JP2016000932A

JP2016000932A - 免震構造の原点復帰手段と原点復帰方法、並びに該手段を備えた改良地盤

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Publication number: JP2016000932A
Application number: JP2014121511A
Authority: JP
Inventors: 武志菊地; Takeshi Kikuchi; 和森佐藤; Kazumori Sato
Original assignee: Vic Ltd
Current assignee: Vic Ltd
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2016-01-07
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: JP6635327B2

Abstract

【課題】設置、取り外し、メンテナンスが容易であり、かつコスト的にも有利となる、免震構造の原点復帰手段及び原点復帰方法、ならびに該手段を備えた改良地盤を提供する。【解決手段】原点復帰手段２０（２０ａ）は、地盤１側と建物の基礎８側とを直接もしくは間接につなぐよう建物の基礎８の周囲に複数個配置され、ずれによって前記原点復帰手段２０に生じた引張り力もしくは押圧力のいずれか一方もしくは双方を利用して前記ずれを解消させる。原点復帰手段２０は、弾性材２３（２３ａ）もしくは伸縮部材２３のいずれかとすることができ、弾性材２３としては環状、棒状もしくは板状のゴム材、伸縮部材としてはガス封入ダンパとすることができる。ゴム材としては超低硬質ゴムを利用することが好ましい。地盤１側と建物の基礎８との間にはさらに、振動を減衰させるための減衰手段２５、あるいは緩衝空隙７０を埋める緩衝材６２が配置されてもよい。【選択図】図１

Description

本発明は、地震の際に建物の基礎と地盤の間での相対移動を許容することにより建物側に伝わる地震力を低減させる免震構造において、地盤に対して相対移動した建物の基礎のずれを事後元の位置に復帰させる原点復帰手段及び原点復帰方法、並びに該原点復帰手段を備えた改良地盤に関する。

戸建て住宅などの小規模の建物の基礎に関して、比較的安価で且つ免震効果に優れた耐震性基礎構造が種々検討されており、その際に各種の免震構造が用いられている。このような免震構造では、建物の基礎と地盤との間の水平面での相対移動を許容するための機構が採用されており、その主なものとして両者間の相対移動を低摩擦材の滑りで許容する機構（以下、「摺動免震機構」という。例えば、特許文献１、特許文献２参照。）と、ボール、ローラ等の回転物を利用する機構（以下、「転がり免震機構」という。例えば、特許文献３参照。）を挙げることができる。このような免震構造では、地震による揺れが納まった事後において、一般には建物の基礎が地盤に対して位置ずれが残ることがあり、これを元の位置に復帰させる原点復帰手段を設けることが好ましい。なお、免震構造としてはこの他に、ゴム、スプリングなどの弾性部材を直接支承部材として使用することにより振動を吸収する手段も利用されているが、この場合には弾性部材が復元機能を兼ねることができるため、一般には改めて原点復帰手段を設ける必要はない。

図５は、特許文献１に開示された従来技術における摺動免震機構を備えた改良地盤構造の一部を断面で示している。この改良地盤は、例えば、木造や軽量鉄骨造による戸建て住宅などの軽量の建物（図示せず）の基礎８を敷設するための地盤である。具体的には、建物および基礎８を含む約５０ｋＮ／ｍ^２以下の鉛直荷重を支持する改良地盤であって、基礎８に対する地震力を低減させるために構築されている。図５において、当該改良地盤は、所望の建物の平面形状に応じて根切り部１１で区画して掘削された地盤１の内部に構成される。掘削された部分に、５０〜２５０ｍｍ厚ほどの調整地盤２が打設され、建築物を支持する地盤部分が形成される。

この調整地盤２と基礎８との間には摺動免震機構として振動減衰手段４が設けられ、調整地盤２と基礎８との間で相対摺動（スライド）を可能にすることによって振動を吸収するものとしている。振動を摺動により吸収するため、振動減衰手段４は、下から第１の摺動材４１、第２の摺動材４２の組み合わせからなり、下方に配置される下地調整シート３と、上方に配置される防振ゴム５に挟まれた構成となっている。振動減衰手段４は、基本的に建築物の平面投影形状の全面に渉って延展される。地盤１から調整地盤２に伝播される地震力は、対向する一対の摺動材４１、４２の間の摺動によって吸収され、基礎８およびその上に構築される図示しない建物への振動伝播を軽減する。

下地調整シート３は、表面の平坦度が確保できるものであることのほか、建築物の下に敷設されて永年使用されるものであることから、耐久性が高いこと、並びにコンクリートに触れることから耐アルカリ性に強い材料であることなどが望まれ、材料としてはアスファルトシート、ゴムシート、ゴムマットなどが考えられる。一例として、下地調整シート３は、２〜１０ｍｍ厚のアスファルトシートが利用される。アスファルトシートは屋上等の防水シートとしての実績があり、防水性にすぐれ、地盤１、調整地盤２を介した水の浸入を防ぐ効果が優れる。また制振特性を評価する指標の１つである損失係数（ｔａｎδ）が０．３５と大きく、防振材料としても好ましい材料であることから採用されている。その他として、ゴム系の防水シートが使用されてもよい。

下地調整シート３の上層に、第１の摺動材４１が敷設される。当該摺動材４１は、対向する第２の摺動材４２との間で振動吸収のための相互摺動をすることから、両者間での静摩擦抵抗が極力低くなる材料であることが必須の条件となる。具体的には、第１と第２の摺動材４１、４２間の静摩擦係数が０．２ほどであることが好ましく、さらにはこれが０．１５であればより好ましい。これを実現できる材料としては、フッ素樹脂系のシート、あるいは超高分子樹脂系のシートが挙げられる。

第１の摺動材４１の材料としては、上述のように何よりもまず静摩擦係数が低いものであることのほか、耐熱、耐薬品、耐アルカリ性のあるものが好ましい。第１の摺動材４１の例として、０．０５〜２．０ｍｍ厚、好ましくは０．０７５〜０．５ｍｍ厚のフッ素樹脂シートが使用される。下層に位置するアスファルトシートからなる下地調整シート３には粘着性があるため、フッ素樹脂シートはその表面に延展するだけで下地調整シート３に粘着固定される。また、下地調整シート３にゴム系防水シートを使用する場合、第１の摺動材４１との間に全面ないし部分的に両面粘着テープで貼付し固定してもよい。

