JP2020066920A - 建造物の免震基礎構造 - Google Patents
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Abstract
Description
近年では、台風や大震災からの家屋倒壊に対応できるように、土台とコンクリート基礎とはアンカーボルトなどを用いて強固に連結固定する構造が実現している。
すなわち、木造家屋の土台の下側面に球嵌合凹部を設け、球嵌合凹部に対向する基礎の上側に球揺動凹部を設けている。球嵌合凹部には、球体の一部を突出させた状態で回転自在に嵌合させて球体が球揺動凹部の凹面上で移動できるように配置している。 これにより、水平方向の振動としての横揺れに対しては、地面と基礎部分のみが横方向に揺れるものの、土台と柱を有する木造家屋全体の横揺れは全く生じることがない仕組みとしている。
支承体の容器はタイヤであり、粒状材としては、動的剪断ひずみにより振動エネルギーを吸収する砂、粘土、砂礫等の土砂類が好適としている。
硬質粒状物としては、銅、鉄、サンドブラスト砂、ガラス、石英、プラスチック、セラミックあるいは天然物や産業廃棄物を例示している。
この際、特許文献1〜7では、いずれも地震による揺れは、免震機構を介しているため、土台は揺れず、土台に立設された家屋も揺動せず、すなわち、地震波からのS波による地面の横揺れを吸収し、S波に起因する土台や家屋に伝播しないように機能する。
可動枠組体は上面部と下面部とを有し、上面部に建物本体を載置状態に支持して自重を受け、下面部を固定枠組体に載置した着地位置に位置させている。
ピストン部は、固定枠組体の内部に配置されて基礎面に対して上下移動可能に設けられ、縦柱と水平受部とから断面T字状に構成されている。緩衝台部は、水平受部に水平方向に移動可能に載置されて偏平円錐状に窪む皿状面部を有する。
収容体は、裏面に皿状面部に応じて偏平円錐状に突出する凸状面部を有し、上表面に半球面状に窪む内球凹部に第1粒状体を収容している。
皿状面部と凸状面部との間に回転移動可能に配された球体状のボールを設け、収容体はボールを介して緩衝台部に上下および水平方向に移動可能に載置する。
縦型支柱は、その一端が第1粒状体を介して収容体に支持され、他端が可動枠組体に固定されている。
地震発生時に持上げ機構が作動してピストン部を上昇移動させ、緩衝台部、球体状のボール、収容体、第1粒状体および縦型支柱を介して可動枠組体を上方に変位させることで、着地位置に位置する可動枠組体を固定枠組体から離れた離脱位置に移動させる。
建造物の免震基礎構造における基礎支持枠組体1は、固定枠組体として図1(a)、(b)に示すように、地盤Sに打たれたコンクリート製の基礎面2に基柱3を介してアンカーボルトなどの取付け固定手段により固定されている。
この基礎支持枠組体1は、可動枠組体として基礎面2に対して互いに上下に平行状態で対向するように配置された上梁組部4および下梁組部5を有している。
なお、図2では、作図上の便宜のため、基礎支持枠組体1は、土台支持枠組体13を一部切除して現れる基礎支持枠組体1の一部分を示している。
ピストン部15は縦型ロッド16を有し、縦型ロッド16の頂面部16aと上横梁部11の内側面11aとには、内側面11aに対して頂面部16aが水平移動し易いようにする所定厚みの摩擦低減板Mが設けられている。
摩擦低減板Mとしては、PP(ポリプロピレン)を素材とするテクセル(岐阜プラスチック工業株式会社の登録商標)の強化材を使用することができる。
これにより、制御バルブ19iが弁制御されるため、第1補給管19jを介して蓄圧器19cからの高圧空気をエアバッグ18に圧送するとともに、第2補給管19kを介して補助的エアバッグ29からの空気を抜くように仕組まれている。給圧制御部19において、高圧空気が圧送されたエアバッグ18は、地震動衝撃を吸収する。
地震の終了時には、エアバッグ18の空気を抜くことにより、ピストン部15が下方に移動して上縦桟部6が下降する。地震発生時には、上縦桟部6が上昇して第1球体20が半球凹面部21から脱する。
なお、第1球体20と半球凹面部21とから成る位置保持機構13Cは、持上げ機構13A、13Bに対応する箇所に設置してもよいが、任意の複数箇所に設けてもよい。
