JPH1061254A - 三次元免震装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構造物の三次元免震装置に関し、水平震動時
の構造物のピッチングを抑制し、三次元免震を効果的に
行う。 【解決手段】 床９に空気ばね１が４個所取付けられ、
ばね１の上部には滑りパッド５が固定され、上部構造体
６がその下面の滑り板７を介して水平方向移動可能に載
置される。各空気ばね１の上端には各々アーム２の一端
がピン８で連結され、アーム２の他端は主軸３の端部に
連結される。主軸３はベアリング４を介して床９に固定
される。上部構造体６が右向きの水平震動するとピッチ
ングが生じ、左側空気ばね１には下方へ、右側が上方へ
力を受け、回転モーメントが生じ、その結果左右のアー
ム２を介して主軸３にねじれを生じ、ピッチングの発生
を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は建築物、鉄鋼構造
物、機械装置、箱状の部屋、床等に加わる水平方向及び
上下方向の地震入力を同時に低減する三次元免震装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】水平方向と上下方向に同時に免震効果を
有する三次元免震装置としては従来以下のものが開示さ
れており、それらの概要を説明する。

【０００３】実開昭６４−２９４３号のものを図５に
示す。図５（ａ）は床面を免震装置に載置した全体の側
面図、図５（ｂ）は免震装置の詳細な側面図であり、設
置面４０２上に設置された空気ばね４０１と、この空気
ばね４０１上にすべり板４０４を固定し、すべり板４０
４上にはすべり面４０４ａを有している。このすべり面
４０４ａ上にはすべり面４０５ａを介して床板４０５を
載置し、床板４０５の外周には近接して衝撃吸収体４０
７を配置したものである。

【０００４】特開平７−７１１０９号のものを図６に
示す。図６は免震装置の断面図であり、水平方向には床
スラブ５０３上に固定された鋼板５１８の平面上を転が
る複数の鋼球５１７を介在せしめた構造であり、上下方
向には空気ばね５７０を用いて床板５０１を支持してい
る。

【０００５】実開平４−６４３４号のものを図７に示
す。図７（ａ）は全体の側面図、図７（ｂ）はそのＡ部
詳細図であり、この免震装置は低床式３次限除振、免震
床構造に係わり、基礎６０１上に固定した床柱６０６ａ
と、床梁６０７に固定した床柱６０６ｂの各先端に滑車
６０２ａと６０２ｂとをそれぞれ取り付け、滑車６０２
ａ、６０２ｂ間に両端を基礎から支持されたコイルばね
６１０に結合したワイヤーロープ６０３を通して、床梁
６０７すなわち床を支持する。更に、基礎６０１上に設
置されたオイルだめ６０８内の高粘性オイルに床梁６０
７の下面に突設した内筒６０４を浸漬することにより、
有効空間が広くなり、低周波数域まで除振および免震が
可能となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術にあっては、次のような問題点がある。即ち、
いずれの構造も上下方向の免震効果を発揮するためには
上下方向の固有振動数を地震動の卓越振動数以下にする
必要があり、必然的に空気ばね等の上下方向の支持部材
のばね定数は、低い値となる。

【０００７】具体的には、免震装置の上下方向固有振動
数ｆは免震装置上の構造物の質量ｍと免震装置の上下方
向ばね定数ｋから、ｆ＝（１／２π）・√（ｋ／ｍ）、
で与えられる。一方、重力によるたわみ量ｘは、ｘ＝ｍ
ｇ／ｋ＝ｇ／（２πｆ）² 、で与えられる。

【０００８】従って、上記の式より、例えば免震装置の
固有振動数を１Ｈｚとすると、重力によるたわみ量は約
２５ｃｍとなる。このような状況で免震対象の機械、構
造物（以下では上部構造体と呼ぶ）が比較的高い重心を
持つ場合には、水平方向の地震動が加わった場合に上部
構造体が水平方向のみでなく、回転運動を生じるピッチ
ングを生ずるであろう事は容易に想像が付く。ピッチン
グを生ずると、構造物の重心位置では設計通りの免震効
果が得られたとしても、周辺ではピッチングに伴う上下
動および水平動を生じ、免震効果を減じるのみでなく、
最悪の場合には上部構造体の転倒に至る可能性もある。

【０００９】上記の開示例ではいずれもピッチングの抑
制に関する記述がないことから、ピッチングを防止する
ためには上下方向のばね定数を高くするか、上下方向ば
ねの間隔を十分広くする必要がある。前者は免震性能を
低下させることになり、後者は重心の高い上部構造体に
対しては免震装置の設置床面積を大きく取ることを意味
しており、設置スペースやコスト面で不利となる。

