JPH11166587A - 免震構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】免震構造体の耐久性を向上させる。 【解決手段】積層体４の上下端面側の軟質板３とフラン
ジ５との間の少なくとも外周部側に軟質板３よりも低硬
度でかつ薄い柔軟シート６を介在し、その介在幅を適宜
設定することにより、大変形時に起こるフランジと積層
体との間の局所的応力集中を分散させ、かつ水平剛性値
も許容範囲に納める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、剛性を有する硬質
板と粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に多数個積層
させ、その上下端面にフランジを取付け一体化した免震
構造体の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】免震構造体としては、上下方向には極め
て高い剛性を持たせ、水平方向には加振力を減衰可能な
特性を発揮させるために、剛性を有する硬質板とゴムな
どの粘弾性的性質を有する軟質板とを交互に積層させ、
この積層体の上下端面に、地盤及び構造体に接合させる
ためにフランジが取り付けたものが知られている。

【０００３】この免震構造体は、その水平剛性値の設定
により、軟質板の静的剪断弾性係数が限定されるため、
例えば、高減衰免震構造体では、硬度８０Ｈｓ以上のゴ
ムが使用される場合がある。

【０００４】このような高硬度の軟質板を使用した免震
構造体においては、加振変形時に硬質板と高硬度の軟質
板との界面、特に、硬質板の外周端部において局所的に
剪断歪みが集中し、大変形時には、この部分から軟質板
の破壊及び（又は）接着破壊が起こる。この破壊現象は
軟質板と硬質板との界面に沿って内部に進行し、又は積
層体の外周部を覆う被覆ゴム層に伝播して最終的には免
震構造体が破壊するおそれがあった。

【０００５】この大変形時の局所的な剪断歪みによる免
震構造体の破壊を防止すべく、積層体の各ゴム層におけ
る外周側部分のゴム材料を中央部分のそれよりも引裂強
度が高くかつ剛性が低いものとした免震構造体が提案さ
れている（特開平６−１７５５８号公報参照）。

【０００６】すなわち、図５のごとく、硬質板１０１と
軟質板１０２とが交互に積層固着された積層体１０３
と、その上下端部に固着されたフランジ１０４と、積層
体１０３とフランジ１０４の外周部を包囲する外周ゴム
部１０５とを備え、軟質板１０２のゴム材料を剛性の高
いものとするとともに、外周ゴム部１０５及び各軟質板
１０２における外周側部分のゴム材料１０６を中央部分
１０２ａのそれよりも引裂強度が高く、かつ剛性の低い
ものとして、軟質板１０２に大きな局所的剪断歪みを発
生しても、硬質板１０１の外周端部におけるクラックの
発生を極力回避させるようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
が実験したところによると、高減衰積層構造の免震構造
体においては、大変形時の破壊部分としては、積層体の
軟質板と硬質板との界面に起きる局所的歪みよりも、地
盤や建物に夫々強固に固定されるフランジ部と積層体の
軟質板の外周部の界面に起きる局所的歪みが最も大き
く、この部分から破壊が起きるとの知見が得られた。

【０００８】従って、図５のごとく、軟質板１０２の外
周側部分１０６を剛性の低いゴム材料で構成したとして
も、その介在ボリュームが少なく、積層体１０３の外周
端部とフランジ１０４との界面に起こるクラックの発生
を防止できず、また、剛性の低い外周側部分１０６が軟
質板１０２の厚さと同等高さまで介在されると、水平剛
性値が下がり、所望の免震性能が得られないとの知見が
得られた。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、これらの
知見に基づき、免震性能が維持でき、かつ耐久性のある
免震構造体について鋭意研究した結果、積層体の軟質板
とフランジとの間に、軟質板よりも低硬度でかつ薄い柔
軟シートを所定の介在幅で介在すれば、積層体とフラン
ジとの界面の局所的剪断歪みが緩和され、耐破壊性が大
幅に向上するとともに、水平剛性値も許容範囲に納まる
ことを見出した。

【００１０】ここで、耐破壊性は、所定の垂直荷重下に
おいて水平方向から加振させたときに積層体が破壊する
水平変位量の大小で評価するもので、これが大きいほ
ど、耐破壊性が大であることを示す。また、水平剛性値
は、所定の水平変位量に対する水平加振応力値を示すも
のであり、これが大きいほど剛性が大であることを示
す。

