JP5196059B1 - 減震基礎構造体及びそれを用いた減震工法 - Google Patents
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【解決手段】地盤から建物へ伝播入力する地震動を減震する機能を有する減震基礎構造体Cであって、建物の基礎Aと基礎基盤Bとの間に設置される、上下方向に少なくとも2層に積層された土のう積層体Dを備え、土のう積層体Dを、上下の土のう1,1間の摩擦係数が比較的小さく水平方向に滑りやすくした滑り型土のう積層体S,S,…と、上下の土のう1,1間の摩擦係数が比較的大きく水平方向に滑りにくくした摩擦型土のう積層体F,F,…とにより構成した。
【選択図】図1
Description
また、地震動のように多数回の繰り返しせん断力が作用する場合には、多数回の繰り返しせん断力が作用する間の安定性についての性能も重要な点であるが、3段(層)の土のう積層体に100回の繰り返しせん断力を作用させた図12の結果によると、耐荷力の低下が全く見られずに非常に安定していることが分かる(例えば、非特許文献3参照。)。
そこで、建物の損傷・被害の程度と加速度との間には、経験的にある程度の相関が認められるので、図13に示すような加速度応答倍率を用いて地震による建物の損傷・被害の程度を評価することができる。ここで、図13の縦軸は、(応答加速度/地動入力加速度)、横軸は、(対象とする建物の固有周期/地動入力周期)、すなわち(地動入力振動数f/対象とする建物の固有振動数f0)であり、(f/f0)に対して地動入力加速度が建物に入ってどれだけ増幅されるかという増幅率を示しており、この増幅率である加速度応答倍率は減衰定数hの値によって急激に変化し、(f/f0)が大きい領域では、加速度応答倍率が1.0以下になっているため、このような領域では建物にとって有利となる。
すなわち、地震による建物の損傷・被害の程度を減ずるためには、想定される地震入力動や立地地盤の卓越振動数に対し、できるだけ建物の固有振動数が小さくなるように(建物の固有周期が大きくなるように)して十分な減衰性能を持たせることが免震工法の要点である。
しかしながら、様々に想定される地震入力動や立地地盤の卓越振動数(卓越周期)と建物の固有振動数(固有周期)との組み合わせに対しては、免震工法の適用限界があり、特に一般の低層小型で軽い建物に対しては適用が困難となる。
さらに、前述の特徴がある土のう積層体を基礎に用いた場合であっても、前記適用限界は存在するため、土のう積層体を用いた基礎構造体においても、様々に想定される地震入力動や立地地盤の卓越振動数(卓越周期)と建物の固有振動数(固有周期)との組み合わせに対して適用範囲を広げるという観点からは、改良の余地がある。
その上、土のう積層体が、その下側に打設された地盤改良体又は鉄筋コンクリート等である一体の基礎基盤上に設置されていることから、多くの軟弱地盤上においても施工が容易であるとともに、土のう層の積層面を常に水平に保つことができるため、地震水平力に対する土のう積層体の減震性能を長期間にわたって維持することができる。
その上、柱下毎に免震装置を設置する免震構造のように、建物の荷重を集中的に支持するために大掛かりかつ高コストになる構造と比較して、建物の荷重を敷き均した土のう積層体全体で面支持するので、基礎構造がより安定するとともに、簡便に且つ低コストで施工することができる。
よって、想定される地震入力動や例えば1〜10Hz程度である立地地盤の卓越振動数(例えば0.1〜1.0s程度である卓越周期)と建物の固有振動数(固有周期)との組み合わせに適した剛性と履歴減衰性能を付与するように前記構成比率を施工時に設定することにより、様々に想定される地震入力動や立地地盤の卓越振動数(卓越周期)と建物の固有振動数(固有周期)との組み合わせに対しても適用することができる。
このような構成によれば、滑りシート体を挟む上下の土のう層間は水平方向に滑りやすくなり、滑りシート体の開口又は切欠の上下の土のう層間は水平方向に滑りにくくなることから、滑りシート体の開口又は切欠の大きさを変えることにより、水平方向に滑りやすい上下の土のう層と水平方向に滑りにくい上下の土のう層との構成比率を容易に変えることができるので、前記構成比率を所望の比率にする施工をさらに容易に行うことができる。
したがって、建物の基礎基盤を打設する工程を行い、基礎基盤上に下土のう層を設置する工程を行った後に、開口又は切欠の大きさを所望の大きさに設定した滑りシート体を布設する工程を行うことにより、前記構成比率を所望の比率にする施工を非常に容易に行うことができ、さらに滑りシート体の上層に上土のう層を設置する工程を行い、建物の基礎を構築する工程を行うことにより減震工法が完了する。
