JP4167653B2 - 耐震救命装置 - Google Patents

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Description

人々が建造物すなわち住居および社会的または文化的建造物、オフィスビルなどにおいて生活し、その活動を展開しているが、本発明は地震危険度が高く、また潜在的な地震危険度の高い地域に建造される建造物に組み付け可能な装置に関する。
地震の動きを抑制する建造物は、そこで生活し、その活動を展開している人々を保護できなければならない。しかし相反して大地震に対して無防備な建造物の内にある人々の生命が、建造物が崩壊した際に建造物自身やその構成部品によって脅かされ、あるいは深刻な被害を受けることになる。
建造物が地震に耐えられない理由は様々であるが、一般的には地震の動きに対する構造化設計や地震の運動様式、また時として実際の地震の規模が計算上の地震の規模を越えてしまうことや周期的な繰り返しなどに帰属する。従って、仮に建物が1〜2回の大規模な地震に対して適切に耐えられたとしても、大きな地震運動ごとに延性の構成要素が相互変形や位置の変化を受けているので次の地震に耐えられない可能性が非常に高くなる。一連の地震の後には、建造物の解体作業、強化、巨額になるとされる財政的負担や長期にわたる稼動停止に対する解決策が必要となる。
一方では地震に襲われることで直接的に人命が失われるが、他方では地震から生き残ったとしても水や食料、暖めるものなどがなければ生存できず救助作業も通常は長時間に及ぶために人命が失われる。
本発明が解決する技術的な課題は、建造物の崩壊に耐え、居住者を保護することができると同時に生存するための条件、外部との通信および瓦礫からの迅速な救助を確保する載置可能に小型設計で、かつ人々の生活区域に恒久的に存在可能な耐震シェルターを達成することから成る。
建造物に組み込み可能な並列配管形状の保護および生存のための耐震セル−フランス特許第2731034号−が、従来において周知の技術である。
この解決策の欠点としては、このセルが大きなスペースを占有すること、アパートなどの小さなスペースへの組み込みができないこと、および家具要素に見せかけることができないという事実が挙げられる。また、その並列配管形状ゆえに、建造物上部の要素及び地震の力により加えられる圧縮力のより大きな割合を引き受けることなどが挙げられる。設計には非常に大きな労力を掛けるべきであるが、この場合、その建築限界を高めなければならない。
さらに、その並列配管形状ゆえに、瓦礫を除去しなければこのシェルは迅速に引き出すことができない。
本発明によれば、耐震装置が以下のように構成されることで前述の欠点が取り除かれる。耐震装置は、建造物の構成部品の衝撃や衝突に対して十分に耐え得る補強フレームにより構築される救命キャビンから構成され、補強プレートまたは波形鉄板で覆われ、内部には高い柔軟性を備えた防火性および耐熱性のプラスチック材料および発泡プラスチックが取り付けられ、2人の人間が背中合わせに座れるよう配置した2つの区画室を有する装置に身体部分が接触しても傷付けることのないようにし、それぞれの区画室には、側頭部サポート付き背もたれ、ヘッドレストおよび側頭部サポートを備え、フルセーフティハーネス、クラッシュヘルメットおよび垂直方向の衝撃を減衰するダンパ・スプリング、区画室間の分離面に配置されるカラム上を滑動可能な椅子を備え、キャビンへの出入りは、双方が逆方向に外側に開く2枚の扉を介して行い、扉は垂直な回転軸を備え、レバー装置によって家具部の2枚の中央下扉と直接連結され、それらの操作により同時に開き、キャビン内外で操作可能な係止機構を有し、線状の凹部によって衝突から保護され、扉は骨格構造を有し、内部で移動しないようキャビンの側壁にサブフレームによって支持および保持され、椅子下部にねじ止めした保護カバーで覆われた保管スペースがあり、生存に必要な装置、設備、資材、食品および水が格納可能で、キャビンの上部には、それぞれ塵埃用スクリーン・フィルタを備えた換気用の4つの円形窓があり、窓はキャビン外面の