JP7325366B2 - 上部構造物の支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、上部構造物の支持構造に関する。

地盤に打設された杭によって建物（上部構造物）を支持する構造として、上端に上方に開放された空間部を有する杭と、建物の下面に取着されその下部が空間部にはめ込まれる截頭円錐形の杭頭キャップとを備え、杭頭キャップの下部に抜け止め部材を垂下させたものが提案されている（特許文献１参照）。
上記構造では、地震発生時に建物および杭頭キャップが杭に対して傾動することで建物に作用するモーメントが低減される。

特許第４８６３９８２号公報

しかしながら、上記従来技術では、地震により水平方向の力が建物に作用して建物が浮き上がるロッキングと呼ばれる現象が生じた場合、建物の浮き上がり量が過大となり建物が損傷することが懸念され、また、建物の浮き上がり後の降下により、杭頭キャップが杭の上部に勢いよくぶつかることで発生した衝撃力が建物に加わり建物が損傷することが懸念される。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、地震時の上部構造物の過大な浮き上がりを抑制し、かつ、浮き上がった上部構造物が降下する際の衝撃を緩和する上で有利な上部構造物の支持構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、杭頭に上方に開放された空間部を有する杭を介して上部構造物を支持する上部構造物の支持構造であって、前記上部構造物と前記杭頭とにわたって抵抗機構が設けられ、前記抵抗機構は、前記上部構造物の下面から下方に突設され前記空間部に挿入されるロッドと、前記空間部を構成する前記杭頭の内周面に取着され前記ロッドが上下方向に挿通されたロッド挿通孔とこのロッド挿通孔の周囲に設けられた流体室とを有し、前記流体室への流体の給排により膨張縮小可能で膨張することで前記ロッドに圧接する摩擦部材と、前記流体室への前記流体の充填および前記流体室からの前記流体の排出を行なう流体給排部と、地震を検知する地震検知部と、前記地震検知部による地震の検知に基づいて前記流体給排部を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
また、本発明は、前記ロッドは単一で、前記ロッド挿通孔は、前記摩擦部材の中心に設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記ロッドは互いに間隔をおいて複数設けられ、前記ロッド挿通孔は、単一で前記摩擦部材の中央部に前記複数のロッドが挿通される大きさで形成されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記地震検知部は、地震の初期微動であるＰ波を検出するＰ波検出器を備え、前記制御部による前記流体給排部の制御は、前記Ｐ波検出器で検出された前記Ｐ波の加速度が予め定められた充填開始しきい値を上回ったならば、前記流体給排部による前記流体室への前記流体の充填を行なうことでなされることを特徴とする。
また、本発明は、前記制御部による前記流体給排部の制御は、前記Ｐ波検出器によって検出される前記Ｐ波の加速度が大きいほど、前記流体給排部によって前記流体室へ充填される前記流体の量を増加させるようになされることを特徴とする。
また、本発明は、前記地震検知部は、前記Ｐ波に遅れて到達する地震の主要動であるＳ波を検出するＳ波検出器をさらに備え、前記制御部による前記流体給排部の制御は、前記流体室への前記流体の充填後、前記Ｓ波検出器によって検出される前記Ｓ波の加速度が予め定められた充填解除しきい値を下回った状態が予め定められた解除判定時間以上継続したならば、前記流体給排部による前記流体の前記流体室への充填を停止し前記流体室から前記流体の排出を行なうようになされることを特徴とする。
また、本発明は、前記上部構造物と前記杭頭との間に、前記杭頭に対して前記上部構造物の上方への変位を許容しつつ前記上部構造物の水平方向の位置決めを行なう位置決め部が設けられ、前記抵抗機構は、前記位置決め部の内側に設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記位置決め部は、前記上部構造物の下面に取着され、その下部が前記空間部にはめ込まれ前記上部構造物の下面から下方に離れるにつれて断面積が次第に小さくなる中空状の杭頭キャップを含んで構成され、前記抵抗機構は、前記杭頭キャップの内側を通って設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記上部構造物と前記杭頭との間に、前記杭頭に対して前記上部構造物の上方への変位を許容しつつ前記上部構造物の水平方向の位置決めを行なう位置決め部が設けられ、前記抵抗機構は、前記位置決め部と前記空間部とにわたって設けられていることを特徴とする。
