JP4588909B2

JP4588909B2 - 浮き上がり許容の制震構造

Info

Publication number: JP4588909B2
Application number: JP2001080039A
Authority: JP
Inventors: 秀樹木村; 大作荘; 康博春日; 敬三岩下
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP2002276192A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地震が発生したときに建物の浮き上がりを許容して、前記建物に作用する地震力を低減させる浮き上がり許容の制震構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
地震力の低減装置として使用されている免震装置は、建物と一体化した構造となっており、アスペクト比の大きな建物では、大きな引張力が発生し、設計が困難な場合があった。
【０００３】
そのため、地震が発生した際に建物を浮き上がらせて、前記建物に作用する地震力を低減させる方式の浮き上がり許容の制震構造が種々開発されている。
【０００４】
具体的には、建物の杭と基礎梁等とを縁切りし、杭の上端部が衝撃吸収材等を介して基礎梁の凹部に嵌め込まれ、地震時の建物の浮き上がりを許容する制震構造が公知に属する（例えば、特開平１０−２２７０３９号公報、特開平１０−２２７０４０号公報、特開平１０−３３１１７３号公報、類似技術として特開２０００−２４０３１５公報等）。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
上述した公知技術は、いずれも浮き上がりが生じると、支点となる杭の上端部に軸力及びせん断力が集中して作用する構成となっており、杭の上端部が破壊される虞がある。
【０００６】
また、建物の水平方向変位を確実に拘束できるように、杭の上端部と基礎梁の凹部とを精度良く嵌め合わせる必要がある。そのため、高度な製作精度、施工精度が要求され、施工が困難である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、建物に浮き上がりが生じても、支点となる杭の上端部にせん断力が集中して作用することを防いで、杭の上端部の健全化を図り、嵌合部において高度な製作精度、施工精度を必要としない簡易な構成で、建物の水平方向変位を確実に拘束し、施工が容易な浮き上がり許容の制震構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した従来の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る浮き上がり許容の制震構造は、
建物の杭の上端部と柱及び基礎梁等の下端部とが縁切りされ、前記杭の上端部又は前記柱及び基礎梁等の下端部のいずれか一方に凹部を形成し、他方に凸部を形成し、凹部と凸部とを嵌め合わせて構成されており、
前記凹部と凸部とは、水平面同士が面接触し、且つ隣接する凸部の相対面する垂直面がそれぞれの凹部の垂直面と面接触するように嵌め合わされていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明に係る浮き上がり許容の制震構造において、
前記凹部又は凸部の水平面は、少なくとも一方が粗面とされていることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した発明に係る浮き上がり許容の制震構造において、
前記凹部の垂直面と凸部の垂直面とは、支圧材を挟んで面接触していることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載した発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した発明に係る浮き上がり許容の制震構造において、
前記凹部には鋼製マスが埋め込まれ、前記鋼製マスの水平面は表面が粗面とされていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した発明に係る浮き上がり許容の制震構造において、
前記凹部と凸部との隙間は、シート等で被われ防水処理が施されていることを特徴とする。
【００１３】
【本発明の実施形態及び実施例】
