JPH0520809Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 Ａ 考案の目的 ［産業上の利用分野］ この考案は、建築物等の上部構造と基礎等の下
部構造に介装されて地震時の振動を吸収する免震
装置に関する。特には、一般住宅などの比較的鉛
直荷重の小さな場合の免震装置に関する。

［従来技術の問題点］ 積層ゴム体等の免震装置を建築物と基礎との間
に介装し、地震時の振動を吸収することは近年注
目されつつあり、一般住宅もその例外ではない。

しかしながら、積層ゴム体を使用した場合、鉛
直荷重の小さな一般住宅などの建築物においては
その横断面積に比し丈高い構造となり、従つて座
屈を生じ易い構造となり、実用上問題点を残して
いる。

［考案が解決しようとする問題点］ 本考案は上記実情に鑑み、積層ゴム体に依ら
ず、鉛直荷重の小さい一般住宅用に適した新規な
免震装置を提供することを目的（技術的課題）と
する。

本考案はこのため、弾性棒状体の荷重支持機能
と復元力を利用するとともに、粘性せん断抵抗に
よるエネルギー吸収特性を付加することに着目し
てなされたものである。

Ｂ 考案の構成 ［問題点を解決するための手段］ 本考案の軽荷重用免震装置は上記目的を達成す
るための、次の構成（技術的手段）を採る。すな
わち、上部構造と下部構造との間に介装され、
これらの構造物のうち一方の構造物に植設され
横方向荷重に対して弾性復元する棒状体の端部を
凸球面状となし、この端部で他方の構造物に固定
した前記凸球面と球面接触する凹部が形成された
球面受けを介して上記構造の荷重を支持してなる
鉛直荷重支持水平ばね装置と、前記下部構造に
固定されるとともに前記棒状体回りに配され、上
面が平面に形成された基台と、この基台の上面外
周に液密に固設された囲壁と、前記球面受けが上
部構造に固定されている場合には該球面受けの外
側に摺接し、該球面受けが下部構造に固定されて
いる場合には前記棒状体を囲んで上部構造に固定
された反力受けの外側に摺接し、上下動自在に係
合するとともにその下面が該基台の上面と微小間
隙を存して相対して配された水平抵抗体と、前記
囲壁内に充填され、少くとも該微小間隙を満たす
粘性体とからなる粘性せん断抵抗装置とからな
る、ことを特徴とする。

上記構成において、鉛直荷重支持水平ばね装置
の弾性棒状部材は垂直荷重を支持するとともに、
所定の横方向の外力により変形してばね復元特性
を発揮するものであり、鋼棒その他の適宜の弾性
素材が使用される。

粘性せん断抵抗装置において、基台の上面と水
平抵抗板の下面との微小間隙ｓには粘性体が介在
してそこに粘性せん断抵抗発生部が構成されてい
る。粘性せん断抵抗装置内に充填される粘性体と
しては通常の粘性体、例えばシリコン油の他に、
特に減衰特性の向上を図るべく高粘度粘性体、例
えばポリイソブチレン、ポリプロピレン、ポリブ
テンなどの高分子粘性体、あるいはアスフアルト
などが使用される。

［作用］ 常時においては、上部構造の荷重は球面受け並
びに棒状体を介して下部構造に伝達され、本装置
自体で上部構造の荷重を支持する。

構造物が地震等の強力かつ急激な外力を受けて
強制振動を起こすと、この振動は構造物と基礎と
の間に介装された本装置に伝達される。本装置は
水平方向に移動可能となつているので、上記相対
変位は結局、粘性せん断抵抗部の粘性せん断抵抗
発生部の相対変位となつて現われる。この相対変
位によつて当該抵抗発生部には粘性せん断抵抗力
が生じ、該抵抗力によつてこの強制振動は吸収さ
れることになる。

［実施例］ 本考案の軽荷重用免震装置の実施例を図面に基
づいて説明する。

第１図ないし第４図はその一実施例（第１実施
例）を示す。すなわち、第１図及び第２図はこの
実施例装置Ｈの全体構造を示し、第３図及び第４
図はその部分構造を示す。

図において、Ｇは建築物等の上部構造、Ｂは基
礎等の地盤に連なる下部構造である。

本免震装置Ｈは上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間
に介装され、鉛直荷重支持水平ばね装置２とこれ
に付置される粘性せん断抵抗装置４とを含む。

