JPH11293685A - 構造物の免震構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 杭から構造物に伝達される入力地震動を低減
することにより、杭本体や杭頭と基礎スラブの結合部、
さらには構造物への負荷を低減することができ、かつ、
基礎スラブを大型化する必要がなく、メンテナンス上も
問題のない免震構造を提供する。 【解決手段】 杭本体２の杭頭部に杭頭スラブ３を打設
し、その上部にすべり材６を固定する。杭頭スラブ３の
中央部に凹部３ａを形成し、凹部３ａ内に弾性ばね１０
を取り付ける。基礎スラブ４側のすべり材６と相対する
位置に支承７を設ける。基礎スラブ４にも凹部４ａを形
成し、弾性ばね１０で杭頭スラブ３と基礎スラブ４を連
結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、杭と上部構造物
の接合部において、杭頭部で構造物への入力地震動を縁
切りすることによって構造物の揺れを低減する免震構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の杭支持構造物においては、支持杭
の杭頭部は構造物基礎スラブに埋め込まれて固定されて
おり、地震動により地盤とともに杭が変動すると、その
動きがそのまま上部構造物に伝達される機構となってい
る。

【０００３】このため、地震時には、杭本体や杭と基礎
スラブの結合部、さらに構造物本体に大きな負荷が作用
することになる。

【０００４】そこで、構造物への入力地震動を低減する
免震構造が提案されているが、このうち、最も一般的な
ものは、杭設置後に、まず、下部基礎スラブを構築し、
この下部基礎スラブ上に積層ゴムなどからなる免震装置
を設置し、さらにその上に構造物基礎スラブを載せる構
造である。

【０００５】しかし、上記構造によれば、基礎スラブが
二重になって構造物の基礎が大きくなり、またこれに伴
い地盤の掘削深さが大きくなるため、工費が嵩み、工期
も長くなるという課題がある。

【０００６】また、免震装置として最も一般的な積層ゴ
ムを用いる場合には、補修、取替えなどのメンテナンス
が必要になることがあり、工事スペースやその作業方法
を予め考慮した上で構造物を設計し、構築しなければな
らない。

【０００７】また、そのような従来の免震構造の課題の
解決を目的として、例えば特公平６−２５４１８号公報
には、既成杭の杭頭部に鋼棒ダンパー部材と弾性クッシ
ョン材からなる免震ユニットを取り付けて免震杭を構成
し、弾性クッション部材により基礎スラブを弾性支持す
る構造としたものが開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】特公平６−２５４１８
号公報記載の発明の構造によれば、鋼棒ダンパーの靱性
や弾性クッション材によって杭から建物への入力地震動
のエネルギーを吸収する。

【０００９】しかし、エネルギー吸収によって塑性化し
た鋼棒ダンパーの補修や取替え等のメンテナンスが要求
される。さらに、弾性クッション材の取替え等のメンテ
ナンスが要求されることも多く、その際には杭周辺の基
礎スラブを一旦削除して杭頭を露出させ、メンテナンス
作業の後に再度修復するという作業が必要となり、供用
中の構造物に対してこのような作業を施すことは一般に
非常に困難な場合が多い。

【００１０】本願発明は上記課題の解決を図ったもので
あり、杭から構造物に伝達される入力地震動を低減する
ことにより、杭本体や杭頭と基礎スラブの結合部、さら
には構造物への負荷を低減することができ、かつ、基礎
スラブを大型化する必要がなく、メンテナンス上も問題
のない免震構造を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る構
造物の免震構造は、杭頭スラブと構造物基礎スラブとの
間にすべり支承を設け、前記すべり支承により構造物へ
の地震入力を低減するとともに、すべり支承に生ずる摩
擦力により地震エネルギーを吸収するようにしたことを
特徴とするものである。

【００１２】このような構成によれば、常時の上部構造
物の鉛直荷重は、従来通り杭本体で支持することかでき
るが、地震時の水平力に関しては、杭頭スラブと基礎ス
ラブ間に設置したすべり支承部の静摩擦係数を超えた場
合、上部構造物と杭とは縁が切れるため、従来のように
杭が基礎スラブに直接埋め込まれて固定され、水平力が
直接伝達される構造に比べ、杭から上部構造物へ伝達さ
れる入力地震動を低減することができる。

【００１３】また、すべり支承部での動摩擦抵抗により
エネルギーを吸収するため、上部構造物への地震エネル
ギー入力を低減することができる。

【００１４】そのため、上部構造物の応答加速度、すな
わち地震時慣性力が従来よりも低減されることになり、
上部構造物への負荷が軽減されるばかりか、結果とし
て、杭本体や従来大きな負荷が生じるために構造上の弱
点となっていた杭と基礎スラブの結合部への負荷も軽減
される。

【００１５】請求項２は、請求項１に係る構造物の免震
構造において、杭頭スラブが単一の柱下の１本または複
数の杭の杭頭部に形成されたものであり、他の柱下に形
成される杭頭スラブとは分離している場合である。

【００１６】この場合、１本の柱下における杭どうしは
杭頭スラブで連結されるが、他の柱下の杭とは連結され
ないため、杭の動きが自由であり、杭本体に入力される
せん断力および曲げモーメントを低減することができ
る。

