JP4330679B2

JP4330679B2 - すべり免震装置および免震構造

Info

Publication number: JP4330679B2
Application number: JP34343998A
Authority: JP
Inventors: 裕安部; 康三深尾; 秀典石垣; 雅彦東野; 弘樹濱口; 幸太郎遠山; 文規里路; 和夫廣瀬; 紀男伊藤; 芳郎沖; 俊一辻; 茂涌井
Original assignee: NTN Corp; Takenaka Corp
Current assignee: NTN Corp; Takenaka Corp
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: JP2000170828A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビル、タワー等の高層構造体から一戸建てなどの低層構造体に至る建築構造体、道路・鉄道などの橋梁に至る土木構造体を支持し、地震外力を低減するすべり免震装置およびそれを用いた免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
免震とは、建物に加わる地震力を何らかの方法で減少させることである。現在は、下部躯体、例えば基礎と、上部躯体、例えば建物との間に免震装置を入れて、建物への地震入力の減少を図る「基礎絶縁型」が免震工法の主流となっている。
免震装置としては、例えば、鋼板とゴム材とを交互に積層した弾性免震装置（積層ゴム免震装置）が知られているが、この弾性免震装置は、減衰性能に乏しいという問題がある。そのため、水平方向の剛性に対する固有振動数近傍の成分が卓越した入力に対しては共振を起こし、過大な変形に至り積層ゴムが破断する場合も生じる。これに対して、ゴム材を高減衰ゴムにする手法などが考慮されたが、支持荷重と設計免震周期に限界が多かった。
【０００３】
他の免震装置として、例えば、積層ゴムの端面にすべり支承を設けたすべり免震装置などが提案されている。従来のすべり免震装置の一例を図６に示す。図６は従来のすべり免震装置の断面図である。
従来のすべり免震装置は、上部躯体９に固定するための上板７と、この上板７に固定され、鋼板１１ａとゴム材１１ｂとを交互に積層した積層ゴム１１と、この積層ゴム１１の下端面に設けられたすべり材４と、このすべり材４が摺動する金属板などの平滑板２とから構成されている。
このようなすべり免震装置を用いた免震構造は大地震での大変形に対して、すべりによってエネルギーが消費される利点がある。
ここで、免震構造とは免震装置を施工するにあたり、下部躯体と上部躯体の間に免震装置を複数個配設された状態をいう。免震装置とは免震可能な装置単体をいう。また、すべり免震装置とは少なくともすべり支承を有する免震装置をいう。
【０００４】
上記弾性免震装置とすべり免震装置とを並列に配置してそれら両方で上部構造物の鉛直荷重を受け止めるようにした免震構造が知られている（特開平８−１５８６９７号）。
また、すべり免震装置における低摩擦化の手段として、官能基を有するフッ素系あるいはポリシロキサン系化合物からなる被膜を金属板に設けることが知られている（特許第２６２９０１１号）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のすべり免震装置は積層ゴムを用いるため製造工程が繁雑になるという問題がある。
また、従来のすべり免震装置においては、大規模な地震（たとえば震度５付近以上）でないと免震機能が果たせないという問題があった。
この理由は、すべり支承の摩擦係数が 0.1程度の場合、地震力が 0.1G 以上にならないと、すべり支承がすべり出さないためにある。免震性能をある程度確保するためには、すべり出すまでの静摩擦力の影響を緩和するためにある程度のゴム総数を有する積層ゴムの併用が必要となる。
しかし、積層ゴム弾性免震装置で 0.1G 程度の地震力に対して免震効果を得ようとすると、その分だけ積層ゴムが水平に変形し、すべり出したときに荷重の偏在が生じすべり性能やすべり面の耐久性を低下させる原因となっていた。
