JP2005030071A - 減衰機能付き転がり免震支承 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来に比べて高い減衰機能を発揮することができて、免震皿の小型化を図ることができる減衰機能付き転がり免震支承を提供すること。
【解決手段】 基礎１１に固定された下側免震皿１と上部構造物１２に固定された上側免震皿２との間に配設された球体３とを備え、転がり支承機能と、転がり支承機能を上回る想定外の大地震時に球体３の滑りにより上部構造物１２と基礎１１との水平方向の相対変位を減衰させる減衰機能とを併せ持つ減衰機能付き転がり免震支承において、下側免震皿１の平面視径を上側免震皿２の平面視径よりも大きく形成し、上側免震皿２の外周部に球体３の転動を阻止する球体ストッパ２ｂを設ける一方、下側免震皿１に、球体３が球体ストッパ２ｂに当接するまでは転動する緩勾配面１ａ１と球体ストッパ２ｂによって転動阻止された球体３が滑る急勾配面１ａ２とを有するすり鉢状勾配面１ａを設けたことを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

ダンパーとの併用によって免震装置を構成する減衰機能付き転がり免震支承は、上部構造物の荷重を支えるとともに、地震時には地盤の揺れから上部構造物を絶縁するものである。この減衰機能付き転がり免震支承は、基礎に固定された下側免震皿と上部構造物に固定された上側免震皿との間に球体を配設し、地震時に球体の転動により上部構造物と基礎とを水平方向に相対変位させる転がり支承機能と、転がり支承機能を上回る想定外の大地震時に球体の滑りにより上部構造物と基礎との水平方向の相対変位を減衰させる減衰機能とを併せ持つ装置である。本発明は、減衰機能付き転がり免震支承に関するものである。

従来、この種の減衰機能付き転がり免震支承としては、特開平１０−２９２６７１号公報に記載の免震装置の転滑支承構造が知られており、これを図６〜図８を用いて説明する。図６は従来技術を示すものであって、免震装置の転滑支承構造の断面図、図７は図６の転滑支承構造において地震時の単球転がり支承状態を説明するための図、図８は図６の転滑支承構造において地震時の滑り支承状態を説明するための図である。

この免震装置の転滑支承構造は、図６に示すように、基礎６１に固定した下側支持板（下側免震皿）５１と、下側支持板５１に対向して上部構造物である一般住宅用の建築物６２の土台に固定された上側支持板（上側免震皿）５３とを有している。また、上側支持板５３と下側支持板５１との間に配設されるとともに、基礎６１と建築物６２とが水平方向に相対的に変位したときに上側支持板５３及び下側支持板５１それぞれに対して転動する１個の球体（ボールとも呼ばれる）５５とを有している。上側支持板５３は、水平面に沿った下面５３ａを有する平面視で略円形のものである。下側支持板５１は、平面視で略円形を呈しており、その上面には、中心から外方に行くに従って上側支持板５３に近づく略すり鉢状の斜面５１ａが形成されている。また、上側支持板５３の平面視直径ｄ１を下側支持板５１の平面視直径ｄ２よりも大きく形成している。

さらに、下側支持板５１上面における斜面５１ａの外周縁には、球体５５の下側支持板５１に対する転動を規制するとともに、下側支持板５１からの脱落を防止する下側周壁５２が形成されている。また、上側支持板５３の外周縁に球体の上側支持板５３からの脱落を防止する上側周壁５４が形成されている。なお、球体５５は、通常、図６に示すように下側支持板５１の最も低い中心部にあり、球体５５の中心、上側支持板５３の中心及び下側支持板５１の中心は一致している。

このように構成された転滑支承構造によれば、地震が発生すると、図６に示す通常の状態から建築物６２と基礎６１とが水平方向に相対的に変位する。この場合、球体５５は、下側支持板５１の斜面５１ａ及び上側支持板５３の下面５３ａそれぞれに対して転動する。そして、球体５５は、図７に示すように、その転動が下側周壁５２によって規制されるまでは、基礎６１側の下側支持板５１及び建築物６２側の上側支持板５３それぞれに対して転動する。

したがって、球体５５の転動により建築物６２と基礎６１とを水平方向に相対変位させて転がり摩擦により免震しており、球体５５の水平方向の移動距離は、上部構造物の水平変位の半分となる。

