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建築物の免震装置
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- 【要約】
【課題】 鉛直方向に対する剛性を向上させて建築物の鉛直荷重を支持し、建築物とその基礎との接触部分のずれを防止できる建築物の免震装置を提供する。
【解決手段】 建築物の土台１とその基礎２との間に介在される免震装置３を、上下一対のゴム板フランジ４と、一対のゴム板フランジ４の間に介在される複数の積層ゴム部材５とから構成する。複数の積層ゴム部材５を水平方向に隙間をおいて並べ、各積層ゴム部材５を、ゴム９とステンレスプレート１０とを鉛直方向に交互に積層して構成するとともに、各積層ゴム部材５の高さをその直径よりも高くする。ゴム９間にステンレスプレート１０が介在されているので、ゴム単体の場合に比べ、大きな剛性を得ることができ、大きな荷重を支持することもできる。
- 【特許請求の範囲】
【請求項１】 建築物に対する地震エネルギを免震装置で遮断吸収する建築物の免震装置において、上記免震装置は、上記建築物とその基礎との間に介在される上下一対のゴムフランジと、この一対のゴムフランジの間に介在される複数の積層ゴム部材とを含み、該複数の積層ゴム部材を水平方向に隙間をおいて並べ、各積層ゴム部材を、ゴムと中間膨出規制板とを鉛直方向に交互に積層して構成するとともに、該各積層ゴム部材の高さをその直径よりも高くしたことを特徴とする建築物の免震装置。
【請求項２】 少なくとも上記一対のゴムフランジのいずれか一方にほぼ鉛直に設けられる取付突部を備えてなる請求項１記載の建築物の免震装置。
【請求項３】 上記各中間膨出規制板の積層面から上記ゴムに突出埋設される分断防止ピンを備えてなる請求項１又は２記載の建築物の免震装置。
【請求項４】 上記各中間膨出規制板に貫通口を備え、この貫通口を介して上下のゴムを一体成形した請求項１ないし３記載の建築物の免震装置。
【請求項５】 上記取付突部の自由端部外周にテーパを備えてなる請求項２記載の建築物の免震装置。
- 【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、積層ゴムのアイソレータ(isolator)からなる建築物の免震装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、鉄筋コンクリート製の建築物の基礎部分に免震積層ゴム等を設置した免震装置が広く知られている。しかし、この種の装置は、木造建築等の一般住宅には不向きであるため、近年、一般住宅に対応可能な免震装置の開発が進められている。
【０００３】この点に鑑み、特開平７−１３９２１７号公報には、横揺れ及び縦揺れを吸収するため、木造建築物の土台と基礎上面との間に免震耐荷重用ゴムからなるブロック体を介装し、このブロック体にその幅方向に沿って複数個の溝及び中空穴を形成した免震装置が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の免震装置は、以上のように構成され、ブロック体に設けた溝及び中空穴が幅方向に沿って形成されているので、ブロック体の幅方向の水平剛性が高く、幅方向に振動する地震動に対して免震効果が小さいという問題があった。また、中空部の存在により、仕切壁のみに建築物の鉛直荷重が作用するので、建築物を十分に支持することが困難になるという問題があった(ブロック体の鉛直方向の剛性が十分に確保できない)。さらに、上記ブロック体では、鉛直方向に圧縮した場合、水平外方向に凸状に膨出するので、鉛直方向に対して高い剛性(ばね定数)を得ることができないという問題もあった。
【０００５】本発明は上記に鑑みなされたもので、横揺れを良好に吸収し、鉛直方向に対する剛性を向上させて建築物の鉛直荷重を良好に支持し、建築物とその基礎との接触部分のずれを有効に防止することのできる建築物の免震装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明においては、上記課題を達成するため、建築物に対する地震エネルギを免震装置で遮断吸収するものにおいて、上記免震装置は、上記建築物とその基礎との間に介在される上下一対のゴムフランジと、この一対のゴムフランジの間に介在される複数の積層ゴム部材とを含み、該複数の積層ゴム部材を水平方向に隙間をおいて並べ、各積層ゴム部材を、ゴムと中間膨出規制板とを鉛直方向に交互に積層して構成するとともに、該各積層ゴム部材の高さをその直径よりも高くしたことを特徴としている。
