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JP3713645B2 - 積層ゴムを用いた免震装置 - Google Patents

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JP3713645B2
JP3713645B2 JP11847097A JP11847097A JP3713645B2 JP 3713645 B2 JP3713645 B2 JP 3713645B2 JP 11847097 A JP11847097 A JP 11847097A JP 11847097 A JP11847097 A JP 11847097A JP 3713645 B2 JP3713645 B2 JP 3713645B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば各種建築構造物において地震動の入力を低減するに好適な免震装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、ビルやマンション等の建築構造物において地震発生時の揺れおよびそれによる被害を最小限に抑えるために、各種免震装置が開発されている。
この免震装置には、粘弾性体と鋼板とを上下方向に交互に積層した構造のいわゆる積層ゴムが多く採用されている。積層ゴムは、例えば建物の基礎と、この基礎上に構築される上部躯体との間に介装されており、地震等によって水平方向の入力があったときには、粘弾性体が水平方向に変形することによって上部躯体の振動周期が長期化され、さらに免震装置に併設された減衰装置によって上部躯体の振動エネルギーが吸収されて揺れが抑えられる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の免震装置には以下のような問題点が存在する。すなわち、免震装置として多用されている積層ゴムについて、これを構成する粘弾性体(ゴム)は、上下方向の圧縮強度は十分に大きいものの引張強度が小さい。このため、積層ゴムに上下方向の引張力が過大に作用すると、粘弾性体にクラックや空隙が生れて剛性、強度ともに著しく低下して免震装置としての機能を果たすことができなくなってしまう。
このように上下方向に大きな引張力が作用する構造物としては、例えば超高層ビル等、幅に対する高さの比(アスペクト比)が大きなもののほか、平面視L字形や台形状等の不整形な平面形状を有する建物、地震時の変動軸力が長期荷重より大きくなるもの、大形の屋根を備え強風により浮力が生じるもの等がある。このような構造物には従来の積層ゴムを採用した免震装置を適用することは不可能である。
【0004】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、構造物に上下方向に引張力が作用した場合にも、この引張力による上部躯体の浮き上がりを許容しつつ水平方向に作用する震動を吸収することができる免震装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、基礎上に積層ゴムを介して上部躯体を構築し、該上部躯体の浮き上がりを許容しつつ構造物に水平方向に作用する振動を吸収する免震装置を採用する。
【0007】
の免震装置は、積層ゴムの上部フランジに厚さ方向に貫通する孔を設けるとともに上部躯体の下部にはプレートに面で接するベースプレートを固定し、スプリングワッシャーを通したボルト孔に通してベースプレートに固定した構造を有している。
この免震装置では、水平方向の入力に対しては、ボルトが孔に通されていることから、上部躯体に作用する水平方向の振動が従来通り積層ゴムによって吸収される。また、上下方向の入力に対しては、積層ゴムと上部躯体とをボルトで連結しながらもスプリングワッシャーを使用することで積層ゴムに対する上部躯体の上方への移動が許容され、過大な引張力が積層ゴムに作用しない。
【0010】
【発明の実施の形態】
本発明の免震装置の第1の実施形態を図1および図2に示して説明する。
図1に示す免震装置は、建築構造物の基礎1上に積層ゴム2を介して上部躯体3が構築されたものである。
【0011】
基礎1の上面には積層ゴム2を固定するための基礎側ベースプレート11が固定されている。基礎側ベースプレート11の下面にはスタッドボルト12が複数溶接されており、これらが基礎1を形成するコンクリートに埋設された状態となって基礎側ベースプレート11が基礎1に強固に固定されている。また、基礎側ベースプレート11には厚さ方向に貫通する孔13が基礎1上に円を描くようにして複数設けられ、さらに基礎側ベースプレート11の下面には内側に雌ネジ部が設けられたさや管14が孔13に連通して溶接されており、これらさや管14も基礎1を形成するコンクリートに埋設されている。
