(57)【要約】【課題】  施工が容易で、工期を短縮でき、かつ工費を削減できる免震構造を提供する。【解決手段】  免震対象地盤２を免震する免震構造１であって、前記免震対象地盤２と周囲地盤４との間に断続的又は連続的に支持層に達する隙間６を設け、該隙間６によって前記免震対象地盤２を前記周囲地盤４から断続的又は連続的に縁切りする。周縁地盤４から免震対象地盤に入力しようとする地震力を大幅に低減させることができる。【選択図】図２
2011047208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震対象地盤を免震する免震構造であって、
前記免震対象地盤と周囲地盤との間に断続的又は連続的に支持層に達する深さの隙間を設け、該隙間によって前記免震対象地盤を前記周囲地盤から断続的又は連続的に縁切りしたことを特徴とする免震構造。
【請求項２】
前記隙間内には、液体、固体、又は液体と固体の混合物からなる充填物が充填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。
【請求項３】
前記隙間は中空と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。
【請求項４】
前記免震対象地盤と前記周囲地盤との間には、前記免震対象地盤を囲むように設けられる環状の内側壁と、該内側壁に所定の間隔をおいて対向して設けられる環状の外側壁からなる二重壁が設けられ、前記内側壁と前記外側壁との間に前記隙間が設けられていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の免震構造。
【請求項５】
免震対象地盤の表層部には、表層部の水平方向の剛性を高める補強手段が設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の免震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、免震構造に関し、特に、複数の建物が構築された地盤全体を免震するのに有効な免震構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、建物の免震化は大いに進み、特に、大災害時に防災拠点となる公共施設に採用されるケースが非常に増えている。各都道府県の県庁所在地の官庁街等においては、免震建物のニーズが大きい建物が密集して立ち並んでいる。このような地域の建物を免震化する場合、新規建物の場合には、免震建物として設計・施工し、また、既存建物の場合には、免震化が可能な建物をリフトアップして工事を行うことになる。
【０００３】
新規建物を免震建物として設計・施工する場合、非免震の建物に比べて、設計や施工手順に複雑な計算、工程を組む必要がある。また、免震クリアランスの設置や免震ピット層の構築、免震材料の維持管理等、建築計画や構造計画、維持管理計画等に制限がかかり、手間がかかる工事となる。さらに、既存建物を免震化する場合には、免震化が可能な建物をリフトアップし、リフトアップした建物毎に個別に免震化する必要があるため、免震化に複雑な設計、施工が必要になる。さらに、施工の際に居住者に対して配慮が必要になる。さらに、敷地等の制限で免震化できない既存建物も多く存在する。
【０００４】
免震構造の一例が特許文献１に記載されている。この免震構造（免震地盤）は、軟質層と硬質層とを交互に積層して構成した免震構造体を建物の周囲を囲むように地盤内に埋設し、この免震構造体によって囲まれる部分の全体を免震地域としたものであって、この免震構造体により、地震波の固有周期と構造物の固有周期とを一致させないようにして、免震地域全体が地震波と共振しないように構成したものである。
【０００５】
