JP2016505733A - 耐震建物システム - Google Patents

Abstract

本発明は、上下構造が別であるあらゆる種類の建物に適用できるものであり、地震の破壊作用をなくし、建物に作用する地震力が建物の基礎から地上階へ伝達される前に、衝突用片持ち梁で互いに独立して動く２つの基礎構造内の地震力を緩和することによって中度および重度の地震の中での生命および財産の喪失を防止する免震建物システムであって、全体的に、建物を地面に保持できる固定基礎である第１の基礎（１）と、第１の基礎（１）上を動く第２の基礎（２）と、第２の基礎（２）の基礎用片持ち梁（３）と、第１の基礎（１）を包囲する構造要素としての衝突用片持ち梁（４）と、地面の作用に対処し、構造上の空洞を形成する構造要素である外側カーテン（５）と、基礎用片持ち梁（３）が衝突用片持ち梁（４）に衝突する過程で衝突エネルギーの一部を緩和する地震用支承（６）と、第１の基礎（１）と第２の基礎（２）との間で連結運動を可能にする運動機構（７）と、外側カーテン（５）によって地面の作用を安全に支えることができ、衝突用片持ち梁（４）の強度を増大させる構造要素である支持パネル（８）と、異物が構造内のクリアランスに入るのを防止するコンクリート製補強カバー（９）と、第１の基礎（１）に接続している構造が倒壊するのを防止する構造要素である引張杭（１０）とを備える、免震建物システムに関する。【選択図】図１

Description

本発明は、上下構造が別であるあらゆる種類の建物に適用できる免震建物システムに関し、同システムは、建物の基礎から地上階まで地震力を伝達することなく互いに独立して動く建物内部の２つの基礎構造に作用する地震力を緩和することによって、地震による破壊作用をなくすとともに、中度および重度の地震の中での生命および財産の喪失をなくすものである。

地震は自然災害として知られ、その作用および時間を正確に測定することはできない。地震の作用および時間を正確に測定できないため、将来に対して講じる必要のある措置が依然として制限されている。

地震に対して講じることのできる措置には、建物構造に修正を加え、地震最中に建物が一体性を維持できるように固定することのほか、避難所を設けること、地震最中に火事、崩壊および爆発などの出来事を防止するためのガス・電気自動停止システムを設けることがある。

建物が建設される前に準備される建築企画では、推測した地震に対して建物の静的計算が行われる。建物は、行われた静的計算に従って建設される。しかしながら、予測した条件および地震の強度から、地震最中の建物の挙動に関して正確な分析を実施することはできない。静的計算は２方向に対して行われ、横断的にまたは下から来る地震に対する計算方法は存在しない。したがって、建物の持続性は、行われた静的計算および指定された条件の範囲内で維持され得る。予期せぬ状況では、長年の経過および予測できない地震によってもたらされる劣化によって、建物の耐久時間に関する情報を得られなくなる。このように、建物はいっそう危険になる。

地震最中に直立を維持するために、建物の建設中にその建物に対して設置される様々なシステムが存在する。レールシステム、ゴムタイヤのスキッダー、エネルギー吸収バネ、プレストレスを与えたケーブルなどのシステムは、地震で生じた地震力を吸収する。しかしながら、これらのシステムをあらゆる種類の建物に実装することはできない。また、これらのシステムは、地震からの防護となるものの、そのコストは著しく高い。

本発明は、上下構造が別であるあらゆる種類の建物に適用できるものであり、地震の破壊作用をなくし、建物に作用する地震力が建物の基礎から地上階へ伝達される前に、互いに独立して動く２つの基礎構造内の地震力を衝突用片持ち梁で緩和することによって、中度および重度の地震の中での生命および財産の喪失を防止し、前述の欠点を完全に克服する免震建物システムであって；建物の基礎上に位置し、互いに重なって位置している基礎どうしで地震力を緩和することによって地震力が建物の地上階へ伝達されるのを防止する新規な基礎の実施形態を備え、前記基礎の間に運動機構および衝突用片持ち梁が位置していて、地震力がどのような角度で水平面および／または垂直面に来たとしても、構造の剛性領域があるために遠心力により建物が倒壊するのを防止することを特徴とする、免震建物システムに関する。