そして、想定外の大地震による建築物６２と基礎６１との水平方向の相対的変位によって下側支持板５１の斜面５１ａの外周縁に球体５５が当接すると、まず、この球体５５の転動を周壁１６で規制し、かつ球体５５の下側支持板５１からの脱落を防止する。すると、図８に示すように、この転動が規制された球体５５に対して上側支持板５３が滑って行き、結局、上側支持板５３は、下側支持板５１に対してストップした状態の球体５５により滑り支承されることになる。

そして、滑り摩擦係数（０．１程度）は転がり支承状態での転がり摩擦係数（０．０１以下）の１０倍以上であり、球体５５に接して上側支持板５３が滑ることにより建築物６２と基礎６１との水平方向の相対変位を減衰することが可能となる。つまり、滑り摩擦力により、建築物６２と基礎６１との過大な相対変位を低減することが可能になり、平面視径が大きい方の上側支持板５３の上側周壁５４に球体５５が衝突するまでに至らずに相対変位が収まることになる。このように、転がり支承機能を上回る大地震に対して減衰機能を発揮して、建築物６２と基礎６１との水平方向の相対変位を減衰するようにしている。

しかし、この免震装置の転滑支承構造では、転がり支承機能を上回って基礎６１と建築物６２とが相対変位する場合、下側周壁５２で転動を規制された球体５５に対し上側支持板（上側免震皿）５３の水平面が滑るようにし、単に水平面での滑り摩擦力により地震力を吸収するようにしたものであるから、減衰機能を十分に発揮させるためには、上側支持板５３の外径寸法を大きくする必要があった。このため、上側支持板５３の材料コストが高くなり、また、隣接する建築物との間隔も大きくする必要があるという欠点があった。
特開平１０−２９２６７１号公報（段落番号［０００９］、第１図〜第３図）

そこで本発明は、地震時に上下の免震皿間に配設された球体の転動により上部構造物と基礎とを水平方向に相対変位させる転がり支承機能と、転がり支承機能を上回る想定外の大地震時に球体の滑りにより相対変位を減衰させる減衰機能とを併せ持つ減衰機能付き転がり免震支承において、従来に比べて高い減衰機能を発揮することができて、免震皿の小型化を図ることができる減衰機能付き転がり免震支承を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本願発明は次の技術的手段を講じている。請求項１の発明は、基礎に固定された下側免震皿と、上部構造物に固定された上側免震皿と、これら上下の免震皿間に配設されて上部構造物の荷重を支持する球体とを備え、地震時に前記球体の転動により上部構造物と基礎とを水平方向に相対変位させる転がり支承機能と、転がり支承機能を上回る想定外の大地震時に前記球体の滑りにより上部構造物と基礎との水平方向の相対変位を減衰させる減衰機能とを併せ持つ減衰機能付き転がり免震支承において、基礎に固定された下側免震皿と、上部構造物に固定された上側免震皿と、これら上下の免震皿間に配設されて上部構造物の荷重を支持する球体とを備え、地震時に前記球体の転動により上部構造物と基礎とを水平方向に相対変位させる転がり支承機能と、転がり支承機能を上回る想定外の大地震時に前記球体の滑りにより上部構造物と基礎との水平方向の相対変位を減衰させる減衰機能とを併せ持つ減衰機能付き転がり免震支承において、前記下側免震皿及び前記上側免震皿のうちの一方の免震皿の平面視径を他方の免震皿の平面視径よりも大きく形成し、前記他方の免震皿の外周部に前記球体の転動を阻止する球体ストッパを設ける一方、前記一方の免震皿に、前記球体が前記他方の免震皿の前記球体ストッパに当接するまでは転動する勾配面と前記球体ストッパによって転動阻止された球体が滑る勾配面とを有するすり鉢状勾配面を設けたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１記載の減衰機能付き転がり免震支承において、前記球体ストッパによって転動阻止された球体が滑る勾配面が、球体が前記球体ストッパに当接するまでは転動する勾配面よりも急勾配に形成されていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１又は２記載の減衰機能付き転がり免震支承において、前記上部構造物が戸建住宅建物であることを特徴とするものである。

