JP4204347B2 - Seismic isolation devices for building structures - Google Patents
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Description
【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、コンクリートにより敷設した基礎の上に、枠組みした土台を載架して、基礎に対し組み付け、その土台上に柱・桁を組み付け軸組みして構築する建物構造体において、地震力を低減させて地震に対応させるための免震装置に関する。
【0002】
さらに具体的にいえば、敷設した基礎の上面の所定の位置に、土台の鉛直方向の荷重を支える支承体を、支承する土台の水平方向の移動を可能とするよう構成して装設し、この支承体の隣側位置における基礎と土台との間に、支承体で支承した土台の水平方向の振動に対し制動を与えるとともに旧の位置に向け復元移動させる緩衝復元体を装設して、建物構造体が受ける地震力を低減させる免震装置についての改良に関する。
【0003】
【従来の技術】
上述の建物構造物の免震手段としては、本発明の出願人が、特願2002−4451として出願している手段がある。
【0004】
この手段は、図1および図2に示しているように、コンクリートでべた基礎に敷設した基礎aの上面の所定位置に、土台1およびそれに組み付ける柱2等で構築した建物構造体bの鉛直方向の荷重を支承する支承体wを、金属材により剛体の束柱状に形成して、独立基礎状に配位して固定装設し、かつ、これら支承体wは、支承する建物構造体bの水平な方向の移動を所定の範囲内で許容する構造に構成しておき、これら支承体wの各隣側位置に、建物構造体bを組み付けた土台1の水平な方向の動きに対しそれを制動するとともに旧の位置に復元させる弾性材よりなる緩衝復元体yを配設しておいて、基礎aから建物構造体bに伝わる地震のゆれを低減して建物構造体bの破壊を防止するようにしている内容のものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
地震により基礎に伝わる地震の波動によりその基礎の上に構築した建物構造体に伝わる地震の波動を低減させる免震装置として通常用いられているのは、鋼板と薄いゴムシートとを交互に複数枚重ね合わせ、これに熱と圧力を加えて成形した積層ゴムの緩衝体であり、鉛直方向の荷重を鋼板により支え、水平方向の衝激をゴムシートのゴム材自身の変形性能により吸収させるようにしているものであるが、製造に多大な工数を要することで高価なものとなり、しかも、水平方向の衝激の吸収をよくするようにゴムシートのゴム材の量を多くすると、鉛直荷重によるゴム材の変形で支承する建物構造体に傾きを生ぜしめる問題がでてくる。
【0006】
先行技術として提示している特願2002−4451の技術は、鉛直方向の荷重を支承させる支承体wと、水平方向の振動に対する制動および旧の位置への復元を行わすための緩衝復元体yとを別々に設けておいて、支承体wにより建物構造体bの鉛直方向の荷重を支承させておき、緩衝復元体yにはその建物構造体の水平方向の荷重を、その緩衝復元体yの弾性によって支承させるようにして、この緩衝復元体yにより地震による水平方向の振動を吸収させるようにした手段であるが、それの弾性材を、ゴムまたはバネまたはそれらの併用とした何れの場合においても、水平方向の振動に対する応答作動が柔らかく、その振動に制動を与えて吸収する機能が不充分で、安定するまでの時間が長くなる問題がある。
【0007】
本発明は、この問題を解決して、支承体wと分けて設ける緩衝復元体yの、水平方向の振動の吸収作用を向上させ、振動を吸収して安定させるまでの時間を短くして、地震力の低減を効果的にする免震装置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】
