(57)【要約】【課題】  平常時に生じる微振動に対しては免震効果を発揮することなく高い剛性によって上記微振動を抑制するこにより嫌振機器の安定的な運転を確保することができ、かつ地震時には、すべり等による免震効果を発揮して構造物に大きな被害が発生することを未然に防止することができる免震構造を提供する。【解決手段】  微振動を嫌う機器類が配置された上部構造２と、この上部構造２を支承する下部構造３との間に免震手段を介装した免震構造であって、上記免震手段として、すべり支承による免震装置４および剛塑性ダンパー９を用いたことを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微振動を嫌う機器類が配置された上部構造と、この上部構造を支承する下部構造との間に免震手段を介装した免震構造であって、
上記免震手段として、すべり支承による免震装置および剛塑性ダンパーを用いたことを特徴とする免震構造。
【請求項２】
上記すべり支承による免震装置は、剛すべり支承による免震装置であり、かつ上記剛塑性ダンパーは、鉛棒ダンパーまたは摩擦ダンパーであることを特徴とする請求項１に記載の免震構造。
【請求項３】
地震時における上記機器類の振動許容値となる水平方向の降伏荷重がＬ0であり、かつ地震時に上記上部構造に許容される水平方向の最大変位を生じさせる降伏荷重がＬ1であるときに、上記すべり支承による免震装置の個数Ｎs、各すべり支承による免震装置の摩擦係数μsi、各すべり支承による免震装置の支持荷重Ｗsi、上記剛塑性ダンパーの個数ＮDおよび各剛塑性ダンパーの降伏荷重ＬDiの諸元によって決定される下記降伏荷重Ｌy、
【数１】
2006153232.tif 000009
が、Ｌ1≦Ｌy≦Ｌ0となるように上記諸元を決定することを特徴とする請求項１または２に記載の免震構造。
【請求項４】
すべり支承による免震装置の水平剛性をＫsi、剛塑性ダンパーの水平剛性をＫDiとしたときに、平常時における上記免震手段の水平剛性Ｋと、上記上部構造の微振動に対する許容応答から定める所定の値K0とが、下式
【数２】
2006153232.tif 000010
の関係を有することを特徴とする請求項１または２に記載の免震構造。
【請求項５】
上記上部構造の重心位置に対する上記各すべり支承による免震装置と剛塑性ダンパーとの降伏荷重の作用重心位置のＸ方向、Ｙ方向の偏心距離をｅy、ｅxとし、上記各すべり支承による免震装置と剛塑性ダンパーとの降伏荷重のＸ方向、Ｙ方向の弾性半径をｒex、ｒeyとしたときに、
上記すべり支承による免震装置および剛塑性ダンパーの平面的な配置を、上記上部構造の重心位置に対する偏心率（ｅy／ｒex、ｅx／ｒey）が、０．０５〜０．１５の範囲で選択される所定値Ｒex、Ｒeyに対して、Ｒex≧ｅy／ｒex、Ｒey≧ｅx／ｒey、となるように設定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の免震構造。
【請求項６】
上記免震手段は、地震時に上記上部構造に水平方向の復元力を付与する付勢手段を有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の免震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体製造工場のような、多数の嫌振機器が配置された構造物を免震化する際に用いて好適な免震構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、各種の構造物において、当該構造物の基礎部分や上下部構造間に免震装置を介装することにより、地震等によって地盤から構造物に伝播しようとする振動を減衰させて、構造物の躯体に生じる応力や変形を少なくする様々な免震構造が採用されている。
【０００３】
下記特許文献１は、従来のこの種の免震構造を示すもので、基礎とその上方に位置する建物との間に、当該建物を弾性支持しつつ、基礎との間の水平方向への相対移動に所定の弾発力をもって復元力を与える積層ゴムを用いた免震装置と、これら基礎と建物との間に鉛直方向に設けられて減衰力の発生主軸が軸方向となる鉛直ダンパと、上記基礎と建物との間に水平方向に設けられて減衰主軸が水平方向となる水平ダンパとを設けたものである。
【０００４】
上記構成からなる免震構造によれば、積層ゴムを用いた免震装置によって、建物の固有周期を長周期化させることにより、地震等の振動外力を基礎に対して効果的に遮断することができる。また、鉛直ダンパによって、積層ゴムの圧縮変形による建物の上下振動を減衰させることができ、かつ水平ダンパによって建物と基礎との間に生じる水平方向の相対変位を減衰させることができる。
