特開 2024-152048 免震構造用の硬化型装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024152048

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】免震構造用の硬化型装置

(51)【国際特許分類】

   F16F 15/04 20060101AFI20241018BHJP

   E04H 9/02 20060101ALI20241018BHJP

【ＦＩ】

F16F15/04 A

E04H9/02 331D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023065961

(22)【出願日】2023-04-13

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮本 皓

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 宏一

【テーマコード（参考）】

2E139

3J048

【Ｆターム（参考）】

2E139AA01

2E139AC19

2E139CA07

2E139CA16

2E139CA28

2E139CB04

2E139CC02

3J048AA01

3J048AD14

3J048BC02

3J048CB05

3J048EA38

(57)【要約】

【課題】免震層の過大変位を抑制することができる免震構造用の硬化型装置を提供する。
【解決手段】免震構造用の硬化型装置１は、上部建物と免震構造との間に設置された複数のバネを備え、複数のバネは、上部建物が水平面上の第１方向に変位した際に第１方向に伸縮可能であり、第１方向における上部建物の変位に応じて剛性が変化するように組み合わせられていることを特徴とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部建物と免震構造との間に設置された複数のバネを備え、
前記複数のバネは、前記上部建物が水平面上の第１方向に変位した際に前記第１方向に伸縮可能であり、前記第１方向における前記上部建物の変位に応じて剛性が変化するように組み合わせられていることを特徴とする免震構造用の硬化型装置。

【請求項2】

前記複数のバネは、一部が前記第１方向で重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の免震構造用の硬化型装置。

【請求項3】

前記上部建物と一体的に前記第１方向に沿って往復動することが可能な稼働治具と、
前記バネの両端に取り付けられたバネ側治具と、
前記第１方向のうち前記バネが縮む方向へ前記バネ側治具が移動することを規制するストッパと、
を備え、
前記バネ側治具は、前記稼働治具が静止した静止状態では前記稼働治具とは接触しておらず、前記稼働治具が当接した当接状態では前記バネの付勢力に抗して前記ストッパから離れる方向へと前記第１方向に沿って移動可能であり、
前記静止状態では前記第１方向における前記バネ側治具と前記稼働治具との間のギャップが、前記複数のバネごとに異なり、
前記稼働治具が前記第１方向に変位して前記バネ側治具に当接することによって、前記バネによる剛性が発揮されることを特徴とする請求項１または２に記載の免震構造用の硬化型装置。

【請求項4】

前記複数のバネに含まれるバネの本数に応じて異なる硬化特性を発揮することを特徴とする請求項３に記載の免震構造用の硬化型装置。

【請求項5】

前記複数のバネは、当該硬化型装置の中央に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の免震構造用の硬化型装置。

【請求項6】

前記複数のバネは、
前記上部建物が前記第１方向に変位した際に前記第１方向に伸縮可能であり、前記第１方向における前記上部建物の変位に応じて剛性が変化するように組み合わせられた複数の第１方向バネと、
水平面上における前記第１方向と直交する第２方向に前記上部建物が変位した際に前記第２方向に伸縮可能であり、前記第２方向における前記上部建物の変位に応じて剛性が変化するように組み合わせられた複数の第２方向バネと、を有することを特徴とする請求項３に記載の免震構造用の硬化型装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多重バネを使用した免震構造用の硬化型装置に関する。

【背景技術】

【0002】

免震構造は、建物の基礎部分に剛性の低い層を導入して建物の固有周期を伸ばすことによって、地震入力時の加速度を低減させ、建物を地震から守る手法である。これに対して、長周期地震が発生した際は免震層の変位が過大となることが危惧される。実際の地震では長周期パルスの発生によって多くの免震建築物が被害を受けることがある。この問題を解決するために、硬化型免震構造が開発された。硬化型免震構造は、免震層の変位が増大するにつれて免震層の剛性を高めることができる方法である。これにより、免震層の変位が大きくなった際には免震層の剛性が上昇するので、過大変位による擁壁の衝突を防ぐことができる。

【0003】

従来の硬化型免震構造として、変位方向と直交する方向に対してワイヤを張り、そのワイヤと、端部に設置したバネとを備える装置が知られている。ところが、地震が発生した際、実際の建物は縦方向のみならず横方向にも揺れる。このことから、従来の装置を実建物へ適用する際は、ワイヤを縦横へ複雑に張る必要があり、免震層に大きなスペースを必要としていた。

