JPH11190388A - 免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層ゴムを用いる免震装置において、水
平方向には３６０°柔らかく変形することができ、か
つ、鉛直方向には引抜き力に対し強い抵抗を示すことが
できる免震装置を提供する。 【解決手段】 免震装置１０は、積層ゴム１２と、第１
の連結部材であるコの字型のブラケット１４と、第２の
連結部材であるコの字型のブラケット１６と、で構成さ
れ、第１の連結部材は垂直方向の支持腕１２ａの先端が
躯体と固定され、水平方向の支持腕１２ｂの中央に積層
ゴム１２の下面板１８が固定されている。第２の連結部
材の垂直方向の支持腕１４ａの先端が地盤と固定され、
水平方向の支持腕１４ｂの中央に積層ゴム１２の下面板
２０が固定されている。連結部材１２、１４は互いに直
行するように配置され、積層ゴム１２の水平方向の変形
の自由度が確保され、躯体に引抜き力が発生した場合、
下ブラケット１４は上方への力を受け、積層ゴム１２に
圧縮力を加えるため、積層ゴム１２には負圧が発生せ
ず、ロッキングによる躯体の浮き上がり等を効果的に防
止しうる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は免震装置に係わり、
詳しくは負圧の負荷やロッキング現象によって破壊され
難い免震装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、地震から建物を守るために、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
等の軟質板とを複数個、交互に積層した積層ゴムを構成
要素とする免震構造体が用いられている。ここで用いら
れる積層ゴムで建物を支えることにより、建物の固有振
動数の長周期化を図り、地震波との共振を防いで振幅は
大きいがゆっくりした振動となし、その揺れをダンパー
を併設することにより短時間で収束させる方法を適用し
た免震システムが一般的に用いられている。併設される
ダンパーとしては、金属剛棒ダンパー、摩擦ダンパー、
粘性ダンパー等が挙げられる。また鉛を積層ゴムの中に
封入した鉛プラグ入り積層ゴムやゴム自体に高減衰性を
持たせた高減衰積層ゴム等も用いられている。

【０００３】このようなダンパーとしては例えば、鉛な
どの鋼材ダンパーや液体を用いたオイルダンパー等があ
り、これらがコンクリートビルや橋梁用の免震構造に利
用されている。そのようなダンパーの１つとして２枚の
摩擦板間で発生する摩擦力を利用するスライダーがあ
る。このスライダー型ダンパーの最大の欠点は、地震時
のロッキングにより躯体の一部が浮き上がるような現象
（負の圧力）が発生した場合、２枚の摩擦板が上下に分
離し、摩擦力がゼロになることである。この為に例え支
持荷重の大きいコンクリートビルに対してもスライダー
を用いる免震構造は非常に少ない。このように、負の圧
力に対して性能を発揮できなくなるという点では、ベア
リングの上に構造体を支持するシステムも同様の欠点を
持っている。

【０００４】ところで、現在、免震ゴムを用いないで、
例えばスライダーやベアリングの上に躯体を乗せる免震
システムが検討されている。これはスライダーやベアリ
ングはスベリ方向（水平方向）の摩擦係数が小さいの
で、この特性を利用することにより水平方向にバネ定数
の小さい免震デバイスが可能と考えられているからであ
る。しかしながら、前述の通り、上下板に負の圧力が発
生した場合、スライダーやベアリングシステムは上下に
分離し免震デバイスとしての役を果たさなくなる。

