(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤及び構造物間に介在されて、構造物を支持すると共に、当該構造物の地盤に対する水平方向の振動を免震する免震装置と、構造物の地盤に対する水平方向の振動を制振する制振手段と、地盤に設置、固定された支持台とを具備しており、制振手段は、下面で支持台の上面に接触して当該支持台に水平方向に移動自在に支持されている質量体と、構造物の支持台に対する水平方向の振動に応答して質量体を弾性的な伸縮により水平方向に振動させるように、一端部では構造物に他端部では質量体に夫々連結された弾性体と、質量体の支持台に対する水平方向の振動に応じてその振動エネルギを吸収するように、一端部では構造物に他端部では質量体に夫々連結された振動エネルギ吸収手段とを具備しており、支持台は、互いに接触する質量体の下面及び支持台の上面を介して質量体の荷重を受容するようになっており、質量体は、その水平方向の振動に関して、構造物には、弾性体及び振動エネルギ吸収手段を介して連結されている一方、支持台には、質量体の下面と支持台の上面との摩擦接触のみを介して連結されており、支持台の上面及び質量体の下面の夫々は、低摩擦面とされていると共に互いに水平方向に摺動自在に接触しており、振動エネルギ吸収手段は、構造物に設けられた摩擦滑り面と、この摩擦滑り面に摩擦接触するように質量体に設けられた摩擦滑り面とを具備しており、構造物の床部材を質量体とした制振機能付き免震構造物。
【請求項２】
免震装置は、剛性層と弾性層とが鉛直方向に交互に積層された積層ゴムを具備している請求項１に記載の制振機能付き免震構造物。
【請求項３】
弾性体は、コイルばね、空気ばね及びゴム部材のうちの少なくとも一つを具備している請求項１又は２に記載の制振機能付き免震構造物。
【請求項４】
振動エネルギ吸収手段は、内部に鉛を充填したシリンダと、シリンダの内部において膨大部を有すると共に、シリンダの両端部を貫通したロッドとを具備している請求項１から３のいずれか一項に記載の制振機能付き免震構造物。
【請求項５】
振動エネルギ吸収手段は、内部に流体を充填したシリンダと、このシリンダの内部を二室に画成すると共に、当該二室を互いに連通するオリフィスを有したピストンと、このピストンが固着されていると共に、シリンダの両端部を貫通したピストンロッドとを具備している請求項１から３のいずれか一項に記載の制振機能付き免震構造物。
【請求項６】
弾性体及び振動エネルギ吸収手段のうちの少なくとも一方は、質量体の周囲に配されている請求項１から５のいずれか一項に記載の制振機能付き免震構造物。
【請求項７】
構造物は、事務所ビル、集合住宅又は橋梁である請求項１から６のいずれか一項に記載の制振機能付き免震構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、免震装置で免震化された事務所ビル、集合住宅、橋梁又は戸建住宅等の構造物に対して更に制振機能を付加した制振機能付き免震構造物に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
事務所ビル、集合住宅、橋梁又は戸建住宅等の構造物において、当該構造物と基礎との間に免震装置を介在させて免震化した免震構造物が提案されている。斯かる免震構造物では、免震装置により構造物の振動の固有周期を長周期化し、急激な大きな地震による構造物の共振を回避して地震による構造物の破壊を防止している。
【０００３】
ところで、上記の免震構造物でも、地震動では一応構造物が水平方向に振動するのであって、この長周期の振幅が大きければ、またそれが長く続くと構造物が破壊される虞がある上に、特に、事務所ビル、集合住宅及び戸建住宅等ではその居住者にきわめて大きな不快感、不安感を与えることになる。
【０００４】