主プレート上に垂直に取り付けられた線状の高耐久性シムにより衝撃から保護され押圧に耐えるようになっており、キャビンは、下面に衝撃スプリングを有する4本のダンパおよび鉄筋コンクリート製ブロックの転位および運動エネルギ消散に対するカーバイドチップを有するツールを溶接したフレームの各外側縁部を備え、キャビンが配置される部屋が完全な状態を保つ限りキャビンは直立し、同様にキャビンを衝撃から保護し、必要に応じて迅速に開放可能な支持システムであり、全体が家具によってカムフラージュされ、キャビンは牽引装置によって瓦礫から引き出すことが可能である。
建造物が崩壊した際に救命装置に作用する圧縮力は、非常に強力であり正確に決定できないが、この解決手段では鉄筋コンクリート製ブロックを降伏させる限界圧縮力を選択した。救命キャビンは、この限界力を超えて建造物要素の運動エネルギを受けず、またこのエネルギは放散される。
原則として、圧力によって互いに接触する2つの要素は接触張力を受ける。
建造物が崩壊する場合の救命装置の建造形態によって、鉄筋コンクリート製要素の平面は、先の段階で支持システムからの鋼製テンションロッドの鋼製天頂部と接触し、また次の段階で鋼製フレームの外側縁部に取り付けたカーバイドチップを有するツールの鋼製ブレードと接触する。
接触領域内の応力分布は、接触する剛体の硬度に依存する。平均値はそれぞれ次式で計算される:
σ = F / A, σ = F / Apr’
ここで、Fは垂直力、Aprは力の方向に垂直に投影した接触面積である。
圧力は、その大部分が静荷重やフローティング荷重、パルセイティング荷重等である荷重状況に依存する。
高耐久性鋼の長時間荷重でのクリープ限度の数十分の1倍の極限圧縮強さを有する鉄筋コンクリート製要素であれば、より軟かい要素が最初に降伏する。
その結果、それぞれ次式が導かれる:
σrc = F / Apr, Fn limit = σrc × Apr’
ここで、σrcは鉄筋コンクリート製要素の極限圧縮強さである。
その結果、救命キャビンが受ける垂直力は次のようになる:
nc ≦ Fn limit
この力が限界に達すると、鉄筋コンクリート要素を貫通して割れおよびせん断が生じる。
鉄筋コンクリートが壊れやすく、また応力が動的あるとすると、割れおよびせん断はσrc necよりもさらに低い作用力:σrc / 3 で生じることになる。
これは次のように考えられる:
− 鉄筋コンクリート製ブロックとキャビンとの間の接触面積の幅 bは、鋭くした場合のブレードの総厚さに等しく、b = 5 mm である;
− 接触面積の長さ l = 500 mm;
− σrc ≒ 35 N / mm
− ここで、鋼製テンションロッドが鉄筋コンクリート製要素を最初に破壊したとせずに、この要素がキャビンに直接衝突したと考えると:
n limit ≒ 35 × 5 × 500 ≒ 87,500N、すなわち Fn lim≒87.5KN となる。
この最大垂直力が救命キャビンに加わるが、地震の際に抵抗壁に加わるとされる力のほぼ100分の1よりも小さい。
本発明によれば、この装置には次の利点がある:
− 大きな地震によって深刻な被害を受けたり破壊される建造物内に閉じ込められた人間の効果的かつ永続的な保護が可能になると同時に救命条件を提供する;
− 装置が建造物の構造的システムとは関係がないため、より小型化を求める一方で、建造物の質量点と剛性の中心との間に不均衡を生じせしめないようにした結果として生じる接線方向に働く力、オーバーターニングモーメントおよびねじりモーメントのような地震と同等な力により建造物にもたらされる大きな作用力を吸収しない;
− ダンパを用いた衝撃の減衰;
− 鉄筋コンクリート製ブロックを貫通および崩壊させる動きによってキャビンが受ける許容可能な最大圧縮力の限度値;
− その建造形態により、キャビン上のすべての瓦礫を除去せずとも牽引ケーブルを用いて迅速に瓦礫から救命キャビンを取り出すことができる;
− 建造物の強化や高剛性建造物の建設に比べて低コストである;
− 室内の環境を損なうことなく、集中施工および組み立てがそれぞれ2〜3時間と、非常に短時間で簡単に行える;
