JPH08261281A

JPH08261281A - 免震装置

Info

Publication number: JPH08261281A
Application number: JP8006688A
Authority: JP
Inventors: Koji Kubo; 孝治久保; Toshikazu Yoshizawa; 利和芳沢; Yoshihide Fukahori; 美英深堀
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1995-01-23
Filing date: 1996-01-18
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、地震、交通振動、風揺れのすべて
に免震、防振の効果を発揮する免震装置を提供する。【解決手段】上下の面板間に複数層の粘弾性的性質を
有する弾性体を積層してなる免震装置であって、かつ、
前記免震装置の水平方向の１００％剪断歪み時における
歪み量が５０ｍｍを越える免震装置であって、前記免震
装置の横ばね定数をＫH 、前記免震装置への搭載物の搭
載質量をＭとしたときに、ｆH ＝（１／２π）√（ＫH ／Ｍ）で算出される前記免震装置の水平方向の固有振動数ｆH
が、水平方向振幅２ｍｍの振動入力時に、０．７Ｈｚ≦
ｆH ≦１．５Ｈｚであり、水平方向振幅１０ｍｍの振動
入力時に、１．４Ｈｚ≦ｆH ≦２．２Ｈｚであり、かつ
前記粘弾性的性質を有する弾性体の１００％歪みに等し
い、水平方向振幅の振動入力時に、０．１Ｈｚ≦ｆH ≦
０．８Ｈｚとすることにより、地震、風揺れ、交通振動
などすべてに免震、防振の効果を発揮することができる
免震装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は免震装置に係り、地
震だけでなく、交通振動などの対策に好適な免震装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数個の鋼板等の剛性を有した硬
質板と、粘弾性的性質を有したゴム等の軟質板とを交互
に積層した免震構造体が、中層、低層のビルや橋梁等の
免震装置のゴム支承片として広く用いられている。この
ような免震構造体の軟質板を構成するゴム等の弾性体
は、下記のようなばね特性を有するように設計されるの
が一般である。即ち、ゴム等の弾性体の横ばね定数ＫH
、搭載質量をＭとして、水平方向の固有振動数ｆH は
次の関係式のもとでｆH ＝（１／２π）√（ＫH ／Ｍ）１００％歪における固有振動数が、ｆH ＝０．５Ｈｚ
を基準として設計されている。この固有振動数ｆH は、
建物や橋梁などの重量と、ゴムなどの弾性体の横ばね定
数ＫH との比で決まるので、ビルや橋梁など搭載重量Ｍ
の大きいものの免震構造体の軟質板を構成する弾性体は
ばね剛性の大きい材料、高弾性材料が用いられることが
一般的である。また、低減衰免震構造体の中に鉛を封入
したものがビルや橋梁などの重負荷用として用いられて
いる。従来の免震装置は、このような免震構造体を複数
個用いたものが一般的であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような免震構造
体、特に鉛入り免震構造体では、鉛の剛性のため微小変
形におけるばね剛性は更に大きくなっており、又高減衰
免震構造体は材料に高減衰を持たせ且つ耐クリープ性能
の向上のために低歪みにおけるばね剛性が非常に大きく
なる様に設計されている。このような免震装置は、地震
には勿論対応して効果を発揮するが、交通振動には対応
していないので、振動をそのまま伝えてしまうという問
題があった。更に、風揺れに対しては結果として大きな
抵抗力を持つようになっている。一方、この免震構造体
を戸建住宅等のような軽負荷、即ち、質量Ｍの小さい免
震構造体に適用する場合、ばね剛性（横ばね定数ＫH ）
を小さく設計する必要がある。しかし、このばね剛性を
小さくすると交通振動の防振には効果があるが、風によ
って揺れてしまうという問題があった。本発明は、この
ような従来の技術に鑑みてなされたものであり、免震装
置を地震だけでなく、交通振動や風揺れにも対応する、
すなわち、相反する特性をひとつの装置に組み込んだ免
震装置を目指すものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明では、上下の面板
間に複数層の粘弾性的性質を有する弾性体を積層してな
る免震装置であって、かつ、前記免震装置の水平方向の
１００％剪断歪み時における歪み量が５０ｍｍを越える
免震装置であって、前記免震装置の横ばね定数をＫH 、
前記免震装置への搭載物の搭載質量をＭとしたときに、ｆH ＝（１／２π）√（ＫH ／Ｍ）で算出される前記免震装置の水平方向の固有振動数ｆH
が、水平方向振幅２ｍｍの振動入力時に、０．７Ｈｚ≦
ｆH ≦１．５Ｈｚであり、水平方向振幅１０ｍｍの振動
入力時に、１．４Ｈｚ≦ｆH ≦２．２Ｈｚであり、かつ
前記粘弾性的性質を有する弾性体の１００％歪みに等し
い、水平方向振幅の振動入力時に、０．１Ｈｚ≦ｆH ≦
０．８Ｈｚであることを特徴とする免震装置を用いるこ
とにより上記問題点の解決を図った。