また、本発明は、前記位置決め部は、前記上部構造物の下面に取着されその下部が前記空間部にはめ込まれ前記上部構造物の下面から下方に離れるにつれて断面積が次第に小さくなる中実状の杭頭キャップを含んで構成され、前記抵抗機構は、前記杭頭キャップの下面と前記空間部とにわたって設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、地震が発生すると、地震検知部が地震を検知し地震動が上部構造物の直下の地盤に到達する前に流体給排部により流体室に流体を充填し、摩擦部材を膨張させる。
やがて地震動が上部構造物の直下の地盤に到達すると、上部構造物に大きな水平力が作用し、そのモーメントにより上部構造物が傾動し、上部構造物の一側が浮き上がる方向に変位しようとする。
この場合、膨張した摩擦部材とロッドとの間に摩擦抵抗が生じ、上部構造物の上方への変位に対しての抵抗を生じる。
したがって、上部構造物の浮き上がりを許容しつつ抵抗を生じ、上部構造物の過大な浮き上がりを抑制し、上部構造物の損傷を抑制する上で有利となる。
また、上部構造物の浮き上がり後の降下時には、膨張した摩擦部材による摩擦抵抗が生じ、上部構造物の下方への変位に対しての抵抗を生じる。
したがって、上部構造物の浮き上がり後の降下時に降下に対して降下を許容しつつ抵抗を生じ、上部構造物の衝撃を抑制する上で有利となり、上部構造物の損傷を抑制する上で有利となる。
また、ロッドを単一とし、ロッド挿通孔を摩擦部材の中心に設けると、ロッドが一本で済むとともに、摩擦部材の構成を簡素化できるため、コストダウンを図る上で有利となる。
また、ロッドを互いに間隔をおいて複数設け、ロッド挿通孔を単一とし、ロッド挿通孔を摩擦部材の中央部に複数のロッドが挿通される大きさで形成すると、ロッドを単一とした場合に比較してロッド間に摩擦部材が侵入する隙間を形成することができるので、流体室に流体を充填して摩擦部材を膨張させた際に、ロッドと摩擦部材との接触面積を大きく確保し、大きな摩擦力を得ることで、上部構造物の損傷を抑制する上で有利となる。
また、Ｐ波検出器で検出された地震の初期微動であるＰ波の加速度が予め定められた充填開始しきい値を上回ったならば、流体給排部による流体室への流体の充填を行なうようにすると、上部構造物の直下の地盤に地震の主要動であるＳ波が到達する前に摩擦部材を膨張させるので、上部構造物の損傷を抑制する上でより有利となる。
また、Ｐ波の加速度が大きくなるほど、流体室に充填する流体の量を増加させると、Ｐ波の加速度が小さく地震によって生じる上部構造物の上方への僅かな変位に対しては、摩擦部材による摩擦抵抗が抑制されるため、上部構造物の浮き上がりを許容しつつ低めの摩擦抵抗を生じ、上部構造物の損傷を抑制する上で有利となる。また、Ｐ波の加速度が大きく、地震によって生じる上部構造物の上方への大きな変位に対しては、摩擦部材による摩擦抵抗が大きくなるため、上部構造物の浮き上がりを許容しつつ高めの摩擦抵抗を生じ、上部構造物の損傷を抑制する上で有利となり、また、ロッドの杭頭からの抜落を阻止する上で有利となる。
また、Ｓ波検出器によって検出されるＳ波の加速度が予め定められた充填解除しきい値を下回った状態が予め定められた解除判定時間以上継続したならば、流体給排部による流体の流体室への充填を停止し流体室から流体の排出を行なうようにすると、地震が収束した段階で摩擦部材を収縮させるので、摩擦部材を膨張させている時間を最小限に短縮できるため、流体給排部の無駄な動作を抑制できると共に、摩擦部材の耐久性の向上を図る上で有利となる。
また、上部構造物と杭頭との間に、杭頭に対して上部構造物の上方への変位を許容しつつ上部構造物の水平方向の位置決めを行なう位置決め部を設け、抵抗機構を位置決め部の内側に設けると、地震時、上部構造物に過大な水平力が加わることで一時的に上部構造物の浮き上がりや水平方向へのずれが生じても、位置決め部により上部構造物の水平方向の位置が元の位置に戻るため、地震の収束後に上部構造物を水平に支持する上で有利となる。
また、位置決め部を、上部構造物の下面に取着され、その下部が空間部にはめ込まれ前記上部構造物の下面から下方に離れるにつれて断面積が次第に小さくなる中空状の杭頭キャップを含んで構成し、抵抗機構を、杭頭キャップの内側を通って設けると、杭頭キャップが杭頭の空間部に対しあらゆる方向に傾動可能となるため、仮に杭が傾斜していても上部構造物を水平に支持する上で有利となる。
また、上部構造物と杭頭との間に、杭頭に対して上部構造物の上方への変位を許容しつつ上部構造物の水平方向の位置決めを行なう位置決め部を設け、抵抗機構を位置決め部と空間部とにわたって設けると、地震時、上部構造物に過大な水平力が加わることで一時的に上部構造物の浮き上がりや水平方向へのずれが生じても、位置決め部により上部構造物の水平方向の位置が元の位置に戻るため、地震の収束後に上部構造物を水平に支持する上で有利となる。
また、位置決め部を、上部構造物の下面に取着されその下部が空間部にはめ込まれ前記上部構造物の下面から下方に離れるにつれて断面積が次第に小さくなる中実状の杭頭キャップを含んで構成し、抵抗機構を、杭頭キャップの下面と空間部とにわたって設けると、杭頭キャップが杭頭の空間部に対しあらゆる方向に傾動可能となるため、仮に杭が傾斜していても上部構造物を水平に支持する上で有利となる。

