JP2008121399A

JP2008121399A - 基礎減震装置

Info

Publication number: JP2008121399A
Application number: JP2006341904A
Authority: JP
Inventors: Shigekazu Hanzawa; 薫和半澤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2006-11-14
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】簡易な構造で低コストに製造でき、簡単に施工設置できる、主として木造一戸建住宅のような軽量建築物から、低層鉄筋コンクリート構造のような比較的重量建築物にまで、容易に適用できる好適な減震装置を提供する。
【解決手段】主に鉄筋コンクリート構造で造られる基礎ロ又は基礎梁と、基礎ロ上部の荷重を支え地盤チに伝える耐圧盤ハとの間を分離し、基礎ロ下部と耐圧盤ハの接する部分に各々地震時の横揺れ荷重により滑動が可能な金属板ニを取り付け、地震荷重を受けて金属板ニ同士が滑動した場合、その摩擦抵抗で地震の横に作用する荷重を減衰するとともに、基礎ロが過大に移動して耐圧盤ハからはみ出さないよう、かつ転倒引抜荷重に抵抗するように取り付けられた立上り部分の基礎防護壁ヘと基礎ロの隙間に、衝撃を緩衝するゴムまたは低反発高分子等の緩衝材トを取り付け、地震エネルギーを吸収する減震装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震から建築物を保護する為の減震装置に係り、特に簡易な構造で、かつ、低コストに製造することが出来、また簡単に施工設置ができ、主として、木造一戸建住宅のような軽量建築物から低層鉄筋コンクリート構造のように比較的荷重の重たい建築物まで容易に適用することが出来る減震装置にかかる。

阪神淡路大震災から１０年、特に最近の大型地震の発生予測を踏まえて、耐震設計技術の改善がなされてきたが、これらの工法として、地盤に建物を固定して、地震荷重を建築構造体の耐力で支える、いわゆる「耐震構造」、地盤と建物を絶縁する「免震構造」及び付加装置を利用する「制振構造」が主流だが、本来大型ビル用で、大臣認定の必要であった免震構造においても、小規模免震建築物においては、一般建築同様に確認申請で済む、建設省告示がなされ、あわせて小規模免震建築物の技術基準が確立するに至りました。（平成１２年建設省告示第２００９号、平成１２年建設省告示第１４４６号）

その他の耐震設計以外の地震被害を免れる技術としては、高層のビルディングやマンションなどの大型の建築物には、建築物に制振機構を設けて地震の力を軽減したり、あるいは、建築物に防振機構を設置し、地震が発生したときに、その防振機構を駆動させて、地震の揺れを吸収して、建築物自体の揺れを緩和できるように構成されているが、いずれも機構が大掛かりで、コストが高かったり、荷重が軽いためや地盤の状況による制限があったりするため、普及が遅れ、未だに地震による多数の倒壊被害が続いている。

現在一番普及している、住宅などの小規模建築における壁の構造耐力を上げて地震荷重に抵抗する耐震構造では、耐震壁の量が多くなり、快適な住空間に大切な自由な平面が阻害され、かつ、木造住宅の場合特に剛性を高めるために金物を多用するためバネが多く発生して地震エネルギーの加速が起こりやすく、建物の剛性を増した分、建物振動の固有周期が短くなり、この固有周期に近い多くの地盤では共振現象により揺れが加速する可能性が高いた。そこで入力する地震エネルギーを軽減したり、加速を軽減する必要がある。

上記の理由から近年検討されてきたのが前述の小規模免震構造であるが、現在開発されているこの免震装置のほとんどが、機構上の減衰装置、復元装置、支障装置及び拘束装置のいずれかからなり、これらのいずれかにバネ及び振り子機能等振動理論による減衰機能を介在しているため、荷重が小さく、揺れ幅を小さくすることが難しい、小型住宅では、地震荷重を長くするために振動周期を遅くすることに限界があり、軟弱地盤など地盤の固有周期の大きい箇所で使用する場合の制限がある。その上、荷重を集中させて処理しなければならず機構が複雑になり、高価となり、そればかりではなく、その施工設置も、専門知識、熟練を必要とし、しかも、これらは土台と上部構造物とが絶縁工法のため、大きな引き抜きが発生するような地震荷重に対しての引き抜き拘束装置をもっていない。

