JP3320364B2 - Rolling pendulum seismic isolation structure - Google Patents
Rolling pendulum seismic isolation structureInfo
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は構造物の免震構造に
係り、特に転がり振子の原理を利用した転がり振子免震
構造に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a seismic isolation structure for a structure, and more particularly to a rolling pendulum seismic isolation structure utilizing the principle of a rolling pendulum.
【０００２】[0002]
【従来の技術】建物等の構造物の免震構造として、複数
のゴム弾性板と複数の金属板とを交互に積層して形成さ
れた積層ゴム支承を、基礎と構造物との間に介在させ、
該構造物を支持するものが一般に知られている。そし
て、前記積層ゴム支承では、構造物を支えている部分の
剛性を低くして建物の固有周期を地震動の振動周期より
十分大きくすることにより、地震時に建物が受ける地震
力を緩和するようになっている。2. Description of the Related Art As a seismic isolation structure of a structure such as a building, a laminated rubber bearing formed by alternately laminating a plurality of rubber elastic plates and a plurality of metal plates is interposed between a foundation and a structure. Let
Supports for such structures are generally known. In the laminated rubber bearing, by reducing the rigidity of the portion supporting the structure and making the natural period of the building sufficiently larger than the vibration period of the seismic motion, the seismic force applied to the building during an earthquake is reduced. ing.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記積層ゴ
ム支承による免震では、免震層の応力によってその剛性
が左右され、適切な周期を選択できないため、自由な設
計が行い難いという課題があった。そこで、本出願人
は、上部構造物の重量の大小を考慮することなく、より
自由な設計が行える免震構造を得るために、鋭意研究を
重ねた結果、以下の知見を得るに至ったのである。However, in the seismic isolation using the laminated rubber bearing, the rigidity is affected by the stress of the seismic isolation layer, and an appropriate period cannot be selected. Was. Therefore, the applicant of the present invention has conducted intensive studies in order to obtain a seismic isolation structure that allows more free design without considering the size of the weight of the upper structure, and as a result, has obtained the following knowledge. is there.
【０００４】すなわち、図８(ａ)、図８(ｂ)示すよう
に、接地面が半径Ｒの円弧を持つその半径よりも短い長
さＬの垂直材が、角度θ転がったときを考える。垂直材
の頂点の変位は、次式のようになる。 Ｘ＝Ａ′Ｂ−(Ｒ−Ｌ)sinθ＝Ｒθ−(Ｒ−Ｌ) sinθ Ｙ＝Ｈ−Ｌ＝(Ｒ−Ｌ)(１−cosθ) また、θが小さいときは、 Ｘ＝Ｌθ Ｙ＝(Ｒ−Ｌ)θ2／２＝(Ｒ−Ｌ)Ｘ2／２Ｌ2 と表すことができる。ここで転がり振子はθが小さいと
き単振動するので、振幅をＸ0、円振動数をωとする
と、垂直材の頂部Ｃ点の水平方向の運動は、 Ｘ＝Ｘ0sinωｔ となる。速度と加速度は上式を微分して、 ｖ＝Ｘ0ωcosωｔ ａ＝−Ｘ0ω2sinωｔ となる。また、絶対最大速度はｔ＝ｎπ／ωのとき ｜ｖmax｜＝Ｘ0ω である。最大運動エネルギーと最大位置エネルギーは、
それぞれｔ＝ｎπ／ω、ｔ＝（２ｎ−１）π／２ωのと
き、 Ｗk＝Ｍｖmax 2／２＝Ｍ(Ｘ0ω)2／２ Ｗp＝ＭｇＹ0＝Ｍｇ(Ｒ−Ｌ)Ｘ0 2／２Ｌ2 となる。この二つのエネルギーは保存則により等しいの
で、 Ｗk＝Ｗp ω＝｛ｇ(Ｒ−Ｌ)／Ｌ2｝1/2 上式のように固有円振動数がもとまり、これによって固
有周期は、 Ｔ＝２π／ω＝２π｛Ｌ2／(ｇ(Ｒ−Ｌ))｝1/2 となる。このように、転がり振子の固有周期は、曲率半
径と垂直材の長さによって決まる。したがって、転がり
振子の原理を、免震構造として応用すれば、固有周期は
上部構造物の質量によって変化することはないため、上
部構造物の偏心を考慮する必要がなく、より自由な設計
が可能になるのである。この際、水平面上任意方向への
転動が可能なように、接地面を球面とする考え方はすで
に存在するが、本発明の特徴は、転動方向を直交２方向
に分解し、それぞれの方向に単軸転動の上転がり部と下
転がり部を対応させることによって、より簡単で経済的
な方法により、任意方向の転動に対し、球面転動と同一
の効果が与えられることに着目した点にある。That is, as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), a case is considered in which a vertical member having a circular arc having a radius R and a length L shorter than the radius has rolled at an angle θ. The displacement of the apex of the vertical member is as follows. X = A′B− (RL) sin θ = Rθ− (RL) sin θ Y = HL = (RL) (1-cos θ) When θ is small, X = Lθ Y = (R-L) θ 2/ 2 = it can be expressed as (R-L) X 2 / 2L 2. Here, since the rolling pendulum makes a simple oscillation when θ is small, if the amplitude is X 0 and the circular frequency is ω, the horizontal movement of the top C point of the vertical member is X = X 0 sinωt. Speed and acceleration by differentiating the above equation, the v = X 0 ωcosωt a = -X 0 ω 2 sinωt. The absolute maximum speed is | v max | = X 0 ω when t = nπ / ω. The maximum kinetic energy and the maximum potential energy are
Each t = nπ / ω, t = time of (2n-1) π / 2ω , Wk = Mv max 2/2 = M (X 0 ω) 2/2 Wp = MgY 0 = Mg (R-L) X 0 the 2 / 2L 2. Since these two energies are equal according to the law of conservation, Wk = Wp ω = {g (RL) / L 2 ｝ 1/2 } The natural circular frequency is obtained as in the above equation, whereby the natural period is T = 2π / ω = 2π ｛L 2 / (g (RL))｝ 1/2 . Thus, the natural period of the rolling pendulum is determined by the radius of curvature and the length of the vertical member. Therefore, if the principle of the rolling pendulum is applied to a seismic isolation structure, the natural period does not change with the mass of the superstructure, so there is no need to consider the eccentricity of the superstructure, and a more flexible design is possible. It becomes. At this time, there is already a concept that the ground contact surface is a spherical surface so that rolling can be performed in an arbitrary direction on a horizontal plane. However, the feature of the present invention is that the rolling direction is decomposed into two orthogonal directions and each It was noted that the same effect as spherical rolling can be provided for rolling in any direction by making the upper rolling portion and lower rolling portion correspond to single-axis rolling in a simpler and more economical way. On the point.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明は上記知見に基づ
