(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨構造からなる構造物に設けられてその地震動による加速度応答を低減するための制震構造であって、
該構造物の下部構造の少なくとも側部を含む部位と、該下部構造を支持する地盤との間に粘性体が充填され、
前記下部構造は、前記構造物における地下階であり、該地下階は、前記構造物の他の部分よりも剛性の低い構造とされていることを特徴とする制震構造。
【請求項２】
請求項１に記載された制震構造であって、前記下部構造の側方と前記地盤との間に、前記粘性体を注入する粘性体注入層が設けられてなり、該粘性体注入層は、前記下部構造側部に設けられた止水壁と、前記地盤中に設けられた地中壁とから構成されていることを特徴とする制震構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載された制震構造であって、前記粘性体はアスファルトからなることを特徴とする制震構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物に設置されてその地震動による加速度応答を低減するための制震構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、建築・土木構造物に対しては、従来にも増して安全性・信頼性が求められてきており、そのために様々な工夫・改良がなされてきている。特に、地震時における構造物およびその内部の安全を図るために、構造物の地震動による加速度応答を低減する制震構造が設けられる例が多くなってきている。
【０００３】
このような制震構造のなかでも、構造物とそれを支持する地盤との間に、積層ゴムおよびダンパーを介在させた免震構造が広く用いられている。この種の免震構造においては、積層ゴムによって、構造物全体が長周期化させられるとともに、地震動による入力エネルギーが弾性ひずみエネルギーとして吸収させられ、その一方で、ダンパーにより積層ゴムの蓄えたエネルギーが消費される。このような機能により、免震構造の上部に設置された上部構造に対する地震動の入力が大幅に緩和されるとともに、地震動のエネルギーが免震構造において吸収され、構造物の安全が守られることとなる。
【０００４】
図６は、免震構造１が設置された建築物２を示す図である。図中に示すように免震構造１は、建築物２の最下階の床下に設置され、建築物２の上部構造３に対する地盤４からの地震動の入力を緩和する役割を果たす。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、鉄骨構造などの比較的柔らかい建築物や、高層階を有する建築物においては、建築物自体が長周期化されているために、上記のような免震構造をその基礎部に設けることには意味がなく、したがって、上記のような免震構造の適用範囲は、１０階程度以下の低層であって、しかも比較的剛な構造を持つ建物に限定されていた。このため、鉄骨造あるいは高層の建物等においても、地震動の入力を緩和することが可能であるような制震構造が求められていた。
【０００６】
さらに、上記のような免震構造は、建築物の基礎部分に介挿されるのが通常であるが、免震構造が介挿された位置よりも上部においては、周囲にクリアランスが必要であることから、深い地下室を持つ建築物に対しては適用が困難であった。もちろん、図７に示すように、免震構造１を建築物２の最下層以外の中途階に設けた例も見られるが、この場合には、以下のような問題が生じていた。
【０００７】
その問題とは、すなわち、図７に示したような建築物２においては、設計に際して地震時挙動を正確に反映させるのが困難であるということである。一般に、建築物等においては、下部構造とそれを支持する地盤との間の相互作用に不確定性が多いために、下部構造と上部構造とは独立に設計されるのが通常である。しかし、実際にはそれに反して、これら下部構造および上部構造は緊結されており、地震時には、相互に作用を及ぼすことになるため、これらを独立に設計したのでは、地震時挙動を建築物等の設計に正確に反映させることが困難となる。このような建築物の設計に係る問題は、図６に示したような上部構造３の最下層に免震構造１が配置され、上部構造３が下部構造に対して絶縁された構造物においては、上部構造３と下部構造が緊結されないために回避されることになるが、図７に示したような建築物１においては、下部構造（基礎杭）６と地下室５部分が緊結されているため、下部構造６と地下室５部分を独立に設計したのでは、従来一般の構造物と同様、地震時挙動の安全性の検討が不十分であることになる。