本発明は、立体構造、階数、地下の有無に関わらず、地下または地階が建物の主要部分よりも大きく主要構造を全体的に包囲している、上下が別であるあらゆる種類の構造に適用できる。

建物には、互いに独立した２つの基礎がある。第１の基礎は、自然な地面に建っている剛性構造体の最も重要な構造要素のうちの１つであり、衝突用片持ち梁、外側カーテン、それを包囲する補強コンクリート製支持パネルを有し、引張杭で地面に固定されている。構造の負荷は、この基礎によって地面に伝達される。第２の基礎に伝達されるこの構造自体の重さは、２つの基礎の間に位置している運動機構によって第１の基礎に伝達される。一方、第２の基礎は、運動構造の下に位置している基礎であり、運動機構と共に第１の基礎の上に載っていて、その周囲には基礎用片持ち梁がある。構造の運動体は、第２の基礎上に建設される。地震力がどの方向から来るとしても、両基礎は、各支柱の下で第２の基礎に位置している運動機構に対して角度をなすことなく地震の方向に反してあらゆる方向に動くことができる。完全に連結されているこのシステムは、上部構造に地震モーメントも剪断力もまったく伝達しない。一方、引張杭を介して地面に固定されている第１の基礎の周囲には、衝突用片持ち梁があり、衝突用片持ち梁の先端部分には外側カーテンがある。コンクリート製補強カバーは、運動構造に接続している鋼鉄要素であり、建物のクリアランスを異物から保護する。

建物の基礎には２つの基礎の実施形態があり、これらは互いに独立して動くことができる。地震力が異なる方向から来た場合、互いに独立して動く２つの基礎は、地震力が地上階に到達するのを防止する。

建物の基礎では２つの基礎が互いに独立して動くが、地震力は衝突用片持ち梁によって衝突力に変わる。地震力が衝突力に変わった後、支承は衝突力の一部を受け、それと同時に基礎用片持ち梁が衝突用片持ち梁に衝突すると、支承が衝突力の一部を緩和する。それと同時に支承は、基礎用片持ち梁および衝突用片持ち梁の衝突を和らげる。

地震が起きた場合、引張杭は、地震の作用で建物が倒壊するのを防止する。引張杭は、地震がないときは圧力で動作し、地震最中は引張力で動作する。

建物の基礎で地震力を緩和することで、地震力の破壊作用が地上階に到達するのを防止し、生命および財産の喪失をなくす。地震のリスクをなくす免震建物システムによって、地震に対する恒久的な措置が取れる。

本発明について、添付の図面を参照してさらに詳細に例示目的で示して上記に記載する。

免震建物システムの全体図である。 免震建物システムに左から右へ起きた地震波にみられる挙動の全体図である。 免震建物システムに右から左へ起きた地震波にみられる挙動の全体図である。 免震建物システムの角の詳細図である。 引張杭の全体図であり、様々なアーム数の実施形態を示す図である。 建物領域よりも大きい地下の階および地階の全体図であり、地下または地階が免震建物システムで剛性になっている図である。 地下がない免震建物システムの全体図である。

本発明は、上下構造が別であるあらゆる種類の建物に適用できる免震建物システムに関し、同システムは、建物の基礎から地上階まで地震力を伝達することなく互いに独立して動く建物内部の２つの基礎構造に作用する地震力を緩和することによって、地震による破壊作用をなくすとともに、中度および重度の地震の中での生命および財産の喪失をなくすものであり、全体的に、建物を地面に固定する固定基礎である第１の基礎（１）と、第１の基礎（１）上を動く第２の基礎（２）と、第２の基礎（２）の基礎用片持ち梁（３）と、第１の基礎（１）を包囲する鋼鉄要素としての衝突用片持ち梁（４）と、地面の作用を受け、構造上の空洞を形成する外側カーテン（５）と、基礎用片持ち梁（３）が衝突用片持ち梁（４）に衝突する過程で衝突エネルギーの一部を緩和する地震用支承（６）と、第１の基礎（１）と第２の基礎（２）との間に連結運動を起こす運動機構（７）と、外側カーテン（５）によって地面の作用を安全に起こすことができ、衝突用片持ち梁（４）の強度を増大させる構造要素である支持パネル（８）と、異物が構造内のクリアランスに入るのを防止するコンクリート製補強カバー（９）と、第１の基礎（１）に接続している構造が倒壊するのを防止する構造要素である引張杭（１０）とを備える。

