JP7374757B2 - 防振構造 - Google Patents

Description

本発明は、防振構造に関する。

大規模なコンサートホールやダンススタジオなどでは、多人数客のジャンプなどによる振動（たてのり振動）が生じると、その振動が地盤を介して周辺の建物に伝播することがあるため、周囲に伝播する振動を低減させる対策が必要となる。例えば、特許文献１に開示された防振構造では、軟弱地盤の上に構築された構造物と、構造物の内部に設けられて振動発生源となる床版とを縁を切った状態に設け、床版を軟弱地盤から浮かせ、軟弱地盤の下側の支持地盤に杭で支持している。この防振構造では、構造物と床版とは地盤の支持層が異なり、床版を支持する杭と軟弱地盤との間で振動が伝達しないように振動遮断手段が設けられている。

特許第４１２８５８２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された防振構造では、構造物と床版とを縁を切った状態とするため、構造物と床版との接続部分の構造が複雑となり、施工も煩雑となる。

そこで、本発明は、周囲に伝播する振動を低減させることができて、簡便な構造で容易に施工することができる防振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、本発明に係る防振構造は、地盤面から下側に続く上側地盤の下方に下側地盤がある地盤に埋設され、前記下側地盤に支持されて前記地盤の上方へ延びる複数の杭体と、前記地盤の上方に間隔をあけて配置され、前記複数の杭体それぞれに支持された基礎部と、前記杭体と前記上側地盤との摩擦を低減させる摩擦低減材と、を有し、前記摩擦低減材は、前記複数の杭体のうちの少なくとも一部の杭体の周囲に設置されていることを特徴とする。

本発明では、杭体に支持された基礎部が地盤の上方に間隔をあけて配置されているとともに、杭体と上側地盤との間に摩擦低減材が設けられていることにより、基礎部に生じた振動が杭体を介して上側地盤に伝達することを抑制でき、上側地盤を介して構造物の周囲に伝播する振動を低減させることができる。
杭体を介して伝達される基礎部の振動は、下側地盤よりも上側地盤の方へ伝達しやすい。本発明では、杭体と上側地盤との間に摩擦低減材が設けられていることにより上側地盤を介して構造物の周囲に伝播する振動を効率的に低減させることができる。
摩擦低減材は、複数の杭体のうちの少なくとも一部の杭体に設けられている。このため、基礎部における少なくとも所定値以上の振動が想定される領域の直下の杭体に対して摩擦低減材を設けることにより、基礎部に生じた振動が杭体を介して上側地盤に伝達することを抑制できる。このため、すべての杭体に対して摩擦低減材を設ける場合と比べて、容易に施工することができる。
基礎部における所定値以上の振動が想定される領域と、その他の領域とを一体に構築することができるため、基礎部における所定値以上の振動が想定される領域と、その他の領域とを縁を切った状態に設ける場合と比べて、簡便な構造となり容易に施工することができる。

また、本発明に係る防振構造では、前記基礎部は、所定値以上の振動が生じると想定される振動部と、前記振動部と隣接する隣接部と、を有し、前記振動部と前記隣接部とは一体に設けられ、前記摩擦低減材は、前記複数の杭体のうちの前記振動部の直下の杭体に設けられていてもよい。
このような構成とすることにより、基礎部の振動部に生じた振動が杭体を介して上側地盤に伝達することを抑制できる。基礎部の振動部の直下の杭体に対して上側地盤との間に摩擦低減材を設ければよいため、すべての杭体に対して摩擦低減材を設ける場合と比べて、容易に施工することができる。

