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JP2011099538A - Vertical base isolation system - Google Patents

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JP2011099538A
JP2011099538A JP2009256108A JP2009256108A JP2011099538A JP 2011099538 A JP2011099538 A JP 2011099538A JP 2009256108 A JP2009256108 A JP 2009256108A JP 2009256108 A JP2009256108 A JP 2009256108A JP 2011099538 A JP2011099538 A JP 2011099538A
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JP
Japan
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seismic isolation
building
piston
vertical
cross
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Pending
Application number
JP2009256108A
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Japanese (ja)
Inventor
Eiji Tanaka
栄次 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
Original Assignee
Shimizu Construction Co Ltd
Shimizu Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Shimizu Construction Co Ltd, Shimizu Corp filed Critical Shimizu Construction Co Ltd
Priority to JP2009256108A priority Critical patent/JP2011099538A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vertical base isolation system optionally setting an allowable imposed load over a wide range, and applicable to a building with large mass. <P>SOLUTION: The vertical base isolation system 1 includes a liquid reservoir tank 2 with a building piston insertion port 21a and a seismic isolation piston insertion port 22a, a building piston part 3 freely slidably inserted in the liquid reservoir tank from the building piston insertion port 21a and arranged below the building B, a seismic isolation piston part 4 freely slidably inserted in the liquid reservoir tank from the seismic isolation piston insertion port 22a, and a vibration absorbing part 5 arranged outside the liquid reservoir tank and connected to the seismic isolation piston part, and attenuating a vibration when the seismic isolation piston part is vibrated. The liquid reservoir tank is configured to become a sealed container by the respective insertion of the building piston part and the seismic isolation piston part. Moreover, a cross sectional area of the building piston part and that of the seismic isolation piston part are set to be different in value from each other. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、上下免震システムに関し、特に建屋の上下方向の振動を免震する上下免震システムに関するものである。   The present invention relates to a vertical seismic isolation system, and more particularly to a vertical seismic isolation system that isolates vibrations in the vertical direction of a building.

地震時に建屋の振動を抑える免震装置には、積層ゴムやすべり支承等を利用して水平方向の振動を低減させる水平免震装置と、建屋の下部に配置した空気ばね等のばねによって建屋を弾性支持することで上下方向の振動を低減させる上下免震装置とがある。また、水平免震装置と上下免震装置とを並設した三次元免震装置(特許文献1および特許文献2参照)や、伸縮方向と直交する方向に弾性的に変位して免震作用を行う複数の免震手段を被免震体と基礎との間に斜めに立設して水平方向および垂直方向の免震を行う三次元免震装置(特許文献3参照)も知られている。   The seismic isolation device that suppresses the vibration of the building in the event of an earthquake includes a horizontal seismic isolation device that reduces vibration in the horizontal direction using laminated rubber and sliding bearings, etc., and a spring such as an air spring placed at the bottom of the building. There is a vertical seismic isolation device that reduces vibration in the vertical direction by elastic support. In addition, a three-dimensional seismic isolation device (see Patent Literature 1 and Patent Literature 2) in which a horizontal seismic isolation device and an upper and lower seismic isolation device are arranged side by side, and elastically displaced in a direction perpendicular to the expansion and contraction direction to provide seismic isolation action. There is also known a three-dimensional seismic isolation device (see Patent Document 3) that performs a plurality of seismic isolation means to be diagonally installed between a base to be isolated and a foundation to perform horizontal and vertical isolation.

特開2001−82542号公報JP 2001-82542 A 特開2001−41283号公報JP 2001-41283 A 特開平8−177970号公報JP-A-8-177970

ところで、直下型の大地震では強い縦揺れが起こるため、質量が小さい建屋のみならず質量が大きい建屋についても適用可能な上下免震システムが求められる。建屋の下部に配置したばねによって建屋を弾性支持することで上下方向の振動を低減させる上下免震装置では、ばねの剛性を高めることによって質量の大きな建屋でも該建屋を弾性支持することが可能になるが、ばねの剛性を高めると建屋の固有上下振動周期を地震動の上下振動周期よりも長くすることが困難になって免震性が低下する。このため、現在実用化されている上下免震装置は上下免震可能な許容負担荷重が比較的小さく、質量が大きい建屋には適用することができない。   By the way, since a strong pitching occurs in a direct type large earthquake, a vertical seismic isolation system that can be applied not only to a building having a small mass but also to a building having a large mass is required. In the vertical seismic isolation device that reduces the vibration in the vertical direction by elastically supporting the building with the spring arranged at the bottom of the building, it is possible to elastically support the building even in a large mass building by increasing the rigidity of the spring However, if the rigidity of the spring is increased, it becomes difficult to make the natural vertical vibration period of the building longer than the vertical vibration period of the seismic motion, and the seismic isolation performance decreases. For this reason, the vertical seismic isolation device currently in practical use cannot be applied to a building having a relatively small allowable burden load that allows vertical seismic isolation and a large mass.

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、質量が大きい建屋に適用可能なものも得ることができる上下免震システムを提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the vertical seismic isolation system which can obtain what can be applied to a building with a large mass.

上記の課題を解決し、目的を達成するために、本発明の上下免震システムは、断面積が互いに異なる少なくとも2つの開口部を有し、内部に液体を貯留する液体貯留槽と、前記2つの開口部の一方から滑動自在に前記液体貯留槽に挿入されて建屋の下方に配置される建屋用ピストン部と、前記2つの開口部の他方から滑動自在に前記液体貯留槽に挿入される免震用ピストン部と、前記液体貯留槽の外部に配置されて前記免震用ピストン部に連結され、前記免震用ピストン部が振動したときに該振動を減衰させる振動吸収部と、を備え、前記液体貯留槽は、前記建屋用ピストン部および前記免震用ピストン部の各々が挿入されることによって密閉容器となり、前記建屋用ピストン部の断面積と前記免震用ピストン部の断面積とは互いに異なる値であることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the vertical seismic isolation system of the present invention has at least two openings having different cross-sectional areas, a liquid storage tank for storing liquid therein, and the 2 A piston for a building that is slidably inserted into the liquid storage tank from one of the two openings and disposed below the building; and an exemption that is slidably inserted into the liquid storage tank from the other of the two openings. A seismic piston part, and a vibration absorbing part that is arranged outside the liquid storage tank and connected to the seismic isolation piston part, and attenuates the vibration when the seismic isolation piston part vibrates, The liquid storage tank becomes a sealed container by inserting each of the building piston part and the seismic isolation piston part, and the cross sectional area of the building piston part and the cross sectional area of the seismic isolation piston part are Different values Characterized in that there.

