JP2008121401A

JP2008121401A - 地盤改良型減震装置

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Publication number: JP2008121401A
Application number: JP2006341906A
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】住宅そのほかあらゆる構造の建築物（建物イ）に、好適な地盤改良型減震装置を提供する。
【解決手段】・主に建築物イ及び土木構造物の荷重を支える範囲の地盤ニに比較的比重が小さく、吸水性が小さく、かつ、粘性抵抗をもつ棒状又は楔状のゴムまたは合成樹脂の減衰材ホを平面的にほぼ等間隔に打ち込み、その地盤ニの土砂の水分を搾り出して耐圧強度を上げるとともに、この減衰材ホの比重が小さいことによる浮力効果等による地耐力の増加効果のほか、地震による水平荷重が発生した場合、この減衰材ホが挿入されている分、周辺地盤より若干変位しやすくなり、地震荷重を逃がすとともにこの減衰材の粘性摩擦抵抗と合わせて、土砂の粘性摩擦抵抗、剪断滑り抵抗により地震力を軽減することができる地盤改良型減震装置である。
【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、地盤に減震機能を付加するとともに地耐力を改善できる簡易な構造で、かつ、低コストで施工でき、比較的倒壊の危険の高い大地震に対しても、木造一戸建住宅のような軽量建築物から鉄筋コンクリート構造等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地盤改良型減震装置にかかる。

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、荷重が小さいため、揺れ幅を小さくすることが難しい、また、小型住宅では、荷重が軽い為、地震荷重を少な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。

また、安易に地盤と基礎底盤と地盤の間に発泡ポリスチレンのように脆弱な合成樹脂を挟んだり、固有振動周期の発生しやすいゴム等を挟んで減震するのは、地震時に合成樹脂の破壊を起こしたり、偏芯加重および荷重のばらつきによる不同変位、または不同沈下を発生させ、さらに、それらのゴム等の固有振動周期と地震の振動周期が合致して共振加速による上部建物の倒壊を誘引する可能性がある。

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、地盤に発生する接地圧を少なくして地耐力の小さい地盤にも施工でき、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、本発明に係る地盤改良型減震装置は、主に建築物イ及び土木構造物の荷重を支える範囲の地盤ニに比較的比重が小さく、吸水性が小さく、かつ、粘性抵抗をもつ棒状又は楔状のゴムまたは合成樹脂の減衰材ホを平面的にほぼ等間隔に打ち込み、その地盤ニの土砂の水分を搾り出して耐圧強度を上げるとともに、この減衰材ホの比重が小さいことによる浮力効果等による地耐力の増加効果のほか、地震による水平荷重が発生した場合、この減衰材ホが挿入されている分、周辺地盤より若干変位しやすくなり、地震荷重を逃がすとともにこの減衰材の粘性摩擦抵抗と合わせて、土砂の粘性摩擦抵抗、剪断滑り抵抗により地震力を軽減することができる。

また、形状においては、棒状および楔形の断面形状派円形、多角形、星形等限定されるものではなく、比重及び総重量を下げるため、スポンジ状及び空洞を有する場合もあり、長さ、太さ及び所要数においても地盤の所要強度により決定され、素材においてもゴムおよび合成樹脂のほか、若干の変形可能な無機質材及び金属を成形することができることを特徴とする地盤改良型減震装置である。

この地盤改良型減震装置の減震材ホの製法及び地盤ニへの取り付け方法は、工場で成形したものを施工現場に搬入し、１本毎に所定の深さまで垂直に打撃貫入させるほか、土工重機等・にアタッチメントへとして取り付けることで地盤ニに垂直な複数個の挿入穴トを形成できる装置を取る付け、その重機の重量により満遍なく所定の深さに挿入することで空穴トを形成し、その各穴トに減震材ホを挿入することでその地盤ニの土砂の水分を搾り出して耐圧強度を上げるとともに、この減衰材ホの比重が小さいことによる浮力効果等による地耐力の増加効果のほか、地震による水平荷重が発生した場合、この減衰材ホが挿入されている分、周辺地盤チより若干変位しやすくなり、地震荷重を逃がすとともにこの減衰材ホの粘性摩擦抵抗と合わせて、土砂の粘性摩擦抵抗、剪断滑り抵抗により地震力を軽減することができる。

