JPS6334276B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は建物等の構造物と、その基礎との間に
あつて、地盤から構造物に伝わる地震のエネルギ
ーを減少させる免震構造に関するものである。

建物の耐震設計法には構造物の耐力を高める方
法の他に、動的には地震現象を考え、地盤から構
造物に伝わる地震のエネルギーを減じようとする
免震或いは制震構法と呼ばれるものがある。その
機構の一つに、建物の系としての固有振動周期を
伸ばすことにより地震入力を減少するタイプのも
のがある。これは地震動に対して建物が受ける加
速度応答値特性が、その系の固有振動周期が大き
くなると減少するという一般的傾向を利用したも
のである。そして、基礎部における局部的な処理
により、この効果を実現したものとして第１図
ａ，ｂに示すような緩衝部材（アイソレータ）１
がある。これは鋼板等の金属板２，２，…と天然
ゴムやネオプレンゴム等の薄い弾性板３，３，…
を交互に垂直方向に重ね合わせ各々を接着固定し
て形成したもので、第２図に示すように構造物４
と基礎５との間に、上端と下端を夫々構造物と基
礎に固定して、構造物４を水平方向に揺動自在に
載置、支持するものである。この緩衝部材１は鋼
板の間に薄いゴムを挿入したため、大きな力が作
用するとゴムの部分で変形が生じる。そして厚み
が小さいので大きな鉛直剛性と、ゴムのせん断変
形による小さな水平剛性を持つことになる。従つ
て構造物の系全体の固有振動周期を増大させるの
で、地震発生時に上部構造に伝達される地震の入
力加速度を減少させ、同時に、上部構造を変形の
ほとんどない見掛け上の剛体として、地震動中の
地盤に対して並進運動、すなわち地盤に対する相
対的な水平方向運動を行わせる。そして構造物へ
の、地震動の破壊力の伝達を極めて小さくするこ
とができる。

この緩衝部材１を用いた場合に、地震の入力加
速度が減少できる効果の一例として、RC造５階
建モデルを想定した５質点系モデルにおける計算
例を紹介する。すなわち床面積を1000m²とし、こ
のモデルにおける免震の効果的な周期として系全
体の周期を３秒とするように緩衝部材１の水平剛
性を28.5（ｔ／ｍ）に設定し、我国特有の１秒付
近に卓越周期を持つ長周期成分を含む地震電波を
与えたとして、その場合における各層に対する入
力加速度の計算結果を、緩衝部材なしの場合とあ
りの場合と比較して示すと、第３図のようにな
る。すなわち緩衝部材がない場合イは一階での入
力は0.17G程度であり、それから上層になるに従
つて入力が増大し、最上階（Ｒ）では0.27G程度
になる。これに対し、緩衝部材付きのモデルロは
入力がかなり弱められ一階で0.035G程度の入力
であり、しかも入力加速度分布が直線となり、入
力加速度が各層でほぼ等しくなる。つまり上部構
造はほぼ剛体として挙動するのである。このよう
に緩衝部材を用いると、入力加速度は1/3〜1/5程
度に減少できる。また、高さ方向に一定の震度で
地震力を決定し得るので、建物内部の耐震設計も
容易になる。

しかしながら上記緩衝部材１を使用するとその
水平方向の剛性が小さいので、台風時における風
圧等のように、一方向にのみ作用する横方向荷重
が建物に加わつた場合に位置ずれし易くなり安全
が保証されない。このように建物が横方向荷重に
対して弱くなる結果、前記した単なる緩衝部材は
実際の建物に対して実用化できるものではなかつ
た。

なお、緩衝部材と組合せて使用するものとして
周期的エネルギー吸収体を設けた特開昭51−
141419号公報の発明『機械的減衰装置及び周期的
水平力減衰方法』がある。

しかし、この従来発明で基礎と構造物の間に固
定されるエネルギー吸収体は、鋼棒を用いた可撓
ビーム・ヒステリシス・ダンパ、または鋼帯を用
いたねじりビーム・ヒステリシス・ダンパであ
る。このため次のような２つの問題があつた。

その１つは緩衝部材のみでは、横方向荷重に対
して弱い上述の問題点が解決されないことであ
る。すなわち、ヒテシリシスによるエネルギー吸
収を生じさせるためには、ある程度変形し易い材
質を選定する必要があり、台風等の横方向荷重の
ように構造物を動かすべきではない力が加わつて
も、容易に動いてしまい居住者等に不安感を与え
るのである。