【００１１】本発明者らは、積層軟質板の直径と軟質板
全層厚の比で定義される２次形状係数Ｓ２が２．８６、
軟質板の硬度がＪＩＳ Ａ ９０Ｈｓのものを使用し、柔
軟シートを介在しない従来の積層体と、所定の硬度、厚
み、介在幅を持った柔軟シートを介在したものとについ
て、その耐破壊性及び水平剛性値を比較したところ、表
１に示すように、従来の積層体の耐破壊性が概ね１２５
％であったのに対し、柔軟シートを介在した積層体は、
耐破壊性が２００％以上に達し、水平剛性値も許容範囲
であった。

【００１２】本発明者らの検討によると、柔軟シートの
介在効果は、ゴムの一般的特性からみて、軟質板の硬
度、２次形状係数Ｓ２の如何を問わず奏し得るものであ
るが、特に、軟質板の硬度がＪＩＳ Ａ ８０Ｈｓ以上
で、２次形状係数Ｓ２が５よりも小さい場合に有意義で
あるものと考えられる。

【００１３】また、ゴムなどの粘弾性的特性からみて、
柔軟シートの厚み及び介在幅を大に、また、硬度を低く
すればするほど、耐破壊性は向上するが、逆に、柔軟シ
ートの厚みを厚くすればするほど、あるいは硬度を低く
すればするほど、さらには介在幅を大きくすればするほ
ど、柔軟シートを介在しない免震構造体に比べて水平剛
性値が下がることが予想される。

【００１４】従って、柔軟シートは、耐破壊性や水平剛
性値等の免震構造体の要求特性に応じて、適宜、その硬
度、厚み、介在幅を選択しなければならない。本発明者
らが、免震構造体の耐破壊性の向上と許容水平剛性値の
好ましい柔軟シートの条件としているのは、以下の範囲
である。

【００１５】すなわち、柔軟シートの硬度については、
積層体の軟質板の硬度と相対的な関係により決定される
ものであり、軟質板の硬度がＪＩＳ Ａで８０Ｈｓ以上
の場合、柔軟シートは、軟質板の０．２〜０．８倍の硬
度の範囲内であればよい。具体的には、軟質板の硬度が
８０Ｈｓのとき、柔軟シートの硬度としては、１６〜６
４Ｈｓの範囲内である。また、軟質板の硬度が９０Ｈｓ
の場合、柔軟シートの硬度としては１８〜７２Ｈｓであ
ることが望まれる。柔軟シートが軟質板の硬度の０．８
倍を上回ると大変形時の局部的応力集中を分散させるこ
とができないと考えられ、柔軟シートの硬度が軟質板の
硬度の０．２倍を下回ると、柔軟シートの容積が小さい
場合でも積層体の水平剛性の低下が顕著となり、本来の
免震性能が得られないと考えられるからである。この柔
軟シートの硬度としては、好ましいのは、軟質板の硬度
の０．３〜０．８倍であり、さらに好ましくは０．４〜
０．７倍、さらに０．５〜０．６倍が好適である。

【００１６】柔軟シートの厚みＳについては、軟質板の
板厚Ｈ１に対して０．５Ｈ１以下であればよい。０．５
Ｈ１を上回ると、積層体としての水平剛性値に影響を及
ぼし、所望の免震性能が得られないことになる。好まし
くは、０．３Ｈ１以下、さらに好ましくは０．２Ｈ１以
下である。具体的には、軟質板の板厚２２ｍｍの場合、
柔軟シートの厚みとしては１〜３ｍｍ程度が好適であ
る。

【００１７】さらに、柔軟シートの介在幅については、
軟質板の辺長又は直径Ｌ１に対する軟質板外縁からの距
離をＲとすると、Ｒが０．０５Ｌ１以上であることが好
ましい。Ｒが０．０５Ｌ１を下回ると、加振変形時に局
部的剪断歪み集中を分散することができず、低変形時に
おいても破壊するおそれがあると考えられるからであ
る。なお、柔軟シートの介在幅としては、少なくとも軟
質板外縁からの距離が０．０５Ｌ１以上であればよく、
柔軟シートの厚み及び硬度を適宜選択すれば、積層体の
上下面の全面に貼り付けた場合であっても所望の耐破壊
性及び水平剛性値が得られた。さらに、柔軟シートの外
径は軟質板の外径以上であればよく、少なくとも軟質板
外縁に位置すればよい。

【００１８】このような柔軟シートの硬度、厚み及び介
在幅は、これらをすべて満足するものであれば、耐破壊
性及び水平剛性値の両方の特性を同時に満足することが
できる。柔軟シートの硬度、厚み及び介在幅のうちいず
れか一つでも条件を満たさなければ、耐破壊性あるいは
水平剛性のいずれかが許容範囲外になる。