鉛直荷重支持水平ばね装置（以下「支持装置」
という）２は、基端１１が基礎Ｂに埋設固定され
た弾性棒状体１０の上端部１２を凸球面状とな
し、この端部１２で上部構造Ｇに固定した球面受
け１４を介して上部構造Ｇの荷重を支持してなる
ものである。

もつと詳しくは、弾性棒状体１０は等断面の円
柱状部材で、それ自体で上部構造Ｇの荷重を支持
し得るとともに、水平力に対し弾性復元性すなわ
ちばね特性を示す。該棒状体１０は鋼材その他の
金属素材よりなる。該棒状体１０の下端１１は凹
凸面を有するアンカー部に形成され、基礎Ｂ内に
埋設固定される。なお、棒状体１０の上端部１２
の凸球面は小さな曲率半径ｒを有する。

球面受け１４は大径の円柱体よりなり、下面部
には下方に向つて開く凹面状の凹部１５が凹設さ
れ、この凹部１５に前述の棒状体１０の上端部１
２を受け入れる。凹部１５の曲率半径Ｒは前記し
た凸球面の曲率半径ｒより大きくされる。またそ
の外周面１６は平滑に仕上げられている。そし
て、アンカー部材１７を介して上部構造Ｇの下面
に固設される。

粘性せん断抵抗装置４はこの支持装置２の周り
に付置され、その上面２０Ａが平面に形成された
基台２０と、前記球面受け１４に上下動自在に係
合するとともにその下面３５Ａが該基台２０の上
面２０Ａと微小間隙ｓを存して相対して配された
水平抵抗体３５と、該微小間隙ｓに充填された粘
性体Ｌとを含む。

もつと詳しくは、基台２０は内部に鉛直方向に
内孔２１を有する円筒部２２と、この円筒部２２
の上部において外方に張設された円板状の上板２
３と、円筒部２２の下部において外方に張設され
た円板状の下板２４とからなり、上板２３と下板
２４との間にリブ部材２５が円周方向に適宜数固
設されている。

この基台２０は円孔２１の軸心を棒状体１０の
軸心に合致して基礎Ｂ上に配されるとともに、基
礎Ｂとはボルト２７及びナツト２８からなるアン
カー部材２９によつて基礎Ｂに碇着固定される。
また、円孔２１の底部には充填される粘性体の密
封を図るシール部材３０が装填されている。

第３図にこのシール部材３０の詳細構造が示さ
れる。すなわち、本体部３１はゴム等の弾性素材
により環状に形成され、棒状体１０と基台２０の
円孔２１との環状空間に 挿され、この本体部３
１の内周面及び外周面にはそれぞれ複数のシール
溝が円周方向に凹設されている。これらのシール
溝に円周側及び外周側にＯリング３２が装着さ
れ、その弾性により液密を保つている。

基台２０の上板２３上の外周部には円筒状の囲
壁３３が固設され、かつ、この囲壁３３を密封す
る円筒状シール部材３４が上部構造Ｇの下面に固
設されている。

水平抵抗体３５は有底の２重壁よりなる円環体
をなす。すなわち、円筒状の内周壁３６及び外周
壁３７とこれらの下端を接続する円板状の底板３
８とからなり、内周壁３６の内側面３９は前述し
た球面受け１４の外側面１６と上下に摺動自在に
係合している。これにより、水平抵抗体３５は上
下に移動自在であるが、水平方向は移動が規制さ
れることになる。

水平抵抗体３５の下面３５Ａすなわち底板３８
の下面にはすべり材４０が固設される。このすべ
り材４０は、銅合金、薄鋼板上に黒鉛を含有した
銅系焼結合金層を一体に被着形成した複層材、あ
るいた耐摩耗性の合成樹脂素材などが使用され、
これらは底板３８の下面に溶接、接着あるいは一
部を突出させて埋設するなどの方法によつて固定
される。

これにより、水平抵抗体３５の下面３５Ａと基
台２０の上面２０Ａとは微小間隙ｓに保持され、
かつ、この微小間隙ｓ内に充填される粘性体Ｌに
よつて「粘性せん断抵抗発生部」が構成されるこ
とになる。

第４図にはこのすべり材４０を底板３８に埋設
させた固定態様を示す。また、同図において、す
べり材４０の下面４０ａは円弧状に形成され、基
台２０の上面２０Ａとの接触は点接触とされ、不
要な摩擦抵抗を避けている。

また、この水平抵抗体３５の中空部には円周方
向に適宜間隙を保つて複数個のコイルばね４２が
上部構造Ｇの下面と水平抵抗体３５の底板３８と
の間に介装され、該水平抵抗体３５を常時下方に
付勢している。

