JP2018178378A - 構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、地震時における構造物の水平変位を小さくしつつ、基礎の施工の手間を軽減することを目的とする。【解決手段】構造物１０は、第一柱４２を支持する第一杭３２と、第一杭３２から分離され、第二柱５２を支持する第二杭３４と、第一柱４２及び第二柱５２の上に配置され、第一柱４２に接合されるとともに、第二柱５２に免震部材６０を介して支持される上部構造体４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、構造物に関する。

外周柱に対する外壁の取付構造を簡単にするために、外周柱には免震装置を設置せずに、内柱にのみ免震装置を設置する制震構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、線路の上（上空）に構築される構造物が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−０６４６５３号公報 特開２０１１−０４３０３１号公報

ところで、構造物の基礎の施工には、手間がかかる。そこで、構造物を免震化することにより、地震時に基礎が負担する負担地震力（負担水平力）を低減し、基礎を縮減することが考えられる。

しかしながら、構造物を免震化すると、地震時の構造物の水平変位が大きくなる。この場合、例えば、構造物の周囲に大きなクリアランスが必要となる。

本発明は、上記の事実を考慮し、地震時における構造物の水平変位を小さくしつつ、基礎の施工の手間を軽減することを目的とする。

請求項１に記載の構造物は、第一柱を支持する第一基礎部と、前記第一基礎部から分離され、第二柱を支持する第二基礎部と、前記第一柱及び前記第二柱の上に配置され、前記第一柱に接合されるとともに、前記第二柱に免震部材を介して支持される上部構造体と、を備える。

請求項１に係る構造物によれば、第一基礎部は、第一柱を支持する。また、第二基礎部は、第一基礎部から分離され、第二柱を支持する。これらの第一柱及び第二柱の上には、上部構造体が配置される。

ここで、上部構造体は、第二柱に免震部材を介して支持される。これにより、地震時に、第二基礎部に対して上部構造体が水平方向に相対変位する。そのため、地震時に、上部構造体から第二柱を介して第二基礎部に伝達される地震力（水平力）が低減される。この結果、第二基礎部の負担地震力が、第一基礎部の負担地震力よりも小さくなる。したがって、第二基礎部を縮減することができるため、第二基礎部の施工の手間が軽減される。

一方、上部構造体は、第一柱に接合される。これにより、上部構造体が免震部材を介して第一柱及び第二柱に支持される場合と比較して、地震時における上部構造体の水平変位が小さくなる。したがって、上部構造体に周囲に設けるクリアランスを小さくすることができる。

このように本発明では、地震時における構造物の水平変位を小さくしつつ、基礎の施工の手間を軽減することができる。

請求項２に記載の構造物は、請求項１に記載の構造物において、前記免震部材は、減衰材を有する。

請求項２に係る構造物によれば、免震部材は、減衰材を有する。これにより、地震時に、上部構造体から免震部材に伝達される地震力が減衰材によって減衰される。そのため、第二基礎部の負担地震力がさらに低減される。したがって、第二基礎部をさらに縮減することができるため、第二基礎部の施工の手間がより軽減される。

請求項３に記載の構造物は、請求項２に記載の構造物において、前記支持架構の固有周期は、前記第一柱、前記上部構造体、及び前記免震部材を含む構造体の固有周期よりも短い。

請求項３に係る構造物によれば、水平部材は、複数の第二柱を連結する。これにより、上部構造体を支持する支持架構が構成される。この支持架構の固有周期は、第一柱、上部構造体、及び免震部材を含む構造体の固有周期よりも短い。

これにより、地震時に、支持架構と構造体とが異なる周期で揺れるため、構造体と支持架構との相対変位が大きくなる。この結果、減衰材の変形量が大きくなり、減衰材が発生する減衰力も大きくなる。これにより、第二基礎部の負担地震力がさらに低減される。したがって、第二基礎部をさらに縮減することができるため、第二基礎部の施工の手間がより軽減される。

請求項４に記載の構造物は、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の構造物において、前記上部構造体は、既存施設の上に配置される。

