JP2013036570A

JP2013036570A - 免震基礎装置

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Publication number: JP2013036570A
Application number: JP2011174327A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takigawa; 精一瀧川
Original assignee: TAKI SANGYO KK
Current assignee: TAKI SANGYO KK
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2013-02-21
Anticipated expiration: 2031-08-09
Also published as: JP5763471B2

Abstract

【課題】直下型地震の瞬間的かつ大きな揺れにも対処できる低コストの免震基礎装置を得る。
【解決手段】本発明免震基礎装置１の免震素子は、少なくとも１個の密着ばね手段２と、密着ばね手段２に並置し、密着ばね手段の長さに等しい長さとなる少なくとも１個の円錐圧縮ばね手段４とを備え、密着ばね手段２及び円錐圧縮ばね手段４の上側端部を上部構造物Ｓの底面に固着し、また密着ばね手段２及び円錐圧縮ばね手段４の下側端部をコンクリート基礎Ｂに対して固着することなく、単に接地させて支持する構成とする。密着ばね手段２は、平素上部構造物Ｓの静荷重を支持する基礎柱として機能し、地震時の地盤からの衝撃性動荷重が加わるときには、ばね特有の座屈を生じて折れ曲がり、上部構造物Ｓの荷重支持機能が円錐圧縮ばね手段４に移行され、地盤の震動を吸収する。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート基礎と、このコンクリート基礎に対する上部構造物との間に、前記上部構造物及び上部構造物内の内部施設等をバランスよく支持するレイアウトで複数個の免震素子を配置する免震基礎装置に関する。

免震構造としては、特許文献１に記載のものがあり、この特許文献１に記載の免震構造は、基礎と建物の間に介在設置し、建物を懸架金具Ｂ、Ｃとばねの弾力で懸架して備えた耐震用の建物免震ユニットＡである。この耐震用の建物免震ユニットＡは、懸架金具Ｂ、Ｃの各基部を建物の建物側と基礎側に固定することによって、建物の重量を各懸架金具Ｂ、Ｃの各先端部に主軸及び上、下の耐圧ばねを介して弾力的に懸架支持するものである。

さらに、免震構造としては、建物の底部と、基礎との間に空気クッションを配置し、地震を感知すると、エアーコンプレッサで空気クッションに空気を注入し、建物を基礎から浮かせて地震による衝撃を吸収するものが提案された。（例えば、非特許文献１参照。）

特開２０１０−０１３８８９号公報

日本AIR断震システム株式会社、エアー断震システム、［平成２３年７月２０日検索］、インターネット＜http://www.airdanshin.jp/index.php＞

しかるに、上記特許文献１に記載のものは、構成部品点数が極めて多く、各部品における耐久性・強度をもたせるには、極めて高いコストがかかる。
さらに、上記エアー断震システムは、建物の底部と基礎との間は単に空気クッションを設けるだけの簡単の構成であるが、地震を感知してからコンプレッサが空気を空気クッションに注入するため、タイムラグがあり、直下地震のような突然の地震には対処することが困難である。

したがって、本発明の目的は、また直下型地震の瞬間的な大きな縦揺れ及び横揺れにも対処できる低コストの免震基礎装置を得るにある。

この目的を達成するため、本発明免震基礎装置は、免震素子として、少なくとも１個の密着ばね手段と、前記密着ばね手段に並置し、前記密着ばね手段の長さに等しい長さとなる少なくとも１個の円錐圧縮ばね手段とを備え、前記密着ばね手段及び円錐圧縮ばね手段の上側端部を前記上部構造物の底面に固着し、また前記密着ばね手段及び円錐圧縮ばね手段の下側端部を前記コンクリート基礎に対して固着することなく、単に接地させて支持する構成とした、ことを特徴とする。

本発明によれば、単に密着ばね手段及び円錐圧縮ばね手段の簡単な組み合わせで済み、低コストで設置も容易となる。密着ばね手段は、平素上部構造物の静荷重と付加荷重（風圧、設備、人の体重等による荷重）とによる限界荷重を支持する基礎柱として機能し、地震時の地盤からの衝撃性動荷重が加わるときには、ばね特有の座屈を生じて折れ曲がる。このとき、上部構造物の限界荷重支持機能が円錐圧縮ばね手段に移行される。限界荷重支持機能が円錐圧縮ばね手段にゆだねられるようになる結果、水平方向及び垂直方向のすべての方向への地盤震動に対して円錐圧縮ばね手段が追従し、地盤震動をばね吸収し、上部構造物に対する震動伝達を回避することができるとともに、円錐圧縮ばね手段の上下の伸縮ストロークが極めて大きい（円錐圧縮ばねは渦巻き状であり、巻回ピッチに基づいて、理論的には収縮して平面状になる）ため、直下型の瞬間的な極めて大きな縦揺れにも対応できるという効果が得られる。

