JPH08240033A

JPH08240033A - 免震構造物

Info

Publication number: JPH08240033A
Application number: JP7066705A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Arima; 文昭有馬; Norikatsu Takase; 憲克高瀬; Hiroshi Egashira; 寛江頭
Original assignee: Sumitomo Construction Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Construction Co Ltd
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-17
Anticipated expiration: 2016-08-06
Also published as: JP3195512B2

Abstract

(57)【要約】【目的】地盤上に基礎を介して構築される構造物で
あって、上部構造体の基礎に対する固有振動周期が長
く、上部構造体に大きな地震動が伝達されるのを回避す
ることができる免震構造物を提供する。【構成】基礎１上に鉛直支持機構３を設置して上部
構造体２を支持する。この鉛直支持機構３は滑らかな支
持面上に載置された球又は円柱状の転動体を介して鉛直
荷重を支持し、上部構造体の水平移動を許容する。これ
により、上部構造体２に大きな地震力が伝達されるのを
回避する。また、基礎１と上部構造体２の基礎梁２ａと
の間にはゴムを主材料とする復元・減衰機構４が介挿さ
れている。この復元・減衰機構４は鉛直荷重を支持する
必要はなく、柔軟に変形可能なものを用いることができ
るので上部構造体２の固有周期を長くすることができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、建築物・土木構造物
等、地盤上に基礎を介して構築される構造物に係り、特
に地震時に地盤から上部構造体に大きな地震動が伝達さ
れるのを回避することができる免震構造物に関する。

【０００２】

【従来の技術】我が国は地震が多発する国であり、建築
物や土木構造物は、大きな地震にも絶え得るように設計
されなければならない。このため、地震動に対する設計
の手法がいくつか提案されており、その一つに、上部構
造体に大きな地震動のエネルギーが伝達されないように
した構造、すなわち免震構造物とする手法がある。この
免震構造物は、基本的な機能として地震動が上部構造
体に伝達されるのを遮断する機能（アイソレート）と、
上部構造体に復元力を付与する機能（トリガー）と、
上部構造体の震動を減衰させる機能（ダンパー）とを
有するものである。このような機能を有するものとし
て、これまでに具体化されているものは、基礎上に積層
ゴムや摩擦スライド支承を介して上部構造体を支持する
ものが一般的であり、地震動が直接に上部構造体に伝達
されるのを回避するようになっている。

【０００３】上記積層ゴムを用いるものは次のような構
成を有する。ネオプレーンゴム等の合成ゴムと補強材と
を交互に積層接着した弾性支承が基礎上に載置され、そ
の上に上部構造体が構築される。上部構造体の自重等す
べての鉛直荷重は上記積層ゴムからなる支承によって支
持される。また、必要に応じて水平方向の震動に対する
復元力・震動の減衰を付与する装置が用いられる。この
ような構造物では、上部構造体が積層ゴムを介して支持
されるので、積層ゴムのせん断変形によって基礎と上部
構造体との間で水平方向の相対変位が許容され、大きな
地震動が上部構造体に伝達されない。また、鉛直方向の
地震動も積層ゴムの変形によって吸収され、上部構造体
には大きな震動が伝わらない。

【０００４】一方、摩擦スライド支承を用いた免震構造
物は、フッ素樹脂等による摺動面を備えた支承を介して
上部構造体を支持するものであり、小さな地震動に対し
ては基礎と上部構造体とが一体となって挙動するが、大
きな地震動に対しては上記摺動面で滑動し、上部構造体
へは大きな地震動が伝達されないようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の免震構造物では次のような問題点がある。
一般に免震構造物の理想は、上部構造体全体の固有周期
を無限大又はこれに近い長周期とすることであり、これ
が実現できれば上部構造体へ入力される地震動をほとん
ど無くすることができる。しかし、積層ゴムを用いて上
部構造体を支持するものでは、上部構造体からの全鉛直
荷重を積層ゴムで支持するために、積層ゴムの硬度をあ
る程度高くする必要がある。また支圧面積も大きくしな
ければならない。このため、上部構造体の固有周期を大
きくすることができず、せいぜい２〜３秒程度となる。
このため、地震時に建築物の各層間で発生するせん断力
が過大となったり、転倒に対する安全性を維持するため
の装置が必要となったりして、高層化が困難になるとい
う問題がある。

