JP4915842B2 - Seismic isolation system - Google Patents
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Description
本発明は、特に半導体製造工場等の多数の嫌振機器が配置された構造物を免震化する際に用いて好適な免震システムに関するものである。 The present invention relates to a seismic isolation system suitable for use in isolating a structure in which a number of vibration isolator devices such as a semiconductor manufacturing factory are arranged.
近年、地震に対して構造物の安全性を確保するために、当該構造物の基礎部分に免震装置を介装することにより、地震等によって地盤から構造物に伝播しようとする振動を緩和させて、構造物の躯体に生じる応力や変形を少なくする様々な構造の免震システムが開発されている。 In recent years, in order to ensure the safety of structures against earthquakes, vibrations that are transmitted from the ground to the structure due to earthquakes, etc., can be mitigated by installing seismic isolation devices at the foundation of the structure. Various seismic isolation systems have been developed that reduce the stress and deformation that occur in the structural frame.
上記従来の免震システムにおいては、地震時に目標とする免震性能が得られるように、積層ゴム等を用いた弾性支承系の免震装置、滑り支承系または転がり支承系の免震装置、および水平ダンパー等を適宜組み合わせたものが採用されている。 In the above conventional seismic isolation system, in order to obtain the target seismic isolation performance in the event of an earthquake, an elastic bearing system seismic isolation device using laminated rubber, etc., a sliding bearing system or a rolling bearing system seismic isolation device, and A combination of horizontal dampers and the like is employed as appropriate.
ところで、このような免震システムのうち、地震時の加速度低減率に関しては、積層ゴムを用いた免震装置と粘性系の水平ダンパーとを組合せたもの、すなわち図5(a)に示すように、建物(上部構造)1を、その基礎(上部構造)2との間に介装した積層ゴムを用いた免震装置3によって支承するとともに、粘性系の水平ダンパー4の一端部を建物1に連結し、他端部を基礎2に連結した免震システムが最も好適である。
By the way, among such seismic isolation systems, the acceleration reduction rate during an earthquake is a combination of a seismic isolation device using laminated rubber and a horizontal horizontal damper, that is, as shown in FIG. The building (upper structure) 1 is supported by the
しかしながら、上記免震システムにあっては、建物1を、積層ゴムを用いた免震装置3のみで支承しているために、図5(b)に示すように、地震時には優れた加速度減衰性能を発揮することができるものの、平常時においても建物1の周期が長周期化されている。このため、建物内の設備機器に起因する振動、あるいは周辺地盤から基礎2に伝搬する交通振動等の環境振動によって、建物1が揺れ易くなってしまうという問題点があり、特に建物1が、半導体製造工場や精密機械工場などのように、振動を極端に嫌う多数の生産装置が設置されているものである場合には、適用することができなかった。
However, in the above seismic isolation system, since the
そこで、図6(a)に示すように、上記免震装置3および水平ダンパー4に加えて、建物1と基礎2との間に、滑り支承系の免震装置5を設置した免震システムも提案されている。
この免震装置においては、上記建物1や地盤2に作用する微振動や環境振動によっては、滑り支承系の免震装置5に滑りが生じないために、免震層が固定された状態となり、よって図6(b)に示すように、免震システムが設けられていない通常の建物と同等の剛性を確保することができるために、これらの微振動等によって建物1が揺れ易くなるという問題点を解消することが可能になる。
Therefore, as shown in FIG. 6 (a), in addition to the
In this seismic isolation device, the
ところが、上記免震システムにあっては、中小地震が発生した際に、滑り支承系の免震装置5が作動する際の摩擦力によって、建物1と基礎2との間の絶縁効果が低減するために、図5に示した免震システムに比べて、加速度の低減効果、すなわち免震効果が劣るという問題点があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、上部構造内の設備機器に起因する振動等の環境振動に対しては、免震効果を発揮させずに高い剛性によって上部構造に揺れが生じることを抑制し、かつ地震時には、免震装置による免震効果を発揮させて建物に大きな被害が発生することを未然に防止することができる免震システムを提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and with respect to environmental vibration such as vibration caused by equipment in the upper structure, the upper structure is swayed by high rigidity without exhibiting a seismic isolation effect. It is an object of the present invention to provide a seismic isolation system that can prevent the occurrence of major damage to buildings by suppressing the occurrence of earthquakes and demonstrating the seismic isolation effect of the seismic isolation device. .
