(57)【要約】【課題】本発明は、従来よりも構成がシンプルで、かつ設置及びメンテナンスが容易であり、確実かつ充分に構造物を免震し、加えて、地震時の搭状構造物に顕著なねじれのモーメント及び転倒モーメントによる軸力に抵抗力をもつ免震装置及び該免震装置を備えた免震構造物を提供することを目的とする。【解決手段】被免震構造物の基部に緊結される上部受台と、地盤側に緊結される下部受台との間の水平２次元方向の相対変位を許容しつつ、ねじれのモーメント及び転倒モーメントをリンクの軸力で受け持つことができる立体的な平行リンク機構を含んで構成されるリンク構造において、上部受台と下部受台とを、復元力機構部および減衰機構部を介して連結し、水平２次元方向の相対変位に連動して復元力機構部の復元力が作用するように構成することによって、被免震構造物の自重を支えながら該構造物の長周期化を好適に図ることができる。【選択図】図１
2007321853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被免震構造物の基部に緊結可能な上部受台と、地盤側の台座に緊結可能な下部受台と、長さが全て等しくかつ互いに平行関係にある少なくとも３つ以上のリンク部材と、復元力機構部と、減衰機構部とを備える免震装置であって、
前記免震装置は、
前記上部受台と前記下部受台とが前記リンク部材を介して回転自在な関節によって連結されてなる立体的な平行リンク機構を含んで構成され、
前記上部受台と前記下部受台とが、前記復元力機構部を介して連結され、
前記上部受台と前記下部受台とが、前記減衰機構部を介して連結されており
前記上部受台の水平２次元方向の相対変位に連動して前記復元力機構部の復元力が前記上部受台に作用するように構成された
免震装置。
【請求項２】
前記上部受台は、前記下部受台側に端部を向けた支柱を備え、前記支柱の長さは、前記上部受台の水平２次元方向の相対変位が許容範囲を超えた場合にのみ、前記端部が前記下部受台に接触するように規定される、
請求項１に記載の免震装置。
【請求項３】
前記下部受台は、前記上部受台側に端部を向けた支柱を備え、前記支柱の長さは、前記上部受台の水平２次元方向の相対変位が許容範囲を超えた場合にのみ、前記端部が前記上部受台に接触するように規定される、
請求項１に記載の免震装置。
【請求項４】
前記上部受台と前記下部受台とが、前記支柱と前記復元力機構部を介して連結され、
前記上部受台と前記下部受台とが、前記支柱と前記減衰機構部を介して連結されている、請求項２または３のいずれか１項に記載の免震装置。
【請求項５】
前記関節、前記リンク部材、および前記支柱からなる群より選ばれる少なくとも１種の可動部材の可動範囲を、前記上部受台の水平２次元方向の相対変位の許容範囲に対応させて限定的に規定するストッパー機構部をさらに備える、
請求項２〜４のいずれか１項に記載の免震装置。
【請求項６】
前記上部受台の水平２次元方向の相対変位を阻止するトリガーであって、前記支柱と前記下部受台の間または前記支柱と前記上部受台の間に挿入され、地震による水平慣性力が所定の閾値以上になったときに切断されるように強度が設定されているシャーピンをさらに備える、
請求項２〜５のいずれか１項に記載の免震装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の免震装置を備える免震構造物であって、前記上部受台が前記構造物の被免震部分の基部に緊結され、前記下部受台が地震の振動エネルギーの入力側の台座に緊結されている免震構造物。
【請求項８】
ステーを介して地盤に固定された支持構造物によって水平支持される請求項７に記載の免震構造物であって、前記ステーの一端は、前記支持構造物に連結され、他端は、前記下部受台が緊結されている前記台座の下方に連結されており、前記ステーは、水平一軸方向の変位を許容する免震ステーである免震構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震装置に関し、より詳細には、地震の際に引き抜き力やねじれ振動を伴う構造物を好適に免震することができる免震装置及び該免震装置を備える免震構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１９９５年の阪神淡路大震災をはじめとする大規模な地震災害において、建造物の倒壊の被害が数多く報告されており、地震対策技術に対する関心が益々高まっている。その中でも、特に、コストパフォーマンスの高い地震対策技術として免震装置が注目されてきており、種々の免震機構が検討、提案されている。
【０００３】
一般に、免震装置は、建物の荷重を支えながら水平変位を生じさせる支承機構、生じた水平変位を原点へ戻す復元機構、および、地震の振動エネルギーを吸収し建物の揺れを減衰させる減衰機構から構成される。これまで、転がり支承とばねとダンパーとを組み合わせた免震装置や、支承機構および復元機構を同時に備える積層ゴムとダンパーとを組み合わせた免震装置、さらには、支承機構、復元機構に加え、減衰機構をも兼ね備える高減衰積層ゴムによって構成された免震装置などが提案されてきており、一般家屋やビルなどの一般建造物に適用されてきた。
【０００４】
