JPWO2018047696A1 - 半地下式シェルター築造工法 - Google Patents

Abstract

施工が簡単でコストが削減された高強度なシェルターを提供する。シェルター１は、基礎１０に据え付けられた本体１００と、本体１００の外周部に設けられたコンクリート層４を備え、本体１００は、天井板２２、および円筒形の側板２１を含む鉄製の筐体２と、筐体２の地上部Ｆに設けられた扉５と、筐体２の内径に対し直径が所定範囲に設定され、側板２１の外表面に円周方向に設けられた複数の円環形状の中空管３を有し、シェルター築造工法は、本体１００を工場で製作し、穴Ｈを形成し、穴Ｈの底部に基礎１０を構築し、基礎１０に本体１００を据え付け、側板２１の周囲に型枠Ｔを築造し、コンクリートを打設・養生し、型枠Ｔを撤去し、隙間を土又はコンクリートで埋める。

Description

本発明は、津波等の災害想定地域でのシェルターに関する。

平成２３年３月１１日に発生した東日本大震災と、それに伴って発生した大津波により亡くなった死者と行方不明者の合計は２万人以上にも及んでおり、今後も、南海トラフ大地震等の発生が予想されている。一例を挙げると、内閣府の発表では、津波による愛知県内の死亡予想者約６，４００人、火災による死亡者約１，８００人となっており、近隣の静岡県においては９５，０００人を上回る死亡予想者数である。地震・津波対策に対する意識は近年益々高まっている。

今後発生が予想されている南海トラフ大地震に備えるため、自ら救命するための対策として、個人の家でもシェルターの需要が高まってきている。地震及び津波発生時に避難するためのシェルターとして、基礎に固定する方式や浮遊式のものなど様々な発明が提案されてきている。

基礎に固定するシェルターとして、鉄板とコンクリートで構成される複合構造体をシェルター本体に用いるものが知られている。

特許文献１では、耐震性及び防水性に優れた地下シェルターを提供するため、 地中に打ち込んだ複数の杭に支持された耐圧盤上に、高強度コンクリートよりなるボックス状のシェルター本体を一体に設け、このシェルター本体の外表面を鉄板で覆ったものが開示されている。

特開2005-240452号公報

しかしながら、特許文献１で開示されている地下シェルターは、コンクリートの外表面を覆っている鉄板が水分と酸素を多量に含む土と常に接する状態であり、腐食が促進されやすい環境に常にさらされている。鉄板の腐食を抑制するためには、鉄板の外表面に防水塗装等を施す必要があり、コスト高の要因となる。また、天井を構成する鉄板と型枠との隙間にコンクリートを打設するとき、コンクリートの重量を直接受ける型枠を支持するために、支保工を床から立ち上げる必要があることから、施工期間が長くなり、工程が複雑となるとともに、施工コストが高くなる。このような施工期間が長くコストが高いシェルターでは、一般家庭への普及は困難である。

本発明の課題は、施工が簡単でコストが低減された高強度なシェルターを提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、半地下式シェルターであって、基礎に据え付けられた本体と、本体の外周部に設けられたコンクリート層を備え、本体は、
天井板、及び円筒形の側板を含む鉄製の筐体と、筐体の地上部に設けられた扉と、筐体の内径に対し直径が所定範囲に設定され、側板の外表面に円周方向に設けられた複数の円環形状の中空管を有することを特徴とする。

この構成によれば、側板には、外表面に円周方向に複数の円環形状の中空管が設けられているので、側板と複数の円環形状の中空管が協働し、筐体の強度及び剛性が増大する。これにより、中空管を側板に設けない場合に対し、側板の厚さを薄くすることが出来る。すなわち、コストの安い中空管を用いることによりコストの高い鉄板の重量を削減することが出来るので、コストダウンを図ることが出来る。

地中は土粒子の表面及び空隙部に水分及び酸素を含んでおり、鉄板の腐食が極めて促進しやすい環境下となっている。また、海岸に近い場所にシェルターを設置する場合、海水の飛沫の影響を受け、地上部の鉄板の腐食は促進される。しかし、この構成によれば鋼製の本体の外周部にコンクリート層が設けられているので、コンクリート層のアルカリにより鉄板の表面に不働態被膜が形成され、水分及び酸素等が存在する環境下でも鉄板の腐食を抑制することが出来る。そのため、鉄板の外周面の防水塗装等の処置は不要となり、コストダウンを図ることが出来る。

