JP2008231900A - 建築物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 建築物は、地表面より下に設けられた人工地盤1と、人工地盤1の上に建築された建物部2とより成る。人工地盤1は、地表面より下の所定の深さの領域を占めるよう設けられた樹脂ブロック層3を備える。樹脂ブロック層3は、樹脂(発泡樹脂を除く)製の樹脂ブロック5を多数並べることで形成されており、開口を通して内部に水が浸入できようになっている。
【選択図】 図1
Description
このうち、建築物の地業部構造については、例えば特開平9−275160号公報に開示されているように、発泡樹脂(発泡スチロール)より成る人工地盤材を敷設し、その上にコンクリート材を設けた構造が考案されている。
このような地業部構造は、軽量化された人工地盤材を埋設し、これによってそれより下の地盤にかかる建築物全体の荷重を軽減するものと言える。これは、建築物直下の地盤(土)を軽量の人工地盤材で置換することで接地圧を軽減し、これによって不同沈下等の沈下を防止する技術である。尚、本明細書において単に地盤というときは、人工地盤ではなく、敷地の元々の地盤という意味である。
また、発泡樹脂人工地盤材が排水性であることから、降雨により土中水位が上昇すると、人工地盤材に大きな浮力が生ずる。建物部の建築完了後は、建物部の荷重により人工地盤材が押さえつけられるため問題はないが、人工地盤の施工中に降雨があると問題が生ずる。即ち、敷設した発泡樹脂人工地盤材が土中水位上昇により浮き上がってしまい、施工不能になってしまうことがある。このため、排水ポンプで常時排水して土中水位が上がらないようにしたりする等の手間が生じる。
本願の発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、建築物の人工地盤構造として、十分な沈下防止効果を持ち、且つ通水性に富む構造を提供することで、軟弱な敷地地盤(以下、軟弱地盤)についても好適に適用することができる人工地盤構造とし、このような構造の人工地盤の上に建物部を構築することで、不同沈下事故の無い信頼性の高い建築物を提供する技術的意義を有するものである。
樹脂ブロック層は、樹脂(発泡樹脂を除く)製の樹脂ブロックを多数並べて配置することで形成されたものであり、各樹脂ブロックには、通水性の開口を有しており、増水時に内部に樹脂ブロック層内に水が浸入する構造であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項2記載の発明は、前記請求項1の構成において、前記樹脂ブロック層の上面を覆うようにして基準層が設けられており、前記建物部はこの基準層の上に構築されており、基準層の上面は水平な平坦面であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項3記載の発明は、前記請求項1又は2の構成において、前記樹脂ブロックは、水平な状態とされるベース部と、ベース部から垂直の突出する脚部とを有する形状であり、樹脂ブロックが上下方向に並べられた際、上下のベース部によって開口が形成されるものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項4記載の発明は、前記請求項1乃至3いずれかの構成において、前記樹脂ブロック層は、樹脂ブロックを上下方向に並べて配置することで形成されており、上下の樹脂ブロックは相互に連結されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項5記載の発明は、前記請求項1乃至4いずれかの構成において、前記樹脂ブロック層は、樹脂ブロックを水平方向に並べて配置されることで形成されており、隣り合う樹脂ブロック層が相互に連結されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項6記載の発明は、前記請求項1乃至5いずれかの構成において、掘り下げて形成された前記凹部の側壁と前記樹脂ブロック層との間には擁壁層が設けられており、この擁壁層は、通水用の溝又は開口が形成された発泡樹脂ブロックを多数並べて形成したものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項7記載の発明は、前記請求項1乃至6いずれかの構成において、前記人工地盤を含む建築物の総重量による接地圧をP、地盤の長期地耐力をqa、地盤の土の単位体積当たりの重量をγとしたとき、前記凹部の深さdは、(P−qa)/γの値以上であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