JP4047127B2 - 免震装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主として柱の中間階免震に好適に使用される、免震用積層ゴム支承体と縦型の粘弾性振動減衰装置との組み合わせから成る免震装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、都市部の既存建物に関しては、厳しいテナント獲得競争や法規制の改定に対処するため、建物の用途や機能、或いは室内景観を大幅に変更する必要性に迫られている。とりわけ建物の耐震安全性を確保しつつ上部構造の自由度を高める免震改修が検討され実施されることが多くなっている。
【０００３】
従来一般に知られた免震用積層ゴム支承体（免震アイソレータ）（特許文献１参照）だけでは、免震層の変形量が大きくなる。そのため都市部の隣接建物とのクリアランスが小さい市街地建物の免震改修に適用可能な免震装置は限られる。即ち、市街地建物の免震改修は変形量を小さくする必要があり、減衰力が大きい振動減衰装置（付加ダンパー）の併設が不可欠である。変形量を小さくする技術としては、速度二乗型ダンパー、セミアクティブダンパー、粘性壁ダンパー（例えば、特許文献２、３を参照）などが有効的である。しかし、前述の各ダンパーは、設置スペースが多く必要であり、中間階免震で改修を行う場合には、建築計画上の自由度を大幅に制限される欠点がある。また、別異のフロアや構面に振動減衰装置（付加ダンパー）を設置する場合には、設計施工や保守点検が面倒で手間がかかる欠点がある。
【０００４】
上記の欠点を解決する技術が、本出願人らの先願である特許文献４に開示されている。この免震装置に採用された振動減衰装置Ｂは、図２０および図２１に例示したように、建築物の柱Ｃを支持する免震用積層ゴム支承体Ａ（免震アイソレータ）を取り囲むように水平方向に配置された上板ｂ１と下板ｂ２および中間板ｂ３並びにそれらの板間に配置された粘弾性体ｂとから成る横型の構成であり、上板ｂ１は上位柱の下端側に固定され、下板ｂ２は下位柱の上端側に固定されている（図２１）。従って、地震時に免震層が変形すると、粘弾性体ｂがせん断変形を生じて振動エネルギを吸収し、振動減衰の作用効果を奏し、過大な変形を抑制する。
上記の振動減衰装置Ｂは、省スペースの設置が可能で、点検、交換なども容易な構成である。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１７９８３４号公報
【特許文献２】
特公平５−２２０２６号公報
【特許文献３】
特開２００１−６５１９１号公報
【特許文献４】
特開２００２−３８７６６号公報
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
上記特許文献４に開示された免震装置は、柱Ｃの横断面内の中心部に位置する免震用積層ゴム支承体Ａの外周に振動減衰装置Ｂが水平方向に横型の構成で配置されている。一例として免震用積層ゴム支承体Ａの直径は約１ｍであるが、振動減衰装置Ｂの外径は約２ｍもあり、平面的に大きな広がりを有する構成である。従って、改修後の免震装置（特に振動減衰装置Ｂ）の存在は、図２０に示したように、意匠的に建築空間の障害となるばかりでなく、人の通行時に、頭上に危険を感じる障害物として嫌な存在である。しかも地震時には水平方向に変形するので、近傍に位置する周囲の家具や備品Ｄの配置に制限や配慮が必要であり、空間スペースの効率的な有効活用を図り難い。更に、振動減衰装置Ｂの平面形態は円形であるため、金型の製作や粘弾性体の注入が難しく、生産性や施工性の向上を図ることが困難である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、免震層の変形量をできるだけ小さく抑制することは当然のこと、振動減衰装置の形態を縦型に構成して平面的な広がりを有さないものとし、建築計画上の障害にならない省スペースの設置を可能ならしめ、空間スペースの効率的な活用に有利な免震装置を提供することである。
