JP4440746B2

JP4440746B2 - 構造体の耐震装置

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Publication number: JP4440746B2
Application number: JP2004302892A
Authority: JP
Inventors: 文隆藤原
Original assignee: 文隆藤原
Priority date: 2004-01-27
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2024-10-18
Also published as: JP2005240998A

Description

本発明は構造体の耐震装置に関し、例えば木造住宅に対する縦揺れ地震及び横揺れ地震の影響を緩和でき、しかも通常時には構造体の姿勢を安定に維持できるようにした装置に関する。

例えば、在来工法による木造建築物は熟練の職人の手による場合には木造骨組の出来ばえが見事であり、しかも十分な強度が得られる。しかし、最近はかかる熟練した職人は少なくなり、強固な筋違等によって木造建築物を補強することが行われているが、非常に大きな地震に対しては木造建築物の強度が十分に確保されていないのが実情である。

そこで、木造住宅の基礎と土台との間に耐震構造を採用することが提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、等参照）。
特開２００２−１３９１０１号公報特開平０９−９６１２５号公報特開２００３−２６９００６号公報

しかし、特許文献１記載の耐震装置では構造物に対する横揺れの地震の影響を緩和できるものの、縦揺れの地震の影響を緩和することはできない。

他方、特許文献２及び特許文献３記載の耐震装置では構造物に対する縦揺れ及び横揺れの地震の影響を緩和することが期待できるものの、構造物の荷重をばね部材で常に受ける構造であるので、構造物の姿勢が安定し難く、構造物に歪みが発生するおそれがある。

本発明はかかる点に鑑み、構造物に対する縦揺れ及び横揺れのいずれの地震の影響も緩和でき、しかも通常は構造物の姿勢を安定に維持できるようにした構造体の耐震装置を提供することを課題とする。

そこで、本発明に係る構造体の耐震装置は、基部から上方の構造体に伝わる縦揺れ及び横揺れの地震の影響を緩和する構造体の耐震装置であって、上記構造体を受ける衝撃吸収台座と、上記基部に支持されるベース部材と、該ベース部材上に配置されるタワー部材と、該タワー部材に設けられ、上記ベース部材からの衝撃を緩和する衝撃吸収部材と、上記衝撃吸収台座と上記タワー部材との間に傾斜して設けられ、上記衝撃吸収台座を上記タワー部材に対して吊り下げ支持し、その傾動によって上記衝撃吸収台座に対する上記ベース部材からの横方向の衝撃を緩和する傾動アームと、上記衝撃吸収台座を受けて該衝撃吸収台座を水平な姿勢に維持するスタビライザーと、を備えたことを特徴とする。

本発明の特徴の１つは衝撃吸収台座を傾動アームによってタワー部材に吊り下げ支持する一方、衝撃吸収台座とタワー部材との間に衝撃吸収部材を介在させるようにした点にある。

これにより、縦揺れの地震が起こった場合、衝撃吸収部材によってそれを緩和するので、縦揺れの地震が構造体に影響することはほとんどない。

また、横揺れの地震が起こった場合、傾動アームが傾動して横方向の衝撃を緩和するの
で、横揺れの地震が構造体に影響することもほとんどない。

さらに、通常時には衝撃吸収台座はスタビライザーによって水平な姿勢に維持されているので、構造体が傾いて歪みが発生するおそれはない。この場合、複数の傾動アームを等しい角度間隔をあけて設けると、衝撃吸収台座の姿勢が何らかの理由で水平な姿勢からくずれても、傾動アームが衝撃吸収台座の重さをバランスさせ、衝撃吸収台座を水平な姿勢に復帰させるので、水平な姿勢をより確実に維持できる。

また、衝撃吸収台座はスタビライザー及び傾動アームによって水平な姿勢に維持されるが、さらにロック機構を設けて通常時は衝撃吸収台座をロックし、地震発生時にロックを解除するようにするのがよい。即ち、通常時には衝撃吸収台座を上記ベース部材に対してロックし、地震の縦揺れ又は横揺れに応動してロックを解除するロック機構を更に備えるのが好ましい。