このような問題に対して、構造物に搭載された質量体を構造物の振動と共に位相差をもって振動させて、この質量体の振動により構造物の振動を低減する制振機能付き免震構造物が提案されているが、斯かる免震構造物では、構造物に質量体を搭載するために、構造物を自身の荷重に加えて質量体の荷重に耐えるように強固に設計する必要があり、また、斯かる強固に設計された構造物を免震装置を介して基礎上に支持する場合には、免震装置の耐荷重性能を大きくしなければならなくなる虞がある。
【０００５】
本発明は、前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、免震装置を介して支持された構造物の振動を効果的に減小させることができる上に、その振動を早期に減衰させることができ、加えて、質量体の質量（重量）に起因する構造物及び免震装置の耐荷重性能の増大を必要としない制振機能付き免震構造物を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の制振機能付き免震構造物は、地盤及び構造物間に介在されて、構造物を支持すると共に、当該構造物の地盤に対する水平方向の振動を免震する免震装置と、構造物の地盤に対する水平方向の振動を制振する制振手段と、地盤に設置、固定された支持台とを具備しており、制振手段は、下面で支持台の上面に接触して当該支持台に水平方向に移動自在に支持されている質量体と、構造物の支持台に対する水平方向の振動に応答して質量体を弾性的な伸縮により水平方向に振動させるように、一端部では構造物に他端部では質量体に夫々連結された弾性体と、質量体の支持台に対する水平方向の振動に応じてその振動エネルギを吸収するように、一端部では構造物に他端部では質量体に夫々連結された振動エネルギ吸収手段とを具備しており、支持台は、互いに接触する質量体の下面及び支持台の上面を介して質量体の荷重を受容するようになっており、質量体は、その水平方向の振動に関して、構造物には、弾性体及び振動エネルギ吸収手段を介して連結されている一方、支持台には、質量体の下面と支持台の上面との摩擦接触のみを介して連結されている。
【０００７】
第一の態様の免震構造物によれば、構造物の水平方向の振動を制振する制振手段を具備しているために、地震により免震装置を介して構造物が水平方向に振動されても、それと振動位相の異なる制振手段の質量体の振動により構造物の振動が減小され、しかも、構造物の振動エネルギが制振手段の振動エネルギ吸収手段により例えば熱エネルギとして消費されて吸収され、構造物の振動が早期に減衰されることになる上に、質量体が地盤に水平方向に移動自在に支持されているために、質量体の荷重が構造物に実質的に付加されず、したがって、質量体の質量に起因する構造物及び免震装置の耐荷重性能の増大を必要としない。
【０００８】
本発明の第二の態様の制振機能付き免震構造物では、第一の態様の免震構造物において、支持台の上面及び質量体の下面の夫々は、低摩擦面とされていると共に互いに摺動自在に接触しており、こうして、質量体は、低摩擦面又は参考として転がり摩擦面を介して地盤に水平方向に移動自在に支持されている。
【０００９】
第二の態様の免震構造物によれば、質量体を地盤に対してほとんど抵抗なしに水平方向に移動させることができる結果、免震装置の免震機能を阻害しなく、而して、地震に際して効果的に構造物を免震できる。
【００１０】
なお、本発明における質量体は地盤に支持されるのであるが、この場合、地盤に基礎と同様な支持台を基礎と別体に設置、固定して、この支持台を介して質量体を地盤に支持しても、これに代えて、構造物を支持する基礎を構造物の下面全体に亘って設置し、斯かる基礎の一部を支持台として用い、この基礎の一部からなる支持台を介して質量体を地盤に支持してもよく、斯かる支持台を用いる場合には、支持台と質量体との間に低摩擦面又は参考として転がり摩擦面を介在させて質量体を地盤に水平方向に移動自在に支持するとよい。また、第二の態様の免震構造物において、参考としての転がり摩擦面は、ころ、ローラ、ボール（球体）等を用いて具体化するとよい。
【００１１】
