JPH0729395B2 - 免震構造体 - Google Patents

免震構造体

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JPH0729395B2
JPH0729395B2 JP60225456A JP22545685A JPH0729395B2 JP H0729395 B2 JPH0729395 B2 JP H0729395B2 JP 60225456 A JP60225456 A JP 60225456A JP 22545685 A JP22545685 A JP 22545685A JP H0729395 B2 JPH0729395 B2 JP H0729395B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は複数個の硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板
とを交互に貼り合わせた免震構造体に関するものであ
り、特に免震効果と共にダンピング効果を有する免震構
造体に関するものである。
[従来の技術] 銅板等の硬質板とゴム等の粘弾性的性質を有する軟質板
とを積層した構造体が、防振性、吸振性等を要求させる
支承部材として広く用いられている。
このような免震構造体の作用効果は、コンクリートのよ
うな剛体建物と基礎土台との間に、横方向に柔らかい、
即ち剪断剛性率の小さい免震構造体を挿入することによ
り、コンクリート建物の固有周期を地震の周期からずら
すことによる。このため、免震構造体を建物と土台との
間に挿入する免震設計により、地震により建物が受ける
加速度は非常に小さくなる。。
しかしながら、建物のゆっくりした横揺れはそのまま残
るため、この横揺れ量が大きいと建物と他の構造物との
衝突や水管、ガス管、配線などの備品の破壊をもたらす
こととなる。
そこで、従来においては、一般に、この横揺れ変位を小
さくするために、免震構造体とダンパーを並列に並べて
設置して使用している。
また、免震構造体の内部をくり抜き、この部分に鉛を埋
め込み、地震時の鉛の塑性変形を利用して、免震構造体
にダンピング効果を付与することによって、免震効果と
ダンパー効果(ダンピング効果)を兼備したものとする
ことも考えられている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、免震構造体とダンパーとを並列に設置す
る方法は、設置作業が煩雑となり、大幅なコスト上昇を
もたらし有利な方法とはいえない。
また、鉛入り免震構造体においは、大地震の際の免震構
造体の大変形時に、鋼板等の硬質板が鉛を傷つけ、更に
傷ついた鉛がゴム等の軟質板を傷つけるため、免震構造
体全体の破断を引き起こし易い。しかも、傷ついた鉛
は、繰り返しの大変形によって容易に破断する。
[問題点を解決するための手段] 上記問題点を解決するために、本発明は、硬質板と軟質
板とをそれぞれ複数枚貼り合わせた免震構造体におい
て、軟質板を 25℃、100%引張変形時のヒステリシス比が0.15〜
0.60 5Hz、0.01%変形時の−10℃、30℃における貯蔵弾
性率E(-10)、E(30)の比E(-10)/E(30)が1.0〜3.0 を満足する材料で構成するようにしたものである。
本発明者らは、免震構造体にダンピング効果を付与する
方法として、免震構造体の軟質板を構成する材料自身
に、高いヒスリシスロスを付与することによって、免震
効果とダンピング効果を兼備させることについて検討を
重ねた結果、次のようなことを知見した。
即ち、ダンパーとしての作用のみを考えた場合において
は、ヒステリシスロスの大きい材料程望ましい。しかる
に、ヒステリシスロスが大きくなると、クリープが大き
くなり、また弾性率の温度依存性が大きくなるなど、建
物を支える免震構造体としては望ましくない副作用が現
れる。このため、軟質板の構成材料には、 ヒステリシスロス特性が特定の大きさの範囲にある
こと 弾性率の温度依存性が小さいこと が要求される。
本発明は、このような知見に基き、前記〜の要件を
具備する材料が、免震効果とダンピング効果とを共に発
揮し得る、軟質板の材料として最適なものであることを
見い出し、完成されたものである。
[作用] 本発明において、軟質板を構成する上記〜の要件を
具備する材料は、優れた免震効果と共に良好なダンピン
グ効果を発揮する。
このため、本発明の免震構造体によれば、建物へ伝えら
