JP5436333B2 - Seismic isolation device - Google Patents
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Description
本発明は、地震動を低減して床構造体を効果的に保護する免震装置に関する。 The present invention relates to a seismic isolation device that reduces ground motion and effectively protects a floor structure.
免震装置は、柔軟に変位可能なアイソレータによって、地震時の振動(地震動)を低減し、コンピュータや精密機器を積載した床構造体にその振動を極力伝達させない装置である。免震装置は、鉛直方向に機能するものと水平方向に機能するものがある。鉛直方向の免震装置としては、例えば、空気ばねが用いられ、その空気ばねのばね定数が小さいほど、地面(床スラブ)の振動が床構造体に伝達しないこととなる。 The seismic isolation device is a device that reduces vibrations (earthquake motion) during an earthquake with a flexibly displaceable isolator and transmits the vibrations to a floor structure loaded with computers and precision equipment as much as possible. There are seismic isolation devices that function in the vertical direction and those that function in the horizontal direction. As the vertical seismic isolation device, for example, an air spring is used, and as the spring constant of the air spring is smaller, the vibration of the ground (floor slab) is not transmitted to the floor structure.
しかし、単にばね定数を小さくして固有周期を延ばすと、その建築物の床構造体上における居住者や作業者等の移動や歩行による荷重変動に応じて、床構造体が揺れてしまうといった問題が生じ得る。特に、大きな振動を伴う大地震に対しても効果的に免震するために、免震装置のばね定数をさらに下げると、ばね要素がより柔らかくなるため、荷重変動に対する床構造体上の揺れが大きくなってしまう。 However, simply reducing the spring constant and extending the natural period causes the floor structure to sway in response to load fluctuations due to movement or walking of residents and workers on the floor structure of the building. Can occur. In particular, if the spring constant of the seismic isolation device is further reduced in order to effectively isolate a large earthquake with large vibrations, the spring element becomes softer, so that the vibration on the floor structure is not affected by load fluctuations. It gets bigger.
そこで、空気ばねに補助タンクを並設し、かつ、空気ばねと補助タンクとを結ぶ配管部に電気的な駆動弁である電磁弁を設け、地震の発生を地震波検知センサで検知して電磁弁を開き、空気ばねのばね定数を切り換える技術が開示されている(例えば、特許文献1)。さらに、空気ばねと補助タンクとの間にバルブを配置し、振動検知手段によってそのバルブの開度を制御する技術も知られている(例えば、特許文献2)。 Therefore, an auxiliary tank is provided in parallel with the air spring, and an electromagnetic valve, which is an electrically driven valve, is provided in a piping section connecting the air spring and the auxiliary tank, and the occurrence of an earthquake is detected by an earthquake wave detection sensor. And a technique for switching the spring constant of the air spring is disclosed (for example, Patent Document 1). Furthermore, a technique is also known in which a valve is disposed between the air spring and the auxiliary tank, and the opening degree of the valve is controlled by vibration detection means (for example, Patent Document 2).
上述した技術を用いることで、平常時においては空気ばねのばね定数を大きくして、剛性を高め、人の移動や歩行による荷重変化に応じた床構造体の揺れを抑制し、地震発生時には空気ばねのばね定数を小さくして固有周期を延ばし、床スラブの振動による床構造体への影響を低減することができる。しかし、いずれの技術であっても、地震を検知するための高価なセンサと、電気を通じて駆動される電磁弁と、両者を連動させるための電気回路を要し、構成が複雑になることで、信頼性の低下や、部品点数、占有体積および製造コストの増大を招いていた。 By using the technology described above, the spring constant of the air spring is increased during normal times to increase rigidity, and the shaking of the floor structure in response to load changes due to human movement or walking is suppressed. By reducing the spring constant of the spring and extending the natural period, the influence on the floor structure due to the vibration of the floor slab can be reduced. However, any technology requires an expensive sensor for detecting an earthquake, an electromagnetic valve driven through electricity, and an electric circuit for linking both, and the configuration becomes complicated. The reliability has been lowered, and the number of parts, occupied volume and manufacturing cost have been increased.
