JP3973666B2 - 免震装置 - Google Patents

Description

本発明は、地震の縦揺れと横揺れを吸収して減衰する建物の免震装置に関するものである。

近年、地震が多発していることから、地震による建物の振動を軽減させる種々の免震装置が開発されている。その主なものは、建物の基礎構造と床構造部分とを分離して、この間に縦横方向のレールを設けて左右方向の横揺れを吸収する構造や、基礎構造部分に受け皿部を形成し、床構造部分にボールベアリングを取付けた支柱を設けて、支柱が受け皿部内を移動して横揺れを吸収する構造などがある。また外枠とスライド可能な内枠との間にオイルダンパーを設けて、横揺れオイルダンパーで吸収すると共に、内枠をスプリングにより中立位置に復帰させる免震装置（例えば特許文献１）が提案されている。

しかしながら従来の免震装置は横揺れの地震に対しては振動を吸収することができるが、最も被害が大きい直下型地震の縦揺れに対しては振動を吸収する構造がなく、その対策が不十分であった。
特開平７ー３１７２８８

本発明は上記問題を改善し、あらゆる方向の横揺れや縦揺れに対して、振動や衝撃を効率よく吸収して建物を保護することができる免震装置を提供するものである。

本発明の請求項１記載の免震装置は、基礎または基礎杭の上部に基台を取付け、この基台に、上部を半球状に形成した支持軸を立設し、この支持軸を囲んでコイルスプリングを巻装した複数本のオイルダンパーを基台の上部に取付け、上面に凹曲面を形成し、底面中央側に前記支持軸の上部を受ける中空半球状受け溝を形成した受け皿部を、前記支持軸の上部に揺動自在に支持すると共に、受け皿部の底面に前記コイルスプリングを巻装したダンパーの上部を連結し、建物の基礎梁の底面に所定の間隔で突設され、下端にボールベアリングを取付けた支柱を、前記受け皿部の上面に形成した凹曲面で転動自在に支持して、支持軸に加わる水平および垂直振動を、受け皿部の揺動運動とコイルスプリングを巻装したオイルダンパーとで吸収・減衰するようにしたことを特徴とするものである。

本発明の請求項２記載の免震装置は、受け皿部の周囲に環状のストッパーを突設したことを特徴とするものである。請求項３記載の免震装置は、受け皿部の上面に形成した凹曲面を、中心側の曲率半径が外周側より小さく形成されていることを特徴とするものである。更に請求項４記載の免震装置は、支持軸の上部に揺動自在に支持される受け皿部の凹曲面の中心を、支持軸に対して偏心して支持したことを特徴とするものである。

本発明に係る請求項１記載の免震装置によれば、地震が発生して左右の横揺れや上下の縦揺れの振動が基礎または基礎杭に加わると、これに一体に接合された支持軸も上下左右に移動する。支持軸の上部が受け皿部の底面の中空半球状受け溝に挿着され、この周囲がコイルスプリングを巻装した複数本のオイルダンパーで支持されて、受け皿部は支持軸に揺動自在に支持されているので、受け皿部の揺動によりコイルスプリングは衝撃や振動を吸収し、更にスプリングの振動をオイルダンパーで減衰して建物に加わる衝撃や振動を緩和することができる。

また請求項２記載の免震装置によれば、受け皿部の周囲に環状のストッパーを突設したので受け皿部が揺動しても、支柱の外れを防止することができる。

また請求項３記載の免震装置によれば、受け皿部の上面に形成した凹曲面を、中心側の曲率半径が外周側より小さく形成されているので、受け皿部１４が揺動しても、支柱を曲率半径の小さい中心側に戻して中立位置に自動的に復帰し易くすることができる。

また請求項４記載の免震装置によれば、支柱が中立位置で、支持軸とずれているので、下から突き上げられる直下型の縦揺れが発生した時に、受け皿部が確実に揺動して、支柱に伝わる衝撃を緩和することができる。