れる揺れが緩和され、建物を安定性良く確実に支承する
ことが可能となる。
[実施例] 以下図面を参照して実施例について説明する。
第1図は本発明の一実施例に係る免震構造体1の縦断面
図である。この免震構造体1は粘弾性的性質を有するゴ
ム等の軟質板2と、鋼板等の剛性を有する硬質板3とを
交互に積層して構成されている。
しかして、本発明において、軟質板2は 25℃、100%引張変形時のヒステリシス比が0.15〜
0.60 5Hz、0.01%変形時の−10℃、30℃における貯蔵弾
性率E(-10)、E(30)の比E(-10)/E(30)が1.0〜3.0 を満足する材料で構成されている。
以下に上記,の限定理由について説明する。
一般に、材料のヒステリシスロス特性、減衰特性の
尺度としては、損失正接tanδ値が用いられる。しか
し、周知の通り、tanδは、材料に微小振幅の刺激に対
する応答遅れとして測定される量であり、地震時に材料
が100〜200%にも達する大変形を受ける免震構造体に使
用する材料のヒステリシスロス特性を記述するパラメー
タとしては不適当である。
そこで本発明では、25℃、100%引張変形時の材料のヒ
ステリシス比(h100)をロス特性のメジャーとした。な
お、引張速度200mm/minで、h100は、第2図の応力−歪
曲線において の面積比で与えられる。
h100は前述の如く、ダンパー(ダンピング)効果のため
には、できるだけ大きいことが望ましいが、このことは
必然的に材料の塑性変形を大きくする。従って、両特性
を良好なものとする25℃におけるh100の範囲は、 0.15≦h100≦0.60 好ましくは 0.20≦h100≦0.55 より好ましくは 0.22≦h100≦0.50 である。
材料の弾性率の温度依存性 周知の通り、免震特性に最も重要な影響を与えるのは、
免震構造体のタテバネ定数、ヨコバネ定数であり、これ
らは材料の弾性率に直接比例する。
一方、免震構造体の使用状況を見ると、一般には常に外
気にさらされる状態で用いられる。冬期には−10℃、夏
期には30℃の環境条件になることは十分考えられる。こ
のような状況に対し、ゴム材料等は、多かれ少なかれ弾
性率が温度依存性を示し、低温程硬くなる傾向を持つ。
更に材料のロス量が大きくなる程、大きな温度依存性を
示す傾向がある。
本発明においては、材料の弾性率の温度依存性が小さい
こと、5Hz、0.01%歪で動的測定された貯蔵弾性率Eの
−10℃における値E(-10)と30℃における値E(30)との比
好ましくは 更に好ましくは であることが好ましい。
上記,の条件を満す軟質板材料としては、各種ゴム
材料が挙げられるが、例えば、エチレンプロピレンゴム
(EPR、EPDM)、ニトリルゴム(NBR)、ブチルゴム、ハ
ロゲン化ブチルゴム、クロロプレンゴム(CR)、天然ゴ
ム(NR)、イソプレンゴム(IR)、スチレンブタジエン
ゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)等が挙げられる。
これらのうち、特にハロゲン化ブチルゴム、EPR、EPD
M、CR、NR、IR、BR、SBRが好ましく、これらを2種以上
ブレンドして用いるのが最も好ましい。
なお、ゴム材料のうち、ロス量は大きくても弾性率の温
度依存性の大きい、スチレン高含有のSBR等は好ましく
ない。
本発明において、前記ゴム材料に、〜の特性を付与
するべく、各種充填剤、可塑剤、軟化剤、オイル等の配
合材を混合しても良いことは言うまでもない。
本発明において、硬質板3の材質としては、金属、セラ
ミックス、プラスチックス、FRP、ポリウレタン、木
材、紙板、スレート板、化粧板などを用いることができ
る。
また、硬質板及び軟質板の形状は、円形、方形、その他
五角形、六角形等の多角形としても良い。
このような硬質板と軟質板とを接着させるには、接着剤
を用いたり共加硫すればよい。
なお、免震構造体は、常に使用中外気にさらされている
ため、空気、湿度、オゾン、紫外線、原子力用において
は放射線、海辺における場合では海風、により長期劣化
を受ける。また、建物を支えているため、常に圧縮荷重
を受けており、平常時でもゴム層の表面部にはかなりの
引張応力が付与されている。その上、大地震時において
は、ゴム層には局部的に100〜200%にもおよぶ引張歪を
受ける。しかして、このような引張応力や引張歪により
劣化はより一層進行する。
このようなことから、第3図に示す如く、免震構造体1