【０００６】
さらに、積層ゴム部分が水平に変形すると、鉛直軸力を受けるゴムの投影面積、すなわち有効受圧面積が小さくなるという問題がある。その関係を図７に示す。図７は積層ゴム部分の変形量と有効受圧面積との関係を示す図である。
すべり支承がすべり出さない小規模な地震の場合、積層ゴム１１が水平に変形するので、平滑板２に対する有効受圧面積Ｂが小さくなる。
積層ゴム部の許容面圧は 10 〜 15MPaとされているので、例えば柱の軸力が 1,000トンを越えるような場合、積層ゴムの直径はφ1,300mm 以上の大きなものになる場合がある。それに伴い、すべり支承の相手材の鋼板の直径はφ 2,000mmを越えるものが必要となり、装置は取り付け作業性の悪い大きなものになる傾向にあり、近年の装置軽量化の要求に対応できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題に対処するためになされたもので、大きな地震力のみならず小さな地震力においても、十分な免震機能を有し、かつ小型化ができ、製造工程も削減できるすべり免震装置およびこれを用いた免震構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下部躯体と上部躯体との間に配設されるすべり免震装置であって、上記すべり免震装置は、摺動面がマトリクス材に低分子量潤滑剤を含有する潤滑性被膜が５〜３０μｍの厚さに形成された金属製の平滑板と、この平滑板に一方の面が摺接する四フッ化エチレン系樹脂に充填剤を配合した四フッ化エチレン系樹脂組成物製のすべり材とからなるすべり支承と、上記すべり材の他方の面に直接または中板を介して直列に配置される単層ゴム材とからなることを特徴とする。
本発明は平滑板とすべり材からなるすべり支承を有するので、摩擦係数を減らすと同時に、単層ゴム材の使用により、積層ゴムに比較して大幅にゴム部分の変形量を抑えることができる。そのために有効受圧面積を増大させることができ、許容面圧を上げることができる。
なお、本発明において、単層ゴム材とは、水平力に対して免震装置を弾性変形可能とする役割を果たすものをいい、単なる防錆等を目的とするゴム被覆材は含まない。
【０００９】
また、本発明は、上記平滑板と上記すべり材との摩擦係数が面圧 15 MPa 以上で 0.05 以下であることを特徴とする。
摩擦係数を 0.05 以下とすることにより、後述するように、すべり出しの加速度を小さく保ったまま免震周期の長周期化ができる。その結果、免震構造の設計可能範囲を大幅に拡大することができる。
【００１０】
また、本発明は、上記すべり材と、上記単層ゴム材とが中板を挟んで直列に配置され、上記単層ゴムの受容面積より上記すべり材の受容面積が小さいことを特徴とする。
すべり材の受容面積を小さくすることにより、面圧を大きくすることができるので、平滑板とすべり材との摩擦係数をより小さくできる。
【００１１】
本発明の免震構造は、下部躯体と上部躯体との間に上記すべり免震装置と復元力を有する装置とを複数個配設してなることを特徴とする。
上記すべり免震装置と復元力を有する装置とを複数個配設することにより、免震構造の設計可能範囲をより大幅に拡大することができる。特に復元力を有する装置の一部または全部が鉛プラグ入積層ゴム、あるいは高減衰弾性ゴム免震装置であると、摩擦係数が 0.05 以下のすべり免震装置の作用とともに、大きな地震力のみならず小さな地震力においても、十分な免震機能を持たせることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係るすべり免震装置の一例を図１により説明する。図１（ａ）は下部躯体と上部躯体との間に設けられたすべり免震装置の断面図、図１（ｂ）はＡ部拡大断面図である。
すべり免震装置１は、上部躯体９に固定するための上板７と、この上板７と中板５との間に挟持される単層ゴム材６と、中板５の下端面に固定されるすべり材４と、このすべり材４と摺動し、下部躯体８に固定される平滑板２とから構成されている。なお、前記すべり材と平滑板とをすべり支承という。また平滑板２の摺動面には潤滑性被膜３が形成されている。すべり材４は樹脂組成物、例えば四フッ化エチレン系樹脂を主成分とする樹脂組成物で形成されている。