また、この構成によればコンクリート層は、本体の外周部に設けられているので、コンクリートを打設するときに必要となる型枠は側板の外周部にのみ設ければよい。これにより現場施工が容易となり工期の短縮を図ることが出来る。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の半地下式シェルターにおいて、中空管は地上部の間隔が、地下部の間隔よりも狭く設定されることを特徴とする。

この構成によれば、地震力、津波による波力、津波の漂流物の衝突による衝撃力が地下部に比べて大きい地上部で中空管の間隔を狭く設定しているので、外力に対して好適な強度及び構成を確保することが出来る。

請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の半地下式シェルターにおいて、中空管のうち最上部と最下部の中空管は、径中心方向に水平に延びる複数の支持材が設けられ、最上部に設けられた支持材は天井板に固定されたことを特徴とする。

この構成によれば、中空管のうち最上部と最下部の中空管は、径中心方向に水平に延びる複数の支持材が設けられ、最上部に設けられた支持材は天井板に固定されているので、天井板は支持材と協働し、強度及び剛性が増加する。また、本体の最下部の断面形状保持効果が増大する。これにより、特別な補強をすることなく天井板の上面にコンクリートを直接打設することが出来るとともに、本体の基礎への据え付けが容易となる。

請求項４に係る発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の半地下式シェルターにおいて、中空管は充填材で内部空間が充填されたことを特徴とする。

中空管の内部空間に空気が充満している場合、火炎熱等により内部空間に充填している空気がコンクリート層に向かって噴出する可能性がある。この場合、コンクリート層はこの噴出した空気により破損する。また、内部空間に充填している空気が外気温度の変化により圧縮、膨張を繰り返すと、中空管も同時に圧縮、膨張を繰り返す。この繰り返しによりコンクリート層が劣化する。しかし、この構成によれば、内部空間中に存在していた空気が充填材の充填により排出されるので、火炎熱等による空気の噴出は起こりえない。また、コンクリートの劣化も抑制することが出来る。さらに、中空管と充填材が協働することで中空管の強度及び剛性が増大する。

請求項５に係る発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の半地下式シェルターにおいて、中空管の断面が円形であることを特徴とする。

この構成によれば、中空管の断面は円形であるので、精度よく、かつ容易に中空管の曲げ加工をすることが出来る。

請求項６に係る発明は、半地下式シェルター築造工法において、本体を組み立てるステップと、中空管の内部空間に充填材を充填するステップと、穴を形成するステップと、穴の底部に基礎を構築するステップと、本体を基礎に据え付けるステップと、本体の側板の周囲に型枠を築造するステップと、型枠と、本体の隙間に形成された空間にコンクリートを打設し養生するステップと、型枠を撤去し、コンクリート層と穴の間に形成された空間を土又はコンクリートで埋めるステップを備えることを特徴とする。

この構成によれば、穴を形成するステップと、本体を組み立てるステップと、中空管の内部空間に充填材を充填するステップと、穴の底部に基礎を構築するステップと、本体を基礎に据え付けるステップと、本体の側板の周囲に型枠を築造するステップと、型枠と、本体の隙間に形成された空間にコンクリートを打設し養生するステップと、型枠を撤去し、コンクリート層と穴の間に形成された空間を土又はコンクリートで埋めるステップを備えているので、現場施工が容易であり、工期を短縮することが出来る。

本発明実施形態のシェルターの断面図である。 本発明実施形態のシェルターの扉の固定構造を示す平面説明図である。 本発明実施形態のシェルターの最上部の中空管と、最下部の中空管の側面図及び断面図である。 本発明実施形態の型枠が設けられた状態を示す本体の正面図である。

本発明実施形態のシェルター１を説明する。このシェルター１は、基礎１０と、基礎１０に据え付けられた本体１００と、本体１００の外周部に設けられたコンクリート層４を備えている。以下、詳細に説明する。

図１に示す通り、基礎１０は、地中に設けられ、基礎１０に据え付けられた本体１００は地上部Ｆと地下部Ｓで構成されている。地面を所定の深さまで掘削し、穴Ｈを形成し、その穴Ｈの底面にコンクリートを打設することによって基礎１０を地中に設けることが出来る。基礎１０は、平坦かつ水平に仕上げることが好ましい。これにより、本体１００の据え付け作業が容易となる。

