JP4177817B2 - 免震基礎構造、および木造住宅 - Google Patents

Description

本発明は免震基礎構造、および木造住宅に関するものである。

従来、免震基礎構造としては、特許文献１に記載されたものが知られている。この従来例において、地表を若干削土して整地された整地面上には発泡樹脂材が敷設され、該発泡樹脂材表面に形成される凹部に束部を嵌着するようにしてべた基礎が敷設される。発泡樹脂材はその可撓性により免震機能を付与する。
特許第３１５０６１２号公報

しかしながら、上述した従来例は免震機能が低いという欠点がある。すなわち、上記発泡樹脂材は住宅荷重を支持するために耐圧縮力の高いものを使用しなければならず、したがって水平動の地震力に対してもあまり変形しないために振動吸収に劣る。

本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、施工が容易で免震機能に優れた免震基礎構造、および木造住宅の提供を目的とする。

本発明によれば上記目的は、
基礎地盤１と建物基礎２との間に該建物基礎２を支承する可撓性を備えた盛土材を設置してなる免震基礎構造であって、
可撓性を備えたブロック状の盛土材３に下面から上面に向かう鉛直方向にスリット４を設け、該ブロック状の盛土材３を基礎地盤１と建物基礎２との間に散点状に設置するとともに、その上面に可撓性を備えた板状の盛土材５を積み重ね、建物の荷重によってブロック状の盛土材３の上面を包み込むように板状の盛土材５を変形させてブロック状の盛土材３をスリットが達していない上端部で設置位置に拘束する免震基礎構造を提供することにより達成される。

本発明によれば、可撓性を備えたブロック状の盛土材３に対して鉛直方向にスリット４を設け、その水平方向の剛性を下げるために、建物の荷重を支持可能な程度に耐圧縮性に優れた材料からなる盛土材を横方向に変形しやすくすることができ、免震性能を向上させることができる。また、かかる免震基礎構造の施工は、地盤表層を削るなどして形成される基礎地盤１とべた基礎等の建物基礎２との間にブロック状の盛土材３を埋設して上記建物基礎２を支承させるだけでよく、あまり手間がかかることはない。

上記盛土材３は、耐圧縮力に優れ、可撓性を備えるとともにブロック状に成形できるものであればよく、例えば合成樹脂材を発泡させて形成することが可能である。また、このように盛土材３として合成樹脂材の発泡体など軽量のものを用いた場合には、施工をより簡単にすることができるとともに、荷重や土圧が軽減することで軟弱地盤における不等沈下対策を兼ねることもできる。さらに、上記盛土材３としては、入手が容易であるとともに、建物の耐用年数に応じて長期の品質安定性に優れたものであることが望ましく、上述したように合成樹脂材を用いる場合には、例えば盛土材として既に広く使用されているＥＰＳ（Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｐｏｌｙ-Ｓｔｙｒｅｎｅ：ビーズ法ポリエチレンフォーム）が好適である。

また、上記盛土材３に形成されるスリット４は、盛土材３の横方向の剛性、すなわち盛土材３全体の断面２次モーメントを免震に必要な程度低下させることができるように、構造計算により数量を適宜決定することが可能で、また、その深さについても同様に計算により決定することができる。このように適宜の断面積を備えたブロック状盛土材３の高さ方向の一部を切り欠き、断面を分割して比較的小さい断面積を備える複数の免震脚６を形成することにより、単に断面積の小さい細長柱状体を多数立設させる場合に比して、設置作業を簡単にすることができるとともに、盛土材３の転倒を容易に防止することが可能となる。