【０００６】また、摩擦スライド支承を用いるものでは
摺動面での滑動が生じるときと生じないときとで構造系
が異なり、地震動が入力されるときに構造系が時々刻々
と変化し、挙動が複雑となる。そのため、設計および安
全性を確認するための解析が困難になるという問題があ
る。

【０００７】本発明は、上述のような問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的は、上部構造体の基礎に対
する固有振動周期が長く、上部構造体へ大きな地震動が
伝達されるのを有効に回避することができ、低層から高
層の建築物に適用することができる免震構造物を提供す
ることである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明に係る免震構造物は、基礎
上に滑らかな支持面を設け、この支持面上に球状の転
動体を載置し、この転動体を介して上部構造体の鉛直荷
重を支持するものとする。

【０００９】請求項２に記載の発明は請求項１に記
載の免震構造物において、前記支持面又は前記上部
構造体側に設けられて前記転動体に当接される上部当接
面の、少なくともいずれか一方が、凹状の曲面となって
いるものとする。

【００１０】請求項３に記載の発明に係る免震構造物
は、第１の上枠と第１の下枠との間に転動体が介挿
され、ほぼ水平な面内の一方向に、前記上枠と下枠との
相対移動が可能な第１の転動機構と、第２の上枠と第
２の下枠との間に転動体を有し、前記第１の転動機構の
相対移動方向と直角方向に第２の上枠と第２の下枠との
相対移動が可能な第２の転動機構とをを有し、基礎上
に重ね合わされた第１の転動機構と第２の転動機構とを
介して上部構造体の鉛直荷重を支持するものとする。

【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項３に
記載の免震構造物において、前記第１の転動機構が有
する転動体が所定の方向に転がる転動面と、前記第２の
転動機構の転動面とが、初期設定位置への復元力を付与
するように凹状の曲面となっているものとする。

【００１２】請求項５に記載の発明に係る免震構造物
は、基礎上に設けられた平滑な支持面上に、複数の
円柱状の転動体を平行に配列した第１の転動体列を載置
し、前記第１の転動体列に、該第１の転動体列と直角方
向に円柱状の転動体を複数本配列した第２の転動体列を
載置し、前記第１の転動体列と第２の転動体列とを介
して上部構造体の鉛直荷重を支持するものとする。

【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項１か
ら請求項５までに記載の免震構造物において、前記転
動体の転動により基礎に対して移動した上部構造体が初
期位置に復元するように、基礎と前記上部構造体との間
に水平力を付与する復元機構を有するものとする。

【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項１か
ら請求６までに記載の免震構造物において、前記転動
体の転動により基礎に対して水平移動する上部構造体に
粘性抵抗力を付与する減衰機構を有するものとする。

【００１５】請求項２に記載の免震構造物において、第
１の上枠と第２の下枠、又は第２の上枠と第１の下枠と
は、一体に形成されたものであってもよい。また、上記
上枠と下枠とは、レール状部材とこれに係合される枠体
や重ね合わされた版状部材等、様々な形状とすることが
可能である。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の免震構造物では、基礎上に滑
らかな支持面が設けられ、この上に載置された転動体を
介して上部構造体の鉛直荷重が支持されているので、構
造物の基礎部分に地震動が伝わっても、地震動の初期の
段階から転動体が転がり、水平方向の地震動がほとんど
上部構造体に伝達されない。このため上部構造体は大き
くゆれることがなく、地震時の安全性が維持される。ま
た転動体は球状に形成されており、水平方向の全方向に
転動することができ、地震動の方向を問わず上部構造体
へ伝達される地震動を大幅に低減することが可能とな
る。

【００１７】請求項２に記載の免震構造物では、上記球
状の転動体の上部又は下部に当接される面のいずれか一
方が凹状の曲面となっているので、転動体が転がった後
に上部構造体に作用する重力で初期位置へ復元しようと
する。一般にバネやゴム等の弾性体を用いて復元力を付
与すると、この弾性体と上部構造体とで形成される振動
系の振動周期Ｔ（ｓｅｃ）は、Ｔ＝２π√（ｍ／ｋ）ｍ：上部構造体の全質量ｋ：剛性弾性定数となり、上部構造体の質量と弾性体の剛度によって周期
Ｔが決まる。しかし、本発明の免震構造物では、転動体
が転がる曲面によって復元力が付与されるので振動周期
Ｔは、Ｔ＝２π√（Ｒ／ｇ）Ｒ：転動体が転がる曲面の曲率半径ｇ：重力加速度で示され、質量とは無関係に定まる。このため、転動体
に当接される曲面の曲率を適切に設定することによっ
て、上部構造体の規模等に関係なく適切な振動周期を持
つ構造とすることができる。