【０００５】

【発明の実施の形態】交通振動の周波数帯域は１〜５Ｈ
ｚの範囲、特には２〜５Ｈｚに強い振動が存在する。こ
の交通振動を防振するには、免震装置の固有振動数を、
０．７Ｈｚ〜１．５Ｈｚに、好ましくは０．７Ｈｚ〜
１．０Ｈｚにすることが必要である。免震装置の固有振
動数ｆH が１．５Ｈｚを越えると、交通振動と共振し、
防振効果が失われてしまう。免震装置の固有振動数ｆH
が０．７Ｈｚ未満に設計すると、防振パッドの厚さが厚
くなるとともに形状率が小さくなり、即ち背の高い防振
パッドとなってしまい形状的に不安定となり、かつクリ
ープ性が大きくなるため実用的でない。この時のばね剛
性、即ち横ばね定数ＫH は、搭載質量Ｍの大きさによっ
て変わるが、例えば、ｆH ＝１．５Ｈｚに設定するとＭ
＝８０００ｋｇの場合、ＫH ＝７２５ Kgf/cm となり、
Ｍ＝１００００ｋｇの場合、ＫH ＝９０６ Kgf/cm とな
り、Ｍ＝１２０００ｋｇの場合、ＫH ＝１０８８ Kgf/c
m となる。また、この時の振幅値は、１００μ〜２ｍｍ
である。よって、免震装置の水平方向振幅が２ｍｍ未満
の場合は、０．７Ｈｚ≦ｆH ≦１．５Ｈｚの範囲に設計
することが好ましい。

【０００６】風揺れに対しての防振の場合、例えば平均
風速３０ｍ／ｓｅｃの大台風の時は建屋の投影断面積当
たり、６０〜９０ Kgf/m² の風力を受けることになる。
即ち免震装置１基当たり、６７５〜１０１３ Kgfの力を
受けることになる。この時の免震装置の水平方向の変形
量は、１０ｍｍ以下に抑えることが好ましい。更に好ま
しくは７ｍｍ以下である。この時のばね剛性、即ち横ば
ね定数ＫH は、ＫH ＝１０００ Kgf/cm 〜１５００ Kgf
/cm という非常に固いばねにすることが必要である。こ
の時の免震装置の固有振動数ｆH は、搭載質量Ｍの大き
さによって変わるが、Ｍ＝８０００ｋｇの場合、ｆH ＝１．７６〜２．１６ＨｚＭ＝１００００ｋｇの場合、ｆH ＝１．５８〜１．９３ＨｚＭ＝１２０００ｋｇの場合、ｆH ＝１．４４〜１．７６Ｈｚとなる。よって、免震装置の水平方向振幅１０ｍｍの振
動入力時で、１．４Ｈｚ≦ｆH ≦２．２Ｈｚに設計する
ことが好ましい。

