JP4258511B2

JP4258511B2 - 滑り免震装置

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Publication number: JP4258511B2
Application number: JP2005291017A
Authority: JP
Inventors: 嶽中村
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2005-10-04
Filing date: 2005-10-04
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2018-12-24
Also published as: JP2006038233A

Description

本発明は、滑り板に滑り材が滑動されるときに発生する摩擦減衰力で、免震対象物に作用する振動エネルギーを吸収するようにした滑り免震装置に関する。

建築物、とりわけ、中，高層ビルの免震装置としては、基礎と建物との間に介装される免震ゴムや建物架構の骨組みに組み込まれるブレース材、その他各種の方法が提案されるが、摩擦ダンパなどの滑り免震装置もその１つとして挙げることができる。該滑り免震装置は、地震，風などにより建物が水平移動するときの変位量を利用して摩擦減衰力を発生させ、この摩擦減衰力により振動エネルギーを吸収して免震対象物としての前記建物を制振するようになっている。

即ち、前記滑り免震装置としては前記摩擦ダンパ以外にソフトランディング装置や滑り支承があり、下方構造体側または制振対象となる上方構造体側の一方に取り付けられる滑り板に、他方に取り付けられる滑り材を押し付けて構成され、滑り材が滑り板の表面を滑動するときに発生する摩擦で減衰力を発生させるようになっている。ところで、該滑り板の表面は摩擦減衰力の変動を小さくするため平滑に仕上げられ、場合によっては鏡面仕上げして用いられる。

しかしながら従来の滑り免震装置は、滑り材を摺接させる滑り板の表面は常時外気に晒された状態にあり、経時的に空気中の埃や砂などの塵埃が滑り板の表面に付着および堆積されてしまう。このように滑り板の表面に塵埃が存在すると該滑り板の摩擦係数が変化し、延いては、滑り材と滑り板との間に発生する摩擦減衰力が変動するため、振動エネルギーの吸収率が変化して免震性能が低下されてしまう。

また、前記滑り板の表面には、寒冷時に結露が発生したり、雨天時には雨水が降り込んでしまう場合があり、このように結露や雨水などの水分が付着することによっても同様に滑り板の摩擦係数が変化して、免震性能の低下が来されるという課題があった。
本発明は係る従来の課題に鑑みて成されたものであり、滑り材が滑動する滑り板の表面から塵埃や水分を除去することにより、常時一定した摩擦減衰力を発生させて免震性能が低下されるのを防止するようにした滑り免震装置を提供することを目的とする。

本発明の滑り免震装置は、下方構造体と、これに対して上下方向に適宜隙間をもって配置される上方構造体との間に設けられ、下方構造体側に取り付けられる滑り板と、上方構造体側に取り付けられて該滑り板に圧接しつつ滑動する滑り材とを備え、これら滑り板と滑り材との間に発生される摩擦減衰力で振動エネルギーを吸収するようにした滑り免震装置において、前記上方構造体と前記滑り材と間に、該滑り材を前記滑り板に圧接する皿ばねを介装させるとともに、該皿ばねと前記滑り材との間にフランジを介装させて、該フランジの周縁部を前記滑り材の滑動方向先端よりも外方に張り出させ、前記滑り板の上部に、前記滑り材の滑動側先端部を囲むように、環状のシートを、当該滑動側先端部に固着することなく摺動自在に載置し、前記フランジの周縁部を、前記滑り材と前記シートとの境界の上方を覆うように外方へ張り出させ、前記シートが、前記滑動側先端部に押圧されて、該滑動側先端部と一緒に移動することを特徴とする。

また、前記シートの厚さは、前記滑り材の滑動側先端を面取りした開先寸法より大きいこととしてもよい。

また、前記シートは、周方向に複数に分割した弧状シート片を互いに繋ぎ合わせて環状に結合してなり、それぞれの繋ぎ目を径方向に対して傾斜させたこととしてもよい。

本発明の請求項１に示す滑り免震装置にあっては、シートが載置されている滑り板の表面の部分に、埃や砂などの塵埃が付着し、堆積するのを防止できるとともに、その部分に結露が発生したり、雨水が掛かるのを防止でき、さらに、シートから外れた滑り板の表面の部分に塵埃が付着し、堆積したり、結露や雨水などの水分が付着しても、滑り材の移動時に、滑り材に先導してシートが滑り板の表面を摺動することにより、それらの塵埃や水分を掃き払うことができる。

従って、滑り材が移動する滑り板の表面を常に清浄された状態に維持することができるので、滑り材が滑動する部分の摩擦係数の変動を小さくでき、滑り板と滑り材との間に発生する摩擦減衰力をほぼ一定に維持することができ、所定の免震性能が確実に得られることになる。