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、上部構造と下部構造との間に介装されて上記上部構造を支承する積層ゴムを用いた免震装置と、一端部が上記上部構造に連結されるとともに他端部が上記下部構造に連結されて水平方向に配設された水平ダンパーと、上記免震装置に隣接した上記上部構造の柱下方または梁下方と上記下部構造との間に配設され、上記上部構造および下部構造の一方に固定されるとともに他方に対して接離自在に設けられることにより上記上部構造および下部構造の連結および当該連結の解除が可能な固定装置と、上記上部構造または下部構造における振動を検知する振動検知手段と、この振動検知手段が上記上部構造または下部構造の環境振動に起因する揺れ以上の揺れを検出した際に上記固定装置による上記上部構造と下部構造との連結を解除する制御手段とを備え、かつ上記固定装置と上記上部構造との間には、上記振動検知手段による環境振動に起因する揺れ以上の揺れの検知によっても上記制御手段が作動しなかった際に、破断または滑りを生じて上記上部構造と下部構造との連結を解除する補助連結解除手段が介装されていることを特徴とするものである。
In order to solve the above problems, the invention according to
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の上記制御手段が、上記振動検知手段が環境振動に起因する10Gal以上の加速度または10μ以上の振幅を検知した際に、上記固定装置による上記上部構造と下部構造との連結を解除することを特徴とするものである。
ここで、環境振動とは、地震が発生していない平常時における建物内に設置される設備機器や製造機器によって生じる振動、あるいは周辺地盤から伝搬する交通振動等を総称するものである。
According to a second aspect of the present invention, when the control means according to the first aspect detects an acceleration of 10 Gal or more or an amplitude of 10 μ or more caused by environmental vibration, the fixing device The above-described upper structure and lower structure are disconnected from each other.
Here, the environmental vibration is a general term for vibration generated by equipment and manufacturing equipment installed in a building in a normal time when no earthquake occurs, or traffic vibration propagated from the surrounding ground.
請求項1または2に記載の発明においては、平常時に固定装置によって上部構造と下部構造とを連結して、免震層を固定して積層ゴムを用いた免震装置が作動しない状態とすることにより、通常の建物と同等の剛性を確保することができ、よって環境振動によって上部構造が過度に揺れることを防止することができる。また、振動検知手段が上記環境振動に起因する揺れ以上の揺れを検出すると、制御手段によって固定装置による上部構造と下部構造との連結が解除されることにより、積層ゴムを用いた免震装置および水平ダンパーが作動し、免震効果が発揮される。
In the invention described in
この結果、上部構造内の設備機器に起因する振動等の環境振動に対しては、免震効果を発揮させずに高い剛性によって上部構造に揺れが生じることを抑制し、かつ地震時等には、免震装置による免震効果を発揮させて建物に大きな被害が発生することを未然に防止することができる。なお、上記水平ダンパーとしては、粘弾性ダンパーや粘性ダンパー等を適用することが可能であるが、特に最も高い加速度低減率が得られるオイルダンパー等の粘性ダンパーを用いることが好ましい。 As a result, for environmental vibrations such as vibrations caused by equipment in the superstructure, it is possible to suppress the superstructure from shaking due to high rigidity without exhibiting the seismic isolation effect. In addition, the seismic isolation effect of the seismic isolation device can be demonstrated to prevent the building from being damaged greatly. As the horizontal damper, a viscoelastic damper, a viscous damper, or the like can be applied. However, it is preferable to use a viscous damper such as an oil damper that can obtain the highest acceleration reduction rate.
