JP4759686B2

JP4759686B2 - すべり支承装置

Info

Publication number: JP4759686B2
Application number: JP2006046585A
Authority: JP
Inventors: 岳彦寺田; 徹也半澤; 拓也西村; 重良佐藤
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2006-02-23
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-02-23
Also published as: JP2007225016A

Description

本発明は、建物等の構造物を免震支持するためのすべり支承装置に関する。

周知のように、すべり支承による免震構造は、すべり支承装置によって構造物の鉛直荷重を支持しながら水平方向への摺動を許容し、その際に発生する所定の摩擦力による摺動抵抗によってエネルギーを吸収するものであり、そのためのすべり支承装置としてたとえば特許文献１に示されるような各種の製品が実用化されている。
特開２０００−７４１３６号公報

ところで、すべり支承による免震構造の場合、すべり支承装置の摩擦係数を小さくするほど上部構造の応答加速度が低下するのであるが、その反面、応答変位は大きくなるので、すべり支承による免震構造の設計に際してはそれらの兼ね合いにより適正な摩擦係数のすべり支承装置を設定する必要がある。そのため、従来一般には構造物の形態や規模はもとより建設地の地盤特性も考慮しつつ、想定される地震入力に対して最適な免震効果が得られるような摩擦係数を設定し、それに対応するすべり支承装置を各種の市販品のなかから選定して採用している。
しかし、従来一般の市販のすべり支承装置は、使用材料の素材や形態の組み合わせにより固有の摩擦係数が自ずと決まってしまうものであって、必ずしも摩擦係数を自由にかつ幅広く設定できるものではない。そのため、従来一般の設計手法においては常に最適な摩擦係数の市販品を採用できるとは限らず、やむなく摩擦係数が近似する他の製品を採用せざるを得ないことも多い。

なお、上記のように最適な摩擦係数のすべり支承装置を採用できない場合においては、複数の異なる摩擦係数のすべり支承装置を組み合わせて用いることにより、構造物全体としての摩擦係数を最適化することも設計上は可能である。
そのような設計手法について図４を参照して説明する。たとえば最適な摩擦係数μ＝０．０６の建物を設計する場合、通常の設計手法では単に全てのすべり支承装置の摩擦係数μをμ＝０．０６とすれば良いのであるが、そのような最適なすべり支承装置が採用できない場合には、建物の各部の荷重分布を考慮して各部に適当な摩擦係数のすべり支承装置を用いることにより、建物全体として最適な摩擦係数を確保することが可能である。
図４（ａ）を参照して具体的な数値例を挙げて説明すれば、たとえば建物の全荷重（２００ｋＮ）のうち大きな鉛直荷重（１００ｋＮ）がかかる中央部には大きな摩擦係数（μ＝０．１０）のすべり支承装置を用い、相対的に小さな鉛直荷重（５０ｋＮ）がかかる周縁部では小さな摩擦係数（μ＝０．０２）のすべり支承装置を用いることにより、建物全体の摩擦係数は図中の計算式に示されるように各部の鉛直荷重の影響を受けつつ平均化されて適正値μ＝０．０６となるのである。
このような設計手法によれば、最適な摩擦係数のすべり支承装置を用いることができない場合であっても、使用可能な範囲で任意の摩擦係数のすべり支承装置を適正に組み合わせることで全体としては最適摩擦係数を得ることが可能であるので、そのような場合の次善の設計手法として一応は有効であると考えられている。

但し、その場合には、建物の各部の荷重分布が変動した場合には建物全体としての摩擦係数も変化してしまうという問題が残る。具体的には、図４（ａ）に示した設計例において、実際の荷重分布が（ｂ）に示すように変化（中央部においては１００ｋＮから１５０ｋＮに増大、周縁部においては５０ｋＮから２０ｋＮおよび３０ｋＮに減少）した場合を想定すると、建物全体としての実際の摩擦係数は設計時のμ＝０．０６からμ＝０．０８に変化してしまうことになる。
そして、このような荷重分布の変動は建物の使用形態の変化によりしばしば生じることであり、その場合は設計時に想定した所望の免震効果が得られないことになるから、このような設計手法も決して万全ではない。

また、特許文献１に示されるすべり支承装置は、すべり材を上下２段に積層した構成のものであるが、そのような構成では全体としての摩擦抵抗を極力小さくすることは可能であるものの、摩擦抵抗を自由にかつ幅広く設定することができるものではない。