しかしながら、構造物の幅に対する高さの比、すなわち塔状比が大きい構造物に、上述した転がり支承や積層ゴム支承を用いた免震装置を適用した場合、ねじれ変形や転倒モーメントによる引き抜き側の軸力への抵抗力が不十分であるという問題があった。このことは、電波塔などの鉄塔や化学プラントの反応塔のような塔状構造物においては、その転倒モーメントによる鉛直方向の軸力が非常に大きいため、より深刻な問題であった。この問題の解決手段として、特開平１１−１６６３３１号公報（特許文献１）および特開２００４−２２５４０３号公報（特許文献２）は、上述した従来の免震装置に追加して設けられたアンカーやリンクにより、該免震装置により絶縁された上部及び下部構造物を揺動自在に連結して引き抜き及び浮き上がりを防止する構成を開示する。しかしながら、引き抜き側の軸力を受け持つための構造を免震装置に別途設ける必要が生じるため、免震装置の構造が複雑とならざるを得なかった。
【０００５】
さらに、上述した塔状構造物の免震化を図る場合、転倒モーメントによる引抜力に加え、垂直軸周りのねじれモーメントの影響を考慮する必要がある。特に、タワークレーンに代表される垂直軸に関して非対称な構造を有する塔状構造物の免震化においては、ねじれモーメントの影響への対処が重要となる。加えて、建設中の建物にステーを介して水平支持される建設用ステー支持型タワークレーンに至っては、クレーン自身の基礎側から励振されるのに加え、建設中の建物側のからもステーを介して励振されることによって、応答が複雑になる上に過大な慣性力が生じるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１６６３３１号公報
【特許文献２】特開２００４−２２５４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、本発明は、従来よりも構成がシンプルで、かつ設置及びメンテナンスが容易であり、確実かつ充分に構造物を免震し、加えて、構造物のねじれのモーメント及び転倒モーメントによる軸力に抵抗力をもつ免震装置及び該免震装置を備えた免震構造物を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、地震時の搭状構造物に顕著なねじれのモーメント及び転倒モーメントによる軸力に抵抗力をもつ免震機構につき鋭意検討した結果、立体的な平行リンク機構の運動学的制約に着目し、該平行リンク機構と復元機構および減衰機構とを組み合わせることによって、被免震構造物の水平２次元方向の相対変位を許容しつつ、該構造物のねじれのモーメント及び転倒モーメントをリンクの軸力で受け持つことができ、かつ、該構造物の自重を支えながら長周期化を好適に図ることが可能な新規な免震機構を見出し、本発明に至ったのである。
【０００９】
すなわち、本発明によれば、被免震構造物の基部に緊結可能な上部受台と、地盤側の台座に緊結可能な下部受台と、長さが全て等しくかつ互いに平行関係にある少なくとも３つ以上のリンク部材と、復元力機構部と、減衰機構部とを備える免震装置であって、前記免震装置は、前記上部受台と前記下部受台とが前記リンク部材を介して回転自在な関節によって連結されてなる立体的な平行リンク機構を含んで構成され、前記上部受台と前記下部受台とが、前記復元力機構部を介して連結され、前記上部受台と前記下部受台とが、前記減衰機構部を介して連結されており、前記上部受台の水平２次元方向の相対変位に連動して前記復元力機構部の復元力が前記上部受台に作用するように構成された免震装置が提供される。
【００１０】
また、本発明によれば、前記上部受台は、前記下部受台側に端部を向けた支柱を備え、前記支柱の長さは、前記上部受台の水平２次元方向の相対変位が許容範囲を超えた場合にのみ、前記端部が前記下部受台に接触するように規定される免震装置、ならびに、前記下部受台は、前記上部受台側に端部を向けた支柱を備え、前記支柱の長さは、前記上部受台の水平２次元方向の相対変位が許容範囲を超えた場合にのみ、前記端部が前記上部受台に接触するように規定される免震装置が提供される。
【００１１】
本発明においては、前記上部受台と前記下部受台とを、前記支柱と前記復元力機構部を介して連結し、前記上部受台と前記下部受台とを、前記支柱と前記減衰機構部を介して連結することができる。
【００１２】
さらに本発明においては、前記関節、前記リンク部材、および前記支柱からなる群より選ばれる少なくとも１種の可動部材の可動範囲を、前記上部受台の水平２次元方向の相対変位の許容範囲に対応させて限定的に規定するストッパー機構部をさらに備えることができ、また、前記上部受台の水平２次元方向の相対変位を阻止するトリガーであって、前記支柱と前記下部受台の間または前記支柱と前記上部受台の間に挿入され、地震による水平慣性力が所定の閾値以上になったときに切断されるように強度が設定されているシャーピンをさらに備えることができる。
【００１３】
また、本発明の別の構成によれば、前記免震装置を備える免震構造物であって、前記上部受台が前記構造物の被免震部分の基部に緊結され、前記下部受台が地震の振動エネルギーの入力側の台座に緊結されている免震構造物が提供される。
【００１４】
