JPH09177367A - 免震構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震、交通振動に効果があり、且つ通常時の
風揺れなどにも影響されない優れた免震性能と、優れた
耐久性を有する免震構造体を提供する。 【解決手段】 上面板（鉄板）１２と下面板（鉄板）１
４の間に剛性を有した硬質板１６と粘弾性的性質を有し
た軟質板１８とを、それぞれ複数個、交互に積層した複
合積層体の内部に柱状の中空部２０を設け、そこにガラ
スビーズ等の硬質粒状物２２を最密充填してフタ２４で
封入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は免震装置に係り、大
型のビルのみならず、特に風揺れ等の影響を受けやすい
戸建住宅等の軽負荷用としても好適に使用しうる免震装
置に用いられる免震構造体に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、複数個の鋼板等の剛性を有した硬
質板と、粘弾性的性質を有したゴム等の軟質板とを交互
に積層した免震構造体が、中層、低層のビルや橋梁等の
免震装置のゴム支承片として広く用いられている。この
ような免震構造体の軟質板を構成するゴム等の弾性体
は、下記のようなばね特性を有するように設計されるの
が一般である。即ち、ゴム等の弾性体の横ばね定数ＫH
、搭載質量をＭとして、水平方向の固有振動数ｆH は
次の条件を満たすように設計する。

【０００３】

【数１】

【０００４】この固有振動数ｆH は、建物や橋梁などの
重量と、ゴムなどの弾性体の横ばね定数ＫH との比で決
まるので、ビルや橋梁など搭載重量Ｍの大きいものの免
震装置の軟質板を構成する弾性体はばね剛性の大きい材
料、高弾性材料が用いられることが一般的である。ま
た、免震構造体の積層部分に鉛等の塑性物を併用したも
のが一般的に用いられていた。

【０００５】このような、例えば、鉛を併用した免震構
造体は、低歪みにおける高弾性及び高歪みにおける低弾
性と、高減衰性とを合わせ持つので、地震や風揺れなど
に効果を発揮することができる。しかしながら、剪断歪
み２００％にも及ぶ大きな地震の場合は、免震の効果は
発揮できるものの、高い剪断歪みや歪み応力により内部
に用いた鉛等の塑性物が大きく塑性変型したり、切断破
壊されてしまう虞があり、特に建造物に用いた場合には
免震構造体のみを交換することができないため、大きな
地震等の振動をうけた後においても継続使用しうる、よ
り高い耐久性を有する免震構造体が要望されていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の技術に鑑みてなされたものであり、免震装置をビ
ルや橋梁等の重量物のみならず、戸建住宅用等の軽量物
に適用した場合にも高性能で、且つ、塑性変型や切断破
壊のない耐久性に優れた免震構造体の提供を目的とする
ものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の免震構造体は、
上下の面板の間に剛性を有した硬質板と粘弾性的性質を
有した軟質板とを、それぞれ複数個、交互に積層した複
合積層体の中心部に、該複合積層体を貫通する柱状の中
空部を設けて、そこに硬質粒状物を充填することを特徴
とする。

【０００８】また、本発明の免震構造体においては、こ
の複合積層体に中央に中空部を有する円柱状のものを用
いた場合、前記複合積層体の平面視による直径をＤ、中
空部の平面視による直径をｄとしたとき、Ｄとｄが、下
記式を満たす関係にあることを特徴とする。

【０００９】０．６≧ｄ／Ｄ≧０．１５ さらに、中空部に充填する前記硬質粒状物の平均粒径は
０．１ｍｍ〜３０ｍｍであり、且つ、硬質粒状物の硬度
が、モース硬度で２以上であることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の免震構造体の粘弾性的性
質を有した軟質板に用いられる材料とは、５０％モジュ
ラスが１．５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ² 、２５℃における動
的剪断弾性率Ｇが、１．５〜１０ｋｇｆ／ｃｍ² の特性
を有するものを指し、５０％モジュラスが２〜８ｋｇｆ
／ｃｍ² 、動的剪断弾性率Ｇが、２〜８ｋｇｆ／ｃｍ²
のものが好ましい。

【００１１】各種材料の５０％モジュラス及び動的剪断
弾性率Ｇは、例えば、ＪＩＳ Ｋ６３０１、Ｋ６３９４
に準拠して測定することができる。

【００１２】ここで、粘弾性的性質を有する材料として
は、熱可塑ゴム、ウレタンゴム、各種の加硫ゴム、未加
硫ゴム、微架橋ゴム、プラスチックス等の有機材料、こ
れらの発泡体、アスファルト、粘土等の無機材料、これ
らの混合材料など各種の材料であって、上記粘弾性的性
質を有するものを用いることができる。