【００１３】
本発明は、摺動面に潤滑性被膜３が形成されている平滑板２と、摺動性に優れた樹脂組成物で形成されているすべり材４とが摺動するので、従来のすべり免震装置に比較して、摩擦係数を極めて小さくすることができる。
すべり免震装置と弾性免震装置とを並列に配設する免震構造の場合を例にとり、すべり免震装置における摩擦係数の重要性について説明する。
すべり免震装置と弾性免震装置とを並列に配設した場合、建物全体の見かけ上の摩擦係数μ₀は、次式で表される。
μ₀＝｛１＋（Ｋ₂／Ｋ₁）｝μα
ここで、Ｋ₂：弾性免震装置のばね定数
Ｋ₁：すべり免震装置のばね定数
μ：すべり免震装置の摩擦係数
α：すべり免震装置が分担する鉛直荷重の割合である。
【００１４】
地震の震度が小さい場合においても免震構造が機能するためには、μ₀を小さくする必要がある。例えば、震度３の地震を仮定すると、すべり免震が働き始める加速度は約20gal 以上であり、震度３からの地震に免震装置が機能するためには、μ₀は 0.02 の値を要求される。すべり免震装置の摩擦係数μが 0.02 の値に達しない場合は、見かけ上の摩擦係数μ₀＝ 0.02 を実現するために、すべり免震装置と弾性免震装置とが並列に配設される。
【００１５】
本発明の免震構造では、弾性免震装置のばね定数は、すべり免震装置のばね定数に比較して、積層されているためにはるかに小さいので、μ₀＝ 0.02 を実現するためのμとαとの関係を、Ｋ₁＝ 20Ｋ₂と仮定した。この関係を表１に示す。
【表１】

αは基本的に全体の免震装置の数に対するすべり免震装置の数を示すことになるので、μが0.1 の場合は免震装置の約 8割を弾性免震装置にする必要があるのに対し、μが0.05の場合は約 6割、μが0.03になると弾性免震装置の割合は約 4割と大幅に少なくなる。したがって、すべり免震装置の摩擦係数を0.05以下、好ましくは0.04以下、より好ましくは0.03以下とすることにより、すべり免震装置に依存した免震構造となり、すべり出しの加速度を小さく保ったまま免震周期の長周期化ができる。
逆に、μが0.1 のすべり免震装置をα=0.64 に相当する個数使用すると、見かけの摩擦係数μ₀は約 0.067であり加速度に換算すると約67gal となり震度５（震度５は80gal 以上）近くなるまですべり免震構造として働かないことになる。
以上よりすべり免震装置の摩擦係数を0.05以下とすることにより、すべり免震装置と弾性免震装置の組み合わせを設定できる範囲が拡がるので、免震構造の設計可能範囲を大幅に拡大できる。
【００１６】
本発明に係るすべり免震装置は、すべり材４が摺動する面と反対側の面に直接あるいは中板５を介して単層ゴム材６が直列に配置される。
また、単層ゴム材は、積層ゴム材に比較してゴム総厚が薄く、水平方向の変形が少ないので、ゴム部分の変形量を抑えることができる。その結果、図２に示すように有効受圧面積Ｂを増大させることができる。図２は単層ゴム材の変形量と有効受圧面積との関係を示す図である。
その他、本発明に係る低摩擦係数のすべり部材と併用することにより、単層ゴム材は、従来の積層ゴム材と比較して、種々の利点を有する。その一例を表２にまとめて示す。表２は各ゴム材に負荷される荷重が 1,000トンの場合における単層ゴムの積層ゴムに対する利点である。
【表２】

【００１７】
単層ゴム材６とすることにより、従来の積層ゴム材と比較して、製造工程数を少なくすることができ、すべり免震装置の製造コストを低減することができる。
例えば、積層ゴム材の製造工程に比較して、内部鋼板の作製、ゴムと鋼板の積層工程を省略することができる。
【００１８】
本発明は、図１に示すように、すべり材４と単層ゴム材６との間に中板５を挟持することが好ましい。中板を設けることで、すべり材の受容面積を任意に変化させることができる。特に単層ゴム材６の受容面積よりすべり材４の受容面積を小さく設定することで、すべり材４の面圧を大きくすることができる。
