JP7420606B2 - 建物本体の支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、建物本体の支持構造に関する。

建物は、地盤上に設けられた基礎梁と、基礎梁から立設された柱、梁などを含む建物本体とで構成され、従来、地盤に打設された杭によって建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、基礎梁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本体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本体に作用して建物本体が浮き上がるロッキングと呼ばれる現象が生じた場合、建物本体の浮き上がり量が過大となり建物本体が損傷することが懸念され、また、建物本体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本体に加わり建物本体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、地震時の建物の柱の過大な浮き上がりや損傷を抑制し、かつ、浮き上がった建物本体が降下する際の衝撃を緩和する上で有利な建物本体の支持構造を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため本発明は、基礎梁から立設された柱を含む建物本体の前記基礎梁上での支持構造であって、前記柱の柱脚に下方に開放された柱脚部が形成され、前記基礎梁と前記柱脚部とにわたり、前記建物本体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、前記建物本体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抵抗機構が設けられ、前記柱脚部の上部に頂部が設けられ、前記抵抗機構は、前記基礎梁の上面と、前記頂部とにわたって設けられたダンパーを含んで構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記ダンパーは、前記基礎梁の上面に対して、及び、前記頂部に対して揺動可能に結合されていることを特徴とする。
また、本発明は、前記基礎梁と前記柱脚との間に、前記基礎梁に対して前記柱脚の上方への変位を許容しつつ前記柱脚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、前記基礎梁の上面に取着され、その上部が前記柱脚部にはめ込まれ前記基礎梁の上面から上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柱脚キャップを含んで構成され、前記抵抗機構は、前記柱脚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、前記基礎梁と前記柱脚との間に、前記基礎梁に対して前記柱脚の上方への変位を許容しつつ前記柱脚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柱脚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、前記基礎梁の上面に取着され、その上部が前記柱脚部にはめ込まれ前記基礎梁の上面から上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柱脚キャップを含んで構成され、前記抵抗機構は、前記柱脚キャップの上面と前記柱脚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、基礎梁と柱脚部とにわたり、建物本体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、建物本体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抵抗機構が設けられているため、例えば地震などが発生し建物に水平方向の力が作用した場合、建物本体の過大な浮き上がりを抑制し、かつ、浮き上がった建物本体が降下する際の衝撃を緩和する上で有利となる。このため、建物本体の損傷を抑制し、建物本体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、本発明によれば、抵抗機構は、基礎梁の上面と、柱脚部の上部に設けられた頂部とにわたって設けられたダンパーを含んで構成されているため、建物本体の一側が大きく浮き上がる方向に変位しようとする場合、また、建物本体の浮き上がり後に降下する場合、ダンパーによる抵抗により、建物本体の上方への変位、または下方への変位に対しての抵抗を生じる。
したがって、建物本体の浮き上がりを許容しつつ抵抗を生じ、建物本体の過大な浮き上がりを抑制する上で有利となるとともに、建物本体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、建物本体の衝撃を緩和する上で有利となる。そのため、建物本体の損傷を抑制する上で有利となり、建物本体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、本発明によれば、ダンパーは、基礎梁の上面に対して、及び、頂部に対して揺動可能に結合されているので、上部構造物の浮き上がり時、および、浮き上がり後の降下時に、上部構造物が底部に対して水平方向に変位してもダンパーが揺動することでダンパーに無理な力が加わることを抑制し、ダンパーの耐久性の向上を図る上で有利となる。
また、本発明によれば、基礎梁と柱脚との間に、基礎梁に対して柱脚の上方への変位を許容しつつ柱脚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、建物本体に過大な水平力が加わることで一時的に建物本体の浮き上がりや水平方向へのずれが生じても、位置決め部により建物本体の水平方向の位置が元の位置に戻るため、地震の収束後に建物本体を水平に支持する上で有利となる。
また、位置決め部を、基礎梁の上面に取着され、その上部が柱脚部にはめ込まれ基礎梁の上面から上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柱脚キャップを含んで構成し、抵抗機構を、柱脚キャップの内側を通って設けると、柱脚キャップが柱脚の柱脚部に対しあらゆる方向に傾動可能となるため、仮に基礎梁が傾斜していても建物本体を水平に支持する上で有利となる。
また、本発明によれば、基礎梁と柱脚との間に、基礎梁に対して柱脚の上方への変位を許容しつつ柱脚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柱脚部とにわたって設けると、地震時、建物本体に過大な水平力が加わることで一時的に建物本体の浮き上がりや水平方向へのずれが生じても、位置決め部により建物本体の水平方向の位置が元の位置に戻るため、地震の収束後に建物本体を水平に支持する上で有利となる。
また、位置決め部を、基礎梁の上面に取着され、その上部が柱脚部にはめ込まれ前記基礎梁の上面から上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柱脚キャップを含んで構成し、抵抗機構を、柱脚キャップの上面と柱脚部とにわたって設けると、柱脚キャップが柱脚の柱脚部に対しあらゆる方向に傾動可能となるため、仮に基礎梁が傾斜していても建物本体を水平に支持する上で有利となる。

