JP2011069149A - 免震システム - Google Patents

Abstract

【課題】上下方向の振動を減衰させることができると共に、免震システムを簡易な構成とすることができる。
【解決手段】地盤Ｇに支持された支持部２と、支持部２の上に配設される構造物３との間に設けられて、支持部２の上部２ａに設置された複数の第一の免震装置４と、構造物３の下部に設置された複数の第二の免震装置５と、第一及び第二の免震装置４、５をそれぞれ連結する複数の連結部材７とを備えている。複数の連結部材７は同一円周上に配列されてこれらの上端面７ａがテーパー面６ａを構成しており、第一の免震装置４は水平方向に弾性的に変位し、第二の免震装置５はテーパー面６ａに沿ってその径方向に弾性的に変位する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の免震システムに関し、特に、上下方向の振動を減衰させる免震システムに関する。

従来、水平方向の振動に加え鉛直方向の振動を減衰させる免震装置が開発されている。このような免震装置では、水平方向の振動を減衰させる水平方向免震手段と鉛直方向の振動を減衰させる鉛直方向免震手段とを備えている。
また、特許文献１によれば、弾性的に伸縮して免震作用を行うと共に、伸縮方向に直交する面において弾性的に変位し免震作用を行う免震手段を、その伸縮方向が鉛直線に対して斜めになるように、その伸縮方向の一端を被免震体に、その伸縮方向の他端を基礎にそれぞれ連結して、被免震体の重心を通る鉛直線の周りに複数個配し、この免震手段により水平方向及び鉛直方向に関して免震作用を行う三次元免震装置が開示されている。この三次元免震装置では、免震手段の伸縮方向と鉛直線との交差角を、免震手段の伸縮方向およびこの伸縮方向に直交する方向のばね定数、被免震体の重心から免震手段の一端までの鉛直距離、被免震体の重心を通る鉛直線から免震手段の一端までの水平距離に基づいて決定している。

特開平８−１７７９７０号公報

しかしながら、従来の鉛直方向の振動を減衰させる免震手段は種類が少なく、その機構が複雑なものがほとんどである。また、水平方向免震手段と鉛直方向免震手段とを備える免震装置では、各免震手段の機構が複雑で大掛かりなものとなり、広い設置スペースが必要とされている。

本発明は、上述する事情に鑑みてなされたもので、上下方向の振動を減衰させることができると共に、簡易な構成の免震システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る免震システムは、地盤または地盤に支持された基礎や建物の床などの支持部と、前記支持部の上に配設される構造物との間に設けられた免震システムであって、前記支持部の上部に設置された複数の第一の免震装置と、前記構造物の下部に設置された複数の第二の免震装置と、第一及び第二の免震装置をそれぞれ連結する複数の連結部材とを備え、前記複数の連結部材は配列されて、これらの上端面が配列された前記複数の連結部材の中央に向けて傾斜する傾斜面を構成しており、前記第一の免震装置は水平方向に弾性的に変位し、前記第二の免震装置は前記傾斜面の傾斜方向に沿って弾性的に変位することを特徴とする。

本発明では、第一の免震装置が水平方向に弾性的に変位することにより、地震時に支持部から構造物に伝達する水平方向の振動を減衰させることができると共に、連結部材が水平方向に弾性的に変位することを許容している。
そして、複数の連結部材は配列されて、これらの上端面が配列された複数の連結部材の中央に向けて傾斜する傾斜面を構成していることにより、地震の振動によって支持部から構造物に向かう上下方向の外力が作用すると、各連結部材がそれらの中央から外方、および外方から中央へ向かう方向に水平変位し、第二の免震装置が傾斜面の傾斜方向に沿って変形すると共に、第一の免震装置が水平方向に変形して、上下方向の外力を吸収している。

連結部材の上端面が配列された前記複数の連結部材の中央に向けて下側に傾斜する傾斜面を構成している場合には、地震の振動によって支持部から構造物に向かう上方向の外力が作用すると、各連結部材がそれらの中央から外方へ向かう方向に水平変位し、第二の免震装置が傾斜面の傾斜方向に沿って変形すると共に、第一の免震装置が水平方向に変形して、上方向の外力を吸収している。
また、地震の振動によって支持部側に構造物が引っ張られる下方向の外力が作用すると、各連結部材がそれらの外方から中央へ向かう方向に水平変位し、第二の免震装置が傾斜面の傾斜方向に沿って変形すると共に、第一の免震装置が水平方向に変形して、下方向の外力を吸収している。
そして、配列された複数の連結部材がそれらの中央から外方へ離れる方向と外方から中央に近づく方向とに水平方向に変位して、第一及び第二の免震装置が弾性的に変位することによって、支持部から構造物に伝達する上下方向の振動を減衰させることができる。

