JPS58210201A

JPS58210201A - 減振工法

Info

Publication number: JPS58210201A
Application number: JP9145082A
Authority: JP
Inventors: 庄市橋本
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-05-31
Filing date: 1982-05-31
Publication date: 1983-12-07

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】従来、構造物の耐震設計に必要なる荷重として、地震の
加速度と重力加速度との比を設計震度として、構造物の
重量に乗じて求め、構造物の耐力を計算して来た。

然るに地震動は、固い地盤では伝播速度大にして振幅は
小さい、即加速度大にして振幅は小。

軟弱な地盤では加速度小にして振幅は大きい。

このように地震動には構造物設計に必要なる要素として
、加速度と振幅の２つがある地上構造物、特に人の住む
構造物に対しては地震による振れを除去して、そこに住
む人の恐怖と不安を除去しなくてはならない。

本発明は建築、橋梁、機械装置等の地上構造物に対して
振幅を減損支承装置により吸収し、地震荷重は、地盤に
固定して構造物を支える支柱を固定支柱と仮称すると、
この固定支柱のばね係数をｋとし地震動の振幅をδとし
てｐｅ＝にδとして地震荷重とする。

減損支承装置の地震時の抵抗を機械摩擦とし、固定支柱
のばね係数、ｐｅを地震荷重として、振動学的に免振構
造又は振動の少ない地上構造物とする工法である。

この目的を達成するため、本発明は、構造物の支持部分
の少なくとも一部に、以下に説明する減損支承装置を取
り付け、この減損支承装置を取り付けた支柱（以下、こ
れを減損柱という）と、基礎地盤にそのまま固定した支
柱（以下、これを固定柱という）との二種の支持部の協
働により、地震荷重およびその振幅を減少させて上部構
造の振動を防止し、また風荷重による構造物の振動をも
減少させる−ようにすることを特徴とするものである。

以下、図によって本発明を具体的に説明する。

第１図は、本発明の減損工法を適用した一例よりなる建
築物の骨組を示す概念図である。

第１図において、１は固定柱であり、支柱がその！！ま
基礎地盤２に固定されている。また、６は減損柱であり
、その支持部分（基礎地盤２のすぐ上部）には減損支承
装置４が取り付けられている。

減損支承装置４は、第２図に示すような互いに凹部を内
側にして相接した上下二つの凹球面（以下、上沓５、下
沓６という。ｐ、　、　ｐ２は各中心、Ｒは半径）と、
第３図あるいは第４図に示すような中心位置を異にする
二つの凸球面を互いにその凸部を外側にしてつなぎ合わ
せた可動部分とから構成されている。なお、第３図のも
のをつづみ支承７（下球８、子球９゜０．　、０２は各
中心、ｒは半径）第４図のものを楕円支承１０（下球１
１、子球１２　ｏ０３　；’０４は各中心、ｒ′は半径
）と呼ぶことにする。

第５図は、つづみ支承７を、上・下沓５，６によって形
成される内側空間Ｓにそれぞれ上沓５、下沓６に接しさ
せながら組込んだ状態を示している。

第′５図において、定常状態では、点Ｕにおいて下球８
が上沓５に接し、点しにおいて子球９が下沓に接してい
る。すなわち、点Ｕ、Ｌがそれぞれ支点になっている。

ここで地震動が起き、二点鎖線で示すように、上沓５に
対し下沓６′がδ′たけ横変位したとする。

このとき、つづみ支承７′は上・子球８’　、　９’が
一体となりながら、上・下沓５，６′の凹球面上をころ
がらながらその支点を変えるので、上下の支点ｕ／　、
　Ｌ／のずれ（間隔ｅ）を生ずる。したがって、上下か
ら荷重がかかつているため偶力を生じ、これが復元力と
なる。

