JP5737348B2 - 上下免震装置 - Google Patents

Description

本発明は、上下方向の振動を免震する上下免震装置に関する。

上下免震装置の緩衝バネの剛性を低下することにより弾性支持される免震対象側の固有周期を長周期化する上下免震装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１０１２９８号公報

上記の上下免震装置を、例えば建物に用いた場合には、固有周期の長周期化により地震時の床の振幅が大きくなる虞がある。振幅の大きな振動は、床上にいる人には、不快感や不安感をもたらす。また、免震対象の振動のみが長周期化されるので、免震対象でない床との間にて段差が生じ、避難等において障害となる虞があるという課題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上下方向における振幅の増大を抑えることが可能な上下免震装置を提供することにある。

かかる目的を達成するために本発明の上下免震装置は、
下部構造体としての基礎から上部構造体としての建物に伝達される上下方向の振動を免震する上下免震装置であって、
前記建物と前記基礎との間に、
前記建物を支持する弾性部材が介在されており、
前記振動による前記建物の前記基礎に対する前記上下方向の相対変位量を規制する上下変位規制部材を有し、
前記建物は、分断された床鉄骨大梁と、分断された床鉄骨大梁を連結する連結部材を有し、
前記連結部材は、下側が解放された箱状の部材であり、
前記連結部材の上部には床材が載置され、下部には前記分断された床鉄骨大梁の端部が連結され、
前記連結部材の内側には、前記弾性部材が備えられ、
前記基礎上に配置された前記弾性部材が、前記連結部材の内側上面を支持しており、
前記内側上面は、前記床鉄骨大梁の上面よりも上方に位置しており、
前記基礎と前記建物との間には摩擦ダンパーが設けられており、
前記摩擦ダンパーは、摺動部材と、押圧部材と、前記摺動部材と前記押圧部材との間に押圧力を付与する皿バネとを備え、
上下方向に作用する力が、前記押圧部材と前記摺動部材との間に作用する静止摩擦力以下の場合には、前記摩擦ダンパーはダンパーとして機能せず、
上下方向に作用する力が、前記押圧部材と前記摺動部材との間に作用する静止摩擦力より大きい場合には、前記押圧部材と前記摺動部材とが互いに摺動しつつ上下方向に相対移動することを特徴とする上下免震装置である。

前記基礎から立設され、前記建物が有する床鉄骨大梁を跨ぐように配置された門型フレームを有し、前記摺動部材は、前記連結部材に固定され、前記押圧部材は、前記門型フレームに固定されていることとしてもよい。

前記摺動部材は、前記床鉄骨大梁よりも上方において前記前記連結部材に固定され、 前記押圧部材は、前記門型フレームの上部に固定されていることとしてもよい。

本発明によれば、上下方向における振幅の増大を抑えることが可能な上下免震装置を提供することが可能である。

本実施形態にかかる上下免震装置を備えた建物の床下部分の正面図である。 本発明の上下免震装置の平面図である。 本発明の上下免震装置の側面図である。 皿ばねの特性を説明するための図である。 ガイド機構を説明するための平断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図を用いて詳細に説明する。
図１は、本実施形態にかかる上下免震装置を備えた建物の床下部分の正面図である。図２は、本発明の上下免震装置の平面図である。図３は、本発明の上下免震装置の側面図である。

本実施形態の上下免震装置１０は、下部構造体としての基礎１と上部構造体としての建物２の一部をなす床材３との間に複数箇所に設けられ、Ｈ型鋼でなる床鉄骨大梁５の分断された端部同士を連結するように設けられ、床材３が載置されている。以下の説明では、１つの上下免震装置１０について説明する。

上下免震装置１０は、上部構造体としての建物２を支持する弾性部材としての圧縮コイルスプリング１２と、圧縮コイルスプリング１２の上部に被せられ、分断された床鉄骨大梁５を連結する連結部材１４と、基礎１から立設され床鉄骨大梁５を跨ぐように配置される門型フレーム２０と、連結部材１４と門型フレーム２０との間に介在される摩擦ダンパー３０と、床鉄骨大梁５の移動を規制するガイド機構４０とを有している。

