JP2008121400A

JP2008121400A - 基礎杭減震装置

Info

Publication number: JP2008121400A
Application number: JP2006341905A
Authority: JP
Inventors: Shigekazu Hanzawa; 薫和半澤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】基礎杭使用の建築物（建物イ）及び土木構造物に、好適な基礎杭減震装置を提供する。
【解決手段】・主に基礎杭使用の建築物（建物イ）及び土木構造物の基礎底盤とこれらを支える杭頭との間を分離し、基礎ロ下部と耐圧盤の接する部分に各々地震時の横揺れ荷重により滑動が可能な金属板又は表面処理及び塗装を施した金属板等を取付、地震荷重を受けてこの金属板等同士が滑動した場合、その摩擦抵抗で地震の横に動く荷重が減衰するとともに耐圧盤端部に施された基礎が過大に移動して耐圧盤かはみ出したりしないようにまた、地震水平荷重による転倒引抜荷重に抵抗するように杭頭は１０ｃｍ程度基礎底盤に食い込むようにかつ基礎ロと杭頭ニの間に２ｃｍ程度の隙間をつくりその隙間に衝撃を緩衝するゴムまたは粘性抵抗及び低反発合成樹脂等を取り付けることで、地震エネルギーを吸収することを特徴とする減震装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震から建築物を保護する為の基礎杭減震装置に係り、特に簡易な構造で、かつ、低コストに製造することが出来、また簡単に施工設置ができ、主として、木造一戸建住宅のような軽量建築物から一般鉄筋コンクリート構造のように比較的荷重の重たい建築物及び土木構造物まで容易に適用することが出来る基礎杭減震装置にかかる。

阪神淡路大震災から１０年、特に最近の大型地震の発生予測を踏まえて、耐震設計技術の改善がなされてきたが、これらの工法として、地盤に建物を固定して、地震荷重を建築構造体の耐力で支える、いわゆる「耐震構造」、地盤と建物を絶縁する「免震構造」及び付加装置を利用する「制振構造」が主流だが、本来大型ビル用で、大臣認定の必要であった免震構造においても、小規模免震建築物においては、一般建築同様に確認申請で済む、建設省告示がなされ、あわせて小規模免震建築物の技術基準が確立するに至りました。（平成１２年建設省告示第２００９号、平成１２年建設省告示第１４４６号）

その他の耐震設計以外の地震被害を免れる技術としては、高層のビルディングやマンションなどの大型の建築物には、建築物に制振機構を設けて地震の力を軽減したり、あるいは、建築物に防振機構を設置し、地震が発生したときに、その防振機構を駆動させて、地震の揺れを吸収して、建築物自体の揺れを緩和できるように構成されているが、いずれも機構が大掛かりで、コストが高かったり、荷重が軽いためや地盤の状況による制限があったりするため、普及が遅れ、未だに地震による多数の倒壊被害が続いている。

また、荷重の大きい鉄筋コンクリート構造の建築物及び土木構造物の杭では基礎と杭の固定度が高いため過大の曲げ応力が杭頭に発生し杭が損傷する事故の発生する可能性もある。

現在一番普及している、住宅などの小規模建築における壁の構造耐力を上げて地震荷重に抵抗する耐震構造では、耐震壁の量が多くなり、快適な住空間に大切な自由な平面が阻害され、かつ、木造住宅の場合特に剛性を高めるために金物を多用するためバネが多く発生して地震エネルギーの加速が起こりやすく、建物の剛性を増した分、建物振動の固有周期が短くなり、この固有周期に近い多くの地盤では共振現象により揺れが加速する可能性が高いた。そこで入力する地震エネルギーを軽減する必要がある。

上記の理由から近年検討されてきたのが前述の小規模免震構造であるが、現在開発されているこの免震装置のほとんどが、機構上の減衰装置、復元装置、支障装置及び拘束装置のいずれかからなり、これらのいずれかにバネ及び振り子機能等振動理論による減衰機能を介在しているため、荷重が小さいため、揺れ幅を小さくすることが難しい、小型住宅では、地震荷重を減衰するために振動周期を遅くすることに限界があり、軟弱地盤など地盤の固有周期の大きい箇所で使用する場合の制限がある。その上、荷重を集中させて処理しなければならず機構が複雑になり、高価となり、そればかりではなく、その施工設置も、専門知識、熟練を必要とし、しかも、これらは土台と上部構造物とが絶縁工法のため、大きな引き抜きが発生するような地震荷重に対しての引き抜き拘束装置をもっていない。