の硬質板3及び軟質板2の外周縁部は耐候性に優れたゴ
ム材料の被覆層4で被覆するのが好ましい。
この被覆層4のゴム材料としては、耐候性の優れたゴム
状ポリマーが望ましく、例えば、ブチルゴム、アクリル
ゴム、ポリウレタン、シリコンゴム、フッ素ゴム、多硫
化ゴム、エチレンプロピレンゴム(ERP及びEPDM)、ハ
イパロン、塩素化ポリエチレン、エチレン酢酸ビニルゴ
ム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム等が挙
げられる。これらのうち、特にブチルゴム、ポリウレタ
ン、エチレンプロピレンゴム、ハイパロン、塩素化ポリ
エチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、クロロプレンゴム
が耐候性の面からは効果的である。更に、軟質板を構成
するゴムとの接着性を考慮した場合には、ブチルゴム、
エチレンプロピレンゴム、クロロプレンゴムが望まし
く、とりわけエチレンプロピレンゴムを用いるのが最も
好ましい。
これらのゴム材料は単独で用いても、2種以上をブレン
ドして用いても良い。また、伸び、その他の特性を改良
するために市販ゴム、例えば、天然ゴム、イソプレンゴ
ム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ニトリ
ルゴム等とブレンドしても良い。更に、これらのゴム材
料には、各種充填剤、老化防止剤、可塑剤、軟化剤、オ
イル等、ゴム材料に一般的な配合剤を混合しても良い。
このようなゴム材料で形成される被覆層4の厚さは、一
般に厚ければ厚い程、内部保護効果が高く好ましいが、
反面、コスト高となり、また加硫を遅らせるなどの問題
もおきる。このようなことから、被覆層4の厚さは1〜
30mm、望ましくは2〜20mm、とりわけ3〜15mmとするの
が好ましい。ただし、免震構造体に耐火性等が要求され
る場合においては、被覆層を30mmを超える厚さとするこ
とも可能である。
被覆層4は、硬質板3及び軟質板2と強固に接着するこ
とが重要であるが、接着は、 軟質板2のゴム材料(以下「内部ゴム」ということ
がある。)と被覆層4のゴム材料(以下「被覆ゴム」と
いうことがある。)とを同時に加硫接着する方法。
内部ゴムのみ先に加硫した後、被覆ゴムを加硫させ
て接着させる二段式加硫接着法。
内部ゴム、被覆ゴムを別々に加硫した後、接着剤で
貼り合せる方法。
などにより容易に行える。接着に際し、内部ゴムと被覆
ゴムの接着が不良である場合には、両者の間に両者に対
して接着性の良好な第三のゴム層を介在させても良い。
また、内部ゴム及び/又は被覆ゴムに接着性向上のため
の添加物を配合しても良い。
本発明において、硬質板3の材質としては、金属、セラ
ミックス、プラスチックス、FRP、ポリウレタン、木
材、紙板、スレート板、化粧板などを用いることができ
る。また軟質板2としては、各種の加硫ゴム、未加硫ゴ
ム、プラスチックスなどの有機材料、これらの発泡体、
アスファルト、粘土等の無機材質、これらの混合材料な
ど各種のものを用いることができる。
また、硬質板及び軟質板の形状は、円形、方形、その
他、五角形、六角形等の多角形としても良い。
このような硬質板と軟質板とを接着させるには、接着剤
を用いたり共加硫すれば良い。
ところで、免震構造体は、地震発生時の建物の揺れ等に
より、大きな剪断変形を受ける。特に免震構造体のフラ
ンジ取付側の軟質板の表層部においては、この剪断変形
により、極めて大きな局部歪が発生し、免震構造体の損
傷、破断の原因となっている。
この局部歪は、フランジ取付側の硬質板の曲げ変形に起
因することから、これを防止するべく、本発明において
は、 I フランジ取付側の硬質板の曲げ剛性率を中心側のそ
れに比べて高くする。
II フランジ取付側の軟質板の引張り応力を中心側のそ
れに比べて高くする。
の少なくとも一方の構成とするのが好ましい。
Iの構成とする場合、硬質板をフランジ取付側からS1
S2、S3……SM(SMは中心部にある硬質板)とし、各々の
25℃における曲げ剛性を、ES1、ES2、ES3……ESMとした
場合、硬質板S1の曲げ剛性ES1は硬質板SMの曲げ剛性ESM
に対し、 好ましくは 更に好ましくは となるようにする。
また硬質板S2の曲げ剛性ES2は硬質板SMの曲げ剛性ESM
対し、 好ましくは とするのが望ましい。
更に硬質板S3の曲げ剛性ES3も、必要に応じて硬質板SM