押上げ板22上の中央には、第2球体23が滑動可能な中央球面凹部24が設けられている。押上げ板22に対応する下横梁部12の下側面部12bには、第2球体23が転動可能で、中央部から左右両側に緩やかに下降傾斜する錐面部25aを有する錐面凹部25が形成されている。
この有効転動限界域S1は、中央球面凹部24を中心にして径方向に沿って放射状に広がる同芯領域Nの最外域を示している。
地震発生時の横揺れに伴い、最大振幅時でも図5(b)に矢印Kで示すように、押上げ板22が図示左方に有効転動限界域S1だけ移動しながら、ピストン部15の下降変位δを伴なって地盤Sに対して鉛直方向に下降する。
また、錐面凹部25の傾斜角度αと中央球面凹部24の傾斜角度βとの算術和θを25°以上としている(θ≧25°)。
この場合を図10に示す実施例2の場合に準えると、エアバッグ18の縮小速度と粒状体32(縦柱10)との下降速度差を惹起させながら、圧縮コイルスプリング85、87の撓みを伴わせて圧縮コイルスプリング72およびボール81により求芯動作(中心寄せ動作)が行われる。
なお、錐面凹部25のうち第2球体23が錐面部25aに沿って移動する部分には、摩擦低減板Mを敷設している。
地震の発生時には、給圧制御部19が駆動するので、持上げ機構13A、13Bでは、図6に示すように、高圧空気によりエアバッグ18が膨張し、この膨張力を受けたピストン部15を上方に移動する。
実施例1では、地震の発生時に、エアバッグ18を膨張させてピストン部15を上方に移動させて土台支持枠組体13を基礎面2から上方に移動させる。これにより、土台支持枠組体13と一緒に建物本体が押し上げられ、地盤Sから離した状態で免震機能を発揮させる。
これにより、地盤Sの揺れが建物本体に伝播するのを防いで、地震成分うち、とりわけ横揺れを免震することに大きく寄与することができる。
また、地震の終了時には、地震の発生時に半球凹部21から脱した第1球体20を半球凹部21に嵌合させて下横梁部12を水平移動により元の位置に戻して復帰させる効果も得られる。
地震の終了時にエアバッグ18の空気を抜くに伴い、補助的エアバッグ29に空気を圧送するため、補助的エアバッグ29の膨張によりシリンダ堀部14のピストン部15を元の位置に早く下降復帰させることができる。
上側圧縮スプリング31の付勢力により、ピストン部15を上方に押圧するので、上方に移動した土台支持枠組体13を元の位置に迅速に復帰させることができる。
建造物の免震基礎構造における固定枠組体51は、図7および図9に示すように、地盤Sに打たれたコンクリート製の基礎面52に縦型の基柱53を介してアンカーボルト54などの取付け固定手段により固定されている。
この実施例2において、地盤Sの基礎面52に設置される持上げ機構Fhは、実施例1の複数個所A〜Iに互いに同一物として設けられている。
可動枠組体56は、互いに所定距離だけあけて水平配置された上水平桁56aと下水平桁56bとを有し、上水平桁56aと下水平桁56bとは、図示両側において外側の中間柱57で連結されている。
下水平桁56bは、上水平梁51aと下水平梁51bとの間の縦幅寸法に相当する許容距離Gの区間内で上下に往復移動可能になっている。
ピストン部61は、固定枠組体51の内部に配置されて基礎面52に対して上下移動可能に設けられ、縦柱61aと水平受部61bとから断面T字状に構成されている。
ピストン部61の水平受部61bは径大筒部58に上下動可能に挿入配置され、縦柱61aは径小筒部59に上下動可能に挿入配置されている。
離脱位置H2では、可動枠組体56の下面部56dが固定枠組体51の下水平梁51bから上方に離れた位置に上昇変位している。
これにより、制御バルブ19iが弁制御されるため、第1補給管19jを介して蓄圧器19cからの高圧空気をエアバッグ63に圧送するとともに、第2補給管19kを介して密閉空間62にも圧送するように構成されている。
地震の終了時には、制御バルブ19iの弁制御により、第1補給管19jを介してエアバッグ63の空気を抜くとともに、第2補給管19kを介して蓄圧器19cからの高圧空気を密閉空間62から抜出するように構成されている。