なお、粘性体Ｌは、この粘性せん断抵抗装置４
の囲壁３３内の上部にまで充填されている。

この免震装置Ｈに併置してトリガー装置が上部
構造Ｇと下部構造Ｂ間に設置されうる。すなわ
ち、上部構造Ｇに作用する風荷重あるいは微小地
震に対する上・下部構造Ｇ，Ｂの相対的変位を抑
止するため、一定横荷重までは破断しないせん断
ピン方式、摩擦力により横荷重を拘束する摩擦方
式等の種々のトリガー装置が設置されるものであ
る。

上記した構成よりなる本実施例の免震装置Ｈの
作動について述べる。

常時において、上部構造Ｇの荷重は球面受け１
４並びに棒状体１０を介して下部構造Ｂに伝達さ
れ、上部構造Ｇは他の荷重支持装置を要すること
なく、本免震装置Ｈによつて支持される。

温度変化により棒状体１０は軸方向に伸縮し、
これにより粘性せん断抵抗装置４の間隙部ｓに変
化がもたらされるが、抵抗体３５は上下方向に移
動自在であるとともにコイルばね４２により下方
に付勢されているので微小間隙ｓに変化はない。

地震による強制振動力が作用すると、下部構造
Ｂは地震動に応じて振動するが、下部構造Ｂと上
部構造Ｇとの間に介装されている本装置Ｈによ
り、その棒状部材１０は横方向変位に対して弾性
を有するので、地震動の短周期成分が除かれ、長
周期成分のみを上部構造Ｇに伝える。これによ
り、上部構造Ｇは固有の振動周期で揺れることに
なる。これに伴い、本装置Ｈの棒状体１０は上部
構造Ｇの振動に追従して変位することになる。

上部構造Ｇと下部構造Ｂとの相対運動に応じ
て、今、上部構造Ｇが第１図において右方向に移
動したとすると、これに伴い水平抵抗体３５も同
方向へ変位し、水平抵抗体３５の下面３５Ａと基
台２０の上面２０Ａとの間に相対的運動が生じ、
この２面間に介在する粘性流体Ｌによつて粘性せ
ん断抵抗が運動の逆方向すなわち左方向に発生
し、上部構造Ｇの運動を阻止する方向に働く。

また、棒状体１０も上部構造Ｇとともにその頭
部が右方向へ振れるが、棒状体１０の有する靱性
により棒状体１０自体も横方向変位に抵抗する。

次に、上部構造Ｇが振れ戻しにより左方向に変
化すると、これに棒状体１０の復元力も加わり、
水平抵抗体３５も同方向に変位し、前述と同様に
粘性せん断抵抗が右方向に働き、上部構造Ｇの運
動を阻止することになる。

この変位は棒状体１０の中立位置を通過して左
方向に至るが、その最大幅は前述の粘性せん断抵
抗を受けて当初の振幅よりも格段に小さくなつて
いる。

このようにして上部構造Ｇは棒状体１０の中立
軸を境にして左右に振動するが、この振動に伴い
発生する粘性せん断抵抗力により上部構造Ｇの振
動は急速に吸収される。

なお、トリガー装置が併置されていると風荷重
に対して上部構造Ｇは揺れることはない。また、
微小地震に対して上部構造Ｇは下部構造Ｂと一体
的に揺れる。

上述した実施例装置Ｈの作動において、粘性せ
ん断抵抗発生部に生ずる粘性せん断力は、一般に
粘性体の粘性係数、粘性体を介して相対運動を行
う二面間の面積及びその相対速度にそれぞれ比例
し、二面間の間隙距離に反比例する。

しかして、本免震装置Ｈにおいては二面２０
Ａ，３５Ａの間隙距離は微小間隙ｓに形成され、
かつ板面２０Ａ，３５Ａによる相対面積が大きい
ので、二面間に働く抵抗力は極めて大きく、構造
物間の急激な運動は直ちに拘束される。そして、
粘性体に高粘度の高分子粘性体を用いるとき、上
述した傾向は一層顕著になる。すなわち、この粘
性体は非ニユートン流体特性、すなわち擬塑性流
体特性（流体の速度が大きくなる程高粘度から低
粘度に変化して流動し易く、抵抗力の増加の度合
が小さくなる現象。抵抗力は速度のほぼ0.5〜0.6
乗に比例する。）を示し、その抵抗力の発生は同
一速度であれば変位振幅、振動数によらず一定で
あり、一定速度が与えられると該抵抗力は矩形波
的な立上りを示すので、振動に対し極めて敏感で
あり、即答性に優れた特徴を有する。

