JP7703922B2

JP7703922B2 - Seismic isolation structure

Info

Publication number: JP7703922B2
Application number: JP2021109493A
Authority: JP
Inventors: 智大佐々木; 優也青山; 正貴湯川
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2025-07-08
Anticipated expiration: 2041-06-30
Also published as: JP2023006743A

Description

本発明は、下部構造物と上部構造物との間に設けられる免震構造に関する。 The present invention relates to a seismic isolation structure installed between a lower structure and a superstructure.

建築物などの構造物において、地震の際に地面から伝達される振動を低減するために、基礎などの下部構造物と上部構造物との間に免震構造を設けるようにしたものが知られている。 In buildings and other structures, it is known to provide a seismic isolation structure between a substructure, such as a foundation, and a superstructure in order to reduce vibrations transmitted from the ground during an earthquake.

このような免震構造として、従来、下部構造物に固定された複数の斜めバーと、上部構造物に固定された複数の逆斜めバーと、斜めバーの上端に設けられた上部ケーシングと逆斜めバーの下端に設けられて上部ケーシングよりも下方に配置された下部ケーシングとに連結された引張材（連結部材）とを有し、下部構造物に対して上部構造物を引張材により単振り子式に支持するようにした構成のものが知られている（例えば特許文献１参照）。 A known example of such a seismic isolation structure is one that has multiple diagonal bars fixed to the lower structure, multiple inverted diagonal bars fixed to the upper structure, and tension members (connecting members) connected to an upper casing attached to the upper ends of the diagonal bars and a lower casing attached to the lower ends of the inverted diagonal bars and positioned lower than the upper casing, and that supports the upper structure relative to the lower structure in a simple pendulum manner using the tension members (see, for example, Patent Document 1).

特開平２－３５１４１号公報Japanese Patent Application Publication No. 2-35141

免震構造は、一般的に、固有周期を長くすることで免震性能を高めることができる。上記従来の免震構造では、引張材によって構成される振り子の長さによって固有周期が決まるので、より高い免震性能を得るためには引張材をより長くする必要がある。 In general, the seismic isolation performance of a seismic isolation structure can be improved by lengthening the natural period. In the conventional seismic isolation structure described above, the natural period is determined by the length of the pendulum formed by the tension member, so in order to obtain higher seismic isolation performance, the tension member needs to be made longer.

しかし、上記従来の免震構造において引張材を長くするためには、下部構造物と上部構造物との間の上下方向のスペースを大きくする必要がある。そのため、建築物の１階床高さを高くしたり、基礎の底盤の位置をより深くしたりする必要があり、その分、免震構造を設置するためのコストが増加してしまうという問題点があった。 However, in order to lengthen the tensile members in the above-mentioned conventional seismic isolation structure, it is necessary to increase the vertical space between the lower structure and the upper structure. This requires increasing the height of the first floor of the building and deepening the base of the foundation, which creates the problem of increased costs for installing the seismic isolation structure.

本発明は、引張材を長くすることなく固有周期を長周期化することが可能な免震構造を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a seismic isolation structure that can lengthen the natural period without lengthening the tension members.

本発明の免震構造は、下部構造物と上部構造物との間に設けられる免震構造であって、前記上部構造物に固定された上側構造と、前記下部構造物に固定された下側構造と、前記上側構造の下端部の上側構造下端部と、前記下側構造の上端部の下側構造上端部と、に支持された引張材と、前記下側構造上端部と前記引張材の上端部との間に設けられ、前記引張材を前記下側構造上端部に対して免震支承する免震支承装置と、を有し、前記免震支承装置が滑り支承であることを特徴とする。 The seismic isolation structure of the present invention is a seismic isolation structure installed between a lower structure and an upper structure, and comprises an upper structure fixed to the upper structure, a lower structure fixed to the lower structure, a tension member supported on the lower end of the upper structure at the lower end of the upper structure and the upper end of the lower structure at the upper end of the lower structure, and a seismic isolation bearing device installed between the upper end of the lower structure and the upper end of the tension member, which seismically supports the tension member against the upper end of the lower structure, and is characterized in that the seismic isolation bearing device is a sliding bearing .

本発明によれば、引張材を長くすることなく固有周期を長周期化することが可能な免震構造を提供することができる。 The present invention provides a seismic isolation structure that can lengthen the natural period without lengthening the tension members.

本発明の一実施形態に係る免震構造の構成を模式的に示した正面図である。1 is a front view showing a schematic configuration of a seismic isolation structure according to one embodiment of the present invention; 図１に示す免震支承装置の拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the seismic isolation bearing device shown in FIG. 1 . （ａ）は、図２に示す免震支承装置の平面図であり、（ｂ）は、図２に示すＡ－Ａ線に沿う断面図である。3A is a plan view of the seismic isolation bearing device shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. 図１に示す弾性支持部材の拡大断面図である。2 is an enlarged cross-sectional view of the elastic support member shown in FIG. 1 . 図１に示す免震構造の、免震動作を行っている状態を示した正面図である。2 is a front view showing the seismic isolation structure shown in FIG. 1 in a state in which the seismic isolation operation is being performed. 図５に示すＢ－Ｂ線に沿う断面図である。6 is a cross-sectional view taken along line BB shown in FIG. 5.