さらに加えて本発明においては、ステーを介して地盤に固定された支持構造物によって水平支持される前記免震構造物であって、前記ステーの一端は、前記支持構造物に連結され、他端は、前記下部受台が緊結されている前記台座の下方に連結されており、前記ステーは、水平一軸方向の変位を許容する免震ステーである免震構造物が提供される。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように、本発明によれば、従来よりも構成がシンプルで、かつ設置及びメンテナンスが容易であり、確実かつ充分に構造物を免震し、加えて、構造物のねじれのモーメント及び転倒モーメントによる軸力に抵抗力をもつ免震装置及び該免震装置を備えた免震構造物が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１は、本発明の免震装置１０の斜視図を示す。本発明の免震装置１０は、上部受台１２、下部受台１４、リンク部材１６、支柱１８、復元力機構部２０、および減衰機構部２２とを含んで構成されている。本発明の免震装置１０においては、上部受台１２と下部受台１４とが、４本のリンク部材１６を介して、各々の四隅において連結されており、各リンク部材１６は、その長さが全て等しく、かつ、平行関係にあり、その８つの連結部分は、図示しない回転自在な関節によって構成されている。ここで、リンク部材１６の長さとは、リンク部材１６の両端に位置する上記関節の回転中心の離間距離を意味し、各リンク部材１６が平行関係にあるとは、各リンク部材１６における上記回転中心を結ぶ線分が互いに平行関係にあることを意味する。なお、本発明においては、上述した関節は、例えば、球面軸受、ユニバーサルジョイントなどを用いて構成することができる。
【００１８】
さらに、本発明の免震装置１０においては、上部受台１２に支柱１８が固着されており、支柱１８の下部受台１４側の端部近傍には４つの突状支持体１８aが形成されている。一方、下部受台１４には、４つの突状支持体１８aに対向するそれぞれの位置に突状支持体１４ａが形成されており、対向する突状支持体１４ａと突状支持体１８aとが、復元力機構部２０を介して連結されるとともに、減衰機構部２２を介して連結されている。図１においては、説明の便宜のため、復元力機構部２０をコイルバネとして示しているが、本発明における復元力機構部２０は、これに限定されるものではなく、ゴム、板バネなど弾性体を適宜用いて構成することができる。また、減衰機構部２２は、鋼材ダンパー、鉛ダンパー、摩擦ダンパーなどの履歴型ダンパー、ならびに、オイルダンパー、粘性体ダンパーなどの粘性型ダンパーを適宜用いて構成することができる。
【００１９】
本発明の免震装置１０は、通常、地盤側に固定されたコンクリート基礎や構造物の上端部など、地震の振動エネルギーの入力側の台座と下部受台１４とを緊結し、下部受台１４よりも上方に位置する上部受台１２と被免震構造物の基部とを緊結することによって設置される。なお、本発明の免震装置１０は、各受台１２、１４の形状を図１に示すような平面板状に限定するものではなく、地盤側の台座あるいは被免震構造物の基部と安定性をもって緊結可能な形状であれば、例えば、格子状、もしくは枠状とすることもでき、また、段差や凹凸を含む形状とすることもできる。さらに、本発明の免震装置１０においては、下部受台１４が地盤側の台座の一部として組み込まれるものであってもよく、上部受台１２が被免震構造物の基部の一部として組み込まれるものであってもよい。
【００２０】
以上説明した構成を採用する本発明の免震装置１０においては、上部受台１２、下部受台１４、および４つのリンク部材１６によって、立体的な平行リンク機構が実現される。本発明の免震装置１０は、この立体的な平行リンク機構によって、上部受台１２の自由度が限定されるため、従来の免震装置において不可避であったねじれの変位およびロッキングが好適に防止されると同時に、転倒モーメントによる引き抜き力に対抗することが可能となる。すなわち、本発明の免震装置１０においては、ねじれのモーメントおよび転倒モーメントは４つのリンク部材１６の軸力が受け持つことになる。
【００２１】
以下、本発明における立体的な平行リンク機構について、図２〜図４に示す免震装置モデルを参照して説明する。図２〜図４に示す免震装置モデルは、説明の便宜のため、立体的な平行リンク機構の構成要素である、上部受台１２、下部受台１４、ならびに複数のリンク部材１６および関節２６のみを簡略化して表したものである。
【００２２】
図２は、免震装置モデル２４の斜視図を示す。図２（ａ）に示す免震装置モデル２４においては、上部受台１２と下部受台１４とが、４つのリンク部材１６と８つの回転自在な関節２６を介して連結されている。また、４つのリンク部材１６の両端に位置する関節２６の回転中心Ｐの離間距離は、全て等しい値Ｌをとり、各リンク部材１６における回転中心Ｐを結ぶ線分が互いに平行関係にある。ここで免震装置モデル２４の自由度について検討すると、下部受台１４が固定されているものと仮定すれば、４つのリンク部材１６と上部受台１２は、それぞれ６自由度を有するので、全自由度は、５×６＝３０となる。一方、４つのリンク部材１６の両端の変位は、上部受台１２および下部受台１４によってそれぞれ拘束されているので、拘束自由度は４×３×２＝２４となる。ここで、各リンク部材１６は、その両端が、回転自在な関節２６を介して上部受台１２および下部受台１４と連結されているため、リンク軸回りの回転自由度を有し、結局のところ、免震装置モデル２４全体においては、上部受台１２の自由度は、３０−２４−４＝２となり、上部受台１２は、下部受台１４を基準として見た場合、水平２次元方向（図に示すＸＹ方向）に相対的に変位する自由度をもつことになる。図２（ｂ）は、免震装置モデル２４において上部受台１２が水平２次元方向に相対変位する態様を概念的に示した図である。
【００２３】