第５図は本考案の他の実施例（第２実施例）を
示す。図において、先の第１実施例と同等の部材
については同一の符号が付されている。

この第２実施例の免震装置Ｉは支持装置２を第
１実施例のものと逆に配したことを特徴とする。
すなわち、弾性棒状体１０はその基端１１が上部
構造Ｇに埋設固定され、一方球面受け１４が下部
構造Ｂに固定され、弾性棒状体１０の凸球面状の
下端部１２を球面受け１４の凹部１５に当接し、
上部構造Ｇの荷重を支持している。

この態様に伴い、棒状体１０周りに円筒状の反
力部材５０がアンカー部材５１を介して上部構造
Ｇの下面に埋設固定され、粘性せん断抵抗装置４
の水平抵抗体３５はその内側面３９をこの反力部
材５０の外面５２に摺接して配設される。

また、シール部材３０は内孔２１内において棒
状体１０に遊 され、球面受け１４上に載置して
配される。この円環状のシール部材３０は内孔２
１の内周面及び球面受け１４の上面との密封性を
図りうれば足りる。

本考案は上記実施例に限定されるものではな
く、本考案の基本的技術思想の範囲内で種々設計
変更が可能である。すなわち、以下の態様は本考
案の技術的範囲内に包含されるものである。

棒状体１０は一本に限られず、その弾性を保
持するため一本当りの荷重支持力が不足すると
きには複数本配される。このとき、棒状体１０
は密着して配する態様、あるいは分散して配す
る態様を採りうる。この複数本配する態様にお
いて、第２実施例のように棒状体を上部構造Ｇ
に固定する態様が、シール部材３０の構造から
好ましい。

棒状体１０は円柱状に限らず、多角柱であつ
てもよいが、先端部は曲面に形成される。

第１実施例における球面受け１４と水平抵抗
体３５との係合第２実施例における反力部材５
０と水平抵抗体３５との係合は円筒係合を採る
が多角筒係合を採ることができる。

Ｃ 考案の効果 本考案の軽荷重用免震装置は上記構成よりなる
ので、常時及び地震時において荷重支持機能を有
し、積層ゴム支承と同等の作用を発揮し、かつ積
層ゴム支承のような圧縮変形が生じない。また、
弾性棒状体のばね復元作用と粘性せん断抵抗装置
の粘性せん断作用とが相作用して、積層ゴム支承
以上にすぐれた地震動吸収性能を発揮する。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の軽荷重用免震装置の実施例を示
し、第１図はその一実施例（第１実施例）の全体
縦断面図、第２図は第１図のＸ−Ｘ線断面図、第
３図及び第４図は第１実施例の詳細構造図、第５
図は他の実施例（第２実施例）の縦断面図であ
る。 Ｇ……上部構造、Ｂ……下部構造、２……鉛直
荷重支持水平ばね装置、４……粘性せん断抵抗装
置、１０……棒状体、１２……凸球面、１４……
球面受け、１５……凹部、２０……基台、２０Ａ
……上面、３５……水平抵抗体、３５Ａ……下
面。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 上部構造Ｇと下部構造Ｂとの間に介装され、 これらの構造物のうち一方の構造物に植設され
   横方向荷重に対して弾性復元する棒状体１０の端
   部を凸球面状１２となし、この端部で他方の構造
   物に固定した前記凸球面１２と球面接触する凹部
   １５が形成された球面受け１４を介して上部構造
   Ｇの荷重を支持してなる鉛直荷重支持水平ばね装
   置２と、 前記下部構造Ｂに固定されるとともに前記棒状
   体１０回りに配され、上面２０Ａが平面に形成さ
   れた基台２０と、この基台２０の上面外周に液密
   に固設された囲壁３３と、前記球面受け１４が上
   部構造Ｇに固定されている場合には該球面受け１
   ４の外側１６に摺接し、該球面受け１４が下部構
   造Ｂに固定されている場合には前記棒状体１０を
   囲んで上部構造Ｇに固定された反力受け５０の外
   側５２に摺接し、上下動自在に係合するとともに
   その下面３５Ａが該基台の上面２０Ａと微小間隙
   ｓを存して相対して配された水平抵抗体３５と、
   前記囲壁３３内に充填され、少くとも該微小間隙
   ｓを満たす粘性体Ｌとからなる粘性せん断抵抗装
   置４とからなる、 ことを特徴とする軽荷重用免震装置。