JP6238682B2 - 風揺れ抑制装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、免震構造である構造物の風揺れを抑制する風揺れ抑制装置に関する。

従来より、建物の基礎部分や特定の階層に免震装置を設置した免震構造が知られている。この免震構造は、例えば、下部構造体と、この下部構造体に免震装置を介して支持された上部構造体と、を備える。ここで、免震装置とは、例えば積層ゴムおよび水平ダンパーであり、上部構造体を下部構造体に対して水平方向に相対移動可能に支持している。

この免震構造によれば、地震発生時には、上部構造体を下部構造体に対して水平方向に相対移動させることで、地震動が下部構造体から上部構造体に伝わりにくくする。その結果、大きな地震が発生しても、免震装置より上の部分の外観、内装、設備などが大きく損傷するのを防止できる。

ところで、以上のような免震構造では、強風により上部構造体の側面が押されて、上部構造体が下部構造体に対して相対移動する、いわゆる風揺れが生じる場合があった。この場合、地震が発生していないにもかかわらず、居住者が揺れを感じることになり、居住性が低下するという問題があった。

そこで、この問題を解決するため、例えば、以下のような風揺れ防止装置が提案されている（特許文献１参照）。
すなわち、風揺れ防止装置は、筒が設けられた土台取付用架台と、筒が設けられた基礎取付用架台と、この基礎取付用架台に固定された椀状ケースと、この椀状ケースの内部に入れられたゆれ感知用球と、このゆれ感知用球の上方に設けられて突部を有する板と、この板に固着されて基礎取付用架台にスライド可能に支持されたスライドシャフトと、土台取付用架台の筒と基礎取付用架台の筒との境界にてスライドシャフトの上端で支持された土台基礎ロック用球と、を備える。

この風揺れ防止装置によれば、地震動が発生していない状態では、土台基礎ロック用球は土台取付用架台の筒と基礎取付用架台の筒との境界に位置して、これら２つの筒に係合している。よって、土台取付用架台が取り付けられた構造体が風圧で押されても、この土台取付用架台は基礎取付用架台にロックされることになり、風揺れが生じるのを防いで、居住性が低下するのを防止できる。

一方、地震動が発生した場合には、地震動により、ゆれ感知用球が椀状ケース内を転動する。この転動したゆれ感知用球は、板の突部を押圧し、この板に固着されたスライドシャフトを押し上げる。すると、土台基礎ロック用球が上方に移動するので、土台取付用架台のロックが解除されて、土台取付用架台と基礎取付用架台とが相対移動可能となり、免震性能を発揮することになる。

特開平１０−３３１４８１号公報

しかしながら、以上の風揺れ防止装置では、地震動の横揺れ（水平方向の揺れ）に対しては免震性能を発揮できるが、縦揺れ（鉛直方向の揺れ）に対しては免震性能を発揮できない、という問題があった。
つまり、縦揺れが風揺れ防止装置に作用すると、ゆれ感知用球は板を上方に押圧できないので、土台基礎ロック用球が上方に移動せず、土台取付用架台のロックが解除されないのである。

本発明は、免震装置を設けた構造物の風揺れを防止しつつ、地震動の横揺れだけでなく、縦揺れに対しても、免震性能を発揮できる風揺れ抑制装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の風揺れ抑制装置（例えば、後述の風揺れ抑制装置１）は、下部構造体（例えば、後述の下部構造体１１）と、当該下部構造体に免震装置（例えば、後述の免震装置１３）を介して支持された上部構造体（例えば、後述の上部構造体１２）と、を備える構造物（例えば、後述の建物１０）について、前記上部構造体の風圧による揺れを抑制する風揺れ抑制装置であって、前記下部構造体に弾性変形可能な弾性部材（例えば、後述の弾性部材２１）を介して支持されて、上面に穴（例えば、後述の穴２２）が形成された押圧部（例えば、後述の押圧部２０）と、前記上部構造体に昇降可能に支持されて、かつ、先端面（例えば、後述の先端面３１Ａ）が前記押圧部の穴に嵌合するピン（例えば、後述のピン３０）と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、地震動が発生していない状態では、上部構造体に支持されたピンは、下部構造体に支持された押圧部に嵌合している。よって、上部構造体が下部構造体に対して水平移動しようとしても、ピンが押圧部に係合して、上部構造体の下部構造体に対する水平移動が抑制される。
したがって、構造物の風揺れに対しては、上部構造体を下部構造体にロックするので、構造物の風揺れを防止できる。

一方、地震動の横揺れが下部構造体に作用した場合には、弾性部材が変形し、押圧部が上部構造体に対して水平移動する。すると、この押圧部の穴の縁がピンの先端面を押し上げて、ピンが上昇する。これにより、ピンと押圧部の穴との嵌合が解除されて、上部構造体が下部構造体に対して水平移動可能となる。