【0004】

また、単一方向に作用する硬化型免震構造として、非特許文献１と非特許文献２とには、硬化型装置を実現する方法が開示されている。この硬化型装置では、制御対象となる質量に対してワイヤを通して端部の皿バネが固定されている。ワイヤは、皿バネ中に設置した内部シリンダと連結されている。この内部シリンダは、皿バネの先端部にあるキャップに連結されており、制御対象となる建物が振動することによってワイヤおよび内部シリンダを通してキャップが引っ張られ、皿バネが圧縮される。皿バネが圧縮されることにより、復元力を生じ、建物の振動を抑制することができる。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】鈴木瑛大、渡辺宏一、宮本皓、射場淳、石井建、菊地優、硬化型復元力と回転慣性質量を組み合わせた過大変位抑制型免震構造に関する基礎的研究（その４）大型免震試験体と解析モデル概要、日本建築学会年次大会（東海）、２０２１、Ｎｏ：２１２７０

【非特許文献2】渡辺宏一、中井正一：硬化型復元力特性を有する部材により耐震補強した多層骨組の振動特性、日本建築学会構造系論文集７８（６８７）、９３１－９３８，２０１３－０５

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

非特許文献２に記載の構成は、１方向のみに効力を発揮する装置であるが、実際の建物には地震による振動がＸ方向およびＹ方向から入力するため、実用化のためには、２方向に効力を発揮する装置が必要不可欠となる。その結果、ワイヤを複雑に張る必要があり、多くのスペースを必要とする点が問題となっていた。

【0007】

また、通常、建物の応答変位と加速度とはトレードオフの関係にある。免震構造は、変位を犠牲にすることによって加速度を抑え、これにより建物全体を守る方式である。しかしながら、免震層の変位が過大となると、擁壁の衝突や免震部材の破損を招く虞がある。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、免震層の過大変位を抑制することができる免震構造用の硬化型装置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】

【0009】

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る免震構造用の硬化型装置は、上部建物と免震構造との間に設置された複数のバネを備え、前記複数のバネは、前記上部建物が水平面上の第１方向に変位した際に前記第１方向に伸縮可能であり、前記第１方向における前記上部建物の変位に応じて剛性が変化するように組み合わせられていることを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る免震構造用の硬化型装置は、上述した発明において、前記複数のバネは、一部が前記第１方向で重なる位置に配置されていることを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る免震構造用の硬化型装置は、上述した発明において、前記上部建物と一体的に前記第１方向に沿って往復動することが可能な稼働治具と、前記バネの両端に取り付けられたバネ側治具と、前記第１方向のうち前記バネが縮む方向へ前記バネ側治具が移動することを規制するストッパと、を備え、前記バネ側治具は、前記稼働治具が静止した静止状態では前記稼働治具とは接触しておらず、前記稼働治具が当接した当接状態では前記バネの付勢力に抗して前記ストッパから離れる方向へと前記第１方向に沿って移動可能であり、前記静止状態では前記第１方向における前記バネ側治具と前記稼働治具との間のギャップが、前記複数のバネごとに異なり、前記稼働治具が前記第１方向に変位して前記バネ側治具に当接することによって、前記バネによる剛性が発揮されることを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る免震構造用の硬化型装置は、上述した発明において、前記複数のバネに含まれるバネの本数に応じて異なる硬化特性を発揮することを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係る免震構造用の硬化型装置は、上述した発明において、前記複数のバネは、当該硬化型装置の中央に配置されていることを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係る免震構造用の硬化型装置は、上述した発明において、前記複数のバネは、前記上部建物が前記第１方向に変位した際に前記第１方向に伸縮可能であり、前記第１方向における前記上部建物の変位に応じて剛性が変化するように組み合わせられた複数の第１方向バネと、水平面上における前記第１方向と直交する第２方向に前記上部建物が変位した際に前記第２方向に伸縮可能であり、前記第２方向における前記上部建物の変位に応じて剛性が変化するように組み合わせられた複数の第２方向バネと、を有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る免震構造用の硬化型装置によれば、免震層の変位が小さい場合は剛性が低くなり、免震層の変位が大きくなった場合には剛性が高くなり、免震層の過大変位を抑制することが可能である。

【0016】

本発明に係る他の免震構造用の硬化型装置によれば、複数のバネは一部が第１方向で重なる位置に配置されるため、装置が第１方向に非常に長くなることを回避でき、装置の小型化を図ることができる。

【0017】

本発明に係る他の免震構造用の硬化型装置によれば、バネごとに稼働治具とのギャップの大きさを変更することにより、様々な特性の硬化型装置を実現することができる。また、静止状態でのギャップを小さくすることにより、上部建物が揺れてすぐに剛性が上昇するようになる。静止状態でのギャップを大きくすることにより、上部建物の変位が大きくなった時のみに剛性が上昇するようになる。

