JP2005207075A - 建物減震用基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 戸建住宅のような建物に適した建物減震用基礎構造であって、安価でしかも摩擦係数を様々な値に設定できるような建物減震用基礎構造を提供する。
【解決手段】 本建物減震用基礎構造は、地盤側コンクリート基礎３０と住宅側コンクリート基礎４０との間に設けられた２種類の動摩擦軽減機構５０、６０及びストッパ機構７０とを含む。動摩擦軽減機構５０は、地盤側コンクリート基礎に設けられた所定の面積を持つ第１の板材５１と、該第１の板材に対応する住宅側コンクリート基礎に設けられて第１の板材に沿って住宅側コンクリート基礎とともに移動可能な滑動機構５２とから成る。動摩擦軽減機構６０は、地盤側コンクリート基礎に設けられた所定の面積を持つ第２の板材６１と、該第２の板材に対応する住宅側コンクリート基礎に設けられて第２の板材に沿って住宅側コンクリート基礎とともに移動可能な転動機構６２とから成る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地震発生時に水平振動を軽減して建物の破壊を防止するための建物減震用基礎構造に関し、特に戸建住宅に適した安価な建物減震用基礎構造に関する。

これまで、地震による建築物の破壊を防止するための手段としては、免震装置が知られている。例えば、ビルのような大型の建築物における免震装置としては、円盤状の鉄板とゴムとを重ね合わせて構成した積層ゴムが知られている。しかし、このような積層ゴムは、重量の大きな建築物には適用されているが、戸建住宅のような、ビルに比べて軽量の建築物には普及していない。

そこで、戸建住宅用の免震装置として、例えばボールベアリング支承によるものが提供されている。これは、住宅と地盤側基礎部との間に、ボールベアリングによる支承部を設けて構成される。ボールベアリングによる支承部は複数箇所に設けられる。基礎部にはボールベアリングにおける剛性の球体を受けるための受皿が設けられ、受皿の上面は通常、凹面状に形成されている。

しかしながら、球体は剛性を持つとは言え、一点支持であるため、欠けのような損傷を生じ易い。これを防ぐためには、ボールベアリングによる支承部１箇所当たりの荷重を減らす必要がある。これは、ボールベアリングによる支承部の数が増加することを意味する。

一方、本願出願人により、以下のような住宅減震用基礎構造が提案されている。この住宅減震用基礎構造は、住宅が構築される地盤に形成された地盤側基礎と、住宅の下部に構成され、地盤側基礎の上に置かれる住宅側基礎と、地盤側基礎と住宅側基礎との間に設けられた少なくとも１つの摩擦軽減機構とを含む。そして、摩擦軽減機構は、地盤側基礎の上面に設けられた所定の面積を持つ板材と、住宅側基礎の下面における板材に対応する箇所に設けられて板材の上を住宅側基礎と共にスライド可能な滑動部材とを含む。

滑動部材としては、鋼材等の金属、セラミック、樹脂体のいずれか、あるいはそれらの下面の少なくとも一部に摩擦軽減用の樹脂材を固着または塗料を塗布したものが使用され、板材としては鋼板等の金属板、セラミック板、樹脂板、石板、コンクリート板のいずれか、あるいはそれらの上面の少なくとも一部に摩擦軽減用の樹脂材を固着または塗料を塗布したものが使用される（特許文献１参照）。

しかしながら、上記の住宅減震用基礎構造は、滑動部材及び板材に上記各種の材料を組み合わせても、摩擦係数を様々な値に設定することが難しいという問題点を有している。

特開２００２−３７１５６９号公報

そこで、本発明の課題は、戸建住宅のような建物に適した建物減震用基礎構造であって、安価でしかも摩擦係数を様々な値に設定できるような建物減震用基礎構造を提供することにある。

本発明による建物減震用基礎構造は、建物が構築される地盤に形成された地盤側基礎と、建物の下部に構成され、前記地盤側基礎の上に置かれる建物側基礎と、前記地盤側基礎と前記建物側基礎との間に設けられた少なくとも２種類の動摩擦軽減機構及び少なくとも１つのストッパ機構とを含み、前記少なくとも２種類の動摩擦軽減機構のうちの１種類は、前記地盤側基礎、前記建物側基礎の一方の側に設けられた所定の面積を持つ第１の板材と、該第１の板材に対応する前記地盤側基礎、前記建物側基礎の他方の側に設けられて前記第１の板材に沿って該地盤側基礎、建物側基礎の他方の側とともに移動可能な滑動機構とから成り、前記少なくとも２種類の動摩擦軽減機構のうちの他の１種類は、前記地盤側基礎、前記建物側基礎の一方の側に設けられた所定の面積を持つ第２の板材と、該第２の板材に対応する前記地盤側基礎、前記建物側基礎の他方の側に設けられて前記第２の板材に沿って該地盤側基礎、建物側基礎の他方の側とともに移動可能な転動機構とから成ることを特徴とする。

なお、前記第１の板材を前記地盤側基礎に設け、前記滑動機構は、上面が曲面状にされるとともに下面に滑動面を有して前記第１の板材上を滑動可能な滑動体と、前記建物側基礎に取り付けられて下面側に前記滑動体の曲面状の部分を保持するための曲面による受け部を有する保持体とから成るようにすることが好ましい。

また、前記第２の板材を前記地盤側基礎に設け、前記転動機構は、上面が曲面状にされるとともに下面に少なくとも１つの球体を保持して前記第２の板材上を転動可能な転動体と、前記建物側基礎に取り付けられて下面側に前記転動体の曲面状の部分を保持するための曲面による受け部を有する保持体とから成るようにすることが好ましい。

前記ストッパ機構は同心状に組み合わされた複数のコイルばねを含み、これら複数のコイルばねの一端側は前記地盤側基礎に固定された第１の取付け板に、他端側は前記建物側基礎に固定された第２の取付け板にそれぞれ固定位置を周方向にずらして固定されている。