第１の摺動材４１より上の層は、基本的にこれまでの構成を反転したものとなり、すなわち、第１の摺動材４１に対向してその上に第２の摺動材４２が被せられ、コンクリートで構築される基礎８との間の平坦度を確保するため、さらに防振ゴム５がその上に被せられる。防振ゴム５の上には基礎８のコンクリートが打設されるが、これ以降の手順は従来建築と同様である。なお、ここでは調整地盤２と基礎８の間での相対摺動で振動を吸収するものであることから、この両者が全面で対向していることが好ましく、したがって基礎８は、いわゆる「べた基礎」であることが好ましく、あるいは「連続基礎（布基礎）」であっても良い。

第２の摺動材４２は、第１の摺動材４１の上に被せるように展開する。第１の摺動材４１と同様、第２の摺動材４２の例としては摩擦係数の低い０．０７５ｍｍ厚のフッ素樹脂シートが使用される。振動減衰手段４として、このフッ素樹脂シート４１、４２同士の配置が摩擦力の観点から現状で考えられる最も好ましい組合せとなるが、コスト的な問題もあり、この内のいずれか一方を超高分子樹脂シートに置き換えることも可能である。具体的には超高分子ポリエチレンシートが考えられ、この際の分子量は１００万以上であることが好ましい。上記の様な材料で構成されていることにより、第１の摺動材（４１）と第２の摺動材（４２）との静摩擦係数を０．１５〜０．４の範囲に設定することができる。

次に、第２の摺動材４２の上層に、基礎８を含む建物（図示省略）の鉛直荷重を支持すると共に、鉛直方向および水平方向の地震の揺れを更に減衰するための平板状の防振ゴム５が配置されている。防振ゴム５の素材としては、下地調整シート３と同じアスファルトシートとすることもでもよいが、他の例として耐酸性、耐アルカリ性、耐水性、耐微生物性、耐油性、耐有機溶剤性に優れたゴムとすることができる。一例として、新幹線軌道のバラスト下にメンテナンスフリーとして使用されるなどの実績のあるゴムマット（バラストマット）の使用が可能である。このバラストマットは２５ｍｍ厚、１００ｍｍ×１００ｍｍで鉛直パネル定数が４，５００ｋｇ／ｃｍである。よってｍ^２当りでは鉛直パネル定数は４５０，０００ｋｇ/cmとなる。標準的２階建て木造住宅の荷重はｍ^２当り１ｔであるので、２５ｍｍ厚の歪み量は、１／４５０＝０．００２ｃｍ＝０．０２ｍｍ程度となる。よって２５ｍｍのバラストマットをスライスして厚みを２ｍｍ〜１０ｍｍに調整して使用することが好ましい。

最後に、基礎８のコンクリートが防振ゴム５の上に打設される。コンクリート打設の際、内部の空気穴を除くための特殊用具に振動を与えてコンクリートを突き、あるいは攪拌させる。このような場合にも、アスファルトシートと異なってゴムマット５であれば突き破られて特殊用具が摺動材４１、４２にまで突き当たる事態が回避され、都合がよい。

図５に戻って、根切り部１１の内周部には、当該内周部の崩壊を防止するためコンクリートブロックや地先ブロックを配列したりコンクリートを打設したりして成る側壁６１が設けられていてもよい。基礎８と側壁６１との間には、基礎８が相対移動する際の移動代として約３５ｃｍ〜５０ｃｍの緩衝空隙が設けられ、この空隙には基礎８の水平方向の揺動を緩衝するよう、例えば大きな粒径、好ましくは１０〜５０ｍｍの粒径のゴムチップから成る緩衝材６２が充填される。なお、緩衝材６２としてゴムチップを充填する場合は、振動減衰手段４の第１の摺動材４１と第２の摺動材４２の間にゴムチップが入り込まない様、防振ゴム５の外周部および第１の摺動材４１の外周部を覆う保護シート６３が敷設される。

上記の様な緩衝材６２を充填した場合には、地震動による防振ゴム５及び基礎８の水平方向への移動ならびに変形に追従して緩衝材６２の層全体が変形し、防振ゴム５の変形を制限することがないため、揺れに対して防振ゴム５の減衰特性を十分に発揮させることが出来る。上記の緩衝材６２は、地表面に相当する高さ（グランドレベル）まで充填され、そして、地盤内への雨水などの浸透を防止するため、側壁６１及び緩衝材６２の上端は、ブチルゴム等のゴム製あるいはポリエチレン等の樹脂製の防水シート７で覆われる。

上記の様に、特許文献１に開示された改良地盤は、根切り部１１に対し、調整地盤２、下地調整シート３、シート状の振動減衰手段４及び防振ゴム５が順次積層された層構造を備え、且つ振動減衰手段４が防振ゴム５の下面全体に対応させて配置されているため、施工が簡単であるとされる。また、当該改良地盤においては、振動減衰手段４と防振ゴム５とが積層され、しかも、フッ素樹脂シート又は超高分子ポリエチレンシートからそれぞれ成る第１の摺動材４１及び第２の摺動材４２を重ね合わせて振動減衰手段４が構成されているため、地震の際に地盤１から基礎８へ伝わる地震力を低減でき、特に地震の水平方向の衝撃力を大幅に低減させることが出来る。

地震発生時の動作としては、地盤１から調整地盤２へ水平方向の地震動が伝わった際、下地調整シート３の上面の振動減衰手段４は、加速度（衝撃力）が所定の大きさ（例えば、約２００gal）に至らない比較的弱い揺れに対しては調整地盤２及び下地調整シート３に追従して共に挙動する。しかしながら、地震動の加速度（衝撃力）が所定の大きさを越えると、振動減衰手段４において、第１の摺動材４１と第２の摺動材４２の相互の摩擦力が極めて低いため、基礎８の荷重が掛かる第２の摺動材４２は、その慣性力により調整地盤２及び下地調整シート３と共に振動する第１の摺動材４１に追従して振動することがなくなり、当初の位置を中心に微動する。更に、基礎８の荷重が掛かる防振ゴム５は、それ自体の弾性変形により、基礎８へ伝わる鉛直方向の振動を低減させる。その結果、上記の様に基礎８に対する鉛直方向の地震の衝撃力を低減することが出来る。しかも、当該改良地盤においては、シート状および板状の部材の積層によって構成され、機械構造部分がないため、優れた耐久性能を発揮できるものとされる。