実施の形態の上部構造物の支持構造の構成の一部を破断して示す説明図である。 実施の形態の上部構造物の支持構造において上部構造物の浮き上がりが発生した場合の説明図である。 実施の形態の上部構造物の支持構造の動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本実施の形態の上部構造物の支持構造１０は、上部構造物１２を支持するものであり、杭１８と、抵抗機構２０とを備えている。
上部構造物１２は、体育館、倉庫、鉄塔などの構造物であり、水平方向に延在する基礎梁１４と、基礎梁１４から立設された複数の柱１６とを含んで構成されている。
基礎梁１４として、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）、鉄骨造（Ｓ造）のもの、あるいは、木製の基礎梁など従来公知の様々なものが使用可能である。

杭１８は、杭本体２２と、空間部２４とを含んで構成されている。なお、杭１８として、ＲＣ杭などのコンクリート杭、鋼管杭、あるいは、木製杭など従来公知の様々な杭が使用可能であり、本実施の形態では、鋼管杭である。
杭本体２２は地盤Ｇに打設され、杭頭２２０２の上面は地盤Ｇ上に露出されている。
空間部２４は、杭頭２２０２に上方に開放状に形成されている。
本実施の形態では、杭本体２２は鋼管杭であるため、空間部２４は杭本体２２の内部で杭本体２２の全長にわたって形成され、空間部２４は杭本体２２の内周面で円柱状に形成されている。なお、杭本体２２がコンクリート杭である場合には、空間部２４を杭頭２２０２に予め形成しておく。
また、図中符号２５は、杭本体２２の上部の外周面の全周に沿って設けられた補強用のリングであり、リング２５は溶接によって杭本体２２に接合されている。

更に本実施の形態では、位置決め部２６が設けられている。
位置決め部２６は、上部構造物１２と杭頭２２０２との間に設けられ、杭頭２２０２に対して上部構造物１２の上方への変位を許容しつつ上部構造物１２の水平方向の位置決めを行なうものである。
本実施の形態では、位置決め部２６は杭頭キャップ２８と杭頭２２０２を含んで構成されている。
杭頭キャップ２８は、鋼製であり、キャップ本体２８０２と、蓋板部２８０４とを備えている。
キャップ本体２８０２は、上部構造物基礎梁１４の下面１４０２から下方に離れるにつれて断面積が次第に小さくなる中空状を呈し、本実施の形態では、截頭円錐形の中空の枠状を呈し、キャップ本体２８０２の下部は空間部２４にはめ込まれ、言い換えると杭頭２２０２の上端にはめ込まれている。
蓋板部２８０４は、キャップ本体２８０２の上縁よりも大きな輪郭を有する正方形の鋼板で構成され、蓋板部２８０４の中心には、後述するロッド３０Ａのフランジ３００２を収容する孔部２８０５が形成されている。
蓋板部２８０４は、キャップ本体２８０２の軸心と蓋板部２８０４の中心とを合致させた状態でキャップ本体２８０２の上縁と蓋板部２８０４の下面とが溶接で接合されている。
蓋板部２８０４は、基礎梁１４の下面１４０２にボルトＢ１とナットＮ１を介して締結されている。
キャップ本体２８０２の下部が空間部２４にはめ込まれた状態でキャップ本体２８０２の下部は杭頭２２０２の内周面２２０４の上縁２２０６に摩擦接触している。
なお、本明細書において、截頭円錐形は部分球形状、球面形状などの形状を広く含む。
本発明において杭頭キャップ２８は省略可能であるが、杭頭キャップ２８を用いることにより以下の効果が奏される。
１）杭頭２２０２の空間部２４にキャップ本体２８０２をはめ込むことで、キャップ本体２８０２が杭頭２２０２の空間部２４に対しあらゆる方向に傾動可能となるため、杭頭２２０２の損傷が避けられる。
２）地震時、上部構造物１２に過大な水平力が加わることで一時的に上部構造物１２の浮き上がりや水平方向へのずれが生じても、キャップ本体２８０２が杭頭２２０２の空間部２４にはめ込まれることで上部構造物１２の水平方向の位置が元の位置に戻るため、地震の収束後に基礎梁１４を水平に支持する上で有利となる。
なお、位置決め部２６は杭頭キャップ２８に限定されず、従来公知の様々な構造が適用可能であるが、杭頭キャップ２８を用いると上述の効果を奏する点で有利となる。
また、本実施の形態では、杭１８が断面形状が円形の鋼管杭で構成されている場合について説明したが、杭は断面矩形であってもよく、その場合、杭頭キャップは、基礎梁１４の下面１２０２から下方に離れるにつれて断面積が次第に小さくなる中空状、あるいは、中実状を呈していればよく、具体的には截頭角錐形となる。

