JP2013245502A - 免震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな揺れを伴う地震に対して免震効果が高く、なおかつ低コストの免震構造を実現する。
【解決手段】免震構造１は、地盤Ａの掘削面１０に敷き詰められた複数の土嚢１１からなる、上面が平らな土嚢層１２と、土嚢層１２の上面に形成された建物Ｂの基礎底盤１３と、を有している。土嚢層１２と基礎底盤１３との間には滑動面３０が形成されている。土嚢１１を構成する土嚢袋２０は、耐腐食性を有する合成樹脂製であり、土嚢１１に充填される土２１が砂質土からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建物の免震構造に関する。

建物の地震対策として、耐震技術や制震技術と共に免震技術がある。免震技術の免震構造として、振動を許容するゴム支承と、振動を減衰するダンパーを利用するものが一般的である。しかしながら、この免震構造は、コストが高い。特に戸建住宅等の低層の小規模建物は自重が小さいため、小型の免震部材を多数設置する必要があり、建築費用が大幅に増加してしまう。このため、免震構造の採用率は極めて低く、低コストの免震構造の開発が望まれている。

特許文献１には、支承体を免震ピット底面と構造物底面との間に介装し、免震ピットに貯留水を貯留させた浮体式免震構造が提案されている。

特開２００７−２１１４４５号公報

しかしながら、上記浮体式免震構造の支承体は、特許文献１に記載があるように柔軟性のある変形可能な容器体内に、粒状材を密に充填したものである。よって、本技術は、容器体内の動き幅の小さい粒状材による免震効果を期待するものであり、小中程度の地震には効果があるが、大きな揺れを伴う地震には、十分な効果が得られない。また、建物の底面の全体を覆い、貯留水を貯留可能な免震ピットを設置する必要があり、非常に高コストになる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、大きな揺れを伴う地震に対して免震効果が高く、なおかつ低コストの免震構造を実現することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、地盤の掘削面に敷き詰められた複数の土嚢からなる、上面が平らな土嚢層と、前記土嚢層の上面に形成された建物の基礎底盤と、を有し、前記土嚢層と前記基礎底盤との間には滑動面が形成されている、免震構造である。

本発明によれば、土嚢層と基礎底盤との間の滑動面により、大きな揺れを伴う地震に対して免震効果の高い滑り支承型の免震構造を実現できる。また、構成が簡易で低コストの免震構造を実現できる。

前記土嚢を構成する土嚢袋が耐腐食性を有する合成樹脂製であってもよい。かかる場合、滑動面での滑動機能を長期にわたり持続できる。

前記滑動面は、前記土嚢層と前記基礎底盤との間に滑りシートが介装されて形成されていてもよい。かかる場合、土嚢層と基礎底盤の滑動がスムーズになり、滑りシートが滑り支承として効果的に機能する。

前記土嚢に充填される土が砂質土からなるようにしてもよい。かかる場合、建物の上部構造の重量による圧密が土嚢層の厚み分だけ低下し、また支持力も増加するので、平坦な滑動面を維持できる。

前記土嚢に充填される土が地盤の掘削土からなるようにしてもよい。かかる場合、コストをさらに抑えることができる。

前記地盤が粘性土などの軟弱な地盤材料からなるようにしてもよい。かかる場合、粘性土からなる地盤の一部が、例えば砂質土の入った土嚢層に置換されるので、地震時の地盤沈下を低減できる。なお、軟弱な地盤材料には、腐植土（ピートを含む）も含まれる。

前記基礎底盤の外周部には、立上り部が設けられ、当該立上り部の外面に接するように振動の復元材及び減衰材として機能する地盤層が形成されていてもよい。かかる場合、別途、建物の振動の復元材及び減衰材を設ける必要がなく、さらに簡易で安価な免震構造を実現できる。

前記滑動面の摩擦係数が０．３５以下であってもよい。

本発明によれば、大きな揺れを伴う地震に対して免震効果が高く、なおかつ低コストの免震構造を実現できる。

免震構造の概略を示す模式図である。 滑りシートを設けた場合の免震構造の概略を示す模式図である。 実施例における振動台の模型を示す模式図である。 実施例における加速度応答スペクトルと固有周期との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る免震構造１の構成の概略を示す説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