項8記載の発明は、前記請求項1乃至7いずれかの構成において、前記凹部の底面と前記樹脂ブロック層との間には防水層が設けられており、この防水層は、前記凹部の側壁と前記樹脂ブロック層との間に延びていて地表面にまでは達しておらず、防水層の内側に水が溜まるようになっており、溜められた取水管が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項9記載の発明は、前記請求項1乃至8いずれかの構成において、前記凹部は、前記建物部の水平方向中央部の直下において深く、水平方向周辺部の直下において浅い形状であり、これに合わせて前記樹脂ブロック層も前記建物部の水平方向中央部の直下において深く、水平方向周辺部の直下において浅い形状であるという構成を有する。
図1は、第一の実施形態に係る建築物の正面概略図である。図1に示す建築物は、地表面より下に設けられた人工地盤1と、人工地盤1の上に建築された建物部2とより成っている。そして、人工地盤1は、地表面より下の所定の深さの領域を占めるよう設けられた樹脂ブロック層3を備えている。また、樹脂ブロック層3の上には基準層4が設けられており、建物部2は基準層4の上に構築されている。人工地盤1は、建物部2のほぼ直下の領域を占めている。即ち、建物部2が占める水平方向の領域と人工地盤1が占める水平方向の領域はほぼ同じである。
図2は、図1に示す樹脂ブロック層3を構成する樹脂ブロック5の概略図であり、(1)が平面概略図、(2)は正面概略図である。樹脂ブロック5は、水平な姿勢とされるベース部51と、ベース部51から垂直に延びるよう形成された脚部52とから成っている。ベース部51は、全体としては正方形の板状である。ベース部51には、軽量化及び通水のため、多くの開口50が形成されている。
各脚部52は、全体としてはほぼ角柱状の部位である。但し、各脚部52の内部は軽量化のため空洞になっている。各脚部52は、ベース部51につながった部分で最も断面積が大きく、ベース部51から遠ざかるにしたがって徐々に小さな断面積となっている。即ち、正面から見ると台形状となっている。
各脚部52の高さは皆同じである。各脚部52の上端面には、嵌め込み用の突起(以下、嵌め込み突起)53が形成されている。嵌め込み突起53は、上側に位置させる別の樹脂ブロック5との組み合わせのための部位である。
また、各脚部52の上端面には、嵌め込み用の孔(以下、嵌め込み孔)54が形成されている。嵌め込み孔54は、嵌め込み突起53が嵌め込まれる孔である。嵌め込み孔54も、各上端面に二つずつ設けられている。嵌め込み孔54は、平面視で見た場合、斜め右上から斜め左下の方向の対角線上に設けられている。即ち、各脚部52の上端面において、各嵌め込み孔54は各嵌め込み突起53と線対称に配置されている。
樹脂ブロック5は、後述するように軽量人工地盤材料として地盤置換に用いられるものであり、必要な強度が確保される範囲でできる限り軽量とされる。また、樹脂ブロック5は、人が持ち運べるという意味でも軽量とされる。具体的には、樹脂ブロック5は、一個につき6kg〜8kg程度の重量である。
即ち、図1に示すように、下側の樹脂ブロック5は、脚部52を上に向けて配置される。そして、その上に脚部52を下に向けて別の樹脂ブロック5を配置する。この際、お互いの脚部52を突き合わせ、互いの嵌め込み突起53が互いの嵌め込み孔54に嵌め込まれるようにする。
尚、脚部52を下側に向けて配置された樹脂ブロック5の上には、脚部52を上に向けた別の樹脂ブロック5が積み重ねられるが、この際、ベース部51に設けられた突起(以下、ベース突起)55によって、水平方向のずれが防止されるようになっている。
従って、二つの樹脂ブロック5をお互いのベース部51を突き合わせた状態で重ね合わせると、一方のベース突起55が他方のベース孔に嵌り込む状態となる。このため、水平方向の位置ずれが防止される。
水平方向の樹脂ブロック5の連結には、連結具6が用いられる。連結具6は、図3(2)に示すように、プレート部61と、プレート部61から直角に突出するよう設けられた差込突起62とから成る形状である。プレート部61はほぼ方形であり、差込突起62は上下の両面に設けられている。また、上下両面において、差込突起62は四つ設けられており、プレート部61の各対角線上に中心から等距離の位置に設けられている。
水平方向に樹脂ブロック5を連結する場合、図3(1)に示すように、各樹脂ブロック5を詰めて並べ、各角部が隣接するようにする。そして、連結具6で各角部を連結する。即ち、隣接した四つの樹脂ブロック5の各差込孔57に差込突起62を差し込む。