さらに、上記ブロック状盛土材３は、座屈することなく建物の鉛直荷重を支持できれば足りるために、比較的耐圧縮力の高い材料により形成すれば、基礎地盤１と建物基礎２との間に散点状に、すなわち建物の支持面上に適宜間隔を隔てて複数個設置することも可能で、この場合には基礎地盤１の支持荷重をより低減できる。この場合において、ブロック状盛土材３の上面に同様に可撓性を備えた板状の盛土材５を積み重ねれば、該板状盛土材５の変形を利用してブロック状盛土材３を撓みやすくすることができる。また、上記板状盛土材５は散点状に配置されるブロック状盛土材３により局部的に支持され、建物の荷重によってブロック状盛土材３の上面を包み込むように弾性変形することから、これによりブロック状盛土材３の上部を簡単な施工によって所定位置に拘束することができる。

加えて、散点状にブロック状盛土材３を並べた場合には、複数が協働して全体として荷重負担すればよいために、その並べ方によって特定の構造物の免震性を向上させることができる。例えば、重心と剛心のずれによって生じる建物の地震時のねじれに関し、外観等を高めるためなど種々の理由により不均等なバランスに形成されやすい戸建て住宅や比較的低層の集合住宅などの建物、特に比較的軽量で剛性の低くなりやすい木造住宅の免震性をより向上させることができる。なお、特定の振動方向に対する吸収しやすさの向上は、上述したスリット４の数量や形状、深さなどをブロック状盛土材３の配置に応じて変化させることにより付与することも可能である。

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、施工が容易で免震機能に優れた免震基礎構造、木造住宅、およびこれらに使用可能な免震盛土材を提供することができるために、低価格化による戸建て住宅への免震工法の普及を促進することができる。

図１および図２に戸建て住宅の建築状態を示す。図１に示すように戸建て住宅は地上２階建てであり、１階正面にはドア１１が家屋内方側にやや入り込むようにして形成される。この戸建て住宅は居住空間を形成する上部構造体１２を基礎構造体１３上に立設して形成される。

基礎構造体１３は、地盤１４を掘り下げて形成される基礎地盤１と、上記上部構造体１２の底面を支持する建物基礎２と、これらの間に配置される免震部１５とを有し、掘削により基礎地盤１を形成した後にその上面に免震部１５を形成し、さらにこの後建物基礎１を積層して形成される。上記基礎地盤１は地盤１４表層をやや掘り下げてその底面に形成されるほぼ平坦な地盤面であり、周縁は上方に広がるように傾斜して掘削されることにより傾斜した地盤面に包囲される。また、建物基礎２は、図１に示すように、上部構造体１２の荷重をその底面全面に分散して下方に伝達可能なべた基礎であり、コンクリートを打設して上部構造体１２の底面全面にほぼ対応する広さを備えて形成される。

一方、免震部１５は、図１および図２に示すように、ほぼブロック形状に形成される免震支承体（ブロック状の盛土材３）の複数を上記基礎地盤１と建物基礎２の間に散点状に配置して形成される。この実施の形態において、上記免震支承体３は、入手が容易であるとともに、軽量で、かつ物理的性質の経年変化が少ない発泡スチロール（ビーズ法ポリエチレンフォーム）により形成され、より具体的には０．３ｋＮ／ｍ³という土に比して格段低い単位体積重量と、上部構造体１２の荷重の支持に適した９０ｋＮ／ｍ²という高い許容圧縮応力とを備えたものが使用される。以上の免震支承体３は、図２に示すように、荷重が偏りやすい上部構造体１２の外周、すなわち建物基礎２の外周に沿って所定ピッチで配設されるとともに、建物基礎２の内方にその平面形状に応じて所定ピッチでほぼ均等に格子状に配設され、上部構造体１２の荷重を全数でほぼ協働して支える。なお、図１および図２において１６は免震支承体３と同じ材質により形成される直方体形状の補助免震支承体である。