本発明の他の上下免震システムは、上記の上下免震システムにおいて、前記建屋用ピストン部の断面積は前記免震用ピストン部の断面積よりも小さいことを特徴とする。   Another vertical seismic isolation system according to the present invention is characterized in that, in the vertical seismic isolation system, a cross-sectional area of the building piston portion is smaller than a cross-sectional area of the seismic isolation piston portion.

本発明の更に他の上下免震システムは、上記の上下免震システムにおいて、前記建屋用ピストン部の断面積は前記免震用ピストン部の断面積よりも大きいことを特徴とする。   Still another vertical seismic isolation system according to the present invention is characterized in that, in the vertical seismic isolation system, a cross-sectional area of the building piston portion is larger than a cross-sectional area of the seismic isolation piston portion.

本発明の更に他の上下免震システムは、上記の上下免震システムにおいて、前記振動吸収部は、前記免震用ピストン部が振動したときに該振動を打ち消す向きの弾性力を前記免震用ピストン部に加える弾性変形部と、前記弾性変形部に並設され、該弾性変形部が単振動したときに該単振動を減衰させる減衰部と、を有することを特徴とする。   Still another vertical seismic isolation system according to the present invention is the above-described vertical seismic isolation system, wherein the vibration absorbing portion uses an elastic force in a direction to cancel the vibration when the seismic isolation piston portion vibrates. It has an elastic deformation part added to a piston part, and an attenuation part which is arranged in parallel with the elastic deformation part and attenuates the simple vibration when the elastic deformation part makes a simple vibration.

本発明の上下免震システムでは、建屋用ピストン部の断面積に対する免震用ピストン部の断面積の比、および振動吸収部の剛性を適宜選定することによって、建屋の固有上下振動周期を地震動の上下振動周期よりも長くすることができる。また、使用時における液体貯留槽内の液体の圧力が許容負担荷重となる。したがって、本発明の上下免震システムでは、建屋用ピストン部の断面積に対する免震用ピストン部の断面積の比、振動吸収部の剛性、および液体貯留槽の耐圧性を適宜選定することによって、上下免震可能な許容負担荷重を選定することができ、質量が小さな建屋に適用可能なものはもとより、質量が大きな建屋に適用可能なシステムも得ることができる。   In the vertical seismic isolation system of the present invention, by appropriately selecting the ratio of the cross-sectional area of the seismic isolation piston part to the cross-sectional area of the building piston part and the rigidity of the vibration absorbing part, the natural vertical vibration period of the building It can be longer than the vertical vibration period. Moreover, the pressure of the liquid in the liquid storage tank at the time of use becomes an allowable burden load. Therefore, in the vertical seismic isolation system of the present invention, by appropriately selecting the ratio of the cross-sectional area of the seismic isolation piston part to the cross-sectional area of the building piston part, the rigidity of the vibration absorbing part, and the pressure resistance of the liquid storage tank, An allowable burden load that allows vertical seismic isolation can be selected, and a system that can be applied to a building having a large mass can be obtained as well as one that can be applied to a building having a small mass.

図1は、本発明の上下免震システムの一例を概略的に示す部分断面図である。FIG. 1 is a partial sectional view schematically showing an example of the vertical seismic isolation system of the present invention. 図2は、図1に示した上下免震システムの免震動作時の状態を概略的に示す部分断面図である。FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing a state during the base isolation operation of the vertical base isolation system shown in FIG. 図3は、調和地動の地動周期に対する建屋の固有上下振動周期の比と絶対加速度応答倍率との関係を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between the ratio of the natural vertical vibration period of the building to the ground motion period of the harmonic ground motion and the absolute acceleration response magnification. 図4は、建屋用ピストン部の断面積を免震用ピストン部の断面積よりも大きくした上下免震システムの一例を概略的に示す部分断面図である。FIG. 4 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of a vertical seismic isolation system in which the cross-sectional area of the building piston portion is larger than the cross-sectional area of the seismic isolation piston portion. 図5は、建屋用ピストン部にトップフランジ部が設けられた上下免震システムの一例を概略的に示す部分断面図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of a vertical seismic isolation system in which a top flange portion is provided in a building piston portion. 図6は、免震用シリンダ部がその中心軸を水平にして液体貯留槽に設けられた上下免震システムの一例を概略的に示す部分断面図である。FIG. 6 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of a vertical seismic isolation system in which a seismic isolation cylinder portion is provided in a liquid storage tank with its central axis horizontal.

以下、本発明の上下免震システムの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の上下免震システムは、下記の形態のものに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the vertical seismic isolation system of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the vertical seismic isolation system of the present invention is not limited to the following forms.

(実施の形態1)
図1は、本発明の上下免震システムの一例を概略的に示す部分断面図である。同図に示す上下免震システム1は、建屋Bの上下方向の振動を免震するシステムであり、液体貯留槽2、建屋用ピストン部3、免震用ピストン部4、および振動吸収部5を備えている。以下、上下免震システム1の各構成要素を詳述した後、上下免震システム1の免震動作について詳述する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partial sectional view schematically showing an example of the vertical seismic isolation system of the present invention. The vertical seismic isolation system 1 shown in the figure is a system for isolating the vertical vibration of the building B, and includes a liquid storage tank 2, a building piston 3, a seismic isolation piston 4, and a vibration absorber 5. I have. Hereinafter, after explaining each component of the vertical seismic isolation system 1 in detail, the seismic isolation operation of the vertical seismic isolation system 1 will be described in detail.

