JPH1077750A

JPH1077750A - 免震装置

Info

Publication number: JPH1077750A
Application number: JP23335996A
Authority: JP
Inventors: Keizo Shimizu; 敬三清水; Isao Kamei; 功亀井; Yoshio Kawabe; 美穂河辺
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 1998-03-24
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: JP3185678B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アイソレータとダンパーとを建物の上部構造
と基礎構造との間に併設した免震装置において、アイソ
レータが変形限界を超えて剪断破断したり不安定現象を
生じたりしないようにすることにある。【解決手段】低降伏点鋼鋼材を用いたダンパー４と、
その水平方向外側に所定水平距離だけ離隔して設けたス
トッパー８とを備え、前記基礎構造２が地震により所定
水平距離だけ変位した際にダンパー４がストッパー８と
当接し、大きな減衰効果を発揮して、アイソレータ３が
変形限界を超えて剪断破断しないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交互に積層した平
板状の弾性材と金属板とを有し、鉛直荷重を支持し水平
荷重に対して弾性変形をするアイソレータと、水平荷重
に対して所定の弾性変形を経て塑性変形をするダンパー
とを、建物の上部構造と基礎構造との間に併設した免震
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】免震装置は、地震による建物へのエネル
ギー入力の大部分を免震層で吸収し、建物架構に作用す
る地震力を低減しようとするものであり、免震要素とし
ては、建物自重を安定して支持するアイソレータ（支
承）と、地震時の大きな変位を抑制したり地震終了時に
すみやかに揺れを止める働きをするダンパーの２つが用
いられる。

【０００３】通常、アイソレータには、水平方向にバネ
効果を持つバネ支承、即ち、建物の鉛直荷重を支持し水
平荷重に対して弾性変形をするアイソレータが用いら
れ、具体的にはゴム板と鋼板を交互に積層して成る積層
ゴムが用いられる。一方、ダンパーには、弾塑性履歴エ
ネルギー吸収能に期待する履歴減衰型の弾塑性ダンパー
や、粘性体ダンパー、オイルダンパー等が用いられる。

【０００４】ところで、上記積層ゴムから成るアイソレ
ータは、その水平剛性が小さいほど、上部構造に作用す
る地震力が小さくなり免震効果が高まるが、アイソレー
タは変形限界を超えると剪断破断や不安定現象を生じる
おそれがある。

【０００５】例えば、大きなエネルギー吸収能が得られ
るように、上記積層ゴムと、地震力が加わった際に直ち
に塑性変形をする軟質金属、例えば鉛とを組み合わせた
免震装置では、地震エネルギーの吸収機能は増大される
ものの、地震とは逆に建物に短周期の振動、例えば強風
等が作用した際に、軟質金属が比較的小さい外力に対し
ても塑性変形するために、構造物が予期した以上に揺れ
るという問題がある。

【０００６】この問題に対しては、特公平２−６２６６
８号公報に開示された免震装置がある。これは、鉛直荷
重を支持し水平荷重に対して弾性変形をするアイソレー
タ（弾性体）と、水平荷重に対して所定の弾性変形を経
て塑性変形をするダンパー（棒状体）とを上部構造と基
礎構造との間に併設した免震装置であって、前記アイソ
レータが、交互に積層された平板状の弾性材と金属板と
を有し、前記ダンパーは鉛直方向に配置された鋼棒から
成るものである。そして、この免震装置によれば、弾性
体と棒状体とを組み合わせた変形履歴が得られるため、
地震エネルギーを吸収するこの履歴曲線によって囲まれ
る面積を比較的大きくすることができるという利点が得
られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
弾塑性ダンパー、粘性体ダンパー、オイルダンパー等
は、減衰によって変位を抑制する一定の効果はあるが、
大変形時において、積層ゴムから成るアイソレータの変
形を弾性域等の許容限界内に確実におさえるものではな
く、また、アイソレータが変形限界を仮に超えようとし
た場合に、その変形を確実に抑制できるものでもない。

【０００８】従って、従来のダンパーとアイソレータか
ら成る免震装置の場合、大変形に追従することが困難で
あり、アイソレータが変形限界を超えて剪断破断したり
不安定現象を生じるおそれがあった。

【０００９】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、大変形域において大きな減衰効果を有し、確実な変
形抑制性能を発揮する効率的なダンパーを併用すること
により、アイソレータが変形限界を超えて剪断破断した
り不安定現象を生じない高性能かつ高信頼性の免震装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のように構成したものである。