圧縮コイルスプリング１２は、使用状態の建物２の荷重を複数の上下免震装置１０にて分散して支持することができる弾性力を有しており、圧縮コイルスプリング１２が連結部材１４と基礎１との間に介装された際に、連結部材１４及び床鉄骨大梁５と基礎１との間に空隙が形成されるように構成されている。すなわち、建物２の連結部材１４及び床鉄骨大梁５より上側の部位は、圧縮コイルスプリング１２により支持されている。

連結部材１４は、平面視ほぼ長方形状をなし、下側が開放された箱状の部材であり、上部に床材３が載置される。箱状をなす連結部材１４の内側には、圧縮コイルスプリング１２が備えられ、基礎１上に配置された圧縮コイルスプリング１２に連結部材１４の内側上面が支持されている。また、内側に設けられた圧縮コイルスプリング１２を囲むように、長方形状の４辺に相当する位置に設けられた対面する２対の側壁部１５、１６が設けられており、一対の側壁部１５には、分断された床鉄骨大梁５の端部がそれぞれ接合されており、他の一対の側壁部１６に床鉄骨小梁６が接合されている。すなわち、床鉄骨大梁５と床鉄骨小梁６は連結部材１４を介して直交するように接合されている。

門型フレーム２０は、間隔を隔てて設けられた２本の円筒鋼管でなる柱部材２１と、２本の柱部材２１上に架け渡されたＨ型鋼でなる架構体２２とを有している。

柱部材２１は、上下の端部に鋼板２１ａが設けられており、鋼板２１ａと円筒鋼管２１ｂとを繋ぐリブ２１ｃにより補強されている。門型フレーム２０は、２本の柱部材２１の１本ずつが床鉄骨大梁５の両側に位置するように設けられ、連結部材１４と架構体２２とがほぼ平行をなすように連結部材１４に近づけて配置されている。柱部材２１は上端部が床鉄骨大梁５の上面より高い位置となるように構成されており、柱部材２１上に架け渡された架構体２２の下面２２ａと床鉄骨大梁５の上面５ａとは上下方向に間隔が隔てられている。

摩擦ダンパー３０は、連結部材１４に設けられたプレート１７を介して固定された摺動部材３１と、架構体２２の上部に固定され摺動部材３１の両側に配置された２つの押圧部材３２と、摺動部材３１と２つの押圧部材３２とを貫通する棒ねじ３５及びこの棒ねじ３５の両端からそれぞれ１つずつ螺合される２つのナット３６と、棒ねじ３５に螺合された２つのナット３６の間にて圧縮される付勢部材としての皿ばね３３と、を有している。

摺動部材３１は、ほぼ直角に配置された２つの板部がＬ字状をなす金属製の部材であり、２つの板部の一方は連結部材１４側に固定される座板部３１ａであり、他方の板部は、第１板部材としての摺動板部３１ｂである。摺動板部３１ｂは、摺動部材３１が連結部材１４に固定された状態にて床鉄骨大梁５に沿う方向に突出されている。すなわち、摺動板部３１ｂは、連結部材１４の床鉄骨大梁５側を向く面とほぼ直角をなしている。摺動板部３１ｂは上下方向に長く配置されるとともに、摺動板部３１ｂを貫通して上下方向に長い長孔３１ｃを有している。

押圧部材３２も、ほぼ直角に配置された２つの板部がＬ字状をなす金属製の部材であり、２つの板部の一方は架構体２２に固定される座板部３２ａであり、他方の板部は、第２板部材としての押圧板部３２ｂである。押圧板部３２ｂは、押圧部材３２が架構体２２に固定された状態にて鉛直方向上方に突出されている。２つの押圧部材３２は、押圧板部３２ｂが互いに間隔を隔てて対面し、各々座板部３２ａが、押圧板部３２ｂが対面している側とは反対側に配置されて架構体２２に固定されている。また、押圧板部３２ｂは、架構体２２より連結部材１４側に突出されており、２枚の押圧板部３２ｂが対面している間に、摺動部材３１の摺動板部３１ｂが配置されている。２枚の押圧板部３２ｂには、それぞれ棒ねじ３５が貫通される貫通孔３２ｃが設けられている。

