(57)【要約】【課題】変形の方向に関わらず軟質板への局所応力を確実に緩和可能な免震構造体と、この免震構造体の配設方法を得る。【解決手段】免震構造体１０２の硬質板１１２の角部は、一定の曲率半径Ｒで湾曲するアール部１２６とされている。この曲率半径Ｒは、硬質板１１２の一辺の長さＬに対し、Ｌ／７≦Ｒ≦Ｌ／４を満たすように設定されている。【選択図】        図３
2004156750.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持部材と上部構造物との間に配設される免震構造体であって、
略四角形状に形成された複数の硬質板と、
前記硬質板と交互に貼り合わされて積層され、弾性的にせん断変形可能な軟質板と、
前記硬質板の外側端面を覆うように配置された被覆部材と、
を有し、
前記硬質板の角部の曲率半径Ｒが、硬質板の長辺の長さＬに対し、Ｌ／７≦Ｒ≦Ｌ／４を満たすように設定されていることを特徴とする免震構造体。
【請求項２】
前記硬質板及び前記軟質板の積層方向に貫通し、せん断力を受けて塑性変形する塑性変形部材、
を有することを特徴とする請求項１に記載の免震構造体。
【請求項３】
前記硬質板が略正方形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の免震構造体。
【請求項４】
前記硬質板の一辺の長さＬが６００ｍｍ以上１４００ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項３に記載の免震構造体。
【請求項５】
前記硬質板と前記軟質板との積層方向の両端面に、それぞれ支持部材及び上部構造物への取り付け用とされる取り付けフランジを有し、
２つの前記取り付け部フランジ間の高さが２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下とされていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の免震構造体。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の免震構造体を、支持部材と既設構造物との間に配設する免震構造体の配設方法であって、
地盤に、免震構造体を配設するための配設部を形成し、この配設部に支持部材を設けた後に免震構造体を配設し、免震構造体を支持部材及び既設構造物に取り付けることを特徴とする免震構造体の配設方法。
【請求項７】
支持部材と構造物との間に配設される免震構造体であって、
略四角形状に形成された複数の硬質板と、
前記硬質板と交互に貼り合わされて積層され、弾性的にせん断変形可能な軟質板と、
前記硬質板の外側端面を覆うように配置された被覆部材と、
を有し、
前記硬質板の角部の曲率半径Ｒが、硬質板の長辺の長さＬに対し、Ｌ／７≦Ｒ≦ｌ／４を満たすように設定されていることを特徴とする免震構造体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、免震構造体及びその配設方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６には、従来の免震構造体として、橋梁や橋脚への支承のために好適に用いられるゴム支承体１０の一例が示されている（特許文献１参照）。
【０００３】
このゴム支承体１０では、ゴムブロック１２の内部に複数の金属板１４（硬質板）を埋設して構成されており、金属板１４と中間ゴム層１６とが交互に積層されている。図７に示すように、金属板１４の湾曲状角部２４の曲率半径ｒは、ゴムブロック１２の最長の辺の長さＬ１に対し、３ｍｍ〜Ｌ１／１０ｍｍの範囲内とされている。これにより、表面ゴム層１８が引張変形されたときに、表面ゴム層１８に局所的に大きな引張歪みが生ずることがないようになっている。
【０００４】
ところで、一般的な建築物などに免震構造体を適用して免震化する場合、橋梁や橋脚へ適用される支承と異なり、たとえば地震時の地盤に対する上部構造物の振動方向を特定できないため、免震構造体の変形の方向（振動エネルギーを吸収できる方向）も特定の方向に偏らないようにすることが好ましい。ところが、図７に示したゴム支承体１０では、曲率半径ｒの範囲が小さすぎること、及び表面ゴム層１８の厚さが不均一であること、等の理由により、変形の方向と程度によっては性能的に方向性が生じると共に、表面ゴム層１８に局所的に大きな力が作用してしまうことがある。
【０００５】