【００１１】（１）請求項１に記載の発明は、交互に積
層した平板状の弾性材と金属板とを有し、鉛直荷重を支
持し水平荷重に対して弾性変形をするアイソレータと、
水平荷重に対して所定の弾性変形を経て塑性変形をする
ダンパーとを、建物の上部構造と基礎構造との間に併設
した免震装置において、上部構造または基礎構造の一方
に設けた低降伏点鋼（ＬＹＰ）鋼材を用いたダンパー
と、その水平方向外側に所定水平距離だけ離隔して前記
上部構造または基礎構造の他方に設けたストッパーとを
備え、前記基礎構造が地震により所定水平距離だけ変位
した際にダンパーとストッパーとが当接するようにした
ものである。

【００１２】低降伏点鋼鋼材より成るダンパーと、該ダ
ンパーと対峙してアイソレータの一定の変形以上で作用
するストッパーとを備えて構成しているので、鉛直荷重
を支持し水平荷重に対して弾性変形をするアイソレータ
に、その許容範囲例えば弾性域を越えるような大きな水
平荷重が加わった際にも、アイソレータの変形がその許
容限界内にあるうちに、ダンパーがストッパーと当接し
て弾性変形し始め、更に塑性変形をして、地震入力エネ
ルギーを吸収しつつアイソレータの変形を許容限界内に
抑制するように働く。このとき、ダンパーは低降伏点鋼
から成るため、大変形に追従することができるうえ、安
定した減衰性能を発揮し、上部構造への地震エネルギー
の入力を低減できる。このダンパーの確実な変形抑制性
能の発揮により、アイソレータに剪断破断が生じなくな
る。

【００１３】よって、上記免震装置によれば、大きなエ
ネルギー吸収能が得られ、かつアイソレータの変形を許
容範囲内におさえ、その剪断破断や不安定現象をなくす
ことができ、大変形に追従し得る高性能・高信頼性が確
保される。

【００１４】（２）請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の免震装置において、低降伏点鋼鋼材を用いたダ
ンパーの剛性を、その高さと幅の比で調整するようにし
たものである。これにより、ダンパーが衝撃的に作用し
ないよう、かつ安定した減衰性能が期待できるような剪
断降伏型のダンパーの設計が可能となる。

【００１５】（３）請求項３に記載の発明は、請求項１
または２に記載の免震装置において、低降伏点鋼鋼材を
用いたダンパーとその水平方向外側に所定水平距離だけ
離隔して設けたストッパーとを複数組設け、各組におけ
るダンパーとストッパーとの間の所定水平距離を異なら
せた構成のものである。

【００１６】各ダンパーとストッパーとの組を全体とし
て段階的に作用するように組み合わせるものであるの
で、より大きなエネルギー吸収性能を確保しつつ、設定
に応じてダンパーが衝撃的に作用することを緩和するこ
とができる。

【００１７】（４）請求項４に記載の発明は、請求項１
から３いずれかの項に記載の免震装置において、上記ダ
ンパーに加えて、建物の上部構造と基礎構造との間に鋼
棒ダンパーを設けた構成のものである。

【００１８】ダンパーとストッパーとが当接するに至ら
ない弱小地震に対しては、アイソレータの変形履歴と鋼
棒ダンパーの変形履歴とを加え合わせた変形履歴を有す
る免震装置となる。鋼棒ダンパーは、降伏点の比較的高
い履歴減衰型ダンパーであるので、地震エネルギーの吸
収を示す履歴曲線によって囲まれた面積がアイソレータ
単独の場合よりも大きくなり、低降伏点鋼鋼材を用いた
ダンパーの弱小地震に対する初期剛性効果を改善するこ
とができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１から図３は、本発明に係る免
震装置の一実施形態を示すものである。免震装置は、建
物の上部構造１と基礎構造２との間に介装され、鉛直荷
重を支持し水平荷重に対して弾性変形をするアイソレー
タ３と、水平荷重に対して所定の弾性変形を経て塑性変
形をするダンパー４とから構成されている。

【００２０】上記アイソレータ３は、平板状の弾性材で
あるネオプレンゴム等のゴム板と、これと同じ形状に形
成された金属板である鋼板とを接着剤を介在させて交互
に積層した積層体５と、この積層体５両端に取り付けた
平板状のエンドプレート６とで構成されており、各エン
ドプレート６は上記上部構造１と基礎構造２にそれぞれ
固定されている。

【００２１】このアイソレータ３は、水平応力に対し
て、図４（ａ）（ｂ）に示すような変形履歴Ａを呈す
る。

【００２２】上記ダンパー４は、低降伏点鋼（ＬＹＰ）
鋼材から成る断面Ｈ型で、その水平方向外側に所定水平
距離Ｄだけ離隔して平行に設置されたストッパー８，８
に対峙させて設けられ、前記基礎構造２が地震により所
定水平距離Ｄだけ変位した際にダンパー４とストッパー
８とが当接する関係になっている。本実施形態の場合、
このダンパー４とストッパー８，８とは、その一方のダ
ンパー４が建物の上部構造１に設けられ、他方のストッ
パー８が基礎構造２に設けられている。しかし、上部構
造１にストッパー８を設け、基礎構造２にダンパー４を
設けてもよい。