【0012】
積層ゴム2は従来のものと同様、下部フランジ21と上部フランジ22との間に減衰部23として円形の鋼板24とゴムシート25とが交互に積層されて構成されており、下部フランジ21を基礎側ベースプレート11上に配して基礎1上に載置されている。
【0013】
下部フランジ21には基礎側ベースプレート11に設けられた孔13に対応する孔26が円を描くように複数設けられており、この孔26を通してさや管14にボルト27が螺着されて下部フランジ21が基礎側ベースプレート11に固定されている。
【0014】
上部フランジ22の上面には積層ゴム2と上部躯体3とを連結するための上部躯体側ベースプレート31が固定されている。上部躯体側ベースプレート31には厚さ方向に貫通し内側に雌ネジ部が設けられた孔32が円を描くように複数設けられている。
【0015】
上部フランジ22には上部躯体側ベースプレート31に設けられた孔32に対応する孔28が円を描くように複数設けられており、この孔28を通して孔32にボルト29が螺着されて上部フランジ22に上部躯体側ベースプレート31が固定されている。
【0016】
上部躯体側ベースプレート31の上面中央には積層ゴム2の仮想軸線に一致する方向に断面円形の鋼管(凸部)33が上方に突出した状態に溶接されており、上部躯体側ベースプレート31上に載置される上部躯体3の下面には、鋼管33の外形に対応し、鋼管33を内側に収めるようにしてこれと嵌合する凹部34が形成されている。
【0017】
鋼管33と凹部34とは僅かな間隙を有して嵌合されており、鋼管33の周面と凹部34との間、さらに上部躯体3の下面と上部躯体側ベースプレート31との間には、上部躯体3と上部躯体側ベースプレート31との縁切りを図る絶縁シート35が全面に渡って介装されている。
【0018】
また、凹部34の内側天面には、鋼管33の周囲に凹部34を形成するためにコンクリート打設前に配置された発泡ポリエチレン製の板材36がそのまま存在している。さらに、図示しないが基礎1と上部躯体3との間には振動エネルギーを吸収する減衰機構が設けられている。
【0019】
上記のように構成された免震装置を備える建築構造物について、図2(a)に示すように地震等によって水平方向の力が作用した場合、鋼管33と凹部34とが嵌合していることから積層ゴム2と上部躯体3とが見かけ上一体化し、積層ゴム2によって上部躯体3の水平方向の振動の周期を長期化させるとともに、減衰機構によって上部躯体3に作用する振動エネルギーを吸収することで建築構造物の免震が図られる。
【0020】
また、図2(b)に示すように地震等によって建築構造物を転倒させようとする力(モーメント)が作用した場合、免震装置には上下方向に圧縮力もしくは引張力が作用する。このとき免震装置は圧縮力に対しては十分な強度が与えられているために積層ゴム2の減衰部23の健全性が保たれる。
また、引張力に対しては、鋼管33と凹部34とが嵌合しているだけで上部躯体3は上部躯体側ベースプレート31に拘束されてはいないために上部躯体3が上部躯体側ベースプレート31に対して上方へ離間し、積層ゴム2への引張力の伝達はなされない。
【0021】
これにより、減衰部23を構成するゴムシート25にクラックや空隙が生じることがなく積層ゴム2の剛性、強度が低下することがない等、減衰部23の健全性が保たれ、建築構造物にどのような地震力が作用しても免震装置としての機能を維持することが可能となる。
【0022】
この結果、従来の積層ゴムを採用した免震装置を適用できなかった箇所や構造物、例えば超高層ビル等、幅に対する高さの比(アスペクト比)が大きなもののほか、平面視L字形や台形状等の不整形な平面形状を有する建物、地震時の変動軸力が長期荷重より大きくなるもの、大形の屋根を有するため強風により浮力が生じるもの等にも、上記の免震装置を適用して免震性能を付与することが可能となる。
また、この免震装置を耐震壁の下部に用いることにより、単身壁の剛性を制御することも可能である。
【0023】
なお、上記のように積層ゴム2に引張剛性がない場合には積層ゴム2の位置に作用する引張軸力は上部躯体3を介して他の積層ゴムに伝達されるように応力再分配がなされる。
【0024】
次に、本発明の免震装置の第2の実施形態を図3に示して説明する。なお、上記第1の実施形態において既に説明した構成については同一符号を付して説明は省略する。
図3に示す免震装置では、鋼管33の周面と凹部34との間、さらに上部躯体3の下面と上部躯体側ベースプレート31との間に、絶縁シートに替えてクッション性の高いゴムシート100が全面にわたって介装されている。
【0025】