このような不都合を解消するためには、免震構造体を円柱状とすればよい。しかし、円柱状の免震構造体では、たとえば、水平断面が正方形状の免震構造体と比較して、上部構造物を支持するために同一の水平断面積を得るための設置スペースが広くなってしまうため、免震構造体の設置スペースに余裕がない場合（たとえば、既設の上部構造物の免震改修工事のような場合）には不利であった。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２０７４１２公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事実を考慮し、免震構造体としてのコンパクト性を維持しながら、変形の方向に関わらず軟質板への局所応力を確実に緩和可能で、性能に方向性が生じることも緩和可能な免震構造体と、この免震構造体の配設方法を得ることを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明では、支持部材と上部構造物との間に配設される免震構造体であって、略四角形状に形成された複数の硬質板と、前記硬質板と交互に貼り合わされて積層され、弾性的にせん断変形可能な軟質板と、前記硬質板の外側端面を覆うように配置された被覆部材と、を有し、前記硬質板の角部の曲率半径Ｒが、硬質板の長辺の長さＬに対し、Ｌ／７≦Ｒ≦Ｌ／４を満たすように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
なお、ここでいう「支持部材」とは、支承を介して構造物を支持するものであればよく、例えば、一般的な建築物の基礎、土台、地盤等を含む。また、「上部構造物」としては、オフィスビル、病院、集合住宅、美術館、公会堂、学校、庁舎、神社仏閣等を挙げることができ、これらの新築工事若しくは免震改修工事等に免震構造体が用いられる。
【００１０】
本発明では、支持部材と上部構造物とが地震等によって相対移動すると、軟質板が弾性的にせん断変形して、エネルギーを吸収すると共に、復元力を発揮する。また、硬質板と軟質板とが交互に張り合わされて積層されており、上部構造物の荷重が作用しても、荷重方向への圧縮変形を抑制できる。このため、せん断力が作用したときには、確実にせん断変形してエネルギー吸収できる。
【００１１】
硬質板の外側端面は、被覆部材によって被覆されており、硬質板が保護される。ここで、硬質板の角部の曲率半径Ｒは、硬質板の長辺の長さＬに対し、Ｌ／７≦Ｒ≦Ｌ／４を満たすように設定されている。したがって、せん断変形したときに、その方向に関わらず、硬質板から被覆部材に作用する局所的な応力集中を緩和でき、しかも、免震性能に方向性が生じることも緩和できる。
【００１２】
しかも、硬質板は略四角形状とされているので、軟質板もこれに合わせて四角形状とし、免震構造体全体としても、その水辺断面が略四角形状とものとすることができる。これにより、より小さな設置スペースで広い断面積を確保でき、スペース効率が高くなると共に、設置スペースに余裕がない上部構造物へも容易に適用可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記硬質板及び前記軟質板の積層方向に貫通し、せん断力を受けて塑性変形する塑性変形部材、を有することを特徴とする。
【００１４】
免震構造体に作用したせん断力によって塑性変形部材が塑性変形するので、より確実にエネルギー吸収できる。
【００１５】
硬質板は、請求項３に記載のように、略正方形状に形成されていると、より高いスペース効率を得ることができる。この場合、請求項４に記載のように、硬質板の一辺の長さＬが６００ｍｍ以上１４００ｍｍ以下とすることで、より多くの建築物への適用が可能となる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の発明において、前記硬質板と前記軟質板との積層方向の両端面に、それぞれ支持部材及び上部構造物への取り付け用とされる取り付けフランジを有し、２つの前記取り付け部フランジ間の高さが２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下とされていることを特徴とする。
【００１７】
取り付けフランジを用いて、免震構造体を支持部材及び上部構造物に容易に取り付けることができる。
【００１８】
また、特に、請求項４に記載のように硬質板の一辺の長さＬが６００ｍｍ以上１４００ｍｍ以下とし、さらに請求項５に記載のように２つの取り付け部フランジ間の高さを２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下とすることで、さらに多くの建築物への適用が可能になる。
【００１９】