このような構成の免震構造にあっては、免震地域内の複数の建物を建物毎に個別に免震する必要がないので、新規建物を免震建物として設計・施工する場合のように、設計や施工手順に複雑な計算、工程を組む必要がなく、また、免震クリアランスの設置や免震ピット層の構築、免震材料の維持管理等、建築計画や構造計画、維持管理計画等に制限がかかることもなく、さらに、既存建物を免震化する場合のように、免震化が可能な建物をリフトアップする必要もない。
【０００６】
しかし、上記のような構成の免震構造にあっては、免震構造体を免震地域を囲むように地盤に埋設しなければならないため、その施工に時間と手間と費用がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−２６９２１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、施工が容易で、短い工期で、安価な費用で施工することが可能な免震構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記のような課題を解決するために、本発明は、以下のような手段を採用している。
すなわち、本発明は、免震対象地盤を免震する免震構造であって、前記免震対象地盤と周囲地盤との間に断続的又は連続的に支持層に達する深さの隙間を設け、該隙間によって前記免震対象地盤を前記周囲地盤から断続的又は連続的に縁切りしたことを特徴とする。
【００１０】
本発明の免震構造によれば、免震対象地盤は、周囲地盤から支持層に達する深さの隙間によって縁切りされ、この隙間によって周囲地盤から免震対象地盤に入力する地震力を低減させることができる。従って、例えば、免震対象地盤が複数の建物が立ち並んだ所定規模の官庁街等の地域の場合に、複数の建物を建物毎に個別に免震化することなく、地域全体の建物を免震化することができる。
【００１１】
さらに、本発明において、前記隙間内には、液体、固体、又は液体と固体の混合物からなる充填物が充填されていることとしてもよい。
【００１２】
本発明の免震構造によれば、隙間内に、液体、固体、又は液体と固体の混合物からなる充填物を充填することにより、隙間内への落下を防止することができる。また、隙間内に充填物として水を充填することにより、免震対象地盤に構築された地域等の人々に憩いの場として提供することができる。
【００１３】
また、本発明において、前記隙間は中空とされていることとしてもよい。
【００１４】
本発明の免震構造によれば、免震対象地盤と周囲地盤との間に中空の隙間を設けることより、免震対象地盤を中空の隙間によって周囲地盤から縁切りすることができるので、免震対象地盤を容易に、短期間で、低コストで免震化することができる。
【００１５】
さらに、本発明において、前記免震対象地盤と前記周囲地盤との間には、前記免震対象地盤を囲むように設けられる環状の内側壁と、該内側壁に所定の間隔をおいて対向して設けられる環状の外側壁からなる二重壁が設けられ、前記内側壁と前記外側壁との間に前記隙間が設けられていることとしてもよい。
【００１６】
本発明の免震構造によれば、リングテンション効果によって内側壁及び外側壁の薄さを薄くすることができるので、周囲地盤の変形に免震対象地盤を追従させることができ、所望の免震機能が得られることになる。
【００１７】
さらに、本発明において、免震対象地盤の表層部には、表層部の水平方向の剛性を高める補強手段が設けられていることとしてもよい。
【００１８】
本発明の免震構造によれば、補強手段によって免震対象地盤の表層部の水平方向の剛性を高めることができるので、免震対象地盤の表層部が液状化するのを抑制することができ、表層部に構築された複数の建物が液状化によって倒壊等するのを防止できる。
【発明の効果】
【００１９】
以上、説明したように、本発明の免震構造によれば、免震対象地盤全体を免震化することができるので、免震対象地盤に構築された複数の建物を建物毎に個別に免震化する必要がなくなり、免震化に要する時間と手間と費用を大幅に削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による免震構造の一実施の形態の全体を示した平面図である。
