JPH09256667A - 中低層の鉄骨ラーメン造建築物の基礎構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、基礎の構築を簡単に且つ低コストで
行うことができ、さらに免震装置を介在させて、地震に
対して十分な耐久性を持つ鉄骨造建築物の基礎構造を提
案することを目的としている。 【解決手段】本発明は、中低層の鉄骨ラーメン造建築物
１において、基礎部５を地面に配置し、前記鉄骨ラーメ
ン造建築物１を構成する柱２の下端部を鉄骨浮き基礎梁
３を用いてそれぞれ連結し、該柱の下端部２ａを免震装
置４を介して前記基礎部５に固定したことを特徴とする
中低層の鉄骨ラーメン造建築物の基礎構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中低層の鉄骨ラー
メン造建築物を支持する基礎構造であって、特に、鉄骨
造建築物の重量を柱が受け、これを免震装置を介して支
持する基礎構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の建築物においても、浮き基礎梁を
建物に用い、この下部を免震装置を介して地面に支持さ
せる構造が提案されている。この場合、杭基礎などを用
いれば、免震装置が地震時の水平力を低減するため、基
礎構造体の縮小が可能であり、理論上、地中埋設基礎梁
を設ける必要もなくなる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
鉄筋コンクリート造建築物においては、上記構造を応用
する場合、建築物の重量が大きく、免震装置によって低
減された地震時の水平力も決して小さいとは言えない。
そのため、その水平力を確実に地面に伝えるために、実
際には基礎梁が不可欠になっている。

【０００４】また、中低層の一般の鉄骨造建築物では、
基礎自体が比較的弱く、免震装置を使用したとしても地
震時の水平力を確実に地盤に伝えるためには、地中埋設
基礎梁を用いる必要があった。さらに、ラーメン造でな
い鉄骨建築物の場合、柱荷重を一旦、浮き基礎梁に受け
て免震装置に流すために、この浮き基礎梁は断面の大き
な建材を用いる必要があり、建築物の重量が大きくなっ
て免震装置を使用しても地中埋設基礎梁が不可欠であっ
たほか、免震装置の下端から浮き基礎梁の上端までの距
離が大きくなってしまい、一階の床高を上げるか、もし
くは地面を掘り下げて免震装置を設置する必要があっ
た。

【０００５】現在、我が国においてかなりの数の免震建
築物が建っているが、以上の理由から、実際には地中埋
設基礎梁がないない建築物は施工されていない。

【０００６】そこで、本発明は、浮き基礎の重量を軽減
することにより、建築物の重量を小さいものとし、もっ
て、施工期間がかかり及び施工手順の繁雑な地中埋設基
礎梁を必要としない免震装置を有する鉄骨造建築物の基
礎構造を提案することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、中低層の鉄骨
ラーメン造建築物において、基礎部を地面に配置し、前
記鉄骨ラーメン造建築物を構成する柱の下端部を鉄骨浮
き基礎梁を用いてそれぞれ連結し、該柱の下端部を免震
装置を介して前記基礎部に固定した鉄骨造建築物の基礎
構造を提案して上記課題を解決している。

【０００８】加えて、上記鉄骨造建築物の基礎構造にお
いて、前記免震装置は初期剛性と二次剛性を有し、降伏
せん断力係数を下げることにより、前記免震装置が少な
くとも建築物の設計最大風速時に受ける荷重が前記二次
剛性領域にあるように免震設定してもよい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の第一実施例を図１及び図
２に基づいて説明する。図１は免震装置を有する鉄骨造
建築物の側面図、図２は免震装置の斜視断面図である。

【００１０】図１に示すように、建築物１は、その躯体
を複数の鉄骨柱２及び鉄骨梁（図中、基礎梁３のみを示
す）を組立ててなる鉄骨造建築物である。各鉄骨柱２に
は角型鋼管が用いられ、また基礎梁３他の鉄骨梁にはＨ
型鋼が用いられ、これら鉄骨柱２と鉄骨梁とはボルト等
により剛結合されてラーメン構造を形成している。特に
基礎梁３は、鉄骨柱２の下端部２ａにおいて各鉄骨柱２
を締結するように固定されている。