本発明の使用法は以下の通りである。

第１の基礎（１）は、地面に埋没している建物の剛性領域の構造要素である。第１の基礎（１）は、先行技術では、基礎敷設方法を用いて地面の特定の深さに基礎を敷設する形態で組み込まれる。

第２の基礎（２）は、第１の基礎（１）上を独立して動ける基礎構造であり、建物の地上階（１２）をその上に保持している。第２の基礎（２）は、一定の距離を置いて第１の基礎（１）よりも上に位置している。第１の基礎（１）は、第２の基礎（２）と共に構造全体を支持している。構造は、第２の基礎（２）上に建物の地上階（１２）と共に建っている。第２の基礎（２）上には構造支柱（１１）が直立している。

基礎用片持ち梁（３）は、第２の基礎（２）を包囲している構造要素である。この基礎用片持ち梁は、第２の基礎（２）の周囲全体にわたって同じ寸法および厚みで続いていて、地震の内側の力を消費することができる。

衝突用片持ち梁（４）は、第１の基礎（１）の先端にあり、第１の基礎（１）を囲んでいる構造要素である。衝突用片持ち梁（４）は、第２の基礎（２）に位置している基礎用片持ち梁（３）を包囲している。地震の最中に、基礎用片持ち梁（３）は、衝突用片持ち梁（４）に衝突する。この衝突で、地震の内側の力は消費される。

外側カーテン（５）は、衝突用片持ち梁（４）の先端にある構造要素であり、地面の作用を衝突用片持ち梁（４）で受ける構造上の空洞を形成している。外側カーテンは、建物が地震最中に倒壊した場合に衝突用片持ち梁（４）の強度を増大する。

衝突用片持ち梁（４）の内面にある地震用支承（６）は、基礎用片持ち梁（３）が衝突用片持ち梁（４）に衝突する過程で形成される衝突力の一部を緩和すると同時に、基礎用片持ち梁（３）と衝突用片持ち梁（４）との衝突を和らげる。

運動機構（７）は、第１の基礎（１）と第２の基礎（２）との間に支持および運動を起こす機構である。この運動機構（７）によって第２の基礎（２）は、地震最中に第１の基礎（１）上で独立して全方向に動くことができる。それと同時にこの運動機構は、建物自体の重さを第１の基礎（１）に伝達する構造要素である。

支持パネル（８）は、第１の基礎（１）の周囲にある衝突用片持ち梁（４）の上先端部に位置している外側カーテン（５）の周囲で、地面の負荷に対する外側カーテンの強度を増大する構造要素である。基礎用片持ち梁（３）が衝突用片持ち梁（４）に打撃を与えている間、衝突用片持ち梁（４）の強度は増大する。支持パネル（８）の上部の上昇は、地盤面（１３）までである。

居住設備のコンクリート製補強カバー（９）は、異物が構造内のクリアランスに入るのを防止する構造要素である。

引張杭（１０）は、第１の基礎（１）を地中に保持する力を増大するとともに、建物が地震最中に倒壊するのを防止する。引張杭（１０）は基礎杭のアームを有し、このアームは、基礎に接続していて、地面に向かって角度をなして伸びている。引張杭（１０）の数は、必要性、建物の高さ、および地盤構造に応じて変わる。引張杭（１０）のアームが角度をなした設計であるため、地上の剪断抵抗自体によって地中に新たな引張力が生じる。建物の倒壊は、引張杭（１０）によって防止される。引張杭（１０）は、第１の基礎（１）が形成される前に角度をなして補強材の中に挿入され、その上に第１の基礎（１）が載る。地震がないとき、建物が地中へ沈下しないための地盤の安全性は、建物自体の重みによって形成された圧縮力が引張杭（１０）に備わって強化される。

免震建物システムでは、基礎を敷設するために地盤を整備する行程が完了した後、引張杭（１０）は、所定数のアームが所定角度で地面に作製される。引張杭（１０）が完成した後、第１の基礎（１）は、引張杭（１０）と接続した状態で形成される。衝突用片持ち梁（４）、外側カーテン（５）および支持パネル（８）は、第１の基礎（１）の周囲に作製される。衝突用片持ち梁（４）が形成されると、地震用支承（６）は、衝突用片持ち梁（４）の内部に設置される。