特許文献４には、上述の特許文献１に示すような改良地盤に利用可能な原点復帰手段が開示されており、当該原点復帰手段は、地震時にずれが生じた建物の基礎を手動により原点復帰させるよう構成されている。図６はその構造を示しており、原点復帰手段３０は、地盤側に固定されて上方に突出する基準心棒３１と、それを囲むように建物の基礎に開けられた調整穴３２とから構成されている。摺動免震機構（図６の符号１０）の作用により建物の基礎が位置ずれした場合、この基準心棒３１と調整穴３２の間に図示しないジャッキをかませて操作することにより、ズレの調整が手動により可能となる。なお、この原点復帰手段３０を用いることで、基準心棒３１と調整穴３２の間にスプリングなどの弾性部材を配して自動的な原点復帰を行うことも可能である。

次に図７は、特許文献２に示す、同じく地盤に対する建物の基礎の相対移動を摺動免震機構によって許容するよう構成された免震構造を示している。同図に於いて摺動免震機構（図７の符号５。同文献では「滑り手段」と呼称。）は、摺動面を構成する部材としてはセラミックコーティング膜を形成したセメント系硬化材、フッ素樹脂などの低摩擦材をコーティングした鋼板、セラミック板、ＦＲＰ板などが用いられている。地震の後の建物の基礎のずれを調整するため、当該免震構造はゴム、熱可塑性エラストマーなどの弾性材からなる原点復帰手段（図７の符号１６。同文献では「弾性復元装置」と呼称。）を備えている。基礎側にずれが生じた場合には、この原点復帰手段（１６）が備える弾性力によって元の位置に復帰することが企図されている。

さらに図８は、特許文献３に開示された転がり免震構造の概要を示しており、ここでは複数の鋼板（符号２、３、４）の表面の表裏別々に設けられた図の直交するＸ方向、Ｙ方向の複数の溝の中に多数のローラ（図８の符号５）を配し、地震による振動をＸ、Ｙ両方向のローラの回転により吸収して地盤に対する建物の基礎の移動を許容している。ローラの嵌る溝はそれぞれ湾曲しているため、重力の作用によって建物の基礎（図８の符号６。同文面では「免震構造物」と呼称。）が元の位置に復帰するよう構成されている。

特許第４９８３３２６号公報特開２００８−１５０８７０号公報特開平１１−３５１３１９号公報特開２０１０−０５９６９０号公報

しかしながら、上述した各原点復帰手段にはそれぞれ改善すべき余地があった。特許文献１並びに４に記載の復帰手段では、手動による原点復帰操作が要求されるほか、当該機構の設置は大掛かりとなり、コスト的に不利な面があった。特許文献２に記載の復元機構では、当該機構が少なくとも建物のほぼ中央の１箇所設置されるものであることから、取り付け、取り外し、メンテナンスなどの取り扱い時の困難性があった。特許文献３に記載の原点復帰手段では、建物の基礎全体の荷重を支えながら相対移動するため、強度的な要求が避けられず、且つローラが嵌る溝を備えた鋼板の加工、組み立てに高い精度が要求されるなど、コスト的にも不利な面があった。

以上より、本発明はこれら従来技術に見られる課題を解消し、設置、取り外し、メンテナンスが容易であり、かつコスト的にも有利となる免震構造の原点復帰手段及び原点復帰方法、ならびに該手段を備えた改良地盤を提供することを目的としている。

本発明は、建物の基礎と、当該基礎の周囲に配置される地盤の根切り部との間に引っ張り力又は押圧力を付加する原点復帰手段を配置することによって、着脱が容易であり、コスト的にも有利となる原点復帰手段を提供して上述の課題を解消するもので、具体的には以下の内容を含む。

すなわち、本発明に係る１つの態様は、免震構造によって地震時に地盤に対して相対移動した建物の基礎のずれを元の位置に復帰させる原点復帰手段であって、地盤側と建物の基礎側とを直接もしくは間接につなぐよう建物の基礎の周囲にある緩衝空隙内に複数個配置され、ずれによって前記原点復帰手段に生じた引張り力もしくは押圧力のいずれか一方もしくは双方を利用して前記ずれを解消させることを特徴とする原点復帰手段に関する。

前記原点復帰手段は、引張り力を提供する弾性材、もしくは押圧力を提供する押圧部材のいずれかから構成することができる。弾性材の場合、環状、棒状、もしくは板状のゴム材のいずれかの形態が利用することができる。ゴム材としては耐久性のあるゴム素材、好ましくは超低硬度ゴム材とすることができる。また、前記弾性材は、地盤側と基礎側との側面周囲を覆い、防水機構を兼ねる板状のゴム材とすることができる。

本発明に係る他の態様は、地震時に地盤と建物の基礎との間の水平方向の相対移動を許容することによって地震力を低減させる免震構造を備えた改良地盤であって、当該改良地盤は前記相対移動によって生じた建物の基礎のずれを元の位置に復帰させる原点復帰手段をさらに備えており、当該原点復帰手段が上述したいずれかの原点復帰手段であることを特徴とする改良地盤に関する。この改良地盤の建物の基礎の周囲にある緩衝空隙内には、プラスチック廃材から再生した小口径パイプ材を短く切断して形成された通称「排水パイプ」を緩衝材として充填することもできる。