図１は、請求項１に記載した発明に係る浮き上がり許容の制震構造をアスペクト比の大きな耐震要素（連層ブレース）を有する建物１の一部に用いた実施の形態を概念的に示している。図２は、前記制震構造を概念的に示している。
【００１４】
この制震構造は、建物１の外側（図１に示すＡ部）において隣接する杭３、３の上端部と、基礎梁２の下端部とが縁切りされ、前記杭３の上端部に凹部５を形成し、前記基礎梁２から下方へ突出した柱４の下部４ａを凸部６とし、凹部５と凸部６とを嵌め合わせて構成されている。
【００１５】
前記凹部５と凸部６とは、双方の水平面同士が面接触し、且つ隣接する凸部６、６の相対面する垂直面がそれぞれの凹部５、５の垂直面と面接触するように嵌め合わされている。そのため、建物１に水平方向変位が生じると、前記隣接する凸部６、６の垂直面のどちらか一方が必ず、凹部５の垂直面と面接触しているので、建物１の水平方向変位を確実に拘束することができる。
【００１６】
従って、凹部５と凸部６との嵌合精度に関係なく、隣接する凸部６、６の相対面する垂直面がそれぞれの凹部５、５の垂直面と面接触するように、前記凹部５と凸部６とを嵌め合わせるだけで、建物１の水平方向変位を確実に拘束することができ、嵌合部において高度な製作精度、施工精度を必要とせず、施工が容易である。
【００１７】
前記凹部５又は凸部６の水平面は、少なくとも一方が粗面とされ、摩擦力が増大されている（請求項２記載の発明）。そのため、詳細は後述するが、建物１に浮き上がりが生じたときに、支点となる杭３の上端部、即ち凹部５の水平面に作用するせん断力が、前記の摩擦力を反力として、確実に杭３に伝達される。
【００１８】
また、前記凹部５の垂直面と凸部６の垂直面とは、支圧材７を挟んで面接触する構成で実施することが好ましい（請求項３記載の発明）。そうすると、凸部６が浮き上がった際にも、前記凸部６の垂直面は、支圧材７の弾性変形により凹部５の垂直面と面接触した状態に維持される。
【００１９】
図３は、上記構成の制震構造を用いた建物１の浮き上がりを概念的に示している。図４は、浮き上がりが生じた時の制震構造を概念的に示している。
【００２０】
この制震構造は、地震が発生して建物１の一部に浮き上がりが生じると、支点となる杭３の凹部５の水平面に軸力Ｐ及び矢印方向（図４の右側方向）のせん断力Ｑが作用する。このとき、理屈では支点となる凹部５の水平面と凸部６の水平面とが面接触した状態に維持されず、凸部６がピン状態で（即ち、図４において凸部６の右側端部を支点として）回転するように考えられるが、実際には、建物１に浮き上がりが生じると、梁と柱とが変形を生じること、そして、凸部６の水平面は凹部５の水平面に軸力Ｐで押さえつけられていること等の理由により、凹部５の水平面と凸部６の水平面とが面接触した状態に維持される（図３を参照）。
【００２１】
そのため、前記せん断力Ｑが、凹部５の垂直面と凸部６の垂直面とが面接触しない方向へ作用しても、上記のように水平面同士が面接触した状態に維持されるので、大きな摩擦力が発生し確実にせん断力Ｑを杭３に伝達させることができる。また、凹部５の水平面又は凸部６の水平面の少なくとも一方が粗面とされているので、より大きな摩擦力を発生させることができ、せん断力Ｑの伝達に寄与している。
【００２２】
一方、浮き上がり側の杭３の凹部５においては、凸部６が浮き上がりながら支圧材７を凹部５の垂直面に押しつける。このとき、前記支圧材７は、凹部５の垂直面と凸部６の垂直面との間に挟み込まれて弾性変形し、前記垂直面同士を面接触した状態に維持させる。
【００２３】
従って、前記せん断力Ｑは、支圧材７を介して凹部５の垂直面に作用し、前記垂直面の支圧力を反力にして杭３に伝達される。
【００２４】
上記制震構造は浮き上がりが生じる柱４の水平方向せん断力を杭３に伝えることができ、かつ支点となる側の柱４の水平方向せん断力も杭３に伝えることができるために、どちらか一方の杭３にせん断力が集中することがなく、杭３の健全化を図ることができる。
【００２５】
以上、本発明による制震構造の基本概念を示したが、具体的には凹部５と凸部６との嵌合部周辺は以下の構成とされる。
【００２６】
図５は、前記嵌合部周辺の通常時の詳細を示している。
【００２７】
前記柱４の外側面には、基礎梁２と一体化するスタッド８などが設けられ、強固に基礎梁２に緊結される。そのため、柱４に生じる軸力はスタッド８を介して基礎梁２にも伝達され、前記基礎梁２の下端面と接触する杭３の上端面に作用する。したがって、杭３の上端部全体で軸力を受け止めることができ、杭３の上端部が破壊されることがない。