また、本発明に係る防振構造では、前記基礎部は、所定値以上の振動が生じると想定される振動部と、前記振動部と隣接する隣接部と、を有し、前記振動部と前記隣接部とは一体に設けられ、前記摩擦低減材は、前記複数の杭体のうちの前記振動部の直下の杭体に設けられた第１摩擦低減材と、前記複数の杭体のうちの前記隣接部の直下の杭体に設けられた第２摩擦低減材と、を有し、前記第１摩擦低減材は、前記第２摩擦低減材よりも前記杭体と前記上側地盤との摩擦低減量が大きくてもよい。
このような構成とすることにより、基礎部の振動部に生じた振動が杭体を介して上側地盤に伝達することを確実に抑制できる。振動部の直下の杭体に対して設ける第１摩擦低減材と、隣接部の直下の杭体に対して設ける第２摩擦低減材とを、異なる種類としたり、量を変えたりすることができる。このため、すべての杭体に対して同じように摩擦低減材を設ける場合と比べて、過剰に摩擦低減材を設けることがなく、容易に施工することができるとともに、コスト削減を図ることができる。

本発明によれば、周囲に伝播する振動を低減させることができて、簡便な構造で容易に施工することができる。

本発明の第１実施形態による防振構造の構造物の一例を示す鉛直断面図で、図２のＡ－Ａ線断面に対応する鉛直断面図である。 本発明の第１実施形態による防振構造の構造物の一例を示す平面図である。 図１のＢ部分の拡大図である。 図１のＢ部分の他の形態の拡大図である。 本発明の第２実施形態による防振構造の構造物の一例を示す鉛直断面図である。 防振構造の数値解析を行う際の基礎部床版と振動評価する各ポイント（位置）の平面位置関係を示す図である。 数値解析による各ポイントにおける鉛直方向の振動レベルを示す表である。 数値解析による各ポイントにおけるＸ方向およびＹ方向の振動レベルを示す表である。 数値解析による各ポイントにおけるＸ方向およびＹ方向の最大加速度を示す表である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態による防振構造について、図１－図４に基づいて説明する。
図１に示す第１実施形態による防振構造１は、構造物２に生じた振動が周辺の建物への伝播することを抑制するための構造である。本実施形態では、構造物２は、競技やコンサートなどが行われるスタジアムなどの施設で、多人数客のジャンプなどによる振動（たてのり振動）が生じることを想定している。図２に示すように、本実施形態による構造物２は、１階部分２３の平面視における中央部分２１にアリーナおよびスタンドが設けられ、中央部分２１の周囲の部分２２（アリーナおよびスタンドの周囲の部分）にロッカー室や選手の控室が設けられている。

図１に示すように、構造物２が構築される地盤３は、地盤面３３から下側に続く上側地盤３２の下方に下側地盤３１が存在している。本実施形態では、下側地盤３１が高い剛性を有する支持地盤で、上側地盤３２が比較的剛性の低い軟弱地盤となっている。
構造物２は、地盤３に埋設された杭体４と、杭体４に支持された基礎部５と、基礎部５の上に構築された基礎部上躯体６と、杭体４と上側地盤３２との摩擦を低減させる摩擦低減材７と、を有している。以下の防振構造１の説明では、互いに直交する２つの水平方向の一方をＸ方向とし、他方をＹ方向とする。

杭体４は、下側地盤３１に支持された鋼管杭やコンクリート杭などで、下端部４１が下側地盤３１に達し、上端部４２が地盤面３３（上側地盤３２の上面）よりも上方に突出している。杭体４は、Ｘ方向およびＹ方向に間隔をあけて複数配列されている。本実施形態では、杭体４は、コンクリート杭で、円柱状に形成されている。

図３に示すように、基礎部５は、基礎本体５１と、基礎本体５１の上に設けられた床部５２と、を有している。
基礎本体５１は、杭体４の上端部４２と接合されている。本実施形態では、１つの杭体４の上端部４２に１つの基礎本体５１が接合されている。本実施形態では、基礎本体５１は、角柱状に形成されて、杭体４と上下方向に同軸に配置されている。
基礎本体５１は、底面５１ａが地盤面３３よりも上に位置し、地盤面３３との間に隙間５３（間隔）をあけた状態で杭体４の上端部４２と接合されている。基礎本体５１は、上側地盤３２と接触しておらず、杭体４を介して下側地盤３１に支持されている。