また、破線矢印で示すように、上沓５の凹球面につづみ
支承７′の上・子球８’　、　９’が同時に接した点で
、つづみ支承７′は移動できなくなる。

これに伴って下沓６′も移動できなくなり、制動作用が
働く。

なお、つづみ支承７は上・子球８，９のころがりによっ
て地震動の振幅を吸収することができ、かつ、上部構造
への伝達力を小さくすることができる。

楕円支承１０の場合にも、つづみ支承７の場合と同様に
地震動の振幅を吸収し１．上部構造への伝達力を小さく
することができ、かつ、復元力を有し、制動機能を廟す
る。

次に、建築物を例とし、て、減損柱６、固定柱１の設置
本数、固定柱１の断面係数Ｚ、高さｌの決め方について
説明する。

地震荷重と風荷重との両者に耐え得る建築物が要求され
るので、先ず風荷重による水平方向力、回転力等を計算
し、この値より減損柱の横抵抗力を差し引き、不足の水
平方向力が、１本の固定柱１に要求される水平方向抵抗
力Ｐ１を算出して、固定柱１の設置本数ｙを仮定する。

ここで第６図のように、固定柱１を単純支承とした場合
の地震動の振幅による水平方向抵抗力をｐｅ、たわみ量
をδとし、風荷重が働く場合の許容たわみ量をδｏ、ｌ
（１ｍｍ）とすると、式（１）　、　（２１より λ このｐｅの値を用いて、固定柱１の最大応力が地震時の
許容応力以下になるように、固定柱１の断面係数Ｚ、高
さｌが決められる。

固定柱１は全方向に同じ断面性能を持つことが必要なの
で、円形柱を考える。材質は鋼でも鉄筋コンクリートで
もよいが、ここでは鋼管とする。

固定柱１のばね係数には、ｅｋ二□　　　　　　　　　　　　・・・・・・（１）δ 弐ｆ２＋　、　（４）より第６図の基礎部ＯにおけるモーメントをＭｏ、固定柱１
本あたりの荷重をＮｌとすると、Ｍｏ　−ｒ　Ｐｅｌ　
十Ｎｉδ　　　　　　　−−（に）地震時の鋼管の許容
応力を０３、固定柱１の断面係数をＺとすると、式（７）より鋼管の断面２次モーメントＩは、直径をＤとすると、Ｉ＝−７，・・・・・・（９）式（５１、ｔ８１　、　（９１より、これを２について整理すると、＋Ｎｉ°６°−Ｏ・・・・・・（川）ここで通常Ｐｅ　ｌ　＞　Ｎｉｂなので、式（８）をσ
ａＺ／＝− ｐｅ　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・・・
−（１１）として実質的に差支えない。

これを式（５）に代入して整理すると、弐〇２＋の左辺
は製品カタログより予め計算して作表でき、右辺の各因
子の値は既知なので右辺の値も算出できる。

よって、表より採用される管径りが決まる。

このＤの値を式（１０）に代入して、固定柱１の断面係
数Ｚを求めることができる。

また式（８）から、固定柱１の高さｌが求まる。

さらに、式（２）　、　（７）から、たわみ量δ、許容
応力σ３を検碧することができる。

一方、各固定柱１の水平方向抵抗力Ｐ１が決捷ると、全
固定柱の水平方向抵抗力Ｐは、　ΣｐＨ−１となる。この力が固定柱を通じて、上部構造物へ伝達さ
れる地震荷重となる。

減損柱３の設置本数をｘ、１本あたりの荷重（支圧）を
Ｎ１、減損支承装置４の摩擦係数をｒとすると、全減損
柱の水平方向抵抗力Ｐ′はΣＮｉ　ｒに１となる。

Ｐ′）Ｐの場合は、地震荷重による構造物の振動はほと
んど起こらない。即ち、正弦波外力による固体摩擦系の
強制振動に於て、摩擦抵抗により１サイクル中に失われ
るエネルギーは４ＦＤであり、一方、粘性減衰係数Ｃｅ
を持つ振動系が粘性抵抗により１サイクル中に失うエネ
ルギーはπＣｅωＤ２であるので両者を等値して、πＣ
ｅ（１）Ｄ２二４ＦＤＣｅを等値粘性減衰係数として方程式を解き強制項のみ
を考えて振幅を出しだ式が導かれている（小坪清直著　土木振動学森山出版　１
９７８年　６６Ｐ）。