そして、本発明においては、上述の目的を達成するための手段として、請求項1に記載したように、敷設した基礎aの上面の所定位置に、建物構造体bの鉛直方向の荷重を支承させる剛体の支承体wを、支承する建物構造体bの水平方向の移動を許容する機構を具備せしめて、独立基礎状に配位して装設し、その支承体wの隣側位置に、建物構造体bの水平方向の動きに対し制動するとともに旧の位置に復元させる緩衝復元体yを配位して、基礎aと建物構造体bとに連結せしめる建物構造体の免震装置において、緩衝復元体yを、変形伸縮するゴム・樹脂等の弾性材により、正面視において上下に長い長方形をなし、縦断正面視において縦長に直立する中空の筒状をなす形状で、かつ、それの周壁内に対応する径のコイル状に形成したコイルバネ90をインサートして埋設した形状に成形した筒状体73と、その筒状体73の上下の端部に組み付ける金属材よりなる取付枠74・74と、その取付枠74・74の上面および下面に接合してネジにより止着連結する上下の取付座板7a・7bと、前記上面に接合する取付座板7aの止着連結の前に筒状体73内に充填しておく砂粒8と、により直立する筒状に形成したことを特徴とする建物構造体における免震装置を提起するものである。
【0009】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の態様を、図面に随い実施例について具体的に説明する。
図3は本発明手段を実施せる建物構造体における免震装置の一部破断した正面図で、同図において、aは敷地内にコンクリートの打ち込みによりべた基礎に敷設した基礎、bはこの基礎aの上に構築した建物構造体、wは基礎aの上面の所定位置に配してその基礎aと建物構造体bの土台1との間に装設した支承体、yはその支承体wの隣側位置に配して基礎aと建物構造体bの土台1との間に装設した緩衝復元体を示す。
【0010】
本発明手段においては、建物構造体bを構築しようとする敷地内にまず基礎aを敷設する。
【0011】
この基礎aは、コンクリートで予め成型しておいて、所定位置に据え付けて敷設するか、所定位置にコンクリートを打ち込んで成形する独立基礎でもよいが、なるべくは、先行技術として提示した図1および図2にある例の如く、コンクリートの打ち込みにより成形するべた基礎とすることが望ましい。
【0012】
敷設した基礎aの上面には、その基礎a上に構築する建物構造体bを支える支承体wと、この支承体wに支承された建物構造体bの水平方向の動きに対する制動と旧の位置への復元を行わすための緩衝復元体yとを装設する。
【0013】
支承体wは、基礎aの上に構築する建物構造体bの鉛直方向の荷重を支えるもので、鉄材等により剛体の束柱状に形成して、下端側を基礎aの上面に連結固定することで装設し、上端側を建物構造体bの下面に連結固定して建物構造体bを基礎a上に支承するようにするが、このとき、この支承体wは、基礎aを独立基礎としたときに、その独立基礎を配置する個所に対応するように配位して、布基礎として敷設した基礎aの上面の所定位置にそれぞれ装設し、これにより、基礎a上に構築する建物構造体bを支承するようにし、かつ、支承する建物構造体bが水平方向には移動が許容されるようにする。
【0014】
このため、この束柱状に形成する支承体wは、図4にあるように、鋼材により円筒形または角筒形に成形した本体3の下端側に、基礎a上面に対する組付板となる座板状の底板30を、熔接により一体に連結させて設けて、この底板30を、別に鉄材またはコンクリート材または木材で座板状に形成して基礎aの上面の所定位置に配置しておき、コンクリートビス40の打ち込みにより固定する座板4の上に載置して、その座板4に対しこの底板30を連結ボルト31により連結することで装設するようにし、この本体3の上端側には、建物構造体bを支承する支台となる台板32を鉄材により形成して熔接により一体に連結させて設け、この台板32上に、建物構造体bの基底部の土台1の底面または、その土台1の下面に組み付けたH型鋼5の下面を載架して支承させるようにする。
【0015】
このとき、この台板32の上面側には、例えば、浅い盆状の台盤60を設けて、それの内側空間に多数の磨いたスチールボール61を、それの直径が台盤60の深さより幾分大径となるように形成して転動可能に装入しておいて、台板32の上面に載架する建物構造体bが、この台板32の上面に設けた盆状の台盤60内のスチールボール61…により支承され、そのスチールボール61…が盆状の台盤60内を転動する範囲内において、建物構造体bの水平方向の移動が許容されるようにするか、図3にあるように、基礎aの上面の所定位置に、コンクリートによりブロック状に成形した座板4を設置し、それの上面にステンレスの鋼板41を取り付け、その鋼板41の上面に、支承体wを、前述した盆状の台盤60が下方に向かう倒立した姿勢として配位し、その盆状の台盤60内に装入するスチールボール61…が座板4上面のステンレスの鋼板41に接して転動するようにして、この支承体wが座板4上を水平方向に移動可能となるようにし、この支承体wに設けた取付座板となる座板状の底板30を、建物構造体bの底面に対し連結固定するなどで、支承する建物構造体bの水平方向のスライドを可能とする機構を装備せしめておく。
