JPH09256672A - 構造物の免振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層ゴムアイソレータは、鉛直方向の地震波
に対処するものではなく、反作用エネルギが蓄積されて
揺れ返しが生じ、荷重支持機能，ばね特性を加味した設
計をする必要があった。 【解決手段】 基礎地盤Ｅ側に形成された複数の凹所１
と、構造物基礎２の下部に突設され、凹所１に挿通され
る柱体３と、柱体３の先端に一端を揺動可能に連結し、
他端を凹所１の上部側に揺動可能に連結することによ
り、柱体３を凹所１内中央部に浮遊状態に支持する複数
の吊り部材５とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビル、一般戸建住
宅などの建物、橋脚その他の構造物に用いられる免振装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】構造物の免振装置として、積層ゴムアイ
ソレータなどが知られている。積層ゴムアイソレータは
一対のプレートの間にゴム板と鋼板とをサンドイッチ状
に交互に積層してなるものであり、地盤側基礎と免振さ
れる構造物との間に介在され、構造物の荷重を鉛直支持
するとともに、水平方向に柔らかいばねとして作用し、
地震入力エネルギを弾性歪みエネルギとして吸収するも
のである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
この種のアイソレータにあっては、専ら構造物に対する
水平方向の振動（いわゆる横揺れ）を対象としており、
鉛直方向の振動（いわゆる縦揺れ）に対処するものでは
なかった。すなわち、比較的震源が浅い場所では縦揺れ
成分が大きく地表面に作用し、その地震エネルギはきわ
めて大きいものとなる。例えば、最近国内において大被
害をもたらした阪神大震災は、震度７以上の巨大な震度
であったと結論づけられ、構造物の崩壊が随所に観察さ
れているが、このような崩壊は横揺れのみならず縦揺れ
にも起因するものとの報告がなされている。これに対
し、従来の水平方向の免振装置に加えて、鉛直方向のば
ね特性を有する免振装置を追加することも考えられる
が、構造が複雑になって工期が増加するばかりか、コス
トが大幅に増加するという課題がある。

【０００４】また、従来の積層ゴムアイソレータは、積
層された複数枚のゴム板が主に水平方向に変形すること
により入力を減衰して地盤と構造物との相対変位を抑え
るものであるが、一方向の変形により逆方向の反作用エ
ネルギが蓄積される特性を有しているため、この反作用
エネルギにより、いわゆる揺れ返しが生じるという課題
がある。

【０００５】さらに、従来の積層ゴムアイソレータにあ
っては、ゴム板が構造物の荷重を支持する機能および水
平方向のばね機能をも具備する必要があり、これら荷重
支持機能，ばね機能だけでなく復元機能をも加味した設
計をする必要があるため、設計が困難であった。

【０００６】本発明は、以上の問題を解決するものであ
り、簡単な構成でありながら、構造物に対する水平方向
の振動エネルギのみならず鉛直方向の振動エネルギをも
減衰することができ、また、変形による反作用エネルギ
が蓄積されずに揺れ返しが生じず、さらに、構造物の荷
重による鉛直方向の慣性力を利用して構造物の現位置復
帰作用を行わしめることができる構造物の免振装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
め、本発明のうち請求項１記載の発明は、基礎地盤側に
形成された凹所と、構造物の下部から突設され該凹所に
挿通される柱体と、該柱体の先端に一端を連結し、他端
を凹所の上部周縁に連結することにより、前記柱体を凹
所内にて吊持する吊り部材とを備えたことを特徴とする
ものである。

【０００８】ここで、吊り部材は、鋼材（鋼棒，フラッ
トバー，中空パイプ，Ｈ鋼，アングル材，チャンネル
材）、ワイヤ、スプリングなどのいずれであってもよ
く、これらを吊り部材の軸方向に任意に組み合わせたも
のであってもよい（例えば、鋼棒−ワイヤ−鋼棒）。ま
た、吊り部材の支点部は、自在継手であることが望まし
い。自在継手は、両者が連結した状態で、その連結中心
を基点として３６０度相対的な揺動運動を可能とした機
械要素であり、ユニバーサルジョイントや、ピボット軸
とピボット軸受との結合による球関節継手、球面滑り軸
受（例えば、日本トムソン株式会社製の「ピロボール
（商品名）」）を含む。

