JP6497642B2

JP6497642B2 - 滑り免震機構

Info

Publication number: JP6497642B2
Application number: JP2014135757A
Authority: JP
Inventors: 銘崇劉
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2014-07-01
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2034-07-01
Also published as: JP2016014411A

Description

本発明は、建物や精密機器等の免震対象を滑動自在に支持するための滑り免震機構に関する。

従来、建物や精密機器等の免震対象の地震等による被害を防止（抑止）するための免震構造として、積層ゴムや滑り支承が多用されている。しかしながら、積層ゴムは免震性能に優れる反面、コスト、過大な変形への対応などの点で適用が困難なケースもある。また、滑り支承は低コストで過大変形にも十分に対応できるが、地震後などに残留変位が生じてしまうという欠点がある。さらに、両者を併用して建物の免震層の変位や残留変位を抑制することも検討、実用化されているが、この場合においても両者のクリープや軸伸縮量の差異を処理する点で課題が残されている。

一方、滑り支承として、例えば図７に示す滑り振り子型免震機構（FPS：Friction Pendulum System）１が提案されている。この滑り振り子型免震機構１は、免震対象の上部構造体２と下部構造体３にそれぞれ固定される上沓４と下沓５の摺動面６、７をいずれも球面とし、これら球面の間に可動子の摺動部材８を介装して構成されている。これにより、軸力（支持荷重）に依存せずに摺動面６、７の球面半径を振り子長さとした周期が免震層の固有周期となり、且つ摺動面６、７が球面であることで原位置への復元機能が具備される。

しかしながら、この滑り振り子型免震機構においても、摺動面が球面であることから原位置の近傍の勾配がほとんどないため、原位置の近傍部分での復元力が小さく、ある程度の残留変位が生じてしまう。このため、比較的軸力が小さい小規模な建物に適用可能であるが、この場合においても摺動面としての球面の曲率を大きくして上下方向に大きく湾曲するような球面とする必要があり、固有周期を長周期化するほどに外形寸法、特に上下方向の所要寸法が大きくなってしまう。

これに対し、本願の出願人は、図８及び図９に示すように、上部構造体１の底部に固定される上沓１０と、下部構造体２の上部に固定される下沓１１と、上沓１０及び下沓１１の間に介装される摺動子１２からなる滑り免震機構１３について、既に特許出願している（特許文献１参照）。

この滑り免震機構１３においては、摺動子１２が上沓１０に対して水平の一方向（Ｘ−Ｘ）にのみ摺動可能に保持され、且つ下沓１１に対して一方向（Ｘ−Ｘ）に直交する水平の他方向（Ｙ−Ｙ）にのみ摺動可能に保持されている。また、摺動子１２と上沓１０の互いに当接する摺動面１４、１５が一方向（Ｘ−Ｘ）に沿って逆Ｖ形に傾斜する上部傾斜面として形成され、且つ摺動子１２と下沓１１の互いに当接する摺動面１６、１７が他方向（Ｙ−Ｙ）に沿ってＶ形に傾斜する下部傾斜面として形成されている。また、摺動子１２の上下の摺動面１４、１６は摩擦抵抗が小さくなるように低摩擦係数の滑り材を貼設するなどして形成されている。

さらに、本願の出願人は、摺動子が上沓に対して水平一方向にのみ摺動可能に保持されるとともに下沓に対して水平他方向にのみ摺動可能に保持され、摺動子と上沓の互いに当接する摺動面を、いずれも水平一方向に沿い且つ水平面に対して互いに逆方向に同角度ずつ傾斜して水平他方向に並設配置した同一面積の第１上部傾斜面と第２上部傾斜面を備えて形成し、摺動子と下沓との摺動面を、いずれも水平他方向に沿い且つ水平面に対して互いに逆方向に同角度ずつ傾斜して水平一方向に並設配置した同一面積の第１下部傾斜面と第２下部傾斜面を備えて形成してなる滑り免震機構についても、既に特許出願している（特願２０１２−２７４７５４）。

