JP7350964B1

JP7350964B1 - 免震装置

Info

Publication number: JP7350964B1
Application number: JP2022170151A
Authority: JP
Inventors: 星宇閻; 路夫山口; 哲也林
Original assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Current assignee: Nippon Pillar Packing Co Ltd; Nippon Steel Engineering Co Ltd
Priority date: 2022-10-24
Filing date: 2022-10-24
Publication date: 2023-09-26
Anticipated expiration: 2042-10-24
Also published as: JP2024062271A

Abstract

【課題】対応可能な面圧の異なる複数の免震構造を直列に配置することができる免震装置を提供する。【解決手段】本発明に係る免震装置１００は、第１免震装置１０と、第１免震装置１０の下に配置される第２免震装置２０と、第１免震装置１０と第２免震装置２０との間に配置され、第１免震装置１０から伝達される面圧を第２免震装置２０が受けることのできる基準面圧以下に調整する調整手段３０と、を有する、ことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、免震装置に関する。

建物をはじめとする地上の構造物について、地震による被害を軽減するために、地盤と構造物との間に免震装置を配置することがある。
特許文献１では、平面滑り装置の上に球面滑り装置を可動自在に載置することで、球面滑り装置の規模を大きくすることなく、風荷重等の小さな水平荷重に対して可動することなく、レベル２地震動とレベル３地震動の双方に対して十分な制震性能を発揮することのできる免震装置が開示されている。

特開２０２１－１２１７５４号公報

球面滑り装置と平面滑り装置を組み合わせることで、幅広い震度に対して性能を発揮できる免震装置とすることができる。しかしながら、球面滑り装置が対応可能な面圧（基準面圧）と、平面滑り装置の基準面圧の差が大きく、球面滑り装置と平面滑り装置とを直列に組み合わせることで、平面滑り装置が面圧に耐えられなくなる課題がある。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、対応可能な面圧の異なる複数の免震構造を直列に配置することができる免震装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
＜１＞本発明の態様１に係る免震装置は、第１免震装置と、前記第１免震装置の下に配置される第２免震装置と、前記第１免震装置と前記第２免震装置との間に配置され、前記第１免震装置から伝達される面圧を前記第２免震装置が受けることのできる基準面圧以下に調整する調整手段と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、第１免震装置から伝達される面圧を第２免震装置が受けることのできる基準面圧以下にして調整する調整手段を有する。これにより、第１免震装置が構造物から受ける面圧に対して第２免震装置が受けることのできる基準面圧が低い場合であっても、第１免震装置の下に第２免震装置を配置することができる。よって、対応可能な面圧の異なる複数の免震構造を直列に配置することができる免震装置とすることができる。

＜２＞本発明の態様２に係る免震装置は、態様１に係る免震装置において、前記調整手段は、連結板であることを特徴とする。

この発明によれば、調整手段は、連結板である。つまり、調整手段は板状の部材であり、複雑な機構を有さない。このように、上述の面圧の調整を複雑な機構を用いずに行うことで、より簡素な構造とすることができる。

＜３＞本発明の態様３に係る免震装置は、態様２に係る免震装置において、前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、前記荷重伝達領域の大きさは、前記連結板の厚みによって設定されることを特徴とする。

この発明によれば、荷重伝達領域の大きさは、連結板の厚みによって設定される。つまり、荷重伝達領域の大きさを設定するために検討する条件として、連結板の厚みが用いられる。これにより、検討する条件として用いられる変数をより簡素なものとすることができる。よって、設計検討を効率化することができる。

＜４＞本発明の態様４に係る免震装置は、態様２又は態様３に係る免震装置において、前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、前記荷重伝達領域の大きさは、前記連結板の平面視における面積によって設定されることを特徴とする。

この発明によれば、荷重伝達領域の大きさは、連結板の平面視における面積によって設定される。つまり、荷重伝達領域の大きさを設定するために検討する条件として、連結板の平面視における面積が用いられる。これにより、例えば、連結板の高さに制限がある場合に、連結板の面積を大きくすることで対応することができる。よって、より設計検討の利便性を向上することができる。

＜５＞本発明の態様５に係る免震装置は、態様２から態様４のいずれか１つに係る免震装置において、前記連結板は、円形、又は頂点の数が４以上の正多角形であることを特徴とする。

この発明によれば、連結板は、円形、又は頂点の数が４以上の正多角形である。連結板が円形であることで、面圧を伝達する領域を広くすることができる。また、連結板が多角形である場合と比較して、いずれかの頂点に面圧が集中することを防ぐことができる。よって、連結板の耐久性を向上することができる。連結板が、頂点の数が４以上の正多角形であることで、頂点の数が３である場合よりも、正多角形の周長を一定とした条件において、正多角形の面積を大きくすることができる。したがって、連結板に付加される面圧の大きさを小さくすることができる。よって、連結板の耐久性を向上することができる。

＜６＞本発明の態様６に係る免震装置は、態様２から態様５のいずれか１つに係る免震装置において、前記第１免震装置は、球面滑り装置であり、前記第２免震装置は、平面滑り装置であり、前記平面滑り装置は、平板と、前記平板の上面もしくは下面に取り付けられている滑り材と、を有し、前記球面滑り装置は、上沓と、下沓と、前記上沓と前記下沓との間を摺動するスライダーと、を有し、前記平面滑り装置と前記球面滑り装置との間には、前記連結板が設置されることを特徴とする。

この発明によれば、第１免震装置は、球面滑り装置であり、第２免震装置は、平面滑り装置である。つまり、２種類の滑り装置によって、１つの免震装置を構成する。これにより、本発明に係る免震装置が配置された構造物と基礎構造との間の免震を、２つの構造によって行うことができる。よって、より免震の効果を顕著にもたらすことができる。

また、平面滑り装置と球面滑り装置の間には、連結板が設置される。これにより、平面滑り装置と球面滑り装置との間の面圧の伝達を円滑に行うことができる。よって、平面滑り装置及び球面滑り装置の両方の性能を十分に発揮することができる。

