JPH11210091A - 免震構造体 - Google Patents

免震構造体

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JPH11210091A
JPH11210091A JP1266898A JP1266898A JPH11210091A JP H11210091 A JPH11210091 A JP H11210091A JP 1266898 A JP1266898 A JP 1266898A JP 1266898 A JP1266898 A JP 1266898A JP H11210091 A JPH11210091 A JP H11210091A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平剛性の鉛直荷重依存性のより一層の低減
を図ることにより、免震性能の安定性に優れた免震構造
体を提供する。 【解決手段】 複数個の剛性を有する硬質板2と粘弾性
的性質を有する軟質板3とを交互に貼り合わせてなる積
層ゴム4を有する免震構造体1。軟質板3を構成する軟
質材料は、外縁部の軟質材料3Cの硬度が板央部の軟質
材料3Aの硬度よりも高いものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は複数個の硬質板と粘
弾性的性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせた免震
構造体に関するものであり、特に水平剛性の鉛直荷重依
存性が小さく、性能安定性に優れた免震構造体に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】鋼板等の硬質板とゴム等の粘弾性的性質
を有する軟質板とを積層した構造体が、防振性、吸振性
等を要求させる支承部材として広く用いられている。
【0003】このような免震構造体の作用効果は、コン
クリートのような剛体建物と基礎土台との間に、横方向
に柔らかい、即ち剪断剛性率の小さい免震構造体を挿入
することにより、コンクリート建物の固有周期を地震の
周期からずらすことによる。このため、免震構造体を建
物と土台との間に挿入する免震設計により、地震により
建物が受ける加速度は非常に小さくなる。
【0004】ところで、複数の硬質板と軟質板とを交互
に貼り合わせた積層体(積層ゴムと通称されている。)
の水平剛性は、積層ゴムに作用する鉛直(圧縮)荷重に
よって影響され、鉛直荷重が増大するに従って水平剛性
が低下する傾向があるが、積層ゴムの性能としては、こ
の水平剛性の鉛直荷重依存性が小さいほうが望ましい。
【0005】従来、積層ゴムの水平剛性の鉛直荷重依存
性を小さくする方法としては、 軟質板に硬度(弾性率)の高いゴム材料を使用す
る。 一層当りの軟質板の厚さを薄くし、多積層構造とす
る。 軟質板の総高さ(軟質板一層当りの厚さ×軟質板の
層数)を低くする。 といった方法があるが、一般的には、他の設計要因か
ら、の如く、硬度(弾性率)の低いゴム材料を使用
し、又はの構造とすることで、水平剛性の鉛直荷重
依存性の低減を図っているのが現状である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、水平剛性の鉛直荷重依存性の低減にも限
界があり、免震性能の安定性を十分に高めることができ
なかった。
【0007】本発明は上記従来の問題点を解決し、水平
剛性の鉛直荷重依存性のより一層の低減を図ることによ
り、免震性能の安定性に優れた免震構造体を提供するこ
とを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の免震構造体は、
複数個の剛性を有する硬質板と粘弾性的性質を有する軟
質板とを交互に貼り合わせてなる積層体を有する免震構
造体において、該軟質板を構成する軟質材料のうち、外
縁部の軟質材料の硬度が板央部の軟質材料の硬度よりも
高いことを特徴とする。
【0009】なお、本発明において、軟質材料の硬度
は、例えば軟質材料がゴム材料である場合には、ゴム弾
性率で表すこともでき、従って、この場合には、ゴム弾
性率の大きいゴム材料ほど軟質板の周縁側に配置され
る。
【0010】以下に本発明による水平剛性の鉛直荷重依
存性低減の作用機構を説明する。
【0011】軟質板の構成材料として単一のゴム材料を
用いた従来の積層ゴムの場合、鉛直荷重がゼロのときの
水平剛性KHは、KH=G0・A0/H(G0:剪断弾性係
数,A0:断面積,H:軟質板総高さ)で与えられ、曲
げ剛性Kτが大きいほど、鉛直荷重増加に伴う水平剛性
の低下は小さくなる。
【0012】これに対して、本発明に従って、軟質板の
板央部に、剪断弾性係数GSの柔らかいゴム材料、周辺
部に、剪断弾性係数GHの硬いゴム材料を配した場合、
これらの占める断面積をそれぞれAS,AHとすると(G
S<G0<GH,AS+AH=A0)、これらの値を適切に設
定することで(GS・AS+GH・AH=G0・A0)、単一
のゴム材料の水平剛性KHと同じ値を得ることができ
る。しかも、曲げ剛性は、図4及び図5に示すように、
