(57)【要約】【課題】液状化現象を利用した免震を、地盤の質にかかわらず確実に行うことができ、なおかつより簡単な構造で行うことができる免震構造物を提供する。【解決手段】免震構造物１は、地表面が掘削された掘込みＡに形成され、水を貯留可能な土槽１０と、土槽１０の底面１０ａ上に設けられ、構築物Ｂの水平移動を許容し且つ構築物Ｂの鉛直荷重を支える水平移動装置１１と、土槽１０内に充填され、土槽１０内の液状化を誘発して構築物Ｂの水平振動を減衰させる液状化誘発土１２と、土槽１０内の液状化誘発土に水を供給する水供給装置１３とを有している。水平移動装置１１は、構築物Ｂの鉛直荷重を支え転動可能な複数の球体２０と、複数の球体２０を収容し囲む枠体２１を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地表面が掘削された掘込みに形成され、水を貯留可能な土槽と、
該土槽の底面上に設けられ、構築物の水平移動を許容し且つ構築物の鉛直荷重を支える水平移動装置と、
前記土槽内に充填され、前記土槽内の液状化を誘発して構築物の水平振動を減衰させる液状化誘発土と、
前記土槽内の液状化誘発土に水を供給する水供給装置と、を有し、
前記水平移動装置は、前記構築物の鉛直荷重を支え転動可能な複数の球体と、当該複数の球体を収容し囲む枠体と、を有することを特徴とする、免震構造物。
【請求項２】
前記枠体は、格子状に形成され、当該格子状の各方形枠内に球体が収容されていることを特徴とする、請求項１に記載の免震構造物。
【請求項３】
前記複数の球体と前記構築物の間には、板状体が介在されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の免震構造物。
【請求項４】
前記土槽の内側壁に設けられ、前記構築物の接触に対し弾性力を生じさせる弾性装置、または前記構築物の外側壁に設けられ、前記土槽の内側壁の接触に対し弾性力を生じさせる弾性装置をさらに有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の免震構造物。
【請求項５】
前記弾性装置は、発泡ゴムで構成されていることを特徴とする、請求項４に記載の免震構造物。
【請求項６】
前記土槽は、上面が開放された鉄筋コンクリートの箱型形状を有していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の免震構造物。
【請求項７】
前記土槽は、前記掘込みの表面に遮水シートを敷設して形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の免震構造物。
【請求項８】
前記土槽の遮水シート上に底版が設置され、当該底版上に前記水平移動装置が設けられていることを特徴とする、請求項７に記載の免震構造物。
【請求項９】
前記水供給装置は、前記土槽内に水を供給する管路と、当該管路を開閉する開閉弁と、  前記土槽内の水位を検出するセンサと、当該センサによる水位の検出結果に基づいて、  前記土槽内の水位が所定の高さ以上になるように前記開閉弁を開閉する制御部とを有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の免震構造物。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の免震構造物を有する建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状化誘発土を用いた免震構造物及び当該免震構造物を有する建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
中低層で最新の耐震基準に従って建てられた建物は、比較的硬質な地盤に建てられた場合の方がいわゆる軟弱地盤に建てられた場合より地震動の卓越周期と建物の固有周期が近く、共振して振動被害を受ける傾向がある。一方、その地域が東海・東南海地震の震源断層付近のように極めて地震ハサ゛ート゛が高い場合、むしろ液状化が起こった方が振動被害を軽減できる。