次に、受台におけるリンク部材１６の配設位置について、図３に示す免震装置モデル２４の上面図を参照して説明する。図３（ａ）に示されるように、上述した複数の関節２６の回転中心Ｐの全てが同一円周上に位置するようにリンク部材１６が配設された場合、各リンク部材１６が鉛直方向に直立した状態であって上部受台１２と下部受台１４との間に水平相対変位が生じていない場合にのみ、図３（ｂ）に示すように、上部受台１２は、各回転中心Ｐが共有する鉛直軸Ｑまわりに回転が可能となる。このような回転の自由度は、複数の回転中心Ｐの全てが同時に同一円周上に位置しないように構成することによって拘束することができる。
【００２４】
すなわち、本発明における立体的な平行リンク機構のリンク部材１６の数は、４つに限定されるものではなく、３つ以上の複数であれば、被免震対象の上部構造物の形状、自重の大きさ、およびその重心等に鑑みて、適宜その数および配設位置を決定することができる。例えば、図３（ｃ）に示すように、１つ以上のリンク部材１６ａを付加的に配設することによって、上部受台１２の鉛直軸Ｑまわりの回転が積極的に拘束される。さらに、予ひずみを与えた復元力機構部を上部受台１２の回転モーメントに対して対抗可能に配設することによって上部受台１２の鉛直軸まわりの回転を防止することもできる。
【００２５】
さらに、本発明における立体的な平行リンク機構は、免震装置の高さを抑えるために多段階に構成することもできる。図４は、多段階に構成された立体的な平行リンク機構を含む免震装置モデル２５を示す。免震装置モデル２５においては、上部受台１２と下部受台１４との間の高さ方向において、長さの異なるリンク部材１６ｈ〜１６ｊが補助枠２８および関節２６を介して多段階に連結されている。
【００２６】
以上説明したように、本発明における立体的な平行リンク機構とは、上部受台１２と下部受台１４とが、少なくとも３つのリンク部材１６により回転自在な関節２６を介して連結されてなるリンク機構であって、各リンク部材１６の両端に位置する関節２６の回転中心Ｐの離間距離が全て等しい値をとり、各リンク部材１６における回転中心Ｐを結ぶ線分が互いに平行関係にあり、かつ、その線分の全てが同一平面上に含まれない構成を備えるものいい、受台自体およびリンク部材自体の形状、ならびにそれらの組み合わせの態様を特に限定するものではない。
【００２７】
次に、上述した立体的な平行リンク機構と復元力機構部２０および減衰機構部２２とが相互に連関することによって実現される本発明の免震装置１０における免震機構の詳細について、以下説明する。
【００２８】
図５は、平時における本発明の免震装置１０を示す図であり、図５（ａ）は、その側面図を示す。図５（ａ）に示されるように、平時においては４本のリンク部材１６は、鉛直方向に直立しており、上部受台１２を含む図示しない被免震構造物の自重をその軸力で支えている。上部受台１２の中心部には円柱状の支柱１８が固着されている。支柱１８の長さは、地震の際に、想定される上部受台１２の相対変位の範囲内においては、支柱１８の端部が下部受台１４に接触せず、許容相対変位の範囲を超えた場合には、該端部が下部受台１４に接触するように規定されており、平時においては該端部と下部受台１４との間には隙間Ｓが形成されている。なお、支柱１８は、その形状を円柱状に限定するものではなく、また、上部受台１２に固着されるものに限られず、強度の観点から上部受台１２と一体的に形成することもできる。
【００２９】
図５（ｂ）は、平時における本発明の免震装置１０の上面図を示す。なお、説明の便宜のため、図５（ｂ）においては、上部受台１２を透視して各部材を図示する（以下、図６（ｂ）についても同じ）。図５（ｂ）に示されるように、本発明の免震装置１０においては、上部受台１２に形成された支柱１８の突状支持体１８aと下部受台１４の突状支持体１４ａとが、復元力機構部２０ならびに減衰機構部２２によって連結されている。換言すれば、本発明においては、上部受台１２と下部受台１４とは、支柱１８と複数の復元力機構部２０および減衰機構部２２を介して連結されており、リンク部材１６が鉛直方向に直立した状態を原点とするように構成されている。
【００３０】
本発明においては、上述したリンク部材１６が鉛直方向に直立した状態において、図５（ｂ）に示す４つの復元力機構部２０を自然長とすることもでき、または、各復元力機構部２０に均等に予ひずみを付与しておくこともできる。いずれの場合においても、本発明においては、リンク部材１６が鉛直方向に直立した状態において全ての復元力機構部２０が平衡点になるように調整され、その配設位置が決定される。このように構成することで、地震によって上部受台１２と下部受台１４とに水平方向の相対変位が生じても、地震による励振が無くなった場合には、各復元力機構部２０がその復元力により平衡点に戻ることによって、リンク部材１６が鉛直方向に直立した状態に戻り、再び、被免震構造物の自重をリンク部材１６の軸力で支えることができる。なお、図５（ｂ）に示す実施の形態においては、４つの復元力機構部２０を支柱１８の中心に対して卍型に配設されており、上部受台１２の鉛直軸まわりの回転モーメントに対して対抗可能に構成されている。
【００３１】
