JPH0718271B2

JPH0718271B2 - 免震装置

Info

Publication number: JPH0718271B2
Application number: JP24708086A
Authority: JP
Inventors: 英之多田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-10-16
Filing date: 1986-10-16
Publication date: 1995-03-01
Anticipated expiration: 2010-03-01
Also published as: JPS63103127A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、大地震から微震にわたる広範囲な外乱に対
して、免震効果を発揮する免震装置に関するもので、具
体的には、上部構造である建物を下部構造である基礎上
に弱い水平方向バネ剛性をもって載置する免震アイソレ
ータと、所定値以上の水平方向の地震が加わるまでは建
物を固定する固定部材とからなる基礎免震構造におい
て、免震アイソレータが免震作用をしない固定時にも防
振を行い、かつ免震アイソレータによる免震作用が行な
われている際の振動をさらに低減する振動抑制機構を併
設して、車両等の通過による振動から小中大の地震まで
に対して、建物の全体又は保護すべき部分に伝わる振動
を、必要なレベル（例えば電子顕微鏡等の精密機器を配
置する場合はそのレベル）まで低減できる免震構造を、
低コストに提供するものである。

（従来の技術）建物等の構造体の耐震設計は、建物を硬くて変形しない
物体と考えそれ自体の強度を増加しようとするのが旧来
の考え方であった。これに対し建物の高層化に伴う計量
化の必要等から、建物を柔らかい構造のものと考え、建
物の固有振動周期を地震動の周期からずらしたり、建物
の振動を減衰させるため減衰機構を組み込むなどの免震
方式が発展して来ている。

固有振動周期をずらす方式としては、例えば建物とは異
なる固有振動周期を持つ偏心したはずみ車を建物内に回
転可能に取付けたり（ターンドマス方式）、建物を異種
材料の組合せによって構成して建物の剛性を調節するも
のがある。また減衰機構を組み込む方式としては建物自
体に粘性体を利用したエネルギ消費機構を組み込む方式
等がある。

しかし、これらの方式は、いずれも建物を地盤に固定し
た上で、免震を行なおうとするものであり、建物が地盤
と一体的に動き地震の入力加速度を直接受けることに変
わりはない。このため車両等の通過による振動あるいは
小地震に対しては効果があるものの、中大地震の大きな
入力加速度から建物を保護することは不可能で、仮に小
地震を越えるレベルの地震にも対応させるべく、これら
の免震設備の免震性能を向上させようとして、その規模
を大きくしても建築物自体が構造的に（骨組みとして）
持つべき耐震強度を低下させることにはつながらないば
かりか、その重量と設置容積が、建物の大きな部分を占
めることになり全く実用性のないものとなってしまう。

そこで本出願人は、これらとは根本的に異なる考え方、
すなわち第12図に示すように免震アイソレータ（１）を
用いて建物（２）をその基礎（３）に揺動可能に載置・
支持し、水平方向には免震アイソレータ（１）の弱いバ
ネ剛性で規制する基礎免震方式を提唱している。

この方式では地盤が建物（２）の共振周波数、例えば5H
zの周期で揺れたとしても、建物はそれより遅く、例え
ば１〜0.5Hzの周期で動くので、地震入力に対する建物
の応答加速度を大幅に減少させ、大きな免震効果が挙げ
られる。

ここで、上記免震アイソレータ（１）は第13図及び第14
図に示すように、鋼板等の剛性板（５）（５）…と天然
ゴム、合成ゴム等の薄い弾性板（６）（６）…を交互に
積層固着したものである。この免震アイソレータ（１）
は剛性板（５）（５）…の間に挟まれてせん断変形する
弾性板（６）（６）…の厚さがその径に比べて非常に小
さいので、大きな鉛直載荷能力と小さな水平バネ剛性を
持っている。

この免震アイソレータ（１）を用いた免震方式では、建
物の付近を走行する大型車両等による振動で建物が揺れ
ることを防止し、台風等による水平方向の風荷重による
建物の一方向変位を防止するため、小さな水平方向荷重
では建物が動かないように固定する固定部材が必要にな
る。このため本出願人が提唱する基礎免震構造（８）で
は、第12図に示したように免震アイソレータ（１）に固
定部材（７）を並置している。本出願人が開発した固定
部材（７）には、第15図に示すように一部に強度の弱い
部分を持つ鋼帯（7a）（特開昭57-71965号）第16図に示
す弾塑性棒（鋼棒）（7b）（特開昭59-217877号）、第1
7図に示す鉛塊（7c）（特願昭60-102175号）等がある。