本発明に係る構造体の耐震装置を実現する場合、例えば上記タワー部材内を挿通してその下端が上記ベース部材上に載置される支柱部材と、上記衝撃吸収部材を上記ベース部材に弾性支持する衝撃吸収ばねとを更に備え、上記衝撃吸収部材を上記支柱部材に設け、上記ベース部材から上記支柱部材への所定の大きさ以下の衝撃を緩和する一方、上記衝撃吸収ばねによって上記ベース部材から上記支柱部材への所定の大きさ以上の衝撃を緩和し、上記傾動アームを上記衝撃吸収台座と上記支柱部材との間に傾斜して設けるようにすることができる。

上述のように衝撃吸収部材以外に衝撃吸収ばねを設けると、縦揺れの地震が起こった場合に所定の大きさ以下の衝撃の時には衝撃吸収部材によってそれを緩和し、所定の大きさ以上の衝撃の時には衝撃吸収ばねによってそれを緩和し、縦揺れの地震が構造体に影響することを確実に抑制し防止できる。

また、上記の耐震装置では支柱部材に衝撃吸収台座を吊り下げ支持したが、支柱部材を衝撃吸収台座に固定することもできる。即ち、上記衝撃吸収台座に設けられ、上記タワー部材内に挿通される支柱部材と、上記ベース部材とタワー部材との間に設けられる衝撃吸収ばねとを更に備え、上記衝撃吸収部材を上記タワー部材と上記ベース部材との間に設け、上記ベース部材から上記タワー部材への所定の大きさ以下の衝撃を緩和する一方、上記衝撃吸収ばねによって上記ベース部材から上記支柱部材への所定の大きさ以上の衝撃を緩和し、上記傾動アームを上記タワー部材と上記支柱部材との間に傾斜して設けるようにすることもできる。

衝撃吸収部材は、ゴム部材等によって構成することもできるが、金属製板ばねあるいはダイヤスラム式ばね、エアーやオイル等の流体式のダンパーによって構成することもできる。

衝撃吸収ばねが所定の大きさ以上の衝撃を緩和できるのは、衝撃吸収ばねによって衝撃吸収部材又はタワー部材をベース部材に対して弾性支持しているので、衝撃吸収部材で緩和できない大きさの衝撃が加わると衝撃吸収ばねが弾性変形してその衝撃を緩和するからである。

下記の実施形態では傾動アームは支柱に対しボールジョイントで支持しているが、傾動アーム全体をユニバーサルジョイントによって支柱に対し傾動自在に支持しても同様の作用効果を奏する。

本発明に係る構造体の耐震装置は単独で用いてもよいが、少なくとも３個以上をモノコックフレームあるいは鋼製のプラットホームで相互に連結して耐震基礎を構成するようにしてもよい。

即ち、本発明に係る構造体の耐震基礎は、上述の構造体の耐震装置が少なくとも３個以上用いられ、該少なくとも３個以上の耐震装置の各衝撃吸収台座がフレームによって相互に連結され、上記少なくとも３個以上の耐震装置の衝撃吸収台座上に構造体が支持されるようになしたことを特徴とする。

このように少なくとも３個の耐震装置を用いて耐震基礎を構成すると、木造住宅の基礎に簡単に用いることができ、又既存の木造住宅をジャッキアップし、その下側に耐震基礎を配置することによって既存の木造住宅に耐震性を与えることができる。さらに、耐震基礎上に天板を載せると、耐震性能を有するテーブルとして利用することもでき、博物館等の展示品等の保護に利用することもできる。

以下、本発明を図面に示す具体例に基づいて詳細に説明する。図１ないし図５は本発明に係る構造体の耐震基礎の好ましい実施形態を示す。本例の耐震基礎１０では金属製のフレームシリンダ１２内に耐震装置２０を挿入し、ロックリング１３とロックボルトとによって固定し、４個の耐震装置２０のフレームシリンダ１２を金属製のモノコックフレーム１１で相互に連結して構成されている。

なお、図示していないが、耐震装置２０の下方部分は下方部分にフック（図７の２１８Ｃ参照）が設けられるとともに、分割式のリング（図７の２１８Ｂ参照）が装着され、フレームシリンダ１２内に下方から嵌入された構造となっている。また、モノコックフレーム１１は図示のものに限定されるものではなく、例えば傾斜フレームを追加してねじり剛性をアップさせるようにすることもできる。

