| 【発明の名称】 |
積層ゴム支承体 |
| 【発明者】 |
【氏名】加藤 直樹
【氏名】村松 佳孝
【氏名】永井 正弘
【氏名】柳 勝幸
【氏名】福田 滋夫
【氏名】指田 郁子
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| 【要約】 |
【課題】地震力による取付板の面外変形や取付ボルトの破壊を防ぐ。
【解決手段】建築物２とコンクリート基礎３とを互いに相対変位可能に振動絶縁するために、上部連結鋼板１１と下部連結鋼板１２との間にゴム層１３と中間鋼板１４とが交互に積層成型された積層ゴム体１０と、積層ゴム体１０の上部連結鋼板１１および下部連結鋼板１２にそれぞれ固定される上部取付板１５および下部取付板１６とを備え、各取付板１５、１６が建築物２およびコンクリート基礎３に対して複数の取付ボルト１８によって固定されており、これら取付板１５、１６は、板厚ｔfが２５〜４５mm、且つ外径ｒfと複数の取付ボルト１８の取付ピッチ円直径Ｒfとの比が１．１〜１．４で形成されている。また、各取付板１５、１６は、外径ｒfがＤ×１．５以下（但し、Ｄは積層ゴム体１０の各連結鋼板１１、１２を除いた外径とする。）で形成されている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】上部構造体と下部構造体とを互いに相対変位可能に振動絶縁するために、上部連結板と下部連結板との間にゴム状弾性体と剛性材料とが交互に積層成型された積層ゴム体と、前記積層ゴム体の前記上部連結板および（または）前記下部連結板に固定される取付板とを備え、前記取付板が前記上部構造体および（または）前記下部構造体に対して複数の取付ボルトによって固定される積層ゴム支承体において、前記取付板は、板厚が２５〜４５mm、且つ外径と前記複数の取付ボルトの取付ピッチ円直径との比が１．１〜１．４で形成されていることを特徴とする積層ゴム支承体。
【請求項２】前記取付板は、前記外径がＤ×１．５以下（但し、Ｄは前記積層ゴム体の前記連結板を除いた外径とする。）で形成されていることを特徴とする請求項１記載の積層ゴム支承体。
【請求項３】前記積層ゴム体の前記連結板は、外径がＤ＋（ｔR×３００％）×２以上、Ｄ＋（ｔR×７００％）×２以下（但し、ｔRは前記ゴム状弾性体の１枚の厚さとする。）で形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の積層ゴム支承体。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は積層ゴム支承体に係り、特に建築物や精密機器等の免震、除振あるいは防振のために使用される積層ゴム支承体に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、上部構造体および下部構造体間に設けられ、両構造体間の相対的な水平方向の振動エネルギを吸収して上部構造体への振動加速度を低減するために、積層ゴム支承体が使用されている。このような積層ゴム支承体は図５に示すように、上部連結板５１と下部連結板５２との間にゴム層５３と中間鋼板５４とが交互に積層成型された積層ゴム体５０とを備え、この積層ゴム体５０の上部連結板５１および下部連結板５２には、それぞれ上部取付板５５および下部取付板５６が連結ボルト５７によって固定されている。なお、積層ゴム体５０の外周には耐候性を目的とした保護ゴム層５８が被覆され、この保護ゴム層５８が被覆された積層ゴム体５０には養生ゴム５９が巻付けられ、この状態で積層ゴム支承体５は設置現場に出荷される。