＜７＞本発明の態様７に係る免震装置は、態様６に係る免震装置において、前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、前記荷重伝達領域の広がり角は、前記連結板の剛性、曲げ剛性、及び材料強度と、前記平面滑り装置の前記滑り材の弾性剛性と、によって設定されることを特徴とする。

この発明によれば、荷重伝達領域の広がり角は、連結板の剛性、曲げ剛性、及び材料強度と、平面滑り装置の滑り材の弾性剛性と、によって設定される。これにより、例えば、設置場所において免震装置の大きさが制限される場合等に、連結板の形状を変更することなく、荷重伝達領域の形状を調整することができる。

＜８＞本発明の態様８に係る免震装置は、態様６又は態様７に係る免震装置において、前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、前記荷重伝達領域の前記滑り材に接する面である受圧面が、前記免震装置に水平荷重が加わっていない状態で、前記滑り材の領域内に存在することを特徴とする。

この発明によれば、受圧面が、免震装置に水平荷重が加わっていない状態で、滑り材の領域内に存在する。つまり、免震装置が作動していない状態において、受圧面は、平面視において、平面滑り装置の滑り材の領域内に存在する。このような構成とすることで、免震装置が作動していない状態における、球面滑り装置から平面滑り装置への面圧の伝達を確実に行うことができる。

＜９＞本発明の態様９に係る免震装置は、態様６から態様８のいずれか１つに係る免震装置において、前記球面滑り装置の摩擦係数が、前記平面滑り装置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、球面滑り装置の摩擦係数が、平面滑り装置の摩擦係数よりも小さい。これにより、平面滑り装置が作動するよりも早く、球面滑り装置を作動させることができる。よって、例えば、比較的震度が小さい地震が発生した際には、平面滑り装置を作動させることなく、球面滑り装置のみを作動させることによって対応することができる。

＜１０＞本発明の態様１０に係る免震装置は、態様６から態様９のいずれか１つに係る免震装置において、前記スライダーが外力により変位した際に前記滑り材に加わる一時的な面圧が、前記滑り材の圧縮限界強度以下であることを特徴とする。

この発明によれば、スライダーが外力により変位した際に滑り材に加わる一時的な面圧が、滑り材の圧縮限界強度以下である。これにより、地震によって球面滑り装置のスライダーが変位した際に、滑り材が破損することを防ぐことができる。よって、免震装置の耐久性を十分に確保することができる。

＜１１＞本発明の態様１１に係る免震装置は、態様６から態様１０のいずれか１つに係る免震装置において、前記荷重伝達領域の前記滑り材に接する面である受圧面が所定面積を確保できるように、前記連結板が前記球面滑り装置から伝達される面圧を受け、前記平面滑り装置に伝達する荷重伝達領域の大きさが、前記連結板の厚み及び前記連結板の平面視における面積の少なくとも一方によって設定されたことを特徴とする。

この発明によれば、荷重伝達領域の大きさを、前記連結板の厚み及び前記連結板の平面視における面積の少なくとも一方によって調整することで、前記荷重伝達領域の前記滑り材に接する面である受圧面が所定面積を確保できる。そのため、球面滑り装置を、平面滑り装置の作動よりも確実に早く作動させることができるとともに、球面滑り装置が最大変位になる前に平面滑り装置が作動することを確実に防止できる。

＜１２＞本発明の態様１２に係る免震装置は、態様６から態様１１のいずれか１つに係る免震装置において、前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、前記荷重伝達領域の前記滑り材に接する面である受圧面が、前記スライダーが外力により変位した際に領域内に存在するように前記滑り材が形成されたことを特徴とする。

この発明によれば、前記滑り材は、前記連結板が有する、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域の前記滑り材に接する面である受圧面が、前記スライダーが外力により変位した際に領域内に存在するように形成されている。つまり、スライダーの変位によって受圧面の面積が変化しない。そのため、球面滑り装置を、平面滑り装置の作動よりも確実に早く作動させることができるとともに、球面滑り装置が最大変位になる前に平面滑り装置が作動することを確実に防止できる。

本発明によれば、対応可能な面圧の異なる複数の免震構造を直列に配置することができる免震装置を提供することができる。

本発明に係る免震装置の正面図である。第１免震装置が作動した例である。水平力と水平変形量との相関を示すグラフの第１例である。水平力と水平変形量との相関を示すグラフの第２例である。水平力と水平変形量との相関を示すグラフの第３例である。第１免震装置のスライダーがストッパーリングに衝突した後に、第２免震装置が作動した場合の模式図である。第１免震装置のスライダーがストッパーリングに衝突する前に、第２免震装置が作動した場合の模式図である。荷重伝達領域を示す模式図である。第２免震装置の摩擦係数について面圧依存性について説明する説明図である。本発明に係る別の実施形態の免震装置の正面図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る免震装置１００を説明する。免震装置１００は、例えば、建物をはじめとする構造物Ｃと地盤との間に配置される。これにより、地震による地盤の揺動が構造物Ｃに伝達することを抑制する。
免震装置１００は、図１に示すように、第１免震装置１０と、第２免震装置２０と、調整手段３０と、を有する。

第１免震装置１０は、構造物Ｃの下部に連結される。本実施形態において、第１免震装置１０は、いわゆる球面滑り装置である。球面滑り装置である第１免震装置１０は、上沓１１と、下沓１２と、上沓１１と下沓１２との間を摺動するスライダー１３とを有する。上沓１１と下沓１２はいずれも、平面視矩形（長方形もしくは正方形）の板材であり、溶接鋼材用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ、Ｂ、Ｃ、もしくはＳＮ４９０Ｂ、Ｃ、もしくはＳ４５Ｃ）等から形成されている。上沓１１の下面と下沓１２の上面にはそれぞれ、曲率を有する上滑り面１１ａ及び下滑り面１２ａが設けられている。上滑り面１１ａ及び下滑り面１２ａは、ステンレス製の滑り板である。また、上沓１１と下沓１２には、滑り板の外周において、スライダー１３の脱落を防止するための平面視環状のストッパーリング１４が固定されている。

