JP5066485B2 - 免震床装置の固有周期調整方法及びアイソレータ - Google Patents
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Description
本発明は大型精密機器を対象とした免震床装置の固有周期調整方法及びアイソレータに関するものである。
電算機などの精密機器が、地震や突発的な原因による振動の影響を受けないようにするために、免震床装置が用いられている。図３〜図５は免震床装置の一例であり、精密機器１が設置されるフロア２を多数のアイソレータ本体３により建屋の床スラブ４に支持している。
フロア２は、剛構造体であるビーム５、及び該ビーム５の上面に立設されて精密機器１が置かれるパネル６を水平に支持する多数のスタンション７を主な構成要素とし、また、アイソレータ本体３は、金属板とゴム板を交互に積み重ねた積層ゴム８、及び該積層ゴム８に載置した空気ばね９を主な構成要素としている。そして、フロア２の周縁部分をなすパネル６の上面には、建屋の壁４ａから部屋側へ突き出すシール部材１０が覆い被さっている。
積層ゴム８は、上下に貫通する空間１２を有する短い筒状体（それぞれ中央が開口したゴム板と鋼板とを交互に接着して積み重ねたもの）で、その底面に強固に取り付けた基板１３は、床スラブ４にボルト締結してある。空気ばね９は、前記積層ゴム８の上端に当接する鋼製の下部台座１４、電算機などの免震対象物が置かれるフロアのビーム５下面にボルト締結されて前記下部台座１４に向き合う鋼製の上部台座１５、及び両台座１４、１５間に介在して容積可変の空気室１６を形作るゴム製の拡縮壁１７を主な要素としており、下部台座１４は丸い深皿を伏せたような形状で、下方へ突出する環状縁部１８が前記積層ゴム８を周方向に取り囲んでいる。
積層ゴム８は、床スラブ４からビーム５へ伝わろうとする横方向（水平方向）の揺れを減衰させる役割を受持ち、空気ばね９は、床スラブ４からビーム５へ伝わろうとする上下方向の揺れを減衰させる役割、並びに、空気室１６の内圧の増減により、ビーム５の上下位置を調整する役割（フロア２のレベリング）を受持つ。
免震床装置は、固有周期が長いほど性能が良い。すなわち、周期が短い地震の揺れに対して固有周期が長い免震床装置に精密機器１を置くようにすれば、該精密機器１に地震の揺れが伝わりにくくなる。
免震床装置の固有周期Ｔ0（sec）は、アイソレータ本体３が支える積載荷重Ｗ0（kg）、及びアイソレータ本体３のばね定数Ｋ0（kg/cm）から下記の式１のように表わされる。
［式１］
Ｔ0＝２π（Ｗ0/９８０Ｋ0）1/2（sec）
［式１］
Ｔ0＝２π（Ｗ0/９８０Ｋ0）1/2（sec）
そして、固有振動数ｆ0と固有周期Ｔ0との関係は下記の式２のように表わされる。
［式２］
ｆ0＝１／Ｔ0（Ｈｚ）
［式２］
ｆ0＝１／Ｔ0（Ｈｚ）
アイソレータ本体３のばね定数Ｋ0は、フロア２に全ての計画設備が置かれたときの積載荷重Ｗ0に基づき決定しているが、積載荷重Ｗ0の実際値が計画値を下回ると、免震床装置の固有周期Ｔ0が相対的に短くなり、適切な免震性能が得られない。このため、フロア２を構成しているビーム５にタンクを付帯させ、積載荷重Ｗ0の計画値と実際値との差に見合う重さの水をタンクに入れて固有周期Ｔ0が短くならないようにする、という手立てが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１５０８０７号公報
ところが、既存の免震床装置において設備更新時に精密機器１が小型化され、固有周期Ｔが顕著に短くなるほど積載荷重Ｗ0の実際値が計画値を大きく下回る場合に、ビーム５にタンクを新たに付帯させるとなると、フロア２を構成しているパネル６のほとんどを取り外さなければならず、大規模な工事になってしまう。
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、積載荷重の軽減に対応して免震床装置の固有周期を延ばせるようにすることを目的としている。
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、積層ゴムに空気ばねを載置したアイソレータ本体を備え、積層ゴム下端を建屋の床スラブに締結し、空気ばね上端を免震対象物が置かれるフロアに締結した構造を有する免震床装置の固有周期調整方法であって、前記空気ばねと床スラブとの間に架台を介装して積層ゴムから空気ばねを離隔させ、空気ばね上方の重量を空気ばね及び架台により支える。
請求項２に記載の発明は、建屋の床スラブに下端が締結した積層ゴムと、免震対象物が置かれるフロアに上端部が締結され且つ前記積層ゴム上端に載置可能な空気ばねとを有するアイソレータにおいて、前記空気ばねと床スラブとの間に介装され且つ積層ゴム上端から空気ばね底面を離隔させ得る架台を設けている。