尚、図3(2)に示すように、上側に突出した差込突起62は、上側に並べた各樹脂ブロック5の連結に用いられる。各樹脂ブロック5を差込突起62が差込孔57に差し込まれるようにしながら配置することで、水平方向の樹脂ブロック5の連結が行われる。
また、図1に示すように、樹脂ブロック層3の周囲には、擁壁層7が設けられている。擁壁層7は、孔あけした発泡樹脂ブロック(有孔発泡樹脂ブロック)71を多数並べて積み上げたものである。
また、樹脂ブロック層3の上には、基準層4が設けられている。基準層4は、建物部2を構築する際の基準となる水平面を得るためのものである。本実施形態では、基準層4は、樹脂ブロック層3を覆うカバー層41と、カバー層41の上に設けられた捨てコンクリート層42となり成っている。
捨てコンクリート層42は、本実施形態では、ベタ打ちとなっている。捨てコンクリート層42の厚さは、50mm〜100mm程度で良い。基準層4の上面(ここでは捨てコンクリート層42の上面)は、水平な平坦面になるよう施工される。
カバー層41無しに直接捨てコンクリート層42を施工しても良いのであるが、樹脂ブロック5が開口を多く有するため、そのまま捨てコンクリートを施工するのが難しいという事情による。尚、発泡樹脂プレート43に代えて防水シートを用い、防水シートで樹脂ブロック層3の上面を覆った上で捨てコンクリート層を設ける場合もある。
基準層4の上には、基礎部21が設けられており、その上に建物部2が構築されている。基礎部21は、鉄筋が入ったコンクリートより成る基礎である。基礎部21は、ベタ基礎であったり、布基礎(独立基礎)であったりする。
図5は、実施形態の建築物における人工地盤1の作用及び人工地盤1を形成するための敷地の掘り下げ深さについて示した図である。
図5(1)に示すように、建築物が建築された敷地においては、建物部と基礎部とを含めた全体の荷重(以下、総荷重)Wが地盤にかかる。総荷重Wにより地盤にかかる単位面積当たりの重力(圧力)を接地圧と呼ぶ。接地圧(図5中Pで示す)は、建築物全体が地盤に対して圧する力であるから、建築物の最下面における圧力である。
例えば三階建て程度までの木造家屋を建築する場合、地耐力qaは30〜50kN/m2程度が必要とされる。しかし、軟弱地盤では30kN/m2を下回るようになる。地耐力qaは、接地圧をPより大きいことが求められ、P>qaであると、沈下事故が生じ得ることになる。
ここで、図5(2)に示すように、建築物の下の地盤を掘り下げ、領域Sの分だけ空間(凹部)を作る。この空間に、荷重が実質的にゼロとみなせる支持構造物(即ち、人工地盤)を構築したとする。こうすると、掘り下げて形成した凹部の底面での接地圧は、人工地盤の荷重がゼロであるから、建築物の荷重Wによる接地圧Pのままである。このため、その深さにおける周囲の地盤中の接地圧P’,P”と実質的に等しくなり、従って建築物の総荷重Wによる沈下事故は発生しない。
これは、建築物の下の地盤をその建築物の荷重分だけ取り払って荷重ゼロの空間を作ることで、接地圧を周囲の地盤中の接地圧と等しくし、沈下を防止する技術であると言える。いわば、建築物を船のように浮かべる技術であるとも言える。
d=(P−qa)/γ
この式で、dは地盤を掘り下げる深さ(m)、Pは総荷重(人工地盤を含む)Wによる接地圧(kN/m2)、qaはその地盤の地耐力(kN/m2)、γはその地盤の土の単位体積当たりの重力(kN/m3)である。つまり、接地圧が地耐力を上回る分を土の単位体積当たりの重力で割った分だけ掘り下げて軽量人工地盤材で置換しておけば良い。
尚、上記式で、dは最低限の値であり、さらに深く掘れば(dを大きくすれば)、さらに沈下防止の効果が高まる。つまり、上記式は、
d≧(P−qa)/γ
とするのが正しい。
まず、建築物を建築する敷地を掘り下げ、凹部8を形成する(図6(1))。掘り下げる水平方向の領域は、建物部2の施工領域と同じかそれよりより少し広い程度である。掘り下げる深さは、上記計算式に従って適宜決定される。
次に、砕石82の内側に擁壁層7を施工する。上記の通り、通水用の溝及び孔を有する有孔発泡樹脂ブロック71を積み上げ、擁壁層7とする。擁壁層7を側面に沿って周状に形成した後、その内側に樹脂ブロック層3を施工する。予め、透水シートを底面及び側面に敷き、その内側に樹脂ブロック5を並べていく。即ち、前述したように、樹脂ブロック5を水平に並べて相互に連結した後、その上にさらに樹脂ブロック5を積み上げて組み上げ、樹脂ブロック層3とする(図6(3))。そして、防水シート30で樹脂ブロック層3の上面を覆う。
尚、建物部2については、特に限定されるものではなく、従来のものと同様に自由に設計、施工できる。
