JPH11153190A - 積層ゴム支承体及びこれを用いた免震建物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の限界を超える水平方向大変形に対して
ハードニング及び破断を起こす接着型の免震支承と、大
変形に対してハードニングを起こさず、接着型に比べて
破断限界が格段に大きいが、所定の限界を超える繰り返
し大変形に対して、水平ばね定数が不安定になる非接着
型の積層ゴム支承体の夫々の欠点をなくし、両者の利点
を確保できる積層ゴム支承体を提供する。 【解決手段】 ゴム状弾性板２と剛性板３を積層して構
成される積層ゴム支承体１において、ゴム状弾性板と剛
性板の接合の一部を非接着とし、他を接着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は免震等に利用される積層
ゴム支承体及びこれを用いた免震建物に関する。

【０００２】

【従来の技術】建物等の重量物を地震から保護する基礎
材として、図３（ａ）（ｂ）に示すような積層ゴム支承
体１の使用が広まりつつある。これは天然ゴム、合成ゴ
ム等のゴム状弾性板２と鋼板等の剛性板３を交互に積層
したもので、図３の構造は積層体４の上下端の剛性板を
厚手の連結鋼板３ａ，３ａとし、この積層体４を取付用
の上下のフランジ板５，５に連結している。６は加硫接
着を容易にする等のため積層体４の中央に設けられた貫
通孔、７はフランジ板５に設けられた取付用孔である。
この積層ゴム支承体１は、図４に示すように建物等の重
量物（上部構造）８を、その基礎（下部構造）９の上に
載置支持する緩衝材として使用される。

【０００３】上記構造で免震が可能なのは、ゴム状弾性
板２の硬度、厚さｔ、径Ｄ、総積層高さＨ（＝ｔ×積層
枚数）、一次形状係数Ｄ／ｔ、二次形状係数Ｄ／Ｈを適
当な値に設定することにより、積層ゴム支承体１の鉛直
バネ剛性／水平バネ剛性比を非常に大きく取りながら、
大地震による大きな水平方向変形に対する復原力を確保
できるようにしたことによる。

【０００４】すなわち、大きな鉛直バネ剛性によって、
建物等の重量物８を上下に動かさないで安定に支持し、
かつ、小さい水平バネ剛性（定数）によって、建物等の
重量物８を水平方向に振動可能とする。水平バネ定数は
小さいので、水平方向の固有振動周期は、破壊の原因と
なる地震動の横波の最大振幅成分のものより長くなり、
地震発生時に地盤に対して低速の並進運動を行わせる。
これによって地震の入力加速度を低減し建物等の重量物
８を保護する。

【０００５】上記積層ゴム支承体１のゴム状弾性板２と
剛性板３は、一般には、加硫接着等によって接着されて
いるが、本発明者は、ゴム状弾性板２と剛性板３を非接
着で積層し、載荷する建物等の重量物８によって発生す
る大きな摩擦力で、ゴム状弾性板２と剛性板３を固着状
態にする非接着型の積層ゴム支承体を提案している（特
開平２−１５３１３７号公報）。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記接着型の積層ゴム
支承体と、非接着型の積層ゴム支承体の免震時の挙動
を、夫々、説明する。

【０００７】図５は、加硫接着型の積層ゴム支承体にお
けるせん断変形に対する水平ばね定数Ｋの変化特性を示
すもので、横軸をせん断変形量δ、縦軸をせん弾力Ｑに
取り、水平ばね定数Ｋ（＝せん断力Ｑ／せん断変形量
δ）を、その特性曲線の傾きとして表している。この加
硫接着型の積層ゴム支承体の性能を、変形率γ〔＝せん
断変形量δ（ｃｍ）／ゴム総厚Ｈ（ｃｍ）〕に対する水
平ばね定数Ｋの値で評価する。図５からわかるように、
２５０％程度の変形率γまで水平ばね定数Ｋが一定で弾
性変形するが、これを超えるとゴムが固化するハードニ
ングを起こし、４００％の変形率で破断を起こす。