【図２】図１の断面図である。
【図３】免震構造の免震状態を示した説明図である。
【図４】建物の応答速度と固有周期との関係を示した説明図である。
【図５】免震対象地盤の高さと固有周期との関係を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５には、本発明による免震構造の一実施の形態が示されている。図１は免震構造の全体を示す平面図、図２は図１の断面図、図３は免震構造の免震状態を示す説明図、図４は建物の応答加速度と固有周期との関係を示す説明図、図５は免震対象地盤の高さと固有周期との関係を示す説明図である。
【００２２】
すなわち、本実施の形態の免震構造１は、免震対象地盤２の全体を免震することにより、免震対象地盤２の上部に構築された複数の建物を免震化するものであって、図１及び図２に示すように、免震対象地盤２と周囲地盤４との間に所定の隙間６を設け、この隙間６によって免震対象地盤２を周囲地盤４から縁切することにより、免震対象地盤２の全体を免震するように構成したものである。
【００２３】
本実施の形態においては、免震対象地盤２の周囲を囲むように、例えば、円環状の隙間６を設けることによって免震対象地盤２を円柱状に形成している。この円柱状の免震対象地盤２の上部に、各都道府県の県庁所在地の官庁街等のように、免震建物のニーズが大きい複数の建物１５が密集して立ち並ぶ一つの地域が構築される。なお、隙間は、連続的に形成されたものに限らず、局所的につながった断続的に形成されたものであってもよい。
【００２４】
隙間６は、例えば、各種の地中連続壁工法により、免震対象地盤１の周囲を囲むように、かつ下端が支持層５に根入りするように、例えば、鉄骨鉄筋コンクリート構造（ＳＲＣ構造）の円環状の内側壁９を構築し、この内側壁９の外側に所定の間隔をおいて、かつ下端が支持層５に根入りするように、例えば、鉄骨鉄筋コンクリート構造（ＳＲＣ構造）の円環状の外側壁１０を構築し、この二重壁８の内側壁９と外側壁１０との間を支持層５に達するまで掘削して土砂を取り除くことにより円環状に形成される。
【００２５】
二重壁８の内側壁９及び外側壁１０により、免震対象地盤２及び周囲地盤４の隙間６側の部分が崩落するのを防止でき、隙間６を所定の間隔に保つことができ、免震対象地盤２を周囲地盤４から絶縁した状態を維持できる。
【００２６】
また、二重壁８の内側壁９及び外側壁１０のリングテンション効果により、非常に薄い壁厚で内側壁９及び外側壁１０の耐力を保持することができるので、地震の発生時に免震対象地盤２を周囲地盤４の変形に追従させることができる。
【００２７】
隙間６は、空間のままの状態でもよいが、落下等の危険を防止するためには、隙間６内に水等の液体を充填物７として充填するのが好ましい。隙間６内に水を充填物７として充填することにより、免震対象地盤の上部に構築される地域等の人々に憩いの場を提供することができる。
【００２８】
なお、隙間６に充填する充填物７は、水以外の各種の液体、各種の固体、各種の液体と固体との混合物であってもよい。
【００２９】
ここで、免震対象地盤２の形状、寸法に基づいて、免震対象地盤２の固有周期Ｔを長周期化する、曲げ変形を無視し水平剛性のみを考慮した理論式を以下に示す。
Ｔ＝２π√（ｍ／ｋ）
＝２π√（（ρ×Ａ×Ｈ）／（ＧＡ／Ｈ））
＝２π√（ρＡＨ２／ＧＡ）
＝２π√（ρＨ２／Ｇ）
……（１）
但し、各符号は免震対象地盤２の寸法や特性などを示すものであり、ｍ：質量、Ａ：面積、Ｈ：高さ（隙間６の深さ）、ρ：比重、Ｇ：せん断弾性係数（横弾性係数）、γ：せん断ひずみ度、Ｅ：ヤング係数（縦弾性係数）、ｋ：ばね係数、ＧＡ：せん断ばね係数である。
例えば、関東ローム層では、
ρ＝１８ｋＮ／ｍ３
Ｅ＝１２０ＭＰａ＝１２０Ｎ／ｍｍ２
Ｇ＝Ｅ／（２（１＋γ））＝１２０／（２（１＋０．４））