【０００７】地震の時に免震効果を発揮するためには、
免震装置の固有振動数ｆH を０．８Ｈｚ以下、好ましく
は０．５Ｈｚ以下、更に好ましくは０．２Ｈｚに設計す
ることが必要である。この時のばね剛性、即ち横ばね定
数ＫH は、搭載質量Ｍの大きさによって変わる。また、
この時の弾性体の歪み量は１００％である。よって、
免震装置の弾性体の１００％歪みに等しい水平方向振幅
の振動入力時におけるＫH は、３ Kgf/cm ≦ＫH ≦３０
０ Kgf/cm に設計することが好ましい。歪み量は、水平
方向の変形量と弾性体の総厚さとの比で表されるので、
弾性体の総厚さによって変化する。以上述べてきたよう
に、水平方向振動の振幅の大きさに対して、最適な免震
装置の固有振動数ｆH を設計することにより、本発明の
免震装置は交通振動、風揺れ防止、地震時の免震、すべ
てに効果を発揮することができる。

【０００８】本発明の免震装置は、水平方向の変形量に
対して最適なばね剛性を設計することによって、交通振
動、風揺れ防止、地震時の免震、すべてに効果を発揮す
ることができる。交通振動の防振に対しては、免震装置
の水平方向振幅２ｍｍの振動入力時におけるばね剛性、
即ち横ばね定数ＫH は１１００ Kgf/cm 以下が好まし
い。さらに好ましくは、５００ Kgf/cm 以下である。横
ばね定数ＫH が１１００ Kgf/cm を越えると、建物の固
有振動数が、１．５Ｈｚ以上となり、交通振動と共振し
てしまう。風揺れ防止には、免震装置の水平方向振幅１
０ｍｍの振動入力時におけるばね剛性、即ち横ばね定数
ＫH は１０００ Kgf/cm 以上で、１５００ Kgf/cm 以下
が好ましい。さらに好ましくは、免震装置の水平方向振
幅１０ｍｍの振動入力時におけるばね剛性、即ち横ばね
定数ＫH は１１００ Kgf/cm 以上で、１４００Kgf/cm
以下が好ましい。横ばね定数ＫH は１０００ Kgf/cm 未
満では、平均風速３０ｍ／ｓｅｃの大台風の時、免震装
置の水平方向の変形量が１０ｍｍを越えてしまうので、
居住者が不安感を覚える。地震時において、搭載質量１
２０００Ｋｇの場合、弾性体の１００％歪みに等しい振
動の入力時におけるばね剛性、すなわち横ばね定数ＫH
は、３１０Kgf/cm 以下が好ましい。更に好ましくは、
１２０ Kgf/cm 以下で、特には５０Kgf/cm 以下であ
る。また、搭載質量１００００ Kgfの場合、弾性体の１
００％歪みに等しい振動の入力時において、ばね剛性即
ち横ばね定数ＫH は、２６０ Kgf/cm 以下が好ましい。
更に、好ましくは、１００ Kgf/cm 以下で、特には、４
０ Kgf/cm 以下である。また、搭載質量８０００ Kgfの
場合、弾性体の１００％歪みに等しい振動入力時におい
て、ばね剛性、即ち横ばね定数ＫH は２１０ Kgf/cm 以
下が好ましい。更に、好ましくは、８０ Kgf/cm 以下
で、特には３０ Kgf/cm 以下である。

【０００９】本発明の免震構造体の軟質板に用いられる
材料としては、熱可塑ゴム、ウレタンゴム、各種の加硫
ゴム、未加硫ゴム、微架橋ゴム、プラスチックス等の有
機材料、これらの発泡体、アスファルト、粘土等の無機
材料、これらの混合材料など各種の物を用いることがで
きる。これらのものを単独で用いても良いが、内側部分
に高ダンピング材、外側部分にクリープ性能の良くかつ
柔らかい材料等と二種類以上を組み合わせて使用しても
良い。また、本発明における硬質板としては、金属、
セラミックス、プラスチックス、ＦＲＰ、ポリウレタ
ン、木材、紙板、スレート板、化粧板等所要の剛性を有
する各種の材料を使用することが出来る。