一方、スライダー１３は、曲率を有する上下の滑り面を備え、略円柱状を呈している。また、スライダー１３は、溶接鋼材用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ、Ｂ、Ｃ、もしくはＳＮ４９０Ｂ、Ｃ、もしくはＳ４５Ｃ）等から形成され、面圧６０Ｎ／ｍｍ^２（６０ＭＰａ）程度の耐荷強度を有している。以下、前記耐荷強度を基準面圧と呼称する。つまり、言い換えれば、本実施形態において、第１免震装置１０の基準面圧は、６０ＭＰａである。また、本実施形態において、スライダー１３の外径は、例えば、２００ｍｍである。

図２に示すように、スライダー１３が上沓１１と下沓１２との間を摺動することで、上沓１１と下沓１２とは水平方向に相対移動が可能である。これにより、地震動による地盤の振動が下沓１２に伝達された時、下沓１２が上沓１１に対して相対移動する。このような動きをすることで、地震動による地盤の振動が上沓１１を介して構造物Ｃに伝達されることを防ぐ。

第２免震装置２０は、第１免震装置１０の下に配置される。第２免震装置２０は、例えば地盤の上に設けられた基礎構造ＢＣと連結される。本実施形態において、第２免震装置２０は、いわゆる平面滑り装置である。平面滑り装置である第２免震装置２０は、平板２１と、平板２１の上面もしくは下面に取り付けられている滑り材２２とを有する。平板２１は、上沓１１等と同様に平面視矩形で平面寸法が第１免震装置１０よりも大きな板材であり、ステンレス鋼等により形成されている。一方、滑り材２２はＰＴＦＥ等により形成されている。

滑り材２２が平板２１の上面に取り付けられる場合は、平板２１が地盤に連結される。滑り材２２が平板２１の下面に取り付けられる場合は、滑り材２２が地盤に連結される。以下、本実施形態においては、滑り材２２が平板２１の上側に配置され、平板２１が地盤に連結されているものとして説明する。なお、本実施形態では、基礎構造ＢＣの上面に設けられたベースプレート２３と平板２１とが相対移動しないように固定されている。ベースプレート２３は溶接鋼材用圧延鋼材（ＳＭ４９０Ａ、Ｂ、Ｃ、もしくはＳＮ４９０Ｂ、Ｃ、もしくはＳ４５Ｃ）等で形成されている。

平板２１と滑り材２２とは、水平方向に摺動することで相対移動が可能である。これにより、地震動による地盤の振動が平板２１又は滑り材２２に伝達された時、平板２１と滑り材２２とが相対移動する。このような動きをすることで、地震動による地盤の振動が構造物Ｃに伝達されることを防ぐ。本実施形態において、第２免震装置２０の基準面圧は、２０ＭＰａである。

本実施形態において、球面滑り装置である第１免震装置１０の摩擦係数、すなわちスライダー１３と上沓１１及び下沓１２との間の摩擦係数（静摩擦係数）は、平面滑り装置である第２免震装置２０の摩擦係数、すなわち平板２１と滑り材２２との間の摩擦係数よりも小さい。これにより、図３、図４、図５のグラフに示すように、地震による入力（水平力）を縦軸に、水平方向における地盤と構造物Ｃとの移動量（水平変形量）を横軸に取ると、次のような相関となる。なお、水平力の単位はｋＮである。水平変形量の単位はｍｍである。

まず、水平力が第１水平力Ｑ１となり、水平力が第１免震装置１０の静止摩擦力を上回ると、第１免震装置１０が作動する。上述のように、第１免震装置１０は、球面滑り装置である。球面滑り装置においては、地震の後にスライダー１３、上沓１１及び下沓１２の位置関係が元に戻ろうとする力が働く。このため、第１免震装置１０が作動する時は、水平力が一定の割合で増加しつつ、水平変形量が増加する。

その後、水平力が更に増加し、第２水平力Ｑ２となると、第２免震装置２０が作動する。上述のように、第２免震装置２０は、平面滑り装置である。平面滑り装置においては、地震の後に平板２１と滑り材２２との位置関係が元に戻ろうとする力が働かない。このため、第２免震装置２０が作動した後は、水平力は一定となる。

上記態様は、図３、図４、図５のいずれのグラフに示す場合においても同様である。以下、図３、図４、図５のそれぞれに示す場合ごとにおける、第１免震装置１０と第２免震装置２０の動きについて説明する。

図３のグラフに示す場合は、次のような動きとなる。すなわち、水平変形量が第１変形量δ１となると、第１免震装置１０のスライダー１３が、上沓１１及び下沓１２に備えるストッパーリング１４に衝突する。これにより、第１免震装置１０の変形（上沓１１と下沓１２との相対移動）が止まる。つまり、図３における第１変形量δ１は、スライダー１３が、ストッパーリング１４に衝突した時の変形量である。スライダー１３がストッパーリング１４に衝突した後、第１免震装置１０の水平変形量が増加しないまま更に水平力が増加し、第２水平力Ｑ２となると、第２免震装置が作動する。

図４のグラフに示す場合は、次のような動きとなる。すなわち、水平変形量が第１変形量δ１となると、スライダー１３がストッパーリング１４に衝突する。これにより、第１免震装置１０の変形（上沓１１と下沓１２との相対移動）が止まる点で、図３の場合と同じである。図４の場合は、水平変形量が第１変形量δ１となる水平力が、第２免震装置２０が作動する第２水平力Ｑ２と等しい点で、図３の場合と相違する。つまり、図４の場合は、スライダー１３がストッパーリング１４に衝突した直後に、第２免震装置が作動する点で、図３の場合と相違する。