また、下部構造６と地下室５部分を一体的に設計することも、下部構造６と地盤４との相互作用の不明瞭性により困難であり、このような設計上の制約が図７に示した建築物２において耐震安全性の検討を困難にする要因となっていた。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み行われたもので、その目的は、深い地下室を持つ構造物においても、地震時挙動の把握を正確に行うことができ、その結果、設計時に耐震安全性の検討を十分に行うことが可能であるような制震構造を提供することにある。また、別の目的は、鉄骨構造のような比較的柔らかい構造物に対しても適用可能な制震構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の制震構造は、鉄骨構造からなる構造物に設けられてその地震動による加速度応答を低減するための制震構造であって、
該構造物の下部構造の少なくとも側部を含む部位と、該下部構造を支持する地盤との間に粘性体が充填され、
前記下部構造は、前記構造物における地下階であり、該地下階は、前記構造物の他の部分よりも剛性の低い構造とされていることを特徴とする。
【００１０】
この制震構造においては、地震時の構造物に対する入力エネルギーが、下部構造の外周囲に充填された粘性体により減衰され、その結果、構造物の振動応答が減少する。
【００１２】
また、この制震構造によれば、他の階よりも剛性の低い構造とされた地下階が、地震時には、他の階に比べて大きく振動し、その際の振動エネルギーが地下階の外周囲に充填された粘性体により吸収される。
【００１４】
請求項２記載の制震構造は、請求項１に記載された制震構造であって、前記下部構造の側方と前記地盤との間に、前記粘性体を注入する粘性体注入層が設けられてなり、該粘性体注入層は、前記下部構造側部に設けられた止水壁と、前記地盤中に設けられた地中壁とから構成されていることを特徴とする。
この制震構造においては、上記のような構成とされているため、地盤と構造物の下部構造との間に減衰作用を有する粘性体を介在させることが可能となる。
【００１５】
請求項３記載の制震構造は、請求項１または２に記載された制震構造であって、前記粘性体はアスファルトからなることを特徴とする。
この制震構造においては、アスファルトが構造物の振動エネルギーを減衰させる役割を果たす。また、このように、減衰機構にアスファルトが用いられるために、優れた減衰作用が発揮されるだけでなく、施工も容易なものとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の一例を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の制震構造１１を建築構造物１２に対して適用した場合の例を示した図である。建築構造物１２は、地上部分に露出した上部構造１３と地中に建設された下部構造１４とからなり、下部構造１４は、支持地盤１６に対して打設された基礎杭１７と、基礎杭１７上に建設され、表層地盤１８中に位置する地下階１９とから構成されている。上部構造１３および地下階１９は、ともに鉄骨構造からなっている。
【００１９】
制震構造１１は、地下階１９と、地下階１９側方と表層地盤１８との間に充填されたアスファルトからなる粘性体２０とを備えて構成されている。この制震構造１１の構成の詳細を拡大して示した図が図２である。図中に示すように、地下階１９の側面には止水壁２１が設けられており、また、表層地盤１８中の止水壁２１と対向する位置には、地中壁２２が設けられている。これら止水壁２１および地中壁２２によって、粘性体注入層２３が形成され、粘性体注入層２３には、粘性体２０が注入されている。
【００２０】
さらに、地下階１９を構成する鉄骨骨組みである地下構造体２５は、上部構造１３を構成する鉄骨骨組みである上部構造体２６よりも、剛性の低い構造とされている。具体的には、地下構造体２５を構成する柱２７が、鉛直荷重を支持するだけの細いものとされることによって、地下構造体２５が柔構造とされる。
【００２１】