よって、想定される地震入力動や例えば1〜10Hz程度である立地地盤の卓越振動数(例えば0.1〜1.0s程度である卓越周期)と建物の固有振動数(固有周期)との組み合わせに適した剛性と履歴減衰性能を付与するように前記構成比率を施工時に設定することにより、様々に想定される地震入力動や立地地盤の卓越振動数(卓越周期)と建物の固有振動数(固有周期)との組み合わせに対しても適用することができるとともに、このような減震機能を付与する施工を容易に行うことができる。
図1(a)の縦断面図及び図1(b)の平面図に示すように、本発明の実施の形態1に係る減震基礎構造体Cは、建物(建築構造物)の基礎Aである独立基礎と基礎基盤Bとの間に設置される、上下2層に積層された土のう積層体D(図2の正面図に示す上土のう積層体H及び下土のう積層体L)を備えており、地盤から建物へ伝播入力する地震動を減震する機能を有するものである。なお、図1(a)中の符号Eは柱を示しており、基礎A上に構築される建物全体の記載は省略している。
ここで、土のう積層体Dは、上下の土のう1,1間の摩擦係数が比較的小さく水平方向に滑りやすくした滑り型土のう積層体S,S,…と、上下の土のう1,1間の摩擦係数が比較的大きく水平方向に滑りにくくした摩擦型土のう積層体F,F,…とにより構成され、本実施の形態では、図1(b)に示すように、土のう積層体Dの四隅に摩擦型土のう積層体F,F,…を配置し、それ以外を滑り型土のう積層体S,S,…としており、摩擦型土のう積層体F,F,…と滑り型土のう積層体S,S,…の構成比率(図2(b)の平面図における面積比)を、例えば1:24に設定している。
上下の土のう1,1間の摩擦係数は、中詰め材の種類及びその大きさによって異なるものであり、本実施の形態では、摩擦型土のう積層体Fの上下の土のう1,1の中詰め材を20〜40mm径の砕石とすることにより、上下の土のう1,1間の摩擦係数を0.5〜0.7程度としている。
ここで、滑りシート体2は、下土のう層Lの略全面(土のう敷設面の略全面)にわたる大きさに形成された、ポリエチレンシート、フッ素樹脂シート又はシリコン樹脂シート等であり、0.05mm〜0.3mm程度の厚さの薄膜シートでよいが、長期間の耐久性が必要である。また、図3の平面図に示すように、滑りシート体2の一部の適宜箇所には開口2Aが形成されており、開口2Aの上下の土のう1,1(上下の土のう1,1が接するもの)を摩擦型土のう積層体Fとしている。
なお、開口2Aに代えて切欠を形成してもよく、滑りシート体2を、下土のう層Lの略全面(土のう敷設面の略全面)にわたる大きさの1枚のシートではなく、土のう1の1個毎の大きさに形成したものとしてもよく、土のう1の土のう袋の片面にラミネートして使用してもよい。また、滑りシート体2の表面(上下面)にシリコングリースを塗布してもよく、フッ素樹脂又はシリコン樹脂をコーティングしてもよい。
図1において、先ず、地盤改良体又は鉄筋コンクリート等である基礎基盤Bを打設する工程を行った後、基礎基盤B上に、図2に示す下土のう層Lを設置する工程を行う。
次に、下土のう層L上に、下土のう層Lの略全面にわたる大きさに形成された、図2及び図3に示す滑りシート体2を布設する工程を行う。
次に、滑りシート体2上に、図2に示す上土のう層Hを設置する工程を行った後、下土のう層L、滑りシート体2及び上土のう層Hにより構成される減震基礎構造体C上に建物の基礎Aを構築する工程を行う。
図4(a)の縦断面図及び図4(b)の平面図に示すように、本発明の実施の形態1に係る減震基礎構造体Cは、建物の基礎Aである土間床基礎と基礎基盤Bとの間に設置される、上下2層に積層された土のう積層体Dを備えており、土のう積層体Dは、滑り型土のう積層体S,S,…と摩擦型土のう積層体F,F,…とにより構成され、地盤から建物へ伝播入力する地震動を減震する機能を有するものであり、施工方法は実施の形態1と同様である。
なお、建物の基礎Aは、実施の形態1のような独立基礎又は実施の形態2の土間床基礎に限定されるものではなく、布基礎又はべた基礎等の他の基礎であってもよい。
また、土のう積層体Dについても、実施の形態1及び2のような上下2層に積層されたものに限定されるものではなく、少なくとも上下2層(2層以上)であればよい。
例えば、図5(a)に示す履歴特性である摩擦型と、図5(b)に示す履歴特性である滑り型との構成比率が1:1であるように組み合わせた場合、土のう積層体Dの履歴特性は図6に示すような、図5(a)に示す履歴特性と図5(b)に示す履歴特性とを合成した新しい履歴特性になる。