【0016】
また、基礎aの上面に配設した多数の支承体w…の各上面によって支承する建物構造体bの底面を、所定の水準線上に揃えるようにするため、支承体wの本体3の下端に装設した底板30を、基礎aの上面に固定装設した座板4上にコンクリートビス40により閉じ合わせるときに、その座板4と底板30との間には、別に、数ミリの厚さに形成した鋼板よりなる調整シート300を用意しておき、これを適宜枚数積層して敷き込むことで、各支承体w…の建物構造体bの底面を支承する支承面が、一定の水準線上に揃うように調整し得るようにしておく。
【0017】
緩衝復元体yは、上述のように、基礎aの上面に装設した支承体wにより、水平方向のスライドを許容せしめて鉛直方向の荷重を支承せしめるようにした建物構造体bの、地震の波動による水平方向のゆれに対し、それに制動を与えるとともに、建物構造体bを旧の所定位置に復元させるためのもので、図5乃至図10にあるように、内部を中空とした筒状に形成した主体7と、これを基礎aの上面に取り付け固定するための座板状の取付座板7aと、この主体7を建物構造体bの底面に組み付け連結するための座板状の組付座板7bとにより、上下に鍔部を具備する直立した筒状に形成してある。
【0018】
主体7の上下に鍔状に設ける取付座板7aおよび組付座板7bは、緩衝復元体yの上部および下部を基礎aおよび建物構造体bに連結固定するためのものであり、図示する実施例においては、図6にあるように、鉄板により四角な座板状に形成してあって、それの周縁の各コーナー部には、連結固定用の連結ボルト70を挿通するためのボルト穴71が開設してあり、また、中央に寄る部位には、中空の筒状に形成した主体7の上部および下部に対してこれら取付座板7aおよび組付座板7bを組み付けるためのネジ穴72…が環状に配位して開設してある。
【0019】
中空の筒状の主体7は、地震波による建物構造体bの水平方向の振動の緩和吸収と旧の所定位置への復元を行わす緩衝復元体yの主体部を構成するもので、制動材とする砂粒を内部に充填するための、ゴム等の柔軟な弾性材により中空の筒状に成形した筒状体73と、この筒状体73を基礎aおよび建物構造体bとの間に渡架するように組み付けるために、この筒状体73の上下の両端部にそれぞれ組み付ける金属材によりリング状に形成した取付枠74・74とで組み立てられ、それの上下の取付枠74・74の上面および下面に、前述の取付座板7aと組付座板7bとをそれぞれ接合し、それらに開設してあるネジ穴72にネジを挿通して上下の取付枠74・74に開設してあるネジ穴740にねじ込み、止着連結することで緩衝復元体yを構成するようにしている。
【0020】
筒状体73の内側空間に充填する砂粒8は、筒状体73の上下の両端部に取付枠74・74をそれぞれ組み付け、それらに取付座板7aと組付座板7bとを取り付けて緩衝復元体yを組み立てるときに、下面側に取付座板7aを取り付けて底面側を閉塞したところで、砂粒8を内部投入してぎっしりと充填し、その後に蓋をするように上面側に組付座板7bを取り付けることで行う。
【0021】
このようにして構成する緩衝復元体yは、支承体wの隣側位置に配位して、基礎aと建物構造体bとの間に装設することで、支承体wにより水平方向の動きが許容される状態で鉛直方向の荷重が支承されている建物構造体bの地震波による水平方向のゆれを、筒状体73の内腔に充填してある砂粒8の流動の摩擦抵抗で制動し、このとき、変形していく筒状体73がそれの弾性による復元力で、旧の姿勢に戻るようになって、地震力を吸収するようになる。
【0022】
図において、9は、変形していく筒状体73の復元力を補強するために組み合わせたバネ材で、この例においては、バネ鋼よりなる太目の線材を、筒状体73に対応する径のコイル状に成形した一本のコイルバネ90とし、このコイルバネ90を、樹脂材・ゴム材等の変形伸縮する弾性材により筒状体73を成形するときに、コイルの軸線方向の両端部が筒状体73の上下の両端部に位置する状態として、一体にインサート成形するようにして埋設しているが、図11にある例の如く、前述のコイルバネ90より細目のバネ鋼の線材で多数本のコイルバネ91…を形成して、これらを、筒状体73の外周に環状に整列させて配位し、上下に鍔状に対向する取付座板7aと組付座板7bとの間に、それらに装設しておくフック92に各コイルバネ91の両端部を係止することで張設するようにするなど、適宜の態様で組み合わせるようにしてよい。