【００１８】請求項３に記載の免震構造物では、水平面
内の一方向に相対移動を許容する第１の転動機構と、こ
れと直角方向に相対移動を許容する第２の転動機構とが
重ね合わされ、これらを介して上部構造体が支持されて
いるので、水平な任意の方向の地震動が基礎に入力され
ても、上部構造体に伝達される地震動を大幅に低減する
ことが可能となる。

【００１９】請求項４に記載の免震構造物では、第１の
転動機構の転動面と第２の転動機構の転動面とが凹状の
曲面をなし、上部構造体が移動したときに重力によっ
て、上部構造体を初期設定位置に復元するようになって
いるので、請求項２に記載の免震構造物と同様に、上部
構造体全体の振動周期を、その質量に関係なく設定する
ことができる。従って、上部構造体の規模や質量に関係
なく、適切な振動周期を持つ構造物とすることができ
る。

【００２０】請求項５に記載の免震構造物では複数の円
柱状の転動体からなる第１の転動体列と、これと直角方
向に配列された第２の転動体列とを重ね合わせて載置
し、これらを介して上部構造体の鉛直荷重が支持されて
いるので、請求項３に記載の免震構造物と同様に、水平
面内の任意の方向の地震動が基礎に入力されても、上部
構造体に伝達される地震動を大幅に低減することができ
る。

【００２１】請求項６に記載の免震構造物では、請求項
１から請求項５までに記載のような転動体を介して上部
構造体の鉛直荷重が支持され、この他に上部構造体と基
礎との間に水平方向の復元力を付与する復元機構が備え
られているので、この復元機構は、上部構造体の鉛直荷
重に関係なくバネ剛性等を設定することができ、上部構
造物の全体の振動周期を適切な値に設定することが容易
となる。

【００２２】請求項７に記載の免震構造物では、基礎に
対して水平移動する上部構造体に粘性抵抗力を付与する
減衰機構を備えているので、上部構造体に伝達された地
震動のエネルギーは減衰機構によって吸収され、上部構
造体の震動が過大となるのが防止される。

【００２３】

【実施例】以下、上記発明の実施例を図に基づいて説明
する。図１は、請求項１、請求項６又は請求項７に記載
の発明の一実施例である免震構造物を示す概略構成図で
ある。この免震構造物は基礎１の上に多層ラーメンの上
部構造体２を構築したものであり、上部構造体２は各柱
の下端が、球状の転動体を有する鉛直支持機構３によっ
て支持されている。また柱下端部を連結する基礎梁２ａ
と基礎１との間には、水平方向の復元力と減衰との双方
を付与する復元・減衰機構４が介挿されている。

【００２４】図２は、上記鉛直支持機構３を示す概略断
面図である。この鉛直支持機構３は、基礎１上に載置さ
れる下板３１と、この上面を転がる球状の転動体３２
と、多数の小球３５を介して上部構造体の鉛直荷重を球
状の転動体３２に伝達する枠体３３と、この枠体３３と
上部構造体２との間に介挿される上板３４とで主要部が
構成されている。上記小球３５は転動体３２と枠体３３
との間の摩擦を低減するために介挿されるものであり、
この小球３５が回転することによって転動体３２が枠体
３３に対して自由に回転できるようになっている。

【００２５】図３は、上記復元・減衰機構４を示す概略
断面図である。この復元・減衰機構４は、ネオプレンゴ
ム等からなる弾性円柱体４２の両端面に鋼板４１が接着
されたものであり、弾性円柱体４２の中心軸位置には、
鉛からなる円柱状の芯材４３が埋め込まれている。ま
た、弾性円柱体４２内には、水平方向に複数の金属補強
材４４が埋設されている。この復元・減衰機構４は、上
部構造体２が水平方向に移動したときに、弾性円柱体４
２がせん断変形し、その弾性力によって上部構造体２に
復元力を付与するものである。また鉛からなる芯材４３
の塑性変形によって水平震動が減衰される。

