JP7182484B2 - 免震構造 - Google Patents

Description

本発明は、地震時に床躯体から免震対象物に伝わる揺れを低減する免震構造に関する。

従来より、床躯体上に設置した免震対象物について、地震時に床躯体から免震対象物に伝わる揺れを軽減する免震構造が提案されている。
特許文献１には、互いに摺動面で摺動接触する第一摺動部材と第二摺動部材を組み合せた摺動構造が示されている。第一摺動部材は合成樹脂からなるとともに摺動面に凹部を具備しており、第二摺動部材は合成樹脂被膜からなり、第一摺動部材の摺動面の凹部と第二摺動部材の合成樹脂被膜との間には潤滑油剤が介在されている。

特許文献２には、材質がコンクリートの下部基礎板と、材質がコンクリートの上部基礎板の間の全面に、低摩擦抵抗材料を配設した滑り基礎構造が示されている。低摩擦抵抗材料が黒鉛粉末単独であり、その摩擦係数が０．１５～０．２５の範囲内である。上部基礎板内部には、空間が設けられ、この空間には、復元力装置が配設されている。
特許文献３には、構造物の躯体と、この躯体の上に設けられて設備機器が据え付けられた架台と、躯体と架台との間に設けられた防振部材と、を備える構造が示されている。この防振部材の上部と架台との間、または防振部材の下部と躯体との間には、滑り支承による免震装置が設けられている。
上述のように、建物の屋内に設置される什器および多様化する設備機器を対象として、部分的な床免震構造が提案されている。

特開２００１－１３２７５７号公報 特開２０１１－１８４９５０号公報 特開２００１－２２１２８３号公報

本発明は、新築建物だけではなく既存建物にも容易に設置可能でかつ床躯体から免震対象物に伝わる揺れをより低減できる免震構造を提供することを目的とする。

本発明者らは、簡易でありながら適用範囲の広い床免震構造として、床スラブの表面に潤滑剤が混入されたモルタル層または潤滑剤が混入されたセルフレベリング層を表層部として形成するとともに、この表層部上に球状で鋼製の支承部を当接させることで、摩擦係数が小さくかつ高剛性で耐久性に優れた床免震構造を実現できる点に着眼して、本発明に至った。
第１の発明の免震構造（例えば、後述の免震構造１、１Ａ）は、地震時に床躯体（例えば、後述の床スラブ１０）から当該床躯体上に設置された免震対象物（例えば、後述の免震対象物２０）に伝わる揺れを低減する免震構造であって、前記免震対象物の下面には、球状で鋼製または鋳鉄製の支承部（例えば、後述の支承部２１）が設けられ、前記床躯体の上面には、前記支承部が当接する表層部（例えば、後述の表層部１１、１１Ａ）が形成され、当該表層部と前記支承部との摩擦係数は、前記床躯体と前記支承部との摩擦係数よりも小さいことを特徴とする。

この発明によれば、床躯体の上面に、支承部との摩擦係数が床躯体よりも小さい表層部を設けた。よって、地震時の比較的小さな揺れでも、免震対象物が床躯体に対して水平移動するため、床躯体から免震対象物に伝わる揺れを低減でき、免震対象物の損傷や転倒を防止できる。
すなわち、免震対象物の重量および摩擦係数による慣性力以上の水平力（地震力）が免震対象物に入力されると、表層部と支承部との間で滑動が生じる。これにより、摩擦係数に重力加速度を乗じた値により求められる加速度以上の加速度が免震対象物に入力されなくなるため、免震対象物の破損や転倒を防ぐことができる。
また、床躯体上の表層部を、免震対象物の下面に設けた支承部の移動範囲のみに設ければよいので、新築建物だけでなく既存建物にも容易に免震構造を設けることができる。

第２の発明の免震構造は、前記表層部（例えば、後述の表層部１１）は、潤滑剤が混入されたモルタルまたはセルフレベリング材で形成されている、あるいは、潤滑剤が塗布された塗膜であることを特徴とする。