【０００３】この出荷された積層ゴム支承体５を使って建築物を設置現場で設置するには、積層ゴム支承体５の上部取付板５５に取付ボルト６０および取付ナット６１によって上部ベースプレート６２を固定し、この上部ベースプレート６２上にクレーン等によって吊り下げるためのアイボルト６３を螺合する。そして、この上部ベースプレート６２が固定された積層ゴム支承体５をクレーン等で吊り下げた状態で、予めコンクリート基礎に所定深さまで埋設された下部ベースプレート上に移動させて着座させ、取付ボルトによって締結する。
【０００４】なお、上部構造体が鉄筋コンクリートの場合、上部ベースプレート６２上には型枠（図示せず）が組立てられ、当該型枠内に所定量のコンクリートを流し込めば、積層ゴム支承体５の組立作業が完了する。このようにして設置現場へ設置された積層ゴム支承体５においては、通常時には建築物の鉛直荷重を座屈することなく支承し、地震時には水平変形して地震力を吸収することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このように設置されている積層ゴム支承体５は、近年、１００〜１５０kgf/cm2以上の高面圧で使用されているので、地震力が入力されると図６に示す矢印Ａのような引張力が上部取付板５５や下部取付板５６に加わることがあった。この引張力は、上部取付板５５や下部取付板５６に面外変形を生じさせ、また取付ボルト６０を破壊する虞があった。さらに、上部構造体が比較的高層な建物の場合、図７に示すように、建物にロッキング現象が発生し易くなることから、上部取付板５５や下部取付板５６に生じる引張や圧縮による面外変形や取付ボルト６０の破壊が顕著になる虞があった。
【０００６】ここで、面外変形とは、上部取付板５５および下部取付板５６を積層ゴム体５０に固定した際に、当該積層ゴム体５０の外周部５０ａから突出する当該各取付板５５、５６のフランジ部５５ａ、５６ａの曲げ変形のことである。特に、連結ボルト５７および取付ボルト６０間で生じ易い。なお、このような難点を有する積層ゴム支承体は、これに限らず、高減衰ゴムの積層ゴム体を備えた積層ゴム支承体、天然ゴムの積層ゴム体の中央中空部に柱状弾塑性金属が挿入された積層ゴム支承体、天然ゴムの積層ゴム体の片端に低摩擦材が設けられ平板上で滑らせることができる積層ゴム支承体、あるいは天然ゴムの積層ゴム体を備えた積層ゴム支承体とダンパーとを組合わせた免震装置においても、取付板の面外変形や取付ボルトの破損が発生する虞があった。
【０００７】本発明は、このような従来の難点を解決するためになされたもので、地震力によって生ずる引張力や圧縮力の悪影響を受けない積層ゴム支承体を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成する本発明の積層ゴム支承体は、上部構造体と下部構造体とを互いに相対変位可能に振動絶縁するために、上部連結板と下部連結板との間にゴム状弾性体と剛性材料とが交互に積層成型された積層ゴム体と、積層ゴム体の上部連結板および（または）下部連結板に固定される取付板とを備え、取付板が上部構造体および（または）下部構造体に対して複数の取付ボルトによって固定される積層ゴム支承体において、取付板は、板厚が２５〜４５mm、且つ外径と複数の取付ボルトの取付ピッチ円直径との比が１．１〜１．４で形成されているものである。
【０００９】このような積層ゴム支承体によれば、取付ボルトを取付板の外周部方向に位置させることができるので、地震力による取付板の面外変形や取付ボルトの破壊を防ぐことができる。また、本発明の積層ゴム支承体において取付板は、外径がＤ×１．５以下（但し、Ｄは積層ゴム体の連結板を除いた外径とする。）で形成されていることが好ましい。これにより、地震力に対する強度が最適な取付ボルトを選定しても取付板を小型化させることができるので、地震力による取付板の面外変形や取付ボルトの破壊を、より一層防ぐことができる。これは、取付板を積層ゴム体に固定した際に、当該積層ゴム体の外周部から突出しているフランジ部を、従来の積層ゴム支承体より小さくできるからである。なお、取付板の最小外径は、外径と複数の取付ボルトの取付ピッチ円直径との比によって必然的に求まる。