本実施形態の基礎本体５１は、ＲＣ造である。基礎本体５１は、下部側がプレキャストコンクリート部材５１１で、上部側が現場打コンクリート５１２となるハーフプレキャスト構造である。なお、図４に示すように、基礎本体５１は、鋼板５１３の上に設置された鋼管５１４の内部にコンクリート５１５が充填された構造であってもよい。基礎本体５１は、図示しないが全体がプレキャストコンクリートで構築されたフルプレキャストコンクリートであってもよいし、全体が現場打コンクリートで構築されてもよい。
基礎部５と杭体４とは、基礎部５の底面５１ａと杭体４の上端面とが接合されていてもよいし、基礎部５が杭体４の上端部分と接合されていてもよい。

図３および図４に示すように、床部５２は、基礎本体５１の上に設けられた鉄骨梁５４と、鉄骨梁５４の上に設けられたＲＣ床５５と、を有している。
鉄骨梁５４は、複数設けられている。本実施形態では、Ｘ方向に延びる鉄骨梁５４と、Ｙ方向に延びる鉄骨梁５４とが床部５２の全体にわたって枠体を形成するように接合されている。鉄骨梁５４は、基礎本体５１に架設されたり、隣り合う鉄骨梁５４に架設されたりしている。鉄骨梁５４の上端面には、上方に突出するようにスタッド５６が設けられている。
ＲＣ床５５は、床部５２の全体にわたって設けられている。本実施形態では、ＲＣ床５５にフラットデッキが設けられている。ＲＣ床５５は、鉄骨梁５４と接合されている。ＲＣ床５５には、鉄骨梁５４の上端面に設けられたスタッド５６が埋設されている。スタッド５６は、鉄骨梁５４とＲＣ床５５との間でせん断力を伝達可能に構成されている。

床部５２は、複数の基礎本体５１それぞれと接合されている。本実施形態では、基礎本体５１と床部５２とはアンカーボルト５７で接合されている。複数の基礎本体５１と床部５２とは一体化されている。
床部５２は、鉄骨梁５４を有することにより、剛性を高めることができ、ＲＣ床５５を有することにより、重量が大きくなり振動が生じにくい構造となる。

基礎部上躯体６は、床部５２の上に構築された柱６１、梁（不図示）、壁（不図示）、屋根（不図示）などで、床部５２および複数の基礎本体５１と一体化されている。本実施形態では、鉄骨梁５４に柱６１が接合され、鉄骨梁５４と柱６１との接合部に鉄骨ブレース６２が接合されている。
図１に示すように、本実施形態では、構造物２が設けられる領域の地盤面３３が、その周囲の地盤面３３よりも低くなっていて、周囲の地盤面３３と床部５２の上面とが略同じ高さとなるように設計されている。

摩擦低減材７は、杭体４と上側地盤３２との間に設けられている。摩擦低減材７は、例えば、杭体４における上側地盤３２に埋設されている部分の周囲に塗布されたアスファルトで、杭体４と上側地盤３２との摩擦を低減させるように構成されている。本実施形態では、摩擦低減材７は、杭体４における上側地盤３２に埋設されている部分の上部側のみに設けられ、下部側には設けられていない。
なお、摩擦低減材７は、杭体４における上側地盤３２に埋設されている部分全体に設けられていてもよいし、杭体４における上側地盤３２に埋設されている部分の所定の高さ範囲に設けられていてもよい。例えば、杭体４における上側地盤３２に埋設されている部分の高さ方向の中間部や、杭体４における上側地盤３２に埋設されている部分の複数の高さ範囲に設けられていてもよい。

杭体４は、摩擦低減材７が設けられることにより、上側地盤３２との振動の伝達が抑制される。摩擦低減材７は、杭体４と下側地盤３１との間に設けられていない。このため、杭体４は、下側地盤３１に支持され、下側地盤３１との間では振動が伝達される。
本実施形態では、摩擦低減材７は、複数の杭体４のうちの一部の杭体４に対して設けられている。