抵抗機構２０は、上部構造物１２と杭１８の空間部２４とにわたって設けられている。
抵抗機構２０は、上部構造物１２の浮き上がりに対して浮き上がりを許容しつつ抵抗を生じ、かつ、上部構造物１２の浮き上がり後の降下時に降下に対して降下を許容しつつ抵抗を生じるものである。
抵抗機構２０は、ロッド３０と、摩擦部材３２と、流体給排部３４と、地震検知部３６と、制御部３８とを含んで構成されている。
ロッド３０は単一で、上部構造物１２の基礎梁１４の下面１４０２から杭頭キャップ２８の内側を通り杭頭キャップ２８の下方に突設され、空間部２４に挿入されている。
ロッド３０は、その上端フランジ３００２が基礎梁１４の下面１４０２にボルトＢ２、ナットＮ２を介して締結されることで配設されている。
したがって、抵抗機構２０は、杭頭キャップ２８の内側を通って設けられ、言い換えると、抵抗機構２０は、位置決め部２６の内側に設けられている。
なお、杭頭キャップ２８が中実の截頭円錐形を呈している場合には、杭頭キャップ２８の下面は、上部構造物１２の下面を構成するため、ロッド３０は杭頭キャップ２８の下面から突設されることになる。
その場合、抵抗機構２０は、杭頭キャップ２８の下面と空間部２４とにわたって設けられ、言い換えると、抵抗機構２０は、位置決め部２６と空間部２４とにわたって設けられることになる。

摩擦部材３２は、空間部２４を構成する杭頭２２０２の内周面２２０４に取着されている。
本実施の形態では、摩擦部材３２は、弾性変形可能なゴム材料で中空の円板状に形成され、円形の上端面３２０２と下端面４２０４と、それら上端面３２０２と下端面４２０４を接続する外周面３２０６とを備えている。
摩擦部材３２は、その外周面３２０６が杭頭２２０２の内周面２２０４の全周にわたって接着剤により、あるいは、ボルト、ナットなどにより取着されており、摩擦部材３２は上下方向に（杭１８の長手方向に）移動不能となっている。
摩擦部材３２は、ロッド３０が上下方向に挿通されたロッド挿通孔３２１０を有し、ロッド挿通孔３２１０は、摩擦部材３２の中心に設けられている。
摩擦部材３２の内部に流体室４０が形成されており、流体室４０はロッド挿通孔３２１０の周囲全周にわたって形成されており、環状を呈している。
摩擦部材３２は、流体室４０への流体（空気）の給排により膨張縮小可能で膨張することでロッド挿通孔３２１０を構成する内周面３２１２がロッド３０の外周面３００４に圧接する。

流体給排部３４は、流体室４０への流体の給排、すなわち、流体室４０への流体の充填、および、流体室４０からの流体の排出を行なうものである。
本実施の形態では、流体として空気を用いるが、流体として油や水などの液体、あるいは、炭酸ガスなどの気体を用いることができる。
なお、流体として液体を用いる場合は、流体室４０と流路を介して連通する液体タンクを設け、この液体タンクに液体を蓄えておく必要がある。また、流体として炭酸ガスなど空気とは異なる気体を用いる場合は、流体室４０と流路を介して連通する気体タンクを設け、この気体タンクに気体を蓄えておく必要がある。
これに対して、本実施の形態のように流体として空気を用いると、大気中の空気を用いればよいため、液体タンクや気体タンクなどの専用の部材が不要となり、構成の簡素化を図りコストダウンを図る上で有利となる。