【０００８】このようにハードニングが起きるのは、建
物等の重量物８を載荷した状態で、剛性板３に挟まれた
ゴム状弾性板２が側方に膨出しようとし、これを、ゴム
状弾性板の周縁部が引伸ばされた状態で抑えているの
で、大きな水平方向変位があると、剛性板３に引かれる
周縁部の引伸ばし量がさらに増加し、結局、周縁部に最
大の引っ張り負荷が加わり、ゴム状弾性板２の周縁部が
高張力状態となり、降伏領域に達して硬化するためであ
る。破断は、さらに、引き延ばし量が増加したとき硬化
した周縁部を起点として一気に進行するものである。

【０００９】上記ハードニングが起こると、水平バネ定
数Ｋが大きくなって、載荷された建物等の重量物８の水
平方向の動きを妨げるので、大地震に対する免震性能が
低下する。また、破断すると積層ゴム支承体１の免震支
持能力が失われる。そのため、積層ゴム支承体１の設計
は、予想される最大規模の地震に対する変形率γが、上
記破断限界である４００％に対して所定の安全率を持つ
大きさになり、ハードニング開始点である２５０％に、
極力入らないように考慮して行う必要がある。このた
め、積層ゴム支承体１が大きくなってしまう等、設計上
の制約が生じていた。

【００１０】非接着型の積層ゴム支承体の免震時の挙動
を、図６に示す単層型の場合と図７に示す多層型の場合
について説明する。図６，図７の表記方法は、図５と同
様である。単層型の特性を示す図６において、ゴム状弾
性板２は変形率γ＝３００％程度まで弾性変形し、これ
を超えると耐荷能力を失わないで、γ＝１０００％変形
まで完全塑性変形する。この完全塑性変形領域では、ゴ
ム状弾性板２が振動エネルギーを吸収して、振動の減衰
効果を発揮する。このように非接着型は理想的なバイリ
ニア型の変形を示し、破断限界は飛躍的に増大する。

【００１１】非接着型が、ハードニングを起こさないの
は、ゴム状弾性板２の周縁部が非接着で剛性板３に拘束
されていないので、大変形時に、これを挟む上下の剛性
板３のスライドに対して、この周縁部が転がり運動を起
こし、外部空間に露出する自由面を実質的に拡大し、応
力集中を緩和して硬化をなくすためである。

【００１２】しかし、この非接着型の積層ゴム支承体の
水平ばね定数Ｋを、免震に必要な小さな値にするため
に、図５の特性を持つ積層ゴム支承体と同じ寸法形状で
多層化すると、その挙動は図７に実線及び点線で示すよ
うになる。

【００１３】図７において、積層ゴム支承体２は、変形
率γ＝３００％まで弾性変形し、これを超えると完全塑
性変形領域に入るが、変形率γ＝３５０％を超える付近
から、大変形の繰り返しに対して水平ばね係数Ｋが点線
で示すように変動する不安定現象が起きる。これは、図
６に示した単層の特性から推定した理論上の特性（鎖線
で示す）から徐々に外れて行くものである。このよう
に、非接着型の積層ゴム支承体を多層化した場合は、単
層で得られる大きな塑性変形域は期待できなかった。

【００１４】上述した不安定現象が起きるのは、大変形
時にゴム状弾性板２がハードニング領域（硬化領域）に
近づき、ゴムの粘性抵抗及び摩擦抵抗が低下して、ゴム
状弾性板２と剛性板３の間に微小なすべりが生じ、大変
形の繰り返しに対して剛性板相互の変形が部分的累積に
より不均一になるためである。この不安定現象は、２次
形状係数Ｄ／Ｈに制限を設けたり中間鋼板３の厚さを増
加することによって、ある程度緩和し、完全塑性変形領
域を拡大することも可能である。しかし、余り大きな効
果は期待できず、この対策は設計の自由度を狭くするも
のとなる。

【００１５】そこで、本発明は、接着型の欠点であるハ
ードニング及び破断を防止すると共に、非接着型の欠点
である大変形時の水平バネ定数の不安定さを解消しなが
ら、夫々の持つ利点を確保できる積層ゴム支承体を提供
することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】（１） 本発明が提供す
る積層ゴム支承体は、ゴム状弾性板と剛性板を交互に積
層して構成され、重量物を水平方向に揺動可能に載置支
持する積層ゴム支承体において、大地震時の水平方向大
変形に対して、水平ばね定数が不安定にならない範囲内
であって、ゴム状弾性板のハードニングを抑制し破断を
防止するのに必要な数だけ、ゴム状弾性板と剛性板の接
合面を非接着とし、他の接合面を接着したことを特徴と
する。