請求項４に係る構造物によれば、上部構造体は、既存施設の上に配置される。

ここで、既存施設の上に上部構造体を構築する場合、例えば、既存施設の稼働時間によって、一日の基礎部の施工時間（工事時間）が制限される可能性がある。このような場合に、本発明は特に有効である。つまり、第二基礎部の負担地震力を低減し、第二基礎部を縮減することにより、基礎の工期を短くすることができる。

以上説明したように、本発明に係る構造物によれば、地震時における構造物の水平変位を小さくしつつ、基礎の施工の手間を軽減することができる。

一実施形態に係る構造物を示す立面図である。 比較例に係る耐震構造物を示す立面図である。 比較例に係る免震構造物を示す立面図である。 （Ａ）は、本実施形態に係る構造物、比較例に係る耐震構造物及び免震構造物について、地震時に上部構造体に発生する加速度の一例を示すグラフであり、（Ｂ）は、本実施形態に係る構造物、比較例に係る耐震構造物及び免震構造物について、地震時に上部構造体に発生する変位の一例を示すグラフである。 （Ａ）は、本実施形態に係る構造物、比較例に係る耐震構造物及び免震構造物について、地震時に第二杭に発生するせん断力の一例を示すグラフであり、（Ｂ）は、本実施形態に係る構造物、比較例に係る耐震構造物及び免震構造物について、地震時に第一杭又は第二杭に発生するせん断力係数の一例を示すグラフである。 一実施形態に係る構造物の変形例を示す立面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、一実施形態に係る構造物の変形例の施工手順を示す立面図である。 一実施形態に係る構造物の変形例を示す立面図である。 一実施形態に係る構造物の変形例を示す立面図である。

以下、図面を参照しながら、一実施形態に係る構造物について説明する。

（構造物）
図１には、本実施形態に係る構造物１０が示されている。構造物１０は、既存施設２０の下又は周囲に設けられる基礎３０と、既存施設２０の上に配置され、第一柱４２を介して基礎３０に支持される上部構造体４０と、基礎３０に対して上部構造体４０を支持する支持架構５０とを備えている。

（既存施設）
既存施設２０は、一例として、鉄道の駅２２を含んでいる。駅２２は、鉄道車両２４が走行する複数の線路２６と、鉄道車両２４が停車する複数のプラットホーム２８とを有している。複数の線路２６は、地盤Ｇ上に敷設されている。また、複数の線路２６は、並走されており、平面視にて構造物１０を横切っている。また、各線路２６の脇には、プラットホーム２８が配置されている。

複数のプラットホーム２８は、線路２６に沿って配置されている。これらの線路２６及びプラットホーム２８の上に、後述する上部構造体４０が配置されている。なお、線路２６は、一本でも良いし、プラットホーム２８も１つでも良い。

（基礎）
基礎３０は、杭基礎とされている。この基礎３０は、複数の第一杭３２及び複数の第二杭３４を有している。第一杭３２及び第二杭３４は、線路２６の脇で、かつ、プラットホーム２８の下の地盤Ｇに設けられている。また、第一杭３２及び第二杭３４は、例えば、コンクリート杭とされている。さらに、第一杭３２と第二杭３４とは、基礎スラブや基礎梁等を介して連結されておらず、互いに独立して設けられている。

なお、第一杭３２及び第二杭３４の構造や配置、本数は、適宜変更可能である。したがって、第一杭３２及び第二杭３４は、例えば、プラットホーム２８の下ではなく、プラットホーム２８の脇に配置されても良い。また、第一杭３２は、第一基礎部の一例であり、第二杭３４は、第二基礎部の一例である。

複数の第一杭３２は、構造物１０の外周部に配置されている。各第一杭３２の上には、第一柱４２が立てられている。一方、複数の第二杭３４は、構造物１０の内部に配置されている。各第二杭３４の上には、第二柱５２が立てられている。つまり、構造物１０では、一柱一杭構造が採用されている。これらの第一柱４２及び第二柱５２は、線路２６の上方（上空）に配置された上部構造体４０を支持しており、上部構造体４０の下に鉄道車両２４が走行可能な走行空間（既存施設用空間）４４を形成している。