上記の第一及び第二の態様の夫々の免震構造物において、質量体として構造物とは別体のものでもよいのであるが、本発明の第三の態様の制振機能付き免震構造物のように、構造物の床部材を質量体としてもよい。
【００１２】
本発明の第四の態様の制振機能付き免震構造物は、基礎及び構造物間に介在されて、構造物を支持すると共に、当該構造物の水平方向の振動を免震する免震装置と、構造物の水平方向の振動を制振する制振手段とを具備しており、ここで、制振手段は、水平方向に移動自在な質量体と、構造物の水平方向の振動に応答して質量体を弾性的な伸縮により水平方向に振動させるように、質量体に連結された弾性体と、質量体の水平方向の振動に応じてその振動エネルギを吸収する振動エネルギ吸収手段とを具備しており、構造物の床部材を質量体としている。
【００１３】
第四の態様の免震構造物によれば、上記の第一の態様の免震構造物と同様な効果を得ることができる上に、構造物の床部材を質量体としているために、第三の態様の免震構造物と同様に、特に別体の質量体を必要としなく、取付工数を省くことができ、低価格化を図り得る。
【００１４】
なお、第四の態様の免震構造物においては、質量体としての床部材を低摩擦面又は転がり摩擦面等を介して基礎に水平方向に移動自在に支持してもよいが、これに代えて又はこれと共に、当該床部材を構造物の梁、根太等の支持部材に水平方向に移動自在に支持してもよい。
【００１５】
免震装置としては、本発明の第五の態様の制振機能付き免震構造物のように、剛性層と弾性層とが鉛直方向に交互に積層された積層ゴムを具備しているものであっても、本発明の第六の態様の制振機能付き免震構造物のように、上方に向かって凹な下凹面と、下方に向かって凹な上凹面と、これら下凹面及び上凹面間に介在されて、下凹面及び上凹面に対して転動自在な転がり体又は下凹面及び上凹面に対して摺動自在な摺動体とを具備しているものであってもよいが、これに限定されずに、その他のものであってもよい。なお、下凹面と上凹面とは、凹溝面（樋状の面）であってもよいが、これに代えて、凹球面であってもよく、凹溝面の場合には、転がり体はころ、ローラで構成でき、摺動体は、上面及び下面が凹溝面の曲率半径と同一の曲率半径を有して、二個の板付き蒲鉾を板同士を互いに合わせたような棒状部材で構成でき、凹球面の場合には、転がり体はボール（球体）で構成でき、摺動体は、上面及び下面が凹球面の曲率半径と同一の曲率半径を有した扁平部材又は柱状部材で構成できる。
【００１６】
本発明では、弾性体は、好ましくは、その第七の態様の制振機能付き免震構造物のように、コイルばね、空気ばね及びゴム部材のうちの少なくとも一つを具備しており、更に、本発明では、弾性体は、好ましくは、一端部と他端部とを有しており、一端部では構造物に、他端部では質量体に夫々連結されており、この場合、好ましくは、弾性体の一端部と他端部との構造物及び質量体への連結は、球面継手を用いて行われている。
【００１７】
本発明の振動エネルギ吸収手段は、その第八の態様の制振機能付き免震構造物のように、内部に鉛を充填したシリンダと、シリンダの内部において膨大部を有すると共に、シリンダを貫通したロッドとを具備しているものであっても、また、その第九の態様の免震構造物のように、内部に流体を充填したシリンダと、このシリンダの内部を二室に画成すると共に、当該二室を互いに連通するオリフィスを有したピストンと、このピストンが固着されていると共に、シリンダの両端部を貫通したピストンロッドとを具備しているものであってもよい。斯かる振動エネルギ吸収手段を用いる場合には、好ましくは、シリンダ及びロッド若しくはピストンロッドのいずれか一方が構造物に、他方が質量体に夫々に球面継手を介して連結される。
【００１８】
弾性体及び振動エネルギ吸収手段のうちの少なくとも一方は、好ましくは、本発明の第十の態様の免震構造物のように、質量体の周囲に配される。
【００１９】
なお、本発明の第十一の態様の制振機能付き免震構造物のように、振動エネルギ吸収手段を、構造物に設けられた摩擦滑り面と、この摩擦滑り面に摩擦接触するように質量体に設けられた摩擦滑り面とを具備して構成してもよい。