図６は、地震時における本発明の免震装置１０を示す図であり、図６（ａ）は、その側面図を示し、図６（ｂ）は、その上面図を示す。地震時において、地盤側に固定された下部受台１４に作用する地震力は、上部受台１２が上述した立体的な平行リンク機構によって水平２次元方向（ＸＹ方向）に相対変位することによって遮断され、被免震構造物に作用する慣性力が低減される。このとき、図６（ｂ）に示されるように、復元力機構部２０ａおよび２０ｂが自然長より長くなり、復元力機構部２０ｃおよび２０ｄが自然長よりも短くなるため、各復元力機構部２０には復元力、すなわち平衡点に戻ろうとする力が発生する。すなわち、地震力が継続している間、上部受台１２の水平２次元方向（ＸＹ方向）の相対変位に連動して各復元力機構部２０の復元力が発生することで、本発明の免震装置１０においては、被免震構造物に作用する地震による慣性力を継続的に低減することが可能な機構が実現される。それと同時に、入力された地震の振動エネルギーは、随時、減衰機構部２２によって吸収され減衰する。そして地震による励振が治まったのち、各復元力機構部２０は、その復元力によって平衡点に戻り、リンク部材１６は、鉛直方向に直立した状態に戻って静止する。その結果、本発明の免震装置１０は、図５に示した原点に復帰する。
【００３２】
以上、本発明の免震装置１０の免震機構を図５および６を参照して説明してきたが、本発明における復元力機構部２０および減衰機構部２２の配設態様は、図５および６に示した実施形態に限定されるものではない。本発明は、上部受台１２と下部受台１４とが、復元力機構部２０および減衰機構部２２によって作用点を介して連結されており、上述した原点において全ての復元力機構部２０が平衡点にあり、上部受台１２の水平２次元方向（ＸＹ方向）の相対変位に連動して各復元力機構部２０の復元力が各受台に作用するように構成された種々の態様を実施の形態として含む。
【００３３】
例えば、図７（ａ）に示すように、復元力機構部２０および減衰機構部２２を支柱１８の中心軸に対して線対称に配設することもでき、また、図７（ｂ）に示すように、支柱１８を下部受台１４側に形成し、復元力機構部２０および減衰機構部２２を上部受台１２側に配設することもできる。さらに、図７（ｃ）に示すように、支柱１８を介さずに、上部受台１２と下部受台１４とを復元力機構部２０および減衰機構部２２によって直接連結することもできる。
【００３４】
なお、上部受台１２に水平方向の相対変位を生じた場合、復元力機構部２０および減衰機構部２２と各作用点との連結部分にも水平方向の相対変位が生じるため、該変位を許容するために、上記連結部分を、自由度を有するすべり軸受などの対偶によって構成することが好ましい。次に、本発明の免震装置１０の免震機構を支承機能、復元機能、および減衰機能の観点から以下説明する。
【００３５】
図８は、本発明の免震装置１０の支承機構および復元機構を概念的に示す図である。図８（ａ）に示されるように、平時においては、図示しない被免震構造物の自重は、太線矢印が示すように、各リンク部材１６に分散され、各リンク部材１６の軸力によって受け持たれる。一方、地震が作用して免震装置１０が稼動し、上部受台１２と下部受台１４との間に水平方向の相対変位が生じると、図８（ｂ）に示されるように、太線矢印で示した自重は、細線矢印が示す重力成分Ｇ１およびＧ２に分解される。ここで、上述した相対変位によって生じたリンク部材１６の傾き角をθとすれば、被免震構造物の自重／ｃｏｓθ（細線矢印Ｇ１）は、全てのリンク部材１６の軸力が受け持ち、被免震構造物の自重×ｔａｎθ（細線矢印Ｇ２）は、全ての復元力機構部２０がその許容変形範囲内、すなわち弾性限界点を超えない範囲内で受け持つことができる。本発明においては、被免震構造物に作用する慣性力を充分に低減するために許容する水平方向の相対変位の範囲内において、復元力機構部２０がその弾性限界点を超えて塑性変形を起こすことのないように設計されることが好ましい。すなわち、本発明の免震装置１０においては、立体的な平行リンク機構における各リンク部材１６と各復元力機構部２０とが相互に連関することによって、被免震構造物の自重を支持しつつ水平方向の相対変位を一定範囲において許容して該被免震構造物への振動エネルギーの入力を低減する機能、すなわち支承機能が実現される。
【００３６】
また、上部受台１２の水平方向の相対変位に連動して各復元力機構部２０の復元力が発生し、各受台に作用するため、本発明の免震装置１０は、地震終了時に原点復帰することができる。すなわち、復元力機構部２０によって復元機能が実現される。
【００３７】
さらに、減衰機構部２２によって地震の振動エネルギーを速やかに吸収し減衰することが可能であり、上部受台１２の水平方向の相対変位を、復元力機構部２０の許容変形範囲内、すなわち弾性限界点を超えない範囲内に納めることができる。すなわち、減衰機構部２２によって減衰機能が実現される。
【００３８】
なお、免震効果の観点から、被免震構造物の固有周期を長周期化することによって、該固有周期を地震の卓越周期から外すことが重要となるが、本発明の免震装置１０においては、被免震構造物の自重に鑑みて、復元力機構部２０のばね定数の大きさ、およびリンク部材１６の長さの最適化を図ることによってこれを実現することができる。以下、本発明の免震装置１０が実現する被免震構造物の固有周期の長周期化について、再び、図８を参照しながら説明する。
【００３９】
図８に示す免震装置１０において、図示しない被免震構造物および上部受台１２の合計質量をｍ、リンク部材１６の長さをｌ、復元力機構部２０のばね定数をｋｕ、重力加速度をｇとした場合、地震時の上部受台１２の相対変位を地震終了時に復元するためには、ｋｕがなす水平力Ｆｕは、重力成分Ｇ２がなす水平力Ｆｇより大きくなるようにする必要、すなわち下記式（１）が成立する必要がある。
【００４０】
【数１】
2007321853.tif 000003
ここで、式（１）中のθを微小と考えれば、復元力機構部２０のばね定数ｋｕについて下記式（２）が成立する。
【００４１】