（上部構造体）
上部構造体４０は、線路２６の上空に設けられる線路上空構造体（既存施設上空構造体）とされている。この上部構造体４０は、複数階（複数層）からなり、複数の柱４６，４７と、柱４６，４７に架設される梁４８と、梁４８に支持される図示しないスラブ等を有している。また、上部構造体４０は、例えば、複数のプラットホーム２８間の移動経路等を有している。

上部構造体４０の外周部は、複数の第一柱４２を介して複数の第一杭３２に支持されている。この上部構造体４０の外周部（柱４６又は梁４８）と第一柱４２とは、例えば、剛接合又はピン接合されており、水平方向に相対変位不能とされている。

（免震部材）
上部構造体４０の内部は、免震部材６０を介して複数の第二柱５２の柱頭部に連結されており、これらの第二柱５２を介して複数の第二杭３４に支持されている。この免震部材６０は、上部構造体４０の内部（柱４７又は梁４８）と第二柱５２とを水平方向に相対変位可能に連結するとともに、第二柱５２に対して上部構造体４０の鉛直荷重を支持している。この免震部材６０によって、地震時に、上部構造体４０から第二柱５２に伝達される地震力（水平力）Ｆが低減されている。

免震部材６０は、第二柱５２に対して上部構造体４０を水平方向に変位可能に支持するものであり、例えば、免震装置や制振装置が用いられる。この免震装置としては、例えば、積層ゴム支承や滑り支承（球面滑り支承を含む）、転がり支承等が挙げられる。また、制振装置としては、例えば、減衰ゴムや粘弾性体、摩擦材等が挙げられる。さらに、免震部材６０としては、例えば、鉛等のプラグ入り積層ゴム支承や弾性滑り支承のように、減衰材を有する免震装置を用いることも、水平方向に変位可能に支持するものであれば金属部材を用いることも可能である。

（支持架構）
隣り合う一対の第二柱５２の柱頭部には、梁５４が架設されている。これにより、一対の第二柱５２と梁５４とによって支持架構（ラーメン架構）５０が構成されている。この支持架構５０は、免震部材６０を介して上部構造体４０を支持している。また、支持架構５０は、第一柱４２とは構造的に縁が切られている。

なお、本実施形態では、支持架構５０が線路２６と交差するように配置されているが、支持架構５０は、線路２６に沿って配置（線路２６と略平行に配置）されても良い。また、梁５４は、水平部材の一例である。

ここで、構造物１０を、支持架構５０と、それ以外の構造体１２とに区分すると、支持架構５０は、構造体１２よりも剛性（水平剛性）が高く、その固有周期が構造体１２の固有周期よりも短くされている。なお、構造体１２とは、第一柱４２、免震部材６０、及び上部構造体４０を含むものである。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係る構造物１０によれば、第一杭３２は、第一柱４２を支持している。また、第二杭３４は、第一杭３２から分離されており、第二柱５２を支持している。さらに、第一柱４２及び第二柱５２の上には上部構造体４０が配置されており、これらの第一柱４２及び第二柱５２によって、上部構造体４０が既存施設２０の上方（上空）で支持されている。

ここで、既存施設２０の上に上部構造体４０を構築（施工）する場合、例えば、既存施設２０の稼働時間、すなわち駅２２の営業時間等によって、一日の基礎３０（第一柱４２及び第二柱５２）の施工時間（工事時間）が制限される可能性がある。

この対策として、例えば、上部構造体４０を免震化することにより、地震時に第一杭３２及び第二杭３４が負担する負担地震力（負担水平力）を低減することが考えられる。この場合、例えば、第一杭３２及び第二杭３４の杭径を小さくすることができるため、第一杭３２及び第二杭３４の施工の手間が軽減される。

しかしながら、上部構造体４０を免震化すると、地震時の上部構造体４０の水平変位が大きくなり、例えば、上部構造体４０の周囲に大きなクリアランスが必要となる。また、例えば、プラットホーム２８と上部構造体４０とに亘る階段やエレベータ等の動線部分にもクリアランスが必要となる。さらに、上部構造体４０の水平変位（大変形）に対応したエキスパンジョイントが必要となるため、コストが嵩む可能性がある。