【０００７】なお、少なくとも上記一対のゴムフランジのいずれか一方にほぼ鉛直に設けられる取付突部を備えてなることが好ましい。また、上記各中間膨出規制板の積層面から上記ゴムに突出埋設される分断防止ピンを備えてなることが好ましい。また、上記各中間膨出規制板に貫通口を備え、この貫通口を介して上下のゴムを一体成形することが望ましい。さらに、上記取付突部の自由端部外周にテーパを備えると良い。
【０００８】ここで、特許請求の範囲における建築物には、少なくとも木造建築等の一般住宅や個人住宅が含まれる。また、上下一対のゴムフランジとゴムとは、耐老化性や耐油性に優れるクロロプレンゴム(CR)、耐老化性に優れるエチレン−プロピレンゴム(EPDM)、耐油性に優れるアクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)、耐老化性、耐候性、及び耐熱性等に優れるシリコーンゴム(けい素ゴム)、優れた機械的性質や弾性を有する天然ゴム、又は高減衰積層ゴム等を用いてインサート成形や接着等により構成される。これらのゴムには、加硫剤(硫黄等)、加硫促進剤(チアノゾール類やチウラム剤等)、補強剤(カーボンブラック等)、充填剤(酸化カルシウム等)、又は老化防止剤(アミノ系又はフェノール系ラジカル禁止剤等)等を適宜配合することができる。
【０００９】ゴムフランジは、平面円形、矩形、小判形、楕円形、又は多角形等に構成することができる。各積層ゴム部材、ゴム、及び中間膨出規制板も、平面円形、矩形、小判形、楕円形、又は多角形等に構成することができる。また、複数の積層ゴム部材は、XY方向にマトリックスや千鳥形等の配列で適宜並べられる。複数の積層ゴム部材の数やその相互間の隙間は、適宜増減変更することができる。
【００１０】各積層ゴム部材は、５mmから１５mm程度の径を有すると良い。中間膨出規制板は、SS４００、SN４００Ａ、SPCC鋼板、又はSPHC鋼板(熱間圧延材)等を使用して構成することができる。また、取付突部は、一対のゴムフランジや一のゴムフランジの中央部、側部、若しくは隅部等に単数複数一体的に、あるいは別体として成形、垂設、螺着、又は立設等される。また、ほぼ鉛直という用語には、厳密な意味の鉛直と、おおよそ鉛直と認められる状態の鉛直のいずれもが含まれる。
【００１１】分断防止ピンは、各中間膨出規制板の表裏面に単数複数設けられる。この分断防止ピンは、拡径部や縮径部を単数複数備えたピン構造(横断面円形、矩形、小判形、楕円形、又は多角形等いずれでも良い)に構成されたり、周面に凹凸部(例えば、凹み穴や釘形等)を単数複数備えた円錐又は角錐構造等に適宜構成される。さらに、貫通口は、横断面円形、矩形、小判形、楕円形、又は多角形等の形で各中間膨出規制板に単数複数設けられる。
【００１２】請求項１記載の発明によれば、地震エネルギの入力時に建築物と基礎とが相対的に水平方向に変位すると、上下一対のゴムフランジが相互に逆向きに変位し、この変位作用に伴い複数の積層ゴム部材がそれぞれ変形し、基礎から建築物に対する地震動が遮断吸収される。また、鉛直方向に積層ゴム部材が圧縮されると、ゴムの水平横方向に対する動きが中間膨出規制板との結合により規制され、水平横方向に対するはみだしが小さくなる。このため、中間膨出規制板を有しないゴム単体の場合に比べ、大きな剛性を得ることができ、しかも、ほぼ密集した複数の積層ゴム部材が大きな建築物の鉛直荷重を支持する。
【００１３】また、水平方向に対しては、ゴム特有の柔軟な剛性と変形性とを得ることができる。また、建築物には上方のゴムフランジが、基礎には下方のゴムフランジがそれぞれ接触するので、接触面積を拡大でき、ゴムフランジが建築物及び基礎に対してずれにくくなる。さらに、各積層ゴム部材が縦長なので、免震構造が長周期化する。