液体貯留槽2は、断面積が互いに異なる少なくとも2つの開口部、具体的には建屋用ピストン挿入口21aと免震用ピストン挿入口22aとを有し、内部に水等の液体Lを貯留する。建屋用ピストン挿入口21aは、鉛直な中心軸C1を有する建屋用シリンダ部21の上端に、また免震用ピストン挿入口22aは、鉛直な中心軸C2を有する免震用シリンダ部22の上端にそれぞれ位置している。建屋用シリンダ部21と免震用シリンダ部22とは、連結流路部23によって互いに連通している。液体Lは、上下免震システム1の使用に先だって液体貯留槽2に貯留される。   The liquid storage tank 2 has at least two openings having different cross-sectional areas, specifically, a building piston insertion port 21a and a seismic isolation piston insertion port 22a, and stores liquid L such as water therein. . The building piston insertion port 21a is at the upper end of the building cylinder portion 21 having a vertical center axis C1, and the seismic isolation piston insertion port 22a is at the upper end of the seismic isolation cylinder portion 22 having a vertical center axis C2. Each is located. The building cylinder part 21 and the seismic isolation cylinder part 22 communicate with each other by a connecting flow path part 23. The liquid L is stored in the liquid storage tank 2 prior to use of the vertical seismic isolation system 1.

建屋用ピストン部3は、例えば円形の水平断面形状を有し、建屋用ピストン挿入口21aから滑動自在に液体貯留槽2に挿入されて、具体的には建屋用シリンダ部21から液体貯留槽2に挿入されて、建屋の下方に配置される。また、免震用ピストン部4は、例えば円形の水平断面形状を有し、免震用ピストン挿入口22aから滑動自在に液体貯留槽2に挿入される。具体的には、免震用シリンダ部22から液体貯留槽2に挿入される。免震用ピストン部4は、免震用シリンダ部22に挿入されるピストン本体41と、ピストン本体41の上端部に形成されたトップフランジ部42とを有している。   The building piston part 3 has, for example, a circular horizontal cross-sectional shape, and is slidably inserted into the liquid storage tank 2 from the building piston insertion port 21a. Inserted into the bottom of the building. The seismic isolation piston portion 4 has, for example, a circular horizontal cross-sectional shape, and is slidably inserted into the liquid storage tank 2 from the seismic isolation piston insertion port 22a. Specifically, it is inserted into the liquid storage tank 2 from the seismic isolation cylinder 22. The seismic isolation piston part 4 has a piston main body 41 inserted into the seismic isolation cylinder part 22 and a top flange part 42 formed at the upper end of the piston main body 41.

上下免震システム1では、建屋用ピストン部3の断面積と免震用ピストン部4の断面積とが互いに異なる値に選定されており、建屋用ピストン部3の断面積よりも免震用ピストン部4の断面積の方が大きい。したがって、建屋用シリンダ部21よりも免震用シリンダ部22の有効断面積の方が大きい。液体貯留槽2は、建屋用ピストン部3および免震用ピストン部4の各々が挿入されることによって密閉容器となる。   In the vertical seismic isolation system 1, the cross-sectional area of the building piston 3 and the cross-sectional area of the seismic isolation piston 4 are selected to be different from each other. The cross-sectional area of the part 4 is larger. Therefore, the effective cross-sectional area of the seismic isolation cylinder 22 is larger than that of the building cylinder 21. The liquid storage tank 2 becomes an airtight container by inserting each of the building piston 3 and the seismic isolation piston 4.

振動吸収部5は、液体貯留槽2の外部に配置されて免震用ピストン部4に連結され、免震用ピストン部4が振動したときに、この振動を減衰させる。上下免震システム1では、弾性変形部6と、上側連結部7aと、下側連結部7bと、減衰部8と、減衰用上側連結部9aと、減衰用下側連結部9bとを用いて振動吸収部5が構成されている。   The vibration absorbing portion 5 is disposed outside the liquid storage tank 2 and connected to the seismic isolation piston portion 4, and attenuates this vibration when the seismic isolation piston portion 4 vibrates. In the vertical seismic isolation system 1, the elastic deformation portion 6, the upper connection portion 7 a, the lower connection portion 7 b, the attenuation portion 8, the attenuation upper connection portion 9 a, and the attenuation lower connection portion 9 b are used. A vibration absorbing unit 5 is configured.

弾性変形部6は、地震動等によって免震用ピストン部4が免震用シリンダ部22の中心軸C2と平行な方向に振動したときに、この振動を打ち消す向きの弾性力を免震用ピストン部4に加える。この弾性変形部6は、例えば一つのコイルばねまたは並列接続された複数のコイルばねからなり、その上端は上側連結部材7aによって免震用ピストン部4のトップフランジ部42に、また下端は下側連結部材6bによって基礎構造部Sにそれぞれ連結される。   When the seismic isolation piston portion 4 vibrates in a direction parallel to the central axis C2 of the seismic isolation cylinder portion 22 due to seismic motion or the like, the elastic deformation portion 6 generates an elastic force in a direction to cancel this vibration. Add to 4. The elastic deformation portion 6 is composed of, for example, one coil spring or a plurality of coil springs connected in parallel. The upper end of the elastic deformation portion 6 is connected to the top flange portion 42 of the seismic isolation piston portion 4 by the upper connecting member 7a, and the lower end is the lower side. It is connected to the foundation structure S by the connecting member 6b.

減衰部8は、例えば空気ダンパにより構成され、弾性変形部6に並設される。この減衰部8は、一端が閉塞されたシリンダ部81と、シリンダ部81に挿入されたピストン部82とを有する空気ばねである。ピストン部82は減衰用上側連結部材9aによって上側連結部材7aに連結されており、シリンダ部81は減衰用下側連結部材9bによって下側連結部材7bに連結されている。この減衰部8は、弾性変形部6が伸張したときには減衰用上側連結部材9aを介して下向きの弾性力を上側連結部材7aに加え、弾性変形部6が収縮したときには減衰用上側連結部材9aを介して上向きの弾性力を上側連結部材7aに加えて、弾性変形部6が単振動したときに、この単振動を減衰させる。結果として、建屋Bの上下方向の振動を減衰させる。   The attenuating portion 8 is constituted by an air damper, for example, and is arranged in parallel with the elastic deformation portion 6. The damping part 8 is an air spring having a cylinder part 81 whose one end is closed and a piston part 82 inserted into the cylinder part 81. The piston part 82 is connected to the upper connecting member 7a by the damping upper connecting member 9a, and the cylinder part 81 is connected to the lower connecting member 7b by the lower damping connecting member 9b. The attenuating portion 8 applies a downward elastic force to the upper connecting member 7a via the damping upper connecting member 9a when the elastic deforming portion 6 is extended, and the damping upper connecting member 9a is applied when the elastic deforming portion 6 contracts. An upward elastic force is applied to the upper connecting member 7a via the upper connecting member 7a to attenuate the simple vibration when the elastically deforming portion 6 makes a simple vibration. As a result, the vertical vibration of the building B is attenuated.

