(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎と建物又は建物の支持基板との間に設けられる免震住宅用減衰装置であって、プラスチックを素材とし、断面積に対して長さが長い長尺体からなり、摂氏２５度，５００ｍｍ／ｍｉｎの引張試験において破断伸びの９０％変形時におけるヒステリシス比ｈが、０．４≦ｈ≦０．６であることを特徴とする免震住宅用減衰装置。
【請求項２】
前記免震住宅用減衰装置は、摂氏２５度，５００ｍｍ／ｍｉｎの引張試験において、バネ定数ｋが、２０≦ｋ≦３００（Ｋｇｆ／ｍｍ）であることを特徴とする請求項１記載の免震住宅用減衰装置。
【請求項３】
前記免震住宅用減衰装置の素材とされるプラスチックの室温における曲げ弾性率Ｅが、１，０００≦Ｅ≦５，０００（ＭＰａ）であることを特徴とする請求項１又は２記載の免震住宅用減衰装置。
【請求項４】
前記免震住宅用減衰装置の素材とされるプラスチックは、ポリアミド，不飽和ポリエステル，ビニルエステル，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリスチレン，ポリ塩化ビニル，ポリエチレンテレフタレート又はポリカーボネートであることを特徴とする請求項１，２又は３記載の免震住宅用減衰装置。
【請求項５】
前記免震住宅用減衰装置の素材とされるプラスチックは、ポリアミド，不飽和ポリエステルであることを特徴とする請求項１，２又は３記載の免震住宅用減衰装置。
【請求項６】
前記免震住宅用減衰装置の素材とされるプラスチックは、ポリアミドであることを特徴とする請求項１，２又は３記載の免震住宅用減衰装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、建物と基礎の両方に連結され、地震時やその他の時に建物が設定値以上に変位するのを阻止するために使用される免震住宅用減衰装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地震から建物を守るために、鋼板等の硬質板と、ゴム等の軟質板とを複数個、交互に積層した積層ゴムを構成要素とする免震構造体がビルと基礎との間に挿入されて用いられている。ここで用いられる積層ゴムで建物を支えることにより、建物の固有振動数の長周期化を図り、地震波との共振を防いで振幅は大きいがゆっくりした振動となし、その揺れをダンパー(減衰装置)を併設することにより短時間で収束させる方法を適用した免震システムが一般的に用いられている。その際、設計的にはある具体的な大きさの地震を想定し、ビルの規模や質量，地盤の強さ，求められる免震性能などを考慮して、積層ゴムのバネ剛性とダンパーの減衰能力を決定する。しかしながら、想定した大きさ以上の大型地震が発生した場合、ビルの安全性はどう守られるかについては、ある程度の安全率を見て設計されてはいるものの、厳密には不明のままになっている。これは想定される地震の大きさを非常に大きなものとすることにより安全性は向上するものの、免震システム全体が大型になり、コスト的にも極めて高額のものになるためである。
【０００３】
一方、住宅の免震では、住宅を建てる地盤を考慮すれば、その住宅が市街地に近ければ近い程、軟弱な不良地盤になりがちであり、免震された住宅では長周期成分を多く含む地震波によって大きく変位する上に、不等沈下等により建物が免震システムの許容変形限界を超えて落下してしまうことも懸念される。小規模の宅地開発の場合には、住宅の価格を上昇させる要因となるため、必要な地盤改良等がなされている場合も多い。更に都市の密集した住宅事情を考えると、隣接住宅との間隔が狭く、地震時に免震住宅が大きく変位するような場合、隣接住宅と衝突する危険性がある。
【０００４】
このような特殊な事情を考慮して、戸建住宅用免震システムについては、非常に大きな地震が発生した時、何らかのストップ機能が働いて免震システム全体を設計変位以上に変位させないという考え方が提案されている。例えば、特願平８−１３００７６号において提案されている、大きな剪断力を受けた建物全体をフェ―ルセーフ上に乗り上げさせる技術、あるいは、特開平１０−２３１８８８号公報に記載の如き、金属材料等を取り付けてある大きさの変位以上には動けなくする技術等である。しかしながら、上記の変位防止機能を持つ装置（以下、適宜、ストッパーと称する。）を付設した場合、そのストッパーと住宅との衝突時又はストッパーが機能し始めた時点に発生する衝撃力が、免震装置を用いず建物を直接基礎にボルトで固定した従来の非免震建物が地震時に受ける衝撃力より大きくなる懸念もあり、そのようなストップ機構を設けた実用に適する免震システムは未だ実現されていない。
