(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面開口を有する収容体を杭頭に取り付け、黒鉛、鉄、ステンレス又はセラミックスで構成された球体と潤滑液とからなる流動体を前記収容体内に収容し、上部構造物の基部である基礎版の下面に基礎側滑り部材を取り付け、所定の荷重伝達滑り板を該荷重伝達滑り板が前記球体で挟み込まれた状態となるように前記流動体内に水平に配置し、前記球体のうち、最上層の球体を基礎側滑り部材に、最下層の球体を前記収容体の底部にそれぞれ当接し、前記収容体の天端にシール部材を設けることにより前記潤滑液が外部に漏洩しないように前記収容体内を液密に保持したことを特徴とする杭の免震構造。
【請求項２】
前記荷重伝達滑り板を前記球体を挟み込んだ状態にて複数積層させた請求項１記載の杭の免震構造。
【請求項３】
前記基部と前記収容体との相対水平変位が拘束されないようにして該基部と該収容体を所定の引張抵抗材で接合した請求項１記載の杭の免震構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭、特に杭頭での免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
杭基礎には支持杭形式と摩擦杭形式とがあり、前者は、良質な支持層が地下深くにある場合に該支持層まで打ち込んだ杭の上に上部構造物を構築することによって、構造物重量を支持層で安定支持する形式であり、後者は、良質な支持層がない場合に周辺地盤との摩擦力によって上部構造物を支持する形式の基礎形式である。
【０００３】
これらの杭は、その構造特性から水平力に対して比較的弱点を持ちやすく、地震時には、上部構造物からの水平力によって杭頭に大きなせん断力や曲げモーメントが作用する。そのため、杭の設計にあたっては、地震荷重について十分な検討が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上部構造物がきわめて大きな地震に遭遇した場合には、杭頭に過大なせん断力や曲げモーメントが作用し、杭の破壊ひいては上部構造物の倒壊といった不測の事態を招くおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、上部構造物からの水平力による杭の破壊、特に杭頭での破壊を防止することが可能な杭の免震構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る杭の免震構造は請求項１に記載したように、上面開口を有する収容体を杭頭に取り付け、黒鉛、鉄、ステンレス又はセラミックスで構成された球体と潤滑液とからなる流動体を前記収容体内に収容し、上部構造物の基部である基礎版の下面に基礎側滑り部材を取り付け、所定の荷重伝達滑り板を該荷重伝達滑り板が前記球体で挟み込まれた状態となるように前記流動体内に水平に配置し、前記球体のうち、最上層の球体を基礎側滑り部材に、最下層の球体を前記収容体の底部にそれぞれ当接し、前記収容体の天端にシール部材を設けることにより前記潤滑液が外部に漏洩しないように前記収容体内を液密に保持したものである。
【０００７】
また、本発明に係る杭の免震構造は、前記荷重伝達滑り板を前記球体を挟み込んだ状態にて複数積層させたものである。
【０００８】
また、本発明に係る杭の免震構造は、前記基部と前記収容体との相対水平変位が拘束されないようにして該基部と該収容体を所定の引張抵抗材で接合したものである。
【０００９】
本発明に係る杭の免震構造においては、杭頭に取り付けた収容体内に球体及び潤滑液からなる流動体を収容するとともに該流動体内に球体で挟み込まれるようにして所定の荷重伝達滑り板を水平配置し、該球体を基部に当接させてある。
【００１０】
このようにすると、通常時においては、上部構造物からの鉛直荷重は、基部、球体及び荷重伝達滑り板を介して杭頭に伝達される。一方、地震時においては、収容体内に収容された流動体の球体と荷重伝達滑り板との間で滑り若しくは転がりが生じ、上部構造物からの水平力は、収容体ひいては杭頭に伝達されない。
【００１１】
なお、球体及び潤滑液からなる流動体が収容体内で自由に流動するため、球体自体も収容体内を自由に移動する。そのため、球体が荷重伝達滑り板に沿って転がったり、単独で若しくは荷重伝達滑り板とともに移動したりするときには、かかる球体や荷重伝達滑り板に押し出される格好でそれらの前方にある流動体が側方に逃げ、最終的には後方に回り込む。したがって、地震時において球体の移動や転がりが妨げられるおそれはない。
【００１２】
収容体や荷重伝達滑り板の形状は任意であるが、任意方向の地震動に対して流動体がスムーズに流動するよう、例えば収容体を円筒容器状、荷重伝達滑り板を円板状に構成しておくことが考えられる。
【００１３】
球体や潤滑液についても任意であり、例えば球体を黒鉛、鉄、ステンレス、セラミックス等で構成し、潤滑液をシリコンオイル、グリース等で構成することが考えられる。なお、球体の転がりや移動が収容体内で拘束されることがないよう、球体の混入量や潤滑液の粘性を適宜設定する。
【００１４】