免震構造１は、地盤Ａの掘削面１０に敷き詰められた複数の土嚢１１からなる土嚢層１２と、土嚢層１２の上面に形成された建物Ｂの基礎底盤１３を有している。

地盤Ａは、例えば粘性土であり、建物Ｂは、例えば戸建住宅等の小規模の建物である。掘削面１０の底面は、砂、砂利、砕石などの粗粒の材料により平坦に締固められている。

土嚢１１は、耐腐食性を有する合成樹脂製の土嚢袋２０と、内部に充填された土２１からなる。土嚢袋２０の材質には、耐腐食性の高いポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル等の合成樹脂製が用いられ、例えば建物Ｂの耐用年数以上の耐用年数を有するものが好ましい。土２１には、例えば粘性土より粒度が粗い砂質土２１が用いられる。

複数の土嚢１１は、基礎底盤１３の底面より広い領域に複数層にわたり敷き詰められ、土嚢層１２を形成し、土嚢層１２の上面は平らになっている。なお、土嚢層１２は、複数層の土嚢１１により形成されてもよいし、単層の土嚢１１により形成されてもよく、例えば０．１ｍ〜１．０ｍ程度、より好ましくは０．２〜０．６ｍの高さに形成される。

基礎底盤１３は、建物Ｂの底部の全面に形成されている。基礎底盤１３は、平らな底面を有し、平らな土嚢層１２上に形成されている。基礎底盤１３は、プレキャストコンクリートを設置してもよいし、土嚢層１２上に型枠を設置してコンクリートを打設してもよい。こうして、土嚢層１２と基礎底盤１３との間には、滑動面３０が形成される。滑動面３０は、滑り支承として適切な０．３５以下の摩擦係数を有しており、大きな揺れを伴う地震の時には、基礎底盤１３が土嚢層１２に対し水平方向に滑動する。

免震構造１について、滑動面３０を土嚢層１２と基礎底盤１３の間に設ける理由は以下の通りである。滑動面３０は，大きな揺れを伴う地震に対して滑るために平坦であり，また建物Ｂが傾かないように水平である必要がある。また、建物Ｂが軟弱な地盤上に建設される場合には、不同沈下によって建物Ｂが傾斜したり基礎底盤１３に接する地盤の表面に不陸（凸凹）が生じたりすることが懸念される。一方、軟弱地盤であっても表層に土嚢１１を敷き並べて土嚢層１２を形成した上に建物Ｂを設置すれば、高い支持力が担保できるだけでなく、不同沈下を抑制する効果も高い。また、土嚢１１はある程度の変形追従性を有するために、剛で平滑な基礎底盤１３の下に設置すれば、土嚢１１の上面は圧接されて常に平坦な状態となる。さらに、土嚢袋２０に用いられる材料の表面の摩擦特性は、砕石や砂などの住宅の底面に敷設される一般的な地盤材料に比較して滑り易く（摩擦抵抗が小さく）、滑動面３０の材料として好適である。

基礎底盤１３の外周部には、立上り部４０が形成されており、立上り部４０の外面に接するように振動の復元材及び減衰材として機能する地盤層４１が形成されている。地盤層４１は、例えば掘削面１０を形成する際に掘削した土を埋め戻して形成される。地盤層４１に対する基礎底盤１３の底面の深さは、基礎底盤１３の振動の中心を過度に移動させないために必要な復元力と、基礎底盤１３の振動を低減させるために必要な減衰性能に応じて適宜設定される。

かかる建物Ｂの免震構造１によれば、例えば大きな揺れの地震の際には、滑動面３０が滑り支承となり、建物Ｂの基礎底盤１３が土嚢層１２に対し水平方向に移動する。基礎底盤１３の運動エネルギーは、基礎底盤１３と立上り部４０を通じて地盤層４１に吸収され、これにより振動が減衰する。