上述しているように、本実施形態による構造物２は、１階部分２３の平面視における中央部分２１にアリーナおよびスタンドが設けられ、中央部分２１の周囲の部分２２にロッカー室や選手の控室が設けられている。構造物２において競技やコンサートなどが行われると、床部５２（基礎部５）におけるアリーナおよびスタンドが設けられている部分（中央部分２１）は、その周囲の部分２２よりもタテノリ振動などの所定値以上の振動が多く生じると想定される。床部５２における１階部分２３のアリーナおよびスタンドが設けられている中央部分を振動部５８とし、振動部５８の周囲の部分を隣接部５９とする。振動部５８と隣接部５９とは隣接し、一体に設けられている。

本実施形態による構造物２では、複数の杭体４のうちの床部５２の振動部５８の下側に位置する基礎本体５１を支持する杭体４３に対して摩擦低減材７を設け、床部５２の隣接部５９の下側に位置する基礎本体５１を支持する杭体４４に対しては摩擦低減材７を設けていない。

次に、上記の第１実施形態による防振構造１の作用・効果について説明する。
上記の第１実施形態による防振構造１では、杭体４に支持された基礎部５が地盤３の上方に隙間５３をあけて配置されているとともに、杭体４と上側地盤３２との間に摩擦低減材７が設けられている。これにより、基礎部５に生じた振動が杭体４を介して上側地盤３２に伝達することを抑制でき、上側地盤３２を介して構造物２の周囲に伝播する振動を低減させることができる。
杭体４を介して伝達される基礎部５の振動は、下側地盤３１よりも上側地盤３２の方へ伝達しやすい。本実施形態では、杭体４と上側地盤３２との間に摩擦低減材７が設けられていることにより上側地盤３２を介して構造物２の周囲に伝播する振動を効率的に低減させることができる。本実施形態では、上側地盤３２が軟弱地盤であるため、軟弱地盤を介して構造物２の周囲に伝播する振動を低減させることができる。

第１実施形態による防振構造１では、摩擦低減材７は、複数の杭体４のうちの振動部５８の直下の杭体４３と上側地盤３２との間に設けられている。
このような構成とすることにより、振動部５８に生じた振動が杭体４３を介して上側地盤３２に伝達することを抑制できる。振動部５８の直下の杭体４３に対して摩擦低減材７を設ければよいため、すべての杭体４に対して摩擦低減材７を設ける場合と比べて、容易に施工することができるとともに、コスト削減を図ることができる。
振動部５８と隣接部５９とは、一体に設けられていることにより、振動部５８と隣接部５９とを縁を切った状態に設ける場合と比べて、簡便な構造となり容易に施工することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１実施形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、実施形態と異なる構成について説明する。
図５に示すように、第２実施形態による防振構造１Ｂでは、複数の杭体４のうちの床部５２の振動部５８の下側に位置する杭体４３に対しては、上側地盤３２に埋設されている部分全体に摩擦低減材７Ｂ（第１摩擦低減材７１とする）を設けている。床部５２の隣接部５９の下側に位置する杭体４４に対しては、上側地盤３２に埋設されている部分の上部側のみに摩擦低減材７Ｂ（第２摩擦低減材７２とする）を設けている。

第１摩擦低減材７１は、第２摩擦低減材７２より上下方向に長い範囲に設けられている。これにより、振動部５８の下側に位置する杭体４３と上側地盤３２との摩擦低減量の方が隣接部５９の下側に位置する杭体４４と上側地盤３２との摩擦低減量よりもが大きくなる。
なお、第１摩擦低減材７１が第２摩擦低減材７２よりも広い範囲に設けられていれば、第１摩擦低減材７１は、振動部５８の下側に位置する杭体４３における上側地盤３２に埋設されている部分全体に設けられていなくてもよく、上部側のみに設けられていてもよい。