【００１１】鉄骨柱２の各下端部２ａは、免震装置４を
介して地面Ｇに設置された基礎５に支持されている。基
礎５は地面Ｇに円筒状の、または矩形状の穴を堀り、鋼
管杭６を打ち込んだうえで、その上部に捨てコンクリー
ト５ａを打ち、さらに型枠５ｂ内に高強度・無収縮モル
タル５ｃを打設したものである。鋼管杭６は、型枠５ｂ
内の高強度・無収縮モルタル５ｃに強固に締結されてい
る。なお、ボルト７は鋼管杭７に対する型枠５ｂの高さ
調整に用いるボルトである。

【００１２】免震装置４は、積層ゴム型の免震装置であ
る。この免震装置４は、図２に示すように、上下２枚の
取付板４ａ、４ｂの間に、複数枚の円盤状鉄板とゴム板
を交互に重ねた積層体４ｃを挟んで形成したものであ
る。なお、積層体４ｃの中心部には、鉛プラグ４ｄを配
置し、その免震特性を調節している。

【００１３】鉄骨柱２の下端には免震装置４の上部取付
板４ａと形状が一致する固定板２ｂが溶接固定され、こ
れら取り付け板４ａと固定板２ｂとは複数のボルト８を
使って締結されている。また、免震装置４の下部取付板
４ｂは、基礎５の型枠５ｂに溶接等により接合されてい
る。

【００１４】以上説明した建築物１は、躯体全体の重量
が鉄骨柱２を介して免震装置４にかかる構造となってい
る。このため、地震の際、免震装置４が建築物１の震動
を低減し、この建築物１が破損することを防止すること
ができる。特に、上記建築物１はラーメン構造を有し、
柱荷重が基礎梁３にかからないために、基礎梁３の断面
を小さくすることができ、そのため基礎梁３を軽量にし
て、地震の際、建築物１に加わる水平力を小さく押さえ
ることができる。もって、免震装置４が地震の際の建築
物１にかかる水平力を充分に低減するために、従来、地
面を掘削して形成していた鉄筋コンクリート基礎梁を不
要とし施工工数の削減、工期の短縮、経費の削減等を期
待できる。なお、基礎５は建築物１をスポット的に支持
するものであって、布基礎のように連続的に支持するも
のでなくてよい。

【００１５】また、従来の基礎構造と異なり、鉄骨基礎
梁３を用いることにより、増築時などの際、基礎の横方
向への延長がボルト閉めだけで容易に行うことができ、
施工精度も鉄筋コンクリート基礎梁に比べて向上させる
ことができる。さらに、上記したとおり、鉄骨基礎梁３
として小さい断面の型鋼を用いることができるので、免
震装置４を地面との間に介在させても従来の免震建築物
のように、地面を掘り下げることなく建築物１の一階床
高を低くすることができ、使い勝手のよい建築物とする
ことができる。

【００１６】本実施例では、免震装置４の震動特性を所
定の値に設定して、建築物１が比較的重量の軽い低層住
宅であっても、上記基礎構造を適用できるようにしてい
る。図３は建築物の免震装置による支持構造を示す説明
図であり、図４は図３の建築物の構造をさらに解析用に
摸式化したものである。建築物１に振動が加わった場合
は、その震動特性は、建築物の重さＷを地面Ｇ上でバネ
Ｓと減衰器Ｄを用いて支持するモデルによって解析され
る。

【００１７】上記した解析モデルに地震波を入力した場
合の免震装置の荷重と変形量との関係について、免震層
復元力特性を示したグラフが図５となる。同図に示すよ
うに、免震装置の同特性は、所定の荷重、すなわち降伏
耐力Ａまで単位荷重あたりの変形量が小さく、剛性（荷
重／変形量）が大きい初期剛性ks（同領域）と、降伏
耐力Ａ以上の荷重がかかった際、単位荷重あたりの変形
量が大きく、剛性が小さい二次剛性k2（同領域）及び
前記降伏耐力Ａの三者で定義される。

【００１８】二次剛性領域において（荷重がプラス
時）、復元力特性のＱ軸との切片は、降伏せん断力係数
αs と質量Ｍ、重力加速度ｇを用いて、αs ・Ｍ・ｇ
（＝αs・Ｗ：但しＷは重さ）と表される。なお、これ
ら初期剛性ks、二次剛性k2、降伏せん断力係数αs は、
いずれも免震装置４に使用する積層ゴムの材料特性等に
よって決定される。