以下本発明の実施の一形態を図１ないし図４を参照して詳細に説明する。図において１は免震装置を示すもので、地中２に埋設した鋼管杭３の上部に取付けた円形の鋼管キャップ４と、建物の基礎梁５との間に設けられている。この免震装置１は、円形の鋼板で形成された基台７の中心に支持軸８が立設され、この支持軸８の上部にボールベアリング９を取付けて、上部が半球状に形成されている。この支持軸８は、これを囲んで、コイルスプリング１０を巻装した３本のオイルダンパー１１が基台７の上面の、同一円周上に等間隔で配置され、ヒンジ１２を介して立設されている。

支持軸８の上部には受け皿部１４が取付けられ、この受け皿部１４は上面に凹曲面１５を形成し、その周囲には環状のストッパー１９が突設され、更に図２に示すように受け皿部１４の底面中央側に前記支持軸８の上部のボールベアリング９を受ける中空半球状受け溝１６が形成されている。

また受け皿部１４の底面には、コイルスプリング１０を巻装したオイルダンパー１１の上部がヒンジ１２を介して連結されている。このように支持軸８の上部に取付けたボールベアリング９が、受け皿部１４の底面中心の中空半球状受け溝１６に挿着され、この周囲がコイルスプリング１０を巻装した３本のオイルダンパー１１で支持されているので、受け皿部１４は支持軸８に揺動自在に支持されている。

この免震装置１は、基礎梁５の底面に、その長手方向に沿って、鋼管杭３の埋設間隔で支柱１８が突設され、これと鋼管杭３との間にそれぞれ取付けられている。また鋼管杭３は地中２に埋設されるため、正確な位置決めができず多少その位置がずれるが、鋼管キャップ４は鋼管杭３の直径より大きく形成され、また基台７よりも大きく形成されているので、基台７を鋼管キャップ４の上の設計位置に合わせて溶接することができる。

上記構成の免震装置１は、通常の状態では図２に示すように、支柱１８が受け皿部１４の凹曲面１５の中央部に位置している。地震が発生して左右の横揺れや上下の縦揺れの振動が鋼管杭３に加わると、これに一体に接合された支持軸８も上下左右に移動する。支持軸８の上部に取付けたボールベアリング９は、受け皿部１４の底面中心の中空半球状受け溝１６に挿着され、この周囲がコイルスプリング１０を巻装した３本のオイルダンパー１１で支持されているので、受け皿部１４は支持軸８に揺動自在に支持されている。

このため、図３および図４に示すように、支持軸８が上下左右に揺れても、揺動する受け皿部１４の凹曲面１５に支持されている支柱１８は、その下部に取付けたボールベアリング９が凹曲面１５内を転動して、その揺れを緩和することができる。また受け皿部１４の周囲には環状のストッパー１９が突設されて、受け皿部１４が揺動しても支柱１８が凹曲面１５から外れないようになっている。

つまり、受け皿部１４の揺動によりコイルスプリング１０は衝撃や振動を吸収し、更にスプリングの振動をオイルダンパー１１で減衰させることができる。しかも受け皿部１４の底面に接続した一方のコイルスプリング１０が縮むと、他方のコイルスプリング１０が伸びるので、これが弾性で復帰することにより受け皿部１４は水平に戻り、支柱１８を中立位置に自動的に復帰させることができる。

図５は本発明の他の実施の形態を示すもので、受け皿部１４の上面に形成した凹曲面１５は、中心側の曲率半径Ｒ_１ が、外周側の曲率半径Ｒ_２ より小さく形成されている。これは受け皿部１４が揺動しても、支柱１８を曲率半径Ｒ_１ の小さい中心側に戻して中立位置に自動的に復帰し易くすることができる。

図６は本発明の異なる他の実施の形態を示すもので、支持軸８の上部に揺動自在に支持される受け皿部１４の凹曲面１５の中心を、支持軸８に対して偏心して支持したものである。