上記のような構成とされた制震構造１１においては、地震時、建築構造物１２に対して支持地盤１６および表層地盤１８から振動力が加えられた場合に、地下階１９において大きな層間変形が発生し、このため、表層地盤１８と地下階１９との間に相対変位が生じることになる。このとき、表層地盤１８と地下階１９との間の粘性体注入層２３に注入された粘性体２０がダンパーの役割を果たし、建築構造物１２の振動エネルギーが減衰される。また、上部構造１３における層間変形量は地下階１９におけるものほど大きくはならず、したがって上部構造１３においては、内外装材等が損傷を受けることもなくなる。
【００２２】
本実施の形態の制震構造１１は、地震時には、上記のような作用により、建築構造物１２の振動エネルギーを吸収するものであるが、このことにより以下のような効果を奏するものである。
まず、本実施の形態においては、地下階１９と表層地盤１８との間に、その性状が既知である粘性体２０が介装された構成とされることから、地下階１９側面と表層地盤１８との相互作用の建築構造物１２に対する影響を明確にすることができる。このため、設計に際して地盤からの地震入力を考慮する部分を、基礎杭１７の部分に限定することができ、設計における地震時の安全性の検討を容易なものとすることができる。また、従来においては、地下階と上部階の設計は、地下階と地盤との相互作用の不確定性から、別々に行われていたのに対し、本実施の形態においては、地下階１９と表層地盤１８との相互作用を正確に把握できるため、上部構造１３と地下階１９部分を一体とした解析モデルを作成し、設計に用いるようにすることも可能である。
【００２３】
また、本実施の形態においては、地下階１９が他の階よりも柔軟な構造とされることによって制震構造１１が形成されるため、積層ゴム等を使用して建築構造物の長周期化を図る従来の免震構造とは異なり、もともとその固有周期が比較的長い建築構造物に対しても容易に適用が可能である。したがって、制震構造１１は、鉄骨造のような比較的柔らかい構造物や、高層の建築構造物に対しても適用が可能である。
【００２４】
さらに、このように地下階１９が柔らかい構造とされることにより制震機構が形成されることによって、建築構造物の基礎部に積層ゴムなどのアイソレータを介装した従来の免震構造のように、深い地下室を有する建築構造物に対して適用が困難となることがない。したがって、本実施の形態の制震構造１１は深い地下室を持った建築構造物に対して特に有効であり、これにより、敷地の有効利用および地震時の安全性の確保を同時に図ることができる。
【００２５】
以上が、本発明の一実施の形態であるが、本発明は上記実施の形態に限定される性質のものではなく、形態等の変形を施すことも可能である。例えば、図３は、制震構造１１を、建築構造物１２の下部構造１４を形成する基礎杭１７の側部と地盤２９との間に粘性体２０を介装させる構成としたものである。また、図４は、図３における建築構造物１２の基礎杭１７を拡大して示した図である。図中に示すように、基礎杭１７は、その先端１７ａにおいてのみ地盤２９によって直接的に支持され、側面１７ｂにおいては、粘性体２０が介して間接的に地盤２９と接する構成とされている。
【００２６】
このようにすることによって、粘性体２０が地震時にダンパーとして作用するだけでなく、基礎杭１７側面に既知の性状を持つ粘性体２０が充填されるために、基礎杭１７と地盤２９との相互作用が明確となる。このことにより、地盤２９からの地震入力を、基礎杭１７の先端１７ａだけに限定することが可能となり、耐震安全性の検討の正確化を図ることができるだけでなく、上部構造１３と基礎杭１７を一体的に設計することも可能であり、設計作業の容易化を図ることができる。
【００２７】
以上において、本発明の実施の形態の一例およびその変形例を説明したが、次に上記実施の形態における制震構造１１の施工方法について説明する。制震構造１１は図１または図３に示すように、地下階や基礎杭などの建築構造物１２の下部構造１４と地盤との間に粘性体２０を充填するものであるが、この粘性体２０の充填作業をオープンカットにより行おうとした場合には、あらかじめ、下部構造１４の周囲を開削しておき、そこに粘性体２０の充填部を形成して粘性体２０を充填し、また埋め戻しを行うという方法をとらなければならず、工期の長期化やコスト高を招くことになる。そこで、ここでは、以下のような施工方法を採用することとする。
【００２８】