図５のグラフに示す場合は、次のような動きとなる。すなわち、水平変形量が第１変形量δ１となる前に、第２免震装置２０が作動する。つまり、スライダー１３がストッパーリング１４に衝突する前に、第２免震装置が作動する。この場合は、第２免震装置２０が作動した後にも、第１免震装置１０の変形（上沓１１と下沓１２との相対移動）が止まらない点で、図３及び図４の場合と相違する。

上述の相関に基づき、本実施形態に係る免震装置１００は、次のように作動する。すなわち、地震動による水平力が第１水平力Ｑ１を超えた時、図２に示すように、まず第１免震装置１０の上沓１１と下沓１２とが相対移動する。この時、水平力が第２水平力Ｑ２に至っていないため、第２免震装置２０の平板２１と滑り材２２とは相対移動しない。言い換えれば、平面滑り装置が作動するよりも早く、球面滑り装置が作動する。これにより、例えば、比較的震度が小さい地震動が発生した際には、第２免震装置２０を作動させることなく、第１免震装置１０のみ作動することで、免震の効果を発揮する。

そして、比較的震度が大きい地震が発生し、水平力が第２水平力Ｑ２を超えた際には、第２免震装置２０が作動する。本実施形態において、第１変形量δ１は、以下の２例のように定義される。
すなわち、第１変形量δ１の第１例は、第１免震装置１０のスライダー１３の最大移動量である。具体的には、図６に示すように、第１免震装置１０のスライダー１３が下沓１２の端部に設けられたストッパーリング１４に接触した時の移動量が、第１変形量δ１である。このとき、上沓１１及びストッパーリング１４がスライダー１３によって下沓１２を水平方向に押し出すように水平力が作用することで、第２水平力Ｑ２を超える力が第２免震装置２０に付加される。これにより、第２免震装置が作動する。上述の図３及び図４のグラフに示す場合がこれに該当する。

第１変形量δ１の第２例は、地震動による水平力と、スライダー１３と上沓１１及び下沓１２との間に生じる水平方向の反力がつり合った状態となる時の移動量である。この場合、図７に示すように、第２免震装置２０は、スライダー１３がストッパーリング１４に接触する前に作動する。具体的には、地震動による水平力によってスライダー１３が下沓１２を水平方向に押すように作用する力が、第２免震装置２０の静止摩擦力を越えることで作動する。上述の図５のグラフに示す場合がこれに該当する。
このように、免震装置１００は、第１免震装置１０の効果に加えて第２免震装置２０の効果を発揮することで、比較的大きな震度の地震動に対しても、免震の効果を発揮する。

上述の震度の大きさについては、以下のように規定する。すなわち、稀に起きる（５０年に一度程度）震度をレベル１とする。極めて稀に起きる（５００年に一度程度）震度をレベル２とする。また、レベル２地震動よりも規模の大きな極大地震動をレベル３とする。
このとき、例えば、レベル３以上の震度の場合に第２免震装置２０が作動するようにするためには、第２免震装置２０の摩擦係数は、例えば、０．１３から０．１５程度に設定することが好ましい。レベル１又はレベル２の震度で第１免震装置１０が作動するようにするためには、第１免震装置１０の摩擦係数は、例えば、第２免震装置２０より小さく設定することが好ましい。ここで、第１免震装置１０の摩擦係数は、風荷重等の比較的小さな水平荷重に対して第１免震装置１０が可動しないように設定してもよい。
上記考慮の上、構造物Ｃの重量、地域ごとに想定される震度、あるいは構造物Ｃの目的に合わせた費用対効果を加味して、第１免震装置１０及び第２免震装置２０を設計することが好ましい。

なお、球面滑り装置である第１免震装置１０は、地震動が収束するとスライダー１３が上沓１１及び下沓１２の中央に自然と戻ることから、地震動後に上沓１１と下沓１２との相対位置は地震動が発生する前の位置に戻る。これに対し、平面滑り装置である第２免震装置２０が作動すると、地震動後に平板２１と滑り材２２との相対位置がずれた状態のままとなる。この場合は、ジャッキ等で滑り材２２以上の各構成を押すことによって、地震動が発生する前の位置に戻すことが好ましい。

調整手段３０は、第１免震装置１０と第２免震装置２０との間に配置される。ここで、上述のように、第１免震装置１０の基準面圧は、例えば、６０ＭＰａである。これに対し、第２免震装置２０の基準面圧は、例えば、２０ＭＰａである。つまり、第２免震装置２０の基準面圧によっては、第１免震装置１０の基準面圧に相当する面圧に対応することができない。これに対し、調整手段３０は、第１免震装置１０から伝達される面圧を、第２免震装置２０が受けることのできる基準面圧、すなわち第２免震装置２０の機能を保証可能な面圧以下に調整する役割を有する。

また、本実施形態において、第１免震装置１０のスライダー１３が外力により変位した際に滑り材２２に加わる一時的な面圧は、滑り材２２の圧縮限界強度以下である。つまり、調整手段３０は、免震装置１００に外力が付加されていない場合における、構造物Ｃの荷重によって発生する面圧を基準面圧以下に調整することに加えて、前記一時的な面圧を滑り材２２の圧縮限界強度以下に調整する役割を有する。

ここで、外力とは、地震動によって免震装置１００に入力された水平荷重をいう。一時的な面圧とは、図２に示すように、地震動によって第１免震装置１０の上沓１１と下沓１２とが水平方向に相対移動した時、スライダー１３から下沓１２及び調整手段３０を介して第２免震装置２０の滑り材２２に一時的に入力される面圧をいう。滑り材２２の圧縮限界強度とは、滑り材２２に対して鉛直方向に圧縮荷重を付加した場合における、滑り材２２としての性能を保証可能な圧縮荷重の最大値をいう。

