JP3284231B2 - 建築物への地震入力低減装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤から建築物に
伝わる地震の揺れを低減する、建築物への地震入力低減
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地震が発生して建築物が地盤と共に揺れ
ると、家具が転倒したり、また、器物が落下したりする
などして２次災害を誘因し、大変危険である。強度の地
震が発生した場合には、地震力によって建築物が破壊す
ることもある。高層建築物の場合には建築物がしなって
建築物の中層部に大きな応力がかかり、中層部が座屈し
てしまうことがある。また、中低層建築物の場合には建
築物の１階部分に大きな応力がかかり、１階部分が潰れ
てしまうことがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】地震によるこのような
建築物の破壊や２次災害を防止することは社会的に強く
要請されている。本発明は地盤から建築物に伝わる地震
の揺れを低減し、建築物に壊滅的な破壊を生じさせない
地震入力低減装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような目的
を達成するため、建築物を支える建築物基礎部と地盤に
埋め込まれた基礎杭との接触面の摩擦抵抗を低減させる
スライド機構と、建築物基礎部と基礎杭とを係合させて
基礎杭に加わる水平力を建築物基礎部に伝達すると共
に、所定水平力の印加によって剪断する係合部材とを備
え、地震入力低減装置を構成した。

【０００５】また、上記係合部材を、建築物基礎部と基
礎杭との接触部の中心から異なる各距離を隔てた各周囲
に設けた、中心から距離を隔てるほど剪断する水平力が
大きい複数種類の柱状部材によって構成した。

【０００６】このような構成によれば、所定震度以下の
地震では、スライド機構による建築物の横滑りは係合部
材によって抑止され、建築物は風等による外力によって
揺れることはない。また、所定震度以上の地震が起きた
場合には、係合部材に所定の水平力が加わって係合部材
は剪断し、建築物はスライド機構によって横滑りする。

【０００７】また、中心から距離を隔てるほど剪断する
水平力が大きい複数種類の柱状部材によって係合部材を
構成した場合には、地震の強度が大きくなるに連れ、基
礎杭の中心に近い柱状部材から順に係合部材が剪断して
行く。従って、ある所定強度の地震では基礎杭の中心か
ら隔たった周囲に設けられた柱状部材は剪断せず、建築
物は剪断せずに残った柱状部材に抑止されつつ、スライ
ド機構によって横滑りする。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の第１の一実施形態
による建築物への地震入力低減装置について説明する。
図１はこの第１の実施形態による地震入力低減装置の構
造を示す断面図である。

【０００９】地盤１には基礎杭２が埋め込まれており、
この基礎杭２は基礎スラブ３を支持している。基礎スラ
ブ３は図示しない建築物を支えており、建築物基礎部を
構成している。基礎スラブ３の底面と地表に現れた基礎
杭２の上面との間にはローラベアリング４が挟持されて
いる。このローラベアリング４は、基礎スラブ３と基礎
杭２との接触面の摩擦抵抗を低減させるスライド機構を
構成している。

【００１０】また、基礎スラブ３の底面に突出して柱状
部材５が設けられており、この柱状部材５は、基礎杭２
の上面に開口して形成された柱状溝６に嵌合している。
柱状部材５は、基礎スラブ３と基礎杭２とを係合させ、
地盤１から基礎杭２に加わる水平力を基礎スラブ３に伝
達すると共に、所定水平力の印加によって剪断する係合
部材を構成している。

【００１１】このような構造において、柱状部材５が剪
断する所定水平力を、地震力によって建築物が損失する
水平力よりも小さく設定しておくことにより、基礎スラ
ブ３に支えられた建築物本体への地震入力が低減され
る。

【００１２】つまり、設定されたこの所定水平力を生じ
させる所定震度以下の地震の横揺れでは、ローラベアリ
ング４による基礎スラブ３の横滑りは柱状部材５によっ
て抑止されている。このため、基礎スラブ３に支えられ
た建築物は、風等による外力によって横揺れすることは
ない。一方、所定震度以上の地震が起き、地盤１の横揺
れが基礎杭２に伝えられ、基礎杭２から柱状部材５に所
定水平力が印加されると、柱状部材５は剪断する。この
結果、建築物つまり基礎スラブ３は、柱状部材５による
抑止力を失い、ローラベアリング４によって横滑りす
る。このため、建築物には所定水平力以上の地震の横揺
れが伝わらなくなり、建築物の壊滅的な破壊が防止され
る。