【００２８】
前記柱４の下部４ａを嵌め合わせる凹部５には鋼製マス９が埋め込まれ、前記鋼製マス９の水平面は表面が粗面とされる（請求項４記載の発明）。前記杭３の上端部には、ケーシング１０が巻き付けられて、柱４の下部４ａ及び杭３の上端部の健全化が図られている。
【００２９】
前記柱４の下部４ａは、その水平面が鋼製マス９の水平面（底面）に面接触し、且つ垂直面が支圧材７を介して鋼製マス９の垂直面と面接触するように嵌め合わされる。
【００３０】
前記支圧材７は、前記下部４ａの垂直面の下端に設けられ、柱４の下部４ａの浮き上がり量が最大のときでも鋼製マス９から飛び出さない高さに構成されている。そのため、柱４の下部４ａの浮き上がり量を問わず、前記下部４ａの垂直面は、常に支圧材７を介して鋼製マス９の垂直面と面接触した状態に維持される。
なお、前記支圧材７と鋼製マス９との接触面には、支圧材７の上下運動を円滑に行うために、グリースが塗布され、摩擦力の低減が図られている。
【００３１】
前記柱４の下部４ａと鋼製マス９との隙間は、シート１１で被われて防水処理が施され（請求項５記載の発明）、雨水及び土砂等が嵌合部に浸入することを防ぐ。もちろん、前記シート１１は、柱４の浮き上がりを許容するに足りる弛みを有する。
【００３２】
図６は、前記嵌合部周辺の浮き上がり時の詳細を示している。
【００３３】
柱４の下部４ａの浮き上がりに伴い、同下部４ａの下端に設けられた支圧材７は、鋼製マス９の垂直面に押しつけられ、弾性変形しながら同垂直面に沿って上方へ引き上げられる。上述したように垂直面同士は、常に面接触した状態に維持されるので、浮き上がりによるせん断力を、支圧材７を介して鋼製マス９の垂直面に確実に作用させ、杭３に伝達させることができる。また、支圧材７の上下運動が円滑に行われるため、建物１の浮き上がりを邪魔することがなく、建物１に作用する地震力を確実に低減することができる。
【００３４】
一方、支点となる鋼製マス９の水平面には、図示を省略したが、やはり軸力及びせん断力が作用する。
【００３５】
前記柱４の下部４ａの水平面と鋼製マス９の水平面とは、上述したように面接触した状態に維持されるので、大きな摩擦力が発生し確実にせん断力を杭３に伝達させることができる。
【００３６】
また、前記軸力の一部がスタッド８などを介して基礎梁２に伝達され、前記基礎梁２の下端面と接触する杭３の上端面にも作用するので、浮き上がりによる軸力が鋼製マス９の水平面に集中して作用することがない。
【００３７】
従って、上記制震構造は浮き上がりが生じる柱４の水平方向せん断力を杭３に伝えることができ、かつ支点となる側の柱４の水平方向せん断力も杭３に伝えることができる。しかも、支点側では軸力を杭３の上端部全体に作用させることができる。
【００３８】
もちろん、隣接する柱４、４の下部４ａ、４ａの相対面する垂直面がそれぞれの鋼製マス９、９の垂直面と面接触するように、前記下部４ａと鋼製マス９とを嵌め合わせるだけで、建物１の水平方向変位を確実に拘束することができ、嵌合部において高度な製作精度、施工精度を必要とせず、施工が容易である。
【００３９】
なお、建物１の浮き上がり量を制御する場合は、面接触していない柱４の下部４ａの垂直面と鋼製マス９（凹部５）の垂直面との間に鉛直方向に粘弾性体等のエネルギー吸収装置が設けられる。この場合、前記柱４の下部４ａの浮き上がりにより、エネルギー吸収装置が減衰性能を発揮して、浮き上がり量が制御される。そのため、より安全性の高い制震構造を提供することができる。
【００４０】
また、柱４の下部４ａの落下衝撃力を軽減するために、鋼製マス９（凹部５）の水平面に緩衝材が設けられることもある。
【００４１】
上記実施形態では、杭３の上端部に凹部５を形成し、基礎梁２の下端部に凸部６を形成しているが、この限りではない。即ち、前記制震構造は、基礎梁２の下端部に凹部を形成し、杭３の上端部に凸部を形成しても同様に実施できる。
【００４２】
上記実施形態では、柱４の下部４ａを凸部６としているが、この限りではない。即ち、柱４を基礎梁２から突出させず、前記基礎梁２の下端部に凸部を設けても同様に実施できる。
【００４３】
上記実施形態では、杭３の上端部の外側面にケーシングを巻き付けて、補強しているが、杭３の上端部にせん断補強筋を配して補強しても同様に実施できる。
【００４４】