また、擁壁層7は、凹部の側面が崩れるのを防止し、土砂が樹脂ブロック層3内に進入しないようにしている。前述したように、上下に積み重ねた樹脂ブロック5の側面は開口であり、このままでは凹部の側面を擁護する作用は弱い。そこで、擁壁層7を設けて側面を擁護している。この場合も、通水性が阻害されないよう、有孔発泡樹脂ブロック71を用いる。
図7(1)に示すように、発泡樹脂ブロック9を多数敷き詰め、積み上げて形成した人工地盤1では、発泡樹脂ブロック9同士の隙間には水が若干浸入できるものの、発泡樹脂ブロック9自体に通水性が無く、人工地盤1は全体としては排水性(内部に水が浸入することを許さないという意味)である。このため、大雨などで地盤中に大量の水100が浸入して地中水位が上がった場合、水100が地表面にまで達してしまう(冠水してしまう)ことになり易い。
一方、本実施形態では、各樹脂ブロック5自体が開口を有していて通水性に富んでいるため、施工中又は施工完了後の建物部2未着工の段階で大雨があっても、樹脂ブロック5が浮き上がってしまうような事故は防ぐことができる。従って、ポンプで水を汲み出すような手間は必要無い。
図8は、第二の実施形態に係る建築物の正面概略図である。図8に示す実施形態では、人工地盤1を貯水層として利用して渇水時に利用できるようにした点に技術的意義がある。
即ち、図8に示す実施形態では、掘り下げて形成した凹部の底面と側面には、防水層10が設けられている。防水層10は、例えば防水シートを敷設したり、多数の防水プレートを並べて防水性の接着材で接着したりすることで形成できる。
尚、側面における防水層10の高さは、必要に応じて凹部の深さの途中までであり、地表面には達していない。この実施形態では、樹脂ブロック層3の高さの1/3程度である。また、防水層10の内部と地表面とをつなぐようにして、取水管11が設けられており、取水管11には不図示のポンプが設けられている。
この実施形態によれば、地盤置換をした人工地盤1によって沈下事故が防止できるとともに人工地盤1が増水時の水溜めとして利用でき、さらに防水層10内の水を渇水時に利用することができ、一石三鳥の効果がある。
図9は、第三の実施形態の建築物の正面概略図である。この実施形態の人工地盤1は、凹部が建物部2の水平方向中央部の直下において深く、水平方向周辺部の直下において浅い形状であり、これに合わせて樹脂ブロック層3も建物部2の水平方向中央部の直下において厚く、水平方向周辺部の直下において薄い形状となっている。
尚、図9では樹脂ブロック層3の詳細は省略されているものの、前述した説明から解る通り、樹脂ブロック5を並べ方を適宜変更することで、このような形状の樹脂ブロック層3を得ることができる。
地中応力は接地圧によって生ずるから、図10に示すように、地中応力S1〜S4は、建築物の最下部の各点から広がるように分布する。地中において、地表面と平行な面で見た応力Sの分布は、建築物の最下部の各点からの応力S1〜S4を合成したものとなる。従って、図10に示すように、合成応力Sは、建築物の中央部の直下部分において大きく、周辺部において小さい分布となる。
このようにすると、樹脂ブロック5の使用効率が向上するので、沈下事故を効果的に防止しつつも全体の樹脂ブロック5の使用量を減らすことができ、施工コストを安く抑えることができる。
まず、図2に示す樹脂ブロック5を用いた場合、前述したように脚部52を突き合わせて重ねるのではなく、脚部52を上に向けた状態で順次重ねていっても良い。この場合、一番上の樹脂ブロック5に蓋をするように設けられるカバー用樹脂ブロックが別に用意される。カバー用樹脂ブロックは、図2に示す樹脂ブロック5のうちの脚部52の無い形状のものである。
また、樹脂ブロック5の形状としては、図11(2)に示すようなものでも良い。図11(2)は正面断面概略図となっているが、ここに示すものは、上端が開口になっている直方体のボックス状で、中央に補強用の脚部52が形成されている形状のものである。ボックスの側面や底面には、同様に開口50が多く設けられ、通水が確保されるとともに軽量化が図られる。
上記実施形態では、水平方向において人工地盤1が占める領域と建物部2の最下部が占める領域とは同じであった。即ち、例えば建物部2の最下部が長方形である場合、人工地盤1も同じ大きさの長方形であり、建物部2の直下の領域を占める。しかし、本願発明の実施に際しては、両者の領域が同じでなくとも良い。即ち、図12(1)に示すように、人工地盤1の領域が建物部2より狭くともよく、図12(2)に示すように、人工地盤1の領域が建物部2より大きくても良い。
また、図12(2)の場合、はみ出し部分の樹脂ブロック層3は、接地圧の緩和には大きくは関与しない。水平方向の樹脂ブロック5が充分に連結されている場合、建物部2の水平方向周辺部の直下に位置で作用する接地圧を分散する効果はあるが、周辺部については、前述したように地中応力が小さいので、接地圧の分散はそれほど必要ではない。従って、必要以上に掘り下げを行い、樹脂ブロック5を使用しているとも言える。