【０００５】周知の通り免震用積層ゴムは硬質板の複合
構造がもたらす異方性により水平方向の剛性は極めて低
く、一方鉛直方向の剛性はその１０００倍以上の高剛性
を持っている。したがって積層ゴムは地震動に対しては
水平方向に柔らかく動き、一方、平常時は躯体の重量を
直接支える程十分硬いものとなっている。しかしなが
ら、この積層ゴムの最大の弱点は、地震時の躯体のロッ
キング現象に伴って起こる引抜き現象によって積層ゴム
に引抜き力（負圧）が発生した場合である。よく知られ
ているように、積層ゴムに負圧をかけると（即ち積層ゴ
ムを鉛直方向に引っ張ると）、積層ゴム中には容易にボ
イドが発生し比較的小さい応力でも破断してしまう。一
般的には、躯体の構造を工夫することによって構造体全
体として引抜き力が発生しないように設計されている
が、例えば躯体が縦長になる程、引抜き力の発生を防止
するのは困難となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】すなわち本発明の目的
は、スライダー方式やベアリング方式はもとより、積層
ゴムを用いる免震装置において、水平方向には３６０°
柔らかく変形することができ、かつ、鉛直方向には引抜
き力に対し強い抵抗を示すことが出来る免震装置を提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、柔軟
な積層ゴムを、特定のブラケット即ち、連結部材に組み
合わせることにより、水平方向に柔らかいバネ特性を持
ち、引抜き力に対する抵抗性の高い免震装置が得られる
ことを見出し本発明を完成した。

【０００８】即ち、本発明の免震装置は、地盤と構造体
又はその支持基板（以下、適宜、躯体と称する）との間
に設けられる免震装置であって、上下の面板の間に、剛
性を有した硬質板と粘弾性的性質を有した軟質板とを、
それぞれ複数枚、交互に積層してなる積層ゴムを備え、
該積層ゴムの下面板が構造体又はその支持基板に第１の
連結部材を介して連結され、該積層ゴムの上面板が地盤
に第２の連結部材を介して連結されていることを特徴と
する。

【０００９】ここで、構造体又はその支持基板と積層ゴ
ムとを連結する第１の連結部材が構造体又はその支持基
板に固定される垂直方向の支持腕とそれに連続する水平
方向の支持腕とを備え、該水平方向の支持腕に積層ゴム
の下面板を固定し、地盤と積層ゴムとを連結する第２の
連結部材が地盤に固定される垂直方向の支持腕とそれに
連続する水平方向の支持腕とを備え、該水平方向の支持
腕に積層ゴムの上面板を固定してなることが好ましい。
さらに、前記第１の支持体の水平方向の支持腕の長さ、
及び第２の支持体の水平方向の支持腕の長さがいずれも
積層ゴムの高さよりも長いことが、水平方向に対する免
震性能の観点から好ましい。

【００１０】本発明の免震装置は、従来の積層ゴムが荷
重を支持するタイプの免震構造の補助装置としてはもと
より、特に、構造体の荷重を主として支持するスライダ
ー又はベアリングの少なくとも一種と組み合わせて、構
造体の浮き上がり防止部材として使用することが有効で
ある。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の免震装置、以下に更に詳
細に説明する。

【００１２】本発明の免震装置は、積層ゴムを二つの反
対方向の連結部材の間に挟んで、それぞれの連結部材に
固定し、該連結部材を躯体と、基礎とにそれぞれ固定す
る構成を有している。

【００１３】即ち、積層ゴムの下面板が躯体に第１の連
結部材を介して連結され、積層ゴムの上面板が地盤に第
２の連結部材を介して連結されている。

【００１４】この一対の連結部材は、間に積層ゴムを挟
むため、少なくとも躯体又は地盤と、それぞれ対向する
側の積層ゴムの面板との距離よりも長い垂直方向の支持
腕と面板を固定するための水平方向の支持腕を必要とす
る。

【００１５】図１は、本発明の免震装置の一態様を示す
概略構成図である。免震装置１０は、積層ゴム１２と、
第１の連結部材であるコの字型のブラケット１４と、第
２の連結部材であるコの字型のブラケット１６と、で構
成されている。第１の連結部材は垂直方向の支持腕１２
ａの先端が躯体と固定され、二本の垂直方向の支持腕１
２ａの間の水平方向の支持腕１２ｂの中央近傍に積層ゴ
ム１２の下面板１８が固定されている。同様に、第２の
連結部材は垂直方向の支持腕１４ａの先端が地盤と固定
され、二本の垂直方向の支持腕１４ａの間の水平方向の
支持腕１４ｂの中央近傍に積層ゴム１２の下面板２０が
固定されている。

