JPH01247633A

JPH01247633A - 免震装置用減衰機構

Info

Publication number: JPH01247633A
Application number: JP7518388A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Tada; 多田　英之; Isamu Abe; 安倍　勇; Susumu Otsuka; 大塚　将; Hiroshi Sugimoto; 博史杉本; Kunio Hayakawa; 邦夫早川
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 1988-03-28
Filing date: 1988-03-28
Publication date: 1989-10-03
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH0742744B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉この発明は、建築物とその基礎のような上部構造と下部
構造間に介在され、下部構造から上部構造に伝わる地震
エネルギーを減少させる免震装置用減衰機構に関する。

〈従来の技術〉建物の耐震構造の一つとしては、第８図に示すように、
複数個の免震装置であるアイソレータ５１．５１を上部
構造５２と下部構造５３との間に挟み込み、上部構造５
２を支持するようにしたものがある。このアイソレータ
５１はゴムの大きな鉛直載荷能力とゴムのせん断変形に
よる小さな水平バネ剛性を持っている。したがって、重
量物である上部構造を安定性良く支え、水平方向の動き
を弱いバネで規制したことになる。このように支持する
と、構造物の系全体の水平方向の振動周期を増大させ、
それを地震の最大エネルギー成分の周期よりも大きくす
る。したがって、地震発生時の地震からの入力に対する
建物の応答加速度を減少させることができる。

しかしながら、上記アイソレータ５１のみによって上部
構造５２を支持すると、アイソレータ５Ｉの水平方向の
バネ力が小さいため次の問題が生じる。

第１の問題は、地震動の作用によって一旦上部構造５２
が振動し始めると、その振動振幅がアイソレータ５１を
用いず直接下部構造５３に上部構造５２を支持させた場
合に比へて大きくなると共に、その揺れが静まるまで時
間がかかることである。ずなわら物理的に安全が保障さ
れたとしてら、居住者にとって心理的に不安な状態が長
く続くことになり、建築物の免震構造としては不適当で
ある。

第２の問題は、台風の風荷重等の横方向荷重が建物に加
わった場合、その方向に上部構造５２が位置ずれするお
それがあり、上部構造５２の安定性が保障されないこと
である。

これらの問題点を解決するために、最近、建築物の上部
構造と下部構造との間にヒステリシス特性を持っている
弾塑性部材からなる減衰機構を介在させ、そのヒステリ
ンス特性でらって振動エネルギーを吸収さけるようにし
た乙のが提案されている（特開昭６０−２５８３４３号
公報）。

〈発明が解決しようとする課題〉ところで、上記従来の弾塑性部付からなる減衰機構の設
計において、その可能な最大変形屯が、建築物に作用す
る地震のうち最大の地震の振幅（変形量約２５０ｍｍ）
以上になるように設計する。これがため、最も多く発生
する振幅（変形量約３０ｍｍ以下）の小さい地震が発生
したときには、減衰機構は、弾性変形の範囲で゛変形す
るにとどまり、ヒステリンス特性を発揮して振動エネル
ギーを吸収することができない。そのため、振幅の小さ
い地震が発生したとき、建築物は長時間症れる。居住者
は心理的に不安になる。

そこで、この発明は、弾性領域の異なる弾塑性部材を複
数組合せることにより、小さい振幅の振動時にも、大き
な振幅の振動時にも塑性域の変形を行なって振動エネル
ギーを吸収できる免震装置用減衰機構を提供することを
目的としている。

く課題を解決するための手段〉上記目的を達成するため、この発明の免震装置用減衰機
構は、一端が上部構造に、他端が下部構造に取り付けら
れ、弾塑性部材からなる第１弾塑性部材と、一端が上部
構造に、他端が下部構造に取り付けられ、弾塑性材料か
らなり、上記第１弾塑性部材が弾性領域内で変形してい
る状態で塑性変形する第２弾塑性部材とを備えたことを
特徴としている。

く作用〉小さい地震により、上部構造が小さく振動したときには
、第１弾塑性部材は弾性領域内で変形するからエネルギ
ーを吸収し得ないが、第２弾塑性部材は塑性領域で変形
するため、小さな振動エネルギーはこの第２弾塑性部材
のヒステリシス効果により吸収される。したがって、振
幅の小さい地震が発生してら、上部構造の振動は極めて
短時間に減衰し、居住者か地震の発生後、その振動を感
じなくなるまでの時間が極めて短縮される。

一方、大きい地震により、上部構造が大きく振動したと
きには、第１弾塑性部材が塑性変形し、ヒステリシス効
果により、振動エネルギーが吸収され、上部構造の振動
は速やかに減衰される。なお、このとき、第２弾塑性部
材は塑性破壊するが、このような大きな振動を起こす地
震は極めて少ないから実用上問題はない。

