JP7679966B2 - 変位制限装置 - Google Patents

Description

この発明は、変位制限装置に関し、より詳細には、例えば免震装置が設置された建物に過大な変位が発生して建物が損傷するのを防止するための装置に関する。

建物と基礎との間に免震装置が設置された免震建物が知られている。免震装置は積層ゴム支承などからなり、建物の荷重を支持するとともに、地震時にはせん断変形することにより建物への地震力の伝達を軽減している。

しかしながら、レベル２を超える想定外の地震動により、免震装置に過大な変形が生じるおそれがある。また、免震装置が長周期地震動により繰返し変形を受けることにより、その性能が劣化して、免震建物の応答変位が過大になることが懸念される。応答変位が過大になると、免震建物が建物周囲の擁壁に衝突し、その衝撃力で建物が大きく揺れる、建物が損傷するなどの危険性がある。

上記のような現象に対処する方法の１つとして、従来、建物と擁壁との間にゴムを設置し、衝撃を低減するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、この緩衝ゴム設置による方法は、衝撃を和らげることはできるが、建物への衝撃を無くすことはできないため、建物の大きな揺れ等の影響を完全に回避することができない。

また、建物と擁壁との間のクリアランスは施工誤差も含まれるためコントロールしにくく、衝突したときの応答を精度よく検証することが困難である。さらに、緩衝ゴムは振動エネルギーの吸収作用はあるものの、大きな減衰効果を期待することはできない。

特開２０１６－１９９９１０号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、例えば免震建物に付随して設置されることにより、免震装置の過大変形による建物と擁壁との衝突を回避することができて、建物の大きな揺れや損傷を防止することができ、さらには振動エネルギーを大きく減衰させることができる、変位制限装置を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、互いに対向する面を持つ２つの構造物に生じる、前記面に平行な方向の相対変位を制限する装置であって、
前記面にほぼ平行に配置され、一方の前記構造物の前記面に一方の端部が連結された筒状体と、
前記面にほぼ平行に配置され、他方の前記構造物の前記面に一方の端部が連結されたロッドとを備え、
前記筒状体の両端部には、該筒状体の軸線に対して直角であって軸線方向に移動自在に、外周に複数の突起を有する可動端板が設けられ、この可動端板は前記筒状体の両端部に周方向に間隔を置いて設けられた、該筒状体の軸線方向に延びる複数の切欠き溝に前記突起が嵌め込まれることにより、案内されて移動自在となっており、
前記ロッドの他方の端部は前記筒状体の他方の端部の前記可動端板を軸線方向に移動自在に貫通して、前記筒状体の内方に挿入され、
前記ロッドの前記他方の端部には、前記筒状体の内周を軸線方向に摺動自在であって前記可動端板を移動させるヘッドが設けられ、
前記可動端板の前記突起と前記筒状体の外周中間部との間に該筒状体の軸線方向に延びる、低降伏点鋼からなるエネルギー吸収部材が設けられていることを特徴とする変位制限装置にある。

上記変位制限装置において、前記ヘッドには、前記ロッドの移動によって該ヘッドが前記可動端板に衝突すると、弾性変形する緩衝ばねが内蔵されている構成を採用することができる。

前記ヘッドは、前記ロッドの前記他方の端部外周であって前記筒状体の内周を軸線方向に摺動自在に配置された筒状部と、前記筒状部の両端部に設けられ、前記ロッドの前記他方の端部が軸線方向に移動自在な孔を有する端板と、前記両端板間における前記ロッド外周に設けられた環状突起とを備え、
前記緩衝ばねは前記各端板と前記環状突起との間に設けられている構成を採用することができる。

また、前記緩衝ばねは、前記ロッドを取り囲んで配置された皿ばねからなる構成を採用することができる。

また、前記２つの構造物は、免震建物における建物及び基礎である構成を採用することができる。さらに、前記２つの構造物は、中間層に免震層が位置する免震建物における、前記免震層を挟む上部構造及び下部構造である構成を採用することができる。

この発明によれば、例えば免震建物に設置されることにより、免震装置の過大な変形が抑止されるので、建物と擁壁との衝突を回避することができて、建物の大きな揺れや損傷を防止することができ、さらには振動エネルギーを大きく減衰させることができる。

免震建物の概略を示す正面図である。 この発明による変位制限装置の実施形態を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は軸線方向の断面図である。 図２（ａ）のＡ矢視による断面図である。 図２（ａ）のＢ矢視による断面図である。 図２（ａ）のＣ矢視による断面図である。 可動端板を示す斜視図である。 エネルギー吸収部材の保持部材を示す斜視図である。 エネルギー吸収部材を示す斜視図である。 変位制限装置の短縮作動状態を示す軸線方向断面図であり、（ａ）は緩衝ばねが作動している状態、（ｂ）は緩衝ばねに引き続きエネルギー吸収部材が作動している状態である。 変位制限装置の伸長作動状態を示す軸線方向断面図であり、（ａ）は緩衝ばねが作動している状態、（ｂ）は緩衝ばねに引き続きエネルギー吸収部材が作動している状態である。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、免震建物の概略を示す正面図である。周囲に擁壁１２が形成された基礎１１と建物１０との間には複数の免震装置１３が設置され、建物１０の荷重はこれらの免震装置１３によって支持されている。