上述の各構成要素を備えた上下免震システム1は、基礎構造部S上に配置され、建屋Bはその下部を建屋用ピストン部3の上部に連結させて建屋用ピストン部3の上方に建築または移築される。例えば、基礎構造部Sを作った後に免震制御システム1を構築して液体貯留槽2内に水等の液体Lを貯留し、必要に応じて液体貯留槽2上に盛土した後に建屋Bが建築または移築される。建屋Bは、建屋用ピストン部3を介して液体L上に浮いた状態で上下免震システム1によって支持される。   The vertical seismic isolation system 1 including the above-described components is arranged on the foundation structure S, and the building B is constructed above the building piston 3 by connecting the lower part to the upper part of the building piston 3. Or relocated. For example, after building the foundation structure S, the seismic isolation control system 1 is constructed to store the liquid L such as water in the liquid storage tank 2, and the building B is filled on the liquid storage tank 2 as necessary. Built or relocated. The building B is supported by the vertical seismic isolation system 1 while floating on the liquid L via the building piston 3.

通常時、すなわち上下方向に振動する外力が建屋Bに加えられていないときには、建屋用ピストン部3から液体Lに加えられる圧力と免震用ピストン部4から液体Lに加えられる圧力とが互いに釣り合った状態となるので、建屋Bは、静止状態を保つ。弾性変形部6および減衰部8は、建屋Bの質量に応じた初期変形を生じる。一方、上下方向に振動する外力、例えば地震の縦揺れが建屋Bに加えられると、上下免震システム1が免震動作を開始する。   During normal times, that is, when an external force that vibrates in the vertical direction is not applied to the building B, the pressure applied to the liquid L from the building piston 3 and the pressure applied to the liquid L from the seismic isolation piston 4 balance each other. As a result, the building B remains stationary. The elastic deformation portion 6 and the attenuation portion 8 cause initial deformation according to the mass of the building B. On the other hand, when an external force that vibrates in the vertical direction, for example, an earthquake pitch, is applied to the building B, the vertical seismic isolation system 1 starts the seismic isolation operation.

図2は、図1に示した上下免震システムの免震動作時の状態を概略的に示す部分断面図である。図2に示す各構成要素については図1を参照して既に説明しているので、ここではその説明を省略する。図2中の参照符号「y」は地震の縦揺れ時における下向きの地動加速度を表し、白抜きの矢印は地動加速度yの向きを示し、参照符号「x」は建屋Bに地動加速度yが加えられたときの建屋Bの下向きの変位量を表し、参照符号「α」は建屋用ピストン部3の断面積に対する免震用ピストン部4の断面積の比を表す。なお、図2には、静止時における建屋Bおよびトップフランジ部42の各々を想像線で描いてある。   FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically showing a state during the base isolation operation of the vertical base isolation system shown in FIG. Since each component shown in FIG. 2 has already been described with reference to FIG. 1, description thereof is omitted here. The reference sign “y” in FIG. 2 represents the downward ground motion acceleration when the earthquake is pitched, the white arrow indicates the direction of the ground motion acceleration y, and the reference sign “x” is the addition of the ground acceleration y to the building B. The downward displacement amount of the building B when it is applied, the reference symbol “α” represents the ratio of the cross-sectional area of the seismic isolation piston part 4 to the cross-sectional area of the building piston part 3. In FIG. 2, each of the building B and the top flange portion 42 at rest is drawn with imaginary lines.

地震の縦揺れ時には、上下免震システム1および建屋Bが減衰振動する。建屋用ピストン部3が上下動し、これに伴って液体Lが液体貯留槽2内を移動して免震用ピストン部4も上下動するが、免震用ピストン部4が上方に変位すると振動吸収部5から下向きの弾性力が免震用ピストン部4に加えられ、免震用ピストン部4が下方に変位すると振動吸収部5から上向きの弾性力が免震用ピストン部4に加えられるので、建屋Bの上下方向の振動が上下免震システム1によって吸収される。すなわち、建屋Bが上下免震される。   When the earthquake is pitched, the vertical seismic isolation system 1 and the building B are damped and oscillated. The building piston 3 moves up and down, and the liquid L moves in the liquid storage tank 2 along with this, and the seismic isolation piston 4 moves up and down, but when the seismic isolation piston 4 is displaced upward, it vibrates. A downward elastic force is applied to the seismic isolation piston portion 4 from the absorption portion 5, and an upward elastic force is applied to the seismic isolation piston portion 4 from the vibration absorption portion 5 when the seismic isolation piston portion 4 is displaced downward. The vertical vibration of the building B is absorbed by the vertical seismic isolation system 1. That is, the building B is subjected to vertical seismic isolation.