ここで上記鋼帯（7a）は水平方向荷重が小さいときは建
物を基礎に固定し、大地震の到来で所定値以上の水平方
向荷重が加わったとき弱い部分で切断して免震アイソレ
ータを開放し自由変位させるものである。また上記弾塑
性棒（7b）及び鉛塊（7c）は、この固定的効果に加え
て、大地震発生時に建物（２）が大周期振動をしたとき
塑性による履歴減衰によって振動エネルギーを吸収し、
振動降幅を小さくすると同時に、揺れを速く収束させる
効果を与えるものである。

（発明が解決しようとする問題点）上記従来の技術の基礎免震構造（８）は、大地震に対し
て大きな効果を発揮する。しかし小地震に対しては、建
物を基礎に剛性を持って固定するという固定的効果のた
め、比較的短周期で人体に感じ易い5Hz〜20Hzの振動を
そのまま建物に伝える。建物の固有振動周期と一致した
成分、例えば5Hzの成分は建物を共振させるので、この
増幅効果によって建物は地盤振動より大きく揺れること
になる。

この場合に、特に高層建物物では上階程に振幅が大きく
なるので、家具の揺れ等により居住者に不安感を与え易
く、大きな問題となる。基礎免震構造によって建物自体
の破壊は完全に防止していても、居住性の面から問題が
残されていたのである。

（問題点を解決するための手段）本発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたも
ので、この解決手段は、上記固定的効果によって生じる
振動及び免震動作中に上部構造に伝わる振動の抑制を、
上部構造全体に対して行う構造と、上部構造の一部に対
して行う構造の２つがある。

これら２つは、弾性板と剛性板を交互に積層して形成し
た免震アイソレータによって上部構造を下部構造の上に
水平方向に揺動可能に載置・支持するとともに、所定値
以下のせん断応力に対して剛性を示す固定部材によって
上部構造を下部構造に結合した基礎免震構造を共通の構
成とする。

第１の発明である上部構造全体の振動を抑制する構造
は、上部構造が下部構造に剛性をもって結合されている
状態、及び上部構造が下部構造に対して水平方向に揺動
している状態で振動する上部構造内の歪みによって相対
変位する部分の間に結合され、この変位に、抵抗を与え
ながら追従することによって、その振動を抑制する振動
抑制機構を上部構造内に設けるもので、具体的には、第
２図に示すような粘性減衰を行う慣性ポンプダンパー、
第３図に示すようにおもりの慣性力を利用した制震器、
あるいは第４図に示すようなブレース・ダンパーがあ
る。

第２の発明である上部構造の一部の振動を抑制する構造
は、上部構造の一部を、上部構造の他の部分に支持され
る独立した床構造とするとともに、上記床構造を上記他
の部分に対して振動抑制方向に動き得る浮動状態で支持
する振動抑制機構を設けることにより、上部構造が下部
構造に剛性をもって結合されている状態、及び上部構造
が下部構造に対して水平方向に揺動している状態で振動
する上記他の部分から、上記床構造への振動伝達を抑制
したもので、この振動抑制機構の具体例としては、水平
方向の振動抑制を目的とした第７図に示す床免震構造、
水平方向及び垂直方向の振動抑制を目的とした第８図及
び第９図に示す床免震構造がある。

（作用）上記構成において、免震アイソレータが働く地震（中大
地震及び小地震）特には、免震アイソレータによって水
平方向の入力加速度を低減させ効果的な免震を行なう。
この水平方向の振動は、建物の破壊力としては問題とな
らない程度に低減され、上部構造に伝達される。

また、垂直方向の振動（建物は元々大きな重力加速度を
受けているので、これ自体は地震の建物に対する破壊力
として問題とならない。）は、弾性板の積層体である免
震アイソレータによって緩和されて上部構造に伝達され
る。

居住空間として或は精密機器の配置空間としては、上記
低減された水平方向の振動及び緩和された垂直方向の振
動も問題となるが、これらの振動は、上部構造内に目的
に応じた減衰機能を持たせて設置した振動抑制機構によ
り、必要なレベルまで減衰される。

