JPH05214843A - 地盤振動低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】地盤振動の低減性能に優れ、かつ圧縮耐圧力及
び安定性の良い地盤振動低減装置を提供することを目的
とする。 【構成】地盤上に構築される構造物１の埋設基礎部の鉛
直表面またはその一部に一個もしくは複数の緩衝材３を
地盤との間に設けるものにおいて、緩衝材３は鉛直方向
のばね係数が水平方向の圧縮ばね係数の１／３未満とす
る異方性弾性体であると共に、該緩衝材３は地盤側の外
面が板部材４で支えられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、建築物等、地盤上に
構築される構造物に伝わる地盤振動を低減する装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】建築物や精密機械設備等、地盤上に構築
される構造物では、その周辺にある鉄道や道路、工場等
で発生した振動が地盤を介して当該構造物に伝わり、そ
の居住性や設備の機能を害するという振動公害が各所で
発生している。

【０００３】かかる振動に対する対策としては、振動
源から出る振動を抑制する対策、伝播径路（地盤）に
おける対策、受振側たる上記構造物における対策の三
種に大別される。

【０００４】上記三種の対策のうち、受振側での対策と
して従来実施された代表的な例としては、構造物の地下
外壁とこれを囲む地盤との間の複数箇所に、発泡スチロ
ール、ゴム等の弾性体を緩衝材として設けている。その
場合、緩衝材が柔らかければ柔らかいほど、すなわち、
ばね係数が小さいほど、地盤から構造物に伝わる振動を
低減することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】地盤振動を遮断するた
めの弾性体は、柔らかいほどその効果が大きいことは前
述のごとくであるが、柔らかくなるにしたがい次のよう
な問題がでてくる。

【０００６】 構造物は地震時に水平方向の慣性力が
生じて、該水平方向に動こうとするが、これを抑えるた
めのばね反力が小さくなり、不安定となる。

【０００７】 弾性体には常に土圧（水平方向の圧縮
力）が作用しているが、地中深くなると土圧も大きくな
り弾性体の許容圧縮耐力を超えてしまい弾性体はその機
能を果たせなくなる。

【０００８】本発明は、かかる問題点を解決し、振動低
減性を良好に保ちつつ、構造物の安定性を損なわず圧縮
耐荷力の高い緩衝材をもった地盤振動低減装置を提供す
ることを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、地盤上に構築される構造物の埋設基礎部の鉛直表
面またはその一部に一個もしくは複数の緩衝材を地盤と
の間に設けるものにおいて、緩衝材は鉛直方向の剪断ば
ね係数が水平方向の圧縮ばね係数の１／３未満とする異
方性弾性体であると共に、該緩衝材は地盤側の外面が板
部材で支えられていることによって達成される。

【００１０】

【作用】地盤振動は、一般に、鉛直方向の振動が主成分
で、水平方向の振動は副成分である。かかる地盤振動が
伝播されてきた場合、本発明の地盤振動低減装置では、
緩衝材が鉛直方向には剪断ばね係数が小さいために大き
く弾性剪断変形するので上記振動の主成分は構造物に殆
ど伝達されない。これに対し、上記緩衝材は水平方向に
はばね係数が大きいために上記振動の副成分を構造物に
伝えてしまうが、この副成分は小さいために事実上重大
な問題にならない。そして、水平方向に圧縮ばね係数が
大きいが故に、ばね反力が大きく構造物の安定姓を確保
できると共に、緩衝材の圧縮耐荷力が大きくなる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面にもとづい
て説明する。

【００１２】実施例の説明に先立ち、本発明に至った経
緯及びその原理について説明する。緩衝材たる弾性体
は、振動遮断という機能の他に、構造物や地盤からの圧
縮力を受けとめるという性能も要求される。

【００１３】かかる弾性体に要求される性能を整理する
と以下のようになる。 Ａ．振動低減性能の面からの要求 水平方向の圧縮ばね係数が小さいこと。

【００１４】 鉛直方向の剪断ばね係数が小さいこ
と。 Ｂ．地震時の安定性の面からの要求 水平方向の圧縮ばね係数が大きいこと。

【００１５】 水平方向の圧縮耐荷力が大きいこと。 Ｃ．土圧の面からの要求 水平方向の圧縮耐荷力が大きいこと。

【００１６】上記の要求性能 〜のうち、とは
一般に同じ傾向を示す。すなわち、ゴムや樹脂などの弾
性体は圧縮ばね係数が大きくなると圧縮耐荷力も大きく
なる。よって、実際には ，，の３項目に注目す
ればよい。