【０００３】
特許文献１には、液状化現象を利用した免震建物が提案されている。すなわち、特許文献１には、一定以上の強度の地震動が作用した時に液状化が発生するように地盤改良仕様を調整し、強い地震動作用時には、液状化により建物への地震入力を低減する地盤改良構法が記載されている。液状化が発生することで建物の振動被害（構造体の損傷や２次部材、設備の被害）を軽減することが可能であるが、特許文献１では液状化に伴って建物が不同沈下して上部構造の被害が誘発されることを防ぐことは難しい。
【０００４】
そこで、特許文献２では、地下水を汲み上げて区画された液状化層を構成し、建物を杭で支持することが提案されている。しかしながら、この場合、液状化の条件が地盤の地下水の状態に依存する。すなわち、特許文献２における地下水供給は、地震時の地盤歪による間隙水圧の上昇を利用したものであり、間隙水圧が上昇しない地盤では液状化が起こらない可能性がある。よって、特許文献２の技術では、地盤によって免震を実施できない場合がある。
【０００５】
また、特許文献２では、内部通路のある杭を地中深く貫入する必要があり、免震のための構造が複雑かつ大型化し、また施工が困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０３５７４４号公報
【特許文献２】特開平１１−３１５５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、液状化現象を利用した免震を、地盤の質にかかわらず確実に行うことができ、なおかつより簡単な構造で行うことができる免震構造物及び建物を提供することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、地表面が掘削された掘込みに形成され、水を貯留可能な土槽と、該土槽の底面上に設けられ、構築物の水平移動を許容し且つ構築物の鉛直荷重を支える水平移動装置と、前記土槽内に充填され、前記土槽内の液状化を誘発して構築物の水平振動を減衰させる液状化誘発土と、前記土槽内の液状化誘発土に水を供給する水供給装置と、を有し、前記水平移動装置は、前記構築物の鉛直荷重を支え転動可能な複数の球体と、当該複数の球体を収容し囲む枠体と、を有することを特徴とする免震構造である。
【０００９】
本発明によれば、水供給装置により土槽内の液状化誘発土に水を供給できるので、液状化現象を利用した免震を地盤の質にかかわらず確実に行うことができる。また、構築物を、土槽の底面上の複数の球体を用いて支承するので、簡単な構造で免震を行うことができる。また、球体を用いることにより、免震に必要な構築物の水平方向の移動性を十分に確保できる。
【００１０】
前記枠体は、格子状に形成され、当該格子状の各方形枠内に球体が収容されていてもよい。かかる場合、球体同士の位置関係や、球体と構築物との位置関係が変動しないので、構築物の総ての方向の水平移動を確実に安定して確保できる。
【００１１】
前記複数の球体と前記構築物の間には、板状体が介在されていてもよい。かかる場合、構築物から複数の球体にかかる荷重を均等化できる。また、板状体は、構築物の基礎コンクリート打設時の型枠の役割を果たすことができる。
【００１２】
上記免震構造物は、前記土槽の内側壁に設けられ、前記構築物の接触に対し弾性力を生じさせる弾性装置、または前記構築物の外側壁に設けられ、前記土槽の内側壁の接触に対し弾性力を生じさせる弾性装置をさらに有していてもよい。かかる場合、地震による構築物の横ずれに対し構築物を元の位置に戻す方向に押すことができるので、地震による構築物の位置ずれを低減できる。
【００１３】
前記弾性装置は、発泡ゴムで構成されていてもよい。
【００１４】
前記土槽は、上面が開放された鉄筋コンクリートの箱型形状を有していてもよい。
【００１５】