【０００８】
本発明の次の目的は、市街地の既存建物の免震改修（特に中間階柱の免震）に好適であり、しかも、装置の製作及び取付け施工が容易であり、生産性や施工性の向上に有利な免震装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る免震装置は、
角柱１の横断面の中央部に設置された免震用積層ゴム支承体２と、同じ角柱１の横断面内の外周辺部に沿って設置された縦型の粘弾性振動減衰装置３との組み合わせから成り、
縦型の粘弾性振動減衰装置３は、粘弾性体３ａを挟んでその両側面を支持する少なくとも２枚の取付板３ｂ、３ｃが垂直方向に平行な配置とされた構成であり、前記粘弾性体３ａと取付板３ｂ、３ｃは角柱１の４辺の外周縁に沿って平行な配置とされ、一方の取付板３ｃを柱上位部材１Ａと、他方の取付板３ｂは柱下位部材１Ｂとそれぞれヒンジ機構４により各辺と直交する方向へ傾動自在に取り付けて設置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した免震装置において、
縦型の粘弾性振動減衰装置３は、粘弾性体３ａを挟んでその両側面を支持する取付板３ｂ〜３ｄと粘弾性体３ａとが互い違いに複数配置された構成であり、前記粘弾性体３ａと取付板３ｂ、３ｃは角柱１の４辺の外周縁に沿って平行な配置とされ、各取付板３ｂ〜３ｄは上下いずれかの一端が交互に角柱１の柱上位部材１Ａ及び柱下位部材１Ｂとそれぞれヒンジ機構４により各辺と直交する方向へ傾動自在に取り付けて設置されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載した発明に係る免震装置は、
角柱１の横断面の中央部に設置された免震用積層ゴム支承体２と、同じ角柱１の横断面内の外周辺部に沿って設置された縦型の粘弾性振動減衰装置３との組み合わせから成り、
縦型の粘弾性振動減衰装置３は、粘弾性体３ａを挟んでその両側面を支持する取付板３ｂ、３ｃと粘弾性体３ａとが互い違いに複数配置された構成であり、前記粘弾性体３ａと取付板３ｂ、３ｃは角柱１の４辺の外周縁に沿って各辺と直角な配置とされ、各取付板３ｂ、３ｃは上下いずれかの一端が交互に角柱１の柱上位部材１Ａ及び柱下位部材１Ｂとそれぞれヒンジ機構４により各辺の長手方向へ傾動自在に取り付けて設置されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載した発明に係る免震装置は、
柱１の横断面の中央部に設置された横断面が円形の免震用積層ゴム支承体２と、同じ柱１の横断面内に、免震用積層ゴム支承体２と同心の外周円上に設置された縦型の粘弾性振動減衰装置３との組み合わせから成り、
縦型の粘弾性振動減衰装置３は、粘弾性体３ａを挟んでその両側面を支持する取付板３ｂ、３ｃと粘弾性体3ａとが互い違いに複数配置された構成であり、前記粘弾性体３ａと取付板３ｂ、３ｃはそれぞれ免震用積層ゴム支承体２と同心の外周円上に、放射方向にそれぞれ平行な配置とされ、各取付板３ｂ、３ｃは上下いずれかの一端が交互に柱１の柱上位部材１Ａおよび柱下位部材１Ｂとそれぞれヒンジ機構４により放射方向へ傾動自在に取り付けて設置されていることを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施形態】
以下に、請求項１〜４に記載した発明に係る免震装置を、図面に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１５】
先ず図１〜図７には、請求項１に記載した発明の実施形態を示した。
この免震装置は、建物の中間階の柱１の横断面の中央部に設置された免震用積層ゴム支承体２と、同じ柱断面内の外周部位に設置された縦型の粘弾性振動減衰装置３との組み合わせから成る。
免震用積層ゴム支承体２は、例えば上記特許文献１で公知である通り、鋼板とゴムシートを交互に積層し接着して柱状に積層して成るもので、建物の鉛直荷重を比較的小さな水平剛性で支持する。