いてなされたもので、請求項１の転がり振子免震構造
は、下構造物と、この下構造物の上方に設けられた上構
造物と、これら上下の構造物間に配設されて、上構造物
を下構造物に対して支持する柱部とを備え、前記柱部
は、柱部本体と、この柱部本体の上下端部にそれぞれ設
けられた板状の上転がり部および下転がり部とからな
り、前記上転がり部はその上面が上に凸の円弧面に形成
され、前記下転がり部はその下面が下に凸の円弧面に形
成され、これら上転がり部の円弧面と、下転がり部の円
弧面とは平面視において互いに直交しており、さらに、
前記上転がり部の円弧面が前記上構造物の下面に転がり
可能に当接され、前記下転がり部の円弧面が前記下構造
物の上面に転がり可能に当接されていることを特徴とし
ている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made based on the above findings, and a rolling pendulum seismic isolation structure according to claim 1 comprises a lower structure and an upper structure provided above the lower structure. And a column disposed between the upper and lower structures to support the upper structure with respect to the lower structure. The column includes a column main body, and upper and lower ends of the column main body. The upper rolling portion is formed in a circular arc surface having an upper surface convex upward, and the lower rolling portion has a lower surface convex downward. The arc surface of the upper rolling portion and the arc surface of the lower rolling portion are formed in an arc surface, and are orthogonal to each other in plan view.
An arc surface of the upper rolling portion is in rolling contact with a lower surface of the upper structure, and an arc surface of the lower rolling portion is in rolling contact with an upper surface of the lower structure. .
【０００６】前記下構造物は、例えば、建物においては
基礎を示し、上構造物は基礎上に設けられる床を示す。
また、下構造物は下階の床、上構造物は上階の床であっ
てもよい。前記柱部は、下構造物が基礎である場合、基
礎上に設けられる束や柱を示し、下構造物が下階の床で
ある場合、下階の床と上階の床との間に設けられる柱を
示す。The lower structure indicates, for example, a foundation in a building, and the upper structure indicates a floor provided on the foundation.
Further, the lower structure may be a lower floor and the upper structure may be an upper floor. When the lower structure is a foundation, the pillar portion indicates a bundle or a pillar provided on the foundation, and when the lower structure is a lower floor, between the lower floor and the upper floor. The pillars provided are shown.
【０００７】前記上転がり部は、その上面に上凸の円弧
面が形成された板状のものであれば、どのような形状の
ものでもよいが、例えば、上縁部が円弧状をなす略扇形
の板や、長方形板の上縁部を円弧状に形成したもの等が
挙げられる。前記下転がり部は、その下面に下凸の円弧
面が形成された板状のものであれば、どのような形状の
ものでもよいが、例えば、下縁部が円弧状をなす略扇形
の板や、長方形板の下縁部を円弧状に形成したもの等が
挙げられる。The upper rolling portion may be of any shape as long as it has a plate-like shape having an upper convex arcuate surface formed on an upper surface thereof. A fan-shaped plate, a plate having an upper edge formed in an arc shape in a rectangular plate, and the like can be given. The lower rolling portion may have any shape as long as the lower rolling portion has a plate-like shape having a downwardly protruding circular arc surface formed thereon, for example, a substantially fan-shaped plate having a lower edge portion in an arc shape. And those in which the lower edge of a rectangular plate is formed in an arc shape.
【０００８】請求項１の転がり振子免震構造において
は、前記上転がり部の円弧面と、下転がり部の円弧面と
は平面視において互いに直交しているので、下構造物に
水平方向の地震力が作用した場合、該水平方向の地震力
を前記直交する二方向に分解することができ、一方の方
向の力によって、下転がり部が下構造物の上面を転が
り、他方の方向の力によって、上転がり部が上構造物の
下面を転がる。したがって、上構造物は、下構造物が地
震力によって水平方向に揺れても、これに追従して揺れ
ることなく、ほぼ一定の位置に止まっているので、優れ
た免震効果を奏することになる。そして、請求項１の転
がり免震構造では、柱部の上下の長さと、前記上転がり
部の円弧面および下転がり部の円弧面の曲率半径によっ
て、固有周期が決まり、上構造物の質量によって変化す
ることがないので、上部構造物の重量の大小を考慮する
ことなく、より自由な設計が可能となる。[0008] In the rolling pendulum seismic isolation structure of the first aspect, the arc surface of the upper rolling portion and the arc surface of the lower rolling portion are orthogonal to each other in a plan view. When a force is applied, the horizontal seismic force can be decomposed in the two orthogonal directions, and the force in one direction causes the lower rolling portion to roll on the upper surface of the lower structure, and the force in the other direction. The upper rolling portion rolls on the lower surface of the upper structure. Therefore, even if the lower structure shakes in the horizontal direction due to the seismic force, the upper structure stays at a substantially constant position without shaking following the seismic force, so that an excellent seismic isolation effect is achieved. . In the rolling seismic isolation structure of claim 1, the natural period is determined by the vertical length of the column and the radius of curvature of the arc surface of the upper rolling portion and the arc surface of the lower rolling portion, and is determined by the mass of the upper structure. Since there is no change, a more flexible design is possible without considering the magnitude of the weight of the upper structure.