本発明に係るさらに他の態様は、地震時に建物の基礎と地盤との間の水平方向の相対移動を許容して地震力を低減させる免震構造によって生じた建物の基礎のずれを元の位置に復帰させるための原点復帰方法であって、地盤側と建物の基礎側との間を直接もしくは間接につなぐよう、弾性材もしくは押圧部材からなる原点復帰手段を建物の基礎の周囲に設けられた緩衝空隙内に複数個配置し、ずれによって該原点復帰手段に生じた引張り力もしくは押圧力のいずれか一方もしくは双方を利用して前記ずれを解消させることを特徴とする原点復帰方法に関する。原点復帰手段は、ずれによって生じた超低硬度ゴムの引張り力を利用するものとすることができる。

本発明に係る原点復帰手段によれば、地盤１に対する基礎８の相対移動の際の移動代を確保するために必要となる緩衝空隙をそのまま利用して配置することができるため、例えば、特許文献４に記載された手段と比較すれば追加の設備対応が不要となってコスト的にも有利である。また、特許文献２に記載された手段と比較して緩衝空隙へのアクセスも容易であり、原点復帰手段の着脱も容易となることからメンテナンスも楽に行えるものとなる。さらに特許文献３に記載された手段に対しては曲面への精度の高い溝加工などが不要となり、コスト的に有利となる。これらの要因により、従来技術に見られる原点復帰手段に対してよりシンプルでより安価な原点復帰機能を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る原点復帰手段を備えた改良地盤の平面図（ａ）及び側面断面図（ｂ）である。図１に示す原点復帰手段の取付け状況を示す斜視図である。図２に示す原点復帰手段に使用される弾性部材とその代替案を示す斜視図である。本発明の他の実施の形態に係る原点復帰手段を備えた改良地盤の斜視図である。従来技術に係る摺動免震機構を備えた改良地盤を示す側面断面図である。図５に示す改良地盤に適用可能な原点復帰手段を示す側面断面図（ａ）及び平面概略図（ｂ）である。従来技術に係る摺動免震機構を備えた他の改良地盤を示す側面断面図である。従来技術に係る転がり免震機構を備えた他の改良地盤を示す側面断面図である。

本発明の第1の実施の形態に係る原点復帰手段、並びに該原点復帰手段を備えた改良地盤について、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る原点復帰手段を備えた改良地盤の概要を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面断面図である。両図において、本実施の形態に係る改良地盤は、基本的に従来技術の項で説明した特許文献１に開示された摺動免震機構を利用する改良地盤の構成を踏襲しており、これに加えて以下に述べる原点復帰手段２０をさらに備えるものである。ただし、本発明の適用は図示の摺動免震機構によるものに限定されるものではなく、転がり免震機構による免震構造であっても、地盤に対する基礎の相対移動を許容するその他の免震構造に対しても適用可能である。

図１（ａ）、（ｂ）において、当該改良地盤は、地盤１の根切り部１１内で側壁６１によって囲われた平坦な調整地盤２を備え、その上に振動減衰手段４を介して基礎８が設けられている。基礎８はやはり平坦なベタ基礎であることが好ましく、基礎８の上には図示しない建物が構築される。なお、図では説明簡略化のため下地調整シート３、防振ゴム５の表記を省略しているが、特許文献１と同様にこれらを設けることも勿論可能である。振動減衰手段４は、ここでは対向して配置された調整地盤２側の第１の摺動材４１と基礎８側の第２の摺動材４２とから構成されており、これらを保護シート７１で包むことによって両摺動材４１、４２間への異物、水分の混入を防いでいる。保護シート７１は、地震時の両摺動材４１、４２間における相対移動に追従できる柔軟性と伸縮性が求められ、本実施の形態では０．２ｍｍ厚のポリエチレンシートが用いられているが、ゴム材など他のシート材が用いられてもよい。地震の際の振動は、両摺動材４１、４２の間の摺動（滑り）によって吸収され、地盤側から基礎８への伝わる振動を減衰させる。この構造は先の従来技術で特許文献１を参照して説明したものと同様である。

側壁６１と基礎８との間の間隙である緩衝空隙７０は、地震の際に調整地盤２に対して摺動により相対移動する基礎８の移動代を見込むもので、一般には３５ｃｍ〜５０ｃｍほどの幅を有する。図５に示す従来技術では、この緩衝空隙７０内に緩衝材６２（図５参照）が充填されており、緩衝材６２としてゴムチップの他に砂などが使用できるが、好ましくはゴムチップ、さらには後述する排水パイプが好ましい。あるいは、緩衝材６２を無充填とすることでもよい。本実施の形態ではこの緩衝空隙７０を利用して原点復帰手段２０が設けられ、複数の原点復帰手段２０が基礎８の周囲に配置される。このように緩衝空隙７０のスペースをそのまま利用することにより、本実施の形態では原点復帰のための特別な設備対応が不要となる利点がある。原点復帰手段２０は、ゴムなどの弾性材２３によって基礎８側と側壁６１とをつないで結ぶもので、このため基礎８側と側壁６１側のそれぞれに取付け具２１、２２が設けられる。図示の例では、このような原点復帰手段２０が平面四辺形の基礎８の四辺にそれぞれ２個ずつ配置されているが、この数量と配置については後述するように建物を含む基礎８の重量、振動減衰手段４の諸元、基礎８の形状に応じて適切に設定可能である。例えば基礎８が四辺形であれば、各辺において少なくとも１個もしくは２個の原点復帰手段２０が配置されていることが平面の２軸方向のズレを復元するために好ましく、他の平面形状の場合にあってもこれに準じた配置がされることが好ましい。なお、図１において根切り部１１の内側には側壁６１が設けられているが、この側壁６１が設けられない場合もあり得る。そのような場合には、調整地盤２から垂直に取付具２２を立ち上げ、これに弾性材２３を取付けるようにしても良い。

図２は、原点復帰手段２０が基礎８と側壁６１（地盤１）の間に配置された状況を示す斜視図である。図２において、原点復帰手段２０は、環状の弾性材２３（以下「環状ゴム材２３」とも言う。）を、基礎８側に設けられた取付け具２１と側壁６１側に設けられた取付け具２２にそれぞれ嵌めることによって固定している。このため、環状ゴム材２３の着脱は極めて容易となり、原点復帰手段２０の着脱、メンテナンスに手間がかかることはない。図１（ｂ）の側面断面図に見られるように、緩衝空隙７０の上面には適当な強度を備えた防水カバー７３を被せることで原点復帰手段２０へのアクセスも容易である。地震時に防水カバー７３は、基礎８と一体となって移動し、基礎８の相対移動を拘束することがない。あるいは図５に示す従来技術にあるように、緩衝空隙７０には緩衝材６２を充填してもよく、この際には緩衝材６２として原点復帰手段２０へのアクセスの障害とならない材料、また地震時の基礎８の相対移動を阻害しない材料、例えば排水パイプ、を選択することが好ましい。これに関しては後述する。