【００１０】さらに、本発明の積層ゴム支承体において積層ゴム体の連結板は、外径がＤ＋（ｔR×３００％）×２以上、Ｄ＋（ｔR×７００％）×２以下（但し、ｔRはゴム状弾性体の１枚の厚さとする。）で形成されていることが好ましい。これにより、積層ゴム体の大変形時に、ゴム状弾性体が連結板から食み出して損傷することを防ぐことができるので、この食み出しによる積層ゴム体の弾性強度の劣化による取付板の面外変形や取付ボルトの破壊を防ぐことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の積層ゴム支承体の実施の一形態について図面を参照して説明する。本発明の積層ゴム支承体は図１に示すように、基本構成が従来の積層ゴム支承体と同様で、上部構造体である建築物２と下部構造体であるコンクリート基礎３とを互いに相対変位可能に振動絶縁するもので、上部連結鋼板１１と下部連結鋼板１２との間にゴム状弾性体であるゴム層１３と剛性材料である中間鋼板１４とが交互に積層成型された積層ゴム体１０とを備え、この積層ゴム体１０の上部連結鋼板１１および下部連結鋼板１２には、それぞれ上部取付板１５および下部取付板１６が連結ボルト１７によって固定されている。
【００１２】積層ゴム体１０は円柱状に形成され、その中央部には放熱用開口部１０ａが刳り貫かれている。なお、放熱用開口部１０ａは、積層ゴム体１０の各連結鋼板１１、１２を除く外径が小さければ、刳り抜かれていなくともよい。このような形状の積層ゴム体１０のゴム層１３には、弾性機能に優れた天然ゴムまたはクロロプレンゴム等の合成ゴムが用いられる。また、上部連結鋼板１１、下部連結鋼板１２および中間鋼板１４は、ゴム層１３との付着性から、通常は鋼板を用いるが、ニッケル板、銅板、黄銅板またはニッケルメッキ、銅メッキ、黄銅メッキを施した鋼板を使用することもできる。なお、この積層ゴム体１０の積層成型は加硫接着に限らず、付着する際、非接着、部分接着または後接着してもよい。また、積層ゴム体１０の形状は、中間鋼板露出型もしくは中間鋼板被覆型の何れを用いてもよい。
【００１３】このような積層ゴム体１０の上部連結鋼板１１と下部連結鋼板１２とは、それぞれ外径がＤ＋（ｔR×３００％）×２以上、Ｄ＋（ｔR×７００％）×２以下（但し、Ｄは積層ゴム体１０の各連結鋼板１１、１２を除いた外径、ｔRはゴム層１３の１枚の厚さとする。）で形成されている。これにより、図２に示すように、積層ゴム体１０の大変形時において、ゴム層１３が連結鋼板１２から食み出して損傷してしまう現象を防ぐことができる。なお、Ｄ＋（ｔR×７００％）×２以下に限定しているのは、これ以上の大きさになるとゴム層１３に亀裂が生じるからである。
【００１４】上部取付板１５および下部取付板１６は、円柱状の積層ゴム体１０を建築物２およびコンクリート基礎３に固定させるもので、円板状に形成されている（図１）。具体的には図３に示すように、上部取付板１５は建築物２のフーチング２ａへ固着される上部ベースプレート２１に、また、下部取付板１６はコンクリート基礎３のフーチング３ａへ固着される下部ベースプレート３１に、それぞれ複数の取付ボルト１８で固定される。なお、各取付板１５、１６の材料としては、一般構造用圧延鋼材、機械構造用炭素鋼鋼材、ステンレス鋼などの鉄鋼が用いられているが、剛性を保つことができれば、エンジニアリングプラスチックや非鉄金属等を用いることができる。また、取付板１５、１６に防錆を施すには溶融亜鉛めっきが好ましいが、防錆塗装でもよい。