【特許文献１】特開平１１−３６６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記構造物のうちには、半導体製造工場や精密機械工場などのように、振動を極端に嫌う多数の生産装置が設置されているものがある。
このような構造物にあっては、地震により上記生産装置が損傷したり、操業がストップしたりすると、当該生産装置が高価であり、かつ付加価値の高い製品を生産していることから、多大な損害が発生する。
【０００６】
そこで、上記半導体製造工場等の構造物に対しても、上述した積層ゴムを用いた免震装置等によって免震化を図ることが考えられるが、もともと上記積層ゴムによる免震装置は、地震時に発生する水平方向の相対変位を上記ゴムの弾性によって吸収し、構造物の固有周期を長周期化させることにより地震力の影響を低減化させるものであるため、その剛性が低いほど、地盤に対する建物の固有周期を長周期化することができるものである。
【０００７】
このため、上記構造物とその基礎との間に上述したような積層ゴムによる免震装置を介装すると、上記免震装置の剛性が低いため、平常時に発生する微細な振動が上記免震装置によって増幅されてしまうことになる。
ところが、この種の構造物においては、微細加工を行う生産機器類等が床の微細な振動でも生産に支障を来すことから、床の振動許容値が厳しく制限されており、よって上記半導体製造工場等の構造物に対しては、上述したような免震構造を採用することができないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、平常時に生じる微振動に対しては免震効果を発揮させずに高い剛性によって上記微振動を抑制することにより嫌振機器の安定的な運転を確保することができ、かつ地震時には、すべり等による免震効果を発揮して嫌振機器類や構造物に大きな被害が発生することを未然に防止することができる免震構造を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、微振動を嫌う機器類が配置された上部構造と、この上部構造を支承する下部構造との間に免震手段を介装した免震構造であって、上記免震手段として、すべり支承による免震装置および剛塑性ダンパーを用いたことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、上記すべり支承によれる免震装置としては、例えば剛すべり支承、弾性すべり支承、ローラー支承あるいはリニアガイド支承等による各種のすべり支承による免震装置が含まれる。また、剛塑性ダンパーとしては、鉛棒ダンパーや摩擦ダンパー等の上部構造の鉛直荷重を支承するとともに、一定以上の水平荷重が作用した際に降伏する各種の剛塑性ダンパーが適用可能である。
【００１１】
そして、請求項２に記載の発明は、特に上記すべり支承による免震装置が、剛すべり支承による免震装置であり、かつ上記剛塑性ダンパーが、鉛棒ダンパーまたは摩擦ダンパーであることを特徴とするものである。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、地震時における上記機器類の振動許容値となる水平方向の降伏荷重がＬ0であり、かつ地震時に上記上部構造に許容される水平方向の最大変位を生じさせる降伏荷重がＬ1であるときに、上記すべり支承による免震装置の個数Ｎs、各すべり支承による免震装置の摩擦係数μsi、各すべり支承による免震装置の支持荷重Ｗsi、上記剛塑性ダンパーの個数ＮDおよび各剛塑性ダンパーの降伏荷重ＬDiの諸元によって決定される下記降伏荷重Ｌy、
【数３】
2006153232.tif 000003
が、Ｌ1≦Ｌy≦Ｌ0となるように上記諸元を決定することを特徴とするものである。
【００１３】
他方、請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、すべり支承による免震装置の水平剛性をＫsi、剛塑性ダンパーの水平剛性をＫDiとしたときに、平常時における上記免震手段の水平剛性Ｋと、上記上部構造の微振動に対する許容応答から定める所定の値K0とが、下式
【数４】
2006153232.tif 000004
の関係を有することを特徴とするものである。
ここで、上記Ｋ0は、建設地点における微振動による上部構造の応答を所定の値以下に抑えるのに必要な免震手段の剛性から定まる値である。また、上記応答としては、変位、速度または加速度が選択可能である。なお、免震手段として、すべり支承による免震装置および剛塑性ダンパーに加えて、他の免震装置を併用する場合には、上式の左辺に、同様にして当該他の免震装置の水平剛性を加えればよい。