【０００９】この構成としたことにより、地震が発生す
ると、地盤→吊り部材の地盤側支点→吊り部材→吊り部
材の柱体側支点→柱体→構造物の経路を経て地震振動が
伝達されるが、各支点部における摩擦、吊り部材自体お
よび柱体自体の振動伝達特性に応じた減衰により、地震
入力が減衰される。

【００１０】しかも、構造物の自重による鉛直方向の慣
性力が常時作用するので、地震が発生していないときは
構造物が安定しており、比較的小規模の地震入力があっ
ただけでは、実際、揺れはほとんど構造物に伝達されな
い。地震の発生により、地盤（凹所）と構造物（柱体）
とが相対変位したときでも、これを中立位置である現位
置に復帰させる自己復帰力が吊り部材を介して作用する
ので早期に構造物が原位置に復帰する。

【００１１】さらに、吊り部材には、従来の積層ゴムア
イソレータのように、変形による反作用エネルギが蓄積
されることがなく、したがって、反作用エネルギの蓄積
に起因した構造物の揺れ返しが起こることはない。

【００１２】加えて、従来の免振装置では、構造物の荷
重を支持するとともに適宜のばね特性を有するものを設
計する必要があったことは前述したが、本発明では、ワ
イヤや鋼材などの引張に強い部材を使用することがで
き、設計が容易でコストダウンが図れるといった効果も
ある。

【００１３】請求項２に記載の発明は、前記吊り部材
が、一つの凹所内にて一つの柱体に対し複数設けられて
いることを特徴とし、請求項３に記載の発明は、前記凹
所および柱体が一つの構造物に対して複数設けられ、前
記吊り部材が、それぞれの凹所内に１または複数設けら
れていることを特徴とする。この場合、構造物全体を平
面的にみて吊り部材の吊設方向があらゆる方向を指向す
るように配置すれば、あらゆる方向の地震入力に対応す
ることができる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、前記吊り部材が
側方からみて斜めに傾斜配置されていることを特徴とす
る。この場合、水平方向の地震入力をＦとし、吊り部材
の水平線に対する角度をθとすると、水平方向に作用す
る力はＦcos θであり、鉛直方向に作用する力はＦsin
θとなって、水平方向のみならず鉛直方向の地震入力を
低減することができる。したがって、免振されるべき構
造物の固有振動特性、構造物の水平方向および鉛直方向
の耐力限界、想定される地震波の振動特性などに基づ
き、角度θを適宜設定することができる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、前記吊り部材が
ダンパ機能を備えていることを特徴とする。ここで、
「ダンパ機能を備えた吊り部材」とは、吊り部材自体が
スプリング，ゴムなどのばね特性を有する部材からなる
場合のみならず、吊り部材自体あるいは吊り部材の中間
部にエアダンパやオイルダンパなどのダンパを介設した
ものも含まれる。これにより、上記各作用に加えて、ダ
ンパの振動伝達特性に応じた地震入力の減衰を図ること
ができる。

【００１６】請求項６に記載の発明は、前記吊り部材が
ワイヤまたは多関節リンクであることを特徴とする。こ
れらの部材は、圧縮力は伝達しないが、引張力は伝達す
る。したがって、地震入力に対して引張側となる吊り部
材のみが地震波を伝達するので、構造物側に伝達される
地震波を低減することができる。また、吊り部材をワイ
ヤにて構成した場合、ワイヤの端部を所定張力で巻取り
繰出するリトラクタを設けることもできる。

【００１７】請求項７に記載の発明は、前記柱体が中空
状となっていることを特徴とする。これにより、柱自体
の振動伝達特性を利用してより効果的な振動減衰を図る
ことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】図１、２は、本発明の第一実施例を示して
いる。図において、免振装置は、基礎地盤側Ｅの適宜位
置に形成された複数の凹所１と、地盤Ｅ上に配置される
構造物である建物の基礎梁２の下部に突設されて凹所１
に挿通される柱体３と、柱体３の先端に一端を連結し、
他端を凹所１の開口縁上部側に連結することにより、柱
体３を凹所１内のほぼ中央部に浮遊状態に支持する４本
の吊り部材５を備えている。なお、以上の免振装置は建
物下部の一カ所のみでなく、構造物の規模に応じて複数
箇所配置され、建物下部を懸垂状態に吊り下げ支持す
る。