【００２６】このような装置は、一般に鉛直方向の荷重
を支持するために用いられるものであるが、本実施例で
は図２に示す鉛直支持機構３によって鉛直方向の荷重は
支持されており、図３に示す装置は復元力の付与及び震
動の減衰のために用いられている。従って弾性円柱体４
２の断面積は、鉛直荷重を支持する場合に比べて大幅に
低減することができ、せん断変形に対する弾性定数を小
さくして、上部構造体２の振動周期を長く設定すること
が可能となる。

【００２７】図４は、請求項２に記載の発明の一実施例
である免震構造物で用いられる鉛直支持機構の一例を示
す概略断面図である。この鉛直支持機構５が備える下板
５１の上面は、凹状の球曲面になっており、この曲面上
を球状の転動体５２が転がるようになっている。この鉛
直支持機構５の他の構成、つまり転動体５２、小球５
３、枠体５４および上板５５は図２に示す鉛直支持機構
５と同じものが用いられている。また、上記下板５１の
周縁には立上部５１ａが設けられ、浅い容器状になって
おり、この内側に粘性流体が充たされている。この粘性
流体は、転動体５２が地震動で転がるときに、減衰を付
与するものであり、転動体５２及び小球５３の防錆効果
をも有している。このような鉛直支持機構５では、鉛直
方向の荷重を支持するとともに復元力を付与し、減衰効
果をも期待することができる。

【００２８】図５は請求項３、請求項６又は請求項７に
記載の発明の一実施例である免震構造物を示す概略構成
図である。この免震構造物は、図１に示す実施例と同様
に、基礎１上に多層ラーメンの上部構造体２が支持され
るものであり、上部構造体２の柱の下端が直動スライド
を用いた鉛直支持機構６によって支持されている。ま
た、柱下端部を連結する基礎梁２ａと基礎１との間には
水平方向の復元力を付与するとともに上部構造体２の震
動を減衰させる復元・減衰機構７が設けられている。

【００２９】図６は、図５に示す実施例で用いられてい
る鉛直支持機構６の側面図である。この鉛直支持機構６
は、いわゆる直動スライドを、その移動方向が互いに直
角となるように二層に重ねて用いたものであり、第１の
転動機構を構成するレール状部材６２（第１の転動機構
の下枠）が下板６１を介して基礎１に固定されている。
このレール状部材６２の頭部を抱き込むように上枠６３
が係合されており、この上枠６３とレール状部材６２と
の間には小さな鋼球６７（転動体）が多数介挿されてい
る。この鋼球６７が転動することにより、上枠６３はレ
ール状部材６２の軸線方向に、極めて小さい抵抗で移動
が可能となっている。

【００３０】一方、第２の転動機構を構成するレール状
部材６５（第２の転動機構の上枠）は上板６６を介して
上部構造体２の下面に固定されており、その軸線の方向
は、前記第１の転動機構のレール状部材６２と直角とな
る方向に設定されている。このレール状部材６５の下部
を抱き込むように下枠６４が係合され、このレール状部
材６５と下枠６４との間に多数の小さい鋼球６７が介挿
され、下枠６４がレール状部材６５の軸線方向に容易に
移動できるようになっている。そして、上枠６３と第２
の転動機構の下枠６４とが固着され、上記第１の転動機
構のレール状部材６２、鋼球６７、上枠６３、および第
２の転動機構の下枠６４、鋼球６７、レール状部材６５
を介して、上記構造体２の鉛直荷重が基礎１によって支
持される。また、上記下枠６４および上枠６３はレール
状部材６５，６２の頭部を抱き込むように係合されてい
るので、上記構造体２に作用する揚力に抵抗することも
でき、転倒を防止する効果も有している。

【００３１】図７は、図５に示す実施例で用いられてい
る復元・減衰機構７の概略断面図である。この復元・減
衰機構７は、基礎１に固定された下板７１と、上部構造
体２の下面に固定された上板７３と、両端がそれぞれ上
板７３と下板７１とに接合される多数の鋼棒７２とで主
要部が構成されており、鋼棒７２は、上板７３および下
板７１に穿設された穴に挿入することによって接合され
ている。また、下板７１の周縁部には円筒形の周壁７１
ａが形成され、容器状となって内側に粘性流体が充たさ
れている。

【００３２】このような復元・減衰機構７では、上部構
造体２と基礎１との間に相対的な変位が生じると鋼棒７
２に曲げ変形が生じ、そのときの弾性力が上部構造体２
を初期設定位置へ復元しようとする力となる。また、鋼
棒７２の周囲に粘性流体が充たされており、鋼棒７２が
変形するときの粘性抵抗により、上記構造体２の震動を
減衰させることになる。

