JPH09177368A

JPH09177368A - 免震装置

Info

Publication number: JPH09177368A
Application number: JP34131595A
Authority: JP
Inventors: Koji Kubo; 孝治久保; Isao Hagiwara; 萩原　　勲; Yoshihide Fukahori; 美英深堀
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1995-12-27
Filing date: 1995-12-27
Publication date: 1997-07-08

Abstract

(57)【要約】【課題】地震、交通振動に効果があり、且つ通常時の
風揺れなどにも影響されない優れた免震性能と、優れた
耐久性を有する免震構造体を提供する。【解決手段】基礎１２と上物１４の間に設置される免
振装置１０であって、上面板２０と連結鋼板２２との間
に、剛性を有した硬質板２４と粘弾性的性質を有した軟
質板２６とをそれぞれ複数個、交互に積層した複合積層
体を設け、該複合積層体の内部に柱状の中空部を設け
て、ガラスビーズ等の硬質粒状物３０を充填した免震構
造体１６と、免震構造体１６と下面板３６との間に設置
された粘弾性的性質をもつ防振パッド１８と、を有して
なることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は免震装置に係り、特
に風揺れ、交通振動等の影響を受けやすい戸建住宅等の
軽負荷用としても好適に使用しうる免震装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数個の鋼板等の剛性を有した硬
質板と、粘弾性的性質を有したゴム等の軟質板とを交互
に積層した免震構造体が、中層、低層のビルや橋梁等の
免震装置のゴム支承片として広く用いられている。この
ような免震構造体の軟質板を構成するゴム等の弾性体
は、下記のようなばね特性を有するように設計されるの
が一般である。即ち、ゴム等の弾性体の横ばね定数ＫH
、搭載質量をＭとして、水平方向の固有振動数ｆH は
次の条件を満たすように設計する。

【０００３】

【数１】

【０００４】この固有振動数ｆH は、建物や橋梁などの
重量と、ゴムなどの弾性体の横ばね定数ＫH との比で決
まるので、ビルや橋梁など搭載重量Ｍの大きいものの免
震装置の軟質板を構成する弾性体はばね剛性の大きい材
料、高弾性材料が用いられることが一般的である。これ
を戸建住宅などの軽負荷のものに適用すると、戸建住宅
などは搭載重量Ｍが小さいので、軟質板の材料はばね剛
性の小さい、低弾性のものが必要であった。このような
免震装置は地震に対しては効果があるが、風揺れや交通
振動などの影響を受けてしまう。これら防ぐために、免
震構造体の積層部分に鉛等の塑性物を併用したものが一
般的に用いられていた。

【０００５】このような、例えば、鉛を併用した免震構
造体は、低歪みにおける高弾性及び高歪みにおける低弾
性と、高減衰性とを合わせ持つので、地震や風揺れなど
に効果を発揮することができる。しかしながら、剪断歪
み２００％にも及ぶ大きな地震の場合は、免震の効果は
発揮できるものの、高い剪断歪みや歪み応力により内部
に用いた鉛等の塑性物が大きく塑性変型したり、切断破
壊されてしまう虞があり、特に建造物に用いた場合には
免震装置のみを交換することができないため、大きな地
震等の振動をうけた後においても継続使用しうる、より
高い耐久性を有する免震装置が要望されていた。また、
交通振動防止には上記の免震構造体だけでは不十分であ
った。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の技術に鑑みてなされたものであり、免震装置を戸
建住宅用等の軽量物に適用した場合にも高性能で、塑性
変型や切断破壊がなく耐久性に優れ、且つ、交通振動を
防止しうる免震装置の提供を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の免震装置は、基
礎と上物との間に設置される免震装置であって、上下の
面板の間に、剛性を有した硬質板と粘弾性的性質を有し
た軟質板とをそれぞれ複数個、交互に積層した複合積層
体を設け、該複合積層体の内部に、該複合積層体を貫通
する柱状の中空部を設けて、該中空部に硬質粒状物を充
填した免震構造体と、該免震構造体の一方の面板と、基
礎又は上物のいずれかに固定された面板と、の間に設置
された粘弾性的性質を有した防振パッドと、を有してい
ることを特徴とする。