さらに、上述したように高い圧縮応力を備える素材によって免震効果を発揮するために、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、上記免震支承体３には下面から上面に向かって適宜深さの複数のスリット４、４・・が設けられて免震機能に優れた振動吸収部１７が形成される。振動吸収部１７は、直交する各４本のスリット４、４、４、４によって形成される合計１６本の免震脚６からなり、免震支承体３のスリット４が到達していない上部の連結基部７に比べて水平力に対する変形しやすさが高められる。すなわち、この実施の形態において、発泡スチロールの製造メーカの一般的流通サイズである一辺（Ｌ，Ｗ，Ｈ）５０ｃｍの立方体からなる外形形状をそのまま利用することによりほぼブロック状に形成される免震支承体３は、直交するスリット４により下部が均等に１６分割されることで、部材の曲がりにくさを示す断面２次モーメントＩが、分割前の１／１２×５０（Ｌ）×５０（Ｗ）³＝約５２０８３３ｃｍ⁴から、分割後には各免震脚６当たりで凡そ１／１２×１２．５（ｌ）×１２．５（ｗ）³＝約２０３４、免震脚６を全数合計すると、２０３４（Ｉ）×１６個＝約３２５４４ｃｍ⁴へと１／１６に低下し、より曲がりやすく形成される。

また、地震の振動吸収力を示す変形量は、片持ち梁の最大たわみ量δに置き換えて試算することが可能であり、上述した免震支承体３が備えるヤング係数（Ｅ）１３０ｋｇ／ｃｍ^２、スリット４の深さ（ｈ）を３２．５ｃｍを利用し、地震の横力（Ｐ）を１０００ｋｇｆ（凡そ１０ＫＮ）に仮定すると、分割前の最大たわみ量δが１／３×１０００（Ｐ）×５０（Ｈ）³／１３０（Ｅ）・５２０８３３（Ｉ）＝約０．６ｃｍとなるに対し、分割後には１／３×１０００（Ｐ）・３２．５４（ｈ）³／１３０（Ｅ）×３２５４４（Ｉ）＝約２．７０ｃｍと同様にスリット４によって免震性能が高められることが確認される。なお、上述したスリット４は、熱線等を利用することにより発泡スチロールからなる免震支承体３に簡単に形成することができる。

また、上述した振動吸収部１７は、図１および図４に示すように、基礎地盤１上で免震支承体３を支持するレベル調整盤１８と、免震支承体３上面に載置されて建物基礎２を支承する蓋材（板状の盛土材５）と、免震支承体３を側方から包囲して外部から遮断する外周板１９とを備え、免震支承体３をほぼ密閉空間に配置することにより、発泡スチロールが溶解してしまうガソリン等の薬品の万一の混入が防止される。レベル調整盤１８は、基礎地盤１上に上面が水平になるように打設されるコンクリート等により形成され、免震支承体３の底面を水平に支持する。このレベル調整盤１８は載置される免震支承体３を所定位置に固定するために戸建て住宅の底面よりも一回り大きい面積を備えるとともに、表面が粗面にされて免震支承体３との摩擦が高められる。なお、免震支承体３の底面は、施工時の風圧等によってはレベル調整盤１８に対して接着剤等で適宜固定することにより配置作業性が高められる。

蓋材５は、上記免震支承体３よりも許容圧縮応力の低い材料を板状にして形成され、免震支承体３の上方を覆うことによりレベル調整板１８上に散点状に配置される免震支承体３、３・・間の隙間へのべた基礎のコンクリートの流入を防止する。また、外周板１９も同様に隙間への土等の進入を防止するもので、この外周板１９は成形性に優れたウレタンにより形成される。

さらに、上記振動吸収部１７の最外周部には、図１に示すように上述した傾斜する地盤面と外周板１９、蓋材５との間を埋めるようにして施工作業性に優れた発泡ウレタン２０が注入され、また、その上方には細石を敷き詰めて発泡ウレタン２０を養生するスラブ２１が形成される。なお、このスラブ２１は土間コンクリート２２により覆われて戸建て住宅の外観が高められる。