以下、本発明に係る免震構造について、図面を参照しつつ詳細に例示説明する。 The seismic isolation structure according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

図１に示すように、本発明の一実施形態である免震構造１は、下部構造物２と上部構造物３との間に設けられる。免震構造１は、地面から下部構造物２を介して上部構造物３に伝達される水平方向の振動を低減することができる。 As shown in FIG. 1, a seismic isolation structure 1, which is one embodiment of the present invention, is provided between a substructure 2 and an upper structure 3. The seismic isolation structure 1 can reduce horizontal vibrations transmitted from the ground to the upper structure 3 via the substructure 2.

免震構造１は、下部構造物２と上部構造物３との間に、３体以上設置することで、上部構造物３を安定的に支持することが可能となる。複数の免震構造１を下部構造物２と上部構造物３との間に配置する際の配置パターンや配置数は、適宜変更可能である。 By installing three or more seismic isolation structures 1 between the lower structure 2 and the upper structure 3, it becomes possible to stably support the upper structure 3. The arrangement pattern and number of multiple seismic isolation structures 1 arranged between the lower structure 2 and the upper structure 3 can be changed as appropriate.

下部構造物２は、地面に直接または間接に固着した構造物である。上部構造物３は、下部構造物２の上方に構築された構造物である。本実施の形態では、下部構造物２は建築物の基礎であり、上部構造物３は例えばビルディング、倉庫、木造の建物などの建築物である。 The substructure 2 is a structure that is directly or indirectly fixed to the ground. The superstructure 3 is a structure that is constructed above the substructure 2. In this embodiment, the substructure 2 is the foundation of a building, and the superstructure 3 is a building such as a building, a warehouse, or a wooden structure.

なお、下部構造物２は、地面に固着した構造物であれば、建築物の基礎に限らず、例えば建築物の下層階を構成する部分などの他の構造物であってもよい。下部構造物２を建築物の下層階を構成する部分とした場合には、上部構造物３は建築物の上層階を構成する部分である。 The substructure 2 is not limited to the foundation of a building, and may be any other structure, such as a part that constitutes the lower floors of a building, as long as it is a structure fixed to the ground. If the substructure 2 is a part that constitutes the lower floors of a building, the superstructure 3 is a part that constitutes the upper floors of the building.

免震構造１は、上側構造１０、下側構造２０、引張材３０及び免震支承装置４０を備えている。 The seismic isolation structure 1 comprises an upper structure 10, a lower structure 20, a tension member 30, and a seismic isolation bearing device 40.

上側構造１０は、上部構造物３に固定されている。上側構造１０は、例えば、２本の傾斜する柱部１０ａの下端を互いに接合し、これらの柱部１０ａの上端において上部構造物３に固定されたトラス構造とすることができる。上側構造１０は、例えば鋼材等により、上部構造物３の荷重を支持可能な所定の剛性を有するように構成される。上側構造１０の下端部は、上側構造下端部１０ｂとなっている。 The upper structure 10 is fixed to the superstructure 3. The upper structure 10 can be, for example, a truss structure in which the lower ends of two inclined columns 10a are joined together and the upper ends of these columns 10a are fixed to the superstructure 3. The upper structure 10 is constructed, for example, from steel material, etc., so as to have a predetermined rigidity capable of supporting the load of the superstructure 3. The lower end of the upper structure 10 is the upper structure lower end 10b.

上側構造１０は、下端部に上側構造下端部１０ｂを備えて上部構造物３に固定される構成であれば、上記したトラス構造に限らず、例えば門型の構成とするなど、その形状ないし構成は種々変更可能である。 As long as the upper structure 10 has an upper structure lower end 10b at its lower end and is fixed to the superstructure 3, its shape and configuration can be modified in various ways, such as a gate-shaped configuration, and is not limited to the truss structure described above.

下側構造２０は、下部構造物２に固定されている。下側構造２０は、例えば、２本の傾斜する柱部２０ａの上端を互いに接合し、これらの柱部２０ａの下端において下部構造物２に固定されたトラス構造とすることができる。下側構造２０は、例えば鋼材等により、上部構造物３の荷重を支持可能な所定の剛性を有するように構成される。下側構造２０の上端部は、下側構造上端部２０ｂとなっている。下側構造上端部２０ｂは、上側構造下端部１０ｂの上方に所定の間隔を空けて配置されている。 The lower structure 20 is fixed to the lower structure 2. The lower structure 20 can be, for example, a truss structure in which the upper ends of two inclined columns 20a are joined together and the lower ends of these columns 20a are fixed to the lower structure 2. The lower structure 20 is configured, for example, from steel material or the like, so as to have a predetermined rigidity capable of supporting the load of the upper structure 3. The upper end of the lower structure 20 is the lower structure upper end 20b. The lower structure upper end 20b is positioned above the upper structure lower end 10b with a predetermined distance therebetween.

下側構造２０は、上端部に下側構造上端部２０ｂを備えて下部構造物２に固定される構成であれば、上記したトラス構造に限らず、例えば門型の構成とするなど、その形状ないし構成は種々変更可能である。 As long as the lower structure 20 has a lower structure upper end 20b at its upper end and is fixed to the lower structure 2, its shape and configuration can be modified in various ways, such as a gate-shaped configuration, and is not limited to the truss structure described above.