免震装置１３は例えばゴム層と鋼板とを交互に積層して形成される周知の積層ゴム支承で構成される。地震時には積層ゴム支承が水平方向にせん断変形することにより、振動が建物に伝達するのを軽減する。建物１０と擁壁１２との間には、地震時における建物１０の水平変位を許容するために所要の大きさのクリアランスが設けられている。

免震装置１３が長周期地震動により繰返し変形を受けると、その性能が劣化して建物１０の応答変位が過大になるおそれがある。変位制限装置１４は、地震時における建物１０の過大な変位すなわち免震装置１３の過大な変位を抑止するためのものであり、建物１０と基礎１１との間に設置されている。

図２は、変位制限装置１４を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は軸線方向断面図である。図３、図４及び図５は、それぞれ図２（ａ）のＡ矢視、Ｂ矢視及びＣ矢視による断面図である。

変位制限装置１４は、２つの構造物である建物１０と基礎１１との互いに対向する面にほぼ平行に配置される筒状体１５と、ロッド１６とを備える。筒状体１５の一方の端部にはピン１８によって連結された１対のクレビス１７ａ、１７ｂが設けられている。一方のクレビス１７ａの連結板１９は、筒状体１５の一方の端面に固定されている。他方のクレビス１７ｂの連結板２０は、建物１０に固定されている。

同様に、ロッド１６の一方の端部にはピン２２によって連結された１対のクレビス２１ａ、２１ｂが設けられている。一方のクレビス２１ａはロッド１６の一方の端部にねじにより固定されている。他方のクレビス２１ｂの連結板２３は基礎１１に固定されている。

筒状体１５の両端部には可動端板２４ａ、２４ｂが配置されている。可動端板２４ａ、２４ｂは、図６に示すように、筒状体１５の内径にほぼ等しい円板部２５の外周に周方向に間隔を置いて複数（実施形態では３つ）の突起２６が形成されている。一方、筒状体１５の両端部には、周方向に間隔を置いて筒状体１５の軸線方向に延びる、突起２６に対応した数の切欠き溝２７が形成されている。

そして、可動端板２４ａ、２４ｂの複数の突起２６は、筒状体１５の切欠き溝２７に嵌め込まれている。これにより、可動端板２４ａ、２４ｂは筒状体１５の軸線に対して直角に配置され、また突起２６が切欠き溝２７に案内されて軸線方向に移動自在となっている。

図６に示すように、筒状体１５の他方の端部側の可動端板２４ｂには、孔５０（仮想線で示されている）が設けられている。ロッド１６の他方の端部は、この孔５０を介して可動端板２４ｂを軸線方向に移動自在に貫通し、筒状体１５の内方に挿入されている。このロッド１６の他方の端部には、筒状体１５の内周を軸線方向に摺動自在なヘッド２８が設けられている。ヘッド２８の詳細については後述する。

可動端板２４ａ、２４ｂと、筒状体１５の外周中間部との間には周方向に間隔を置いて軸線方向に延びる複数（実施形態では各端板につき３つ）のエネルギー吸収部材２９が設けられている。可動端板２４ａ、２４ｂにそれぞれ取り付けられる複数のエネルギー吸収部材は、長さ設定が容易になるように筒状体１５の周方向に交互に配置されている。

エネルギー吸収部材２９は、所定の長さ、幅及び厚みを有する低降伏点鋼からなっている。エネルギー吸収部材２９は、図８に示すように、両端部に拡幅部３０ａ、３０ｂが設けられ、拡幅部３０ａ、３０ｂから中間部に移行する部分はＲ加工４０が施されている。可動端板２４ａ、２４ｂに取り付けられるのが拡幅部３０ａ側の端部であり、筒状体１５に取り付けられるのが拡幅部３０ｂ側の端部である。

このエネルギー吸収部材２９の一方の端部を可動端板２４ａ、２４ｂに取り付けるために、可動端板２４ａ、２４ｂの突起２６の先端部には凹溝３１が設けられている。この凹溝３１の両壁にはエネルギー吸収部材２９のＲ加工４０に対応した形状のＲ加工４１が施されている。

エネルギー吸収部材２９の一方の端部は、拡幅部３０ａが凹溝３１から突出した状態で、凹溝３１に保持される。そして、凹溝３１を覆うように押さえ板３２が配置され、この押さえ板３２はボルト３３により突起２６に固定されている。図６の符号３４は、ボルト３３の取付孔を示している。