【００１６】
縦型の粘弾性振動減衰装置３は、図２に拡大して示したように、ブチルゴム、高減衰天然ゴム等による粘弾性体３ａを挟み付けてその両側面を支持する２枚の取付板（外鋼板３ｂ、内鋼板３ｃ）から成る。前記２枚の取付板（外鋼板３ｂ、内鋼板３ｃ）は垂直方向に平行な配置（縦型）とされ、一方の内鋼板３ｃが柱上位部材１Ａに、他方の外鋼板３ｂは柱下位部材１Ｂにそれぞれ、各辺の長手方向に複数配置されたヒンジ機構４…により各辺と直交する方向に傾動自在に取り付けられている。その外観形状を図６に示している（請求項１記載の発明）。
【００１７】
図３は、上記縦型の粘弾性振動減衰装置３が、その取付板（内外の鋼板３ｂ、３ｃ）及び粘弾性体３ａを、角柱１の外周縁（４辺）に沿って各々平行な配置に設置された構成を示している。従って、４辺の粘弾性振動減衰装置３は、免震層のＸ、Ｙ２軸方向の層間変形に次のように動作する。
【００１８】
先ず図４は、図３に示すＸ方向の層間変形に対する免震用積層ゴム支承体２およびＹ方向の２辺に配置した粘弾性振動減衰装置３、３の変形状態を示す。免震用積層ゴム支承体２は水平方向に小さな水平剛性で剪断変形を生じて復元力を発生する。Ｙ方向の２辺（左右）に配置した粘弾性振動減衰装置３、３は、柱１Ａと１Ｂの変形に従い、外鋼板３ｂと内鋼板３ｃが各々のヒンジ機構４、４を中心に傾動しつつ相対的に変位する。そのため、両板間の粘弾性体３ａは上下方向に剪断変形され、その間に振動エネルギが吸収される。
【００１９】
同様に、図５は、図３に示すＸ方向の層間変形に対するＸ方向の２辺に配置した粘弾性振動減衰装置３、３の変形状態を示す。Ｘ方向の２辺（左右）に配置した粘弾性振動減衰装置３、３は、内外の鋼板３ｂ、３ｃを柱１へ取り付けたヒンジ機構４がＸ方向には剛性を有するので、内外の鋼板３ｂ、３ｃは垂直姿勢のまま単純に水平方向へ相対的に変位する。よって、両板間の粘弾性体３ａは水平方向に剪断変形され、その間に振動エネルギが吸収される。かくして４辺の粘弾性振動減衰装置３…は、層間変形時にいずれもが振動減衰（応答減衰）の作用効果を奏する。この作用効果は層間変形がＹ方向に発生した場合でも同様である。
【００２０】
本発明の免震装置は、縦型の粘弾性振動減衰装置３が、図１、図２及び図６に示したように、基本的に柱１と同方向に直立した縦型（垂直）の姿勢であり、柱１の外周縁の外にはみ出ない構成である。従って、柱１の外観意匠や室内空間の景観に悪影響を及ぼさない。そして、図７に示したように免震装置の近傍位置で活動する人々に視覚的な嫌悪感や危険を感じさせる不都合もない。また、地震時に水平方向の層間変形を生じた場合には、図４、図５に例示したように、柱１に変形ストロークＳは発生するけれども、それ以上に大きく水平移動する何物もないから、近傍に位置する家具や備品類Ｄの配置に制限が少なく、ひいては空間スペースの効率的な有効利用を図れる。
【００２１】
次に、図８〜図１０は、請求項２に記載した発明の実施形態を示す。
この発明の基本的な構成は、請求項１に記載した発明と共通する。即ち、免震装置の構成としては、縦型の粘弾性振動減衰装置３が、図示例の場合には２枚（但し２枚の限りではなく、複数枚で可。）の粘弾性体３ａ、３ａそれぞれを個別に挟み付けてその両側面を支持する３枚の取付板（外鋼板３ｂと内鋼板３ｃ及び中間板３ｄ）が互い違いに柱上位部材１Ａ及び柱下位部材１Ｂへそれぞれ、各辺の長手方向に複数配置したヒンジ機構４により傾動自在に取り付けられている。つまり、縦型の粘弾性振動減衰装置３が複数層構造に構成されていることが特徴である。
【００２２】
本実施形態の免震装置の場合、建物の免震層が層間変形した場合には、図１０に例示したように、平行な２辺に配置された粘弾性振動減衰装置３は、その外鋼板３ｂと内鋼板３ｃ及び中間板３ｄがそれぞれのヒンジ機構４を中心に傾動しつつ相対的に変位する。よって、各板間の２枚の粘弾性体３ａ、３ａは上下方向に剪断変形され、その間に振動エネルギが吸収される。つまり、各板間の２枚の粘弾性体３ａ、３ａが剪断変形するので、その倍数に相当する大きなエネルギ吸収を期待できるのである。他の平行な２辺に配置された粘弾性振動減衰装置３は、その各板が図５の如く水平方向に変位し、やはり大きなエネルギ吸収の作用効果を奏する。