この振動抑制機構は、免震アイソレータによって減衰あ
るいは緩和された振動を、対象とするので、免震アイソ
レータがない場合に比べると、かなり小規模な装置で、
振動を必要なレベルまで低減できることになる。

一方、固定部材の作用により、免震アイソレータが水平
方向に変形しないような、振動若しくは小地震に対して
は、振動抑制機構が機能して、微小振動を抑制する。こ
のときにも免震アイソレータが垂直方向振動を緩和して
（特に地盤が下降する際の衝撃が緩和される）、振動抑
制機構単独の場合に比べて、トータルの振動抑制作用が
高くなっている。

以上の作用の結果、大地震から小地震及び車両の通過等
による振動に至るまでの広範囲な免震及び制振が可能に
なる。

（実施例）本発明は先に述べた基礎免震構造（８）に、振動抑制機
構を併設したものである。

この振動抑制機構は、上部構造又はその一部の振動周期
を地震動の周期に対して変える（主として伸ばす）こと
により共振を防ぐもの、及び振動エネルギーを吸収して
減衰性を高めるものである。建物を基礎に固定した状態
で免震を行う公知技術がすべてこれに該当し、そのまま
利用できる。

次に、上部構造全体の振動を抑制する上記第１の発明の
構造例を、第１〜第３の実施例として第１図〜第５図に
ついて説明し、上部構造の一部の振動を抑制する上記第
２の発明の構造例を、第４及び第５の実施例として第６
図〜第11図について説明する。

なお、建物、基礎及び免震アイソレータ等からなる基礎
免震構造（８）の大地震時における挙動は既に説明して
いるので、以下の説明においては先の説明に用いたもの
と同一符号を付して説明を省略する。

第１図に示す第１の実施例である免震装置（10）は慣性
ポンプダンパー（11）を振動抑制機構として使用したも
のである。

この慣性ポンプダンパー（11）は、第２図に示すように
舵腹状の伸縮容器（12）の中央を可動板（13）で２分割
し、その両端を細い連結管（14）で連通させ、これらの
内部に粘性体（15）を満たしたものである。伸縮容器
（12）の両端を建物の床（16）に固定し、可動板（13）
を建物の天井（17）に固定しておけば、建物が振動して
歪んだとき、このときの床（16）と天井（17）の相対的
な動きにより可動板（13）が動き、粘性体（15）が細い
連結管（14）を通って移動する。このときの粘性抵抗に
より、建物（２）の固有振動周期を地震の周期からずら
すように調整し、かつ振動エネルギーを吸収して減衰率
を高めることができる。これによって免震アイソレータ
を通して上部構造に伝わる振動に対して充分な免震効果
が挙げられる。

なお、この慣性ポンプダンパー（11）の取付けは、建物
の振動時の歪みによって可動板（13）が動くように行え
ばよく、取付け位置は任意に設定できる。第３図に示す
第２の実施例は、振子とてこの作用を利用した制震器
（18）を振動抑制機構として用いた免震装置（20）であ
る。

この制震器（18）は、建物の床（16）の上に組立てた三
脚状の支持部（19）の頂点に、てことなる金属棒（21）
の支持部（22）を回転自在に保持し、金属棒（21）の一
端におもり（23）を固定すると同時に、他端（24）を建
物の天井（17）に植設したピン（25）とリンク（26）で
結合したものである。

この構造において、建物（２）に地震の加速度が作用す
ると、おもり（23）は天井（17）が床（16）に対して歪
む方向と同じ方向に揺れようとする。この力は、てこの
作用により拡大され、かつ方向が反転されて天井（17）
に伝えられる。これによって建物（２）に大きな付加質
量を与えたことになる。おもり（23）の反作用は、てこ
の比率λに比例して働くので、小さなおもりでも有効な
動的制震器として機能する。この制震器（18）も、免震
アイソレータ（１）が挙動しない車両等の通過による振
動乃至小地震、及び免震アイソレータが作用した際に上
部構造に伝わる振動に対して有効な免震ないし制振を行
う。