上記の免震装置を備える建築構造物によれば、引張力を受けて上部躯体3が上部躯体側ベースプレート31に対して上方へ離間したのち再び上部躯体側ベースプレート31上に下降したときに、衝撃をほとんど与えることなく上部躯体3を積層ゴム2上に着座させることができ、着座の衝撃による上部躯体3の内部への影響を低減するとともに積層ゴム2の耐久性を確保することができる。
【0026】
次に、本発明の免震装置の第3の実施形態を図4に示して説明する。なお、上記の実施形態において既に説明した構成については同一符号を付して説明は省略する。
図4に示す免震装置では、上部躯体側ベースプレート200は基礎側ベースプレート11と同様に構成されており、上下を逆転した格好で上部躯体3に強固に固定されている。
【0027】
この上部躯体側ベースプレート200に対して、積層ゴム2は上部フランジ22に設けられた孔28を通して上部躯体側ベースプレート200に設けられたさや管14にボルト201が螺入されている。このボルト201にはスプリングワッシャー202が通されており、このスプリングワッシャー202が弾性変形する範囲内で、上部躯体側ベースプレート200を含めた上部躯体3が積層ゴム2に対して上方に離間可能とされている。
【0028】
上記の免震装置を備える建築構造物によれば、積層ゴム2と上部躯体3とをボルト201で連結しながらもスプリングワッシャー202を使用することで積層ゴム2に対する上部躯体3の上方への移動が許容されるので、積層ゴム2に過大な引張力が生じることを防止して積層ゴム2の耐久性を確保することができる。
【0029】
次に、本発明の免震装置の第4の実施形態を図5に示して説明する。なお、上記の実施形態において既に説明した構成については同一符号を付して説明は省略する。
図5に示す免震装置では、上記第1の実施形態に示した免震装置と同様に、積層ゴム2に固定された上部躯体側ベースプレート31に対して上部躯体3が固定されておらず、上部躯体側ベースプレート31の上面中央には積層ゴム2の仮想軸線に一致する方向に円柱体(凸部)300が上方に突出した状態に溶接されている。さらに上部躯体3の下面には、円柱体300との間に空間を有し、円柱体300を内側に収めるようにしてこれと嵌合する凹部301が形成されている。
【0030】
嵌合された円柱体300と凹部301との間の空間にはゴムアスファルト等の粘弾性体302が充填されている。また、上部躯体3の下面と上部躯体側ベースプレート31との間には、上部躯体3と上部躯体側ベースプレート31との縁切りを図る絶縁シート303が全面に渡って介装されている。
【0031】
上記の免震装置を備える建築構造物によれば、上下方向に圧縮力もしくは引張力が作用することで起きる上部躯体3の上下方向の振動(飛び跳ね)を粘弾性体302で吸収し、上部躯体3の着座の衝撃による上部躯体3の内部への影響を低減するとともに積層ゴム2の耐久性を確保することができる。
【0032】
また、水平方向の力が作用した場合には、減衰機構だけでなく粘弾性体302によっても上部躯体3に作用する振動エネルギーを吸収してより高い免震性能を得ることができる。
【0035】
【発明の効果】
以上説明したように、積層ゴムの上部フランジに厚さ方向に貫通する孔を設けるとともに上部躯体の下部にはプレートに面で接するベースプレートを固定し、このベースプレートに設けた孔に、スプリングワッシャーを通したボルトを挿嵌して取り付けた構造を有する免震装置によれば、積層ゴムに対する上部躯体の上方への移動が許容されるので、積層ゴムに過大な引張力が生じることを防止して積層ゴムの耐久性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る免震装置の第1の実施形態を示す立断面図である。
【図2】 図1に示した免震装置に対して水平方向および上下方向の外力が作用した場合の免震装置の状態を示す立断面図である。
【図3】 本発明に係る免震装置の第2の実施形態を示す立断面図である。
【図4】 本発明に係る免震装置の第3の実施形態を示す立断面図である。
【図5】 本発明に係る免震装置の第4の実施形態を示す立断面図である。
【符号の説明】
1 基礎
2 積層ゴム
3 上部躯体
33 鋼管(凸部)
34 凹部
100 ゴムシート(粘弾性体)
201 ボルト(軸部材)
202 スプリングワッシャー
300 円柱体(凸部)
301 凹部
302 粘弾性体

Claims (1)

  1. 基礎上に積層ゴムを介して上部躯体が構築され、該上部躯体の浮き上がりを許容しつつ水平方向に作用する震動を吸収する免震装置であって、
    積層ゴムの上部フランジに厚さ方向に貫通する孔を設けるとともに上部躯体の下部にはプレートに面で接するベースプレートを固定し、スプリングワッシャーを通したボルト孔に通してベースプレートに固定したことを特徴とする積層ゴムを用いた免震装置。
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