【００１３】これらの材料は、平板状に成形され、軟質
板として用いられる。軟質板の形状は特に制限はない
が、本発明の免震構造体においては、柱状の中空部を有
することから、中央に中空部を有することが必要であ
る。通常は、中央に中空部を有する所謂円柱状のものが
使用され、個々の軟質板はドーナツ盤状の形状を有す
る。軟質板の厚みには特に制限はなく、使用される材料
及び所望の免震性能によって選択できるが、一般には、
重量物に用いる場合には、５〜１０ｍｍ、軽量物に用い
る場合には、１〜４ｍｍ程度の厚みのものが使用され
る。

【００１４】これらの材料は単独で用いても、複数種を
混合して用いてもよく、全体が均一な材料で形成されて
いてもよいが、内側部分に高ダンピング材料、外側部分
にクリープ性能の良くかつ柔らかい材料等と二種類以上
を組み合わせて使用してもよい。

【００１５】また、本発明の免震構造体における硬質板
としては、金属、セラミックス、プラスチックス、ＦＲ
Ｐ、ポリウレタン、木材、紙板、スレート板、化粧板等
所要の剛性を有する各種の材料を使用することができ
る。ここで、所要の剛性とは、設計条件により大きく変
わるが、剪断変型した特許、座屈現象が生じにくい剛性
を意味する。

【００１６】硬質板の厚み、形状には特に制限はなく、
使用される材料及び所望の免震性能によって選択できる
が、その厚みは、一般には、重量物に用いる場合には、
２〜４ｍｍ、軽量物に用いる場合には、０．５〜２ｍｍ
程度の厚みのものが使用される。また、形状は、積層さ
れる軟質板と同様、中央に中空部を有することの他は任
意であるが、通常は、併用する軟質板と同じ形状のもの
を用いる。

【００１７】前記軟質板と硬質板とを交互に複数段積層
して複合積層体を構成するものである。軟質板及び硬質
板、それぞれの形状、面積及び厚さは前記した如く要求
される免震性能によって異なるが、通常は、複合積層体
は前記した如く、中空部を有する円柱状を示し、軟質板
及び硬質板両者の形状が同じドーナツ盤状をなし、且
つ、表面積も同じであるものが汎用されている。

【００１８】これらの免震構造体においては、剛性を有
する硬質板と粘弾性的性質を有する軟質板としてドーナ
ツ盤状のものを用いることが一般的であり、その場合、
前記軟質板の平面視による直径をＤ、軟質板の中空部の
平面視による直径をｄとしたとき、Ｄとｄが、下記式を
満たす関係にあることが好ましい。

【００１９】０．６≧ｄ／Ｄ≧０．１５ ｄ／Ｄが０．６を超えると周囲に存在する複合積層体の
バネ剛性と中空部に充填された粒状物同志の摩擦力との
バランスがくずれ、地震等で大変型を受けた後に、もと
の位置に戻らなくなる虞があり、ｄ／Ｄが０．１５未満
であると摩擦力の効果が小さく、所望の減衰効果が得ら
れないため、いずれも好ましくない。用いられる複合積
層体が中空部を有する円柱状でない場合においても、複
合積層体と中空部との面積比が前記の式より導かれる範
囲にあることが好ましい。

【００２０】具体的には、例えば、重量物に用いる場
合、前記Ｄが５００〜１５００ｍｍ、ｄが７５〜９００
ｍｍ、軽量物に用いる場合、前記Ｄが５０〜３００ｍ
ｍ、ｄが７．５〜１８０ｍｍ程度のものが好ましい。

【００２１】本発明の免震構造体に耐候性を付与するた
め、免震構造体の外側を耐候性の優れた材料で被覆して
も良い。この被覆材料としては、例えば、ブチルゴム、
アクリルゴム、ポリウレタン、シリコンゴム、フッ素ゴ
ム、多硫化ゴム、エチレンプロピレンゴム（ＥＲＰ及び
ＥＰＤＭ）、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポ
リエチレン、エチレン酢酸ビニルゴム、クロロプレンゴ
ムなどを用いることができる。これらの材料は単独で
も、二種類以上をブレンドしても良い。また、天然ゴ
ム、イソプレンゴムスチレンブタジエンゴム、ブタジエ
ンゴム、ニトリルゴム等とブレンドしても良い。