付加装置により地震荷重を軽減する「制振構造」は、理論上耐震壁との混合使用が困難というのが通説であるが、現在市販されている木造住宅用制振装置は建築基準法で必要な耐力壁を省略することが出来ず、この耐力壁にさらに制振装置を付けた壁が余計に必要になり、さらに住空間の制約を受けるうえ、バランスよく配置しないと偏芯による構造体のねじれが発生し倒壊に至る可能性がある。

その他、廉価な防振マットとして市販されている、基礎と土台の間に厚さ２ｃｍ程度の防振ゴムをマット状に成型挿入したものは、自動車振動などの振動吸収には効果があるが、減震のために振動固有周期を下げることは機能上不可能であり、さらに、バネ機能が働くため地震時の地盤の振動周期によっては共振加速による倒壊の可能性がある。

そこで、本発明は、上記欠点を解決する為になされたものであって、その目的は構造が簡単であって、かつ、低コストに製造することができ、したがって戸建住宅のような小型建築物に容易に適用することが出来、また、木造、鉄骨、積石及び鉄筋コンクリート造等構造を選ばず、また、基礎と地盤に発生する接地圧を少なくして地耐力の小さい箇所にも施工でき、かつ、容易に施工でき、大型地震倒壊の危険から建築物を守る減震装置を提供することにある。

これらの課題を解決するために、本発明に係る減震装置は、地震エネルギーを、建築物イの基礎ロ及び建物全体に入力する前に減衰するように、基礎ロと耐圧盤ハとの間に基礎ロの下部に固定した金属板ニと、その金属板に接する部分の耐圧盤ハの上面に水平に固定した金属板ホによる滑動面を構成し地震エネルギーを逃がしさらに、滑動する時にその金属面同士の摩擦抵抗でエネルギーを減衰させる。

また、同様に基礎と耐圧盤の間に滑動面をつくり、その摩擦抵抗で地震エネルギーを吸収する手段として、粘性抵抗の高い、ゴム又は合成樹脂を使用することもできる。

粘性抵抗の高いゴム又は合成樹脂を使用した場合で基礎が受ける建築物の荷重が大きく単層ゴム又は合成樹脂では変形量が多い場合は金属板等を複数層状に挟み込んだ市販のいわゆる積層ゴム状にするか、または粘性抵抗の高いゴム又は合成樹脂の中に球状の金属、又はボールベアリング、または縦の荷重で変形しにくいが横に変形可能な金属支柱等を上部荷重に支えられる一定の間隔で立て、板状に成形したとすることもできる。

またさらに、耐圧盤端部に立上る基礎防護壁ヘは地震時の水平荷重により基礎ロが過大に移動して耐圧盤ハからはみ出したりしないようにまた、地震水平荷重による転倒引抜荷重に抵抗するように取り付けられたもので、その基礎防護壁ヘと基礎の隙間に衝撃を緩衝するゴムまたは低反発合成樹脂等を取り付けることで、地震エネルギーを吸収し衝撃による基礎の破損や加速を和らげることを特徴とする減震装置である。

この装置の減衰の原理は地震倒壊に重大な影響あたえる振動による共振加速を発生させないように振動理論によらない、滑動摩擦抵抗による減衰装置で、地震時の水平荷重は基礎から上部の総質量に地震により発生する加速度を乗じたものに等しいこと、また、減衰で消費させようとする摩擦抵抗は滑動する摩擦面の摩擦係数に水平地震荷重の計算と同様、基礎から上部の総荷重を乗じたものに等しいため、地震の最大化速度（単位を１Ｇ・・・・・ガル）を想定し、摩擦面の摩擦係数を研磨、表面処理及びコーティング等で減少させるなど、加速度分の摩擦係数相当分に調整した金属板等を摩擦減衰材として使用する減衰装置である。