本体１００は、地震力、津波による波力、津波の漂流物の衝突による衝撃力等に対して耐え得る強度を兼ね備えるものであり、鉄製の筐体２と、地上部Ｆに設けられた扉５と、側板２１の外表面に円周方向に設けられた複数の円環形状の中空管３を有している。

筐体２は、底板２３、天井板２２、及び円筒形の側板２１で構成されている。筐体２の内径Ａは１．４ｍ〜３ｍであることが好ましい。また、地上部Ｆの高さ１４０ｃｍ、地下部Ｓの高さ１４０ｃｍが例示される。小規模のシェルターとすることによって、小型建設機械のみを用いて短期間で狭小な敷地内に設置することが可能となる。その結果、一般家庭への普及を促進することが出来る。

筐体２の板厚は２．０ｍｍ〜６．０ｍｍが好ましく、例えば２．７ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍが例示される。後述するように中空管３及び支持材６Ｕ、６Ｌを適切に配設することで板厚９ｍｍ相当の強度を得ることが出来る。

複数の中空管３が、側板２１の外表面の円周方向に、円環形状に嵌合した状態で設けられている。また、側板２１と中空管３は、適宜間隔で溶接されることによって固定されている。これにより、側板２１と、中空管３は協働し強度及び剛性を高めることが出来る。中空管３の直径Ｂは、精度よく円環形状に曲げ加工可能で、かつ筐体２の外表面に嵌合することが可能な寸法、すなわち、筐体２の内径Ａの１０００分の１６から１０００分の３５までの範囲であることが好ましい。図２に示す通り、筐体２の内径Ａは、中空管３を曲げ加工した円環の内径Ｃよりも筐体２の厚み分だけ小さくなっている。

中空管３は一般構造用炭素鋼鋼管であり、例えば、ＪＩＳ Ｇ３４４４ ＳＴＫ５００、直径４８．６ｍｍ、厚さ２．４０ｍｍ、先メッキ仕様溶融亜鉛メッキ仕様（ＪＩＳ Ｈ−８６４１,ＪＩＳ Ｈ−９１２４）であることが好ましい。また、断面は、円形に限らず角形であってもよい。

地上部Ｆの中空管３の間隔は、地下部Ｓの中空管３の間隔より狭く設定されている。シェルター１に作用する荷重として、地震力、津波による波力、津波の漂流物の衝突による衝撃力が考えられる。地震力は、地中では小さく地表面に近づくに従い増大する。津波による波力を直接受けるのは地上部Ｆのみであり、地中部に作用するものではない。津波の漂流物の衝突による衝撃力についても同様である。すなわち、地上部Ｆは地下部Ｓに比べて大きな荷重が作用する。地下部Ｓに比べて大きな荷重が作用する地上部Ｆの中空管３の間隔を、地下部Ｓの中空管３の間隔より狭くすることで側板２１の厚さを薄く保つことが出来る。このように中空管３の間隔を適切に設定することで、より一層のコストダウンを図ることが出来る。

中空管３の内部空間３ａにはモルタル３ｂ（充填材）が充填され、内部空間３ａの空気が排出された状態となっている。中空管３の内部空間３ａに空気が充満している場合、火炎熱等により充填している空気がコンクリート層４に向かって噴出する可能性がある。この場合、コンクリート層４はこの噴出した空気により破損する。また、内部空間３ａに充填している空気が外気温度の変化により圧縮、膨張を繰り返すと、中空管３も同時に圧縮、膨張を繰り返す。この繰り返しによりコンクリート層４が劣化する。従って、コンクリート層４は中空管３の内部空間３ａにモルタル３ｂが充填されることによって噴出した空気による損傷を防止出来るとともに、劣化を抑制することが出来る。また、中空管３とモルタル３ｂが協働することで中空管３の強度及び剛性が増大する。なお、本発明実施形態では充填材はモルタルとしているが、セメントミルクであってもよい。

支持材６Ｕは、天井板２２を補強するものであり、図３に示す通り、６本の支持材６Ｕが最上部の中空管３Ｕの周方向に均等に配設され固定されるとともに、径中心方向に水平に延び中空管３Ｕの中心部で相互に固定している。また、天井板２２と適宜間隔で溶接することによって固定している。すなわち、天井板２２は支持材６Ｕと協働することにより、所定の強度及び剛性を獲得している。これにより、コンクリート打設時の天井板２２の変形を抑制することが可能となり、特別な補強を施すことなく天井板２２の上面にコンクリートを直接打設することが出来る。