【0018】

本発明に係る他の免震構造用の硬化型装置によれば、免震層の変位が大きくなるほど複数のバネによる免震層の剛性が高くなる特性を実現することが可能である。

【0019】

本発明に係る他の免震構造用の硬化型装置によれば、バネが装置の中央に配置されるので、装置の小型化を図ることができる。

【0020】

本発明に係る他の免震構造用の硬化型装置によれば、硬化型装置を第１方向および第２方向の上部建物の梁部分に設置することで２方向への対応が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、実施形態における免震構造用の硬化型装置を説明するための模式図である。

【図2】図２は、硬化型装置を説明するための模式図である。

【図3】図３（ａ）は硬化型装置の全体構成を模式的に示す伏図であり、図３（ｂ）は硬化型装置を一方の側面側から見た場合を模式的に示す説明図であり、図３（ｃ）は硬化型装置を他方の側面側から見た場合を模式的に示す説明図である。

【図4】図４（ａ）は非振動時の静止状態を説明するための模式図であり、図４（ｂ）は振動により稼働治具が第１Ｌ字型治具に当接した際を説明するための模式図であり、図４（ｃ）は稼働治具が第１Ｌ字型治具とともに変位して第１バネの復元力が生じている状態を説明するための模式図である。

【図5】図５（ａ）は第１バネと第２バネとの関係において非振動時の静止状態を説明するための模式図であり、図５（ｂ）は稼働治具が第１Ｌ字型治具とともに変位して第１バネの復元力が生じている状態を説明するための模式図であり、図５（ｃ）は稼働治具が第１Ｌ字型治具と第２Ｌ字型治具とともに変位して第１バネの復元力と第２バネの復元力とが同時に生じている状態を説明するための模式図である。

【図6】図６は、２方向に対応する硬化型装置の配置例を示す説明図である。

【図7】図７（ａ）は応答変位について時刻歴応答の解析結果と実験結果とを比較して示すグラフ図であり、図７（ｂ）は硬化型装置の荷重と変位曲線とについて時刻歴応答の解析結果と実験結果とを比較して示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の実施形態における免震構造用の硬化型装置について具体的に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。

【0023】

図１は、実施形態における免震構造用の硬化型装置を説明するための模式図である。実施形態における免震構造用の硬化型装置１は、上部建物２と基礎３との間に配置されている。硬化型装置１は、上部建物２の基礎梁部分に設置された稼働治具４を備える。稼働治具４は、可動部分であり、上部建物２と一体的に動くものである。上部建物２および稼働治具４は、基礎３とは独立した動きをすることが可能である。上部建物２は免震支承５を介して基礎３に支持されている。

【0024】

硬化型装置１を設置する場合、免震層の梁と基礎部分とを結ぶように設置する。硬化型装置１は、１方向のみに制御効果を発揮するものであり、硬化型装置１の対応方向と直交する方向の振動を受けた場合、リニアガイド６によって力を受け流す機構となっている。硬化型装置１は、水平方向に延在する複数のバネと、水平方向に延在するリニアガイド６とを備える装置である。複数のバネは、いずれも第１方向に伸縮するコイルバネである。リニアガイド６は、基礎３に設置され、水平方向のうち第１方向と直交する第２方向に延在する直交方向対応リニアガイドである。硬化型装置１では、硬化型装置１のバネが効力を発揮する方向と直交する方向にリニアガイド６が延在している。図１では、図面の左右方向が第１方向であり、図面の奥行方向が第２方向である。建物の振動方向が第１方向である場合、硬化型装置１のバネは効力を発揮する。硬化型装置１のバネが効力を発揮する方向と直交する方向にかかる力については、リニアガイド６により力を逃がすことができる。

【0025】

この硬化型装置１は、複数のバネを用いることにより、硬化型装置特有の性能である、免震層の変位が大きくなるほど免震層の剛性が高くなる特性を実現するように構成されている。具体的には、硬化型装置１は、免震層の変位の大きさに応じて、効力を発揮するバネの本数を変化させることにより、免震層の剛性を変化させるように構成されている。硬化型装置１は、例えばバネを４本用いるように構成されている。

【0026】

図２は、硬化型装置を説明するための模式図である。図３は、硬化型装置の全体構成を模式的に示す図である。なお、図２には水平方向と直交する断面の断面図が示されており、図３（ａ）には伏図が示されている。