【００１７】上記積層ゴム支承体は、非接着としたゴム
状弾性板の枚数が少ないので、図７で説明した非接着型
の免震支承体（多層）における不安定現象を起こさず、
図６に示した理想的なバイリニア型の変形をする。そし
て、接着されたゴム状弾性板が、ハードニングを起こす
程の大きな水平方向変形に対して、非接着のゴム状弾性
板がより大きく変形することにより、接着部分のハード
ニングを緩和して、大変形に対する免震性能を向上させ
る。さらに、非接着のゴム状弾性板の完全塑性変形可能
な量は大きいので、大変形に対する破断を防止すること
ができる。

【００１８】なお、ゴム状弾性板と剛性板の接合面を非
接着にするという意味は、ゴム状弾性板の表裏面を非接
着とする場合の他に、一方の面を非接着とし他方の面を
接着とする場合、ゴム状弾性板に他の薄いゴムを貼り付
け、この薄いゴムと剛性板との接合面を非接着とする場
合、及びゴム状弾性板の周縁部のみを非接着とする場合
を含む。これらは、ハードニング及び破断に対して、上
記本発明の作用を有するからである。

【００１９】（２） 剛性板に非接着で接合されるゴム
状弾性板の積層体における配置は、例えば、上下端の双
方又は一方とすることができる。この場合の積層体の加
硫接着は、中間鋼板とフランンジ板を分離した状態で行
なえるので、加熱炉内のゴム状弾性板の温度上昇を速く
して加硫接着の工程を短時間で終わらせると共に、従来
より小型の加熱炉で熱処理ができ、製造コストを低減で
きる。さらに、加硫接着した積層体、非接着とするゴム
状弾性板、連結鋼板及びフランジ板を、別々に保管して
最終組立に備える体制とすることにより、製造管理コス
トを低減することができる。特に、ゴム状弾性板を積層
体の端部に配置すると、加硫接着される部品が一つにな
り製造・管理がし易い利点がある。

【００２０】（３） 本発明の積層ゴム支承体を用いた
免震建物は、従来の積層ゴム支承体を使用した場合に比
べると、同一の形状寸法の積層ゴム支承体を使用すれ
ば、建物の免震性能を高くすると共に大変形に対する安
全性を高くすることができる。また、設計上の制約が緩
和されているので、この免震建物の免震設計が容易にな
る。

【００２１】

【実施形態】以下、本発明の実施形態を説明する。図１
は、積層体４の上下端のゴム状弾性板２ｘ，２ｘの表裏
両面を非接着としたものである。この積層ゴム支承体１
は、積層体４の構成要素の内、上下の連結鋼板３ａ，３
ａと上下端のゴム状弾性板２ｘ，２ｘを除いた部分を加
硫接着し、最終組立工程で、上下端のゴム状弾性板２
ｘ，２ｘ、連結鋼板３ａ，３ａ及びフランジ板５，５を
重ね合せて組立られる。この製造方式で、加硫接着用の
炉の中に入れられる中間部の積層体４は、最終形状に比
べて小さいので、加硫接着の際に、ゴム状弾性板の内部
温度を加硫に必要な温度にまで上昇させるのに必要な時
間を短くでき、生産性を高め製造コストを下げることが
できる。

【００２２】図２は、積層体の中間位置のゴム状弾性板
２ｘを、非接着としたものである。この場合の組立は、
積層ゴム支承体の上側と下側を別々に組立て、夫々を加
硫接着し、最後に中間位置のゴム状弾性板を挟むことに
よって行われる。この製造方式の場合も、積層枚数が少
ない状態で加硫接着を行うので、短い時間でゴム状弾性
板を必要な温度にまで上昇させることができ、製造コス
トを低減できる。