本発明による減衰機能付き転がり免震支承は、大地震時に、下側免震皿及び前記上側免震皿のうちの他方の免震皿（例えば上部構造物に固定された上側免震皿）の球体ストッパに当接してその転動が阻止されると、この他方の免震皿に当接し転動阻止された状態の球体が水平面上でなく一方の免震皿（例えば基礎に固定された下側免震皿）の勾配面上を斜め上方へ滑るように構成されている。これにより、本発明の減衰機能付き転がり免震支承によれば、転がり支承機能を上回る想定外の大地震に対して、上部構造物と基礎との水平方向の相対変位を従来に比べて減衰し低減させることができる。よって、球体との間に滑り摩擦を生じさせる前記一方の免震皿の小型化を図ることができて、隣接する建築物との間隔も従来に比べて少なくてすみ、免震装置の適用範囲の拡大を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の一実施形態による減衰機能付き転がり免震支承の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

減衰機能付き転がり免震支承は、図１及び図２に示すように、複数個のボルト４によって基礎１１に固定された下側免震皿１と、この下側免震皿１に対向して上部構造物としての戸建住宅建物１２の土台に複数個のボルト５によって固定された上側免震皿２とを備えている。また、この減衰機能付き転がり免震支承は、上下の免震皿１，２間に配設されて戸建住宅建物１２の荷重を支持し、地震時には戸建住宅建物１２と基礎１１とを水平方向に相対変位させるための球体３を備えている。

上側免震皿２は、外形が正方形をなし、下側免震皿１と対向する面（戸建住宅建物１２とは反対側の下面）に、中心から外方に向かって斜め下方へわずかに傾斜しながら延びる緩勾配面からなる逆すり鉢状勾配面２ａを有している。逆すり鉢状勾配面２ａは、平面視で円形（円板形）をなしている。また、上側免震皿２の外周縁に、球体３の転動を阻止する球体ストッパ２ｂが形成されている。

下側免震皿１は、外形が正方形をなし、その平面視径ｄ１を上側免震皿２の平面視径ｄ２よりも大きくしてある。そして、下側免震皿１は、上側免震皿２と対向する面（基礎１１とは反対側の上面）に、緩勾配面１ａ１と急勾配面１ａ２とからなる２段勾配が形成されたすり鉢状勾配面１ａを有している。緩勾配面１ａ１は平面視で円形（円板形）をなし、急勾配面１ａ２は平面視で円環状をなしている。地震のない通常時、球体３は下側免震皿１の中心（最も低い位置）にあり、球体３の中心位置、下側免震皿１の中心位置及び上側免震皿２の中心位置は、一致している（図２参照）。下側免震皿１では、前記通常時の位置において下側免震皿１中心から上側免震皿２の逆すり鉢状勾配面２ａの外周端に対応する位置までを、斜め上方へわずかに傾斜しながら延びる緩勾配面１ａ１とし、この緩勾配面１ａ１から外方を緩勾配面１ａ１よりも急勾配をなして斜め上方へ延びる急勾配面１ａ２にしている。

前記上側免震皿２は、例えば、機械構造用炭素鋼からなり、３５０ｍｍ角程度の大きさである。また、下側免震皿１は、例えば、機械構造用炭素鋼からなり、５３０ｍｍ角程度の大きさである。球体３は、例えば、軸受鋼（ＳＵＪ２）からなり、外径がφ７５ｍｍ程度の大きさである。なお、上側免震皿２より大径の下側免震皿１の大きさは、建築する戸建住宅建物１２の限界変位によって決定されるものである。また、上側免震皿２の大きさ、及び勾配２ａ ，１ａ１，１ａ２は、免震装置の応答性能と想定地震の規模とによって決定されるものである。

次に、このように構成される減衰機能付き転がり免震支承の動作を、前記図２と図３〜図５を参照して説明する。図３〜図５は、図１及び図２に示す減衰機能付き転がり免震支承の動作を説明するための断面図である。

地震が発生すると、図３に示すように、上下の免震皿１，２それぞれに対して球体３が転動することにより、戸建住宅建物１２と基礎１１とが水平方向に相対変位する。この場合、球体３の水平方向の移動距離ａは、戸建住宅建物１２（上側免震皿２）の水平変位２ａの半分となる。なお、揺れが止まると、下側免震皿１に緩勾配面１ａ１が形成され、上側免震皿２に逆すり鉢状勾配面２ａが形成されているので、図２に示す状態に復元する。