荷重伝達滑り板についてもその材質は問わないが、例えば鉄、ステンレス、セラミックス等で構成することが考えられる。
【００１５】
ここで、かかる荷重伝達滑り板を前記球体を挟み込んだ状態にて複数積層させたならば、いずれかの荷重伝達滑り板とそれに当接する球体との間でスムーズな滑りや転がりが生じる確率が高くなる。言い換えれば、特定の荷重伝達滑り板の特定面とそれに当接する球体との間で滑りが転がりが生じなかったとしても、別の荷重伝達滑り板とそれに当接する球体との間で滑りや転がりが生じるのを期待することができるので、上部構造物からの水平力をより確実に遮断することが可能となる。
【００１６】
また、前記基部と前記収容体との相対水平変位が拘束されないようにして該基部と該収容体を所定の引張抵抗材で接合したならば、上部構造物のロッキングに伴って基部に引抜き力が作用したとしても、該基部と収容体との離間を防止することが可能となり、収容体内の液密状態はそのまま維持される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る杭の免震構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る杭の免震構造を示した断面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る杭の免震構造は、上面開口を有する収容体１を杭本体２の杭頭３に取り付けて該収容体内に流動体４を収容するとともに該流動体内に荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃを水平に積層配置し、上部構造物の基部である基礎版６の下面には基礎側滑り部材７を取り付けてある。
【００１９】
収容体１は、例えば鉄筋コンクリート構造で円筒容器状に構成しておくのがよい。なお、その内径については、杭径の例えば２倍程度に設定しておくことができる。また、荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃについては、数ｍｍ程度の厚みを持つ円板状の鋼板で構成し、その径を例えば杭径の１．５倍程度に設定することができる。
【００２０】
収容体１及び荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃをこのように構成しておくと、任意方向の地震動に対して流動体４を収容体１内でスムーズに流動させることができる。
【００２１】
基礎側滑り部材７についてもやはり円板状の鋼板で構成し、その径を、例えば収容体１の内径の２倍程度に設定することができる。
【００２２】
図２は、収容体１内の詳細断面図である。同図でわかるように、流動体４は、黒鉛、鉄、ステンレス、セラミックス等で構成された球体１１と、シリコンオイル、グリース等で構成された潤滑液１２とからなり、上述した荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃは、球体１１で挟み込まれた状態、言い換えれば、各荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃ相互の間に球体１１を一層ずつ挟み込んだ状態で流動体４内に水平に積層配置してある。そして、荷重伝達滑り板５ａの上、すなわち最上層の球体１１は基礎側滑り部材７に、荷重伝達滑り板５ｃの下、すなわち最下層の球体１１は、収容体１の底部１５にそれぞれ当接してある。
【００２３】
また、収容体１の円筒状側壁１３の天端には環状のシール部材１４を設けてあり、流動体４の潤滑液１２の外部漏洩を防止して収容体１内を液密に保持している。
【００２４】
なお、球体１１の混入量や潤滑液１２の粘性については、球体１１の転がりや移動が収容体１内で拘束されることがないように、すなわち、球体１１が多すぎてその転がりや移動ができなくなったり、荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃの水平移動ができなくなったりすることがないように、また、球体１１が少なすぎて荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃ相互、荷重伝達滑り板５ａと基礎側滑り部材７あるいは荷重伝達滑り板５ｃと収容体１の底部１５とが直接接触することがないように適宜設定する。なお、球体１１の径を例えば数ｍｍ以下にすれば、収容体１の高さを例えば数ｃｍ程度に抑えることができる。
【００２５】
本実施形態に係る杭の免震構造においては、杭頭３に取り付けた収容体１内に球体１１及び潤滑液１２からなる流動体４を収容するとともに該流動体内に球体１１で挟み込まれるようにして荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃを水平に積層配置し、最上層の荷重伝達滑り板５ａの上にある球体１１を基礎側滑り部材７に、最下層の荷重伝達滑り板５ｃの下にある球体１１を収容体１の底部１５に当接してある。
【００２６】