支持材６Ｌは、本体１００の変形を抑制するためのものである。これにより、基礎１０への据え付けが容易になる。支持材６Ｕとほぼ同様の構造であるため説明は省略する。

支持材６Ｕ、６Ｌは汎用の形鋼であることが好ましい。

コンクリート層４は、火炎熱、腐食環境、及び津波の漂流物による衝突等から本体１００を保護するためのものであり、本体１００の外周部に設けられている。コンクリート層４の厚さは１５ｃｍ〜３０ｃｍであることが好ましい。

本体１００の外周部にコンクリート層４が設けられていない状態では、火炎熱により本体１００が所定の温度以上となったとき、本体１００を構成する鉄板等の剛性が低下し大きく変形する。コンクリート層４を設けると、筐体２の温度上昇を抑制出来るとともに、コンクリート層４で本体１００を拘束する。その結果、本体１００の変形を抑制することが出来る。

地中は土粒子の表面及び空隙部に水分及び酸素を含んでおり、鉄板の腐食が極めて促進しやすい環境下となっている。また、海岸に近い場所にシェルター１を設置する場合、海水の飛沫の影響を受け、鉄板の腐食は促進される。しかし、外周部にコンクリート層４が設けられていると、コンクリート層４のアルカリにより鉄板の表面に不働態被膜が形成され、水分、酸素、及び塩素が存在する環境下でも鉄板の腐食を抑制することが出来る。

また、コンクリート層４は津波の漂流物を直接コンクリート層４が受けることにより、コンクリート層４の内部側に設けられている本体１００は、その衝撃の影響が緩和される。

コンクリート層４は無筋コンクリートであることが好ましい。これにより、現場施工における配筋作業を省略することが可能となり、工期の短縮を図ることが出来る。

扉５は、地上部Ｆに設けられ、図２に示す通り、筐体２及び中空管３の開口８に溶接されている。扉５は１重又は２重の扉構造であり、水密性と耐衝撃性能を兼ね備えたものである。

シェルター１の築造方法について説明する。

本体１００は、設備の整った工場で作成する。製作工程を以下に示す。

側板２１に複数の中空管３を外篏し所定の位置に配設した後、側板２１に溶接することで位置を固定する。なお、最上部及び最下部の中空管３Ｕ、３Ｌに設けられた支持材６Ｕ、６Ｌは、側板２１の上端部及び下端部に形成された凹部（図示略）に挿入する。

底板２３及び天井板２２を側板２１の上端部及び下端部に取り付け、側板２１並びに支持材６Ｕ、及び６Ｌに溶接することで位置を固定する。

なお、本発明実施形態では中空管３Ｕ、３Ｌの外側に天井板２２、底板２３を設けているが、天井板２２、底板２３の外側に中空管３Ｕ、３Ｌを設けてもよい。また、底板２３は省略してもよい。

筐体２と中空管３に開口８を設け、図２に示す通り、開口８に扉５を溶接することで固定する。なお、開口８はあらかじめ成形しておいてもよい。

中空管３にモルタル３ｂを注入する注入孔（図示略）と、内部空間３ａに充填している空気を抜くとともにモルタル３ｂの充填状況を確認するための確認孔（図示略）を形成する。確認孔は所定の間隔で複数設ける。注入孔からモルタル３ｂを注入し、確認孔からモルタル３ｂが排出されることで、モルタル３ｂの充填を確認する。なお、モルタル３ｂの充填は施工現場で行ってもよい。

現場施工工程を以下に示す。

人力掘削及び小型の掘削機を使用して所定の深さまで掘削し、穴Ｈを形成する（図４参照）。のり面の安定を確認しながら慎重に掘削作業を進める。掘削完了後、底部の転圧を行い底面の不陸を整正し、平坦化を図る。なお、湧水等が認められる場合は、底部に砕石を敷き均し転圧する作業を追加してもよい。