また、地震動の縦揺れが下部構造体に作用した場合には、押圧部がピンの先端面を上方に押すので、ピンが上昇する。これにより、ピンと押圧部の穴との嵌合が解除されて、ピンが押圧部に対して水平移動可能となるので、上部構造体が下部構造体に対して水平移動可能となる。

以上のように、地震動の横揺れだけでなく縦揺れに対しても、上部構造体の下部構造体に対するロックを解除して、免震性能を発揮できる。

請求項２に記載の風揺れ抑制装置は、前記ピンの基端部（例えば、後述の基端部３２）は、先端部よりも太径であり、前記下部構造体には、前記ピンが収容されるピン収容室（例えば、後述のピン収容室５０）が設けられ、当該ピン収容室の上端の内径は、前記ピンの基端部よりも大きく、前記ピンの基端部は、前記ピンが前記押圧部に嵌合した状態では前記ピン収容室内に位置しているが、前記ピンが上昇した場合には前記ピン収容室よりも上に位置することを特徴とする。

この発明によれば、地震動が発生していない状態では、上部構造体に支持されたピンは押圧部に嵌合しており、ピンの基端部は、ピン収容室内に位置している。よって、上部構造体が下部構造体に対して水平移動しようとしても、ピンの基端部がピン収容室に係合するため、上部構造体の下部構造体に対する水平移動が抑制される。したがって、構造物の風揺れをより確実に防止できる。

一方、地震動の横揺れや縦揺れが下部構造体に作用した場合には、押圧部に押されてピンが上昇するので、ピンの基端部はピン収容室よりも上に位置し、ピンの先端部のみがピン収容室内に位置している。ピンの先端部は、基端部よりも細いため、ピンの先端部とピン収容室との間に隙間ができるから、上部構造体が下部構造体に対して水平移動可能となる。したがって、地震動の横揺れおよび縦揺れに対して、免震性能を発揮できる。

請求項３に記載の風揺れ抑制装置は、前記ピンの先端面は、曲面であることを特徴とする。

この発明によれば、ピンの先端面を曲面としたので、押圧部の穴の縁がピンの先端面を円滑に押し上げることができ、地震動の横揺れに対して、風揺れ抑制装置が円滑に動作する。

請求項４に記載の風揺れ抑制装置は、前記上部構造体に設けられて、前記ピンが上昇すると、当該上昇した高さ位置で前記ピンを所定時間に亘って保持するタイマー機構（例えば、後述のタイマー機構４０）をさらに備えることを特徴とする。

従来の風揺れ防止装置では、地震動を感知して、土台取付用架台のロックが解除されても、このロックの解除状態を維持できない場合があった。
つまり、ゆれ感知用球が転動して板の突部を押圧することにより、土台基礎ロック用球が上方に移動して、土台取付用架台のロックが解除される。よって、一旦、土台取付用架台のロックが解除されても、ゆれ感知用球の位置が変わって、このゆれ感知用球により板の突部が押圧されなくなると、土台基礎ロック用球が元の位置に戻って、土台取付用架台が再度ロックされてしまう。したがって、地震動が発生している期間に亘って免震性能を発揮できない場合があった。

そこで、この発明によれば、ピンが上昇した場合、タイマー機構により、この上昇した高さでピンを所定時間に亘って保持した。よって、地震動が発生している期間に亘って、上部構造体が下部構造体に対して水平移動可能な状態を維持できるので、構造物の免震性能を十分に発揮できる。

本発明によれば、構造物の風揺れに対しては、上部構造体を下部構造体にロックするので、構造物の風揺れを防止できる。また、地震動の横揺れだけでなく縦揺れに対しても、上部構造体の下部構造体に対するロックを解除して、免震性能を発揮できる。

本発明の一実施形態に係る風揺れ抑制装置が適用された構造物の断面図である。 前記実施形態に係る風揺れ抑制装置の断面図である。 前記実施形態に係る風揺れ抑制装置の押圧部の動作を説明するための断面図である。 前記実施形態に係る風揺れ抑制装置のタイマー機構の動作を説明するための断面図である。 前記実施形態に係る風揺れ抑制装置の動作を説明するための断面図（その１）である。 前記実施形態に係る風揺れ抑制装置の動作を説明するための断面図（その２）である。 前記実施形態に係る風揺れ抑制装置の動作を説明するための断面図（その３）である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る風揺れ抑制装置１が適用された構造物としての建物１０の断面図である。
建物１０は、免震構造であり、下部構造体１１と、この下部構造体１１に免震装置１３を介して支持された上部構造体１２と、を備える。
ここで、免震装置１３とは、例えば積層ゴムや水平ダンパーであり、上部構造体１２を下部構造体１１に対して水平方向に相対移動可能に支持している。
風揺れ抑制装置１は、建物１０について、上部構造体１２の側面に作用する風圧Ｐによる揺れを抑制するものである。