【００１４】
さらに、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記上部構造の重心位置に対する上記各すべり支承による免震装置と剛塑性ダンパーとの降伏荷重の作用重心位置のＸ方向、Ｙ方向の偏心距離をｅy、ｅxとし、上記各すべり支承による免震装置と剛塑性ダンパーとの降伏荷重のＸ方向、Ｙ方向の弾性半径をｒex、ｒeyとしたときに、上記すべり支承による免震装置および剛塑性ダンパーの平面的な配置を、上記上部構造の重心位置に対する偏心率（ｅy／ｒex、ｅx／ｒey）が、０．０５〜０．１５の範囲で選択される所定値Ｒex、Ｒeyに対して、Ｒex≧ｅy／ｒex、Ｒey≧ｅx／ｒey、となるように設定することを特徴とするものである。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、上記免震手段が、地震時に上記上部構造に水平方向の復元力を付与する付勢手段を有することを特徴とするものである。
なお、上記付勢手段としては、地震時に生じる上部構造の水平変位によって付勢力を生じるオイルダンパー、水平ばね、弾性ゴムの他、積層ゴムや積層ゴムと鉛棒ダンパーとを組み合わせた鉛プラグ入り積層ゴム等が適用可能である。
【発明の効果】
【００１６】
一般に、免震装置は、その剛性が高くなると伝達する振動の振幅が小さくなり、逆に剛性が低くなると伝達する振動の振幅が大きくなる。そして、請求項１〜６のいずれかに記載の発明によれば、微振動を嫌う機器類が配置された上部構造と、この上部構造を支承する下部構造との間に、剛性に優れるすべり支承による免震装置と剛塑性ダンパーとを介装しているので、平常時は、免震効果を発揮することなく、上部構造に伝達される微振動を、当該免震装置および剛塑性ダンパーが有する高い剛性によって上記嫌振機器類における上記振動許容値以下に抑制することができる。
【００１７】
また、地震発生時は、上記免震装置にすべりが生じるとともに、剛塑性ダンパーが塑性変形することにより、上部構造に対する免震機能を発揮することができる。
この結果、平常時には嫌振機器の安定的な運転を確保することができ、かつ地震時には免震効果を発揮して構造物に大きな被害が発生することを未然に防止することができる。
【００１８】
なお、平常時における高い剛性と、地震時における免震効果の発揮とを考慮すると、請求項２に記載の発明のように、上記すべり支承による免震装置としては、剛すべり支承による免震装置が最適であり、また上記剛塑性ダンパーとしては、鉛棒ダンパーまたは摩擦ダンパーが好適である。
【００１９】
ところで、上記免震装置および剛塑性ダンパーが免震手段として作動する際の荷重、すなわち上記免震手段の降伏荷重を低く設定し過ぎると、地震時の加速度応答は低く抑えられるが、応答変位が増大し、甚だしい場合には、上記上部構造が隣接する構造物や擁壁と衝突するおそれが生じる。また、強風に対してもすべりが生じてしまうという問題がある。他方、上記降伏荷重を高く設定し過ぎると、地震時の応答変形は小さく抑えることができるものの、逆に加速度応答が増大して免震性能が低下するおそれがある。
【００２０】
そこで、請求項３に記載の発明においては、地震時に、上記機器類の振動許容値となる水平方向の降伏荷重をＬ0、地震時に上部構造の許容される水平方向の最大変位を生じさせる降伏荷重をＬ1としたときに、すべり支承による免震装置および剛塑性ダンパーによる降伏荷重Ｌyが、Ｌ1≦Ｌy≦Ｌ0となるように、すべり支承による免震装置や剛塑性ダンパーの個数Ｎs、ＮD、各免震装置の摩擦係数μsiや支持荷重Ｗsi、および各剛塑性ダンパーの降伏荷重ＬDiといった諸元を決定しているので、上部構造に設置した嫌振機器類による要求性能や、上下部構造の剛性あるいはその許容される変位量等に応じて、両者を満足し得る最適な剛性および免震性能に設定することが可能になる。
【００２１】
さらに、平面配置の観点からは、上記免震装置および剛塑性ダンパーは、上部構造と下部構造との間であって、かつ外周部に設置することが好ましいが、構造上、設置個所にも制約が生じる。また、地震波の伝搬方向も、構造物の梁間あるいは桁行と平行になるとは限らない。このため、上記免震装置および剛塑性ダンパーの降伏荷重に起因して、上部構造には、その重心位置廻りにモーメントが作用することになる。
【００２２】