この発明によれば、表層部を、潤滑剤を混入したモルタルまたはセルフレベリング材で形成するか、あるいは、床躯体上に潤滑剤を塗布した塗膜とした。よって、表層部の表面の潤滑剤により、表層部と支承部との間の摩擦が小さくなる。また、表層部を既存の床躯体の上に形成することで、新築建物だけでなく、既存建物にも容易に免震構造を設けることができる。
また、潤滑剤が混入されたモルタルまたはセルフレベリング材で形成された表層部は、モルタルやセルフレベリング材により高剛性を確保しながら、支承部が滑動する表層部上面においては、潤滑剤によって摩擦係数を低く抑えることができる。よって、床躯体から免震対象物に伝わる揺れをより低減できるとともに、支承部が滑動する際に表層部上面に与える摩耗を低減できる。さらに、表層部に潤滑剤を塗布して塗膜を設ける場合は、表層部の厚みを薄くできる。
また、潤滑剤をモルタルまたはセルフレベリング材に混入した場合、以下のような効果がある。
すなわち、潤滑剤をモルタルまたはセルフレベリング材に混ぜることで、潤滑剤の剥がれを抑制し、滑り性能の低下を抑えることができる。また、厚みのある表層部中に潤滑剤が満遍なく行き渡るため、支承部が常に表層部表面の潤滑剤に接することとなる。このため、表層部の表面を均す必要がなく、施工時の表層部の不陸を気にする必要がない。
また、潤滑剤をモルタルまたはセルフレベリング材内に練り込むため、潤滑剤を床躯体面に塗布した場合と比較して、潤滑剤が削り取られて舞い散ることがない。このため発塵を嫌う免震対象物にも利用できる。

第３の発明の免震構造は、前記表層部（例えば、後述の表層部１１Ａ）は、平鋼、鋼製床板、および中央部が凹んだ鋼板のいずれかで形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、表層部を平鋼、鋼製床板、および凹状の鋼板のいずれかで形成することで、表層部の表面が滑らかな面となり、表層部と支承部との間の摩擦が小さくなる。また、既存の床躯体の上に平鋼、鋼製床板、および凹状の鋼板のいずれかを設置するだけで表層部を形成できるので、新築建物だけでなく、既存建物にも容易に免震構造を設けることができる。

第４の発明の免震構造は、前記支承部は、所定間隔おきに複数配置されていることが好ましい。
この発明によれば、支承部を所定間隔おきに複数配置したので、免震対象物の重量が異なっても、簡易な構造である支承部の個数を適宜調整することで、免震対象物を確実に支持できる。よって、様々な免震対象物を低コストで免震化できる。

第５の発明の免震構造は、前記潤滑剤は、黒鉛粉末または黒鉛塗料であることが好ましい。
この発明によれば、潤滑剤を黒鉛粉末または黒鉛塗料としたので、表層部の表面が、炭素原子の結晶体が規則的に配列された元素鉱物グラファイトで形成される。よって、表層部の支承部との摩擦係数を確実に小さくできる。

本発明によれば、新築建物だけではなく既存建物にも容易に設置可能でかつ床躯体から免震対象物に伝わる揺れをより低減できる免震構造を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る免震構造の側面図である。 図１のＡ－Ａ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る免震構造の側面図である。 図３のＢ－Ｂ断面図である。 本発明の実施例および比較例の各試験体を示す写真である。 本発明の実施例および比較例の試験結果である。 本発明の変形例に係る免震構造の側面図である。

本発明は、新築建物だけではなく既存建物にも容易に設置可能な免震構造として、床スラブの表面に、潤滑剤が混入されたモルタル層または潤滑剤が混入されたセルフレベリング層を表層部として形成するとともに、この表層部上に球状で鋼製または鋳鉄製の支承部を設置した床免震構造である。本発明の第１実施形態は、表層部を潤滑剤が混入されたモルタルで形成した免震構造である（図１、図２）。第２実施形態は、表層部を凹状の鋼板で形成した免震構造である（図３、図４）。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る免震構造１の側面図であり、図２は、図１のＡ－Ａ断面図である。
免震構造１は、地震時に床スラブ１０から免震対象物２０に伝わる揺れを低減するものである。
免震対象物２０は、例えば、設備機器であり、床躯体としての床スラブ１０上に設置されている。免震対象物２０の下面の四隅には、袋ナットである支承部２１が設けられている。この袋ナットは、鋼製または鋳鉄製であり、この袋ナットの先端（下端）は、球状となっている。

床スラブ１０の上面には、潤滑剤としての黒鉛粉末が混入されたモルタルで形成された表層部１１が設けられている。ここで、黒鉛粉末の重量は、既往の研究成果を踏まえて、モルタルに混入しても強度変化を生じさせないとされている、セメント重量の５％以下とした。また、黒鉛粉末の最大粒径は、後述の検証実験結果に基づき、８０μｍ～４００μｍ程度が好ましい。この表層部１１の上面には、免震対象物２０の支承部２１が当接しており、表層部１１の上面と支承部２１との摩擦係数は、床スラブ１０の上面と支承部２１との摩擦係数よりも小さくなっている。
また、表層部１１の厚さは、５ｍｍ～３０ｍｍ程度である。また、この表層部１１の設置範囲は、平面視で、支承部２１周囲の所定範囲であり、地震時における支承部２１の移動範囲を含んでいる。なお、表層部１１を、免震対象物２０が設置された室の床スラブ１０の一部に限らず、床スラブ１０の全面に設けてもよい。