【００２０】
本発明の構造物は、好ましくは、その第十二の態様の制振機能付き免震構造物のように、事務所ビル、集合住宅又は橋梁であるが、本発明はこれらに限定されず、その他の構造物であってもよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に本発明及びその実施の形態を、図を参照して更に詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何等限定されないのである。
【００２２】
図１及び図２において、本例の制振機能付き免震構造物１は、地盤に杭等により固定されて設置されたコンクリート製の基礎２と構造物としての高層の事務所ビル３との間に介在されて、事務所ビル３の鉛直方向Ｖの荷重を支持すると共に、当該事務所ビル３の水平方向Ｈの振動を免震する免震装置４と、事務所ビル３の水平方向Ｈの振動を制振すべく、事務所ビル３の水平方向Ｈの振動周期Ｔ１と略同一の振動周期Ｔ２、好ましくは振動周期Ｔ１の約０．９５倍の振動周期Ｔ２を有して質量体５を事務所ビル３の水平方向Ｈの振動に応答して水平方向Ｈに振動させるようにした制振手段６とを具備している。
【００２３】
免震装置４は、剛性層と弾性層とが鉛直方向Ｖに交互に積層された積層ゴム１１を複数個具備しており、各積層ゴム１１は、下面では、当該積層ゴム１１に固着された下部取り付け板１２及びアンカーボルト等を介して基礎２に、上面では、当該積層ゴム１１に固着された上部取り付け板１３及びボルト等を介して事務所ビル３の下面１４に夫々固着されている。斯かる下部取り付け板１２及び上部取り付け板１３が取り付けられた積層ゴム１１の複数個が夫々事務所ビル３の荷重を受けるべく、当該事務所ビル３の下面１４に適当に分散されて配されている。
【００２４】
なお、免震装置４としては、積層ゴム１１に代えて、上方に向かって凹な下凹面、例えば半凹球面と、下方に向かって凹な上凹面、例えば半凹球面と、これら下半凹球面及び上半凹球面間に介在されて、これら下半凹球面及び上半凹球面に対して転動自在な球体のような転がり体又は下半凹球面及び上半凹球面に対して摺動自在であって、下半凹球面及び上半凹球面と同一の曲率半径の上半凹球面及び下半凹球面を有した摺動体とを具備した振り子型のものであってもよい。
【００２５】
事務所ビル３の下面１４に配された制振手段６は、水平方向Ｈに振動自在な質量体５と、事務所ビル３の水平方向Ｈの振動に応答して質量体５を弾性的な伸縮により水平方向Ｈに振動させるように、質量体５に連結された弾性体としての複数個のコイルばね１５と、質量体５の水平方向Ｈの振動に応じてその振動エネルギを吸収する複数個の振動エネルギ吸収手段１６とを具備している。
【００２６】
図１には２個のコイルばね１５を示すが、地震による事務所ビル３の振動が図１の紙面に平行な方向及びそれに直交する方向を含めて水平方向Ｈのあらゆる方向にも生じるために、このような事務所ビル３の振動に対しても概略均等に制振手段６が応答し得るように、コイルばね１５は、水平面内で質量体５を取り囲んで周囲に２個以上配されている。
【００２７】
各コイルばね１５は、一端部２２及び他端部２３を有しており、一端部２２は、球面継手２４を介して連結部材２５に連結されており、他端部２３は、同じく球面継手２６を介して質量体５に連結されており、連結部材２５は、事務所ビル３の下面１４に固着されており、こうして本例の各コイルばね１５は、一端部２２では事務所ビル３の下面１４に球面継手２４及び連結部材２５を介して、他端部２３では質量体５に球面継手２６を介して夫々連結されており、各コイルばね１５の一端部２２と他端部２３との事務所ビル３及び質量体５への連結は、球面継手２４及び２６を用いて行われている。
【００２８】
弾性体としては、コイルばね１５に代えて又はコイルばね１５と共に、空気ばね及びゴム部材のうちの少なくとも一つを用いてもよい。
【００２９】