第４図及び第５図に示す第３の実施例は、ブレース・ダ
ンパー（31）と呼ばれる振動抑制機構を利用した免震装
置（30）である。

このブレース・ダンパー（31）は四辺形状に組合せた４
本のリンク（32）（32）…の間に２枚の回転板（33）
（33）を組込み、リンク結合をする各ピン（35）（35）
…を建物の四隅と斜材（36）（36）…で連結したもので
ある。この装置は、建物（２）が第５図に示すように変
形したとき、リンク部に作用するわずかな直線運動を回
転板の大来な相対回転運動に変換する。２枚の回転板
（33）（33）の間にゴム弾性体や超高粘着性材料を装着
することにより剛性や減衰係数を任意に設定することが
でき、振動ないし小地震に対して有効な免震が可能とな
る。従って基礎免震構造（８）と組合せることにより、
理想的な免震装置となる。

第６図及び第７図に示す第４の実施例は、水平方向の振
動抑制を目的とする床免震構造（41）を振動抑制機構と
して用いた免震装置（40）である。

この床免震構造（41）は建物の床上に設置された機器を
地震から保護するために考えられたもので、第７図に示
すように免震対象物（42）を載置する可動床（43）をす
べり支承（44）で支持すると同時に可動床（43）に復元
力を与えるための水平抵抗部材（45）を配置したもので
ある。

ここですべり支承（44）は免震対象物（42）と可動床
（43）の鉛直荷重を支え、かつ水平力に対してはほとん
ど抵抗しない要素で、テフロン（商標名）又はボールベ
アリング等を用いる。水平抵抗部材（45）、鉄筋又は鉄
板を用いる。

この免震装置（40）は、発生した地震が小さくて免震ア
イソレータ（１）が作動しないときでも、可動床（45）
が建物の振動方向と逆方向に揺動して、可動床上の免震
対象物（42）の振動を小さくする。さらに水平抵抗部材
（45）による固有周期の調節と同部材の塑性化によるエ
ネルギー消費を行なわれ、振動ないし小地震に対して有
効な免震を行う。

床免震構造（41）を用いた免震装置（40）は建物内の特
定部分を微振動レベルまで含めて免震しようとするもの
で、高層建築の上階部分に精密機器を設置した場合等に
適している。

第８図及び第９図に示す第５の実施例は水平方向の振動
に加え垂直方向に振動の抑制をも目的とした床免震構造
（51a）（51b）を振動抑制機構として用いた免震装置
（50）である。

この床免震構造（51a）（51b）はコンピュータ等の精密
機器を小地震や微振動から保護するため立体振動を吸収
することを目的とし、構造的に２種類の装置がある。

第８図に示す床免震構造（51a）はすべり支承（52）と
コイルバネ（53）を併用したものであり、第９図に示す
床免震構造（51b）は空気バネ（54）とオイルダンパー
（55）を併用したものである。なお、第８図及び第９図
において（56）は建物内の固定床、（57）は可動床、
（58）は大梁、（59）はペデスタルである。

第10図及び第11図は、第６図及び第７図に示す第４の実
施例、又は第８図及び第９図に示す第５の実施例の床免
震構造に併用されるものを示す。

第10図は、床スラブ（61）及び梁（63）を建物からゴム
等の絶縁材料（62a）によって絶縁して微振動を抑制す
る。第11図は床が比較的小規模の場合で、床スラブ（6
4）のみを絶縁材料（62b）によって建物（２）から絶縁
する。絶縁材料（62a）（62b）は、建物を伝わってくる
振動を遮断する目的で使用され、ゴム弾性体等の振動吸
収性能を持つ材料であればよい。

この構成は構造駆体の耐力低下を伴うので、大地震のエ
ネルギーは免震アイソレータ（１）で遮断してしまうと
いう基礎免震構造（８）と併用することにより高い効果
が挙げられる。

（発明の効果）本発明は、免震アイソレータ上に載置支持した上部構造
が、大型車両通過による振動や台風の風荷重で動かない
ように固定部材を併置した基礎免震構造において、小地
震に対して上部構造（建物）が下部構造（基礎）に固定
状態となって伝達される振動、及び上部構造が下部構造
に対して水平方向に揺動している状態で伝達される振動
を抑制するため、上部構造全体の振動歪みを抑制し、あ
るいは上部構造内に独立して設けた免震床への振動伝達
を抑制する振動抑制機構を併設したので、大規模地震か
ら中小規模地震までの広範囲の免震が可能になる。

