(57)【要約】【課題】優れた免震効果と安全性、信頼性が得られ、減衰性能に優れ、ロッキング振動に対する効果を期待でき、充分な低コスト化を可能とする浮体式免震構造を実現する。【解決手段】支承体２０を免震ピット３底面と構造物１底面との間に介装し、免震ピットに貯留せしめた貯留水４（貯留液）中による浮力を構造物に作用させつつ、構造物全体を支承体により免震支持する。支承体は、柔軟性を有して変形可能な容器体内に、せん断ひずみを生じて振動エネルギーを吸収する粒状材を密に充填してなり、その支承体によって構造物の底部全面を支承するように多数の支承体を免震ピット底面に密に配置する。支承体における容器の素材としてはゴムタイヤ、特に古タイヤが好適であり、粒状材としては砂や粘土、砂礫等の土砂類が好適である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
免震ピットの底面上に支承体を配置して該支承体上に免震対象の構造物を配置することによって該支承体を免震ピット底面と構造物底面との間に介装し、かつ免震ピット内に貯留せしめた貯留液中に構造物の底部を液没させることによって、その浮力を構造物に作用させつつ該構造物全体を前記支承体により免震支持する浮体式免震構造であって、
前記支承体は、柔軟性を有して変形可能な容器体内に、該容器体が変形した際にその内部においてせん断ひずみを生じて振動エネルギーを吸収する粒状材を密に充填してなり、
該支承体によって構造物の底部全面を支承するように多数の支承体を免震ピット底面に密に配置してなることを特徴とする浮体式免震構造。
【請求項２】
請求項１記載の浮体式免震構造であって、
支承体における容器体の素材としてゴムタイヤを用いてなることを特徴とする浮体式免震構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の浮体式免震構造であって、
支承体における粒状材として砂や粘土、砂礫等の土砂類を用いてなることを特徴とする浮体式免震構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物等の構造物を対象とする免震構造、特に免震ピットに水等の貯留液を貯留してその浮力を利用する浮体式免震構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
浮体式免震構造は、基本的には構造物全体を水面上に浮かせて大地と絶縁することによって免震効果を得るものであるが、図５に示すように構造物１（図示例は地上４階建ての建物）全体を積層ゴム等の免震装置２によって免震支持しつつ、免震ピット３内の貯留水４による浮力を利用するものも提案されている。図５における符号５は杭である。
これによれば、構造物１の荷重の一部が浮力により相殺され、それにより構造物１全体の接地圧が軽減されて免震装置２の小形化と所要台数の削減を図ることができ、少数の小形の免震装置２を設置することのみで大きな免震効果を得ることができるとされている。
また、特許文献１には、この種の浮体式免震構造として、ゴム等の低せん断剛性構造体により構造物を全面的に支持するものも提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２７７３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のような浮体式免震構造は原理的には極めて有効であると考えられてはいるが、いずれにしても免震装置としては単なる積層ゴム、あるいはゴム等の低せん断剛性構造体を用いるものであることから、実際上は必ずしも充分な減衰性能を確保し難い、免震装置がダメージを受け易く特にロッキング振動に対しては充分に対処できない、免震ピットから貯留水が抜けてしまって浮力が消失する事態を想定すると安全性や信頼性を必ずしも確保できない、膨大なコストを要する、といった多くの問題を有しており、それらの点では未だ改良の余地を残しているものであった。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は、優れた安全性と免震効果が得られることはもとより、減衰性能にも優れ、構造物全体を安定に免震支持し得てロッキング振動に対する効果も確保でき、しかも充分な低コスト化をも可能とする有効適切な浮体式免震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】
【０００５】