図２は、風揺れ抑制装置１の断面図である。
風揺れ抑制装置１は、下部構造体１１に弾性部材２１を介して支持された押圧部２０と、上部構造体１２に昇降可能に支持されたピン３０と、上部構造体１２に設けられてピン３０を所定の高さ位置で所定時間に亘って保持するタイマー機構４０と、を備える。

下部構造体１１の上面には、ピン３０の下部が収容されるピン収容室５０が形成される。
このピン収容室５０は、下部構造体１１の上面から所定深さに至る円柱形状のガイド部としての小径部５１と、この小径部５１の下端からさらに深くまで形成されかつ小径部５１よりも内径が大きい大径部５２と、を備える。

上部構造体１２の下面には、ピン３０の上部が収容されるピン収容室６０が形成される。
このピン収容室６０は、上部構造体１２の下面から所定深さに至る円柱形状の小径部６１と、この小径部６１の上端からさらに深くまで形成されかつ小径部６１よりも内径が大きい大径部６２と、を備える。

ピン３０は、円柱状の先端部３１と、この先端部３１よりも太径の円柱状の基端部３２と、を備える。
先端部３１の先端面３１Ａは、半球状の曲面となっている。
基端部３２の上端には、この基端部３２の側方に突出した略水平な支持板３３が設けられている。

以上のピン３０は、下部構造体１１のピン収容室５０および上部構造体１２のピン収容室６０に収容されている。また、このピン３０の支持板３３は、ピン収容室６０の大径部６２に収容されている。

弾性部材２１は、弾性変形可能であり、ピン収容室５０の大径部５２の底面に設けられている。
押圧部２０は、弾性部材２１の上に設けられており、弾性部材２１と同様に、ピン収容室５０の大径部５２に収容されている。この押圧部２０の上面には、穴２２が形成されている。この穴２２は、円形の略水平な底面２２Ａと、この底面２２Ａを囲む略鉛直な内壁面２２Ｂと、を備える。

上述の先端部３１の先端面３１Ａは、押圧部２０の穴２２に嵌合している。また、この状態では、ピン３０の支持板３３は、ピン収容室６０の大径部６２の底面に係止しており、ピン３０の基端部３２の下端側は、ピン収容室５０の小径部５１に位置している。

この押圧部２０が水平移動すると、図３に示すように、押圧部２０の穴２２の内壁面２２Ｂの上端縁Ｅがピン３０の先端面３１Ａを押し上げて、ピン３０が上昇する。

図２に戻って、タイマー機構４０は、ピン収容室６０の大径部６２に収容されており、ピン３０が上昇すると、この上昇した高さ位置でピン３０の高さ位置を所定時間に亘って保持する。
このタイマー機構４０は、支持板３３を挟んで設けられた一対のストッパ４１と、これら一対のストッパ４１を所定の姿勢で所定時間保持する保持装置４２と、を備える。

ストッパ４１は、支持板３３の下側に位置する下側係合片４１Ａと、支持板３３の上側に位置する上側係合片４１Ｂと、を有する略Ｌ字形状である。
このストッパ４１は、上部構造体１２に支持板の端縁沿った水平方向を回転軸として回転可能に支持されている。

保持装置４２は、例えば、ゼンマイ式であり、ストッパ４１が回転することによりゼンマイが巻かれて、ゼンマイによりストッパ４１を徐々に元の位置に戻すものである。

以上のタイマー機構４０は、以下のように動作する。
すなわち、図４（ａ）に示すように、ピン３０の支持板３３がピン収容室６０の大径部６２の底面に係止した状態を初期状態とする。この状態では、下側係合片４１Ａが略鉛直、上側係合片４１Ｂが略水平であり、ストッパ４１は下向き姿勢となっている。

この初期状態から、ピン３０の支持板３３が上昇すると、図４（ｂ）に示すように、この支持板３３の端縁が上側係合片４１Ｂを押して、ストッパ４１を上方に向かって回転させる。このとき、ストッパ４１の回転に伴って、保持装置４２のゼンマイが巻かれる。

次に、ピン３０の支持板３３がさらに上昇すると、図４（ｃ）に示すように、下側係合片４１Ａが略水平、上側係合片４１Ｂが略鉛直となり、ストッパ４１は上向き姿勢となる。また、ストッパ４１の回転に伴って、保持装置４２のゼンマイがさらに巻かれる。

その後、保持装置４２のゼンマイにより、ストッパ４１は、徐々に元の位置つまり下向き姿勢に戻り、これに伴って、ピン３０の支持板３３は、元の高さ位置つまりピン収容室６０の大径部６２の底面に係止した状態に戻る。