既存の土砂を存置改良しない場合つまり、盛り土を要する地盤及び土砂の置き換えを必要とする場合は所定の深さを、地震の水平荷重により若干の水平移動が可能でかつ移動のときに摩擦抵抗が発生し地震エネルギーを減衰させるために天然砕石、軽量人工砂利等の地業材リ、又は変形量が若干で粘性抵抗が高いゴム又は合成樹脂等の粘弾性減衰材ヌに置き換えることで地耐力を上げ摩擦、剪断又は粘性抵抗を発生させ地震エネルギーを減衰させることを特徴とする地盤改良型減震装置も考えられる。

また、このゴム又は合成樹脂等を置き換える粘弾性減衰材ヌは自由振動すると共振加速の可能性がるので、地震時の水平変形量を若干に制限するために、周辺地盤チの高さ以下に施工するとともに、垂直荷重に対して変形を少なくするために、所定の間隔に支柱材オを併用することで、弱点をカバーすることが可能である。

これらの装置の原理はいずれも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、さらに、地盤を軽量化することにより地耐力を上げる地盤改良型減衰装置である。

地震時の水平荷重は基礎ロから上部の建築物イ等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、エネルギーの減衰に消費させようとする摩擦抵抗は滑動する摩擦面または剪断破壊時の摩擦係数・に水平地震荷重の計算と同様、基礎ロから上部の建築物イ等の総質量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、周辺地盤より変形抵抗の小さい減震材ホを列柱状に混入することにより通常の耐圧盤土の摩擦抵抗０．５を摩擦抵抗を０．３ないし０．４程度にお小さくすることで、建築基準法で規定されている地震荷重を超える大型地震で滑動し、その摩擦抵抗分の地震エネルギーを減衰することができる地盤改良型減震装置である。

以上のように構成された本発明に係る地盤改良型減震装置は地盤に挿入される減衰材ホにより、既存地盤の厚密および軽量化により地耐力を上げることにより、一般に施工が困難とされていた軟弱地盤にも施工が可能なこと、また、振動減衰によらない摩擦抵抗型減震装置の為、倒壊の主な原因とされる共振加速が発生しない構造のうえ、比較的摩擦抵抗が大きいため、大型地震に威力を発揮する。

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、上部建築物イ等の構造を限定せず、鉄筋コンクリート構造、鉄骨鉄筋コンクリート構造、鉄骨造、積石造、木造等自由な構造とすることができること、残土処理が少ないこと、施工が簡単で比較的施工コストが低いため普及効果が高く大型地震による倒壊を大幅に減らすことが可能である。
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、この建物イを支える地盤に減震材ホが所定の深さで圧入されている。これにより、地盤ハの圧蜜効果、軽量化効果により地盤の支持耐力は上がり、地震時には若干水平移動を起こし、その時に地盤ハの土の摩擦抵抗、剪断破壊抵抗、減震材の粘性抵抗により、地震エネルギーを減衰させる。

図２は棒状減震材ホを重機に取り付けた専用の穴あけアタッチメントへにより空けた圧入孔に挿入した状況である。このタイプの例は低反発ゴムを軽量化して棒状に成形したものを挿入している。

図３はその施工手順をしめすもので、▲１▼根切、すきとりまたは整地した基礎下部地盤ニに、専用圧蜜孔用アタッチメントへで孔を空けたところへ、棒状減衰材ホを挿入している説明図である。ここに使用する棒状減震装置材ホは棒状および楔形の断面形状は円形、多角形、星形等限定されるものではなく、比重及び総重量を下げるため、スポンジ状及び空洞を有する場合もあり、長さ、太さ及び所要数においても地盤ニの所要強度により決定され、素材においてもゴムおよび合成樹脂のほか、若干の変形可能な無機質材及び金属を成形することができるので特別形状、素材を限定しない。

図４は既存の土砂を存置改良しない場合つまり、盛り土を要する地盤及び土砂の置き換えを必要とする場合は所定の深さを、地震の水平荷重により若干の水平移動が可能でかつ移動のときに摩擦抵抗が発生し地震エネルギーを減衰するために天然砕石、軽量人工砂利等の地業材リを置き換えた場合をしめす。

図５は変形量が若干で粘性抵抗が高いゴム又は合成樹脂等の粘性抵抗または低反発減衰材ヌに置き換えることで地耐力を上げ摩擦、剪断又は粘性抵抗を発生させ地震エネルギーを減衰させる。この場合縦方向の変形を少なくするための支柱材を混入する場合もある。

