JPH0686776B2 - 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。

《従来の技術》 近年、地震による建物内部の人員および収容物の被害を
防止するため、ならびに建物自体に作用する振動軽減に
よる建築材料の節約を図る見地より、免震装置が開発さ
れつつある。この免震装置の一般的なものは、第12図に
示す如く建物下部１とその基礎２との間に積層ゴムから
なるアイソレータ３を配設し、このアイソレータ３の周
囲に鋼棒からなる複数本のメインダンパ４（第12図では
１本のメインダンパ４のみ図示する。）を立設したもの
である。このような免震装置では、建物下部１と基礎２
とが水平方向に所定量以上の振動変位を生じた場合、メ
インダンパ４の弾塑性変形により振動エネルギーが吸収
され、建物自体に伝わる振動が減衰されるようになって
いる。

このとき、メインダンパ４に作用する剪断力Ｑと水平変
位δとの関係をグラフに示すと第13図に示す如く弾塑性
変形の履歴曲線が得られる。同図の線分OAはダンパ４上
端が建物下部１の係合孔５内面5aに当たるまでの無負荷
の変位を示す。線分ABはダンパ４の弾性変形を示し、ま
た線分BCはダンパ４の塑性変形を示す。そして振動エネ
ルギの大部分はこの線分BC部分でのダンパ４の塑性変形
に費される。線分CDは剪断力Ｑの除荷にともなうダンパ
４の復元方向の弾性変形を示し、線分DEはダンパ４上端
が建物下部１の係合孔５の反対側内面5bに当たるまでの
無負荷の変位を示す。そして線分EFはダンパ４の弾性変
形を示し、線分FGは２回目のダンパ４の塑性変形を示
す。この塑性変形でも振動エネルギーが費されて減衰す
る。次に、線分GHはダンパ４の復元方向の弾性変形を示
し、線分HIはダンパ４上端が係合孔５の最初に当たった
内面5aに再び当たるまでの無負荷の変位を示し、線分IJ
は線分ABと同様の弾性変形を示す。なお、メインダンパ
４は係合孔５に間隙ａを設けて、変位量の小さい場合に
フリーの構造になっている。

《発明が解決しようとする問題点》 従って、従来の免震装置は第14図で示す如く大地震のよ
うに比較的大きな振動変位に対処することを主目的とし
ており、それ以外の中小地震や強風による振動、あるい
は交通による交通振動やその他の微振動に対する免震、
防振作用（以下制振作用という）は積極的には考慮され
ていない。これを第13図で示せば変位がδ１以上になる
大地震ではダンパ４の塑性変形にて制振作用が生ずる
が、変位がδ１以下では制振作用が有効に働かない。

一方、近年の建築物ではいわゆるビルのインテリジェン
ト化が急速に普及する傾向にあり、このようなインテリ
ジェントビルでは電算機等の精密機器が多数設備される
関係上、中程度以下の振動でも効果的に制振できる免震
装置の開発が望まれている。なお、表１に免震ビルの用
途と減衰性能要求事項との関係をまとめて示す。

本発明は上述した事情に鑑み創案されたものであって、
その目的は、大きな振動変位に対して有効に作動するメ
インダンパのみならず、このメインダンパに加えて、地
震だけでなく風や交通振動等による小さな振動変位に対
して有効に作動するサブダンパを備えることにより、装
置全体として幅広い振動変位に対して効果的な制振作用
を発揮できる免震装置を実現することにある。

《問題点を解決するための手段》 上述した問題点を解決するため本発明は、建物下部とそ
の基礎との間に配設され、該建物荷重を支持し、地震に
よる大きな振動変位に対して有効に作動する、長周期性
を保つ積層ゴム等の弾性体からなるアイソレータと、振
動を減衰させるダンパとからなる免震装置において、該
ダンパが、上記建物下部または基礎のいずれか一方に対
して遊びをもって取り付けられて、該遊びを越える地震
による大きな振動変位に対して有効に作動するメインダ
ンパと、該遊びを越えない地震や風、交通振動等による
小さな振動変位に対して有効に作動するサブダンパとか
らなり、該サブダンパが、複数の、径の異なる鋼棒を並
設することで構成されることを特徴とする。

また、上記サブダンパに代えて、サブダンパを、複数
の、長さの異なる鋼棒を並設することで構成するように
しても良い。

《作用》 上述の如く構成した免震装置では、小さな変位の振動は
主としてサブダンパで減衰され、大きな変位の振動は主
としてメインダンパで減衰されるので、免震装置全体の
性能として広範な種類の振動に対して制振作用を発揮す
ることができる。