＝４２．９Ｎ／ｍｍ２＝４２９００ｋＮ／ｍ３
であるから、これらを上記の（１）式に代入すると、
Ｔ＝２π√（ρ／９．８Ｇ）Ｈ
＝２π√（１８／４２９００／９．８）Ｈ
＝０．０４１Ｈ
となる。これにより、
Ｔ≧４ｓｅｃでＨ≧１００ｍ
となるから、例えば、免震対象地盤２の高さＨを１００ｍ以上とすることにより、免震対象地盤２の固有周期Ｔを４秒以上に長周期化できることが分かる。つまり、免震対象地盤２の面積Ａに関係なく、免震対象地盤２の高さＨ（隙間６の深さ）をコントロールすることにより、免震対象地盤２の固有周期Ｔをコントロールできる。
なお、上記の説明においては、免震対象地盤２の固有周期Ｔを長周期化する際に、曲げ変形を無視し水平剛性のみを考慮しているが、曲げ変形を考慮した理論式を用いることにより、免震対象地盤２の固有周期Ｔを更に長周期化することができる。
【００３０】
図１及び図２に示すように、免震対象地盤２の表層部３には補強手段１１が設けられ、この補強手段１１によって表層部３の水平方向の剛性が高められている。補強手段１１は、例えば、コンクリート製の道路や共同溝等の公共施設１２であって、この道路や共同溝等の公共施設１２を免震対象地盤２の表層部３に格子状に設け、公共施設１２と内側壁９とを一体化することによって表層部３の水平方向の剛性を高めることができる。補強手段１１によって免震対象地盤２の表層部３の水平方向の剛性を高めることにより、表層部３が液状化するのを抑制することができる。
【００３１】
免震対象地盤２の表層部３に道路や共同溝等の公共施設１２を設ける場合、図１に示すように、免震対象地盤２と周囲地盤４との間の隙間６の要所に免震対象地盤２と周囲地盤４との間を接続する連絡橋１３を設け、この連絡橋１３によって公共施設１２の道路や共同溝等を周囲地盤４のそれらと接続することにより、道路や共同溝等の公共施設１２が隙間６で断絶されるようなことはなく、道路や共同溝等の公共施設１２の機能を維持することができる。この場合、連絡橋１３にエキスパンションジョイント機能を有するものを用いることにより、免震対象地盤２の水平方向への変形時に公共施設１２の道路や共同溝等が連絡橋１３の部分で破損等するのを防止でき、道路や共同溝等の機能を維持することができる。
【００３２】
なお、補強手段１１は、道路や共同溝等の公共施設１２に限らず、免震対象地盤２の表層部３の水平方向の剛性を高めることができるものであればよい。
【００３３】
上記のように構成した本実施の形態の免震構造１にあっては、免震対象地盤２と周囲地盤４との間に隙間６を設け、この隙間６を介して免震対象地盤２を周囲地盤４から絶縁しているので、図３に波線の矢印ａで示すように、地震の発生時に周囲地盤４から免震対象地盤２に入力しようとする地震力を大幅に低減させることができる。また、隙間６内にエネルギー吸収材を充填することにより、周囲地盤４から免震対象地盤２に入力しようとする地震力の伝達、反射を更に低減させることができる。
【００３４】
また、免震対象地盤２の高さＨ（隙間６の深さ）をコントロールすることにより、免震対象地盤２の固有周期Ｔを長周期化しているので、地震の発生時に、周囲地盤４の変形に追従して免震対象地盤２を長周期でゆっくりと水平方向に変形させることができ、免震対象地盤２の上部に構築されている各種の建物１５等が倒壊するのを防止できる（図３、図４参照）。
なお、本実施の形態においては、免震対象地盤２の高さＨを１００ｍとすることにより、免震対象地盤２の固有周期Ｔを４〜７秒前後に設定した。
【００３５】
従って、免震対象地盤２の上部に構築されている複数の建物を建物毎に個別に免震化する必要がないので、免震対象地盤２の上部に構築された官庁街等の地域の全体を、容易に、短期間で、安価な費用で免震化することができる。
【００３６】
また、免震対象地盤２と周囲地盤４との間に内側壁９と外側壁１０とからなる二重壁８を設けて、この二重壁８の内側壁９と外側壁１０との間に隙間６を形成しているので、免震対象地盤２の隙間６側の部分や周囲地盤４の隙間６側の部分が崩落するのを防止できる。