【００１７】また、杭どうしをつなぐ基礎梁が省略でき
るので、工事を大幅に簡略化することができ、工費削
減、工期短縮につながる。

【００１８】請求項３は、請求項１または２に係る構造
物の免震構造において、杭頭スラブと構造物基礎スラブ
との間に、すべり支承に加え弾性ばねを設置し、この弾
性ばねの復元力により地震時の最大変形および地震後の
残留変形を低減するようにした場合である。

【００１９】杭頭スラブと基礎スラブ間にすべり支承の
他、弾性ばねを設置することにより、すべり支承間が大
変形した場合、弾性ばねのばね力が静摩擦力を上回り、
上部構造物と杭との変形量が過大に残留することを防ぐ
ことが可能である。

【００２０】また、弾性ばねのばね力により、地震時に
生じるすべり支承間の最大変形を制御することが可能で
ある。

【００２１】請求項４は、請求項１、２または３に係る
構造物の免震構造において、弾性ばねが２つの同径のコ
イルばねを同心円上に重ねて配置した二重螺旋構造の弾
性ばねである場合である。

【００２２】杭頭スラブと基礎スラブ間に設置する弾性
ばねを二重螺旋構造とした場合、設置スペースを広げる
ことなくばね剛性を２倍にすることが可能であり、設置
スペースを広げることなく残留変形を低減することがで
きる。もしくは、半分の設置スペースで同等のばね剛性
を確保することができる。

【００２３】なお、以上の構成において、本願発明に係
る免震構造は、杭から構造物への入力地震動を摩擦によ
り縁切りすることにより上部構造物の応答加速度を低減
するものであるため、杭本体内部の水平力伝達部材は弾
性範囲内で挙動することを基本とし、取替えや補修など
のメンテナンスを必要としない。

【００２４】また、すべり支承は繰り返し載荷を経ても
その劣化はほとんどなく、弾性ばねも弾性範囲なので劣
化が生じず、免震構造部材もメンテナンスを必要とせ
ず、点検のためのスペースも不要である。

【００２５】さらに、まれに発生する設計地震動を大幅
に上回る大地震が発生した場合に対しても、動摩擦抵抗
によりエネルギーを吸収することで、上部構造物の振動
応答を低減し、上部構造物の壊滅的な被害を防止するこ
とができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】図１は、本願発明に係る免震構造
全体を示したものであり、杭本体２と上部構造物１の結
合部において杭頭スラブ３と基礎スラブ４間に免震装置
が設置されている。図中、Ａで示した部分が免震装置設
置位置である。図２は、本願発明の第１の実施形態（請
求項１、２に対応）を示したものであり、杭本体２の杭
頭部に杭頭スラブ３を打設し、その上部にすべり材６を
固定している。

【００２７】また、すべり材６と相対する位置に支承７
を設け、すべり支承を形成するよう基礎スラブ４を打設
する。なお、すべり材６と支承７の配置は逆でもよい。
このようなすべり支承としては、例えば、ステンレスと
四フッ化エチレンの組み合わせなどにより、摩擦係数を
０．２以下にしたものなどを用いることができるが、特
に材質、その他限定されない。

【００２８】地震時に上部構造物１に作用する水平力が
すべり支承部の静摩擦係数を超えると、上部構造物１を
構成する基礎スラブ４と杭頭スラブ３とは縁が切れるた
め、上部構造物１への地震動の入力を低減することがで
きる。また、動摩擦抵抗によりエネルギーを吸収するた
め、上部構造物１へのエネルギー入力を低減することが
できる。

【００２９】従って、従来の杭が基礎スラブの中に直接
埋め込まれて固定されている場合に比べ、上部構造物１
への入力地震動が低減され、その結果、上部構造物１の
応答加速度を低減することができる。

【００３０】なお、この第１の実施形態において、１本
の柱下における杭どうしは杭頭スラブ３で連結している
が、他の柱下の杭とは連結していないため、杭の動きが
自由であり、杭本体２に入力されるせん断力および曲げ
モーメントを低減することができる。また、杭どうしを
つなぐ基礎梁が省略できるので、工事を大幅に簡略化す
ることができ、工費削減、工期短縮につながる。

【００３１】図３は、本願発明の第２の実施形態（請求
項２、３に対応）を示したものであり、杭本体２の杭頭
部に杭頭スラブ３を打設し、その上部にすべり材６を固
定している。また、この例では、杭頭スラブ３の中央部
に凹部３ａを形成し、凹部３ａ内に弾性ばね１０（せん
断コイルばね）を取り付けてある。

【００３２】また、すべり材６と相対する位置に支承７
を設けるとともに、基礎スラブ４側にも凹部４ａを形成
し、弾性ばね１０で杭頭スラブ３と基礎スラブ４を連結
する。なお、すべり材６と支承７の配置は逆でもよく、
また弾性ばね１０の位置や数も図示したものに限られな
い。