上記の第２実施形態による防振構造１では、第１実施形態と同様の効果を奏するとともに、基礎部５（床部５２）の振動部５８に生じた振動が杭体４３を介して上側地盤３２に伝達することを確実に抑制できる。振動部５８の直下の杭体４３に対して設ける第１摩擦低減材７１と、隣接部５９の直下の杭体４４に対して設ける第２摩擦低減材７２とを、異なる種類としたり、量を変えたりすることができる。このため、すべての杭体４に対して同じように摩擦低減材７Ｂを設ける場合と比べて、過剰に摩擦低減材７Ｂを設けることがなく、容易に施工することができるとともに、コスト削減を図ることができる。

次に、本実施形態による防振構造の数値解析について説明する。
数値解析では、基礎部が地盤の上方に隙間をあけて設けられるとともに摩擦低減材が設けられた構造物（Ｃａｓｅ１）と、基礎部が地盤と接触して設けられるとともに摩擦低減材が設けられていない構造物（Ｃａｓｅ２）とを比較している。
Ｃａｓｅ１およびＣａｓｅ２いずれの構造物も、下側地盤に支持された杭体と、杭体に支持された基礎部と、を有している。Ｃａｓｅ１では、すべての杭体に対して、上側地盤との間に摩擦低減材が設けられている。
図６に示す、構造物と構造物の周辺の「あ」から「お」、「き」から「し」のポイントにおいて構造物に振動が生じた際に伝播する振動を算出した。
ポイントの「あ」は、構造物の中央部、「い」、「き」は構造物の内部、「う」、「け」は構造物の外周部、「え」、「お」、「け」から「し」は、構造物の周辺に位置している。本解析は、構造物の中央部から２００ｍ離れたポイントの「し」における振動を低減させ、振動レベルを６０ｄＢ以下とすることを目的としている。

構造物に生じるタテノリ振動などの振動の周波数は、２－３Ｈｚが想定されるため、２Ｈｚの振動が生じた場合、２．５Ｈｚの振動が生じた場合、３Ｈｚの振動が生じた場合それぞれの鉛直方向の振動レベル（ｄＢ）を解析した。その結果を図７に示す。
図７に示すように、いずれの周波数の振動の場合においても、各ポイントにおけるＣａｓｅ１の鉛直方向の振動レベルが、Ｃａｓｅ２の鉛直方向の振動レベル以下となることがわかる。構造物に３Ｈｚの振動が生じた際のポイント「し」におけるＣａｓｅ１の鉛直方向の振動レベルは６０ｄＢで、Ｃａｓｅ０の鉛直方向の振動レベルは６７ｄＢである。６ｄＢの差は、略２倍の加速度である。以上より、Ｃａｓｅ１では、構造物の中央部から２００ｍ離れたポイントの「し」における振動を低減できることがわかる。

図８には、２Ｈｚの振動が生じた場合、３Ｈｚの振動が生じた場合それぞれのＸ方向およびＹ方向の振動レベル（ｄＢ）を示す。図９には、２Ｈｚの振動が生じた場合、３Ｈｚの振動が生じた場合それぞれのＸ方向およびＹ方向の最大加速度（ｃｍ／ｓ^２）を示す。
図８および図９に示すように、いずれの周波数の振動の場合においても、各ポイントにおけるＣａｓｅ１のＸ方向およびＹ方向の振動レベル、Ｘ方向およびＹ方向の最大加速度が、Ｃａｓｅ２のＸ方向およびＹ方向の振動レベル、Ｘ方向およびＹ方向の最大加速度以下となることがわかる。

以上、本発明による防振構造１の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、下側地盤３１が高い剛性を有する支持地盤で、上側地盤３２が比較的剛性の低い軟弱地盤となっているが、下側地盤３１および上側地盤３２は、支持地盤および軟弱地盤でなくてもよく、上側地盤３２よりも下側地盤３１の剛性が高くなくてもよい。
上記の実施形態では、構造物２は、競技やコンサートなどが行われるスタジアムやアリーナなどの施設であるが、このような施設以外であってもよい。
上記の実施形態では、基礎部５の基礎本体５１は、複数設けられ、それぞれ杭体４の上端部４２と接合されているが、１つの基礎本体５１が複数の杭体４の上端部４２それぞれと接合されていてもよい。