このときの減衰振動は、地震の縦揺れ時における下向きの地動加速度をy[m/s2]、建屋Bの質量をM[kg]、液体Lの密度をρ[kg/m3]、建屋用ピストン部3の断面積をA[m2]、弾性変形部6の剛性(ばね定数)をk[kN/m2]、減衰部8の減衰係数をc[kN・s/m]、建屋Bの下向きの変位量x[m]の時間二階微分値(加速度)をa[m/s2]、建屋Bの下向きの変位量xの時間一階微分値(速度)をv[m/s]、重力加速度をg[m/s2]とすれば、下式(1)によって表される。また、建屋Bが式(1)の減衰振動を行っているときの建屋Bの固有上下振動周期Tは、下式(2)によって表される。
Ma+[ρgA{1+(1/α)}+(k/α2)]x+(c/α2)v=−My …(1)
T=2π[M/[ρgA{1+(1/α)}+(k/α2)]]1/2 …(2)
At this time, the damped vibration is the downward ground motion acceleration y [m / s 2 ], the mass of the building B M [kg], the density of the liquid L ρ [kg / m 3 ], and the building The sectional area of the piston part 3 is A [m 2 ], the rigidity (spring constant) of the elastic deformation part 6 is k [kN / m 2 ], the damping coefficient of the damping part 8 is c [kN · s / m], and the building The second-order differential value (acceleration) of the downward displacement x [m] of B is a [m / s 2 ], and the first-order differential value (velocity) of the downward displacement x of the building B is v [m / s. If the gravitational acceleration is g [m / s 2 ], it is expressed by the following equation (1). Further, the natural vertical vibration period T of the building B when the building B is performing the damped vibration of the formula (1) is expressed by the following formula (2).
Ma + [ρgA {1+ (1 / α)} + (k / α 2 )] x + (c / α 2 ) v = −My (1)
T = 2π [M / [ρgA {1+ (1 / α)} + (k / α 2 )]] 1/2 (2)

図2に示したように、建屋Bの下向きの変位量xに対するトップフランジ部42の変位量は「−x/α」となり、このときの弾性変形部6の変位量も「−x/α」となる。したがって、免震用ピストン部4の断面積を建屋用ピストン部3の断面積よりも大きくして比αを1よりも大きくすると、建屋Bの下向きの変位量xに対する弾性変形部6の変位量「−x/α」が小さくなる。このことから、比αを1よりも大きくすれば、弾性変形部の剛性kを大きくすることが可能であることが判る。剛性kが大きな弾性変形部6を用いれば、縦揺れ時の建屋Bに生じる絶対加速度を小さくすることができる。   As shown in FIG. 2, the displacement amount of the top flange portion 42 with respect to the downward displacement amount x of the building B is “−x / α”, and the displacement amount of the elastic deformation portion 6 at this time is also “−x / α”. It becomes. Accordingly, when the cross-sectional area of the seismic isolation piston part 4 is made larger than the cross-sectional area of the building piston part 3 and the ratio α is made larger than 1, the amount of displacement of the elastic deformation part 6 with respect to the downward displacement x of the building B “−x / α” decreases. From this, it can be seen that if the ratio α is larger than 1, the rigidity k of the elastically deformable portion can be increased. If the elastic deformation part 6 with large rigidity k is used, the absolute acceleration which arises in the building B at the time of a pitching can be made small.

また、式(2)より、比αを1よりも大きくすると、弾性変形部6の剛性kが大きくても建屋Bの固有上下振動周期Tが長周期化されることが判る。このことから、比α、および弾性変形部6の剛性kを適宜選択することによって、建屋Bの固有上下振動周期Tを任意に選定であることが判る。固有上下振動周期Tを地震動の上下振動周期よりも長くすることによって、建屋Bの上下免震が実現される。そして、上下免震システム1では、液体貯留槽2の負担加重が液体Lの圧力と等しくなることから、液体貯留槽2の耐圧性を適宜選択することによって許容負担荷重を任意に選定することができる。したがって、たとえ建屋Bの質量が大きくても、液体貯留槽2の耐圧性を高めることで建屋Bを上下免震する上下免震システム1を得ることができる。   Further, it can be seen from the equation (2) that when the ratio α is larger than 1, the natural vertical vibration period T of the building B is lengthened even if the rigidity k of the elastically deforming portion 6 is large. From this, it can be understood that the natural vertical vibration period T of the building B can be arbitrarily selected by appropriately selecting the ratio α and the rigidity k of the elastically deformable portion 6. By making the natural vertical vibration period T longer than the vertical vibration period of the ground motion, the vertical seismic isolation of the building B is realized. In the vertical seismic isolation system 1, since the load weight of the liquid storage tank 2 is equal to the pressure of the liquid L, the allowable burden load can be arbitrarily selected by appropriately selecting the pressure resistance of the liquid storage tank 2. it can. Therefore, even if the mass of the building B is large, it is possible to obtain the vertical seismic isolation system 1 that isolates the building B vertically by increasing the pressure resistance of the liquid storage tank 2.

例えば、上下免震システム1の諸元を表1に示すように選定すれば、許容負担荷重が従来の上下免震装置の許容負担荷重を大きく上回る4053kN/m2となり、質量が1.0×107kgの建屋Bの固有上下振動周期Tを2.0sと長周期化することができる。
表1
液体の密度ρ ;1.0×103kg/m3
建屋用ピストンの断面積A; 24.2m2
液体の圧力 ; 4053kN/m2
弾性変形部の剛性k ;987×106kN/m
比α ; 100
建屋の質量M ;1.0×107kg
建屋の固有上下振動周期T; 2.0s
*:変形弾性部は、直径32mm、長さ4.7mのPC鋼棒(SBPR1080/1230)
を28226本集めて作製されたばねを想定。
For example, if the specifications of the vertical seismic isolation system 1 are selected as shown in Table 1, the allowable load is 4053 kN / m 2 that greatly exceeds the allowable load of the conventional vertical isolator, and the mass is 1.0 ×. The natural vertical vibration period T of the 10 7 kg building B can be increased to 2.0 s.
Table 1
Liquid density ρ: 1.0 × 10 3 kg / m 3
Cross section A of building piston; 24.2m 2
Liquid pressure; 4053 kN / m 2
Stiffness k of elastic deformation part: 987 × 10 6 kN / m
Ratio α; 100
Mass of building M: 1.0 × 10 7 kg
Building natural vertical vibration period T; 2.0 s
*: The deformed elastic part is a PC steel bar with a diameter of 32mm and a length of 4.7m (SBPR1080 / 1230)
Assume a spring made by collecting 28226.