潤滑性被膜３が形成された平滑板２とすべり材４との摩擦係数は、面圧が大きくなると小さくなるので、すべり材４の受容面積を小さくすることにより摩擦係数をより小さくすることができる。
中板の材料としては、表面平滑な金属鋼板などを用いることができる。
【００１９】
本発明は、平滑板２とすべり材４との摩擦係数を面圧 15MPa以上で、0.05以下であることにより満足できる。
平滑板２の材質としては、ステンレス板、その他の金属鋼板を用いることができ、また、潤滑性被膜３としては、平均分子量 50,000以下、好ましくは 10,000以下の含フッ素重合体およびポリシロキサンを、ポリアミドイミド樹脂あるいはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂などのマトリクス材に混合させた被膜であることが好ましい。
すべり材４の材質は、四フッ化エチレン系樹脂に各種充填剤を配合した四フッ化エチレン系樹脂組成物であることが好ましく、摩擦および摩耗性能に優れた樹脂組成物であることが好ましい。
【００２０】
以下、面圧 15 MPa 以上で摩擦係数が 0.05 以下を達成するための四フッ化エチレン系樹脂を主成分とする樹脂組成物について説明する。
まず、この発明における四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）は四フッ化エチレン（テトラフルオロエチレン）の単独重合体であって、アルゴフロン（Ａｕｓｉｍｏｎｔ社製）、テフロン（ＤｕＰｏｎｔ社製）、フルオン（ＩＣＩ社製）、ポリフロン（ダイキン工業社製）等の商標名で市販されているフッ素樹脂であり、 310〜 390℃で軟化して圧縮成形および押出成形は可能であるが射出成形は不可能な樹脂である。さらに本発明においてＰＴＦＥは、粉状のものが均質に混合し易く好ましい。さらに本発明では許容面圧を考慮し、変性ＰＴＦＥが好ましい。変性ＰＴＦＥとは、化１に示されるもので−Ｘは特に限定するものではないが、パ−フルオロアルキルエーテル基あるいはフルオロアルキル基などを導入した共重合体をいう。
【００２１】
しかし、化１の変性ＰＴＦＥを用いた場合、一般的なＰＴＦＥと比較して耐クリープ特性が向上し、許容面圧が 30MPa程度まで許容される。それに伴い、すべり面を小さくでき、同時に平滑板を含めてすべり免震装置の小型化が可能となる。
【化１】

【００２２】
上市されている変性ＰＴＦＥを具体的に例示すると、テフロンＴＧ７０Ｊ（三井・デュポンフロロケミカル社製）、ポリフロンＭ１１１、Ｍ１１２（いずれもダイキン工業社製）、ホスタフロンＴＦＭ１６００、ＴＦＭ１７００（いずれもＨｏｅｃｈｓｔ社製）等を挙げることができる。
【００２３】
ＰＴＦＥ、変性ＰＴＦＥに配合することのできる配合剤は繊維状配合剤または粉末状配合剤単独あるいは混合物を用いることができる。以下に代表的な配合剤の例を述べる。
繊維状配合剤はガラス繊維あるいは炭素繊維が挙げられる。炭素繊維はピッチ系あるいはパン系炭素繊維のいずれでもよい。
【００２４】
繊維状配合剤の他の例として、短繊維の各種ウィスカを挙げることができる。
ウィスカは、硫酸カルシウムウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硫酸マグネシウムウィスカ等が挙げられる。
上述の炭素繊維とウィスカとを併用すれば、炭素繊維は基材を大きく補強するのに対して、これらのウィスカはミクロ補強の役割を果たすので、すべり材の耐クリープ性、耐摩耗性が著しく向上する。また、ウィスカは炭素繊維に比べて短繊維であるため摩擦面での存在割合が大きく、ほとんどの摩擦せん断を受け持つために、潤滑性被膜が形成された平滑板を損傷しない。しかし、ウィスカの繊維長が短かすぎると十分な耐クリープ性、耐摩耗性は得られず、繊維長は炭素繊維よりもわずかに短い 50 μm 前後であることが好ましい。これに該当するウィスカとしては、硫酸カルシウムウィスカの無水塩型、半水塩型が挙げられ、好ましくは無水塩型である。
【００２５】
粉末状配合剤は、有機化合物系粉末配合剤と無機化合物系粉末配合剤とを挙げることができる。