【0027】

硬化型装置１は、稼働治具４と、４本のバネ１１～１４と、Ｌ字型治具２１～２４と、ストッパ３１～３４と、リニアガイド５１～５４とを備える。

【0028】

稼働治具４は、静止状態において硬化型装置１の中央に配置されている。稼働治具４は上部建物２と一体的に第１方向に沿って往復動することが可能である。この稼働治具４は、第１衝突部分４１と、第２衝突部分４２とを備える。第１衝突部分４１は、稼働治具４が第１方向に変位した際に第１Ｌ字型治具２１と第２Ｌ字型治具２２とに当接する。第２衝突部分４２は、稼働治具４が第１方向に変位した際に第３Ｌ字型治具２３と第４Ｌ字型治具２４とに当接する。

【0029】

４本のバネ１１～１４は、硬化型装置１の中央に配置され、第１方向に沿って延在している。４本のバネ１１～１４は、Ｌ字型治具に付勢力を作用させた状態で保持されている。４本のバネ１１～１４は、第１バネ１１と、第２バネ１２と、第３バネ１３と、第４バネ１４とを含む。第１バネ１１と第２バネ１２と第３バネ１３と第４バネ１４とは、一部が第１方向で重なる位置に配置されている。

【0030】

Ｌ字型治具２１～２４は、バネの両端に取り付けられたバネ側治具である。バネ側治具は、稼働治具４が静止した状態では稼働治具４とは接触しておらず、稼働治具４が当接した状態ではバネの付勢力に抗してストッパから離れる方向へと第１方向に沿って移動可能な治具である。Ｌ字型治具２１～２４は、第１Ｌ字型治具２１と、第２Ｌ字型治具２２と、第３Ｌ字型治具２３と、第４Ｌ字型治具２４とを含む。第１Ｌ型治具２１は、第１方向において第１バネ１１の両端部に取り付けられた一対の治具である。第２Ｌ字型治具２２は、第１方向において第２バネ１２の両端部に取り付けられた一対の治具である。第３Ｌ字型治具２３は、第１方向において第３バネ１３の両端部に取り付けられた一対の治具である。第４Ｌ字型治具２４は、第１方向において第４バネ１４の両端部に取り付けられた一対の治具である。

【0031】

ストッパ３１～３４は、第１方向のうちバネが縮む方向へとバネ側治具が移動することを規制する部材である。ストッパ３１～３４は、第１ストッパ３１と、第２ストッパ３２と、第３ストッパ３３と、第４ストッパ３４とを含む。第１ストッパ３１は、第１バネ１１の付勢力により当該第１バネ１１の縮む方向へと第１Ｌ字型治具２１が移動することを規制する。第１ストッパ３１は、一対の第１Ｌ字型治具２１のうちの一方が移動することを規制する一方のストッパと、一対の第１Ｌ字型治具２１のうちの他方が移動することを規制する他方のストッパとを含む。第２ストッパ３２は、第２バネ１２の付勢力により当該第２バネ１２の縮む方向へと第２Ｌ字型治具２２が移動することを規制する。第２ストッパ３２は、一対の第２Ｌ字型治具２２のうちの一方が移動することを規制する一方のストッパと、一対の第２Ｌ字型治具２２のうちの他方が移動することを規制する他方のストッパとを含む。第３ストッパ３３は、第３バネ１３の付勢力により当該第３バネ１３の縮む方向へと第３Ｌ字型治具２３が移動することを規制する。第３ストッパ３３は、一対の第３Ｌ字型治具２３のうちの一方が移動することを規制する一方のストッパと、一対の第３Ｌ字型治具２３のうちの他方が移動することを規制する他方のストッパとを含む。第４ストッパ３４は、第４バネ１４の付勢力により当該第４バネ１４の縮む方向へと第４Ｌ字型治具２４が移動することを規制する。第４ストッパ３４は、一対の第４Ｌ字型治具２４のうちの一方が移動することを規制する一方のストッパと、一対の第４Ｌ字型治具２４のうちの他方が移動することを規制する他方のストッパとを含む。

【0032】

リニアガイド５１～５４は、第１方向に沿って延在するレールを有し、Ｌ字型治具が第１方向に沿って移動するようにＬ字型治具を案内する。リニアガイド５１～５４は、第１リニアガイド５１と、第２リニアガイド５２と、第３リニアガイド５３と、第４リニアガイド５４とを含む。第１リニアガイド５１は、第１Ｌ字型治具２１を第１方向に沿って案内する。第２リニアガイド５２は、第２Ｌ字型治具２２を第１方向に沿って案内する。第３リニアガイド５３は、第３Ｌ字型治具２３を第１方向に沿って案内する。第４リニアガイド５４は、第４Ｌ字型治具２４を第１方向に沿って案内する。そして、硬化型装置１は、中央部にある稼働治具４が上部建物２の変位に応じて動き、Ｌ字型治具を引っ張る。

