(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持地盤が軟弱地盤である構造物を杭により支持するとともに、前記軟弱地盤中に、地震時における前記構造物の前記軟弱地盤に対する側方変位および鉛直面内での相対回転を拘束してバットレスとして機能する地中壁体を前記構造物の周囲に張り出すように設けて、該地中壁体の上部を前記構造物の地中外壁面に対して接合してなることを特徴とする構造物の震動低減構造。
【請求項２】
請求項１記載の構造物の震動低減構造であって、
平面形状が矩形状の構造物を対象として、該構造物の長辺方向の両端部に、バットレスとして機能する地中壁体を該構造物の短辺方向に沿って該構造物の側方に張り出す状態で設けてなることを特徴とする構造物の震動低減構造。
【請求項３】
請求項２記載の構造物の震動低減構造であって、
構造物の地中外壁面を全周にわたって取り囲む状態で該地中外壁面に接合されることにより該構造物の捻れ変形を拘束する環状地中壁を設けて、該環状地中壁にバットレスとして機能する地中壁体を接合することにより、該地中壁体の上部を前記環状地中壁を介して前記構造物の地中外壁面に対して接合してなることを特徴とする構造物の震動低減構造。
【請求項４】
請求項２または３記載の構造物の震動低減構造であって、
構造物の長辺方向の両端部にバットレスとして機能するように設けた地中壁体の間に、該地中壁体と平行に他の地中壁体を設けてなることを特徴とする構造物の震動低減構造。
【請求項５】
請求項１，２，３または４記載の構造物の震動低減構造であって、
構造物の周囲に張り出す状態で設けられてバットレスとして機能する地中壁体の先端部を、構造物の直下から側方に離れた位置に存する硬質地盤中に配置することにより、該地中壁体を介して構造物と前記硬質地盤とを連結してなることを特徴とする構造物の震動低減構造。
【請求項６】
請求項１，２，３または４記載の構造物の震動低減構造であって、
複数の構造物が所定距離をおいて独立に構築されている軟弱地盤中に、各構造物の周囲に張り出す状態で一体に設けられて各構造物に対してバットレスとして機能する地中壁体を設け、該地中壁体により各構造物どうしを連結してなることを特徴とする構造物の震動低減構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造物の地震時の震動を低減させるための構造、特に支持地盤が軟弱地盤である場合に適用して好適な構造物の震動低減構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
構造物の支持地盤が軟弱地盤である場合には、図７に示すように軟弱地盤である支持地盤１の深部の安定かつ堅固な支持層２に達する杭３により構造物４を支持することが一般的であるが、支持層２が深いために杭長が長い場合や、構造物４のアスペクト比が大きい場合（構造物４の幅に対して高さが高い場合、すなわち塔状の形態の構造物の場合）には、構造物４が支持地盤１に対して水平方向に変位するスウェイ震動や、鉛直面内において回転するロッキング震動が生じ易い。
特に、構造物４の平面形状における縦横比が大きい場合（短辺方向の幅に比べて長辺の長さがかなり大きい、すなわち平面的に細長い矩形状の場合）には、短辺方向へのスウェイ震動やロッキング震動が顕著に生じるばかりでなく、（ａ）に示すように水平面内における捻れ変形が生じることによる震動も生じ易い。
【０００３】
そのような震動が生じることが想定される構造物４に対する震動低減対策としては、杭３を増強（杭径や杭本数の増大）して充分に頑強な杭基礎とするか、あるいは構造物４にブレース等の耐震補強部材を設置することが一般的である。
【０００４】
また、地震時に液状化する懸念のある砂地盤に対する液状化防止対策として、特許文献１にはセメント系固化材を原地盤土と混合攪拌することにより壁状の固結体を形成し、その固結体により対象地盤を取り囲むという液状化防止工法についての開示がある。
さらに、地盤流動化のおそれのある地盤内に構築された既設の橋脚基礎を対象とする補強対策として、特許文献２には橋脚基礎およびその周辺の液状化の生じる範囲を地盤改良したり、地中連続壁等の抗土圧構造物で橋脚基礎を取り囲んだり、橋脚基礎の周囲に流動化圧分散壁や流動化抑止壁を設けることについての開示がある。
【特許文献１】特開平２−３１１６１３号公報
【特許文献２】特開平９−３１０３６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、支持地盤１が軟弱地盤であるために震動が生じることが懸念される構造物４に対して、その震動低減対策として杭基礎の増強や耐震補強部材の設置を行うことは、そのためにかなりの費用を要するばかりでなく、地盤状況や構造物４の規模、形態によっては必ずしも充分な効果が得られない場合もある。