また、他の１つはダンパーが緩衝部材の水平方
向の動きを制限し、充分な免震効果が得られない
ことである。すなわち、上述のように鋼材で固定
してあると、緩衝部材が水平方向に、例えば40cm
〜1mという大きな変形能力を持つていても、鋼
材の変形能力が小さいため、構造物に一定長さ以
上の水平方向運動をさせない。このため、日本特
有の、例えば１秒といつた長周期成分を有する地
震に対して必要な30〜40cm、さらには原子力発電
所用の1mといつた免震時の水平方向運動が不可
能になる。

そこで本発明は上記欠点に鑑み、これを改良し
たもので、台風による風荷重、或いは免震の必要
がない弱震による小さな横方向荷重では緩衝部材
が作用せず、免震の必要がある大きな地震に対し
てのみ緩衝部材が働くようにした免震構造を提供
する。

すななわち本発明は構造物への台風による風圧
や弱震等による小さな横方向荷重では、緩衝部材
を動かさないようにし、大きな地震があると、そ
の抑制を解くものを、安定部材として、構造物と
基礎との間に緩衝部材と並列に設置して組み合せ
による免震構造としたものである。この安定部材
は、その中間に所定の大きさのせん断力が作用し
た時、切断される切断部を持ち、その両端が夫々
構造物４と基礎５に固定される。

以下、この安定部材の実施例について説明す
る。

第１の実施例は、例えば第４図ａ，ｂに示すよ
うに鋼の帯板を、その両端が取付部６，６となる
ようにコ字状に折曲成形し、その中間部に両側か
らＶ字状の切欠きを設けて、切断部７としたもの
である。その両端の取付部６，６には取付孔６
ａ，６ａが穿設され、基礎側及び構造物側との固
定用のボルトを嵌合させる。この安定部材８は緩
衝部材１と離れた位置で基礎５と構造物４の間に
ボルト締めして固定してもよいが、第５図に示す
ように緩衝部材１の側面位置に一体に組付けると
固定作業が容易である。この免震構造によれば、
台風時の風圧や弱震等による横方向荷重では安定
部材８が、緩衝部材１の基礎側の端板１′と建物
側の端板１′とを連結固定したままで、緩衝部材
を水平方向に動作させない。これに対して大きな
地震が発生した場合には、安定部材８に所定値以
上の水平方向のせん断力が加わるので、安定部材
８の切断部７が切断して緩衝部材１を自由にす
る。そして緩衝部材１の持つ小さな水平方向剛性
によつて構造物を地震動から免震させる。

なお、この安定部材８の切断部７が切断される
せん断力の大さきは、構造物４の規模と緩衝部材
１を作動させるべき地震強度によつて決定すれば
よい。

而して、上記安定部材８は一体物として製作さ
れているので、基礎５の動きを構造物４に直接伝
達する。従つて大型車輌の通過等により発生する
地盤の振動がそのまま建物に伝達される。そこ
で、このような場合の振動をも吸収できる構造の
１例として示したのが第６図ａ，ｂに示す第２実
施例である。

同図において、安定部材８′は、夫々鋼材の帯
板をコ字状に折曲形成されてなる、上部安定部材
８a′及び下部安定部材８b′から構成され、上部安
定部材８a′の屈曲部と下部安定部材８b′の屈曲部
との間には鉛又は硬質ゴム等の塑性部材よりなる
切断部７′が挾まれて、上下の連結をしている。
この構造によれば地盤側から車輌の通過等による
振動が入力されても切断部７′が塑性変形するこ
とにより吸収して、構造物には伝達しない。ま
た、小さな横方向荷重に対しては、緩衝部材の水
平方向の動きを禁止する。そして緩衝部材１を作
動させるべき大きな地震に対しては、この切断部
７′が切断し安定部材８′を上下に分離して、第５
図実施例における説明の如く緩衝部材１が自由に
動いて免震作用をなす。