引張材３０は、その下端側において上側構造下端部１０ｂに支持されるとともに上端側において下側構造上端部２０ｂに支持されている。これにより、引張材３０は、下部構造物２に固定された下側構造２０に対して上部構造物３に固定された上側構造１０を吊り下げ保持している。引張材３０は、例えば、鋼材等により上下方向（鉛直方向）に沿って延びるとともに上部構造物３の重量を支持可能な引張り強度を有する棒状のものとすることができるが、上部構造物３の重量を支持可能な引張り強度を有するワイヤー、チェーン等であってもよい。 The tensile member 30 is supported at its lower end by the lower end 10b of the upper structure and at its upper end by the upper end 20b of the lower structure. As a result, the tensile member 30 suspends and holds the upper structure 10 fixed to the upper structure 3 relative to the lower structure 20 fixed to the lower structure 2. The tensile member 30 can be, for example, a rod-shaped member made of steel or the like that extends in the up-down direction (vertical direction) and has a tensile strength capable of supporting the weight of the upper structure 3, but it may also be a wire, chain, or the like that has a tensile strength capable of supporting the weight of the upper structure 3.

引張材３０は、上側構造下端部１０ｂ及下側構造上端部２０ｂのそれぞれに対して、水平方向の何れの方向に向けても傾動可能（回動可能）となっている。これにより、地震などによって下部構造物２が上部構造物３に対して水平方向に振動すると、引張材３０は、当該振動により、上側構造下端部１０ｂと下側構造上端部２０ｂとの間で振り子のように振動方向に傾動することができる。 The tension member 30 can tilt (rotate) in either horizontal direction relative to the lower end 10b of the upper structure and the upper end 20b of the lower structure. As a result, when the lower structure 2 vibrates horizontally relative to the upper structure 3 due to an earthquake or the like, the tension member 30 can tilt in the vibration direction like a pendulum between the lower end 10b of the upper structure and the upper end 20b of the lower structure due to the vibration.

免震支承装置４０は、下側構造上端部２０ｂと引張材３０の上端部３０ａとの間に設けられている。免震支承装置４０は、引張材３０を下側構造上端部２０ｂに対して水平方向に免震支承する。 The seismic isolation bearing device 40 is provided between the upper end 20b of the lower structure and the upper end 30a of the tension member 30. The seismic isolation bearing device 40 supports the tension member 30 in a horizontal direction relative to the upper end 20b of the lower structure.

図２に示すように、本実施形態では、免震支承装置４０は、滑り支承となっている。図２、図３、図４に示すように、本実施形態では、下側構造上端部２０ｂは矩形の板状に形成されており、その上面は水平方向と平行な平らな滑り面４１となっている。下側構造上端部２０ｂの中央には、引張材３０の外径より大きい内径を有する円形の貫通孔４２が設けられており、引張材３０は貫通孔４２を貫通して下側構造上端部２０ｂの上方に突出している。 As shown in Figure 2, in this embodiment, the seismic isolation bearing device 40 is a sliding bearing. As shown in Figures 2, 3, and 4, in this embodiment, the upper end portion 20b of the lower structure is formed in a rectangular plate shape, and its upper surface is a flat sliding surface 41 parallel to the horizontal direction. A circular through hole 42 having an inner diameter larger than the outer diameter of the tension member 30 is provided in the center of the upper end portion 20b of the lower structure, and the tension member 30 passes through the through hole 42 and protrudes above the upper end portion 20b of the lower structure.

滑り面４１の上には、ベースプレート４３が配置されている。ベースプレート４３は、下面の全面において滑り面４１に接する矩形板状の摩擦材４３ａと、摩擦材４３ａが下面に固着された板状の球座受け材４３ｂとを有している。ベースプレート４３は、摩擦材４３ａが滑り面４１上を摺動することで、下側構造上端部２０ｂに対して水平方向に移動することができる。ベースプレート４３の中央には、引張材３０の外径より大きい内径を有するとともに摩擦材４３ａ及び球座受け材４３ｂを上下方向に貫通する円形の貫通孔４３ｃが下側構造上端部２０ｂの貫通孔４２と同軸に設けられており、引張材３０の上端部３０ａは貫通孔４２と貫通孔４３ｃとを貫通してベースプレート４３の上方に突出している。 A base plate 43 is disposed on the sliding surface 41. The base plate 43 has a rectangular plate-shaped friction material 43a that contacts the sliding surface 41 over the entire lower surface, and a plate-shaped ball seat support material 43b to which the friction material 43a is fixed on the lower surface. The base plate 43 can move horizontally relative to the lower structure upper end 20b as the friction material 43a slides on the sliding surface 41. In the center of the base plate 43, a circular through hole 43c is provided coaxially with the through hole 42 of the lower structure upper end 20b, and has an inner diameter larger than the outer diameter of the tension member 30 and penetrates the friction material 43a and the ball seat support material 43b in the vertical direction. The upper end 30a of the tension member 30 penetrates the through hole 42 and the through hole 43c and protrudes above the base plate 43.