【００１９】地震波は振動であるため、プラスの荷重と
マイナスの荷重とが繰り返される。そのため、その荷重
が降伏耐力Ａ以上であれば、免震層復元力特性は、同図
に示すように菱形のループ軌跡を描き、免震装置の変形
はδａ（プラス値）とδｂ（マイナス値）との間で振幅
し、この変形により、建築物に伝達される地震力は大幅
に低減される。

【００２０】次に、図６の建築物モデルを用い、風圧力
による振動特性を調べる。同建築物モデルは、３階建て
の鉄骨造住宅を想定し、その形状は、高さＨ＝９ｍ、幅
Ｂ＝10ｍ、奥行Ｄ＝５ｍの大きさを有し、全体の重さＷ
a ＝80tfと設定している。そして、同図正面、斜線で表
されている面に風圧力を受けるものと仮定している。同
建築モデルでは、免震装置は８つ設置され、均等に建築
物を支持するものとして、各免震装置４にかかる荷重Ｗ
は10tfとなる。

【００２１】本実施例では、免震装置４より支持される
建築物１を上記建築物モデルと仮定し、上記免震層復元
力特性において、初期剛性ks、二次剛性k2、降伏せん断
力係数αs を、それぞれks＝10.0t/cm、k2＝0.60t/cm、
αs ＝0.04としている。従って、復元力特性（荷重がプ
ラス時）のＱ軸との切片であるαｓ・Ｍ・ｇの値は、3.
2 tfとなる。また、免震層復元力特性は、図５に示すバ
イリニア型モデルに粘性減衰が付加されたものとし、免
震装置４の粘性減衰定数ｈを0.05に設定している。な
お、ここで、初期剛性ksの値は従来の高層建築物に使用
される免震装置の初期剛性の値に比べて、高めに設定さ
れている。

【００２２】上記建築物モデルの振動方程式として、 ｍ・ｘ”＋Ｆ（ｘ，ｔ）＝−Ｑ（ｔ） （但しｍは質点の質量、ｘは質点の変位、”は時間に関
する２階微分、Ｆ（ｘ，ｔ）は免震層の復元力、Ｑ
（ｔ）は風圧力である）を用いる。

【００２３】風圧力波は電算機上のシュミレーションに
よって設定する。建築区分を建築物荷重指針（日本建築
学会刊）の区分III （高さ数ｍから１０ｍ程度の障害物
が密集しているか、あるいは中層建築物（４〜９階）が
散在している地域）とし、想定平均風速Ｕｈを15m/sec
の場合（１年再現期待値）、30m/sec の場合（５０年再
現期待値）について模擬風圧力波を作り出す。そして、
これらの模擬風圧力波を上記振動方程式に入力して、免
震装置４の荷重変形特性を調べる。

【００２４】図７に想定平均風速Ｕｈが15m/sec の場合
の荷重変形履歴曲線を示す。かかる模擬風圧力波を入力
した際、その最大応答加速度Ａm は1.88gal に、また応
答加速度波の平均周期Ｔ0 は0.605 sec になるが（図示
せず）、この同図に示す変形量δ−荷重Ｑの関係を図５
の免震層復元力特性に対応させると、最大荷重Ｑm は0.
28tf（＜αｓ・Ｍ・ｇ／８＝０．４tf）であり初期剛性
領域内に留まり、また最大変形量δm も0.28cmに過ぎ
ず、その応答は初期剛性ｋs のもとでの線形応答となっ
ていることがわかる。

【００２５】次に、図８に同Ｕｈが30m/sec の場合の荷
重変形履歴曲線を示す。この場合の最大応答加速度Ａm
は16.88 gal となり、応答加速度波の平均周期Ｔ0 は0.
595sec となる（図示せず）。上記と同様に模擬風圧力
による応答特性を、図５と対応させると、最大荷重Ｑm
は1.02tf（＞αｓ・Ｍ・ｇ／８＝０．４tf）となって二
次剛性領域に移行し、最大変形量δm は8.57cmに達す
る。図５と図８を比較すれば明瞭なごとく、振動である
地震波による応答特性と異なり、指向性をもって入力さ
れる風力波によっては図５に示すようなループを描くこ
とはなく、風圧力によって免震装置４が大きな振幅で振
動してしまうことがないことがわかる。