【００１６】第１の連結部材１２と第２の連結部材１４
とは互いに直行するように配置され、いずれの方向から
の水平振動に対しても積層ゴム１２の変形の自由度が確
保されている。

【００１７】ここで二つのブラケット１４、１６間に固
定された積層ゴム１２は水平方向には自由に柔らかく大
変形ができるので、水平方向に対する優れた免震性能を
発現しうる。また、躯体に引抜き力が発生した場合、下
ブラケット１４は上方への力を受けこれが積層ゴム１２
に圧縮力を加える。つまり躯体による引抜き力が発生し
ても積層ゴム１２には負圧が発生せず、積層ゴム１２の
負圧による破壊もなく、ロッキングによる躯体の浮き上
がり等を効果的に防止しうる。

【００１８】ここで用いられる連結部材は、躯体と地盤
とに強固に連結する必要があるため、十分な強度と剛性
を有することが必要であり、材料としては、例えば、鋼
材、木材、プラスチック、集積材等、特に制限されない
が、コスト及び強度と耐久性の観点から、例えば、Ｈ
鋼、ＰＣ板等が好ましい。

【００１９】連結部材のサイズとしては、積層ゴムの水
平方向の動きの自由度を確保するため、第１のブラケッ
ト上端の躯体との固定部分から、積層ゴム下面板固定部
までの距離、第２のブラケット下端の地盤との固定部分
から積層ゴム上面板固定部までの距離すなわち、垂直方
向及び水平方向長さを十分に取ることが好ましい。

【００２０】図２は、本発明の免震装置の別の態様を示
す概略構成図である。この態様では、免震装置は、積層
ゴム１２とＬ字型の二つのブラケット２２、２４で構成
されている。第１の連結部材は一本の垂直方向の支持腕
２２ａとその先端に連続する水平方向の支持腕２２ｂと
を備え、水平方向の支持腕２２ｂに積層ゴム１２の下面
板２０が固定されている。さらに、垂直方向の支持腕２
２ａと水平方向の支持腕２２ｂとの接合部には補強材２
６が配置されている。

【００２１】第２の連結部材２４は、形状は第１の連結
部材と同様であり、一本の垂直方向の支持腕２４ａと水
平方向の支持腕２４ｂとを備え、水平方向の支持腕２４
ｂに積層ゴム１２の上面板１８が固定されている。第１
の連結部材２２と第２の連結部材２４とは互いに９０度
の角度をなすように配置されている。この態様では、連
結部材は躯体又は地盤と一カ所のみで固定されるもので
あり、配置場所の面積が小さくても配置できる。さら
に、二つの連結部材の固定角度は３６０°自由に選択す
ることができるので、設置場所の自由度がたかい。

【００２２】前記の連結部材間に配置される積層ゴムは
公知のものを選択して使用することができる。

【００２３】積層ゴムを構成する粘弾性的性質を有した
軟質板に用いられる材料としては、熱可塑性ゴム、ウレ
タンゴム、各種の加硫ゴム、未加硫ゴム、微架橋ゴム、
低減衰の天然ゴム、高減衰ゴム、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材料であって、粘弾
性的性質を有するものを用いることができる。

【００２４】これらの材料は、平板状に成形され、軟質
板として用いられる。軟質板の形状は特に制限はなく、
円盤状でも、多角形状であってもよく、また、この積層
ゴムに、（ｉ）高い減衰性を賦与する、（ii）クリープ
量を小さくする、更に（iii)バネ定数Ｇの面圧依存性を
小さくする等の目的で、積層ゴム内に柱状の中空部を設
けて、低摩擦係数の摩擦板、柱状の塑性物、粒状物など
を充填することができる。