そこで、請求項５に記載の発明のように、上部構造の重心位置に対する上記各すべり支承による免震装置と剛塑性ダンパーとの降伏荷重の作用重心のＸ方向、Ｙ方向の偏心率（ｅy／ｒex、ｅx／ｒey）が、０．０５〜０．１５の範囲で選択される所定値Ｒex、Ｒeyに対して、Ｒex≧ｅy／ｒex、Ｒey≧ｅx／ｒey、となるように、上記すべり支承による免震装置および剛塑性ダンパーを平面的に配置することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
図１〜図５は、本発明に係る免震構造を半導体製造工場の免震構造に適用した一実施形態を示すもので、図中符号１が半導体製造工場（構造物）である。
この工場１は、建屋（上部構造）２内に、半導体製造用の微振動を極端に嫌う各種の機器類が配置されており、この建屋２とその基礎（下部構造）３との間に、図１に配置を示すように、複数の剛すべり支承による免震装置４と、複数の鉛棒ダンパー９とが介装されている。
【００２４】
上記剛すべり支承による免震装置４は、図２に示すように、基礎３上にステンレス板またはテフロンコーティング板からなるすべり板５が固定され、他方建屋２の支持躯体２ａの下面にベースポット６が固定されている。そして、このベースポット６の下面凹部に、基礎３の回転角を吸収する内部ゴム７を介して、下面のすべり面８ａにテフロン加工が施された鋼板からなるベース８が嵌合されることによって、上記免震装置４が構成されている。
【００２５】
この免震装置４は、地震時にすべり板５とすべり面８ａとの間の摩擦力よりも大きな水平力が作用した際に、これらすべり板５とベース８との間にすべりが生じることにより、基礎３から支持躯体２ａに伝達する振動を緩和するものである。したがって、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、両者間にすべりが生じない微振動に対しては、鉛直方向および水平方向ともに、極めて大きな剛性を示すものである。
【００２６】
また、鉛棒ダンパー９は、本体部分９ａが鉛によって形成され、この本体部分９ａの上下端部に、取付用フランジ９ｂ、９ｃが一体に形成されたものである。そして、この鉛棒ダンパー９は、上部取付用フランジ９ｂが、建物２の支持躯体２ａに固定されるとともに、下部取付用フランジ９ｃが基礎３に固定されることにより、両者間に介装されている。
【００２７】
そして、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、この鉛棒ダンパー９についても、鉛直方向については高い剛性を有するとともに、水平方向に作用する荷重に対しては、その降伏荷重に至るまでは剛または弾性変形することによりその変位量が少なく、かつ降伏荷重以上の荷重が作用した際に、初めて大きく塑性変形することにより、免震効果を発揮するものである。
【００２８】
ここで、図１においては、図示の便宜上、６組の剛すべり支承による免震装置４と、４組の鉛棒ダンパー９とを介装した場合について例示しているが、実際の工場１に適用する場合には、剛すべり支承による免震装置４の個数Ｎs、各免震装置４の摩擦係数μsiおよびその支持荷重Ｗsi、鉛棒ダンパー９の個数ＮDおよび各鉛棒ダンパー９の降伏荷重ＬDi等の諸元を工場１の構造や建屋２に配置されている嫌振機器からの要求性能に基づいて適宜設定する必要がある。
【００２９】
すなわち、上記諸元によって決定される剛すべり支承による免震装置４および鉛棒ダンパー９の全体としての降伏荷重を降伏荷重Ｌyとすると、
【数５】
2006153232.tif 000005
で表される。
【００３０】
そして、剛すべり支承による免震装置４および鉛棒ダンパー９の上記諸元は、地震時においては建屋２に設置された上記機器類の加速度応答が振動許容値となる際の水平方向の降伏荷重がＬ0であり、かつ地震時に建屋２に許容される水平方向の最大変位を生じさせる降伏荷重がＬ1であるときに、Ｌ1≦Ｌy≦Ｌ0となるように設定されている。
【００３１】
また、図１に示すように、建屋２の重心位置（Ｇx、Ｇy）に対する各剛すべり支承による免震装置４と鉛棒ダンパー９との降伏荷重の作用重心（Ｓx、Ｓy）のＸ方向、Ｙ方向の偏心距離をｅy、ｅxとし、各免震装置４と鉛棒ダンパー９との降伏荷重のＸ方向、Ｙ方向の弾性半径をｒex、ｒeyとしたときに、すべり支承による免震装置４および鉛棒ダンパー９は、建屋２の重心位置（Ｇx、Ｇy）に対する偏心率（ｅy／ｒex、ｅx／ｒey）が、０．０５〜０．１５の範囲で選択される所定値Ｒex、Ｒey（通常０．１）に対して、Ｒex≧ｅy／ｒex、Ｒey≧ｅx／ｒey、となるように平面的に配置されている。
【００３２】
なお、上記偏心距離をｅx、ｅyは、建屋２の重心位置（Ｇx、Ｇy）と、降伏加重の作用重心位置（Ｓx、Ｓy）とから、下式によって評価することができる。