【０００５】
実際、衝突や大きな剪断力の付加時の建造物に対する衝撃を緩和する際に最も重要なことは、出来るだけ衝突時の物体（建物）の速度を落とす（つまり住宅の持つ運動量，運動エネルギーを小さくする）ことにより、一方被衝突物（例えば、壁や隣接する建物等）との接触を出来るだけソフトに（つまり衝撃力を小さく）することである。この場合接触する被衝撃物が硬い剛体であればある程、建物の受ける衝撃力は大きくなり破損し易くなる。例えば、船と岸壁が衝突する場合を考えると、この衝撃力を小さくする為に、衝突物と被衝突物との間にゴム製の緩衝材を設置し、船を岸壁に直接衝突させるよりもはるかに小さい衝撃力で衝突させることを可能としている。同じような原理により建物の動きをストッパーで止めようとする場合、ストッパーにとって最も重要な因子は、衝撃力を軽減する為にどのような減衰性を持っているか、どのようなバネ剛性を持っているかということになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
即ち、本発明の目的は、戸建住宅のような軽量の建物などにも有効で、且つ、建物に大きな剪断力がかかった場合にも、免震システムの免震効果を損なうことなく、建物の大きな変位を防止することができる免震構造体全体に対して適切な免震住宅用減衰装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、免震住宅用減衰装置が持つべき減衰性能やバネ剛性を見出し、そのような特性を有する材料とその形状構造を決定した。続いて、本発明の減衰装置を用いた振動台実験を行い、その優れた特性を実証した。
【０００８】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明に係る免震住宅用減衰装置において、住宅に対して減衰機能を付与する時の基本的な考え方は以下の通りである。
【０００９】
想定された地震に対して免震システムが（したがって免震住宅全体が）水平方向に動く距離は最初の設計の段階で予測されている。したがって、ある大きさの地震に対して、免震システムが水平方向に距離「Ｒ０」だけ変位しうることによって免震効果が発揮できると設計されている場合、「Ｒ０」より小さい範囲の動きに対して減衰装置が停止機能を作動させる場合、免震システムのスムーズな動きを阻害することになる。
【００１０】
ところで、世の中には衝突時の衝撃力を小さくする機構を利用した商品が数多く見られる。例えば、船の接岸時の衝撃力を吸収する防舷材，エアバッグ，運動シューズ等は、その商品の持つ減衰力を上手く利用することにより、衝撃力を大幅に低減させている良い例である。つまり、動こうとする建物（免震住宅）を、衝撃力を増大させることなく停止させようとする減衰装置に求められる２大機能は、適切な減衰性能と適切なバネ剛性である。
【００１１】
そこで、以下、本発明に係る免震住宅用減衰装置の特性を、具体的数値を挙げて説明する。
【００１２】
本発明に係る免震住宅用減衰装置（請求項１記載の免震住宅用減衰装置）の減衰性能の大きさを与えるヒステリシス比「ｈ」の求め方は、図１に示されている。即ち、加荷曲線下の面積（ＯＡＢＣＯ）を入力エネルギー，加荷曲線と除荷曲線とに挟まれた面積（ＯＡＢＤＯ），をヒステリシスエネルギーとする時、ヒステリシス「ｈ」は、ヒステリシスエネルギーと入力エネルギーの比として定義される。本発明に係る免震住宅用減衰装置に求められるヒステリシス比の値としては、摂氏２５度，５００ｍｍ／ｍｉｎの引張試験において、破断伸びの９０％変形時におけるヒステリシス「ｈ」は、好ましくは０．２≦ｈ≦０．８、より好ましくは０．３≦ｈ≦０．７、最も好ましくは０．４≦ｈ≦０．６である。この場合、「ｈ」が０．２より小さいと減衰効果が小さすぎることになり、一方、これが０．８を超える場合には、系の剛性が高くなり、何れの場合にも衝撃力が大きくなる。
【００１３】