【００２５】軟質板の厚みには特に制限はなく、使用さ
れる材料及び所望の免震性能によって選択できる。

【００２６】これらの材料は単独で用いても、複数種を
混合して用いてもよく、全体が均一な材料で形成されて
いてもよいが、内側部分に高ダンピング材料、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よい。

【００２７】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できる。ここで、所
要の剛性とは、設計条件により大きく変わるが、剪断変
形した時、座屈現象が生じにくい剛性を意味する。

【００２８】硬質板の厚み、形状には特に制限はなく、
使用される材料及び所望の免震性能によって選択できる
が、その厚みは、一般には、０．５〜５ｍｍ程度の厚み
のものが使用される。また、形状は、積層される軟質板
と同様任意であるが、通常は、併用する軟質板と同じ形
状のものを用いる。また、先に述べた目的で所望により
中央に中空部を設けてもよい。

【００２９】前記軟質板と硬質板とを交互に複数段積層
して積層ゴムを構成するものである。軟質板及び硬質
板、それぞれの形状、面積及び厚さは前記した如く要求
される免震性能によって異なり、基本的には所定の軟質
板と硬質板の積層体であればいかなる構造のものであっ
てもよい。本発明において、積層ゴムとは、必ずしもゴ
ム材料を使用したものに限定されず、先に述べたような
材料の軟質板と硬質板との積層体を総称する意味を有す
る。

【００３０】積層ゴムは前記した如く、好ましくは、そ
の内部に該積層ゴムの免震性能を改善する摩擦板、柱状
の塑性物を配置したり、粒状体を充填するための中空部
を設けるため、通常は、軟質板及び硬質板両者の形状が
同じドーナツ盤状又は中空部を有する四角形の板状をな
し、且つ、表面積も同じであるものが利用される。

【００３１】図３は本発明の実施例に用いた積層ゴム１
２の概略断面図であり、硬質板２８と軟質板３０とから
なる積層ゴム１２で、保護のための外皮ゴム３２で被覆
されている。積層ゴム１２の上端には上面板（上フラン
ジ）１８が、下端には下面板（下フランジ）２０がそれ
ぞれ固定されて配置されている。

【００３２】本発明の免震装置は、ほとんど鉛直荷重を
支持しないでよい部位に取りつけられた積層ゴムに対
し、水平方向の自由な大変形を発揮させると共に、例え
躯体に引抜き現象が発生しても積層ゴムには負圧が発生
せず、逆に圧縮力が発生する為、積層ゴムにボイドが発
生しやがて破断に到るといった危険性が全くないデバイ
スとなっている。

【００３３】本発明の免震装置は、鉛直荷重がほとんど
発生しないような部位に設置することが好ましい、即
ち、もし鉛直荷重を支持しなければいけないような場所
に設置した場合、躯体に圧縮力（引抜き力の反対）が発
生し、これが本発明の免震装置中の積層ゴムには負圧を
発生させることになる。当然、積層ゴムはある程度の負
圧（引抜き力）が働いても即座に破断に到ることはない
が、本発明の免震装置の特性を有効に生かすためには、
後述するように、垂直荷重を主として支持するようなデ
バイスと組み合わせることが好ましい。

【００３４】本発明の免震装置内の積層ゴムの役割とし
て最も重要なことは、躯体の地震時の水平方向の動きに
対しては一般の躯体と基礎の間に設置された鉛直荷重を
支持する積層ゴムと全く同様に、何ら束縛されることな
く自由に動くことができ、水平方向の剪断変形に対して
は有効な免震性能を発揮することである。

【００３５】前述のように、本発明の免震装置は、免震
用積層ゴムが躯体のすべての荷重を支持する一般的な免
震システムにおいて、これと組み合わせて用いることに
より、積層ゴムの引抜き力に弱いという弱点を補うため
に有効である。