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、上部建物の構造及び平面計画に影響がなく、基礎から上部建築物イは一体に挙動するため、基礎から上部は通常の設計でよく、施工が簡単なうえ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地盤改良型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地盤改良型減震装置を使用した基礎を斜め上部から見た詳細面図である。棒状減震材を利用した地盤改良型減衰装置の取り付け説明略図である。支持地盤を地業材に置き換えた場合の地盤改良型減震装置を使用した基礎を斜め上部から見た詳細面図である。支持地盤を粘性抵抗材に置き換えた場合の地盤改良型減震装置を使用した基礎を斜め上部から見た詳細面図である。

符号の説明

イ…建物ロ…基礎
ハ…耐圧盤ニ…基礎下部地盤
ホ…棒状減震材・・ヘ…地盤圧蜜穴あけアタッチメント
ト…地盤圧蜜穴・・チ…周辺地盤
リ…地盤置き換え地業材ヌ…地盤置き換え粘性抵抗材

Claims

主に建築物及び土木構造物の荷重を支える範囲の地盤に比較的比重が小さく、吸水性が小さく、かつ、粘性抵抗をもつ棒状又は楔状のゴムまたは合成樹脂の減衰材を平面的にほぼ等間隔に打ち込み、その地盤の土砂の水分を搾り出して耐圧強度を上げるとともに、この減衰材の比重が小さいことによる浮力効果等による地耐力の増加効果のほか、地震による水平荷重が発生した場合、この減衰材が挿入されている分、周辺地盤より若干変位しやすく、地震荷重を逃がすとともにこの減衰材の粘性摩擦抵抗と合わせて、土砂の粘性摩擦抵抗、剪断滑り抵抗により地震力を軽減することを特徴とする地盤改良型減震装置。
請求項１に記載の地盤改良型減震装置の棒状および楔形の断面形状は、円形、多角形、星形等限定されるものではなく、比重及び総重量を下げるため、スポンジ状及び空洞を有する場合もあり、長さ、太さ及び所要数においても地盤の所要強度により決定され、素材においてもゴムおよび合成樹脂のほか、若干の変形可能な無機質材及び金属を成形によることができることを特徴とする地盤改良型減震装置。
請求項１及び２に記載の地盤改良型減震装置の製法及び地盤への取り付け方法は、工場で成形したものを施工現場に搬入し、１本毎に所定の深さまで垂直に打撃貫入させるほか、土工重機にアタッチメントとして取り付けることで地盤に垂直な複数個の挿入穴を形成できる装置を取る付け、その重機の重量で満遍なく所定の深さに挿入することを特徴とする地盤改良型減震装置。
請求項１及び２に記載の地盤改良型減震装置の製法及び地盤への取り付け方法は、請求項３のほか、施工現場において、粘性抵抗の高いゴム、合成樹脂及び無機質系の現場発泡剤を先端から送射できる管状の鋼材等を１本毎又は複数個同時に重機等に取り付け圧入し所定の深さから引抜ながら地盤に垂直に棒状に成形させ、さらにその膨張圧力で地盤の水分を搾り出すことにより地盤耐力を増加させることを特徴とする地盤改良型減震装置。
請求項１から４に記載の地盤改良型減震装置は基礎底盤に接する既存の土砂を存置改良する場合だが、盛土を要する地盤及び土砂の置き換えを必要とする場合は所定の深さを、地震の水平荷重により若干の水平移動が可能でかつ移動のときに摩擦抵抗が発生し地震エネルギーを減衰するために、天然砕石、軽量人工砂利、又は変形量が若干で粘性抵抗が高いゴム又は合成樹脂等を置き換えることで地耐力を上げ摩擦、剪断又は粘性抵抗を発生させ地震エネルギーを減衰させることを特徴とする地盤改良型減震装置。
請求項５に記載のゴム又は合成樹脂等を置き換える地盤改良型減震装置は地震荷重による水平変形量を若干に制限するために、周辺地盤高さ以下に施工するとともに、垂直荷重に対して変形を少なくするために、所定の間隔に支柱材の取り付け、又は積層構造とするか、または軸力強度及び硬度の高い材料を使用することを特徴とする地盤改良型減震装置。