【0023】
このようにして構成する本発明による建物構造体の免震装置は、図3に示している実施例装置についてのテストを、それの緩衝復元体yの筒状の主体7の内部に砂粒8を充填しない場合と対比して行ったところ、砂粒8を充填しないで、筒状の主体7をゴム材で成形する筒状体73とそれに併設したバネ材9のコイルバネ90とで構成した場合には、図12の緩衝復元体yの形状姿勢の変化の説明図にあるように、建物構造体bに与えた左右方向の衝激により、当初、右端側の▲1▼と付した緩衝復元体yの筒状の主体7が、中央の▲2▼と付した主体7の如く斜めの長方形状となり、さらに左端側の▲3▼と付した主体7の如く、強く傾斜した長方形状に変化し、次いで、逆の順で最初の▲1▼の状態に戻り、反対側に同様に傾斜していき、この作動を繰り返して、直立した▲1▼の状態となって停止する。そして、この停止するまでの時間が約15秒程であった。
【0024】
ところが、主体7の内部に砂粒8を一杯に充填している場合には、図13の説明図の▲1▼・▲2▼・▲3▼にあるように、主体7が、S字状に変形しながら傾斜し、さらに、S字形が伸びるように変形しながら強く傾斜していき、次いで、逆の順で直立する姿勢に戻り、反対側に同様に傾斜していきこれを繰り返すようになり、停止状態となるまでの時間が3秒程度と、ゴムとバネ材だけの場合に比して数分の1と極端に短くなる。
【0025】
そして、この主体7の形状の変化から、内部に充填した砂粒8が、エネルギーの吸収に大きく機能していることが判る。
【0026】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明手段によれば、緩衝復元体yの弾性材よりなる筒状の主体7内に充填した砂粒8が、水平方向の振動のエネルギーを良く吸収するようになるので、静止状態に復元するまでの時間を短くして、地震力の低減を効果的にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従前の免震装置の平面図である。
【図2】同上の一部破断した正面図である。
【図3】本発明手段を実施せる免震装置の一部破断した正面図である。
【図4】同上装置の支承体の一部破断した正面図である。
【図5】同上装置の緩衝復元体の縦断正面図である。
【図6】同上緩衝復元体の分解斜視図である。
【図7】同上緩衝復元体の主体の組み立て前の縦断正面図である。
【図8】同上主体の上部の取付枠の平面図である。
【図9】同上主体の下部の取付枠の底面図である。
【図10】同上主体の筒状体の横断平面図である。
【図11】同上の免震装置の別の実施例の要部の一部破断した正面図である。
【図12】本発明手段の作用の説明図で、主体内に砂粒を充填しない場合の正面図である。
【図13】本発明手段の作用の説明図で、主体内に砂粒を充填した場合の正面図である。
【符号の説明】
a…基礎、b…建物構造体、w…支承体、y…緩衝復元体、1…土台、2…柱、3…本体、30…底板、300…調整シート、31…連結ボルト、32…台板、4…座板、40…コンクリートビス、41…鋼板、5…H型鋼、60…台盤、61…スチールボール、7…主体、7a…取付座板、7b…組付座板、70…連結ボルト、71…ボルト穴、72…ネジ穴、73…筒状体、74…取付枠、740…ネジ穴、8…砂粒、9…バネ材、90・91…コイルバネ、92…フック。[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a building structure in which a framed foundation is mounted on a foundation laid with concrete, assembled to the foundation, and a pillar / girder is assembled on the foundation, and seismic force is applied. The present invention relates to a seismic isolation device for reducing earthquake response.