上記構成の免震装置１は、支柱１８が中立位置で、支持軸８とずれているので、下から突き上げられる直下型の縦揺れが発生した時に、受け皿部１４が確実に揺動して、支柱１８に伝わる衝撃を緩和することができる。

振動装置にセットした基台７の上に図１に示す免震装置１を４台取付け、基礎梁に相当する金属板の底部に、４本の支柱１８を取付け、この金属板の上に重りを載せて、金属板を含めた全荷重を７１２Ｋｇとし、免震装置１の１台当たりに加わる荷重を１７８Ｋｇとした。また振動装置は最大速度を４０００ｍｍ／ｍｉｎ、最大振幅を４０ｍｍの横揺れ振動を与え、振動装置の加速度の時間変化と、金属板上面での加速度の時間変化を測定して、その結果を図７に示した。

図７（Ａ）は、振動装置の加速度の時間変化を示すグラフで、図７（Ｂ）は、免震装置１を介して支持した金属板上面での加速度の時間変化を示すグラフである。この結果、加速度は約半分に低減され、本発明装置が優れた免震効果を有することが確認された。

なお上記説明では、支持軸８の上部にボールベアリング９を設けた場合について示したが、支持軸８の上部を半球状に形成しても良い。また支持軸８の周囲に、コイルスプリング１０を巻装したオイルダンパー１１を３本等間隔で同一円周上に配置した場合について示したが、４本以上配置した構造でも良い。また上記説明では鋼管杭３の上に免震装置１を取付けた場合について示したが、鋼管基礎や、コンクリート基礎の上に設置した構造でも良い。

本発明の実施の一形態による免震装置の斜視図である。 図１の免震装置を示す断面図である。 図２の免震装置が振動を吸収している状態を示す断面図である。 図２の免震装置が振動を吸収している状態を示す断面図である。 本発明の他の実施の形態による免震装置の要部断面図である。 本発明の異なる他の実施の形態による免震装置の要部断面図である。 （Ａ）は、振動装置の加速度の時間変化を示すグラフで、（Ｂ）は、本発明の実施例による免震装置を介して支持した金属板上面での加速度の時間変化を示すグラフである。

符号の説明

１ 免震装置
２ 地中
３ 鋼管杭
４ 鋼管キャップ
５ 基礎梁
７ 基台
８ 支持軸
９ ボールベアリング
１０ コイルスプリング
１１ オイルダンパー
１２ ヒンジ
１４ 受け皿部
１５ 凹曲面
１６ 中空半球状受け溝
１８ 支柱
１９ 環状のストッパー

Claims (4)

1. 基礎または基礎杭の上部に基台を取付け、この基台に、上部を半球状に形成した支持軸を立設し、この支持軸を囲んでコイルスプリングを巻装した複数本のオイルダンパーを基台の上部に取付け、上面に凹曲面を形成し、底面中央側に前記支持軸の上部を受ける中空半球状受け溝を形成した受け皿部を、前記支持軸の上部に揺動自在に支持すると共に、受け皿部の底面に前記コイルスプリングを巻装したダンパーの上部を連結し、建物の基礎梁の底面に所定の間隔で突設され、下端にボールベアリングを取付けた支柱を、前記受け皿部の上面に形成した凹曲面で転動自在に支持して、支持軸に加わる水平および垂直振動を、受け皿部の揺動運動とコイルスプリングを巻装したオイルダンパーとで吸収・減衰するようにしたことを特徴とする免震装置。
2. 受け皿部の周囲に環状のストッパーを突設したことを特徴とする請求項１記載の免震装置。
3. 受け皿部の上面に形成した凹曲面を、中心側の曲率半径が外周側より小さく形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の免震装置。
4. 支持軸の上部に揺動自在に支持される受け皿部の凹曲面の中心を、支持軸に対して偏心して支持したことを特徴とする請求項１記載の免震装置。