次に、風揺れ抑制装置１の動作について説明する。
風揺れ抑制装置１は、地震動が発生していない状態では、以下のように動作する。
地震動が発生していない状態では、上部構造体１２に支持されたピン３０は、下部構造体１１に支持された押圧部２０に嵌合しており、ピン３０の基端部３２は、ピン収容室５０の小径部５１内に位置している。よって、風圧によって上部構造体１２が下部構造体１１に対して水平移動しようとしても、ピン３０が押圧部２０に係合するとともに、ピン３０の基端部３２がピン収容室５０の小径部５１に係合するため、上部構造体１２の下部構造体１１に対する水平移動が抑制される。

一方、地震動の横揺れが下部構造体１１に作用した場合には、図５に示すように、弾性部材２１が変形し、押圧部２０が上部構造体に対して水平移動する。すると、この押圧部２０の穴２２の縁がピン３０の先端面３１Ａを押し上げて、ピン３０が上昇する。

これにより、ピン３０と押圧部２０の穴２２との嵌合が解除されて、ピン３０が押圧部２０に対して水平移動可能となる。また、ピン３０が上昇することにより、ピン３０の基端部３２はピン収容室５０よりも上に位置し、ピン３０の先端部３１のみがピン収容室５０内に位置している。すると、ピン３０の先端部３１は基端部３２よりも細いため、ピン３０の先端部３１とピン収容室５０との間には隙間が生じる。
よって、図６に示すように、弾性部材２１が復元して押圧部２０が元の位置に戻っても、上部構造体１２が下部構造体１１に対して水平移動可能となる。

また、地震動の縦揺れが下部構造体１１に作用した場合には、図７に示すように、押圧部２０の穴２２がピン３０の先端面３１Ａを上方に押すので、ピン３０が上昇する。これにより、ピン３０と押圧部２０の穴２２との嵌合が解除されるとともに、ピン３０の先端部３１とピン収容室５０との間に隙間ができるので、上部構造体１２が下部構造体１１に対して水平移動可能となる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）建物１０の風揺れに対しては、上部構造体１２の下部構造体１１に対する水平移動が抑制されて、上部構造体１２を下部構造体１１にロックするので、建物１０の風揺れを確実に防止できる。
また、地震動の横揺れだけでなく縦揺れに対しても、上部構造体１２が下部構造体１１に対して水平移動可能となり、上部構造体１２の下部構造体１１に対するロックが解除されるので、免震装置１３を確実に動作させて、建物１０の免震性能を発揮できる。

（２）ピン３０の先端面３１Ａを曲面としたので、押圧部２０の穴２２の縁がピン３０の先端面３１Ａを円滑に押し上げることができ、地震動の横揺れに対して、風揺れ抑制装置１が円滑に動作する。

（３）ピン３０が上昇した場合、タイマー機構４０により、この上昇した高さでピン３０を所定時間に亘って保持した。よって、地震動が発生している期間に亘って、上部構造体１２が下部構造体１１に対して水平移動可能な状態を維持できるので、建物１０の免震性能を十分に発揮できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

１…風揺れ抑制装置
１０…建物（構造物）
１１…下部構造体
１２…上部構造体
１３…免震装置
２０…押圧部
２１…弾性部材
２２…穴
２２Ａ…底面
２２Ｂ…内壁面
３０…ピン
３１…先端部
３１Ａ…先端面
３２…基端部
３３…支持板
４０…タイマー機構
４１…ストッパ
４１Ａ…下側係合片
４１Ｂ…上側係合片
４２…保持装置
５０…ピン収容室
５１…小径部
５２…大径部
６０…ピン収容室
６１…小径部
６２…大径部

Claims (4)

1. 下部構造体と、当該下部構造体に免震装置を介して支持された上部構造体と、を備える構造物について、前記上部構造体の風圧による揺れを抑制する風揺れ抑制装置であって、
   前記下部構造体に弾性変形可能な弾性部材を介して支持されて、上面に穴が形成された押圧部と、
   前記上部構造体に昇降可能に支持されて、かつ、先端面が前記押圧部の穴に嵌合するピンと、を備えることを特徴とする風揺れ抑制装置。
2. 前記ピンの基端部は、先端部よりも太径であり、
   前記下部構造体には、前記ピンが収容されるピン収容室が設けられ、
   当該ピン収容室の上端の内径は、前記ピンの基端部よりも大きく、
   前記ピンの基端部は、前記ピンが前記押圧部に嵌合した状態では前記ピン収容室内に位置しているが、前記ピンが上昇した場合には前記ピン収容室よりも上に位置することを特徴とする請求項１に記載の風揺れ抑制装置。
3. 前記ピンの先端面は、曲面であることを特徴とする請求項１または２に記載の風揺れ抑制装置。
4. 前記上部構造体に設けられて、前記ピンが上昇すると、当該上昇した高さ位置で前記ピンを所定時間に亘って保持するタイマー機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の風揺れ抑制装置。

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