− 装置および床面が互いに振動するため、弱い地震では建造物の劣化が生じない。
以下、本発明の一実施例に関連する図1〜4について説明する:
− 図1. 耐震救命装置全体の立面図;
− 図2. 耐震救命装置全体の平面図;
− 図3. 救命キャビンおよび保管用区画室の補強フレーム;
− 図4. 電気設備(基本図式)
本発明の第1の実施例によれば、耐震救命装置は、2人の人間が避難し得る2つの区画室aおよびbを備えた救命キャビン1から成る。キャビン1は、補強プレートまたは波形鉄板2に覆われた補強フレームRから構成される。キャビンの室内側は、プラスチック製耐火材料および発泡プラスチックであって、頭、肩および膝のゾーンで厚さを大きくした防護層から成る、居住者の衝撃保護およびキャビンの断熱を目的とした取り付けられた壁Cを有する。キャビン1の各区画室aおよびbには、側頭部サポート付き背もたれおよびヘッドレスト4、側頭部サポート5を備えた椅子3を配置し、フルセーフティハーネス6およびクラッシュヘルメット7を備える。
衝撃減衰のために、椅子3の下部にダンパ・スプリング8を備え、2つの区画室aとbとの間の分離面に配置されるカラム9に沿って振動する。
キャビン1への人間の出入りは、逆方向に開き、垂直な回転軸を備え、家具要素Mの2枚の中央下扉12および13と一体化され、レバー装置14および15を操作して共に開く2枚の扉10および11を介して行う。キャビンの扉10および11は、それぞれキャビンの内外から操作可能であり、線状の凹部17によって衝突から保護される係止機構16を有する。キャビンの扉10および11は骨格構造を有し、外部の衝撃によって生じる内部の揺れに対しては、キャビン1に一体化されたサブフレーム18に依存する。
キャビン1の側壁内部および椅子3下部の空間にはねじ止めした保護カバー19、20、21および22で覆われた保管区画室c、d、eおよびfがあり、ここに生存に必要な装置、設備、資材、食品および水が格納可能で、また移動しないように固定可能である。
キャビン1の上部には、防塵用スクリーン・フィルタ24を備えた4つの円形窓23があり、キャビン1外面の主プレート26上に垂直に取り付けた線状の高耐久性シム25により衝撃から保護され押圧に耐えるようになっている。
補強フレームRは、立体的な三角形状に連結した金属製骨格構造である。キャビン1の外観は、菱形のアングルが占有し、本体や救命キャビン本体を形成する水平部分などに配置され、ベースから頂部へとプリズム状、ピラミッド状の錐体、ピラミッド形状を形成するリング形状を有する4本の鋼製フレーム27によって構成される。フレーム27は、いずれもキャビン1を形成するようにアングルを溶接した3つの部分から構成される。キャビン1の各区画室は、リング形状部31およびガセット・プレート32を備えた鋼製トレリスを有するフレーム27を接合し、2つの区画室aとbとの間の分離面となる菱形のベース(O−Y)の小型斜材を含むキャビン1の側面および垂直面に溶接される三角形部分を有する。
安全のために、分離面のトレリス間の空間は人間が一方のキャビン1の区画室から他方へ移動可能でなければならない。
キャビン1に衝突する際の衝撃の減衰及び建造物要素の運動エネルギーを消散するために、各フレーム27は、衝撃スプリングを有するダンパ28を下に有し、そのダッシュポット・ピストン29はいくつかの円形の支持ブラケット30に頼っている。
また、運動エネルギー消散のために、フレーム27の各外側縁部はキャビン1とある速度で接触する鉄筋コンクリート製ブロックの転位のためにカーバイドチップを有するツール33を備え、運動エネルギが消散される。
キャビン1はリング状部分を備え、キャビン1の片側と別の側に2本ずつ垂直に配置される4本の支持柱34によって形成される支持システムSによって垂直位に立つ。