【００３３】図８、図９は実際に５層のラーメン構造を
図６に示すような鉛直支持機構６で支持するとともに、
図７に示すような復元・減衰機構７を備えるものとし
て、実際の地震動を観測した結果を示すものである。図
８はＸ方向、図９はＹ方向（いずれも水平方向）の振動
加速度の記録であり、いずれも上図が上部構造体２の最
上層で観測した結果を、下図が基礎１において観測した
結果を示すものである。これらの図から解るように、上
部構造体２の震動は基礎１に比べて著しく小さくなって
おり、基礎１から上部構造体２へはわずかしか地震動が
伝達されておらず、すぐれた免震構造となっていること
が理解できる。

【００３４】図１０は、請求項３に記載の発明の他の実
施例で用いられる鉛直支持機構の正面図および側面図で
ある。この鉛直支持機構８は３枚の支持版を介して上部
構造体２の鉛直荷重を支持するものであり、最下層にあ
る第１の支持版８２は下板８１を介して基礎１上に固定
されている。この第１の支持版の上面には山形断面のレ
ール状凸部８２ａが平行となるように２本設けられてい
る。第２の支持版８３の下面には、上記レール状凸部８
２ａと対向する位置にＶ形の断面を有する溝３ａが設け
られており、レール状凸部８２ａと溝８３ａの内面との
間に小さな円柱状の転動体８６が多数介挿されている。
この転動体８６が転がることにより、第１の支持版８２
と第２の支持版８３とは極めて小さい力でレール状凸部
８２ａの軸線方向に相対移動するようになっている。

【００３５】また、第２の支持版８３の上面には、上記
第１の支持版８２の上面に設けられたレール状凸部８２
ａの方向と直角方向に、同様のレール状凸部８３ｂが設
けられている。第３の支持版８４の下面にはこのレール
状凸部８３ｂと対向するように溝８４ａが設けられ、レ
ール状凸部８３ｂと溝８４ａとの間には円柱状の転動体
８６が介挿されて、第２の支持版８３と第３の支持版８
４とは、第１の支持版８２と第２の支持版８３との相対
移動方向と直角方向に相対移動が可能となっている。そ
して、第３の支持版８４は上板８５を介して上部構造体
２に接合されており、これら支持版間の相対移動により
上部構造体２が水平面内の全方向に移動可能となってい
る。したがって基礎１に水平方向の地震動が入力されて
も上部構造体へ伝達される地震動が低減され、上部構造
体２の安全性が維持される。

【００３６】図１１は請求項４に記載の発明の一実施例
である免震構造物で用いることができる鉛直支持機構の
正面図および側面図である。この鉛直支持機構９は図６
に示す鉛直支持機構６と同様に直動スライドを二つ重ね
て用い、移動可能な方向が互いに直角となるように設定
されているが、基礎１に固定された第１のレール状部材
９２及び上部構造体２の下面に固定された第２のレール
状部材９５が鉛直方向に凹状となるように湾曲してい
る。そして、これらのレール状部材９２，９５と鋼球９
７（転動体）を介挿して接合された枠体９３，９４が凹
状となる円弧に沿って移動するようになっている。これ
らの枠体９３，９４がレール状部材９２，９５に沿って
移動することによって転動面の角度が変わるため、二つ
の枠体９３，９４は球座９８を介して接合されている。

【００３７】このような鉛直支持機構９では任意の方向
の水平地震動に対して上部構造体２へ伝わる地震動を低
減することができるとともに、レール状部材９２，９５
の転動面が凹状に湾曲しているので、上部構造体２の重
量によって初期設定位置への復元力が生じる。また、こ
のようにして形成される振動系の振動周期は上部構造体
２の質量の影響を受けず、構造物の振動周期Ｔを容易に
長周期化することができる。

【００３８】なお、図１１に示すような鉛直支持機構９
を用いた免震構造物では、基礎１との上部構造体２とが
水平方向に相対移動することによって、上部構造体２は
多少上下に変位する。このため、減衰機構として例えば
図１２に示す装置が用いられる。この減衰機構１０は、
基礎に固定された下板１０１が球面状の底を有する容器
状に形成されており、粘性流体１０３が充たされてい
る。一方、底面が凸状球面となった円形板１０２が上部
構造体２に支持され、粘性流体内で上記容器状の下板１
０１の底面と間隔をおいて対向する位置に設定されてい
る。