本実施の形態では、流体給排部３４は、流路３４０２と、空気ポンプ（流体ポンプ）３４０４と、電磁弁３４０６とを備えている。
空気ポンプ３４０４は、大気中の空気を流体室４０に接続された流路３４０２を介して流体室４０に圧送するものであり、制御部３８によって運転の開始、停止が制御される。
このような空気ポンプ（流体ポンプ）３４０４として従来公知の様々な構成のポンプが使用可能である。
電磁弁３４０６は、その一端が流体室４０に連通し、他端が大気中に開放され、制御部３８によって開弁、閉弁が制御される。電磁弁３４０６は、摩擦部材３２に不図示の取付具を介して支持されている。

地震検知部３６は地震を検知するものであり、本実施の形態では、地震の初期微動（Ｐ波）を検出するＰ波検出器３６０２と、Ｐ波から時間的に遅れて到達する主要動（Ｓ波）を検出するＳ波検出器３６０４とを含んで構成されている。
Ｐ波検出器３６０２およびＳ波検出器３６０４は、上部構造物１２の直下の地盤Ｇ、言い換えると、杭１８が打設された近傍の地盤Ｇに設置され、Ｐ波検出器３６０２およびＳ波検出器３６０４は、地盤Ｇの加速度からＰ波、Ｓ波の加速度を検出する。
なお、Ｐ波検出器３６０２およびＳ波検出器３６０４はＰ波、Ｓ波を検出できればよく、Ｐ波検出器３６０２およびＳ波検出器３６０４の設置場所は、上部構造物１２の直下の地盤Ｇから離れた地盤の箇所であっても、上部構造物１２の箇所であってもよい。

制御部３８は、地震検知部３６による地震の検知に基づいて流体給排部３４を制御するものである。
本実施の形態では、制御部３８は、Ｐ波検出器３６０２で検出されたＰ波の加速度Ａｐが、予め定められた充填開始しきい値Ａ１を上回ったならば、直ちに空気ポンプ３４０４を作動させ、図２に示すように、流体室４０に空気を充填させることで摩擦部材３２を膨張させ摩擦部材３２のロッド挿通孔３２１０を構成する内周面３２１２をロッド３０の外周面３００４に圧接させる圧接制御を実施する。
また、制御部３８による圧接制御は、充填開始しきい値Ａ１を超えたＰ波の加速度Ａｐが大きくなるほど、空気ポンプ３４０４により流体室４０に充填する空気量を増加させ、摩擦部材３２の膨張量を高めロッド３０への圧接力を高めるようになされる。
また、制御部３８は、Ｓ波検出器３６０４で検出されるＳ波の加速度Ａｓが、予め定められた充填解除しきい値Ａ２を下回った状態が予め定められた解除判定時間Ｔｒ以上継続したならば、空気ポンプ３４０４を停止させて空気の流体室４０への充填を停止すると共に、電磁弁３４０６を開弁して流体室４０から空気を排出させ、摩擦部材３２を収縮させ摩擦部材３２のロッド挿通孔３２１０を構成する内周面３２１２のロッド３０への圧接を解除し電磁弁３４０６を閉弁する圧接解除制御を実施する。