この対策として本実施形態に係る構造物１０では、上部構造体４０が免震部材６０を介して第二柱５２に支持されている。これにより、地震時に、第二杭３４に対して上部構造体４０が水平方向に相対変位する。そのため、上部構造体４０から第二柱５２を介して第二杭３４に伝達される地震力（水平力）Ｆが低減される。この結果、第二杭３４の負担地震力が、第一杭３２の負担地震力よりも小さくなる。したがって、例えば、第二杭３４の杭径を小さくすることができるため、第二杭３４の施工の手間が軽減される。

一方、上部構造体４０と第一柱４２とは、水平方向に相対変位不能に接合されている。これにより、上部構造体４０が免震部材を介して第一柱４２に支持される場合と比較して、地震時における上部構造体４０の水平変位が小さくなる。したがって、例えば、上部構造体４０に周囲に設けるクリアランス等を小さくすることができる。

このように本実施形態によれば、地震時における上部構造体４０の水平変位を小さくしつつ、第二杭３４の施工の手間を軽減することができる。したがって、既存施設２０の上方に配置される上部構造体４０用の基礎３０を、効率的に施工することができる。

さらに、比較例を用いてより具体的に説明すると、図２には、耐震構造物１００が示されている。この耐震構造物１００では、上部構造体４０と、全ての第一柱４２とが水平方向に相対変位不能に接合されている。一方、図３には、免震構造物１１０が示されている。この免震構造物１１０では、上部構造体４０と、全ての第二柱５２とが免震部材６０を介して水平方向に相対変位可能に連結されている。

また、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）には、本実施形態に係る構造物１０、比較例に係る耐震構造物１００及び免震構造物１１０について、地震時に上部構造体４０に発生する加速度及び変位（水平変位）の一例がそれぞれ示されている。

なお、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）におけるグラフＰ４０は、本実施形態に係る構造物１０の上部構造体４０のグラフであり、グラフＰ５０は、本実施形態に係る構造物１０の支持架構５０のグラフである。また、グラフＴは、比較例に係る耐震構造物１００のグラフであり、グラフＭは、比較例に係る免震構造物１１０のグラフである。

また、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）には、本実施形態に係る構造物１０、比較例に係る耐震構造物１００及び免震構造物１１０について、杭に発生するせん断力及びせん断係数の一例が示されている。

なお、グラフＰは、本実施形態に係る構造物１０の第二杭３４のグラフである。また、グラフＴは、比較例に係る耐震構造物１００の第一杭３２のグラフである。さらに、グラフＭは、比較例に係る免震構造物１１０の第二杭３４のグラフである。

図４（Ａ）に示されるように、本実施形態に係る構造物１０では、地震時に上部構造体４０に発生する加速度（グラフＰ４０）が、比較例に係る耐震構造物１００（グラフＴ）よりも小さくなっている。また、図４（Ｂ）に示されるように、本実施形態に係る構造物１０では、地震時に上部構造体４０に発生する変位（グラフＰ４０）が、比較例に係る耐震構造物１００（グラフＴ）及び免震構造物１１０（グラフＭ）よりも小さくなっている。

また、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されるように、本実施形態に係る構造物１０では、地震時に第二杭３４に発生するせん断力及びせん断力係数（グラフＰ）が、比較例に係る耐震構造物１００（グラフＴ）よりも小さくなっている。

以上のことから、本実施形態に係る構造物１０では、地震時において、比較例に係る免震構造物１１０よりも上部構造体４０の水平変位を小さくしつつ、比較例に係る耐震構造物１００の第一杭３２よりも、第二杭３４が負担する負担地震力を低減可能であることが分かる。

また、免震部材６０として、例えば、プラグ入り積層ゴム支承のように、減衰材を有する免震部材を用いることにより、上部構造体４０から免震部材６０に伝達される地震力Ｆがプラグ（減衰材）の変形によって減衰される。これにより、第二杭３４の負担地震力がさらに低減される。したがって、第二杭３４を縮減することができるため、第二杭３４の施工の手間がさらに軽減される。

さらに、隣り合う一対の第二柱５２は、水平部材としての梁５４によって連結されており、これにより、上部構造体４０を支持する支持架構５０が構成されている。この支持架構５０と上部構造体４０との相対変位に伴って、免震部材６０の減衰材が減衰力を発生する。