本発明は、このような課題に鑑み、高価なセンサや電磁弁を用いることなく、高信頼性、低コストの免震装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is to provide a highly reliable and low cost seismic isolation device without using an expensive sensor or electromagnetic valve.
上記課題を解決するために、本発明の免震装置は、建築物の床スラブと床構造体に狭装された空気ばねと、空気ばねに空気流路を通じて連結された補助タンクと、空気流路に配設され、空気ばねと補助タンクとの気圧差が所定閾値以上になると弁が開いて空気ばねと補助タンクとを連通するリリーフバルブとを備え、リリーフバルブには、補助タンクの気圧より空気ばねの気圧が所定閾値以上高くなると開く弁と、空気ばねの気圧より補助タンクの気圧が所定閾値以上高くなると開く弁とが並列に設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a seismic isolation device according to the present invention includes a floor slab of a building and an air spring narrowly mounted on the floor structure, an auxiliary tank connected to the air spring through an air flow path, an air flow disposed in the road, and a relief valve pressure difference between the air spring and the auxiliary tank communicates the air spring and the auxiliary tank open the valve becomes equal to or larger than a predetermined threshold value, the relief valve is from the pressure of the auxiliary tank a valve that opens when pressure of the air spring is increased above a predetermined threshold, a valve that opens when pressure from the auxiliary tank pressure of the air spring is increased above a predetermined threshold is characterized that you have provided in parallel.
リリーフバルブには、所定閾値が相異なる複数の弁が設けられてもよい。
The - relief valve, the predetermined threshold is a plurality of different valves may be provided.
本発明によれば、高価なセンサや電磁弁を用いることなく、空気ばねの気圧を利用した単純な構成で免震能力を切り換えることができるので、信頼性の向上、ならびに、部品点数、占有体積および製造コストの削減を図ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to switch the seismic isolation capability with a simple configuration using the air pressure of an air spring without using an expensive sensor or solenoid valve, thereby improving reliability, as well as the number of parts, occupied volume In addition, the manufacturing cost can be reduced.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiments are merely examples for facilitating the understanding of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present invention are not illustrated. To do.
(免震システム100)
図1は、免震システム100の概略的な構成を説明するための説明図である。免震システム100は、床スラブ110と、免震装置120と、床構造体130とを含んで構成され、地震動を低減して床構造体130を効果的に保護することが可能である。
(Seismic isolation system 100)
FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining a schematic configuration of the