〈実施例〉以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図において、１は下部構造、２は上部構造、３は下
部構造１にアンカー４により固定したプレート、５はプ
レート３に固定した円柱状の下取付部材、６は上部構造
２にアンカー７により固定したプレート、８はプレート
６に下取付部材５と同軸に固定した円柱状の上取付部材
である。

上記下取付部材５および上取付部材８の側面には、第１
弾塑性部材としての鋼棒を螺旋状に曲成してなるリング
状弾塑性部１１１．＋　１．・・の各々の端部を溶接等
で固定している。上記リング状弾塑性部材１１．＋　１
．・・・は、第１．２図に示すように、勾配方向を一致
させてプロペラの端縁形状をなすように、すなわち花弁
状に配置して、全ての方向に均等に制動力を与えるよう
に１．ている。

一方、上記下取付部材５の上端面および上取付部材８の
下端面には、取付具１２，１２を固定している。上記取
付具１２は、フランジ部１３と円筒部１４とからなり、
円筒部１４の先端は内周面より末広がりに拡大して、後
記する棒状弾塑性部付を挿入し易くしている。上記フラ
ンジ部１３゜１３はボルト１５により上、下取付部材５
．８に固定している。上記取付具１２．１２の円筒部１
４゜１４には、第２弾塑性部材としての鉛で形成した太
くて真直な棒状弾塑性部材１７の両端を挿入している。

弾塑性材料からなる棒体の物性は、弾性領域では、長さ
ａ、伸び（変形量）Δｇ、歪ε、応力σ１弾性定数Ｅ、
断面積Ａ１作用する力Ｐとすると、“　　　　・・・・
・・■ ２　　　・・・・・・■ との関係があり、変形量△ρはから、断面積Ａに反比例し、長さｅに比例する。

そして、この関係は塑性領域でも指数が変わるだけで成
り立つ。そのため、大きな振幅に対応するために、すな
わち変形量を大きくする性能（変形能）を大きくするた
めには、棒体を長くすればよい。

また、大きな外力に耐えるようにするには、断面積Ａを
大きくすればよい。すなわち、太く長い棒体が、大きな
外力に耐え、変形量を大きくすることができる。

このことから、狭い空間に納められるように、長さａの
長い棒体をリング状にしているリング状弾塑性部材ＩＩ
は、変形能が大きいことが分かる。

一方、棒状弾塑性部材１７は鉛で製作されている。

鉛は弾性領域が狭く、塑性領域が大きい。しかも、棒状
弾塑性部材Ｉ７の形状は断面積が大きく長さが短いから
変形能が小さく、大きな外力に耐えることができる。

上記構成の免震装置用減衰機構によれば、小さな振幅（
３０ｍｍ以下）の地震に対しては、リング状弾塑性部材
１１．１＋、・・・は弾性領域内の変形をしてエネルギ
ーを吸収することはできないが、棒状弾塑性部材Ｉ７は
塑性域の変形を行なって、ヒステリシス特性でエネルギ
ーを吸収する。したがって、振幅の小さな地震の発生し
たとき、速やかに減衰が行なわれ、上部構造２の揺れは
速やかに停止する。したがって、居住者に心理的不安感
を与えろことは少ない。なお、棒状弾塑性部材１７は、
断面積が大きく、長さが短いため、小さな揺れに対して
大きな制動力を与える。

一方、大きな振幅の地震に対しては、リング状弾塑性部
材＋　１．１１．・・・は鋼棒で製作され、長さが長い
ため、変形能が大きく、塑性領域の変形によるヒステリ
シス特性で大きな振動エネルギーを吸収できる。したが
って、振幅の大きな地震が発生したとき、速やかに減衰
が行なわれ、上部構造２の揺れは速やかに停止する。な
お、この大きな振幅の振動の場合には、棒状弾塑性部材
Ｉ７は変形能が小さいため、破壊する。しかし、このよ
うな大きな振幅の地震が発生する頻度は、極めて少ない
から、大きな地震の場合に棒状弾塑性部材１７が破壊す
るようにしても実際上問題はない。

第３図は上記実施例のリング状弾塑性部材ＩＩ。

棒状弾塑性部材１７およびそれらを組み合わせたものの
変形量と水平力の関係を示す図である。

第４図、第５図は、この実施例の棒状弾塑性部Ｉ１１を
使った場合と使わない場合との免震ビル　。

の振動特性を示すものである。第４図、第５図の実験デ
ータは、鋼板等の剛性板と天然ゴムやネオブレンゴム等
の薄い弾性板とを交互に垂直方向に重ね合わせてなるア
イソレータを下部構造ｌと上部構造２との間に介設し、
リング状弾塑性部材１Ｉのみの減衰機構と、リング状弾
塑性部材１１と棒状弾塑性部材Ｉ７とを有する減衰機構
とを大きい地震と小さい地震との両方について比較した
ものである。