球座受け材４３ｂの上面には、貫通孔４３ｃと同軸であるとともに球座受け材４３ｂの上面から下方に向けて凹む半球状の球座受け面４３ｄが設けられている。一方、引張材３０の上端部３０ａには、ナット３１を用いて球座３２が取り付けられている。球座３２は、球座受け面４３ｄと同一の半径を有して下方に向けて突出する半球状となっており、その半球状の外周面３２ａにおいて球座受け面４３ｄに当接している。引張材３０は球座３２の軸心を貫通しており、ナット３１は球座３２の上方において引張材３０にネジ止めされている。球座３２は、ナット３１により、引張材３０に対する上方への移動が規制されている。 The upper surface of the ball seat receiving member 43b is provided with a hemispherical ball seat receiving surface 43d that is coaxial with the through hole 43c and is recessed downward from the upper surface of the ball seat receiving member 43b. On the other hand, the ball seat 32 is attached to the upper end portion 30a of the tension member 30 using a nut 31. The ball seat 32 is hemispherical and protrudes downward with the same radius as the ball seat receiving surface 43d, and its hemispherical outer peripheral surface 32a abuts against the ball seat receiving surface 43d. The tension member 30 passes through the axis of the ball seat 32, and the nut 31 is screwed to the tension member 30 above the ball seat 32. The ball seat 32 is restricted from moving upward relative to the tension member 30 by the nut 31.

本実施形態では、引張材３０は、球座３２の外周面３２ａが球座受け面４３ｄに沿って摺動することで、下側構造上端部２０ｂに対して、水平方向の何れの方向に向けても傾動可能（回動可能）となっている。 In this embodiment, the outer peripheral surface 32a of the ball seat 32 slides along the ball seat receiving surface 43d, so that the tension member 30 can be tilted (rotated) in any horizontal direction relative to the upper end portion 20b of the lower structure.

免震支承装置４０は、地震などによって下部構造物２が上部構造物３に対して水平方向に振動すると、摩擦材４３ａが滑り面４１上を摺動することで、ベースプレート４３が下側構造上端部２０ｂに対して水平方向に移動して、引張材３０の下側構造上端部２０ｂに支持される位置を水平方向に変化させることができる。 When the lower structure 2 vibrates horizontally relative to the upper structure 3 due to an earthquake or other event, the friction material 43a of the seismic isolation bearing device 40 slides on the sliding surface 41, causing the base plate 43 to move horizontally relative to the upper end 20b of the lower structure, thereby horizontally changing the position at which the tension member 30 is supported by the upper end 20b of the lower structure.

免震構造１は、上側構造下端部１０ｂと引張材３０の下端部３０ｂとの間または免震支承装置４０と引張材３０の上端部３０ａとの間に、上下方向免震用の弾性支持部材５０を備えた構成とすることができる。本実施形態では、上側構造下端部１０ｂと引張材３０の下端部３０ｂとの間に上下方向免震用の弾性支持部材５０を備えた構成とした場合を示す。 The seismic isolation structure 1 can be configured to include an elastic support member 50 for vertical seismic isolation between the lower end 10b of the upper structure and the lower end 30b of the tension member 30, or between the seismic isolation bearing device 40 and the upper end 30a of the tension member 30. In this embodiment, the case is shown where an elastic support member 50 for vertical seismic isolation is provided between the lower end 10b of the upper structure and the lower end 30b of the tension member 30.

図４に示すように、本実施形態では、上側構造下端部１０ｂは板状に形成されており、その中央には、引張材３０の外径より大きい内径を有する円形の貫通孔１０ｃが設けられている。引張材３０は、貫通孔１０ｃを貫通して上側構造下端部１０ｂの下方に突出している。引張材３０の上側構造下端部１０ｂの下方に突出した下端部３０ｂには、上側構造下端部１０ｂに所定の間隔を空けて対向するフランジ５１が固定されている。 As shown in FIG. 4, in this embodiment, the upper structure lower end 10b is formed in a plate shape, and a circular through hole 10c having an inner diameter larger than the outer diameter of the tension member 30 is provided in the center. The tension member 30 passes through the through hole 10c and protrudes below the upper structure lower end 10b. A flange 51 is fixed to the lower end 30b of the tension member 30 protruding below the upper structure lower end 10b, facing the upper structure lower end 10b with a predetermined gap therebetween.

弾性支持部材５０は圧縮コイルバネあり、上側構造下端部１０ｂとフランジ５１との間に圧縮された状態で配置されている。弾性支持部材５０は、地震などによって下部構造物２が上部構造物３に対して上下方向（鉛直方向）に振動したときに、弾性変形によって伸縮することで、当該振動による下部構造物２と上部構造物３との間隔の変化に応じて上側構造下端部１０ｂと下側構造上端部２０ｂとの間の引張材３０の長さを変化させて、当該鉛直方向の振動が下部構造物２から上部構造物３に伝達されることを抑制することができる。弾性支持部材５０は圧縮コイルバネに限らず、例えば上下方向に複数枚重ねられた皿バネなどの他の弾性部材であってもよい。 The elastic support member 50 is a compression coil spring, and is arranged in a compressed state between the lower end 10b of the upper structure and the flange 51. When the lower structure 2 vibrates in the up-down direction (vertical direction) relative to the upper structure 3 due to an earthquake or the like, the elastic support member 50 expands and contracts due to elastic deformation, thereby changing the length of the tension member 30 between the lower end 10b of the upper structure and the upper end 20b of the lower structure in response to the change in the distance between the lower structure 2 and the upper structure 3 due to the vibration, thereby suppressing the transmission of the vertical vibration from the lower structure 2 to the upper structure 3. The elastic support member 50 is not limited to a compression coil spring, and may be another elastic member, such as a plurality of disc springs stacked in the up-down direction.