また、水平受部61bには、窪み部70を上部で覆うようにして、中央に開口部71aを形成した滑動基盤71が設けられている。窪み部70には、複数(例えば、4本〜6本)の圧縮コイルスプリング72が復帰バネとして窪み部70内で、この窪み部70の中心部近傍から外方にかけて放射状に配置されている。
緩衝台部73の上下方向の上部には、収容体77が配置されている。収容体77の裏面に、皿状面部75に応じて偏平円錐状に突出する凸状面部78を設け、収容体77の上表面に半球面状に窪む内球凹部79を設けている。内球凹部79に第1粒状体80を砂利体として充填収容している。
筒体82の上端部は、内球凹部79の上部に被せられた半球面蓋82bを形成している。半球面蓋82bの中央部には、内球凹部79に連通する筒部82cが連続的に形成されている。
第1交差部56Eにおける連結固定に代わって、一定の回動変位を許容するヒンジ結合にしてもよい。
縦型支柱83の下端は、半球面状に形成された半球面体83aを有し、この半球面体83aを第1粒状体80内に没入している。半面体83aは、没入の代わりに第1粒状体80の充填上面に外接状態に当接していてもよい。
このため、図9に示すように、可動枠組体56を離脱位置H2に変位させる際、下水平桁56bからの反力により、下側圧縮コイルスプリング85および上側圧縮コイルスプリング87がその付勢力に抗して上下方向(圧縮方向)にそれぞれ撓み、収容部77への衝撃を緩和する。
第2粒状体90は、横揺れ体91に形成された半球凹部92に収容されて充填配置されている。横揺れ体91は、基礎面52上に配された粒状体93を介して水平方向(免震方向)に沿って横移動可能に設置されている。粒状体93は、横揺れ体91の裏面と基礎面52との間に転動可能に配置されている。
筒体98は、半球殻体95および上筒部96の双方を覆うように設けられ、筒体98の被覆面部98aに形成された挿通孔98bを短支柱89を上下摺動可能に挿通させている。また、筒体98の下端部98cを短筒状体94の外側面に上下摺動可能に嵌合させている。
これら半球殻体95、上筒部96、圧縮コイルスプリング97および筒体98は、基礎面52と短支柱89との間に設けられ、ピストン部61の上昇移動に伴う短支柱89の上昇変位の衝撃を緩和する第2緩衝機構100を構成する。この第2緩衝機構100は、第1緩衝機構88を中央に挟んで左右両側に位置している。
地震発生時における横揺れに対しては、緩衝台部73が粒状体74aを介して水平方向(免震方向)に移動するため、横揺れが効果的に吸収・緩和されて可動枠組体56への横揺れを遮断する。
また、図示左右の横揺れ時、ボール81が左右に転動するため、収容体77および水平受部61bの双方ともに上下方向Xcの縦揺れは生じない。
この際、地震の横揺れは、水平受部61bから粒状体74aを介して緩衝台部73に伝わり、緩衝台部73を水平方向に揺らすが、これに伴い、ボール81が収容体77の凸状面部78と緩衝台部73の皿状面部75との両面部に接しながら転動する。
この結果、水平受部61bから緩衝台部73に伝達する水平震動は、所定の寸法設定域内では、ボール81の転動によりキャンセルされて収容体77および縦型支柱83には伝播せず、これら容体77および縦型支柱83が静止状態に保たれる。
なお、上記では、便宜上の観点から「左右の横揺れ」という文言を用いたが、左右に限らず水平面での水平方向を含む全位方向の横揺れを意味する。
実施例2では、地震の発生時に、エアバッグ63を膨張させてピストン部61を上方に移動させて可動枠組体56を基礎面52から上方の離脱位置H2に移動させる。これにより、可動枠組体56と一緒に建物本体が押し上げられ、地盤Sから離した状態で免震機能を発揮させる。
また、ボール81や粒状体74aを設けたことにより、基礎面52およびピストン部61からの横揺れを収容体77、ひいては下水平桁56bに伝播することを防ぎ、可動枠組体56への伝播を効果的に遮断することがでる。
これにより、地盤Sの揺れが建物本体に伝播するのを防いで、地震成分うちの横揺れや縦揺れを免震することに大きく寄与することができる。
地震の終了時にエアバッグ63および密閉空間62の空気を抜くに伴い、エアバッグ63の収縮および密閉空間62の減圧が生じるため、ピストン部65を元の位置に迅速に下降復帰させることができる。