前記土槽は、前記掘込みの表面に遮水シートを敷設して形成されていてもよい。また、前記土槽の遮水シート上に底版が設置され、当該底版上に前記水平移動装置が設けられていてもよい。
【００１６】
前記水供給装置は、前記土槽内に水を供給する管路と、当該管路を開閉する開閉弁と、前記土槽内の水位を検出するセンサと、当該センサによる水位の検出結果に基づいて、水位が所定の高さ以上になるように前記開閉弁を開閉する制御部とを有していてもよい。かかる場合、土槽内の水量を確実に維持して、液状化現象による免震を確実に行うことができる。
【００１７】
別の観点による本発明によれば、上記免震構造物を有する建物が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、液状化現象を利用した免震を、地盤の質にかかわらず確実に行うことができ、なおかつ簡単な構造で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施の形態にかかる免震構造物を有する建物の構成の概略を示す説明図であ      る。
【図２】（ａ）は、水平移動装置の構成の概略を示す平面図である。（ｂ）は、水平移      動装置の縦断面図である。
【図３】側方から見た弾性装置を示す説明図である。
【図４】弾性装置を上方から見た説明図である。
【図５】構築物が接触した状態の弾性装置を示す説明図である。
【図６】施工時に水平移動装置を設置した状態を示す説明図である。
【図７】施工時に液状化誘発土により球体を埋めた状態を示す説明図である。
【図８】遮水シートの土槽を有する免震構造物の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係る免震構造物１を有する建物２の構成の概略を示す説明図である。
【００２１】
免震構造物１は、例えば地表面が掘削された掘込みＡに形成され、水を貯留可能な土槽１０と、土槽１０の底面１０ａ上に設けられ、構築物Ｂの水平移動を許容し且つ構築物Ｂの鉛直荷重を支える水平移動装置１１と、土槽１０内に充填され、土槽１０内の液状化を誘発して構築物Ｂの水平振動を減衰させる液状化誘発土１２と、土槽１０内の液状化誘発土１２に水を供給する水供給装置１３を有している。
【００２２】
土槽１０は、例えば上面が開放された鉄筋コンクリートの箱型形状を有している。水平移動装置１１は、例えば構築物Ｂの鉛直荷重を支え転動可能な複数の球体２０と、複数の球体２０を収容し囲む枠体２１を有している。球体２０には、例えば工業用ガラス球、工業用磁器球、コンクリート球などが用いられる。枠体２１は、例えば図２（ａ）に示すように方形の格子状に形成され、当該格子状の各方形枠２１ａ内に球体２０が収容されている。球体２０は、後述するように地震発生時には方形枠２１ａ内で転動でき、球体２０と枠体２１はいっしょに底面１０ａ上を水平移動する（枠体２１は土槽１０の底版に固定されていない）。また枠体２１は、図２（ｂ）に示すように上下方向の寸法（枠体２１が土槽１０の底面１０ａから突出する高さ）が球体２０の径よりも短く（低く）形成され、球体２０を収容した際に、球体２０の上側が枠体２１よりも突出するようになっている。これにより、球体２０は、上面で後述する板状体２２を支持できる。また、底面１０ａに対する球体２０及び枠体２１の敷設範囲は、構築物Ｂの底面とほぼ同じ面積を有している。
【００２３】
図１に示すように複数の球体２０上には、板状体２２が載置され、その上に構築物Ｂが支承されている。板状体２２は、構築物Ｂの底面全体を覆う大きさを有し、球体２０に対し水平移動できる。なお、板状体２２は、樹脂板、鋼板等を用いることができる。
【００２４】