また、床スラブ１０の表層部１１には、免震対象物２０を囲んで、免震対象物２０の移動を規制する壁部１２が設けられている。具体的には、壁部１２は、側面視で、免震対象物２０の下端よりも高く、平面視で、免震対象物２０からクリアランスとして所定寸法ｔだけ離れている。このクリアランスの寸法ｔは、具体的には、５０ｍｍ～１００ｍｍ程度である。
この壁部１２は、ゴム材または気泡化成品などの緩衝材で形成されており、壁部１２の下部が表層部１１または床スラブ１０に固定されている。この壁部１２の固定方法としては、接着剤を使用してもよいし、表層部１１のモルタルや床スラブ１０のコンクリートに埋設してもよいし、表層部１１または床スラブ１０にボルトで固定してもよい。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）床スラブ１０の上面に、支承部２１との摩擦係数が床スラブ１０よりも小さい表層部１１を設けた。よって、地震時の比較的小さな揺れでも、免震対象物２０が床スラブ１０に対して水平移動するため、床スラブ１０から免震対象物２０に伝わる揺れを低減でき、免震対象物２０の損傷や転倒を防止できる。
すなわち、免震対象物２０の重量および摩擦係数による慣性力以上の水平力（地震力）が免震対象物２０に入力されると、表層部１１と支承部２１との間で滑動が生じる。これにより、摩擦係数に重力加速度を乗じた値により求められる加速度以上の加速度が免震対象物２０に入力されなくなるため、免震対象物２０の破損や転倒を防ぐことができる。
また、床スラブ１０上の表層部１１を、免震対象物２０の下面に設けた支承部２１の移動範囲のみに設ければよいので、新築建物だけでなく既存建物にも容易に免震構造を設けることができる。

（２）表層部１１を、潤滑剤を混入したモルタルで形成した。よって、表層部１１の表面の潤滑剤により、表層部１１と支承部２１との間の摩擦が小さくなるので、地震が発生していない状態では、支承部２１が表層部１１上を滑動することはないが、地震発生時には、支承部２１が表層部１１上を滑動する。また、表層部１１を既存の床スラブの上に形成することで、新築建物だけでなく、既存建物にも容易に免震構造を設けることができる。
表層部１１のモルタルに黒鉛粉末を混ぜることで、黒鉛粉末の剥がれを抑制し、滑り性能の低下を抑えることができる。また、厚みのある表層部１１中に黒鉛が満遍なく行き渡るため、支承部２１が常に表層部１１表面の黒鉛に接することとなる。このため、表層部１１の表面を均す必要がなく、施工時の表層部１１の不陸を気にする必要がない。
また、黒鉛粉末をモルタル内に練り込むため、黒鉛塗料を床躯体面に塗布した場合と比較して、黒鉛が削り取られて舞い散ることがない。このため発塵を嫌う免震対象物２０にも利用できる。

（３）支承部２１を免震対象物２０の四隅に配置したので、免震対象物の重量が異なっても、簡易な構造である支承部２１の個数を適宜調整することで、免震対象物を確実に支持できる。よって、様々な免震対象物を低コストで免震化できる。

（４）潤滑剤を黒鉛粉末としたので、表層部１１の表面が、炭素原子の結晶体が規則的に配列された元素鉱物グラファイトで形成される。よって、表層部１１の支承部２１との摩擦係数を確実に小さくできる。
（５）壁部１２を免震対象物２０の外周に所定のクリアランスｔを確保して設置したので、想定を上回る大地震が発生した際には、免震対象物２０の移動を壁部１２で規制できる。また、壁部１２を緩衝材で形成したので、免震対象物２０が壁部１２に衝突しても、免震対象物２０を損傷させることはない。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態に係る免震構造１Ａの側面図であり、図４は、図３のＢ－Ｂ断面図である。
本実施形態では、表層部１１Ａおよび壁部１２Ａの構成が、第１実施形態と異なる。
すなわち、表層部１１Ａおよび壁部１２Ａは、凹状の鋼板で一体に形成されており、支承部２１の直下の近傍にのみ設けられている。
具体的には、表層部１１Ａは平板状であり、床スラブ１０に接着剤で固定されている。壁部１２Ａは、表層部１１Ａの周縁部に設けられている。この壁部１２Ａは、側面視で、免震対象物２０の下端よりも低くなっている。また、壁部１２Ａは、平面視で、支承部２１からクリアランスとして所定寸法ｔだけ離れている。このクリアランスの寸法ｔは、具体的には、５０ｍｍ～１００ｍｍ程度である。

本実施形態によれば、上述の（１）、（３）、（５）に加えて、以下のような効果がある。
（６）表層部１１Ａを鋼板で形成したので、表層部１１Ａの表面が滑らかな面となり、表層部１１Ａと支承部２１との間の摩擦が小さくなる。また、表層部１１Ａを既存の床スラブ１０の上に形成することで、新築建物だけでなく、既存建物にも容易に免震構造を設けることができる。