【数２】
2007321853.tif 000004
よって、被免震構造物の固有周期をＴｇとすれば、下記式（３）が成立する。
【００４２】
【数３】
2007321853.tif 000005
仮に、本発明の免震装置１０のリンク部材１６の長さｌ＝４．０ｍとした場合、上記式（３）に従えば、被免震構造物の固有周期をＴｇ＝４ｓｅｃ.程度に設定することが可能となることがわかる。すなわち、本発明の免震装置１０においては、復元力機構部２０のばね定数ｋｕとリンク部材１６の長さｌの最適化を図ることによって、被免震構造物の固有周期の長周期化が好適に図られることがわかる。
【００４３】
一方、免震装置自体の高さについて制約がある場合には、先に説明した、図４に示す多段階に構成された立体的な平行リンク機構を採用することによって、免震装置自体の高さを低く抑えたまま、上記式（３）中のｌをリンク部材１６ｈ〜１６ｊの長さの合算値として大きくすることよって最適化を図ることが可能となる。
【００４４】
本発明の免震装置１０においては、安全の観点から、さらに、上部受台１２と下部受台１４との間の過大な水平方向の相対変位を防止するためのストッパー機構を適宜設けることが好ましい。図９は、本発明の免震装置１０におけるストッパー機構を示す図である。なお、図９においては、説明の便宜のため、復元力機構部２０および減衰機構部２２を省略して示す。図９（ａ）、（ｂ）は、上部受台１２の水平方向の相対変位が許容範囲を超えた場合に、支柱１８と接触するように下部受台１４に設けられたリング状部材であるストッパー３０によってストッパー機構が実現される態様を示す。ストッパー３０は、下部受台１４に固設してもよく、また、強度の観点から一体形成によって設けることもできる。何らかの理由によって復元力機構部２０および減衰機構部２２の破損、故障、あるいは各機構の連結部分の破損、故障が発生した場合であっても、ストッパー３０と支柱１８とが接触することでそれ以上の水平方向の相対変位が阻止される。なお、ストッパー３０の形状は、リング状に限定されるものではなく、支柱１８の可動範囲を上部受台１２の水平相対変位の許容範囲に対応させて限定的に規定することができるものであればよい。
【００４５】
また、万が一、ストッパー３０が破損した場合であっても、図９（ｃ）に示すように、支柱１８の下端が下部受台１４に接触することによってそれ以上の水平方向の相対変位が阻止される。すなわち、この場合においては、支柱１８がストッパー機構を実現する。このような異常事態においても、被免震構造物の自重は、各リンク部材１６と支柱１８の軸力によって受け持たれ安全が確保される。
【００４６】
なお、本発明におけるストッパー機構は上述した形態に限定されるものではなく、関節２６やリンク部材１６をはじめとする他の可動部材の可動範囲を、上部受台１２の水平相対変位の許容範囲に対応させて限定的に規定することによってストッパー機構を実現することもでき、さらにこれらを組み合わせた多重ストッパー機構を設けることもできる。
【００４７】
さらに、本発明の免震装置１０においては、該装置を平時には作動させず、地震時にのみ作動させるためにトリガー機構を設けることができる。図１０は、本発明の免震装置１０において、支柱１８と下部受台１４の間に所定の強度を備えるシャーピン４０を挿入して支柱１８と下部受台１４の間の水平相対変位を阻止することによってトリガー機構が実現される態様を示す。シャーピン４０の強度を地震による水平慣性力が所定の閾値以上になったときに切断されるように設定することによってトリガー機構が実現される。なお、シャーピン４０は、閾値以上の力を受けた場合に変形を伴わず断裂する素材で形成されることが好ましい。
【００４８】
また、塔状構造物においては、強風時の風荷重がしばしば大きな値を持つことがあるが、このようなときにトリガー機構が作動することは好ましくないので、気象予報等で事前に強風が予測できるときには、平時よりも強度の大きい耐風ピンを用いて風荷重のみによってトリガー機構が作動しないようにすることもできる。
【００４９】
本発明の免震装置１０の実施形態を構造物への適用の観点から以下説明する。図１１は、本発明の免震装置１０をビルなどの一般構造物に設置した実施形態を示す。図１１（ａ）は、免震装置１０の配置を示した上面図であり、図１１（ｂ）は、その側面図を示す。図１１に示される実施形態においては、一般構造物５０と基礎５２の間に免震装置１０が、一般構造物５０の自重と地震時の慣性力に鑑みて計算された必要数分だけ配置される。図１１（ａ）示されるように、一般構造物５０の形状は非対称性を有しているため、地震の励振力を受けた場合には、高さ方向に捩れ変形を伴う水平方向変位が生じる。このような特性を有する一般構造物５０に対し、積層ゴム支承またはころがり支承を用いた従来の免震装置を設置する場合、上述した捩れる力を考慮して配置する必要が生じ、さらに、増改築によって建築物の形状が変わった場合にはすべての支承を再配置する必要が生じる。一方、図１１（ａ）に示すように本発明の免震装置１０を複数設置した場合には、各免震装置１０の各リンク部材１６の軸力が、一般構造物５０のねじれのモーメントを受け持ち、免震装置１０自体が捩れるような変形を生じないため、上述した捩れる力を考慮して配置する必要がなく、増改築等によって建築物の形状が変わった場合であっても新たに免震装置１０を増設するだけで足り、すべての装置を再配置する必要がない。
【００５０】