そして、これらの滑り免震機構においては、摺動子を上沓および下沓に対して水平２方向に摺動させるための上下の摺動面を水平面に対して傾斜する傾斜面としたことにより、自ずと復元力が得られて残留変位を抑制することができる。

特開２０１３−１３０２１６号公報

しかしながら、上記の滑り免震機構においては、図８、図９、図１０に示すように、傾斜方向（Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙ）のみに摺動子１２が移動できるように上下の沓１０、１１の両側部側に移動拘束部（ガイド部）１８が設けられている。また、この移動拘束部１８は、摺動子１２や上下の沓１０、１１の本体部分に当たることから上下の沓１０、１１の長さ方向の全長にわたって設けられている。

そして、このような移動拘束部１８を備えて構成することにより、材料費や製作手間が嵩み、滑り免震機構が高コストになる。また、移動拘束部１８が両側部側に全長にわたって設けられていることにより、外側から摺動面１５、１７を見ることができない。このため、地震後の点検時など、特に最も重要な滑り材の磨耗や潰れ、損傷の有無などの状況をチェックできないという問題があった。

さらに、図１０に示すように、摺動子１２と上下の沓１０、１１の間（摺動子１２と移動拘束部１８の間）には隙間ｔ１が必要であり、この隙間ｔ１によって摺動子１２が水平方向に回動する。そして、摺動子１２の回動が生じることで、滑り材に対し上部構造体１からの軸力が均一に作用しなくなり、滑り材の縁端部などに応力集中が生じて局部的に潰れなどの損傷（図１０中の符号Ｓ）が発生するおそれがあった。

また、摺動子１２が水平回転するため、摺動子１２の側面が移動拘束部１８に接触し、これに伴い摩擦力が大きくなって免震効果の低下を招くおそれもある。さらに、図１１に示すように、摺動子１２が回動することで、滑り免震機構の実性能が理論値（設計）と合わなくなってしまう。また、摺動子１２の回転角度の応答が地震動によって変化し、この回動をコントロールすることができない。このため、回動を評価して設計することも難しい。

本発明は、上記事情に鑑み、施工性、経済性、メンテナンス性に優れ、摺動子の回動を制御することが可能な滑り免震機構を提供することを目的とする。

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

本発明の滑り免震機構は、上部構造体の底部に固定される上沓と、下部構造体の上部に固定される下沓と、前記上沓と前記下沓の間に介装される摺動子からなる滑り免震機構において、前記摺動子と前記上沓の互いに当接する摺動面が水平の一方向の一端部から他端部に沿って連続的に逆Ｖ形に傾斜する上部傾斜面として形成され、且つ前記摺動子と前記下沓の互いに当接する摺動面が前記一方向に直交する水平の他方向の一端部から他端部に沿って連続的にＶ形に傾斜する下部傾斜面として形成され、前記摺動子の上部側の摺動面における水平の他方向の略中央には、該摺動面から突出し水平の一方向の一端部から他端部まで直線状に延びその頂部が逆Ｖ形に形成された上部側の係合凸部が形成され、前記上沓の摺動面における水平の他方向の略中央には、該摺動面から凹み水平の一方向の一端部から他端部まで直線状に延びその底部が逆Ｖ形に形成された上部側のガイド溝が形成され、前記上部側の係合凸部と前記上部側のガイド溝とが互いに係合して、前記上沓と前記摺動子とが他方向への相対移動を規制しつつ一方向へ相対移動可能に構成され、前記摺動子の下部側の摺動面における水平の一方向の略中央には、該摺動面から突出し水平の他方向の一端部から他端部まで直線状に延びその頂部がＶ形に形成された下部側の係合凸部が形成され、前記下沓の摺動面における水平の一方向の略中央には、該摺動面から凹み水平の他方向の一端部から他端部まで直線状に延びその底部がＶ形に形成された下部側のガイド溝が形成され、前記下部側の係合凸部と前記下部側のガイド溝とが互いに係合して、前記下沓と前記摺動子とが一方向への相対移動を規制しつつ他方向へ相対移動可能に構成されていることを特徴とする。