【００２３】ダンパー４は、上記のように低降伏点鋼
（ＬＹＰ）鋼材を用いて断面Ｈ型に形成されていて、ア
イソレータ３が水平距離Ｄ変位した後の水平応力に対し
て、図４（ａ）に示すような変形履歴Ｂを呈する。即
ち、低降伏点鋼鋼材を用いているため、ダンパー４の変
形履歴Ｂにおける弾性域Ｂ１は短く、これに塑性域Ｂ２
が続く形となる。

【００２４】ここで、弾性域Ｂ１の始まりは、基礎構造
２が地震により所定水平距離Ｄだけ変位し、ダンパー４
がストッパー８に当接した時点より始まる。つまり、こ
のダンパー４は、図３に示すように、積層ゴムから成る
アイソレータ３にその変形許容限界を越えるような水平
荷重が加わった際には、アイソレータ３の変形がその許
容限界にあるうちに、ストッパー８と当接して弾性変形
し始め、更に塑性変形をして、地震入力エネルギーを吸
収しつつ積層ゴムから成るアイソレータ３の変形を許容
限界内に抑制するように働く。このとき、ダンパー４と
して低降伏点鋼を採用しているため、大変形に追従する
ことができるうえ、安定した減衰性能が期待でき、上部
構造１への地震エネルギーの入力を低減できる。

【００２５】このため、低降伏点鋼（ＬＹＰ）鋼材のダ
ンパーを用いない従来の免震装置の場合には、図４
（ｂ）のようにアイソレータ３に剪断破断が生じるまで
水平応力がかかるが、低降伏点鋼（ＬＹＰ）鋼材から成
るダンパー４を併用している場合には、ダンパー４によ
り地震入力エネルギーが吸収され、アイソレータ３に剪
断破断が生じなくなる。

【００２６】よって、上記免震装置によれば、大きなエ
ネルギー吸収能が得られ、かつアイソレータ３の変形を
許容限界内におさえ、その剪断破断や不安定現象をなく
すことができ、大変形に追従し得る高性能・高信頼性が
確保される。

【００２７】また、ダンパー４が衝撃的に作用しないよ
う、ダンパーの高さ／幅比により剛性を調整しつつ、低
降伏点鋼の採用により安定した減衰性能が期待できるよ
うな、剪断降伏型のダンパーの設計が可能となる。

【００２８】図５に別の実施形態を示す。これは、低降
伏点鋼鋼材を用いたダンパー４とその水平方向外側に所
定水平距離Ｄだけ離隔して設けたストッパー８とを複数
組、ここでは４ａ，４ｂ，４ｃの３組設け、各組におけ
るダンパー４とストッパー８との間の所定水平距離Ｄを
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と順次大きくなるように異ならせて、
段階的に作用するように構成した例である。即ち、ダン
パー４とストッパー８とが当接する時期が、先にダンパ
ー４ａ、次いでダンパー４ｂ、最後にダンパー４ｃの順
序で生じるように設定したものである。かく構成するこ
とにより、より大きなエネルギー吸収性能を確保しつ
つ、離隔距離の設定に応じてダンパーが衝撃的に作用す
ることを緩和することができる。距離Ｄ２を距離Ｄ３よ
り大きく設定しても良い。

【００２９】図６は更に別の実施形態を示す。これは、
図１の実施形態における上記ダンパー４に加えて、降伏
点の比較的高い履歴減衰型ダンパーである鋼棒ダンパー
９を、建物の上部構造１と基礎構造２との間に設けたも
のである。かかる構成の場合、免震装置は、ダンパー４
とストッパー８とが当接するに至る前の水平力に対して
は、アイソレータ３の変形履歴と鋼棒ダンパー９の変形
履歴とを加え合わせた変形履歴を有することになる。即
ち、水平変位が小さいときには、鋼棒ダンパー９とアイ
ソレータ３とが共働して同時に作用する。その際、鋼棒
ダンパー９の降伏点は比較的高いため、地震エネルギー
の吸収を示す履歴曲線によって囲まれた面積がアイソレ
ータ３単独の場合よりも大きく拡大されることになる。
よって、低降伏点鋼鋼材を用いたダンパー４の弱小地震
に対する初期剛性効果を改善することができる。

【００３０】この鋼棒ダンパー９は、図５のようなアイ
ソレータ３と複数組のダンパー４ａ〜４ｃとを設けた免
震装置にも適用できるものである。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような優れた効果が得られる。