《実施例》 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、そ
の前に本発明を創案するに至る理論的過程について第５
図〜第11図に基づき説明する。第５図は地盤の振動数と
この振動が建物に伝達する割合（伝達比）をグラフ化し
たものであって、同図から伝達比を下げるためには免震
周期の長周期化を図ればよいことがわかる。この長周期
化は免震装置のダンパの剛性を小さくすればよい。ただ
し、強風による振動の場合は振動周期が長いので、建物
の共振増幅を避けるためにダンパの剛性を大きくする
か、あるいは動き出しを止める機能を持ったもの（以下
トリガという）を設置する必要がある。表２は振動の種
類に対して免震装置が要求される事項をまとめたもので
ある。

免震装置の剛性を低減するには、ダンパが剛性に寄与し
ない構造とすればよく、そのためには従来のようにダン
パの上端と建物下部の係合孔との間に間隙を設けるか、
剛性の小さい材料でダンパを構成すればよい。

次に強風時ではダンパの剛性を増大させてトリガ効果を
もたせればよいが、このトリガ効果は強風により建物が
許容振動量に近付いたときだけ生じさせ、その他の振動
では剛性の小さいダンパに受持たせるようにした。すな
わち、振動数が比較的高い振動に対して高剛性のダンパ
を使用すると、建物に対する振動の伝達比が大きくなる
からである。

第６図は強風用ダンパによる理想的トリガ効果を示した
ものであり、第７図は同トリガ効果をＱ−δ曲線で表わ
したものである。ここで、ダンパの剛性増大あるいは装
置によりトリガをかけるときの変位量（a1〜a2）は、オ
フィスビル等の居住施設においては居住環境を阻害しな
い程度を変位量の上限値とすべきであり、また電算機
器、精密機器用のビルでは各機器の許容変位量を配慮し
て決めるべきである。

ダンパの剛性増大あるいはトリガ装置のトリガをかける
ときの変位量は、弾性域および塑性域をもつ鋼棒に類す
る材料を用いた場合、第８図に示すように変位量a1付近
で剛性b0から剛性b1へ上昇させて、変位量a2を越えると
塑性域に入り、剛性効果を順次失うように設計すればよ
いことになる。このような強風用のトリガ効果は、強風
専用のトリガ装置にだけ受持たせてもよいことは勿論で
ある。

次に、免震装置の制振作用を振動の減衰性能の面から考
えてみる。まず第９図に減衰定数ｈ（＝C/Cc）の大小に
よる制振効果の相違を示す。（ここで、Ｃは減衰容量,C
cは臨海減衰を示す）図より明らかなように、強震時と
強風時においては建物の共振増幅を減じるために減衰定
数ｈが大の方がよく、この反対に対象域が高周波数まで
広がる交通振動などの日常的な振動に対しては減衰定数
が小さい方がよいことがわかる。

従って、振動数と減衰量との関係は、第10図に示すよう
に高振動数側でやや小さくなる方がよい。また、高振動
数側＝日常振動＝変位量が小さいと考えられるから、第
10図は第11図に示す如く横軸を変位量として書換えるこ
とができる。

以上の考察から、第10図ないし第11図で示す減衰特性を
発揮する免震装置を構成するには、従来の強震用のダン
パをメインダンパとし、これに新たに日常振動用として
サブダンパを組合せることにより得られることに想到
し、本発明を完成するに至ったものである。すなわち、
本発明の免震装置は、ダンパが、建物下部または基礎の
いずれか一方に対して遊びをもって取り付けられて、遊
びを越える地震による大きな振動変位に対して有効に作
動するメインダンパと、遊びを越えない地震や風、交通
振動等による小さな振動変位に対して有効に作動する、
複数の鋼棒で構成した特有のサブダンパとから構成され
る。

第１図は本発明の第１実施例に採用されるサブダンパ12
-1〜12-Nの概略側面図であって、同図で１は建物下部、
２は基礎である。建物下部１と基礎２は図示しないアイ
ソレータ（第21図に示すような従来のものと同様）によ
って離間したいわゆるフロート構造となっていると共
に、両者間には従来と同様なメインダンパ４（図示せ
ず）が配設されている。建物下部１と基礎２との間には
複数の鋼棒等によるサブダンパ12……が立設され、これ
らサブダンパ12の上下両端は建物下部１および基礎２に
それぞれ取付けられている。サブダンパ12……はその長
さは均一であるが直径が互いに異なっており、最も直径
が太いサブダンパ12-1から、最も直径が細いサブダンパ
12-Nまで、直径が連続的に変化している。

上述したサブダンパ12では、簡略化のため例えばサブダ
ンパ12-1と12-Nの２本のダンパだけでサブダンパ12を構
成した場合を想定してＱ−δ線図を描くと、第２図の曲
線Ｒのようになる。この曲線Ｒは、サブダンパ12-1のＱ
−δ線図とサブダンパ12-NのＱ−δ線図を加え合わせた
もので、OAがサブダンパ12-1およびサブダンパ12-Nの弾
性変形を表わし、ABがサブダンパ12-1だけの弾性変形を
表わし、BCがサブダンパ12-1,12-Nの塑性変形を表わし
ている。