摩擦ダンパー３０は、２枚の押圧板部３２ｂ間に摺動板部３１ｂが挿入された状態で、一方の押圧板部３２ｂの貫通孔(不図示)を貫通した棒ねじ３５が摺動板部３１ｂの長孔３１ｃ及び他方の押圧板部３２ｂの貫通孔(不図示)を貫通し、更に皿ばね３３が挿通されて、２つのナット３６が棒ねじ３５の両端側から螺合されて構成されている。

この摩擦ダンパー３０は、ナット３６が締め込まれることにより皿ばね３３が圧縮され、皿ばね３３の弾性力により押圧板部３２ｂが摺動板部３１ｂを両側から押圧している。皿ばね３３の弾性力は、例えば建物の使用者等が床を歩く程度の振動では摩擦ダンパー３０の摺動板部３１ｂと押圧板部３２ｂとの間にて滑りが生じないような静止摩擦力を備えるべく設定されて、皿ばね３３が圧縮されている。

図４は、皿ばねのばね特性を示す図である。図示するように、皿ばね３３は、圧縮量が小さい領域ではばね高さの変位量に対する付勢力が大きく変化し、圧縮量が大きい領域ではばね高さの変位量に対する付勢力の変化が小さい特性を有している。このため、摩擦ダンパー３０の滑り出すタイミングを安定させるために、本実施形態の皿ばね３３は付勢力の変化の小さな領域（図４では、ばね高さがａ１〜ａ２の領域）にて付勢するように圧縮されている。

そして、地震等により下部構造体としての基礎１が振動すると、上部構造体としての建物２には、摩擦ダンパー３０側と、支持されている圧縮コイルスプリング１２側とから振動が伝達される。このとき、地震により上下方向に作用する力が、皿ばね３３に付勢されて押圧板部３２ｂと摺動板部３１ｂとの間に作用する静止摩擦力以下の場合には、摩擦ダンパー３０はダンパーとして機能せず門型フレーム２０と連結部材１４及び床鉄骨大梁５とは一体となって振動する。この場合には、圧縮コイルスプリング１２による上下免震機能は作用しない。

また、地震により上下方向に作用する力が、皿ばね３３に付勢されて押圧板部３２ｂと摺動板部３１ｂとの間に作用する静止摩擦力より大きい場合には、押圧板部３２ｂと摺動板部３１ｂとが互いに摺動しつつ上下方向に相対移動する。このとき、基礎１から伝達される振動の振動周期が圧縮コイルスプリング１２により長周期化されるとともに、振動のエネルギーが摩擦ダンパー３０により消費され振動が抑制される。

すなわち、本上下免震装置１０においては、摩擦ダンパー３０は、ダンパーとしての機能のみならず、設定された静止摩擦力より大きな上下方向の力が作用したときに、上下方向の免震機構を動作させるトリガーとしての機能も有している。

ガイド機構４０は、床鉄骨大梁５から水平方向に突出され、門型フレーム２０の柱部材２１が貫通されるガイド板４１と、床鉄骨大梁５の上方に位置させて門型フレーム２０の架構体２２の下面に設けられた上ストッパー４２と、床鉄骨大梁５の下方に位置させて基礎１に設けられた下ストッパー４３と、を有している。

図５は、ガイド機構を説明するための平断面図である。図示するように、ガイド板４１は、床鉄骨大梁５の上下のフランジ５ｂ間の中央に設けられた中間プレート５ｄに固定され、床鉄骨大梁５の長手方向と交差する両側にウェブ５ｃから突出された板部材であり、柱部材２１が貫通される孔４１ａが設けられている。孔４１ａの内周縁には、柱部材２１とガイド板４１とを滑らかに相対移動させるためのブッシュ４４が設けられるとともに、ブッシュ４４の内周面をなす貫通孔４４ａと柱部材２１との間には僅かな空隙が設けられている。このため、床鉄骨大梁５が水平方向に移動すると、孔４１ａに設けられたブッシュ４４が柱部材２１と接触することにより、床鉄骨大梁５の水平方向の移動が規制される。また、床鉄骨大梁５が水平方向に移動したとしても、柱部材２１に接触するのはブッシュ４４なので、床鉄骨大梁５の上下方向の振動は、ガイド板４１により規制されない。このため、摩擦ダンパー３０がトリガーとなって門型フレーム２０と連結部材１４及び床鉄骨大梁５とが上下方向に相対移動する際にも、門型フレーム２０と連結部材１４及び床鉄骨大梁５との相対移動を阻害しないように構成されている。