【０００６】
また、上記のように杭基礎や構造物自体に対する増強を行うことに代えて、特許文献１や特許文献２に示されているように、構造物４の支持地盤１中に固結体や連続地中壁を設けることによって支持地盤１を増強することによって構造物４に惹起される震動を低減することも考えられている。
しかし、特許文献１や特許文献２に示される工法は本来的に地盤の液状化（流動化）防止対策を目的とするものであるから、そのような工法を液状化防止対策としてではなく構造物４の震動低減対策として適用して充分な効果を得るためには、それを可能とするための具体的かつ有効適切な手法の開発が必要である。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明は、支持地盤が軟弱地盤であるために震動が生じることが懸念される構造物を対象として、その震動を充分に低減させることができる有効適切な構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の構造物の震動低減構造は、支持地盤が軟弱地盤である構造物を杭により支持するとともに、前記軟弱地盤中に、地震時における前記構造物の前記軟弱地盤に対する側方変位および鉛直面内での相対回転を拘束してバットレスとして機能する地中壁体を前記構造物の周囲に張り出すように設けて、該地中壁体の上部を前記構造物の地中外壁面に対して接合してなることを特徴とする。
【０００９】
特に、平面形状が矩形状の構造物を対象として適用する場合には、該構造物の長辺方向の両端部に、バットレスとして機能する地中壁体を該構造物の短辺方向に沿って該構造物の側方に張り出す状態で設けることが好適である。
また、その場合においては、構造物の地中外壁面を全周にわたって取り囲む状態で該地中外壁面に接合されることにより該構造物の捻れ変形を拘束する環状地中壁を設けて、該環状地中壁にバットレスとして機能する地中壁体を接合することにより、該地中壁体の上部を前記環状地中壁を介して前記構造物の地中外壁面に対して接合することがより好適である。
さらに、構造物の長辺方向の両端部にバットレスとして機能するように設けた地中壁体の間にも、同様にバットレスとして機能する他の地中壁体を設けても良い。
【００１０】
また、構造物の直下から側方に離れた位置に硬質地盤が存する場合には、構造物の周囲に張り出す状態で設けられてバットレスとして機能する地中壁体の先端部を上記の硬質地盤中に配置することにより、該地中壁体を介して構造物と前記硬質地盤とを連結することが考えられる。
【００１１】
さらに、複数の構造物が所定距離をおいて独立に構築されている場合には、各構造物の周囲に張り出す状態で一体に設けられて各構造物に対してバットレスとして機能する地中壁体を設け、該地中壁体により各構造物どうしを連結することも考えられる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、支持地盤が軟弱地盤である構造物が杭により支持されるとともに、地中壁体が構造物を支持するためのバットレス（控壁）として機能することにより、構造物が地中壁体により斜め下方から支持されることによって、地震時における構造物の支持地盤に対する側方変位および鉛直面内での相対回転が自ずと拘束され、また、地中壁体を設けることで軟弱地盤に対する増強効果も期待でき、それにより構造物のスウェイ震動およびロッキング震動が有効に低減される。
特に、平面形状が矩形状の構造物の場合には、地中壁体を長辺方向の両端部において短辺方向に張り出すように設けることにより、構造物の幅寸法が実質的に地中壁体の張り出し寸法分だけ拡大されて見掛け上のアスペクト比や縦横比が実質的に小さくなり、それにより短辺方向への震動や捻れ変形も自ずと生じ難いものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
「第１実施形態」
本発明の最も基本的な第１実施形態を図１に示す。これは、図７に示したように軟弱な支持地盤（軟弱地盤）１上に構築される構造物４を対象として、構造物４を杭３により支持するとともに、その側方（短辺方向）への震動（スウェイ震動およびロッキング震動）を低減するものであって、少なくとも構造物４の長辺方向の両端部における支持地盤１中に、構造物４の少なくとも一側方（図示例では右側）に張り出す地中壁体５を短辺方向に沿うように設けて、その地中壁体５の上部を構造物４の地中外壁面に対して接合したものである。
【００１４】