本実施形態では、引張材３０は、貫通孔１０ｃを支点として上側構造下端部１０ｂにより支持されつつ弾性支持部材５０が傾斜方向に弾性変形することで、上側構造下端部１０ｂに対して、水平方向の何れの方向に向けても傾動可能（回動可能）となっている。 In this embodiment, the tension member 30 is supported by the lower end portion 10b of the upper structure with the through hole 10c as a fulcrum, and the elastic support member 50 elastically deforms in the tilting direction, so that the tension member 30 can be tilted (rotated) in any horizontal direction relative to the lower end portion 10b of the upper structure.

図５に示すように、上記構成を有する本実施形態の免震構造１は、地震などによって下部構造物２が上部構造物３に対して水平方向に振動すると、引張材３０が当該振動によって上側構造下端部１０ｂと下側構造上端部２０ｂとの間で振り子のように振動方向に傾動することで免震動作して、下部構造物２の振動が上部構造物３に伝達されることを抑制することができる。 As shown in FIG. 5, when the lower structure 2 vibrates horizontally relative to the upper structure 3 due to an earthquake or the like, the seismic isolation structure 1 of this embodiment performs seismic isolation by causing the tension member 30 to tilt in the vibration direction like a pendulum between the lower end 10b of the upper structure and the upper end 20b of the lower structure due to the vibration, thereby preventing the vibration of the lower structure 2 from being transmitted to the upper structure 3.

また、上記構成を有する本実施形態の免震構造１は、下側構造上端部２０ｂと引張材３０の上端部３０ａとの間に、引張材３０の振り子動作による免震機構に対して直列に、免震支承装置４０を設けているので、地震などによって下部構造物２が上部構造物３に対して水平方向に振動すると、図５、図６に示すように、摩擦材４３ａが滑り面４１上を摺動することで、ベースプレート４３が下側構造上端部２０ｂに対して水平方向に移動して、引張材３０の下側構造上端部２０ｂに支持される位置が、引張材３０の傾動動作（振り子動作）に合わせて水平方向に変化することになる。これにより、図５に示すように、免震動作時における引張材３０の振り子動作による回転半径Ｒ１は、免震支承装置４０が設けられない場合の回転半径Ｒ２に対し、ベースプレート４３が下側構造上端部２０ｂに対して水平方向に移動する分だけ大きくなる。よって、水平方向の振動に対する免震構造１の固有周期は、免震支承装置４０が設けられない場合に比べて長周期化することになる。 In addition, the seismic isolation structure 1 of this embodiment having the above configuration is provided with a seismic isolation bearing device 40 between the upper end 20b of the lower structure and the upper end 30a of the tension member 30 in series with the seismic isolation mechanism based on the pendulum movement of the tension member 30. Therefore, when the lower structure 2 vibrates horizontally relative to the upper structure 3 due to an earthquake or the like, as shown in Figures 5 and 6, the friction material 43a slides on the sliding surface 41, causing the base plate 43 to move horizontally relative to the upper end 20b of the lower structure, and the position supported by the upper end 20b of the lower structure of the tension member 30 changes horizontally in accordance with the tilting movement (pendulum movement) of the tension member 30. As a result, as shown in Figure 5, the rotation radius R1 due to the pendulum movement of the tension member 30 during seismic isolation operation is larger than the rotation radius R2 when the seismic isolation bearing device 40 is not provided by the amount of horizontal movement of the base plate 43 relative to the upper end 20b of the lower structure. Therefore, the natural period of the seismic isolation structure 1 with respect to horizontal vibrations becomes longer than when the seismic isolation bearing device 40 is not installed.

このように、本実施形態の免震構造１では、下側構造上端部２０ｂと上側構造下端部１０ｂとに支持された引張材３０の振り子動作による免震機構に加えて、下側構造上端部２０ｂと引張材３０の上端部３０ａとの間に、引張材３０を下側構造上端部２０ｂに対して免震支承する免震支承装置４０を設けた構成としたので、引張材３０を長くすることなく、免震構造１の免震動作の際の固有周期を長周期化することができる。 In this way, in the seismic isolation structure 1 of this embodiment, in addition to the seismic isolation mechanism using the pendulum action of the tension member 30 supported by the upper end 20b of the lower structure and the lower end 10b of the upper structure, a seismic isolation support device 40 is provided between the upper end 20b of the lower structure and the upper end 30a of the tension member 30 to provide seismic support for the upper end 20b of the lower structure. This makes it possible to lengthen the natural period during the seismic isolation operation of the seismic isolation structure 1 without lengthening the tension member 30.

また、上記構成を有する本実施形態の免震構造１では、引張材３０を長くすることなく免震動作の際の固有周期を長周期化することができるので、下部構造物２と上部構造物３との間の上下方向のスペースを拡大するために、建築物の１階床高さを高くしたり、基礎の底盤の位置をより深くしたりすることを不要として、免震構造１を設置するためのコストを低減することができる。 In addition, in the seismic isolation structure 1 of this embodiment having the above configuration, the natural period during seismic isolation operation can be lengthened without lengthening the tension member 30, so there is no need to increase the floor height of the first floor of the building or deepen the position of the base of the foundation in order to expand the vertical space between the lower structure 2 and the upper structure 3, and the cost of installing the seismic isolation structure 1 can be reduced.