図３に示すように土槽１０の内側壁１０ｂには、例えば構築物Ｂの接触に対し弾性力を生じさせる弾性装置３０が設けられている。弾性装置３０は、例えば発泡ゴムで構成されている。弾性装置３０は、例えば土槽１０の内側壁１０ｂから内側に突出し先細の側方から見て台形の形状を有している。また、弾性装置３０は、図４に示すように土槽１０の内側壁１０ｂに沿って水平方向に長く形成されている。弾性装置３０は、例えば箱型形状の土槽１０の各辺（平面視）の内側壁１０ｂにそれぞれ形成されている。また、弾性装置３０は、構築物Ｂの大きさ（奥行や幅）に応じて等間隔に複数設けてもよい。この弾性装置３０により、図５に示すように構築物Ｂが地震により水平方向に移動した際に弾性装置３０と接触し弾性力を生じさせて、構築物Ｂを元の位置に戻す方向に押すことができる。
【００２５】
水供給装置１３は、例えば図１に示すように土槽１０内に水を供給する管路４０と、管路４０を開閉する開閉弁４１と、土槽１０内の液状化誘発土１２の水位を検出するセンサ４２と、当該センサ４２による水位の検出結果に基づいて、水位が所定の高さ以上になるように開閉弁４１を開閉する制御部４３を有している。管路４０は、水道などの水の供給源４４に接続されている。開閉弁４１には、例えば電磁弁が用いられ、センサ４２には、例えば水圧計が用いられる。制御部４３としては、例えばＣＰＵ、メモリなどを有するコンピュータが用いられる。
【００２６】
液状化誘発土１２には、例えば細粒度含有率が１０％程度と低く、大多数の粒径が０．１ｍｍ〜１．０ｍｍの間にある比較的均一の砂質土が用いられる。また、液状化誘発土１２は、土砂以外であってもよく、例えば、均質な粒径を有する樹脂ビーズやガラスビーズなどの材料を用いることができる。
【００２７】
次に、以上の免震構造物１の施工方法について説明する。先ず地表面に掘込みＡが掘削され、その掘込みＡに土槽１０が形成される。土槽１０は、杭等により下から支持されてもよい。その後、図６に示すように土槽１０の底面１０ａ上に水平移動装置１１の枠体２１が設置され、枠体２１の各方形枠２１ａ内に球体２０が収容される。さらに、土槽１０には、水供給装置１３や弾性装置３０が設置される。
【００２８】
次に、図７に示すように球体２０が埋まるように液状化誘発土１２が土槽１０内に入れられる。その後、球体２０上に板状体２２が載置される。次に、図１に示すように板状体２２上に構築物Ｂの基礎が構築され、土槽１０内に地表面と同程度の高さになるように液状化誘発土１２が入れられる。次に構築物Ｂが構築され、その後土槽１０内の水位が所定の高さになるように水供給装置１３により土槽１０内に水が供給される。施工後は、センサ４２により土槽１０内の水位が監視され、所定の水位より下がると、制御部４３により開閉弁４１が開放され、管路４０を通じて土槽１０内に水が供給される。
【００２９】
地震発生時には、球体２０自身は、底面１０ａ上を枠体２１（土槽１０の底版に固定していない）とともに水平振動し、球状２０上の板状体２２に載置された構築物Ｂも容易に水平振動する。このとき、球体２０及び枠体２１の水平移動の幅は、構築物Ｂの水平移動の幅より小さいことから、構造物Ｂが片持支持状態になる場合がある（図５参照）。
そして、構築物Ｂが水平移動して弾性装置３０に接触すると、弾性装置３０が縮んで反発力を生じさせ、構築物Ｂを土槽１０の中央側に押し戻す。さらに構築物Ｂは、土槽１０の中央を通過して水平移動し、反対側の内側壁１０ｂの弾性装置３０に接触すると、弾性装置３０が縮んで反発力を生じさせ、構築物Ｂを土槽１０の中央側に押し戻す。このような繰り返しにより、地震後の構築物Ｂの位置ずれ（水平振動による変位（振幅））が復元される。その一方で液状化誘発土１２が液状化し、粘性体となって構築物Ｂの水平振動を減衰させる。これにより、構築物Ｂが免震される。なお、複数の球体２０は、枠体２１が整列されているので、水平振動によって構造物Ｂの下面から散らばることがなく、構造物Ｂの支持状態は維持される。
【００３０】
以上の実施の形態によれば、水供給装置１３により液状化誘発土１２に水を供給できるので、液状化現象を利用した免震を地盤の質にかかわらず確実に行うことができる。また、構築物Ｂを、土槽１０の底面１０ａ上の複数の球体２０を用いて支承できるので、簡単な構造で免震を行うことができる。また、球体２０を用いることにより、免震に必要な構築物Ｂの水平方向の移動性を十分に確保できる。