床スラブ110は、建築物における構造物基礎の最上部の床構造または上下階間の床構造であり、面に垂直な荷重を支える石やコンクリート等の厚板を示す。本実施形態において、床スラブ110は、地震時に地面と一体的に振動する。免震装置120は、地震時に床スラブ110にかかる振動を低減し、床構造体130にその振動を極力伝達させない装置である。本実施形態では、振動を伝達させない鉛直方向のアイソレータとして空気ばねが用いられる。床構造体130は、建築物屋内における居住者や作業者が移動可能な領域の床部分に相当する。
The
地震等が生じると、床スラブ110が地面と一体となって振動するが、免震装置120が床スラブ110から床構造体130へ伝達される振動を低減するので、床構造体130上にいる居住者や作業者への地震の影響は少なくなる。しかし、免震能力を高めようとして、免震装置120のばね要素(空気ばね)を単に柔らかくするだけでは、床構造体130上にいる居住者や作業者等の移動や歩行による荷重変動に対しても床構造体130が揺れてしまい、居住者や作業者は違和感を覚えることとなる。また、床構造体130上にコンピュータや精密機器を積載している場合、このような振動の影響を極力回避しなければならない。
When an earthquake or the like occurs, the floor slab 110 vibrates integrally with the ground. However, since the
そこで、本実施形態では、免震装置120を構成する空気ばねに補助タンクを並設し、空気ばね内の気圧の変化を利用して空気ばねのばね定数を切り換える。こうして、平常時においては、空気ばねのばね定数を大きくし、床構造体130と床スラブ110との剛性を高めて、人の移動や歩行による荷重変化に応じた床構造体130の揺れを防止し、地震発生時には、ばね定数を小さくして床スラブ110から床構造体130へ伝達される振動を低減する。さらに、このようなばね定数の切り換えを、高価なセンサや電磁弁を用いることなく、空気ばねの気圧を利用した単純な構成で実現できるので、信頼性の向上、ならびに、部品点数、占有体積および製造コストの削減を図ることができる。以下、このような目的を実現可能な免震装置120の詳細な構成を説明する。
Therefore, in the present embodiment, an auxiliary tank is provided in parallel with the air spring constituting the
(免震装置120)
免震装置120は、図1に示すように、空気ばね150と、補助タンク152と、リリーフバルブ154と、相対変位検出部156と、空気圧制御部158と、空気源160と、サーボバルブ162とを含んで構成される。
(Seismic isolation device 120)
As shown in FIG. 1, the
空気ばね150は、ベローズ形やダイヤフラム形の可撓性容器で形成された外装中に所定の圧力の空気(気体)を封入してなる弾性体である。空気ばね150は、建築物の床スラブ110と床構造体130に狭装されている。また、空気ばね150は、内包する空気の体積を変化させることで任意にばね定数を設定することができ、極めて柔らかい弾性を実現することが可能である。したがって、金属ばねでは吸収しきれない微震を低減することもでき、地震動によっては共振し難いといった特性も有している。ここでは、空気を用いた空気ばね150を採用しているが、空気に限らず、液体等、その用途に応じた流体を封入した流体ばね等も用いることもできる。また、ここでは、説明の便宜上、空気ばね150内の気体を空気と表現しているが、その成分を限定するものではなく、様々な気体を適用することができる。
The
免震装置の弾性体として仮に金属ばねを用いた場合、コンピュータ等のダウンサイジングによって床構造体130上の積載物の重量が変わり床構造体130の固有振動数が高くなると(固有周期が短期化すると)、それに合わせて金属ばね自体を、ばね定数が大きい新たな金属ばねに交換しなければならなくなる。また、このような金属ばねの硬化により免震能力が低下してしまうといった問題も生じることとなる。本実施形態で用いられる空気ばね150では、積載荷重が変化しても固有振動数がほとんど変化しないので、メンテナンスや免震能力の維持において有利である。
If a metal spring is used as the elastic body of the seismic isolation device, if the weight of the load on the
また、空気ばね150は可撓性容器で形成された弾性体なので、鉛直方向のみならず、水平方向の免震能力も備えているが、実用性の面から、水平方向の免震には、別途、積層ゴム等を用いるのが一般的である。ただし、本実施形態においては、説明の便宜上、鉛直方向の免震を担う空気ばね150の作用のみに着目し、水平方向の免震については記載を省略する。
In addition, since the
補助タンク(補助空気室)152は、空気ばね150の例えば3倍の内容積で形成された耐圧容器で構成され、空気流路170を通じて空気ばね150に連結されている。