【0033】

第１バネ１１は、図２，図３（ａ），図３（ｃ）に示すように、上下方向において第４バネ１４の上方に配置され、かつ第２バネ１２が配置された水平面と同一平面上で第２バネ１２と並列に配置されている。第１バネ１１の両端部には第１Ｌ字型治具２１が取り付けられている。第１Ｌ字型治具２１は、第１バネ１１の端部に取り付けられた状態のまま第１方向に沿って移動可能な部材である。第１ストッパ３１は、第１Ｌ字型治具２１同士が所定位置よりも近づくように移動することを規制する部材である。第１リニアガイド５１は、第１Ｌ字型治具２１を第１方向にスライドさせるガイド部材である。第１Ｌ字型治具２１は、第１リニアガイド５１に取り付けられており、第１リニアガイド５１に沿って第１方向にスライド可能である。その第１Ｌ字型治具２１は、第１バネ１１の縮む方向に所定位置以上移動することを第１ストッパ３１により規制される。第１リニアガイド５１は、稼働治具４が第１Ｌ字型治具２１を第１ストッパ３１から離すように移動させることを可能にするところまで第１Ｌ字型治具２１をスライドさせることが可能なストロークを有する。

【0034】

第２バネ１２は、図２，図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、上下方向において第３バネ１３の上方に配置され、かつ第１バネ１１が配置された水平面と同一平面上で第１バネ１１と並列に配置されている。第２バネ１２の両端部には第２Ｌ字型治具２２が取り付けられている。第２Ｌ字型治具２２は、第２バネ１２の端部に取り付けられた状態のまま第１方向に沿って移動可能な部材である。第２ストッパ３２は、第２Ｌ字型治具２２同士が所定位置よりも近づくように移動することを規制する部材である。第２リニアガイド５２は、第２Ｌ字型治具２２を第１方向にスライドさせるガイド部材である。第２Ｌ字型治具２２は、第２リニアガイド５２に取り付けられており、第２リニアガイド５２に沿って第１方向にスライド可能である。その第２Ｌ字型治具２２は、第２バネ１２の縮む方向に所定位置以上移動することを第２ストッパ３２により規制される。第２リニアガイド５２は、稼働治具４が第２Ｌ字型治具２２を第２ストッパ３２から離すように移動させることを可能にするところまで第２Ｌ字型治具２２をスライドさせることが可能なストロークを有する。

【0035】

第３バネ１３は、図２，図３（ａ），図３（ｂ）に示すように、上下方向において第２バネ１２の下方に配置され、かつ第４バネ１４が配置された水平面と同一平面上で第４バネ１４と並列に配置されている。第３バネ１３の両端部には第３Ｌ字型治具２３が取り付けられている。第３Ｌ字型治具２３は、第３バネ１３の端部に取り付けられた状態のまま第１方向に沿って移動可能な部材である。第３ストッパ３３は、第３Ｌ字型治具２３同士が所定位置よりも近づくように移動することを規制する部材である。第３リニアガイド５３は、第３Ｌ字型治具２３を第１方向にスライドさせるガイド部材である。第３Ｌ字型治具２３は、第３リニアガイド５３に取り付けられており、第３リニアガイド５３に沿って第１方向にスライド可能である。その第３Ｌ字型治具２３は、第３バネ１３の縮む方向に所定位置以上移動することを第３ストッパ３３により規制される。第３リニアガイド５３は、稼働治具４が第３Ｌ字型治具２３を第３ストッパ３３から離すように移動させることを可能にするところまで第３Ｌ字型治具２３をスライドさせることが可能なストロークを有する。