【００１９】以上の点をまとめると、柔軟シートの具体
的構成としては、その硬度が軟質板の０．２〜０．８
倍、厚みが軟質板の厚みＨ１に対して０．５Ｈ１以下
で、介在幅が軟質板の辺長又は直径Ｌ１に対して、その
外縁より０．０５Ｌ１以上内部に介在されていることが
必要である。

【００２０】積層体を構成する硬質板としては、金属、
セラミック、プラスチック、硬質ポリウレタン、木材、
紙板などの剛性を有する材料を使用することができ、建
物の免震構造体としては、金属製のものが最適である。

【００２１】また、軟質板としては、熱可塑性ゴム、ウ
レタンゴム、各種加硫ゴム、未加硫ゴム以外に、プラス
チック、粘土などを使用することができる。未加硫ゴム
や粘土などを使用する場合には、粘性があっても弾性が
必要であることから、これらの素材に弾性のある材料を
併用することが望ましい。また、建物などの免震構造体
として使用する軟質板としては加硫ゴムが最適である。
各種加硫ゴムの配合は、所望の免震性能が得られるよう
に選択すればよく、その配合なども特に限定されるもの
ではない。

【００２２】また、軟質板は、単一の素材、又は外周側
部を中心部よりも軟質の軟質層で形成してもよい。外周
側部を中心部よりも軟質の軟質層で形成した場合、上述
のように、柔軟シートを介在した積層体とフランジ間の
局所的応力集中の分散が可能であるのみならず、硬質板
と軟質板との界面に起こる局所的応力集中も分散できる
意義がある。ただ、軟質層の形成は、耐破壊性を考慮し
た場合には良好な結果が得られるが、軟質層の介在幅が
あまりにも大きいと、水平剛性値にも影響を与えるの
で、軟質層の介在幅を適宜設定しなければならない。

【００２３】具体的には、硬質板の辺長又は直径Ｌ１に
対し、軟質層により硬質板の外周側部分を内側に包み込
んだ距離を差し引いた辺長又は直径Ｌ２が０．９Ｌ１以
上であることが望ましい。Ｌ２が０．９Ｌ１より下回る
と積層体の水平剛性が許容範囲を下回ることになるから
である。なお、Ｌ２が０．９５Ｌ１を超えると、硬質板
と軟質板との界面における局所的応力集中を分散させる
だけの効果が認められなかった。

【００２４】軟質層は、軟質板の硬度よりも低ければよ
く、また、柔軟シートと異なる、あるいは等しい硬度の
いずれであってもよい。具体的には、軟質板の硬度の
０．２〜０．８倍の範囲内であればよい。軟質層が軟質
板の硬度の０．８倍を上回ると大変形時の局部的応力集
中を分散させることができず、０．２倍を下回ると、軟
質層の容積が小さい場合でも積層体の水平剛性の低下が
顕著となると考えられるからである。

【００２５】軟質層の厚みとしては、硬質板間距離（軟
質板の板厚）Ｈ１に対し、包み込む上下の軟質層の厚み
Ｈ２及びＨ３の和が０．６Ｈ１〜１．０Ｈ１の範囲で設
定すればよい。Ｈ２＋Ｈ３が０．６Ｈ１以上であれば、
高硬度の軟質板と硬質板との界面に生じる局部的応力集
中も分散できる。軟質層の厚みが１．０Ｈ１であれば、
図５に示す免震構造体と同様に、硬質板間のすべてに軟
質層が介在されることになるが、この場合でも、介在幅
が上記範囲に止まる限り、水平剛性値も許容範囲とな
り、局部的応力集中を分散させる上で何ら支障がない。

【００２６】また、フランジは、建物等の構造体や地盤
に強固に固定されるものであるので、硬質板と同様、若
しくはそれ以上の剛性を有する素材により形成されてい
る。剛性を持たせるために、フランジも硬質板よりも大
なる板厚のものを採用することができる。また、フラン
ジは、構造体や地盤に強固に固定するために、積層体の
径と同等又はそれ以上の径のものを採用すればよい。

【００２７】これらの免震構造体は、積層体、柔軟シー
ト及びフランジから構成してもよいし、耐候性、耐久性
を向上させるために、積層体を被覆層で包囲したものも
採用可能である。被覆層としては、軟質板、軟質層ある
いは柔軟シートと別種の材料を使用してもよいが、軟質
層と同一材料を使用すれば硬質板間に介在する軟質層の
形成も同時に行うことができ、加硫成形がより一層容易
に行えることになる。また、被覆層は柔軟シートと同材
料で構成してもよいことは勿論である。