実施の形態の建物本体の支持構造の構成を示す説明図である。 実施の形態の建物本体の支持構造において建物本体の浮き上がりが発生した場合を示す説明図である。

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、本実施の形態の建物本体の支持構造１０Ｆは、水平方向に延在する基礎梁１２から立設された複数の柱１４を含む建物本体１６を基礎梁１２上で支持するものであり、抵抗機構２０Ｆを含んでいる。
すなわち、建物１８は、建物本体１６と基礎梁１２とを含んで構成され、建物１８は、体育館、倉庫、鉄塔などの構造物であり、建物本体１６は、基礎梁１２から立設された複数の柱１４、それら柱１４間に架け渡された複数の梁などを含んで構成されている。
基礎梁１２として、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）、鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ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。
なお、図中符号２２は基礎梁１２上に設けられた床スラブを示し、符号２２０２は、後述する柱脚キャップ３０を基礎梁１２の上面１２０２に取着するための開口を示す。

柱１４は、柱本体２４と、柱本体２４の下部を構成する柱脚２４０２と、柱脚部２６とを含んで構成されている。
なお、柱１４として、鋼管柱、ＲＣ柱（鉄筋コンクリート柱）、ＳＲＣ柱（鉄骨鉄筋コンクリート柱）、ＳＣ柱（鉄骨コンクリート柱）、あるいは木造柱など従来公知の様々なものが使用可能であり、本実施の形態では、鋼管柱である。
柱本体２４は、基礎梁１２の上面１２０２から立設され、柱脚２４０２の下面は基礎梁１２の上面１２０２に対向している。
柱脚部２６は、柱脚２４０２に下方に開放状に形成されている。
本実施の形態では、柱本体２４は鋼管柱であるため、円柱状の空間部が柱本体２４の内部で柱本体２４の全長にわたって形成されている。なお、柱本体２４がＲＣ柱などの鋼管柱以外の柱を用いた場合には、柱脚部２６を柱脚２４０２に予め形成しておく。
また、図中符号２５は、柱脚部２６の下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は溶接によって柱脚部２６に接合されている。