【００３９】また、図１１に示すような鉛直支持機構９
において、レール状部材９２，９５を湾曲させたことに
よる復元力のみでは、充分でない場合には、別途に復元
機構を付加することもでき、上部構造体に多少の上下動
が生じても水平方向の復元力を付与することができる装
置として、例えば図１３に示すように、上部構造体２と
基礎１との間にほぼ水平方向にコイルバネ１１１を介挿
するもの等を用いることができる。

【００４０】図１４は、請求項５に記載の発明の一実施
例である免震構造物で用いられる鉛直支持機構の側面図
である。この鉛直支持機構１２は、基礎１上に載置され
た下板１２１の上面が平滑に形成され、その上に平行な
四本の鋼円柱体１２２からなる第１の転動体列が配置さ
れている。さらにこの上に同数の鋼円柱体１２３が第１
の転動体列と直角方向に載置され、第２の転動体列とな
っており、この上に当接される上板１２４を介して上部
構造体２を支持するようになっている。このような鉛直
支持機構１２を用いた免震構造物においても、基礎１か
ら上部構造体２に入力される水平方向の地震動を大幅に
低減することができ、上部構造体２の安全性が維持され
る。

【００４１】以上に説明した図１、図５、図１０、図１
１、図１４に示す実施例はいずれも転動体を介して上部
構造体を支持する鉛直支持機構を備え、復元力又は減衰
を付与する装置を併用することができるが、復元機構、
減衰機構は前記実施例で用いられるものに限らず、様々
な態様のものを用いることができ、そのいくつかの例を
以下に説明する。

【００４２】図１５および図１６は復元力と減衰との双
方を付与することができる装置の例を示すものである。
図１５に示す装置１３は、直角三角形のフレーム１３１
の直角をなす頂角が支持軸１３２によって回動可能に支
持され、上方の頂角には水平方向のロッド１３３が回動
可能に結合されて上部構造体２の水平移動が伝達される
ようになっている。側方の頂角には鉛直方向に配置され
たコイルバネ１３４の上端が接合され、このコイルバネ
１３４の下端は基礎１に固定されている。また、このコ
イルバネ１３４は粘性流体を収容した容器１３５内に配
置されており、コイルバネ１３４の変位に対して粘性抵
抗が作用するようになっている。このような装置１３で
は、上部構造体２の水平移動が直角三角形のフレーム１
３１の回動によって鉛直方向の変位に変換され、コイル
バネ１３４によって復元力が付与される。また上記粘性
流体によって減衰が付与される。

【００４３】図１６に示す装置１４は、図７に示した復
元・減衰機構７とほぼ同様のものであるが、この装置で
は、複数の鋼棒７２に代えて、下板１４１と上板１４３
との間に複数の板状部材１４２を鉛直に配置している。
このような装置では板状部材１４２と板状部材１４２と
の間に粘性流体１４４が充たされており、接触面接が大
きく減衰効果が大きい。ただし、板状部材１４２を用い
ることによって方向性が生じるため、水平面内の全方向
の震動に対して減衰を付与するためには、互いに直角方
向となるように配置された二基の装置を用いる必要があ
る。

【００４４】図１７から図２１までに示す装置は水平方
向の復元力を付与する装置の例を示すものである。図１
７に示す装置１５は、上部構造体２の鉛直面と基礎１の
鉛直面との間に箱型の断面を有するゴム材を介挿するも
のである。このゴム材はさん橋等において防舷材として
用いられるものとほぼ同じものであり、金属網等の補強
材１５１ａが埋設されている。図１８に示す装置１６
は、図１５に示す装置１３とほぼ同様のものであるが、
この装置ではコイルバネ１６１が粘性流体中に配置され
ておらず、復元力のみを付与するようになっている。

【００４５】図１９に示す装置１７は、上部構造体２の
鉛直面と基礎１の鉛直面とが対向する間隙に、皿状のバ
ネ１７１を複数枚重ねて介挿したものであり、上部構造
体２の移動によって皿状のバネ１７１が偏平に変形し、
このときの反発力で上部構造体に復元力を付与するもの
である。図２０に示す装置１８は、図３に示す装置４と
ほぼ同じものであるが、この装置では鉛からなる芯材が
用いられておらず、主に復元力を付与するために用いら
れる。