従来のようなメインダンパ４だけの免震装置では塑性変
形に入るまでの変位δ１が長いため、その間の振動に対
して制振作用が働かなかったが、本サブダンパ12を採用
した免震装置全体では変位δ1,δ２でサブダンパ12-1〜
12-Nが塑性変形に入るので、従来制振作用が働かない変
位領域を短縮することができる。なお第３図はダンパの
振動変位と等価減衰との関係をグラフ化したものであっ
て、同図では第21図のダンパ４をメインダンパとし、ダ
ンパ12-1〜12-Nをサブダンパとし、これら各ダンパの変
位−減衰曲線を破線で表わし、本発明の免震装置が備え
るダンパ全体としての変位−減衰曲線を実線で表わして
いる。同図より明らかなように、本発明構成のダンパに
よれば小さな変位から大きな変位まで広い範囲にわたっ
て所要量の等価減衰が得られることがわかった。

次に、サブダンパ12-1から12-Nの組合せは第１図に示す
ように直径の大小だけでなく第４図に示す如くその長さ
を変えたものでもよい。すなわち、長さの長いダンパ12
-1から短いダンパ12-Nであって、要はダンパの剛性を小
さなものから大きなものまで組合せることにより、塑性
変形が開始する変位を小から大まで複数設定すればよい
のである。

本発明の免震装置に適用可能なサブダンパとしては種々
のものが考えられるが、鋼棒ダンパは他のダンパに比べ
て（Ｉ）設計上の信頼性が高い（II）強風時のトリガ効
果がある（III）低価格である（IV）耐久性に優れ経年
変化がない（Ｖ）メインテナンスが不要である、などの
利点がある。

《発明の効果》 本発明は上述の如く、大きな振動変位に対して有効に作
動するメインダンパのみならず、このメインダンパに加
えて、地震だけでなく風や交通振動等による小さな振動
変位に対して有効に作動する、複数の鋼棒で構成した上
記特有のサブダンパを備えて、これらダンパを組み合わ
せた免震装置であるから、交通振動等の小変位振動から
大地震の大変位振動まで効果的に制振することができ、
免震建物の用途を災害対策以外に広く拡大することが可
能になり、例えばインテリジェントビル等の内部機器の
保守管理のためにも本ダンパが有効に働くこととなる。

特に、鋼棒で構成したサブダンパにあっては、他のダン
パに比べて、設計上の信頼性が高い、強風時のトリガ効
果がある、低価格である、耐久性に優れ経年変化がな
い、メンテナンスが不要である、などの利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の免震装置に採用されるサブダンパの一
例を示す概略側面図、第２図は同装置のＱ−δ線図、第
３図は同装置の変位−等価減衰曲線図、第４図は本発明
の免震装置に採用されるサブダンパの他の例を示す概略
側面図、第５図は一般的免震装置の振動数と伝達比との
関係曲線図、第６図は強風時の理想的トリガ効果を示す
変位−剛性曲線図、第７図は第６図の関係をＱ−δ関係
に直した曲線図、第８図は鋼棒に類した材料による実際
のトリガ効果を示す変位−剛性曲線図、第９図は伝達比
−振動数曲線図、第10図は減衰定数−振動数曲線図、第
11図は減衰定数−変位量曲線図、第12図は従来のメイン
ダンパとアイソレータからなる免震装置の断面図、第13
図は同装置の履歴曲線、第14図は免震、防振で対象にな
る振動数と変位量の関係を示す図である。 １……建物下部 ２……基礎 ３……アイソレータ ４……メインダンパ 12-1〜12-N……サブダンパ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建物下部とその基礎との間に配設され、該
   建物荷重を支持し、地震による大きな振動変位に対して
   有効に作動する、長周期性を保つ積層ゴム等の弾性体か
   らなるアイソレータと、振動を減衰させるダンパとから
   なる免震装置において、該ダンパが、上記建物下部また
   は基礎のいずれか一方に対して遊びをもって取り付けら
   れて、該遊びを越える地震による大きな振動変位に対し
   て有効に作動するメインダンパと、該遊びを越えない地
   震や風、交通振動等による小さな振動変位に対して有効
   に作動するサブダンパとからなり、該サブダンパが、複
   数の、径の異なる鋼棒を並設することで構成されること
   を特徴とする免震装置。
2. 【請求項２】請求項１の上記サブダンパに代えて、サブ
   ダンパが、複数の、長さの異なる鋼棒を並設することで
   構成されることを特徴とする免震装置。