さらに、地震時の慣性力Ｓｆによって、転倒モーメントＭが生じ、その結果、一般構造物５０の一方の端に引き抜き力Ｎが生じた場合、積層ゴム支承またはころがり支承を用いた従来の免震装置においては引き抜き力Ｎに抵抗するための手段を別途設ける必要が生じ、免震装置全体の構造が複雑にならざるを得ないが、本発明に免震装置１０においては、各リンク部材１６の軸力が引き抜き力Ｎに抵抗できるため特別な装置の追加を必要としない。また、図１１に示すように、免震装置１０のユニットを複数設置した場合には、上述した各免震装置１０における上部受台１２の鉛直軸まわりの回転が拘束されるため、該回転を拘束するために構成を別途設ける必要がない。
【００５１】
図１２は、ビルなどの一般構造物に設置される本発明の免震装置１０の別の実施形態を示す。本発明の免震装置１０は、図１１に示したような被免震構造物に複数配置されるユニットとして構成されるものに限定されず、被免震構造物の基部底面全体を上部受台１２とし、地盤側の基礎全体を下部受台１４とし、該基部底面と該基礎の間にリンク部材１６を配設することによって構成することもできる。
【００５２】
図１３は、本発明の免震装置１０を、化学プラントの反応塔や送電線鉄塔に代表される塔状比の大きい塔状構造物に設置した実施形態を示す。本発明の免震装置１０は、図１３（ａ）に示すように、塔状構造物６０の基部と基礎６２の間に設置することもでき、また、図１３（ｂ）に示すように、塔状構造物６０の骨格の中途部に挿入する形で設置することもできる。
【００５３】
図１４は、本発明の免震装置１０を、高層ビルなどの建設に広く用いられるステー支持型タワークレーンに設置した実施形態を示す。一般に、ステー支持型タワークレーンは、クレーン基礎に固定され、かつ、建設中のビル鉄骨等にステーを介して水平支持されることから、地震時において、クレーン基礎側からのみならず建築物側からも励振されることになる。図１４に示すステー支持型タワークレーン７０は、クレーン基礎７２に固定され、かつ、マスト７４の中途部において、ステー７８を介して建築物７６によって水平支持されている。ステー支持型タワークレーンは地震時にステーより上のクレーンマストの振動が大きいことが分かっているため、ステー支持型タワークレーンにおいては、図１４に示すように、ステー７８が連結されたマスト７４の直上に免震装置１０が挿入する形で設置することが好ましい。
【００５４】
さらに、本実施形態においては、ステー７８を免震ステーとして構成することがより好ましい。図１５は、免震ステー８０の断面図を示す。免震ステー８０は、ステー部材８２ａ、８２ｂ、復元力機構部８４、減衰機構部８６、および軸力部材８８を含んで構成され、ステー部材８２ａ、８２ｂは、端部にガイド９０ａ、９０ｂを備え、軸力部材８８は、その両端にストッパー９２を備えて構成されている。ステー部材８２ａおよび８２ｂは、復元力機構部８４ならびに減衰機構部８６を介して連結され、さらに、軸力部材８８とガイド９０ａ、９０ｂによって一軸方向に固定され、該軸方向の変位が許容されるように構成されている。なお、ストッパー９２により免震ステー８０の過大な変位が防止される。
【００５５】
図１４および図１５を参照して、本実施形態において、免震装置１０と免震ステー８０とが相互に連関することによってステー支持型タワークレーン７０の免震が好適に図られる機構を以下説明する。平時においては、軸力部材８８は、図示しないトリガー装置によってステー部材８２ａ、８２ｂに固定されており、ステー支持型タワークレーン７０に作用する水平荷重を建築物７６に伝えることができる。
【００５６】
地震時にクレーン本体に慣性力が生じ、それが所定の閾値を越えた時に、図示しないトリガー装置が働き、免震ステー８０が稼働してステー部材８２ａおよび８２ｂの軸方向の変位が許容される。すると、免震ステー８０を介して建築物７６が負担していたクレーンの水平慣性力をマスト７４が負担するので、免震装置１０の図示しないトリガー装置が働き、免震装置１０が稼動してクレーン本体における免震装置１０より上部の構造体が長周期化されて地震の慣性力が低減される。同時に、復元力機構部８４と減衰機構部８６の働きにより、建築物７６から免震ステー８０を介してクレーン本体に入力する励振力は小さくなる。同時に、クレーン側から免震ステー８０を介して建築物７６に入力される地震慣性力も低減されるため、従来、クレーン本体側からの地震慣性力対策のために建築物７６に施す必要のあった補強を少なくすることができる。
【００５７】
図１６は、本発明の第２の実施形態である免震装置１００を示す。免震装置１００は、上部受台１０２、下部受台１０４、リンク部材１０６、および減衰機構部１０８とを含んで構成されている。免震装置１００においては、上部受台１０２と下部受台１０４とが回転自在な関節を介して複数のリンク部材１０６と連結されており、上述した立体的な平行リンク機構を構成している。ただし、免震装置１００においては、地盤側の基礎と緊結固定される下部受台１０４が吊り下げ支持部１０４ａを含んで形成されており、上部受台１０２は、吊り下げ支持部１０４ａから吊り下げられる形でリンク部材１０６を介して連結される。上述した構造を採用する免震装置１００においては重力ばねが復元力を与えるため、別途、復元力機構部を設ける必要が無く、上部受台１０２と下部受台１０４とを減衰機構部１０８を介して連結すれば足りる。なお、図１６は、多段化された立体的な平行リンク機構を適用した実施の形態を示すが、免震装置１００は、立体的な平行リンク機構を多段化された機構に限定するものではない。
【００５８】