有機化合物系粉末配合剤は、ＰＴＦＥの成形温度 380℃に耐えうる粉末であることが好ましい。例えば、熱可塑性ポリイミド樹脂（三井化学社製）、熱硬化性ポリイミド樹脂（Ｆｕｒｏｎ社製，宇部興産社製）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＶｉｃｔｒｅｘＭＣ社製）、全芳香族ポリエステル樹脂（住友化学工業社製）、アラミド粉末、ポリアミドイミド樹脂（三菱化成社製）等を挙げることができる。
【００２６】
無機化合物系粉末は、二硫化モリブデン、酸化亜鉛、酸化チタン、黒鉛、金属酸化粉末、ガラスビーズ、シリカ粉末等を挙げることができる。
実際の地震を考慮した場合、潤滑性被膜が形成された平滑板への攻撃性および多方向への安定したすべり性より、配合剤は繊維状よりも粉末状が好ましい。また、その形状は球状であることが平滑板への非攻撃性および低摩擦特性に優れ好ましい。具体的には黒鉛化処理された球状粉末が好ましい。
【００２７】
配合剤の配合量はＰＴＦＥ 100体積部に対して 5〜 40 体積部であることが好ましい。配合剤が 40 体積部を越えると成形性に問題が生じたり、平滑板の潤滑性被膜を損傷する場合がある。ただし、 5体積部未満であれば補強効果に乏しく、十分な耐クリープ性、耐摩耗性が得られない。
【００２８】
本発明に係るすべり材を得る工程としては、フリーベーキングの後、スカイブにより所定のシート厚みとする。構造物の一方のフーチングに設置する金属製プレートとすべり材とを接合するには、すべり材の片面をエッチングし、接着可能状態とする。その後、エポキシ系、フェノール系あるいはポリイミド系接着剤により接合させる。
【００２９】
平滑板の表面に形成される潤滑性被膜について説明する。潤滑性被膜は、バインダー樹脂をマトリクス材とし、低分子量の潤滑剤を含有する。
まず、マトリクス材は、耐候性などを考慮し、熱可塑性樹脂であるポリアミドイミド樹脂、あるいは熱硬化性樹脂であるエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂などを溶剤に分散させたものが好ましい。
また、マトリクス材に混合させることのできる低分子量の潤滑剤とは平均分子量 50,000以下、好ましくは 10,000以下の含フッ素重合体およびポリシロキサンが好ましい。
【００３０】
含フッ素重合体は、ポリフルオロアルキル重合体またはフルオロポリエーテル重合体などの含フッ素重合体が好ましい。
ここで、ポリフルオロアルキル重合体とは、例えば、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇−、Ｈ（ＣＦ₂）₆−、ＣＦ₂Ｃl （ＣＦ₂）ＣＦ₁₁−、（ＣＦ₃）₂ＣＦ（ＣＦ₂）₇−、ＣＦ₂Ｃl （ＣＦ₃）ＣＦ（ＣＦ₂）₇−などのポリフルオロアルキル基を有する重合体であり、フルオロポリエーテル重合体は、一般式、−Ｃ_XＦ_2X−Ｏ−（X は 1〜4 の整数）で示される単位を主要構造単位とし、数平均分子量が 1,000 〜50,000の重合体である。なお、このような含フッ素重合体で金属等に対して親和性の高い官能基を含有しているものがあるが、金属等に対して親和性の高い官能基を有する含フッ素重合体はすべり特性や耐候性を満足しないおそれがあるため、官能基を有さない含フッ素重合体が好ましい。
【００３１】
ポリシロキサンは、ジメチルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、トリメチルフルオロプロピルシロキサンなどのオルガノシロキサンの単独重合体または二種以上の共重合体が好ましい。
【００３２】
官能基を含まないポリオルガノシロキサン、例えば線状オルガノポリシロキサンブロックを主体とするポリシロキサンの一般式を化２に示す。また、その一例を化３に示す。
【化２】

（Ｒ´は同種もしくは異種の一価の有機基または水素を表す）
【化３】

（ｍは 5〜10,000、ｎは 2〜100 の整数を表す）
【００３３】
ポリシロキサンの他の形態は、アルコキシシランもしくはカーボンファンクショナルシランを主体に構成されたオルガノシランである。これらのオルガノシランを組み合わせても、またこれらのオルガノシランにコロイド状シリカもしくはアクリルポリマーなどを配合したものであってもよい。好ましいオルガノシランとしては、例えば化４に例示することができる。
