰を負担するために、ゴム板ばねに高減衰ゴムを採用するか、別の減衰装置を付加する。尚、ゴム板の形状は、例えば図10(2)に示すような平板形状としている。
【0036】
復元力ばねとするゴム形状は理論的には紐状でも良いが、本発明で形状を平板状のゴム板としているには重要な理由がある。ゴムのバネ性能は上記のとおりA・E・Lの3要素で調整可能であるが、適切なばね強さを得るには在る程度のゴム断面積が必要になる。ゴム断面積が大きくなるに伴い、紐状ではその直径が大きくなり、転がり支承体やすべり支承体の高さを超えるようになり、当初意図した積層ゴムを排除して免震層高さを低くするというねらいが達成できなくなる。また、構成6、7、図9に後述するように水平2方向に抵抗できるように折り曲げるためには平板形状が有効であり、直径断面の大きな紐では折り曲げ不可能となる。また、端部の固定方法も、図10に示すように薄い平板の方が容易で有利である。
【0037】
図3は、建物重量をすべり支承体により支持し、これにゴム板ばねを組み合わせる構成2を示している。免震層の降伏耐力は、通常は建物重量の5%前後が適切な値と見なされている。建物重量を全てすべり支承体で支える場合、すべり面をPTFE(テフロン(登録商標))など個体潤滑材+ステンレス板等の組み合わせにすると、摩擦係数は通常μ=0.1〜0.15程度となり、抵抗力が高くなりすぎる。従って、より低いすべり抵抗力を設定したい場合には、低摩擦係数のすべり支承体を組み合わせて調節する。すべり抵抗が減衰性能を発揮するので、すべり支承体以外の減衰装置は必要としない。
【0038】
図4は、建物重量を転がり支承体とすべり支承体の両者で支持し、これにゴム板ばねを組み合わせる構成3の免震層構成例である。転がり支承体の水平抵抗力はほぼゼロに等しいので、転がり支承体とすべり支承体が支える重量比を調整することにより、免震層として降伏耐力(水平抵抗力)を任意の値に設定することができる。図4では、建物の4隅にすべり支承体を配置し、建物重量の50%を支持させることにより、Q=0.5Wx0.1=0.05Wの降伏耐力(すべり抵抗力)としている。尚、ねじれ振動の発生を防止するために、すべり支承体およびゴム板ばねの配置は、建物重心に対して偏心しないように且つできるだけ建物平面の外側に配置してねじれ抵抗力を高めることが重要である。
【0039】
図5は、免震層に配置される免震装置の構成を示したもので、図5(1)は建物重量を支える転がり支承体、すべり支承体に復元力用の積層ゴム支承体を組み合わす場合の免震層の断面構成図である。積層ゴム支承体が他の装置よりも背が高いために、他の装置は基礎台の上に配置する必要があり、その結果、免震層が高くなり且つ免震層躯体が複雑になるために、大きなコストアップ要因となる。
【0040】
これに対して、本発明の図5(2)では、ゴム板ばねをほぼ水平に配置するため、免震層高さは転がり支承体もしくはすべり支承体が必要とする最小限度の高さでよく、特に図6(1)(2)のように転がり支承体やすべり支承体のすべり板をコンクリート躯体面と同一面にすることにより、躯体形状が完全な平板形状(最も単純な形態)となり、その結果、万一設計条件を超える強い地震動入力を受けた場合に、設計値以上の大変形にも問題なく追従できることになり、潜在的安全性が飛躍的に高い免震構造システムとなる。尚、図6(1)はすべり支承本体を上盤コンクリートの上から挿入設置できるようにした場合、図6(2)はすべり支承本体62の上下にすべり板61を配置して、上下両面ですべるようにした場合である。
【0041】
図7(1)は、構成4に示す上下両面を滑動面とするの構成を示しており、図の左側はすべり支承体が剛体の場合、右側はすべり支承体が積層ゴムとなっており、作用水平力がすべり摩擦以下の場合は積層ゴム体が変形し、すべり摩擦に達するとすべりが始まる装置とした場合である。
【0042】
構成5は、復元力を負担するゴム板ばねの設置方法を規定したもので、図7(2)に示すように水平面となす角度がθ≦30°となるように、できるだけ水平に取り付ける。ゴム板ばねの設置条件は、▲1▼設置角度、▲2▼ゴム板ばねがたわまないようにピンと取り付けること、およびねじれ振動を防止できるように平面配置のバランスをとることの3点である。
【0043】