付加装置により地震荷重を軽減する「制振構造」は、理論上耐震壁との混合使用が困難というのが通説であるが、現在市販されている木造住宅用制振装置は建築基準法で必要な耐力壁を省略することが出来ず、この耐力壁にさらに制振装置を付けた壁が余計に必要になり、さらに住空間の制約を受けるうえ、バランスよく配置しないと偏芯による構造体のねじれが発生し倒壊に至る可能性がある。

その他、廉価な防振マットとして市販されている、基礎と土台の間に厚さ２ｃｍ程度の防振ゴムをマット状に成型挿入したものは、自動車振動などの振動吸収には効果があるが、減震のために振動固有周期を下げることは機能上不可能であり、さらに、バネ機能が働くため地震時の地盤の振動周期によっては共振加速による倒壊の可能性がある。

そこで、本発明は、上記欠点を解決する為になされたものであって、その目的は構造が簡単であって、かつ、低コストに製造することができ、したがって戸建住宅のような小型建築物に容易に適用することが出来、また、木造、鉄骨、積石及び鉄筋コンクリート造等構造を選ばず、また、容易に施工でき、大型地震倒壊の危険から建築物を守る減震装置を提供することにある。

これらの課題を解決するために、本発明に係る減震装置は、地震エネルギーを、建築物イの基礎ロ及び建物全体に入力する前に減衰するように、基礎ロと杭頭ニとの間に基礎ロの下部に固定した金属板ハと、その金属板に接する部分の杭頭ニの上面に水平に固定した金属板ホによる滑動面を構成し地震エネルギーを逃がしさらに、滑動する時にその金属面同士の摩擦抵抗でエネルギーを減衰させる。

また、同様に基礎ロと杭頭ニの間に滑動面をつくり、その摩擦抵抗で地震エネルギーを吸収する手段として、粘性抵抗の高い、ゴム又は合成樹脂を使用することもできる。

地震時に基礎耐圧盤ハ内の杭頭ニが過大に移動して基礎からはみ出したりしないようにまた、地震水平荷重による転倒引抜荷重に抵抗するように杭頭ニを若干の移動可能な隙間をつけて１０ｃｍ程度基礎耐圧盤ハの中に挿入取り付けられたその隙間に衝撃を緩衝するゴムまたは粘性抵抗及び低反発合成樹脂等の緩衝材トを取り付けることで、地震エネルギーを吸収するとともに衝撃による基礎ロ及び杭頭ニの破損や加速を和らげることを特徴とする基礎杭減震装置である。

この装置の減衰の原理は地震倒壊に重大な影響あたえる振動による共振加速を発生させないように振動理論によらない、滑動摩擦抵抗による減衰装置で、地震時の水平荷重は基礎ロから上部の総質量に地震により発生する加速度を乗じたものに等しいこと、また、減衰に消費させようとする摩擦抵抗は滑動する摩擦面の摩擦係数に水平地震荷重の計算と同様、基礎ロから上部の総荷重を乗じたものに等しいため、地震の最大化速度（単位を１Ｇ・・・・・ガル）を想定し、摩擦面の摩擦係数を研磨、表面処理及びコーティング等で減少しようとする加速度分の摩擦係数に調整した金属板等を摩擦減衰材として使用する減衰装置である。

以上のように構成された本発明に係る減震装置は基礎ロと杭頭ニが滑動するように施工され建物全体イが基礎ロと杭頭ニの隙間で、３６０度全ての方向からの地震動に滑動するとともに、滑動時の摩擦抵抗力で地震荷重を低減し、さらに、この隙間に充填された衝撃緩衝材ホは両摩擦面が滑動するたびに地震エネルギーが吸収されるため、力を逃がす、摩擦抵抗で減衰する、及び、衝撃吸収する等３つの要素で効率的に地震エネルギーを吸収することができる。