土嚢層１２は、高い支持力と鉛直方向の剛性を有するだけではない。比較的に低いせん断剛性を有するために下方から入力する地震力が建物Ｂに伝達しにくく、また、せん断時（地震により振動した時）に土嚢１１の中詰め材料の粒子間摩擦や粒子破砕によりエネルギーを消散して振動を速やかに減衰するという特徴を有する。すなわち、土嚢層１２自体にある程度の振動低減性能が備わっている。この性能は，特に、滑動面３０で滑りが生じない程度の地震（小〜中規模の地震）の際に建物Ｂの振動を低減する効果として有用である。

本実施の形態によれば、土嚢層１２と基礎底盤１３との間に滑動面３０が形成されているので、大きな揺れを伴う地震に対して免震効果の高い滑り支承型の免震構造１を実現できる。また、免震構造１は、土嚢層１２等から構成されており、簡易で低コストの免震構造を実現できる。免震構造１は、土嚢層１２を用いるため、地盤の種類を選ばす、例えば軟弱地盤にも適用できる。

特に、本実施の形態のように、免震構造１を、自重が小さい戸建住宅等の小規模住宅に適用した場合、従来必要であったゴム支承などの多数の免震部材が不要となり、コストを著しく低減できる。

また、土嚢袋２０は耐腐食性を有する合成樹脂製であり、また基礎底盤１３の下または地中に設置されるので、紫外線による劣化を考慮する必要がない。よって、滑動面３０での滑動機能を長期にわたり持続できる。

また、土嚢１１に充填される土２１が砂質土からなるので、土嚢層１２は建物Ｂの上部構造の重量による圧密が生じにくく、不同沈下も生じにくい。特に、地盤Ａが粘性土からなる場合には、粘性土からなる地盤Ａの一部が、土嚢層１２に置換されるので、置換された分だけ圧密による圧縮量が減少する。

また、土嚢１１はある程度の変形追従性を有するために、平滑な滑動面３０を維持することができる。

また、基礎底盤１３の立上り部４０の外面に接するように振動の復元材及び減衰材として機能する地盤層４１が形成されているので、別途振動の復元材及び減衰材を設ける必要がなく、さらに簡易で安価な免震構造１を実現できる。地盤層４１は、地震による振動で基礎底盤１３および立上り部４０の側面が地盤層４１に押し込まれると、それに抵抗する受働土圧を作用させる。この受働土圧が復元力として機能することにより、建物Ｂの振動中心を一定の位置に保つことができると共に、振動中の最大水平変位量および地震後の残留水平変位量を抑制する（限定的なものにする、過度に生じないようにする）ことが可能になる。また、地盤層４１は、地震による振動で基礎底盤１３および立上り部４０の側面が地盤層４１に押し込まれると、せん断破壊（受働破壊）することによりエネルギーを消散し、振動を減衰させる効果も期待できる。

ところで、以上の実施の形態で記載した滑動面３０は、図２に示すように土嚢層１２と基礎底盤１３との間に滑りシート５０が介装されて形成されていてもよい。かかる場合、例えば滑りシート５０が、土嚢層１２の上面であって、基礎底盤１３の底面の全面にわたり敷設される。滑りシート５０には、例えばビニールシート、ブルーシートなどが用いられる。かかる例によれば、土嚢層１２と基礎底盤１３の滑動がよりスムーズになり、滑りシート５０が滑り支承として効果的に機能する。なお、滑りシート５０は、滑りシート５０は，土嚢１１と基礎底盤１３の間において滑動した際に容易に破損しない面状の部材であり、軟質のもののみならず、剛性のあるものであってもよい。また、この滑りシート５０は、一般には曲げに対して柔軟な部材であるが、適切な表面の摩擦特性を有すれば、ある程度の曲げ剛性を有する板状の部材であってもよい。

また、以上の実施の形態において、土嚢１１に充填される土２１が地盤Ａの掘削土から構成されていてもよい。かかる場合、土嚢１１の土２１に掘削土が利用できるので、コストをさらに抑えることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の免震構造１を評価するための振動台実験を行った。以下に、当該実験の概要を示す。