請求項３に記載の発明は、積層ゴムを周方向に取り囲んで空気ばねに下方から当接可能な支持フレームと、該支持フレームの複数個所に取り付けた上下に移動可能なジャッキボルトと、該ジャッキボルトの直下に位置するように床スラブに固定した支持板と、ジャッキボルトの下端にそれぞれ取り付けられて支持板上を滑動可能な支承部材とにより架台を構成し、請求項４に記載の発明は、支持フレームを水平方向に分割可能に構成している。
本発明の免震床装置の固有周期調整方法及びアイソレータによれば、下記のような優れた効果を奏し得る。
（１）空気ばねと床スラブとの間に架台を介装した架台によって積層ゴムから空気ばね底部を離隔させると、ばね定数の値が積層ゴムの分だけ小さくなり、相対的に固有周期が延びるので、空気ばね上方の重量が軽くなっても適切な免震機能を発揮することができる。
（２）ジャッキボルトを有する架台を用いて架台を昇降可能とすれば、積層ゴムに空気ばねが載置されて固有周期が短くなった状態、あるいは積層ゴムから空気ばねが離隔して固有周期が長くなった状態とを、容易に設定することができる。
（３）積層ゴムを周方向に取り囲む支持フレームを水平方向に分割可能な構成を採れば、工事規模を大きくせずに既設の免震床装置に架台を設けることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１、図２は本発明のアイソレータの一例であり、図中、図３〜図５と同じ符号を付した部分は同一物を表している。電算機などの大型精密機器を対象とした免震床装置は、アイソレータ本体３と、アイソレータ本体３の空気ばね９底面を積層ゴム８上端から離隔させる際に使う架台１１とを備えている。
架台１１は、下部台座１４の環状縁部１８に下方から当接可能な支持フレーム１９と、該支持フレーム１９に取り付けた複数のジャッキボルト２０と、各ジャッキボルト２０の直下に位置する支持板２１と、各ジャッキボルト２０の下端に取り付けられて支持板２１上を滑動可能な支承部材２２とを主な要素としている。
支持フレーム１９は、下部台座１４の環状縁部１８の周方向半分に向き合う円弧状部材２３と、該円弧状部材２３の端部に設けた連結片２４と、円弧状部材２３の上縁に沿って取り付けた円環形成板３４と、下部台座１４の環状縁部１８の残りの周方向半分に向き合う円弧状部材２５と、該円弧状部材２５の端部に設けた連結片２６と、円弧状部材２５の上縁に沿って取り付けた円環形成板３５を有している。各連結片２４，２６には水平に貫通するボルト孔が穿設してあり、これら連結片２４，２６を直接、あるいはシム２７を挟んで突き合わせ、ボルト締結すると、積層ゴム８を周方向に取り囲む環状の支持フレーム１９が成立する。
一方の円環形成板３４の中間部分上面、及び他方の円環形成板３５の両端近くの上面の合計三ヶ所には、下部台座１４の環状縁部１８に内接可能な位置決め用の突起２８が二つずつ取り付けてある。更に、一方の円弧状部材２３の中間部分下縁、及び他方の円弧状部材２５の両端近くの下縁の合計三ヶ所には、上下に貫通する雌ねじが形成されているブラケット２９が支持フレーム１９の外方へ突出するように取り付けてあり、各雌ねじごとにジャッキボルト２０を螺合している。ジャッキボルト２０には、回り止め用のナット３０がブラケット２９下面に擦れ合い可能に螺着してある（ナット３０は必須の部材ではなく、省略してもよいし、あるいは、ジャッキボルト２０が総通可能な孔をブラケット２９に穿設したうえ、ジャッキボルト２０に応じた呼び径のナットをブラケット２９に溶接するようにしてもよい）。突起２８やブラケット２９の取付個所は、支持フレーム１９の周方向に等間隔になっている。
支持板２１は鏡面磨き加工を施した正方形のステンレス鋼板であり、一辺が積層ゴム８に付帯している基板１３外縁に接し且つ各ジャッキボルト２０の直下に位置するように、床スラブ４上に合計三ヶ所に配置してある。積層ゴム８の周方向に隣り合う支持板２１は互いに連結棒３１を介してボルト締結され、床スラブ４に沿った支持板２１の動きを抑えている。各支持板２１のボルト締結部位にはナット３２が溶接してあるが、該ナット３２は、支持板２１の雌ねじの切り代不足を補うためのものである。
支承部材２２はジャッキボルト２０の下端に溶接され、滑り片３３を前記支持板２１に接するように保持している。滑り片３３に適した素材の一例としては、ポリアミド系樹脂を挙げることができる。この滑り片３３と鏡面磨き加工を施した支持板２１の組み合わせは、摩擦抵抗を軽減して架台１１の水平移動を許容する役割を担う。