また、連結部材の上端面が配列された前記複数の連結部材の中央に向けて上側に傾斜する傾斜面を構成している場合には、地震の振動によって支持部から構造物に向かう上方向の外力が作用すると、各連結部材がそれらの外方から中央へ向かう方向に水平変位し、第二の免震装置が傾斜面の傾斜方向に沿って変形すると共に、第一の免震装置が水平方向に変形して、上方向の外力を吸収している。
また、地震の振動によって支持部側に構造物が引っ張られる下方向の外力が作用すると、各連結部材がそれらの中央から外方へ向かう方向に水平変位し、第二の免震装置が傾斜面の傾斜方向に沿って変形すると共に、第一の免震装置が水平方向に変形して、下方向の外力を吸収している。
そして、配列された複数の連結部材がそれらの外方から中央に近づく方向と中央から外方へ離れる方向とに水平方向に変位して、第一及び第二の免震装置が弾性的に変位することによって、支持部から構造物に伝達する上下方向の振動を減衰させることができる。
また、本発明の免震システムは、第一の免震装置と第二の免震装置を上面に傾斜面が形成された連結部材で連結した構成であるので、免震システムを簡易な構造とすることができる。

また、本発明に係る免震システムでは、前記複数の連結部材は、周方向、または矩形の対向する一対の辺上に配列されていることを特徴とする。
本発明では、複数の連結部材は、周方向、または矩形の対向する一対の辺上に配列されていることにより、地震の振動による外力を効率的に吸収することができる。

また、本発明に係る免震システムでは、前記構造物と前記支持部とは鉛直方向の変位を制御する第一のダンパーで連結されていることを特徴とする。
本発明では、構造物と支持部とは鉛直方向の変位を制御する第一のダンパーで連結されていることにより、地震時の構造物の鉛直方向の変形量を調整できると共に、構造物の上下方向の固有周期を調整することができる。

また、本発明に係る免震システムでは、前記連結部材間は水平方向の変位を制御する第二のダンパーで連結されていることを特徴とする。
本発明では、連結部材間は水平方向の変位を制御する第二のダンパーで連結されていることにより、連結部材間の変位量を調整できると共に、構造物の上下方向の固有周期を調整することができる。また、第二のダンパーが水平方向の振動のエネルギーを吸収することができる。

また、本発明に係る免震システムでは、前記連結部材と前記支持部とは水平方向の変位を制御する第三のダンパーで連結されていることを特徴とする。
本発明では、連結部材と支持部とは水平方向の変位を制御する第三のダンパーで連結されていることにより、連結部材の変位量を調整できると共に、構造物の上下方向および水平方向の固有周期を調整することができる。また、第三のダンパーが水平方向の振動のエネルギーを吸収することができる。

本発明によれば、支持部と構造物との間に、第一および第二の免震装置と第一及び第二の免震装置を連結する連結部材とが設けられていて、連結部材が傾斜面の中心から離れる方向と近づく方向とに同時に水平方向に変位することにより、第一及び第二の免震装置が支持部から構造物に伝達する上下方向の振動を吸収して、上下方向の地震動に対する構造物の被害を抑制することができると共に、簡易な免震システムを提供することができる。

（ａ）は本発明の第一の実施の形態による免震システムの一例を示す図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は本発明の第一の実施の形態による免震システムの動作を説明する図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は本発明の第一の実施の形態による免震システムの他の動作を説明する図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 本発明の第二の実施の形態による免震システムの一例を示す図である。 本発明の第三の実施の形態による免震システムの一例を示す図である。 （ａ）乃至（ｃ）は本発明の実施の形態の変形例による免震システムを説明する図である。

（第一の実施の形態）
以下、本発明の第一の実施の形態による免震システムについて、図１（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。
図１（ａ）に示すように、第一の実施の形態による免震システム１ａは、地盤Ｇに支持された支持部２と、支持部２の上方に配設される建築物などの構造物３との間に設置されて、支持部２の上面２ａに配設された第一の免震装置４と、構造物３の底部に連結された第二の免震装置５と、第一の免震装置４と第二の免震装置５とを連結する連結部材７とから概略構成される。

支持部２は、地盤Ｇに設置された鉄筋コンクリートスラブなどで、必要に応じて下方の地盤Ｇは基礎杭が埋設されたり地盤改良が行われたりしており、上方に配設される構造物３を支持できる構造となっている。
構造物３は、底部に中心部から外周部に向かって上方に傾斜する凸型のテーパー面３ａが形成されていて、このテーパー面３ａに第二の免震装置５が連結されている。

図１（ｂ）に示すように、連結部材７は、同一円周上に所定の間隔をあけて４つ配列されていて、これらの連結部材７で連結部６を構成している。図１（ａ）に示すように、連結部６は、配列された複数の連結部材７の上面７ａに構造物３のテーパー面３ａに対応する凹型のテーパー面（傾斜面）６ａが形成されており、テーパー面６ａはその外周部から中心部に向かって下側に傾斜している。連結部材７の下面７ｂは水平に形成されている。