【００３６】本発明の免震装置の最も有効な使用法は、
スライダーやベアリングが躯体のほとんどの荷重を支え
るような免震システムに組み込むことで、ロッキングに
よって発生する躯体の浮き上がりを防止する態様であ
り、特に、大がかりな浮き上がり防止装置を必要とせ
ず、それと同様の効果を得られることで、コスト的にも
有利である。

【００３７】

【実施例】以下に、実施例を挙げて本発明を具体的に説
明するが、本発明はこの実施例に制限されるものではな
い。

【００３８】（実施例１）図１は本発明の実施例１に係
る免震装置１０の概略構成図を示す。

【００３９】ここで用いられる積層ゴム１２の構造は、
前記図３の概略断面図に示したものと同様である。即
ち、直径２５０ｍｍφ、厚さ２．５ｍｍの軟質板２６と
してのゴム板（Ｇ＝２．０ｋｇ／ｃｍ² ）５０枚と、厚
さ１．６ｍｍの硬質板２８としての鋼板４９枚で構成し
た積層体であり、その外周部は外皮ゴム３０で被覆され
ている。この積層ゴム１２の上下面板を含む高さは２６
０ｍｍであり、１００％せん断変形時のバネ定数は、７
８ｋｇ／ｃｍであった。

【００４０】この積層ゴム１２の下面板１８は、コの字
型の第１の連結部材１４の水平腕１４ｂ中央近傍にボル
ト３４で固定されている。第１の連結部材１４の垂直腕
１４ａの長さは５００ｍｍである。また、水平腕１４ｂ
の長さは７５０ｍｍである。

【００４１】第２の連結部材１６は、第１の連結部材１
４と全く同様に形成されており、第２の連結部材１６の
水平腕１６ｂ中央近傍には、積層ゴム１２の上面板１８
がボルト３４で固定されている。

【００４２】このような構造とすることで、地震時の建
物のロッキングを減少させ、積層ゴムの破壊を防ぐこと
ができる。

【００４３】（実施例２）本実施例においては、連結部
材として図２に示す如き一対のＬ字型のブラケット２
２、２４を用いた他は、実施例１と同様の構成を有す
る。

【００４４】このブラケット２２、２４は、実施例１で
用いた連結部材１４、１６と同じ素材で形成されてお
り、積層ゴム１２の下面板１８が第１の連結部材２２の
水平腕１２ｂ先端近傍にボルト３４で固定されている。
第１のブラケット２２の垂直の支持腕２２ａの長さは５
００ｍｍである。また、水平腕２２ｂの長さは５００ｍ
ｍである。垂直の支持腕２２ａと水平腕２２ｂとの接合
部近傍には、曲げに対する補強のための補強材２６が配
置されている。第２の連結部材２４は、第１の連結部材
２２と全く同様に形成されており、第２の連結部材２４
の水平腕２４ｂ先端近傍には、積層ゴム１２の上面板１
８がボルト３４で固定されている。

【００４５】このような構造とすることで、地震時の建
物のロッキングを減少させ、積層ゴムの破壊を防ぐこと
ができる。

【００４６】（実施例３）本実施例は、本発明の免震装
置を建造物に適用する際の好ましい設置位置を示すもの
である。図４は、建造物の支持基板３６に、スライダー
３８（図４中、△で示す）と免震装置４０（図４中、○
で示す）とを配置した状態を示す概略平面図である。本
実施例に用いられるスライダー３８の構成を図５に概略
断面図で示す。このスライダー３８は、構造物が配置さ
れる地盤（基礎）４２に取り付けられる第１の支持体４
４と、構築物又はその支持基板３６に取り付けられる第
２の支持体４６を有し、第１の支持体４４と第２の支持
体４６とが所定値以上の横力が入力された場合にのみ横
方向に自由に相対変位可能に構成されており、その構成
としては、基本的に第１の支持体と第２の支持体の接触
面において、それぞれの表面に配置される２枚の摩擦板
４６、４８の摩擦接触を利用するものである。