さらに、フランジの周縁部によってシートと滑り材との境界を上方から覆うことができるので、上方から境界を通って水分や塵埃が侵入するのを防止でき、シートと滑り板との間に水分や塵埃が侵入するのを防止でき、滑り板と滑り材との間に発生する摩擦減衰力をほぼ一定に維持することができ、免震性能が低下するのをさらに効果的に防止できる。

また、本発明の請求項２に示す滑り免震装置にあっては、シートの厚さは、滑り材の滑動側先端を面取りした開先寸法より大きいこととしたので、該滑り材の下側にシートが咬み込まれることを防止できる。

更に、本発明の請求項３に示す滑り免震装置にあっては、前記シートを、周方向に複数に分割した弧状シート片を互いに繋ぎ合わせて環状に結合し、それぞれの繋ぎ目を径方向に対して傾斜させたので、シート地に弧状シート片が同一方向に並ぶように配置して裁断でき、材料の部歩留まりを向上することができるとともに、その裁断作業性を向上することができる。また、繋ぎ目が径方向に対して傾斜されたことにより、該繋ぎ目の方向とシートの移動方向とを異ならせて、水分の拭き残しを無くすことができるという優れた効果を奏する。

以下に、本発明の好適な実施形態について添付図面を参照しつつ詳細に説明する。図１から図６は本発明の滑り免震装置の一実施形態を示し、図１は滑り免震装置の断面拡大正面図、図２は同滑り免震装置の断面拡大平面図、図３は滑り免震装置に用いられる皿ばねの拡大断面図、図４は同皿ばねのばね特性図、図５は滑り免震装置に設けられるシートの配置状態を示す平面図、図６は同シートと滑り材との関係を示す要部拡大断面図である。

本発明の基本構成となる滑り免震装置１０は、基礎やスラブなどの下方構造体１８ａと、これに対して上下方向に適宜隙間δをもって配置される建造物や上床などの上方構造体１４との間に設けられ、下方構造体１８ａ側に取り付けられる滑り板２２と、上方構造体１４側に取り付けられて該滑り板２２に圧接しつつ滑動する滑り材２４とを備え、これら滑り板２２と滑り材２４との間に発生される摩擦減衰力で振動エネルギーを吸収するようになっており、前記滑り材２４の滑動側先端部を囲繞して環状にシート１００を設け、該シート１００を前記滑り板２２の表面に摺動自在に配置する。

また、前記シート１００は、吸水性に富む材質で形成し、かつ、周方向に複数に分割した弧状シート片１００ａを互いに繋ぎ合わせて環状に結合してなり、それぞれの繋ぎ目１０２を径方向に対して傾斜させる。

以下、本実施形態の滑り免震装置１０を皿ばね式の摩擦ダンパに例をとって説明する。前記摩擦ダンパ１０は、上方構造体１４の下面と下方構造体１８ａの上面との間に設けられ、水平方向を指向する滑り板２２および該滑り板２２に圧接しつつ滑動する滑り材２４からなる摩擦減衰力生成部２６と、該摩擦減衰力生成部２６と該下方構造体１８ａとの間に設けられ、該摩擦減衰力生成部２６に圧接力を生じさせる弾発力を発生する皿ばね２８とで構成する。このとき、上記皿ばね２８は、設定圧接力が加えられて上記上方構造体１４と上記下方構造体１８ａとの間の上下方向隙間δ寸法の見込み変化量に対して、図４に示す弾発力の変動が小さい非線形ばね領域Ｒ内でたわみ変形されるように設定してある。

上記摩擦減衰力生成部２６の一方を構成する滑り板２２としては、ステンレス板や、その表面にステンレス板が設けられたクラッド鋼等で形成されると共に、その表面（上面）は滑らかな平坦面として形成され、上記下方構造体１８ａの上面に固設される。一方、上記摩擦減衰力生成部２６の他方を構成する滑り材２４としては摩擦係数μが一定の部材、μが小さい（０．２程度）ものとしては例えば四フッ化エチレンや超高分子量ポリエチレン（例えば、ソマライト（商品名））、μが中くらい（０．５程度）のものとしては例えば表面を平滑にしたステンレス板、さらにμが大きい（１．０程度）ものとしては表面を平坦にした鋼板などで、これらから必要に応じた摩擦係数μを有する材料を選択して形成され、後述するシャーキー３０の下端部のフランジ３０ａ下面に形成された凹部３０ｂに嵌着される。