また、床鉄骨大梁５の上下方向の移動は、門型フレーム２０の架構体２２の下面２２ａに設けられた上ストッパー４２と、基礎１に設けられた下ストッパー４３とによって規制されるように構成されている。すなわち、地震等により床鉄骨大梁５が相対的に上方へ移動した際には上ストッパー４２に接触して上方への移動が規制され、床鉄骨大梁５が相対的に下方へ移動した際には下ストッパー４３に接触して下方への移動が規制されるように構成されている。

本実施形態の上下免震装置が備えられた建物２は、建物内を人が歩くような小さな振動に対しては、基礎１と建物２との間にて上下免震装置１０は機能せず、摩擦ダンパー３０の摺動板部３１ｂと押圧板部３２ｂとの間にて滑りが生じない静止摩擦力より大きな上下方向の力が作用した際に、ガイド機構４０にて建物２の変位量が規制されつつ上下免震装置１０が機能する。そして、振動が収まり、作用している上下方向の力が、摩擦ダンパー３０の摺動板部３１ｂと押圧板部３２ｂとの間にて滑りが生じない静止摩擦力以下になると、建物２と基礎１との相対移動が停止し、建物２が基礎１側に摩擦ダンパー３０を介して保持される。このため、地震等により上下免震装置１０が作動した後であっても、振動が収まった状態にて摩擦ダンパー３０が作動前の状態に復元されており、人が歩くような小さな振動に対して免震しない構成をなし、次に発生する地震に備えることが可能である。

本実施形態の上下免震装置１０によれば、圧縮コイルスプリング１２により支持されて上下方向の固有周期が長周期化されて建物２の上下方向の変位が大きくなったとしても、建物側に設けられた床鉄骨大梁５の基礎１に対する上下方向の相対変位量は上ストッパー４２及び下ストッパー４３により規制されているので、建物側の基礎１に対する上下方向の相対変位、すなわち振幅の増大を抑えることが可能である。

また、圧縮コイルスプリング１２が基礎１と床鉄骨大梁５との間に介在されており、圧縮コイルスプリング１２上に配置された床鉄骨大梁５が下方に相対変位した際には下ストッパー４３により、また、上方に変位した際には上ストッパー４３によりそれぞれ接触して規制される。このため、建物２の相対変位量の増大を確実に抑えることが可能である。また、上ストッパー４２の下端と下ストッパー４３の上端の上下方向における位置を適宜設定することにより、床鉄骨大梁５の相対変位量を所望の変位量に設定することが可能である。すなわち、所望の免震性能を保持しつつ、地震等による建物の上下方向の振幅を所望の振幅に抑えることが可能である。

また、ガイド機構４０が、ガイド板４１に設けられたブッシュ４４の貫通孔４４ａと柱部材２１とにより床鉄骨大梁５の基礎１に対する水平方向の相対変位量を規制する機構を有しているので、床鉄骨大梁５の基礎１に対する水平方向の相対変位量も規制することが可能な上下免震装置１０を提供することが可能である。

また、貫通孔４４ａと柱部材２１の外周部との間の空隙を適宜設定することにより、床鉄骨大梁５の水平方向における相対変位量を所望の変位量に設定することが可能である。

また、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

なお、以上の説明には、以下の内容も把握される。

下部構造体から上部構造体に伝達される上下方向の振動を免震する上下免震装置であって、前記上部構造体と前記下部構造体との間に、前記上部構造体を支持する弾性部材が介在されており、前記振動による前記上部構造体の前記下部構造体に対する前記上下方向の相対変位量を規制する上下変位規制部材を有することを特徴とする上下免震装置。