軟質板の外縁部に硬いゴム材料を配することで、単一の
ゴム材料を用いたものに比較して、大きくすることがで
きる(なお、図4,5は各々、本発明の免震構造体及び
従来の免震構造体の曲げ剛性を説明する図であって、そ
れぞれ(a)図は軟質板の横断面図、(b)図は軟質板
と硬質板の縦断面図、(c)図は応力の分布図を示
す。)。
【0013】従って、本発明によれば、図6に示す如
く、同一の水平剛性を保った状態で、その鉛直荷重依存
性を低くすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
【0015】図1〜3は本発明の免震構造体の実施の形
態を示し、図1(a),図2(a)及び図3は縦断面
図、図1(b)及び図2(b)はそれぞれ図1(a)及
び図2(b)のB−B線に沿う断面図である。
【0016】図1〜3に示す免震構造体1,1A,1B
は、いずれも複数個の剛性を有する硬質板2と粘弾性的
性質を有する軟質板3とを交互に貼り合わせてなる円柱
状の積層体(以下、積層ゴムという。)4で構成され
る。図1〜3中、符号5,6はフランジである。
【0017】図1に示す免震構造体1は、各軟質板3
を、低硬度ゴム3Aと高硬度ゴム3Cとで構成し、低硬
度ゴム3Aを板央部に配し、高硬度ゴム3Cをその周縁
部に配したものである。
【0018】即ち、低硬度ゴム3Aの剪断弾性係数GA
と高硬度ゴム3Cの剪断弾性係数GCはGC>GAであ
る。
【0019】このように、2種類のゴム材料を用いた場
合、低硬度ゴム3Aの占める面積(横断面積)AAと高
硬度ゴム3Cの占める面積(横断面積)ACとの割合に
は特に制限はなく、用いたゴム材料の硬度差や要求特性
や使用目的等に応じて適宜決定されるが、通常の場合、
低硬度ゴム3Aの占める面積AAが軟質板3の面積(横
断面積)A0(=AA+AC)に対して50〜80%とす
るのが好ましい。この割合が上記範囲よりも多いと本発
明による水平剛性の鉛直荷重依存性の低減効果が十分に
得られず、少ないと軟質板の剛性が大きく増大してしま
う。
【0020】また、低硬度ゴム3Aと高硬度ゴム3Cと
の硬度差についても特に制限はないが、低硬度ゴム3A
の剪断弾性係数GAが高硬度ゴム3Cの剪断弾性係数GC
の50〜80%程度であることが好ましい。この割合が
上記範囲よりも少ないと本発明による水平剛性の鉛直荷
重依存性の低減効果が十分に得られず、多いと軟質板の
剛性が大きく増大してしまう。
【0021】図2に示す免震構造体1Aは、各軟質板3
を、低硬度ゴム3A、中硬度ゴム3B及び高硬度ゴム3
Cとで構成し、低硬度ゴム3Aを板央部に配し、中硬度
ゴム3Bをその周縁部に配し、更に、高硬度ゴム3Cを
その周縁部に配したものである。
【0022】即ち、低硬度ゴム3Aの剪断弾性係数
A、中硬度ゴム3Bの剪断弾性係数GB及び高硬度ゴム
3Cの剪断弾性係数GCはGC>GB>GAである。
【0023】このように、3種類のゴム材料を用いた場
合においても、低硬度ゴム3Aの占める面積(横断面
積)AAと中硬度ゴム3Bの占める面積(横断面積)AB
と高硬度ゴム3Cの占める面積(横断面積)ACとの割
合には特に制限はなく、用いたゴム材料の硬度差や要求
特性や使用目的等に応じて適宜決定されるが、通常の場
合、低硬度ゴム3Aの占める面積AAが軟質板3の面積
(横断面積)A0(=AA+AB+AC)に対して30〜5
0%、中硬度ゴム3Bの占める面積ABが軟質板3の面
積A0の30〜50%とするのが好ましい。
【0024】また、低硬度ゴム3Aと中硬度ゴム3Bと
高硬度ゴム3Cとの硬度差についても特に制限はない
が、低硬度ゴム3Aの剪断弾性係数GAが高硬度ゴム3
Cの剪断弾性係数GCの50〜80%程度、中硬度ゴム
3Bの剪断弾性係数GBが高硬度ゴム3Cの剪断弾性係
数GCの70〜90%程度であることが好ましい。
【0025】このように、複数のゴム材料よりなる軟質
板3は、硬度の異なる未加硫ゴムを金型の所定位置に配
置して共加硫する方法等により製造することができる。
【0026】なお、本発明に係る軟質板の厚さDとその
面積A0との関係には特に制限はないが一般的には、軟
質板の厚さD(m)に対して、面積A0(m2)の平方根
が60〜120倍程度となるようにするのが水平剛性の
鉛直荷重依存性の低減の上で好ましい。
【0027】本発明においては、軟質板をその外縁側ほ
ど硬度の高い軟質材料で構成すれば良く、軟質板を構成
する軟質材料は4種以上であっても良い。また、軟質板
の材料配置は、すべての軟質板について同一である必要
はなく、軟質板毎に異なっていても良い。即ち、図3に
示す如く、モーメントが大きくなる免震構造体の上下両
端面側(フランジ6,5側)に近づくほど、高硬度ゴム
3Cの面積割合が多くなるように設計して全体の剛性を
高めることもできる。また、単一の軟質材料で構成され
た軟質板が部分的に積層されていても良い。
【0028】なお、軟質板の材料配置は一般的には軟質
板の水平断面(横断面)形状に対して同心的かつ相似形
に内側の低硬度軟質材料を配置するか、或いは内側の低
硬度軟質材料の断面形状が円形となるように配置するの
が好ましい。
【0029】本発明において、積層ゴム4の形状は免震