上記皿ばね２８は、複数の皿ばね単体２８ａを同軸状に積層して構成される。該皿ばね単体２８ａは、図３に示すように中央部に開口部２８ｂが形成される皿状に形成され、複数枚の該皿ばね単体２８ａを同じ向きに重ね合わせた４組のばね積層体を、逆向きに交互に突き合わせることにより上記皿ばね２８が構成される。そして、皿ばね２８は積層された状態で中心部に貫通される開口部２８ｂに、ガイドを兼ねるシャーキー３０を挿通し、該シャーキー３０によって皿ばね単体２８ａが積層された状態を保持して位置ずれが防止される。また、シャーキー３０の下端部にはフランジ３０ａが形成され、該フランジ３０ａ上に皿ばね２８が載置される。

一方、前記シャーキー３０の上端部は、上方構造体１４の下面に固設される支持枠３２の中央部に形成された凹部３２ａ内に摺動自在に密接嵌合される。そして、上記摩擦ダンパ１０が上方構造体１４と下方構造体１８ａとの間に介装される際、所定の予圧力が付加されるように圧縮状態で取り付けられる。該予圧力は支持枠３２と上方構造体１４との間に差し込まれるスペーサ３４によって微調整される。このように取り付け状態で予圧力が付加されることにより、上記皿ばね２８は図４に示したばね特性の荷重−変位関係が非線形となる領域Ｒに達するようになっている。

即ち、図４は本実施形態に用いた上記皿ばね２８の本発明に採用し得るばね特性の荷重−変位曲線のグラフの一実測例が示され、縦軸には必要摩擦減衰力を得るために摩擦減衰力生成部２６に入力される荷重ｗを示し、該荷重ｗの反力として摩擦減衰力生成部２６に生じさせるべき圧接力、すなわち皿ばね２８によって発生させる弾発力が示されると共に、横軸には皿ばね２８のたわみ量σが示されている。そして、必要摩擦減衰力を得ることができる設定圧接力の値と、これを加えたときの皿ばね２８のたわみ量との関係が同図から理解される。

ところで、グラフに例示された実際の皿ばね２８では、設定圧接力が加えられることで荷重−変位関係が非線形となる領域Ｒに達している。このとき非線形領域Ｒとは、摩擦ダンパ１０が配置される上下方向隙間寸法δの見込み変化量に対して弾発力の変動が小さい領域をいい、そしてこの皿ばね２８はこの非線形ばね領域Ｒ内で使用されることになる。すなわち、線形領域を超えて、皿ばね２８のたわみ量σが変化してもその発生弾発力の変動がきわめて小さな非線形領域Ｒ内を当該皿ばね２８の使用領域として設定するようになっている。

このように構成された前記摩擦ダンパ１０は、下方に配置された滑り板２２の上方に滑り材２４が配置される一方、該滑り材２４の下端部２４ａが滑動側先端部となって滑り板２２の上面を滑動する。ここで、本実施形態では図１に示したように前記滑り材２４の下端部２４ａを囲繞するようにして、滑り板２２の表面に摺動自在にシート１００を載置する。該シート１００は図５に示すように４分割して、４枚の弧状シート片１００ａを縫合により互いに繋ぎ合わせて環状に形成してある。このとき、各弧状シート片１００ａは、それぞれの繋ぎ目１０２が前記シート１００の径方向Ｘに対して傾斜するように裁断される。

前記シート１００は吸水性に富む材質、例えば、パウダー焼結体や発泡スポンジ体などの親水性プラスチック多孔性機能材料を用いて形成され、図６に示すようにその厚さＴは、滑り材２４の先端周縁を面取りした開先寸法ｔより大きく設定され、該滑り材２４の下側にシート１００が咬み込まれるのが防止される。また、前記シート１００の環状部分の幅Ｗは、滑り板２２上を滑動する前記滑り材２４の予想最大移動量、例えば２５０ｍｍ程度に形成される。

以上説明したように本実施形態の皿ばね式の摩擦ダンパ１０を用いた制振構造にあっては、建造物などの上方構造体１４に地震等の水平振動が入力されると、下方構造体１８ａと上方構造体１４との間の隙間δに介設された摩擦ダンパ１０に水平方向の変位力が入力される。すると、図１に示した摩擦減衰力生成部２６の滑り板２２と滑り材２４は、皿ばね２８の弾発力によって圧接された状態で相対的に滑動して摩擦減衰力を発生し、この摩擦減衰力により振動が効果的に減衰される。