次に本実施の形態の上部構造物の支持構造１０の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。
予め電磁弁３４０６は閉弁されているものとする。
制御部３８は、Ｐ波検出器３６０２でＰ波を検出したか否かを判定する（ステップＳ１０）。
ステップＳ１０が否定ならばステップＳ１０を繰り返す。
ステップＳ１０が肯定ならば、制御部３８は、Ｐ波検出器３６０２で検出されたＰ波の加速度Ａｐが予め定められた充填開始しきい値Ａ１を上回ったか否かを判定する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２が肯定ならば、制御部３８は圧接制御を実施する（ステップＳ１４）。すなわち、制御部３８は、直ちに空気ポンプ３４０４を作動させ、図２に示すように、流体室４０に空気を充填させることで摩擦部材３２を膨張させ摩擦部材３２の内周面３２１２をロッド３０の外周面３００４に圧接させる。これにより、摩擦部材３２とロッド３０の外周面３００４との摩擦抵抗が発生する。さらに、制御部３８は、充填開始しきい値Ａ１を超えたＰ波の加速度Ａｐが大きくなるほど、空気ポンプ３４０４により流体室４０に充填する空気量を増加させ、摩擦部材３２の膨張量を高めロッド３０の外周面３００４への圧接力を高める。
また、制御部３８は、Ｓ波検出器３６０４がＰ波から時間的に遅れて到達するＳ波を検出したか否かを判定する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６が否定ならばステップＳ１６に戻る。
ステップＳ１６が肯定ならば、制御部３８は、Ｓ波検出器３６０４で検出されたＳ波の加速度Ａｓが予め定められた充填解除しきい値Ａ２を下回ったか否かを判定する（ステップＳ１８）。
ステップＳ１８が否定ならばステップＳ１８に戻る。
ステップＳ１８が肯定ならば、制御部３８は、Ｓ波の加速度Ａｓが充填解除しきい値Ａ２を下回った状態が解除判定時間Ｔｒ以上継続したか否かを判定する（ステップＳ２０）。
ステップＳ２０が否定ならばステップＳ１８に戻る。
ステップＳ２０が肯定ならば、制御部３８は、圧接解除制御を実施する（ステップＳ２２）。すなわち、制御部３８は、空気ポンプ３４０４の停止させると共に、電磁弁３４０６を開弁して流体室４０から空気を排出させ、摩擦部材３２を収縮させ摩擦部材３２の内周面３２１２のロッド３０の外周面３００４への圧接を解除し電磁弁３４０６を閉弁する。
これにより、摩擦部材３２が縮小し摩擦部材３２の内周面３２１２のロッド３０の外周面３００４への圧接が解除され、摩擦部材３２の内周面３２１２とロッド３０の外周面３００４との摩擦抵抗が予め設定された値となる。
以上で地震の発生から収束に至るまでの一連の制御が終了する。

本実施の形態によれば、地震が発生した場合、地震検知部３６により地震が検出されると、流体室４０に空気を充填させることで摩擦部材３２を膨張させ、摩擦部材３２の内周面３２１２をロッド３０の外周面３００４に圧接させる圧接制御を実施する。
そして、地震動が上部構造物１２の直下の地盤Ｇに到達すると、上部構造物１２に大きな水平力が作用し、そのモーメントにより上部構造物１２が傾動し、図２に示すように、上部構造物１２の一側が浮き上がる方向に変位しようとする。
この場合、膨張した摩擦部材３２の内周面３２１２とロッド３０の外周面３００４との間に摩擦抵抗が生じ、上部構造物１２の上方への変位に対しての抵抗を生じる。
したがって、上部構造物１２の浮き上がりを許容しつつ抵抗を生じ、上部構造物１２の損傷を抑制する上で有利となり、上部構造物１２に所在する人の不快感を軽減させる上で有利となる。
また、上部構造物１２の浮き上がり後の降下時には、膨張した摩擦部材３２の内周面３２１２とロッド３０の外周面３００４との間に摩擦抵抗が生じ、上部構造物１２の下方への変位に対しての抵抗を生じる。
したがって、上部構造物１２の浮き上がり後の降下時に降下に対して降下を許容しつつ抵抗を生じ、上部構造物１２の衝撃を抑制する上で有利となる。
そのため、上部構造物１２の損傷を抑制する上で有利となり、上部構造物１２に所在する人の不快感を軽減させる上で有利となる。

また、本実施の形態では、ロッド３０が単一で、ロッド挿通孔３２１０が摩擦部材３２の中心に設けられているので、ロッド３０が一本で済むとともに、摩擦部材３２の構成を簡素化できるため、コストダウンを図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、Ｐ波検出器３６０２で検出された地震の初期微動であるＰ波の加速度Ａｐが予め定められた充填開始しきい値Ａ１を上回ったならば、流体給排部３４による流体室４０への空気の充填を行なうようにした。
したがって、上部構造物１２の直下の地盤Ｇに地震の主要動（Ｓ波）が到達する前に、摩擦部材３２を膨張させ摩擦部材３２の内周面３２１２をロッド３０の外周面３００４に圧接させる圧接制御を実施するので、上部構造物１２の損傷を抑制する上でより有利となり、上部構造物１２に所在する人の不快感を軽減させる上でより有利となる。

また、本実施の形態では、制御部３８は、充填開始しきい値Ａ１を超えたＰ波の加速度Ａｐが大きくなるほど、空気ポンプ３４０４により流体室４０に充填する空気量を増加させ、摩擦部材３２の膨張量を高めロッド３０の外周面３００４への圧接力を高めるようにした。
したがって、Ｐ波の加速度Ａｐが小さく、したがって、比較的弱い地震によって生じる上部構造物１２の上方への僅かな変位に対しては、摩擦部材３２のロッド３０の外周面３００４への圧接力が低めとなり摩擦部材３２とロッド３０の外周面３００４との摩擦抵抗が抑制されるので、上部構造物１２の浮き上がりを許容しつつ低めの摩擦抵抗を生じ、上部構造物１２の損傷を抑制する上で有利となり、上部構造物１２に所在する人の不快感を軽減させる上で有利となる。
また、比較的弱い地震時には、上部構造物１２の浮き上がり後の降下時には、低めの摩擦抵抗が生じ、上部構造物１２の下方へ僅かな変位に対しての低めの抵抗を生じることから、上部構造物１２の浮き上がり後の降下時に降下に対して降下を許容しつつ低めの抵抗を生じ、上部構造物１２の衝撃を抑制する上で有利となり、上部構造物１２に所在する人の不快感を軽減させる上で有利となる。