【００２２】本発明の免震構造体において柱状の中空部
に充填される硬質粒状物としては、圧縮充填することに
より、粒状物同志の摩擦力によって免震構造体の過剰な
変型を防止しうるものであれば、特に制限はないが、モ
ース硬度にて２以上の値を有する材料で形成されている
ものが好ましい。好適な材料としては、例えば、銅（モ
ース硬度：２）、鉄（モース硬度：４）、サンドブラス
ト用砂（モース硬度：９）、ガラス（モース硬度：
６）、石英（モース硬度：７）等が挙げられ、さらに、
前記好ましい硬度を有する繊維強化プラスチック、各種
セラミック等も使用することができる。

【００２３】粒状物の大きさは、０．１〜３０ｍｍの範
囲のものが好ましく、０．１ｍｍ未満であると充填時に
十分な応力をかけることができず、３０ｍｍを超える
と、粒状物同志の接触面積が小さくなり、いずれも所望
の摩擦力を得難いため、好ましくない。

【００２４】この硬質粒状物の具体例としては、ガラス
ビーズ、鉄球、銅球等の金属球、砂、石英粉、Ａｌ₂ Ｏ
₃ を主成分とするサンドブラスト用砂等が挙げられる。

【００２５】粒状物の形状については、前記のサイズを
有するものであれば特に制限はないく、球状、紡錘状、
不定型等のいずれであってもよく、粒状物の表面も平滑
であっても、微細な凹凸を有するものであってもよい
が、変型緩和効果及び摩擦力の観点から、平板状のもの
よりもアスペクト比が３以下程度の球に近い形状を有す
るものが好ましく用いられる。

【００２６】これらの硬質粒状物を前記免震構造体の中
空部に充填する際には、タッピングを行うなどして、最
密充填し、さらに、蓋体等により応力が掛かるように封
入することが好ましい。中空部に最密充填された硬質粒
状物同志の摩擦力が減衰効果に寄与するため、硬質粒状
物が互いに自由に振動しうるような空間を有する充填状
態では所望の減衰効果が得られず好ましくない。

【００２７】本発明の免震構造体は、軟質板及び硬質板
のサイズ、積層枚数、中空部の体積、充填する粒状物の
特性を選択することにより、橋、ビル等の重量物から、
戸建住宅の如き、比較的軽量（軽負荷）物についても、
優れた免震性能を示す免震構造体を得ることができる。
ここで、軽負荷物とは、面圧５０ｋｇｆ／ｃｍ² 未満、
更には面圧３０ｋｇｆ／ｃｍ² 以下、更に好ましくは面
圧２０ｋｇｆ／ｃｍ²以下のものを指す。

【００２８】本発明の構成は、免震構造体の上下の面板
の間に剛性を有した硬質板と粘弾性的性質を有した軟質
板とを、それぞれ複数個、交互に積層した複合積層体を
設け、該複合積層体の内部に、該複合積層体を貫通する
柱状の中空部を設けて、そこに硬質の粒状物を充填して
なるものである。

【００２９】地震時などには、この免震構造体に大変形
が加わるが、剪断変形に合わせて移動する中空部に最密
充填された硬質粒状物の粒子表面同志の摩擦によって、
振動が効果的に減衰され、積層構造体にいわゆる塑性変
型を引き起こす程のダメージが起こることがない。この
ため、一度の地震で免震効果が失われることなく、耐久
性のある免震効果を有する。

【００３０】

【実施例】以下に本発明を図面を参照して実施例につい
て具体的に説明する。表１に実施例と比較例の条件と試
験結果をまとめて示している。

【００３１】（実施例１）図１は本発明の実施例１に係
る免震構造体１０の断面図を示している。図１に示す免
震構造体１０において、上面板１２（鉄板）と下面板１
４（鉄板）の間に硬質板１６として外径１６０ｍｍ、内
径３０ｍｍ、厚さ１ｍｍの鋼板２０枚、軟質板１８とし
て、５０％モジュラスが１．９ｋｇｆ／ｃｍ² 、引張り
強度が７０ｋｇｆ／ｃｍ² 、破断時の伸びが７００％の
ゴム材料を用い、軟質板１８（１枚の厚さ１．６ｍｍ）
を２１層用いた。この免震構造体１０の積層体中央部に
設けた中空部２０に、直径１ｍｍのガラスビーズ（球
形）２２をタッピングを行いながら充填できる最大量を
充填し、その上部にＭ３０のネジを切ったフタ２４をト
ルク１ｋｇｍでねじ込むことにより中のガラスビーズ２
２が圧縮状態になるように充填、封入した。さらに、こ
の積層体の外周を天然ゴム系ゴム材料を用いた外被ゴム
２６で被覆して免震構造体を得て、実施例１とした。