[0002]
More specifically, at a predetermined position on the upper surface of the laid foundation, a support body that supports the load in the vertical direction of the foundation is configured and installed so as to allow the horizontal movement of the foundation to be supported, Between the foundation and the base at the position adjacent to this support body, a buffer restoration body is installed to apply braking to the horizontal vibration of the base supported by the support body and to restore and move it to the old position. The present invention relates to improvement of a seismic isolation device that reduces the seismic force received by a building structure.
[0003]
[Prior art]
As the above-mentioned seismic isolation means for a building structure, there is a means applied by the applicant of the present invention as Japanese Patent Application No. 2002-4451.
[0004]
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, this means is the vertical direction of the building structure b constructed by the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Normally used as a seismic isolation device to reduce the seismic wave transmitted to the building structure built on the foundation by the seismic wave transmitted to the foundation due to the earthquake, multiple sheets of steel plates and thin rubber sheets alternately This is a laminated rubber cushion formed by applying heat and pressure to each other, supporting the vertical load by the steel plate and absorbing the horizontal impulse by the deformation performance of the rubber sheet itself. However, if the amount of rubber material in the rubber sheet is increased so as to improve the absorption of horizontal impulses, the rubber due to the vertical load will become expensive due to the great man-hours required for manufacturing. There is a problem that the building structure that is supported by the deformation of the material causes an inclination.
[0006]
The technology of Japanese Patent Application No. 2002-4451 presented as the prior art includes a support body w for supporting a load in the vertical direction, a buffer recovery body y for performing braking against horizontal vibration and restoring to an old position. Are separately provided, and the vertical load of the building structure b is supported by the support w, and the horizontal load of the building structure is applied to the buffer restoring body y by the buffer restoring body y. In this case, the elastic material is a rubber or a spring or a combination of them. However, there is a problem that the response operation with respect to the vibration in the horizontal direction is soft, the function of braking and absorbing the vibration is insufficient, and the time until stabilization becomes long.
[0007]
The present invention solves this problem, improves the absorption action of the horizontal vibration of the buffer restoration body y provided separately from the support body w, shortens the time until the vibration is absorbed and stabilized, The object is to provide a seismic isolation device that effectively reduces the seismic force.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
And in this invention, as a means for achieving the above-mentioned object, as described in
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a partially broken front view of the seismic isolation device in the building structure for carrying out the means of the present invention. In FIG. 3, a is a foundation laid on a solid foundation by placing concrete in the site, and b is this foundation a. A building structure constructed on top of the base, w is a bearing installed at a predetermined position on the upper surface of the foundation a and installed between the foundation a and the
[0010]
In the means of the present invention, the foundation a is first laid in the site where the building structure b is to be constructed.
[0011]
The foundation a may be an independent foundation that is preliminarily molded with concrete and is installed and laid at a predetermined position, or concrete is driven into a predetermined position and molded as much as possible. As in the example in 2, it is desirable to use a solid foundation formed by concrete pouring.
[0012]
On the upper surface of the laid foundation a, a support w for supporting the building structure b constructed on the foundation a, the braking and the old position against the horizontal movement of the building structure b supported on the support w The buffer restoration body y for restoring to is installed.