ゴム板ばねの設置角度θ≦30°は、単純ではあるが極めて重要な条件である。その物理的意味を示したものが図8である。図8(1)は、設置角度によりゴム板に発生する抵抗力Toの内、水平抵抗力THに寄与する割合、即ち水平抵抗効率=TH/Toを、図8(2)はゴム板抵抗力の鉛直成分の割合を示したものである。θ=0°、ゴム板を水平に設置した場合の効率は1.0で、鉛直抵抗力は発生せず理想的な配置である。逆に、ゴム板を垂直(θ=90°)に設置した場合は、水平変形が小さい領域では抵抗力の殆どが鉛直方向に作用し、水平抵抗力として機能しないことが判る。図8(1)(2)から判るように、θ≦30°という条件により、ゴム板抵抗力の殆どを水平抵抗力として有効に作用させ、鉛直成分の割合を小さく抑制できることがわかる。図8(3)は水平抵抗力と水平変位との関係を示したもので、θ≦30°の条件により、ゴム板ばねの復元力特性を「ほぼ完全な線形ばね」とすることに成功している。
【0044】
図9は、上部構造体と下部構造体を結ぶゴム板ばねの連結方法を示したものである。図9(1)は上下構造体を単純に直線結合する「基本連結方式」を示したもので、ゴム板が伸びる場合には抵抗力が発生し、縮む方向への移動の場合にはゴム板が曲がり、抵抗力が発生しないことを示している。従って、この基本連結方式を採用する場合には、図2〜図4に示したように、左右(あるいは正負)両方向の移動に対して必ずどちらかのゴム板が伸びるように2対一組として配置することが基本原則となる。
【0045】
これに対して、構成6は上下構造体の相対移動が左右(正負)どちらに移動しても一つのゴム板が均等な抵抗力を発揮できる配置方法を示したものである。即ち、図9(2)に示すように上部構造体近傍では鉛直下向きにゴム板を取り付け、その直下で水平角度30°以下に曲げ、下部構造体への固定側に円柱形部材(下部構造体に固定)を配置する。こうして、円柱形部材をゴム板の一方の面に外接させる。この方法により、下部構造体固定側と反対方向に上部構造体が移動した場合はゴム板ばねは単純に伸び変形し、逆に固定側に移動した場合には円柱形部材を中心にしてゴム板が折れ曲がり、同様に水平抵抗力を発揮することができる。
【0046】
構成7は、構成6を発展させたもので、図9(3)に示すようにゴム板ばねの上部構造体固定位置の直下に、ゴム板の両側に、ゴム板を挟むように円柱形部材を配置することにより、それより下のゴム板ばねの固定方向とは無関係に、上部構造体に水平抵抗力を有効に発生させることができる。尚、上部構造体への連結部のゴム板は鉛直方向(θ=90°)となっているが、円柱形部材がその直下に存在することにより、図8のθ=90°とは異なり、水平抵抗効率は極めて高い値が確保される。また、円柱形部材をゴム板の両側に配置することにより、上部構造体のねじれ変位に対してゴム板が高いねじれ抵抗力を発揮することになる。
【0047】
図10(1)〜(4)は、いずれもゴム板端部に固定用金物を取り付ける構成8の構成例を示したものであり、(4)は固定用金物がゴム板からの抜け出しが起きにくいように金物の外側端部に円柱形突起部を設けたものである。
【0048】
図10(5)は、構成9の固定方法を示したもので、ゴム板端部に円柱形金物を取り付け、これを上下構造体側に固定された円筒形部材内に挿入することにより固定する方法である。この方法のメリットは、ゴム板の伸び変形に伴って変化する設置角度θの変化に無理なく追従できること、およびゴム板ばねの装着、取り外しが容易に行えることである。
【0049】
図10(6)は、構成10を示したものである。これは、ゴム板ばねを円筒形ゴムとして製作し、これを扁平に押しつぶして取り付ける方法である。円筒形ゴム(ゴムの輪)の製造は、長いホース状のゴム体を製造し、これを適切な長さに切断するだけでよく、極めて安価に製造できる優れた方法である。
【0050】
図11は、構成11のゴム板ばねと建物重量を支持するすべり支承体もしくは転がり支承体を複合・一体化した免震装置の構成方法を示している。上下両面のすべり支承体もしくは転がり支承体を上部構造体および下部構造体の両者からゴム板ばねで連結することにより、構成1〜10で示した本免震システムを一体化した複合免震装置として配置することができる。
【0051】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明は、従来の免震装置の代表的存在であった積層ゴムに比較して極めて単純な平板状のゴム板という装置により、戸建て住宅や小規模建築物を極めて高性能・高安全性の免震建物として実現可能とした免震構造システムであり、以下のような効果と長所を有している。
▲1▼ゴム板という極めて単純な装置であるので、製造コストが極めて安い。
▲2▼軽量構造物に対しても80cm以上、あるいは1m以上という大変形性能を容易に確保でき、しかもその全領域に渡って線形の復元力特性を実現できる。