建屋Bの固有上下振動周期Tが2.0[s]と長周期化されれば、図3に示すように、地動周期Tyが1.0[s]の調和地動によって建屋Bが上下方向に振動したときの絶対加速度応答倍率が約0.33となるので、上下免震システム1によって応答加速度を1/3程度にまで低減させることができ、大きな上下免震効果が得られる。なお、図3では、減衰部8の減衰計数cを0.02として絶対加速度応答倍率を求めている。   If the natural vertical vibration period T of the building B is lengthened to 2.0 [s], as shown in FIG. 3, the building B is moved in the vertical direction by the harmonic ground motion with the ground motion period Ty of 1.0 [s]. Since the absolute acceleration response magnification when vibrating is about 0.33, the vertical acceleration isolation system 1 can reduce the response acceleration to about 1/3, and a large vertical isolation effect can be obtained. In FIG. 3, the absolute acceleration response magnification is obtained by setting the attenuation coefficient c of the attenuation unit 8 to 0.02.

(実施の形態2)
実施の形態1の上下免震システム1では、建屋用ピストン部3の断面積を免震用ピストン部4の断面積よりも小さくして比αを1よりも大きな値に選定しているが、比αを1よりも小さな値に選定しても、建屋Bを上下免震することができる上下免震システムを得ることが可能である。
(Embodiment 2)
In the vertical seismic isolation system 1 of the first embodiment, the cross-sectional area of the building piston 3 is made smaller than the cross-sectional area of the seismic isolation piston 4 and the ratio α is selected to be larger than 1. Even if the ratio α is selected to be a value smaller than 1, it is possible to obtain a vertical seismic isolation system capable of performing vertical isolation of the building B.

図4は、建屋用ピストン部の断面積を免震用ピストン部の断面積よりも大きくした上下免震システムの一例を概略的に示す部分断面図である。同図に示す上下免震システム1Aは、建屋用ピストン部3の断面積を免震用ピストン部4の断面積よりも大きくして、建屋用ピストン部3の断面積に対する免震用ピストン部4の断面積の比αを1よりも小さな値に選定している点、および単振動時の周期が非常に長いばねを用いて弾性変形部6を構成している点をそれぞれ除き、図1に示した上下免震システム1と同様の構成を有している。図4においては、図1に示した構成要素と機能が共通する構成要素に、図1で用いた参照符号と同じ参照符号を付してある。   FIG. 4 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of a vertical seismic isolation system in which the cross-sectional area of the building piston portion is larger than the cross-sectional area of the seismic isolation piston portion. In the vertical seismic isolation system 1A shown in the figure, the cross-sectional area of the building piston 3 is made larger than the cross-sectional area of the seismic isolation piston 4, and the seismic isolation piston 4 with respect to the cross-sectional area of the building piston 3 is shown. 1 except that the cross-sectional area ratio α is selected to be a value smaller than 1 and the elastically deforming portion 6 is configured using a spring having a very long period during simple vibration. It has the same configuration as the vertical seismic isolation system 1 shown. In FIG. 4, the same reference numerals as those used in FIG. 1 are attached to the constituent elements having the same functions as the constituent elements shown in FIG.

この上下免震システム1Aでは、建屋用ピストン部3の断面積が免震用ピストン部4の断面積よりも大きいので、弾性変形部6に用いるばねの許容負担荷重よりも質量の大きい建屋Bを支持可能である。例えば単振動時の周期が20[s]のばねを用いて弾性変形部6を構成する場合、このばねの剛性kは非常に小さな値であるが、建屋用ピストン部3の断面積に対する免震用ピストン部4の断面積の比αを0.01とすることで建屋Bの固有上下振動周期Tを2.0[s]程度とすることがでる。すなわち、ばねの許容負担荷重の100倍の質量の建屋Bを上下免震することが可能になる。   In this vertical seismic isolation system 1A, since the cross-sectional area of the building piston 3 is larger than the cross-sectional area of the seismic isolation piston 4, the building B having a mass larger than the allowable load of the spring used for the elastic deformation portion 6 is used. It can be supported. For example, when the elastically deforming portion 6 is configured by using a spring having a period of 20 [s] at the time of simple vibration, the stiffness k of this spring is a very small value, but the seismic isolation with respect to the cross-sectional area of the building piston portion 3 is performed. By setting the ratio α of the cross-sectional area of the piston part 4 to 0.01, the natural vertical vibration period T of the building B can be set to about 2.0 [s]. That is, it is possible to perform the vertical seismic isolation of the building B having a mass 100 times the allowable load of the spring.

なお、上下免震システム1Aでは、建屋Bの上下免震に要するばねの数を図1の上下免震システム1に比べて低減することが可能になるので、その作製コストを上下免震システム1に比べて低減することも可能になる。すなわち、経済的な免震システムの構築が可能になる。   In the vertical seismic isolation system 1A, the number of springs required for the vertical seismic isolation of the building B can be reduced compared to the vertical seismic isolation system 1 in FIG. It is also possible to reduce compared to the above. That is, an economical seismic isolation system can be constructed.

以上、本発明の上下免震システムについて実施の形態を挙げて説明したが、前述のように、本発明の上下免震システムは上記の形態のシステムに限定されるものではない。例えば、本発明の上下免震システムにおける建屋用ピストン部および免震用ピストン部それぞれの断面形状は、円形、四角形等、適宜選定可能であり、建屋用ピストン部の断面形状と免震用ピストン部の断面形状とは互いに同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、建屋用ピストン部および免震用ピストン部それぞれの数は、それぞれ一つとすることもできるし二以上の複数とすることもでき、上下免震の対象となる建屋の規模に応じて適宜選定可能である。液体貯留槽に建屋用シリンダ部と免震用シリンダ部とを設け、少なくとも一方のシリンダ部の数を複数とする場合、液体貯留槽は、これらのシリンダ部が1つの連結流路部から分岐した構造となる。   The vertical seismic isolation system of the present invention has been described with reference to the embodiment. However, as described above, the vertical seismic isolation system of the present invention is not limited to the above-described system. For example, the cross-sectional shape of each of the building piston portion and the seismic isolation piston portion in the vertical seismic isolation system of the present invention can be appropriately selected from a circular shape, a square shape, and the like. The cross-sectional shape of the building piston portion and the seismic isolation piston portion These cross-sectional shapes may be the same as or different from each other. In addition, the number of piston parts for building and the number of piston parts for seismic isolation can each be one or more than two, and can be selected as appropriate according to the scale of the building subject to vertical seismic isolation. Is possible. When the liquid storage tank is provided with a building cylinder part and a seismic isolation cylinder part and the number of at least one cylinder part is plural, the liquid storage tank has these cylinder parts branched from one connecting flow path part. It becomes a structure.