【００４７】第１の支持体４６下端と第２の支持体４４
上端との接触面にはそれぞれ摩擦板４６、４８が配置さ
れているが、具体的には、本実施例に用いたスライダー
３８は第１の支持体としてステンレス板４６（＃４００
研磨材、６００ｍｍφ、摩擦板を兼ねる）を下端に用
い、第２の支持体４４には、上端にガラス繊維２０％、
グラファイト５％を充填したテフロン板４８（１００ｍ
ｍφ）を摩擦板として用いた。摩擦面で発生する摩擦係
数は５０ｃｍ／ｓｅｃで、μ＝0 ．１３５であった。

【００４８】また、免震装置４０は、実施例２と同様の
構成を有するものを用いた。図４に示すように、建造物
の支持基板３６に、９個のスライダー３８が取り付けら
れ、建造物の支持基板３６の４隅に配置されたスライダ
ー３８の近傍にそれぞれ１個づつ免震装置４０が配置さ
れている。

【００４９】本実施例のように、スライダー３８と免震
装置４０とを組み合わせる免震システムを用いることに
より、スライダーのみで構成された免震システムにおい
て負圧が掛かった場合の問題点を解決し、多様な地震の
変形に対応しうる免震システムとすることができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明の免震装置は前記構成としたた
め、スライダー方式やベアリング方式はもとより、積層
ゴムを用いる免震装置において、水平方向には３６０°
柔らかく変形することができ、かつ、鉛直方向には引抜
き力に対し強い抵抗を示すことができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の免震装置の示す概略構成図であ
る。

【図２】 実施例２の免震装置の示す概略構成図であ
る。

【図３】 実施例１の免震装置に用いた積層ゴムを示す
概略断面図である。

【図４】 実施例３において、建物の支持基板にスライ
ダーと免震装置とを配置した状態を示す概略平面図であ
る。

【図５】 実施例３に用いたスライダーを示す概略構成
図である。

【符号の説明】

１０ 免震装置 １２ 積層ゴム １４ 第１の連結部材（コの字型ブラケット） １６ 第２の連結部材（コの字型ブラケット） １８ 積層ゴムの上面板 ２０ 積層ゴムの下面板 ２２ 第１の連結部材（Ｌ字型ブラケット） ２４ 第２の連結部材（Ｌ字型ブラケット） ２８ 硬質板 ３０ 軟質板 ３２ 外皮ゴム ３４ ボルト ３８ スライダー ４０ 免震装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤と構造体又はその支持基板との間に
   設けられる免震装置であって、 上下の面板の間に、剛性を有した硬質板と粘弾性的性質
   を有した軟質板とを、それぞれ複数枚、交互に積層して
   なる積層ゴムを備え、該積層ゴムの下面板が構造体又は
   その支持基板に第１の連結部材を介して連結され、該積
   層ゴムの上面板が地盤に第２の連結部材を介して連結さ
   れていることを特徴とする免震装置。
2. 【請求項２】 構造体又はその支持基板と積層ゴムとを
   連結する第１の連結部材が構造体又はその支持基板に固
   定される垂直方向の支持腕とそれに連続する水平方向の
   支持腕とを備え、該水平方向の支持腕に積層ゴムの下面
   板を固定し、地盤と積層ゴムとを連結する第２の連結部
   材が地盤に固定される垂直方向の支持腕とそれに連続す
   る水平方向の支持腕とを備え、該水平方向の支持腕に積
   層ゴムの上面板を固定してなることを特徴とする請求項
   １に記載の免震装置。
3. 【請求項３】 前記第１の支持体の水平方向の支持腕の
   長さ、及び第２の支持体の水平方向の支持腕の長さがい
   ずれも積層ゴムの高さよりも長いことを特徴とする請求
   項２に記載の免震装置。
4. 【請求項４】 前記免震装置が、構造体の荷重を主とし
   て支持するスライダー又はベアリングの少なくとも一種
   と組み合わせて用いられることを特徴とする請求項１乃
   至３のいずれか１項に記載の免震装置。