【０００８】また、本発明の免震装置においては、この
複合積層体に中央に中空部を有する円柱状のものを用い
た場合、前記複合積層体の平面視による直径をＤ、中空
部の平面視による直径をｄとしたとき、Ｄとｄが、下記
式を満たす関係にあることを特徴とする。

【０００９】０．６≧ｄ／Ｄ≧０．１５さらに、中空部に充填する前記硬質粒状物の平均粒径は
０．１ｍｍ〜３０ｍｍであり、且つ、硬質粒状物の硬度
が、モース硬度で２以上であることを特徴とする。

【００１０】本発明の免震装置は基礎と上物との間に設
置し、前記基礎に取り付けられる下面板と上面板の間に
剛性を有した硬質板と粘弾性的性質を有した軟質板と
を、それぞれ複数個交互に積層た積層複合体及びその中
空部に充填した硬質の粒状物からなる免震構造体によっ
て、風揺れ防止及び地震時の免震の働きを、免震構造体
と面板との間に設けられた粘弾性的性質を有した防振パ
ッドにより、交通振動や風揺れなどに対しても防振の効
果を発揮することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】まず、本発明の免震装置に用いら
れる免震構造体について説明する。免震構造体を構成す
る粘弾性的性質を有した軟質板に用いられる材料とは、
５０％モジュラスが１．５〜３ｋｇｆ／ｃｍ²、２５℃
における動的剪断弾性率Ｇが、１．５〜３ｋｇｆ／ｃｍ
²の特性を有するものを指し、５０％モジュラスが１．
５〜２．５ｋｇｆ／ｃｍ²、動的剪断弾性率Ｇが、１．
５〜２．５ｋｇｆ／ｃｍ²のものが好ましい。

【００１２】各種材料の５０％モジュラス及び動的剪断
弾性率Ｇは、例えば、ＪＩＳＫ６３０１、Ｋ６３９４
に準拠して測定することができる。

【００１３】ここで、粘弾性的性質を有する材料として
は、熱可塑ゴム、ウレタンゴム、各種の加硫ゴム、未加
硫ゴム、微架橋ゴム、プラスチックス等の有機材料、こ
れらの発泡体、アスファルト、粘土等の無機材料、これ
らの混合材料など各種の材料であって、上記粘弾性的性
質を有するものを用いることができる。

【００１４】これらの材料は、平板状に成形され、軟質
板として用いられる。軟質板の形状は特に制限はない
が、本発明の免震装置においては、柱状の中空部を有す
ることから、中央に中空部を有することが必要である。
通常は、中央に中空部を有する所謂円柱状のものが使用
され、個々の軟質板はドーナツ盤状の形状を有する。軟
質板の厚みには特に制限はなく、使用される材料及び所
望の免震性能によって選択できるが、一般には、１〜４
ｍｍ程度の厚みのものが使用される。

【００１５】これらの材料は単独で用いても、複数種を
混合して用いてもよく、全体が均一な材料で形成されて
いてもよいが、内側部分に高ダンピング材料、外側部分
にクリープ性能の良くかつ柔らかい材料等と二種類以上
を組み合わせて使用してもよい。

【００１６】また、この免震構造体を構成する硬質板と
しては、金属、セラミックス、プラスチックス、ＦＲ
Ｐ、ポリウレタン、木材、紙板、スレート板、化粧板等
所要の剛性を有する各種の材料を使用することができ
る。ここで、所要の剛性とは、設計条件により大きく変
わるが、剪断変形した時、座屈現象が生じにくい剛性を
意味する。

【００１７】硬質板の厚み、形状には特に制限はなく、
使用される材料及び所望の免震性能によって選択できる
が、その厚みは、一般には、０．５〜２ｍｍ程度の厚み
のものが使用される。また、形状は、積層される軟質板
と同様、中央に中空部を有することの他は任意である
が、通常は、併用する軟質板と同じ形状のものを用い
る。

【００１８】前記軟質板と硬質板とを交互に複数段積層
して複合積層体を構成するものである。軟質板及び硬質
板、それぞれの形状、面積及び厚さは前記した如く要求
される免震性能によって異なるが、通常は、複合積層体
は前記した如く、中空部を有する円柱状を示し、軟質板
及び硬質板両者の形状が同じドーナツ盤状をなし、且
つ、表面積も同じであるものが汎用されている。