【００３３】このような免震構造において、過大な地震
エネルギー入力があり、すべり支承部に大変形が生じた
場合、弾性ばね１０も同時に変形し、ばね力がすべり支
承部の静摩擦力を上回るため、すべり支承部の過大な変
形を抑え、地震中の上部構造物１の最大変形を制御し、
また地震後の上部構造物１の残留変形を低減することが
できる。

【００３４】なお、弾性ばねは、鋼製せん断コイルばね
などで、弾性係数が１００ｔ／ｍ程度のものが望まし
い。

【００３５】図４は、本願発明の第３の実施形態（請求
項２、３、４に対応）を示したものであり、弾性ばねと
してのせん断コイルばねの性能を調整するため、同径の
コイルばねを同心円上に２つ配置した二重螺旋コイルば
ね１１を使用した場合である。

【００３６】コイルばねを二重螺旋構造とすることによ
り、コイルばねのばね定数を２倍にすることができ、設
置スペースを広げることなく、残留変形を低減すること
ができる。もしくは、半分のスペースで同等のばね定数
を得ることができる。図５は、本願発明の第４の実施形
態（請求項３に対応）を示したものであり、杭を単数本
として杭頭スラブ３を形成した場合である。もっとも、
杭の本数は、柱下位置で単数でも複数でもよく、杭は鋼
製、コンクリート製等、その材質、構造は問わない。

【００３７】この第４の実施形態は、杭頭スラブ３側に
のみ凹部３ａを形成し、基礎スラブ４の下面をフラット
にした場合であり、コンクリート打設時の型枠工事が簡
易となる。なお、杭頭スラブ３および基礎スラブ４の形
状は問わない。また、この例では、杭頭スラブ３どうし
を下部スラブ１２で連結することにより、基礎全体の剛
性を高め、地震時に杭頭スラブ３および下部スラブ１２
が一体の挙動を示すため、すべり支承部での上部構造物
１との接触が一定となり、安定した免震性能を得ること
ができる。

【００３８】

【発明の効果】本願発明の免震構造においては、地震時
の水平力がすべり支承部の摩擦係数を超えると、上部構
造物と杭とは縁が切れるため、上部構造物への入力地震
動を低減することができ、また動摩擦抵抗によりエネル
ギーを吸収するため、上部構造物への地震エネルギー入
力が低減され、上部構造物の応答加速度、すなわち地震
時慣性力を低減することができる。

【００３９】従って、従来のように杭が基礎スラブ内に
直接埋め込まれて固定され、地震力が杭から構造物へ直
接伝達される構造に比べ、地震時の上部構造物への負荷
を軽減することができるばかりか、結果として、杭本体
や杭と基礎スラブの結合部への負荷も軽減することがで
きる。

【００４０】また、本願発明の免震構造は、杭から構造
物への入力地震動を縁切りすることにより構造物の応答
を低減するものであるから、杭本体内部の水平力伝達部
材は弾性範囲内で挙動することを基本とし、取替えや補
修などのメンテナンスおよび点検スペースを必要としな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の免震構造物全体を示す鉛直断面図
である。

【図２】 本願発明の第１の実施形態を示す鉛直断面図
である。

【図３】 本願発明の第２の実施形態を示す鉛直断面図
である。

【図４】 本願発明の第３の実施形態を示す鉛直断面図
である。

【図５】 本願発明の第４の実施形態を示す鉛直断面図
である。

【符号の説明】

１…上部構造物、２…杭本体、３…杭頭スラブ、３ａ…
凹部、４…基礎スラブ、４ａ…凹部、５…建物支持層、
６…すべり部材、７…支承部、８…基礎梁、９…柱、１
０…弾性ばね、１１…二重螺旋コイルばね、１２…下部
スラブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 政信 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内 (72)発明者 滝沢 賢一 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内 (72)発明者 渡辺 則雄 茨城県つくば市大字鬼ケ窪1043 株式会社 熊谷組技術研究所内 (72)発明者 濱田 尚人 茨城県つくば市大字鬼ケ窪1043 株式会社 熊谷組技術研究所内 (72)発明者 森 利弘 茨城県つくば市大字鬼ケ窪1043 株式会社 熊谷組技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 杭頭スラブと構造物基礎スラブとの間に
   すべり支承を設け、前記すべり支承により構造物への地
   震入力を低減するとともに、すべり支承に生ずる摩擦力
   により地震エネルギーを吸収するようにしたことを特徴
   とする構造物の免震構造。
2. 【請求項２】 杭頭スラブは、単一の柱下の１本または
   複数の杭の杭頭部に形成されたものであり、他の柱下に
   形成される杭頭スラブとは分離している請求項１記載の
   構造物の免震構造。
3. 【請求項３】 杭頭スラブと構造物基礎スラブとの間
   に、前記すべり支承に加え弾性ばねを設置し、前記弾性
   ばねの復元力により地震時の最大変形および地震後の残
   留変形を低減するようにした請求項１または２記載の構
   造物の免震構造。
4. 【請求項４】 前記弾性ばねは、２つの同径のコイルば
   ねを同心円上に重ねて配置した二重螺旋構造の弾性ばね
   である請求項１、２または３記載の構造物の免震構造。