耐震装置２０では金属製のベース部材２１がコンクリート基礎や床面等の基部にアンカーボルト（図示せず）によって固定されるようになっている。このベース部材２１の中央の取付け穴には金属製又は合成樹脂製のタワー部材２２の下端部が嵌め込まれ、タワー部材２２は円錐台状をなして上方に延び、又タワー部材２２の下端の取付け穴内には合成樹脂製又は金属製の支柱サポート２４及び硬質ゴム製のマウント台座２５の基部２５Ａが嵌め込まれて取付けられている。

タワー部材２２内には金属製の支柱部材２３が挿通されてメタルブッシュ２８によって受けられ、支柱部材２３の下端にはストッパー２３Ａが一体に設けられ、ストッパー２３Ａはマウント台座２５で受けられるようになっている。

また、支柱部材２３の途中には衝撃吸収部材２６が設けられて固定ナット２６Ａによって下方に抜け止めされ、衝撃吸収部材２６は衝撃吸収ばね２７の弾性力によってタワー部材２２の中間仕切り部に押圧保持され、衝撃吸収ばね２７はばね座金２７Ａをタワー部材２２の下端雌ねじに螺合させその螺合位置を調整することによってその作動を開始する衝撃の大きさが設定されている。

衝撃吸収部材２６は２枚の円板の間に１枚の円板を挟み込み、円板の間にゴム等の弾性部材を介在させ、中間の円板を支柱部材２３に、両側の円板をタワー部材２２に支持することによって構成されている。

また、支柱部材２３の上部にはダストブーツ２９が外嵌され、ダストブーツ２９はタワー部材２２の上端に嵌合されている。

さらに、支柱部材２３の上端にはボール２１０が一体に形成され、ボール２１０には受け座２１１が任意の方向に回転可能に嵌合されてリング２１１Ａとねじとによって抜け止めされることによってボールジョイントが構成され、受け座２１１にはボールジョイント２１２が円周方向の１２０°毎の位置に設けられ、３つのボールジョイント２１２には傾動アーム２１３の上端リングが回転可能に外嵌され、傾動アーム２１３の途中には長さ調整用のターンバックル２１４が介設されている。

また、ベース部材２１の外周縁には受け座が環状に形成され、受け座には金属製、合成樹脂製又はゴム製（軟質ラバーの表面をキャンパス生地で被覆してもよい）のスタビライザー２１７が取付けられている。このスタビライザー２１７は平面環状で断面円形状をなし、スタビライザー２１７上には衝撃吸収台座２１８の下端フランジが載置されている。

衝撃吸収台座２１８は金属材料又は硬質合成樹脂材料を用いて有蓋円筒状に製作され、その筒状部分の下端縁にはスタビライザー２１７上に載置される上記フランジが形成されている。この衝撃吸収台座２１８の下端部内面には受け部２１５が円周方向の１２０°毎に形成され、受け部２１５にはボールジョイント２１６が設けられ、ボールジョイント２１６には傾動アーム２１３の下端のリングが回転自在に外嵌されており、こうして傾動アーム２１３は傾斜してかつ傾動自在に設けられて衝撃吸収台座２１８を吊り下げ支持している。

また、フレームシリンダ１２、従って衝撃吸収台座２１８には上方の構造体、例えば木造住宅の土台が載置して固定されるようになっている。

地震が発生した場合、地震の初期には突き上げるような縦揺れが起こる。すると、この縦揺れはベース部材２１及び支柱部材２３を経て衝撃吸収台座２１８、さらには構造体に伝わろうとするが、支柱部材２３に伝わる衝撃は衝撃吸収部材２６の中間の円板が上下の円板に対して相対的に下方に移動して弾性部材を弾性変形させ、これによって縦揺れの衝撃を緩和するので、衝撃吸収台座２１８には縦揺れの衝撃はほとんど伝わらない。