【００１０】本発明の免震装置を戸建建築などの軽負荷
用に使用する場合、風揺れ防止対策として、免震構造体
の内部に貫通する柱上の鉛を封入してもよい。免震構造
体に封入する柱状の鉛の断面積は、免震構造体の軟質板
と硬質板の積層部分の断面積の０．６〜４．０％が好ま
しい。鉛が０．６％未満だと風揺れ防止の効果はなく、
鉛が４．０％を越えると免震構造体が硬くなり過ぎ、地
震時において免震機能が働かなくなる。鉛の封入量は好
ましくは０．６〜２．０％である。更に好ましくは０．
６〜１．５％である。

【００１１】本発明の免震装置に用いる免震構造体に耐
候性を付与するために免震構造体の外側を耐候性の優れ
た材料で被覆しても良い。この被服材料としては、例え
ば、ブチルゴム、アクリルゴム、ポリウレタン、シリコ
ンゴム、フっ素ゴム、多硫化ゴム、エチレンプロピレン
ゴム（ＥＲＰ及びＥＰＤＭ）、ハイパロン、塩素化ポリ
エチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、クロロプレンゴム
などを用いることが出来る。これらの材料は単独でも二
種類以上をブレンドしても良い。また、天然ゴム、イソ
プレンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴ
ム、ニトリルゴムなどとブレンドしても良い。

【００１２】以下に本発明を図面を参照して実施例につ
いて具体的に説明する。

【実施例１】図１は本発明の実施例１に係る免震装置の
断面図を示している。図１に示す免震装置は、基礎９と
上物１０の間において、鉛入り免震構造体の上部に防振
パッド５を取り付けたものを示している。この免震構造
体は、硬質板１に外径２５０ｍｍ、内径２５ｍｍ、厚さ
１．５ｍｍのドーナツ板状の鋼板を２６枚使用し、軟質
板２にはゴム材料を厚さ５．４ｍｍで２７層使用した。
実施例１に用いられるゴム材料は、５０％引張りモジュ
ラスＭ₅₀＝２．４Kgf/cm² 、引張り強度Ｔｂ＝８５Kgf/
cm² 、破断時の伸びＥｂ＝７００％のものを用いた。ま
た、免震構造体の内部に封入する柱状の鉛６としては直
径２５±０．１ｍｍ、長さ１９５ｍｍのものを使用し、
鉛の両端が上下の面板に突出して隙間なく埋め込まれて
いる。実施例１に用いられる防振パッド５は、免震構造
体の軟質板２と同じゴム材料で厚さ２５ｍｍ、直径２５
０ｍｍのものを用い、免震構造体の上部の面板３と、上
物１０に取り付けられた突起のある面板に接着剤で貼り
付けた。また、上物に取り付けた突起のある面板７の突
起部と、免震構造体の上部の面板３との間隙を２ｍｍに
なるようにし、更に、免震構造体の上部の面板の周囲に
直径２ｍｍのＯリング８を突起部とＯリングが接触する
ようにはめ込み、風揺れや地震発生時の免震構造体の上
部の面板３と突起のある面板７の衝突による衝撃を緩和
させている。この時の交通振動などの微振動に対する上
物を含めた系の固有振動数は約１．０Ｈｚとなり、約３
Ｈｚにピークを持つと言われる交通振動に大して防振効
果が得られる。また、風揺れに対しては、Ｏリングが防
舷材のような働きをし、免震構造体の上部の面板３と面
板７の突起部の衝突を防ぎ、滑らかな変形でストッパー
として働き、地震時にも免震構造体が十分に機能を発揮
することができる。なお、実施例１の免震装置は、搭載
質量１０ｔｏｎにおいて、水平方向振幅２ｍｍの振動入
力時に、ｆH ＝１Ｈｚ、ＫH ＝３９３ Kgf/cm 、水平方
向振幅１０ｍｍの振動入力時に、ｆH ＝１．７９Ｈｚ、
ＫH ＝１２８５ Kgf/cm 、水平方向振幅が弾性体の１０
０％歪みに等しい振動入力時に、ｆH ＝０．４８Ｈｚ、
ＫH＝９３ Kgf/cm である。