請求項６に記載の発明では、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の免震構造体を、支持部材と既設構造物との間に配設する免震構造体の配設方法であって、地盤に、免震構造体を配設するための配設部を形成し、この配設部に支持部材を設けた後に免震構造体を配設し、免震構造体を支持部材及び既設構造物に取り付けることを特徴とする。
【００２０】
これにより、既設構造物に対し免震構造体を適用して、容易に免震改修化することができる。
【００２１】
請求項７に記載の発明では、支持部材と構造物との間に配設される免震構造体であって、略四角形状に形成された複数の硬質板と、前記硬質板と交互に貼り合わされて積層され、弾性的にせん断変形可能な軟質板と、前記硬質板の外側端面を覆うように配置された被覆部材と、を有し、前記硬質板の角部の曲率半径Ｒが、硬質板の長辺の長さＬに対し、Ｌ／７≦Ｒ≦ｌ／４を満たすように設定されていることを特徴とする。
【００２２】
なお、ここでいう「支持部材」とは、支承を介して構造物を支持するものであればよく、例えば、一般的な建築物の基礎、土台、地盤等を含む。また、「上部構造物」としては、オフィスビル、病院、集合住宅、美術館、公会堂、学校、庁舎、神社仏閣等を挙げることができ、これらの新築工事若しくは免震改修工事等に免震構造体が用いられる。
【００２３】
本発明では、支持部材と構造物とが地震等によって相対移動すると、軟質板が弾性的にせん断変形して、エネルギーを吸収すると共に、復元力を発揮する。また、硬質板と軟質板とが交互に張り合わされて積層されており、構造物の荷重が作用しても、荷重方向への圧縮変形を抑制できる。このため、せん断力が作用したときには、確実にせん断変形してエネルギー吸収できる。
【００２４】
硬質板の外側端面は、被覆部材によって被覆されており、硬質板が保護される。ここで、硬質板の角部の曲率半径Ｒは、硬質板の長辺の長さＬに対し、Ｌ／７≦Ｒ≦Ｌ／４を満たすように設定されている。したがって、せん断変形したときに、その方向に関わらず、硬質板から被覆部材に作用する局所的な応力集中を緩和でき、免震性能に方向性が生じることも緩和できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明の一実施形態の免震構造体１０２が示されている。また、図２には、この免震構造体１０２が適用された建築物１０４が示されている。免震構造体１０２は、支持部材の一例である建物基礎１０６と、上部構造物の一例である建築物１０４の底部１０８（あるいはＰＣ板）との間に配置されている。
【００２６】
図３にも示すように、免震構造体１０２は、複数の硬質板１１２と軟質板１１４とを鉛直方向に交互に積層して構成された本体部１１０を有している。硬質板１１２は所定の剛性を有する材料（たとえば金属）によって板状状に形成されている。これに対し軟質板１１４は、粘弾性を有する材料（たとえばゴム）によって形成されており、水平方向のせん断力を受けて、弾性的にせん断変形する。硬質板１１２と軟質板１１４とは加硫接着により（あるいは接着剤により）強固に張り合わされており、これらが不用意に分離したり位置ズレしたりしないようになっている。
【００２７】
そして、建築物１０４が地震等によって建物基礎１０６に対し水平方向に相対移動（振動）すると、免震構造体１０２が全体として弾性的にせん断変形し、この振動のエネルギーを吸収する。ここで、上記のように、硬質板１１２と軟質板１１４とを交互に積層したことで、積層方向に荷重が作用しても、本体部１１０の圧縮（すなわち軟質板１１４の圧縮）が抑制されている。したがって、軟質板１１４を十分にせん断変形させてエネルギーを吸収すると共に、復元力を発揮することが可能になっている。
【００２８】
本体部１１０はさらに、硬質板１１２と軟質板１１４の外側端面を周囲から被覆する被覆材１１６を有している。被覆材１１６によって硬質板１１２及び軟質板１１４に外部から雨や光が作用しなくなり、酸素やオゾン、紫外線などによる劣化が防止される。また、被覆材１１６は、厚さが一定とされており、その強度にばらつきがでないようにされている。なお、被覆材１１６は軟質板１１４と同一の材料によって形成することができる。この場合、軟質板１１４と被覆材１１６とを別体で形成しておき、後工程で加硫接着等によって一体化させることが可能である。あるいは、被覆材１１６と軟質板１１４とを接着剤等で接着してもよい。
【００２９】
本体部１１０の上端及び下端には、本体部１１０よりも側方に張り出す取り付けフランジ１１８が固定されている。取り付けフランジ１１８に形成されたボルト孔１２０にボルト１２２を挿通し、免震構造体１０２を建物基礎１０６及び底部１０８に取り付けることができる。
【００３０】