【００１７】この３項目のうち、とは相反する内容
の項目である。したがって、いづれか一方を犠牲にせざ
るを得ないが、は必須条件であるため、水平方向の圧
縮ばね係数は、地震時の安定性を確保できる程度の硬さ
にせざるを得ない。このため、地盤振動のうち水平成分
の低減は期待しない。しかし、実際の地盤振動の水平成
分は副成分であり、主成分たる鉛直成分に比べて、一般
に小さいので、鉛直成分のみを低減するようにしても相
当な振動低減効果を発揮する。このため、弾性体は鉛直
方向の剪断ばね係数が十分小さく、かつ、水平方向の圧
縮ばね係数と圧縮耐荷力は地震時の安定性や土圧の大き
さに応じて必要な大きさにする必要がある。

【００１８】ところで、前述した従来技術においては、
弾性体として単なるゴムや発泡スチロールなどの等方性
弾性体を用いている。等方性弾性体の圧縮ばね係数とそ
の直角方向の剪断ばね係数の関係は以下のとおりであ
る。

【００１９】Ｋ_C ＝（Ａ・Ｅ）／Ｈ Ｋ_S＝（Ａ・Ｅ）／｛２Ｈ（１＋ν）｝ Ｋ_C ：圧縮ばね係数 Ｋ_S ：圧縮方向と直角方向の剪断ばね係数 Ａ ：断面積 Ｅ ：縦弾性係数 ν ：ポアソン比 Ｈ ：厚さ寸法 等方性弾性体のポアソン比の最小は０、最大は０．５で
あるから、結局Ｋ_S＝（１／３〜１／２）Ｋ_Cとなる。

【００２０】Ｋ_Cの最小値は、地震時安定性や土圧から
決まるため、Ｋ_Sを十分小さくしたくともＫ_Cの１／３に
しかできない。このため、等方性弾性体を用いた振動低
減装置は高々２〜３ｄＢ程度の効果しか得られない。十
分な振動低減効果、たとえば、５ｄＢ以上の効果を得る
ためにはＫ_SはＫ_Cの数１０分の１以下にする必要があ
る。

【００２１】そこで本発明は、異方性弾性体を緩衝材と
して用い、該緩衝材の地盤側の外面を板部材で支えるこ
ととし、上記異方性弾性体は鉛直方向のばね係数Ｋ_Cを
水平方向のばね係数Ｋ_Sの１／３以下としたものであ
る。なお、板部材は、埋設基礎部の鉛直表面に地盤が接
しないようにする役目をもつ。

【００２２】＜第一実施例＞鉄道、道路、工場等から発
生した地盤振動を低減するために、構造物の地下外壁に
本発明の緩衝材を採用した地盤振動低減装置を取り付け
た構造物の実施例を図１に示す。

【００２３】図１において、１は構造物で、１Ａがその
地下外壁である。地下外壁１Ａと地盤Ｇとの間には、空
間が形成され、該空間内に本発明の地盤振動低減装置２
が設置されている。該地盤低減装置２は、上記地下外壁
１Ａに適宜複数箇所で接面する緩衝材３と、各緩衝材３
の地盤側の外面を連結するように支持し地盤の土圧を受
ける殻状の板部材４とから構成されている。

【００２４】上記緩衝材３は、異方性弾性体から成り、
鉛直方向の剪断ばね係数が水平方向の圧縮ばね係数の１
／３以下となっている。該緩衝材３は地盤振動の鉛直成
分を反射する機能、及び、板部材４と構造物の外面を連
結する機能を果たす。また、板部材４は振動する地盤Ｇ
と構造物１の外面を接触しないように設けた壁をなし、
コンクリートや鋼板など剛性の高い材料で作られる。か
くして、地盤の振動はすべて緩衝材３に伝達される。

【００２５】次に、かかる緩衝材を有する本実施例装置
に地盤振動が作用した場合について説明する。この振動
は、通常、鉛直方向振動を主成分とし、水平方向振動を
副成分としている。

【００２６】図２に示されるごとく、緩衝材２には、常
に水平方向の土圧５とその反力６が作用し、また地震時
には土圧の他に、水平方向の地震力６とその反力５が作
用して、強い力で圧縮される。しかし、この緩衝材２
は、これらの力に耐えられる水平方向の圧縮ばね係数と
圧縮耐荷力を有するように自由に設計できるので問題は
ない。しかし、それなりに硬いため地盤振動の副成分で
ある水平方向の振動は地盤から緩衝材を通じて構造物に
伝達してしまうが、一般に主成分たる鉛直成分に比べて
小さいので実用的には大きな問題とならない。

【００２７】次に、図３は地盤振動の主成分たる鉛直成
分の作用の状況を模式的に表したものである。地盤Ｇか
ら板部材４に伝達した鉛直方向の振動７は、緩衝材２の
鉛直方向の剪断ばね係数が小さくなるように構成されて
いるため、緩衝材２により大部分が地盤の方向に反射さ
れてしまい、構造物１に伝わる振動８は地盤からの振動
７に比べて大変小さくなる。緩衝材２が従来装置におけ
るごとく等方性弾性体である場合は、その鉛直方向剪断
ばね係数は水平方向圧縮ばね係数の１／３未満にするこ
とはできないが、本発明にあっては異方性弾性体を用い
ることによりそれよりも小さくできるからである。