式（２）に於てＤは強制振動の振幅Ｐｏは地震荷重にはばね係数Ｆは摩擦抵抗 ωは地震による地盤の固有振動数ｎは上部構造物の固有振動数ここに　Ｆ　−＝　、Ｘ’　Ｎｉｒ　　　　　　　　　
１３）＋＝１Ｐｏ−ΣＰｉ　　　　　　　　　　　　　Ｌｌｌｌ：１となる。（２）式の分子のｆ−一部は正の値で振動が起
る。０以下は振動は起らないので、（４Ｆ／πＰＯ）２
）１；ω／ｎ＞１とするように式（３）、（４）の値を選べば振動は起ら
ず、即免振構造となし得る。このようにして減損柱Ｘ本
、固定柱ｙ本を決める。

このようにして減損柱、固定柱の本数を検’ＥＪｉし、
風荷重にも耐え地震荷重に対しても振動を最小限にする
。

したがって、この状態になるように、減損柱６の設置本
数Ｘ、固定柱１の設置本数ｙが決定される。

建築物が固定柱１により支えられ、倣振柱３の摩擦抵抗
により減損効果を奏するため、倒立振子と同形にみなさ
れ得る。

地震によるその地盤の固有振動数をω、建築物の固有振
動数をｎ＝・ｊ”’Ｖ　°（ｍ：建築物の質量。

ｋ：全固定柱のばね定数）とすると、ω／。の値が大き
いほど減損効果は大きい。

ωはその地域でほぼ一定の値とみなされるので、ｎを小
さくすればよい。　、＝　ＪＹにおいて、ｍは一定であ
るから、けっきょくｋを小さくすればよい。

ｋは全固定柱のはね定数の総和であるから、本発明にお
いては減損柱を用いる分たけ固定柱の数が減り、それた
けｋの値が小さくなる。すなわち、減損効果が大きくな
る。

本発明において、滅振柱は垂直方向の荷重を分担し、地
震時の水平方向抵抗は摩擦力および偏心による偶力によ
り大きくなって、ダンパーとしての機能を発揮する。

したがって、前記条件ｐ’＞ｐを満たしつつ、減損効果
が最大になるように、最終的に減損柱の設置本数ｘ１固
定柱の設置本数ｙが決定される。

なお、上記説明は建築物を例にして行なったが、同様に
して橋梁や機械装置等の構造物に対しても本発明を適用
することができる。

たとえば第７図は、橋梁１６の支持部分に減損支承装置
４を取り付けた場合の側面図、第８図は同正面図を示し
ている。

以上説明したように、本発明においては、構造物の支持
部分の少なくとも一部に、減損支承装置を取り付けてな
るため、構造物全体として地震荷重および揺れを減少さ
せ、倒壊を防止することができる。特に、建築物、橋梁
、機械装置等の構造物の減損には有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の減損工法を適用した一例よりなる建築
物の骨組を示す概念図、第２図は上下前の正面断面図、
第３図はつづみ支承の正面断面図、第４図は楕円支承の
正面断面図、第５図はつづみ支承を上下告白に組込んた
減損支承装置の正面断面図、第６図は単純支承の場合の
固定柱のたわみを示す側面図、第７図は本発明の減損工
法を橋梁に適用した例を示す側面図および第８図は同正
面図である。１・・・固定柱、６・・・減損柱、４・・・減損支承装
置、５・・・上沓、６・・・下沓、７・・・っづみ支承
、１ｏ・・・楕円支承。代理人　弁理士　小　川　信　− 弁理士　野　口　賢　照弁理士　斎　下　和　彦

Claims

【特許請求の範囲】

建築、橋梁、機械装置等の構造物の支持部分の少なくと
も一部に、互いに凹部を内側にして相接した上下二つの
凹球面と、該二つの凹球面によって形成される内側空間
に、それぞれの凹球面に接しながら組込まれる、中心位
置を異にする二つの凸球面を互いにその凸部を外側にし
てつなぎ合わせた可動部分とからなる減損支承装置を取
り付け、一部の支持部分にのみ地震動による振幅を受は
柱のばね係数にとじ振幅δとの積ｐｅ＝にδを地震荷重
として受けさせ、一方、前記減損支承装置のｉ抵抗を減
衰力として働かせ、構造物全体として地震荷重および揺
れを減少させる減損工法。