上記事情に鑑み、本発明は摩擦係数を自由にかつ幅広く設定することのできる有効適切なすべり支承装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明のすべり支承装置は、すべり板の表面上にすべり材を摺動可能に配置した構成とされ、構造物とその支持構造物との間に介装されることにより、構造物の鉛直荷重を支持しつつ該構造物を支持構造物に対して所定の摺動抵抗を与えつつ相対水平変位可能に支持するためのものであって、単一のすべり板と、該すべり板上にそれぞれ摺動可能に並置されかつすべり板に対する摩擦係数がそれぞれ異なる厚みが均等な薄板状の複数のすべり材と、各すべり材を一括して保持するとともに構造物の鉛直荷重を各すべり材に分散させて作用せしめるホルダーとを有してなり、前記すべり板に対する各すべり材の摩擦係数の値と摺動面積との設定によって当該すべり支承装置全体の摩擦係数が任意に設定可能とされていることを特徴とする。

請求項２記載の発明は請求項１記載の発明のすべり支承装置であって、ホルダーと各すべり材との間に、該ホルダーから各すべり材に作用する面圧を均等化するための緩衝材を介装してなることを特徴とする。

本発明によれば、各すべり材の摩擦係数と摺動面積とを適切に設定することのみで、このすべり支承装置全体の摩擦係数を所望値に自由にかつ幅広く設定することができる。したがってすべり支承による免震構造の設計に際して本発明のすべり支承装置を採用することにより、様々な条件に応じた最適な摩擦係数のすべり支承装置を採用することが可能であって最適な免震効果が得られる。また、全てのすべり支承装置の摩擦係数を支障なく均等にすることができるから、荷重分布の変化による摩擦係数の変動が生じることもない。

また、各すべり材とホルダーとの間に各すべり材に作用する面圧を均等化するための緩衝材を介装しておくことにより、各すべり材のクリープ特性の差に起因する経年変化を確実に補償することができる。

図１は本発明の一実施形態であるすべり支承装置１の概略構成を示すものである。
本実施形態のすべり支承装置１は、従来一般のすべり支承装置と同様に、上部構造としての構造物（図示せず）と、それを支持する下部構造としての支持構造物２との間に介装されるものであるが、図１に示すように単一のすべり板３上に２種のすべり材４Ａ，４Ｂが並置されたものとなっている。すなわち、図示例のものでは、図１（ａ）に示すように一方のすべり材４Ａはほぼ正方形状とされ、他方のすべり材４Ｂはすべり材４Ａの周囲を取り囲む正方形枠状とされている。換言すれば、すべり材４Ｂの中心部に形成された開口部内にすべり材４Ａが配置されたものとなっている。

図１（ｂ）に示すように、それらすべり材４Ａ，４Ｂは厚みが均等な薄板状のものとされていて、それらの全体がホルダー５の下面側に一括して保持されており、それらすべり材４Ａ，４Ｂがホルダー５を介して構造物の鉛直荷重を分担して支持し、かつ地震時には双方のすべり材４Ａ，ＡＢが一体となってすべり板３上を水平方向に摺動して免震効果が得られるものとなっている。
なお、構造物の鉛直荷重はホルダー５を介して各すべり材４Ａ，４Ｂにかかるが、ホルダー５は充分に高剛性とされていて、各すべり材４Ａ，４Ｂに作用する面圧は自ずと均等になるようにされている。

上記のすべり板３やすべり材４Ａ，４Ｂの素材としては、従来のすべり支承装置におけるものと同様のものが採用可能である。すなわち、すべり板３としてはたとえばステンレス鋼板や炭素鋼板が好適に採用可能であり、また、すべり材４Ａ，４Ｂとしてはたとえば熱硬化性樹脂やＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）等が好適に採用可能である。
そして、本実施形態ではすべり板３およびすべり材４Ａ，４Ｂとして任意の素材のものを任意に組み合わせて採用すれば良いのであるが、いずれにしてもすべり板３に対する各すべり材４Ａ，４Ｂの摩擦係数μ_Ａ，μ_Ｂは互いに異なるように設定する必要がある。すなわち、すべり材４Ａの摩擦係数μ_Ａとすべり材４Ｂの摩擦係数μ_Ｂは、μ_Ａ≠μ_Ｂとなることを条件にそれらの値が設定されている。