【００２８】免震構造体の成形方法としては、例えば、
柔軟シート、軟質板、軟質層及び被覆層を共にゴム材料
から構成した場合、硬質板と未加硫ゴムの軟質板及びそ
の外周側の軟質層とを交互に貼り合わせて積層し、その
上下面に柔軟シートを介してフランジを貼り合わせ、さ
らに、積層体の外周面に被覆層を貼り合わせ包囲した状
態で、モールド内で加硫一体化して、免震構造体を得
る。なお、硬質板及び軟質板又は柔軟シートと接するフ
ランジ面には予め接着剤を塗布・乾燥処理を行うことが
望ましい。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す免震構造
体の断面図である。図示のごとく、免震構造体１は、鋼
板製の硬質板２と、天然ゴム系配合の軟質板３とを交互
に積層してなる積層体４と、該積層体４の上下端面に取
り付けられたフランジ５と、積層体４の上下端面側の軟
質板３とフランジ５との間の全面に介在された柔軟シー
ト６と、積層体４を包囲するように取り付けられた被覆
層７とが加硫一体化されている。

【００３０】積層体４は円柱形であって、直径６３０ｍ
ｍ、高さ２５６ｍｍに設定されている。この積層体４を
包囲する被覆層７は、その厚みは１０ｍｍであり、硬度
６０Ｈｓのゴム材料が使用されている。積層体４を構成
する硬質板２は、直径６３０ｍｍ、厚さ４ｍｍの鋼板が
９枚積層されている。また、軟質板３は、その直径が６
３０ｍｍ、厚さ（高さＨ１）が２２ｍｍとされ、これが
硬質板２と交互に１０層積層されている。軟質板３の硬
度は９０Ｈｓの高硬度のものが使用され、高減衰性能を
発揮する。

【００３１】柔軟シート６は、積層体４の上下面を覆う
べく、直径６３０ｍｍの円板状のもので、厚さが２．２
ｍｍ、硬度が６０Ｈｓのものが使用されている。従っ
て、柔軟シート６の硬度は、軟質板３の硬度の概ね０．
６６に設定されている。また、フランジ５は、直径が７
００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円盤状のものが使用されてい
る。なお、硬質板２及び軟質板３又は柔軟シート６と接
するフランジ面には予め接着剤としてケムロック２０５
（下塗り）とケムロック２５２（上塗り）｛ロード・フ
ァー・イースト社製｝を塗布・乾燥処理を行っている。

【００３２】図２は第２の実施例を示す免震構造体の断
面図である。この第２の実施例では、第１の実施例と異
なり、柔軟シート６は、硬度４５Ｈｓ、厚みが４．４ｍ
ｍで、介在幅が軟質板３の直径６３０ｍｍに対して、そ
の外周縁より３１．５ｍｍまで中央側に介在されたリン
グ状のシートが使用されている。このリング状の柔軟シ
ート６の介在に対応して、積層体４の上下面の軟質板３
の外端面は、柔軟シートの厚み及び幅に対応した段部が
形成されている。

【００３３】図３は第３の実施例を示す免震構造体の断
面図である。この第３の実施例では、積層体４、被覆層
７、フランジ５の材質・形状は第１の実施例と同様であ
り、異なる点は、第１実施例における軟質板３の外周側
に軟質板３よりも低硬度のリング状の軟質層８が形成さ
れていることと、材質は同様であるが柔軟シートの外径
が６５０ｍｍに設定されていることである。

【００３４】軟質層８のゴム硬度は６０Ｈｓであり、硬
質板２の直径Ｌ１に対し、軟質層８により硬質板２の外
周側部分を内側に包み込んだ距離を差し引いた直径Ｌ２
が０．９Ｌ１とされている。すなわち、直径６３０ｍ
ｍ、厚さＨ１が２２ｍｍ、硬度が９０Ｈｓの円板状の軟
質板３に対して、リング状の軟質層８は外径が６３０ｍ
ｍ、内径が５６７ｍｍに設定されている。また、軟質層
８の厚みは、軟質板３の厚みをＨ１とし、硬質板２の下
面の軟質層８の厚みをＨ２、硬質板２の上面の軟質層３
の厚みをＨ３とすると、Ｈ２及びＨ３が同厚み（６．６
ｍｍ）に設定され、かつ両者の和（Ｈ２＋Ｈ３）が０．
６Ｈ１（１３．２ｍｍ）に設定されている。