更に本実施の形態では、位置決め部２８が設けられている。
位置決め部２８は、基礎梁１２と柱脚２４０２との間に設けられ、基礎梁１２に対して柱脚２４０２の上方への変位を許容しつつ柱脚２４０２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２８は柱脚キャップ３０と柱脚２４０２を含んで構成されている。
柱脚キャップ３０は、鋼製であり、キャップ本体３００２と、蓋板部３００４とを備えている。
キャップ本体３００２は、基礎梁１２の上面１２０２から上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３００２の上部は柱脚部２６にはめ込まれ、言い換えると柱脚２４０２の下端にはめ込まれている。
蓋板部３００４は、キャップ本体３００２の下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３００４の中心には、後述する下端フランジ３２０２を収容する孔部３００５が形成されている。
蓋板部３００４は、キャップ本体３００２の軸心と蓋板部３００４の中心とを合致させた状態でキャップ本体３００２の下縁と蓋板部３００４の上面とが溶接で接合されている。
蓋板部３００４は、基礎梁１２の上面１２０２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３００２の上部が柱脚部２６にはめ込まれた状態でキャップ本体３００２の上部は柱脚２４０２（柱脚部２６）の内周面２４０４の下縁２４０６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。
本発明において柱脚キャップ３０は省略可能であるが、柱脚キャップ３０を用いることにより以下の効果が奏される。
１）柱脚２４０２の柱脚部２６にキャップ本体３００２をはめ込むことで、柱脚２４０２がキャップ本体３００２に対してあらゆる方向に傾動可能となるため、柱脚部２６の損傷が避けられる。
２）地震時、建物本体１６に過大な水平力が加わることで一時的に建物本体１６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３００２が柱脚２４０２の柱脚部２６にはめ込まれることで建物本体１６の水平方向の位置が元の位置に戻るため、地震の収束後に建物本体１６を水平に支持する上で有利となる。
なお、基礎梁１２に対して柱脚２４０２の上方への変位を許容しつつ柱脚２４０２の水平方向の位置決めを行う位置決め部２８は柱脚キャップ３０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、柱脚キャップ３０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、柱２４が断面形状が円形の鋼管柱で構成されている場合について説明したが、柱は角柱であってもよく、その場合、柱脚キャップは、基礎梁１２の上面１２０２から上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２０Ｆは、基礎梁１２と柱脚２４０２の柱脚部２６とにわたって設けられている。
抵抗機構２０Ｆは、建物本体１６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、建物本体１６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。
本実施の形態では柱脚部２６の上部に頂部６４が設けられており、抵抗機構２０Ｆは、基礎梁１２の上面１２０２と、頂部６４とにわたって設けられたダンパー５０を含んで構成されている。
したがって、抵抗機構２０Ｆは、柱脚キャップ３０の内側を通って設けられ、言い換えると、抵抗機構２０Ｆは、位置決め部２８の内側に設けられている。
ダンパー５０は、シリンダ５２と、シリンダ５２の内部に挿通されたピストンロッド５４と、ピストンヘッド５６とを含んで構成され、それら部材は金属製である。

シリンダ５２は、円筒状の周壁５２０２と、周壁５２０２の軸心方向の両端部にそれぞれ設けられた円板状の第１端壁５２０４および第２端壁５２０６とを備えている。
ピストンロッド５４は、第１端壁５２０４の中心部にシール部材（不図示）を介して液密に挿通され、第１端壁５２０４を貫通して配置されている。

ピストンヘッド５６は、シリンダ５２の内部でピストンロッド５４の一方の端部に取り付けられ、ピストンヘッド５６の外周面は、シール部材（不図示）を介してシリンダ５２の周壁５２０２の内周面に液密に接しており、ピストンロッド５４の軸方向の移動によりピストンヘッド５６はシリンダ５２の周壁５２０２の内周面に対して摺動する。
ピストンヘッド５６によってシリンダ５２の内部は、第１シリンダ室５２Ａと第２シリンダ室５２Ｂとに区画されており、ピストンヘッド５６には、第１シリンダ室５２Ａと第２シリンダ室５２Ｂを連通する流路５６Ａが貫通形成されている。
本実施の形態では、ピストンヘッド５６の周囲でその周方向に１８０度の間隔をおいて２つの流路５６Ａが形成されているが、流路の個数は１つでも３つ以上でもよい。

第１シリンダ室５２Ａおよび第２シリンダ室５２Ｂには、粘性を有する流体である作動流体、例えばシリコンオイルが封入されている。
シリンダ５２には、例えば、第１シリンダ室５２Ａおよび第２シリンダ室５２Ｂそれぞれに作動流体を封入するための注入口（不図示）が、周壁５２０２または第２端壁５２０６に連通して形成されている。
そして、注入口から第１シリンダ室５２Ａおよび第２シリンダ室５２Ｂに作動流体が注入された後には、注入口は閉塞プラグ（不図示）により閉塞される。