〔表層部のすべり性能の検証実験〕
表層部のすべり性能を検証する実験を行った。具体的には、表層部として、以下の４つの試験体を製作した。
第１試験体（比較例）は、通常のモルタルを用いて製作し、表面（すべり面）を金鏝で仕上げたものである。この第１試験体に対しては、支承部としてＦＣＤ（ダクタイル鋳鉄）の袋ナットを用意し、さらにこの袋ナットの表面を磨いたものを用いた。
第２試験体（実施例）は、黒鉛粉末を混入したモルタルを用いて製作し、表面（すべり面）を金鏝で仕上げたものである。この第２試験体に対しては、支承部として鋼製の袋ナットを用いた。
第３試験体（実施例）は、通常のモルタルを用いて製作し、表面（すべり面）を金鏝で仕上げて黒鉛塗料を塗布したものである。この第３試験体に対しては、第２試験体と同様に、支承部として鋼製の袋ナットを用いた。
第４試験体（実施例）は、鋼板である。この第４試験体に対しては、支承部としてドライサーフェス鋼（ＷＤ１９００）製の袋ナットを用いた。

図５に、本発明の実施例および比較例の各試験体を示す。図５に示すように、表層部は、２００ｍｍ×２００ｍｍ×５０ｍｍのモルタル板である。免震対象物は、三角形状の鋼板の上に２００ｍｍ×２００ｍｍ×２５ｍｍのコンクリート板を２枚重ねたものである。また、支承部は、三角形状の鋼板の下面の３箇所に設けた袋ナットである。
以上の４つの試験体に対して、引張荷重に対する変位を測定し、引張荷重および変位に基づいて摩擦係数を求めた。図６（ａ）～（ｄ）は、第１～第４試験体についての試験結果である。
この試験結果より、第１試験体の摩擦係数が０．５程度、第２試験体の摩擦係数が０．３程度、第３試験体の摩擦係数が０．２程度、第４試験体の摩擦係数が０．１６程度となることが判る。第２試験体および第３試験体については、第１試験体と比べて、黒鉛潤滑の効果により摩擦係数が下がったと考えられる。また、第４試験体については、表面が滑らかであるため、第１試験体に比べて低い摩擦係数を示したと考えられる。

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。
上述の第１実施形態では、表層部１１を、潤滑剤としての黒鉛粉末が混入されたモルタルで形成したが、これに限らず、潤滑剤として、表層部を、二硫化モリブデンや４フッ化エチレン樹脂が混入されたモルタルで形成してもよい。あるいは、表層部を、潤滑剤としての黒鉛粉末、二硫化モリブデン、４フッ化エチレン樹脂のいずれかが混入されたセルフレベリング材で形成してもよいし、表層部を、床スラブ上に黒鉛塗料を塗布した塗膜としてもよい。
また、上述の各実施形態では、表層部１１、１１Ａに壁部１２、１２Ａを設けたが、これに限らない。例えば、壁部１２、１２Ａを設けなくてもよい。あるいは、図７に示すように、表層部１１Ｂを支承部２１の直下近傍にのみ設けるとともに、壁部１２Ｂを床スラブ１０上に設け、壁部１２Ｃを免震対象物２０の下面に設けて、壁部１２Ｂ、１２Ｃ同士が接触することで、免震対象物２０の移動を規制してもよい。この場合、平面視で、壁部１２Ｂと壁部１２Ｃとは、クリアランスとして所定寸法ｔだけ離れている。このクリアランスの寸法ｔは、具体的には、５０ｍｍ～１００ｍｍ程度である。
また、上述の各実施形態の表層部１１、１１Ａは、新築建物の床スラブ１０の上面に構築してもよいし、既存建物の床スラブ１０の上面に構築してもよい。

１、１Ａ、１Ｂ…免震構造 １０…床スラブ（床躯体）
１１、１１Ａ、１１Ｂ…表層部
１２、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ…壁部 ２０…免震対象物 ２１…支承部

Claims (2)

1. 地震時に床躯体から当該床躯体上に設置された免震対象物に伝わる揺れを低減する免震構造であって、
   前記免震対象物の下面には、球状で鋼製または鋳鉄製の支承部が設けられ、
   前記床躯体の上面には、前記支承部が当接する表層部が形成され、
   当該表層部と前記支承部との摩擦係数は、前記床躯体と前記支承部との摩擦係数よりも小さく、
   前記表層部は、黒鉛粉末が混入されたモルタルで形成されていることを特徴とする免震構造。
2. 前記黒鉛粉末の混入量は、セメント重量の５％以下であり、
   前記黒鉛粉末の最大粒径は、８０μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の免震構造。

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