前記地盤側基礎と前記建物側基礎との間には更に、建物への風圧による前記建物側基礎のずれを防ぐために、風圧によるあらかじめ決められた値未満の横ずれ力では前記建物側基礎のずれを阻止し、あらかじめ定められた値以上の地震加速度が作用した時に前記阻止が解除されるメカニカルヒューズを少なくとも１つ設けることが好ましい。

前記メカニカルヒューズは前記あらかじめ定められた値以上の地震加速度による前記あらかじめ決められた値以上の横ずれ力で前記阻止が解除されるものであって、前記地盤側基礎、前記建物側基礎のそれぞれに設けられるホルダと、これら２つのホルダの間に架け渡されるように２つのホルダに固定され、前記あらかじめ決められた値以上の横ずれ力でせん断される棒状体とから成るもので良い。

前記メカニカルヒューズはまた、前記あらかじめ定められた値以上の地震加速度で前記阻止が解除されるものであって、前記地盤側基礎、前記建物側基礎のそれぞれに設けられた地盤側受部、建物側受部と、これら地盤側受部と建物側受部とに掛合して前記建物側基礎のずれを阻止しているピンと、前記地震加速度を検出するセンサを含んで検出された地震加速度が前記あらかじめ定められた値以上になると前記ピンを駆動して前記掛合を解除する駆動回路とを含むものでも良い。

前記滑動体は、鋼材等の金属、セラミック、樹脂体のいずれか、あるいはそれらの下面の少なくとも一部に摩擦軽減用の樹脂材を固着または塗料を塗布したもので実現することができ、前記第１の板材は鋼板等の金属板、セラミック板、樹脂板、石板、コンクリート板のいずれか、あるいはそれらの上面の少なくとも一部に摩擦軽減用の樹脂材を固着または塗料を塗布したもので実現することができる。

本発明によれば、動摩擦軽減機構として静摩擦係数を設定可能な滑動体による滑動機構によるものに加えて、転動体による転動機構によるものを組み合わせて用いることにより、静摩擦係数を様々な値に設定することができる。

また、本発明による建物減震用基礎構造によれば、地震発生時の加速度があらかじめ定められた値を越えた時に、建物部分が減震されたうえで水平振動するようにすることができる。

本発明による建物減震用基礎構造は、これまでのような免震装置や制震装置の考え方とは異なる形態で、地震発生時に想定される水平振動を減らすようにした点に特徴がある。

以下に、本発明を戸建住宅に適用した場合の実施の形態について説明する。図１を参照して、本実施の形態による建物減震用基礎構造は、住宅１０が構築される地盤２０に形成された地盤側コンクリート基礎３０と、住宅１０の下部に一体的に構成されて地盤側コンクリート基礎３０の上に置かれる住宅側コンクリート基礎４０と、地盤側コンクリート基礎３０と住宅側コンクリート基礎４０との間に設けられた２種類の１つ以上の動摩擦軽減機構（減震ユニット）５０、６０及び少なくとも１つのストッパ機構７０とを含む。

後で詳しく説明されるように、２種類の動摩擦軽減機構のうちの一方は、地盤側コンクリート基礎３０に設けられた所定の面積を持つ第１の板材５１と、第１の板材５１に対応する建物側コンクリート基礎４０に設けられて第１の板材５１に沿って建物側コンクリート基礎４０とともに移動可能な滑動機構５２とから成る。２種類の動摩擦軽減機構のうちの他方は、地盤側コンクリート基礎３０に設けられた所定の面積を持つ第２の板材６１と、第２の板材６１に対応する建物側コンクリート基礎４０に設けられて第２の板材６１に沿って建物側コンクリート基礎４０とともに移動可能な転動機構６２とから成る。

本建物減震用基礎構造は、地震に起因して地盤側コンクリート基礎３０が水平振動した時、この水平振動を住宅側コンクリート基礎４０に軽減して伝達し、しかもあらかじめ定められた最大片振幅（例えば３５ｃｍ）以内で振動するように構成したことを特徴とする。

建物減震用基礎構造について詳しく説明する前に、基礎について説明する。地盤側コンクリート基礎３０について言えば、図１に示すようなベタ基礎の他、図２（ａ）に示すように、所定厚（例えば２０ｃｍ）のコンクリートによるベタ基礎の下側に、軟弱地盤の場合又は砂地盤で液状化を防止するための補強として複数の地中梁３０−１を設けたものや、図２（ｂ）に示すように、所定厚（例えば２０ｃｍ）のコンクリートによるベタ基礎の下側に、井桁状に地中梁３０−２を設けたものがある。しかし、上面の一部に平坦面があり、地盤側の基礎として要求される強度を満足するものであればその構造は問わない。例えば、布基礎とベタ基礎との組合わせでも良い。ベタ基礎部分には鉄筋が組み込まれ、特に地中梁にはダブル配筋の鉄筋が組み込まれるのが好ましい。

住宅側コンクリート基礎４０について言えば、図３（ａ）に示すように、所定厚（例えば２０ｃｍ）のコンクリートによるベタ基礎の上面側の周囲の部分に布基礎４０−１を設け、この布基礎４０−１内に更に補強部として井桁状の地上梁４０−２を設けたものがある。勿論、強度を保持できれば布基礎４０−１だけでも良い。但し、この場合、下面側は平坦部があって滑動体を挿入できるスペースを用意する。また、図３（ｂ）に示すように、ベタ基礎の部分に穴４０−３を設けたものでも良い。つまり、この住宅側コンクリート基礎４０についても、下面の一部に平坦面を持ち、住宅側の基礎として要求される強度を満足するものあればその構造は問わない。但し、住宅側コンクリート基礎４０の下面側平坦面は、その少なくとも一部が、地盤側コンクリート基礎３０の上面側平坦面と対向するようにする必要がある。これは、地盤側コンクリート基礎３０の上面側平坦面部と住宅側コンクリート基礎４０の下面側平坦面部との間に、動摩擦軽減機構５０、６０及びストッパ機構７０を設ける必要があるからである。住宅側コンクリート基礎４０においても、ベタ基礎部分は勿論のこと、布基礎４０−１及び補強部４０−２にはダブル配筋の鉄筋が組み込まれるのが好ましい。