したがって、以上の基礎構造体１３は、図４（ａ）に示すように、上部構造体１２の荷重により蓋材５に上部がやや嵌り込むようにして免震支承体３と蓋材５の相対移動が規制され、また、断面積の大きい連結基部７が上方に位置することで地震力による蓋材５との間での免震支承体３の剪断が防がれる。地震が発生した際には、上述したように上部が蓋材５の所定位置に嵌合することで拘束されるとともに、下部が摩擦によってレベル調整盤１８の所定位置に拘束される免震支承体３は、図４に示すように振動吸収部１７のたわみにより地震の水平力を絶縁して上部構造体１２への振動の伝達を遮断し、これにより戸建て住宅の倒壊や家具の転倒等を防止する。また、変形した免震支承体３はその復元力により地震による振動を漸次減衰し、緩やかに定常状態に復帰する。加えて、地盤１４が比較的軟弱な場合であっても、免震支承体３やその配置間の空隙により地盤１４への支持荷重を軽減させることができるために、費用の多大な杭基礎等を施すことなく不等沈下の発生を抑制することができる。

なお、地震力が免震支承体３の歪み限界値を超える場合には、発泡ウレタン２０および傾斜する地盤面により免震支承体３の過度の変形が適宜抑えられる。また、上述したスリット４の深さや数、免震構造体の配置間隔等を調整したり、任意の免震脚６の断面積を変更し、あるいは免震脚６を適宜間引くことなどにより、免震部１５の図心位置を調節することが可能になるために、上部構造体１２の剛心に図心を一致させるようにすることで剛心と重心のずれによる上部構造体１２のムチ振り現象を解消することができる。さらに、上記スリット４の数等は風圧による振動によって不用意に上部構造体１２が振動しないように適宜決定することが望ましい。

本発明を示す要部断面正面図である。 免震部、免震支承体の配置状態等を説明する平面図である。 免震支承体を示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は底面を示す図である。 基礎構造体を示す図で、（ａ）は図２の４Ａ-４Ａ線断面図、（ｂ）は地震時の挙動を説明する図である。

符号の説明

１ 基礎地盤
２ 建物基礎
３ ブロック状の盛土材（免震支承体）
４ スリット
５ 板状の盛土材
６ 免震脚
７ 連結基部

Claims (5)

1. 基礎地盤と建物基礎との間に該建物基礎を支承する可撓性を備えた盛土材を設置してなる免震基礎構造であって、
   可撓性を備えたブロック状の盛土材に下面から上面に向かう鉛直方向にスリットを設け、該ブロック状の盛土材を基礎地盤と建物基礎との間に散点状に設置するとともに、その上面に可撓性を備えた板状の盛土材を積み重ね、建物の荷重によってブロック状の盛土材の上面を包み込むように板状の盛土材を変形させてブロック状の盛土材をスリットが達していない上端部で設置位置に拘束する免震基礎構造。
2. 前記スリットは、発泡スチロールからなるブロック状の盛土材を熱線で加工することにより形成される請求項１記載の免震基礎構造。
3. 基礎地盤と建物基礎との間に可撓性を備えた盛土材を設置して免震部を形成し、該免震部を介して建物基礎上の木造からなる上部構造体を支承した木造住宅であって、
   前記免震部は、可撓性を備えたブロック状の盛土材に下面から上面に向かう鉛直方向にスリットを設け、該ブロック状の盛土材を基礎地盤と建物基礎との間に散点状に設置するとともに、その上面に可撓性を備えた板状の盛土材を積み重ね、荷重によってブロック状の盛土材の上面を包み込むように板状の盛土材を変形させてブロック状の盛土材をスリットが達していない上端部で設置位置に拘束して形成される木造住宅。
4. 前記ブロック状の盛土材の散点状の設置間隔、あるいは前記スリットの深さや数を調整して免震部の図心を上部構造体の剛心に一致させ、重心と剛心のずれによる地震時のねじれを緩衝する請求項３記載の木造住宅。
5. 前記スリットは、発泡スチロールからなるブロック状の盛土材を熱線で加工することにより形成される請求項３または４記載の木造住宅。

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