ピストンロッド５４の他方の端部は、取り付け部材を介して第１接続フランジ５８に接続されている。
具体的には、例えば、ピストンロッド５４の他方の端部と第１接続フランジ５８に形成された取り付け孔に挿通したピン５８０２（取り付け部材）によりピストンロッド５４と第１接続フランジ５８とを接続することで、ピストンロッド５４と第１接続フランジ５８とを揺動可能に結合している。
第１接続フランジ５８は、その下部に設けられた下端フランジ３２０２が基礎梁１２の上面１２０２にボルトＢ２、ナットＮ２を介して締結されている。

第２端壁５２０６には、第２端壁５２０６から突設する基板部６０が設けられ、基板部６０は取り付け部材を介して、頂部６４の下面６４０２に固定して設けられた第２接続フランジ６２に接続されている。
具体的には、例えば、基板部６０と第２接続フランジ６２に形成された取り付け孔に挿通したピン６２０２（取り付け部材）により基板部６０と第２接続フランジ６２とを接続することで、基板部６０と第２接続フランジ６２とを揺動可能に結合している。
従って、ダンパー５０は、基板部６０と第２接続フランジ６２により頂部６４に対して揺動可能に結合され、ピストンロッド５４と第１接続フランジ５８により基礎梁１２の上面１２０２に対して揺動可能に結合され、ている。
なお、柱脚キャップ３０が中実状の截頭円錐形を呈している場合には、ダンパー５０は柱脚キャップ３０の上面に接続され、柱脚キャップ３０の上面と頂部６４とにわたって設けられることになる。

ダンパー５０は、建物本体１６が基礎梁１２に対して浮き上がっていない建物本体１６の静止状態で、ピストンヘッド５６がシリンダ５２の上部の初期位置に位置している（図１参照）。そして、建物本体１６に水平力が作用して建物本体１６の浮き上がるとシリンダ５２が上昇し、その結果、ビストンヘッド５６がシリンダ５２内の初期位置から降下する（図２参照）。
このようにシリンダ５２が上昇することでピストンヘッド５６がシリンダ５２内を降下し、作動流体が第１シリンダ室５２Ａから流路５６Ａを通過して第２シリンダ室５２Ｂに移動する際に抵抗が生じる。また、ピストンヘッド５６がシリンダ５２内を上昇する場合も同様に抵抗が生じる。

次に作用効果について説明する。
図１に示すように、地震や台風などが発生していない建物本体１６の静止状態では、柱脚キャップ３０の上部は柱脚２４０２の柱脚部２６にはめ込まれ、ピストンヘッド５６は初期位置に位置した状態となっている。

小規模、中規模な地震が発生し、あるいは、台風による横風を受け、建物本体１６に水平力が作用し、そのモーメントにより建物本体１６が傾動し、建物本体１６の一側が浮き上がる方向に変位しようとする。
この場合、建物本体１６に接続されたシリンダ５２の上昇によりピストンヘッド５６がシリンダ５２内を降下し作動流体が移動する際の抵抗により、建物本体１６の上方への変位に対しての抵抗を生じる。したがって、建物本体１６の浮き上がりを抑制し、建物本体１６の損傷を抑制する上で有利となり、さらに建物本体１６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、大規模の地震が発生し、あるいは、大型の台風による横風を受け、建物本体１６に大きな水平力が作用し、そのモーメントにより建物本体１６が傾動し、建物本体１６の一側が浮き上がる方向により速い速度で変位しようとする。
この場合、シリンダ５２の上昇によりピストンヘッド５６がシリンダ５２内を降下し作動流体がより速く移動しようとする際の抵抗により、建物本体１６の上方への変位に対してより大きな抵抗を生じる。
したがって、建物本体１６の浮き上がりを許容しつつより大きな抵抗を生じ、建物本体１６の過大な浮き上がりを抑制する上で有利となる。そのため、建物本体１６の損傷を抑制する上で有利となり、建物本体１６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、建物本体１６の浮き上がり後の降下時には、建物本体１６に接続されたシリンダ５２の降下によりピストンヘッド５６がシリンダ５２内を上昇し作動流体が移動する際の抵抗により、建物本体１６の下方への変位に対しての抵抗を生じる。
したがって、建物本体１６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、建物本体１６の衝撃を緩和する上で有利となる。そのため、建物本体１６の損傷を抑制する上で有利となり、建物本体１６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、ダンパー５０は、ピストンヘッド５６がシリンダ６２内を移動する際に抵抗を生じるものであればよく、実施の形態の構造に限定されず、従来公知の様々な構造のダンパーが使用可能である。