また、Ｐ波の加速度Ａｐが大きく、したがって、比較的強い地震によって生じる上部構造物１２の上方への大きな変位に対しては、摩擦部材３２のロッド３０の外周面３００４への圧接力が高めとなり摩擦部材３２とロッド３０の外周面３００４との摩擦抵抗が大きくなるので、上部構造物１２の浮き上がりを許容しつつ高めの摩擦抵抗を生じ、上部構造物１２の損傷を抑制する上で有利となり、上部構造物１２に所在する人の不快感を軽減させる上で有利となり、また、ロッド３０の杭頭２２０２からの抜落を阻止する上で有利となる。
また、比較的強い地震時には、上部構造物１２の浮き上がり後の降下時には、高めの摩擦抵抗が生じ、上部構造物１２の下方への大きな変位に対して高めの抵抗を生じることから、上部構造物１２の浮き上がり後の降下時に降下に対して降下を許容しつつ高めの抵抗を生じ、上部構造物１２の衝撃を抑制する上で有利となり、上部構造物１２に所在する人の不快感を軽減させる上で有利となる。

なお、本実施の形態では、Ｐ波の加速度Ａｐが大きいほど摩擦部材３２のロッド３０の外周面３００４への圧接力を高めるようにした場合について説明したが、Ｐ波の加速度Ａｐがしきい値を超えたならば、摩擦部材３２のロッド３０の外周面３００４への圧接力を一定の値とするようにしてもよい。
しかしながら、本実施の形態のようにすると、Ｐ波の加速度Ａｐの大きさから予測される地震の大きさに応じて摩擦部材３２と内周面２２０４との摩擦抵抗を調整することで上部構造物１２の損傷をより確実に抑制する上で有利となり、また、上部構造物１２に所在する人の不快感を軽減させる上でより有利となる。

また、本実施の形態では、制御部３８は、流体室４０への空気の充填後、Ｓ波検出器３６０４によって検出されるＳ波の加速度Ａｓが予め定められた充填解除しきい値Ａ２を下回った状態が予め定められた解除判定時間Ｔｒ以上継続したならば、流体給排部３４による空気の流体室４０への充填を停止し流体室４０から空気の排出を行ない、摩擦部材３２を収縮させ摩擦部材３２の内周面３２１２のロッド３０の外周面３００４への圧接を解除する圧接解除制御を実施するようにした。
したがって、地震が収束した段階で摩擦部材３２を収縮させるので、摩擦部材３２を膨張させている時間を最小限に短縮できるため、流体給排部３４の無駄な動作を抑制できると共に、摩擦部材３２の耐久性の向上を図る上で有利となる。

なお、本実施の形態では、ロッド３０を単一とし、ロッド挿通孔３２１０が摩擦部材３２の中心に設けられている場合について説明した。
しかしながら、ロッド３０を互いに間隔をおいて複数設け、ロッド挿通孔３２１０を単一とし、ロッド挿通孔３２１０を摩擦部材３２の中央部に複数のロッド３０が挿通される大きさで形成するようにしてもよい。
このようにすると、ロッド３０を単一とした場合に比較してロッド３０間に摩擦部材３２が侵入する隙間を形成することができるので、流体室４０に空気を充填して摩擦部材３２を膨張させた際に、ロッド３０と摩擦部材３２との接触面積を大きく確保し、大きな摩擦力を得ることで、上部構造物１２の損傷を抑制する上で有利となり、上部構造物１２に所在する人の不快感を軽減させる上で有利となる。

また、実施の形態では、Ｐ波検出器３６０２およびＳ波検出器３６０４がＰ波、Ｓ波の加速度Ａｐ、Ａｓを検出する場合について説明したが、加速度に代えてＰ波、Ｓ波の振幅あるいは速度などのパラメータを検出するようにしてもよく、その場合、充填開始しきい値、充填解除しきい値はそれぞれ振幅値あるいは速度値などの数値となる。