このようにすると、通常時においては、上部構造物の基礎版６からの鉛直荷重は、該基礎版に取り付けられた基礎側滑り部材７、球体１１及び荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃを介して杭頭３に伝達され、上部構造物の鉛直荷重は、杭本体２にてしっかりと支持される。また、基礎側滑り部材７、球体１１及び荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃをそれぞれ鉄、ステンレス等で構成しておけば、鉛直荷重作用時の沈下を実質的になくすか若しくは最小限にとどめることができる。
【００２７】
一方、地震時においては、最上層の荷重伝達滑り板５ａの上にある球体１１が基礎版６の基礎側滑り部材７に当接されているため、該球体と基礎側滑り部材７との間では、図３(a)に示すように滑り若しくは転がりが生じ、上部構造物からの水平力は、収容体１ひいては杭頭３に伝達されない。
【００２８】
また、基礎側滑り部材７や球体１１の平滑性によっては、それらの間で滑りや転がりがスムーズに行われず、結果的に両者の間に水平方向摩擦力が作用して上部構造物の水平力が下方に伝達する懸念がある。
【００２９】
しかしながら、かかる場合であっても、球体１１と荷重伝達滑り板５ａとの転がり若しくは滑りによって水平力の遮断作用が期待できるし、それらの間で同様な問題が生じたとしても、図３(b)に示すように、荷重伝達滑り板５ａとその下の球体１１との間の滑り若しくは転がりによって水平力の遮断作用が期待できる。
【００３０】
つまり、基礎側滑り部材７、荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃ及び収容体１の底部１５の少なくともいずれかと球体１１との間で滑り若しくは転がりが生じさえすれば、上部構造物からの水平力は、滑り若しくは転がりが生じた箇所にて遮断され、杭頭３には作用しないこととなる。
【００３１】
図３(c)は、荷重伝達滑り板５ｃと収容体１の底部１５との間で滑り若しくは転がりが生じている様子を示した断面図である。
【００３２】
なお、流動体４内の球体１１は、収容体１内を自由に移動する。そのため、球体１１が転がったり、該球体が単独で若しくは荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃとともに移動したりするときには、図４に示すように、かかる球体１１や荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃに押し出される格好でそれらの前方にある流動体４が側方に逃げ、最終的には後方に回り込む。したがって、地震時において球体１１の移動や転がりが妨げられるおそれはない。
【００３３】
以上説明したように、本実施形態に係る杭の免震構造によれば、地震時において基礎側滑り部材７、荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃ及び収容体１の底部１５のいずれかと球体１１との間で滑り若しくは転がりが生じるので、上部構造物からの水平力は、滑り若しくは転がりが生じた箇所にて遮断される。
【００３４】
したがって、上部構造物からの水平力がせん断力として杭頭３に作用することがなくなり、杭頭での破壊ひいては上部構造物の損壊を未然に防止することが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態に係る杭の免震構造によれば、荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃを球体１１を挟み込んだ状態にて３枚積層させたので、基礎側滑り部材７、荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃ及び収容体１の底部１５の少なくともいずれかと球体１１との間で滑り若しくは転がりが生じさせすれば、その箇所にて上部構造物からの水平力を遮断することが可能となる。
【００３６】
したがって、基礎側滑り部材７、荷重伝達滑り板５ａ〜５ｃ、収容体１の底部１５及び球体１１の製作精度が悪いことに起因してそれらの平滑性が低下したり、経年変化による腐食で球体１１がスムーズに滑ったり転がったりしなくなったとしても、全体としての水平力遮断機能については、これを長期間維持することが可能となる。
【００３７】
本実施形態では、収容体１の上面に環状のシール材１４を設けることで収容体１内を液密に構成したが、かかる構成にかえて、球体１１を鉄等の磁性体とし、収容体１の側壁１３天端に磁石を取り付けるようにしてもよい。かかる構成によれば、収容体１の側壁１３天端近傍に球体１１が引き寄せられ、基礎側滑り部材７との間のクリアランスを塞ぐこととなり、潤滑液１２の粘性と相まって液密作用を期待することが可能となる。なお、球体１１とは別に磁性体である鉄粉を流動体４内に添加し、該鉄粉が上述のクリアランス部分に引き寄せられることによる流動体４の粘性増加によって液密を行うようにしてもよい。
【００３８】
また、本実施形態では、荷重伝達滑り板を３枚としたが、かかる枚数に限定されるものではないことは言うまでもない。また、必ずしも複数である必要はなく、単一配置としてもかまわない。