請求項・又は３又は４に記載の減震装置における耐圧盤ハの素材は鉄筋コンクリート構造のほか、比重の比較的小さい、軽量コンクリート構造、発泡コンクリート構造、合成樹脂又は発泡合成樹脂で施工した場合、地盤チへの負担過重が少なくなり地耐力の小さい地盤にも施工できることを特徴とする減震装置である。

請求項１、又は４に記載の基礎防護壁ヘと基礎ロとの、隙間を２ｃｍ程度とし、その間隔に衝撃を緩衝するゴムまたは低反発合成樹脂等を取り付けることで、地震エネルギーを吸収し衝撃による基礎の破損や加速を和らげるとともに、滑動時の静摩擦抵抗を発生させるのに十分であり、加速度、衝撃を増大させることなく、上部建物の構造設計に影響なく、また建築設備当に影響の少ないことを特徴とする減震装置である。

以上のように構成された本発明に係る減震装置は基礎ロと耐圧盤ハが滑動するように施工され建物全体イが耐圧盤ハの基礎防護壁の隙間内で、３６０度全ての方向からの地震動に滑動するとともに、滑動時の摩擦抵抗力で地震荷重を低減し、さらに、基礎防護壁ヘと基礎ロの隙間の衝撃緩衝材トはロ及びハの両摩擦面が滑動するたびに地震エネルギーが吸収されるため、力を逃がす、摩擦抵抗で減衰する、及び、衝撃吸収する等３つの要素で効率的に地震エネルギーを吸収することができる。

また、基礎ロと基礎防護壁ヘの隙間を２ｃｍ程度と小さくすることで滑動時の加速度を抑え、隙間が競ることにより地震水平力によって基礎及び建築重量より大きい引き抜き力を発生する大地震においても拘束し建築物の倒壊を防ぐことができる。

設計面では、上部建築物の設計を制約しないこと、建築物の高さが違う場合でも地震水平荷重と同様、摩擦抵抗も同様の率で増減する為建物倒壊をまねく極端な偏芯荷重が発生しないこと、地震振動周期や建築物の固有周期に影響がない為、共振加速倒壊の恐れがないこと、地耐力に関しては耐圧盤基礎であり、鉄筋コンクリート構造のほか、比重の比較的小さい、軽量コンクリート構造、発泡コンクリート構造、合成樹脂又は発泡合成樹脂で施工した場合、地盤チへの負担過重が少なくなりさらに地耐力の小さい地盤にも施工可能であり、施工性の面でも耐圧盤の金属板ホの設置部分を平滑に仕上げる技術は容易で、金属板の加工も容易で特別熟練工を必要としないうえ、価格も安いことを特徴とする減震装置である
なお、上記課題を解決するための手段の項及び発明の効果において符号を付して説明したが、これは発明の理解を容易にするためであって本発明を限定するものではないことは明らかである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る減震装置を適用した一戸建ての構造を特別限定しない建築物（以下、建物として説明する）イの断面略図であり、この建物イは堅固に造られた基礎に緊結しているが、基礎を支える耐圧盤ハには基礎ロ下部に取り付けられた所定の摩擦係数をもつ金属板ホの上部に基礎ロの下部に取り付けた同様の金属板ニが接し、滑動摩擦面をもつように施工され、耐圧盤の端部には基礎ロが耐圧盤から外れないように基礎防護壁ヘが２ｃｍ程度の隙間をもって施工され、その隙間には緩衝材としてゴムまたウレタンゲルなどの合成樹脂による低反発緩衝材トを取り付ける。

ここに使用する金属板ニ及びホは所定の摩擦係数、耐久性及び強度が確保できれば、ステンレス鋼板、チタン合金鋼板及び耐候性鋼板等腐食しにくい金属又はメッキ鋼板又は防錆処理等を施した鋼板又は合成樹脂成型加工材等素材を限定しない。

基礎ロの構造は鉄筋コンクリート構造等、堅固なものとし、耐圧盤ハについては鉄筋コンクリート構造のほか、地盤チに地耐力の少ない場合は比重の比較的小さい、軽量コンクリート構造、発泡コンクリート構造、高分子樹脂又は発泡高分子樹脂で施工することで負担過重を少なくすることができる。