さらに、本実施形態の免震構造１では、トラス構造とされた上側構造１０の内側に免震支承装置４０を配置することができるので、免震支承装置４０を配置するためのスペースを小さくすることができ、また、上部構造物３を建築物とした場合には、建築物の居住空間等に免震支承装置４０を配置することを不要として、建築物の空間を有効に利用することが可能となる。 Furthermore, in the seismic isolation structure 1 of this embodiment, the seismic isolation bearing device 40 can be placed inside the upper structure 10, which is a truss structure, so the space required to place the seismic isolation bearing device 40 can be reduced. Also, if the upper structure 3 is a building, it is not necessary to place the seismic isolation bearing device 40 in the living space of the building, making it possible to effectively use the space in the building.

このように、本実施形態の免震構造１によれば、設置コストを高めることなく、固有周期を長周期化して免震構造１の免震性能を高めることができる。 In this way, with the seismic isolation structure 1 of this embodiment, the natural period can be lengthened and the seismic isolation performance of the seismic isolation structure 1 can be improved without increasing installation costs.

免震構造１の、水平方向の振動に対する固有周期Ｔは、以下の通りとなる。 The natural period T of the seismic isolation structure 1 for horizontal vibration is as follows:

すなわち、上記構成を有する本実施形態の免震構造１において、引張材３０の振り子動作時における振り子角度θが小さい場合には、ｓｉｎθ≒θとなるため、引張材３０の振り子動作による免震機構の水平剛性Ｋ_ｐは、引張材３０の支持重量をｍｇ、引張材３０の振り子長さ（引張材３０の球座３２の中心から上側構造下端部１０ｂまでの長さ）をＬとすると、以下の（式１）となる。 In other words, in the seismic isolation structure 1 of this embodiment having the above-mentioned configuration, when the pendulum angle θ during pendulum movement of the tension member 30 is small, sin θ ≒ θ, so the horizontal rigidity _Kp of the seismic isolation mechanism due to the pendulum movement of the tension member 30 is given by the following (Equation 1), where the supporting weight of the tension member 30 is mg and the pendulum length of the tension member 30 (the length from the center of the spherical seat 32 of the tension member 30 to the lower end portion 10b of the upper structure) is L.

［数式］
Ｋ_ｐ＝ｍｇ／Ｌ（式１） [Formula]
K _p =mg/L (Formula 1)

一方、免震支承装置４０の等価剛性Ｋ_ｓは、免震支承装置４０の水平方向への変位量をｄ、摩擦材４３ａと滑り面４１との間の摩擦係数をμとすると、以下の（式２）となる。 On the other hand, the equivalent stiffness _Ks of the seismic isolation bearing device 40 is given by the following (Equation 2), where d is the horizontal displacement of the seismic isolation bearing device 40 and μ is the friction coefficient between the friction material 43a and the sliding surface 41.

［数式］
Ｋ_ｓ＝μＮ／ｄ＝μｍｇｃｏｓ^２θ／ｄ（式２） [Formula]
K _s =μN/d=μmgcos ² θ/d (Formula 2)

なお、引張材３０の振り子動作時における張力をＦ_ｔとすると、Ｆ_ｔ＝ｍｇｃｏｓθ、Ｎ＝Ｆ_ｔｃｏｓθとなるので、引張材３０による振り子機構と免震支承装置４０とが直列配置となる免震構造１の全体の剛性Ｋは、１／Ｋ＝１／Ｋ_ｐ+１／Ｋ_ｓ＝（μＬｃｏｓ^２θ+ｄ）／μｍｇｃｏｓ^２θから、以下の（式３）となる。 If the tension of the tension member 30 during pendulum motion is _Ft , then _Ft = mgcos θ and N = Ft cos _θ . Therefore, the overall rigidity K of the seismic isolation structure 1 in which the pendulum mechanism formed by the tension member 30 and the seismic isolation bearing device 40 are arranged in series is given by the following (Equation 3), since 1/K = 1/ _Kp + 1/ _Ks = ( ^μLcos2θ +d)/ ^μmgcos2θ .

［数式］
Ｋ＝μｍｇｃｏｓ^２θ／（μＬｃｏｓ^２θ+ｄ）（式３） [Formula]
K=μmgcos ² θ/(μLcos ² θ+d) (Formula 3)

よって、免震構造１の、水平方向の振動に対する固有周期Ｔは、以下の（式４）となる。 Therefore, the natural period T of the seismic isolation structure 1 for horizontal vibration is given by the following (Equation 4).

［数式］
Ｔ＝２π／ω＝２π｛（μＬｃｏｓ^２θ+ｄ）／μｇｃｏｓ^２θ｝^１／２＝２π｛（Ｌ／ｇ）+（ｄ／μｇｃｏｓ^２θ）｝^１／２（式４） [Formula]
T=2π/ω=2π{(μLcos ² θ+d)/μgcos ² θ} ^1/2 =2π{(L/g)+(d/μgcos ² θ)} ^1/2 (Formula 4)

このように、免震構造１の、水平方向の振動に対する固有周期Ｔは、免震支承装置４０が設けられない場合の固有周期２π（Ｌ／ｇ）^１／２より伸長されている。 In this way, the natural period T of the seismic isolation structure 1 for horizontal vibration is extended from the natural period 2π(L/g) ^1/2 when the seismic isolation bearing device 40 is not provided.