【００１９】これらの免震構造体においては、剛性を有
する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板としてドーナ
ツ盤状のものを用いることが一般的であり、その場合、
前記免震構造体の平面視による直径をＤ、免震構造体の
中空部の平面視による直径をｄとしたとき、Ｄとｄが、
下記式を満たす関係にあることが好ましい。

【００２０】０．６≧ｄ／Ｄ≧０．１５ｄ／Ｄが０．６を超えると周囲に存在する複合積層体の
バネ剛性と中空部に充填された粒状物同志の摩擦力との
バランスがくずれ、地震等で大変型を受けた後に、もと
の位置に戻らなくなるおそれがあり、ｄ／Ｄが０．１５
未満であると摩擦力の効果が小さく、所望の減衰効果が
得られないため、いずれも好ましくない。用いられる複
合積層体が中空部を有する円柱状でない場合において
も、複合積層体と中空部との面積比が前記の式より導か
れる範囲にあることが好ましい。

【００２１】具体的には、例えば、前記Ｄが５０〜３０
０ｍｍ、ｄが７．５〜１８０ｍｍ程度のものが好まし
い。

【００２２】本発明の免震装置に耐候性を付与するた
め、免震構造体の外側を耐候性の優れた材料で被覆して
も良い。この被覆材料としては、例えば、ブチルゴム、
アクリルゴム、ポリウレタン、シリコンゴム、フッ素ゴ
ム、多硫化ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＲＰ及び
ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポ
リエチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、クロロプレンゴ
ムなどを用いることができる。これらの材料は単独で
も、二種類以上をブレンドしても良い。また、天然ゴ
ム、イソプレンゴムスチレンブタジエンゴム、ブタジエ
ンゴム、ニトリルゴム等とブレンドしても良い。

【００２３】この免震構造体の柱状の中空部に充填され
る硬質粒状物としては、圧縮充填することにより、粒状
物同志の摩擦力によって免震構造体の過剰な変型を防止
しうるものであれば、特に制限はないが、モース硬度に
て２以上の値を有する材料で形成されているものが好ま
しい。好適な材料としては、例えば、銅（モース硬度：
２）、鉄（モース硬度：４）、サンドブラスト用砂（モ
ース硬度：９）、ガラス（モース硬度：６）、石英（モ
ース硬度：７）等が挙げられ、さらに、前記好ましい硬
度を有する繊維強化プラスチック、各種セラミック等も
使用することができる。

【００２４】粒状物の大きさは、０．１〜３０ｍｍの範
囲のものが好ましく、０．１ｍｍ未満であると充填時に
十分な応力をかけることができず、３０ｍｍを超える
と、粒状物同志の接触面積が小さくなり、いずれも所望
の摩擦力を得難いため、好ましくない。

【００２５】この硬質粒状物の具体例としては、ガラス
ビーズ、鉄球、銅球等の金属球、砂、石英粉、Ａｌ₂Ｏ
₃を主成分とするサンドブラスト用砂等が挙げられる。

【００２６】粒状物の形状については、前記のサイズを
有するものであれば特に制限はないく、球状、紡錘状、
不定形等のいずれであってもよく、粒状物の表面も平滑
であっても、微細な凹凸を有するものであってもよい
が、変型緩和効果及び摩擦力の観点から、平板状のもの
よりもアスペクト比が３以下程度の球に近い形状を有す
るものが好ましく用いられる。

【００２７】これらの硬質粒状物を前記免震構造体の中
空部に充填する際には、タッピングを行うなどして、最
密充填し、さらに、蓋体等により応力が掛かるように封
入することが好ましい。中空部に最密充填された硬質粒
状物同志の摩擦力が減衰効果に寄与するため、硬質粒状
物が互いに自由に振動しうるような空間を有する充填状
態では所望の減衰効果が得られず好ましくない。

【００２８】本発明の免震装置における防振パッドは、
該免震構造体の一方の面板と、基礎又は上物のいずれか
に固定された面板と、の間に設置された粘弾性的性質を
有した材料よりなるパッドであり、この防振パッドは、
前記上物と免震構造体との間に位置しても、前記免震構
造体と基礎の間に位置してもよい。