【００３９】
また、本実施形態では、基礎版６に基礎側滑り部材７を設けて球体１１との滑り若しくは転がりが生じるようにしたが、かかる基礎側滑り部材７を省略してもかまわないし、収容体１の底部１５上を必ずしも球体１１が転がったり滑ったりできるように構成しておく必要もない。かかる構成によっても、荷重伝達滑り板の枚数を適宜増やすことで、全体としての水平力遮断機能を十分に確保することが可能となる。
【００４０】
図５は、基礎側滑り部材７を省略するとともに、５枚の荷重伝達滑り板５ａ〜５ｅを配置した様子を示した図である。なお、かかる変形例では、基礎版６側にも凹部１６を設けて該凹部を収容体１内と連通させ、かかる一体の連通空間に５枚の荷重伝達滑り板５ａ〜５ｅを配置してある。
【００４１】
また、本実施形態では特に言及しなかったが、図６に示すように基礎版６と収容体１ａにそれぞれ中空空間２１、２２を設け、該中空空間内を貫通するようにして引張抵抗材であるＰＣ鋼線２３を配置し、その両端を基礎版６と収容体１ａとにそれぞれ定着する構造としてもよい。ここで、中空空間２１、２２は、基礎版６と収容体１ａとの相対水平変位に伴ってＰＣ鋼線２３が周囲から拘束されることなく自由に斜め変形するための空間として作用する。
【００４２】
かかる構成においては、図７に示すように基礎版６と収容体１ａとの相対水平変位が拘束されない状態で両者がＰＣ鋼線２３を介して接合されることとなり、上部構造物のロッキングに伴って基礎版６に引抜き力が作用したとしても、該基礎版と収容体１ａとの離間を防止することが可能となり、かくして収容体１ａ内の液密状態をそのまま維持することが可能となる。
【００４３】
なお、当然ながら上部構造物のロッキング振動自体を抑制することも可能となる。また、同図に示したように、中空空間２１、２２を収容体１ａ内部と連通させ、該中空空間にも流動体４を満たすようにしておけば、該流動体をＰＣ鋼線２３の防錆にも利用することが可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に係る本発明の杭の免震構造によれば、地震時において荷重伝達滑り板と球体との間で滑り若しくは転がりが生じるので、上部構造物からの水平力が遮断される。したがって、上部構造物からの水平力がせん断力として杭頭に作用することがなくなり、杭頭での破壊ひいては上部構造物の損壊を未然に防止することが可能となる。
【００４５】
また、請求項２に係る本発明の杭の免震構造によれば、いずれかの荷重伝達滑り板とそれに当接する球体との間でスムーズな滑りや転がりが生じる確率が高くなる。言い換えれば、特定の荷重伝達滑り板の特定面とそれに当接する球体との間で滑りが転がりが生じなかったとしても、別の荷重伝達滑り板とそれに当接する球体との間で滑りや転がりが生じるのを期待することができるので、上部構造物からの水平力をより確実に遮断することが可能となるという効果も奏する。
【００４６】
また、請求項３に係る本発明の杭の免震構造によれば、上部構造物のロッキングに伴って基部に引抜き力が作用したとしても、該基部と収容体との離間を防止することが可能となり、収容体内の液密状態をそのまま維持することが可能となるという効果も奏する。
【００４７】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る杭の免震構造の断面図。
【図２】同じく本実施形態に係る杭の免震構造の詳細断面図。
【図３】本実施形態に係る杭の免震構造の作用を示した詳細断面図。
【図４】同じく本実施形態に係る杭の免震構造の作用を示した平面図。
【図５】変形例に係る杭の免震構造を示した断面図。
【図６】別の変形例に係る杭の免震構造を示した断面図。
【図７】同じく別の変形例に係る杭の免震構造の作用を示した詳細断面図。
【符号の説明】
１、１ａ                          収容体
２                                杭本体
３                                杭頭
４                                流動体
５ａ〜５ｅ                        荷重伝達滑り板
６                                基礎版（基部）
１１                              球体
１２                              潤滑液
２３                              ＰＣ鋼線（引張抵抗部材）
【図１】
0003661752.tif 000002
【図２】
0003661752.tif 000003
【図３】
0003661752.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003661752.tif 000006
【図６】
0003661752.tif 000007
【図７】
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