またこの際に、上記固定装置が、例えば上部構造のスラブと下部構造との間に設置されていると、上部構造に環境振動に起因する揺れが生じた時に、上記スラブの撓みや変形等によって上下部構造間の連結が解除されて積層ゴムを用いた免震装置が作動し、上部構造に過度の揺れを生じるおそれがある。また、上記スラブに設置すると、設備配管と干渉する可能性があり、設置場所としては適切でない。 At this time, if the fixing device is installed, for example, between the slab of the upper structure and the lower structure, when the upper structure is shaken due to environmental vibration, the slab is bent or deformed. The connection between the upper and lower structures is released, and the seismic isolation device using the laminated rubber is activated, which may cause excessive vibration in the upper structure. Moreover, if it installs in the said slab, it may interfere with equipment piping and is not suitable as an installation place.
この点、本発明によれば、上記固定装置を、上記免震装置に隣接した上部構造の柱下方または梁下方と下部構造との間に配設しているために、スラブの長期的な撓みや環境振動に起因する揺れによっては、上下部構造間の連結が解除されることが無く、よって確実に平常時における上下部構造間の連結状態を保持して、上部構造における過度の揺れの発生を防止することができる。 In this respect, according to the present invention, since the fixing device is disposed between the lower structure of the upper structure adjacent to the seismic isolation device or between the lower structure of the beam and the lower structure, long-term bending of the slab. Due to vibration caused by environmental vibrations, the connection between the upper and lower structures will not be released, so that the connection between the upper and lower structures in the normal state is securely maintained, and excessive vibration occurs in the upper structure. Can be prevented.
また、請求項2に記載の発明のように、上記設定値を、上記環境振動に起因する10Galの加速度または10μの振幅に設定すれば、上述した半導体製造工場や精密機械工場等において、内部機器類に起因する微振動に対してのみ固定装置による上下部構造間の連結を保持し、大小の地震等に起因する揺れに対しては免震効果を得ることができる。加えて、固定装置による上部構造の荷重負担が小さくなるために、その小型化を図ることができる。この結果、一層免震装置に隣接して配置することが可能になり、連結および解除の作動精度を向上させることができる。
Further, as in the invention described in
さらに、請求項1または2に記載の発明によれば、万一振動検知手段によって環境振動に起因する揺れ以上の揺れが検知されたにも拘わらず上記制御手段が作動しなかった場合にも、上部構造と下部構造との間に生じる相対変位によって、補助連結解除手段に破断または滑りが生じることにより、上下部構造間の連結が解除されるために、いわゆるフェイルセーフ機能によって、免震装置および水平ダンパーによる免震効果を得ることができる。なお、この補助連結解除手段は、上部構造の揺れが20Gal程度(上部構造の重量の2%程度の水平力)で破断または滑りを生じるように設定することが好ましい。
Furthermore, according to the invention described in
なお、上記振動検知手段としては、上部構造および/または下部構造に設置した振動計を用いることができる。あるいは、受信装置および演算手段等を用いて、受信装置で受信された上記リアルタイム地震情報によって得られるマグニチュードおよび震源位置の情報から、演算手段において例えば距離減衰式を用いて上記上部構造における加速度あるいは速度を算出することも可能である。また、固定装置の剛性は、微振動に対して良好な固定効果を得るために、固定装置の剛性の和が、積層ゴムを用いた免震装置の剛性の和の100倍以上となるように設定することが好ましい。 As the above-mentioned vibration detection means may be a vibration meter installed in the upper part structure and / or substructures. Alternatively, a receiving apparatus and a calculating means such as, from the magnitude and the information of source positions obtained by the above real-time seismic information received by the receiving device, an acceleration or in the superstructure using the arithmetic means such as attenuation relation It is also possible to calculate the speed. Also, the rigidity of the fixing device is such that the sum of the rigidity of the fixing device is 100 times or more of the sum of the rigidity of the seismic isolation device using laminated rubber in order to obtain a good fixing effect against micro vibrations. It is preferable to set.