本実験は、図３に示すような免震構造を模した振動台の模型を用いて行った。模型は、下から砕石、土嚢層、耐圧版を順に積層し、耐圧板と土嚢層との間に滑動面を形成したものである。耐圧板は、鉄筋コンクリート製であり、基礎底盤に相当する。滑動変位を考慮して土嚢層は耐圧版より350〜375mm広く設置した。また、戸建て住宅の上載圧（１０kN/m²）を考慮して鉄板を耐圧版上に載せた。また、土嚢層と耐圧版の側方には、地盤層としての埋め土を締固め（周辺地盤を設け）、模型側壁のH型鋼との境界には緩衝材として発泡スチロールを設けた。滑動面には滑りシートを配置した。滑りシートには、ビニールシート（ポリエチレン）、ブルーシート（ポリエチレン）、フロアシート（表面は塩化ビニル１００％、中面は、発泡塩化ビニル１００％、裏面は、ガラス基材）、滑動平板（超高分子量ポリエチレン）を用いた。

滑動面の摩擦特性を把握するための静的繰返し載荷試験と、神戸海洋気象台で観測された波を入力した場合の挙動を把握するための動的繰返し載荷試験を行った。１３ケースの実験を行い（１）加速度応答スペクトルに見られる免震効果、（２）滑動面の摩擦特性の影響を検討した。

図４に、耐圧版上及び振動台上で計測した水平方向の加速度acとastから求めた加速度応答スペクトルSa,c，Ｓa,stとＴの関係を示す。帯状で示す免震層の下面に入力する振動のSa,stと比較して耐圧版上に伝達する振動のSa,cのピーク値は、ビニールシートと土嚢層、滑動平板と土嚢層の組み合わせによる滑動面で約４割減少した。また、ピーク値の周期は戸建て住宅の固有周期T=0.2-1sの間に入っているものの、長周期側に約0.3秒（T=0.35→0.68s）移動した。また、耐圧版と砕石の組み合わせによる滑動面と比較しても前者の組み合わせ及び耐圧版と土嚢層、フロアシートと土嚢層の組み合わせによる滑動面でSa,cは大きく低下している。つまり、土嚢層と面状の部材を組み合わせた滑動面で大きな免震効果が発揮された。また、滑動面の摩擦係数は0.35以下が望ましかった。

本発明は、大きな揺れを伴う地震に対して免震効果が高く、なおかつ低コストの免震構造を実現する際に有用である。

１ 免震構造
１０ 掘削面
１１ 土嚢
１２ 土嚢層
１３ 基礎底盤
２０ 土嚢袋
２１ 土
３０ 滑動面
４０ 立上り部
４１ 地盤層
５０ 滑りシート
Ａ 地盤
Ｂ 建物

Claims (8)

1. 地盤の掘削面に敷き詰められた複数の土嚢からなる、上面が平らな土嚢層と、
   前記土嚢層の上面に形成された建物の基礎底盤と、を有し、
   前記土嚢層と前記基礎底盤との間には滑動面が形成されている、免震構造。
2. 前記土嚢を構成する土嚢袋は、耐腐食性を有する合成樹脂製である、請求項１に記載の免震構造。
3. 前記滑動面は、前記土嚢層と前記基礎底盤との間に滑りシートが介装されて形成されている、請求項１又は２に記載の免震構造。
4. 前記土嚢に充填される土が砂質土からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の免震構造。
5. 前記土嚢に充填される土が地盤の掘削土からなる、請求項１〜３のいずれかに記載の免震構造。
6. 前記地盤が粘性土などの軟弱な地盤材料からなる、請求項４又は５に記載の免震構造。
7. 前記基礎底盤の外周部には、立上り部が設けられ、当該立上り部の外面に接するように振動の復元材及び減衰材として機能する地盤層が形成されている、請求項１〜６のいずれかに記載の免震構造。
8. 前記滑動面の摩擦係数が０．３５以下である、請求項１〜７のいずれかに記載の免震構造。