地盤の突き上げに対しては、このように、円錐圧縮ばね手段が収縮して（極限的には平面状に潰れて）震動を吸収し、地盤の陥没に対しては、密着ばね手段及び円錐圧縮ばね手段の下側端部がコンクリート基礎に対して固着していないため、座屈して折れ曲がった密着ばね手段が真っ直ぐな状態に復元するとともに、円錐圧縮ばね手段は伸張復元する。さらに、限界以上に陥没した場合、瞬間的には基礎から浮遊することになり、このことによっても衝撃緩和に貢献する。このように、本発明によれば、コンクリート基礎に対して免震素子を固着しないため、本発明による免震基礎装置は、開放型免震基礎装置と称することができる。

本発明は、コンクリート基礎には固定しない開放型免震装置であるため、地震による地盤の液状化で家屋が傾斜したり、床上浸水が生じたりした場合、上部構造物に固定した免震素子を含め、上部構造物を容易に持ち上げる（ジャッキアップする）ことができ、これにより、コンクリート基礎の表面等における清掃および補修が容易になるという効果も得られる。

本発明の好適な実施形態においては、前記少なくとも１個の円錐圧縮ばね手段は、小径部を下側、大径部を上側にした１個の逆円錐圧縮ばね、又は中間に介在する連結プレートを介して順次直列に連結した少なくとも２個の円錐圧縮ばねよりなる縦列円錐圧縮ばね組立体であって、無負荷状態では前記密着ばね手段の長さに等しい長さとなるようにした、該縦列円錐圧縮ばね組立体とする。

好適には、縦列円錐圧縮ばね組立体は、小径部を下側、大径部を上側にした逆円錐圧縮ばねを少なくとも２個順次直列に連結した縦列逆円錐圧縮ばね組立体、又は小径部を上側、大径部を下側にした順円錐圧縮ばねを少なくとも２個順次直列に連結した縦列順円錐圧縮ばね組立体、又は前記逆円錐圧縮ばねと前記順円錐圧縮ばねとの組み合わせによる逆／順組み合わせ縦列円錐圧縮ばね組立体とすることができる。

本発明の好適な実施形態においては、密着ばね手段及び円錐圧縮ばね手段の上側端部を共通の取付けプレートに固着し、この取付けプレートを前記上部構造物の底面に固着する。この構成によれば、免震基礎装置の設置を短時間で行うことができるようになる。

本発明のさらに好適な実施形態においては、密着ばね手段及び縦列円錐圧縮ばね手段のうち少なくとも縦列円錐圧縮ばね手段の下側端部に底部プレートを連結し、縦列円錐圧縮ばね手段の下側端部に連結した底部プレートの接地面には、少なくとも中心に、前記コンクリート基礎に対する接地面積を少なくするとともに、動摩擦係数を小さくするボールポイント部材を取り付ける。
この構成によれば、横揺れに対する縦列円錐圧縮ばね手段の水平方向における震動吸収がスムーズに行われる。

さらに、本発明の好適な実施形態においては、免震素子として、さらにコンクリート基礎の底面に設けた少なくとも１個の窪みに取り付ける、空気を収納した可撓性の袋体（ブイ）を備えると、免震に対する相乗効果が得られるとともに、地盤が液状化したとき空気を収納した可撓性の袋体による浮力が得られ、上部構造物の沈下を防止することができる。窪みは、離散的に複数個設け、これら複数個の窪み内にそれぞれ上記袋体（ブイ）を設けることもできる。
以下、図面につき本発明の好適な実施形態を説明する。

本発明による免震基礎装置の一実施形態における、平時の状態を示す線図的説明図である。図１に示す免震基礎装置の、地震における地盤の突き上げ縦揺れ及び横揺れの複合震動を生じたときの状態を示す線図的説明図である。図１に示す免震基礎装置の、地震における地盤の陥没震動を生じたときの状態を示す線図的説明図である。本発明による免震基礎装置の他の実施形態における、平時の状態を示す線図的説明図である。本発明による免震基礎装置のコンクリート基礎に対するレイアウトの一例を示す説明図である。