更に、上記実施形態では、建物１の一部分について実施されているが、この限りではない。即ち、図７（ａ）及び図８（ａ）に示すように、建物全体に浮き上がりを生じさせる場合においても実施できる。具体的には、図７（ａ）は、建物１が上部構造体１ａと下部構造体１ｂとに縁切りされ、上部構造体１ａの下端部に凸部６を形成し、下部構造体１ｂの上端部に凹部５を形成して、前記凹部５と凸部６とは、双方の水平面同士及び建物内側の垂直面同士が面接触するように嵌め合わされている。なお、図８（ａ）は、上部構造体１ａの下端部に凹部５を形成し、下部構造体１ｂの上端部に凸部６を形成した浮き上がり許容の制震構造を示している。
【００４５】
図７（ｂ）、図８（ｂ）は、上部構造体１ａに浮き上がりが生じた時の概念図を示している。
【００４６】
上部構造体１ａに浮き上がりが生じると、上記図１〜図６の実施形態と同様に、浮き上がりにより支点となる凹部５の水平面と凸部６の水平面とが面接触した状態に維持され、浮き上がり側の凹部５の垂直面と凸部６の垂直面とが、面接触した状態に維持されるので、支点となる凹部５又は凸部６にせん断力が集中することを防ぐことができ、前記凹部５又は凸部６が破壊されることがない。また、凸部６の建物内側の垂直面が凹部５の垂直面と面接触していれば、上部構造体１ａの水平方向変位を確実に拘束することができるので、嵌合部において高度な製作精度、施工精度を必要とせず、施工が容易である。
【００４７】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜５に記載した浮き上がり許容の制震構造は、浮き上がりが生じる柱の水平方向せん断力を杭に伝えることができ、かつ支点となる側の柱の水平方向せん断力も杭に伝えることができるために、どちらか一方の杭にせん断力が集中することがなく、杭の健全化を図ることができる。
【００４８】
また、凹部と凸部との嵌合精度に関係なく、隣接する凸部の相対面する垂直面がそれぞれの凹部の垂直面と面接触するように、前記凹部と凸部とを嵌め合わせるだけで、建物の水平方向変位を確実に拘束することができ、嵌合部において高度な製作精度、施工精度を必要とせず、施工が容易である
【００４９】
更に、建物の浮き上がりを円滑に行うことができるので、建物に作用する地震力を確実に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る浮き上がり許容の制震構造を建物の一部に用いた実施の形態を概念的に示した立面図である。
【図２】本発明に係る浮き上がり許容の制震構造を概念的に示している。
【図３】本発明に係る浮き上がり許容の制震構造を用いた建物の浮き上がりを概念的に示した立面図である。
【図４】浮き上がりが生じたときの制震構造を概念的に示した立面図である。
【図５】嵌合部周辺の具体例を示した立面図である。
【図６】図５の浮き上がり時を示した立面図である。
【図７】（ａ）は、本発明に係る浮き上がり許容の制震構造の他の実施形態を示した立面図である。（ｂ）は、（ａ）の浮き上がり時を示した立面図である。
【図８】（ａ）は、本発明に係る浮き上がり許容の制震構造の他の実施形態を示した立面図である。（ｂ）は、（ａ）の浮き上がり時を示した立面図である。
【符号の説明】
１建物
２基礎梁
３杭
４柱
４ａ下部
５凹部
６凸部
７支圧材
９鋼製マス

Claims

建物の杭の上端部と柱及び基礎梁等の下端部とが縁切りされ、前記杭の上端部又は前記柱及び基礎梁等の下端部のいずれか一方に凹部を形成し、他方に凸部を形成し、凹部と凸部とを嵌め合わせて構成されており、
前記凹部と凸部とは、水平面同士が面接触し、且つ隣接する凸部の相対面する垂直面がそれぞれの凹部の垂直面と面接触するように嵌め合わされていることを特徴とする、浮き上がり許容の制震構造。
前記凹部又は凸部の水平面は、少なくとも一方が粗面とされていることを特徴とする、請求項１に記載した浮き上がり許容の制震構造。
前記凹部の垂直面と凸部の垂直面とは、支圧材を挟んで面接触していることを特徴とする、請求項１又は２に記載した浮き上がり許容の制震構造。
前記凹部には鋼製マスが埋め込まれ、前記鋼製マスの水平面は表面が粗面とされていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した浮き上がり許容の制震構造。
前記凹部と凸部との隙間は、シート等で被われ防水処理が施されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載した浮き上がり許容の制震構造。