【００３７】
従って、二重壁８の内側壁９と外側壁１０との間の隙間６を所定の間隔に保持することができるので、地震の発生時に、免震対象地盤２を４〜７秒前後の固有周期でゆっくりと変形させることができ、所望の免震機能を長期に亘って発揮することができる。
【００３８】
さらに、リングテンション効果によって二重壁８の内側壁９及び外側壁１０の厚さを薄くすることができるので、周囲地盤４の変形に追従して免震対象地盤２を十分に変形させることができ、所望の免震機能が確実に得られる。
【００３９】
さらに、免震対象地盤２の表層部３の水平方向の剛性を道路や共同溝等の公共施設１２によって高めているので、地震等の発生時に免震対象地盤２の表層部３が液状化するのを抑制することができ、免震対象地盤２の上部に構築されている複数の建物等が表層部３の液状化によって影響を受けるのを確実に防止できる。
【００４０】
図４に、建物１５の応答加速度と固有周期との関係を示す。本実施の形態の免震構造１は、免震対象地盤２の固有周期を４〜７秒前後に長周期化しているので、建物１５の応答加速度を極めて小さくすることができ、地震による入力エネルギーを大幅に低減できる。
【００４１】
また、図５に、免震対象地盤２の高さＨ（隙間６の深さ）と免震対象地盤２の固有周期Ｔとの関係を示す。図５においては、ヤング係数Ｅが５０、１２０、１６０の３つ例を挙げている。
【００４２】
図５から、ヤング係数Ｅの異なる各種の免震対象地盤２において、免震対象地盤２の高さＨをコントロールすることにより、免震対象地盤２の固有周期Ｔを長周期化することができることが分かる。
【００４３】
例えば、免震対象地盤２の高さＨを図中Ａの範囲（２０〜１６０ｍ）設定した場合には、ヤング係数Ｅ＝５０の免震対象地盤２では、固有周期Ｔを１．２７〜１０．２０秒とすることができ、ヤング係数Ｅ＝１２０の免震対象地盤２では、固有周期Ｔを０．８２〜６．５８秒とすることができ、ヤング係数Ｅ＝１６０の免震対象地盤２では、固有周期Ｔを０．７１〜５．７０秒とすることができる。
なお、図中Ｂは経済的に使用可能な範囲であり、この範囲等を考慮して免震対象地盤２の有効高さＨ´を適切に判断すればよい。
【００４４】
なお、前記の説明においては、免震対象地盤２を円柱状に形成し、免震対象地盤２の周囲を囲む隙間６を円環状に形成したが、免震対象地盤２を角柱状に形成し、免震対象地盤２の周囲を囲む隙間６を角環状に形成してもよいし、免震対象地盤２及び隙間６をその他の形状としてもよい。
【００４５】
また、前記の説明においては、免震対象地盤２と周囲地盤４との間に、周方向に連続する円環状の隙間６を設けたが、免震対象地盤２と周囲地盤４との間に、周方向に断続された円環状の隙間６を設けてもよい。
【００４６】
さらに、前記の説明においては、免震対象地盤２と周囲地盤４との間に内側壁９と外側壁１０とからなる二重壁８を設けて、この二重壁８の内側壁９と外側壁１０との間に隙間６を設けたが、これに限らず、免震対象地盤２側に壁を設け、周囲地盤４側に法面を設け、壁と法面との間に隙間６を設けてもよいし、その他の組合せによって免震対象地盤２と周囲地盤４との間に隙間６を設けるように構成してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１  免震構造
２  免震対象地盤
３  表層部
４  周囲地盤
５  支持層
６  隙間
７  充填物
８  二重壁
９  内側壁
１０  外側壁
１１  補強手段
１２  公共施設
１３  連絡橋
１５  建物
【図１】
2011047208.tif 000003
【図２】
2011047208.tif 000004
【図５】
2011047208.tif 000005
【図３】
2011047208.tif 000006
【図４】
2011047208.tif 000007