したがって本実施形態のすべり支承装置１では、各すべり材４Ａ，４Ｂの摩擦係数μ_Ａ、μ_Ｂと、それらすべり材４Ａ，４Ｂのすべり板３に対する摺動面積Ｓ_Ａ、Ｓ_Ｂ（図示例の場合には各すべり材４Ａ，４Ｂの面積に等しい）とを適切に設定することのみで、このすべり支承装置１全体の摩擦係数μを所望値に自由に設定できるものとなっている。
すなわち、このすべり支承装置１全体の摩擦係数μは、
μ＝（μ_Ａ×Ｓ_Ａ＋μ_Ｂ×Ｓ_Ｂ）／（Ｓ_Ａ＋Ｓ_Ｂ）
として求められるから、それらの各値μ_Ａ，Ｓ_Ａ，μ_Ｂ，Ｓ_Ｂを任意に設定することによってこのすべり支承装置１全体の摩擦係数μを任意に設定できることになる。

以上のように、本実施形態のすべり支承装置１は複数のすべり材４Ａ，４Ｂを並置するという構成によりその摩擦係数μを任意にかつ幅広く設定可能であって、単一のすべり材による従来一般のすべり支承装置では設定することのできなかった特殊な摩擦係数のものも容易に製作できるものであり、したがって免震構造物の設計に際してはその建設地や建物条件に応じた最適な摩擦係数のすべり支承装置を常に支障なく採用することが可能となる。
勿論、通常の設計手法のように全てのすべり支承装置の摩擦係数を支障なく均等にできるから、図４に示したような特殊な設計手法による場合のように荷重分布の変化により建物全体としての摩擦係数が変動してしまうようなこともない。

なお、各すべり材４Ａ，４Ｂには長期的な鉛直荷重が作用するので、それらのクリープ特性に差があるような場合には経年変化により各すべり材４Ａ，４Ｂに作用する面圧に微妙な差が生じることも想定され、それに伴い、すべり支承装置１全体の摩擦係数μが変化してしまうことも想定されるので、必要であればそれを防止するために図２に示すように各すべり材４Ａ，４Ｂとホルダー５との間に面圧を常に均等化するための緩衝材６を介装することも考えられる。
その緩衝材６としては、たとえばゴムシート等の適度の弾性を有する柔軟な素材のものが好適に採用可能であるが、あるいは液体を封入した袋体の如きものや、バネにより各すべり材４Ａ，ＡＢに対して最適な荷重配分を行う構成のものも採用可能である。

また、上記実施形態では正方形状のすべり材４Ａの外側に正方形枠状のすべり材４Ｂを組み合わせたものとしたが、各すべり材の形状やそれらの組み合わせの形態は任意であって、たとえば図３（ａ）〜（ｅ）に示すような様々な変形例が考えられる。（ａ）は２種のすべり材４Ａ、４Ｂを正方形状および正方形枠状として三重に組み合わせたもの、（ｂ）は短冊状のすべり材４Ａ，４Ｂを交互に並べたもの、（ｃ）は多数の小さな正方形状のすべり材４Ａ，４Ｂを千鳥状に配置したもの、（ｄ）は円形および円形環状のすべり材４Ａ，４Ｂを二重に組み合わせたもの、（ｅ）は円形および円形環状のすべり材４Ａ，４Ｂを三重に組み合わせたものである。
いずれにしても、各すべり材の摩擦係数と摺動面積の設定のみで全体としての摩擦係数を自由に設置することができるし、必要であれば３種以上のすべり材を組み合わせることも考えられる。

本発明のすべり支承装置の実施形態を示す図である。同、他の実施形態を示す図である。同、さらに他の実施形態を示す図である。複数のすべり支承装置を用いる場合の設計手法を説明するための図である。

符号の説明

１すべり支承装置
２支持構造物
３すべり板
４Ａ，４Ｂすべり材
５ホルダー
６緩衝材

Claims

すべり板の表面上にすべり材を摺動可能に配置した構成とされ、構造物とその支持構造物との間に介装されることにより、構造物の鉛直荷重を支持しつつ該構造物を支持構造物に対して所定の摺動抵抗を与えつつ相対水平変位可能に支持するためのすべり支承装置であって、
単一のすべり板と、該すべり板上にそれぞれ摺動可能に並置されかつすべり板に対する摩擦係数がそれぞれ異なる厚みが均等な薄板状の複数のすべり材と、各すべり材を一括して保持するとともに構造物の鉛直荷重を各すべり材に分散させて作用せしめるホルダーとを有してなり、
前記すべり板に対する各すべり材の摩擦係数の値と摺動面積との設定によって当該すべり支承装置全体の摩擦係数が任意に設定可能とされていることを特徴とするすべり支承装置。
請求項１記載のすべり支承装置であって、
ホルダーと各すべり材との間に、該ホルダーから各すべり材に作用する面圧を均等化するための緩衝材を介装してなることを特徴とするすべり支承装置。