図１は、本発明による免震基礎装置の一実施形態における、平時の状態を示す線図的説明図である。本発明による免震基礎装置１は、コンクリート基礎Ｂと、このコンクリート基礎に対する上部構造物Ｓとの間に、上部構造物Ｓ及び上部構造物内の内部施設等をバランスよく支持するレイアウトで複数個の免震素子を配置する。上部構造物Ｓに対する免震基礎装置１の一例としての免震素子のレイアウトを図５に示す。

本発明による免震基礎装置１の免震素子としては、図１に示すように、少なくとも１個の密着ばね手段２と、記密着ばね手段２に並置するとともに、密着ばね手段２の長さに沿って、中間に介在する連結プレート３を介して小径部を下側、大径部を上側にして順次直列に連結した２個の逆円錐圧縮ばね４ａ，４ｂよりなる縦列逆円錐圧縮ばね組立体（円錐圧縮ばね手段）４とが存在する。この縦列逆円錐圧縮ばね組立体４は、無負荷状態では、密着ばね手段２の長さに等しい長さとなるようにする。

本発明による免震基礎装置１によれば、密着ばね手段２及び縦列逆円錐圧縮ばね組立体（円錐圧縮ばね手段）４の上側端部を、それぞれ上部構造物Ｓの底面に固着し、また密着ばね手段２及び縦列逆円錐圧縮ばね組立体４の下側端部をコンクリート基礎Ｂに対して固着することなく、単に接地させて支持する。この場合、互いに並設するセットとして、密着ばね手段２及び縦列逆円錐圧縮ばね組立体４の上側端部を共通の取付けプレート５に固着し、この取付けプレート５を上部構造物Ｓの底面に固着すると、据付け作業が簡単になり好適である。

取付けプレート５により互いに並設する密着ばね手段２及び縦列逆円錐圧縮ばね組立体４のセットの代わりに、１個の逆円錐圧縮ばね４及び密着ばね手段２を、それぞれ単独的に使用することもできる（図５のレイアウト参照）。

本発明免震基礎装置１の図示の実施形態においては、密着ばね手段２及び縦列逆円錐圧縮ばね組立体４の下側端部に、それぞれ個別の底部プレート６，７を連結する。縦列逆円錐圧縮ばね組立体の下側端部に連結した底部プレート７の接地面には、少なくとも中心に、コンクリート基礎Ｂに対する接地面積を少なくするとともに、動摩擦係数を小さくするボールポイント部材８を取り付ける。このボールポイント部材８を設けることにより、地盤の横揺れがコンクリート基礎Ｂに伝わってコンクリート基礎Ｂが水平移動するとしても、縦列逆円錐圧縮ばね組立体４のボールポイント部材８がコンクリート基礎Ｂに対してすべりを生じて地盤／コンクリート基礎Ｂの横揺れに同調せず、即ち地盤／コンクリート基礎Ｂの動きほど免震装置１はそれほど移動せず、したがって、震動吸収を行うことができる。

本発明免震基礎装置１によれば、密着ばね手段２は、上述したように、図１に示す平時には、上部構造物Ｓの静荷重と付加荷重（風圧、設備、人の体重等による荷重）とによる限界荷重を支持する基礎柱として機能する。しかし、地震時の地盤からの衝撃性動荷重が加わるときには、図２に示すように、密着ばね手段２は、ばね特有の座屈を生じて折れ曲がる。このとき、上部構造物の限界荷重支持機能が縦列逆円錐圧縮ばね組立体（円錐圧縮ばね手段）４に移行される。限界荷重支持機能が縦列逆円錐圧縮ばね組立体４にゆだねられるようになる結果、水平方向及び垂直方向のすべての方向への地盤震動に対して縦列逆円錐圧縮ばね組立体４が追従し、地盤震動をばね吸収し、上部構造物Ｓに対する震動伝達を回避する。縦列逆円錐圧縮ばね組立体４は上下の伸縮ストロークが極めて大きいため、直下型の瞬間的かつ極めて大きな縦揺れにも対応できる。縦列逆円錐圧縮ばね組立体４は２個又はそれ以上の複数個の個数設けることにより、地震における地盤震動に対する吸収対応能力が一層高くなる。

地盤の突き上げに対しては、図２に示すように、縦列逆円錐圧縮ばね組立体４が収縮して（極限的には平板状に潰れて）震動を吸収し、図３に示す地盤の陥没に対しては、密着ばね手段２及び縦列逆円錐圧縮ばね組立体４の下側端部がコンクリート基礎Ｂに対して固着していないため、図２に示した、座屈して折れ曲がった密着ばね手段２が真っ直ぐな状態に復元するとともに、縦列逆円錐圧縮ばね組立体は伸張復元する。さらに、図３に示すように限界以上に陥没した場合、瞬間的には基礎から浮遊することになり、このことによっても衝撃緩和に貢献する。