【0036】

第４バネ１４は、図２，図３（ａ），図３（ｃ）に示すように、上下方向において第１バネ１１の下方に配置され、かつ第３バネ１３が配置された水平面と同一平面上で第３バネ１３と並列に配置されている。第４バネ１４の両端部には第４Ｌ字型治具２４が取り付けられている。第４Ｌ字型治具２４は、第４バネ１４の端部に取り付けられた状態のまま第１方向に沿って移動可能な部材である。第４ストッパ３４は、第４Ｌ字型治具２４同士が所定位置よりも近づくように移動することを規制する部材である。第４リニアガイド５４は、第４Ｌ字型治具２４を第１方向にスライドさせるガイド部材である。第４Ｌ字型治具２４は、第４リニアガイド５４に取り付けられており、第４リニアガイド５４に沿って第１方向にスライド可能である。その第４Ｌ字型治具２４は、第４バネ１４の縮む方向に所定位置以上移動することを第４ストッパ３４により規制される。第４リニアガイド５４は、稼働治具４が第４Ｌ字型治具２４を第４ストッパ３４から離すように移動させることを可能にするところまで第４Ｌ字型治具２４をスライドさせることが可能なストロークを有する。

【0037】

第１方向の配置において、第１ストッパ３１と第３ストッパ３３とは同じ位置に配置されている。第２ストッパ３２は、第３ストッパ３３よりも第１方向外側に配置されている。第４ストッパ３４は、第１ストッパ３１よりも第１方向外側に配置されている。第１方向の配置において、第２ストッパ３２と第４ストッパ３４とは同じ位置に配置されている。

【0038】

図３（ｂ），図３（ｃ）に示すように、第１衝突部分４１と第２衝突部分４２とは、一体化された部材であり、第１衝突部分４１が第２衝突部分４２よりも第１方向外側に突出した長い形状に形成されている。第１衝突部分４１は、第１Ｌ字型治具２１に当接する部分であるとともに、第２Ｌ字型治具２２に当接する部分である。第２衝突部分４２は、第３Ｌ字型治具２３に当接する部分であるとともに、第４Ｌ字型治具２４に当接する部分である。

【0039】

図３（ａ）に示すように、上部建物２が静止した状態では、稼働治具４がＬ字型治具２１～２４から離れた状態で静止している。稼働治具４が静止した静止状態における稼働治具４と各Ｌ字型治具２１～２４との間のギャップ（第１方向の隙間）について説明する。まず、稼働治具４の第１衝突部分４１と第１Ｌ字型治具２１との間のギャップが一番狭い。稼働治具４の第１衝突部分４１と第２Ｌ字型治具２２との間のギャップは二番目に狭い。稼働治具４の第２衝突部分４２と第３Ｌ字型治具２３との間のギャップは三番目に狭い。稼働治具４の第２衝突部分４２と第４Ｌ字型治具２４との間のギャップは一番広い。そのため、硬化型装置１では、上部建物２の変位に応じて稼働治具４が第１方向の一方側へ移動する場合、稼働治具４は、最初に第１Ｌ字型治具２１に当接し、その後、第２Ｌ字型治具２２，第３Ｌ字型治具２３，第４Ｌ字型治具２４の順に当接する部材が増えていく。つまり、硬化型装置１では、最初は第１バネ１１が復元力を発揮し、その後、免震層の変位が大きくなると、第１バネ１１のみならず、第２バネ１２も同時に復元力を発揮する。最終的には第１バネ１１，第２バネ１２，第３バネ１３，第４バネ１４が同時に復元力を発揮する。これにより、免震層の変位に応じて免震層の剛性を上昇させ、免震層の過大変位を抑制することができる。

【0040】

このように硬化型装置１は、地震によって上部建物２が左右に揺れることで、稼働治具４がＬ字型治具に当接してバネが稼働治具４を引っ張ることにより復元力（付勢力）を生じるように構成されている。また、硬化型装置１は、免震層の変形が大きくなるほど、稼働治具４に当接するＬ字型治具の個数が増えていく、すなわち稼働治具４を引っ張るバネの本数が増えていく機構となっている。これにより、免震層の変形が大きくなるほど免震層の剛性が高くなり、建物の変形を抑える効力を発揮できる。

【0041】

稼働治具４は、上部建物２の梁に設置されていることから、上部建物２と同じ動きをする。また、稼働治具４がＬ字型治具と当接していない状態では、第１バネ１１と第２バネ１２と第３バネ１３と第４バネ１４とは、基礎部分に設置されていることから、基礎部分（地面）と同じ動きをする。