【０００９】また、前記上転がり部および下転がり部は
それぞれ板状をなすものであるので、上下に長尺な柱部
本体と、この柱部本体の上下端部にそれぞれ設けられた
上転がり部および下転がり部とからなる柱部を比較的容
易に形成することができるとともに、該請求項１の転が
り免震構造を建物等に適用した場合に、柱部の上下端部
が建物内のスペースをさほど占有することがないという
利点もある。Further, since the upper rolling portion and the lower rolling portion each have a plate shape, a vertically long column body and upper rolling portions provided at upper and lower ends of the column body, respectively. And the pillar portion comprising the lower rolling portion can be formed relatively easily, and when the rolling seismic isolation structure of claim 1 is applied to a building or the like, the upper and lower ends of the pillar portion are spaces in the building. There is also an advantage that it does not occupy much.
【００１０】請求項２の転がり振子免震構造は、請求項
１において、前記柱部本体の下端部は下転がり部に、該
下転がり部の平面視における転がり方向と平行な軸回り
に回動自在に連結され、前記柱部本体の上端部は上転が
り部に、該上転がり部の平面視における転がり方向と平
行な軸回りに回動自在に連結されていることを特徴とし
ている。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the lower end portion of the column main body is rotated about a lower rolling portion around an axis parallel to a rolling direction of the lower rolling portion in plan view. The upper end portion of the column body is connected to the upper rolling portion so as to be rotatable about an axis parallel to a rolling direction of the upper rolling portion in plan view.
【００１１】請求項２の転がり振子免震構造において
は、前記柱部本体の下端部が下転がり部に回動自在に連
結されるとともに、該柱部本体の上端部が上転がり部に
回動自在に連結されているので、下構造物に水平方向の
地震力が作用して、下転がり部が下構造物の上面を転が
るとともに、上転がり部が上構造物の下面を転がる際に
おいて、これらの転がりに追従して、柱部本体もその上
端部および下端部を支点として揺動できるので、柱部本
体に無理な力が作用することがなく、しかも、上構造物
の揺れをより一層抑えることが可能となる。In the rolling pendulum seismic isolation structure of the present invention, the lower end of the column main body is rotatably connected to the lower rolling portion, and the upper end of the column main body rotates to the upper rolling portion. Because they are freely connected, horizontal seismic force acts on the lower structure, causing the lower rolling portion to roll on the upper surface of the lower structure and the upper rolling portion to roll on the lower surface of the upper structure. Following the rolling, the column body can also swing about its upper and lower ends as fulcrums, so that no excessive force acts on the column body, and furthermore, the swing of the upper structure is further suppressed. It becomes possible.
【００１２】請求項３の転がり振子免震構造は、請求項
１または２において、前記下構造物の上面には、前記下
転がり部の水平方向への移動を規制する第１規制部が設
けられ、前記上構造物の下面には、前記上転がり部の水
平方向への移動を規制する第２規制部が設けられている
ことを特徴としている。According to a third aspect of the present invention, there is provided a rolling pendulum seismic isolation structure according to the first or second aspect, wherein a first regulating portion for regulating horizontal movement of the lower rolling portion is provided on an upper surface of the lower structure. A second regulating portion for regulating the horizontal movement of the upper rolling portion is provided on a lower surface of the upper structure.
【００１３】請求項３の転がり振子免震構造において
は、前記第１規制部によって下転がり部の水平方向への
移動が規制され、第２規制部によって、上転がり部の水
平方向への移動が規制されているので、下構造物に水平
方向の地震力が作用して、下転がり部が下構造物の上面
を転がるとともに、上転がり部が上構造物の下面を転が
る際において、これら上下の転がり部が水平方向に移動
することがないので、柱部自体が滑って水平方向に移動
することがなく、よって、より安定的な免震構造とな
る。[0013] In the rolling pendulum seismic isolation structure of the third aspect, the movement of the lower rolling portion in the horizontal direction is regulated by the first regulating portion, and the movement of the upper rolling portion in the horizontal direction is regulated by the second regulating portion. As the seismic force in the horizontal direction acts on the lower structure, the lower rolling part rolls on the upper surface of the lower structure, and the upper rolling part rolls on the lower surface of the upper structure. Since the rolling part does not move in the horizontal direction, the pillar part does not slide and move in the horizontal direction, and thus a more stable seismic isolation structure is obtained.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の転
がり振子免震構造の実施の形態の一例について説明す
る。図１は、本例の転がり振子免震構造を概略的に示す
斜視図であり、該転がり振子免震構造は、下構造物１
と、この下構造物１の上方に設けられた上構造物２と、
これら上下の構造物１,２間に配設されて、上構造物２
を下構造物１に対して支持する４本の柱部３…とを備え
て構成されている。なお、建物の場合、例えば、前記下
構造物１は基礎を構成し、上構造物２は基礎上に設けら
れる床スラブを構成するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a rolling pendulum seismic isolation structure according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a rolling pendulum seismic isolation structure of the present example.
And an upper structure 2 provided above the lower structure 1;
The upper structure 2 is disposed between the upper and lower structures 1 and 2.
Are supported with respect to the lower structure 1. In the case of a building, for example, the lower structure 1 constitutes a foundation, and the upper structure 2 constitutes a floor slab provided on the foundation.
【００１５】前記柱部３は、図２に示すように、柱部本
体４と、この柱部本体４の上下端部にそれぞれ設けられ
た上転がり部５および下転がり部６とから構成されてい
る。前記柱部本体４は円柱状をなすもので、その上下端
面には、前記上転がり部５および下転がり部６を挿入固
定するための、溝７,８が平面視において互いに直交し
て形成されている。なお、前記柱部本体４は、ビル等の
建物の場合、鉄筋コンクリート柱、鉄骨柱、鉄骨・鉄筋
コンクリート柱等を構成し、木質の一般住宅の場合は、
木製の柱、束等を構成するものである。As shown in FIG. 2, the pillar portion 3 comprises a pillar body 4 and upper and lower rolling portions 5 and 6 provided at upper and lower ends of the pillar body 4, respectively. I have. The pillar main body 4 has a columnar shape, and grooves 7, 8 for inserting and fixing the upper rolling portion 5 and the lower rolling portion 6 are formed on the upper and lower end surfaces thereof at right angles to each other in plan view. ing. In the case of a building such as a building, the column body 4 constitutes a reinforced concrete column, a steel frame column, a steel frame / reinforced concrete column, and the like.
It constitutes wooden pillars, bundles and the like.