フロアや免震対象物などの空気ばね９上方の重量が軽くなった場合に、アイソレータの固有周期を延ばす手順を説明する。床スラブ４上に支持板２１を、一辺が基板１３外縁に接し且つ積層ゴム８の周方向に等間隔に位置するように配置し、隣り合う支持板２１を互いに連結棒３１を介してボルト締結すると、床スラブ４に沿う方向への支持板２１の動きが抑えられる。
ジャッキボルト２０をブラケット２９に螺合し、積層ゴム８を周方向に取り囲むように円弧状部材２３，２５及び円環形成板３４，３５を向き合わせ、連結片２４，２６をボルト締結することにより支持フレーム１９を成立させ、支承部材２２の滑り片３３が支持板２１に接するようにする。次いで、各ジャッキボルト２０を回すことによりブラケット２９の下方へ突き出して支持フレーム１９を上昇させると、空気ばね９を構成している下部台座１４の環状縁部１８に支持フレーム１９の上面が当接し、空気ばね９を全体的に押し上げる。また、突起２８が環状縁部１８に内接して、支持フレーム１９と環状縁部１８の径方向のずれを防ぐ。
空気ばね９が押し上げられると、図５において積層ゴム８に当接していた空気ばね９の下部台座１４が積層ゴム８から離れ、空気ばね９及び架台１１が空気ばね９上方の重量を支える状態になり、積層ゴム８が機能しなくなる。従って、前に提示してある式１に当てはめると、ばね定数Ｋ0の値が積層ゴム８の分だけ小さくなり、相対的に固有周期Ｔ0が延びる。
電算機などの設備更新によって空気ばね９上方の重量が軽くなる場合には、上記の手順によりアイソレータの固有周期を延ばすことになるが、免震床装置は多数のアイソレータでフロアを支えているので、免震床装置として適切な値の固有周期が得られるのであれば、全てのアイソレータの架台１１を設けて積層ゴム８から空気ばね９を離隔させる必要はない。
また、二つの円弧状部材２３，２５及び円環形成板３４，３５を突き合わせて、積層ゴム８を取り囲む環状の支持フレーム１９を成立させ、基板１３外縁に一辺を接させた三つの支持板２１を連結棒３１を介してボルト締結するので、既設の免震床装置のアイソレータに架台１１を設ける場合は、アイソレータの直上を中心とした範囲のフロアのパネルを取り外せばよく、工事規模が大きくならない。
積層ゴム８から空気ばね９を離隔させた後に、空気ばね９上方の重量が再び重くなった場合は、各ジャッキボルト２０を回すことによりブラケット２９の上方へ引き込んで支持フレーム１９を下降させると、該支持フレーム１９の上面が下部台座１４の環状縁部１８から離れ、やがて、空気ばね９の下部台座１４が積層ゴム８に載置された状態なり、積層ゴム８が機能するようになる。
なお、本発明の免震床装置の固有周期調整方法及びアイソレータは、上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
本発明の免震床装置の固有周期調整方法及びアイソレータは、各種精密機器に適用することができる。
１ 精密機器（免震対象物）
２ フロア
３ アイソレータ本体
８ 積層ゴム
９ 空気ばね
１１ 架台
２０ ジャッキボルト
２１ 支持板
２２ 支承部材
２ フロア
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８ 積層ゴム
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Claims (4)
- 積層ゴムに空気ばねを載置したアイソレータ本体を備え、積層ゴム下端を建屋の床スラブに締結し、空気ばね上端を免震対象物が置かれるフロアに締結した構造を有する免震床装置の固有周期調整方法であって、前記空気ばねと床スラブとの間に架台を介装して積層ゴムから空気ばねを離隔させ、空気ばね上方の重量を空気ばね及び架台により支えることを特徴とする免震床装置の固有周期調整方法。
- 建屋の床スラブに下端が締結した積層ゴムと、免震対象物が置かれるフロアに上端部が締結され且つ前記積層ゴム上端に載置可能な空気ばねとを有するアイソレータにおいて、前記空気ばねと床スラブとの間に介装され且つ積層ゴム上端から空気ばね底面を離隔させ得る架台を設けたことを特徴とするアイソレータ。
- 積層ゴムを周方向に取り囲んで空気ばねに下方から当接可能な支持フレームと、該支持フレームの複数個所に取り付けた上下に移動可能なジャッキボルトと、該ジャッキボルトの直下に位置する支持板と、ジャッキボルトの下端にそれぞれ取り付けられて支持板上を滑動可能な支承部材とにより架台を構成した請求項２に記載のアイソレータ。
- 支持フレームを水平方向に分割可能に構成した請求項３に記載のアイソレータ。
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