これら補助梁51e、51fは、下水平梁51bに直交し、かつ縦型支柱の83を図示前後に挟むように配置されており、上面閉鎖蓋部86bが補助梁51e、51fの下面部に衝止可能に当接している。このように構成しても実施例2と同様な効果が得られる。
また、実施例3では、実施例2の図8の場合と同様に、第1緩衝機構88の左右に存する第2緩衝機構100の図示を省略している。
(1)上記実施例2における粒状体74a、93、第1粒状体80および第2粒状体90としては、ガラスビーズをはじめ、セラミック粒、繊維強化プラスチック粒、鉄粒や銅粒などの金属粒、砂や石英粒の鉱物粒あるいはサンドブラスト用の砂利であってもよい。
(2)建物本体としては、戸建て住宅をはじめ、製造工場、貯蔵倉庫、旅館、温泉宿あるいは民宿などが適用可能である。
(4)エアバッグ18、63はゴム製に限らず、ナイロン66(登録商標)、テフロン(登録商標)、あるいはポリエステル長繊維を用い、表面コートとしてクロロプレインゴムやシリコンゴムを利用してもよい。
(7)上記実施例1で、半球窪み部24および錐面凹部25のそれぞれ取り付けた第1磁石26および第2磁石27は、永久磁石に限らず、通電制御により第2球体23に対して電磁吸引力発生する電磁石であってもよい。
51 固定枠組体
51a 上水平梁
51b 下水平梁
56 可動枠組体
56a 上水平桁
56b 下水平桁
60 シリンダ堀部
61 ピストン部
62 密閉空間
63 エアバッグ
73 緩衝台部
77 収容体
80 第1粒状体
81 球状のボール
83 縦型支柱
85 下側圧縮コイルスプリング(第1スプリング部材)
87 上側圧縮コイルスプリング(第1スプリング部材)
88 第1緩衝機構
89 短支柱
90 第2粒状体
97 圧縮コイルスプリング(第2スプリング部材)
100 第2緩衝機構
Fh 持上げ機構
G 許容距離
H1 着地位置
H2 離脱位置
M 摩擦低減板
S 地盤
建造物の免震基礎構造における基礎支持枠組体1は、固定枠組体として図1(a)、(b)に示すように、地盤Sに打たれたコンクリート製の基礎面2に基柱3を介してアンカーボルトなどの取付け固定手段により固定されている。
この基礎支持枠組体1は、可動枠組体として基礎面2に対して互いに上下に平行状態で対向するように配置された上梁組部4および下梁組部5を有している。
この場合を図10に示す実施例1の場合に準えると、エアバッグ18の縮小速度と粒状体32(縦柱10)との下降速度差を惹起させながら、圧縮コイルスプリング85、87の撓みを伴わせて圧縮コイルスプリング72およびボール81により求芯動作(中心寄せ動作)が行われる。
なお、錐面凹部25のうち第2球体23が錐面部25aに沿って移動する部分には、摩擦低減板Mを敷設している。
参考例では、地震の発生時に、エアバッグ18を膨張させてピストン部15を上方に移動させて土台支持枠組体13を基礎面2から上方に移動させる。これにより、土台支持枠組体13と一緒に建物本体が押し上げられ、地盤Sから離した状態で免震機能を発揮させる。
建造物の免震基礎構造における固定枠組体51は、図7および図9に示すように、地盤Sに打たれたコンクリート製の基礎面52に縦型の基柱53を介してアンカーボルト54などの取付け固定手段により固定されている。
この実施例1において、地盤Sの基礎面52に設置される持上げ機構Fhは、参考例の複数個所A〜Iに互いに同一物として設けられている。
離脱位置H2では、可動枠組体56の下面部56dが固定枠組体51の下水平梁51bから上方に離れた位置に上昇変位している。
また、水平受部61bには、窪み部70を上部で覆うようにして、中央に開口部71aを形成した滑動基盤71が設けられている。窪み部70には、複数(例えば、4本〜6本)の圧縮コイルスプリング72が復帰バネとして窪み部70内で、この窪み部70の中心部近傍から外方にかけて放射状に配置されている。
実施例1では、地震の発生時に、エアバッグ63を膨張させてピストン部61を上方に移動させて可動枠組体56を基礎面52から上方の離脱位置H2に移動させる。これにより、可動枠組体56と一緒に建物本体が押し上げられ、地盤Sから離した状態で免震機能を発揮させる。