▲3▼「転がり支承体+すべり支承体+ゴム板」という免震構造システムにより、周期特性、減衰性能、許容変形性能を自由に設定できる。
▲4▼ゴム板の配置およびその直下の円柱状部材の配置により、ねじれ振動を抑止することができる。
▲5▼すべり支承体および転がり支承体はそのすべり板表面がコンクリート躯体表面と同一レベルに設定されているため、その可動領域は極めて広く、またゴム板は、その有効長さを僅か30cm程度に設定しても100cm以上の変形性能を有しているため、その潜在的安全性能は極めて高い。
▲6▼転がり支承体・すべり支承体・ゴム板の各免震装置は単純明快な装置であるためその信頼性が高く、耐久性能も充分であるが、その装置も必要に応じて容易に交換することも可能である。
▲7▼免震層の高さを、転がり支承体もしくはすべり支承体の高さに合わすことが可能であるため、基礎の根切り底を浅くすることができ、且つ免震層上部の1階床を地盤面から高くない位置に設定できるので、経済的であるだけでなく、使い勝手のよい免震住宅を実現できる。
【0052】
以上のとおり、本免震構造システムを採用すれば、戸建住宅などの軽量建物を、「震度7にも安全、最大速度100カイン(cm/s)を超える地震動にも無損傷」という超高性能・超高安全性能の免震構造建物として経済的に実現することができる。本発明により、高性能の小規模免震建物の普及が促進され、安全な社会の建設に大きく貢献するものと期待される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 小規模免震建物の免震層の構成例。本発明の前提となる代表的な既存免震システム
(1)免震層の断面構成図
(2)免震装置配置図およびコンクリート基礎盤平面図
【図2】 本発明の免震構造システムの装置配置例:「転がり支承体+平板状ゴム板」システム
(1)免震層の断面構成図
(2)免震装置配置図およびコンクリート基礎盤平面図
【図3】 本発明の免震構造システムの装置配置例:「すべり支承体+平板状ゴム板」システム
(1)免震層の断面構成図
(2)免震装置配置図およびコンクリート基礎盤平面図
【図4】 本発明の免震構造システムの装置配置例:「転がり支承体+すべり支承体+平板状ゴム板」システム
(1)免震層の断面構成図
(2)免震装置配置図およびコンクリート基礎盤平面図
【図5】 免震層の断面構成図および免震装置の取り付け要領図
(1)従来の積層ゴム・球体転がり支承体・スベリ支承体を採用した場合の一般的な断面構成
(2)本発明の平板状ゴム板・球体転がり支承体・スベリ支承体を採用した場合の断面構成
【図6】 本発明の免震層の断面構成図および免震装置の取り付け要領図
(1)すべり支承体をコンクリート上盤の穴から後付けする場合
(2)すべり支承体の上下両面を滑動面とした場合
【図7】 本発明の免震装置の取り付け要領図
(1)上下両面滑動のすべり支承体の2タイプ:
左側:すべり支承体が剛体の場合、右側:すべり支承体に積層ゴムとした場合
(2)平板状ゴム板の取り付け要領説明図:水平面との傾斜角度θ≦30°とする。
【図8】 本発明の平板状ゴム板を傾斜角30°以下で設置すべき物理的意味の説明図
(1)水平抵抗力の発生効率(=水平力/ゴム板抵抗力)が90%以上の領域に制限している。
(2)ムダな力となる鉛直成分をできるだけ小さく抑制できること。
(3)平板状ゴム板による復元力特性(水平力−水平変位関係)
水平変位の全領域に渡って、ほぼ完全な線形ばねを実現している。
【図9】 平板状ゴム板の取り付け方法と変形状態の説明図
(1)上下構造体間に直線状に配置した基本連結方式:
伸び変形方向では抵抗力が発生するが逆方向変位には抵抗力が発生しないため、向きを逆にした2枚一組として配置する。
(2)上部構造体直下のゴム片側に円柱状部材を配置する方法:
伸び反対方向の変位でもゴムが折れ曲がり、伸び変形となり水平抵抗力が発生する。
(3)上部構造体直下のゴム両側に円柱状部材を配置する方法:
左右両方向の変位に対して、ゴムが折れ曲がり水平抵抗力が発生する。
またねじれ変形の拘束効果も飛躍的に高まる。
【図10】平板状ゴム板端部の固定方法説明図
(1)ゴム板端部に固定用金物(穴付き鋼板)を内蔵し、ボルトで固定する方法
(2)上記ゴム板の形状構成例:
ゴム板の長さは変形性能に応じて、ゴム板の幅は必要抵抗力・剛性に応じて設定される。
(3)ゴム板端部の固定方法例:上下に固定用鋼板を配置して締め付ける方法
(4)ゴム板端部の固定用金物の構成例:
埋め込み鋼板の端部に抜け出し防止用円柱部材を取り付けた場合
(5)ゴム板端部の固定用金物を円柱状として、円筒形部材内に挿入して固定する方法
