JP6159615B2 - 免震装置 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の免震装置に関するものである。

従来から、地震等による構造物の振動を軽減するために、様々な形式の免震装置が用いられている。

特許文献１には、水平方向にピストンロッドが伸縮可能なオイルダンパの減衰力を用いて地震時の揺れのエネルギーを吸収する免震装置が開示されている。この免震装置では、水平面上に位相を９０度ずらして配置された一対のオイルダンパを備えることで、水平面上３６０度全方向の振動を減衰可能としている。

特開２００５−０４８５４９号公報

しかしながら、特許文献１の免震装置では、各々のオイルダンパは、一方向のみの振動を減衰するものである。そのため、水平面上の全ての方向の振動を減衰するためには、少なくとも一対のオイルダンパを設ける必要があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、水平面上の全ての方向の振動を単一の緩衝器によって減衰可能な免震装置を提供することを目的とする。

本発明は、下部構造物に対して上部構造物を支持し、前記上部構造物に伝達される振動を軽減する免震装置であって、前記下部構造物に固定される固定構造部と、前記上部構造物と一体に設けられ、前記固定構造部に対して水平方向に相対移動する可動構造部と、を備え、前記可動構造部は、中央部に向かって傾斜する上部テーパ面が下面に形成される上部テーパ部材と、前記上部テーパ部材の下方に所定の間隔をあけて前記上部テーパ部材と一体に設けられ、前記上部テーパ面に対応する形状の下部テーパ面が上面に形成される下部テーパ部材と、を備え、前記固定構造部は、前記上部テーパ面と前記下部テーパ面とに両端部が当接するロッドと両端から前記ロッドが外部に貫通するシリンダとを有して当該ロッドの軸方向への移動を減衰する緩衝器と、前記シリンダと前記下部構造物とを連結するシリンダ連結部材と、を備えることを特徴とする。

本発明では、地震等によって地面が水平方向に振動すると、固定構造部と可動構造部とが水平方向に相対移動する。そのため、緩衝器のロッドは、上部テーパ部材と下部テーパ部材との間で、上部テーパ面と下部テーパ面とのテーパ角に倣って軸方向に移動する。よって、固定構造物と可動構造部との水平方向への相対移動は、緩衝器によって減衰される。したがって、水平面上の全ての方向の振動を単一の緩衝器によって減衰することができる。

本発明の実施の形態に係る免震装置を備える構造体の正面図である。 本発明の実施の形態に係る免震装置の正面の断面図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態に係る免震装置１００について説明する。

免震装置１００は、図１に示すように、下部構造物２に対して構造物（上部構造物）１を支持する。免震装置１００は、構造物１に伝達される振動を軽減するものである。具体的には、免震装置１００は、地震等によって地面が水平方向に揺れた場合に、その揺れが構造物１に伝達されるのを抑制する。

構造物１は、戸建住宅や高層ビルディング等の建築物や、鉄塔や煙突等の構築物などである。また、構造物１は、室内に設置される大型コンピュータやラックなど、土地に定着していないものも含む。本実施の形態では、構造物１は戸建住宅である。

免震装置１００は、構造物１と一体に設けられる可動構造部１０と、構造物１が定着する地面に固定される固定構造部２０と、地面に対して水平方向に所定の範囲内で移動可能に構造物１を支承する支承部材３０とを備える。

可動構造部１０は、中央部に向かって傾斜する上部テーパ面１１ａが下面に形成される上部テーパ部材１１と、上部テーパ面１１ａに対応する形状の下部テーパ面１２ａが上面に形成される下部テーパ部材１２と、上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２とを連結する一対の連結部材１３とを備える。

上部テーパ部材１１は、構造物１の下部に固定される。上部テーパ部材１１は、略円柱状に形成される。上部テーパ部材１１は、中心軸が鉛直方向を向くように配置される。

上部テーパ面１１ａは、中央部に向かって全周が傾斜するすり鉢状に形成される。上部テーパ面１１ａは、中央部がいちばん高い位置に位置するように、下から上に向かって凹状に形成される。上部テーパ面１１ａには、後述する緩衝器２３のロッド２７の上端部２７ａが当接する。