これら補助梁51e、51fは、下水平梁51bに直交し、かつ縦型支柱の83を図示前後に挟むように配置されており、上面閉鎖蓋部86bが補助梁51e、51fの下面部に衝止可能に当接している。このように構成しても実施例1と同様な効果が得られる。
また、実施例2では、実施例1の図8の場合と同様に、第1緩衝機構88の左右に存する第2緩衝機構100の図示を省略している。
(1)上記実施例1における粒状体74a、93、第1粒状体80および第2粒状体90としては、ガラスビーズをはじめ、セラミック粒、繊維強化プラスチック粒、鉄粒や銅粒などの金属粒、砂や石英粒の鉱物粒あるいはサンドブラスト用の砂利であってもよい。
(2)建物本体としては、戸建て住宅をはじめ、製造工場、貯蔵倉庫、旅館、温泉宿あるいは民宿などが適用可能である。
(7)上記参考例で、半球窪み部24および錐面凹部25のそれぞれ取り付けた第1磁石26および第2磁石27は、永久磁石に限らず、通電制御により第2球体23に対して電磁吸引力発生する電磁石であってもよい。
Claims (5)
- 地盤の基礎面に基柱を介して固定された固定枠組体と、
上面部と下面部とを有し、前記上面部に建物本体を載置状態に支持し、前記下面部を前記固定枠組体に載置した着地位置に位置する可動枠組体と、
前記固定枠組体の内部に配置されて前記基礎面に対して上下移動可能に設けられ、縦柱と水平受部とから断面T字状に構成されたピストン部と、
一端が前記ピストン部に支持され、他端が前記可動枠組体に固定された縦型支柱と、
地震発生時に前記ピストン部の上昇移動により、前記縦型支柱を介して前記可動枠組体を上方に変位させることで、前記着地位置に位置する前記可動枠組体を前記固定枠組体から上昇して離れた離脱位置に移動させる持上げ機構とを備えたことを特徴とする建造物の免震基礎構造。 - 地盤の基礎面に基柱を介して固定された固定枠組体と、
上面部と下面部とを有し、前記上面部に建物本体を載置状態に支持し、前記下面部を前記固定枠組体に載置した着地位置に位置する可動枠組体と、
前記固定枠組体の内部に配置されて前記基礎面に対して上下移動可能に設けられ、縦柱と水平受部とから断面T字状に構成されたピストン部と、
前記水平受部に水平方向に移動可能に載置され、上面部に偏平円錐状に窪む皿状面部を有する緩衝台部と、
裏面と上表面を有するものであって、前記裏面に前記皿状面部に応じて偏平円錐状に突出する凸状面部を有し、前記上表面に半球面状に窪む内球凹部に第1粒状体を収容した収容体と、
前記皿状面部と前記凸状面部との間に回転移動可能に配された球体状のボールを設け、前記収容体は前記ボールを介して前記緩衝台部に上下方向および水平方向に移動可能に載置されていることと、
一端が前記第1粒状体を介して前記収容体に支持され、他端が前記可動枠組体に固定された縦型支柱と、
地震発生時に前記ピストン部の上昇移動により、前記緩衝台部、前記ボール、前記収容体、前記第1粒状体および前記縦型支柱を介して前記可動枠組体を上方に変位させることで、前記着地位置に位置する前記可動枠組体を前記固定枠組体から上昇して離れた離脱位置に移動させる持上げ機構とを備えたことを特徴とする建造物の免震基礎構造。 - 前記可動枠組体に垂下状態に固定された短支柱の下端部は、前記基礎面に形成した半球状の窪みに収容した第2粒状体を介して前記基礎面に支持されていることを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか一つに記載の建造物の免震基礎構造。
- 前記上昇機構はエアバッグと、前記エアバッグに流体を圧送し、前記エアバッグを膨張させて前記ピストン部の前記上昇移動により前記可動枠組体を前記着地位置から前記離脱位置に移動させる給圧制御装置とを有することを特徴とする請求項1または請求項2のいずれか一つに記載の建造物の免震基礎構造。
- 前記水平受部と前記緩衝台部との間には粒状体が設けられ、前記水平受部、前記粒状体前記緩衝台部および前記ボールから成る構造を縦型の重層配置とし、前記水平受部から前記緩衝台部に伝達する横揺れの水平震動は、前記ボールの転動によりキャンセルされて前記収容体および前記縦型支柱を静止状態に保つことを特徴とする請求項2に記載の建造物の免震基礎構造。
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