【００２０】前記凹所１は、実際には、ヒューム管など
の中空円筒部材を基礎地盤Ｅ内に埋設して構成されるも
ので、その底部フランジ６をアンカーボルト７などを介
して基礎コンクリート８に強固に結合している。また、
その上部側は吊り部材５の配置位置に沿って斜めに拡開
された溝９が形成され、この拡開溝９に前記各吊り部材
５を挿通しているとともに、上部においては、吊り部材
５の上端側をボルトＢにより揺動可能に連結するための
連結部１０を設けている。なお、本実施例では中空円筒
部材を埋設して凹所を形成してあるが、中空であれば角
柱状あるいは多角柱状のもので構成することも可能であ
る。

【００２１】柱体３は、その上端フランジ１１を、ボル
トＢを介して基礎梁２に連結したもので、本実施例で
は、中空の円筒状鋼管によって構成されているが、Ｈ型
鋼、中空ないし中実の円筒状または角柱状であっても良
い。

【００２２】この柱体３の下部側において、その接線方
向に各吊り部材５の先端側がボルトＢを介して連結され
ている。図３はその要部構造を示すもので、ボルトＢの
ボルト軸の周囲には多数の皿バネ１２が積層配置されこ
の皿バネ１２によって吊り部材の先端接合部１３を挟み
込むことによって吊り部材５の軸方向に直交する変位を
吸収する。なお、皿バネ１２に代えてボールリンクなど
の結合によっても同様の目的を達成できる。また、吊り
部材５の連結形態は必ずしも柱体３の接線方向でなくと
もよく、柱体３の中心から放射状の連結形態であっても
よい。

【００２３】前記各吊り部材５は、本実施例では、スプ
リングと、ガスまたはオイルなどの圧力流体の組合わせ
からなるピストンダンパ機構が採用され、その上部側を
シリンダ部５ａとし、下部側をシリンダ部５ａに摺動可
能に挿通されるピストンに一体化されたプランジャ５ｂ
とし、通常の静止状態においてはプランジャ５ｂを上部
側に位置させた状態で建物の構造重量を支持し、振動の
入力があった場合には、水平方向振動成分の入力に対し
ては、ボルトＢを支点に揺動するとともに、縦方向振動
成分の入力に対してはプランジャ５ｂが伸縮して振動の
減衰効果をもたらすようにしている。なお、このピスト
ンダンパ機構の詳細構成については、後述する第三実施
例により詳述する。

【００２４】以上の構成においては、基礎地盤Ｅに対す
る振動の入力時、常時各吊り部材５は、上下のボルトＢ
を基点に揺動するが、柱体３に対する支持点では、建物
荷重により常時凹所１の中立点に保持しつつ、振動の減
衰を行う。この結果、建物自体に伝わる振動エネルギー
はきわめて小さなものとなる。

【００２５】なお、本実施例では、ピストンダンパ機構
を備えた４本の吊り部材５によって柱体３を支持した
が、その本数を変更することもできる。この場合、構造
物全体を平面的にみて吊り部材の吊設方向があらゆる方
向を指向するように配置すれば、あらゆる方向の地震入
力に対応することができる。

【００２６】図４〜図６は、吊り部材の各種変形例を示
している。まず、図４においては、吊り部材としてフラ
ットバー５−１を用い、その下部側をく字型に曲げてあ
る。この場合には、フラットバー５−１からの振動の伝
達は直線的でなく、く字型の折曲部５−１ａの部分で変
位するため、さらに緩衝効果を得ることができる。吊り
部材の形状は、同図に示すように、くの字の折曲部が柱
体の中心線上に位置していたり、該中心線より内側また
は外側に位置しているものとすることができるし、くの
字の折曲部が下側に位置するものであってもよく、この
場合、構造物側支点Ｂを通る鉛直線より外側を通るもの
であってもよい。また、吊り部材は、円弧状であっても
よいし、地盤側および構造物側の支点部Ｂ，Ｂを含む三
角形，半円形などの平板状であってもよい。

【００２７】図５は、吊り部材として一対のパイプ５−
２をねじ込みにより長さ調節可能に連結したものを用い
ているとともに、一カ所をヒンジピン５−２ａにより連
結されている。この場合においても振動の伝達経路がヒ
ンジピン５−２ａで曲げられるため、緩衝効果を得るこ
とができる。

【００２８】図６は、それぞれ、柱体３及び連結部１０
に一端を連結した一対のフラットバー５−１の中間位置
にヒンジピン５−２ａを介してワイヤ５−３を連結して
いる。ワイヤ５−３は、張力方向にのみしか荷重を伝達
せず、圧縮方向に対してはたわんで荷重の伝達ないた
め、前記各種形状の吊り部材とは異なった特性となる。