第１の基礎（１）には運動機構（７）が設置される。運動機構（７）の高さには、第１の基礎（１）の上にある状態で充填材料が充填される。この充填材料は、建物が水平に動くのを防止すると同時に、第２の基礎（２）に対する型枠として作用する。第２の基礎（２）は、充填材料の上に形成される。第２の基礎（２）が形成されているとき、第２の基礎（２）を包囲している基礎用片持ち梁（３）が第２の基礎（２）と一緒に形成される。建物の地上階（１３）は、第２の基礎（２）に続いている。充填材料が衝突用片持ち梁（４）の内面および外側カーテン（５）の内面に注入された後、補強材の設置が行われる。その後、コンクリートが打設され、衝突用片持ち梁（４）および構造内のクリアランスが形成される。充填材料は、衝突用片持ち梁（４）の内側の型枠を形成するとともに、第二段階で作製される基礎用片持ち梁（３）の外側の型枠を形成し、これが空洞の機能を果たす。衝突用片持ち梁（４）の間に注入された充填材料と力とで、構造内のクリアランスが形成される。

地震波が水平面または垂直面に来た場合、地震最中の免震建物の挙動は以下の通りである。

地震波が右から左へ水平に来た場合、第１の基礎（１）は、地面と一緒に地震方向（１４）に動く。地震波の動きと共に、第２の基礎（２）は、第１の基礎（１）上で地震方向（１４）とは逆の方向に動く。第２の基礎（２）と一緒に建物は、地震方向（１４）とは逆に建物が動く方向（１５）に動く。このように動く過程で、第１の動きで右の基礎用片持ち梁（３）は、右側の衝突用片持ち梁（４）に衝突する。基礎用片持ち梁（３）が衝突用片持ち梁（４）に衝突するとき、地震力は衝突力に代わり、その一部が衝突用片持ち梁（４）によって緩和される。地震用支承（６）は、衝突用片持ち梁（４）の内部に位置していて、基礎用片持ち梁（３）が衝突用片持ち梁（４）に衝突する過程で衝突力の一部を緩和し、衝突を和らげる。地震波によって起こる力で建物が倒壊しようとしている間、左側に位置している基礎用片持ち梁（３）は、上向きに動いて左側の衝突用片持ち梁（４）の底面を打撃する。衝突用片持ち梁（４）は、垂直方向に形成される衝突力も緩和する。衝突用片持ち梁（４）の内面の下部には地震用支承（６）もあり、衝突力の一部を緩和する。倒壊する力は引張杭（１０）に伝達され、建物の倒壊は防止される。

地震波が左から右へ水平に来た場合、第１の基礎（１）は、地面と一緒に地震方向（１４）に動く。地震波の動きと共に、第２の基礎（２）は、第１の基礎（１）上で地震方向（１４）とは逆の方向に動く。第２の基礎（２）と一緒に建物は、地震方向（１４）とは逆に建物が動く方向（１５）に動く。このように動く過程で、第１の動きで左の基礎用片持ち梁（３）は、左側の衝突用片持ち梁（４）に衝突する。基礎用片持ち梁（３）が衝突用片持ち梁（４）に衝突するとき、地震力は衝突力に代わり、その一部が衝突用片持ち梁（４）によって緩和される。地震用支承（６）は、衝突用片持ち梁（４）の内部に位置していて、基礎用片持ち梁（３）が衝突用片持ち梁（４）に衝突する過程で衝突力の一部を緩和し、衝突を和らげる。地震波によって起こる力で建物が倒壊しようとしている間、右側に位置している基礎用片持ち梁（３）は、上向きに動いて右側の衝突用片持ち梁（４）の底面を打撃する。衝突用片持ち梁（４）は、垂直方向に形成される衝突力も緩和する。衝突用片持ち梁（４）の内面の下部には地震用支承（６）もあり、衝突力の一部を緩和する。倒壊する力は引張杭（１０）に伝達され、建物の倒壊は防止される。