また、本発明の滑り免震機構においては、前記上沓及び／又は前記下沓に前記ガイド溝が形成されるとともに、前記上沓及び／又は前記下沓が複数の分割沓片を所定の隙間をあけて並設して構成され、前記隙間によって前記ガイド溝が形成されていることが望ましい。

本発明の滑り免震機構においては、従来の滑り免震機構のように上下の沓の両側部側に移動拘束部を設けることなく、上下の沓と摺動子の摺動面に、互いに係合する係合凸部とガイド溝を設けることで、上下の沓に対して摺動子を一方向、他方向に摺動自在に保持することが可能になる。これにより、構成を簡素化することができ、製作費、材料費等のコストダウン、製作手間の削減を図ることが可能になる。また、このように構成することで従来よりも重量を減少させることも可能になり、施工性の向上も図ることができる。

さらに、上下の沓の側部ではなく、上下の沓と摺動子の摺動面に係合凸部とガイド溝が設けられているため、摺動子の摺動面及び／又は上下の沓と摺動面に貼設するなどして配設された滑り材の状況を滑り免震機構の側方から容易に見ることができ、点検などを容易に且つ確実に行うことが可能になる。言い換えれば、滑り免震機構の性能を容易に且つ確実に、好適な状態で維持することができる。

また、摺動子の回動量（回転角度）を、係合凸部の高さ、及び係合凸部とガイド溝の間の隙間の組み合わせで決定でき、容易に回転角度を一定に制御することができる。すなわち、係合凸部の高さと隙間の比率（隙間／高さ）が小さいほど、摺動子の回転角度を小さくすることができる。そして、回転が小さくなることで、滑り材の縁端部などに応力が集中し、磨耗、潰れが生じることを抑止でき、滑り材（摺動面）の耐久性を向上させることが可能になる。

さらに、摺動子の回動による側面摩擦力も小さく抑えることができる。これにより、好適に滑り免震機構の所望の性能を発揮させることができ、上部構造体に生じる加速度を確実に抑えることができる。

また、摺動子の回転角度を制御できることで、摺動子の回動を考慮した評価を行うことが可能になる。さらに、摺動子の回転角度を小さくすることができるため、滑り免震機構の実性能を理論値に近づけることができ、確実に所望の性能を発揮させることができる。

本発明の一実施形態に係る滑り免震機構を示す（ａ）平面図、（ｂ）側断面図、（ｃ）側断面図である。本発明の一実施形態に係る滑り免震機構を示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る滑り免震機構の係合凸部とガイド溝を示す図である。本発明の一実施形態に係る滑り免震機構の変更例を示す（ａ）平面図、（ｂ）側断面図、（ｃ）側断面図である。本発明の一実施形態に係る滑り免震機構の変更例を示す斜視図である。図５の滑り免震機構の係合凸部とガイド溝を示す図である。滑り振り子型免震機構を示す側断面図である。従来の滑り免震機構を示す斜視図である。従来の滑り免震機構を示す（ａ）平面図、（ｂ）側断面図、（ｃ）側断面図である。従来の滑り免震機構の滑り材（摺動面）の損傷状況の一例を示す平面図である。従来の滑り免震機構に対し、水平荷重／鉛直荷重と水平変位の実験値と解析値を比較した図である。

以下、図１から図３を参照し、本発明の一実施形態に係る滑り免震機構について説明する。ここで、本実施形態は、免震対象物である上部構造体をその支持構造物である下部構造体に対して水平各方向（Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙ）に滑動自在に支持する免震機構に関するものである。

そして、本実施形態の滑り免震機構２０は、図１及び図２に示すように、上部構造体の底部に固定される上沓２１と、下部構造体の上部に固定される下沓２２と、それら上沓２１及び下沓２２の間に介装される摺動子２３とを備えて構成されている。