【化４】

なお、これらのオルガノシランの重合体の膜を被覆するときには、平滑板表面に予めプライマーを塗布しておくことが必要である。
【００３４】
上記の含フッ素重合体あるいはポリシロキサンの保持材として、有機化合物としてはシリコーン樹脂粉末、無機化合物としては一般的なカーボン粉末あるいは黒鉛粉末を配合してもよい。ただし、これらの配合剤の粒径は 1〜10μm が好ましい。
また、含フッ素重合体あるいはポリシロキサンの配合量は、マトリクス樹脂 100体積部に対して 5〜 40 体積部であることが好ましい。配合量が 40 体積部を越えると被膜の密着強度が低下したり、耐摩耗特性が低下する場合がある。また、 5体積部未満であると低摩擦係数が得られなくなる。
被膜の膜厚は 5μm 以上、30μm 以下が好ましい。なぜならば、 5μm 未満であれば、耐久性に劣り、30μm を越えると塗布作業性が困難となり、安定した被膜が得られにくい。
また、被膜の表面あらさは算術平均あらさＲａにて 0.5〜2.5 μm が好ましく、すべり材全体の形状は凹形状より、むしろ、中央部への緩やかな凸形状（0.1〜1.0mm）が好ましい。
【００３５】
なお、上記したすべり支承は、本発明のすべり免震装置および免震構造に好適に使用できるが、本発明のすべり免震装置および免震構造には、上記したすべり支承の他にすべり支承における摩擦係数が面圧 15 MPa で 0.05 以下であれば特に限定するものではない。例えば油潤滑を行なうすべり支承やその他の摩擦力を軽減させる処理を施したすべり支承であってもよい。
【００３６】
潤滑性被膜およびすべり材による上記すべり免震装置のみであっても、本発明は免震性能を発揮するが、上部躯体に対して高周波成分の低減の効果を出すため、また、地震に対して残留すべりの発生を抑えるために、復元性を有する装置と併用することが好ましい。特にすべり免震装置と弾性免震装置とを並列に配設することが好ましい。また、並列に配設することにより、見かけの摩擦係数を低下させることができる。弾性免震装置としては、積層ゴムからなる弾性免震装置であってもよい。最も好ましい弾性免震装置は、鉛プラグ入積層ゴム、あるいは高減衰弾性ゴムからなる積層ゴムである。鉛プラグ入積層ゴム、あるいは高減衰弾性ゴムからなる積層ゴムを用いた弾性免震装置と本発明に係るすべり免震装置とを組み合わせることにより、免震層の変形を小さく抑えながら免震効果を発揮できる、地震後の残留変形を小さくできるなどの利点がある。
【００３７】
すべり免震装置と弾性免震装置とを並列に配設する免震構造の一例について図３により説明する。図３はすべり免震装置と弾性免震装置とを並列に配設した免震構造の断面図である。すべり免震装置１と、上下部躯体に固定された積層ゴム弾性免震装置１０とが、上部躯体９と下部躯体８との間に配設されている。
本発明は、すべり免震装置１の摩擦係数μを0.05以下に設定するので、弾性免震装置１０の数を少なくしても見かけの摩擦係数μ₀を小さくすることができる。その結果、すべり出しの加速度を小さく保ったまま免震周期の長周期化ができ、また免震構造の設計の自由度を増すことができる。
【００３８】
本発明に係るすべり免震装置を作製して摩擦係数μを測定し、免震構造のシミュレーションを行なった。
潤滑性被膜が形成された平滑板と、四フッ化エチレン系樹脂を主成分とする樹脂組成物により形成されたすべり材とを準備した。
変性ＰＴＦＥであるテフロンＴＧ７０Ｊ（三井・デュポンフロロケミカル社製） 100体積部と、球状黒鉛であるベルパールＣ２０００（鐘紡社製） 25 体積部とをヘンシェル乾式混合機を用いてドライブレンドし、プレス機を用いてφ124mm×φ64mm× 100mmの円筒素形材を予備成形し、 370℃× 4時間、フリーベーキング法にて焼成した。さらにスカイビング加工により 1mm×80mm×1,000mm のシート試験片を得た。シートの片面をアルカリ処理によりエッチングし、接着可能とした。ステンレス製治具（ 20mm × 20mm × 10mm ）の一面にエポキシ系接着剤を用いて、接合し、摩擦係数μ測定用のすべり材試験片とした。