【００１３】また、上記実施形態の説明においては、柱
状部材５を基礎スラブ３の底面に突出させ、基礎杭２に
柱状溝６を形成して基礎スラブ３と基礎杭２とを係合さ
せる構造としたが、突出部と溝との関係はこの逆であっ
てもよい。つまり、柱状部材を基礎杭２の上面に突出し
て形成し、基礎スラブ３の底面に開口して柱状溝を形成
する構造としてもよい。このような構造においても、上
記実施形態と同様な効果が奏される。

【００１４】次に、本発明の第２の実施形態による地震
入力低減装置について説明する。図２（ａ）はこの第２
の実施形態による地震入力低減装置の断面図であり、同
図（ｂ）はこの地震入力低減装置を底面側から見た平面
図である。

【００１５】本実施形態においても、地盤１に基礎杭１
２が埋め込まれており、この基礎杭１２によって建築物
を支える基礎スラブ１３が支持されている。基礎スラブ
１３の底面には円板状の鉄板１４が固着しており、この
鉄板１４と基礎杭１２との間にはローラベアリング１５
が挟持されている。鉄板１４およびローラベアリング１
５は、基礎スラブ１３と基礎杭１２との接触面の摩擦抵
抗を低減させるスライド機構を構成している。

【００１６】また、基礎スラブ１３と基礎杭１２との接
触部の周囲において、基礎スラブ１３の底面に突出して
複数の柱状部材１６が形成されている。この柱状部材１
６は、地表に露出する基礎杭１２の上面の縁と当接して
基礎スラブ１３と基礎杭１２とを係合させる係合部材を
構成している。この柱状部材１６は、地盤１から基礎杭
１２に加わる水平力を基礎スラブ１３に伝達すると共
に、所定水平力の印加によって剪断する。

【００１７】本実施形態では、柱状部材１６は３種類の
柱状部材１６ａ，１６ｂ，１６ｃによって構成されてお
り、各柱状部材１６ａ，ｂ，ｃは基礎スラブ１３と基礎
杭１２との接触部の中心から異なる各距離を隔てた各周
囲に設けられている。また、各柱状部材１６ａ，ｂ，ｃ
は、この中心から距離を隔てるほど剪断する水平力が大
きく形成されている。

【００１８】つまり、同図（ｂ）に示すように、基礎杭
１２の中心を中心とする点線で示す一番小さな円周上
に、第１の種類の柱状部材１６ａが複数設けられてい
る。また、この円周よりも一回り大きい点線で示す円周
上に、第２の種類の柱状部材１６ｂが放射状に複数設け
られており、この円周よりもさらに大きい点線で示す円
周上に、第３の種類の柱状部材１６ｃが放射状に複数設
けられている。柱状部材１６ｂは柱状部材１６ａよりも
大きな剪断力によって破壊し、柱状部材１６ｃは柱状部
材１６ｂよりもさらに大きな剪断力によって破壊する。

【００１９】本実施形態による地震入力低減装置におい
ては、係合部材が上記のように、中心から距離を隔てる
ほど剪断する水平力が大きい３種類の柱状部材１６ａ，
ｂ，ｃによって構成されている。よって、地震の強度が
大きくなるに連れ、基礎杭１２の中心に近い柱状部材１
６ａから順に係合部材が剪断して行く。従って、ある所
定強度の地震では基礎杭１２の中心から隔たった周囲に
設けられた柱状部材１６ｂまたは１６ｃは剪断せず、建
築物は剪断せずに残った柱状部材１６ｂまたは１６ｃに
抑止されつつ、スライド機構によって横滑りする。つま
り、ある所定強度の地震では、剪断力の一番小さい柱状
部材１６ａが基礎杭１２からの水平力によってまず破壊
し、基礎スラブ１３は柱状部材１６ｂに抑止されつつ、
ローラベアリング１５によって横滑りする。さらに大き
な地震では、剪断力が二番目に小さい柱状部材１６ｂが
破壊し、さらに大きな地震では剪断力の一番大きい柱状
部材１６ｃが破壊する。

【００２０】図３のグラフは、各柱状部材１６ａ，ｂ，
ｃに加わる水平応力Ｐ（縦軸）と、各柱状部材１６ａ，
ｂ，ｃの変位δ（横軸）との関係を示している。同図に
示すように、各柱状部材１６ａ，ｂ，ｃに加わる水平応
力Ｐは、各柱状部材１６ａ，ｂ，ｃの変位δに対し、グ
ラフの原点を中心としたヒステリシスループａ，ｂ，ｃ
を描いている。そして、これら各ループａ，ｂ，ｃは、
地震の水平力によって柱状部材１６ａが剪断すると、次
に柱状部材１６ｂがこの水平力を受け支え、柱状部材１
６ｂが剪断すると、さらに次の柱状部材１６ｃがこの水
平力を受け支える関係に設定されている。