【0042】

図４（ａ）に示すように、上部建物２が静止している状態では、稼働治具４は、第１Ｌ字型治具２１から離れた状態で硬化型装置１の中央に位置する。そして、上部建物２が振動することにより、上部建物２に付随する稼働治具４が第１方向に動く。上部建物２の変位が大きくなることにより、図４（ｂ）に示すように、第１バネ１１の端部に設けられた第１Ｌ字型治具２１と稼働治具４とが当接する。第１Ｌ字型治具２１は第１リニアガイド５１の上に設置されているので、第１方向に往復動するように左右へと稼働することができる。さらに上部建物２の変位が大きくなることにより、図４（ｃ）に示すように、第１Ｌ字型治具２１が動くことにより、第１バネ１１の復元力が発揮される。この場合、第１バネ１１の両端部に設けられた一対の第１Ｌ字型治具２１，２１のうち、一方の第１Ｌ字型治具２１が一方の第１ストッパ３１から離れるように移動するものの、他方の第１Ｌ字型治具２１は他方の第１ストッパ３１により移動することが規制されている。そのため、一方の第１Ｌ字型治具２１を押している稼働治具４は、その反力を第１Ｌ字型治具２１から受けるので、第１バネ１１による復元力を受けている状態となる。なお、稼働治具４とＬ字型治具２１～２４との間のギャップは、第１Ｌ字型治具２１とのギャップが一番狭いため、稼働治具４が第１Ｌ字型治具２１に接触していない状態とは、どのＬ字型治具２１～２４とも稼働治具４が接触していない状態を意味する。

【0043】

また、図５（ａ）に示すように、第１バネ１１と第２バネ１２とについて、変位が微小な状態では、第１バネ１１と第２バネ１２とのいずれによる復元力も発揮されていない。そして、変位が大きくなることにより、図５（ｂ）に示すように、第１バネ１１が効力を発揮する。この場合、第１バネ１１の一方端に接続された第１Ｌ字型治具２１が稼働治具４に押されて第１ストッパ３１から離れるように移動するものの、第１バネ１１の他方端に接続された第１Ｌ字型治具２１は第１バネ１１が縮む方向へ移動することを他方の第１ストッパ３１により規制されている。そのため、第１バネ１１の復元力が一方の第１Ｌ字型治具２１を介して稼働治具４に作用する。さらに変位が大きくなることにより、図５（ｃ）に示すように、第１バネ１１に加えて第２バネ１２も同時に効力を発揮する。この場合、第１バネ１１の一方端に接続された第１Ｌ字型治具２１が第１ストッパ３１からさらに離れるように移動するため、第１バネ１１による復元力が図５（ｃ）に示す状態よりも増大している。そのうえで、第２バネ１２の一方端に接続された第２Ｌ字型治具２２が稼働治具４に押されて第２ストッパ３２から離れるように移動し、第２バネ１２の他方端に接続された第２Ｌ字型治具２２は第２バネ１２が縮む方向へ移動することを他方の第２ストッパ３２により規制されている。そのため、第１バネ１１の復元力に加えて、第２バネ１２の復元力が一方の第２Ｌ字型治具２２を介して稼働治具４に作用する。このように構成された硬化型装置１では、複数のバネが変位に応じて効力を発揮するタイミングが異なることにより、小変位時には低剛性、大変位時のみに、高剛性を発揮することが可能になる。

【0044】

また、硬化型装置１は１方向のみに効力を発揮するものであるため、図６に示すように、硬化型装置１をＸ方向およびＹ方向の梁部分に設置することで、２方向への対応が可能である。Ｘ方向を第１方向とすると、Ｙ方向は、第１方向と直交する第２方向である。図６に示す例では、硬化型装置１は、Ｘ方向に効力を発揮する第１硬化型装置と、Ｙ方向に効力を発揮する第２硬化型装置とを含む。第１硬化型装置は、上部建物２がＸ方向に変位した際にＸ方向に伸縮可能であり、Ｘ方向における上部建物２の変位に応じて剛性が変化するように組み合わせられた複数の第１方向バネを備える。また、第２硬化型装置は、水平面上におけるＸ方向と直交するＹ方向に上部建物２が変位した際にＹ方向に伸縮可能であり、Ｙ方向における上部建物２の変位に応じて剛性が変化するように組み合わせられた複数の第２方向バネを備える。

【0045】

さらに、発明者らは、硬化型装置１の妥当性を確認するために、実験および解析を実施した。図７（ａ）および図７（ｂ）に、実験結果と解析結果との比較を示す。なお、解析では理想的な硬化型装置の曲線を示し、復元力は変位の３乗により近似的に表現できるものとする。本検討ではＥＬ Ｃｅｎｔｒｏ波をレベル２相当へと大きくするために振幅を１．４９倍した波形を用いて検証を行う。

【0046】

図７（ａ）には、変位の時刻歴が示されている。図７（ｂ）には、硬化型装置１の荷重変形曲線が示されている。解析では、硬化型装置１がバネを４本備える構成を想定し、硬化型装置１による復元力が、近似的に下式（１）により与えられるものとする。
Ｆ＝１６３２０ｘ^３（ｔ）［Ｎ］・・・（１）