対を成す柱34は、平面−平行運動を行って地震の間の床面の振動に追従することが可能である。この運動は、対を成す柱34に固定されたクレビスボルト36の周囲を回転可能で、連結プレート35のボアホール内を移動可能であり、クラウンナット37および副木38によって脱離を防いだ連結プレート35で対を成す柱34を連結することによって可能となる。下面において、柱34はフランジ39を有し、いくつかのコンクリート製アンカーボルト40によって床面に固定され、フランジ39と床面との間の接触は衝撃減衰用のゴム製バッファプレート41を介してなされる。上床面との接触は、鋼製テンションロッド43の自由端が内部を滑動するスリップオンフランジ42および鋼製テンションロッドに一体化された単コイルスプリング44およびフランジ45、減衰リング46によって保持される。スリップオンフランジ42は、機械加工を施した凹部48を滑動する補助索具47によって離脱が防止される。単コイルスプリング44が最大限に圧縮されスリップオンフランジ42がフランジ45および減衰リング46に制止された場合、硬質材料から成り円錐形状を有する鋼製テンションロッド43が、スリップオンフランジ42上面より数センチ突出し、その結果上床面に亀裂が生じる。こうした状況は、救命装置において上床面が崩壊した場合に生じ得る。一方では減衰リング44の減衰による上床面の運動エネルギの減少が、また他方では救命キャビン1を保護する鋼製テンションロッド43の円錐形の天頂部による亀裂の発生がもたらされる。鋼製テンションロッドの高さ43は、ナット49をねじ込むことによって可変に調整することができる。ねじ込みは、レバーの補助により調整用ホール50を操作して行う。
柱34によるキャビン1の垂直状態は、回転ジョイント54によって荷重側で支持する滑動棒53によって形成される弾性アーム51および52、キャビン1との弾性接触を恒久的に保持する減摩材製の2枚の保護プレート56を内側に備えたステアリングパッド55によって成される。滑動棒53は、オイライトブッシュ58を備えたブラケット支持体57の2つのボアホール内部を滑動する。弾性接触は、一端で滑動棒53と一体化するスプリングハンガー60に寄りかかり、他端でキャビン1の振動が単コイルスプリング59へ伝わるようにブラケット支持体57に寄りかかる単コイルスプリング59によって確保される。滑動棒53の自由端には、ねじ切りが施されておりクラウンナット61および副木62を備える。
キャビン1の支持システムSは、地震の運動において鉄筋コンクリート製床面と共に振動し、弱い地震において接触領域上の部屋を保護しながらキャビン1の垂直位を保持する。必要に応じて、支持システムSは救命キャビン1を容易に開放することができる。
地震の運動が非常に強く、建造物の垂直構造要素の破壊を生じる場合、通常、重力により上部鉄筋コンクリート床面は、減衰を生成する支持システムSおよび鋼製テンションロッド43による上部鉄筋コンクリート床面の穿孔に作用し、第1の垂直な衝突の運動エネルギを減じてキャビン1を保護する。
建造物が崩壊し、キャビン1が瓦礫に埋まってしまった場合に備えて、キャビンを瓦礫から引き上げる際の引張応力に十分耐え得る断面を有するワイヤケーブル63で構成される牽引装置Dが取り付けられている。
ワイヤケーブル63は、ケーブル脱離防止器65と共に牽引フック64によって救命キャビン1上に固定され、牽引フック64は、ナット66およびばね座金67および軸カラー68によってキャビン1上部のプレート69および70上に固定される。ケーブル63の自由端は、部屋の外壁(前壁)に設けた穴部を介して部屋の外側に引き出され、部屋の上部隅において建造物の前面に垂直に延び、壁の崩壊後も地上に残ると想定される建造物の最高点よりも上に固定される。ケーブル63は、キャビン1頂部から全長にわたり1メートルごとにマーキングされている。必要に応じて、地上に残ったケーブル63の端部を引き伸ばすことによって、そのマーキングから瓦礫下にあるキャビン1までの距離を知ることができる。
建造物よりも上に固定されたケーブル63の上端には識別カード(図示せず)が取り付けられ、家主の名前、アパートの番号、階数、キャビン1の建造物前部に対する相対的な位置、キャビン内の電話番号などを記しておく。ワイヤケーブル63本の経路は、部屋の内外で被覆される。