また、上記の実施の形態にかかる建物本体の支持構造は、柱脚キャップの強度を柱の強度よりも弱く設計してもよい。そうすると、建物本体が浮き上がり後に降下することで柱が柱脚キャップに落下して衝撃を受けた場合に、柱脚キャップを主に損傷させることができるため、構造物の修繕時に柱脚キャップのみを交換すれば足りる。
また、実施の形態にかかる建物本体の支持構造では、１つの柱に対して１つのロッドを設けた構成としていたが、柱脚部の大きさが許せば２つ以上のロッドを設けた構成としてもよい。これにより、さらに大きな抵抗を生じさせることができるが、１つのロッドを設けた構成の場合はコストを抑えて支持構造を提供することができる。
また、同じ震度や横風であっても建物の構造やアスペクト比によってそれぞれの建物本体の変位は異なるため、個々の建物に合わせて建物本体の変位に対する抵抗を生じさせるよう設計することで、上述した効果を発揮させる上で有利となる。

１０Ｆ 建物本体の支持構造
１２ 基礎梁
１２０２ 上面
１４ 柱
１６ 建物本体
１８ 建物
２０Ｆ 抵抗機構
２２ 床スラブ
２２０２ 開口
２４ 柱本体
２４０２ 柱脚
２４０４ 内周面
２４０６ 下縁
２６ 柱脚部
２８ 位置決め部
３０ 柱脚キャップ
３００２ キャップ本体
３００４ フランジ部
３２０２ 下端フランジ
５０ ダンパー
５２ シリンダ
５２０２ 周壁
５２０４ 第１端壁
５２０６ 第２端壁
５２Ａ 第１シリンダ室
５２Ｂ 第２シリンダ室
５４ ピストンロッド
５６ ピストンヘッド
５６Ａ 流路
５８ 第１接続フランジ
６０ 基板部
６２ 第２接続フランジ
６４ 頂部

Claims (4)

1. 基礎梁から立設された柱を含む建物本体の前記基礎梁上での支持構造であって、
   前記柱の柱脚に下方に開放された中空状の柱脚部が形成され、
   前記基礎梁と、前記柱脚部の上部の内周部に前記柱脚部と一体に設けられた頂部とにわたり、前記建物本体の浮き上がり時および浮き上がり後の降下時に抵抗を生じるダンパーが設けられ、
   前記ダンパーは、前記基礎梁に対して、及び、前記頂部に対して揺動可能に結合され、
   前記基礎梁と前記柱脚との間に、前記基礎梁に対して前記柱脚の上方への変位および水平方向への変位を許容しつつ前記柱脚の水平方向の位置決めを行なう位置決め部が設けられている、
   ことを特徴とする建物本体の支持構造。
2. 前記ダンパーは、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記載の建物本体の支持構造。
3. 前記位置決め部は、前記基礎梁の上面に取着され、その上部が前記柱脚部にはめ込まれ前記基礎梁の上面から上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柱脚キャップを含んで構成され、
   前記ダンパーは、前記柱脚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２記載の建物本体の支持構造。
4. 前記位置決め部は、前記基礎梁の上面に取着され、その上部が前記柱脚部にはめ込まれ前記基礎梁の上面から上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柱脚キャップを含んで構成され、
   前記ダンパーは、前記柱脚キャップの上面と前記頂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記載の建物本体の支持構造。

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