The auxiliary tank (auxiliary air chamber) 152 is formed of a pressure resistant container formed with an internal volume three times that of the
リリーフバルブ154は、空気流路170に配設され、地震によって空気ばね150内の気圧が大きく変動し、空気ばね150と補助タンク152との気圧差が所定閾値以上になると自体の弁が自動的に開いて、空気ばね150と補助タンク152とを連通する。そして、空気ばね150と補助タンク152との気圧差が再び所定閾値未満となると、リリーフバルブ154の弁は閉じられる。
The
リリーフバルブ154は、空気ばね150と補助タンク152とを連通させて空気ばね150の見かけ上の体積を増やし、空気ばね150のばね定数を小さく切り換える役目を担う。例えば、空気ばね150がベローズ形である場合において、空気ばね150の横断面積の変化率を無視すると、空気ばね150のばね定数は、大凡、内容積の逆数に比例し、固有振動数は、そのばね定数の2乗根に比例する。したがって、補助タンク152の内容積を空気ばね150の3倍とし、空気ばね150と補助タンク152とを連通した場合、空気ばね150のばね定数は、連通していないときの1/(1+3)=1/4倍になり、固有振動数は1/√4=1/2倍となるので、補助タンク152を連通していないときの固有振動数が1Hzであれば、連通すると0.5Hzとなる。
The
図2は、リリーフバルブ154の動作を説明するための説明図である。平常時には、床構造体130上において人が移動や歩行することで荷重変化が生じるものの、その圧力変動が小さいので、図2(a)のように、リリーフバルブ154の弁が開くことはない。したがって、当該免震装置120の固有周期(空気ばね150のばね定数)を決定づける空気ばね150の内容積は、図2(a)においてハッチングで示すように、概ね、空気ばね150内に封入されている空気のみに限定されるため、床構造体130と床スラブ110との剛性は比較的高く維持される。こうして、人の移動や歩行による荷重変化に基づく床構造体130の揺れを防止することが可能となる。
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining the operation of the
ただし、平常時において、空気ばね150と補助タンク152との間の空気の連通を完全に制限する必要はなく、両者の間に微小な孔(オリフィス)を設けてもよい。こうして、時定数は長いものの、長期の視点では、空気ばね150と補助タンク152との気圧を等しく保つことができる。
However, in normal times, it is not necessary to completely limit the air communication between the
一方、所定の大きさ以上の振動を伴う地震(大地震)が生じた場合、床スラブ110から空気ばね150に伝達する圧力変動が大きくなり、床スラブ110からの圧力によって空気ばね150内の気圧が急上昇または急降下する。すると、その気圧変動に応じて、空気ばね150と補助タンク152との気圧差が所定閾値以上になり、図2(b)のようにリリーフバルブ154が開いて空気ばね150と補助タンク152とが連通する。
On the other hand, when an earthquake (a large earthquake) with a vibration of a predetermined magnitude or more occurs, the pressure fluctuation transmitted from the
この場合、免震装置120の固有周期(空気ばね150のばね定数)を決定づける空気ばね150の見かけの内容積は、図2(b)においてハッチングで示すように、補助タンク152を含めた容積となり、固有周期を長期化して床スラブ110から床構造体130へ伝達される振動を低減、換言すれば免震性能を向上することが可能となる。ここでは、リリーフバルブ154により、空気ばね150内の気圧そのものを利用して床スラブ110に加わる振動の大きさを検知している。
In this case, the apparent internal volume of the
ところで、地震が生じると床スラブ110が振動し、床スラブ110と床構造体130との鉛直方向の相対変位は増減する。すなわち、空気ばね150には床スラブ110から圧縮力と引張力との両方がかかるので、リリーフバルブ154は、空気ばね150における所定閾値以上の正の値のみならず、絶対値が所定閾値以上となる負の値でも弁を開くべきである。そこで、本実施形態では、正負いずれの気圧にも対応可能なリリーフバルブ154を用いることとする。
By the way, when an earthquake occurs, the
図3は、リリーフバルブ154を双方向に利用する例を示した説明図である。リリーフバルブ154には、補助タンク152の気圧より空気ばね150の気圧が所定閾値以上高くなると開く弁と、空気ばね150の気圧より補助タンク152の気圧が所定閾値以上高くなると開く弁とが並列に設けられている。このように機能の異なる弁は、1のリリーフバルブ154内に並列に設けられてもよいし、複数のリリーフバルブ154それぞれに設けられ、そのリリーフバルブ154が並列に連結されるとしてもよい。ここでは機能の異なる弁をそれぞれ有する2つのリリーフバルブ154a、154bを用いて、その動作を説明する。