図1〜図4は、本発明に係る免震システムを半導体製造工場等の嫌振機器類が設置された建物(上部構造)10における免震システムに適用した実施形態を示すものである。
この免震システムにおいては、上記建物10の柱11の直下と基礎(下部構造)12との間に、積層ゴムを用いた免震装置13が介装されるとともに、一端部14aが建物10の梁15に連結されるとともに他端部14bが基礎12に連結されて水平方向に配設されたオイルダンパー(粘性系の水平ダンパー)14が設置されている。
1 to 4 show an embodiment in which the seismic isolation system according to the present invention is applied to a seismic isolation system in a building (upper structure) 10 in which vibration isolating equipment such as a semiconductor manufacturing factory is installed.
In this seismic isolation system, a
また、図3(a)に示すように、免震装置13に隣接した建物10の梁15の端部と基礎12との間、または図3(b)に示すように、建物10の柱11の下方と基礎12との間に、固定装置16が配設されている。
この固定装置16は、図4に示すように、基礎12上に設置された油圧ジャッキ17と、この油圧ジャッキ17の上面に一体的に固定された下部摩擦板18と、油圧ジャッキ17に作動油を供給する油圧ポンプ19とから構成されたものである。
Moreover, as shown to Fig.3 (a), between the edge part of the
As shown in FIG. 4, the
他方、固定装置16の下部摩擦板18の上方に位置する建物の梁15または柱11の下面には、補助連結解除装置(補助連結解除手段)が設けられている。この補助連結解除装置は、梁15または柱11の下面に、破断バッファとなるモルタル20によって上部摩擦板21を取り付けたものである。
On the other hand, an auxiliary connection release device (auxiliary connection release means) is provided on the lower surface of the
そして、建物10に近接した基礎12上には、地震計(振動計、振動検知手段)22と、この地震計22からの検出信号に基づいて、油圧ポンプ19の作動を制御する制御盤(制御手段)23とが設置されている。
ここで、制御盤23は、平常時に油圧ポンプ19からの作動油を常時油圧ジャッキ17に供給するとともに、10Gal以上の加速度または10μ以上の振幅を検知した際に、油圧ジャッキ17内の作動油を開放するように設定されている。
On the
Here, the
以上の構成からなる免震システムにおいては、平常時には、図4(a)に示すように、固定装置16の油圧ポンプ19によって油圧ジャッキ17に加圧した作動油を供給した状態を保持しておくことにより、下部摩擦板18を上部摩擦板21に圧接させて建物10と基礎12とを連結する。これにより、積層ゴムを用いた免震装置13が作動しない状態となり、よって図2に示すように、通常の建物と同等の剛性を確保することができる。この結果、環境振動によって建物10が過度に揺れることを防止することができる。
In the seismic isolation system having the above-described configuration, the hydraulic oil pressurized by the
しかも、図3(a)、(b)に示すように、固定装置16を、免震装置13に隣接した建物10の柱11の下方あるいは梁15の下方(より好ましくは、図示したように端部)に配設しているために、スラブの局所的な撓みや環境振動に起因する揺れによって、当該スラブ等に撓みが生じた場合においても、建物10と基礎12との連結が解除されることが無く、確実に平常時における上記連結状態を保持して、建物10における過度の揺れの発生を防止することができる。
Moreover, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the fixing
特に上記実施の形態においては、地震計22が10Gal以上の加速度または10μ以上の振幅といった微振動を超えた際に、即、固定装置16による連結が解かれるように設定しているために、強風時にまで上記連結を保持する必要がある場合と比較して、固定装置16による建物10の荷重負担が小さて済み、よって油圧ジャッキ17や下部摩擦板18等の小型化を図ることができる。このため、容易に固定装置16を免震装置13に隣接した図3(a)に示す梁14の下方や、図3(b)に示す建物10の柱11の下方に配置することが可能になり、上記連結および解除の作動精度を向上させることができる。
In particular, in the above embodiment, when the
そして、地震発生時等には、地震計22が10Gal以上の加速度または10μ以上の振幅を検知すると、その信号が制御盤23に送られて、図4(b)に示すように、固定装置16の油圧ジャッキ17内の作動油が開放され、下部摩擦板18が降下して上部摩擦板21との間に間隙が形成されることにより、建物10と基礎12との間の連結が解除される。
これにより、図2に示すように、積層ゴムを用いた免震装置13およびオイルダンパー14が作動し、免震効果が発揮される。
When an earthquake occurs, when the
Thereby, as shown in FIG. 2, the