さらに第３の実施例を、第７図ａ，ｂに示す。
この安定部材８″は、上下に二分割された上部及
び下部安定部材８a″，８b″を、上部安定部材８
a″に固定され下部安定部材８b″の孔９に嵌合す
る、鉛や硬質ゴム等の塑性材料よりなる切断部
７″で連結したものである。この切断部７″は上部
安定部材８a″に保持された調整ボルト１０の先端
に固定されている。そして調整ボルト１０を適宜
に回転することにより切断部７″の下部安定部材
８b″の孔９への嵌挿長さを調整するようになつて
いる。この構造であれば、切断部７″が下部安定
部材８b″の孔９に嵌合しているので、台風の風圧
力による小さな横方向荷重や、弱震等の比較的小
さな振動が加わつても、この嵌合による上部安定
部材８a″と下部安定部材８b″との結合状態は損な
われない。そして基礎５と構造物４の相対的な水
平方向運動を禁止し、緩衝部材１の作動、すなわ
ち水平方向変形を禁止する。そして大地震の時に
は切断部７″がそれが嵌合していた孔９の部分で
切断されて、緩衝部材１の動きを自由にし免震作
用をさせる。この実施例の特徴は、調整ボルト１
０の回転により、切断部７″の下部安定部材８
b″の孔９への嵌挿長さを変化させて、結合力を調
整し、その耐切断力を設定できることである。す
なわち深く嵌挿すれば切断部７″は殆ど曲げ変形
できずせん断のみによつて嵌合状態から解かれる
が、浅く嵌挿すれば切断部７″の曲げモーメント
が大きくなり、この曲げモーメントとせん断力の
複合力によつて切断部７″が外れるから、より小
さらな力で結合が解かれるのである。これによつ
て、緩衝部材１を作動させるべき地震の大きさが
任意に設定できる。また、この実施例では切断部
７″に塑性材料を用いているので、大型車輌の通
過等によつて発生するような振動は、これを吸収
して上部構造に伝達しないことは勿論である。

なお、このように緩衝部材１に組合せて使用す
る安定部材８，８′，８″の構造及び形状は上記実
施例に限定されず、種々の設計変更が可能であ
る。要するに、基礎と構造物とを連結固定するも
のであつて、緩衝部材１を動作させるべき、大き
な水平方向せん断力が作用した時、上下に切断さ
れる切断部をその中間部に持つているものであれ
ばよい。

また、タービン等の大きな振動を発生する機械
設備が収容される建築物に、本発明の免震構造を
実施した場合、既に述べた免震効果に加えて、振
動している機械設備から地盤側に伝わる振動を軽
減若しくは除去する効果も生まれる。

また、本発明の免震構造の実施は、地盤上に建
造される構造物に限らない。例えば建物内に収容
させる機器の基部に設置することもできる。この
一例を挙げると、厳重な保守管理が要求されるコ
ンピユータシステムを、それが設置される建物の
床上に本発明の免震構造を利用して据え付ける
と、信頼性を一層向上することができる。

さらに、本発明の免震構造の他の適用例として
は、300〜400ton程度の圧縮力を加えるクリープ
試験用の大容量圧縮バネの代用が考えられる。す
なわち、本発明による構造によれば、大容量圧縮
バネの使用に比べて小型な装置ができるし、必要
とされる圧縮力及び変形量に応じた設計及び製作
が容易に行える。

以上説明したように、本発明によれば、地盤か
ら構造物に入力される地震エネルギーを減衰させ
る免震効果の優れた鋼一ゴムの多層構造よりなる
緩衝部材を、その作動が必要とされる大地震の時
のみ作動させ、台風の風圧或いは弱震の如き、小
さな横方向荷重に対して作動させないようにでき
るから、緩衝部材を単独で使用した場合の欠点で
ある構造物の横方向への位置ずれを防止でき、緩
衝部材の実際の構造物への使用が可能になる。

特に、本発明の安定部材は、それ自体エネルギ
ー減衰を目的としないから、所定のせん断力で切
断する切断部さえ設ければよく、変形能力を持た
せる必要はない。このため完全な剛体として製作
すればよく、台風の横方向荷重に対して、構造物
を基礎に完全に固定できる。また、切断部が切断
した後は、安定部材による拘束を完全に解くの
で、緩衝部材にその本来の大変形能力を発揮させ
て、わが国特有の長周期成分を含む地震に対して
も有効な免震作用を行わせる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは、緩衝部材の平面図及び側面
図、第２図は緩衝部材の使用形態を説明する側面
図、第３図は５質点系モデルに地震波が到来した
時の各層における入力加速度を示す図、第４図
ａ，ｂは安定部材の第１の実施例を示す正面図及
び側面図、第５図はそれを緩衝部材に取り付け固
定した状態を示す側面図、第６図ａ，ｂは安定部
材の第２の実施例を示す正面図及び側面図、第７
図ａ，ｂはその第３の実施例を示す正面図及び側
面図である。 １…緩衝部材、２…金属板、３…弾性板、４…
構造物、５…基礎、６…取付部、６ａ…孔、７，
７′，７″…切断部、８，８′，８″…安定部材、８
a′，８a″…上部安定部材、８b′，８b″…下部安定
部材、９…孔、１０…調整ボルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の金属板と弾性板を積層固着してなり、
   基礎の上に固定されて構造物を水平方向に揺動自
   在に載置支持する緩衝部材と、 両端が上記基礎と構造物に夫々固定され、その
   中間部に、所定値以上の水平方向せん断力の作用
   によつて切断する切断部が形成された安定部材と
   を具備したことを特徴とする免震構造。