上記構成を有する本実施形態の免震構造１においては、摩擦材４３ａと滑り面４１との間の摩擦係数μは、種々変更可能である。 In the seismic isolation structure 1 of this embodiment having the above configuration, the friction coefficient μ between the friction material 43a and the sliding surface 41 can be changed in various ways.

例えば、摩擦係数μを比較的小さく設定することにより、地震などによって下部構造物２が上部構造物３に対して水平方向に振動したときに、免震支承装置４０が積極的に免振動作を行うようにして、固有周期Ｔが長周期化した免震構造１によって、当該振動が上部構造物３に伝達されることを効果的に抑制することができる。この場合、免震支承装置４０には復元機能がないため、小さな地震の後であってもジャッキ等を用いて免震支承装置４０を原点位置に復帰させる必要が生じる。 For example, by setting the friction coefficient μ to a relatively small value, when the lower structure 2 vibrates horizontally relative to the upper structure 3 due to an earthquake or the like, the seismic isolation bearing device 40 actively performs seismic isolation operation, and the seismic isolation structure 1, which has a long natural period T, can effectively suppress the transmission of the vibration to the upper structure 3. In this case, since the seismic isolation bearing device 40 does not have a restoring function, it becomes necessary to use a jack or the like to return the seismic isolation bearing device 40 to its original position even after a small earthquake.

これに対し、摩擦係数μを比較的大きく設定することにより、免震支承装置４０をフェイルセーフとして使用することもできる。すなわち、摩擦係数μを比較的大きく設定することにより、小地震の際には摩擦材４３ａが滑り面４１に対して摺動せず、所定の震度以上の大地震の際にのみ摩擦材４３ａが滑り面４１に対して摺動する構成とすることもできる。この場合、小地震の際には、免震支承装置４０が作動しないので、免震構造１の固有周期Ｔを長周期化することはできないが、小地震の後に、免震支承装置４０の復元作業を不要とすることができる。一方、大地震の際には、摩擦材４３ａが滑り面４１に対して摺動することで、免震構造１の固有周期Ｔを長周期化して、大地震による大きな振動を免震構造１によって効果的に免振することができる。また、摩擦係数μを比較的大きくすることにより、免震動作時に摩擦材４３ａと滑り面４１との間に生じる摩擦抵抗を大きくして、振動を減衰する効果を得ることができる。 On the other hand, by setting the friction coefficient μ to a relatively large value, the seismic isolation bearing device 40 can be used as a fail-safe. That is, by setting the friction coefficient μ to a relatively large value, the friction material 43a does not slide against the sliding surface 41 during a small earthquake, and the friction material 43a slides against the sliding surface 41 only during a large earthquake of a predetermined seismic intensity or more. In this case, since the seismic isolation bearing device 40 does not operate during a small earthquake, the natural period T of the seismic isolation structure 1 cannot be lengthened, but the restoration work of the seismic isolation bearing device 40 after a small earthquake can be eliminated. On the other hand, during a large earthquake, the friction material 43a slides against the sliding surface 41, lengthening the natural period T of the seismic isolation structure 1, and the large vibrations caused by the large earthquake can be effectively isolated by the seismic isolation structure 1. In addition, by setting the friction coefficient μ to a relatively large value, the friction resistance generated between the friction material 43a and the sliding surface 41 during seismic isolation operation can be increased, and the effect of damping vibrations can be obtained.

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various modifications are possible without departing from the spirit of the invention.

例えば、免震支承装置４０は、滑り支承に限らず、例えば、転がり支承、積層ゴム支承など、水平方向の振動を免震できるものであれば、他の構成のものであってもよい。 For example, the seismic isolation bearing device 40 is not limited to a sliding bearing, but may be of other configurations, such as a rolling bearing or laminated rubber bearing, as long as it can isolate horizontal vibrations.

免震支承装置４０として球面転がり支承を用いる場合には、下側構造上端部２０ｂと球座受け材４３ｂとの間に、摩擦材４３ａに替えて、それぞれ球面を備えた上皿と下皿とを互いの球面を対向させて上下に配置し、これらの上皿と下皿との間に球面に接する駒を配置する。この場合、免震支承装置４０の球面の半径（回転半径）は、引張材３０の免震支承装置４０が免振動作していないときの回転半径Ｒ２よりも大きく設定する。免震支承装置４０として球面転がり支承を用いることで、地震の後に、免震支承装置４０を自動的に原点位置に復帰させることができる。 When using a spherical rolling bearing as the seismic isolation bearing device 40, instead of the friction material 43a, an upper plate and a lower plate each having a spherical surface are placed above and below each other with the spherical surfaces facing each other between the upper end portion 20b of the lower structure and the ball seat receiving material 43b, and a piece that contacts the spherical surfaces is placed between the upper plate and the lower plate. In this case, the radius (radius of rotation) of the spherical surface of the seismic isolation bearing device 40 is set to be larger than the radius of rotation R2 of the tension member 30 when the seismic isolation bearing device 40 is not performing seismic isolation. By using a spherical rolling bearing as the seismic isolation bearing device 40, the seismic isolation bearing device 40 can be automatically returned to its original position after an earthquake.