連結部６は、テーパー面６ａの中心部に開口部が形成され支持部２の上面２ａから構造物３の底部にわたって空間部８が形成されている。
本実施の形態では、連結部６は４つの連結部材７から構成されているが、複数の連結部材７で構成されていれば４つの連結部材７でなくてもよい。

第一の免震装置４は、例えば、積層ゴム支承やスライダーなどで、支持部２の上面２ａに複数配設されると共に、連結部材７の下面７ｂと連結している。
第一の免震装置４は、上方の構造物３および第二の免震装置５、連結部材７の鉛直荷重を支持し支持部２に伝達する機能と、連結部材７と支持部２との水平挙動を絶縁し長周期化するアイソレーターとしての機能を有するものである。

第二の免震装置５は、第一の免震装置４と同様に、積層ゴム支承やスライダーなどで、各連結部材７の上面にそれぞれ配設されると共に、構造物３のテーパー面３ａと連結している。第二の免震装置５は、構造物３のテーパー面３ａと連結部６のテーパー面６ａとの間に配設されていて、この両テーパー面３ａ、６ａに合わせて傾斜している。

第二の免震装置５は、上方の構造物３の鉛直荷重を支持し連結部材７へ伝達する機能と、構造物３と連結部材７とのテーパー面６ａの角度方向の挙動を絶縁し長周期化するアイソレーターとしての機能を有するものである。このとき、構造物３と連結部材７とのテーパー面６ａの角度方向の挙動を絶縁し長周期化する機能を有することにより、構造物３と連結部材７との水平挙動および鉛直挙動を絶縁し長周期化することができる。

このとき、両テーパー面３ａ、６ａのテーパー角度を調整することにより、構造物３および連結部材７の変位量や構造物３の固有周期を調整することができる。
第二の免震装置５は、通常時の構造物３の荷重ではテーパー面６ａの傾斜方向に変形しない剛性に形成されている。
第一及び第二の免震装置４、５に積層ゴム支承やスライダーの他にすべり支承などを設けてもよい。

次に、上述した第一の実施の形態による免震システム１ａの作用について図面を用いて説明する。
図２（ａ）、（ｂ）に示すように、免震システム１ａは、地震の振動によって地盤Ｇから構造物３側に上方向の外力が作用すると、各連結部材７が連結部６の中心部から外方へ向かう方向に水平変位し、第二の免震装置５がテーパー面６ａに沿って変形すると共に、第一の免震装置４が水平方向に変形して、この上方向の外力を吸収している。このとき、各連結部材７が連結部６の外方へ向かう方向に水平変位することにより、支持部２と構造物３とは鉛直方向に近づくことになる。

また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、免震システム１ａは、地震の振動によって地盤Ｇ側に構造物３が引っ張られる下方向の外力が作用すると、各連結部材７は連結部６の外方から中心部へ向かう方向に水平変位し、第二の免震装置５がテーパー面６ａに沿って変形すると共に、第一の免震装置４が水平方向に変形して、この下方向の外力を吸収している。このとき、各連結部材７が連結部６の外方から中心部へ向かう方向に水平変位することにより、支持部２と構造物３とは鉛直方向に遠ざかることになる。

そして、上述した免震システム１ａの作用により、地震の上下方向の振動が地盤Ｇから支持部２に伝達して支持部２が上方に変位した場合には支持部２と構造物３とが鉛直方向に近づき、支持部２が下方に変位した場合には支持部２と構造物３とが鉛直方向に遠ざかることにより、構造物３の変位が抑制されるので支持部２から構造物３に伝達する鉛直方向の振動を低減させることができる。
また、地震による地盤Ｇからの水平方向の振動が支持部２に伝達した場合には、第一の免震装置４が水平方向に弾性的に変位することで、構造物３に伝達する水平方向の振動を減衰させることができる。

上述した第一の実施の形態による免震システム１ａでは、地震により地盤Ｇから構造物３に伝達される上下方向の振動を低減させることができるので上下方向の地震動による構造物３の被害を抑制する効果を奏する。
また、免震システム１ａは第一及び第二の免震装置４、５を上面にテーパー面６ａが形成された連結部材７で連結した簡易な構成なので、低コストで設置することができる。
また、地震により地盤Ｇから構造物３に伝達する水平方向の振動を減衰させることができるので水平方向の地震動による被害を抑制することができる。

次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。

（第二の実施の形態）
図４に示すように、第二の実施の形態による免震システム１ｂでは、構造物３と支持部２との間に、例えばオイルダンパーなどの第一のダンパー１１が設けられている。第一のダンパー１１は、構造物３と支持部２との間の鉛直方向の変位を制御する制震装置として設けられている。