また、本発明（請求項２記載の発明）に係る免震住宅用減衰装置に求められるバネ定数「ｋ」の値としては、摂氏２５度，５００ｍｍ／ｍｉｎの引張試験において、１０≦ｋ≦３００（Ｋｇｆ／ｍｍ）、より好ましくは、２０≦ｋ≦２００（Ｋｇｆ／ｍｍ）、最も好ましくは、３０≦ｋ≦１５０（Ｋｇｆ／ｍｍ）である。「ｋ」が１０（Ｋｇｆ／ｍｍ）以下である場合には、衝突後の変位が大きくなりすぎ、所定の位置で建物を停止させることが出来ない。一方、「ｋ」が３００（Ｋｇｆ／ｍｍ）を超える場合、衝撃力が大きくなりすぎる。
【００１４】
また、本発明に係る免震住宅用減衰装置は、その形状が断面積に対して長さが長い長尺体であれば、特に制限はなく、モノフィラメントのロープ状のものであってもよいが、切断強度が高いという観点からは、複数の長尺体、あるいは繊維状材料からなる紐状、縄状、鎖状等に編んだものが望ましい。
【００１５】
また、図２は、このような本発明に係る免震住宅用減衰装置１を建物（免震住宅）２と基礎３との間に付設した状態を示す模式図である。図２では、免震構造体の設計変位（Ｒ０−ｒ，後述の実施例参照）まではストップ機能が働かないようにするため、減衰装置にその分の弛み１ａが与えられている。また、この図２に示す態様では、免震構造体として積層ゴム４とスライダー５との組合せが建物（免震住宅）２と基礎３との間に付設されたものを図示しているが、本発明に係る免震住宅用減衰装置１は、どのような免震構造体、或いは免震システムにも好適に適用できる。例えば、積層ゴムのみからなる免震構造体、或いは、積層ゴムとオイルダンパー，摩擦ダンパー等の組合せからなる免震構造体，内部の中空部に摩擦板等を封入した積層ゴムを用いる免震構造体等の公知の免震構造体として用いることができる。
【００１６】
なお、実際の免震住宅では、本発明に係る免震住宅用減衰装置１を、１棟当り複数本使用することによって、建物（免震住宅）２全体の動きを止める。当然、建物（免震住宅）２の重量が重いほど多数本の免震住宅用減衰装置１が必要となる。
【００１７】
そして、本発明（請求項３記載の発明）に係る免震住宅用減衰装置の素材であるプラスチックの室温における曲げ弾性率「Ｅ」は、１，０００≦Ｅ≦５，０００（ＭＰａ）が好ましく、１，０００≦Ｅ≦４，０００（ＭＰａ）は更に好ましく、最も好ましいのは、１，０００≦Ｅ≦３，０００（ＭＰａ）である。
【００１８】
また、本発明（請求項４記載の発明）に係る免震住宅用減衰装置の素材であるプラスチックとしては、特に制限はないが、ポリアミド，不飽和ポリエステル，ビニルエステル，ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリスチレン，ポリ塩化ビニル，ポリエチレンテレフタレート，ポリカーボネートが適している。更に好ましくは、ポリアミド及び不飽和ポリエステルである。最も好ましいのは、ナイロン６，ナイロン６６，ナイロン１２，ナイロン１１，ナイロン６１０，ナイロン６１２等のポリアミドである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例１及び実施例２について詳細に説明する。
【００２０】
【実施例】
「実施例１」
以下に説明する実験例は、実物大の免震住宅を振動台上に設置し、これにｓｉｎ波（全実験に対して入力は一定）を入力して、該免震住宅の１階の応答加速度を測定したものである。
【００２１】
１．実験用免震住宅の特性
本実験に使用した免震住宅に対して、４基のスベリ支承（スライダー）と２基の積層ゴムを配置した免震システムを採用した（図２参照）。その際、上記免震住宅の重量は全て上記４基のスベリ支承で支え、上記２基の積層ゴムは水平方向のバネ剛性と引戻し力としての役割を与えた。また、本免震住宅には、２ヶ所に本発明に係る免震住宅用減衰装置を配置した。なお、本実験で用いた上記各積層ゴムの水平バネとしての周期「Ｔ」は免震住宅の重量を考え、Ｔ＝２．５秒に設計した。また、用いた各スベリ支承の摩擦係数「μ」は、μ＝０．０４であった。
【００２２】
２．実験結果
先ず最初に、本発明に係る免震住宅用減衰装置を取り付けず、且つ、上記免震住宅と上記振動台（実際には、基礎に相当）とを固定した状態（即ち、非免震状態：比較例１）にて、該振動台に上述した振動（ｓｉｎ波）を入力した結果、以下の表１に示すように、非免震住宅の加速度は６００ガルであった。次に、上述した状態から、免震住宅と上記振動台とを切り離して（即ち、本発明に係る免震住宅用減衰装置を取り付けず、完全免震状態）にて、振動台に上述した振動と同一の振動を入力結果、免震住宅の加速度は１８０ガルとなり、上記非免震状態での実験結果に比べ、加速度が１／３〜１／４に低減した。なお、この時、免震住宅は、水平方向に距離が２２０ｍｍ変位した（これを最大変位Ｒ０と呼ぶ。）。