住宅側コンクリート基礎４０は、住宅１０の下部に一体化されるが、これは、住宅側コンクリート基礎４０を形成した後に、この上に住宅１０が作られるという順序を経る。

なお、地盤側コンクリート基礎３０と住宅側コンクリート基礎４０とについていくつかの例をあげたが、これらはかならずしもコンクリート製である必要は無い。例えば、図３（ｂ）に示されるような基礎の場合、鋼材、特にＨ形鋼のような材料でも良い。例えば、Ｈ形鋼を使用する場合、互いに平行な２枚の板部分の一方が下側、他方が上側になるように配置される。このような材料の使用は、後述される実施の形態でも同様に適用可能である。また、地盤側コンクリート基礎３０、住宅側コンクリート基礎４０はいずれも、図２、図３に示すような長方形の平面形状に限られるものではなく、住宅の平面形状に合わせて作られる。通常、地盤側コンクリート基礎４０は、面積において住宅側コンクリート基礎４０と同等以上の大きさにされる。

図４を参照して、動摩擦軽減機構５０について説明する。地盤側コンクリート基礎３０の上面に第１の板材５１が設けられる。第１の板材５１は、ステンレス板、チタン板、鋼板、特に鋳物による板等による金属板、セラミック板、機械的強度の大きな、例えばガラスエポキシ樹脂のような樹脂板、石板、コンクリート板のように機械的強度の優れたものであれば良く、これらの上面は所望の摩擦係数が得られるように研磨される。鋳物が好ましいのは、錆が発生したとしても内部まで浸透しにくいからである。また場合によっては、上記の材料の上面の少なくとも一部に、所望の摩擦係数を得るために、合成樹脂（例えば四フッ化エチレン、ナイロン）や熱硬化性樹脂を塗布固着または塗料として塗布したものでも良い。なお、ここでいう塗布固着というのは、熱硬化性樹脂のように塗布した後固化させる場合や、樹脂膜あるいは樹脂板を接着剤により接着することや板材に窪みをつけてはめ込むことを含むものとする。そして、合成樹脂や熱硬化性樹脂には、補強材、潤滑剤のようなものが混合されても良い。また第１の板材５１の大きさは、前に述べた最大片振幅を考慮して、例えば一辺が５０ｃｍ程度の四角形又は円形状にされる。

第１の板材５１に対応した住宅側コンクリート基礎４０の下面には滑動機構５２が取付けられる。滑動機構５２は、上面が曲面状にされるとともに下面に滑動面５３−１を有して第１の板材５１上を滑動可能な滑動体５３と、住宅側コンクリート基礎４０の下面にゴム板５４等を介して取付けられて下面側に滑動体５３の曲面状の部分を保持するための曲面による受け部５５−１を有する保持体５５とから成る。滑動体５３の上面には、保持体５５の受け部５５−１による受けを滑らかにするために複数の溝５３−２が形成され、グリース等の潤滑剤が入れられる。滑動体５３はその滑動面５３−１が第１の板材５１の上に置かれるように構成される。

滑動体５３の材料は、機械的強度の大きなものであれば金属、セラミック等何でも良い。一方、滑動面５３−１の材料は、例えば金属、特に鋼材、セラミック、強化プラスチックのような樹脂体等が好ましい。滑動面５３−１は平坦になるように加工される。これは、第１の板材５１との間の静摩擦係数を所望の値にするためである。したがって、滑動面５３−１についてもその少なくとも一部に、所望の静摩擦係数を得るために、合成樹脂（例えば四フッ化エチレン、ナイロン）や熱硬化性樹脂を塗布固着または塗料を塗布したものでも良い。前に述べたように、この場合の合成樹脂や熱硬化性樹脂にも補強材、潤滑剤のようなものが混合されても良い。滑動面５３−１の大きさは、前に述べた最大片振幅を考慮して、例えば直径５ｃｍ程度の円形状で厚さが数ｍｍ程度である。

図５を参照して、動摩擦軽減機構６０について説明する。地盤側コンクリート基礎３０の上面に第２の板材６１が設けられる。第２の板材６１は、材料、大きさともに前述した第１の板材５１とまったく同じで良い。

第２の板材６１に対応した住宅側コンクリート基礎４０の下面には転動機構６２が取付けられる。転動機構６２は、上面が曲面状にされるとともに下面には複数（ここでは、３個）の球体６３−１を保持して第２の板材６１上を転動可能な転動体６３と、住宅側コンクリート基礎４０の下面にゴム板６４等を介して取付けられて下面側に転動体６３の曲面状の部分を保持するための曲面による受け部６５−１を有する保持体６５とから成る。転動体６３の上面にも、保持体６５の受け部６５−１による受けを滑らかにするために複数の溝６３−２が形成され、グリース等の潤滑剤が入れられる。転動体６３は、その下面に形成した半球状の凹部により剛性を持つ球体６３−１を保持するようにしており、球体６３−１が第２の板材６１の上に置かれるように構成される。球体６３−１の数は、安定性の観点から３個が好ましいが、場合によっては１個あるいは４個以上でも良い。

転動体６３の材料も、機械的強度の大きなものであれば金属、セラミック等何でも良い。一方、球体６３−１の材料は、例えば金属、特に鋼材が好ましいが、セラミック、強化プラスチックのような樹脂体等でも良い。

いずれにしても、上記の各部材は、所望の機械的強度を得られる材料であれば良く、またセラミックは特に、金属セラミックが好ましい。これは以降の他の実施の形態にも当てはまる。

また、場合によっては、第１、第２の板材５１、６１を住宅側コンクリート基礎４０側に設け、滑動機構５２、転動機構６２を地盤側コンクリート基礎３０側に設けても良い。

上記のような滑動機構５２による動摩擦軽減機構５０と、転動機構６２による動摩擦軽減機構６０との組み合わせにより、静摩擦係数を様々な値に設定することができる。最も簡単な例をあげれば、滑動機構５２による動摩擦軽減機構５０のみを１０個設置した場合の全体の静摩擦係数が０．１であったとすると、動摩擦軽減機構５０の設置個数を５個とし、残りの５個を転動機構６２による動摩擦軽減機構６０に置き換えた場合には、全体の静摩擦係数は０．０５（＝０．１／２）となる。これは、転動機構６２による動摩擦軽減機構６０の静摩擦係数はほぼ０と考えて良いからである。