本実施形態において、滑り材２２の圧縮限界強度は、例えば、８０ＭＰａである。このとき、上述のように、第１免震装置１０の基準面圧は６０ＭＰａであるとすると、外力による一時的な面圧が８０ＭＰａ以下となるようにすることが好ましい。このため、外力による面圧の増加代が２０ＭＰａ以下となるように免震装置１００を構成することが好ましい。これにより、地震によって球面滑り装置のスライダー１３が変位した際に、滑り材２２が破損することを防ぐ。

本実施形態において、調整手段３０は、連結板である。つまり、調整手段３０は板状の部材である。つまり、本実施形態において、連結板である調整手段３０は、平面滑り装置である第２免震装置２０と球面滑り装置である第１免震装置１０との間に配置される。調整手段３０は、鉄製であってもよいし、鉄筋コンクリート製であってもよい。あるいは、その他の材質によって形成されてもよい。
調整手段３０の上面は、第１免震装置１０の下沓１２に固定される。具体的には、図１に示すように、調整手段３０の上面に設けられた上ベースプレート３１と、下沓１２とが、ボルトＢによって相対移動しないように固定される。

調整手段３０の下面は、第２免震装置２０の平板２１又は滑り材２２のうち、上側に位置するものに固定される。つまり、本実施形態においては、滑り材２２の上面が調整手段３０の下面に固定される。具体的には、図１に示すように、調整手段３０の下面に設けられた下ベースプレート３２と滑り材２２とが、ボルトＢによって相対移動しないように固定される。

連結板である調整手段３０は、荷重伝達領域３０ａを有する。荷重伝達領域３０ａは、第１免震装置１０から伝達される面圧を受ける。荷重伝達領域３０ａは、前記面圧を第２免震装置２０に伝達する。荷重伝達領域３０ａは、第１免震装置１０から調整手段３０へ作用する面圧を、第２免震装置２０の上面、すなわち滑り材２２の上面に伝達させる。本実施形態において、面圧は、例えば、構造物Ｃから第１免震装置１０に付加される鉛直荷重によって生じる。あるいは、面圧は、上述の地震動による一時的な荷重によって生じる。調整手段３０のうち、荷重伝達領域３０ａは、荷重伝達領域３０ａ外の部分に比べて応力が高い。なお荷重伝達領域３０ａは、仮想の領域である。

図８に示すように、荷重伝達領域３０ａは、調整手段３０の上面から下面に向けて立体的に広がるように形成される。言い換えると、調整手段３０が受けた荷重は、水平方向に拡散しながら下方に伝達される。このような構造とすることで、第１免震装置１０から伝達される面圧を、第１免震装置１０よりも大きな面で受け止めることができるようにする。これにより、第１免震装置１０から伝達される面圧を、第２免震装置２０が受けることができる基準面圧以下に調整する。

荷重伝達領域３０ａは、調整手段３０内に円錐台状に規定される。荷重伝達領域３０ａの上面は、調整手段３０の上面のうち、スライダー１３の直下に位置する部分となる。荷重伝達領域３０ａの下面は、荷重伝達領域３０ａの滑り材２２に接する面である。以下、当該部位を、受圧面２２ａを呼称する。荷重伝達領域３０ａは、所定の広がり角Ａをもって伝達される。広がり角Ａとは、図８に示すように、荷重伝達領域３０ａが上方から下方に向けて広がる際の、鉛直方向に対する角度をいう。広がり角Ａは、荷重伝達領域３０ａの上面の外周縁から下方に延びる仮想線と、荷重伝達領域３０ａの外周面（境界面）と、が、所定の断面視においてなす角度である。荷重伝達領域３０ａの外周面（境界面）は、例えば、平面視における荷重伝達領域３０ａの上面及び下面のそれぞれの外縁を面状につなぐように形成される。前記所定の断面視に係る断面は、スライダー１３の中心を通る鉛直方向の断面である。広がり角Ａは、スライダー１３の中心を通る任意の断面において一様であることが好ましい。

荷重伝達領域３０ａの広がり角Ａは、連結板である調整手段３０の剛性、曲げ剛性、及び材料強度と、平面滑り装置である第２免震装置２０の滑り材２２の弾性剛性と、によって設定される。ここで、剛性の単位は、Ｎ／ｍｍである。曲げ剛性の単位は、Ｎ・ｍｍ^２である。材料強度の単位は、ＭＰａ（Ｎ／ｍｍ^２）である。弾性剛性は、ある物体の弾性領域において、前記物体に力を付加した際に、前記物体が変形する量を示す物性値である。すなわち、弾性剛性は、Ｆ（力、ｋＮ）／δ（変形量、ｍｍ）で求められる。したがって、弾性剛性の単位は、ｋＮ／ｍｍである。

調整手段３０の剛性及び材料強度が低いと、第１免震装置１０の面圧に対して調整手段３０が変形する。このため、荷重伝達領域３０ａの広がり角Ａが小さくなり、第２免震装置２０へ伝達する面圧の減少が図りにくくなる。調整手段３０の剛性及び材料強度が高いと、荷重伝達領域３０ａの広がり角Ａが大きくなり、第２免震装置２０へ伝達する面圧の減少が図りやすくなる。

荷重伝達領域３０ａの大きさは、連結板である調整手段３０の厚みによって設定される。ここで、荷重伝達領域３０ａの大きさとは、免震装置１００を平面視した際の大きさをいう。荷重伝達領域３０ａの大きさは、調整手段３０の下端において最大となる。つまり、荷重伝達領域３０ａの大きさとは、特に受圧面２２ａの大きさをいうものとする。受圧面２２ａは、免震装置１００に水平荷重が加わっていない状態で、滑り材２２の領域内に存在する。