【００１２】

【実施例２】図２は本発明の実施例２に係る免震装置の
断面図を示している。図２に示す免震装置は、基礎９と
上物１０との間において、免震構造体の上部に防振パッ
ド５を取り付けたものを示している。この免震構造体
は、硬質板１に外径２５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの接着
処理をした鋼板を２６枚を使用し、軟質板２には内側部
分と外側部分の材質が異なるゴム材料を用い、厚さ５．
４ｍｍのものを２７層使用した。実施例２に用いられる
ゴム材料の内側部分１１は、２０℃、１０％歪みにおけ
る tanδが０．４５で、破断時の伸びＥｂ＝６００％の
高ダンピングの材料で構成され、その体積比率は１６％
とした。またゴム材料の外側部分１２は、５０％引張り
モジュラスＭ₅₀＝３．２Kgf/cm² 、引張り強度Ｔｂ＝８
５Kgf/cm²、破断時の伸びＥｂ＝７００％のものを用い
た。防振パッドは実施例１と同じものを用いた。なお、
実施例２の免震装置は、搭載質量１０ｔｏｎにおいて、
水平方向振幅２ｍｍの振動入力時にｆH ＝１Ｈｚ、水平
方向振幅１０ｍｍの振動入力時に、ｆH＝１．５９Ｈ
ｚ、水平方向振幅が弾性体の１００％歪みに等しい振動
の入力時に、ｆH ＝０．５０Ｈｚである。

【００１３】

【実施例３】図３は本発明の実施例３に係る免震装置の
断面図を示している。図３に示す免震装置は、基礎９と
上物１０との間において、鉛入り免震構造体の上部に防
振パッドを嵌合したものを示している。この免震構造体
は、実施例１と同じものを用いた。実施例３に用いられ
る防振パッドは、軟質板１４として厚さ８ｍｍ、直径２
５０ｍｍのものを三層、硬質板として、厚さ１．５ｍｍ
の接着処理をした鋼板を４枚を使用して積層とし、防振
パッドの総ゴムの厚さとして２４ｍｍとした。なお、こ
の防振パッドの上下の拘束板である硬質板が、免震構造
体の上部の面板３と、上物に取り付けた突起のある面板
７とに嵌合させるようにした。また、その突起部と免震
構造体の上部の面板３との間隙を２ｍｍになるように
し、更に免震構造体の上部の面板の周囲に直径４ｍｍの
Ｏリングを突起部とＯリングが接触するようにはめ込
み、風揺れや、地震発生時には、免震構造体の上部の面
板３と突起部との衝突を防ぎ、滑らかな変形で、免震構
造体が効果を発揮できるように設計されている。防振パ
ッドの軟質板に用いたゴム材料は免震構造体の軟質板と
同じゴム材料を使用している。なお、実施例３の免震装
置は、搭載質量１０ｔｏｎにおいて、水平方向振幅２ｍ
ｍの振動入力時にｆH ＝１Ｈｚ、水平方向振幅１０ｍｍ
の振動入力時に、ｆH ＝１．７９Ｈｚ、水平方向振幅が
弾性体の１００％歪みに等しい振動の入力時においてｆ
H ＝０．４８Ｈｚである。