【００２９】図７は、本発明の第二実施例を示すもので
ある。なお、前記第一実施例と同一箇所には同一符号を
付し、異なる箇所、あるいは新たに付加された箇所のみ
異なる符号を用いて説明を行う。

【００３０】本実施例における免振装置の第一実施例と
異なる部分は二点ある。その第一点目は、柱体３を挟ん
で対向する吊り部材５同士を連結桿２０で連結したこと
である。振動の入力時において、その振動の方向が不規
則に変化したり、ダンパ機構の働きにより、吊り部材５
の長さが変化した場合には、各吊り部材５の振動の周期
や位相が変化し、柱体３を中立点に保持できなくなる。

【００３１】それ故、連結桿２０で各吊り部材５間を連
結することによって、揺れの位相を強制的に同一とし、
一方の吊り部材５が図中実線で示す位置から破線で示す
位置に揺動変位すると、他方の吊り部材５も同相方向に
揺動変位させ、これによって柱体３を中立点に保持する
ことができる。

【００３２】なお、連結桿２０の一部は、リンク板２１
によって接合されている。このリンク板２１は、きわめ
て強い揺れであって振動の方向が異なる場合に、この部
分から破壊して、あるいはこの部分をスライドさせるこ
とによって連結桿２０による各吊り部材５を強制的な連
動から解除し、全体の安全性を確保する。

【００３３】本実施例における第一実施例と異なる第二
点目は、縦方向の揺れによって柱体３が凹所の内底面に
着地したときの衝撃を吸収するとともに、着底後の柱体
３の擦過現象を未然に防止する機構を設けた点である。

【００３４】すなわち、図において、柱体３の底部には
複数のころがり支承２２が配置され、凹所の内底面に配
置された受けプレート２３に対して所定の隙間ｄをあけ
て対向している。また、受けプレート２３の下部には多
数のバネ２４が積層されている。従って縦方向振動成分
により、柱体３が受けプレート２３に衝突した場合に
は、バネ２４のクッション作用によってその衝撃が緩和
される。また、着底状態での柱体３の動きと内底面の動
きのずれによりころがり支承２２が転動することによ
り、擦過を防止することになる。

【００３５】なお、本実施例においても、第一実施例に
おける各種変形例を採用できることは勿論である。

【００３６】図８は、本発明の第三実施例を示してい
る。図において、柱体３０は、前記各実施例と同様に複
数の吊り部材５により凹所１内に懸垂支持されている。
この柱体３０は、それ自体がピストンダンパ機構を構成
していて、上部側がシリンダ３１、下部側がビストン３
２及びこれに連結したプランジャ３３となっており、こ
のプランジャ３３の先端にボール３４を回転可能に支持
している。また、ボール３４の先端は、凹所１の内底面
に形成された窪み３５に対向し、着底した状態でこの窪
み３５内でみそすり運動を行うようになっているほか、
窪み３５から脱した状態でもこれの近傍に設けられた傾
斜部３６に沿ってみそすり運動を可能としている。

【００３７】図９は、前記ピストンダンパ機構の詳細を
示している。図において、ピストン３２はバネ３７及び
シリンダ３１の側面にオリフィスを介して連通するアキ
ュムレータ３８から供給される圧力媒体（ガス圧、また
は油圧など）の圧力により常時下降位置に保持され、プ
ランジャ３３の先端に設けたボール３４を窪み３５に当
接させている。この状態からシリンダ３１が下降する
と、プランジャ３３はバネ３７を圧しながら相対的に上
昇し、これによる緩衝効果及びピストン−シリンダとア
キュムレータ３８間を移動する圧力媒体による緩衝効果
により、縦揺れ時における衝撃を吸収できるようになっ
ている。

【００３８】以上の吊り部材は、一つの凹所内にて一つ
の柱体に対し複数設けられているか、凹所および柱体が
一つの構造物に対して複数設けられた場合に（一つの構
造物に対し平面的に安定する３つ以上設けることが好ま
しい）、それぞれの凹所内に１または複数設けられてい
る。構造物全体を平面的にみて吊り部材の吊設方向があ
らゆる方向を指向するように配置すれば、あらゆる方向
の地震入力に対応することができる。

【００３９】一つの構造物（比較的小規模な構造物、例
えば一般の戸建家屋）に対し、一つの凹所および柱体の
みが設けられている場合であって、柱体の接線方向に吊
り部材を設けた場合、地震入力により柱体（建物）に柱
体の中心軸を中心としたねじれが生じるが、柱体に固有
のねじれに抗する耐力特性が振動伝達特性として機能す
るといった効果もある。