本発明者は、本発明の免震装置を自立型タワークレーンに対して適用した場合について、代表的な３種類の地震波、すなわち、神戸ポートアイランドＮＳ波、神戸海洋気象台ＮＳ波、十勝沖地震八戸ＮＳ波を用いて水平最大加速度および層せん断力係数についてシミュレーション実験を行った。その結果、免震装置を取付けない場合について得られた値に対する本発明の免震装置を取り付けた場合について得られた値の比（免震装置あり／免震装置なし）は、水平最大加速度においては、約０．２６（神戸ポートアイランドＮＳ波）、約０．０３８（神戸海洋気象台ＮＳ波）、約０．１２（十勝沖地震八戸ＮＳ波）という値が得られた。また、層せん断力係数については、約０．２５（神戸ポートアイランドＮＳ波）、約０．０３８（神戸海洋気象台ＮＳ波）、約０．１８（十勝沖地震八戸ＮＳ波）という値が得られた。すなわち、本発明の免震装置を自立型タワークレーンに対して設置した場合、水平最大加速度、層せん断力係数とも好適に低減されることが示され、クレーンの地震慣性力を数分の1に低減できることが示された。さらに、上述した３種類の地震波に対する本発明の免震装置の水平変位は、いずれも１ｍ以下であり、本発明の免震装置が充分に実施可能であることが示された。
【００５９】
また、同様のシミュレーション実験をステー支持型タワークレーンについて行った。なお、マスト部の中途部に本発明の免震装置を挿設し、かつ、免震ステーを該免震装置の直下に連結した場合について実験を行った。免震をしていない通常のステー支持型タワークレーンにおいては、支持側の建物の固有周期の近傍で大きな応答が生じることが示されたが、本発明の免震装置と免震ステーを併用したステー支持型タワークレーンにおいては、層せん断力係数は、約０．２で一定となり、タワークレーン自体は、ステー支持型建物による励振の影響を受けないことが示された。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
以上、説明したように、本発明によれば、従来よりも構成がシンプルで、かつ設置及びメンテナンスが容易であり、確実かつ充分に構造物を免震し、加えて、構造物のねじれのモーメント及び転倒モーメントによる軸力に抵抗力をもつ免震装置及び該免震装置を備えた免震構造物が提供される。本発明の免震装置は、特に、タワークレーンに代表される搭状比が大きく、かつ、鉛直軸に関して非対称な構造物の免震に用いられた場合には、大規模な地震においても該構造物の倒壊等を回避することができ深刻な二次災害を防止することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の免震装置１０を示した斜視図。
【図２】免震装置モデル２４を示した斜視図。
【図３】免震装置モデル２４を示した上面図。
【図４】多段階に構成された立体的な平行リンク機構を含む免震装置モデル２５を示した図。
【図５】平時における本発明の免震装置１０を示した図。
【図６】地震時における本発明の免震装置１０を示した図。
【図７】復元力機構部および減衰機構部の種々の連結態様を示した図。
【図８】本発明の免震装置１０の支承機構および復元機構を概念的に示した図。
【図９】本発明の免震装置１０におけるストッパー機構を示した図。
【図１０】本発明の免震装置１０におけるトリガー機構を示した図。
【図１１】本発明の免震装置１０を一般構造物に設置した実施形態を示した図。
【図１２】本発明の免震装置１０を一般構造物に設置した別の実施形態を示した図。
【図１３】本発明の免震装置１０を、塔状構造物に設置した実施形態を示した図。
【図１４】本発明の免震装置１０を、ステー支持型タワークレーンに設置した実施形態を示した図。
【図１５】免震ステー８０を示した断面図。
【図１６】本発明の第２の実施形態である免震装置１００を示した図。
【符号の説明】
【００６２】
１０…免震装置、１２…上部受台、１４…下部受台、１６…リンク部材、１８…支柱、２０…復元力機構部、２２…減衰機構部、２４…免震装置モデル、２５…免震装置モデル、２６…関節、２８…補助枠、３０…ストッパー、４０…シャーピン、５０…一般構造物、５２…基礎、６０…塔状構造物、６２…基礎、７０…ステー支持型タワークレーン、７２…クレーン基礎、７４…マスト、７６…建築物、７８…ステー、８０…免震ステー、８２…ステー部材、８４…復元力機構部、８６…減衰機構部、８８…軸力部材、９０…ガイド、９２…ストッパー、１００…免震装置、１０２…上部受台、１０４…下部受台、１０６…リンク部材、１０８…減衰機構部
【図１】
2007321853.tif 000006
【図２】
2007321853.tif 000007
【図３】
2007321853.tif 000008
【図４】
2007321853.tif 000009
【図５】
2007321853.tif 000010
【図６】
2007321853.tif 000011
【図７】
2007321853.tif 000012
【図８】
2007321853.tif 000013
【図９】
2007321853.tif 000014
【図１０】
2007321853.tif 000015
【図１１】
2007321853.tif 000016
【図１２】
2007321853.tif 000017
【図１３】
2007321853.tif 000018
【図１４】
2007321853.tif 000019
【図１５】
2007321853.tif 000020
【図１６】
2007321853.tif 000021