また、基礎ロと杭頭ニの隙間を２ｃｍ程度と小さくすることで滑動時の加速度を抑え、隙間が競ることにより地震水平力によって基礎ロ及び建築重量より大きい引き抜き力を発生する大地震においても拘束し建築物イの倒壊を防ぐことができる。

設計面では、上部建築物イの設計を制約しないこと、建築物の高さが違う場合でも地震水平荷重と同様、摩擦抵抗も同様の率で増減する為建物倒壊をまねく極端な偏芯荷重が発生しないこと、地震振動周期や建築物の固有周期に影響がない為、共振加速倒壊の恐れがないこと、施工性の面でも上下の金属板及び衝撃緩衝材を一体のものとして工場製作することで金属板の加工も容易で特別熟練工を必要としないうえ、価格も安いことを特徴とする減震装置である
なお、上記課題を解決するための手段の項及び発明の効果において符号を付して説明したが、これは発明の理解を容易にするためであって本発明を限定するものではないことは明らかである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１及び図２は、本発明に係る減震装置を適用した一戸建ての構造を特別限定しない建築物（以下、建物として説明する）イの断面略図であり、この建物イは堅固に造られた基礎に緊結しているが、基礎を支える杭頭ニには所定の摩擦係数をもつ金属板への上部に基礎ロの下部に取り付けた同様の金属板ホが接し、滑動摩擦面をもつように施工され、杭頭ニの端部には耐圧盤ハから外れないように２ｃｍ程度の隙間をもって施工され、その隙間には緩衝材としてゴムまたウレタンゲルなどの合成樹脂による粘性抵抗及び低反発緩衝材トを取り付ける。

ここに使用する金属板ホ及びヘは所定の摩擦係数、耐久性及び強度が確保できれば、ステンレス鋼板、チタン合金鋼板及び耐候性鋼板等腐食しにくい金属又はメッキ鋼板又は防錆処理等を施した鋼板又は合成樹脂成型加工材等素材を限定しない。

図３は、本発明に係る減震装置の代表的な形状のものを斜め上部から見た詳細図及び分解図で、円筒形の外側缶リは基礎ロに埋設され缶底つまり、耐圧盤上部滑動摩擦面金属板ヘを摩擦面に、円筒形の内側缶ヌは杭頭ニに固定され、２ｃｍ以上の移動が可能なように内側缶リより大きく成形した外側缶の中に挿入され、つまり、杭頭上部滑動摩擦面金属板ホを摩擦面にして、地震水平荷重により、水平移動する毎にその摩擦面の摩擦抵抗により地震エネルギーを減衰するもので、加えて、外側缶リと内側缶ヌの隙間に緩衝材トを装着することで地震荷重による基礎チ及び杭頭ニの損傷をまぬがれることができる。

従来、地震から戸建住宅等の小型建物の倒壊を守る手段として、耐震構造のほか、免震構造及び制振構造等の手段がとられてきたが、全ての地震波に効果があるわけではなく、地震振動周期と建物の固有周期が合致して発生する共振加速による倒壊の可能性を含んでいる。また、免震構造、制振構造はコストが高いこともあり普及していない。本発明は固有周期によらない摩擦減衰を主体としているため共振の可能性が少なく、基礎杭上部では上部建物と基礎が一体に挙動するため、基礎から上部は通常の設計でこの減衰装置を装着することができ、低コストで大型地震にたいする耐震化が図られるので、住宅産業への利用の可能性は膨大であり、杭を使用する一般の建築物及び土木構造物等広範囲に利用され、さらに、地震倒壊の可能性がすくなくなることから、地震保険等への影響も大きい。

本発明の一実施の形態に係る基礎杭減震装置を適用した建物の縦断面略図図である。本発明の一実施の形態に係る基礎杭減震装置の基礎部分を斜め上部からみた詳細図である。本発明の一実施の形態に係る基礎杭減震装置を斜め上部殻見た詳細図及び分解図である。

符号の説明

イ・・・建物ロ・・・基礎
ハ・・・耐圧盤ニ・・・杭頭
ホ・・杭頭上部滑動摩擦面金属板・・ヘ・・・耐圧盤上部滑動摩擦面金属板
ト・・・緩衝材・・チ・・・地盤
リ・・・基礎側上部缶ヌ・・・杭側下部缶