下部テーパ部材１２は、上部テーパ部材１１の下方に所定の間隔をあけて設けられる。下部テーパ部材１２は、円錐状に形成され、上部テーパ部材１１と平行となるように設けられる。下部テーパ部材１２は、一対の連結部材１３を介して上部テーパ部材１１と一体に設けられる。

下部テーパ面１２ａは、上部テーパ面１１ａの形状に対応する円錐状に形成される。そのため、下部テーパ面１２ａと上部テーパ面１１ａとの鉛直方向の間隔は、どの位置においても同一である。下部テーパ面１２ａには、後述する緩衝器２３のロッド２７の下端部２７ｂが当接する。緩衝器２３のロッド２７は、鉛直方向を向いたまま上部テーパ面１１ａと下部テーパ面１２ａとの間を水平方向に摺動することができる。

連結部材１３は、図３に示すように、上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２との外周の二箇所を上下に連結する。連結部材１３は、矩形の平板状に形成される。連結部材１３は、一対に限らず、単一でもよく、また３個以上であってもよい。

固定構造部２０は、図１に示すように、下部構造物２から上方に立設される一対の柱部材２１と、一対の柱部材２１の上部を連結する梁部材２２と、梁部材２２の略中央に設けられる緩衝器２３とを備える。

柱部材２１は、上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２との外周から水平方向に所定の距離をあけた位置に設けられる。この所定の距離は、下部構造物２に対する構造物１の水平方向へのストローク量が最大のときに上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２との外周が届かない距離に設定される。

梁部材２２は、水平に設けられる。梁部材２２は、上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２との間に位置するように緩衝器２３を支持する。

緩衝器２３は、図２に示すように、作動流体としての作動油が収容されるシリンダ２４と、シリンダ２４内に第一流体室２８ａと第二流体室２８ｂとを画成するピストン２５と、第一流体室と前記第二流体室との間を流れる作動油に抵抗を付与する減衰弁２６と、ピストン２５に固定されるロッド２７とを備える。緩衝器２３は、ロッド２７の軸方向への移動を減衰する。

シリンダ２４は、中心軸が鉛直方向を向くように梁部材２２に取り付けられる。シリンダ２４の中心には、ロッド２７が挿通する。緩衝器２３は、ロッド２７がシリンダ２４の両端から外部へ貫通する両ロッド型である。

ピストン２５は、ロッド２７が上部テーパ面１１ａの中央部に位置しているときに、シリンダ２４の軸方向略中央に位置する。

減衰弁２６は、第一流体室２８ａから第二流体室２８ｂへの作動油の通過のみを許容する第一減衰弁２６ａと、第二流体室２８ｂから第一流体室２８ａへの作動油の通過のみを許容する第二減衰弁２６ｂとを備える。これにより、減衰弁２６は、ピストン２５が上下のいずれに移動する場合にも減衰力を発生する。減衰弁２６は、本実施の形態ではリリーフ弁であるが、これに代えて絞り弁等を適用してもよい。

ロッド２７は、ピストン２５と一体に設けられてシリンダ２４の両端から外部に貫通する。ロッド２７は、上部テーパ面１１ａに上端部２７ａが当接し、下部テーパ面１２ａに下端部２７ｂが当接する。ロッド２７は、地面が振動していない状態では、上部テーパ面１１ａの中央部に位置する。ロッド２７は、地面が振動すると、上部テーパ面１１ａと下部テーパ面１２ａとの間を摺動する。

支承部材３０は、複数設けられて構造物１を支承する円柱状の柱である。支承部材３０は、構造物１が揺れたときに元の位置に戻す復元力を発生する。支承部材３０は、例えば、積層ゴムによって形成される。