【００２８】圧縮ばね係数に比べてその直角方向の剪断
ばね係数が著しく小さい異方性弾性体を、単一の特殊な
材料で製作することも可能であるが製作コストが著しく
高くなる。そこで、図４に示すように鋼板２Ａと、ゴム
または樹脂２Ｂを互いに接着して積層することにより、
Ｘ方向の圧縮ばね係数とＹＺ面での剪断ばね係数の比を
大きくすることができ、製作コストも安くなる。その場
合、剪断ばね係数と圧縮ばね係数の比は、積層体の断面
積（ＹＺ面における断面積）とゴムまたは樹脂の一層の
厚さ（Ｘ方向の厚み）の比が大きくなればなるほど大き
くなる。そして、使用の際はＺを鉛直方向とする。例え
ば、図４の積層体が以下の諸元であるとすると、Ｚ方向
の剪断ばね係数はＸ方向の圧縮ばね係数の３５分の１程
度になる。

【００２９】積層体の諸元 外形寸法 Ｘ方向長さ５ｃｍ Ｙ方向長さ１０ｃｍ Ｚ方向長さ１０ｃｍ 鋼板 厚さ０．５ｃｍの鋼板４枚 ゴム ポアソン比ν ＝０．５ （厚さ１ｃｍ，３層） このような積層体を緩衝材として用いることにより、剪
断ばね係数が圧縮ばね係数よりも著しく小さいという、
等方性弾性体では得られない特性を得ることができる。

【００３０】＜第二実施例＞図５は構造物１の基礎杭９
の上部に本実施装置１０を設けた例である。基礎杭１は
地盤と該基礎杭との間に摩擦力を期待するものであるた
め、同装置を基礎杭全長にわたって取り付けることはで
きない。地盤振動は表面波が主成分であるため、深い部
分まで設ける必要はない。図６は同装置を取り付けた杭
上部の透視図である。本実施例では、板部材４Ａは円筒
状に形成され、緩衝材３Ａは、上記板部材４Ａと基礎杭
９との間に形成される環状空間に適合して複数箇所に分
布配設されるように横断面が扇状をなしている。

【００３１】＜第三実施例＞図７に示される第三実施例
は、基礎杭９を有する構造物１のフーチング１１と地中
梁１２に本実施例装置１３を設けた例である。本実施例
装置１３は第二実施例装置を平面に展開した形態で緩衝
材が分布配設されている。図８は図７の平面図である。
このように、フーチングや地中梁の鉛直外面に同装置を
設ける。

【００３２】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、鉛直方
向の剪断ばね係数が水平方向の圧縮ばね係数の１／３未
満になる異方性弾性体を緩衝材として用いるため、構造
物の地震時安定性や土圧に対する安全性を損なうことな
く、十分な振動低減効果を得るに必要な十分な柔らかさ
をもった剪断ばね係数の緩衝材を得ることができるよう
になり、構造物に伝達する地盤振動の鉛直成分を大きく
低減することができる。また、上記の緩衝材として、鋼
板とゴムまたは樹脂から成る積層体を用いることによ
り、安価なコストで自由に剪断ばね係数を小さくするこ
とが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施例装置の縦断面図である。

【図２】図１装置の緩衝材の拡大断面図である。

【図３】図２の緩衝材の鉛直方向変形時の断面図であ
る。

【図４】図２の緩衝材の斜視図である。

【図５】第二実施例装置の断面図である。

【図６】図５装置の部分破断拡大斜視図である。

【図７】第三実施例装置の断面図である。

【図８】図７装置の底面図である。

【符号の説明】

１ 構造物 ３ 緩衝材 ４ 板部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地盤上に構築される構造物の埋設基礎部
   の鉛直表面またはその一部に一個もしくは複数の緩衝材
   を地盤との間に設けるものにおいて、緩衝材は鉛直方向
   の剪断ばね係数が水平方向の圧縮ばね係数の１／３未満
   とする異方性弾性体であると共に、該緩衝材は地盤側の
   外面が板部材で支えられていることを特徴とする地盤振
   動低減装置。
2. 【請求項２】 埋設基礎部の鉛直表面は、基礎杭の上部
   外面、フーチング外面、地中梁外面そして地下外壁のう
   ちいづれか一つ以上であることとする請求項１に記載の
   地盤振動低減装置。
3. 【請求項３】 異方弾性体は、鋼板とゴムまたは鋼板と
   樹脂を、界面が鉛直方向になるように水平方向に積層し
   て形成されていることとする請求項１に記載の地盤振動
   低減装置。