図２は鉄筋コンクリート構造の基礎滑動減震装置で、基礎ロ下部に取り付けた金属板ニと耐圧盤ハの上部に平滑に取り付けた金属板ホ、基礎防護壁ヘ及び緩衝材トの取り付け位置を示す。

図３は木造の基礎滑動減震装置で、基礎ロ下部に取り付けた金属板ニと耐圧盤ハの上部に平滑に取り付けた金属板、基礎防護壁及び緩衝材の取り付け位置を示すもので、基礎ロには上部建物イの土台リがアンカーボルトヌ等により緊結されている。

図４は基礎及び耐圧盤の各々に装着する金属板等の間又は金属板の代わりに低反発ゴム及び低反発ゲル等の粘性抵抗の高い合成樹脂又は積層ゴム等の粘性抵抗合成樹脂ルを挟んで地震エネルギーを吸収する。

図５は基礎及び耐圧盤の各々に装着する金属板等の間に基礎荷重でつぶれることのないように金属、合成樹脂、セラミック等の支柱材オに成型したものを均等に並べたその間に粘性抵抗の高い低反発材等を注入等して板状にしたものを装着して地震エネルギーを吸収する。

図６は基礎及び耐圧盤の各々に装着する金属板等の間に基礎荷重でつぶれることのないように金属、合成樹脂、セラミック等を球状に成型した支持球ワを均等に並べたその間に粘性抵抗の高い低反発材等を注入等して板状にしたものを装着して地震エネルギーを吸収する。

従来、地震から戸建住宅等の小型建物の倒壊を守る手段として、耐震構造のほか、免震構造及び制振構造等の手段がとられてきたが、全ての地震波に効果があるわけではなく、地震振動周期と建物の固有周期が合致して発生する共振加速による倒壊の可能性を含んでいる。また、免震構造、制振構造はコストが高いこともあり普及していない。本発明は固有周期によらない摩擦減衰を主体としているため共振の可能性が少なく、上部建物と耐圧盤上の基礎が一体に挙動するため、基礎から上部は通常の設計でこの減衰装置を装着することができ、低コストで大型地震にたいする耐震化が図られるので、住宅産業への利用の可能性は膨大であり、さらに、地震倒壊の可能性がすくなくなることから、地震保険等への影響も大きい。

本発明の一実施の形態に係る減震装置を適用した建物の縦断面略図図である。本発明の一実施の形態に係る減震装置を鉄筋コンクリート構造の建物に適用した基礎部分の斜め上部から見た詳細図である。本発明の一実施の形態に係る減震装置を木造建物に適用した基礎部分の斜め上部から見た詳細図である。本発明の一実施の形態に係る減震装置で、粘性抵抗合成樹脂を摩擦材とし使用したものを基礎部分の斜め上部から見た詳細図である本発明の一実施の形態に係る減震装置で粘性抵抗合成樹脂に支柱材を混合したものを摩擦材としたものの基礎部分を斜め上部から見た詳細図である本発明の一実施の形態に係る減震装置で粘性抵抗合成樹脂に支持球を混合したものを摩擦材としたものの基礎部分を斜め上部から見た詳細図である

符号の説明

イ・・・建物ロ・・・基礎
ハ・・・耐圧盤ニ・・・基礎下部滑動摩擦面金属板
ホ・・・耐圧盤上部滑動摩擦面金属板・・ヘ・・・基礎防護壁
ト・・・緩衝材・・チ・・・地盤
リ・・・土台ヌ・・・アンカーボルト
ル・・・粘性抵抗合成樹脂オ・・・支柱材
ワ・・・支持球