また、免震用ピストン部の数は、建屋用ピストン部の数と同数であってもよいし、建屋用ピストン部の数とは異なる数であってもよい。液体貯留槽に設ける開口部のうち、建屋用ピストン部が挿入される開口部の数は建屋用ピストン部の数に応じた数とし、免震用ピストン部が挿入される開口部の数は免震用ピストン部の数に応じた数とする。   Further, the number of seismic isolation piston parts may be the same as the number of building piston parts, or may be different from the number of building piston parts. Of the openings provided in the liquid storage tank, the number of openings into which the building pistons are inserted corresponds to the number of building pistons, and the number of openings into which the seismic isolation pistons are inserted is exempted. The number depends on the number of seismic piston parts.

液体貯留槽に複数の建屋用シリンダ部と複数の免震用シリンダ部とを設ける場合、これら複数の建屋用シリンダ部および免震用シリンダ部それぞれの平面配置は、建屋の平面形状や建屋の敷地の平面形状等に応じて適宜選定可能である。また、液体貯留槽に複数の免震用シリンダ部を設ける場合には、一つの振動吸収部を一つの免震用シリンダ部に連結させることもできるし、一つの振動吸収部を複数の免震用シリンダ部に連結させることもできるし、複数の振動吸収部を一つの免震用シリンダ部に連結させることもできる。地震の縦揺れが収まった後、できるだけ速やかに建屋を静止状態にするという観点からは、一つの弾性変形部に少なくとも一つの減衰部を並設することが好ましい。   When a liquid storage tank is provided with a plurality of building cylinder parts and a plurality of seismic isolation cylinder parts, the planar arrangement of each of the plurality of building cylinder parts and the seismic isolation cylinder parts depends on the planar shape of the building and the site of the building. It is possible to select appropriately according to the planar shape and the like. When a plurality of seismic isolation cylinders are provided in the liquid storage tank, one vibration absorbing part can be connected to one seismic isolation cylinder, or one vibration absorbing part can be connected to a plurality of seismic isolation parts. It can also be connected to the cylinder part for a work, and can also connect a some vibration absorption part to one cylinder part for seismic isolation. From the standpoint of bringing the building to a stationary state as soon as possible after the earthquake's pitching has subsided, it is preferable to arrange at least one attenuation portion in parallel with one elastic deformation portion.

必要に応じて、建屋用ピストン部にはトップフランジ部を設けることができる。図5は、建屋用ピストン部にトップフランジ部が設けられた上下免震システムの一例を概略的に示す部分断面図である。同図に示す上下免震システム1Bは、建屋用ピストン部3がピストン本体31とトップフランジ部32とを備えているという点を除き、図1に示した上下免震システム1と同様の構成を有している。図5に示す構成要素のうちで図1に示した構成要素と共通するものについては、図1で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。建屋用ピストン部3にトップフランジ部32を設けることによって、建屋Bを安定に支持し易くなる。   If necessary, a top flange portion can be provided in the building piston portion. FIG. 5 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of a vertical seismic isolation system in which a top flange portion is provided in a building piston portion. The vertical seismic isolation system 1B shown in the figure has the same configuration as that of the vertical seismic isolation system 1 shown in FIG. 1 except that the building piston 3 includes a piston body 31 and a top flange 32. Have. Among the constituent elements shown in FIG. 5, those common to the constituent elements shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 1 and description thereof is omitted. By providing the top flange portion 32 in the building piston 3, it becomes easy to stably support the building B.

建屋用ピストン部が挿入される開口部をこの開口部が下方向を向くようにして液体貯留槽に配置し、建屋用ピストン部が建屋および液体貯留槽の各々を下方から支持するように上下免震システムを構成することも可能である。ただし、建屋用ピストン部に掛かる負荷をできるだけ少なくするという観点からは、建屋用ピストン部が挿入される開口部をこの開口部が上方向を向くようにして液体貯留槽に配置することが好ましい。また、液体貯留槽に建屋用シリンダ部を設ける場合には、建屋用シリンダ部に掛かる負荷をできるだけ少なくするという観点から、建屋用シリンダ部をその中心軸が鉛直となるように設けることが好ましい。免震用シリンダ部については、その中心軸を水平や斜めにして液体貯留槽に設けることもできる。   An opening into which the building piston is inserted is arranged in the liquid storage tank so that the opening faces downward, and the building piston is supported vertically so that each of the building and the liquid storage tank is supported from below. It is also possible to configure a seismic system. However, from the viewpoint of minimizing the load applied to the building piston, it is preferable to arrange the opening into which the building piston is inserted in the liquid storage tank so that the opening faces upward. Further, when the building cylinder portion is provided in the liquid storage tank, it is preferable to provide the building cylinder portion so that the central axis thereof is vertical from the viewpoint of reducing the load applied to the building cylinder portion as much as possible. The seismic isolation cylinder can be provided in the liquid storage tank with its central axis horizontal or oblique.

図6は、免震用シリンダ部がその中心軸を水平にして液体貯留槽に設けられた上下免震システムの一例を概略的に示す部分断面図である。同図に示す上下免震システム1Cは、免震用シリンダ部22がその中心軸C2を水平にして液体貯留槽2に配置されている点、免震用ピストン部4にトップフランジ部42(図1参照)が設けられていない点、および弾性変形部6および減衰部8の各々が水平配置されて減衰振動時に水平方向に振動するという点をそれぞれ除き、図1に示した上下免震システム1と同様の構成を有している。図6においては、図1に示した構成要素と同一の構成要素、および機能が共通する構成要素の各々に、図1で用いた参照符号と同じ参照符号を付してある。   FIG. 6 is a partial cross-sectional view schematically showing an example of a vertical seismic isolation system in which a seismic isolation cylinder portion is provided in a liquid storage tank with its central axis horizontal. The vertical seismic isolation system 1C shown in the figure has a seismic isolation cylinder portion 22 disposed in the liquid storage tank 2 with its central axis C2 horizontal, and a top flange portion 42 (see FIG. 1), and the upper and lower seismic isolation system 1 shown in FIG. 1 except that the elastically deforming portion 6 and the damping portion 8 are horizontally arranged and vibrate in the horizontal direction during damping vibration. It has the same composition as. In FIG. 6, the same constituent elements as those shown in FIG. 1 and the constituent elements having the same functions are denoted by the same reference numerals as those used in FIG.