上記の実施形態では、床部５２は、基礎本体５１の上に設けられた鉄骨梁５４と、鉄骨梁５４の上に設けられたＲＣ床５５とを有しているが、基礎本体５１の上にＲＣ床５５が設けられた構造としてもよいし、基礎本体５１と一体に構築されていてもよい。
上記の実施形態では、摩擦低減材７は、杭体４の周囲に塗布されたアスファルトであるが、上側地盤３２に杭体４を囲繞するように鋼管を設け、鋼管と杭体４とは相対移動可能とし、鋼管と杭体４との間で摩擦が生じないようにして杭体４と上側地盤３２との摩擦を低減させるようにしてもよい。

上記の第２実施形態では、振動部５８の下方に位置する杭体４３に設ける第１摩擦低減材７１と、隣接部５９の下方に位置する杭体４４に設ける第２摩擦低減材７２とは、杭体４に対して設ける量を変えることで、杭体４と上側地盤３２との摩擦低減量を変えている。これに対し、異なる種類の摩擦低減材７を設けることで、杭体４と上側地盤３２との摩擦低減量を変えるようにしてもよい。

上記の第１実施形態では、振動部５８の下方に位置する杭体４３に摩擦低減材７を設け、隣接部５９の下方に位置する杭体４４には摩擦低減材７を設けておらず、第２実施形態では、振動部５８の下方に位置する杭体４３に設ける第１摩擦低減材７１と、隣接部５９の下方に位置する杭体４４に設ける第２摩擦低減材７２とは摩擦低減量を変えている。これに対し、摩擦低減材７を設ける杭体４や、摩擦低減量を大きく設定する杭体４や摩擦低減量を小さく設定する杭体４は、上記実施形態の振動部５８および隣接部５９のどちらの直下に設けられているか以外の判断によって適宜設定されてよい。
摩擦低減材７が設けられない杭体４と、摩擦低減材７が設けられ摩擦低減量を大きく設定する杭体４と、摩擦低減材７が設けられ摩擦低減量を小さく設定する杭体４と、が混在して設けられていてもよい。

１，１Ｂ 防振構造
２ 構造物
３ 地盤
４，４３，４４ 杭体
５ 基礎部
７，７Ｂ 摩擦低減材
３１ 下側地盤
３２ 上側地盤
５３ 隙間（間隔）
５８ 振動部
５９ 隣接部
７１ 第１摩擦低減材
７２ 第２摩擦低減材

Claims (4)

1. 地盤面から下側に続く上側地盤の下方に下側地盤がある地盤に埋設され、前記下側地盤に支持されて前記地盤の上方へ延びる複数の杭体と、
   前記地盤の上方に間隔をあけて配置され、前記複数の杭体それぞれに支持された基礎部と、
   前記杭体と前記上側地盤との摩擦を低減させる摩擦低減材と、を有し、
   前記摩擦低減材は、前記複数の杭体のうちの少なくとも一部の杭体の周囲に設置されていることを特徴とする防振構造。
2. 前記基礎部は、
   所定値以上の振動が生じると想定される振動部と、
   前記振動部と隣接する隣接部と、を有し、
   前記振動部と前記隣接部とは一体に設けられ、
   前記摩擦低減材は、前記複数の杭体のうちの前記振動部の直下の杭体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の防振構造。
3. 前記基礎部は、
   所定値以上の振動が生じると想定される振動部と、
   前記振動部と隣接する隣接部と、を有し、
   前記振動部と前記隣接部とは一体に設けられ、
   前記摩擦低減材は、前記複数の杭体のうちの前記振動部の直下の杭体に設けられた第１摩擦低減材と、
   前記複数の杭体のうちの前記隣接部の直下の杭体に設けられた第２摩擦低減材と、を有し、
   前記第１摩擦低減材は、前記第２摩擦低減材よりも前記杭体と前記上側地盤との摩擦低減量が大きいことを特徴とする請求項１に記載の防振構造。
4. 前記摩擦低減材は、前記杭体の周囲に塗布されたアスファルトである請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の防振構造。

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