ところで、動摩擦軽減機構５０における静摩擦係数を０．０５程度に小さく設定した場合には、小さな地震でも揺れが生じず、大地震の場合の減震作用が向上する反面、滑り易くなる。その結果、ある程度以上の風速による風圧を受けた場合に住宅がずれてしまうようなことが起こり得るのでこの対策が必要となる。また、大地震時には、所定の振動幅を越える前に地震のエネルギーを徐々に吸収してゆくことが要求される。

このような要求を満たすとともに、前述した最大片振幅を設定することのできる振幅制限機構の一例である、ストッパ機構７０について図６を参照して説明する。図６において、ストッパ機構７０は、地盤側コンクリート基礎３０に取付けられる第１の取付け板７１、住宅側コンクリート基礎４０に取付けられる第２の取付け板７２、これら第１、第２の取付け板７１、７２の間に配置固定された複数（ここでは、４個）のコイルばね７３から成る。複数のコイルばね７３は鋼棒等で作られて同心状になるように組み合わされ、第１の取付け板７１側について説明すると、複数のコイルばね７３における端部の取付け部位が周方向に９０度ずつずれるようにされている。第２の取付け板７２側においても同様である。第１、第２の取付け板７１、７２はそれぞれボルトやケミカルアンカー等で固定される。

このようなストッパ機構７０によると、風圧による住宅のずれ防止機能に加えて、コイルばね７３が弾性を呈することから地震発生時の横揺れのエネルギーを吸収する効果がある。

本形態による動摩擦軽減機構５０、６０、ストッパ機構７０は、以下のようにして組み込まれ、地震発生時には以下のように作用する。はじめに、戸建住宅の建設用地に地盤側コンクリート基礎３０が作られる。地盤側コンクリート基礎３０のコンクリートが固まったら、その上にビニールシートのようなものを敷き、住宅側コンクリート基礎４０を作る。これは、周知の方法、例えば地盤側コンクリート基礎３０上に型枠を形成すると共に鉄筋を組み込み、その中にコンクリートを流し込んで形成される。ビニールシートのようなものを敷くのは、地盤側コンクリート基礎３０に住宅側コンクリート基礎４０のコンクリートが固着してしまうのを防ぐためである。住宅側コンクリート基礎４０のコンクリートが固まったら、油圧ジャッキ、クレーン等で住宅側コンクリート基礎４０全体を持ち上げ、その下面に滑動機構５２、転動機構６２を取付け、地盤側コンクリート基礎３０には第１、第２の板材５１、６１を取付ける。以上の作業が終了したら、ビニールシートを除去して住宅側コンクリート基礎４０全体を地盤側コンクリート基礎３０上に載せ、型枠を除去する。続いて、地盤側コンクリート基礎３０と住宅側コンクリート基礎４０との間にストッパ機構７０を取付ける。なお、後で説明されるように、ストッパ機構７０は、その取付け作業を容易にするために、地盤側コンクリート基礎３０と住宅側コンクリート基礎４０の最も外側か住宅の剛心の対称位置に取り付けられる。ストッパ機構、後述されるメカニカルヒューズとも住宅の剛心位置に関して対称となるように配置されるのが好ましい。

なお、住宅側コンクリート基礎４０を、図３（ｂ）で説明したような、ベタ基礎部分に穴４０−３を有するようなものとした場合には、この穴４０−３を利用して滑動機構５２、転動機構６２、ストッパ機構７０の取付けを行うことができる。この場合、クレーン等ではなく、油圧ジャッキ等を使用して住宅側コンクリート基礎４０全体を数１０ｃｍ程度持ち上げるようにすれば良い。

以上の作業により、住宅側コンクリート基礎４０及びこの上に構築される住宅は、住宅側コンクリート基礎４０の下面が地盤側コンクリート基礎３０の上面からわずかに浮き上がった状態で複数の滑動機構５２、転動機構６２により第１、第２の板材５１、６１上で支持されることになる。

なお、ビニールシートについては、除去し易いように、地盤側コンクリート基礎３０の大きさを持つ１枚のシートではなく、いくつかに分割したものを並べて敷くようにしても良い。一方、住宅側コンクリート基礎４０は別場所、例えば地盤側コンクリート基礎３０に隣接した場所で形成し、クレーン等で地盤側コンクリート基礎３０上に配置する場合もあり得る。この場合はビニールシートは不要となる。

ここで、地盤側コンクリート基礎３０と住宅側コンクリート基礎４０との間に動摩擦軽減機構５０、６０、ストッパ機構７０が介在していると、小さな地震に起因して地盤側コンクリート基礎３０が小さく横揺れ、つまり第１、第２の板材５１、６１がわずかに水平振動した場合、住宅側コンクリート基礎４０、つまり住宅１０も小さく揺れる。これは第１の板材５１と滑動機構５２との間に静摩擦があり、ストッパ機構７０があるからである。

次に、地震により第１の板材５１と滑動機構５２との間の静摩擦による静止保持力を越えるような横揺れが生じた場合には、ストッパ機構７０のコイルばね７３が変形することで住宅１０が横揺れしようとする。しかし、第１、第２の板材５１、６１が水平振動しても滑動体５３、６３が第１、第２の板材５１、６１の上を滑ることで住宅側コンクリート基礎４０、つまり住宅１０側はほとんど揺れない。

しかし、地震の加速度があらかじめ定められた値を越えるような場合には、横揺れの振幅が大きいことで住宅側コンクリート基礎４０は大きく横揺れしようとする。しかし、滑動体５３、６３と第１、第２の板材５１、６１との間には滑りが生じるので、この横揺れは住宅側コンクリート基礎４０に軽減されて伝達され、しかも住宅側コンクリート基礎４０の横揺れはストッパ機構７０で規定される最大片振幅に抑制される。