具体的に、本実施形態において、上沓２１と下沓２２は、例えば、断面矩形の横長のブロック状の略同一形状、同一寸法の部材であり、長さ方向を互いに直交する向きに配しつつ、すなわち、上沓２１がその長さ方向を水平の一方向（Ｘ−Ｘ）に向け、下沓２２がその長さ方向を一方向（Ｘ−Ｘ）に直交する水平の他方向（Ｙ−Ｙ）に向けつつ、上下方向に間隔をあけて対向配置されている。また、上沓２１と下沓２２は、この状態で、且つ互いの交差部分で摺動子２３を介装した状態で、上部構造体の底部、下部構造体の上部にそれぞれ固定されている。

さらに、上沓２１と摺動子２３は、互いに当接する摺動面２４、２５、すなわち互いに当接して係合する上沓２１の下面と摺動子２３の上面（上部側の摺動面）がそれぞれ、一方向（Ｘ−Ｘ）に沿って逆Ｖ形に傾斜する上部傾斜面として形成されている。

また、下沓２２と摺動子２３は、互いに当接する摺動面２６、２７、すなわち互いに当接して係合する下沓２２の上面と摺動子２３の下面（下部側の摺動面）がそれぞれ、他方向（Ｙ−Ｙ）に沿ってＶ形に傾斜する下部傾斜面として形成されている。

ここで、本実施形態では、摺動子２３の上面と下面にそれぞれ、例えばテフロン（登録商標）などの滑り材２８が一体に貼設するなどして設けられ、この滑り材２８によって摩擦抵抗を低減した（低摩擦係数の）上部側の摺動面２５と下部側の摺動面２７が形成されている。
なお、上沓２１と下沓２２の摺動面２４、２６に滑り材２８を固着して構成しても勿論構わない。

一方、本実施形態の滑り免震機構２０は、摺動子２３を上沓２１に対して一方向（Ｘ−Ｘ）にのみ摺動可能に保持し、且つ摺動子２３を下沓２２に対して他方向（Ｙ−Ｙ）にのみ摺動可能に保持するための係合凸部３０、３１とガイド溝３２、３３を設けて構成されている。

さらに、本実施形態では、摺動子２３の上部側の摺動面２５の水平の他方向（Ｙ−Ｙ）略中央に、摺動面２５から上方に突出し、水平の一方向（Ｘ−Ｘ）に沿って一端部から他端部まで直線状に延びる上部側の係合凸部３０が設けられている。

また、摺動子２３の下部側の摺動面２７の一方向（Ｘ−Ｘ）の略中央に、摺動面２７から下方に突出し、他方向（Ｙ−Ｙ）に沿って一端部から他端部まで直線状に延びる下部側の係合凸部３１が設けられている。

さらに、上沓２１の摺動面２４の他方向（Ｙ−Ｙ：上沓２１の幅方向）略中央に、摺動面２４から上方に凹み、一方向（Ｘ−Ｘ：上沓２１の長さ方向）の一端部から他端部まで直線状に延びる上部側のガイド溝３２が設けられている。

さらに、下沓２２の摺動面２６の一方向（Ｘ−Ｘ：下沓２２の幅方向）略中央に、摺動面２６から下方に凹み、他方向（Ｙ−Ｙ：下沓２２の長さ方向）の一端部から他端部まで直線状に延びる下部側のガイド溝３３が設けられている。

そして、本実施形態の滑り免震機構２０は、摺動子２３の上部側と下部側の係合凸部３０、３１をそれぞれ、上沓２１のガイド溝３２と下沓２２のガイド溝３３に係合させて、摺動子２３が上沓と下沓の間に介装されている。これにより、摺動子２３が水平の一方向（Ｘ−Ｘ）と他方向（Ｙ−Ｙ）に摺動自在に保持されている。

