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

構造物の免振装置

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JPH09256672A
JPH09256672A JP6342196A JP6342196A JPH09256672A JP H09256672 A JPH09256672 A JP H09256672A JP 6342196 A JP6342196 A JP 6342196A JP 6342196 A JP6342196 A JP 6342196A JP H09256672 A JPH09256672 A JP H09256672A
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Nobutaka Tamura
暢崇 田村
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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。
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KR100686696B1 (ko) * 2004-10-29 2007-02-23 (주)케이돔엔지니어링 상승유압장치 및 로드셀을 이용한 구조물의 하중감량과부동침하 방지를 위한 보강 구조 및 그 방법
KR20160001452U (ko) * 2014-10-24 2016-05-04 대우조선해양 주식회사 진동 제어용 마그네틱 서포트
CN114829720A (zh) * 2019-12-23 2022-07-29 金男英 采用绳基础的隔震结构

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