【００４６】図２１に示す装置１９は、下板１９１を介
して基礎に固定された基部１９２ａから複数の板状部材
１９２ｂが立設された下部材１９２と、上板１９４を介
して上部構造体２に固定された基部１９３ａから複数の
板状部材１９３ｂが下方へ突き出すように設けられた上
部材１９３とで主要部が構成され、下部材１９２および
上部材１９３の板状部材が交互にかみ合うように設置さ
れている。この装置１９では、上部構造体２と基礎１と
が水平方向に変位すると板状部材１９２ｂ，１９３ｂに
曲げ変形が生じ、この板状部材が元の形状に戻ろうとす
る力によって上部構造体２に復元力が付与される。

【００４７】図２２に示す装置２０は、減衰を付与する
装置であり、図１２に示す装置１０とほぼ同じ構成を有
している。しかし、この装置では粘性流体が貯留された
容器２０１の底面は平坦になっており、上部構造体２に
支持されて前記底面と対向する円形板２０２の下面も平
らに形成されている。このような装置は上部構造体２が
上下方向に変位を生じない構造物に用いられ、容器底面
と円板の下面との間の粘性流体によって減衰が付与され
る。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の免震構造
物では、以下のような効果を有する。請求項１に記載の
発明に係る免震構造物では、基礎上に滑らかな支持面が
設けられ、この上に載置された球状の転動体を介して上
部構造体の鉛直荷重が支持されているので、構造物の基
礎部分にいかなる方向の水平地震動が伝わっても、地震
動の初期の段階から転動体が転がり、水平方向の地震動
がほとんど上部構造体に伝達されず、上部構造体の安全
性が維持される。

【００４９】請求項２に記載の免震構造物では、上記球
状の転動体の上部又は下部に当接される面のいずれか一
方が凹状の曲面となっているので、転動体が転がった後
に重力の作用によって初期位置へ復元しようとする力が
作用する。このような復元機構によって構成される構造
系の振動周期は、上部構造体の質量に影響されず、上部
構造物の規模に関係なく振動周期を設定することがで
き、上部構造体の固有振動周期を長くすることが容易と
なる。

【００５０】請求項３に記載の免震構造物では、水平面
内の一方向に相対移動を許容する第１の転動機構と、こ
れと直角方向に相対移動を許容する第２の転動機構とが
重ね合わされ、これらを介して上部構造体が支持されて
いるので、水平面内の任意の方向の地震動が基礎に入力
されても、上部構造体に伝達される地震動を大幅に低減
することが可能となる。

【００５１】請求項４に記載の免震構造物では、第１の
転動機構の転動面と第２の転動機構の転動面とが凹状の
曲面をなし、上部構造体が移動したときに重力によっ
て、上部構造体を初期設定位置に復元するようになって
いるので、請求項２に記載の免震構造物と同様に、上部
構造体全体の振動周期を、その質量に関係なく設定する
ことができる。従って、上部構造体の規模や質量に関係
なく、適切な振動周期を持つ構造物とすることができ
る。

【００５２】請求項５に記載の免震構造物では複数の円
柱状の転動体からなる第１の転動体列と、これと直角方
向に配列された第２の転動体列とを重ね合わせて載置
し、これらを介して上部構造体の鉛直荷重が支持されて
いるので、請求項３に記載の免震構造物と同様に、水平
面内の任意の方向の地震動が基礎に入力されても、上部
構造体に伝達される地震動を大幅に低減することができ
る。

【００５３】請求項６に記載の免震構造物では、請求項
１から請求項５までに記載のような転動体を介して上部
構造体の鉛直荷重が支持され、この他に上部構造体と基
礎との間に水平方向の復元力を付与する復元機構が備え
られているので、この復元機構は、上部構造体の鉛直荷
重に関係なくバネ剛性等を設定することができ、上部構
造物全体の固有振動周期を適切な値の設定することを容
易となる。

【００５４】請求項７に記載の免震構造物では、基礎に
対して水平移動する上部構造体に粘性抵抗力を付与する
減衰機構を備えているので、上部構造体に伝達された地
震動のエネルギーは減衰機構によって吸収され、上部構
造体の震動が過大となるのが防止される。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の一実施例である免震構
造物を示す概略構成図である。