【００２３】
次に、図１１〜図１５は、請求項３に記載した発明の実施形態を示す。
この発明も、基本的な構成は請求項１に記載した発明と共通する。即ち、図示した縦型の粘弾性振動減衰装置３は、２枚の平行な取付板３ｂ、３ｃと、これらで両側面を挟み付けて支持した粘弾性体３ａとを一組とし、角柱１の外周縁に沿って４辺に、必要組数が各辺と直角な配置で一連の状態に設置されている。各取付板３ｂ、３ｃは、交互に柱上位部材１Ａ及び柱下位部材１Ｂへそれぞれヒンジ機構４により、各辺の長手方向にのみ傾動自在に取り付けられている（各辺と直角な方向には剛性を有する）。また、本実施形態の場合、柱１の４辺の中点を通る直交線近傍に位置する部分では、粘弾性振動減衰装置３が免震用積層ゴム支承体２の外面との間で、層間変形時に干渉を起こさないだけのクリアランスＬを確保する必要があり、粘弾性振動減衰装置３の有効幅寸Ｗはそれなりに小さい構成とされている。図１５はこの免震装置の外観形態を示している。
【００２４】
本実施形態の場合も、建物の免震層が例えばＸ方向に層間変形した場合は、図１３に示したように、Ｙ方向に平行な２辺の粘弾性振動減衰装置３は、各取付板３ｂと３ｃのヒンジ機構４がＸ方向に剛性を有するため、取付板３ｂ、３ｃは垂直姿勢のまま単純に水平方向へ相対的に変位し、両板間の粘弾性体３ａを水平方向に剪断変形させ、その間に振動エネルギが吸収される。また、Ｘ方向に平行な２辺の粘弾性振動減衰装置３は、図１４に例示したように、隣接する取付板３ｂと３ｃが各々のヒンジ機構４を中心に傾動しつつ相対的に変位するので、やはり各板間の粘弾性体３ａは上下方向に剪断変形され、その間に振動エネルギが吸収されるのである。
【００２５】
次に、図１６〜図１９は、請求項４に記載した発明の実施形態を示す。
この発明も、基本的な構成は請求項１に記載した発明と共通する。但し、縦型の粘弾性振動減衰装置３は、図１６に示した通り、２枚の平行な取付板３ｂ、３ｃと、これらで両側面を挟み付けて支持した粘弾性体３ａとを一組とし、免震用積層ゴム支承体２と同心の外周円上に、必要組数が一連の状態に円形に設置されている。各組の２枚の取付板３ｂ、３ｃは放射方向にそれぞれ平行な配置を保つように、図１６の場合は、柱１の４辺と直角な４方向に放射状の配置で設置されている。４５°方向で各組の一連性は遮断され、振動減衰装置３の向きが９０°変更されている。したがって、この実施形態の免震装置は、柱１の横断面形状が円形である場合にはすこぶる好適に実施される。
【００２６】
この免震装置の場合にも、免震層がＸ方向及びＹ方向に変形した場合には、各方向の振動減衰装置３が、図１８と図１９に例示したように、上記の各実施形態と全く同様に動作してエネルギ吸収の作用、及び振動減衰の効果を奏するのである。
【００２７】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜４に記載した発明に係る免震装置は、縦型の振動減衰装置が免震層の変形量をできるだけ小さく抑制する振動減衰の効果を発揮する。しかも振動減衰装置の形態が柱と同じ垂直姿勢の縦型に構成されているし、柱断面内の外周縁部に設置されて平面的な広がりを有さない（外方へはみ出ない）構成であるから、建築計画上の障害にならない省スペースの設置を可能ならしめ、空間スペースの効率的な有効活用に有利である。
よって、本発明の免震装置は、市街地の既存建物の免震改修（特に中間階柱の免震）に好適である。しかも、免震装置の製作及び取付け施工が容易であり、生産性や施工性の向上に有利でもある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１に係る免震装置の実施形態を示した立面図である。
【図２】 上記免震装置の構成を拡大して示した立面図である。