また、本実施形態の滑り免震機構２０において、図３に示すように、ガイド溝３２、３３の深さＨ寸法は、要求する摺動子２３の回転角度と施工所必要な係合凸部３０、３１の外面とガイド溝３２、３３の内面の水平方向の隙間ｔ２寸法を決めれば、容易に計算し設定することができる。例えば、１／２００以下の回転角度で隙間０．３ｍｍとすれば、係合凸部３０、３１の高さＨがＨ＝６０ｍｍとなる。このとき、摺動子２３の回転角度は地震動に関係なく、最大１／２００となる。

さらに、係合凸部３０、３１に鉛直荷重を負担させず、摺動子２３の滑り材２８に鉛直荷重を負担させるため、係合凸部３０、３１とガイド溝３２、３３の間の隙間ｈ寸法は、滑り材２８の厚みｔｓより大きくする。このようにすることで、滑り材２８がかなり磨耗して、潰れた場合であっても係合凸部３０、３１の先端面がガイド溝３２、３３の底面に当たり摩擦力が生じることがない。

また、本実施形態の滑り免震機構２０では、係合凸部３０、３３の側面にも低摩擦係数の滑り材２８を設置する。これにより、係合凸部３０、３１の側面がガイド溝３２、３３の内面に接触した場合であっても摩擦力を低減することができる。

したがって、本実施形態の滑り免震機構２０においては、従来の滑り免震機構１３のように上下の沓の両側部側に移動拘束部１８を設けることなく、上下の沓２１、２２と摺動子２３の摺動面２４、２５、２６、２７に、互いに係合する係合凸部３０、３１とガイド溝３２、３３を設けることで、上下の沓２１、２２に対して摺動子２３を一方向（Ｘ−Ｘ）、他方向（Ｙ−Ｙ）に摺動自在に保持することが可能になる。

これにより、構成を簡素化することができ、製作費、材料費等のコストダウン、製作手間の削減を図ることが可能になる。また、このように構成することで従来よりも重量を減少させることも可能になり、施工性の向上も図ることができる。

さらに、上下の沓２１、２２の側部ではなく、上下の沓２１、２２と摺動子２３の摺動面２４、２５、２６、２７に係合凸部３０、３１とガイド溝３２、３３が設けられているため、摺動子２３の摺動面２５、２７及び／又は上下の沓２１、２２と摺動面２４、２５に貼設するなどして配設された滑り材２８の状況を滑り免震機構２０の側方から容易に見ることができ、点検などを容易に且つ確実に行うことが可能になる。言い換えれば、滑り免震機構２０の性能を容易に且つ確実に、好適な状態で維持することができる。

また、摺動子２３の回動量（回転角度）を、係合凸部３０、３１の高さＨ、及び係合凸部３０、３１とガイド溝３２、３３の間の隙間ｔ２の組み合わせで決定でき、容易に回転角度を一定に制御することができる。すなわち、係合凸部３０、３１の高さＨと隙間ｔ２の比率（隙間／高さ）が小さいほど、摺動子２３の回転角度を小さくすることができる。そして、回転が小さくなることで、滑り材２８の縁端部などに応力が集中し、磨耗、潰れが生じることを抑止でき、滑り材２８（摺動面２４、２５、２６、２７）の耐久性を向上させることが可能になる。

さらに、摺動子２３の回動による側面摩擦力も小さく抑えることができる。これにより、好適に滑り免震機構２０の所望の性能を発揮させることができ、上部構造体に生じる加速度を確実に抑えることができる。

また、摺動子２３の回転角度を制御できることで、摺動子２３の回動を考慮した評価を行うことが可能になる。さらに、摺動子２３の回転角度を小さくすることができるため、滑り免震機構２０の実性能を理論値に近づけることができ、確実に所望の性能を発揮させることができる。

以上、本発明に係る滑り免震機構の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、摺動子２３に係合凸部３０、３１を設け、上沓２１と下沓２２にガイド溝３２、３３を設けて構成するものとしたが、摺動子にガイド溝、上下の沓に係合凸部を設けて構成してもよい。