Claims

杭により支えられている建築物及び土木構造物に加わる地震力を軽減する為に、杭頭と基礎の間を分離し、基礎下部と杭頭に接する部分に各々地震時の横揺れ荷重により滑動が可能な金属板又は表面処理、メッキ及び塗装を施した金属板を取付、地震荷重を受けてこの金属板等同士が滑動した場合、その摩擦抵抗で地震の横に動く荷重が減衰するとともに基礎内の杭が過大に移動して基礎からはみ出したりしないようにまた、地震水平荷重による転倒引抜荷重に抵抗するように杭頭と基礎の水平方向の間に若干の移動可能な隙間をつけて１０ｃｍ程度基礎耐圧盤の中に挿入取り付けられたその隙間に衝撃を緩衝するゴムまたは粘性抵抗及び低反発合成樹脂等を取り付けることで、地震エネルギーを吸収することを特徴とする基礎杭減震装置。
請求項１に記載の基礎杭減震装置における、基礎及び杭頭の各々に装着する金属板等は、滑り摩擦面の摩擦抵抗が地震振動の想定最大加速度の半分程度ないしはそれ以上で滑動するように摩擦係数を調整する必要があり、又、強度・耐久性及び加工性が高い必要から、ステンレス鋼板に、冷間圧延後焼鈍酸洗したものと、さらにスキンパス等を施し平滑にした二種類を滑動摩擦面として、使用することを特徴とする減震装置。
請求項１及び２に記載の基礎杭減震装置における、基礎及び杭頭の各々の上下に装着する金属板等は、滑り面の摩擦抵抗を安定させるため各々、表面粗度の異なる表面仕上げ又は異種金属を使用することを特徴とする減震装置。
請求項１又は２に記載の基礎杭減震装置における基礎及び杭頭の各々に装着する金属板等の間又は金属板の代わりに滑り摩擦合成樹脂、低反発ゴム及び低反発ゲル等の粘性抵抗の高い合成樹脂又は積層ゴム等を挟んで地震エネルギーを吸収することを特徴とする基礎杭減震装置。
請求項１及に記載の基礎杭減震装置における、杭頭と基礎の間を分離し、基礎下部と杭頭に接する部分に各々取り付ける金属または合成樹脂の形状は装着しようとする杭頭の外形に内接する円盤状とし、その上部基礎側の装着する金属または合成樹脂の形状は、杭頭に装着する形状に若干の隙間を加えた直径の円盤形をなすことを特徴とする基礎杭減震装置。
請求項１から５に記載の基礎杭減震装置における、杭頭と基礎の水平方向の間に若干の移動可能な隙間を形成するために、杭頭側円盤に固定した側板として地震時に同時に移動する同直径の円筒状で基礎に杭が挿入されている長さの金属または合成樹脂を取り付け缶形状にし、その上部の基礎側円盤にも同様、固定した同直径、同高さの円筒状の金属または合成樹脂からなる側板として取り付け缶形状とすることを特徴とする基礎杭減震装置。
請求項１、５及び６に記載の基礎杭減震装置における、杭頭と基礎の水平方向の間に若干の移動可能な隙間をつけたその隙間に衝撃を緩衝し地震荷重による移動位置をある程度戻すことができる板状成形または螺旋状のバネ又は記憶形状機能をもつ金属及び合成樹脂等を取り付けることで、地震時にその地震エネルギーを吸収するとともに、基礎及び杭頭の損傷を防ぐことを特徴とする基礎杭減震装置。
請求項７に記載の基礎杭減震装置における、衝撃緩衝用の金属及び合成樹脂等の空隙部に、この緩衝材よりも柔らかいゴムまたは合成樹脂を挿入しさらに緩衝能力を上げるとともに緩衝を阻害する物質の混入を防ぐことを特徴とする基礎杭減震装置。
請求項１から８に記載の基礎杭減震装置は建築物および土木構造物の杭上部先端にとるつけ、杭頭の外形に内接すうように加工するので、杭の材質を問わないこと、杭の長さ、形状及び構造種別を問わないこと、現場で装着することも、工場で装着して現場搬入することもあり、支持杭、摩擦杭のほか、群杭による地盤改良杭の杭頭に取り付け地盤改良を兼ねた減衰装置とすることもできることを特徴とする基礎杭減震装置。