【００１０】従って、本発明の目的は、過大な設置床面
積の増加や上下方向の免震性能の劣化を伴なわずにピッ
チングの発生を抑止できる三次元免震装置を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、床
面に固定され、上部に滑りパッドを有し、同滑りパッド
の面に免震対象溝造体底面の滑り面を当接して構造体を
載置する複数の空気ばねと；互に隣接する各空気ばねの
上部にそれぞれアームの一端を回動可能に連結し、互に
隣接する同アームの他端間を主軸で接続すると共に、同
主軸を回動可能に床面に取付けてなるトーションバー式
スタビライザとを具備したことを特徴とする三次元免震
装置を提供する。

【００１２】上記の本発明の三次元免震装置において
は、構造体に例えば右向きの水平方向の地震動が加わる
と、構造体を支持する左右の空気ばね上で滑りパッドと
滑り面の間で滑りを生じて構造体は水平方向へ移動する
と同時に、重心高さと水平方向の地震荷重で与えられる
回転モーメントを受ける。通常時には各空気ばねに上部
構造体の自重による圧縮荷重が加わっているが、右側の
空気ばねは回転モーメントによって圧縮荷重が増加し、
左側の空気ばねでは圧縮荷重が減少する。

【００１３】その結果、右側の空気ばねでは高さが減少
し、左側の空気ばねでは通常時より高さが増加する方向
に空気ばねが変形する逆相の変形を生じようとするが、
このような変形は、主軸の右側のアームの回転と、左側
のアームの回転とが生ずるので主軸をねじる事になり、
主軸のねじり剛性によってアームの回転が拘束されるた
め、左右の空気ばねの逆相の運動が拘束され、構造体は
回転モーメントに抗して水平方向に運動し、ピッチング
の発生が抑制される。

【００１４】一方、上下方向の地震動が作用すると各空
気ばねに同方向の変形が発生する。これにより各空気ば
ねが圧縮され、主軸の両端のアームの先端に取り付けら
れた左右の空気ばねの高さが減少することにより主軸３
は容易に回転することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基いて具体的に説明する。図１は本発明の実施
の一形態に係る三次元免震装置の側面図、図２はその斜
視図である。図１において、免震対象である上部構造６
は底部に滑り板７を固定し、この滑り板７を介して空気
ばね１の上部に固定された滑りパッド５の上に搭載され
ており、滑りパッド５と滑り板７の間の摩擦力を超える
水平荷重が上部構造体６に加わると、滑りパッド５と滑
り板７の間に滑りを生じ、上部構造体６は水平方向に移
動する。

【００１６】空気ばね１は後述するように床９上に４個
所に設けられており、それぞれの空気ばね１の上端には
アーム２が回転自由なピン８を介して空気ばね１の上端
に取り付けられており、アーム２の他端は主軸３に固定
されている。主軸３は回転自由なベアリング４を介して
床９に固定されている。

【００１７】図２は上部構造体６および滑り板７を省略
し、免震部を鳥瞰図で示したものであり、上部構造体の
周辺４個所に空気ばね１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄが設置さ
れている。

【００１８】空気ばね１Ａ、１Ｂの間はピン８、アーム
２を介して主軸３Ａで連結されており、以下同様に空気
ばね１Ｂと１Ｃ間は主軸３Ｂで、空気ばね１Ｃと１Ｄ間
は主軸３Ｃで、空気ばね１Ｄと１Ａ間は主軸３Ｄでそれ
ぞれ連結されている。各主軸３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄは
床９にベアリング４を介して回転自在に支持されてい
る。

【００１９】図１、図２で説明したように、本実施の形
態においては、免震対象である上部構造体６を水平方向
には、空気ばね１の上端に取り付けた滑りパッド５と、
上部構造体６の底面に取り付けた滑り板７により免震支
持し、上下方向には、４個の空気ばね１を介して免震支
持するようにし、空気ばね１が同位相で上下方向に振動
する場合は抵抗力を発生せず、異なる位相で振動すると
抵抗力を発生させるスタビライザを構成する。

【００２０】第１のスタビライザとしては、高いねじり
剛性を有する棒またはパイプ製の主軸３の両端にアーム
を備えた、いわゆる、トーションバー式スタビライザを
回転自由なベアリング４で支持して床９に設置する。図
２に示すように、４個の空気ばね１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１
Ｄの上端にそれぞれピン８で２本のアーム２の一端を回
動自在に取付け、アームの他端を主軸に固定し、１台の
空気ばね１の上端には軸方向が相直行する２本の主軸３
が接続される構成として、４個の空気ばね１Ａ、１Ｂ、
１Ｃ、１Ｄと４本の主軸３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄとでス
タビライザを配置している。

【００２１】第２のスタビライザとしては、各空気ばね
１Ａ〜１Ｄの上端に低い摩擦係数を有する滑りパッド５
を設置し、この滑りパッド５に上部構造体６の対応する
各底面に固着した水平な滑り面を有する滑り板７を当接
せしめ、空気ばね１と上部構造体６を支持する構造とし
ている。