調整手段３０の厚みが大きいほど、荷重伝達領域３０ａが大きくなる。つまり、調整手段３０の厚みが大きいほど、第２免震装置２０に伝達される面圧が小さくなる。
荷重伝達領域３０ａの大きさは、連結板である調整手段３０の平面視における面積によって設定されてもよい。調整手段３０の面積を大きくすることは、例えば、荷重伝達領域３０ａの広がり角Ａに対して調整手段３０の面積が小さく、第２免震装置２０へ伝達する面圧を減少する機能が十分に活かすことができない場合に有効である。あるいは、調整手段３０の厚みが過度に大きいと、調整手段３０に対して転倒モーメントが発生することがある。これを防ぐために、調整手段３０の面積を大きくしてもよい。
平面視において、連結板である調整手段３０は、例えば、円形である。あるいは、調整手段３０は、頂点の数が４以上の正多角形であってもよい。この場合、調整手段３０は、例えば、八角形であることが特に好ましい。

以下において、調整手段３０の大きさを設定するための具体的な手順について以下で詳細に説明する。
まず、第２免震装置２０の起動時（滑り出し時）の摩擦係数について面圧依存性の基礎データをまとめる。具体的には、第２免震装置２０の摩擦係数について面圧依存性について説明する説明図である図９に示すように、ステンレス鋼とＰＴＦＥとの摩擦において、面圧が大きいほど摩擦係数が小さくなるという面圧依存性があるため、平板２１と滑り材２２との間の摩擦係数の面圧による変化を基礎データとしてまとめる。

次に、第１免震装置１０のスライダー１３が当初位置にある場合、つまり第１免震装置１０においてスライダー１３が中央にある状態と、最大変位まで移動した場合（スライダー１３がストッパーリング１４に当接する位置まで移動した状態）との各第２免震装置２０の許容面圧を設定する。本実施形態では、第１免震装置１０のスライダー１３が当初位置にある状態で面圧２０Ｎ／ｍｍ^２以下とし、スライダー１３がストッパーリング１４に当接する位置まで移動した状態では面圧４０Ｎ／ｍｍ^２以下とする。

そして、上述したように設定した条件で、上述の第１変形量δ１の第１例のように、第１免震装置１０のスライダー１３が下沓１２の端部に設けられたストッパーリング１４に接触してから第２免震装置２０が作動するように構成する場合は、第２免震装置２０の摩擦係数（静止摩擦係数）が第１免震装置１０の摩擦係数（動摩擦係数）より常に大きくなることを確認し、上述の第１変形量δ１の第２例のように、スライダー１３がストッパーリング１４に接触する前に第２免震装置２０が作動するように構成する場合は、第２免震装置２０が作動する前までの間、第２免震装置２０の摩擦係数（静止摩擦係数）が第１免震装置１０の摩擦係数（動摩擦係数）より常に大きくなることを確認する。

そのため、ＦＥＭ解析により、各条件での第２免震装置２０に鉛直荷重が載荷される面積、荷重分布（荷重伝達領域３０ａ）を確認し、第２免震装置２０が許容面圧以下となるように調整手段３０の厚み（高さ）及び直径を算出し、設定する。
なお、調整手段３０の直径は、第２免震装置２０の外径より外径が小さな第１免震装置１０よりも大きくなるように設定する。

このとき、上述の第１変形量δ１の第１例のように、第１免震装置１０のスライダー１３が下沓１２の端部に設けられたストッパーリング１４に接触してから第２免震装置２０が作動するように構成する場合は、図９に示すように、荷重伝達領域３０ａによる受圧面２２ａの面積（以下において受圧面積Ｘという）が所定の大きさとなるように設定する。

具体的には、図９（ａ）に示すように、水平力が免震装置１００に作用し、第１免震装置１０が作動し、スライダー１３が当初の位置から変位しても、受圧面積Ｘは荷重伝達領域３０ａの大きさ、高さ及び広がり角Ａによって設定される。しかしながら、図９（ｂ）に示すように、スライダー１３が所定の変位量を超えると、荷重伝達領域３０ａの一部が滑り材２２を超えるため、受圧面積Ｘは低減することとなる。

図９（ｃ）に示すように、ステンレス鋼等により形成されている平板２１と、ＰＴＦＥにより形成されている滑り材２２とが摺動する第２免震装置２０における摩擦係数と面圧の関係において、面圧Ｐが増加すると、摩擦係数μは減少し、面圧Ｐが増加するほど摩擦係数μの減少率が小さくなる近似曲線を示す。

ここで摩擦係数μは、構造物Ｃの重量等によって作用する鉛直方向の荷重Ｎとの積によって摩擦反力Ｑとなり、面圧Ｐは荷重Ｎを受圧面積Ｘで除した値である。なお、荷重Ｎは一定であるため、Ｎ＝１とすると、摩擦反力Ｑと、１／受圧面積Ｘとの関係となる。この摩擦反力Ｑと、１／受圧面積Ｘとの関係は、図９（ｄ）に示すように、１／受圧面積Ｘが増加すると、摩擦反力Ｑは減少し、１／受圧面積Ｘが増加するほど摩擦反力Ｑの減少率が小さくなる近似曲線を示す。

近似曲線を示す摩擦反力Ｑと、１／受圧面積Ｘとの関係に基づくと、荷重Ｎとの積によって摩擦反力Ｑとなる摩擦係数μと受圧面積Ｘとの関係は、図９（ｅ）に示すように、図９（ｄ）の近似曲線と逆向きであり、受圧面積Ｘが増加すると、摩擦係数μも増加するが、受圧面積Ｘが増加するほど摩擦係数μの増加率が小さくなる逆向きの近似曲線を示す。
換言すると、摩擦係数μと受圧面積Ｘとの関係は、受圧面積Ｘが減少すると、摩擦係数μも減少するが、受圧面積Ｘが減少するほど摩擦係数μの減少率が大きくなる近似曲線を示す。

そのため、図９（ｅ）において例示するように、荷重伝達領域３０ａによる受圧面積Ｘが一定の状態における第２免震装置２０の摩擦係数μ_２と、第１免震装置１０の摩擦係数μ_１とが近似するとともに、荷重伝達領域３０ａによる受圧面積Ｘが小さい場合、スライダー１３の変位によって、受圧面積Ｘが少し減少することで、第２免震装置２０の摩擦係数μ_２が第１免震装置１０の摩擦係数μ_１より小さくなるおそれがある。