【００３２】この免震構造体に、荷重３ｔ、振動数ｆ＝
０．２Ｈｚで剪断歪１００％で震動を与えた時の剪断剛
性（Ｇ）、ｔａｎδを測定した。結果を下記表１に示し
た。

【００３３】また、この積層体の中空部２０にガラスビ
ーズ２２を充填しなかったこと以外は実施例１と同様に
して、免震構造体を作製して比較例１とした。この比較
例１の免震構造体について、実施例１と同様の評価を行
い、結果を下記表１に示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１に明らかなごとく、本発明の免震構造
体である実施例１は中空部にガラスビーズを充填しなか
った比較例１の免震構造体に比べて、著しく減衰効果が
向上していた。

【００３６】また、この結果をみるに、剪断剛性（Ｇ）
が２．５ｋｇｆ／ｃｍ² 、ｔａｎδが０．３７という数
値は、例えば、戸建用免震構造体として十分なレベルで
あることが確認された。

【００３７】（実施例２）図２は本発明の実施例２に係
る免震構造体２８の断面図を示している。図２に示す免
震構造体２８において、上面板１２（鉄板）と下面板１
４（鉄板）の間に硬質板１６として外径１６０ｍｍ、内
径６０ｍｍ、厚さ１ｍｍの鋼板２０枚、軟質板１８とし
て、５０％モジュラスが６．０ｋｇｆ／ｃｍ² 、引張り
強度が２００ｋｇｆ／ｃｍ² 、破断時の伸びが６５０％
のゴム材料を用い、軟質板（１枚の厚さ１．６ｍｍ）を
２１層用いた。この免震構造体２８の積層体中央部に設
けた中空部２０に、直径１ｍｍのガラスビーズ（球形）
２２をタッピングを行いながら充填できる最大量を充填
し、その最上部に厚さ１．５ｍｍのナイロン板３０をク
ッション材として配置し、その上から上ブタ３２をボル
トで締めて固定することにより、中のガラスビーズ２２
が圧縮状態になるように充填、封入した。さらに、この
積層体の外周を天然ゴム系ゴム材料を用いた外被ゴム２
６で被覆して免震構造体を得て、実施例１とした。

【００３８】この免震構造体２８に、荷重１０ｔ、振動
数ｆ＝０．２Ｈｚで剪断歪１００％で震動を与えた時の
剪断剛性（Ｇ）、ｔａｎδを測定した。結果を下記表２
に示した。

【００３９】また、この積層体の中空部にガラスビーズ
を充填しなかったこと以外は実施例２と同様にして、免
震構造体を作製して比較例１とした。この比較例２の免
震構造体について、実施例２と同様の評価を行い、結果
を下記表２に示した。

【００４０】

【表２】

【００４１】表２に明らかなごとく、本発明の免震構造
体である実施例２は中空部にガラスビーズを充填しなか
った比較例２の免震構造体に比べて、著しく減衰効果が
向上していた。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなごとく、本発明
の免震構造体は、ビルや橋梁等の重量物のみならず、戸
建住宅用等の軽重量物に適用した場合にも高性能で、且
つ、塑性変型や切断破壊がなく、かつ、耐久性に優れた
免震構造体を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１に係る免震構造体の断面図
である。

【図２】 本発明の実施例２に係る免震構造体の断面図
である。

【符号の説明】

１０：免震構造体 １２：上面板（鉄板） １４：下面板（鉄板） １６：硬質板 １８：軟質板 ２０：柱状の中空部 ２２：ガラスビーズ（硬質の粒状物） ２４：フタ ２６：外被ゴム ２８：免震構造体 ３０：ナイロン板（クッション材） ３２：上ブタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下の面板の間に、剛性を有した硬質板
   と粘弾性的性質を有した軟質板とを、それぞれ複数個、
   交互に積層した複合積層体を設け、該複合積層体の内部
   に、該複合積層体を貫通する柱状の中空部を有する免震
   構造体であって、 該柱状の中空部に硬質粒状物を充填したことを特徴とす
   る免震構造体。
2. 【請求項２】 前記複合積層体が中央に中空部を有する
   円柱状をなしており、複合積層体の平面視による直径を
   Ｄ、中空部の平面視による直径をｄとしたとき、Ｄとｄ
   とが、下記式を満たす関係にあることを特徴とする請求
   項１記載の免震構造体。 ０．６≧ｄ／Ｄ≧０．１５
3. 【請求項３】 前記硬質粒状物の平均粒径が０．１ｍｍ
   〜３０ｍｍであり、且つ、硬質粒状物の硬度が、モース
   硬度で２以上であることを特徴とする請求項１又は２に
   記載の免震構造体。