図３は、弾性材２３の具体的な形状例を示しており、この内図３（ａ）は、図２に表示した所定幅の環状ゴム材２３の例を示している。図３（ｂ）は、同じく代替となる棒状（もしくは板状）ゴムからなる弾性材２３を示している。この場合には長手方向両端に取付け用のフランジ部材２３ａ、２３ａが焼き付けなどにより取付けられ、この部分が基礎８及び側壁６１に設けられる取付け具２１ａ、２２ｂに差し込まれて固定される。これらの形態は一例であって、弾性材２３の形状、取付け手段については他の従来技術で知られた形態、対応策の適用が可能である。

弾性材２３のゴム材としては、優れた柔軟性、衝撃吸収性を備え、かつ強度や耐候性にも優れたゴム材を選択することが望まれる。具体的には、超低硬度ゴムを使用することが好ましく、ただし条件を満たすものであればその他のゴム材が使用されてもよい。超低硬度ゴムには、ＥＰＤＭ系、シリコーンゴム系、ブチルゴム系などが見られ、用途により選択可能である。一例として、テストに供した超低硬度ゴムの物性は、硬度（ＪＩＳ−Ａ）：２６、引張り強さ：５．６メガパスカル、破断伸び：８７２％、１００％伸び時の引張り強さ：０．２９メガパスカル、２００％伸び時の引張り強さ：０．３９メガパスカルであった。このような弾性材２３を基礎８の周囲の緩衝空隙７０内で対向する両側の取付け具２１、２２を介して適切に配置して取り付けることにより、基礎８がいずれかの方向に移動した際に少なくとも引っ張られた側に配置された原点復帰手段２０の弾性材２３が伸ばされ、これが収縮する際に基礎８を原点復帰させる復元力（引っ張り力）を提供するものとなる。

所定の寸法諸元を有する弾性材２３を使用する場合の例として、原点復帰手段２０の必要数量は以下のように算定できる。例えば、建物面積が８ｍ×８ｍの２階建て建物を想定すると、建物荷重は約６４トン（１トン/m^２とする。）となり、同質量は６５．３ｋｇ・sec^２/cm（６４，０００÷９８０cm/ sec^２）となって、この質量をＭとする。地震時には、固有振動数０．５Ｈｚ付近がキラーパルス領域（共振を起す危険な振動数領域）となるため、地震による建物の共振を回避するには原点復帰手段２０を介した場合の建物の固有振動数を０．１Ｈｚほどとすることが狙い目となる。その時の原点復帰手段２０のバネ定数をＫ（ｋｇ/cm）、振動周波数をｆｒとすると、
ｆｒ＝１／２π・（Ｋ／Ｍ）^１／２
の関係より、バネ乗数Ｋは、
Ｋ＝ｆｒ^２×４×π^２×Ｍ＝２５．７kg/cm
となる。

一方、図３（ａ）を参照して、弾性材２３として厚さＷ＝２０ｍｍ、幅Ｓ＝１００ｍｍ、半折長Ｌ＝３００ｍｍの超低硬度ゴムからなる環状ゴム材を使用した場合の環状ゴム材１本当たりの引っ張りバネ定数Ｋを算出すると、上述したように超低硬度ゴムの１００％モジュラスは０．２９メガパスカル（２．９ｋｇ/cm^２）、同じく２００％モジュラスは３．９メガパスカル（３．９ｋｇ/cm^２）であるから、この間の１００％伸び時の引張り強さの差は１．０ｋｇ/cm^２となる。この間の１００％伸び変化時の引張り力は
２（cm）×１０（cm）×１．０ｋｇ/cm^２×２（環状ゴム材の両側）＝４０kg
となる。これより、変化量が３００ｍｍとした場合の環状ゴム材からなる弾性材２３の一本当たりの引張りバネ定数Ｋを算出すれば、
Ｋ＝４０kg／３０cm≒１．３kg/cm
となる。

次に、図１（ａ）に示すような平面が矩形形状の基礎８の周囲各辺に等しい数の弾性材２３（図示の例では各辺に２本のみを表示）が配置されていると仮定して、その各辺に配置される弾性材２３の必要本数Ａを算出してみる。今、地震時に基礎８が図の左側に相対移動する場合を想定すると、図の右側の辺に位置するＡ本の弾性材２３には引張り力が加わるが、左側の辺に位置する弾性材２３は緩む方向の移動となるため何らの力も作用していない。これに対して上下面の２辺に位置する各Ａ本の弾性材２３には斜めに引張り力が加わり、この際の引張り力は仮に右側の辺に作用する引張り力の１／３と想定する。これにより、基礎８の周囲で引張り力として作用する弾性材２３の合計本数は、Ａ＋２×Ａ×１／３＝５／３・Ａ本と算出される。上述した１本当たりのバネ定数Ｋが１．３ｋｇ/cmであることから、
Ａ＝Ｋ／Ｋ・３／５＝２５．７kg/cm／１．３kg/cm・３／５＝１１．９本
となり、一辺当りの必要本数Ａは約１２本となる。すなわち基礎８の矩形形状の各辺に１２本の環状ゴムの弾性材２３を配置すれば、基盤８（建物含む）の固有振動数を０．１Ｈｚに設定することができる。