そのため、上述の第１変形量δ１の第１例のように、第１免震装置１０のスライダー１３が下沓１２の端部に設けられたストッパーリング１４に接触してから第２免震装置２０が作動するように構成する場合は、荷重伝達領域３０ａによる受圧面積Ｘが減少しても第２免震装置２０の摩擦係数μが第１免震装置１０の摩擦係数μより小さくならないように、受圧面積Ｘが所定の大きさとなるように調整手段３０を設定する。

以上説明したように、本実施形態に係る免震装置１００によれば、第１免震装置１０から伝達される面圧を第２免震装置２０が受けることのできる基準面圧以下にして調整する調整手段３０を有する。これにより、第１免震装置１０が構造物Ｃから受ける面圧に対して第２免震装置２０が受けることのできる基準面圧が低い場合であっても、第１免震装置１０の下に第２免震装置２０を配置することができる。よって、対応可能な面圧の異なる複数の免震構造を直列に配置することができる免震装置１００とすることができる。

また、調整手段３０は、連結板である。つまり、調整手段３０は板状の部材であり、複雑な機構を有さない。このように、上述の面圧の調整を複雑な機構を用いずに行うことで、より簡素な構造とすることができる。

また、荷重伝達領域３０ａの大きさは、連結板の厚みによって設定される。つまり、荷重伝達領域３０ａの大きさを設定するために検討する条件として、連結板の厚みが用いられる。これにより、検討する条件として用いられる変数をより簡素なものとすることができる。よって、設計検討を効率化することができる。

また、荷重伝達領域３０ａの大きさは、連結板の平面視における面積によって設定される。つまり、荷重伝達領域３０ａの大きさを設定するために検討する条件として、連結板の平面視における面積が用いられる。これにより、例えば、連結板の高さに制限がある場合に、連結板の面積を大きくすることで対応することができる。よって、より設計検討の利便性を向上することができる。

また、連結板は、円形、又は頂点の数が４以上の正多角形である。連結板が円形であることで、面圧を伝達する領域を広くすることができる。また、連結板が多角形である場合と比較して、いずれかの頂点に面圧が集中することを防ぐことができる。よって、連結板の耐久性を向上することができる。連結板が、頂点の数が４以上の正多角形であることで、頂点の数が３である場合よりも、正多角形の周長を一定とした条件において、正多角形の面積を大きくすることができる。したがって、連結板に付加される面圧の大きさを小さくすることができる。よって、連結板の耐久性を向上することができる。

また、第１免震装置１０は、球面滑り装置であり、第２免震装置２０は、平面滑り装置である。つまり、２種類の滑り装置によって、１つの免震装置１００を構成する。これにより、本発明に係る免震装置１００が配置された構造物Ｃと基礎構造ＢＣとの間の免震を、２つの構造によって行うことができる。よって、より免震の効果を顕著にもたらすことができる。

また、荷重伝達領域３０ａの広がり角Ａは、連結板の剛性、曲げ剛性、及び材料強度と、平面滑り装置の滑り材２２の弾性剛性と、によって設定される。これにより、例えば、設置場所において免震装置１００の大きさが制限される場合等に、連結板の形状を変更することなく、荷重伝達領域３０ａの形状を調整することができる。

また、受圧面２２ａが、免震装置１００に水平荷重が加わっていない状態で、滑り材２２の領域内に存在する。つまり、免震装置１００が作動していない状態において、受圧面２２ａは、平面視において、平面滑り装置の滑り材２２の領域内に存在する。このような構成とすることで、免震装置１００が作動していない状態における、球面滑り装置から平面滑り装置への面圧の伝達を確実に行うことができる。

また、球面滑り装置の摩擦係数が、平面滑り装置の摩擦係数よりも小さい。これにより、平面滑り装置が作動するよりも早く、球面滑り装置を作動させることができる。よって、例えば、比較的震度が小さい地震が発生した際には、平面滑り装置を作動させることなく、球面滑り装置のみを作動させることによって対応することができる。

また、スライダー１３が外力により変位した際に滑り材２２に加わる一時的な面圧が、滑り材２２の圧縮限界強度以下である。これにより、地震によって球面滑り装置のスライダー１３が変位した際に、滑り材２２が破損することを防ぐことができる。よって、免震装置１００の耐久性を十分に確保することができる。

また、荷重伝達領域３０ａの滑り材２２に接する面である受圧面２２ａが所定面積を確保できるように、調整手段３０が第１免震装置１０から伝達される面圧を受け、第２免震装置２０に伝達する荷重伝達領域３０ａの大きさが、調整手段３０の厚み及び調整手段３０の平面視における面積の少なくとも一方によって設定されている。

これにより、荷重伝達領域３０ａの大きさを、調整手段３０の厚み及び調整手段３０の平面視における面積の少なくとも一方によって調整することで、荷重伝達領域３０ａの滑り材２２に接する面である受圧面２２ａが所定面積を確保できる。そのため、第１免震装置１０を、第２免震装置２０の作動よりも確実に早く作動させることができるとともに、第１免震装置１０が最大変位になる前に第２免震装置２０が作動することを確実に防止できる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、平面視において、調整手段３０は八角形であることが特に好ましいとしたが、これに限らない。例えば、調整手段３０を四角形とすることで、調整手段３０の小型化及び製造性の向上を図ってもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

なお、上述の説明では、荷重伝達領域３０ａによる受圧面積Ｘが減少しても第２免震装置２０の摩擦係数μが第１免震装置１０の摩擦係数μより小さくならないように、受圧面積Ｘが所定の大きさとなるように調整手段３０を設定し、上述の第１変形量δ１の第１例のように、第１免震装置１０のスライダー１３が下沓１２の端部に設けられたストッパーリング１４に接触してから第２免震装置２０が作動するように構成したが、例えば、図１０に示すように、上述の免震装置１００に比べて、第１免震装置１０に対する第２免震装置２０及び調整手段３０の大きさを大きく形成してもよい。
図１０に示す免震装置１００は、第１免震装置１０のスライダー１３がストッパーリング１４に当接するまで移動した状態での荷重伝達領域３０ａを考慮して、第２免震装置２０及び調整手段３０の大きさを設定している。