また、万一、地震計22から上記設定値以上の揺れが検知されたにも拘わらず、制御盤23が応答せずに固定装置16の油圧解除がなされず、この結果建物10と基礎12との連結が解かれなかった場合には、建物10と基礎12との間に生じる相対変位によって、補助連結解除装置におけるモルタル20が破断することにより、建物10と基礎12との連結が解除される。この結果、上記補助連結解除装置によるいわゆるフェイルセーフ機能によって、免震装置13およびオイルダンパー14による免震効果を得ることができる。
In addition, in the unlikely event that the
以上のように、上記構成からなる免震システムによれば、半導体製造工場や精密機械工場等の嫌振機器が多数配置された建物10において、建物10内の機器類に起因する微振動等の環境振動に対しては、固定装置16による建物10と基礎12との連結を保持して、免震効果を発揮させないことにより高い剛性によって建物10に揺れが生じることを抑制することができ、かつ地震時等には、免震装置13およびオイルダンパー14による高い加速度低減率の免震効果を発揮させて建物に大きな被害が発生することを未然に防止することができる。
As described above, according to the seismic isolation system having the above-described configuration, in the
なお、上記実施の形態においては、振動検知手段としては、基礎12に設置した地震計22を用いた場合についてのみ説明したが、これに限るものではない。
例えば、近年においては、気象庁の緊急地震速報(ナウキャスト)や、防災科学技術研究所のリアルタイム地震情報活用システム(REIS)等の、地震発生時に震源の近くで検知されたP波によって当該地震に関するリアルタイム地震情報を即時的に得る各種のシステムが開発されるとともに、当該システムによって得られたリアルタイム地震情報をインターネットや衛星通信によって配信するネットワークシステムも実用化しつつある。
In the above-described embodiment, the vibration detection means has been described only with respect to the case where the
For example, in recent years, the P wave detected near the epicenter at the time of the earthquake, such as the Earthquake Early Warning (Nowcast) of the Japan Meteorological Agency and the Real-time Earthquake Information Utilization System (REIS) of the National Research Institute for Earth Science and Disaster Prevention Various systems for obtaining real-time earthquake information immediately have been developed, and a network system for distributing real-time earthquake information obtained by the system through the Internet or satellite communication is being put into practical use.
そこで、上記振動検知手段を、地震発生時に上記リアルタイム地震情報を受信する受信装置と、この受信装置で受信された上記リアルタイム地震情報から建物10における想定加速度または振幅を計算する演算手段とによって構成し、受信装置で受信された上記リアルタイム地震情報によって得られるマグニチュードおよび震源位置の情報から、演算手段において例えば距離減衰式を用いて建物10における加速度あるいは速度を算出して、制御盤23に入力するようにしてもよい。
Therefore, the vibration detection means is constituted by a receiving device that receives the real-time earthquake information when an earthquake occurs, and an arithmetic means that calculates an assumed acceleration or amplitude in the
また、上記固定装置16についても、油圧ジャッキ17に代えて、ディスクブレーキ、電気式または電磁式のアクチュエータ、サーボモータを用いたサーボ型アクチュエータ、ピエゾ型アクチュエータ等の各種の進退駆動手段を適用することが可能である。
Also, the advancement / retraction driving means such as a disc brake, an electric or electromagnetic actuator, a servo actuator using a servo motor, a piezo actuator, etc., is applied to the fixing
10 建物(上部構造)
11 柱
12 基礎(下部構造)
13 積層ゴムを用いた免震装置
14 オイルダンパー(粘性系の水平ダンパー)
14a 一端部
14b 他端部
15 梁
16 固定装置
20 モルタル
21 上部摩擦板
22 地震計(振動計、振動検知手段)
23 制御盤(制御手段)
10 Building (superstructure)
11
13 Seismic isolation device using
14a One
23 Control panel (control means)
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