第二の実施の形態による免震システム１ｂによれば、第一の実施の形態と同様の効果を奏すると共に、構造物３と支持部２との間に第一のダンパー１１が設けられているので、構造物３の上下方向の変位量を調整できて、構造物３の上下方向の固有周期を調整することができる。

（第三の実施の形態）
図５に示すように、第三の実施の形態による免震システム１ｃでは、連結部材７の間に、第二のダンパー１２が設けられていて、連結部材７の外周部と地盤Ｇとの間に第三のダンパー１３が設けられている。第二および第三のダンパー１２、１３は例えばオイルダンパーなどである。
第二のダンパー１２は、連結部材７間の水平方向の変位を制御する制震装置として設けられていて、第三のダンパー１３は連結部材７と地盤Ｇとの水平方向の変位を制御する制震装置として設けられている。

第三の実施の形態による免震システム１ｃによれば、第一の実施の形態と同様の効果を奏すると共に、連結部材７間に第二のダンパー１２が設けられていて、連結部材７の外周部と地盤Ｇとの間に第三のダンパーが設けられているので、連結部材７間の水平方向の変位量と連結部材７の水平方向の変位量とを調整できて、構造物３の鉛直方向および鉛直方向の固有周期を調整することができる。

以上、本発明による免震システムの実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した第一の実施の形態では、支持部２は地盤Ｇに支持された鉄筋コンクリートスラブなどであるが、地盤Ｇを支持部としてもよいし、建物の床や床に固定された台などを支持部としてもよい。

また、上記の実施の形態では、連結部材７は、同一円周上に所定の間隔をあけて配列されていているが、同一円周上に限らず、楕円周上や、図６（ａ）、（ｂ）に示すように正方形や長方形の外周部に互いに間隔をあけて配設されてもよい。このとき、連結部材７の上面は、配列された複数の連結部材７の中央に向かって下側に傾斜しており、第二の免震装置はこの傾斜方向に沿って変位する。
また、連結部材７は、図６（ｃ）に示すように、矩形の対向する一対の辺上に配列されてもよい。連結部材７の上面は、配列された複数の連結部材７の中央（図中の仮想中心線２１）に向かって下側に傾斜しており、第二の免震装置はこの傾斜方向に沿って変位する。

また、上記の第二の実施の形態に、第三の実施の形態による第二のダンパー１２と第三のダンパー１３のいずれかまたは両方を設置してもよく、第三の実施の形態から第二のダンパー１２と第三のダンパー１３のいずれかをなくした形態としてもよい。このように第一、第二、第三のダンパー１１、１２、１３を組み合わせることによって構造物３の上下方向の変位量と固有周期を調整することができる。
また、第三の実施の形態では、第三のダンパー１３は連結部材７の外周部と地盤Ｇとを連結しているが、連結部材７の外周部に代わって連結部材７の底部や上部などに連結されてもよく、また、地盤Ｇに代わって支持部２などに連結されてもよく、本実施の形態の免震システムが建物内に構築される場合には、その建物の床などに連結されてもよい。
また、本実施の形態では、テーパー面６ａはその外周部からに中心部に向かって下側に傾斜しているが、テーパー面６ａがその外周部からに中心部に向かって上側に傾斜している構成としてもよい。

１ａ、１ｂ、１ｃ 免震システム
２ 支持部
３ 構造物
４ 第一の免震装置
５ 第二の免震装置
６ 連結部
６ａ テーパー面（傾斜面）
７ 連結部材
１１ 第一のダンパー
１２ 第二のダンパー
１３ 第三のダンパー

Claims (5)

1. 地盤または地盤に支持された基礎や建物の床などの支持部と、前記支持部の上に配設される構造物との間に設けられた免震システムであって、
   前記支持部の上部に設置された複数の第一の免震装置と、
   前記構造物の下部に設置された複数の第二の免震装置と、
   第一及び第二の免震装置をそれぞれ連結する複数の連結部材とを備え、前記複数の連結部材は配列されて、これらの上端面が配列された前記複数の連結部材の中央に向けて傾斜する傾斜面を構成しており、前記第一の免震装置は水平方向に弾性的に変位し、前記第二の免震装置は前記傾斜面の傾斜方向に沿って弾性的に変位することを特徴とする免震システム。
2. 前記複数の連結部材は、周方向、または矩形の対向する一対の辺上に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の免震システム。
3. 前記構造物と前記支持部とは鉛直方向の変位を制御する第一のダンパーで連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載の免震システム。
4. 前記連結部材間は水平方向の変位を制御する第二のダンパーで連結されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の免震システム。
5. 前記連結部材と前記支持部とは水平方向の変位を制御する第三のダンパーで連結されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の免震システム。

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