図１には２個の振動エネルギ吸収手段１６を示すが、コイルばね１５と同様に、地震による事務所ビル３の振動が図１の紙面に平行な方向及びそれに直交する方向を含めて水平方向Ｈのあらゆる方向にも生じるために、このような事務所ビル３の振動に対しても概略均等に制振手段６が応答し得るように、振動エネルギ吸収手段１６は、水平面内で質量体５を取り囲んで周囲に２個以上配されている。
【００３０】
各振動エネルギ吸収手段１６は、内部に鉛３１を充填したシリンダ３２と、シリンダ３２の内部において膨大部３３を有すると共に、シリンダ３２の両端部である端面部材３４及び端面部３５を貫通したロッド３６と、シリンダ３２に固着された取り付け部材３７とを具備しており、振動エネルギ吸収手段１６の一端部である取り付け部材３７は、球面継手４１を介して連結部材２５に連結されており、振動エネルギ吸収手段１６の他端部である、端面部材３４から突出するロッド３６は、球面継手４２を介して質量体５に連結されており、こうして、振動エネルギ吸収手段１６は、シリンダ３２及びロッド３６のいずれか一方、本例ではシリンダ３２が取り付け部材３７、球面継手４１及び連結部材２５を介して事務所ビル３に、他方であるロッド３６が球面継手４２を介して質量体５に夫々連結されており、振動エネルギ吸収手段１６の一端部と他端部との事務所ビル３及び質量体５への連結は、球面継手４１及び４２を用いて行われている。
【００３１】
振動エネルギ吸収手段１６では、質量体５の事務所ビル３に対する相対的な水平方向Ｈの振動に基づくロッド３６の水平方向Ｈの振動で鉛３１に塑性流動を生じさせ、これにより水平方向Ｈの振動を減小させると共に、その振動エネルギを吸収するようになっている。
【００３２】
質量体５は、基礎２とは別体であって地盤に設置、固定された支持台５１に水平方向Ｈに移動自在に支持されており、質量体５の下面５２と、下面５２が水平方向Ｈに摺動自在に接触する支持台５１の上面５３とは低摩擦面とされており、こうして、質量体５は、下面５２及び上面５３並びに支持台５１を介して地盤に水平方向Ｈに移動自在に支持されており、支持台５１は、互いに接触する質量体５の下面５２及び支持台５１の上面５３を介して質量体５の荷重を受容しており、而して、質量体５は、その水平方向Ｈの振動に関して、事務所ビル３には、コイルばね１５及び振動エネルギ吸収手段１６を介して連結されている一方、支持台５１には、質量体５の下面５２と支持台５１の上面５３との摩擦接触のみを介して連結されている。
【００３３】
振動エネルギ吸収手段１６としては、図３に示すような、内部に流体、好ましくはシリコン系の液体を充填したシリンダ６１と、シリンダ６１の内部を二室６２及び６３に画成すると共に、当該二室６２及び６３を互いに連通するオリフィス６４を有したピストン６５と、ピストン６５が固着されていると共に、シリンダ６１の両端部である端面部材６６及び端面部６７を貫通したピストンロッド６８と、シリンダ６１に固着された取り付け部材６９とを具備したものを用いてもよく、この場合にも、例えば取り付け部材６９が球面継手４１を介して連結部材２５に、ピストンロッド６８が球面継手４２を介して質量体５に夫々連結される。
【００３４】
図３に示す振動エネルギ吸収手段１６では、質量体５の事務所ビル３に対する相対的な水平方向Ｈの振動に基づくピストンロッド６８の水平方向Ｈの振動でシリンダ６１の内部の流体にオリフィス６４を介する二室６２及び６３に対する流出入を生じさせ、これにより水平方向Ｈの振動を減小させると共に、その振動エネルギを吸収するようになっている。
【００３５】
以上の免震構造物１では、地震により基礎２が水平方向Ｈに振動されると積層ゴム１１が水平方向Ｈに剪断変形されると共に、基礎２の水平方向Ｈの振動エネルギの一部が事務所ビル３に伝達されて、事務所ビル３は、当該事務所ビル３の質量ｍ１並びに積層ゴム１１のばね定数ｋ１及び減衰係数ｃ１等に基づく固有周期Ｔ１をもって水平方向Ｈに振動する。事務所ビル３のこの振動で、質量体５も当該質量体５の質量ｍ２、コイルばね１５のばね定数ｋ２及び振動エネルギ吸収手段１６の減衰係数ｃ１等に基づく、固有周期Ｔ１に略等しい固有周期Ｔ２をもって水平方向Ｈに、事務所ビル３の振動位相と概略逆位相で振動し、質量体５のこの振動で事務所ビル３の振動振幅が大きく減小されると共に、事務所ビル３の振動エネルギが主に振動エネルギ吸収手段１６において熱エネルギとして消費され吸収され、事務所ビル３の振動が早期に減衰される。