Claims

主に鉄筋コンクリート構造で造られる基礎又は基礎梁とこれらの基礎及び基礎上部の荷重を支え、その荷重を地盤に伝える耐圧盤のとの間を分離し、基礎下部と耐圧盤の接する部分に各々地震時の横揺れ荷重により滑動が可能な金属板又は表面処理、メッキ及び塗装を施した金属板を取り付け、地震荷重を受けてこの金属板等同士が滑動した場合、その摩擦抵抗で地震の横に動く荷重が減衰するとともに耐圧盤端部に施された基礎が過大に移動して耐圧盤からはみ出したりしないようにまた、地震水平荷重による転倒引抜荷重に抵抗するように取り付けられた立上り部分の基礎防護壁と基礎の隙間に衝撃を緩衝するゴムまたは低反発合成樹脂等を取り付けることで、地震エネルギーを吸収することを特徴とする減震装置。
請求項１に記載の減震装置における、基礎及び耐圧盤の各々に装着する金属板等は、滑り摩擦面の摩擦抵抗が地震振動の想定最大加速度の半分程度ないしはそれ以上で滑動するように摩擦係数を調整する必要があり、又、強度、耐久性及び加工性が高い必要があることから、ステンレス鋼板に、冷間圧延後焼鈍酸洗したものと、さらにスキンパス等を施し平滑にした二種類を滑動摩擦面として、使用することを特徴とする減震装置。
請求項１及び２に記載の減震装置における、基礎及び耐圧盤の各々に装着する金属板等は、滑り面の摩擦抵抗を安定させるため各々、表面粗度の異なる表面仕上げ又は異種金属を使用することを特徴とする減震装置。
請求項１又は２に記載の減震装置付の基礎及び耐圧盤の各々に装着する金属板等の間又は金属板の代わりに低反発ゴム及び低反発ゲル等の粘性抵抗の高い合成樹脂又は積層ゴム等を挟んで地震エネルギーを吸収することを特徴とする減震装置。
請求項１又は２に記載の減震装置付の基礎及び耐圧盤の各々に装着する金属板等の間にベアリング等の滑動装置又は粘性抵抗の高いいわゆる低反発材の中に平面的にベアリング等の小型滑動装置をバランスよく配置して地震エネルギーを吸収することを特徴とする減震装置。
請求項１又は２に記載の減震装置付の基礎及び耐圧盤の各々に装着する金属板等の間に基礎荷重でつぶれることのないように金属、合成樹脂、セラミック等を球状に成型したものを均等に並べたその間に粘性抵抗の高い低反発材等を注入等して板状にしたものを装着して地震エネルギーを吸収することを特徴とする減震装置。
請求項１又は２に記載の減震装置付の基礎及び耐圧盤の各々に装着する金属板等の間に基礎荷重でつぶれることのないように金属、合成樹脂、セラミック等を線状に成型したものを縦に均等に並べてその間に粘性抵抗の高い低反発材等を注入等して板状にしたものを装着して地震エネルギーを吸収することを特徴とする減震装置。
請求項１から７に記載の減震装置付の基礎の形状及び構造は鉄筋コンクリート構造などの堅固な材料で、建築の上部の荷重を支え、木造建築の場合は土台をアンカーボルト等で緊結した状態で地震の荷重に耐えるものとし、長方形、台形、英字の・型、英字のＬ型の梁状等で、地震荷重により全体同時に挙動する構造であり、耐圧盤の形状は上部荷重に耐える鉄筋コンクリート構造等で平滑に仕上げた上部面の基礎と接する部分に金属板等の滑動して摩擦抵抗により減衰する素材の板をとりつけ、基礎下部に取り付け同様の金属板等の摩擦面が平滑に動くように水平に取り付けた平坦部と基礎全体の外周に・センチ前後の隙間がとれる位置に立上る基礎防護壁をもつ形状からなることを特徴とする減震装置。
請求項・から８に記載の減震装置における耐圧盤の素材は鉄筋コンクリート構造のほか、比重の比較的小さい、軽量コンクリート構造、発泡コンクリート構造、合成樹脂又は発泡合成樹脂で施工した場合、地盤への負担過重が少なくなり地耐力の小さい地盤にも施工できることを特徴とする減震装置。
請求項・から８に記載の減震装置における基礎の素材は現場打設鉄筋コンクリート構造のほか、工場生産のプレキャストコンクリート、軽量コンクリート、発泡コンクリート及び金属等の基礎の機能に耐える構造で施工することを特徴とする減震装置。