【００１４】また、請求項２の発明によれば、建築物及び又は基礎に取付突部が保持されて一体化するので、建築物及び又は基礎に対してゴムフランジのずれることがない。また、請求項３記載の発明によれば、建築物と基礎とが水平方向に変位しても、上下のゴムの内部に中間膨出規制板の分断防止ピンがそれぞれ突出して内蔵されているので、これらが分離しにくく、ゴム及び中間膨出規制板の損傷や破断等が抑制防止される。また、請求項４記載の発明によれば、ゴムと中間膨出規制板との一体成形が容易化する。さらに、請求項５記載の発明によれば、建築物及び又は基礎に対する取付突部の差し込みが容易になる。また、建築物及び又は基礎と免震装置との間の締結力も強まる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態になんら限定されるものではない。本実施形態における建築物の免震装置は、図１や図２に示すように、個人住宅等の木造建築物の土台１と基礎２との間に介在される免震装置３を備え、この免震装置３を、上下一対のゴム板フランジ４と、この一対のゴム板フランジ４間の隙間に介在される複数の積層ゴム部材５とから一体構成するようにしている。
【００１６】土台１は、例えば木製の角材からなり、その上面に図示しない大引きや根太等が支持される。また、基礎２は、コンクリートからなる横断面ほぼ矩形に成形され、図示しないアンカボルトが埋設されており、このアンカボルトの外周には図示しないゴム製の免震筒が嵌合されている。このアンカボルトは、土台１を貫通してその上端部が図示しないナットで螺締めされることにより、土台１と基礎２とを結合するよう機能する。
【００１７】ゴム板フランジ４は、土台１及び基礎２とほぼ同じ幅寸法の板形に成形され、上部ゴム板フランジ６の上面全体が土台１の下面に密接され、下部ゴム板フランジ７の下面全体が基礎２の上面に密接される。これら上部ゴム板フランジ６と下部ゴム板フランジ７の両側には、図３や図５に示すように、取付穴がそれぞれ穿設され、各取付穴には取付突部８が鉛直に嵌着されている。各取付突部８は、その外径寸法が１５〜２０mm程度のほぼ円柱形に構成され、土台１あるいは基礎２の図示しない保持孔にそれぞれ嵌着される。
【００１８】複数の積層ゴム部材５は、上部ゴム板フランジ６と下部ゴム板フランジ７の対向面間のほぼ全域にわたり、水平方向に向けほぼ千鳥形に並設されるとともに、隙間をおいてほぼ均一に隣接されており、上部ゴム板フランジ６と下部ゴム板フランジ７とに端部が一体成形されている(図４及び図５参照)。隙間は、５〜１５mm程度とされ、複数の積層ゴム部材５に鉛直荷重が作用して圧縮しても、隣接する積層ゴム部材５同士が相互に干渉しないよう機能する。
【００１９】各積層ゴム部材５は、図５ないし図７に示すように、円柱形のゴム９と、耐酸や耐食性に優れる円板形のステンレスプレート１０とを鉛直方向に交互に一体積層した縦長構造に構成されている。この積層ゴム部材５は、その高さが直径の２倍以上の高さに成形され、水平変形量が十分に確保されている。また、ステンレスプレート１０は、レーザカット等で加工され、表裏面(積層面)の中心部及び外周部からは分断防止ピンとして複数のステンレスピン１１が所定の間隔で突出しており、各ステンレスピン１１の自由端部(先端部)外周にはエンドレスの凹部１２が周方向に向けて形成されている。このような複数のステンレスピン１１は、上下のゴム９の内部にそれぞれ突出埋設され、ゴム９とステンレスプレート１０との分離・抜脱を簡易な構成で防止するよう機能する。
【００２０】上記構成によれば、一対のゴム板フランジ４にわたってほぼ均一に配置された複数の積層ゴム部材５が各々変形するので、水平方向のあらゆる向きの横揺れに対し、基礎２から土台１に伝わる地震動をきわめて良好に吸収することができる。また、複数の積層ゴム部材５が相互に近接配置されているので、密集した複数の積層ゴム部材５により建築物の鉛直荷重を確実に支持することができる。また、土台１及び基礎２に対して一対のゴム板フランジ４がそれぞれ接触するので、広い接触面積の確保が期待できる。また、土台１と基礎２とに取付突部８がそれぞれ嵌入・保持されるので、土台１と基礎２に対して一対のゴム板フランジ４がずれることが全くなく、確実に密着した状態を維持することが可能になる。