【００１５】このような各取付板１５、１６は図１に示すように、板厚ｔfは材料の汎用性および経済性を考慮して、２５〜４５mmとする。また、取付ボルト１８は、JISB 0205に規定されているねじの呼びＭ２４〜Ｍ４２のものを用い、強度区分は１０．９〜１２．９とする。なお、１つの積層ゴム支承体あたりの取付ボルト本数の低減、様々なサイズの積層ゴム支承体に対応させる適応性、取付ボルトの軽量化を考慮すると、取付ボルト１８はねじの呼びがＭ３０〜Ｍ３６のものが好ましい。また、この取付ボルト１８の防錆は、ボルト締結後にボルト頭部に防錆塗装を施すことが一般的であるが、ボルト自体に溶融亜鉛めっき、粉体塗装等を施しても防錆効果を得ることができる。
【００１６】このような各取付板１５、１６の外径ｒfと複数の取付ボルト１８の取付ピッチ円直径Ｒfとの比は１．１〜１．４に設定される。この取付ボルト１８の取付け間隔は、１円周上において６〜２４等分とするのがよい。これにより、取付ボルト１８を各取付板１５、１６の外周部方向に位置させることができるので、地震力による各取付板１５、１６の面外変形や取付ボルト１８の破壊を防ぐことができる。
【００１７】なお、上部取付板１５および上部連結鋼板１１と、下部取付板１６および下部連結鋼板１２とをそれぞれ固定させる連結ボルト１７の取付ピッチ円上の取付け間隔は、１円周上または２円周上において６〜２４等分とするのがよい。また、各取付板１５、１６は、外径ｒfがＤ×１．５以下で形成されている。これにより、地震力に対する強度が最適な取付ボルト１８を選定しても各取付板１５、１６を小型化させることができるので、地震力による各取付板１５、１６の面外変形や取付ボルト１８の破壊を、より一層防ぐことができる。なお、各取付板１５、１６の最小外径ｒfは、外径ｒfと複数の取付ボルト１８の取付ピッチ円直径Ｒfとの比によって必然的に求まる。
【００１８】このように形成された上部取付板１５および下部取付板１６を備えた積層ゴム支承体１０によれば、各取付板１５、１６の外径ｒfを従来のものより小さくすることができるので、地震力による各取付板１５、１６の面外変形や取付ボルト１８の破壊を防ぐことができる。即ち、図４に示すように、各取付板１５、１６を積層ゴム体１０に固定した際に、当該積層ゴム体１０の外周部１０ａから突出している各フランジ部１５ａ、１６ａを、従来の積層ゴム支承体より小さくできるからで、建物荷重が積層ゴム体１０に集中することになり、積層ゴム体１０の不安定変形が防止され、建物の安定支持および積層ゴム性能が有効に発現される。
【００１９】なお、本発明の実施の一形態によれば、上部連結板と下部連結板との間にゴム状弾性体と剛性材料とが交互に積層成型された積層ゴム体を備えた積層ゴム支承体であったが、これに限らず、高減衰ゴムの積層ゴム体を備えた積層ゴム支承体、天然ゴムの積層ゴム体の中央中空部に柱状弾塑性金属が挿入された積層ゴム支承体、天然ゴムの積層ゴム体の片端に低摩擦材が設けられ平板上で滑らせることができる積層ゴム支承体、あるいは天然ゴムの積層ゴム体を備えた積層ゴム支承体とダンパーとを組合わせた免震装置においても、適用させることができる。
【００２０】また、本発明の積層ゴム支承体の設置箇所は建築物およびコンクリート基礎間には限らず、例えば上部構造物および下部構造物となるビルの８階と９階との間に設置してもよい。
【００２１】
【実施例】さらに、本発明の積層ゴム支承体１について、以下のような条件で大変形実験および各取付板１５、１６の強度計算を行った。
【００２２】
【表１】
【００２３】なお、大変形実験は、積層ゴム体１０の受圧面積Ａに対し、鉛直軸力として面圧ρ＝１００、２００、３００kgf/cm2を載荷した状態で、ゴム層厚ntR（n：層数、tR：ゴム厚）の１００、２００、３００、３５０％の変形を３サイクルずつ与えた。なお、１サイクルは一往復とする。また、７００〜９００φのものは、４００％を供試した。ここで、受圧面積Ａは、【００２４】
【数１】