地震初期の縦揺れの衝撃が大きい場合、今度は衝撃吸収部材２６とともに衝撃吸収ばね２７が相対的に圧縮されるようになるので、縦揺れの大きな衝撃が緩和される。

地震初期の縦揺れの引き下げるような衝撃は衝撃吸収部材２６が上記とは逆に動作してその衝撃を緩和する。

地震の縦揺れが済んで横揺れが始まると、傾動アーム２１３が両端のボールジョイント２１２、２１６で揺動して傾動アーム２１３の全体が傾動し、これによってベース部材２１から衝撃吸収台座２１８への横揺れの衝撃が緩和されるので、衝撃吸収台座２１８には横揺れの衝撃はほとんど伝わらない。

また、傾動アーム２１３が傾動して衝撃吸収台座２１８が水平の姿勢からずれを起こしても３本の傾動アーム２１３が相互にバランスをとって衝撃吸収台座２１８をスタビライザー２１７上を滑らせ、衝撃吸収台座２１８を元の水平な姿勢に戻す。

地震のない通常時には衝撃吸収台座２１８はその下端フランジがスタビライザー２１７上に載置され、３本の傾動アーム２１３の働きと相まって水平な姿勢に確実に維持されることとなる。

図６は第２の実施形態を示し、図において図１ないし図５と同一符号は同一又は相当部分を示す。本例ではベース部材２１には円筒状部分が２１Ａが形成され、円筒状部分２１Ａ内には有底円筒状のタワー部材２２’が上下動自在に差し込まれ、ベース部材２１の上面にはマウント台座２５が取付けられてタワー部材２２’の底面を受けるようになっている。

また、ベース部材２１の円筒状部分２１Ａとタワー部材２２’の側面との間には衝撃吸収部材２６が円周方向に等角度間隔をあけた位置に設けられ、衝撃吸収部材２６は２つの部材間に弾性部材、例えばゴムを介在させて構成され、弾性部材を弾性変形させることによって衝撃を緩和するようになっている。

ベース部材２１の上面とタワー部材２２’の底面との間には衝撃吸収ばね２７が縮装され、所定の大きさ以上の衝撃を緩和するようになっている。

また、タワー部材２２’の上端縁には受け部が形成されてスタビライザー２１７が接着剤等によって取付けられ（又は固定リングとボルトによって取付けることもできる）、スタビライザー２１７上には衝撃吸収台座２１８が載置されている。

衝撃吸収台座２１８の底面中央には支柱部材２３’が下方に延びて固定され、支柱部材２３’の下端とタワー部材２２’の上端取付け部との間には複数の傾動アーム２１３が第１の実施形態と同様にして設けられ、これによって衝撃吸収台座２１８がベース部材２１に対して吊り下げ支持されている。

縦揺れの地震の衝撃が所定の大きさ以下の場合には衝撃吸収部材２６がこれを緩和し、所定の大きさ以上の衝撃の場合には衝撃吸収ばね２７がこれを緩和する。横揺れの地震の衝撃は傾動アーム２１３が傾動することによってこれを緩和する。

通常時は衝撃吸収台座２１８がスタビライザー２１７によって受けられ、傾動アーム２１３の働きと相まって水平な姿勢に維持される。

図７ないし図９は第３の実施形態を示し、図において図１と同一符号は同一又は相当部部を示す。本例では通常時は衝撃吸収台座２１８をロックし地震発生時に衝撃が吸収されるようにロックを解除するロック機構３０が設けられている。

このロック機構３０において、ベース部材２１の外側縁上には載置台３１が固定され、載置台３１上には抑えリング３２が配置され、又載置台３１と抑えリング３２との間には抑えリング３２との接触部位にリレー金具３４Ａを取りつけたゴム製リング３４が設けられている。

この抑えリング３２と衝撃吸収台座２１８の下端部２１８Ａとは円周方向に等角度間隔をあけた複数箇所で上下動可能に係合され、又抑えリング３２と衝撃吸収台座２１８の下端部２１８Ａとの間にはショックアブソーバ３５が設けられ、抜け止め片３３によって抜け止めされている。また、ショックアブソーバ３５の内蔵ばねは衝撃吸収台座２１８の下端部２１８Ａに対し、抑えリング３２を載置台３１に対して押圧する方向に付勢する。

また、抑えリング３２内にはレバー機構が設けられている。このレバー機構において抑えリング３２内には摺動穴が穿設され、摺動穴内にはスライド片３６Ｂがばね部材３６Ｅによって摺動穴から突出する方向に、板ばね３６Ｃによって上方におのおの付勢され、又スライド片３６Ｂにはレバー３６Ｄが係合されている。