【００３２】（１）請求項１に記載の発明によれば、低
降伏点鋼鋼材を用いたダンパーと、その水平方向外側に
所定水平距離だけ離隔して設けたストッパーとを備え、
前記基礎構造が地震により所定水平距離だけ変位した際
にダンパーとストッパーとが当接するように構成してい
るので、鉛直荷重を支持し水平荷重に対して弾性変形を
するアイソレータに、その許容範囲例えば弾性域を越え
るような水平荷重が加わった際にも、アイソレータの変
形がその許容範囲内にあるうちに、ダンパーがストッパ
ーと当接して弾性変形し始め、更に塑性変形をして、地
震入力エネルギーを吸収しつつアイソレータの変形を許
容限界内に抑制するように働く。このとき、ダンパーと
して低降伏点鋼を採用しているため、大変形に追従する
ことができるうえ、安定した減衰性能が期待でき、上部
構造への地震エネルギーの入力を低減できる。このた
め、アイソレータに剪断破断が生じなくなる。

【００３３】よって、この免震装置によれば、大きなエ
ネルギー吸収能が得られ、かつアイソレータの変形を許
容範囲内におさえ、その剪断破断や不安定現象をなくす
ことができ、大変形に追従し得る高性能・高信頼性が確
保される。

【００３４】（２）請求項２に記載の発明によれぱ、低
降伏点鋼鋼材を用いたダンパーの剛性を、その高さと幅
の比で調整するようにしたので、ダンパーが衝撃的に作
用しないよう、かつ安定した減衰性能が期待できるよう
な剪断降伏型のダンパーの設計が可能となる。

【００３５】（３）請求項３に記載の発明によれば、低
降伏点鋼鋼材を用いたダンパーとその水平方向外側に所
定水平距離だけ離隔して設けたストッパーとを複数組設
け、各組におけるダンパーとストッパーとの間の所定水
平距離を異ならせた構成としているので、各ダンパーと
ストッパーとの組が全体として段階的に作用する。この
ため、より大きなエネルギー吸収性能を確保しつつ、ダ
ンパーが衝撃的に作用することを緩和することができ
る。

【００３６】（４）請求項４に記載の発明によれば、上
記ダンパーに加えて、降伏点の比較的高い鋼棒ダンパー
を、建物の上部構造と基礎構造との間に設けた構成とし
ているので、ダンパーとストッパーとが当接するに至ら
ない弱小地震に対しては、アイソレータの変形履歴と鋼
棒ダンパーの変形履歴とを加え合わせた変形履歴を有す
る免震装置となり、低降伏点鋼鋼材を用いたダンパーの
弱小地震に対する初期剛性効果を改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る免震装置の平面図で
ある。

【図２】図１の免震装置の側面図である。

【図３】図１の免震装置の地震時の作用を示す図２と同
様の側面図である。

【図４】本発明の免震装置の変形履歴曲線（ａ）を従来
の場合（ｂ）と対比して示した図である。

【図５】本発明の別の実施形態に係る免震装置の平面図
である。

【図６】本発明の更に別の実施形態に係る免震装置の側
面図である。

【符号の説明】１上部構造２基礎構造３アイソレータ４，４ａ，４ｂ，４ｃダンパー８ストッパー９鋼棒ダンパーＡアイソレータの変形履歴Ｂダンパーの変形履歴Ｂ１弾性域Ｂ２塑性域Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３所定水平距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交互に積層した平板状の弾性材と金属板
とを有し、鉛直荷重を支持し水平荷重に対して弾性変形
をするアイソレータと、水平荷重に対して所定の弾性変
形を経て塑性変形をするダンパーとを、建物の上部構造
と基礎構造との間に併設した免震装置において、上部構
造または基礎構造の一方に設けた低降伏点鋼鋼材を用い
たダンパーと、その水平方向外側に所定水平距離だけ離
隔して前記上部構造または基礎構造の他方に設けたスト
ッパーとを備え、前記基礎構造が地震により所定水平距
離だけ変位した際にダンパーとストッパーとが当接する
ようにしたことを特徴とする免震装置。
【請求項２】前記低降伏点鋼鋼材を用いたダンパーの
剛性は、その高さと幅の比で調整するようにしたことを
特徴とする請求項１に記載の免震装置。
【請求項３】低降伏点鋼鋼材を用いた前記ダンパーと
その水平方向外側に所定水平距離だけ離隔して設けたス
トッパーとを複数組設け、各組におけるダンパーとスト
ッパーとの間の所定水平距離を異ならせたことを特徴と
する請求項１または２に記載の免震装置。
【請求項４】上記ダンパーに加えて、建物の上部構造
と基礎構造との間に鋼棒ダンパーを設けたことを特徴と
する請求項１から３のいずれかの項に記載の免震装置。