【００１６】前記上転がり部５は、前記柱部本体４の直
径より薄い板厚を有する略扇形板状のもので、その上縁
部には上凸の円弧面５ａが形成されている。また、この
円弧面５ａには、図３に示すように、上転がり部５の板
厚方向において、丸みが付けられている。そして、この
ような構成の上転がり部５は、前記柱部本体４の上端部
の溝７に、上転がり部５の長手方向中央部を挿入して固
定することで、円弧面５ａを上方に向けて柱部本体４の
上端部に固定されている。また、前記下転がり部６は、
上転がり部５と同様の略扇形板状のもので、その下縁部
には下凸の円弧面６ａが形成されている。この円弧面６
ａには、前記円弧面５ａと同様に、下転がり部６の板厚
方向において、丸みが付けられている。そして、このよ
うな構成の下転がり部６は、前記柱部本体４の下端部の
溝８に、下転がり部６の長手方向中央部を挿入して固定
することで、円弧面６ａを下方に向けて柱部本体４の下
端部に固定されている。The upper rolling portion 5 is a substantially fan-shaped plate having a thickness smaller than the diameter of the column main body 4, and has an arc-shaped surface 5a that is upwardly convex at the upper edge. As shown in FIG. 3, the arc surface 5a is rounded in the thickness direction of the upper rolling portion 5. And the upper rolling part 5 of such a structure inserts and fixes the longitudinal center part of the upper rolling part 5 in the groove 7 of the upper end part of the said column part main body 4, and raises the arc surface 5a upward. It is fixed to the upper end of the column body 4. Further, the lower rolling portion 6 includes
It has a substantially fan-shaped plate shape similar to the upper rolling portion 5, and has a downwardly convex arc surface 6a formed at a lower edge portion thereof. This arc surface 6
a is rounded in the thickness direction of the lower rolling portion 6 similarly to the arc surface 5a. The lower rolling portion 6 having such a configuration is inserted into the groove 8 at the lower end of the column body 4 and fixed in the longitudinal direction of the lower rolling portion 6 so that the arc surface 6a is lowered. It is fixed to the lower end of the column body 4.
【００１７】また、前記上下の転がり部５,６は、柱部
本体４の上下端部に平面視において互いに直交するよう
にして固定されており、これによって、上下の転がり部
５,６の円弧面５ａ,６ａは平面視において互いに直交し
たものとなっている。なお、前記上下の転がり部５,６
は、鋼板、鋳鋼、鍛鋼等で形成され、前記溝８,７に
は、溶接、ボルト等によって固定される。The upper and lower rolling portions 5, 6 are fixed to the upper and lower end portions of the column main body 4 so as to be orthogonal to each other in a plan view, whereby the arcs of the upper and lower rolling portions 5, 6 are formed. The surfaces 5a and 6a are orthogonal to each other in plan view. The upper and lower rolling parts 5, 6
Is formed of steel plate, cast steel, forged steel, or the like, and is fixed to the grooves 8, 7 by welding, bolts, or the like.
【００１８】上記のように構成された柱部３は、前記下
構造物１と上構造物２との間に、以下のようにして設け
られている。すなわちまず、下構造物１の上面には、図
４に示すように、その四隅部にそれぞれ第１規制部１０
が設けられている。この第１規制部１０は、下転がり部
６の水平方向への滑りによる移動を防止するためのもの
で、下構造物１の上面に平行離間して固定された一対の
第１ストッパ部１０ａ,１０ａと、これら第１ストッパ
部１０ａ,１０ａの両端部側にそれぞれ固定された第２
ストッパ部１０ｂ,１０ｂとから構成されている。The column 3 configured as described above is provided between the lower structure 1 and the upper structure 2 as follows. In other words, first, as shown in FIG.
Is provided. The first restricting portion 10 is for preventing the lower rolling portion 6 from moving due to sliding in the horizontal direction, and a pair of first stopper portions 10a, which are fixed parallel to and separated from the upper surface of the lower structure 1. 10a and second stoppers fixed to both ends of the first stoppers 10a, 10a, respectively.
It is composed of stopper portions 10b, 10b.
【００１９】前記第１ストッパ部１０ａ,１０ａは、そ
れぞれ四角柱状をなしており、該第１ストッパ部１０
ａ,１０ａと、下構造物１の上面とによって上方に開口
する溝部１１が形成されている。この溝部１１の幅は、
前記下転がり部６の厚さより若干大きく設定されてお
り、溝部１１の長さは、下転がり部６の円弧面６ａとほ
ぼ等しいか若干長く設定されている。前記第２ストッパ
部材１０ｂ,１０ｂは、それぞれ三角柱状をなしてお
り、その傾斜面を前記第１ストッパ部１０ａの端面側に
向けた状態で設けられている。上記のように構成された
４つの第１規制部１０…は、全てその長手方向を図４に
おいて左右に向けた状態で、下構造物１の上面四隅部に
固定されている。Each of the first stopper portions 10a, 10a has a quadrangular prism shape.
a, 10a and the upper surface of the lower structure 1 form a groove 11 that opens upward. The width of the groove 11 is
The thickness of the lower rolling portion 6 is set slightly larger than the thickness of the lower rolling portion 6, and the length of the groove portion 11 is set substantially equal to or slightly longer than the arc surface 6 a of the lower rolling portion 6. The second stopper members 10b, 10b each have a triangular prism shape, and are provided with their inclined surfaces facing the end surface of the first stopper portion 10a. The four first restricting portions 10 configured as described above are all fixed to the four corners of the upper surface of the lower structure 1 in a state where their longitudinal directions are directed to the left and right in FIG.
【００２０】一方、前記上構造物２の下面には、図５に
示すように、その四隅部にそれぞれ第２規制部１２が設
けられている。この第２規制部１２は、上転がり部５の
水平方向への滑りによる移動を防止するためのもので、
上構造物１の下面に平行離間して固定された一対の第１
ストッパ部１２ａ,１２ａと、これら第１ストッパ部１
２ａ,１２ａの両端部側にそれぞれ固定された第２スト
ッパ部１２ｂ,１ｂとから構成されている。On the other hand, on the lower surface of the upper structure 2, as shown in FIG. 5, second regulating portions 12 are provided at four corners, respectively. The second restricting portion 12 is for preventing the upper rolling portion 5 from moving by sliding in the horizontal direction.