【００２１】また、ゴム９間にステンレスプレート１０が介在されているので、ゴム単体の場合に比べ、実に大きな剛性を得ることができるとともに、大きな荷重を支持することができる。この点を詳説すると、ゴム単体の場合には、鉛直方向に圧縮すると、周方向にゴムが凸状に膨出する。これに対し、ゴム間にステンレスプレート１０が介在密着されている場合、圧縮変形に対するゴム９の周方向への動きがステンレスプレート１０に拘束されるので、ゴム自体の膨出が非常に小さくなる。すなわち、自由表面積を小さくすることにより、ゴム本体が有する自由な変形を拘束し、ゴム９の非圧縮性(ポアソン比ν≒０．４９９９)による体積弾性率程度の鉛直弾性を得ることができる。
【００２２】この結果、積層ゴム部材５の圧縮変形はゴム９より小さくなり、鉛直方向に高い剛性(ばね定数)が得られる。これに対し、水平方向に対しては、ゴム９がせん断変形し、接着が拘束条件とならないため、両者とも同じ剛性となる。したがって、積層ゴム部材５では鉛直方向に高い剛性、水平方向には柔らかい剛性が得られ、その比率はゴム９のせん断弾性係数とゴム９の１層当たりの厚さにより変化させることができる。さらにまた、各積層ゴム部材５が縦長構造に構成されているので、免震装置を長周期にすることが可能になる。
【００２３】次に、図８は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、各取付突部８の自由端部の外周に先細りのテーパ１３を形成して挿入しやすくしている。その他の点に関しては、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、先細りのテーパ１３を備えているので、土台１と基礎２に対する取付突部８のセットがきわめて容易化する。
【００２４】次に、図９は本発明の第３の実施形態を示すもので、この場合には、各ステンレスプレート１０の中心部に円形の貫通口１４を穿設し、全てのゴム９とステンレスプレート１０とを一体成形するようにしている。他の点に関しては、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００２５】本実施形態においても、上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、ゴム９とステンレスプレート１０との一体成形が容易化するとともに、剛性や接着性が大幅に向上することは明らかである。また、加硫の均一性を向上させるため、中心部分から加熱することも可能となる。さらに、貫通口１４を使用すれば、ステンレスプレート１０の整列のための位置決めが実に容易になる。
【００２６】なお、上記実施形態では木造建築物の土台１と基礎２との間に免震装置３を単に介在したものを示したが、免震装置３の外周にセラミックファイバーブランケット等を施して耐火性を向上させても良い。また、取付突部８の代わりに単数複数のアンカーフレーム、各種ボルト、又は締結具を適宜使用しても良い。また、一対のゴム板フランジ４間に複数の積層ゴム部材５のみを並べて介在したものを示したが、なんらこれに限定されるものではない。
【００２７】例えば、一対のゴム板フランジ４の中心部間に縦長筒形の鉛プラグを連結してこの鉛プラグを複数の積層ゴム部材５中に封入し、鉛プラグ(高純度の鉛からなる)入り積層ゴム(Lead Rubber Bearing、略してLRB)を構成することも可能である。こうすれば、鉛プラグがダンパ機能を発揮するので、安定したせん断変形を実現することができる。さらに、省スペース化や施工・維持管理の容易化も期待できる。
【００２８】
【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明によれば、横揺れを良好に吸収するとともに、建築物の鉛直荷重を良好に支持し、建築物とその基礎との接触部分のずれを防止することができるという効果がある。さらに、鉛直方向に対して高い剛性を得ることが可能になる。
- 【公開番号】特開２０００−８６４１（Ｐ２０００−８６４１Ａ）
【公開日】平成１２年１月１１日（２０００．１．１１）
【発明の名称】建築物の免震装置
【発明者】
【氏名】蹴揚 正雄
- 【出願番号】特願平１０−１７４８５６
【出願日】平成１０年６月２２日（１９９８．６．２２）
【出願人】
【識別番号】５９５０７４６５７
【氏名又は名称】蹴揚建設株式会社
- 【代理人】
【識別番号】１００１０１１４４
【弁理士】
【氏名又は名称】神田 正義
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