本第１実施形態によれば、構造物４が杭３により支持されるばかりでなく、上記の地中壁体５が構造物４を支持するためのバットレス（控壁）として機能する。すなわち、構造物４の側方の支持地盤１中に設けられた地中壁体５により構造物４が斜め下方から支持されることによって、地震時における構造物４の側方変位および鉛直面内での相対回転が自ずと拘束され、それによりスウェイ震動およびロッキング震動が有効に低減される。
特に、地中壁体５を長辺方向の両端部において短辺方向に張り出すように設けたので、構造物４の短辺方向の幅寸法が実質的に地中壁体５の張り出し寸法分だけ拡大され、したがって見掛け状のアスペクト比や縦横比が実質的に小さくなり、それにより短辺方向への震動や、図７（ａ）に示したような水平面内における捻れ変形による震動も自ずと生じ難いものとなる。
しかも、地中壁体５を設けることで支持地盤１を増強する効果も期待でき、以上の各作用による相乗効果により本第１実施形態の構造によれば構造物４の震動を有効に低減することができる。
【００１５】
なお、地中壁体５の構造はそれがバットレスとして機能し得るものであれば特に限定されないが、たとえば深層混合処理工法による地盤改良壁や、連続地中壁が好適に採用可能である。
また、地中壁体５の厚さ寸法や幅寸法（構造物４の側方への張り出し寸法）、長さ寸法（深さ寸法）を大きくするほど支持力が増強されるが、地中壁体５の形状や寸法は想定される地震規模や、構造物４の形態や規模やその構造、要求される震動低減効果等の諸条件に応じて適宜設計すれば良い。特に地中壁体５の底部は支持層２に達するように設けることでも良いが、必ずしもそうすることはなく、図示例のように支持層２よりも浅い位置に留めることでも良い。
また、地中壁体５の上部を構造物４の地中外壁面に対して接合するための構造は、たとえば構造物４の地中外壁ないし地中梁からアンカーや繋ぎ筋等の接合手段を突出させて、それを地中壁体５に定着することで構造的に一体に接合することが考えられる。しかし、要は地中壁体５が構造物４を支持してその変位や回転を拘束できれば良く、その限りにおいては接合の構造や形式は任意であって、より簡略には接合面にコッターや目粗しを施したうえで単に突き合わせる程度でも良い。
【００１６】
また、地中壁体５は図示例のように少なくとも構造物４の長辺方向の両端部において一側方に張り出すように設ければ良いが、図１に破線で示しているように構造物４の両側に張り出すように設けても勿論良いし、両端部に設けた地中壁体５の間にそれらに平行に他の地中壁体５を同様に設けることでも良い。さらには、必要に応じて構造物の両端部から長辺方向に沿う方向にも同様の地中壁体５を設けることも妨げるものではないし、構造物４の平面形状や震動特性が特に複雑な場合等においては、震動が生じると想定される任意の方向に沿って地中壁体５を設ければ良い。
いずれにしても、本発明においては上記第１実施形態のように構造物４を杭３により支持することが前提となる（このことは以下の実施形態においても同様である）。
【００１７】
「第２実施形態」
本発明の第２実施形態を図２に示す。これは、上記の構造物４の地中外壁面を全周にわたって取り囲む状態で環状地中壁６を設けて、その環状地中壁６を構造物４の地中外壁面に接合したうえで、第１実施形態と同様にバットレスとして機能する地中壁体５をその環状地中壁６に対して接合することにより、地中壁体５の上部を環状地中壁６を介して構造物４の地中外壁面に対して接合するようにしたものである。環状地中壁６としては、地中壁体５と同様にたとえば深層混合処理工法による地盤改良壁や連続地中壁によるものが好適に採用可能である。
本第２実施形態では、そのような環状地中壁６を構造物４の底部に構造的に一体化することにより構造物４全体の捻れ変形が有効に拘束され、さらにその環状地中壁６に対してバットレスとして機能する地中壁体５が接合されてその地中壁体５の上部が環状地中壁６を介して地中壁体５に対して接合されているので、環状地中壁６を介して構造物４が地中壁体５により支持されることによりその震動がより効果的に低減される。
なお、図２は構造物４の両側に３面ずつ全６面の地中壁体５を設けた場合の例であるが、本第２実施形態においても第１実施形態において説明したように地中壁体５の設置面数や設置位置は適宜設計すれば良い。
【００１８】
「第３実施形態」
本発明の第３実施形態を図３に示す。これは構造物４の側方に道路等の施設があってその直下が安定な硬質地盤７とされている場合、すなわち構造物４の直下から側方に離れた位置に硬質地盤７が存する場合の適用例である。
本第３実施形態においては、バットレスとして機能する地中壁体５の先端部を上記の硬質地盤７中に配置することにより、地中壁体５を介して構造物４と硬質地盤７とが連結されたものとなっている。そして、構造物４を支持する地中壁体５はその後方から硬質地盤７により支持されることになり、したがってそれら地中壁体５と硬質地盤７との全体で構造物４をより確実に支持し得て震動低減効果を一層高めることが可能である。