A pair of first fixed to the lower surface of the upper structure 1 with being spaced apart in parallel.
The stoppers 12a, 12a and the first stopper 1
The second stopper portions 12b and 1b are fixed to both end portions of the second stopper portions 2a and 12a, respectively.
【００２１】前記第１ストッパ部１２ａ,１２ａは、前
記第１ストッパ部１０ａ,１０ａと同形同大のもので、
該第１ストッパ部１２ａ,１２ａと、上構造物２の下面
とによって下方に開口する溝部１３が形成されている。
この溝部１３の幅は、前記上転がり部５の厚さより若干
大きく設定されており、溝部１３の長さは、上転がり部
５の円弧面５ａとほぼ等しいか若干長く設定されてい
る。前記第２ストッパ部材１２ｂ,１２ｂは、前記第１
ストッパ部１０ｂ,１０ｂ同形同大のもので、その傾斜
面を前記第１ストッパ部１２ａの端面側に向けた状態で
設けられている。上記のように構成された４つの第２規
制部１２…は、全てその長手方向を図５において上下に
向けた状態で、上構造部２の下面四隅部に固定されてい
る。The first stoppers 12a, 12a have the same shape and the same size as the first stoppers 10a, 10a.
A groove 13 that opens downward is formed by the first stoppers 12a and 12a and the lower surface of the upper structure 2.
The width of the groove portion 13 is set slightly larger than the thickness of the upper rolling portion 5, and the length of the groove portion 13 is set substantially equal to or slightly longer than the arc surface 5 a of the upper rolling portion 5. The second stopper members 12b, 12b
The stoppers 10b, 10b have the same shape and the same size, and are provided with their inclined surfaces facing the end face side of the first stopper 12a. The four second restricting portions 12 configured as described above are all fixed to the four lower corners of the upper structure portion 2 with their longitudinal directions facing up and down in FIG.
【００２２】そして、上記下構造物１の上面に固定され
た４つの第１規制部１０…と、上構造物２の下面に固定
された４つの第２規制部１２…とは、上下方向に互いに
対向し、かつ平面視において直交するように配置されて
おり、これによって、下構造物１の上面の４つの溝部１
１…と、上構造物２の下面の４つの溝部１３…とは、上
下方向に互いに対向し、かつ平面視において直交するよ
うに配置されている。The four first restricting portions 10 fixed to the upper surface of the lower structure 1 and the four second restricting portions 12 fixed to the lower surface of the upper structure 2 are vertically aligned. The four grooves 1 on the upper surface of the lower structure 1 are arranged so as to face each other and to be orthogonal to each other in a plan view.
1 and the four grooves 13 on the lower surface of the upper structure 2 are arranged so as to face each other in the up-down direction and to be orthogonal to each other in plan view.
【００２３】前記上下方向に互いに対向する溝部１３,
１１間には、前記柱部３が配設され、該柱部３の下転が
り部６の下縁部が前記溝部１１に挿入されるとともに、
該下転がり部６の円弧面６ａが溝部１１の底面に転がり
可能に当接され、さらに、上転がり部５の上縁部が前記
溝部１３に挿入されるとともに、該上転がり部５の円弧
面５ａが溝部１３の底面に転がり可能に当接されてお
り、これによって、上構造物２は下構造物１に４本の柱
部３によって支持されている。The grooves 13, which are opposed to each other in the vertical direction,
11, the pillar 3 is disposed, and the lower edge of the lower rolling portion 6 of the pillar 3 is inserted into the groove 11,
The arcuate surface 6a of the lower rolling portion 6 is rollably abutted on the bottom surface of the groove portion 11, and the upper edge of the upper rolling portion 5 is inserted into the groove portion 13, and the arcuate surface of the upper rolling portion 5 is formed. 5 a is in rolling contact with the bottom surface of the groove 13, whereby the upper structure 2 is supported on the lower structure 1 by four pillars 3.
【００２４】上記のような構成の転がり振子免震構造で
は、前記上転がり部５の円弧面５ａと、下転がり部６の
円弧面６ａとが平面視において互いに直交しているの
で、下構造物１に水平方向の地震力が作用した場合、該
水平方向の地震力は前記直交する二方向に分解すること
ができ、一方の方向の力によって、下転がり部６が下構
造物１の上面に形成された溝部１１の底面を転がり、他
方の方向の力によって、上転がり部５が上構造物１の下
面に形成された溝部１３の底面を転がる。したがって、
上構造物２は、下構造物１が地震力によって水平方向に
揺れても、これに追従して揺れることなく、ほぼ一定の
位置に止まっているので、優れた免震効果を奏すること
になる。そして、このような転がり免震構造では、柱部
３の上下の長さと、前記上転がり部５の円弧面５ａおよ
び下転がり部６の円弧面６ａの曲率半径によって、固有
周期が決まり、上構造物２の質量によって変化すること
がないので、上部構造物２の重量の大小を考慮すること
なく、より自由な設計を行うことができる。In the above-structured rolling pendulum seismic isolation structure, the arc surface 5a of the upper rolling portion 5 and the arc surface 6a of the lower rolling portion 6 are orthogonal to each other in plan view. 1, when a horizontal seismic force acts on the horizontal structure 1, the horizontal seismic force can be decomposed in the two orthogonal directions, and the force in one direction causes the lower rolling portion 6 to move to the upper surface of the lower structure 1. The bottom surface of the formed groove portion 11 rolls, and the upper rolling portion 5 rolls on the bottom surface of the groove portion 13 formed on the lower surface of the upper structure 1 by the force in the other direction. Therefore,
Even if the lower structure 1 sways in the horizontal direction due to the seismic force, the upper structure 2 does not sway following this and stays at a substantially constant position, so that an excellent seismic isolation effect is achieved. . In such a rolling seismic isolation structure, the natural period is determined by the vertical length of the column portion 3 and the radius of curvature of the arc surface 5a of the upper rolling portion 5 and the arc surface 6a of the lower rolling portion 6. Since there is no change due to the mass of the object 2, a more flexible design can be performed without considering the weight of the upper structure 2.