【００３５】図４は第４の実施例を示す免震構造体の断
面図である。第４の実施例では、軟質層８のゴム硬度は
６４Ｈｓであり、硬質板２の直径Ｌ１に対し、軟質層８
により硬質板２の外周側部分を内側に包み込んだ距離を
差し引いた直径Ｌ２が０．９４Ｌ１、軟質層８の外径が
６３０ｍｍ、内径が５９０ｍｍに設定されている。ま
た、軟質層８の厚みは、軟質板３の厚みＨ１と等しい値
（２２ｍｍ）に設定されている。柔軟シートの構成は第
３の実施例と同様であり、硬度が７０Ｈｓである。

【００３６】表１は、これら各実施例について、水平剛
性及び耐破壊性の評価を行った。水平剛性値は、上述の
ごとく、所定の水平変位量に対する水平加振応力値を示
すもので、垂直荷重２０００ｋＮにて、軟質板の総厚の
７０％の水平変位量を得るのに必要な加振応力を、比較
例１を１００として、指数表示したものである。耐破壊
性は、垂直荷重２，０００ｋＮにて水平方向から加振さ
せたときに、軟質板の総厚に等しい水平変位量を１００
％として、水平変位を２５％刻みで順次上げていき、免
震構造体が破壊した変位量で評価したものである。

【００３７】なお、比較例１は、柔軟シート及び軟質層
が存在しない免震構造体を、比較例２及び比較例３は柔
軟シートの硬度、介在幅及び厚みを種々変更したもの
を、比較例４は軟質層の介在幅を変更したものを夫々示
すものである。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１から明らかな通り、実施例１及び２で
は、柔軟シートを介在した場合、耐破壊性が大幅に向上
するとともに、水平剛性値が許容範囲（９０以上）に納
まるので、従来に比べて免震性能を維持しつつ、耐久性
を大幅に向上させることができる。

【００４０】ただ、柔軟シートの硬度、厚み、介在幅が
耐破壊性に大きく影響を及ぼすのも事実である。柔軟シ
ートを介在しない比較例１に対して、柔軟シートの介在
幅が少ない比較例２の場合、耐破壊性がさほど向上せ
ず、フランジと積層体との界面で局所的歪みが発生する
可能性がある。また、柔軟シートの硬度が高い比較例３
の場合も同様に耐破壊性が比較例２ほど向上していな
い。

【００４１】軟質層を介在した実施例３及び実施例４の
場合、耐破壊性が大幅に向上するとともに、水平剛性値
も許容範囲であり、問題とはならない。ただ、軟質層の
介在幅を多くした比較例４の場合、耐破壊性は向上する
反面、水平剛性値が許容範囲を超えてしまうので、実用
上問題である。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明に
よると、積層体とフランジとの間の少なくとも外周部側
に積層体の軟質板よりも低硬度でかつ薄い柔軟シートを
介在し、その介在幅を適宜設定することにより、耐破壊
性を向上させ、所望の水平剛性値を得ることができるの
で、免震性能を維持しつつ耐久性を大幅に向上させるこ
とができるといった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す免震構造体の断面
図

【図２】第２の実施例を示す免震構造体の断面図

【図３】第３の実施例を示す免震構造体の断面図

【図４】第４の実施例を示す免震構造体の断面図

【図５】従来の免震構造体の断面図

【符号の説明】

１ 免震構造体 ２ 硬質板 ３ 軟質板 ４ 積層体 ５ フランジ ６ 柔軟シート ７ 被覆層 ８ 軟質層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】剛性を有する硬質板と、粘弾性的性質を有
   する軟質板とを交互に積層してなる積層体と、該積層体
   の上下端面に取り付けられたフランジとを備えた免震構
   造体において、前記積層体の上下端面側の軟質板と前記
   フランジとの間の少なくとも外周部側に柔軟シートが介
   在され、前記柔軟シートは、前記軟質板の０．２〜０．
   ８倍の硬度で、厚みが軟質板の厚みの１／２以下に設定
   され、その介在幅が軟質板の辺長又は直径Ｌ１に対し
   て、その外縁よりも０．０５Ｌ１以上内部まで介在され
   たことを特徴とする免震構造体。
2. 【請求項２】前記積層体を構成する硬質板の外周部が、
   前記軟質板よりも低硬度の軟質層で包囲された請求項１
   記載の免震構造体。