次に、免震装置１００の作用について説明する。

地面が揺れていない場合には、緩衝器２３のロッド２７は、上部テーパ面１１ａの中央部に位置する。これにより、構造物１に作用する強風や構造物１の内部の振動等に起因して構造物１が揺れることが防止される。

地震によって地面が水平方向に揺れると、下部構造物２と固定構造部２０とが水平方向に移動する。構造物１は、その慣性力によってその位置に留まろうとする。そのため、可動構造部１０が固定構造部２０に対して水平方向に移動する。

固定構造部２０と可動構造部１０とが水平方向に相対移動すると、柱部材２１と梁部材２２とによって支持される緩衝器２３が、上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２との間を水平方向に移動する。このとき、緩衝器２３のロッド２７は、上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２との間で、上部テーパ面１１ａと下部テーパ面１２ａとのテーパ角に倣って軸方向に移動する。よって、固定構造部２０と可動構造部１０との水平方向への相対移動は、緩衝器２３によって減衰される。したがって、水平面上の全ての方向の振動を単一の緩衝器２３によって減衰することができる。

これにより、構造物１は、地面の揺れの振幅に対して、極めて小さな振幅で振動することとなる。このように、免震装置１００は、地震等によって地面が水平方向に揺れた場合に、その揺れが構造物１に伝達されるのを抑制することができる。

地震が収まると、支承部材３０の復元力によって、緩衝器２３のロッド２７が、上部テーパ面１１ａの中央部に戻ることとなる。

ここで、従来の免震装置では、一方向のみの振動を減衰する緩衝器が用いられていた。そして、水平面上に位相を９０度ずらした一対の緩衝器を配置することで、水平面上の全ての方向の振動を減衰可能としていた。そのため、各々の緩衝器の最大ストロークが、構造物１の揺れによる振幅の最大値よりも大きく設定される必要があった。

これに対して、免震装置１００では、構造物１の水平方向の振動を、緩衝器２３のロッド２７の鉛直方向に変換している。そのため、ロッド２７のストローク量は、上部テーパ面１１ａと下部テーパ面１２ａとのテーパ角によって決定される。よって、緩衝器２３のロッド２７のストローク量を、従来と比較して小さくすることができる。

また、上部テーパ面１１ａと下部テーパ面１２ａとのテーパ角を変更することで、減衰特性を変更することが可能である。例えば、上部テーパ面１１ａと下部テーパ面１２ａとのテーパ角を一定ではなく、二段階以上に切り換えることで、ストロークの大きさに応じて減衰特性を切り換えることも可能である。この他にも、上部テーパ面１１ａと下部テーパ面１２ａとの各々の中央部に水平面を設けて、ロッド２７が中央部に位置した際に安定するようにしてもよい。また、上部テーパ面１１ａと下部テーパ面１２ａとをテーパ状に形成するのに代えて、球面状に形成してもよい。

また、地震によって地面が鉛直方向に揺れると、下部構造物２と固定構造部２０とが鉛直方向に移動する。構造物１は、その慣性力によってその位置に留まろうとする。そのため、支承部材３０が伸縮することによって、可動構造部１０が固定構造部２０に対して鉛直方向に移動する。

固定構造部２０と可動構造部１０とが鉛直方向に相対移動すると、上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２とによって緩衝器２３のロッド２７が上下に振動させられる。よって、固定構造部２０と可動構造部１０との鉛直方向への相対移動は、緩衝器２３によって減衰される。したがって、地震によって地面が水平方向に揺れた場合だけでなく、地面が鉛直方向に揺れた場合にも、構造物１の振動を減衰することができる。