上記の上下免震装置であって、前記弾性部材は、前記下部構造体と、前記上部構造体が有する床鉄骨大梁との間に介在されており、前記上下変位規制部材は、前記下部構造体に設けられ、前記床鉄骨大梁が前記下部構造体に対し下方に相対変位した際に接触する下ストッパーと、前記下部構造体に設けられて前記床鉄骨大梁の上方に配置され、前記床鉄骨大梁が前記下部構造体に対し上方に相対変位した際に接触する上ストッパーと、を有することを特徴とする上下免震装置。

上記の上下免震装置であって、前記振動による前記上部構造体の前記下部構造体に対する水平方向の相対変位量を規制する水平変位規制部材を有することを特徴とする上下免震装置。

上記の上下免震装置であって、前記水平変位規制部材は、前記下部構造体に上下方向に沿って設けられた柱部材と、前記上部構造体に設けられ、前記柱部材が貫通され、当該柱部材の外周面との間に空隙を有する貫通孔を備えたガイド部と、を有することを特徴とする上下免震装置。

１ 基礎、２ 建物、３ 床材、５ 床鉄骨大梁、５ａ 上面、
５ｂ フランジ、５ｃ ウェブ、５ｄ 中間プレート、
６ 床鉄骨小梁、１０ 上下免震装置、１２ 圧縮コイルスプリング、
１４ 連結部材、１５ 側壁部、１６ 側壁部、１７ プレート、
２０ 門型フレーム、２１ 柱部材、２１ａ 鋼板、２１ｂ 円筒鋼管、
２１ｃ リブ、２２ 架構体、２２ａ 下面、３０ 摩擦ダンパー、
３１ 摺動部材、３１ａ 座板部、３１ｂ 摺動板部、３１ｃ 長孔、
３２ 押圧部材、３２ａ 座板部、３２ｂ 押圧板部、３２ｃ 貫通孔、
３３ 皿ばね、３５ 棒ねじ、３６ ナット、４０ ガイド機構、
４１ ガイド板、４１ａ 孔、４２ 上ストッパー、４３ 下ストッパー、
４４ ブッシュ、４４ａ 貫通孔

Claims (3)

1. 下部構造体としての基礎から上部構造体としての建物に伝達される上下方向の振動を免震する上下免震装置であって、
   前記建物と前記基礎との間に、
   前記建物を支持する弾性部材が介在されており、
   前記振動による前記建物の前記基礎に対する前記上下方向の相対変位量を規制する上下変位規制部材を有し、
   前記建物は、分断された床鉄骨大梁と、分断された床鉄骨大梁を連結する連結部材を有し、
   前記連結部材は、下側が解放された箱状の部材であり、
   前記連結部材の上部には床材が載置され、下部には前記分断された床鉄骨大梁の端部が連結され、
   前記連結部材の内側には、前記弾性部材が備えられ、
   前記基礎上に配置された前記弾性部材が、前記連結部材の内側上面を支持しており、
   前記内側上面は、前記床鉄骨大梁の上面よりも上方に位置しており、
   前記基礎と前記建物との間には摩擦ダンパーが設けられており、
   前記摩擦ダンパーは、摺動部材と、押圧部材と、前記摺動部材と前記押圧部材との間に押圧力を付与する皿バネとを備え、
   上下方向に作用する力が、前記押圧部材と前記摺動部材との間に作用する静止摩擦力以下の場合には、前記摩擦ダンパーはダンパーとして機能せず、
   上下方向に作用する力が、前記押圧部材と前記摺動部材との間に作用する静止摩擦力より大きい場合には、前記押圧部材と前記摺動部材とが互いに摺動しつつ上下方向に相対移動することを特徴とする上下免震装置。
2. 請求項１に記載の上下免震装置であって、
   前記基礎から立設され、前記建物が有する床鉄骨大梁を跨ぐように配置された門型フレームを有し、
   前記摺動部材は、前記連結部材に固定され、
   前記押圧部材は、前記門型フレームに固定されていることを特徴とする上下免震装置。
3. 請求項２に記載の上下免震装置であって、
   前記摺動部材は、前記床鉄骨大梁よりも上方において前記前記連結部材に固定され、
   前記押圧部材は、前記門型フレームの上部に固定されていることを特徴とする上下免震装置。

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