【００２５】である。但し、Ｄは積層ゴム体の各連結鋼板を除いた外径、ｄは積層ゴム体の内径である。また、表１に示す各取付板１５、１６の引張側の面外曲げ剛性は、積層ゴム体１０外の曲げ剛性であるＫ1部分と、積層ゴム体１０内の曲げ剛性であるＫ2部分とでは板厚が異なるので、それぞれ剛性を算出し、その直列ばねとした。即ち、各取付板１５、１６の引張側の面外曲げ剛性をＫとすると、【００２６】
【数２】
【００２７】となる。一方、各取付板１５、１６の圧縮側の面外曲げ剛性は、それぞれＫ2部分に各連結鋼板１１、１２の板厚が加わることからＫ1部分に比べてかなり剛であるので、Ｋ1部分のみの剛性で算出した。表１から明らかなように、各取付板１５、１６の引張側の面外曲げ剛性が従来品に比べて１．３〜２．１倍上昇したので、水平方向の大変形時に加わる引張力の抵抗力が増加することが確認できた。また、各取付板１５、１６の圧縮側の面外曲げ剛性が従来品に比べて３．７〜９．２倍上昇したので、水平方向の大変形時に加わる引張力の抵抗力が増加することが確認できた。したがって、各取付板１５、１６の面外変形を抑えることが可能になる。
【００２８】また、板厚が２５〜４５mmの各取付板１５、１６、ねじの呼びがＭ３０〜Ｍ３６の取付ボルト１８を使用する場合においては、各取付板１５、１６の外径ｒfと積層ゴム体１０の連結鋼板１１、１２を除いた外径Ｄとの比（ｒf／Ｄ）を１．３９〜１．５、各取付板１５、１６の外径ｒfと複数の取付ボルト１８の取付ピッチ円直径Ｒfとの比（ｒf／Ｒf）を１．１〜１．４にすることにより、地震力による各取付板１５、１６の面外変形や取付ボルト１８の破壊を防ぐことが実証できた。
【００２９】また、板厚が２５〜４５mmの各取付板１５、１６、ねじの呼びがＭ３０〜Ｍ３６の取付ボルト１８を使用する場合において、ｒf／Ｄを１．２０〜１．４、ｒf／Ｒfを１．１５〜１．２０にすることにより、地震力による各取付板１５、１６の面外変形や取付ボルト１８の破壊を防ぐことが実証できた。なお、板厚が２５〜４５mmの各取付板１５、１６、ねじの呼びがＭ１６〜Ｍ３６の取付ボルト１８を使用する場合における各取付板１５，１６の最初外径ｒfは、外径ｒfと複数の取付ボルトの取付ピッチ円直径Ｒfとの比によって必然的に求まる。
【００３０】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の積層ゴム支承体によれば、地震力に対する強度が最適な取付ボルトを選定しても取付板を小型化できるので、地震力による面外変形や取付ボルトの破壊を防ぐことができる。したがって、地震力によって生ずる引張力や圧縮力に拘らず、建築物や精密機器等を安定した状態で免震、除振あるいは防振できる。また、取付板の外径を小さくできるので、建築におけるフーチングの小型化が可能となるので、免震、除振あるいは防振層の有効活用が可能となる。さらに、取付板の外径を小さくできるので、製品の軽量化を図れる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２２５５
【氏名又は名称】昭和電線電纜株式会社
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| 【出願日】 |
平成１０年１２月２５日（１９９８．１２．２５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７７５８４
【弁理士】
【氏名又は名称】守谷 一雄
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| 【公開番号】 |
特開２０００−１９３００５（Ｐ２０００−１９３００５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１２年７月１４日（２０００．７．１４） |
| 【出願番号】 |
特願平１０−３７０４０３ |
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