【００４０】また、以上の説明では、吊り部材を側方か
らみて斜めとなるように傾斜配置する例を示したが、地
盤側の支点部を水平方向に延出させるとともに柱体の下
端部を該地盤側延出部と上下に対向するよう水平方向に
延出させ、上下の延出部間に吊り部材を鉛直方向に配置
することもできる。複数の凹所を設けた場合には、それ
ぞれの凹所に配置される吊り部材は１つでもよいことは
上記実施例と同様である。

【００４１】以上の吊り部材は、一つの構造物全体で、
あるいは一つの凹所内で、鋼材，ワイヤなどを任意に組
み合わせて用いることができる。ただし、一つの凹所内
では、圧縮力を伝達する鋼材などの部材のみで吊り部材
を構成しない方がよいことはもちろんである。

【００４２】なお、本発明は上記実施例のものに限定さ
れるものではなく、例えば、空所内壁と柱体との間に大
地震時に膨出するエアバッグを設置したり、水，油など
の流体を充填して粘性ダンパ作用をもたせることもでき
る。また、流体に代えて、細かい球（ビーズ）を多数充
填することにより、地震エネルギを熱エネルギに返還す
ることもできる。

【００４３】また、上記実施例では、本発明の免振装置
を「免震」の意味で説明したが、風振動、交通振動、工
事振動などの振動に対しても効果があることはいうまで
もない。

【００４４】

【発明の効果】以上各実施例の説明により明らかなよう
に、本発明にかかる構造物の免振装置にあっては、簡単
な構成でありながら、水平方向のみならず鉛直方向の振
動エネルギをも各支点部における摩擦、吊り部材自体お
よび柱体自体の振動伝達特性に応じた減衰、並びに、構
造物の自重による鉛直方向の慣性力による自己復帰作用
により、減衰することができる。

【００４５】また、反作用エネルギの蓄積に起因した構
造物の揺れ返しが起こることがないし、吊り部材として
ワイヤや鋼材などの引張に強い部材を使用することがで
き、設計が容易でコストダウンが図れるといった効果も
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例による免振装置の断面図で
ある。

【図２】同平断面図である。

【図３】同柱体と吊り部材との接合の詳細を示す部分断
面図である。

【図４】第一実施例の変形例を示す縦断面図である。

【図５】同他の変形例を示す縦断面図である。

【図６】同さらに他の変形例を示す縦断面図である。

【図７】本発明の第二実施例を示す縦断面図である。

【図８】本発明の第三実施例を示す縦断面図である。

【図９】図８の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

Ｅ 基礎地盤 １ 凹所 ２ 建物基礎梁 ３、３０ 柱体 ５ 吊り部材 ５ａ シリンダ部、５ｂ プランジャ（ダンパ機能） ２０ 連結桿 ２４ ころがり支承 ２５ バネ ３０ａ シリンダ ３０ｂ ピストン ３０ｃ プランジャ ４０ 支持桿（支持機構） ４１、４２ ブラケット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基礎地盤側に形成された凹所と、構造物
   の下部から突設され該凹所に挿通される柱体と、該柱体
   の先端に一端を連結し、他端を凹所の上部周縁に連結す
   ることにより、前記柱体を凹所内にて吊持する吊り部材
   とを備えたことを特徴とする構造物の免振装置。
2. 【請求項２】 前記吊り部材は、一つの凹所内にて一つ
   の柱体に対し複数設けられていることを特徴とする請求
   項１に記載の構造物の免振装置。
3. 【請求項３】 前記凹所および柱体は一つの構造物に対
   して複数設けられ、前記吊り部材は、それぞれの凹所内
   に１または複数設けられていることを特徴とする請求項
   １に記載の構造物の免振装置。
4. 【請求項４】 前記吊り部材は、側方からみて斜めに傾
   斜配置されていることを特徴とする請求項１ないし３の
   いずれかに記載の構造物の免振装置。
5. 【請求項５】 前記吊り部材は、ダンパ機能を備えてい
   ることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載
   の構造物の免振装置。
6. 【請求項６】 前記吊り部材は、ワイヤまたは多関節リ
   ンクであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれ
   かに記載の構造物の免振装置。
7. 【請求項７】 前記柱体は、中空状となっていることを
   特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の構造物
   の免振装置。