FIG. 3 is an explanatory view showing an example in which the
平常時においては、空気ばね150と補助タンク152との気圧が等しく設定されており、図3(a)の如く、リリーフバルブ154a、154bのぞれぞれの弁はいずれも閉じた状態となっている。したがって、空気ばね150のばね定数は空気ばね150内に封入されている空気のみによって決まる。
At normal times, the air pressures of the
ここで、地震により、床スラブ110が上昇すると、図3(b)の如く、空気ばね150が圧縮し、補助タンク152の気圧より空気ばね150の気圧が所定閾値以上高くなって一方のリリーフバルブ154aが開き、空気ばね150から補助タンク152に向かって空気が排出される。また、床スラブ110が下降すると、図3(c)の如く、補助タンク152の気圧より空気ばね150の気圧が所定閾値以上低くなって他方のリリーフバルブ154bが開き、補助タンク152から空気ばね150に向かって空気が排出される。このようなリリーフバルブ154a、154bの動作をさらに詳細に説明する。
Here, when the
図4は、リリーフバルブ154a、154bの動作を説明するためのタイミングチャートである。図4において横軸は時間を示し、各タイミングチャートの縦軸は変位および気圧を示している。図4に示された、床スラブ110の鉛直方向の位置172、床構造体130の鉛直方向の位置174、空気ばね150内の気圧176、補助タンク152内の気圧178、リリーフバルブ154aの開閉状態180、リリーフバルブ154bの開閉状態182は、同時間軸で推移している。
FIG. 4 is a timing chart for explaining the operation of the
平常時において、床スラブ110の鉛直方向の位置172はほぼ変動しないが、床構造体130の鉛直方向の位置174は人の移動による荷重変化に応じて多少変動する。しかし、その変動による空気ばね150内の気圧176の変動量は所定閾値以下となるので、リリーフバルブ154a、154bの弁の開閉状態180、182は閉状態から開状態に移行することはない。したがって、空気ばね150のばね定数は比較的大きな値に維持され、床構造体130の揺れを防止することが可能となる。
In normal times, the
このとき、地震により床スラブ110が鉛直方向に振動し、任意の時点t1において、空気ばね150内の気圧176が補助タンク152内の気圧178より、図4中矢印で示すように、所定閾値以上高くなると、リリーフバルブ154aの開閉状態180が閉状態から開状態に移行する。
At this time, the
リリーフバルブ154aが開状態になると、空気ばね150から補助タンク152に空気が排出され、補助タンク152の気圧178は、空気ばね150の気圧176との差を所定閾値に保ちながらその推移に追従し、空気ばね150内の気圧176が極値を折り返し補助タンク152との気圧差が所定閾値未満となった時点t2で、リリーフバルブ154aの弁の開閉状態180が閉状態となり、補助タンク152では、そのときの気圧178が維持される。
When the
続いて、空気ばね150の気圧176が低下すると、時点t3において、空気ばね150と補助タンク152との気圧差が再び所定閾値以上となり、今度はリリーフバルブ154bの開閉状態182が閉状態から開状態に移行する。リリーフバルブ154bが開状態になると、補助タンク152から空気ばね150に空気が排出され、ここでも補助タンク152の気圧は、空気ばね150の気圧176との差を所定閾値に保ちながらその推移に追従する。そして、空気ばね150内の気圧176が極値を折り返し補助タンク152との気圧差が所定閾値未満となった時点t4でリリーフバルブ154bの弁の開閉状態182が閉状態となり、補助タンク152では、そのときの気圧178が維持される。
Subsequently, the
こうして、床スラブ110の振動が空気ばね150に鉛直上下のいずれの方向に加わったとしても、リリーフバルブ154a、154bの弁がそれぞれ開くので、免震装置120は、空気ばね150のばね定数を下げ、固有周期を延ばすことが可能となる。
Thus, even if the vibration of the
その後、床スラブ110への振動がなくなると、そのタイミングによっては空気ばね150と補助タンク152との気圧が異なる場合がある。しかし、上述した微少な穴や後述するレベル制御によって、補助タンク152の気圧178も長い時定数を伴って空気ばね150の気圧176と等しくなる。
Thereafter, when the vibration to the
このように、本実施形態の免震装置120では、高価なセンサや電磁弁を用いることなく、空気ばね150自体の気圧を利用した単純な構成で免震能力を切り換えることができるので、信頼性の向上、ならびに、部品点数、占有体積および製造コストの削減を図ることが可能となる。
As described above, in the