【００３１】
枠体２１は、格子状に形成され、各方形枠２１ａ内に球体２０が収容されるので、球体２０同士の位置関係が不変になり、それらの球体２０上の構築物Ｂの総ての方向の水平移動を確実に安定的に確保できる。
【００３２】
複数の球体２０と構築物Ｂの間には、板状体２２が介在されているので、構築物Ｂから複数の球体２０にかかる荷重を均等化できる。また、板状体は、構築物Ｂの基礎コンクリート打設時の型枠の役割を果たしたすことができる。
【００３３】
土槽１０の内側壁１０ｂには、構築物Ｂの接触に対し弾性力を生じさせる弾性装置３０が設けられているので、地震による構築物Ｂの位置ずれ（水平振動による変位）を復元できる。なお、上記実施の形態では、弾性装置３０が土槽１０の内側壁１０ｂに設けられていたが、構築物Ｂの外側壁に設けられていてもよい。かかる場合も、構築物Ｂが水平移動して土槽１０が弾性装置３０に接触すると、弾性装置３０が縮んで反発力を生じさせ、構築物Ｂを土槽１０の中央側に押し戻す。さらに構築物Ｂは、土槽１０の中央を通過し、反対側の内側壁１０ｂの弾性装置３０に接触すると、弾性装置３０が縮んで反発力を生じさせ、構築物Ｂを土槽１０の中央側に押し戻す。このような繰り返しにより、地震後の構築物Ｂの位置ずれ（水平振動の変位（振幅））が復元される。
【００３４】
また、上記実施の形態では、土槽１０は、上面が開放された鉄筋コンクリートの箱型形状を有しているので、液状化のための保水を適正に行うことができる。
【００３５】
水供給装置１３の制御部４３により、センサ４２による土槽１０内の水位の検出結果に基づいて、水位が所定の高さ以上になるように開閉弁４１が制御されるので、土槽１０内の水量を確実に維持して、液状化現象による免震を確実に行うことができる。
【００３６】
以上の実施の形態では、鉄筋コンクリートの土槽１０であったが、図８に示すように掘込みＡの表面に遮水シート５０を敷設して形成された土槽５１であってもよい。かかる場合、土槽１０の遮水シート５０上に、例えば鉄筋コンクリート製の底版５２が設置され、その底版５２上に水平移動装置１１の球体２０、枠体２１が設けられてもよい。また、この場合、弾性装置３０を構築物Ｂの外壁面に設け、反力壁用に鉄筋コンクリート製の底版５２の外縁を立ち上げて、当該底版５２の外縁部５２ａに弾性装置３０を反発させるようにしてもよい。また、弾性装置３０をバネとして、反力壁と構築物Ｂを連結しておくこともできる。かかる場合、より簡単な構造で安価な免震構造物１を実現できる。
【００３７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３８】
例えば以上の実施の形態では、底面１０ａに対する球体２０及び枠体２１の敷設範囲は、構築物Ｂの底面とほぼ同じ面積に合わせて設けられていたが、構築物Ｂの底面より広い面積として余裕をもって敷設してもよい。構築物Ｂが敷設範囲から大きくはみ出しては、構造物Ｂが傾いてしまうことを防止するためである（図５参照）。
また、他の水平移動装置の構成として、枠体２１を板状体２２側に固定して、球体２０を収容した際に球体２０の下側が枠体２１よりも突出するようにして土槽１０の底面１０ａ上を転動するようにしてもよい。
また、弾性装置３０が発泡ゴムであったが、弾性力を生じさせるものであれば、高減衰ゴムなどの他のゴムであってもよいし、またバネや、バネを用いたバネ機構等であってもよい。
【符号の説明】
【００３９】
１  免震構造物
２  建物
１０  土槽
１１  水平移動装置
１２  液状化誘発土
１３  水供給装置
２０  球体
２１  枠体
Ａ  掘込み
Ｂ  構築物
【図１】
2010275802.tif 000003
【図２】
2010275802.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010275802.tif 000008
【図７】
2010275802.tif 000009
【図８】
2010275802.tif 000010