上記のように、住宅部分の総重量に基づいて動摩擦軽減機構５０における静摩擦係数及びストッパ機構７０におけるコイルばね７３のばね定数を選択することで、住宅側部分が所定の最大片振幅以内で振動するように構成することができる。これを実現するための、動摩擦軽減機構５０における静摩擦係数の好ましい範囲は０．０１〜０．２である。なお、動摩擦係数で言えば、通常、静摩擦係数より小さくなる。

本形態による動摩擦軽減機構５０、６０は、住宅建築後であっても床板を外してジャッキをセットし、ストッパ機構７０を外せば、動摩擦軽減機構５０、６０を持つ住宅側コンクリート基礎４０を住宅部分と共にいつでも持ち上げ可能である。これにより、滑動体５３、６３あるいは第１、第２の板材５１、６１の接触面に損傷が生じたり、第１、第２の板材５１、６１の上面にほこり等が溜まって滑りが悪くなった時に、滑動体５３、６３あるいは第１、第２の板材５１、６１を交換したり、第１、第２の板材５１、６１の上面を清掃できる。

なお、本形態における減震用基礎構造では、地震に起因して水平振動が生じると、住宅側コンクリート基礎４０は住宅部分と共に、地盤側コンクリート基礎３０に対して位置ずれが生じたままとなる場合がある。このような位置ずれは、特別な治具、例えば油圧ジャッキを用いて手動により復旧させることができる。

図７は、住宅側コンクリート基礎４０の布又はベタ基礎部分に本形態による動摩擦軽減機構５０、６０と、ストッパ機構７０とを設置する場合の設置箇所の例を示した平面図である。ここでは、動摩擦軽減機構５０を９箇所、動摩擦軽減機構６０を６箇所、ストッパ機構７０を２箇所に設けるようにしている。具体的には、動摩擦軽減機構５０は、長四角形の住宅側コンクリート基礎４０のベタ基礎の４つのコーナ部分（４箇所）と長四角形の縁部（４箇所）及び布又はベタ基礎の内側領域の１箇所に合わせて９個設置されている。動摩擦軽減機構６０は、長四角形の住宅側コンクリート基礎４０の縁部に４箇所、布又はベタ基礎の内側領域に２箇所の合わせて６個設置されている。なお、長四角形の縁部に設置される動摩擦軽減機構６０は、動摩擦軽減機構５０の間にあるのが好ましい。一方、２個のストッパ機構７０については、前述したように、住宅の剛心位置に関して対称位置に設置し、且つ設置作業を容易にするために、長四角形の住宅側コンクリート基礎４０のベタ基礎における互いに反対側の縁部に近い場所に設置されている。

勿論、各機構の設置個数は、住宅側コンクリート基礎４０の大きさや住宅部分の総重量に応じて異なることは言うまでもない。つまり、動摩擦軽減機構５０、６０の設置個数は、その垂直方向の耐荷重特性により決まり、通常、１個当たり数トン程度の耐荷重性を持つように作ることができる。また、動摩擦軽減機構５０、６０、ストッパ機構７０は、相互の干渉を避け得るように設置されることは言うまでも無い。

動摩擦軽減機構５０、６０における構成要素について更に説明すると、樹脂板の場合、ベークライト材があげられる。金属の場合、鋼材に加えて、オイルレスメタルがあげられる。セラミックの場合、ガラスやレンガタイル等があげられる。塗料の場合、通常の塗料は、その静摩擦係数が０．２〜１程度であるが、粒子状の摩擦軽減材（例えば、上記した四フッ化エチレン）を混合させることにより静摩擦係数を０．１以下にすることができる。このような塗料は、ローラやはけ等で塗るだけでも良いし、更に熱処理を加えても良い。石材の場合、大理石や花崗岩等があげられる。これは、大理石や花崗岩等は表面を研磨することで静摩擦係数を０．１５以下にすることができるからである。勿論、このような板状のものに、上記した合成樹脂、熱硬化性樹脂材料を塗布固着したり、塗料として塗るようにしても良い。いずれにしても、動摩擦軽減機構５０、６０の組み合わせにより、全体の静摩擦係数を０．０１〜０．２の範囲内にあるように自由に設計することができる。

次に、図８を参照して、風圧を考慮した動摩擦軽減機構５０における滑動体５３の滑動面５３−１の面積の算出方法の一例について説明する。滑動面５３−１の半径の算出は以下の過程を経て行われる。

（１）風圧力Ｑによるすべり摩擦係数μ_w の算出
（２）動摩擦係数μの決定μ≧μ_w
（３）動摩擦係数μを確保する面圧Ｇ（ｋｇ／ｃｍ² ）の算出
（４）滑動面５３−１の面積の決定（滑動面の半径Ｒｃｍの算出）
上記（１）の風圧によるすベり摩擦係数μ_w の算出について説明する。

１）最初に速度圧ｑの算出が建築基準法施行令第８７条で規定されている以下の式により行われる。

ｑ＝０．６＊Ｅ＊Ｖ₀ ² （Ｎ／ｍ² ）
具体的には、国土交通省告示第１４５４号による、数値Ｅを算出する方法並びに風速Ｖ₀ 及び風力係数の数値を定める件により、Ｅ＝Ｅｒ² ＊Ｇｆが与えられる。

この式において、Ｅｒ及びＧｆは、それぞれ次の数値を表す。

Ｅｒ：平均風速の高さ方向の分布を表す係数
Ｇｆ：ガスト影響係数（国土交通省告示第１４５４号の地表面粗度区分及び数値Ｈに応じて定められた数値）
Ｈ：建築物の高さと軒の高さとの平均（ｍ）
Ｚ_b 、Ｚ_G 及びα：国土交通省告示第１４５４号の地表面粗度区分に応じて定められた数値
ＨがＺ_b 以下の場合 Ｅｒ＝１．７＊（Ｚ_b ／Ｚ_G ）^α
ＨがＺ_b を越える場合Ｅｒ＝１．７＊（Ｈ／Ｚ_G ）^α
また、風速Ｖ₀ は、国土交通省告示代１４５４号による、地方の区分に応じた以下の数値（３０、３２、３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６）（ｍ／ｓ）から選定する。