底部にコンクリートを打設・養生することによって基礎１０を構築する。基礎１０は後工程を容易にすることを考慮して上面の水平を極力確保して仕上げることがよい。

工場で製作した本体１００を据え付け現場へ搬入し、小型クレーンによって吊り下げ、基礎１０に仮固定することで据え付ける。

セパレータ（図示略）を用い側板２１と所定の間隔を確保した状態で、側板２１の周囲のみに型枠Ｔを築造する。側板２１及び天井板２２は、コンクリート打設のときの内側の型枠として機能するため、型枠Ｔの内側に新たに型枠を設ける必要はない。また、天井板２２は支持材６Ｕで補強されているため打設時のコンクリートの重量を直接受けても変形は抑制され、所定の強度を確保することが出来る。すなわち、コンクリート打設時において、型枠として機能する天井板２２を支持するために、本体１００の内部に新たに支保工を設ける必要はない。このように、内側の型枠及び本体１００の内部に設ける天井板２２を補強するための支保工は不要となることから、コストの削減及び現場工期の短縮を図ることが出来る。

型枠Ｔと本体１００の間に形成された空間にコンクリートを打設する。なお、天井板２２から所定の高さまでコンクリートを打設する。コンクリートの打設後、天井板２２上のコンクリート打設面を養生シートで覆い養生する。

型枠Ｔを撤去し、コンクリート層４と穴Ｈの間に形成された空間を土又はコンクリートで埋める。埋め戻しに使用する土は、施工現場で発生したものを用いてもよい。

本発明は、シェルター等の避難施設に適用可能であり、産業上の利用価値が高い。

１ ：シェルター
１００ ：本体
２ ：筐体
３、３Ｌ、３Ｕ ：中空管
３ａ ：内部空間
３ｂ ：モルタル（充填材）
４ ：コンクリート層
５ ：扉
６Ｌ、６Ｕ ：支持材
８ ：開口
１０ ：基礎
２１ ：側板
２２ ：天井板
２３ ：底板
Ａ ：筐体の内径
Ｃ ：中空管の内径
Ｆ ：地上部
Ｓ ：地下部
Ｔ ：型枠
Ｈ ：穴

請求項１に係る発明は、半地下式シェルター築造工法において、本体を組み立てるステップと、中空管の内部空間に充填材を充填するステップと、穴を形成するステップと、穴の底部に基礎を構築するステップと、本体を基礎に据え付けるステップと、本体の側板の周囲に型枠を築造するステップと、型枠と、本体の隙間に形成された空間にコンクリートを打設し養生するステップと、型枠を撤去し、コンクリート層と穴の間に形成された空間を土又はコンクリートで埋めるステップを備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明は、半地下式シェルター築造工法において、本体を組み立てるステップと、中空管の内部空間に充填材を充填するステップと、穴を形成するステップと、穴の底部に基礎を構築するステップと、本体を基礎に据え付けるステップと、本体の側板の周囲に型枠を築造するステップと、型枠と、本体の隙間に形成された空間にコンクリートを打設し養生するステップと、型枠を撤去し、コンクリート層と穴の間に形成された空間を土又はコンクリートで埋めるステップを備え、中空管が、本体の側板の外表面に設けられ、コンクリート層に埋設されることを特徴とする。

Claims (6)

1. 基礎に据え付けられた本体と、
   前記本体の外周部に設けられたコンクリート層と、を備え
   前記本体は、
   天井板、及び円筒形の側板を含む鉄製の筐体と、
   前記筐体の地上部に設けられた扉と、
   前記筐体の内径に対し直径が所定範囲に設定され、前記側板の外表面に円周方向に設けられた複数の円環形状の中空管と、を有することを特徴とする半地下式シェルター。
2. 前記中空管は地上部の間隔が、地下部の間隔よりも狭く設定されることを特徴とする請求項１に記載の半地下式シェルター。
3. 前記中空管のうち最上部と最下部の中空管は、径中心方向に水平に延びる複数の支持材が設けられ、前記最上部に設けられた支持材は前記天井板に固定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半地下式シェルター。
4. 前記中空管は充填材で内部空間が充填されたことを特徴とする請求項1から３のいずれか1項に記載の半地下式シェルター。
5. 前記中空管の断面が円形であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半地下式シェルター。
6. 本体を組み立てるステップと、
   中空管の内部空間に充填材を充填するステップと、
   穴を形成するステップと、
   前記穴の底部に基礎を構築するステップと
   前記本体を前記基礎に据え付けるステップと、
   前記本体の側板の周囲に型枠を築造するステップと、
   前記型枠と、前記本体の間に形成された空間にコンクリートを打設し養生するステップと、
   前記型枠を撤去し、コンクリート層と前記穴の間に形成された空間を土又はコンクリートで埋めるステップと、
   を備えることを特徴とする半地下式シェルター築造工法。

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