そして、想定外の大地震時には、まず、球体３が上側免震皿２の球体ストッパ２ｂに当接してその転動が阻止される（図４参照）。次いで、図５に示すように、この上側免震皿２に当接し転動阻止された状態の球体３が、従来とは違って水平面上でなく、下側免震皿１の急勾配面１ａ２上を斜め上方へ滑って行く。その結果、戸建住宅建物１２と基礎１１との水平方向の相対変位を減衰し低減させる減衰力として、滑り摩擦力に加えて、戸建住宅建物１２の荷重を支持する球体３を斜め上方へ動かす力も作用することになる。

これにより、本実施形態による減衰機能付き転がり免震支承によれば、転がり支承機能を上回る想定外の大地震に対して、戸建住宅建物１２と基礎１１との水平方向の相対変位を従来に比べて減衰し低減させることができる。よって、球体３との間に滑り摩擦を生じさせる下側免震皿１の小型化を図ることができて、隣接する建築物との間隔も従来に比べて少なくてすみ、免震装置の適用範囲の拡大を図ることができる。

前記実施形態では、下側免震皿１を上側免震皿２より大きくし、下側免震皿１に緩勾配面と急勾配面とを有するすり鉢状勾配面を設けたが、これに限定されず、上側免震皿を下側免震皿より大きくして、この上側免震皿に緩勾配面と急勾配面とを有するすり鉢状勾配面を設け、下側免震皿に球体ストッパを設けることで、前記実施形態と同様に本発明の効果を奏することができる。

なお、この減衰機能付き転がり免震支承では、転がり支承機能を上回る想定外の大地震が発生し、その揺れが止まったとき、球体３は上下の免震皿１，２のいずれかの免震皿の中心に戻るものの、戸建住宅建物１２が元に位置より滑り変位分だけ位置ずれを起こしている可能性がある。この場合には、一度、戸建住宅建物１２をジャッキアップして元に位置に戻すことが必要となるものの、このような作業が必要となるのは、適切な設計を行うことにより、発生した想定外の大地震の震源に近くて軟弱な地盤の地域にある戸建住宅に限定しうる。

本発明による減衰機能付き転がり免震支承は、ダンパーとの併用によって免震装置を構成し、戸建住宅建物などのような軽量構造物に適用することができる。

本発明の一実施形態による減衰機能付き転がり免震支承の平面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１及び図２に示す減衰機能付き転がり免震支承の動作を説明するための断面図である。 図１及び図２に示す減衰機能付き転がり免震支承の動作を説明するための断面図である。 図１及び図２に示す減衰機能付き転がり免震支承の動作を説明するための断面図である。 従来技術を示すものであって、免震装置の転滑支承構造の断面図である。 図６の転滑支承構造において地震時の単球転がり支承状態を説明するための図である。 図６の転滑支承構造において地震時の滑り支承状態を説明するため の図である。

符号の説明

１…下側免震皿
１ａ…すり鉢状勾配面
１ａ１…緩勾配面
１ａ２…急勾配面
２…上側免震皿
２ａ…逆すり鉢状勾配面
２ｂ…球体ストッパ
３…球体
４…ボルト
５…ボルト
１１…基礎
１２…戸建住宅建物

Claims (3)

1. 基礎に固定された下側免震皿と、上部構造物に固定された上側免震皿と、これら上下の免震皿間に配設されて上部構造物の荷重を支持する球体とを備え、地震時に前記球体の転動により上部構造物と基礎とを水平方向に相対変位させる転がり支承機能と、転がり支承機能を上回る想定外の大地震時に前記球体の滑りにより上部構造物と基礎との水平方向の相対変位を減衰させる減衰機能とを併せ持つ減衰機能付き転がり免震支承において、
   前記下側免震皿及び前記上側免震皿のうちの一方の免震皿の平面視径を他方の免震皿の平面視径よりも大きく形成し、前記他方の免震皿の外周部に前記球体の転動を阻止する球体ストッパを設ける一方、前記一方の免震皿に、前記球体が前記他方の免震皿の前記球体ストッパに当接するまでは転動する勾配面と前記球体ストッパによって転動阻止された球体が滑る勾配面とを有するすり鉢状勾配面を設けたことを特徴とする減衰機能付き転がり免震支承。
2. 前記球体ストッパによって転動阻止された球体が滑る勾配面が、球体が前記球体ストッパに当接するまでは転動する勾配面よりも急勾配に形成されていることを特徴とする請求項１記載の減衰機能付き転がり免震支承。
3. 前記上部構造物が戸建住宅建物であることを特徴とする請求項１又は２記載の減衰機能付き転がり免震支承。