エネルギー吸収部材２９の他方の端部は、図７に示す保持部材３５を介して筒状部材１５に取り付けられる。保持部材３５は、可動端板２４ａ、２４ｂの突起２６と同様の凹溝３６を有し、ボルト３７により筒状体１５に固定されている。この凹溝３６にも両壁にエネルギー吸収部材２９のＲ加工４０に対応した形状のＲ加工４４が施されている。図７の符号３８はボルト３７の取付孔を示している。

エネルギー吸収部材２９の他方の端部は、拡幅部３０ｂが凹溝３６から突出した状態で、凹溝３６に保持される。そして、凹溝３６を覆うように押さえ板３９が配置され、この押さえ板３９はボルト４２により保持部材３５に固定されている。図７の符号４３は、ボルト４２の取付孔を示している。

ロッド１６の他方の端部に設けられたヘッド２８は、ロッド１６の外周にあって筒状体１５の内周を軸線方向に摺動自在に配置された筒状部４５を有している。筒状部４５の外周にはその円滑な摺動を図るために、四フッ化エチレン樹脂等からなるすべり材が設けられている。このようなすべり材は、可動端板２４ｂの孔５０の内周にも設けられている。筒状部４５の両端部には端板４６ａ、４６ｂが固定されている。端板４６ａ、４６ｂにはロッド１６の他方の端部を軸線方向に移動自在に受け入れる孔４７ａ、４７ｂが設けられている。

両端板４６ａ、４６ｂ間におけるロッド１６の外周には環状の突起４８が設けられている。この環状突起４８の両側すなわち環状突起４８と端板４６ａ、４６ｂとの間には、緩衝ばねを構成する複数の皿ばね４９ａ、４９ｂがロッド１６を取り囲んで配置されている。この皿ばね４９ａ、４９ｂが配置された状態で、ロッド１６はその先端面が筒状部４５の軸線方向内方側に所定距離ｄだけ引っ込んだ位置にあるように位置決めされている。この距離ｄは、皿ばね４９ａを圧縮させるためのロッド１６の筒状部４５に対する変位しろである。

次に、上記変位制限装置１４の作用について説明する。図２は、建物１０に地震等による変位が生じていない中立時の状態を示し、中立時にはヘッド２８は可動端板２４ａ、２４ｂ間の中央、すなわちヘッド２８の先端面と可動端板２４ａとの間の距離ｓ及びヘッド２８の後端面と可動端板２４ｂとの間の距離ｓがほぼ等しくなる位置にある。

地震等による建物１０の変位すなわち免震装置１３の変位が距離ｓ以内であれば、変位制限装置１４は伸縮はするものの、皿ばね４９ａ、４９ｂやエネルギー吸収部材２９には変位は生じない。なお、変位制限装置１４の伸縮とは、ロッド１６が筒状体１５から引き出される伸長及びロッド１６が筒状体１５内に引き込まれる短縮を意味する。

ここで、免震装置１３の変位が距離ｓを越える地震等が発生すると、変位制限装置１４は図９及び図１０に示すように作動する。図９は変位制限装置１４の短縮時の状態を示し、短縮時にはヘッド２８の端板４６ａが可動端板２４ａに衝突し、まずロッド１６が筒状部４５に対して距離ｄの範囲で変位する。これにより、皿ばね４９ａが圧縮されて、衝撃が緩和される（図９（ａ）の状態）。

そして、皿ばね４９ａの変形が圧縮限界（図示の実施形態ではロッド１６の筒状体４５に対する変位が距離ｄに達したとき）に達すると、ヘッド２８は可動端板２４ａを押圧して切欠き溝２７に沿って移動させようとする。しかしながら、可動端板２４ａにはエネルギー吸収部材２９が連結されているので、エネルギー吸収部材２９は可動端板２４ａの移動に対抗し、ロッド１６の変位すなわち免震装置１３の変位を拘束する。

その一方、エネルギー吸収部材２９は低降伏点鋼からなるので、可動端板２４ａからの引張力により容易に降伏して延びを生じ、可動端板２４ａの移動を許容する（図９（ｂ）の状態）。これにより、建物１０に加わる地震等による振動エネルギーを減衰させることができる。

図１０は変位制限装置１４の伸長時の状態を示し、伸長時にはヘッド２８の端板４６ｂが可動端板２４ｂに衝突し、まずロッド１６が筒状部４５に対して変位する。これにより、皿ばね４９ｂが圧縮されて、衝撃が緩和される（図１０（ａ）の状態）。