【００２５】また、前記上下の転がり部５,６はそれぞ
れ板状をなすものであるので、柱部本体４と、この柱部
本体４の上下端部にそれぞれ設けられた上下の転がり部
５,６とからなる柱部３を比較的容易に形成することが
できるとともに、該免震構造を建物等に適用した場合
に、柱部３の上下端部が建物内のスペースをさほど占有
することがなく、建築物等に対して好適な免震構造とな
る。Since the upper and lower rolling portions 5 and 6 each have a plate shape, the column main body 4 and the upper and lower rolling portions 5 and 5 provided at the upper and lower ends of the column main body 4 are provided. 6 can be relatively easily formed, and when the seismic isolation structure is applied to a building or the like, the upper and lower ends of the column 3 can occupy much space in the building. There is no seismic isolation structure suitable for buildings.
【００２６】さらに、前記転がり振子免震構造において
は、前記第１規制部１０の第１ストッパ部１０ａおよび
第２ストッパ部１０ｂによって下転がり部６の水平方向
への滑りによる移動を規制することができるとともに、
前記第２規制部１２の第１ストッパ部１２ａおよび第２
ストッパ部１２ｂによって上転がり部５の水平方向への
滑りによる移動を規制することができる。したがって、
下構造物１に水平方向の地震力が作用して、下転がり部
６が下構造物２の上面を転がるとともに、上転がり部５
が上構造物１の下面を転がる際において、これら上下の
転がり部５,６が水平方向に滑って移動することがない
ので、柱部３自体が滑って水平方向に移動することがな
く、よって、より安定的な免震構造とすることができ
る。Further, in the above-described rolling pendulum seismic isolation structure, the first stopper 10a and the second stopper 10b of the first restricting part 10 may restrict the movement of the lower rolling part 6 by sliding in the horizontal direction. As well as
The first stopper part 12a of the second regulating part 12 and the second stopper
The stopper portion 12b can restrict the movement of the upper rolling portion 5 due to sliding in the horizontal direction. Therefore,
A horizontal seismic force acts on the lower structure 1 so that the lower rolling portion 6 rolls on the upper surface of the lower structure 2 and the upper rolling portion 5.
When rolling on the lower surface of the upper structure 1, since the upper and lower rolling portions 5, 6 do not slide and move in the horizontal direction, the column portion 3 itself does not slide and move in the horizontal direction. A more stable seismic isolation structure can be achieved.
【００２７】また、上記構成の転がり振子免震構造にお
いて、図６に示すように、下構造物１の上面に、前記第
１規制部１０に代えて前記溝部１１と同方向に延在する
断面半円状の溝１６を形成するとともに、上構造物２の
下面に前記第２規制部１２に代えて前記溝部１３と同方
向に延在する断面半円状の溝１７を形成してもよい。こ
の場合、前記下転がり部６の円弧面６ａを前記溝１７に
転動可能にはめ込むとともに、上転がり部５の円弧面５
ａを前記溝１６に転動可能にはめ込むようにする。In the rolling pendulum seismic isolation structure having the above-described structure, as shown in FIG. 6, a cross-section extending on the upper surface of the lower structure 1 in the same direction as the groove 11 instead of the first restricting portion 10. In addition to forming the semicircular groove 16, a semicircular groove 17 extending in the same direction as the groove 13 may be formed on the lower surface of the upper structure 2 instead of the second regulating portion 12. . In this case, the arcuate surface 6a of the lower rolling portion 6 is rollably fitted into the groove 17 and the arcuate surface 5a of the upper rolling portion 5 is provided.
a is rollably fitted into the groove 16.
【００２８】このようにすれば、前記第１規制部１０お
よび第２規制部１２を、溝１６,１７で代用することが
できるので、部品点数が少なくなるという利点があると
ともに、下構造物１に水平方向の地震力が作用して、下
転がり部６が下構造物１の上面を転がるとともに、上転
がり部５が上構造物２の下面を転がる際において、これ
らの転がりに追従して、柱部３もその上端部および下端
部を支点として揺動できるので、柱部３に無理な力が作
用することがなく、しかも、上構造物２の揺れをより一
層抑えることができる。In this way, the first and second restricting portions 10 and 12 can be replaced by the grooves 16 and 17, so that the number of parts can be reduced and the lower structure 1 can be reduced. Horizontal seismic force acts on the lower rolling part 6 rolling on the upper surface of the lower structure 1, and the upper rolling part 5 follows these rollings when rolling on the lower surface of the upper structure 2, Since the pillar 3 can also swing with the upper end and the lower end as fulcrums, no excessive force acts on the pillar 3 and the swing of the upper structure 2 can be further suppressed.
【００２９】さらに、上記構成の転がり振子免震構造に
おいて、前記柱部３を図７に示すような柱部３０に変更
してもよい。すなわち、この柱部３０は、柱部本体４０
と、この柱部本体４０の上下端部にそれぞれ設けられ
た、上転がり部５０と下転がり部６０とから構成されて
いる。前記上下の転がり部５０,６０は、前記上下の転
がり部５,６より厚い板状をなしており、上転がり部５
０の上面には、円筒面の一部である円弧面５０ａが形成
され、下転がり部６０の下面には、円筒面の一部である
円弧面６０ａが形成されている。また、前記柱部本体４
０の下端部は下転がり部６０に、該下転がり部６０の平
面視における転がり方向と平行な軸２１回りに回動自在
に連結されている。このように連結するには、下転がり
部６０に上方に開口する凹部２２を形成するとともに、
この凹部２２に柱部本体４０の下端部を挿入し、この下
端部を前記軸２１に回動自在に連結すればよい。また、
前記柱部本体４０の上端部は上転がり部５０に、該上転
がり部５０の平面視における転がり方向と平行な軸２３
回りに回動自在に連結されている。この連結も前記柱部
本体２０の下端部を軸２１に回動自在に連結するのと同
様にして連結すればよい。Further, in the rolling pendulum seismic isolation structure having the above structure, the column 3 may be changed to a column 30 as shown in FIG. That is, the pillar portion 30 is
And an upper rolling portion 50 and a lower rolling portion 60 provided at the upper and lower ends of the column main body 40, respectively. The upper and lower rolling portions 50 and 60 have a plate shape that is thicker than the upper and lower rolling portions 5 and 6.
