JPH0674665B2 - 免震装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は免震装置に関するものである。

従来の技術 地震から建物等を保護する基礎構造として本出願人が提
唱している免震装置〔特願昭61−247080〕は、第６図に
示すようなものである。

すなわち構造物である建物（１）を基礎（２）の上に免
震アイソレータ（３）（３）…によって載置・支持し、
同時に鉛塊（４）によって建物（１）と基礎（２）を連
結したものである。

この免震装置（５）において、免震アイソレータ（３）
は第７図及び第８図に示すように、ゴム板等の薄い弾性
板（６）（６）…と鋼板等の剛性板（７）（７）…を交
互に積層・固着したものである。この構造は、鉛直方向
に極めて大きいバネ剛性を、また水平方向に小さなバネ
剛性を示す。そして大重量の建物（１）を安定した状態
で、水平方向のみに動き得るように支えることができ
る。そして、建物（１）の水平方向の固有振動周期を、
破壊力を与える地震動の水平成分の周期よりも大きいも
のとして、地震による入力加速度を低減し、建物（１）
を地震動から保護する。

鉛塊（４）は、例えば第９図に示すような形状のものが
用いられ、第10図に示すような水平方向荷重Ｐに対する
変位δの初期特性Ａ、及びヒステリシス特性Ｂにより、
固定的効果と減衰効果を発揮する。

固定効果は、同図の特性Ａにより与えられるもので、ａ
点に達するまでの水平方向荷重では変位δが殆ど発生し
ないのを利用して、大型車輌の通過による振動や、台風
による水平方向荷重等によっては建物が動かないように
している。

減衰効果は、ヒステリシス特性Ｂによって囲まれる面積
に比例する大きさで、鉛塊（４）が振動エネルギを吸収
することを利用するものである。すなわち地震が発生し
て免震アイソレータ（３）（３）…を介して建物（１）
が低速度で動き始めたとき、この振動エネルギを吸収し
て、揺れを小さくし、振動の減衰を早めることができ
る。

発明が解決しようとする問題点 上述した免震アイソレータ（３）と鉛塊（４）とを組合
わせた免震装置（５）は、理論上は水平方向の荷重Ｐに
対して、第11図（ハ）に示すような変位δの特性ｂを有
する。これは、免震アイソレータ（３）の極めて弱い水
平方向バネ剛性板（イ）と、鉛塊の水平方向荷重−変位
特性（ロ）の和によって与えられるものである。免震装
置の設計にあたって重要なことは、特性（ハ）の変位の
初期の立ち上がり部分の高さｈを任意に設定し得ること
と、水平方向変位の特性ｂの傾きをできるだけ水平にす
ることである。

上記高さｈは、鉛塊（４）の水平方向の断面積の大きさ
によって任意に設定できる。これによって、免震動作を
開始する水平方向荷重の大きさを建物の規模に応じて任
意に選べる。

特性ｂの傾きを、できるだけ水平にすることは、基礎
（２）から建物（１）に伝達される高周波振動をできる
だけ抑えるため必要である。このような高周波振動は、
地震発生時に、建物が免震アイソレータの作用によって
ゆっくり動いているとき、地震動に寄生して発生するも
ので、体感振動として伝達されると居住性を損ない、内
部設備に影響を与える等の問題を生じ、免震効果として
充分なものと言えなくなるからである。

而して実際に免震装置を設計して実規模の地震入力を加
えてみると、その水平方向荷重−変位特性は、第11図中
（ハ）に点線で示すような特性ｃになっていることがわ
かった。この特性ｃは理論値ｂより傾きが大きく、上述
したような高周波の体感振動を、基礎から建物に入力さ
せるものである。

このような特性ｃとなるのは、同図中（ロ）に点線で示
すように、鉛塊（４）の水平方向変位の特性ｄが水平で
なく傾きを持つからである。これをさらに具体的に示す
と、振動の振幅が大きくなると、第10図のヒステリシス
特性において、略矩形であったヒステリシス特性Ｂが、
中心でくびれ傾きをもった形状の特性ｃに変化し、本来
は弾性体ない鉛塊が弾性を示すことになるからである。

このように弾性が現れる原因は、次のように考えられ
る。

水平方向変位が大きくなると、建物と基礎に両端を固定
された鉛塊の伸縮長さは大きくなる。このため振幅が大
きくなるに従って、変形の仕方が、曲げ変形並びにせん
断変から、軸方向変に移行する。すなわち小振幅時に
は、第10図中に実線で示す略矩形の特性Ｂであったもの
が、実規模の地震動に対しては同中実線で示すような傾
いたヒステリシス特性Ｃを示すようになり、弾性を発現
してしまうのである。

そこで本発明は、鉛を用いて固定的効果と減衰効果を持
たせた免震装置において、水平方向変位が大きくなった
ときでも弾性が現れないような鉛棒の構造を提供するこ
とを目的とする。