地震による揺れ、例えば図８の矢印ａの方向への横揺れが発生すると、抑えリング３２と載置台３１の円形突起３１Ａの間にごくわずかなクリアランスがあり、ゴム製リング３４で０クリアランスに保持されているが、さらにゴム製リング３４のリレー金具３４Ａを押し弾性変形させながら載置台３１の円形突起３１Ａ（球形ベアリングを環状に配列した突起部でもよい）によって上方に持ち上げられ、これによってショックアブソーバ３５がさらに圧縮され、内蔵ばねの付勢力によって伸長されるが、その際ショックアブソーバ３５内のオイルが弁と弁座との間の狭い隙間（或いは弁にあけられた小穴のリターンポート）を通過することによってショックアブソーバ３５は徐々に伸長されることとなる。

ショックアブソーバ３５の圧縮前には図９の(a)に示されるように、スライド片３６Ｂが摺動穴から突出して衝撃吸収台座２１８の下端部２１８Ａを係止しており、これによって衝撃吸収台座２１８は安定な姿勢に固定されている。

抑えリング３２が持ち上げられると、図９の(b)に示されるように、レバー３６Ｄがスライド片３６Ｂを摺動穴内に没入させ、ショックアブソーバ３５が徐々に伸長されて抑えリング３２が元の位置に復帰するまでの間、衝撃吸収台座２１８がフリーとなり、これによって第１の実施形態において説明した通りの傾動アーム２１３の作用によって衝撃が緩和される。

また、地震による縦揺れが起こった場合にも横揺れの場合と同様にしてショックアブソーバ３５が内蔵ばねによって徐々に伸長されて抑えリング３２が元の位置に復帰するまでの間、衝撃吸収台座２１８がフリーとなり、これによって第１の実施形態において説明した通りの衝撃吸収部材２６及び衝撃吸収ばね２７の作用によって衝撃が緩和される。

図１０は第４の実施形態を示し、図において図１ないし図９と同一符号は同一又は相当部分を示す。本例では支柱部材２３には短尺の部材が用いられ、支柱部材２３とタワー部材２２との間にゴム部材からなる衝撃吸収部材４０が介設され、又支柱部材２２と衝撃吸収台座２１８の下端縁との間には衝撃吸収ばねに代えてショックアブソーバ４１が介設されている。

図１１は第５の実施形態を示し、図において図１ないし図１０と同一符号は同一又は相当部分を示す。本例では傾動アームとしてダンパ４２Ａを用い、ダンパ４２Ａには電磁弁によって流量を制御された油圧が供給され、電磁弁は流量センサーの信号を受けたマイクロコンピュータ４２Ｂによって制御されるようになっており、このように傾動アームにダンパの機能を付与するようにしてもよい。

図１２は第６の実施形態を示し、図において図１ないし図１１と同一符号は同一又は相当部分を示す。本例ではマウンド台座２５に代え、ばね受け座４３Ｃが設けられ、ばね受け座４３Ｃとストッパー２３Ａとの間には衝撃吸収ばね２７とともに支柱部材２３の上下方向の衝撃を緩和する第２の衝撃吸収ばね４３Ｄが介設されており、傘歯車４３Ｂを回転操作することによってばね受け座４３Ｃが上下に進退され、第２の衝撃吸収ばね４３Ｄのばね力が調整されるようになっている。

図１３は第７の実施形態を示し、図において図１ないし図１３と同一符号は同一又は相当部分を示す。本例では支柱部材に代え、エアーばね４６が用いられ、エアーばね４６の上方にボールジョイントが構成されて傾動アーム２１３のボールジョイント２１２が任意の方向に回転可能に支持されている。

なお、衝撃吸収台座のロック機構は上記第３の実施形態に示される方式に限定されず、他の方式を採用することもできる。例えば、衝撃吸収部材を係止部材によってベース部材に対して係止し、地震センサーで地震を検知した時に、電磁マグネットで係止部材を吸引して移動させ、あるいは流体シリンダ、例えばエアーシリンダのロッドによって係止部材を押し引きして移動させ、係止を解除する方式とすることもできる。