の曲げ剛性ESMより高くしても良い。
この場合、硬質板S1、S2、S3……SMの曲げ剛性ES1
ES2、ES3……ESMをES1≧ES2≧ES3≧……ESM(ただし、E
S1=ES2=ES3=……=ESMの場合を除く。)となるよう
に設定しても良く、また、ES1、ES3及びES7(フランジ
側から7番目の硬質板S7の曲げ剛性)がESMより大きく
なるようにランダムに設定しても良い。本発明において
は、要するに、中心側の硬質板の曲げ剛性よりもフラン
ジ側の曲げ剛性が高ければ良く、各々の硬質板の曲げ剛
性は、免震構造体に加えられることが推定される震動等
の方向、程度により適宜設定される。
フランジ側の硬質板の曲げ剛性を中心側のそれよりも高
くする方法としては、特に制限はないが、 中心側と、同質の材質の硬質板で、その板厚を増加
させる、 中心側と異質の、より高い曲げ剛性を有する材質の
硬質板を用いる、 方法が適当である。の場合、一般に同材質の板の厚さ
が2倍になると曲げ剛性は23倍になるため、必要とする
曲げ剛性を有する板厚は計算により容易に求められる。
IIの構成とする場合、軟質板をフランジ取付側からR1
R2、R3……RM(RMは中心部にある軟質板)とし、各々の
25℃における100%伸長時の引張り応力(Modulus100)
を、各々、ER1、ER2、ER3……ERMとすると、軟質板R1
引張り応力ER1は軟質板RMの応力ERMに対し、 好ましくは より好ましくは であることが好ましい。
また軟質板R2の引張り応力ER2は軟質板RMの引張り応力E
RMに対し 好ましくは とするのが好ましい。
更に軟質板R3の引張り応力ER3も必要に応じて軟質板RM
の引張り応力ERMよりも高くしても良い。
この場合、軟質板R1、R2、R3……RMの引張り応力ER1、E
R2、ER3……ERMをER1≧ER2≧ER3≧……≧ERM(ただし、
ER1=ER2=ER3=……=ERMの場合を除く。)となるよう
に設定しても、また、ER1、ER3、ER7(フランジ側から
7番目の軟質板R7の引張り応力)がERMより大きくなる
ように設定しても良い。
フランジ側の軟質板の引張り応力を中心側のそれよりも
高くする方法としては、特に制限はないが、 中心側と同質の基材で、充填材等の配合量を増加さ
せる、 中心側と異質の、引張り応力の高い材質の軟質板を
用いる、 方法が適当である。
なお、本発明において中心部の軟質板RMの25℃、100%
伸長時の引張り応力ERMは5〜40kg/cm2とするのが好ま
しい。
このようにすることにより、フランジ近傍の硬質板の曲
げ変形に起因する局部歪の発生が減少され、局部歪によ
る免震構造体の損傷、破断が少なくなり、極めて有利で
ある。
このような本発明の免震構造体は、免震作用の他に、除
振(防振、制振)等の特性を備えている。
[発明の効果] 以上詳述した通り、本発明の免震構造体は、免震効果と
共にダンパー効果を具備するため、地震発生時の揺れは
免震構造体に吸収され、建物に伝えられる揺れの程度が
減少される。このため大地震の発生時においても、建物
と他の構造物とが衝突したり、水管、ガス管、配管等の
備品が破壊することが防止される。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る免震構造体の縦断面図、
第2図は材料の応力−歪曲線を示すグラフ、第3図は本
発明の他の実施例に係る免震構造体の縦断面図である。 1……免震構造体、2……軟質板、 3……硬質板、4……被覆層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 E04H 9/02 331 A 9023−2E F16F 1/30 8917−3J

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数個の剛性を有する硬質板と粘弾性的性
    質を有する軟質板とを交互に貼り合わせた免震構造体に
    おいて、軟質板を構成する材料は、下記,を満足す
    るものであることを特徴とする免震構造体。 25℃、100%引張変形時のヒステリシス比が0.15〜
    0.60 5Hz、0.01%変形時の−10℃、30℃における貯蔵弾
    性率E(-10)、E(30)の比E(-10)/E(30)が1.0〜3.0
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