具体的には、図１０（ａ）に示すように、基礎構造ＢＣに対して構造物Ｃが右側に相対移動するように外力が作用し、第１免震装置１０のスライダー１３がストッパーリング１４に当接した状態において、当状態での広がり角Ａに基づく荷重伝達領域３０ａによる受圧面２２ａが滑り材２２の領域内に含まれるように、調整手段３０及び第２免震装置２０を設定している。

同様に、図１０（ｂ）に示すように、基礎構造ＢＣに対して構造物Ｃが左側に相対移動するように外力が作用し、第１免震装置１０のスライダー１３がストッパーリング１４に当接した状態において、当状態での広がり角Ａに基づく荷重伝達領域３０ａが滑り材２２の領域内に含まれるように、調整手段３０及び第２免震装置２０を設定している。

なお、図１０は、免震装置１００における一断面方向のみを図示しているが、平面視矩形（長方形もしくは正方形）状に形成された免震装置１００において直交する断面方向においても同様に、第１免震装置１０のスライダー１３がストッパーリング１４に当接した状態において、当状態での広がり角Ａに基づく荷重伝達領域３０ａが滑り材２２の領域内に含まれるように、調整手段３０及び第２免震装置２０を設定している。

上述したように、第１免震装置１０のスライダー１３がストッパーリング１４に当接した状態において、当状態での広がり角Ａに基づく荷重伝達領域３０ａが含まれるように、調整手段３０及び第２免震装置２０を設定することで、スライダー１３が外力により変位した際に滑り材２２に加わる一時的な面圧が、滑り材２２の圧縮限界強度以下となり、地震によって球面滑り装置のスライダー１３がストッパーリング１４に当接するまで変位した場合であっても、滑り材２２が破損することを防ぐことができる。よって、免震装置１００の耐久性を十分に確保することができる。

また、調整手段３０は、第１免震装置１０から伝達される面圧を受け、第２免震装置２０に伝達する荷重伝達領域３０ａを有し、荷重伝達領域３０ａの滑り材２２に接する面である受圧面２２ａが、スライダー１３が外力により変位した際に領域内に存在するように滑り材２２が形成されている。

これにより、スライダー１３の変位によって受圧面２２ａの面積が変化しない。そのため、第１免震装置１０を、第２免震装置２０の作動よりも確実に早く作動させることができるとともに、第１免震装置１０が最大変位になる前に第２免震装置２０が作動することを確実に防止できる。

１０第１免震装置
１１上沓
１１ａ上滑り面
１２下沓
１２ａ下滑り面
１３スライダー
２０第２免震装置
２１平板
２２滑り材
２２ａ受圧面
３０調整手段
３０ａ荷重伝達領域
１００免震装置
Ａ広がり角

Claims

第１免震装置と、
前記第１免震装置の下に配置される第２免震装置と、
前記第１免震装置と前記第２免震装置との間に配置され、前記第１免震装置から伝達される面圧を前記第２免震装置が受けることのできる基準面圧以下に調整する調整手段と、
を有する、
ことを特徴とする免震装置。
前記調整手段は、連結板である、
ことを特徴とする請求項１に記載の免震装置。
前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、
前記荷重伝達領域の大きさは、前記連結板の厚みによって設定される、
ことを特徴とする請求項２に記載の免震装置。
前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、
前記荷重伝達領域の大きさは、前記連結板の平面視における面積によって設定される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の免震装置。
前記連結板は、円形、又は頂点の数が４以上の正多角形である、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の免震装置。
前記第１免震装置は、球面滑り装置であり、
前記第２免震装置は、平面滑り装置であり、
前記平面滑り装置は、
平板と、
前記平板の上面もしくは下面に取り付けられている滑り材と、
を有し、
前記球面滑り装置は、
上沓と、
下沓と、
前記上沓と前記下沓との間を摺動するスライダーと、
を有し、
前記平面滑り装置と前記球面滑り装置との間には、前記連結板が設置される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の免震装置。
前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、
前記荷重伝達領域の広がり角は、前記連結板の剛性、曲げ剛性、及び材料強度と、前記平面滑り装置の前記滑り材の弾性剛性と、によって設定される、
ことを特徴とする請求項６に記載の免震装置。
前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、
前記荷重伝達領域の前記滑り材に接する面である受圧面が、前記免震装置に水平荷重が加わっていない状態で、前記滑り材の領域内に存在する、
ことを特徴とする請求項７に記載の免震装置。
前記球面滑り装置の摩擦係数が、前記平面滑り装置の摩擦係数よりも小さい、
ことを特徴とする請求項８に記載の免震装置。
前記スライダーが外力により変位した際に前記滑り材に加わる一時的な面圧が、前記滑り材の圧縮限界強度以下である、
ことを特徴とする請求項９に記載の免震装置。
前記荷重伝達領域の前記滑り材に接する面である受圧面が所定面積を確保できるように、
前記連結板が前記球面滑り装置から伝達される面圧を受け、前記平面滑り装置に伝達する荷重伝達領域の大きさが、前記連結板の厚み及び前記連結板の平面視における面積の少なくとも一方によって設定された、
ことを特徴とする請求項９に記載の免震装置。
前記連結板は、前記第１免震装置から伝達される面圧を受け、前記第２免震装置に伝達する荷重伝達領域を有し、
前記荷重伝達領域の前記滑り材に接する面である受圧面が、
前記スライダーが外力により変位した際に領域内に存在するように前記滑り材が形成された、
ことを特徴とする請求項９に記載の免震装置。