【００２１】このため、本実施形態による地震入力低減
装置では、ある所定強度の地震では建築物は横滑りし、
かつ、剪断せずに残った柱状部材１６ｂまたは１６ｃに
よって風等の外力による建築物の揺れが抑止される。す
なわち、建築物には所定水平力以上の地震の横揺れが段
階的に伝わらなくなり、建築物の壊滅的な破壊が防止さ
れる。

【００２２】なお、上記各実施形態の説明においてはス
ライド機構をロールベアリング４，１５によって構成し
たが、スライド機構の構成はこれに限定されるものでは
ない。例えば、基礎スラブと基礎杭との間にシリコンオ
イルやテフロンシートといった低摩擦係数のスライダー
部材を介在させ、基礎スラブと基礎杭との間の接触摩擦
抵抗を低減する構成としてもよい。このような構成でス
ライド機構を実現した場合においても、上記実施形態と
同様な効果が奏される。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、所
定震度以下の地震では、スライド機構による建築物の横
滑りは係合部材によって抑止され、建築物は風等による
外力によって揺れることはない。また、所定震度以上の
地震が起きた場合には、係合部材に所定の水平力が加わ
って係合部材は剪断し、建築物はスライド機構によって
横滑りする。このため、建築物には所定水平力以上の横
揺れが伝わらなくなり、建築物の壊滅的な破壊が防止さ
れる。

【００２４】また、中心から距離を隔てるほど剪断する
水平力が大きい複数種類の柱状部材によって係合部材を
構成した場合には、地震の強度が大きくなるに連れ、基
礎杭の中心に近い柱状部材から順に係合部材が剪断して
行く。従って、ある所定強度の地震では基礎杭の中心か
ら隔たった周囲に設けられた柱状部材は剪断せず、建築
物は剪断せずに残った柱状部材に抑止されつつ、スライ
ド機構によって横滑りする。このため、所定強度の地震
では建築物は破壊せず、かつ、剪断せずに残った係合部
材によって風等の外力による建築物の揺れが抑止され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による建築物への地震
入力低減装置の構造を示す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態による建築物への地震
入力低減装置の断面構造および底面構造を示す図であ
る。

【図３】第２の実施形態による地震入力低減装置を構成
する係合部材の変位δに対する水平応力Ｐの関係を示す
グラフである。

【符号の説明】

１…地盤 ２，１２…基礎杭 ３，１３…基礎スラブ ４，１５…ローラベアリング ５，１６ａ，ｂ，ｃ…柱状部材（係合部材） ６…柱状溝 １４…鉄板

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04H 9/02 331 E04H 9/02 351 F16F 1/00 - 15/02 E02D 27/34

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 建築物を支える建築物基礎部と地盤に埋
   め込まれた基礎杭との接触面の摩擦抵抗を低減させるス
   ライド機構と、前記建築物基礎部と前記基礎杭とを係合
   させて前記基礎杭に加わる水平力を前記建築物基礎部に
   伝達すると共に所定水平力の印加によって剪断する係合
   部材とを備えて構成される建築物への地震入力低減装
   置。
2. 【請求項２】 前記係合部材は、前記建築物基礎部の底
   面に突出する柱状部材からなり、前記基礎杭の上面に開
   口して形成された柱状溝に嵌合して前記建築物基礎部と
   前記基礎杭とを係合させることを特徴とする請求項１記
   載の建築物への地震入力低減装置。
3. 【請求項３】 前記係合部材は、前記基礎杭の上面に突
   出して形成された柱状部材からなり、前記建築物基礎部
   の底面に開口して形成された柱状溝に嵌合して前記建築
   物基礎部と前記基礎杭とを係合させることを特徴とする
   請求項１記載の建築物への地震入力低減装置。
4. 【請求項４】 前記係合部材は、前記建築物基礎部と前
   記基礎杭との接触部の周囲において前記建築物基礎部の
   底面に突出して形成された柱状部材からなり、地表に露
   出する前記基礎杭の上面の縁と当接して前記建築物基礎
   部と前記基礎杭とを係合させることを特徴とする請求項
   １記載の建築物への地震入力低減装置。
5. 【請求項５】 前記係合部材は、前記建築物基礎部と前
   記基礎杭との接触部の中心から異なる各距離を隔てた各
   周囲に設けられた、中心から距離を隔てるほど剪断する
   水平力が大きい複数種類の柱状部材によって構成されて
   いることを特徴とする請求項４記載の建築物への地震入
   力低減装置。