【００３６】
そして免震構造物１では、質量体５が地盤に水平方向Ｈに移動自在に支持されているために、質量体５の荷重が事務所ビル３に実質的に付加されず、したがって、質量体５の質量に起因する事務所ビル３及び免震装置４の耐荷重性能の増大を必要としない。
【００３７】
また免震構造物１では、質量体５が低摩擦面である下面５２及び上面５３を介して地盤に水平方向Ｈに移動自在に支持されているために、質量体５を地盤に対してほとんど抵抗なしに水平方向Ｈに移動させることができる結果、免震装置４の免震機能を阻害しなく、而して、地震に際して効果的に事務所ビル３を免震できる。
【００３８】
上記の免震構造物１では、質量体５及び振動エネルギ吸収手段１６を事務所ビル３と別体に設けたが、これに代えて、図４に示すように、質量体を事務所ビル３の一部である床部材７１で構成して、振動エネルギ吸収手段を、床部材７１の周囲下面の摩擦面７２と床部材７１の周囲下面を水平方向Ｈに摺動自在に支持する事務所ビル３の支持部材７３の上面であって摩擦面７２に摩擦接触する摩擦面７４とで構成してもよく、この場合、コイルばね１５の一端部２２を事務所ビル３の柱又は壁７５に、その他端部２３を床部材７１の側端面７６に夫々連結する。
【００３９】
図４に示す質量体として床部材７１を、弾性体としてコイルばね１５を、そして振動エネルギ吸収手段として摩擦面７２及び７４を夫々具備した制振手段８１からなる免震構造物８２でも、免震構造物１と同様に、地震により事務所ビル３が水平方向Ｈに振動されると、事務所ビル３のこの振動で、床部材７１も当該床部材７１の質量ｍ２、コイルばね１５のばね定数ｋ２並びに摩擦面７２及び７４での摺動摩擦抵抗に起因する減衰係数ｃ１等に基づく、固有周期Ｔ１に略等しい固有周期Ｔ２をもって水平方向Ｈに事務所ビル３の振動位相と略逆位相で振動し、床部材７１のこの振動で事務所ビル３の振動振幅が大きく減小されると共に、事務所ビル３の振動エネルギが主に摩擦面７２及び７４での熱エネルギとして消費され吸収され、事務所ビル３の振動が早期に減衰される。
【００４０】
免震構造物８２によれば、事務所ビル３の床部材７１を質量体としているために、質量体５に対する取付工数を省くことができ、低価格化を図り得る。
【００４１】
なお、質量体としての水平方向Ｈに振動自在な斯かる床部材７１からなる制振手段８１を事務所ビル３の一階、中間階又は地階のみに設けるのではなく、適当な任意の複数の階、必要であれば全階に設けてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によれば、免震装置を介して支持された構造物の振動を効果的に減小させることができる上に、その振動を早期に減衰させることができ、加えて、質量体の質量（重量）に起因する構造物及び免震装置の耐荷重性能の増大を必要としない制振機能付き免震構造物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様の好ましい例の正面図である。
【図２】図１に示す例の一部拡大説明図である。
【図３】図１に示す例に適用できる振動エネルギ吸収手段の他の例の断面図である。
【図４】本発明の一実施態様の他の好ましい例の説明図である。
【符号の説明】
１  制振機能付き免震構造物
２  基礎
３  事務所ビル
４  免震装置
５  質量体
６  制振手段
【図１】
0004803620.tif 000002
【図２】
0004803620.tif 000003
【図３】
0004803620.tif 000004
【図４】
0004803620.tif 000005