(6)ゴム板材を円筒形部材(リング状)とし、その内側に固定用金物を挟んで固定する方法
【図11】平板状ゴム板とすべり支承体および転がり支承体との複合免震装置
(1)上下両面すべり支承体とゴム板を複合した装置の取り付け状態(断面図)
(2)上記装置の変形状態
(3)転がり支承体とゴム板を複合した免震装置取り付け状態(断面図)
【符号の説明】
1 :地盤
2 :コンクリート基礎盤
21:免震装置取り付け台座(下側)
3 :コンクリート上盤
31:免震装置取り付け台座(上側)
32:免震装置固定用打ち込み金物
4 :上部建物
5 :転がり免震支承体
51:転動体受け平板
52:転動体(=球体)
6 :すべり支承体
61:すべり板
62:すべり支承本体(積層ゴム内蔵)
63:すべり支承本体(剛体タイプ)
7 :積層ゴム免震装置
71:取り付けフランジ
8 :平板状ゴム板
80:円筒型ゴム板
81:固定用打ち込み金物
82:ゴム板端部固定用金物
83:固定用穴
84:ゴム板端部固定用円柱型金物
85:固定用円筒型金物
86:固定用ボルト
9 :ゴム板複合免震装置
91:ゴム板+すべり支承体複合装置
92:ゴム板+転がり支承体複合装置

Claims (8)

  1. 地盤もしくは基礎構造体あるいは上部重量を支える支持構造体(以下、下部構造体と呼ぶ)と、前記下部構造体に対して水平方向に相対移動可能に支持された免震構造物(以下、上部構造体と呼ぶ)と、前記上部構造体と前記下部構造体の間に配置され、前記上部構造体の重量を支える転がり支承体又はすべり支承体と、前記上部構造体と前記下部構造体に連結され、前記構造体の重量を支持しない、平板状のゴム板を備えた免震構造システムにおいて、
    前記平板状のゴム板を、下部構造体との接続点近傍では水平面に対して30°以内の傾斜角で取り付け、
    前記平板状のゴム板を、上部構造体との接続点近傍ではほぼ鉛直方向に取り付け、
    前記下部構造体の、前記上部構造体へのゴム板取り付け位置の直下近傍に、前記平板状のゴム板に外接する円柱状部材を配設したことを特徴とする免震構造システム。
  2. 請求項1に記載の免震構造システムにおいて、
    前記平板状のゴム板の端部に固定用金物が取り付けられており、前記固定用金物に設けられた穴に挿入したボルトにより、前記平板状のゴム板を前記上部構造体と前記下部構造体のいずれか一方または双方に固定したことを特徴とする免震構造システム。
  3. 請求項1又は2に記載の免震構造システムにおいて、
    前記平板状のゴム板の端部に固定用の円柱状部材が取り付けられており、前記円柱状部材を、上部構造体と下部構造体のいずれか一方または双方に固定された円筒形部材内に挿入して、前記平板状のゴム板を、前記上部構造体と前記下部構造体のいずれか一方または双方に固定したことを特徴とする免震構造システム。
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、
    前記平板状のゴム板が円筒形ゴムから構成されたことを特徴とする免震構造システム。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、
    前記上部構造体と下部構造体を連結する平板状のゴム板が2枚以上設けられていることを特徴とする免震構造システム。
  6. 請求項1乃至5のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、
    前記平板状のゴム板は、端部に固定用金物が取り付けられており、前記上部構造体と前記下部構造体のいずれか一方または双方にゴム板端部を固定するためのボルトを挿入する穴を、前記固定用金物に設けたものであることを特徴とする免震構造システム。
  7. 請求項1乃至6のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、
    前記平板状のゴム板は、端部に、前記上部構造体と前記下部構造体のいずれか一方または双方に固定された円筒形部材内に挿入される、円柱状部材が取り付けられたものであることを特徴とする免震構造システム。
  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載の免震構造システムにおいて、
    前記平板状のゴム板は、前記上部構造体と前記下部構造体のいずれか一方または双方に固定される部分に、ゴム板端部固定用金物を挟み込んだものであることを特徴とする免震構造システム。
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