本発明の浮体式免震構造は、免震ピットの底面上に支承体を配置して該支承体上に免震対象の構造物を配置することによって該支承体を免震ピット底面と構造物底面との間に介装し、かつ免震ピット内に貯留せしめた貯留液中に構造物の底部を液没させることによって、その浮力を構造物に作用させつつ該構造物全体を前記支承体により免震支持するものであって、前記支承体は、柔軟性を有して変形可能な容器体内に、該容器体が変形した際にその内部においてせん断ひずみを生じて振動エネルギーを吸収する粒状材を密に充填してなり、該支承体によって構造物の底部全面を支承するように多数の支承体を免震ピット底面に密に配置してなることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明の浮体式免震構造においては、支承体における容器の素材としてはゴムタイヤが好適に採用可能であり、支承体における粒状材としては砂や粘土、砂礫等の土砂類が好適に採用可能である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、構造物を免震支持するための支承体として、柔軟な容器体に粒状材を密に充填したものを採用したことにより、地震時には容器体の変形とその内部での粒状材のせん断変形により優れた減衰性能が得られる。
また、多数の支承体によって構造物底面を全面的に支持することにより、構造物を常時安定に支持できることはもとより、貯留液が抜ける等して浮力が消失したり、一部の支承体が損傷を受けても、全体としての安全性と信頼性を大きく損なうことはない。また、それら支承体を単に免震ピット底面と構造物底面との間に介装するに留めることによりロッキング振動に対しても支承体がダメージを受けることがない。
さらに、支承体は単なる柔軟な容器体内に単なる粒状材を密に充填した構成のものであるので安価に製作できるものであり、特に容器体としては古タイヤ等のゴムタイヤを有効に利用できるし、粒状材としては単なる砂等の土砂類を好適に用いることができるので、そのような支承体の製作やその設置作業も極めて安価かつ容易に行い得るので充分なコスト削減を実現することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１〜図４を参照して本発明の一実施形態を説明する。本実施形態の浮体式免震構造は、免震対象の構造物１の全体を支承体２０により免震支持して免震ピット３内に配置するとともに、免震ピット３内に貯留水４を所定水位で貯留してその浮力を構造物１に作用させることを基本とするものである。
なお、図１における符号６は地震時における構造物１の過大な変位（水平変位およびロッキング振動による回転変位）を緩衝するために免震ピット３の側壁に設けられた緩衝材（ストッパー）であり、その緩衝材６としてはゴムタイヤ、特に古タイヤを有効利用することができる。
【０００９】
本実施形態における支承体２０は、構造物１の荷重を支持しつつ水平振動およびロッキング振動に対する免震効果と減衰効果を発揮するアイソレータとして機能するものであり、図２（ａ）に示すように偏平な容器体２１内に粒状材２２を密に充填した構成とされている。
【００１０】
支承体２０を構成している容器体２１は、柔軟性を有していて弾性的に容易に変形可能であり、かつ変形に対する充分な強度を有する素材からなり、本実施形態ではその容器体２１として、トラック等の車両用のゴムタイヤ、特に使用済みの古タイヤを有効に活用し、それを粒状材２２を充填可能な容器形状に加工したものを採用している。ゴムタイヤはその素材や形状から古タイヤであっても自ずと充分な柔軟性、弾性、強度（特にフープテンションに対する強度）を有しており、本実施形態における容器体２１として最適なものである。
【００１１】
一方、支承体２０を構成している粒状材２２は容器体２１内に密に充填されることで容器体２１の変形を内側から拘束するものであるが、容器体２１が上下方向に潰れてしまうことを有効に防止しつつも水平方向への変形をある程度は許容するものとされている。そして、容器体２１が水平方向に変形した際には、図２（ｂ）、（ｃ）に示すようにその内部に充填されている粒状材２２の各部がせん断変形を生じ、その非線形履歴特性によって振動エネルギーを吸収することにより減衰材として機能するものとなっている。
容器体２１内における上記のような粒状材２２のせん断変形は、粒状材２２全体が容器体により外側から拘束されることで等体積条件下で生じ、したがって粒状材２２が発揮する減衰性能は粒状材２２自体の性状や粒度のみならず、容器体２１の変形性能や容器体２１への粒状材２２の充填密度によっても変化するので、それら各要素の設定によって支承体２０をアイソレータとして機能させるに必要な所望の免震性能と減衰性能を自由に設定することができるものとなっている。