【００２３】上記第１の実施例は、非接着とするゴム状
弾性板２ｘの枚数が２枚、第２の実施例は非接着とする
ゴム状弾性板２ｘの枚数が１枚であったが、この枚数
は、大変形の繰り返しに対する水平ばね定数Ｋが、不安
定にならない範囲内で、接着部分のハードニングの抑制
と破断を防止するのに必要な枚数だけ使用すれば良い。

【００２４】必要枚数を決定する考え方を説明する。例
えば、図１及び図２の実施形態では、８枚のゴム状弾性
板を使用しているので、非接着とするゴム状弾性板２ｘ
を１枚使用すれば、１／８だけ、ハードニングと破断を
防止する効果が得られることになる。この免震支承体１
が、全てのゴム状弾性板２を接着した場合に、２５０％
の変形率でハードニングを起こし、４００％で破断を起
こすものであり、１枚の非接着のゴム状弾性板が３００
％を超える変形率で塑性変形域に入り、１０００％まで
耐荷能力を失わないものであったとする。その場合、１
枚のゴム状弾性板を非接着とすると、破断に対しては、
積層ゴム支承体全体の変形率で見て（１０００−４０
０）／８％だけ積層ゴム支承体の破断限界を大きくする
ことができる。またハードニングの抑制効果は、非接着
のゴム状弾性板が１０００％まで変形するまでの間に、
非接着のゴム状弾性板が接着されたゴム状弾性板よりも
大きく変形することにより得られるので、接着部分のゴ
ム状弾性板がハードニングを開始する変形率と、その枚
数に対する比を考えて決定する。

【００２５】

【発明の効果】本発明の積層ゴム支承体は、接着型の積
層ゴム支承体の上下端又は中間に単層若しくは複数層程
度の非接着層を導入したので、接着型と非接着型の両タ
イプの欠点を補い利点を確保して、ばね性能を飛躍的に
向上すると共に、所要バネ性能に対する適応性設計の自
由度を増大させることができる。

【００２６】また、加硫接着工程を分割した状態で行え
るので、加熱効率を高くする等により、製造コストを全
接着型に比べて低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例を示す側面図

【図２】 本発明の第２の実施例を示す側面図

【図３】 積層ゴム支承体の構造を示す側面図（ａ）及
び平面図（ｂ）

【図４】 積層ゴム支承体を用いた建物を示す側面図

【図５】 加硫接着型の積層ゴム支承体の免震特性を示
す図

【図６】 非接着型の積層ゴム支承体の単層の場合の免
震特性を示す図

【図７】 非接着型の積層ゴム支承体の免震特性を示す
図

【符号の説明】

１ 積層ゴム支承体 ２ ゴム状弾性板 ２ｘ 非接着にしたゴム状弾性板 ３ 剛性板 ３ａ 連結鋼板（剛性板） ４ 積層体 ５ フランジ板 ６ 貫通孔 ７ 取付用孔 ８ 建物等の重量物（上部構造） ９ 基礎（下部構造）

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【手続補正書】

【提出日】平成１１年２月２２日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１８】なお、ゴム状弾性板と剛性板の接合面を非
接着にするという意味は、ゴム状弾性板の表裏面を非接
着とする場合の他に、一方の面を非接着とし他方の面を
接着とする場合、ゴム状弾性板に他の薄いゴムを貼り付
け、この薄いゴムと剛性板との接合面を非接着とする場
合を含む。これらは、ハードニング及び破断に対して、
上記本発明の作用を有するからである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ゴム状弾性板と剛性板を交互に積層して
   構成され、重量物を水平方向に揺動可能に載置支持する
   積層ゴム支承体において、 大地震時の水平方向大変形に対して、水平ばね定数が不
   安定にならない範囲内であって、ゴム状弾性板のハード
   ニングを抑制し破断を防止するのに必要な数だけ、ゴム
   状弾性板と剛性板の接合面を非接着とし、他の接合面を
   接着したことを特徴とする積層ゴム支承体。
2. 【請求項２】 剛性板に非接着で接合されるゴム状弾性
   板を、積層体の端部に配置したことを特徴とする請求項
   １記載の積層ゴム支承体。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載した積層ゴム支承
   体を用いて、下部構造の上に上部構造を載置したことを
   特徴とする免震建物。