【００２６】また、本振動モデルの初期剛性下における
固有周期は ２π√（Ｍ／ｋｓ）＝0.568 sec であり、
想定平均風速Ｕｈが30m/sec である場合の応答加速度波
の平均周期0.595 sec は前記固有周期とほぼ一致する値
となる。従って、風圧時の免震装置の挙動は, 初期剛性
下での免震装置の挙動とほぼ等しく、その挙動は初期剛
性ksに支配されることがわかる。本実施例の免震装置４
は初期剛性ksを高めに設定しているため、体感振動を低
減させることができる。

【００２７】以上説明したように、本実施例の建築物の
基礎構造においては、免震装置に使用する積層ゴムの材
質、またはその構造を適当に選択することにより、降伏
せん断力係数αｓを小さくし（具体的には、０．０１〜
０．０５が望ましい）、免震装置におけるαｓ・Ｍ・ｇ
の値（降伏耐力Ａは同値に従属して決定される）を小さ
い値とすることで、設計最大風速時に風圧力によって建
築物が受ける荷重を二次剛性領域内に設定することを
可能としている。このため、従来のように風圧力による
最大荷重を降伏耐力Ａ以下に設定する制約がないため
に、個建ての住宅など、軽量建築物においても有効な免
震装置４を有する基礎構造を構築することができる。

【００２８】加えて、本実施例の基礎構造においては、
免震装置４の初期剛性ksを高い値に設定すれば、この値
に依存する二次剛性領域に入る風圧力荷重による体感振
動を低いものに押さえることができる。

【００２９】なお、本実施例のごとく建築物を複数の免
震装置４が支持する場合、建築物１の重心等を考慮して
これら免震装置の降伏せん断力係数αs の値や初期剛性
ksの値を個々に設定してもよい。さらに、上記実施例の
シュミレーション条件について具体的な数値を挙げた
が、これらは一具体例に過ぎず、これらの条件に限定さ
れるものでないことは勿論である。

【００３０】本発明の第二実施例を図９を用いて説明す
る。図９は同実施例の建築物の基礎構造を示す側断面図
である。同図に示すように、本実施例では、鋼管杭の代
わりに広い接地面積を有する鉄筋コンクリート束基礎を
用いている。なお、第１実施例と同一部材は、同一の符
号を付して説明を省略する。以下の第３実施例において
も同様とする。

【００３１】同図に示すように、本実施例の建築物21は
その鉄骨柱２の下端部が、免震装置４を介して鉄筋コン
クリート束基礎25により支持されている。鉄筋コンクリ
ート束基礎25は断面台形となった広い面積の底面を有す
る基礎材であって、地面Ｇに対し大きな接地面積を確保
している。この鉄筋コンクリート束基礎25は、地面Ｇを
一部根伐し、型枠にコンクリートを打設することにより
形成され、その後周囲を埋め戻して施工作業を完了す
る。そして、コンクリート打設の際、その上面に埋め込
んだボルト26を用いて免震装置４の下部取付板４ｂを固
定している。

【００３２】本実施例の鉄筋コンクリート束基礎25は地
盤が比較的しっかりしている敷地に用いることができ
る。なお、かかる鉄筋コンクリート束基礎は、ＰＣ基礎
（プレキャストコンクリート基礎）として工場製造した
基礎を使用してもよい。

【００３３】本発明の第三実施例を図１０を用いて説明
する。同図は同実施例の建築物基礎構造を示す側断面図
である。本実施例の建築物31は、前記二つの実施例の積
層型の免震装置と異なり、すべり支承型の免震装置34を
用いている。

【００３４】この免震装置34は、ボルト８を用いて柱２
の下端部に固定される摺動材34ａと、地面Ｇ側の基礎取
付板34ｂ上に取り付けられた受け台34ｄと、これら摺動
材34ａと受け台34ｄとの間に挟み込まれる曲面体の可動
体34ｃとから構成される。摺動材34ａの下面は球曲面で
ある摺動面34ｘとなっており、受け台34ｃの上面も球曲
面となって可動面34ｙが形成されている。このため、可
動体34ｃは、摺動材34ａの摺動面34ｘと受け台34ｄの可
動面34ｙの上で摺動することができ、これらの面に対す
る支承角度を変化させることができる構造となってい
る。なお、摺動面34ｘの周囲には、装置内に砂などが侵
入しないようにゴム製の防塵カバー34ｅが取り付けられ
ている。