【００１４】

【実施例４】図４は本発明の実施例４に係る免震装置の
断面図を示している。図４に示す免震装置は、基礎９と
上物１０の間において、鉛入り免震構造体の下部に防振
パッド５を取り付けたものを示している。この免震構造
体は、硬質板１に外径２５０ｍｍ、内径２５ｍｍ、厚さ
１．５ｍｍのドーナツ板状の鋼板を２６枚使用し、軟質
板２にはゴム材料を厚さ５．４ｍｍで２７層使用した。
実施例４に用いられるゴム材料は、実施例１と同一のも
のを用いた。また、免震構造体の内部に封入する柱状の
鉛６としては直径２５±０．１ｍｍ、長さ１９５ｍｍの
ものを使用し、鉛の両端が上下の面板に突出して隙間な
く埋め込まれている。実施例４に用いられる防振パッド
５は、免震構造体の軟質板２と同じゴム材料で厚さ２５
ｍｍ、直径２５０ｍｍのものを用い、免震構造体の下部
の面板４と、基礎９に取り付けられた突起のある面板に
接着剤で貼り付けた。また、基礎に取り付けた突起のあ
る面板７の突起部と、免震構造体の下部の面板４との間
隙を２ｍｍになるようにし、更に、免震構造体の下部の
面板４の周囲に直径２ｍｍのＯリング８を突起部とＯリ
ングが接触するようにはめ込み、風揺れや地震発生時の
免震構造体の下部の面板４と突起のある面板７の衝突に
よる衝撃を緩和させている。この時の交通振動などの微
振動に対する上物を含めた系の固有振動数は約１．０Ｈ
ｚとなり、約３Ｈｚにピークを持つと言われる交通振動
に大して防振効果が得られる。また、風揺れに対して
は、Ｏリングが防舷材のような働きをし、免震構造体の
下部の面板４と面板７の突起部の衝突を防ぎ、滑らかな
変形でストッパーとして働き、地震時にも免震構造体が
十分に機能を発揮することができる。なお、実施例４の
免震装置は、搭載質量１０ｔｏｎにおいて、水平方向振
幅２ｍｍの振動入力時に、ｆH ＝１Ｈｚ、ＫH ＝３９３
Kgf/cm 、水平方向振幅１０ｍｍの振動入力時に、ｆH
＝１．７９Ｈｚ、ＫH ＝１２８５ Kgf/cm 、水平方向振
幅が弾性体の１００％歪みに等しい振動入力時に、ｆH
＝０．４８Ｈｚ、ＫH＝９３ Kgf/cm である。

【００１５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなごとく、免震装
置の水平方向振動の振幅に対して、免震装置の最適な固
有振動数を設定することにより、交通振動、風揺れ、そ
して地震時のすべてに免震、防振の効果を発揮すること
ができる免震装置を得ることができた。

【００１６】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施例に係る免震装置の断面図
である。

【図２】図２は本発明の実施例に係る免震装置の断面図
である。

【図３】図３は本発明の実施例に係る免震装置の断面図
である。

【図４】図４は本発明の実施例に係る免震装置の断面図
である。

【符号の説明】

１：免震構造体の硬質板２：免震構造体の軟質板３：免震構造体の上部の面板４：免震構造体の下部の面板５：防振パッド６：鉛７：突起のある面板８：Ｏリング９：基礎１０：上物１１：免震構造体の軟質板の内側部分１２：免震構造体の軟質板の外側部分１３：防振パッドの硬質板１４：防振パッドの軟質板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上下の面板間に複数層の粘弾性的性質を
有する弾性体を積層してなる免震装置であって、かつ、
前記免震装置の水平方向の１００％剪断歪み時における
歪み量が５０ｍｍを越える免震装置であって、前記免震
装置の横ばね定数をＫH 、前記免震装置への搭載物の搭
載質量をＭとしたときに、ｆH ＝（１／２π）√（ＫH ／Ｍ）で算出される前記免震装置の水平方向の固有振動数ｆH
が、水平方向振幅２ｍｍの振動入力時に、０．７Ｈｚ≦
ｆH ≦１．５Ｈｚであり、水平方向振幅１０ｍｍの振動
入力時に、１．４Ｈｚ≦ｆH ≦２．２Ｈｚであり、かつ
前記粘弾性的性質を有する弾性体の１００％歪みに等し
い、水平方向振幅の振動入力時に、０．１Ｈｚ≦ｆH ≦
０．８Ｈｚであることを特徴とする免震装置。
【請求項２】前記免震装置において、前記免震装置の
横ばね定数ＫH が、水平方向振幅２ｍｍの振動入力時
に、１５０ Kgf/cm ≦ＫH ≦１１００ Kgf/cmであり、
水平方向振幅１０ｍｍの振動入力時に、１０００ Kgf/c
m ≦ＫH ≦１５００ Kgf/cm であり、かつ前記粘弾性的
性質を有する弾性体の１００％歪みに等しい、水平方向
振幅の振動入力時に、３ Kgf/cm ≦ＫH ≦３００ Kgf/c
m であることを特徴とする請求項１記載の免震装置。
【請求項３】前記粘弾性的性質を有する弾性体の中央
部に鉛製の柱状体を封入したことを特徴とする請求項１
または請求項２記載の免震装置。