An arc surface 50a, which is a part of a cylindrical surface, is formed on the upper surface of 0, and an arc surface 60a, which is a part of the cylindrical surface, is formed on the lower surface of the lower rolling portion 60. The column body 4
The lower end of 0 is connected to the lower rolling portion 60 so as to be rotatable around an axis 21 parallel to the rolling direction of the lower rolling portion 60 in plan view. In order to connect in this way, the concave portion 22 that opens upward in the lower rolling portion 60 is formed,
The lower end of the column body 40 may be inserted into the recess 22, and the lower end may be rotatably connected to the shaft 21. Also,
The upper end portion of the column body 40 has an upper rolling portion 50 and an axis 23 parallel to the rolling direction of the upper rolling portion 50 in a plan view.
It is connected so as to be rotatable around. This connection may be performed in the same manner as the lower end of the column body 20 is rotatably connected to the shaft 21.
【００３０】上記のようすれば、下構造物１に水平方向
の地震力が作用して、下転がり部６０が下構造物１の上
面を転がるとともに、上転がり部５０が上構造物２の下
面を転がる際において、これらの転がりに追従して、柱
部本体４０もその上端部および下端部の軸２１,２３を
支点として揺動できるので、柱部本体４０に無理な力が
作用することがなく、しかも、上構造物１の揺れをより
一層抑えることができる。According to the above, a horizontal seismic force acts on the lower structure 1 to cause the lower rolling portion 60 to roll on the upper surface of the lower structure 1 and the upper rolling portion 50 to move to the lower surface of the upper structure 2. When rolling, following the rolling, the column body 40 can also swing about the shafts 21 and 23 of the upper and lower ends thereof, so that an excessive force may act on the column body 40. In addition, the swing of the upper structure 1 can be further suppressed.
【００３１】なお、上述したような、転がり振子免震構
造においては、柱部３や下構造物２の地震による振動を
減衰させるための、各種ダンパを設置すれば、より好適
な免震構造になるのは言うまでもない。また、本発明に
おける転がり振子免震構造は、ビルや一般住宅等の建物
に限らず、橋梁やその他の構造物の免震構造にも適用す
ることができる。In the rolling pendulum seismic isolation structure as described above, a more suitable seismic isolation structure can be obtained by installing various dampers for attenuating the vibration of the column 3 and the lower structure 2 due to the earthquake. Needless to say. Further, the rolling pendulum seismic isolation structure of the present invention is not limited to buildings such as buildings and general houses, and can be applied to seismic isolation structures of bridges and other structures.
【００３２】[0032]
【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
の転がり振子免震構造によれば、柱部本体の上端部に設
けられた上転がり部の円弧面と、柱部本体の下端部に設
けられた下転がり部の円弧面が平面視において互いに直
交しており、前記上転がり部の円弧面が上構造物の下面
に転がり可能に当接され、前記下転がり部の円弧面が前
記下構造物の上面に転がり可能に当接されているので、
下構造物に水平方向の地震力が作用した場合、該水平方
向の地震力を前記直交する二方向に分解することがで
き、一方の方向の力によって、下転がり部が下構造物の
上面を転がり、他方の方向の力によって、上転がり部が
上構造物の下面を転がる。したがって、上構造物は、下
構造物が地震力によって水平方向に揺れても、これに追
従して揺れることなく、ほぼ一定の位置に止まっている
ので、優れた免震効果を奏することができる。As described above, according to the first aspect of the present invention,
According to the rolling pendulum seismic isolation structure, the arc surface of the upper rolling portion provided at the upper end of the column main body and the arc surface of the lower rolling portion provided at the lower end of the column main body are orthogonal to each other in plan view. Since the arc surface of the upper rolling portion is in rolling contact with the lower surface of the upper structure, and the arc surface of the lower rolling portion is in rolling contact with the upper surface of the lower structure,
When a horizontal seismic force acts on the lower structure, the horizontal seismic force can be decomposed into the two orthogonal directions, and the force in one direction causes the lower rolling portion to move the upper surface of the lower structure. Rolling, the upper rolling portion rolls on the lower surface of the upper structure by the force in the other direction. Therefore, even if the lower structure shakes in the horizontal direction due to the seismic force, the upper structure stays at a substantially constant position without swinging following the seismic force, so that an excellent seismic isolation effect can be achieved. .
【００３３】そして、請求項１の転がり免震構造では、
柱部の上下の長さと、前記上転がり部の円弧面および下
転がり部の円弧面の曲率半径によって、固有周期が決ま
り、上構造物の質量によって変化することがないので、
上部構造物の重量の大小を考慮することなく、より自由
な設計を行うことができる。And in the rolling seismic isolation structure of claim 1,
The natural period is determined by the vertical length of the column portion and the radius of curvature of the arc surface of the upper rolling portion and the arc surface of the lower rolling portion, and the natural period is not changed by the mass of the upper structure.
Freer design can be performed without considering the weight of the upper structure.
【００３４】また、前記上転がり部および下転がり部は
それぞれ板状をなすものであるので、柱部の上下端部が
建物内のスペースをさほど占有することがなく、よっ
て、建築物等に対して好適な免震構造となる。Further, since the upper rolling portion and the lower rolling portion each have a plate shape, the upper and lower end portions of the pillar portion do not occupy much space in the building. It becomes a suitable seismic isolation structure.
【００３５】請求項２の転がり振子免震構造によれば、
請求項１と同様の効果を得ることができるのは勿論のこ
と、前記柱部本体の下端部を下転がり部に、該下転がり
部の平面視における転がり方向と平行な軸回りに回動自
在に連結し、前記柱部本体の上端部を上転がり部に、該
上転がり部の平面視における転がり方向と平行な軸回り
に回動自在に連結したので、下構造物に水平方向の地震
力が作用して、上下の転がり部が、上構造物の下面およ
び下構造物の上面を転がる際において、これらの転がり
に追従して、柱部本体もその上端部および下端部を支点
として揺動できるので、柱部本体に無理な力が作用する
ことがなく、しかも、上構造物の揺れをより一層抑える
ことができる。According to the rolling pendulum seismic isolation structure of claim 2,
The same effect as that of claim 1 can be obtained, and the lower end of the column body is turned to the lower rolling portion, and the lower rolling portion is rotatable around an axis parallel to the rolling direction in plan view. And the upper end of the column body is connected to the upper rolling portion so as to be rotatable about an axis parallel to the rolling direction in plan view of the upper rolling portion. When the upper and lower rolling portions roll on the lower surface of the upper structure and the upper surface of the lower structure, the pillar body also swings around its upper and lower ends as fulcrums. As a result, no excessive force acts on the column body, and the swinging of the upper structure can be further suppressed.