１０ 上部構造物の支持構造
１２ 上部構造物
１４ 基礎梁
１６ 柱
１８ 杭
２０ 抵抗機構
２２ 杭本体
２４ 空間部
２６ 位置決め部
２８ 杭頭キャップ
２８０２ キャップ本体
２８０４ フランジ部
３０ ロッド
３００２ 上端フランジ
３００４ 外周面
３２ 摩擦部材
３２１０ ロッド挿通孔
３２１２ 内周面
３４ 流体給排部
３６ 地震検知部
３８ 制御部
４０ 流体室

Claims (10)

1. 杭頭に上方に開放された空間部を有する杭を介して上部構造物を支持する上部構造物の支持構造であって、
   前記上部構造物と前記杭頭とにわたって抵抗機構が設けられ、
   前記抵抗機構は、
   前記上部構造物の下面から下方に突設され前記空間部に挿入されるロッドと、
   前記空間部を構成する前記杭頭の内周面に取着され前記ロッドが上下方向に挿通されたロッド挿通孔とこのロッド挿通孔の周囲に設けられた流体室とを有し、前記流体室への流体の給排により膨張縮小可能で膨張することで前記ロッドに圧接する摩擦部材と、
   前記流体室への前記流体の充填および前記流体室からの前記流体の排出を行なう流体給排部と、
   地震を検知する地震検知部と、
   前記地震検知部による地震の検知に基づいて前記流体給排部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする上部構造物の支持構造。
2. 前記ロッドは単一で、
   前記ロッド挿通孔は、前記摩擦部材の中心に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の上部構造物の支持構造。
3. 前記ロッドは互いに間隔をおいて複数設けられ、
   前記ロッド挿通孔は、単一で前記摩擦部材の中央部に前記複数のロッドが挿通される大きさで形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の上部構造物の支持構造。
4. 前記地震検知部は、地震の初期微動であるＰ波を検出するＰ波検出器を備え、
   前記制御部による前記流体給排部の制御は、前記Ｐ波検出器で検出された前記Ｐ波の加速度が予め定められた充填開始しきい値を上回ったならば、前記流体給排部による前記流体室への前記流体の充填を行なうことでなされる、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の上部構造物の支持構造。
5. 前記制御部による前記流体給排部の制御は、前記Ｐ波検出器によって検出される前記Ｐ波の加速度が大きいほど、前記流体給排部によって前記流体室へ充填される前記流体の量を増加させるようになされる、
   ことを特徴とする請求項４記載の上部構造物の支持構造。
6. 前記地震検知部は、前記Ｐ波に遅れて到達する地震の主要動であるＳ波を検出するＳ波検出器をさらに備え、
   前記制御部による前記流体給排部の制御は、前記流体室への前記流体の充填後、前記Ｓ波検出器によって検出される前記Ｓ波の加速度が予め定められた充填解除しきい値を下回った状態が予め定められた解除判定時間以上継続したならば、前記流体給排部による前記流体の前記流体室への充填を停止し前記流体室から前記流体の排出を行なうようになされる、
   ことを特徴とする請求項４または５記載の上部構造物の支持構造。
7. 前記上部構造物と前記杭頭との間に、前記杭頭に対して前記上部構造物の上方への変位を許容しつつ前記上部構造物の水平方向の位置決めを行なう位置決め部が設けられ、
   前記抵抗機構は、前記位置決め部の内側に設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から６の何れか1項記載の上部構造物の支持構造。
8. 前記位置決め部は、前記上部構造物の下面に取着され、その下部が前記空間部にはめ込まれ前記上部構造物の下面から下方に離れるにつれて断面積が次第に小さくなる中空状の杭頭キャップを含んで構成され、
   前記抵抗機構は、前記杭頭キャップの内側を通って設けられている、
   ことを特徴とする請求項７記載の上部構造物の支持構造。
9. 前記上部構造物と前記杭頭との間に、前記杭頭に対して前記上部構造物の上方への変位を許容しつつ前記上部構造物の水平方向の位置決めを行なう位置決め部が設けられ、
   前記抵抗機構は、前記位置決め部と前記空間部とにわたって設けられている、
   ことを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の上部構造物の支持構造。
10. 前記位置決め部は、前記上部構造物の下面に取着されその下部が前記空間部にはめ込まれ前記上部構造物の下面から下方に離れるにつれて断面積が次第に小さくなる中実状の杭頭キャップを含んで構成され、
    前記抵抗機構は、前記杭頭キャップの下面と前記空間部とにわたって設けられている、
    ことを特徴とする請求項９記載の上部構造物の支持構造。

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