上下免震システム1Cでは、免震用ピストン部4の径を垂直方向に拡大することでその断面積を大きくすることができるので、図1に示した上下免震システム1におけるように免震用ピストン部4の径を水平方向に拡大することでその断面積を大きくするシステムに比べて、建屋Bの敷地が狭くても免震用ピストン部4の断面積が大きいシステムを構築し易い。   In the vertical seismic isolation system 1C, since the cross-sectional area can be increased by expanding the diameter of the seismic isolation piston portion 4 in the vertical direction, the vertical isolation system 1C shown in FIG. Compared to a system in which the diameter of the piston portion 4 is expanded in the horizontal direction to increase the cross-sectional area, it is easy to construct a system in which the seismic isolation piston portion 4 has a large cross-sectional area even if the site of the building B is small.

本発明の上下免震システムは、積層ゴムやすべり支承等を利用して水平方向の振動を低減させる水平免震装置と併設することができる。水平免震装置と併設する場合には、例えば液体貯留槽の下方に水平面新装置が連結される。本発明の上下免震システムを水平免震装置と併設することによって、全方向の地震動を吸収する三次元免震システムを構築することができ、直下型地震が起きても倒壊しない安全性の高い建屋を建築することが可能になる。本発明の上下免震システムについては、上述した以外にも種々の変形、修飾、組み合わせ等が可能である。   The vertical seismic isolation system of the present invention can be provided side by side with a horizontal seismic isolation device that reduces horizontal vibration using laminated rubber, a sliding bearing, or the like. In the case where the horizontal seismic isolation device is provided, for example, a new horizontal surface device is connected below the liquid storage tank. By installing the vertical seismic isolation system of the present invention together with the horizontal seismic isolation device, it is possible to construct a three-dimensional seismic isolation system that absorbs seismic motion in all directions, and it is highly safe not to collapse even if a direct earthquake occurs. It becomes possible to build a building. The vertical seismic isolation system of the present invention can be variously modified, modified and combined in addition to the above.

1,1A,1B,1C 上下免震システム
2 液体貯留槽
21 建屋用シリンダ部
21a ピストン挿入口
22 免震用シリンダ部
22a ピストン挿入口
23 連結流路部
3 建屋用ピストン部
31 ピストン本体
32 トップフランジ部
4 免震用ピストン部
41 ピストン本体
42 トップフランジ部
5 振動吸収部
6 弾性変形部
8 減衰部
B 建屋
C1 建屋用シリンダ部の中心軸
C2 免震用シリンダ部の中心軸
1, 1A, 1B, 1C Vertical seismic isolation system 2 Liquid storage tank 21 Cylinder part for building 21a Piston insertion port 22 Seismic isolation cylinder part 22a Piston insertion port 23 Connection flow path part 3 Piston part for building 31 Piston body 32 Top flange Part 4 Seismic isolation piston part 41 Piston body 42 Top flange part 5 Vibration absorbing part 6 Elastic deformation part 8 Damping part B Building C1 Center axis of building cylinder part C2 Center axis of seismic isolation cylinder part

Claims (4)

断面積が互いに異なる少なくとも2つの開口部を有し、内部に液体を貯留する液体貯留槽と、
前記2つの開口部の一方から滑動自在に前記液体貯留槽に挿入されて建屋の下方に配置される建屋用ピストン部と、
前記2つの開口部の他方から滑動自在に前記液体貯留槽に挿入される免震用ピストン部と、
前記液体貯留槽の外部に配置されて前記免震用ピストン部に連結され、前記免震用ピストン部が振動したときに該振動を減衰させる振動吸収部と、
を備え、
前記液体貯留槽は、前記建屋用ピストン部および前記免震用ピストン部の各々が挿入されることによって密閉容器となり、前記建屋用ピストン部の断面積と前記免震用ピストン部の断面積とは互いに異なる値であることを特徴とする上下免震システム。
A liquid storage tank having at least two openings having different cross-sectional areas, and storing liquid therein;
A piston for a building, which is slidably inserted into the liquid storage tank from one of the two openings and disposed below the building;
A seismic isolation piston portion slidably inserted into the liquid storage tank from the other of the two openings;
A vibration absorbing portion disposed outside the liquid storage tank and connected to the seismic isolation piston portion to attenuate the vibration when the seismic isolation piston portion vibrates;
With
The liquid storage tank becomes a sealed container by inserting each of the building piston part and the seismic isolation piston part, and the cross sectional area of the building piston part and the cross sectional area of the seismic isolation piston part are Vertical seismic isolation system characterized by different values.
前記建屋用ピストン部の断面積は前記免震用ピストン部の断面積よりも小さいことを特徴とする請求項1に記載の上下免震システム。   The vertical seismic isolation system according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the building piston portion is smaller than a cross-sectional area of the seismic isolation piston portion. 前記建屋用ピストン部の断面積は前記免震用ピストン部の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の上下免震システム。   2. The vertical seismic isolation system according to claim 1, wherein a cross-sectional area of the building piston portion is larger than a cross-sectional area of the seismic isolation piston portion. 前記振動吸収部は、
前記免震用ピストン部が振動したときに該振動を打ち消す向きの弾性力を前記免震用ピストン部に加える弾性変形部と、
前記弾性変形部に並設され、該弾性変形部が単振動したときに該単振動を減衰させる減衰部と、
を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の上下免震システム。
The vibration absorber is
An elastic deformation portion that applies an elastic force to the seismic isolation piston portion in a direction to cancel the vibration when the seismic isolation piston portion vibrates;
An attenuating part that is arranged in parallel with the elastically deforming part and attenuates the single vibration when the elastically deforming part undergoes a simple vibration;
The vertical seismic isolation system according to any one of claims 1 to 3, characterized by comprising:
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