【００１２】
そのような機能を発揮し得る粒状材２２としては様々な性状、素材のものが考えられるが、特に土砂類が好適に採用可能であり、本実施形態では様々な粒度の砂や粘土、砂礫等を単独であるいは適宜混合して使用するものとしている。
図３（ａ）は粒状材２２の一例としての豊浦標準砂のせん断応力とせん断ひずみとの関係を示すものである。この図から、砂は地震時には剛性が低下して減衰定数が大きくなり免震装置と同様に機能するものであることが分かる。図３（ｂ）は地盤材料である各種の粘土、砂、砂礫における減衰定数のせん断ひずみに対する依存性を示すもので、この図から特に砂は減衰定数が大きいことから本発明における粒状材２２として好適であることが分かる。なお、砂が液状化した場合には数％以上のせん断ひずみが生じるが、せん断ひずみが０．５〜１％となった場合であっても２０％程度の減衰があり、このことからも砂は減衰材として有効に機能することが確認されている。
【００１３】
なお、上記のような土砂類を容器体２１に充填することなく免震ピット３の底面上に単に敷き詰めるだけでも、通常の地盤材として機能して構造物１に対する支持力はそれなりに得られるが、その場合は残留沈下や不同沈下を防止し得ないし、地震時のせん断変形は拘束されないので減衰材として機能することは期待できない。つまり、土砂類だけではアイソレータとして機能し得るものとならず、上記のようにそれを容器体２１内に密に充填することで初めてアイソレータとして有効に機能し得るものとなる。
勿論、容器体２１を粒状材２２を充填することなく単に中空のままで使用した場合には、単なる弾性支持となるだけで減衰力は得られないし、容器体２１のみでは充分な支持力を得ることも困難であるので、いずれにしてもアイソレータとして有効に機能するものとはなり得ないことも当然である。
【００１４】
そして、本実施形態では、図１に示すように上記の支承体２０を免震ピット３の底面上にほぼ隙間なく密に配置して、それら多数の支承体２０によって構造物１の底面全体を全面的に支持するものとしているが、本実施形態においてはそれら支承体２０を特には固定せずに単に免震ピット３底面と構造物１底面との間に介装するのみに留めてある。
したがって、本実施形態の浮体式免震構造では、通常時には構造物１全体を多数の支承体２０により安定に支持しているが、地震時には構造物１の水平変位が許容されるばかりでなく、図４に示すようにアスペクト比の大きい建物の場合に想定されるロッキング振動、すなわち構造物１が回転して浮き上がる（爪先立ちとなる）ような振動も許容されるようになっている。勿論、その際にも上記の緩衝材６をはじめとする適宜のフェイルセイフ機構により過大な水平変位や転倒に至るような過大なロッキング振動は自ずと拘束され、地震時の安全性は支障なく確保されることは言うまでもない。
【００１５】
なお、支承体２０は免震ピット３に対しても固定せずに単に配置するのみでも良いが、必要であれば免震ピット３の底面に対しては位置ずれを防止できる程度に簡易に固定することでも差し支えない。あるいは、場合によっては、支承体２０を構造物１の底面に対して固定して免震ピット３に対しては固定しない（その場合はロッキング振動の際には支承体２０が構造物１とともに浮き上がることになる）ものとしても同様の効果が得られる。
但し、いずれにしても、上記のように支承体２０を構造物１と免震ピット３との間に単に介装することでは、支承体２０による構造物１に対する復元効果は期待できないので、必要であれば他に何らかの復元機構を設置すれば良い。
【００１６】
本実施形態の浮体式免震構造にあっては、基本的には図５に示した従来の浮体式免震構造と同様に、免震ピット３内の貯留水４による浮力が構造物１に作用することで構造物１全体の接地圧が軽減され、したがって支承体２０に要求される支持力が軽減できるものである。
【００１７】
そして、従来の浮体式免震構造では、図５に示したように少数の免震装置２（積層ゴム）のみで構造物１全体を支持していたことから、その免震装置２には大きな支持力が必要であったのに対し、本実施形態では多数の支承体２０を密に配置してそれらの全体で構造物１を全面的に支持していることから、個々の支承体２０に要求される支持力は充分に軽減することができるものである。
したがって、従来においては結局は大型で複雑かつ高価な免震装置２を採用せざるを得ないものであり、また免震ピット３内の貯留水４が万一抜けてしまって浮力が消失した場合の安全性も懸念されるものであったのに対し、本実施形態では上記のように単なる柔軟な容器体２１内に単なる粒状材２２を充填しただけの極めて簡便な構成の支承体２０の採用で充分であり、また浮力が万一消失したとしてもそのまま多数の支承体２０によって安定に支持できるので、従来よりも安全性や信頼性が自ずと向上したものとなっている。