ただし、ここに挙げた環状ゴムの各諸元並びに基礎８の形状、質量等は一例であって、条件が異なれば弾性材２３の必要本数も当然に異なるものとなる。例えば、弾性材２３としてＥＰＤＭなどのゴム系防水シートを使用し、図３（ａ）に示す寸法諸元を、厚さＷ＝１．５ｍｍ、幅Ｓ＝１００ｍｍ、半折長Ｌ＝３００ｍｍとしてこれを２枚かさねて１セットとした環状ゴム材を使用した場合を想定すると、１００％伸び変化時の引張り力は７８ｋｇ、１本当たりの引張りバネ定数は２．６ｋｇ／ｃｍとなるため、１辺当りの弾性材２３の必要本数は６セット（１２枚）と算出される。

図１、２に戻って、万一の共振を回避するため、および弾性材２３の伸縮による建物の振動継続を早期に減衰させるため、改良地盤には原点復帰手段２０に沿って図示のようにダンパなどの減衰手段２５が設けられていることが好ましい。この減衰手段２５は、図示の例では２軸方向にそれぞれ１つずつ設けられているが、水平面での振動を減衰するため、このように平面上の２軸に沿って少なくとも各１つが設けられることが好ましいが、その数はこれに限定されない。減衰手段２５は、基礎８の側面と側壁６１とにジョイントを介してボルト止めされてもよく、あるいは着脱を容易にするために図２（ｂ）に示すものと同様に差込式にして固定することでもよい。なお、減衰手段２５の設置に関しては次に示す実施の形態についても同様に適用可能である。

図１に示す例では、緩衝空隙７０を空洞のままとして原点復帰手段２０を配置しているが、これを例えば図５に示すように原点復帰手段２０をそのまま含めて緩衝材６２を充填するか、あるいは原点復帰手段２０の部分のみが空洞となるよう区画してその他の箇所に緩衝材６２を充填してもよい。本実施の形態ではこの緩衝材６２として、「排水マット」の材料として不織布の袋に詰めて使用される通称「排水パイプ」と呼ばれるプラスチック製小口径の中空円筒材を多数充填して用いられている。「排水パイプ」は、ポリエチレンなどのプラスチック廃材をペレット状にし、特殊加工によって例えば外径約８ｍｍ、肉厚約１．５ｍｍ、長さ約１０ｍｍ程度の中空円筒状に再生した材料で、新潟県新潟市にある株式会社オリス、鳥取県米子市にあるフジ化成工業株式会社ほかから入手可能である。

緩衝材６２としてこの「排水パイプ」を使用することのメリットは、廃材利用であるために資源的、コスト的に有利であることのほか、土、砂、砂利を充填材とした場合にはこれらがブレーキとなって地震時に振動減衰手段１０のすべり性能を阻害させることがあるのに対し、「排水パイプ」にはそれが見られず、良好な干渉特性を得ることができる点が挙げられる。また特に寒冷地において、土、砂、砂利を緩衝材として使用されると水が内部に進入した際にこれが凍結して減衰手段のすべり性能に更なる悪影響を及ぼすことになるのに対し、「排水パイプ」では透水性に優れるためにこのような悪影響が生じ難く、また「排水パイプ」自身が凍結しても僅かなショックでこれが破砕されるため、緩衝特性が大きく損なわれることがない。加えて、土等と異なって「排水パイプ」自身が弾性材料であることから、振動のショックを吸収すると共に、ある程度の原点復帰効果をも期待することができる。従来技術で使用されているゴムチップからなる緩衝材６２と比べても、中空材であるために柔軟性と排水性が高まり、特には凍結時の緩衝特性に優れている。この緩衝材６２の上に防水シートをかぶせ、さらのその上から砕石又は砂利を敷設すれば、外観上の違和感がなくなる。例えば緩衝材６２の厚さ（深さ）を１０ｃｍ、砕石の厚さを５ｃｍとすることで、踏み込み感もフワフワ感もなく、普通に歩行することができるようになり、一見して一般の建物との見分けができないほどとなる。

以上、本発明の第１の実施の形態に係る原点復帰手段２０について説明してきたが、当該原点復帰手段２０によれば、取付けが容易であり、材料と諸元を選択することによって地震による基礎８と調整地盤２（地盤１）との間のずれを解消して自動的に原点復帰させることができる。上述したような物性を有する超低硬質ゴムを使用して入力加速度８００ｇａｌ、周波数５Ｈｚと３Ｈｚの振動を付与して行ったテスト結果によれば、いずれも基盤８側の応答加速度は２３０ｇａｌに減少し、また残留変位（ずれ）は０ｍｍであった。なお、地震直後には完全に原点復帰できない場合であっても、例えば加速度２００ｇａｌ以下で摺動材４１、４２の間で滑りが発生しない程度の地震時などにも弾性材２３の作用によっても復元力が作用して原点復帰ができるものとなる。この他にも体に感じない微小地震や鉄道、大型車両走行等に起因する住環境侵入振動によっても、基礎８にずれが残っている限りは原点復帰する方向への引張り力が働くことが想定でき、これらの作用によっても原点復帰能力を果たすものとなる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る原点復帰手段、並びに該原点復帰手段を備えた改良地盤について、図面を参照して説明する。図４は、本実施の形態に係る原点復帰手段２０ａを備えた改良地盤の概要を斜視図で示している。図において、本実施の形態に係る改良地盤は、基本的に従来技術の項で説明した特許文献1あるいは特許文献４に開示され摺動免震機構を利用する改良地盤の構成を踏襲しており、これに原点復帰手段２０ａを備えたものである。ただし、本発明の適用は図示の摺動免震機構によるものに限定されるものではなく、転がり免震機構による免震構造であっても、地盤に対する基礎の相対移動を許容するその他の免震構造に対しても適用可能である。

図４において、当該改良地盤は特許文献１に開示されている構造と同様に、調整地盤２が地盤１の上に打設されており、さらにその上に振動減衰手段４を介して基礎８が設けられている。基礎８はやはり平坦なベタ基礎であることが好ましく、基礎８の上には図示しない建物が構築される。振動減衰手段４は、ここでは対向して配置された調整地盤２側の第１の摺動材４１と基礎８側の第２の摺動材４２とから構成されている。図４では説明簡略化のため省略しているが、これらの摺動材４１、４２を図１（ｂ）に示す保護シート７１で包んで異物、水分の混入を防ぐようにしてもよい。さらに同じく図４では省略されているが、図１（ｂ）の場合と同様、下地調整シート３、防振ゴム５（図５参照）によって摺動材４１、４２を挟むように配置することも勿論可能である。