これらの場合と比べると、前述した実施形態は、必要充分な領域を掘り下げて必要充分な量の樹脂ブロック5を使用しており、効果やコストの面で最適であると言える。
ここで、周知のように、P波(縦揺れ)は水や空気中でも伝わるが、S波(横揺れ)は水や空気中では伝わらない。従って、各実施形態のように建物部2の下に空洞を多く有する人工地盤1を設けたり、人工地盤1中を水が溜まるようにしたりすると、そこではS波は伝わらなくなる。この結果、敷地地盤の卓越周期と建築物の固有周期が近い値であったとして、人工地盤1が共振を阻害する(狂わせる)よう作用し、建物部2の揺れが軽減されることになる。
また、上述した免震効果は、地震による振動に限らず、トラック又は電車の往来、工事等により生ずる振動についても基本的に同様である。
樹脂ブロック層3の最上面が水平な平坦面であれば、基準層4は不要である。また、図11(2)に示すような側面部分を有する樹脂ブロック5を使用すれば、その側面部分で擁壁ができる場合があり、擁壁ブロックは不要となる。但し、この場合も、開口から土砂が入らないよう、目の細かい透水シートなどを介在させる場合はある。
また、樹脂ブロック5は、水平方向に並べただけ(1段のみの樹脂ブロック5)でも実施できる場合がある。また、建物部2の水平方向の領域が小さい場合、水平方向に樹脂ブロック5を並べる必要はなく(水平方向は1個のみの樹脂ブロック5)、上下方向に並べただけで樹脂ブロック層3が形成できる場合もある。
2 建物部
21 基礎部
3 樹脂ブロック層
4 基準層
41 カバー層
42 捨てコンクリート層
5 樹脂ブロック
6 連結具
7 擁壁層
71 有孔発泡樹脂ブロック
81 透水シート
82 砕石
10 防水層
11 取水管
Claims (9)
- 地表面から所定の深さ掘り下げることで形成された凹部内を占めるよう設けられた樹脂ブロック層を含む人工地盤と、人工地盤の上に構築された建物部とから成る建築物であって、
樹脂ブロック層は、樹脂(発泡樹脂を除く)製の樹脂ブロックを多数並べて配置することで形成されたものであり、各樹脂ブロックには、通水性の開口を有しており、増水時に内部に樹脂ブロック層内に水が浸入する構造であることを特徴とする建築物。 - 前記樹脂ブロック層の上面を覆うようにして基準層が設けられており、前記建物部はこの基準層の上に構築されており、基準層の上面は水平な平坦面であることを特徴とする請求項1記載の建築物。
- 前記樹脂ブロックは、水平な状態とされるベース部と、ベース部から垂直の突出する脚部とを有する形状であり、樹脂ブロックが上下方向に並べられた際、上下のベース部によって開口が形成されるものであることを特徴とする請求項1又は2記載の建築物。
- 前記樹脂ブロック層は、樹脂ブロックを上下方向に並べて配置することで形成されており、上下の樹脂ブロックは相互に連結されていることを特徴とする請求項1乃至3記載いずれかに記載の建築物。
- 前記樹脂ブロック層は、樹脂ブロックを水平方向に並べて配置されることで形成されており、隣り合う樹脂ブロック層が相互に連結されていることを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の建築物。
- 掘り下げて形成された前記凹部の側壁と前記樹脂ブロック層との間には擁壁層が設けられており、この擁壁層は、通水用の溝又は開口が形成された発泡樹脂ブロックを多数並べて形成したものであることを特徴とする請求項1乃至5いずれかに記載の建築物。
- 前記人工地盤を含む建築物の総重量による接地圧をP、地盤の長期地耐力をqa、地盤の土の単位体積当たりの重量をγとしたとき、前記凹部の深さdは、(P−qa)/γの値以上であることを特徴とする請求項1乃至6いずれかに記載の建築物。
- 前記凹部の底面と前記樹脂ブロック層との間には防水層が設けられており、この防水層は、前記凹部の側壁と前記樹脂ブロック層との間に延びているともに地表面には達しておらず、防水層の内側に水が溜まるようになっており、溜められた取水管が設けられていることを特徴とする請求項1乃至7いずれかに記載の建築物。
- 前記凹部は、前記建物部の水平方向中央部の直下において深く、水平方向周辺部の直下において浅い形状であり、これに合わせて前記樹脂ブロック層も前記建物部の水平方向中央部の直下において深く、水平方向周辺部の直下において浅い形状であることを特徴とする請求項1乃至8いずれかに記載の建築物。
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