【００１８】
しかも、従来の浮体式免震構造では免震装置２を構造物１に対して固定していることから、ロッキング振動が生じた際には免震装置２に大きな引き抜き力が作用してダメージを与えてしまう懸念があったが、本実施形態では上記のように支承体２０を免震ピット３と構造物１との間に敢えて介装するに留めたので、ロッキング振動が支障なく許容されて支承体２０がダメージを受けることはないし、仮に一部の支承体２０がダメージを受けたとしても全体として重大な事態に至ることもない。
【００１９】
また、支承体２０の構成は積層ゴム等の従来一般の免震装置２に比べれば遙かに簡単であることから、充分に安価に製作できるものであるし、メンテナンスも一切不要である。特に、容器体２１として古タイヤを利用し、粒状材１１として砂等の単なる土砂類（可能であれば原地発生土）を利用することで、それに要するコストは無視できる程度であるし、資源有効利用や廃棄物処理の観点からも好ましいものである。
しかも、その場合には、免震ピット３の底面上に古タイヤを敷き並べていってそれらの内部に土砂類を所望密度で充填して行くだけで良いから、支承体２０の設置作業も何等面倒な工程や格別の機器類を必要とすることなく単純作業により極めて容易に行うことができ、この点においても通常の浮体式免震構造に比較して大幅なコストダウンを実現することができる。
【００２０】
以上で本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものでは勿論なく、たとえば以下に列挙するような様々な変形や応用が可能である。
【００２１】
支承体２０を構成するための容器体２１としては上記のように古タイヤを利用することが最適であるといえるが、それに限るものではなく、アイソレータとしての所望の柔軟性と強度を有するものであれば適宜の素材、形状のものが任意に採用可能であり、特に簡易なものとしては建築土木分野で多用されている土嚢袋も好適に採用可能である。そして、そのような土嚢袋を容器体２１として採用し、その内部に粒状材２２としての土砂類を充填して偏平な土嚢を作成すれば、その土嚢をそのまま支承体２０として使用することができる。
【００２２】
粒状材２２としては上記のように土砂類、特に砂を用いることが最適であるが、それに限るものでもなく、密に充填することで所望の支持力と減衰性能を発揮するものであれば他の素材も任意に採用可能である。たとえば容器体２１として古タイヤを利用する際には、その加工に際してゴム屑が発生するので、それを細かく裁断してゴムチップとしてそれを粒状材２２として使用することも考えられる。勿論、様々な特性を有する様々な素材や粒径の粒状材料を適宜混合して所望の支持力や減衰性能の粒状材２２を調整するようにしても良い。
【００２３】
免震ピット３内に貯留する貯留水４としては単なる水（清水）で良いが、構造物１に浮力を与えることができるものであれば任意の液体が採用可能であり、必要であれば浮力調整のための比重の調整を行ったり、蒸発防止や水質（液質）保全のための対策を行っても良く、浮力を維持しながらであれば貯留液を何らかの用途に使用することも不可能ではない。
【００２４】
さらに、本発明は建物に限らず様々な構造物を対象とし得るし、支承体の構成をはじめとして各部の細部については、免震対象の構造物の規模や形態、要求される免震性能、その他の諸条件に応じて、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で最適設定すれば良いことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態である浮体式免震構造の全体概略構成を示す図である。
【図２】同、支承体を示す拡大図とその特性の説明図である。
【図３】同、粒状材としての土砂の特性の説明図である。
【図４】同、ロッキング振動が生じた場合の構造物の挙動を示す図である。
【図５】従来の浮体式免震構造の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
１  構造物
３  免震ピット
４  貯留水（貯留液）
２０  支承体
２１  容器体
２２  粒状材
【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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