ここで、支持架構５０は、構造体１２よりも高剛性とされており、その固有周期が構造体１２の固有周期よりも短くされている。これにより、地震時に、構造体１２と支持架構５０とが異なる周期で揺れるため、構造体１２と支持架構５０との相対変位が大きくなる。この結果、免震部材６０の減衰材の変形量が大きくなるため、減衰材が発生する減衰力も大きくなる。

特に、第一柱４２の設置階、すなわち構造体１２の一階は、鉄道車両２４の走行空間４４とされており、構造体１２の上層階よりも階高が高くなっている。そのため、構造体１２の一階は、構造体１２の上層階よりも剛性（水平剛性）が低く、構造体１２は、ソフトファーストストーリー構造となっている。つまり、構造物１０は、地震時における構造体１２と支持架構５０との相対変位が大きくなり易い構造となっている。したがって、免震部材６０の減衰材が発生する減衰力が大きくなるため、第二杭３４の負担地震力がさらに低減される。

（変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態では、複数の第二柱５２がそれぞれ独立して設けられるが、上記実施形態はこれに限らない。複数の第二杭３４は、第一杭３２から分離されていれば良く、例えば、図６に示されるように、基礎スラブ７０や図示しない基礎梁等を介して連結されても良い。この場合、基礎スラブ７０等が第二基礎部の一例となる。なお、図６では、既存施設２０の図示が省略されている。これと同様に、後述する図７〜図９についても、既存施設２０の図示が省略されている。

また、図示を省略するが、複数の第一柱４２は、第一基礎部としての基礎スラブや基礎梁等を介して連結されても良い。また、第一基礎部及び第二基礎部は、杭基礎に限らず、直接基礎であっても良い。

また、上記実施形態では、第二杭３４を新設したが、例えば、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示されるように、既存の第二杭３４に支持された既存の支持架構５０の上に、免震部材６０を介して上部構造体４０を新設しても良い。また、図示を省略するが、既存の第二杭３４の上に、支持架構５０及び上部構造体４０を新設しても良い。

また、上記実施形態では、支持架構５０が上部構造体４０の内部を支持するが、例えば、図８に示されるように、支持架構５０は、上部構造体４０の外周部を支持しても良い。

また、上記実施形態では、隣り合う第二柱５２が水平部材としての梁５４を介して連結されるが、隣り合う第二柱５２は、水平部材としてのスラブを介して連結されても良い。さらに、隣り合う第二柱５２は、水平部材によって連結されなくても良い。また、第二柱５２は、少なくとも一本あれば良い。

また、図９に示されるように、第一柱４２及び第二柱５２に支持される上部構造体は、複数の構造物８０に亘る人工地盤９０であっても良い。

また、上記実施形態では、既存施設２０が駅２２を含むが、上記実施形態はこれに限らない。既存施設としては、例えば、道路や設備、構造物等であって良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に限定されるものでなく、一実施形態及び各種の変形例を適宜組み合わせて用いても良いし、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。

１０ 構造物
１２ 構造体
３２ 第一杭
３４ 第二杭
４０ 上部構造体
４２ 第一柱
５０ 支持架構
５２ 第二柱
５４ 梁（水平部材）
６０ 免震部材
９０ 人工地盤（上部構造体）

Claims (4)

1. 第一柱を支持する第一基礎部と、
   前記第一基礎部から分離され、第二柱を支持する第二基礎部と、
   前記第一柱及び前記第二柱の上に配置され、前記第一柱に接合されるとともに、前記第二柱に免震部材を介して支持される上部構造体と、
   を備える構造物。
2. 前記免震部材は、減衰材を有する、
   請求項１に記載の構造物。
3. 複数の前記第二柱を連結し、前記上部構造体を支持する支持架構を構成する水平部材を備え、
   前記支持架構の固有周期は、前記第一柱、前記上部構造体、及び前記免震部材を含む構造体の固有周期よりも短い、
   請求項２に記載の構造物。
4. 前記上部構造体は、既存施設の上に配置される、
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の構造物。