本体部１１０及び上下の取り付けフランジ１１８の中央には、これらを貫通するようにプラグ１２４が配設されている（なお、図面ではプラグ１２４を１本のみ示しているが、プラグ１２４は２本以上であってもよい）。プラグ１２４は、せん断力を受けて組成変形する材料（たとえば金属、好ましくは鉛）によって棒状に形成されている。本体部１１０がせん断変形すると、プラグ１２４もせん断変形し、エネルギーを吸収する。
【００３１】
図３に詳細に示すように、本実施形態の免震構造体１０２の硬質板１１２及び軟質板１１４は、平面視したときに略正方形状となるように形成され、免震構造体１０２全体として水平断面が略正方形のブロック状に形成されている。これにより、たとえば硬質板１１２や軟質板１１４を円盤状に形成したもの（水平断面は円形）と比較して、より小さな設置スペースで同程度（あるいはそれ以上）の有効断面積を得ることが可能になっている。
【００３２】
また、硬質板１１２の角部は、一定の曲率半径Ｒで湾曲するアール部１２６とされている。この曲率半径Ｒは、硬質板１１２の一辺の長さＬに対し、
Ｌ／７≦Ｒ≦Ｌ／４                          （１）
を満たすように設定されている。
【００３３】
このような構造とされた本実施形態の免震構造体１０２を既設の建築物１０４に適用する場合には、まず、地盤の一部（免震構造体１０２を配設する場所）を掘削して、配設用の免震ピット１２８を形成し、建物基礎１０６を設ける。そして、建築物１０４のこの免震ピット１２８に設けた建物基礎１０６と、建築物１０４の底部１０８との間に免震構造体１０２を設置し、ボルト１２２をボルト孔１２０に挿通して、免震構造体１０２を建物基礎１０６及び底部１０８に取り付ける。ここで、本実施形態の免震構造体１０２は、水平断面が略正方形のブロック状に形成されているので、たとえば、フランジ１１８及び本体部１１０の水平断面が共に円形の場合と比較して、フランジ外径がよりコンパクトになるため、自ずと建物基礎１０６もコンパクトにすることが可能となり、より小さな免震ピット１２８であっても配設でき、作業性に優れる。たとえば、建築物１０４の側方において、建築物１０４と免震ピット１２８との間に生じるクリアランスＤを小さくできる。本実施形態では、建築物１０４に、このクリアランスＤを閉塞する蓋板１３０を取り付けている。蓋板１３０は、建築物１３０が水平方向に最も相対移動した場合でもクリアランスＤを閉塞することができる程度に、地盤と重なっていることが好ましい。
【００３４】
このようにして免震構造体１０２が適用された建築物１０４が、地震等によって、建物基礎１０６に対し水平方向に相対移動（振動）すると、本体部１１０がせん断変形（弾性変形）して、この振動のエネルギーの一部を吸収すると共に、復元力を発揮する。また、プラグ１２４がせん断変形（塑性変形）して、振動のエネルギーを吸収する。
【００３５】
ところで、本体部１１０がせん断変形した場合であっても、硬質板１１２自体は変形していないので、硬質板１１２の４つの角部のうちの一部が被覆材１１６を押圧し、被覆材１１６に局所的な応力が作用しようとする。ここで、本実施形態の免震構造体１０２では、角部が上記式（１）の範囲の曲率半径Ｒを有するアール部１２６とされている。このように、Ｌ／７≦Ｒとすることで、被覆材１１６への応力集中が緩和され、被覆材１１６の損傷等を防止することができる。また、Ｌ／７≦Ｒとすることで、本体部１１０がせん断変形するときの方向による偏り（方向性）が小さくなるので、地震等のように方向があらかじめ特定できない振動に対しても、免震効果を発揮することができる。
【００３６】
かかる観点からは、曲率半径Ｒの値は大きいほどよい。しかし、あまりに大きくすると、実質的に硬質板１１２が円形に近い形になってしまい、必要な有効断面積を確保できなくなる。したがって、このような不都合を解消するために、Ｒ≦Ｌ／４を満たすようにすることが好ましい。
【００３７】
この点につき、図４及び図５を参照して説明する。
【００３８】
図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、角部に曲率半径Ｒのアール部２１４を設けた、一辺の長さＬの硬質板２１２が示されており、図４（Ａ）は、Ｒ＝Ｌ／２（すなわち、硬質板２１２は円形）のもの、図４（Ｂ）はＲが任意の値をとっているものが示されている。また、図４（Ｃ）には、参考として、角部に直線状の面取り部２１４’を設けた硬質板２１２’（全体として八角形になっている）が示されている。
【００３９】
一般に、曲率半径Ｒ＝Ｌ／ｎ（ｎは２以上の実数）のアール部２１４が設けられた、一辺の長さＬの硬質板２１２の面積は、一辺の長さＬの正方形（アール部は設けられていない）の面積から、図４（Ａ）及び（Ｂ）で斜線を付した領域の面積
Ｓ’＝Ｌ２（４−π）／ｎ２