本発明の他の好適な実施形態においては、縦列円錐圧縮ばね組立体（円錐圧縮ばね手段）４は、上述したように、小径部を下側、大径部を上側にした逆円錐圧縮ばねを少なくとも２個順次直列に連結した縦列逆円錐圧縮ばね組立体ではなく、図４に示すように、小径部を上側、大径部を下側にした順円錐圧縮ばねを少なくとも２個順次直列に連結した縦列順円錐圧縮ばね組立体、又は図示しないが、逆円錐圧縮ばねと順円錐圧縮ばねの組み合わせによる逆／順組み合わせ縦列円錐圧縮ばね組立体とすることもできる。

さらに、コンクリート基礎Ｂの底面に設けた窪み(図示せず)に、免震素子として、空気を収納した可撓性の袋体（ブイ）９を取り付けておくと、コンクリート基礎Ｂの上面に支持する免震素子との相乗効果が得られるとともに、地盤が液状化したとき空気を収納した袋体９による浮力が得られ、上部構造物の沈下を防止することができる。窪みは、離散的に複数個設け、これら複数個の各窪み内にそれぞれ袋体（ブイ）９を設けることもできる。

本発明免震基礎装置は、建物のみならず、他の建造物、構造物（タンク）及び設備（機械、装置等）に対する免震基礎装置として使用することができる。

１免震基礎装置
２密着ばね手段
３連結プレート
４縦列逆円錐圧縮ばね組立体（円錐圧縮ばね手段）
５取付けプレート
６底部プレート
７底部プレート
８ボールポイント部材
９袋体（ブイ）

Claims

コンクリート基礎と、このコンクリート基礎に対する上部構造物との間に、前記上部構造物及び上部構造物内の内部施設等をバランスよく支持するレイアウトで複数個の免震素子を配置する免震基礎装置であって、前記免震素子は、
少なくとも１個の密着ばね手段と、
前記密着ばね手段に並置し、前記密着ばね手段の長さに等しい長さとなる少なくとも１個の円錐圧縮ばね手段と
を備え、
前記密着ばね手段及び前記円錐圧縮ばね手段の上側端部を前記上部構造物の底面に固着し、また前記密着ばね手段及び前記円錐圧縮ばね手段の下側端部を前記コンクリート基礎に対して固着することなく、単に接地させて支持する構成とした、
ことを特徴とする免震基礎装置。
請求項１記載の免震基礎装置において、
前記少なくとも１個の円錐圧縮ばね手段は、小径部を下側、大径部を上側にした１個の逆円錐圧縮ばね、又は中間に介在する連結プレートを介して順次直列に連結した少なくとも２個の円錐圧縮ばねよりなる縦列円錐圧縮ばね組立体であって、無負荷状態では前記密着ばね手段の長さに等しい長さとなるようにした、該縦列円錐圧縮ばね組立体とした、
免震基礎装置。
請求項２記載の免震基礎装置において、前記縦列円錐圧縮ばね組立体は、小径部を下側、大径部を上側にした逆円錐圧縮ばねを少なくとも２個順次直列に連結した縦列逆円錐圧縮ばね組立体、又は小径部を上側、大径部を下側にした順円錐圧縮ばねを少なくとも２個順次直列に連結した縦列順円錐圧縮ばね組立体、又は前記逆円錐圧縮ばねと前記順円錐圧縮ばねとの組み合わせによる逆／順組み合わせ縦列円錐圧縮ばね組立体とした、免震基礎装置。
請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の免震基礎装置において、前記密着ばね手段及び円錐圧縮ばね手段の上側端部を共通の取付けプレートに固着し、この取付けプレートを前記上部構造物の底面に固着した、免震基礎装置。
請求項１〜４のうちいずれか一項に記載の免震基礎装置において、前記密着ばね手段及び前記円錐圧縮ばね手段のうち少なくとも円錐圧縮ばね手段の下側端部に底部プレートを連結し、円錐圧縮ばね手段の下側端部に連結した底部プレートの接地面には、少なくとも中心に、前記コンクリート基礎に対する接地面積を少なくするとともに、動摩擦係数を小さくするボールポイント部材を取り付けた、免震基礎装置。
請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の免震基礎装置において、免震素子として、さらにコンクリート基礎の底面に設けた少なくとも１個の窪みに取り付ける、空気を収納した可撓性の袋体を備えた、免震基礎装置。