また、上沓、下沓、摺動子にそれぞれ、複数のガイド溝及び／又は複数の係合凸部を設けて滑り免震機構を構成してもよい。

さらに、例えば図４、図５、図６に示すように、上沓２１及び（又は）下沓２２にガイド溝３２、３３を形成するとともに、上沓２１及び（又は）下沓２２を複数の分割沓片２１ａ、２２ａで構成してもよい。
この場合には、複数の分割沓片２１ａ、２２ａを所定の隙間をあけて並設し、この隙間によってガイド溝３２、３３を形成することができる。これにより、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能になるとともに、ガイド溝を形成する加工を不要にできるため、すなわち、より構成の簡素化を図ることができるため、さらなる製作費、材料費等のコストダウン、製作手間の削減を図ることが可能になる。
また、小重量の分割沓片２１ａ、２２ａを取り回して上沓２１、下沓２２を形成（構成）できるため、さらなる施工性の向上を図ることも可能になる。

１従来の滑り振り子型免震機構
２上部構造体
３下部構造体
４従来の上沓
５従来の下沓
６摺動面
７摺動面
８可動子
１０従来の上沓
１１従来の下沓
１２従来の摺動子
１３従来の滑り免震機構
１４摺動面
１５摺動面
１６摺動面
１７摺動面
１８移動拘束部（ガイド部）
２０滑り免震機構
２１上沓
２１ａ分割沓片
２２下沓
２２ａ分割沓片
２３摺動子
２４摺動面
２５摺動面
２６摺動面
２７摺動面
２８滑り材
３０係合凸部
３１係合凸部
３２ガイド溝
３３ガイド溝

Claims

上部構造体の底部に固定される上沓と、下部構造体の上部に固定される下沓と、前記上沓と前記下沓の間に介装される摺動子からなる滑り免震機構において、
前記摺動子と前記上沓の互いに当接する摺動面が水平の一方向の一端部から他端部に沿って連続的に逆Ｖ形に傾斜する上部傾斜面として形成され、
且つ前記摺動子と前記下沓の互いに当接する摺動面が前記一方向に直交する水平の他方向の一端部から他端部に沿って連続的にＶ形に傾斜する下部傾斜面として形成され、
前記摺動子の上部側の摺動面における水平の他方向の略中央には、該摺動面から突出し水平の一方向の一端部から他端部まで直線状に延びその頂部が逆Ｖ形に形成された上部側の係合凸部が形成され、
前記上沓の摺動面における水平の他方向の略中央には、該摺動面から凹み水平の一方向の一端部から他端部まで直線状に延びその底部が逆Ｖ形に形成された上部側のガイド溝が形成され、
前記上部側の係合凸部と前記上部側のガイド溝とが互いに係合して、前記上沓と前記摺動子とが他方向への相対移動を規制しつつ一方向へ相対移動可能に構成され、
前記摺動子の下部側の摺動面における水平の一方向の略中央には、該摺動面から突出し水平の他方向の一端部から他端部まで直線状に延びその頂部がＶ形に形成された下部側の係合凸部が形成され、
前記下沓の摺動面における水平の一方向の略中央には、該摺動面から凹み水平の他方向の一端部から他端部まで直線状に延びその底部がＶ形に形成された下部側のガイド溝が形成され、
前記下部側の係合凸部と前記下部側のガイド溝とが互いに係合して、前記下沓と前記摺動子とが一方向への相対移動を規制しつつ他方向へ相対移動可能に構成されていることを特徴とする滑り免震機構。
請求項１記載の滑り免震機構において、
前記上沓及び／又は前記下沓に前記ガイド溝が形成されるとともに、
前記上沓及び／又は前記下沓が複数の分割沓片を所定の隙間をあけて並設して構成され、
前記隙間によって前記ガイド溝が形成されていることを特徴とする滑り免震機構。