【００３６】請求項３の転がり振子免震構造によれば、
請求項１または２と同様の効果を得ることができるのは
勿論のこと、前記下構造物の上面に、前記下転がり部の
水平方向への移動を規制する第１規制部を設け、前記上
構造物の下面に、前記上転がり部の水平方向への移動を
規制する第２規制部を設けたので、下構造物に水平方向
の地震力が作用して、上下の転がり部が、上構造物の下
面および下構造物の上面を転がる際において、これら上
下の転がり部が水平方向に滑って移動することがないの
で、柱部自体が滑って水平方向に移動することがなく、
よって、より安定的な免震構造とすることができる。According to the rolling pendulum seismic isolation structure of claim 3,
It is a matter of course that the same effect as in claim 1 or 2 can be obtained, and a first regulating portion for regulating the horizontal movement of the lower rolling portion is provided on the upper surface of the lower structure, Since the second restricting portion for restricting the horizontal movement of the upper rolling portion is provided on the lower surface of the structure, horizontal seismic force acts on the lower structure, and the upper and lower rolling portions are When rolling on the lower surface of the object and the upper surface of the lower structure, since these upper and lower rolling parts do not slide and move in the horizontal direction, the pillar itself does not slide and move in the horizontal direction,
Therefore, a more stable seismic isolation structure can be obtained.
【図１】本発明の転がり振子免震構造の一例を示すもの
で、該免震構造を概略的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view schematically illustrating an example of a rolling pendulum seismic isolation structure of the present invention.
【図２】同、柱部の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of the column.
【図３】同、上転がり部の要部を示す正面図である。FIG. 3 is a front view showing a main part of the upper rolling unit.
【図４】同、下構造物の上面を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing the upper surface of the lower structure.
【図５】同、上構造物の下面を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing the lower surface of the upper structure.
【図６】同、柱部の変形例を示す正面図である。FIG. 6 is a front view showing a modification of the column.
【図７】同、柱部の他の変形例を示す正面図である。FIG. 7 is a front view showing another modification of the pillar portion.
【図８】転がり振子の原理を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the principle of a rolling pendulum.
１ 下構造物 ２ 上構造物 ３,３０ 柱部 ４,４０ 柱部本体 ５,５０ 上転がり部 ６,６０ 下転がり部 ５ａ,６ａ,５０ａ,６０ａ 円弧面 １０ 第１規制部 １２ 第２規制部 ２１,２３ 軸 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lower structure 2 Upper structure 3,30 Column part 4,40 Column part main body 5,50 Upper rolling part 6,60 Lower rolling part 5a, 6a, 50a, 60a Arc surface 10 1st regulation part 12 2nd regulation part 21,23 axes
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) E04H 9/02 331 E04H 9/02 301 E04B 1/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) E04H 9/02 331 E04H 9/02 301 E04B 1/36
Claims (3)
られた上構造物と、これら上下の構造物間に配設され
て、上構造物を下構造物に対して支持する柱部とを備
え、 前記柱部は、柱部本体と、この柱部本体の上下端部にそ
れぞれ設けられた板状の上転がり部および下転がり部と
からなり、 前記上転がり部はその上面が上に凸の円弧面に形成さ
れ、前記下転がり部はその下面が下に凸の円弧面に形成
され、 これら上転がり部の円弧面と、下転がり部の円弧面とは
平面視において互いに直交しており、 さらに、前記上転がり部の円弧面が前記上構造物の下面
に転がり可能に当接され、前記下転がり部の円弧面が前
記下構造物の上面に転がり可能に当接されていることを
特徴とする転がり振子免震構造。1. A lower structure, an upper structure provided above the lower structure, and a column disposed between the upper and lower structures to support the upper structure with respect to the lower structure. The pillar portion comprises a pillar body, and a plate-shaped upper rolling portion and a lower rolling portion provided at upper and lower ends of the pillar body, respectively, and the upper rolling portion has an upper surface. The lower rolling portion is formed in an upwardly convex arc surface, and the lower surface of the lower rolling portion is formed in a downwardly convex arc surface. The arc surface of the upper rolling portion and the arc surface of the lower rolling portion are orthogonal to each other in plan view. Furthermore, the arc surface of the upper rolling portion is rollably abutted on the lower surface of the upper structure, and the arc surface of the lower rolling portion is rollably abutted on the upper surface of the lower structure. Rolling pendulum seismic isolation structure.
いて、 前記柱部本体の下端部は下転がり部に、該下転がり部の
平面視における転がり方向と平行な軸回りに回動自在に
連結され、 前記柱部本体の上端部は上転がり部に、該上転がり部の
平面視における転がり方向と平行な軸回りに回動自在に
連結されていることを特徴とする転がり振子免震構造。2. The rolling pendulum seismic isolation structure according to claim 1, wherein a lower end portion of the pillar main body is rotatable about a shaft parallel to a rolling direction of the lower rolling portion in a plan view. The upper end portion of the pillar portion main body is connected to the upper rolling portion so as to be rotatable about an axis parallel to the rolling direction of the upper rolling portion in a plan view. .
構造において、 前記下構造物の上面には、前記下転がり部の水平方向へ
の移動を規制する第１規制部が設けられ、 前記上構造物の下面には、前記上転がり部の水平方向へ
の移動を規制する第２規制部が設けられていることを特
徴とする転がり振子免震構造。3. The rolling pendulum seismic isolation structure according to claim 1, wherein a first restricting portion that restricts horizontal movement of the lower rolling portion is provided on an upper surface of the lower structure, A rolling pendulum seismic isolation structure, characterized in that a second restricting portion for restricting a horizontal movement of the upper rolling portion is provided on a lower surface of the upper structure.
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