【図２】図１に示す実施例で用いられる鉛直支持機構を
示す概略断面図である。

【図３】図１に示す実施例で用いられる復元・減衰機構
を示す概略断面図である。

【図４】請求項２に記載の発明に係る免震構造物で用い
られる鉛直支持機構の一例を示す概略断面図である。

【図５】請求項３に記載の発明の一実施例である免震構
造物を示す概略構成図である。

【図６】図５に示す実施例で用いられる鉛直支持機構を
示す概略断面図である。

【図７】図５に示す実施例で用いられる復元・減衰機構
を示す概略断面図である。

【図８】図５に示す実施例の基礎および上部構造体で記
録された地震波を示す図である。

【図９】図５に示す実施例の基礎および上部構造体で記
録された地震波を示す図である。

【図１０】請求項３に記載の発明の他の実施例で用いら
れる鉛直支持機構の正面図および側面図である。

【図１１】請求項４に記載の発明の一実施例である免震
構造物で用いることができる鉛直支持機構の正面図およ
び側面図である。

【図１２】図１１に記載の鉛直支持機構を用いた免震構
造物で用いることができる減衰機構の一例を示す概略断
面図である。

【図１３】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図１４】請求項５に記載の発明の一実施例である免震
構造物で用いることができる鉛直支持機構を示す概略構
成図である。

【図１５】復元・減衰機構の例を示す概略構成図であ
る。

【図１６】復元・減衰機構の例を示す概略構成図であ
る。

【図１７】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図１８】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図１９】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図２０】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図２１】復元機構の例を示す概略構成図である。

【図２２】減衰機構の例を示す概略構成図である。

【符号の説明】

１基礎２上部構造体３，５，６，８，９，１２鉛直支持機構４，７，１３，１４復元・減衰機構１０，２０減衰機構１１，１５，１６，１７，１８，１９復元機構３２，５２，８６，１２２，１２３転動体３３，５４枠体３５，５３小球４２弾性円柱体４３芯材４４金属補強材６２，６５，９２，９５レール状部材６３，９３上枠６４，９４下枠６７，９７鋼球（転動体）７２鋼棒７４粘性流体９８球座１０２円形板１０３粘性流体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基礎上に滑らかな支持面を設け、この支持面上に球状の転動体を載置し、この転動体を介して上部構造体の鉛直荷重を支持するこ
とを特徴とする免震構造物。
【請求項２】請求項１に記載の免震構造物におい
て、前記支持面又は前記上部構造体側に設けられて前記転動
体に当接される上部当接面の、少なくともいずれか一方
が、凹状の曲面となっていることを特徴とする免震構造
物。
【請求項３】第１の上枠と第１下枠との間に転動体
が介挿され、ほぼ水平な一方向に、前記第１の上枠と第
１の下枠との相対移動が可能な第１の転動機構と、第２の上枠と第２の下枠との間に転動体を有し、前記第
１の転動機構の相対移動方向と直角方向に第２の上枠と
第２の下枠との相対移動が可能な第２の転動機構とを有
し、基礎上に重ね合わされた第１の転動機構と第２の転動機
構とを介して上部構造体の鉛直荷重を支持することを特
徴とする免震構造物。
【請求項４】請求項３に記載の免震構造物におい
て、前記第１の転動機構が有する転動体が所定の方向に転が
る転動面と、前記第２の転動機構の転動面とが、初期設
定位置への復元力を付与するように凹状の曲面となって
いることを特徴とする免震構造物。
【請求項５】基礎上に設けられた平滑な支持面上
に、複数の円柱状の転動体を平行に配列した第１の転動
体列を載置し、前記第１の転動体列に、該第１の転動体列と直角方向に
円柱状の転動体を複数本配列した第２の転動体列を載置
し、前記第１の転動体列と第２の転動体列とを介して上部構
造体の鉛直荷重を支持することを特徴とする免震構造
物。
【請求項６】請求項１から請求項５までに記載の免
震構造物において、前記転動体の転動により基礎に対して移動した上部構造
体が初期位置に復元するように、基礎と前記上部構造体
との間に水平力を付与する復元機構を有することを特徴
とする免震構造物。
【請求項７】請求項１から請求６までに記載の免震
構造物において、前記転動体の転動により基礎に対して水平移動する上部
構造体に粘性抵抗力を付与する減衰機構を有することを
特徴とする免震構造物。