特に、本発明は、免震アイソレータと、上記振動抑制機
構の組み合わせにより、各々を単独使用した場合には決
して得られない次の効果を達成している。

すなわち、上部構造が固定部材の拘束から解除されるよ
うな大きさの地震に対し、その地震エネルギーを免震ア
イソレータによって遮断するので、このときの上部構造
の振動は免震アイソレータがない場合に比べて極めて小
さなものになる。また、免震アイソレータが水平方向に
変形しないような振動ないし小地震に対しても、免震ア
イソレータは振動を緩和して上部構造に伝える。したが
って、上部構造内に設置する振動抑制機構は、免震アイ
ソレータを通して上部構造に伝達される振動を必要なレ
ベルにまで低下させる小規模のものでよく、その設置容
積及び設置費用を、この振動抑制機構を単独で使用した
場合に比べ、非常に小さくできる。

したがって、固定部材付き免震アイソレータと上記振動
抑制機構を組合わせる本発明は、車両等による振動から
大中小地震に対してまで、必要なレベル（電子顕微鏡や
精密機械装置を配置する部屋を含む。）まで、免震ない
し制振を行なえる免震装置を省スペース・低コストで提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は弾性ポンプダンパーを振動抑制機構として用い
た本発明の免震装置の第１の実施例を示す正面図、第２
図は弾性ポンプダンパーの拡大断面図である。第３図は振子とてこを組み合わせた制震器を振動抑制機
構として用いた本発明の第２の実施例を示す正面図であ
る。第４図及び第５図はブレースダンパーを振動抑制機構と
して用いた本発明の第３の実施例を示す正面図で、第４
図は平常時、第５図は地震時の状態を示す。第６図は水平方向の振動を抑制する床免震構造を振動抑
制機構として用いた本発明の第４の実施例を示す正面
図、第７図は第６図の振動抑制機構の部分拡大正面図で
ある。第８図及び第９図は立体振動の抑制を行なう床免震構造
を振動抑制機構として用いた本発明の第５の実施例を示
す断面図で、第８図はすべり床を用いたもの、第９図は
空気バネを用いたものを示す。第10図及び第11図は、第４及び第５の実施例である床免
震構造に併用されるものであって、第10図は床スラブ及
び梁をゴム等で絶縁する構成を示す断面図、第11図は第
10図の変形例であって、床が軽い場合の構成を示す断面
図である。第12図は本発明の前提となる基礎免震構造を示す正面
図、第13図及び第14図は免震アイソレータの正面及び平
面図、第15図乃至第17図は夫々固定部材としての鋼帯、
弾性体、鉛塊を示す正面図である。（１）…免震アイソレータ、（２）…上部構造、（３）
…基礎、（５）…剛性板、（６）…弾性板、（７）（7
a）（7b）（7c）…固定部材、（８）…基礎免震構造、
（10）（20）（30）（40）（50）…免震装置、（11）
（18）（31）（41）（51a）（51b）…振動制御機構。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】弾性板と剛性板を交互に積層して形成した
免震アイソレータによって上部構造を下部構造の上に水
平方向に揺動可能に載置・支持するとともに、所定値以
下のせん断応力に対して剛性を示す固定部材によって上
部構造を下部構造に結合した基礎免震構造において、上部構造が下部構造に剛性をもって結合されている状
態、及び上部構造が下部構造に対して水平方向に揺動し
ている状態で振動する上部構造内の歪みによって相対変
位する部分の間に結合され、この変位に、抵抗を与えな
がら追従することによって、その振動を抑制する振動抑
制機構を上部構造内に設けたことを特徴とする免震装
置。
【請求項２】弾性板と剛性板を交互に積層して形成した
免震アイソレータによって上部構造を下部構造の上に水
平方向に揺動可能に載置・支持するとともに、所定値以
下のせん断応力に対して剛性を示す固定部材によって上
部構造を下部構造に結合した基礎免震構造において、上部構造の一部を、上部構造の他の部分に支持される独
立した床構造とするとともに、上記床構造を上記他の部
分に対して振動抑制方向に動き得る浮動状態で支持する
振動抑制機構を設けることにより、上部構造が下部構造
に剛性をもって結合されている状態、及び上部構造が下
部構造に対して水平方向に揺動している状態で振動する
上記他の部分から、上記床構造への振動伝達を抑制した
ことを特徴とする免震装置。