【００３５】地震の際、この免震装置34に水平力が伝わ
ると、移動する可動体34ｃは相対的に摺動材34ａの摺動
面34ｘ上を移動する。このとき、可動面34ｙが可動体34
ｃの支承角度を変化させるので、可動体34ｃは摺動面34
ｘの接触位置で常に平行に対向する。このため、摺動板
34ａ側に固定された建築物は、基礎５に対して水平方向
に揺動することとなり、建築物に伝達される地震力を低
下させることができる。一方、地震力が弱まると、可動
体34ｃは重力により相対的に摺動面34ｘの球曲面中心に
戻り、建築物は基礎５に対し所定の位置に戻ることがで
きる。

【００３６】以上説明したとおり、滑り支承装置を免震
装置とした第三実施例の建築物では、第一及び第二実施
例の積層ゴム型の免震装置に比べ、より単純な構造の免
震装置で免震効果を得ることができるので、コストを低
く押さえることができ、また、免震装置の下端から浮き
基礎梁の上端までの距離をより小さくすることができ
る。

【００３７】なお、同免震装置34は、摺動面34ｘの形状
や、同摺動面34ｘと可動体３ｃとの摩擦係数を調節する
などすれば、静摩擦係数は動摩擦係数より大きいので、
中程度の水平力では相対移動が無く、大きな水平力での
み相対移動する免震装置とすることができる。このた
め、風では相対移動せず（風の悪影響を受けず）、大地
震の際のみ相対移動して免震効果を発揮する免震装置と
することができる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によっては、建築物がラーメン造
であり、柱荷重を免震装置を介して基礎部が受けるため
に、浮き基礎梁に建築物の荷重がかからない。そのた
め、鉄骨浮き基礎梁の断面を小さくすることができ、施
工コストを下げることができるとともに、免震装置を埋
設することなく一階床高を低くすることができ、もって
使い勝手のよい中低層建築物を構築することができる。

【００３９】また、上記したとおり、鉄骨浮き基礎梁が
軽くなることにより、地震時に建築物に加わる水平力を
小さく押さえることができる。そのため、かかる水平力
は、免震装置によって充分、低減させることができ、結
果として地盤に伝えられる水平力は非常に小さなものと
なるので、地中埋設基礎梁を構築することなく、施工工
程数の削減、工期の短縮、経費の節減等を達成すること
ができる。

【００４０】また、免震装置の免震特性において、降伏
せん断力係数を小さくすることによって、あえて強風時
に建築物が受ける荷重を二次剛性領域内に設定したため
に、降伏耐力を低い値とすることができ、もって軽量な
低層建築物であっても、十分な免震性能を発揮できる基
礎構造を構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一実施例の免震装置を有する鉄骨造建築物の
部分側面図である。

【図２】第一実施例の免震装置の一部断面斜視図であ
る。

【図３】免震装置を基礎構造に有する建築物の模式図で
ある。

【図４】振動特性を解析するための振動モデルの説明図
である。

【図５】免震層復元力特性を示す説明図である。

【図６】風圧力による振動特性を解析するための建築物
モデルを示す説明図である。

【図７】模擬風力波による荷重変形履歴曲線を示すグラ
フである。

【図８】模擬風力波による荷重変形履歴曲線を示すグラ
フである。

【図９】第二実施例の免震装置を有する鉄骨造建築物の
部分側面図である。

【図１０】第三実施例の免震装置を有する鉄骨造建築物
の部分側面図である。

【符号の説明】

１、21、31…建築物 ２…鉄骨柱 ３…鉄骨基礎梁（基礎梁） ４、34…免震装置 ５…基礎（基礎部） ６…鋼管杭 Ｇ…地面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中低層の鉄骨ラーメン造建築物におい
   て、基礎部を地面に配置し、前記鉄骨ラーメン造建築物
   を構成する柱の下端部を鉄骨浮き基礎梁を用いてそれぞ
   れ連結し、該柱の下端部を免震装置を介して前記基礎部
   に固定したことを特徴とする中低層の鉄骨ラーメン造建
   築物の基礎構造。
2. 【請求項２】 請求項１記載の鉄骨造建築物の基礎構造
   において、前記免震装置は初期剛性と二次剛性を有し、
   降伏せん断力係数を下げることにより、前記免震装置が
   少なくとも建築物の設計最大風速時に受ける荷重が前記
   二次剛性領域にあるように免震設定されていることを特
   徴とする鉄骨造建築物の基礎構造。