[0013]
The support w supports the vertical load of the building structure b constructed on the foundation a, and is formed into a rigid bundle column shape with iron or the like, and the lower end side is connected and fixed to the upper surface of the foundation a. The upper end side is connected and fixed to the lower surface of the building structure b so that the building structure b is supported on the foundation a. At this time, the bearing body w is used as the independent foundation. The building structure is arranged on the foundation a by arranging it so as to correspond to the place where the independent foundation is arranged and installing it at a predetermined position on the upper surface of the foundation a laid as a fabric foundation. The body b is supported, and the building structure b to be supported is allowed to move in the horizontal direction.
[0014]
Therefore, as shown in FIG. 4, the support body w formed in the shape of a bundle column is a seat plate that is an assembly plate for the upper surface of the foundation a on the lower end side of the
[0015]
At this time, for example, a shallow basin-
[0016]
Further, in order to align the bottom surface of the building structure b supported by each of the upper surfaces of a large number of support bodies w arranged on the upper surface of the foundation a on a predetermined level line, the lower end of the
[0017]
As described above, the shock-absorbing body y is an earthquake of the building structure b that allows the horizontal load and the vertical load to be supported by the support w mounted on the upper surface of the foundation a. This is intended to apply braking to the horizontal vibration caused by the wave and restore the building structure b to the old predetermined position. As shown in FIGS. The formed
[0018]
The mounting
[0019]
The hollow cylindrical
[0020]
The
[0021]
The buffer restoring body y configured as described above is arranged at a position adjacent to the support body w and is installed between the foundation a and the building structure b so that the support body w moves in the horizontal direction. The horizontal vibration due to the seismic wave of the building structure b on which the vertical load is supported in a state where the vertical load is supported is braked by the frictional resistance of the flow of the
[0022]
In the figure, reference numeral 9 denotes a spring material combined to reinforce the restoring force of the deforming
[0023]
The seismic isolation device for a building structure according to the present invention constructed as described above is a test on the embodiment device shown in FIG. 3, and
[0024]
However, when the
[0025]
From the change in the shape of the
[0026]
【The invention's effect】
As described above, according to the means of the present invention, the
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a conventional seismic isolation device.
FIG. 2 is a partially broken front view of the above.
FIG. 3 is a partially cutaway front view of a seismic isolation device implementing the means of the present invention.
FIG. 4 is a partially broken front view of the support body of the apparatus.
FIG. 5 is a longitudinal sectional front view of the buffer restoring body of the apparatus.
FIG. 6 is an exploded perspective view of the buffer restoration body.
FIG. 7 is a longitudinal front view of the main body of the same buffer restoration body before assembly.
FIG. 8 is a plan view of an upper mounting frame of the main body.
FIG. 9 is a bottom view of the lower mounting frame of the main body.
FIG. 10 is a cross-sectional plan view of the main cylindrical body.
FIG. 11 is a partially broken front view of the main part of another embodiment of the seismic isolation device of the above.
FIG. 12 is an explanatory view of the operation of the means of the present invention, and is a front view when the main body is not filled with sand particles.
FIG. 13 is an explanatory view of the action of the means of the present invention, and is a front view when sand particles are filled in the main body.
[Explanation of symbols]
a ... foundation, b ... building structure, w ... support body, y ... buffer restoration body, 1 ... base, 2 ... pillar, 3 ... main body, 30 ... bottom plate, 300 ... adjustment sheet, 31 ... connection bolt, 32 ... stand Plates, 4 ... Seat plate, 40 ... Concrete screw, 41 ... Steel plate, 5 ... H-shaped steel, 60 ... Base plate, 61 ... Steel ball, 7 ... Main body, 7a ... Mounting seat plate, 7b ... Assembly seat plate, 70 ... Connecting bolt, 71 ... bolt hole, 72 ... screw hole, 73 ... cylindrical body, 74 ... mounting frame, 740 ... screw hole, 8 ... sand grain, 9 ... spring material, 90/91 ... coil spring, 92 ... hook.
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