【００２３】
【表１】
0003804008.tif 000002
【００２４】
したがって、若し、免震住宅に何らかのストッパーを取り付けることにより、該免震住宅の変位が２２０ｍｍ（Ｒ０）に達しない前に、該免震住宅がストッパーに衝突する（即ち、ストッパーが働き始める）と仮定すれば、免震住宅にはこの衝突に伴う加速度（衝撃力）が余分に発生するはずである。言うまでも無く、入力された振動に伴う免震住宅の変位が、Ｒ０に達する点よりも短い距離で衝突させればさせる程、該免震住宅に発生する衝撃力（加速度）は大きくなる。そこで、最大変位Ｒ０に対してどれ位手前で（どれ位短い距離で）ストッパーに衝突させるかの指標として、変位ｒを定義する。即ち、ｒ＝０の時は、免震住宅とストッパーとが衝突しないので、完全免震状態、ｒが大きくなるにつれて免震住宅が変位している途中でストッパーに衝突し、やがてｒ＝Ｒ０になると、免震住宅は略基礎に固定された（略非免震状態）になる。
【００２５】
「実施例２」
１．本実験に用いた免震住宅用減衰装置の特性
前述した実施例１と同一の免震住宅で、且つ、同一の加振条件により、次の加振実験を行った。免震住宅に２種類のストッパー（免震住宅用減衰装置、以下同様）を用意し、Ｒ０よりも短い距離で免震住宅とそれぞれのストッパーとが衝突するように各種のｒ値を設定し、その時に免震住宅に発生する加速度（衝撃）をストッパー毎に測定した。
【００２６】
また、この実施例２の実験で用いた本発明に係る免震住宅用減衰装置は、ナイロン６６（ポリアミド）を素材としてエンドレスに織られたリング状（以下、ナイロンリングと言う。）となされ、引き伸ばしたときの形状は、幅が２５ｍｍ，厚さ４ｍｍ，有効長２８５ｍｍとされている。一方、上記ナイロンリングと比較するための比較例２として、素材がステンレススチールとなされリング状に成形された網組ロープ（以下、ステンレスリングと言う。）を用いた。なお、このステンレスリングの直径は、１０ｍｍであり、有効長は２８５ｍｍである。以下の表２は、上述した実験で用いたナイロンリングとステンレスリングとの物性値の一覧を示すものであるが、ナイロンリングの方が、ステンレスリングに比べて大幅にバネ剛性が低く、ヒステリシス比（破断伸びの９０％変形時）が大きいことが解る。
【００２７】
【表２】
0003804008.tif 000003
【００２８】
２．実験結果
以下に示す表３は、ｒ値をパラメータとして変化させた時に免震住宅に発生する応答加速度を、上記ナイロンリング（実施例２）の場合と、上記ステンレスリング（比較例２）の場合とに分けて示すものである。
【００２９】
【表３】
0003804008.tif 000004
【００３０】
そこで、先ず、比較例２を見ると、ｒ＝４０ｍｍになると、５２０ガルの応答加速度が発生し、更に、ｒ＝８０ｍｍになると、１６００ガルの応答加速度が発生し、この値は、非免震状態において住宅に発生する応答加速度（６００ガル：表１参照）を遥かに超えたものであることが解る。一方、実施例２を見ると、ｒ＝４０ｍｍの時はもとより、ｒ＝１００ｍｍ，１６０ｍｍになっても、非免震状態における応答加速度よりも低下することが解る。即ち、実施例２と比較例２とを比較した場合、実施例２で発生する応答加速度が如何に小さくなっているかは一目瞭然である。
【００３１】
【発明の効果】
前述した本発明の実施例の説明からも明らかなように、本発明に係る免震住宅用減衰装置によれば、免震住宅のような軽負荷免震構造体に大きな剪断力が加わった場合にも、免震住宅の免震効果を殆ど損なうことなく免震住宅の変位を自由に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】免震住宅の加重と変位との関係を示すグラフである。
【図２】免震住宅用減衰装置を建物（免震住宅）と基礎との間に付設した状態を示す模式図である。
【符号の説明】
１    免震住宅用減衰装置
２    免震住宅
３    基礎
４    積層ゴム（免震構造体）
【図１】
0003804008.tif 000005
【図２】
0003804008.tif 000006