問題点を解決するための手段 本発明は上記従来の問題点に鑑み、これを改良したもの
で、問題点を解決するための手段は、薄い弾性板と剛性
板を交互に積層した免震アイソレータによって、構造物
を基礎上に載置・支持するとともに、鉛棒の両端を構造
物と基礎に夫々固定した免震装置において、 鉛棒に、両端支持部を含む鉛直方向の１つの平面に沿っ
てのみ湾曲する湾曲部を設け、この湾曲部を含めた鉛棒
の全長を免震アイソレータの設計上の最大振幅に対して
引き延ばされず、曲げ変形およびせん断変形のみが行な
われる長さ以上とし、かつ繰返し変形に対して垂れ下が
らない所定値以下の長さとし、 鉛棒の太さを、構造物の規模に応じ、必要な固定的効果
が与えられるように決定したことを特徴とする。

作 用 上記構造による作用・効果を、次の〜に列挙する。

上記鉛棒は、湾曲部を両端支持部を含む鉛直方向の
１つの平面に沿ってのみ湾曲させ、かつその全長を必要
最小限の長さに限定している。

これによって、繰り返し変形に対し、鉛棒の形状を保持
することができる。

展延性に富む鉛は、継続した振動を与えると、自重に従
って各部が下方に向けて容易に変形する性質を持つ。し
たがつて、鉛棒に、曲げ変形及びせん断変形による所期
の減衰性能を維持させるためには、繰り返し変形を与え
ても垂れ下がることがないように、形状保持能力を高く
取る必要がある。

上記構造によれば、鉛棒の両端支持部から見た側方張り
出し部分の広がりの角度および長さを小さく抑えている
ので、両端部の支持力を大きくでき、繰返し変形に対し
て高い形状保持性能を与えることができる。

鉛棒の湾曲部は１つの平面に沿って形成されている
ので、鉛棒を製造する鋳型が浅いもので済み、製造コス
トが小さいという効果もある。

形状変形防止のための上記制限の下に、湾曲部によ
って鉛棒の全長を、免震アイソレータの設計上の最大振
幅に対して引き延ばされない長さとしている。したがつ
て、減衰作用時に軸方向の伸縮をせず、曲げ変形及びせ
ん断変形のみに依存してエネルギー吸収を行う。

これによって剛性の発現は抑えられ、エネルギ吸収は摩
擦機構と類似のものとなり、高い周波数の振動を微小な
ものにする。

構造物の規模に応じて必要な固定的効果が与えられ
るように、その太さを決定定している。

従って、台風による風荷重等に対し建物を固定すること
ができる。

実施例 本発明を以下実施例に従って説明する。

第１図に示す免震装置（10）において、（１）は構造物
である建物、（２）は基礎、（３）（３）……は第７図
及び第８図に示したような免震アイソレータ、（14）は
鉛棒である。

この免震装置（10）は、第６図に示した免震装置（５）
と、鉛棒（14）の形状においてのみ異なる。

従って地震発生時の免震アイソレータ（３）（３）……
による免震動作は先に説明したものと同様であるので説
明を省略する。

鉛棒（14）は、湾曲部を設けることにより、その全長Ｌ
を、免震アイソレータの設計上の最大振幅に対して引き
延ばされない長さとしている。

これは、大地震に対して免震アイソレータ（３）が、水
平方向に最大の変位をしたときでも、鉛棒（14）に軸方
向変形をさせないためである。具体的には、予測される
最大規模の地震に対する構造物の振幅（構造物の質量、
免震アイソレータの水平バネ剛性、地震の最大振幅成分
の周期及び振幅によって計算できる）によって、上記両
端固定位置の最大距離が求められるので、全長Ｌを余裕
を持たせて、この最大距離より僅かに長くする。

この湾曲部は、上部構造及び基礎との両端支持部を含む
鉛直方向の１つの平面に沿ってのみ湾曲するものであ
り、かつその全長Ｌを上述した必要な長さを越えないよ
うにしている。

この形状及び長さの制限は、繰り返し変形に対し鉛棒の
形状を保持し、曲げ変形及びせん断変形による所期の減
衰特性を長期間に亘って維持させるためである。

上記構造は、鉛棒の両端支持部から見た鉛棒の側方張り
出し部分の広がりの角度および長さが小さく抑えられ、
垂れ下がりが起きにくい。したがつて、鉛棒の素材が展
延性に富む鉛でであるにもかかわらず、長期間に亘って
その形状を保持することができる。

なお、このような湾曲部の形状及び長さＬの制限は、本
出願人の提案に係る特特開昭59−217877号公報記載の
「鋼棒ダンパー（減衰材料として両端を構造物と基礎に
固定した環状の鋼棒〔弾塑性材料〕を用いたもの）」と
は正反対のものとなっている。

すなわち、この鋼棒ダンパーは、剛性を持つ鋼棒を用い
ている点で、剛性を発現させないようにするという、こ
の発明と根本的に異なるものであるが、その長さ及び形
状について見ても、かなり長い環状部を必要とし、これ
を両端支持部で大きな角度で屈曲させ、構造物と基礎の
間の空間に水平に配置している。