その施工方法とは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、建築構造物１２の下部構造１４の底部または側部に対して、粘性体２０を下部構造１４外部の地盤２９に対して注入するため粘性体注入孔３０を形成しておき、この粘性体注入孔３０から、地盤２９に対して粘性体２０を注入し、下部構造１４の外壁１４ａと地盤２９との間に粘性体２０を充填するというものである。図５（ａ）は、地下階１９からなる下部構造１４の側壁に対して粘性体２０を注入した場合の例であり、（ｂ）は、基礎杭１７からなる下部構造１４の側部に対して粘性体２０を注入した場合の例である。この際、具体的には、常温液体アスファルトからなる粘性体２０を１０kg/cm2程度の圧力で注入し、粘性体２０と地盤２９との接地圧を５〜６kg/cm2程度に保つようにする。
【００２９】
このような施工方法を採用することによって、オープンカットによって粘性体２０の注入部を形成する必要がなくなり、また、下部構造１４の施工後に後施工により粘性体２０の注入を行うことが可能となる。このため、工期短縮および建設コストの低減を同時に図ることが可能となるだけでなく、施工計画の自由度を向上させることができる。
また、この施工方法によれば、粘性体２０が地盤２９に圧入されるため、地盤２９が締め固められ、地盤２９の高強度化を図ることができ、建築構造物１２の安全性が向上されることとなる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る制震構造によれば、構造物の下部構造の少なくとも側部を含む部位と、地盤との間に粘性体が充填され、この粘性体がダンパー機能を発揮することにより、地震時に構造物の振動エネルギーが吸収され、地震時の構造物の安全が図られる。また、このように下部構造の側部に粘性体が配されることによって、地盤と下部構造が直接相互作用を及ぼしあうことがなく、粘性体の性状が既知ならば、地盤と下部構造との間の作用を明確にすることができる。これにより耐震安全性の検討および設計作業の容易化が図られる。
【００３１】
また、地下階からなる下部構造と地盤との間に粘性体が充填される構成とされることから、積層ゴム等を構造物の基礎部分に配置した従来の免震構造とは異なり、深い地下階を有する構造物に対しても容易に適用することが可能となる。また、地下階部分と地盤との相互作用を、これらの間に介装された性状が既知の粘性体によって明確なものとすることができるため、地下階と上部構造とを一体的に設計することも可能となり、これにより、設計作業の容易化を図ることができる。
【００３２】
さらに、構造物が鉄骨構造とされ、また地下階が構造物の他の部分よりも剛性の低い構造とされるため、地震時には、地下階において他の階に比較して大きな振動が生じ、これにより地下階の周囲に配置された粘性体によって振動エネルギーが吸収され、地震時の構造物の安全性が確保される。 この制震構造は、積層ゴム等により構造物の長周期化を図る従来の免震構造等とは異なり、元々、比較的長い固有周期を持つ構造物に対しても適用が可能であり、鉄骨造のような比較的長周期で柔軟な構造を有する構造物や高層の構造物に好適である。
【００３４】
請求項２に係る制震構造は、粘性体が止水壁および地中壁によって形成された粘性体注入層に充填される構成とされるため、請求項１に記載された発明が実現可能とされるだけでなく、粘性体が液体である場合にも対応が可能である。
【００３５】
請求項３に係る制震構造は、粘性体がアスファルトから形成されるため、優れた振動減衰作用が発揮されるだけでなく、施工も容易なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態を示す建築構造物の断面図である。
【図２】  図１に示した建築構造物の地下階部分を拡大して示した断面図である。
【図３】  本発明の他の実施の形態を示す、建築構造物の基礎杭およびその近傍の断面図である。
【図４】  図４に示した建築構造物の下部構造を構成する基礎杭を拡大して示した断面図である。
【図５】  本発明の制震構造の施工方法を示すための、建築構造物の下部構造の断面図である。
【図６】  本発明の従来の技術を示すための建築物の断面図である。
【図７】  本発明の従来の技術を示すための建築物の断面図である。
【符号の説明】
１１  制震構造
１２  建築構造物
１４  下部構造
１６  支持地盤
１７  基礎杭
１８  表層地盤
１９  地下階
２０  粘性体
２１  止水壁
２２  地中壁
２３  粘性体注入層
２９  地盤
３０  粘性体注入孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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