また、リリーフバルブ154は、空気ばね150のばね定数の切り換えのみならず、自体の開口部や空気流路170における空気の摩擦により、床スラブ110と床構造体130との相対的な振動を減衰させる減衰機構としての役目も担う。本実施形態の免震装置120では、リリーフバルブ154および空気流路170により、減衰効果が生じるので、床スラブ110と床構造体130との相対的な振動を減衰させるために、別途、油圧ダンパー等を付設する必要がなくなり、コスト面でも有利になる。
Further, the
ところで、空気ばね150は、床構造体130上の荷重変動に応じて、その荷重変動に対応した内圧を得るために空気ばね150内の内容積が変化し、床構造体130の鉛直位置が変化する場合がある。そこで、本実施形態では、図1に示した、相対変位検出部156、空気圧制御部158、空気源160、サーボバルブ162を用いて、以下のように床構造体130をレベル制御している。
By the way, in the
相対変位検出部156は、床スラブ110に立設され床構造体130に対するレーザ反射時間を検出するレーザ変位計、床スラブ110と床構造体130とにそれぞれに設置された速度計または加速度計等で構成され、床スラブ110と床構造体130との相対変位(鉛直方向の相対距離)を検出する。ここで、速度計や加速度計を用いる場合、相対変位検出部156は、床スラブ110および床構造体130からそれぞれの速度や加速度を個別に取得し、1回または2回積分することで互いの変位を求め、その差分により相対変位を導出する。
The
空気圧制御部158は、床構造体130上の荷重変動による床構造体130自体の変位に応じて、その変位を相殺する制御指令を生成し、後述するサーボバルブ162に送信する。
The air
空気源160は、コンプレッサで構成され、空気ばね150および補助タンク152に空気を供給することで、大気圧より高い気圧を任意に加えることができる。
The air source 160 is composed of a compressor, and can supply air pressure to the
サーボバルブ162は、空気圧制御部158からの制御指令に応じて空気源160の気圧を制御し、空気ばね150および補助タンク152の気圧を増減する。また、初期設定時には、空気ばね150および補助タンク152の両者の気圧が予め設定された所定の気圧になるように空気源160から空気を供給させる。
The
図5は、レベル制御を説明するための制御ブロック図を示した説明図である。ここでは、空気ばね150内の気圧を制御することで空気ばね150をアクチュエータとして利用し、床構造体130の床スラブ110に対する相対変位を安定させるレベル制御が実行される。
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a control block diagram for explaining the level control. Here, level control is performed to stabilize the relative displacement of the
図5に示した制御系では、相対変位検出部156が検出した相対変位が大きくなると、すなわち床スラブ110に対して床構造体130が上昇すると、サーボバルブ162は、空気ばね150の気圧を下げて空気ばね150を圧縮し、床構造体130を降下させる。また、相対変位検出部156が検出した相対変位が小さくなると、すなわち床スラブ110に対して床構造体130が降下すると、サーボバルブ162は、空気ばね150の気圧を上げて空気ばね150を膨張させ、床構造体130を上昇させる。
In the control system shown in FIG. 5, when the relative displacement detected by the
このように、地震が生じていないときや地震の規模が極めて小さいときには、図5に示した閉ループを機能させることで剛性をさらに高め、人の移動による荷重変化によっては床構造体130を振動させないようにすることができる。また、床スラブ110の振動が大きくなると、免震装置120は、図5の閉ループを切り、上記リリーフバルブ154を通じて空気ばね150のばね定数を下げ、床スラブ110に加わる振動を低減することが可能となる。
As described above, when the earthquake does not occur or when the magnitude of the earthquake is extremely small, the closed loop shown in FIG. 5 is functioned to further increase the rigidity, and the
上述した免震装置120によって、空気ばね150の気圧を利用した単純な構成のみで、免震能力を維持することができる。しかし、リリーフバルブ154を1の閾値のみで開くとすると、地震時に空気ばね150のばね要素が急峻に柔らかくなり、免震能力が一度に高まると共に床構造体130を支持する免震装置120の剛性も一度に低下してしまい、床構造体130が急激に降下することとなる。そこで、本実施形態のリリーフバルブ154を相異なる複数の所定閾値で段階的に開口するように設定する。
With the above-described