地震波が下から垂直に来た場合、基礎用片持ち梁（３）および衝突用片持ち梁（４）はすべて同時に垂直方向に動作するため、地震の破壊力はより安全に対処される。

前述の方向および面に来る地震波は、２面以上に作用するようにして水平面と垂直面との両方に作用して来ることがある。その場合、システム挙動は、地震の瞬間に同時に動作することが可能である。これによって、２面以上に作用する地震波−例えば、垂直面と水平面との両方に影響を及ぼす地震波−が発生した場合、前述の挙動は同時に動作できる。

１ 第１の基礎
２ 第２の基礎
３ 基礎用片持ち梁
４ 衝突用片持ち梁
５ 外側カーテン
６ 地震用支承
７ 運動機構
８ 支持パネル
９ コンクリート製補強カバー
１０ 引張杭
１１ 構造支柱
１２ 建物の地上階
１３ 地盤面
１４ 地震方向
１５ 建物が動く方向

Claims (8)

1. 本発明は、地震に対して開発された免震建物システムであって、
   地面に埋没して固定した建物の剛性部を形成している第１の基礎（１）と、
   前記第１の基礎（１）の上にある第２の基礎であって、該両基礎の間の距離は計算によって決定され、前記第１の基礎（１）の上で独立して動くことができ、建物の地上階（１２）をそれ自体で支持する、第２の基礎（２）と、
   前記第２の基礎（２）の周囲に位置している基礎用片持ち梁であって、該基礎用片持ち梁が衝突用片持ち梁（４）に衝突することによって伝達される水平および／または垂直な負荷で地震の内側の力を消費できる、基礎用片持ち梁（３）と、
   前記第１の基礎（１）の端部にあり、前記第１の基礎を包囲している衝突用片持ち梁であって、前記第２の基礎（２）にある前記基礎用片持ち梁（３）を特定の距離を置いて内部に収容し、前記基礎用片持ち梁（３）が地震最中に地震力の作用で前記衝突用片持ち梁に衝突し、地震の内側の力を消費する、衝突用片持ち梁（４）と、
   地震最中に地面と一緒に動き、前記第２の基礎（２）を前記第１の基礎（１）に対して独立して全方向に動かす、運動機構（７）と
   を備えることを特徴とする免震建物システム。
2. 前記衝突用片持ち梁（４）の内面に地震用支承（６）を備え、該地震用支承は、前記基礎用片持ち梁（３）が前記衝突用片持ち梁（４）に衝突する過程で衝突力の一部を緩和することを特徴とする、請求項１に記載の免震建物システム。
3. 前記第１の基礎（１）に接続された引張杭（１０）を備え、該引張杭は、角度をなして地面に向かって進み、角度をなして設置されることによって地面の剪断力による新たな引張力が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の免震建物システム。
4. 前記第１の基礎（１）に接続された引張杭（１０）を備え、該引張杭は、角度をなして地面に向かって進み、地震がないときに建物自体の重みで形成される圧縮力による地盤沈下に対して建物の地盤の安全性を向上させることができることを特徴とする、請求項１に記載の免震建物システム。
5. 前記引張杭（１０）の角度をなしたアーム数は、少なくとも２本であり、前記アームの角度は、垂直軸に対して角度ができるように形成されることを特徴とする、請求項３に記載の免震建物システムにおける引張杭（１０）。
6. 外側カーテン（５）を備え、該外側カーテンは、構造内のクリアランスの周囲で地面の負荷に対処し、前記構造内のクリアランスを形成し、地震最中に前記基礎用片持ち梁（３）が前記衝突用片持ち梁（４）に衝突する過程で前記衝突用片持ち梁（４）の強度を増大することを特徴とする、請求項１に記載の免震建物システム。
7. 支持パネル（８）を備え、該支持パネルは、前記構造内のクリアランスの周囲に位置していて、地面の負荷に対抗する前記衝突用片持ち梁にある前記外側カーテン（５）の安全性を向上させ、前記基礎用片持ち梁（３）が前記衝突用片持ち梁（４）に衝突する過程で前記衝突用片持ち梁（４）の強度を向上させることを特徴とする、請求項１に記載の免震建物システム。
8. 前記構造内のクリアランスを覆って異物から保護するコンクリート製補強カバー（９）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の免震建物システム。

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