また、鋼棒の太さは、構造物の規模に応じて、必要な固
定定的効果が与えられるように決定する。この固定的効
果は、第11図（ロ）の初期特性部分Ａによって与えられ
るもので、鉛棒の太さに対応して、変位δが大きくなり
始める点ａの水平方向荷重Ｐが決る。そこで、ａ点の水
平方向荷重Ｐを構造物の規模に応じた固定解除点とし
て、鉛棒の太さを決定できる。

この鉛棒の具体的構造例を第１〜第３の実施例として以
下に説明する。

第１の実施例は、第２図に示すように中間に横方向に湾
曲する部分を設けた鉛棒（14a）を使用するものであ
る。この湾曲部（15）は、1/2円形状であり、その両端
には1/4円形状部分（16）（16）がつながっている。そ
してその両端は、連結部（17）（17）によって取付板
（18）（18）に固着されている。この連結部（17）（1
7）の径が徐々に変化するーパー形状となっているの
は、鉛棒（14a）が水平方向に変形するとき最も力が加
わり、亀裂が入り易い端部を補強するためである。

第１の実施例の鉛棒（14a）について得られる水平方向
荷重−変位特性を、第３図に示す。この図から明らかな
ように、変位δが大きくなっているにもかかわらず、略
矩形のヒステリシス特性を示し、弾性をほとんど持たな
いことがわかる。従って、このような鉛棒（14a）を免
震装置に用いれば、実地震に対しても、本出願人の提唱
する免震装置（10）の理論値通りの効果が得られること
になる。

次に第２の実施例を、第４図について説明する。

この実施例の鉛棒（14b）は、1/4形状を持つ。これは建
物又は基礎の一方に、Ｌ型ブラケット（19）を固定して
使用するもので、第１の実施例と同様に、両端に形成し
たテーパー形状の連結部（20）（20）に取付板（21）
（21）を固着したものである。

次に第３の実施例について説明する。

この実施例は、第５図に示すように逆Ｊ字形の鉛棒（14
c）を２個組合せて、逆Ｕ字形状に取付けるもので、建
物又は基礎の一方に、Ｔ字形ブラケット（22）を固定し
て使用する。

この鉛棒（14c）の両端が、連結部（23）（24）として
テーパー形状に形成され、この連結部（23）（24）に取
付板（25）（25）……が固着されているのは、前記同様
である。

以上に、鉛棒の（14）の第１〜第３の実施例を説明した
が、本発明の骨子は、鉛棒の湾曲部を、両端支持部を含
む鉛直方向の１つの平面に沿ってのみ形成し、曲げ変形
及びせん断変形のみを行なわせるという条件を満たす最
少の長さとし、鉛棒の太さを、必要な固定的効果が与え
られるように決定するというものであり、この条件の下
に変形が可能である。

なお本発明は、建物用の免震装置としての使用に限られ
ないことは当然で、全ての構造物の免震に使用できる。
この例を挙げると、床等の部分免震、コンピュータ等の
電子機器や機械装置の個別免震等がある。

発明の効果 本発明は、免震装置を構成する鉛棒の形状を工夫したか
ら、固定的効果を発揮させながら大規模地震に対する免
震動作時の揺動振幅に対しても、鉛棒の変形を、軸方向
変形を排除し、曲げ変形及びせん断変形のみに依存させ
ることができる。

これによって摩擦機構による履歴減衰を鉛棒で実現した
ことにより、体感振動の激減により免震装置の信頼性を
高めることができる。

また、本発明の鉛棒を、摩擦機構による減衰装置として
従来知られていたオイル・ダンパー等に比べると、小型
化並びに低コスト化に著しい効果を挙げることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の免震装置の構成例を示す正面図、第２
図は鉛棒の第１の実施例を示す正面図、第３図は第２図
に示す鉛棒のヒステリシス特性を示す図、第４図及び第
５図は、鉛棒の第２及び第３の実施例を夫々示す正面図
である。 第６図は従来の免震装置の構造例を示す正面図、第７図
及び第８図は免震アイソレータの正面図及び平面図、第
９図は従来例である鉛塊の正面図、第10図は第９図に示
す鉛塊のヒステリシス特性を示す図、第11図は免震装置
全体の水平方向荷重−変位特性を示す図である。 （１）……構造物、（２）……基礎、 （３）……免震アイソレータ、（６）……弾性板、 （７）……剛性板、（10）……免震装置、 （14）（14a）（14b）（14c）……鉛棒。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】薄い弾性板と剛性板を交互に積層した免震
   アイソレータによって、構造物を基礎上に載置・支持す
   るとともに、鉛棒の両端を構造物と基礎に夫々固定した
   ものにおいて、 鉛棒に、両端支持部を含む鉛直方向の１つの平面に沿っ
   てのみ湾曲する湾曲部を設け、この湾曲部を含めた鉛棒
   の全長を免震アイソレータの設計上の最大振幅に対して
   引き延ばされず、曲げ変形およびせん断変形のみが行な
   われる長さ以上とし、かつ繰返し変形に対して垂れ下が
   らない所定値以下の長さとし、 鉛棒の太さを、構造物の規模に応じ、必要な固定的効果
   が与えられるように決定したことを特徴とする免震装
   置。