第４図から、棒状弾塑性部材１７を有する場合は、それ
が無い場合よりも、大きい地震のときにも小さい地震の
ときにも、加速度が小さくなることが分かる。また、第
５図から棒状弾塑性部材１７を有する場合は、それが無
い場合よりも大きい地震のときにも小さい地震のときに
も変位が小さくなることが分かる。

上記実施例の減衰機構では、リング状弾塑性部材１１と
棒状弾塑性部材１７の端部を夫々取付部材５．８に取り
付け、この取付部材５．８を下部構造Ｉおよび上部構造
２に取り付けるようにしているので、減衰機構の取り付
け、取り外しが容易に行なえる。

第６．７図は第２実施例を示し、この第２実施例は第１
弾塑性部材としてのリング径の大きい大径リング状弾塑
性部材２１と第２弾塑性部材としてのリング径の小さい
小径リング状弾塑性部材２２を用いたものである。大径
リング状弾塑性部材２Ｉの両端の輪環部２［ａ、２１ａ
は同一鉛直線上に配置し上、下の取付部材２５．２７に
ボルト３１により固定している。また、小径リング状弾
塑性部材２２も上下の輪環部２２ａ、２２ａを同一直線
上に配置して、取付部材２５．２７の台部２６．２８に
ボルト３２．３２で固定している。

小径リング状弾塑性部材２２は長さが短いため変形能が
小さく、弾性領域が小さく、小さな振幅の振動に対して
も塑性変形して振動エネルギーを吸収する。一方、大径
リング状弾塑性部材２１は長さが長いため変形能が大き
く、大きい振幅の振動に対し塑性変形して振動エネルギ
ーを吸収する。

このようにリング径の異なるリング状弾塑性部材２１．
２２を組み合わせることによって、小さい振動時にも、
大きな振動時にも塑性域の変形を行なって振動エネルギ
ーを吸収することができる。

上記実施例では第１．第２弾塑性部材を取付部材に連結
するようにしているが、第１．第２弾塑性部材を別々に
分離して、上、下部構造に取り付けるようにしてもよい
。

〈発明の効果〉以上より明らかなように、この発明の免震装置用減衰機
構は、第１弾塑性部材と第２弾塑性部材とを備え、第１
弾塑性部材が弾性変形している状態で第２弾塑性部材が
塑性変形するようにしているので、小さい振幅の振動に
対しては第２弾塑性部材か塑性変形して振動エネルギー
を吸収でき、大きい振幅の振動に対しては第１弾塑性部
材が塑性変形して振動エネルギーを吸収でき、したがっ
て、大きい地震に対しても小さな地震に対しても、速や
かに上部構造を静止させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施例の免震装置用減衰機構の
正面図、第２図は第１図の■−■線矢視図、第３図は上
記実施例の変形量−水平力特性図、第４図は地震時の免
震ビルの加速度応答を示す図、第５図は免震ビルの地震
時の変位応答を示す図、第６図はこの発明の第２実施例
の免震装置用減衰機構の正面図、第７図は第６図の■−
■線矢視図、第８図は建物の免震構造を示す図である。ＩＩ、１２・・・第１弾塑性部材、１７．２２・・・第２弾塑性部材、５．８，２５．２７・・・取付部材。特許出願人　多田英之　はが１名代理人　弁理士　　青　山　　葆　　　はかＩ名第１１
Ｊ → 第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一端が上部構造に、他端が下部構造に取り付けら
れ、弾塑性部材からなる第１弾塑性部材と、一端が上部構造に、他端が下部構造に取り付けられ、弾
塑性材料からなり、上記第１弾塑性部材が弾性領域内で
変形している状態で塑性変形する第２弾塑性部材とを備
えた免震装置用減衰機構。
（２）上記特許請求の範囲第１項に記載に免震装置用減
衰機構において、上記第１弾塑性部材の一端と第２弾塑性部材の一端とが
取付部材に連結され、上記第１弾塑性部材の他端と第２
弾塑性部材の他端とが取付部材に連結されている免震装
置用減衰機構。
（３）上記特許請求の範囲第１項に記載の免震装置用減
衰機構において、上記第１弾塑性部材の弾性領域内で第２弾塑性部材が塑
性破壊する免震装置用減衰機構。