【００２２】次に、上記に説明の実施の形態における作
用を図３、図４により説明する。図３（ａ）に示すよう
に水平方向の地震動が加わると、上部構造体６は滑りパ
ッド５と滑り板７の間で滑りを生じて水平方向へ移動す
ると同時に、重心高さと水平方向の地震荷重で与えられ
る回転モーメントを受ける。通常時には各空気ばね１に
上部構造体６の自重による圧縮荷重が加わっているが、
右側の空気ばね１Ｒでは回転モーメントによって圧縮荷
重が増加し、左側の空気ばね１Ｌでは圧縮荷重が減少す
る。

【００２３】その結果、右側の空気ばね１Ｒでは高さが
減少し、左側の空気ばね１Ｌでは通常時より高さが増加
する方向に空気ばねが変形する逆相の変形を生じようと
するが、このような変形は、図３（ｂ）に示すように主
軸の右側ではアーム２Ｒに矢印Ａ方向の回転を生じ、左
側のアーム２Ｌでは矢印Ｂ方向の回転を生じるため、主
軸３をねじる事になり、主軸のねじり剛性によってアー
ム２Ｌ、２Ｒの回転が拘束されるため、空気ばね１Ｌ、
１Ｒの逆相の運動が拘束され、上部構造６は回転モーメ
ントに抗して水平方向に運動し、ピッチングの発生が抑
制される。

【００２４】一方、図４（ａ）に示すように上下方向の
地震動が作用すると各空気ばね１Ｒ、１Ｌに同方向の変
形が発生する。図４では下向きの地震荷重が加わる場合
を示しているが、各空気ばね１Ｒ、１Ｌが圧縮され、図
４（ｂ）に示すように主軸３の両端のアーム２Ｒ、２Ｌ
の先端に取り付けられた空気ばね１Ｒ、１Ｌの高さが減
少することにより主軸３はベアリング４内で矢印方向に
回転する。

【００２５】上記に説明の作用により、図２において上
部構造体６にｘ方向の水平地震力が加わるとｘ−ｚ面内
でピッチングを生ずるが、その際には主軸３Ａおよび３
Ｃがピッチングを抑制し、ｙ方向の水平地震力が加わる
と、主軸３Ｂ及び主軸３Ｄがｙ−ｚ面内のピッチングを
抑制する効果を発揮する。

【００２６】上下方向の地震荷重が加わった場合には全
ての空気ばね１Ａ〜１Ｄが同相で振動するため、各主軸
３Ａ〜３Ｄベアリング４で支持されて自由に回転するた
め、上下方向の免震機能を阻害しない。

【００２７】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は、上部に滑りパッドを有し、滑りパッドの面に構造体
底面の滑り面を当接して構造体を載置する複数の空気ば
ねと、互に隣接する空気ばねの上部にそれぞれアームの
一端を回動可能に連結し、互に隣接するアームの他端間
を主軸で接続すると共に、主軸を回動可能に床面に取付
けてなるトーションバー式スタビライザとを備えた構成
としたので、水平震動時に構造体に生ずるピッチングを
抑制して効果的に三次元免震機能を達成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る三次元免震装置の
側面図である。

【図２】本発明の実施の一形態に係る三次元免震装置の
斜視図である。

【図３】本発明の実施の一形態に係る三次元免震装置の
水平方向震動時の作用を説明する図で、（ａ）は側面
図、（ｂ）は斜視図である。

【図４】本発明の実施の一形態に係る三次元免震装置の
上下方向震動時の作用を説明する図で、（ａ）は側面
図、（ｂ）は斜視図である。

【図５】従来の三次元免震装置の一例を示し、（ａ）は
全体の側面図、（ｂ）は空気ばね部の詳細な側面図であ
る。

【図６】従来の三次元免震装置の他の例を示す空気ばね
部の断面図である。

【図７】従来の三次元免震装置のその他の例を示し、
（ａ）は全体の側面図、（ｂ）はそのＡ部詳細図であ
る。

【符号の説明】

１ 空気ばね ２ アーム ３ 主軸 ４ ベアリング ５ 滑りパッド ６ 上部構造体 ７ 滑り板 ８ ピン ９ 床

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 床面に固定され、上部に滑りパッドを有
   し、同滑りパッドの面に免震対象溝造体底面の滑り面を
   当接して構造体を載置する複数の空気ばねと；互に隣接
   する各空気ばねの上部にそれぞれアームの一端を回動可
   能に連結し、互に隣接する同アームの他端間を主軸で接
   続すると共に、同主軸を回動可能に床面に取付けてなる
   トーションバー式スタビライザとを具備したことを特徴
   とする三次元免震装置。