【0047】

上式（１）において、ｘは変位を表し、Ｆは復元力を表す。なお、実現する復元力特性としては、変位の３乗に限定する必要はなく、例えば変位の２乗や４乗になるように、バネの本数や剛性を調節してもよい。また、硬化型装置１が効き始めるときのギャップ量についても、建物周期や当該建物が建つ地域の地盤特性などに応じて適時変更することが可能である。

【0048】

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、時刻歴応答解析と実験とを比較すると、実験結果により、理想となる装置の特性を概ね表現できていることが確認された。特に、荷重変形曲線の比較により、硬化型装置１は、免震層の変位が大きくなるにつれて、発揮する復元力および剛性が急激に大きくなる特性を有することが確認された。言い換えれば、免震層の変位が大きくなるにつれて、硬化型装置１を設置した免震装置の剛性が高くなることが確認された。すなわち、入力される地震が大きくなり、免震層の変位が過大となる際には、硬化型装置１が変位に応じて剛性を上昇させることによって免震層の変位が許容範囲を超えることを防ぐ役割を果たすことが確認された。

【0049】

以上説明した通り、硬化型装置１によれば、複数のバネを組み合わせることによって、硬化型免震の復元力と同じ効力を発揮することができる。また、硬化型装置１は免震層の梁部分と基礎部分とを結ぶことから、免震層の浮き上がりに対しても有効であることが期待される。

【0050】

また、硬化型装置１は主にバネにより構成されることから、装置の体格が小さい。そのため、装置の設置時に大幅な省スペース化を図ることができる。硬化型装置１では１本のバネで左右両方の変位に対応することができる。通常は、ギャップを持つバネ１本ずつを左右両端に設置する方法が考えられる。引張バネを両端から１本ずつ、合計２本のバネを張ることにより、押し引き両方への対応を可能とする構造が多い。しかし、バネを両端に設置することにより、装置が非常に長くなる欠点が挙げられる。これに対して、硬化型装置１では、中央に１本のバネを配置し、そのバネを左右のストッパで保持し、稼働治具４が左に動いたときは左側のストッパ側のＬ字型治具を押すことで反力を確保し、反対に稼働治具４が右に動いたときは右側のストッパ側のＬ字型治具を押すことで反力が確保することができる。これにより、バネの本数を減らし、さらに硬化型装置１を小型化することが可能になる。

【0051】

なお、硬化型装置１は、少なくとも２本のバネを備えていればよく、複数のバネを構成するバネの本数は特に限定されない。上述した例では、バネを４本使用した構成について説明したが、所望の特性に合わせてバネの本数を増減させることが可能である。

【0052】

また、図４（ａ），図５（ａ）に示すように、上部建物２が振動してから、稼働治具４が第１バネ１１の端部の第１Ｌ字型治具２１へ触れるまでにギャップがあることから、このギャップの大きさを変更することにより、様々な特性の硬化型装置１を実現することができる。例えば、第１バネ１１を対象とするギャップを小さくすることにより、上部建物２が揺れてすぐに復元力が発揮されるように構成することが可能である。あるいは、第１バネ１１を対象とするギャップを大きくすることにより、上部建物２の変位が大きくなった時のみに復元力が発揮されるように構成することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0053】

以上のように、本発明に係る免震構造用の硬化型装置は、免震装置を備える建物に有用であり、特に、設置スペースが限られている箇所に設置するのに適している。

【0054】

なお、２０１５年９月の国連サミットにおいて採択された１７の国際目標として「持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals：ＳＤＧｓ）」がある。本実施の形態に係る免震構造は、このＳＤＧｓの１７の目標のうち、例えば「１１．住み続けられるまちづくりを」の目標などの達成に貢献し得る。

【符号の説明】

【0055】

１ 硬化型装置
２ 上部建物
３ 基礎
４ 稼働治具
５ 免震支承
６ リニアガイド
１１ 第１バネ
１２ 第２バネ
１３ 第３バネ
１４ 第４バネ
２１ 第１Ｌ字型治具
２２ 第２Ｌ字型治具
２３ 第３Ｌ字型治具
２４ 第４Ｌ字型治具
３１ 第１ストッパ
３２ 第２ストッパ
３３ 第３ストッパ
３４ 第４ストッパ
４１ 第１衝突部分
４２ 第２衝突部分
５１ 第１リニアガイド
５２ 第２リニアガイド
５３ 第３リニアガイド
５４ 第４リニアガイド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】