効果を有効に発揮し得る形状であれば良く、形状的には
何ら拘束はなく、例えば、積層ゴムの形状は角柱状であ
っても良い。
【0030】なお、本発明において、積層ゴム4を構成
する硬質板2の材質としては、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、化粧板などを用いることができる。
【0031】また、軟質板3の材質としては、各種の加
硫ゴム、未加硫ゴム、プラスチックスなどの有機材料、
これらの発泡体、アスファルト、粘土等の無機材質、こ
れらの混合材料など各種のものを用いることができる
が、軟質板3としては、高減衰ゴムを用いるのが好まし
い。この高減衰ゴムとしては、エチレンプロピレンゴム
(EPR、EPDM)、ニトリルゴム(NBR)、ブチ
ルゴム、ハロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム(C
R)、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、ス
チレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(B
R)等が挙げられる。これらのうち、特にハロゲン化ブ
チルゴム、EPR、EPDM、CR、NR、IR、B
R、SBRが好ましく、これらを2種以上ブレンドして
用いるのが最も好ましい。
【0032】このようなゴム材料において、硬度の異な
る材料を採用するには、硬度の異なる材料を選択する
か、或いは、同一のゴム材料において加硫度を高めるこ
とにより硬度を高めるなどの方法がある。
【0033】なお、本発明の免震構造体は、その耐候性
等の向上を目的として、外表面部を耐候性に優れたゴム
材料で被覆するなどの改良を加えることもできる。
【0034】この場合、被覆ゴム材料としては、耐候性
の優れたゴム状ポリマーが望ましく、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、フッ
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、エピクロルヒドリンゴム、クロ
ロプレンゴム等が挙げられる。これらのうち、特にブチ
ルゴム、ポリウレタン、エチレンプロピレンゴム、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、クロロプレンゴムが耐候性の面からは効果的であ
る。更に、軟質板を構成するゴムとの接着性を考慮した
場合には、ブチルゴム、エチレンプロピレンゴム、クロ
ロプレンゴムが望ましく、とりわけエチレンプロピレン
ゴムを用いるのが最も好ましい。
【0035】これらのゴム材料は単独で用いても、2種
以上をブレンドして用いても良い。また、伸び、その他
の物性を改良するために市販ゴム、例えば、天然ゴム、
イソプレンゴム、エチレンブタジエンゴム、ブタジエン
ゴム、ニトリルゴム等とブレンドしても良い。更に、こ
れらのゴム材料には、各種充填剤、老化防止剤、可塑
剤、軟化剤、オイル等、ゴム材料に一般的な配合剤を混
合しても良い。
【0036】
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の免震構造体
によれば、積層ゴムの水平剛性の鉛直荷重依存性がより
一層低減され、免震性能の安定性に優れた高性能免震構
造体が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は本発明の免震構造体の実施の形態
を示す縦断面図、図1(b)は図1(a)のB−B線に
沿う断面図である。
【図2】図2(a)は本発明の免震構造体の別の実施の
形態を示す縦断面図、図2(b)は図2(a)のB−B
線に沿う断面図である。
【図3】図3は本発明の免震構造体の異なる実施の形態
を示す縦断面図である。
【図4】本発明に係る免震構造体の曲げ剛性を説明する
図であって、図4(a)は軟質板の横断面図、図4
(b)は軟質板と硬質板の縦断面図、図4(c)は応力
の分布図である。
【図5】従来の免震構造体の曲げ剛性を説明する図であ
って、図5(a)は軟質板の横断面図、図5(b)は軟
質板と硬質板の縦断面図、図5(c)は応力の分布図で
ある。
【図6】本発明の免震構造体と従来の免震構造体の水平
剛性の鉛直荷重依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
1,1A,1B 免震構造体 2 硬質板 3 軟質板 3A 低硬度ゴム 3B 中硬度ゴム 3C 高硬度ゴム 4 積層ゴム(積層体) 5,6 フランジ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数個の剛性を有する硬質板と粘弾性的
    性質を有する軟質板とを交互に貼り合わせてなる積層体
    を有する免震構造体において、 該軟質板を構成する軟質材料のうち、外縁部の軟質材料
    の硬度が板央部の軟質材料の硬度よりも高いことを特徴
    とする免震構造体。
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