【００３９】
一方、潤滑性被膜の塗布液を以下の方法で作製した。メチルエチルケトン液に分散されたフラン樹脂 100体積部と、ジメチルシロキサン（東レ・ダウコーニング社製） 25 体積部と、シリコン粉末Ｅ５０１（東レ・ダウコーニング社製） 10 体積部とをボールミルタンブラを用いて、混練し、塗布液とした。ステンレス板（ 40mm × 40mm ×180mm ）の一面にスプレーコーティングし、 200℃で約 30 分間焼成し、潤滑性被膜が形成された平滑板とした。なお、膜厚は約 10 から 15 μm であった。
【００４０】
上記すべり材試験片と、潤滑性被膜が形成された平滑板とを用いて摩擦摩耗試験を行なった。試験は往復動型試験機を用いた。試験条件は、すべり速度 15cm/sec、荷重 30MPa、ストローク±35mmで 300サイクルの往復動運転を行ない、10、 100、 300サイクル時の摩擦係数を測定したところ、いずれも摩擦係数μは 0.03 であった。また、上記すべり材試験片について、ＡＳＴＭＤ６２１を参照し、常温にて面圧 30MPaで圧縮し、 24 時間後の最大変形率を求めたところ 10 ％であり、圧縮クリープ性に優れていた。
【００４１】
比較例として、潤滑性被膜を形成しないステンレス板（ 40mm × 40mm ×180mm ）を平滑板として用いて、上記すべり材試験片との摩擦係数を上記と同一の方法で測定したところ、いずれも摩擦係数μは 0.10 であった。
【００４２】
本発明に係るすべり免震装置を積層ゴム弾性免震装置と並列に配設して、免震構造のシミュレーション解析を行なった。シミュレーション解析モデルを図４に示す。
採用した建物のモデルは以下の通りである。
１）規模：地下２階、地上６階、塔屋１階（地下階を含む高さ 40.5m）
２）構造種別：ＳＲＣ造
３）１次固有周期： 0.86 秒
４）１次減衰定数： 2％
免震構造は地下 2階床下に設置したすべり免震装置１と鉛プラグ入り積層ゴム免震装置１０の混合配置からなる基礎免震構造とする。また、解析モデルは各階重量を 1質点に集約した 9質点系等価せん断モデルとする。以下に解析条件を示す。
【００４３】
建物モデルの条件：１）各階の重量及び剛性を図４に示す。２）建物部分は弾性とする。
【００４４】
免震層モデルの条件：
１）それぞれの免震装置の負担重量比率は、すべり免震装置１が 55 ％、鉛プラグ入り積層ゴム免震装置（ＬＲＢ）１０が 45 ％とする。
２）鉛プラグ入り積層ゴム免震装置の復元力特性はNormal Bi-Linear型とし、第２勾配は初期剛性の1/6.5 とする。
３）免震構造の復元力特性はNormal Bi-Linear型とし、初期剛性はすべり免震装置と直列に配置した
４）水平力に対して変形可能な部材はせん断弾性係数Ｇ5.5kg/cm²、厚さ16mmの単層ゴムとした。
５）すべり材の組み合わせは、摩擦係数μが0.03とする。なお比較例はμが0.10とする。
【００４５】
入力地震動の条件：
入力地震動としては、El Centro 1940 NS 、Taft 1952 EW、Hachinohe 1968 NS の 3波を最大速度が 50kine となるように比例倍して用いる。
【００４６】
シミュレーション解析結果を図５に示す。入力地震動によって多少の差違はあるものの、摩擦係数μが0.03の本発明に係る免震装置は、全般的にμが0.10である比較例のデータに比べて応答値が低減されている。特に応答加速度および層せん断力係数に関しては本発明に係る免震装置は最大 50 ％程度応答値が低減されている。以上の解析により実施例の摩擦低減の効果は非常に大きい。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のすべり免震装置は、すべり免震装置が潤滑性被膜が形成された平滑板と、摺動性に優れたすべり材と、単層ゴム材とからなるので、すべり免震装置での摩擦係数を大きく低下させることができ、また、有効受圧面積を増大させることができる。その結果、免震設計の自由度が増し、またすべり免震装置および免震構造の小型化が図れる。