２）続いて、以下の方法により住宅（２階建とする）に対する風圧力Ｑが算出される。

ａ．住宅のけた行方向の壁面積算出
ａ−１．図８に示す住宅において、けた行方向に関する面積として地盤面から１階の中間までの面積をＡ３、１階の中間から２階の中間までの面積をＡ２、２階の中間から屋根の天井までの面積をＡ１として求める。

ａ−２．上記面積Ａ１〜Ａ３を用いて以下の式により風圧力Ｑ（ｋＮ）を算出する。これは、平成１２年国土交通省告示第１４５８号において、屋根ふき材に面する帳壁の風圧に対する構造耐力上の安全性を確かめるための構造計算の基準を定める件に規定されている。

Ｑ１＝ｑ＊Ｃ_f1＊Ａ１（但し、Ｃ_f1：風力係数）
Ｑ２＝ｑ＊Ｃ_f2＊Ａ２（但し、Ｃ_f2：風力係数）
Ｑ３＝ｑ＊Ｃ_f3＊Ａ３（但し、Ｃ_f3：風力係数）
Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３
ｂ．住宅の張り間方向の壁面積算出
ｂ−１．図８に示す住宅において、張り間方向に関する面積として地盤面から１階の中間までの面積をＡ３´、１階の中間から２階の中間までの面積をＡ２´、２階の中間から屋根の天井までの面積をＡ１´として求める。

ｂ−２．上記面積Ａ１´〜Ａ３´を用いて以下の式により風圧力Ｑ´（ｋＮ）を算出する。

Ｑ１´＝ｑ＊Ｃ_f1´＊Ａ１´（但し、Ｃ_f1´：風力係数）
Ｑ２´＝ｑ＊Ｃ_f2´＊Ａ２´（但し、Ｃ_f2´：風力係数）
Ｑ３´＝ｑ＊Ｃ_f3´＊Ａ３´（但し、Ｃ_f3´：風力係数）
Ｑ´＝Ｑ１´＋Ｑ２´＋Ｑ３´
ｃ．けた行方向、張り間方向のうち大きい方の風圧力を選ぶ。つまり上記Ｑ（ｋＮ）、Ｑ´（ｋＮ）のうち大きい方を採用する。

次に、上記（２）による動摩擦係数μの決定について説明する。

１）以下の式により、風圧によるすべり摩擦係数μ_w が算出される。

μ_w ＝Ｑ（またはＱ´）（ｋＮ）／Ｗ（ｋＮ）
上記式において、Ｗ（ｋＮ）＝ΣＷ（ｋＮ／ｍ² ）＊Ｓ（ｍ² ）であり、ΣＷは単位面積当りの建物側基礎から上部の住宅荷重（ｋＮ）であり、Ｓは建築面積（ｍ² ）（但し、建築基準法施行令第２条の２による軒、ひさし、はね出し縁その他これらに類するものの面積は除く）である。

２）続いて、減震の摩擦係数が決定される。これは、すべり摩擦係数μ_w が風圧力に対するすべり摩擦係数なので、減震の場合の動摩擦係数μはμ＞μ_w と決定する。

次に、上記（３）の動摩擦係数μを確保する面圧Ｇ（ｋＮ／ｃｍ² ）の算出について説明する。これは、動摩擦係数μでの面圧Ｇを選定された滑動面の材質による面圧依存特性曲線から算出する。例えば、４フッ化エチレンとＳＵＳ材鏡面戸の間の動摩擦係数μは約０．０７で概ねＧ＝２〜２．５ｋＮ／ｃｍ² となる。

次に、上記（４）の滑動面５３−１の半径Ｒ（ｃｍ）の決定について説明する。

１）動摩擦軽減機構５０の設置個数をｎ個とした場合にその１個当りに作用する荷重Ｔ（ｋＮ／個）を以下の式により算出する。

Ｔ（ｋＮ／個）＝Ｗ（ｋＮ）／ｎ（個）
２）続いて、滑動面５３−１の１個当りの面積ｓ（ｃｍ² ）を以下の式により算出する。

ｓ（ｃｍ² ／個）＝Ｔ（ｋＮ／個）／Ｇ（ｋＮ／ｃｍ² ）
３）そして、滑動面５３−１の１個当りの半径Ｒ（ｃｍ）を以下の式により算出する。

Ｒ（ｃｍ）＝（ｓ／π）^1/2
なお、動摩擦係数μは以下の運動方程式に基づいて算出されても良い。

Ｎ＊Ｋ₂ ＊δ² ＋１６（μ＊Ｗ＋Ｎ＊Ｋ₁ ）δ−Ｍ＊Ｖ_e ² ＝０
但し、Ｎはストッパ機構７０の設置個数、Ｋ₁ 、Ｋ₂ はそれぞれストッパ機構７０の一次、二次剛性（Ｎ／ｃｍ）、δは最大振幅（ｃｍ）、Ｗは住宅の重量（＝Ｍ＊ｇ）でＭは住宅の質量、ｇは重力の加速度（９８０ｃｍ／ｓ₂ ）、Ｖ_e はエネルギー等価速度である。

上記式より、動摩擦係数μは以下の式で与えられる。

μ＝（Ｍ＊Ｖ_e ² −Ｎ＊Ｋ₂ ＊δ² −１６Ｎ＊Ｋ₁ ＊δ）／１６Ｗ＊δ
なお、最大振幅δ、ストッパ機構７０の設置個数Ｎは、住宅の構造を考慮して適宜に選択される。

ところで、ストッパ機構７０は、住宅１０が風圧を受けた場合のずれを抑制する機能を持つと説明したが、コイルばね７３は弾性を有しているために、大きな風速による風圧を受けた場合には、すれが生じてしまうことも考えられる。以下にこのための対策について説明する。