建造物が崩壊し、救命キャビン1が瓦礫下にある場合に備えて、区画室c、d、eおよびf内に固定された生存手段、外部との通信手段および離脱手段を備える。
窓23が対処できない場合の気流を確保するために、キャビン1は12Vの単相整流子電動機M1で駆動するダイアフラムを有する低圧コンプレッサ71を備え、外気を導入してリデューシングスリーブ73によってキャビン1上に固定したワイヤ被覆ゴム製ホース72を介して救命キャビン1内部に供給する。ホース72は、ワイヤケーブル63の経路のある1点まで追随し、建造物の前部に固定され、ローディング端にフィルタ容器75によって変形および雨水から保護される塵埃キャッチャ74を備える。モータM1には、防漏型蓄電池76から12Vが供給され、起動切替え器K3によって制御する。蓄電池76は、最適化充電用整流器78を備えたキャビン1の外側に配置される220Vのアース出口77上で充電することができる。
キャビン1には、各区画室の天井部のスイッチK1およびK2によって制御する12Vの2個の電灯B1およびB2が備わる。
12Vの電気回路内には、更に2つのコンセントが備わる。P1は、キャビン1の内部にあり、それぞれバッテリを備えた携帯電話79および無線受信機80に給電すると共に充電にも用いる。またP2は、家具部Mの壁の外側に横向きに取り付けられ、蓄電池76の実行サイクルを最適化して12Vで駆動する電気機器類に給電することができる。
救命キャビン1には、1〜2個のバッテリ式ランプ81、重大な局面で使用する2個の鉱山用呼吸マスク82、応急手当用具83、消火器84、高出力ジャッキ85、シャベル86、アクセサリ・キット87、自力手段によって崩壊物からキャビン1を分離するための構造トング88が備わる。
区画室fには、重要な証書類、不動産に関する文書類、現金、宝石、危機的な状況における指図書きのほかに聖書などの保管が可能な金属ケース89が設置される。
また、閉じ込められるといった特異的な状況において一定の期間生存するために、救命キャビン1には、保存食品およびミネラルウォーター90、体温の低下を防ぐための毛布91、中和および衛生用物質92、排便および排尿などの排泄物のためのトイレットペーパ93および箱94が備えられる。箱はプラスチック製で、円筒形状を有し、ねじ付きの蓋を備え、1つを他方の中に差し込むことが可能であり、最も大きな箱が他のすべての箱を格納できるような寸法になっている。
全ての装置、設備、装置および材料は、衝撃から保護されると同時に、衝撃によって分離せず、救命キャビン1の人間を傷つけないように区画室に適切に固定される。
全てのシステムは、4枚の上扉および4枚の下扉を備える洋服ダンス状の家具Mにカムフラージュされ、住宅に現存する家具と同様な様式の純木材または人工木材によって形成される。下中央扉12および13は、2つの救命キャビン1の扉10および11と共に開く。家具要素の側壁内部には楕円形の穴部gおよびhが形成され、弾性アーム51および52を振動可能にする。
家具要素は、固定ボルト97および98を備えた木製の支持フレーム95および96によって上下床面に固定され、外側に木製の蛇腹99および100を適用する。家具要素Mは機械的抵抗が低く、周囲と同時に破壊されることになる。
家具要素Mの側壁には、備蓄した水や食糧の交換予定および蓄電池の状態、消火器、携帯電話などの点検表が掲示される。
この耐震装置は、住居、社会的、文化的建造物や恒久的に残存する利用しやすい場所に設置される。
地震の発生直後またはページャが差し迫った発生を警告した際に部屋にいる人間は、可能であれば救命キャビンに駆け込む。その際の行動は以下の順序で行われる:扉12および13を扉10および11と共に開く、救命キャビン1に入る、椅子3に座る、キャビンの扉10および11を閉じてロックする、フルセーフティハーネス6および緩衝ヘルメット7を装着する、電灯B1およびB2をオンにしてその後の成り行きを見る、人間はキャビン1の壁(図示せず)に設置されたハンドルに寄り掛かる。