このとき、上記皿ばね２８は、設定圧接力が加えられて上方構造体１４と下方構造体１８ａとの間の上下方向隙間寸法δの見込み変化量に対して、弾発力の変動が小さい非線形ばね領域Ｒ内でたわみ変形されるように設定されている。このため、上方構造体１４が地震や風、荷重や温度伸縮等の外部要因によって変形したり、滑り材２４の摩耗によりその板厚が変化したりして皿ばね２８の変形量σが見込み変化量の範囲で変化した場合にあっても、摩擦減衰力生成部２６に圧接力を生じさせる皿ばね２８の弾発力の変動はきわめて小さくなる。従って、摩擦減衰力生成部２６で発生される摩擦減衰力を略一定に維持することができるため、上方構造体１４に入力される振動に対する減衰性能が変動することを防止することができる。

このように、種々の原因により摩擦ダンパ１０を介設した上方構造体１４と下方構造体１８ａとの間の上下方向隙間寸法δが変化しても、一定した摩擦減衰力を発生させることができるので、摩擦ダンパ１０による制振機能を設計値通りに発揮させることができる。従って、建物架構等の上方構造体１４を効果的に制振することができる。また、皿ばね２８にたわみ変形が生じても摩擦減衰力生成部２６に加わる弾発力がほぼ一定で変動がないので、後々の複雑なメンテナンスを不要とすることができる。

また、巨大地震により著しく大きな振動が入力された場合には、皿ばね２８が全たわみ量分変形して密着状態で上方構造体１４を剛体支持するため、有効なバックアップシステムとして機能させることができるという利点もある。更に、本実施形態の皿ばね式摩擦ダンパ１０を用いた制振構造は、地震に対してのみならず、風による上方構造体１４の揺れに対しても有効に作用する。

ここで、本実施形態では前記滑り材２４の下端部２４ａを囲繞するように環状のシート１００が滑り板２２上に摺動自在に載置されるので、該シート１００が存在する部分では空気中の埃や砂などの塵埃はシート１００上面で受け止められるため、滑り板２２に塵埃が付着および堆積されるのが防止される。また、該シート１００から外れた部分では、滑り板２２に塵埃が付着および堆積されるが、滑り材２４が滑り板２２に対して相対移動する際には、これに先導して前記シート１００が滑り板２２の表面の塵埃を掃き拭うことができる。

このようにシート１００によって塵埃が滑り板２２の表面に付着および堆積されるのを防止し、かつ、シート１００の移動部分では滑り板２２の表面の塵埃を拭うことができるため、滑り材２４の移動面は常時清浄に維持される。従って、該滑り材２４が滑動される部分の滑り板２２表面は、清浄化によりその摩擦係数の変動を小さくでき、延いては、両者間に発生される摩擦減衰力を略一定に維持して、摩擦ダンパ１０による免震性能が低下されるのを防止することができる。

また、前記シート１００は塵埃のみでなく、該シート１００で覆われた部分の滑り板２２の表面は、直接空気に接触しないため寒冷時の結露の発生を防止するとともに、雨水が掛かるのを避けることができる。また、シート１００から外れた部分に付着した結露および雨水などの水分は、前記塵埃の場合と同様に滑り材２４の移動に先んじてシート１００で拭うことができる。特に、本実施形態では前記シート１００が吸水性に富む材質で形成されているので、滑り板２２の表面に付着した水分を拭う際に、該シート１００で積極的に吸水できるため、滑り板２２の表面の水分をほぼ完全に除去することができ、滑動面の清浄化を更に促進することができる。

ところで、前記滑り板２２の表面には滑り材２４を囲繞して前記シート１００が配置されるが、該シート１００は滑り板２２の表面に摺動自在に配置され、かつ、シート１００の厚さＴを滑り材２４の開先ｔより大きくしてあるので、滑り材２４が滑動する際にシート１００は咬み込まれることなく、該滑り材２４に押されてこれと一緒に移動する。このため、滑り材２４は該シート１００が何ら障害となることなく滑り板２２の表面を滑動して、所定の摩擦減衰力を発生することができる。

更に、前記シート１００は、周方向に４つに分割した弧状シート片１００ａを互いに縫合して繋ぎ合わせることにより環状に結合したので、該弧状シート片１００ａをシート地から裁断する際に、材料の歩留まりおよび裁断作業性を向上することができる。即ち、図外のシート地からシート１００を環状に裁断する場合は、中央部の円形の無駄部分および外周部分に三角状若しくは菱形状の無駄部分が発生し、これら無駄部分は有効部分に比較してかなり広い面積を占めてしまう。これに対して複数の弧状シート片１００ａを繋ぎ合わせて環状に形成する場合は、それぞれの弧状シート片１００ａが同一方向に並ぶように裁断することができるため、シート地の無駄部分を大幅に減少して材料の部歩留まりを向上することができる。また、弧状シート片１００ａを同一方向に配置して裁断する場合は、円形裁断部分が短くなって外周部分をほぼ同一方向から裁断できるため、この裁断時の作業性を向上することができる。