以上の実施の形態によれば、以下に示す効果を奏する。

地震等によって地面が水平方向に振動すると、固定構造部２０と可動構造部１０とが水平方向に相対移動する。そのため、緩衝器２３のロッド２７は、上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２との間で、上部テーパ面１１ａと下部テーパ面１２ａとのテーパ角に倣って軸方向に移動する。よって、固定構造部２０と可動構造部１０との水平方向への相対移動は、緩衝器２３によって減衰される。したがって、水平面上の全ての方向の振動を単一の緩衝器２３によって減衰することができる。

また、地震によって地面が鉛直方向に揺れると、可動構造部１０が固定構造部２０に対して鉛直方向に移動する。そのため、上部テーパ部材１１と下部テーパ部材１２とによって緩衝器２３のロッド２７が上下に振動させられる。よって、固定構造部２０と可動構造部１０との鉛直方向への相対移動は、緩衝器２３によって減衰される。したがって、地震によって地面が水平方向に揺れた場合だけでなく、地面が鉛直方向に揺れた場合にも、構造物１の振動を緩衝器２３によって減衰することができる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

例えば、上記の実施の形態では、上部テーパ面１１ａは、中央部に向かって全周が傾斜するすり鉢状に形成され、下部テーパ面１２ａは、上部テーパ面１１ａの形状に対応する円錐状に形成される。これに代えて、下部テーパ面を、中央部に向かって全周が傾斜するすり鉢状に形成し、上部テーパ面を、下部テーパ面の形状に対応する円錐状に形成してもよい。

また、上部テーパ面と下部テーパ面とを、境界線を境界として互いに対向して傾斜する平面としてもよい。この場合、水平面上の全ての方向の振動を減衰するために、複数の免震装置を設けて、上部テーパ面と下部テーパ面との境界線が水平面上で異なる方向を向くように配置する必要がある。

１００ 免震装置
１ 構造物（上部構造物）
２ 下部構造物
１０ 可動構造部
１１ 上部テーパ部材
１１ａ 上部テーパ面
１２ 下部テーパ部材
１２ａ 下部テーパ面
２０ 固定構造部
２３ 緩衝器
２４ シリンダ
２５ ピストン
２６ 減衰弁
２７ ロッド
２８ａ 第一流体室
２８ｂ 第二流体室
３０ 支承部材

Claims (5)

1. 下部構造物に対して上部構造物を支持し、前記上部構造物に伝達される振動を軽減する免震装置であって、
   前記下部構造物に固定される固定構造部と、
   前記上部構造物と一体に設けられ、前記固定構造部に対して水平方向に相対移動する可動構造部と、を備え、
   前記可動構造部は、
   中央部に向かって傾斜する上部テーパ面が下面に形成される上部テーパ部材と、
   前記上部テーパ部材の下方に所定の間隔をあけて前記上部テーパ部材と一体に設けられ、前記上部テーパ面に対応する形状の下部テーパ面が上面に形成される下部テーパ部材と、を備え、
   前記固定構造部は、
   前記上部テーパ面と前記下部テーパ面とに両端部が当接するロッドと、両端から前記ロッドが外部に貫通するシリンダと、を有して当該ロッドの軸方向への移動を減衰する緩衝器と、
   前記シリンダと前記下部構造物とを連結するシリンダ連結部材と、を備えることを特徴とする免震装置。
2. 前記上部テーパ面は、前記中央部に向かって全周が傾斜するすり鉢状に形成され、
   前記下部テーパ面は、前記上部テーパ面の形状に対応する円錐状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
3. 前記ロッドは、前記地面が振動していない状態では、前記上部テーパ面の前記中央部に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の免震装置。
4. 前記地面に対して水平方向に所定の範囲内で移動可能に前記構造物を支承する支承部材を更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の免震装置。
5. 前記緩衝器は、作動流体が収容されるシリンダと、前記シリンダ内に第一流体室と第二流体室とを画成して前記第一流体室と前記第二流体室との間を流れる作動流体に抵抗を付与する減衰弁を有するピストンと、を更に備え、
   前記ロッドは、前記ピストンと一体に設けられて前記シリンダの両端から外部に貫通することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の免震装置。

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