【００４８】
特に、平滑板とすべり材との摩擦係数が面圧 15 MPa 以上で 0.05 以下であるので、すべり出しの加速度を小さく保ったまま免震周期の長周期化ができる。その結果、大きな地震力のみならず小さな地震力においても、十分な免震機能を有する。
【００４９】
また、すべり材と、単層ゴム材とが中板を挟んで積層され、単層ゴムの受容面積よりすべり材の受容面積が小さいので面圧を大きくすることができ、摩擦係数をより小さくできる。
【００５０】
本発明の免震構造は、下部躯体と上部躯体との間に上記すべり免震装置を複数個配設すると共に、復元力を有する装置を複数個配設してなるので、見かけの摩擦係数をより低下させることができる。その結果、免震構造の小型化がより図れ、より十分な免震機能を有する。
【００５１】
また、復元力を有する装置の一部または全部が鉛プラグ入積層ゴム、あるいは高減衰弾性ゴム免震装置であるので、大きな地震力のみならず小さな地震力においても、十分な免震機能を持たせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】すべり免震装置の断面図である。
【図２】単層ゴム材の変形量と有効受圧面積との関係を示す図である。
【図３】すべり免震装置と弾性免震装置とを並列に配設した免震構造の断面図である。
【図４】建物モデルの条件を示す図である。
【図５】シミュレーション解析結果を示す図である。
【図６】従来のすべり免震装置の断面図である。
【図７】積層ゴム部分の変形量と有効受圧面積との関係を示す図である。
【符号の説明】
１すべり免震装置
２平滑板
３潤滑性被膜
４すべり材
５中板
６単層ゴム材
７上板
８下部躯体
９上部躯体
１０積層ゴム弾性免震装置

Claims

下部躯体と上部躯体との間に配設されるすべり免震装置であって、
前記すべり免震装置は、摺動面がマトリクス材に低分子量潤滑剤を含有する潤滑性被膜が５〜３０μｍの厚さに形成された金属製の平滑板と、この平滑板に一方の面が摺接する四フッ化エチレン系樹脂に充填剤を配合した四フッ化エチレン系樹脂組成物製のすべり材とからなるすべり支承と、前記すべり材の他方の面に直接または中板を介して直列に配置される単層ゴム材とを具備することを特徴とするすべり免震装置。
前記マトリクス材が、ポリアミドイミド樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂から選ばれた少なくとも一つの樹脂であり、前記低分子量潤滑剤が、平均分子量５０，０００以下の含フッ素重合体およびポリシロキサンから選ばれた少なくとも一つの潤滑剤であることを特徴とする請求項１記載のすべり免震装置。
前記充填剤が、繊維状配合剤または粉末状配合剤から選ばれた少なくとも一つの配合剤であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のすべり免震装置。
前記四フッ化エチレン系樹脂が、パーフルオロアルキルエーテル基あるいはフルオロアルキル基によって変性された変性四フッ化エチレン樹脂であることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載のすべり免震装置。
前記平滑板と前記すべり材との摩擦係数が面圧 15 MPa 以上で 0.05 以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載のすべり免震装置。
前記すべり材と、前記単層ゴム材の受容面積は、前記単層ゴム材より前記すべり材の方が小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項記載のすべり免震装置。
下部躯体と上部躯体との間にすべり免震装置を複数個配設すると共に、復元力を有する装置を複数個配設してなる免震構造であって、前記すべり免震装置が請求項１ないし請求項６のいずれか１項記載のすべり免震装置であることを特徴とする免震構造。
前記復元力を有する装置の一部または全部が鉛プラグ入りの弾性免震装置、あるいは高減衰弾性ゴム免震装置であることを特徴とする請求項７記載の免震構造。