ここで、動的自由振動実験で求めた摩擦型の減衰定数は0.14であり、それに対応するせん断ひずみが0.21%であることから、せん断ひずみの0.21%に対応する他の組合わせによる土のう積層体Dの等価減衰定数heqも求めると、表1の最右欄に示す値になる。
すなわち、摩擦型のみの場合(番号k)には等価減衰定数heqは小さく、滑り型のみの場合(番号a)には等価減衰定数heqは非常に大きくなり、摩擦型と滑り型とを組み合わせることにより様々な履歴特性を持つ土のう積層体Dにすることができ、表1の等価減衰定数heqから加速度応答倍率を求めると図9のようになる。
等価減衰定数heqが大きいほど加速度応答倍率(地動入力加速度が建物に入ってどれだけ増幅されるかという増幅率)が小さくなるため、減震基礎構造体Cとして有利になるが、その反面、地盤と土のう積層体Dを介して支持される建物との間の地震時の相対変位も大きくなるため、摩擦型を含める必要がある。
また、土のう積層体Dが、その下側に打設された地盤改良体又は鉄筋コンクリート等である一体の基礎基盤B上に設置されていることから、多くの軟弱地盤上においても施工が容易であるとともに、土のう1,1,…により構成される土のう層の積層面を常に水平に保つことができるため、地震水平力に対する土のう積層体Dの減震性能を長期間にわたって維持することができる。
さらに、土のう積層体Dの鉛直耐荷力については、既にその驚異的な耐荷性能に関する評価方法が確立しているため、上側の建物及び基礎Aの荷重を下側の基礎基盤Bへスムーズに伝達することができる。
さらにまた、柱下毎に免震装置を設置する免震構造のように、建物の荷重を集中的に支持するために大掛かりかつ高コストになる構造と比較して、建物の荷重を敷き均した土のう積層体D全体で面支持するので、基礎構造がより安定するとともに、簡便に且つ低コストで施工することができる。
よって、想定される地震入力動や例えば1〜10Hz程度である立地地盤の卓越振動数(例えば0.1〜1.0s程度である卓越周期)と建物の固有振動数(固有周期)との組み合わせに適した剛性と履歴減衰性能を付与するように前記構成比率を施工時に設定することにより、様々に想定される地震入力動や立地地盤の卓越振動数(卓越周期)と建物の固有振動数(固有周期)との組み合わせに対しても適用することができる。
B 基礎基盤
C 減震基礎構造体
D 土のう積層体
E 柱
F 摩擦型土のう積層体
H 上土のう層
L 下土のう層
S 滑り型土のう積層体
1 土のう
2 滑りシート体
2A 開口
Claims (4)
- 地盤から建物へ伝播入力する地震動を減震する機能を有する減震基礎構造体であって、
前記建物の基礎と基礎基盤との間に設置される、上下方向に少なくとも2層に積層された土のう積層体を備え、前記土のう積層体を、上下の土のう間の摩擦係数が比較的小さく水平方向に滑りやすくした滑り型土のう積層体と、上下の土のう間の摩擦係数が比較的大きく水平方向に滑りにくくした摩擦型土のう積層体とにより構成したことを特徴とする減震基礎構造体。 - 地盤から建物へ伝播入力する地震動を減震する機能を有する減震基礎構造体であって、
前記建物の基礎と基礎基盤との間に設置される、上下方向に少なくとも2層に積層された土のう積層体と、前記土のう積層体を構成する上下の土のう層間の一部に布設された滑りシート体とを備え、前記土のう積層体を構成する上下の土のう層間の中で、前記滑りシート体を挟む前記上下の土のう層間を水平方向に滑りやすくくするとともに、前記滑りシート体を挟まない前記上下の土のう層間を水平方向に滑りにくくしたことを特徴とする減震基礎構造体。
- 前記滑りシート体が、前記上下の土のう層間の略全体にわたる大きさを有するものであり、この滑りシート体の一部に開口又は切欠を形成してなる請求項2記載の減震基礎構造体。
- 地盤から建物へ伝播入力する地震動を減震する機能を有する減震基礎構造体を用いた減震工法であって、
前記建物の基礎基盤を打設する工程と、
前記基礎基盤上に下土のう層を設置する工程と、
前記下土のう層上に、その略全面にわたる大きさであり、一部に開口又は切欠を有する滑りシート体を布設する工程と、
前記滑りシート体の上層に上土のう層を設置する工程と、
前記下土のう層、滑りシート体及び上土のう層により構成される減震基礎構造体上に前記建物の基礎を構築する工程と
を有することを特徴とする減震基礎構造体を用いた減震工法。
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