そして、皿ばね４９ｂの変形が圧縮限界に達すると、ヘッド２８は可動端板２４ｂを押圧して切欠き溝２７に沿って移動させようとする。しかしながら、可動端板２４ｂには可動端板２４ａと同様にエネルギー吸収部材２９が連結されているので、エネルギー吸収部材２９は可動端板２４ｂの移動に対抗し、ロッド１６の変位すなわち免震装置１３の変位を拘束する。

可動端板２４ｂに連結されたエネルギー吸収部材２９も、可動端板２４ａに連結されたものと同様に低降伏点鋼からなるので、可動端板２４ｂからの引張力によって容易に降伏して延びを生じ、可動端板２４ｂの移動を許容する（図１０（ｂ）の状態）。これにより、建物１０に加わる地震等による振動エネルギーを減衰させることができる。すなわち、変位制限装置１４は、その伸縮作動時の双方において免震装置１３の変位を拘束し、また建物１０に加わる振動エネルギーを減衰させることができる。

上記実施形態によれば、以下のような作用効果を得ることができる。
(1) 変位制限装置は、免震装置の変位が所定値を越えるとエネルギー吸収部材が作動して変位を拘束するので、免震装置の過大な変形が抑止され、建物と擁壁との衝突を回避することができて、建物の大きな揺れや損傷を防止することができる。 (2) エネルギー吸収部材は低降伏点鋼からなるので、建物に加わる振動エネルギーを大きく減衰させることができる。

(3) 可動端板に衝突してエネルギー吸収部材を作動させるロッド端部のヘッドに、緩衝ばねを内蔵させたので、ヘッドが可動端板に衝突するときの衝撃を緩和することができる。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、上記実施形態では、変位制限装置の筒状体を建物にロッドを基礎にそれぞれ連結したが、これとは逆に筒状体を基礎にロッドを建物にそれぞれ連結してもよい。また、変位制限装置は、中間層に免震層が位置する建物において免震層を挟む上部構造と下部構造との間に設置することもできる。この発明による変位制限装置は、免震建物に適用するに限らず、互いに対向する面を持つ２つの構造物間に生じる相対変位を制限するためであれば、他の用途にも適用できる。

１０：建物
１１：基礎
１２：擁壁
１３：免震装置（積層ゴム支承）
１４：変位制限装置
１５：筒状体
１６：ロッド
２４ａ、２４ｂ：可動端板
２６：突起
２７：切欠き溝
２８：ヘッド
２９：エネルギー吸収部材

Claims (6)

1. 互いに対向する面を持つ２つの構造物に生じる、前記面に平行な方向の相対変位を制限する装置であって、
   前記面にほぼ平行に配置され、一方の前記構造物の前記面に一方の端部が連結された筒状体と、
   前記面にほぼ平行に配置され、他方の前記構造物の前記面に一方の端部が連結されたロッドとを備え、
   前記筒状体の両端部には、該筒状体の軸線に対して直角であって軸線方向に移動自在に、外周に複数の突起を有する可動端板が設けられ、この可動端板は前記筒状体の両端部に周方向に間隔を置いて設けられた、該筒状体の軸線方向に延びる複数の切欠き溝に前記突起が嵌め込まれることにより、案内されて移動自在となっており、
   前記ロッドの他方の端部は前記筒状体の他方の端部の前記可動端板を軸線方向に移動自在に貫通して、前記筒状体の内方に挿入され、
   前記ロッドの前記他方の端部には、前記筒状体の内周を軸線方向に摺動自在であって前記可動端板を移動させるヘッドが設けられ、
   前記可動端板の前記突起と前記筒状体の外周中間部との間に該筒状体の軸線方向に延びる、低降伏点鋼からなるエネルギー吸収部材が設けられていることを特徴とする変位制限装置。
2. 前記ヘッドには、前記ロッドの移動によって該ヘッドが前記可動端板に衝突すると、弾性変形する緩衝ばねが内蔵されていることを特徴とする請求項１記載の変位制限装置。
3. 前記ヘッドは、前記ロッドの前記他方の端部外周であって前記筒状体の内周を軸線方向に摺動自在に配置された筒状部と、前記筒状部の両端部に設けられ、前記ロッドの前記他方の端部が軸線方向に移動自在な孔を有する端板と、前記両端板間における前記ロッド外周に設けられた環状突起とを備え、
   前記緩衝ばねは前記各端板と前記環状突起との間に設けられていることを特徴とする請求項２記載の変位制限装置。
4. 前記緩衝ばねは、前記ロッドを取り囲んで配置された皿ばねからなることを特徴とする請求項３記載の変位制限装置。
5. 前記２つの構造物は、免震建物における建物及び基礎であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１記載の変位制限装置。
6. 前記２つの構造物は、中間層に免震層が位置する免震建物における、前記免震層を挟む上部構造及び下部構造であることを特徴とする請求項１～４のいずれか１記載の変位制限装置。

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