また、上記の各実施形態では衝撃吸収台座内にベース部材、タワー部材、支柱部材及び傾動アームの組合せ体を１つだけ内蔵するようにしたが、この組合せ体を衝撃吸収台座内に複数、例えば３つ内蔵し、各組合せ体の傾動アームの下端をプレート等によって相互に連携させるとともに、各組合せ体のタワー部材をプレート等によって相互に連携させ、衝撃の作用点が衝撃吸収台座上で移動しても複数の組合せ体が一体となって衝撃を吸収するように構成することもできる。

本発明に係る構造体の耐震基礎の好ましい実施形態の概略構造を示す図である。上記実施形態における耐震装置２０を示す分解斜視図である。上記実施形態における耐震装置２０の構造を示す断面図である。上記実施形態におけるボールジョイントを示す平面図である。上記実施形態における衝撃吸収部材の構造を示す図である。第２の実施形態を示す図である。第３の実施形態を示す図である。上記の実施形態における固定機構の構成を示す図である。上記の実施形態における固定機構の一部を示す図である。第４の実施形態を示す図である。第５の実施形態を示す図である。第６の実施形態を示す図である。第７の実施形態を示す図である。

符号の説明

１０構造物の耐震基礎１１モノコックフレーム
２０耐震装置２１ベース部材
２２タワー部材２３支柱部材
２６衝撃吸収部材２７衝撃吸収ばね
２１０、２１１ボールジョイント
２１２ボールジョイント２１３傾動アーム
２１６ボールジョイント２１７スタビライザー
２１８衝撃吸収台座３０固定機構
４０衝撃吸収部材４１ショックアブソーバ
４２Ａオイルダンパ（傾動アーム）
４３Ｄ第２の衝撃吸収ばね
４６エアーばね

Claims

基部から上方の構造体に伝わる縦揺れ及び横揺れの地震の影響を緩和する構造体の耐震装置であって、
有底筒状をなし、底面を上側にして設けられて上記構造体を受ける衝撃吸収台座（２１８）と、
上記基部に支持されるベース部材（２１）と、
上記ベース部材（２１）に立設され、上記衝撃吸収台座（２１８）に内蔵され、上部にジョイント（２１１）が上下変移可能に設けられたタワー部材（２２）と、
上記ベース部材（２１）からタワー部材（２２）のジョイント（２１１）への上下方向の衝撃を緩和する衝撃吸収部材（２６）と、
上記衝撃吸収台座（２１８）の下部と上記タワー部材（２２）上部のジョイント（２１１）との間に設けられ、その傾動によって上記衝撃吸収台座（２１８）に対する上記ベース部材（２１）からの横方向の衝撃を緩和する傾動アーム（２１３）と、
上記衝撃吸収台座（２１８）の下端とベース部材（２１）との間に介在され、上記衝撃吸収台座（２１８）を水平な姿勢に維持するスタビライザー（２１７）と、
を備えたことを特徴とする構造体の耐震装置。
基部と構造体との間で伝わる縦揺れ及び横揺れの地震の影響を緩和する構造体の耐震装置であって、
下面に下方に延びる支柱部材（２３’）を有し、上記構造体を受ける衝撃吸収台座（２１８）と、
筒状部（２１Ａ）を有し、上記基部に支持されるベース部材（２１）と、
有底筒状をなし、上記ベース部材（２１）の筒状部（２１Ａ）内に上下動可能に収納されたタワー部材（２２’）と、
上記ベース部材（２１）とタワー部材（２２’）との間に設けられ、上記ベース部材（２１）とタワー部材（２２’）との間で伝わる上下方向の衝撃を緩和する衝撃吸収部材（２６）と、
上記衝撃吸収台座（２３）の支柱部材（２３’）の下部と上記タワー部材（２２’）の上部との間に設けられ、その傾動によって上記衝撃吸収台座（２１８）と上記ベース部材（２１）及びタワー部材（２２’）との間に伝わる横方向の衝撃を緩和する傾動アーム（２１３）と、
上記衝撃吸収台座（２１８）とタワー部材（２２’）上端との間に介在され、上記衝撃吸収台座（２１８）を水平な姿勢に維持するスタビライザー（２１７）と、
を備えたことを特徴とする構造体の耐震装置。