図6は、リリーフバルブ154の他の構成例を示した説明図である。所定閾値が相異なる複数の弁は1のリリーフバルブ154内に並列に設けられてもよいし、複数のリリーフバルブ154それぞれに設けられ、そのリリーフバルブ154が並列に連結されるとしてもよい。ここでは、所定閾値Pc、Pd、Peである3つのリリーフバルブ154c、154d、154eを設けている。かかるリリーフバルブ154c、154d、154eの各所定閾値は、Pc<Pd<Peの関係を満たすとする。ここでは、3つのリリーフバルブ154c、154d、154eがすべて開口したときに、当該空気ばね150と補助タンク152との最適な口径となるように設定されている。
FIG. 6 is an explanatory view showing another configuration example of the
また、理解を容易にするため、ここでは、補助タンク152の気圧より空気ばね150の気圧が高くなると開く弁についてのみ説明し、空気ばね150の気圧より補助タンク152の気圧が高くなると開く弁については記載が重複するので説明を省略する。
For ease of understanding, only the valve that opens when the pressure of the
図7は、リリーフバルブ154c、154d、154eの動作を説明するためのタイミングチャートである。図7において横軸は時間を示し、各タイミングチャートの縦軸は変位および気圧を示している。図7に示された、床スラブ110の鉛直方向の位置172、床構造体130の鉛直方向の位置174、空気ばね150内の気圧176、補助タンク152内の気圧178、リリーフバルブ154cの開閉状態184、リリーフバルブ154dの開閉状態186、リリーフバルブ154eの開閉状態188は、同時間軸で推移している。
FIG. 7 is a timing chart for explaining the operation of the
平常時には、図4同様、床スラブ110の鉛直方向の位置172はほぼ変動しないが、床構造体130の鉛直方向の位置174は人の移動による荷重変化に応じて多少変動する。しかし、その変動による空気ばね150内の気圧176の変動量は、リリーフバルブ154cの所定閾値Pc以下となるので(所定閾値Pcは人の移動等では到達しない程度十分に高く設定されている。)、リリーフバルブ154c、154d、154eの弁の開閉状態184、186、188は閉状態から開状態に移行することはない。
As in FIG. 4, the
このとき、地震により床スラブ110が鉛直上方向に振動し、任意の時点t5において、空気ばね150内の気圧176が補助タンク152内の気圧178より所定閾値Pc以上高くなると、リリーフバルブ154cの開閉状態184のみが閉状態から開状態に移行する。この時点では、開口しているのがリリーフバルブ154cのみであり、開口面積が小さいので、リリーフバルブ154cを含む空気流路170の流路抵抗が大きくなり、強い減衰効果が得られる。したがって、内容積は空気ばね150と補助タンク152との和となっているものの、空気ばね150のばね定数は急激に小さくならず、床構造体130の降下の速度も抑制される。
In this case,
引き続き、床スラブ110の振動が大きくなると、空気ばね150の圧力が増し、時点t6、t7において気圧差がそれぞれ所定閾値Pd、Pe以上となり、図7のリリーフバルブ154dの開閉状態186およびリリーフバルブ154eの開閉状態188に示されるように、リリーフバルブ154d、154eが順次開かれる。そうすると、開口面積が次第に大きくなるので、空気流路170の流路抵抗も小さくなり、減衰力の低下と共に免震力が高まる。
When the vibration of the
このようにリリーフバルブ154において、複数段の所定閾値を設定し、空気ばね150にかかる圧力の大きさに応じて弁を順次開く構成とすることで減衰力が段階的に下がり、免震力が段階的に上がることとなる。したがって、床構造体130の降下も緩やかになる。ここではリリーフバルブ154を例えば3段階設けているが、その数は3に限らず、2段階や4段階以上であってもよい。また、空気ばね150にかかる圧力の大きさに応じて、弁の開度を連続的に変化させるとしてもよい。
In this way, in the
また、図7に示したような大きな地震ではなく、空気ばね150の気圧が、所定閾値Peを越えない、例えば、所定閾値Pc以上かつ所定閾値Pd未満の値までしか上昇しなかった場合、リリーフバルブ154cの弁のみが開くこととなるので、ある程度の減衰効果も期待できる。したがって、圧力の急激な変化のみならず、地震の大きさに応じて床構造体130が降下する変位そのものを抑制することも可能となる。
In addition, when the earthquake is not a large earthquake as shown in FIG. 7 and the air pressure of the
以下、リリーフバルブ154による減衰効果の変化と固有振動数との関係を具体的に説明する。図8は、リリーフバルブ154の減衰効果に対する周波数特性の変化を示した説明図である。図8において横軸は周波数を示し縦軸は応答率(出力振幅/入力振幅)を示す。また、図8中の各曲線は減衰効果を0〜∞に変化した場合の周波数特性を示している。