【図３】 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】 免震装置の動作状況を図３のＩＶ−ＩＶ断面図で示した説明図である。
【図５】 免震装置の動作状況を図３のＶ−Ｖ矢視図で示した説明図である。
【図６】 上記免震装置の実施形態を示す外観図である。
【図７】 上記免震装置の設置状況を示す説明図である。
【図８】 免震装置の異なる実施形態を示した平面図である。
【図９】 上記免震装置を図８のＩＸ−ＩＸ線に沿って切断した断面図である。
【図１０】 上記免震装置の動作状況を図８のＩＸ−ＩＸ断面図で示した説明図である。
【図１１】 請求項３に係る免震装置の実施形態を示した平面図である。
【図１２】 上記免震装置を図１１のＫ−Ｋ線に沿って切断した断面図である。
【図１３】 上記免震装置の動作状況を図１１のＫ−Ｋ断面図で示した説明図である。
【図１４】 免震装置の動作状況を示した立面図である。
【図１５】 上記免震装置の実施形態を示す外観図である。
【図１６】 請求項４に係る免震装置の実施形態を示した平面図である。
【図１７】 上記免震装置を図１６のＭ−Ｍ線に沿って切断した断面図である。
【図１８】 上記免震装置の動作状況を図１６のＭ−Ｍ断面図で示した説明図である。
【図１９】 上記免震装置の動作状況を示した立面図である。
【図２０】 従来の免震装置の実施形態を示した立面図である。
【図２１】 前記免震装置の要部を拡大した断面図である。

Claims (4)

1. 角柱の横断面の中央部に設置された免震用積層ゴム支承体と、同じ角柱の横断面内の外周辺部に沿って設置された縦型の粘弾性振動減衰装置との組み合わせから成り、
   縦型の粘弾性振動減衰装置は、粘弾性体を挟んでその両側面を支持する少なくとも２枚の取付板が垂直方向に平行な配置とされた構成であり、前記粘弾性体と取付板は角柱の４辺の外周縁に沿って平行な配置とされ、一方の取付板を柱上位部材と、他方の取付板は柱下位部材とそれぞれヒンジ機構により各辺と直交する方向へ傾動自在に取り付けて設置されていることを特徴とする、免震装置。
2. 縦型の粘弾性振動減衰装置は、粘弾性体を挟んでその両側面を支持する取付板と粘弾性体とが互い違いに複数配置された構成であり、前記粘弾性体と取付板は角柱の４辺の外周縁に沿って平行な配置とされ、各取付板は上下いずれかの一端が交互に角柱の柱上位部材及び柱下位部材とそれぞれヒンジ機構により各辺と直交する方向へ傾動自在に取り付けて設置されていることを特徴とする、請求項１に記載した免震装置。
3. 角柱の横断面の中央部に設置された免震用積層ゴム支承体と、同じ角柱の横断面内の外周辺部に沿って設置された縦型の粘弾性振動減衰装置との組み合わせから成り、
   縦型の粘弾性振動減衰装置は、粘弾性体を挟んでその両側面を支持する取付板と粘弾性体とが互い違いに複数配置された構成であり、前記粘弾性体と取付板は角柱の４辺の外周縁に沿って各辺と直角な配置とされ、各取付板は上下いずれかの一端が交互に角柱の柱上位部材および柱下位部材とそれぞれヒンジ機構により各辺の長手方向へ傾動自在に取り付けて設置されていることを特徴とする、免震装置。
4. 柱の横断面の中央部に設置された横断面が円形の免震用積層ゴム支承体と、同じ柱の横断面内に、前記免震用積層ゴム支承体と同心の外周円上に設置された縦型の粘弾性振動減衰装置との組み合わせから成り、
   縦型の粘弾性振動減衰装置は、粘弾性体を挟んでその両側面を支持する取付板と粘弾性体とが互い違いに複数配置された構成であり、前記粘弾性体と取付板はそれぞれ免震用積層ゴム支承体と同心の外周円上に、放射方向にそれぞれ平行な配置とされ、各取付板は上下いずれかの一端が交互に柱の柱上位部材および柱下位部材とそれぞれヒンジ機構により放射方向に傾動自在に取り付けて設置されていることを特徴とする、免震装置。

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