本実施の形態に示す改良地盤では、調整地盤２と基礎８の両側面をつなぐように板状の弾性材２３ａが両者に跨って配置され、取付け具２１ａ、２２ｂ（図示の例では適切に配置された複数のコンクリートボルト）によってそれぞれ基礎８側と調整地盤２側に固定されている。固定のために必要であれば、弾性材２３ａの固定部分に固定用の鋼板などが焼き付けされていてもよい。弾性材２３ａのゴム材としては、先の実施の形態と同様に超低硬度ゴムを使用することが好ましいが、ただし条件を満たすものであればその他のゴム材が使用されてもよい。図示の例では、このような原点復帰手段２０が平面四辺形の基礎８の四辺にそれぞれ１個ずつ配置されている。ただし、この数量と配置については後述するように、建物を含む基礎８の重量、振動減衰手段４の諸元、基礎８の形状に応じて適切に設定可能である。例えば基礎８が四辺形であれば、各辺において少なくとも１個もしくは２個の原点復帰手段２０が配置されていることが平面の２軸方向のズレを復元するために好ましく、他の平面形状の場合にあってもこれに準じた配置がされることが好ましい。

なお、図４では表示を省略しているが、調整地盤２と基礎８の周囲は地盤１の根切り部によって取り囲まれており、根切り部との間には地震の際の基礎８の相対移動を許容するための緩衝空隙７０（図１（ｂ）参照）が設けられていること、そしてその緩衝空隙７０内には緩衝材６２の充填ができることは先の実施の形態と同様である。但し、根切り部１１の内側に設ける側壁６１（いずれも図１参照）の設置は、必ずしも必要ではない。

地震の際の振動は、両摺動材４１、４２の間の摺動（滑り）によって吸収され、地盤側から基礎８への伝わる振動を減衰させる。この構造は先の従来技術で説明したものと同様である。図４では、改良地盤２と基礎８とが地震によりＸ方向に相対移動した状態を示しており、この場合にはＸ方向の両側に配置された原点復帰手段２０ａの弾性材２３ａには、先の実施の形態とは異なって両側のいずれにも引張り力が発生し、また、Ｙ方向の両側に配置された原点復帰手段２０ａの弾性材２３ａにはせん断力が加わることを示している。各原点復帰手段２０ａは、根切り部との間の緩衝空隙内に配置されているため、その着脱、メンテナンスを容易に行うことができるのは先の実施の形態と同様である。

弾性材２３ａのゴム材としては、優れた柔軟性、衝撃吸収性を備え、かつ強度や耐候性にも優れたゴム材を選択することが望まれ、具体的にはここでも超低硬度ゴムを使用することが好ましいが、ただし条件を満たすものであればその他のゴム材が使用されてもよい。所定の寸法諸元を有する弾性材２３ａを使用する場合の例として、原点復帰手段２０の必要数量は先の実施の形態と同様にして算定することができる。建物面積等の条件を先の実施の形態と同様（８ｍ×８ｍ、２階建、建物荷重は約６４トン）とすれば、地震時の固有振動数０．５Ｈｚ付近のキラーパルス領域を回避して固有振動数０．１Ｈｚを狙い目とすると、バネ定数Ｋも同様に２５．７ｋｇ/cmとなることが目標となる。

一方、図４において、弾性材２３ａが超低硬度ゴムとしてその厚さを５ｍｍ、上下方向の幅を１００ｍｍ（可動領域）、長さを１ｍとし、先の実施の形態と同様に計算すると、１００％伸び変化時の引張り力は５０ｋｇ、弾性材２３ａ一本当たりの引張りバネ定数は約５kg/cmとなる。基礎８の各周囲に配置される弾性材２３ａの数をＡとすれば、Ｘ方向の両側の弾性材２３ａに引張り力が発生し、Ｙ方向の両側に加わるせん断力を引張り力の１／３とみると、引張りに換算した場合の関与する弾性材２３ａの合計本数は２Ａ＋２Ａ／３＝８／３・Ａとなる。上記共振を回避するに必要なバネ定数Ｋと、弾性材２３ａのバネ定数、ならびに関与する弾性材２３aの本数とから、基礎８の一辺に必要な弾性材２３ａの必要本数Ａは、
Ａ＝Ｋ／Ｋ・３／８＝２５．７kg/cm／５kg/cm・３／８≒２本
となり、すなわち基礎８の矩形形状の各辺に２本の板状ゴムの弾性材２３ａを配置すれば、基盤８（建物含む）の固有振動数を０．１Ｈｚに設定することができる。ただし、ここに挙げた板状ゴムの諸元並びに基礎８の形状、大きさも一例であって、条件が異なれば必要本数も当然に異なるものとなる。例えば、弾性材２３ａとして、厚さ１．５ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ０．５ｍの板状のゴム系防水シートを使用した場合、基礎８の各辺ごとの必要数量は１本となる。

本実施の形態における調整地盤２並びに基礎８の周囲に設けられる緩衝空隙７０（図１参照）の処理については、先の実施の形態と同様とすることでよい。また、本実施の形態に係る原点復帰手段２０ａが、取付け容易であり、材料と諸元を選択することによって地震による基礎８と調整地盤２（地盤１）との間のずれを解消して自動的に原点復帰させることができるという効果を奏することも同様であるが、さらに加えて、特許文献４に示すような防水シート（同文献の符号２１）としても機能させるという効果をも発揮させることができる。すなわち、弾性材２３ａが調整地盤２と基礎８とを跨いで配置されると言う特性から、弾性材２３ａで両者の周囲をぐるりと取り囲み、弾性材２３ａによって調整地盤２と基礎８との間の摺動材４１、４２を覆うことによって、両摺動材４１、４２の間に異物、水分が混入するのを防ぎ、振動吸収のための摺動抵抗を劣化させる要因を排除する効果を生ずるものとなる。