免震支承装置４０として積層ゴム支承を用いる場合には、下側構造上端部２０ｂと球座受け材４３ｂとの間に、摩擦材４３ａに替えて積層ゴム支承を配置する。積層ゴム支承としては、これに加わる回転荷重に抗するために、扁平な形状のものを用いるのが好ましい。免震支承装置４０として積層ゴム支承を用いることで、地震の後に、免震支承装置４０を原点位置に容易に復帰させることができる。また、積層ゴム支承として、高減衰ゴムを使用したものを用いることで、免震支承装置４０に減衰機能を付与することもできる。 When using a laminated rubber bearing as the seismic isolation bearing device 40, the laminated rubber bearing is placed between the upper end portion 20b of the lower structure and the ball seat support material 43b in place of the friction material 43a. It is preferable to use a laminated rubber bearing with a flat shape in order to resist the rotational load applied to it. By using a laminated rubber bearing as the seismic isolation bearing device 40, the seismic isolation bearing device 40 can be easily returned to its original position after an earthquake. In addition, by using a laminated rubber bearing that uses high damping rubber, it is possible to impart a damping function to the seismic isolation bearing device 40.

免震構造１は、上下方向免震用の弾性支持部材５０を、上側構造下端部１０ｂと引張材３０の下端部３０ｂとの間に設けた構成に限らず、上下方向免震用の弾性支持部材５０を、免震支承装置４０と引張材３０の上端部３０ａとの間に設けた構成としてもよい。また、免震構造１は、弾性支持部材５０を備えない構成とすることもできる。これらの場合、引張材３０の下端部３０ｂは、例えばピン接合、ユニバーサルジョイント、リング部材など、上側構造下端部１０ｂに引張荷重を伝達でき且つ引張材３０を上側構造下端部１０ｂに対して傾動可能（回動可能）とする種々の連結構造によって上側構造下端部１０ｂに連結した構成とすることができる。 The seismic isolation structure 1 is not limited to a configuration in which the elastic support member 50 for vertical seismic isolation is provided between the lower end 10b of the upper structure and the lower end 30b of the tension member 30, but may be a configuration in which the elastic support member 50 for vertical seismic isolation is provided between the seismic isolation bearing device 40 and the upper end 30a of the tension member 30. The seismic isolation structure 1 may also be configured without the elastic support member 50. In these cases, the lower end 30b of the tension member 30 may be connected to the lower end 10b of the upper structure by various connecting structures such as pin joints, universal joints, ring members, etc., which can transmit tensile loads to the lower end 10b of the upper structure and allow the tension member 30 to tilt (rotate) relative to the lower end 10b of the upper structure.

上記実施形態では、上側構造１０及び下側構造２０を、それぞれ２本の柱部１０ａ、２０ａを有するトラス構造として説明したが、上側構造１０及び下側構造２０は、各々３本以上の柱部１０ａ、２０ａを有するトラス構造であってもよい。上側構造１０及び下側構造２０を、各々３本以上の柱部１０ａ、２０ａを有するトラス構造とすることで、より安定した免震構造１とすることができる。また、上側構造１０及び下側構造２０を各々１本の柱部１０ａ、２０ａを有する構成とした場合であっても、免震構造１を３体以上設置することで、上部構造物３を安定的に支持することができる。 In the above embodiment, the upper structure 10 and the lower structure 20 are described as truss structures each having two columns 10a, 20a, but the upper structure 10 and the lower structure 20 may each be truss structures each having three or more columns 10a, 20a. By making the upper structure 10 and the lower structure 20 a truss structure each having three or more columns 10a, 20a, a more stable seismic isolation structure 1 can be obtained. Furthermore, even if the upper structure 10 and the lower structure 20 are each configured to have one column 10a, 20a, by installing three or more seismic isolation structures 1, the upper structure 3 can be stably supported.

１免震構造
２下部構造物
３上部構造物
１０上側構造
１０ａ柱部
１０ｂ上側構造下端部
１０ｃ貫通孔
２０下側構造
２０ａ柱部
２０ｂ下側構造上端部
３０引張材
３０ａ上端部
３０ｂ下端部
３１ナット
３２球座
３２ａ外周面
４０免震支承装置
４１滑り面
４２貫通孔
４３ベースプレート
４３ａ摩擦材
４３ｂ球座受け材
４３ｃ貫通孔
４３ｄ球座受け面
５０弾性支持部材
５１フランジ
Ｒ１回転半径
Ｒ２回転半径 REFERENCE SIGNS LIST 1 seismic isolation structure 2 lower structure 3 upper structure 10 upper structure 10a column 10b lower end of upper structure 10c through hole 20 lower structure 20a column 20b upper end of lower structure 30 tension member 30a upper end 30b lower end 31 nut 32 ball seat 32a outer circumferential surface 40 seismic isolation bearing device 41 sliding surface 42 through hole 43 base plate 43a friction material 43b ball seat receiving material 43c through hole 43d ball seat receiving surface 50 elastic support member 51 flange R1 turning radius R2 turning radius

Claims

A seismic isolation structure provided between a lower structure and an upper structure,
an upper structure fixed to the upper structure;
a lower structure fixed to the lower structure;
A tension member supported by an upper structure lower end portion of a lower end portion of the upper structure and a lower structure upper end portion of an upper end portion of the lower structure;
a seismic isolation bearing device provided between the upper end of the lower structure and the upper end of the tension member, the seismic isolation bearing device supporting the tension member against the upper end of the lower structure;
having
A seismic isolation structure, characterized in that the seismic isolation bearing device is a sliding bearing.