上述した減震用基礎構造を施工するに当たり、主に住宅は地震及び風によって変位を受けることを考慮することが必要である。しかし、建築基準法で定められている最大４６ｍ（但し、地域によって異なる）の風速では変位せず、それ以上の風速があった時初めて変位することを条件にこれに相当する地震力を考えるものとすると、住宅の重量により異なるが、２階床面上で受ける加速度の大きさは２００ｇａｌ前後となる。従って、２階床面上での加速度の大きさを１００ｇａｌ前後又はそれ以下で設計すると仮定すれば、住宅を建てる場所での過去２０年間程度の間に発生した最大風速を参考として風圧力を計算し、それ以下の風圧力を受けた場合は変位せず、それ以上の風圧力を受けた場合にのみ変位するように設計すれば、２階床面上での加速度の大きさをそれに併せて小さくすることが可能になる。

上記の風圧力をＱとすると、安全率Ｋ（＝１．１〜２．０）を考慮した風圧力Ｑｍａｘは、以下の式（１）で表される。

Ｑｍａｘ＝Ｑ＊Ｋ （１）
また、住宅重量をＷ、滑動機構５２全体の動摩擦係数をμとすると、地震発生時に住宅が変位を始める地震力（水平力）Ｐは、以下の式（２）で表される。

Ｐ＝Ｗ＊μ （２）
そこで、Ｐ≧Ｑｍａｘを満足する装置が必要である。このために、図９に示すように、地盤側コンクリート基礎３０と住宅側コンクリート基礎４０との間に、地震力Ｐと風圧力Ｑｍａｘとがほぼ等しい条件を満たすメカニカルヒューズ８０を設置する。メカニカルヒューズ８０は、地盤側コンクリート基礎３０の上面側に設置されたホルダ８１と、これに対向した住宅側コンクリート基礎４０の下面側に設置されたホルダ８２に金属材料等による棒体８３の両端を埋め込んで成る。勿論、棒体８３は、地震力Ｐを超える水平力が作用するとせん断されるように設計される。

図１０は、メカニカルヒューズ８０の他の例を示す。メカニカルヒューズ８０は、地盤側コンクリート基礎３０に形成された凹部３０ａに設置されたホルダ８１−１と、これに対向した住宅側コンクリート基礎４０の外縁側に設置されたホルダ８２−１との間に金属材料等による棒体８３−１の両端を固定して成る。この棒体８３も、地震力Ｐを超える水平力が作用するとせん断されるように設計される。

図１１はメカニカルヒューズ８０の更に他の例を示す。本例は、あらかじめ定められた値以上の地震加速度が作用した時に、地盤側コンクリート基礎３０と住宅側コンクリート基礎４０との間の掛合を電気的に解除するようにした例である。メカニカルヒューズ８０は、図１１（ａ）に示すように、地盤側コンクリート基礎３０に形成された凹部３０ａに設置された地盤側受部８５と、これに対向した住宅側コンクリート基礎４０の外縁側に設置された住宅側受部８６と、これら地盤側受部８５と住宅側受部８６とに掛合して住宅側コンクリート基礎４０のずれを阻止しているピン８７とを含む。メカニカルヒューズ８０はまた、地震加速度を検出するセンサ９１、９２を含んで検出された地震加速度が前記あらかじめ定められた値以上になるとピン８７を駆動して前記掛合を解除する駆動回路９０とを含む。

ピン８７の上部には磁性体片８７−１が設けられており、これを吸着するための電磁石作用を持つ励磁回路９７と共にケース８８に収容されている。ケース８０は住宅側受部８６に設置されている。つまり、ピン８７は、住宅側受部８６に設けられた貫通穴８６ａに遊嵌状態にて挿通されていると共に、地盤側受部８５の上部に設けられた穴８５ａに遊嵌状態にて挿通されている。これにより、ピン８７は上下動可能であり、励磁回路９７で磁性体片８７−１が吸着されるとピン８７と地盤側受部８５との掛合が外れるようになっている。つまり、ピン８７はせん断されないので、風圧力Ｑｍａｘに対する機械的強度についてのみ考慮されれば良い。

駆動回路９０は、Ｘ軸方向の地震加速度を検出するためのセンサ９１と、Ｘ軸に直角なＹ軸方向の地震加速度を検出するためのセンサ９２と、これらのセンサからの検出信号を増幅すると共に合成する増幅・合成回路９３とを含む。増幅・合成回路９３は、Ｘ軸方向の地震加速度とＹ軸方向の地震加速度とを合成した値を出力するものであるが、場合によっては１個のセンサで検出した一軸方向のみの地震加速度を用いるようにしても良い。

駆動回路９０はまた、基準加速度を設定するための基準加速度設定器９４と、設定された基準加速度と増幅・合成回路９３からの出力値とを比較して出力値が基準加速度を越えると検知信号を出力する比較回路９５と、比較回路９５から検知信号を受けると励磁回路９７を励磁する制御回路９６とを備える。

本例によれば、地震力Ｐが風圧力Ｑｍａｘを上回ると、ピン８７による掛止が解除され、これにより住宅は地震力により変位しはじめる。

前に説明した図７に、メカニカルヒューズ８０の設置例を示す。前述したように、メカニカルヒューズ８０も住宅の剛心位置に関して対称位置に設置されるのが好ましい。図７では、ストッパ機構７０に近い２箇所に設置されている。

メカニカルヒューズ８０は地震力Ｐが風圧力Ｑｍａｘを上回った時に切断され、これにより住宅は地震力によって変位し始めるが、動摩擦軽減機構５０、６０により減震された状態でしかもストッパ機構７０により最大片振幅内で揺れることになる。

住宅が構築される場所での最適滑り開始の条件を地震力Ｐと住宅重量Ｗと摩擦係数μ及び風圧力Ｑｍａｘから求め、この条件をもとにメカニカルヒューズ８０の設計を行うことができる。メカニカルヒューズ８０は、原則として風圧力Ｑｍａｘを越える力が住宅に水平に作用した時、破断するように設計されれば良い。