Hereinafter, the relationship between the change in the damping effect by the
図8を参照して理解できるように、リリーフバルブ154の開口面積が小さい場合、例えば、減衰効果が∞の場合、固有振動数が比較的高くなる。続いて減衰効果を低減すると、固有振動数で共振したときの応答率が低下すると共に固有振動数自体が低くなり、減衰効果が0.5の場合において応答率が最小となる。さらに減衰効果を低減すると、固有振動数の低下と共に、また、応答率も増加しはじめる。
As can be understood with reference to FIG. 8, when the opening area of the
図8における減衰効果は、複数段のリリーフバルブ154の開閉状態に対応する。したがって、空気ばね150内の気圧がまだ低く、複数段のリリーフバルブ154のいずれの弁も閉じている状態は減衰効果∞に相当し、リリーフバルブ154が順次開口していくと、減衰効果が下がり、固有振動数が低くなる。こうして、リリーフバルブ154の弁を順次開口することで、固有振動数を下げ、固有周期を段階的に長期化できることが理解される。
The damping effect in FIG. 8 corresponds to the open / closed state of the plurality of stages of
以上、説明した免震装置120によって、空気ばね150の気圧を利用した単純な構成で免震能力を切り換えることができるので、信頼性の向上、ならびに、部品点数、占有体積および製造コストの削減を図ることが可能となる。また、リリーフバルブ154を多段式にすることで、床構造体130の鉛直方向の急激な低下を抑制できる。
As described above, the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. Is done.
本発明は、地震動を低減して床構造体を効果的に保護する免震装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICATION This invention can be utilized for the seismic isolation apparatus which reduces a ground motion and protects a floor structure effectively.
110 …床スラブ
120 …免震装置
130 …床構造体
150 …空気ばね
152 …補助タンク
154 …リリーフバルブ
156 …相対変位検出部
158 …空気圧制御部
160 …空気源
162 …サーボバルブ
110 ...
Claims (2)
前記空気ばねに空気流路を通じて連結された補助タンクと、
前記空気流路に配設され、前記空気ばねと前記補助タンクとの気圧差が所定閾値以上になると弁が開いて前記空気ばねと前記補助タンクとを連通するリリーフバルブと、
を備え、
前記リリーフバルブには、前記補助タンクの気圧より前記空気ばねの気圧が所定閾値以上高くなると開く弁と、前記空気ばねの気圧より前記補助タンクの気圧が所定閾値以上高くなると開く弁とが並列に設けられていることを特徴とする免震装置。 An air spring confined to the floor slab of the building and the floor structure;
An auxiliary tank connected to the air spring through an air flow path;
A relief valve that is disposed in the air flow path and opens when the pressure difference between the air spring and the auxiliary tank exceeds a predetermined threshold value, and communicates the air spring and the auxiliary tank;
Equipped with a,
In the relief valve, a valve that opens when the pressure of the air spring becomes higher than a predetermined threshold by a pressure higher than the pressure of the auxiliary tank and a valve that opens when the pressure of the auxiliary tank becomes higher than a predetermined threshold by a pressure of the air spring are arranged in parallel. It provided seismic isolation device according to claim Rukoto.
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