地震がそれほど壊滅的でなければ、最終的に救命キャビン1から離れることができる。建造物の崩壊という望ましくない場合において、耐震救命装置の主な役割は居住者が衝撃および衝突から保護され、災害後も安全に生存できることである。そのような事態が発生した際、時間的な問題はあるかもしれないが外部と良好な通信を行い、また協力しながら、キャビン1を瓦礫から引き上げる場合は、ワイヤケーブル63を使用して動力駆動のウインチまたは動力推進車両によるか、またはキャビン1が埋まっている場所に救助チームが到着して救助するか、あるいはキャビン1が地表近くにある場合は離脱手段によって居住者が直接脱出する。
一方で、キャビン1の居住者は、自身で食事を摂ること、救急用品を使用して互いに応急処置を施すこと、ラジオのニュースを聞くこと、外部と通信すること、読書、休息することおよび寒さから身を守ることができ、また生理的要求も満たすことができる。
参考文献
1. ダブル著 −「整備士マニュアル」− 編集 Technica (1998)
2. トーマス・ポーレイ、ユゴー・バッハマン、コンラート・モーザー著 −「地震の動作に対する鉄筋コンクリートの突起の構造」− 編集 Technica (1997)
3.特許、ルーマニア− RO 11 72 71 B4
4.特許、フランス− FR 273 1033
図1は耐震救命装置全体の立面図である。 図2は耐震救命装置全体の平面図である。 図3は救命キャビンおよび保管用区画室の補強フレームである。 図4は電気設備(基本図式)である。

Claims (2)

  1. 第1の段階における衝撃および衝突から保護し、外部との通信を確保し、一定期間生存可能であり、かつ深刻な損害や建造物の崩壊を招く大地震によって建造物内に閉じ込められた人間および重要な証書類の迅速な救出条件を備え、必要に応じて連続的に建造され迅速に組み付けられ、また室内の現行の環境と調和することを目的とし、生存手段を備えた補強フレーム(R)によって建造された救命キャビン(1)、第1の衝撃から保護し、部屋が完全な状態を保つ限り垂直位を保ち、かつ救命キャビンを開放可能に支持する支持システム(S)を有し、全体が家具(M)によってカムフラージュされ、ワイヤーケーブル(63)の一端は救命キャビン(1)に固定され、他の自由端は、部屋の外側に引き出され、建物の崩壊後も地上に残ると想定される建造物の最高点よりも上に固定されることを特徴とする耐震救命装置。
  2. 救命キャビン(1)の外面を補強プレートまたは波形鉄板(2)で覆い、内側は接触によって身体部分が傷付かないように高い柔軟性を備えた防火性のプラスチック材料および発泡プラスチック(C)が取り付けられ、2人の人間を収容する2つの区画室(a)および(b)を有し、各区画室には側頭部サポート付き背もたれ、ヘッドレスト(4)、側頭部サポート(5)を備えた椅子を配置し、それぞれにフルセーフティハーネス(6)およびクラッシュヘルメット(7)を備え、椅子の下には垂直方向の衝撃を緩衝するダンパ・スプリング(8)を備え、2つの区画室間の分離面に設置されたカラム(9)に沿って垂直方向に振動し、キャビン(1)への出入りは、逆方向に開き、垂直な回転軸を備えた2枚の扉(10)および(11)を介して行い、この扉には家具要素(M)の2枚の中央下扉(12)および(13)が一体化され、レバー装置(14)および(15)を操作して同時に開き、キャビンの各扉(10)および(11)がキャビン(1)の内外から操作可能で、凹部(17)によって衝突から保護される係止機構(16)を有し、扉は骨格構造および鋼製サブフレーム(18)を有し、キャビン(1)の側壁内部および椅子(3)下部の空間にはねじ止めした保護カバー(19)、(20)、(21)および(22)で覆われた保管区画室(c)、(d)、(e)および(f)があり、キャビン(1)の上部には、防塵用スクリーンフィルタ(24)を備えた換気用の4つの円形窓(23)があり、キャビン外面のいくつかの主プレート(26)上に取り付けた線状の高耐久性シム(25)により衝撃から保護され押圧に耐えるようになっていることを特徴とする請求項1に記載の耐震救命装置。
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