以上、本発明を好ましい実施の形態について説明したが、本発明の上記の実施の形態に限定されるものでは無い。例えば、動摩擦軽減機構５０、６０、ストッパ機構７０、さらにはメカニカルヒューズ８０の設置個数や配置位置は建物の構造に応じて様々に変更され得る。

本発明を適用した住宅減震用基礎構造の概略を示す縦断面図である。 図１における地盤側コンクリート基礎を２つの例について下面側から見た図である。 図１における住宅側コンクリート基礎を２つの例について上面側から見た図である。 本発明による減震用基礎構造の要部である動摩擦軽減機構の第１の例を説明するための図である。 本発明による減震用基礎構造の要部である動摩擦軽減機構の第２の例を説明するための図である。 本発明による減震用基礎構造に使用されるストッパ機構を説明するための図である。 本発明による減震用基礎構造を構成する２種類の動摩擦軽減機構、ストッパ機構、メカニカルヒューズの配置例を説明するための平面図である。 本発明において摩擦係数を算出する際に、風圧力を算出する方法を説明するための図である。 本発明による減震用基礎構造に使用されるメカニカルヒューズを説明するための図である。 本発明による減震用基礎構造に使用されるメカニカルヒューズの他の例を説明するための図である。 本発明による減震用基礎構造に使用されるメカニカルヒューズの更に他の例を説明するための図である。

符号の説明

１０ 住宅
２０ 地盤
３０ 地盤側コンクリート基礎
４０ 住宅側コンクリート基礎
５０、６０ 動摩擦軽減機構
７０ ストッパ機構
８０ メカニカルヒューズ
９０ 駆動回路

Claims (8)

1. 建物が構築される地盤に形成された地盤側基礎と、
   建物の下部に構成され、前記地盤側基礎の上に置かれる建物側基礎と、
   前記地盤側基礎と前記建物側基礎との間に設けられた少なくとも２種類の動摩擦軽減機構及び少なくとも１つのストッパ機構とを含み、
   前記少なくとも２種類の動摩擦軽減機構のうちの１種類は、前記地盤側基礎、前記建物側基礎の一方の側に設けられた所定の面積を持つ第１の板材と、該第１の板材に対応する前記地盤側基礎、前記建物側基礎の他方の側に設けられて前記第１の板材に沿って該地盤側基礎、建物側基礎の他方の側とともに移動可能な滑動機構とから成り、
   前記少なくとも２種類の動摩擦軽減機構のうちの他の１種類は、前記地盤側基礎、前記建物側基礎の一方の側に設けられた所定の面積を持つ第２の板材と、該第２の板材に対応する前記地盤側基礎、前記建物側基礎の他方の側に設けられて前記第２の板材に沿って該地盤側基礎、建物側基礎の他方の側とともに移動可能な転動機構とから成ることを特徴とする建物減震用基礎構造。
2. 前記第１の板材は前記地盤側基礎に設けられ、前記滑動機構は、上面が曲面状にされるとともに下面に滑動面を有して前記第１の板材上を滑動可能な滑動体と、前記建物側基礎に取り付けられて下面側に前記滑動体の曲面状の部分を保持するための曲面による受け部を有する保持体とから成ることを特徴とする請求項１に記載の建物減震用基礎構造。
3. 前記第２の板材は前記地盤側基礎に設けられ、前記転動機構は、上面が曲面状にされるとともに下面に少なくとも１つの球体を保持して前記第２の板材上を転動可能な転動体と、前記建物側基礎に取り付けられて下面側に前記転動体の曲面状の部分を保持するための曲面による受け部を有する保持体とから成ることを特徴とする請求項１または２に記載の建物減震用基礎構造。
4. 前記ストッパ機構は同心状に組み合わされた複数のコイルばねを含み、これら複数のコイルばねの一端側は前記地盤側基礎に固定された第１の取付け板に、他端側は前記建物側基礎に固定された第２の取付け板にそれぞれ固定位置を周方向にずらして固定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の建物減震用基礎構造。
5. 前記地盤側基礎と前記建物側基礎との間には更に、建物への風圧による前記建物側基礎のずれを防ぐために、風圧によるあらかじめ決められた値未満の横ずれ力では前記建物側基礎のずれを阻止し、あらかじめ定められた値以上の地震加速度が作用した時に前記阻止が解除されるメカニカルヒューズを少なくとも１つ設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の建物減震用基礎構造。
6. 前記メカニカルヒューズは前記あらかじめ定められた値以上の地震加速度による前記あらかじめ決められた値以上の横ずれ力で前記阻止が解除されるものであって、前記地盤側基礎、前記建物側基礎のそれぞれに設けられるホルダと、これら２つのホルダの間に架け渡されるように２つのホルダに固定され、前記あらかじめ決められた値以上の横ずれ力でせん断される棒状体とから成ることを特徴とする請求項５に記載の建物減震用基礎構造。
7. 前記メカニカルヒューズは前記あらかじめ定められた値以上の地震加速度で前記阻止が解除されるものであって、前記地盤側基礎、前記建物側基礎のそれぞれに設けられた地盤側受部、建物側受部と、これら地盤側受部と建物側受部とに掛合して前記建物側基礎のずれを阻止しているピンと、前記地震加速度を検出するセンサを含んで検出された地震加速度が前記あらかじめ定められた値以上になると前記ピンを駆動して前記掛合を解除する駆動回路とを含むことを特徴とする請求項５に記載の建物減震用基礎構造。
8. 前記滑動体は、鋼材等の金属、セラミック、樹脂体のいずれか、あるいはそれらの下面の少なくとも一部に摩擦軽減用の樹脂材を固着または塗料を塗布したものであり、前記第１の板材は鋼板等の金属板、セラミック板、樹脂板、石板、コンクリート板のいずれか、あるいはそれらの上面の少なくとも一部に摩擦軽減用の樹脂材を固着または塗料を塗布したものであることを特徴とする請求項２に記載の建物減震用基礎構造。
   

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