更にまた、前記弧状シート片１００ａのそれぞれの繋ぎ目１０２は、径方向Ｘに対して傾斜されているため、該繋ぎ目１０２の方向とシート１００の移動方向を異ならせることができる。つまり、繋ぎ目１０２はシート１００の切れ目であるためこれが溝部分となり、この繋ぎ目１０２の方向がシート１００の移動方向、つまり前記径方向Ｘと一致する場合は、この繋ぎ目１０２が通過した部分に水分の拭き残しが筋状に残ってしまうが、上述したように繋ぎ目１０２を傾斜させることにより、この繋ぎ目１０２の方向とシート１００の移動方向とを異ならせて、水分の拭き残しを無くすことができる。

ところで、本実施形態では滑り免震装置を、皿ばね２８などの付勢手段によって滑り材２４を滑り板２２に押し付けて摩擦減衰力を発生させる摩擦ダンパ１０に例をとって説明したが、このように付勢手段を用いることなく上方構造体の荷重で滑り材を滑り板に押し付けて摩擦減衰力を発生させる装置、例えば、基礎部分に設けられる積層ゴムを併用し、該積層ゴムが大きく変形した時に上方構造体側または下方構造体側の一方に設けた滑り材が他方に設けた滑り板に着座しつつ相対移動するソフトランディング装置とか、上方構造体を滑り材および滑り板を介して下方構造体に載置して支持させる滑り支承構造などにあっても本発明を適用することができる。

また、本実施形態では滑り板２２を下方に配置し、滑り材２４を上方に配置して、滑り板２２の上面を滑り材２４の下端面が滑動する場合を開示したが、これとは逆に上方に滑り板を配置して、該滑り板の下面を滑り材が滑動する構造にあっても、シート１００を滑り板の下面に摺動自在に押し当てておく手段を講ずることにより本発明を適用することができる。

更に、上記シート１００は４分割した場合を開示したが、これに限ることなく図７に示すように３分割して３枚の弧状シート片１００ａを繋ぎ合わせるようにしてもよい。勿論、これら３分割および４分割に限ることなく、２分割または５分割以上としてもよいが、その機能上および裁断作業上から３分割または４分割が望ましい。

本発明の一実施形態の滑り免震装置の断面拡大正面図である。本発明の一実施形態の滑り免震装置の断面拡大平面図である。本発明の一実施形態の滑り免震装置に用いられる皿ばねの拡大断面図である。本発明の一実施形態の滑り免震装置に用いられる皿ばねのばね特性図である。本発明の一実施形態の滑り免震装置に設けられるシートの配置状態を示す平面図である。本発明の一実施形態の滑り免震装置に設けられるシートと滑り材との関係を示す要部拡大断面図である。本発明の滑り免震装置に用いられるシートの他の実施形態を示す平面図である。

符号の説明

１０摩擦ダンパ
１４上方構造体
１８ａ下方構造体
２２滑り板
２４滑り材
１００シート
１００ａ弧状シート片
１０２繋ぎ目
Ｘ径方向

Claims

下方構造体と、これに対して上下方向に適宜隙間をもって配置される上方構造体との間に設けられ、下方構造体側に取り付けられる滑り板と、上方構造体側に取り付けられて該滑り板に圧接しつつ滑動する滑り材とを備え、これら滑り板と滑り材との間に発生される摩擦減衰力で振動エネルギーを吸収するようにした滑り免震装置において、
前記上方構造体と前記滑り材と間に、該滑り材を前記滑り板に圧接する皿ばねを介装させるとともに、該皿ばねと前記滑り材との間にフランジを介装させて、該フランジの周縁部を前記滑り材の滑動方向先端よりも外方に張り出させ、
前記滑り板の上部に、前記滑り材の滑動側先端部を囲むように、環状のシートを、当該滑動側先端部に固着することなく摺動自在に載置し、
前記フランジの周縁部を、前記滑り材と前記シートとの境界の上方を覆うように外方へ張り出させ、
前記シートが、前記滑動側先端部に押圧されて、該滑動側先端部と一緒に移動することを特徴とする滑り免震装置。
前記シートの厚さは、前記滑り材の滑動側先端を面取りした開先寸法より大きいことを特徴とする請求項１に記載の滑り免震装置。
前記シートは、周方向に複数に分割した弧状シート片を互いに繋ぎ合わせて環状に結合してなり、それぞれの繋ぎ目を径方向に対して傾斜させたことを特徴とする請求項１又は２に記載の滑り免震装置。