【００２９】防振パッドはその両面が、それぞれ上物又
は基礎に取り付けられた面板と、免震構造体の一方の面
板との間にゴムパッドを設置する、或いは、ゴムパッド
の両面に鉄板を接着剤、加硫接着等の方法により接着さ
せた鉄板付きゴムパッドを取り付けるなどして備えられ
る。このゴムパッドはゴム１層であっても、ゴムと硬質
板との積層構造であってもよい。取り付ける場合に、面
板側に防振パッドが嵌合しうるような凹部を形成し、キ
ープレートを介して取り付けることが、取付強度の観点
から好ましい。

【００３０】本発明の免震装置に用いられる防振パッド
の形状は、円柱状、角柱状いずれでも良く、また、円柱
状、角柱状の中心部をくり抜いたドーナツ状でも構わな
い。大きさや厚みは特に制限はなく、要求される免震性
能によって適宜選択することができるが、通常は厚みが
５〜２０ｍｍ程度のものが好適に使用できる。

【００３１】防振パッドを構成する粘弾性的性質を有し
た材料としては、前記免震構造体に使用する軟質板の材
料と同じものが好適に使用できる。特に、５０％モジュ
ラスが１．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ²、２５℃における動的
剪断弾性率Ｇが、１．５〜２ｋｇｆ／ｃｍ²の特性を有
するものが好ましい。

【００３２】本発明の構成は、免震装置の上下の面板の
間に剛性を有した硬質板と粘弾性的性質を有した軟質板
とを、それぞれ複数個、交互に積層した複合積層体の柱
状の中空部に硬質の粒状物を充填した免震構造体と、防
振パッドとを備えたものである。

【００３３】この防振パッドの両側の面板は、振動可能
な余地をもってボルトで連結され、地震時などには、ボ
ルトにより中間の面板と下面板が固定された状態となっ
て、免震構造体のみが剪断変形を受けるが、剪断変形に
合わせて移動する中空部に最密充填された硬質粒状物の
粒子表面同志の摩擦によって、振動が効果的に減衰さ
れ、積層構造体にいわゆる塑性変型を引き起こす程のダ
メージが起こることがない。さらに、免震構造体と面板
との間に設けられた粘弾性的性質を有した防振パッドが
交通振動を効果的に減衰する。このため、一度の地震で
免震効果が失われることなく、耐久性のある免震効果を
有するとともに、地震などの大変形のみならず、交通振
動などの小振動に対しても優れた免震性能を発揮するも
のである。

【００３４】本発明の免震装置は、軟質板及び硬質板の
サイズ、積層枚数、中空部の体積、充填する粒状物、防
振ゴムのサイズや素材等の特性を選択することにより、
戸建住宅の如き比較的軽量（軽負荷）物について、優れ
た免震性能を示す免震装置を得ることができる。ここ
で、軽負荷物とは、面圧５０ｋｇｆ／ｃｍ²未満、更に
は面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ²以下、更に好ましくは面圧２
０ｋｇｆ／ｃｍ²以下のものを指す。

【００３５】

【実施例】以下に本発明を図面を参照して実施例につい
て具体的に説明する。表１に実施例と比較例の条件と試
験結果をまとめて示している。

【００３６】（実施例１）図１は本発明の実施例１に係
る免震装置１０の断面図を示す。免震装置１０は上物
（建物）１２と基礎１４との間に位置し、免震構造体１
６と防振パッド１８が鉛直方向に積層されて構成されて
いる。免震構造体１６部分は、上物（建物）１２に取り
付けられた上面板２０と、免震構造体１６下方側の面板
（以下、連結鋼板と称する）２２との間に、硬質板２４
として、外径２５０ｍｍ、内径４６ｍｍ、厚さ１．６ｍ
ｍの鋼板３０枚を使用し、軟質板２６として、５０％モ
ジュラスが１．９ｋｇｆ／ｃｍ²、引張り強度が７０ｋ
ｇｆ／ｃｍ²、破断時の伸びが７００％のゴム材料を用
い、軟質板１８（１枚の厚さ１．６ｍｍ）を３１層用い
た。この免震構造体１６の積層体中央部に設けた中空部
２８に、直径１ｍｍのガラスビーズ（球形）３０をタッ
ピングを行いながら充填できる最大量を充填し、その上
部にＭ４６のネジを切ったフタ３２をトルク５ｋｇｍで
圧縮力を加えて中のガラスビーズ３０が圧縮状態になる
ように充填、封入した。さらに、この積層体の外周を天
然ゴム系ゴム材料を用いた外被ゴム３４で被覆して免震
構造体１６を構成した。