を引いた値となる。そして、このＳ’を、正方形の面積Ｓ＝Ｌ２で割った値
Ａ＝（４−π）／ｎ２
が、アール部２１４を設けたことによる、水平方向の有効断面積の減少の程度（ここでは、これを「有効断面積の減少率」ということにする）を表している。この値は、有効断面積を広く確保する観点からは小さい方がよい。
【００４０】
たとえば、図４（Ａ）に示すように、ｎ＝２とした場合には、Ａ≒０．２１５となる。また、ｎ＝４とすると、Ａ≒０．０５３７、ｎ＝５では、Ａ≒０．０３４３、ｎ＝６ではＡ≒０．０２３８、ｎ＝７では０．０１７５となる。
【００４１】
図５には、曲率半径Ｒと、上記した有効断面積の減少率（％）との関係がグラフで示されている。このグラフからも分かるように、曲率半径Ｒを本発明のように
Ｌ／７≦Ｒ≦Ｌ／４                          （１）
の範囲とすれば、有効断面積の減少率を小さく抑える（すなわち、有効断面積を広く確保する）ことができ、しかも、免震性能に方向性が生じることも緩和できる。
【００４２】
なお、図４（Ｃ）に参考として示した硬質板２１２’についても、同様に有効断面積の減少率を計算すると、面取り部分の一辺の長さＭがＭ＝Ｌ／５の場合で、０．０８、Ｍ＝０．１５Ｌの場合で０．０２２５となる。しかし、いずれの場合でも、免震構造体の変形の方向と程度によっては、面取り部２１４’の両端位置２１６に接触する表面ゴム層に局所的に大きな力が作用してしまうことがある。
【００４３】
また、本実施形態の免震構造体１０２では、被覆材１１６の厚さが一定とされており、その強度も一定となっているので、より被覆材１１６の損傷等が防止される。
【００４４】
なお、本発明では、硬質板１１２の角部が、上記式（１）を満たす曲率半径Ｒのアール部１２６とされていればよく、免震構造体の具体的構成は、上記したものに限定されない。たとえば、硬質板１１２は正方形状ではなく、長方形状であってもよい。この場合には、上記式（１）のＬとして、長方形の長辺の長さをとればよい。また、四角形の各辺の成す角が９０度以外となっているもの（平行四辺形や台形）であってもよい。
【００４５】
硬質板の辺の長さＬとしても特に限定されないが、たとえば６００ｍｍ以上１４００ｍｍ以下とすると、ほとんどの建築物への適用が可能となるため、好ましい。同様の観点から、免震構造体の高さは、取り付けフランジ１１８の間の間隔Ｈ（図１参照）を２００ｍｍ以上７００ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００４６】
また、上記説明では、既設の建築物１０４に免震構造体を適用した例を挙げたが、これに限らず、たとえば建築物の新築時に本発明の免震構造体を適用することも、もちろん可能である。
【００４７】
【発明の効果】
本発明は上記構成としたので、免震構造体としてのコンパクト性を維持しながら、変形の方向に関わらず軟質板への局所応力を確実に緩和可能で、性能に方向性が生じることも緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の免震構造体を示す縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の免震構造体が適用された建築物を概略的に示す正面図である。
【図３】本発明の一実施形態の免震構造体を示す図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】硬質板の形状と、有効断面積との関係を説明するための説明図であり、（Ａ）は硬質板が円形の場合、（Ｂ）は硬質板の角部に曲率半径Ｒのアール部が設けられた場合、（Ｃ）は硬質板の角部に直線状の面取り部が設けられた場合をそれぞれ示す。
【図５】硬質板に設けられたアール部の曲率半径と、有効断面積の減少率との関係を示すグラフである。
【図６】従来のゴム支承体を示す縦断面図である。
【図７】従来のゴム支承体を示す図６のＶ−Ｖ線断面図である。
【符号の説明】
１０２    免震構造体
１０４    建築物（上部構造物）
１０６    建物基礎（支持部材）
１０８    鉄骨架台
１１２    硬質板
１１４    軟質板
１１６    被覆材
１２４    プラグ（塑性変形部材）
１２６    アール部（角部）
１２８    凹部（配設部）
【図１】
2004156750.tif 000003
【図２】
2004156750.tif 000004
【図３】
2004156750.tif 000005
【図４】
2004156750.tif 000006
【図５】
2004156750.tif 000007
【図６】
2004156750.tif 000008
【図７】
2004156750.tif 000009