ｅx＝｜Ｓx−Ｇx｜、ｅy＝｜Ｓy−Ｇy｜
さらに、降伏加重の作用重心位置は、下式で評価することができる。
【数６】
2006153232.tif 000006
【００３３】
また、上記各免震装置４と鉛棒ダンパー９との降伏荷重のＸ方向、Ｙ方向の弾性半径ｒex、ｒeyは、それぞれ免震装置４の摩擦係数や、鉛棒ダンパー９の塑性変形能が、Ｘ方向およびＹ方向において等価であるために、下式で求めることができる。
【数７】
2006153232.tif 000007
【００３４】
ここで、ＫＲは、ねじり剛性に相当するものであり、各剛すべり支承による免震装置４と鉛棒ダンパー９との作用重心（Ｓx、Ｓy）廻りの作用モーメントとして、下式によって評価することができる。
【数８】
2006153232.tif 000008
これにより、地震時に、建屋２にその許容値以上のねじれが発生することが防止することができる。
【００３５】
以上の構成からなる免震構造によれば、微振動を嫌う機器類が配置された工場１の建屋２と、この建屋２を支承する基礎３との間に、剛すべり支承による免震装置４と鉛棒ダンパー９とを介装しているので、平常時は、免震効果を発揮することなく、免震装置４および鉛棒ダンパー９が有する高い剛性によって、建屋２に伝達される微振動を上記嫌振機器類における振動許容値よりも小さくすることができる。
【００３６】
また、地震時に、免震装置４のすべり板５とすべり面８ａとの間の摩擦力よりも大きな水平力が作用することにより、これらすべり板５とベース８との間にすべりが生じて、基礎３から支持躯体２ａに伝達する振動が緩和される。加えて、鉛棒ダンパー９が塑性変形することにより、その履歴減衰効果によって建屋２に作用する振動エネルギーが吸収される。
【００３７】
この結果、平常時には嫌振機器の安定的な運転の確保することができるとともに、地震時には免震装置４および鉛棒ダンパー９が免震効果を発揮することにより、建屋２が隣接する構造物や擁壁と衝突するなどして大きな被害が発生することを未然に防止することができる。
【００３８】
さらに、剛すべり支承による免震装置４および鉛棒ダンパー９を、建屋２のねじれ応答の許容値以下となるように配置しているので、地震時に建屋２のねじれ応答がその許容値を超えるおそれもない。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、すべり支承による免震装置として、剛すべり支承による免震装置４を用いた場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、上記すべり支承による免震装置として、弾性すべり支承、ローラー支承あるいはリニアガイド支承等による各種の免震装置を適用することができる。また、剛塑性ダンパーとしても、上述した鉛棒ダンパー９の他、摩擦ダンパーも適用することが可能である。
【００４０】
さらに、上記すべり支承による免震装置および剛塑性ダンパーに加えて、水平方向の相対変位を吸収するとともに、水平方向の復元性を付与するオイルダンパーや水平ばね等を併用してもよく、また、微振動に対する上記剛性が得られる限りにおいて、別途積層ゴム支承による免震装置を併用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の免震構造の一実施形態を示す免震装置およびダンパーの平面配置図である。
【図２】図１の剛すべり支承による免震装置を示す縦断面図である。
【図３】図２の免震装置に作用する力と鉛直変形（ａ）および水平変形（ｂ）との関係を示すグラフである。
【図４】図１の鉛棒ダンパーを示す縦断面図である。
【図５】図４の鉛棒ダンパーに作用する力と鉛直変形（ａ）および水平変形（ｂ）との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
１  半導体製造工場（構造物）
２  建屋（上部構造）
３  基礎（下部構造）
４  剛すべり支承による免震装置
９  鉛棒ダンパー（剛塑性ダンパー）
（Ｇx、Ｇy）  建屋（上部構造）の重心位置座標
（Ｓx、Ｓy）  各剛すべり支承による免震装置と鉛棒ダンパーとの降伏荷重の作用重心位置座標
（Ｘsi、Ｙsi）  各剛すべり支承による免震装置の設置位置座標
（ＸDi、ＹDi）  各剛塑性ダンパーの設置位置座標
【図１】
2006153232.tif 000011
【図２】
2006153232.tif 000012
【図３】
2006153232.tif 000013
【図４】
2006153232.tif 000014
【図５】
2006153232.tif 000015