本発明に係る原点復帰手段には幾つもの変形が考えられる。上記各実施の形態に示す例では弾性材２３としてゴム（超低硬度ゴム）を使用するものとしているが、これはコイルばねなどの他の弾性材料が使用されてもよい。弾性材２３としてゴムが使用された場合には、復元力は基本的に引っ張り側のみとなるが、ばねを使用した場合には圧縮側と引張り側の両方で作用するため、復元力を分散することができる。ただし、このため振動の減衰には不利となることが考えられ、ダンパなどの減衰手段２５が追加して設けられることが好ましい。

他の変形例として、弾性材２３の代わりにガス封入ダンパが使用されても良い。この場合の復元力はゴムの場合が引張り力であるのとは異なって、圧縮された側のガス封入ダンパによる押圧力が利用されるものとなる。ガス封入ダンパの着脱には、図３（ｂ）の弾性材２３のような両端にブラケット２３ａを設けて、これを取付具２１ａ、２２ａに差し込むようにすれば簡単であり、また封入されたガスが漏れて押圧力が減退した場合のメンテナンスも容易である。なお、本明細書ではゴム、ばねなどを「弾性材」と呼ぶのに対応し、ガス封入ダンパなどの押圧力を発生させる部材は「押圧部材」と呼ぶものとする。押圧部材には、ガス封入ダンパのような伸縮式（テレスコピックタイプ）のものに限定されず、圧縮されることによって押圧力を発生させる屈曲式（マニピュレータタイプ）のものが使用されてもよい。さらに、弾性材２３からなる原点復帰手段２０と、押圧部材からなる原点復帰手段とを基礎８の周囲に混在させて配置してもよい。

また、図２ほかに示す例では、原点復帰手段２０を基礎８と側壁６１（もしくは調整地盤２）に直接固定するものとしているが、間接的に固定する他の方法が用いられてもよい。例えば、基礎８と側壁６１との間にパンタグラフ状部材やアーム状屈曲部材を配置し、これら部材の要素に取り付けられた弾性材、押圧部材の伸縮を利用してずれを復元するようにしてもよい。これによって振幅の大小に対する原点復帰手段の復元力、復元ストローク量を調整することもできる。

上記第１の実施の形態に係る原点復帰手段２０の他の応用例として、上記説明では、基礎８と調整地盤２の相対移動によるずれを、基盤８の周囲に配置された原点復帰手段２０を利用するものであった。同じ原点復帰手段２０を利用して、図６に示すような調整地盤側（同図の符号４）に設けられた基準心棒３１と、基礎（同、符号５）側に設けられた調整穴３２との間に設けて基礎側のずれを原点復帰させてもよい。調整穴３２側（基礎側）に設けられる取付け具と、心棒３１側（調整地盤側）に設けられる取付け具とに上述した弾性材２３を嵌めて固定する原点復帰手段２０を心棒３１の周囲に少なくとも３つ、好ましくは４つもしくはそれ以上配置し、弾性材２３の引張り力によってずれを復元させる。このような例では原点復帰手段２０の配置が屋内となるため、弾性材２３の対候性要件が緩和され、また着脱等もさらに容易となる。このような原点復帰手段２０としては、特許文献４に示すようなコイルばねなどの他の弾性調整手段が用いられても良い。

本発明に係る原点復帰手段及び原点復帰方法、並びに該原点復帰手段を備えた改良地盤は、免震構造を備えた建物の開発、製造、販売、利用を図る産業分野において広く利用することができる。

１．地盤、２．調整地盤、３．下地調整シート、４．振動減衰手段、５．防振ゴム、７．防水シート、８．基礎、１１．根切り部、２０、２０ａ．原点復帰手段、２１、２２．取付け具、２３．弾性材（環状ゴム材）、２３ａ．フランジ部材、板状弾性材、２５．減衰手段、３０．原点復帰手段、４１．第１の摺動材、４２．第２の摺動材、６１．側壁、６２．緩衝材、７０．緩衝空隙。
７３．防水カバー、

Claims

免震構造によって地震時に地盤に対して相対移動した建物の基礎のずれを元の位置に復帰させる原点復帰手段であって、地盤側と建物の基礎側とを直接もしくは間接につなぐよう建物の基礎の周囲に複数個配置され、ずれによって前記原点復帰手段に生じた引張り力もしくは押圧力のいずれか一方もしくは双方を利用して前記ずれを解消させることを特徴とする原点復帰手段。
前記原点復帰手段が、弾性材もしくは押圧部材のいずれかからなる、請求項１に記載の原点復帰手段。
前記弾性材が環状、棒状、もしくは板状のゴム材のいずれかである、請求項２に記載の原点復帰手段。
前記弾性材が、地盤側と基礎側との側面周囲を覆い、防水機構を兼ねる板状のゴム材である、請求項３に記載の原点復帰手段。
前記ゴム材が超低硬度ゴム材である、請求項３又は請求項４に記載の原点復帰手段。
地震時に地盤と建物の基礎との間の水平方向の相対移動を許容することによって地震力を低減させる免震構造を備えた改良地盤において、
前記相対移動によって生じた建物の基礎のずれを元の位置に復帰させる原点復帰手段をさらに備え、
当該原点復帰手段が、請求項１から請求項５のいずれか１に記載の原点復帰手段であることを特徴とする改良地盤。
建物の基礎の周囲にある前記緩衝空隙内に、プラスチック廃材から再生した小口径パイプ材を短く切断して形成された通称「排水パイプ」を緩衝材として充填したことを特徴とする、請求項６に記載の改良地盤。
地震時に建物の基礎と地盤との間の水平方向の相対移動を許容して地震力を低減させる免震構造によって生じた建物の基礎のずれを元の位置に復帰させるための原点復帰方法であって、地盤側と建物の基礎側とを直接もしくは間接につなぐよう弾性材もしくは押圧部材からなる原点復帰手段を建物の基礎の周囲に複数個配置し、ずれによって該原点復帰手段に生じた引張り力もしくは押圧力のいずれか一方もしくは双方を利用して前記ずれを解消させることを特徴とする原点復帰方法。
前記原点復帰手段が、ずれによって生じた超低硬質ゴムの引張り力を利用するものである、請求項８に記載の原点復帰方法。