【００３７】防振パッド１８としては、直径２４０ｍ
ｍ、厚さ１０ｍｍの形状を有するものを、５０％モジュ
ラスが２．０ｋｇｆ／ｃｍ²、引張り強度が１００ｋｇ
ｆ／ｃｍ²、破断時の伸びが７００％のゴム材料を用い
て成形した。

【００３８】連結鋼板２２及び基礎１４に固定された下
面板３６の防振パッド１８と接する部分には、嵌合用に
直径２４１ｍｍ、深さ７ｍｍの凹部を設け、そこに防振
パッド１８を嵌合させるための直径２４０ｍｍ、厚さ１
０ｍｍのキープレート３８、４０を加硫接着させた。

【００３９】連結鋼板２２は大きな剪断力がかかった場
合の防振パッド１８の大変形を防ぐため、下面板３６と
Ｍ２０のボルト４２で連結されている。振動の余地を確
保するため、連結鋼板２２のキリ穴は内径が２６ｍｍと
され、ボルト４２との隙間が周囲に３ｍｍ設けてある。
ボルト４２に螺合されているナット４４は地震時のロッ
キング現象を防止するためのものであり、連結鋼板２２
に接する程度に締められている。地震時或いは風揺れ時
にボルト４２と連結鋼板２２が直接衝突しないように、
ボルト４２には１ｍｍ厚のゴムカバー４６を巻いて、衝
突音が発生しないようになしてある。

【００４０】この免震装置１０に、荷重１０ｔ、振動数
ｆ＝０．２Ｈｚの正弦波で、剪断歪１００％で震動を与
えた時の剪断剛性（Ｇ）は２．５ｋｇｆ／ｃｍ²であ
り、ｔａｎδは０．３５であった。

【００４１】また、防振パッド１８自体の剪断歪１０％
における剪断剛性（Ｇ）は２．０ｋｇｆ／ｃｍ²であ
り、この結果より、本発明の免震装置である実施例１
は、１．５Ｈｚの固有振動を持ち、３Ｈｚ以上の振動に
対して十分な免震性能を有することが確認された。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなごとく、本発明
の免震装置は、戸建住宅用等の軽重量物に適用した場合
に、高性能で、且つ、塑性変型や切断破壊がなく、交通
振動などの小振動に対しても優れた減衰効果を有し、か
つ、耐久性に優れた免震装置を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る免震装置の断面図で
ある。

【符号の説明】

１０：免震装置１６：免震構造体１８：防振パッド２０：上面板２２：連結鋼板２４：硬質板２６：軟質板３０：ガラスビーズ（硬質の粒状物）３２：フタ３４：外被ゴム３６：下面板３８、４０：キープレート４２：ボルト４４：ナット４６：ボルトのゴムカバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基礎と上物との間に設置される免震装置
であって、上下の面板の間に、剛性を有した硬質板と粘弾性的性質
を有した軟質板とをそれぞれ複数個、交互に積層した複
合積層体を設け、該複合積層体の内部に、該複合積層体
を貫通する柱状の中空部を設けて、該中空部に硬質粒状
物を充填した免震構造体と、該免震構造体の一方の面板と、基礎又は上物のいずれか
に固定された面板と、の間に設置された粘弾性的性質を
有した防振パッドと、を有してなることを特徴とする免震装置。
【請求項２】前記複合積層体が中央に中空部を有する
円柱状をなしており、複合積層体の平面視による直径を
Ｄ、中空部の平面視による直径をｄとしたとき、Ｄとｄ
とが、下記式を満たす関係にあることを特徴とする請求
項１に記載の免震装置。０．６≧ｄ／Ｄ≧０．１５
【請求項３】前記硬質粒状物の平均粒径が０．１ｍｍ
〜３０ｍｍであり、且つ、硬質粒状物の硬度が、モース
硬度で２以上であることを特徴とする請求項１又は２に
記載の免震装置。