なお、図示例では構造物４の一側面に地中壁８を設けているが、そのような地中壁８は省略しても良いし、あるいは地中壁８に代えて第２実施形態と同様に構造物４を取り囲むような環状地中壁６を設けてその環状地中壁６を介して地中壁体５を構造物４に対して接合することでも良い。勿論、地中壁体５の面数や位置が任意であることは上記実施形態と同様である。
【００１９】
「第４実施形態」
本発明の第４実施形態を図４に示す。これは複数（図示例では２棟）の構造物４が所定距離をおいて独立に構築されている場合の適用例であって、双方の構造物４に対して共通のバットレスとして機能する地中壁体５を設けたものである。すなわち、各構造物４の少なくとも長辺方向の両端部には、他方の構造物４側に張り出す地中壁体５が両者に兼用されるものとして設けられており、その地中壁体５によって双方の構造物４が連結されたものとなっている。
この場合は、双方の構造物４が地中壁体５により同時に支持されてそれぞれの震動が低減されることはもとより、双方の構造物４は支持地盤１中においては実質的に一体化されて１棟の構造物として挙動し、したがってそれらは全体として平面形状が大きく拡大されて実質的にアスペクト比や縦横比も改善され、側方への震動や捻れ変形による震動を有効に低減させることができる。
【００２０】
「解析結果」
図５は、図２に示した第２実施形態についての有効性を実証するためにＦＥＭによる動的非線形解析を行った結果を示すものである。本解析では、（ａ）に示すように長辺方向の長さ98.5m、短辺方向の幅34mの構造物４を対象として、長辺方向の両端部と中央部に地中壁体５を設けてその側方への張り出し寸法を13m（したがって両端部に設けた地中壁体５の全幅は60m）としている。地中壁体５は深層混合処理工法による地盤改良壁（セメント固結壁）とし、（ｂ）に示すようにその深さは11.3mと26.8mの２通りとした。
それぞれのケースにおける支持地盤１中および構造物４（地上5mまで）の加速度分布を解析した結果、（ｃ）に示すようにいずれにケースにおいても地中壁体５を設けることによって有意な加速度低減効果が見られ、地中壁体５が浅い場合であっても充分に効果的であることが確認できる。
図６は図３に示した第３実施形態に相当する場合（但し、地中壁体５は構造物４の両端部にのみ設置）の解析結果である。構造物４の平面形状・寸法が上記と同様であり、地中壁体５の幅が13m、硬質地盤の幅が17mである場合の解析結果として、（ｃ）に示されるように明らかな震動低減効果が見られる。
【００２１】
以上で本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものでは勿論なく、上記各実施形態を様々に組み合わせることをはじめとして、構造物４を杭３により支持するとともに、バットレスとして機能する地中壁体により構造物を支持するという本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、さらに様々な設計的変更や応用が可能であることはいうまでもない。
なお、本発明は特に震動の生じやすい塔状の建物や、捻れ変形を生じやすい形態の建物に適用することが特に好適であるが、そのような形態の構造物に限定することはないし、また特に震動を嫌う用途の構造物、たとえば精密機器類を製造したり取り扱う工場等に適用することが有効であるが、構造物の用途を限定するものでもない。
勿論、本発明は構造物を新築する場合はもとより、既存構造物の震動を低減させるための改修手法としても有効であるし、いずれにしても地中壁体の施工はその構造に応じて深層混合処理工法や連続地中壁工法等の在来工法をそのまま採用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す図である。
【図２】同、第２実施形態を示す図である。
【図３】同、第３実施形態を示す図である。
【図４】同、第４実施形態を示す図である。
【図５】同、第２実施形態についての解析結果を示す図である。
【図６】同、第３実施形態についての解析結果を示す図である。
【図７】構造物の震動についての説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  支持地盤（軟弱地盤）
２  支持層
３  杭
４  構造物
５  地中壁体（バットレス）
６  環状地中壁
７  硬質地盤
８  地中壁
【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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