(57)【要約】【課題】建物のような構造物を支持する杭基礎の２つの構成杭を相互に接続する制振装置による地震エネルギの吸収について、杭相互間の水平変位差を反映させ、これにより制振構造の改善を図ること。【解決手段】杭基礎（１４）によりその上方に支持された構造物（１１）のための制振構造（１０）に係り、杭基礎（１４）がこれを構成する２つの杭（２０，２２）と、２つの杭に結合され両杭に対して制振作用を及ぼす制振装置（２）とを含む。２つの杭（２０，２２）は地震力を受けたときにこれらに異なる水平変位が生じるように設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭基礎により該杭基礎の上方に支持された構造物のための制振構造であって、
前記杭基礎は、２つの杭であって地震力を受けるときに異なる水平変位が生じるように設定された２つの杭と、該２つの杭に結合され該２つの杭に対して制振作用を及ぼす制振装置とを含む、制振構造。
【請求項２】
杭基礎により該杭基礎の上方に支持された構造物のための制振構造であって、前記杭基礎は、平面で見て三角形の１つの頂点及び他の２つの頂点の一方に位置する一組の２つの杭と前記１つの頂点及び前記２つの頂点の他方に位置する他の一組の２つの杭とであって地震力を受けるときに各組の２つの杭に異なる水平変位が生じるように設定された二組の杭と、各組の２つの杭に結合され該２つの杭に対して制振作用を及ぼす制振装置とを含む、制振構造。
【請求項３】
前記２つの杭は、それぞれ、前記構造物に固定された杭頭を有する杭頭固定杭及び前記構造物に対して水平変位可能である杭頭を有する杭頭非結合杭、前記杭頭非結合杭、又は、互いに異なる杭長若しくは杭径を有する杭からなり、これにより、前記２つの杭はこれらが地震力を受けるときに異なる水平変位が生じるように設定されている、請求項１又は２に記載の制振構造。
【請求項４】
前記構造物と前記杭頭非接合杭との間に配置された、前記構造物に対する前記杭頭非接合杭の水平変位を容易にするための補助部材を含む、請求項３に記載の制振構造。
【請求項５】
前記制震装置は前記２つの杭に対して剛結合又はピン結合されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制振構造。
【請求項６】
前記制震装置は水平又は斜めに配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の制振構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭基礎により該杭基礎の上方に支持された建物のような構造物のための制振構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建物のための制振構造として、杭基礎を構成する２つの杭同士を、これらの杭頭において、制振ダンパを含む基礎梁を介して相互に接続してなるものが提案されている（後記特許文献１参照）。
【０００３】
これによれば、地震時に前記基礎梁に水平変形が生じるとき、前記基礎梁に組み込まれた制振ダンパにより地震エネルギの一部が吸収される。
【０００４】
ところで、前記従来の制振構造にあっては、各杭がその杭頭において前記基礎梁に固定されており、地震時、各杭は前記基礎梁と共にほぼ同じ大きさの水平変位をする。このため、杭相互間の水平変位差は比較的小さく、前記基礎梁の水平変形したがって前記制振ダンパによる地震エネルギの吸収に対する前記杭の水平変位差の寄与度は比較的小さい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１３８４３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、建物のような構造物を支持する杭基礎の２つの構成杭を相互に接続する制振装置による地震エネルギの吸収について、杭相互間の水平変位差を反映させ、これにより制振構造の改善を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、杭基礎により該杭基礎の上方に支持された構造物のための制振構造に係り、前記杭基礎は、これを構成する２つの杭であって地震力を受けたときにこれらに異なる水平変位が生じるように設定された２つの杭と、該２つの杭に結合され該２つの杭に対して制振作用を及ぼす制振装置とを含む。
【０００８】
本発明によれば、構造物の杭基礎を構成しまた制振装置により互いに接続された２つの杭が、地震力を受けるときにこれらの杭に異なる水平変位が生じるように設定されており、これにより、杭相互間に水平変位差を意図的に生じさせることができる。前記水平変位差は両杭に対する地震力の作用方向（方位）を問わずに生じる。両杭における前記水平変位差の発生に伴い、前記方位によりその大きさに相違はあるが、両杭間の制振装置に引張力又は圧縮力が作用する。その結果、両杭は前記制振装置により前記水平変位差に見合う制振作用を受ける。
【０００９】
本発明は、また、他の制振構造を提供する。この制振構造においては、前記杭基礎が、平面で見て三角形の１つの頂点及び他の２つの頂点の一方に位置する一組の２つの杭と前記１つの頂点及び前記２つの頂点の他方に位置する他の一組の２つの杭と、各組の２つの杭に結合され該２つの杭に対して制振作用を及ぼす制振装置とを含む。ここにおいて、二組の杭は、地震力を受けたときに各組の２つの杭に異なる水平変位が生じるように設定されている。
【００１０】
前記他の制振構造に係る発明においても、先の制振構造におけると同様、地震時に各組の２つの杭の間に水平変位差が生じ、両杭が制振装置による制振作用を受ける。本発明にあっては、二組の杭が前記三角形の二辺上、したがって互いに異なる２つの方位にそれぞれ配置されていることから、二組の杭を一直線上すなわち１つの方位に向けて配置する場合と比べて、様々な方位に生じる可能性のある地震荷重に対して、地震エネルギの一部をより効果的に吸収することができる。
【００１１】
前記したいずれの制振構造に係る発明においても、前記２つの杭の水平変位についての設定を任意に定めることができる。したがって、例えば、発生する前記水平変位の大きさを比較的小さいものに設定すれば、杭の合理化（杭の小径化、杭が鉄筋コンクリート杭からなる場合における鉄筋量の低減）を図ることができる。
【００１２】
前記制振構造の２つの杭及び前記他の制振構造の各組の２つの杭について、それぞれ、地震力を受けたときに異なる水平変位が生じるようにする前記設定は、例えば、両杭を前記構造物に固定された杭頭を有する杭頭固定杭及び前記構造物に対して水平変位可能である杭頭を有する杭頭非結合杭で構成し、あるいは、両杭を前記杭頭非結合杭で構成し、あるいは、両杭を互いに異なる杭長又は杭径を有するもので構成することにより行うことができる。
【００１３】
前記構造物と前記杭頭非接合杭との間には、前記構造物に対する前記杭頭非接合杭の水平変位を容易にするための補助部材、例えば摩擦低減板、積層ゴム板等を配置することができる。これにより、前記構造物に対する前記杭頭非接合杭の水平変位をより円滑にすることができる。
【００１４】
前記制震装置は、前記２つの杭に対して剛結合又はピン結合された、例えばオイルダンパ、降伏点鋼材ダンパ等からなるものとすることができる。
【００１５】
また、前記制震装置は水平又は斜めに配置することができる。前記制振装置を斜めに配置するときは、これを水平に配置する場合に比べて、前記制振装置に対してより長い作用長を与えることができ、これにより、より大きい地震エネルギを吸収することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、前記したように、建物のような構造物を支持する杭基礎の２つの構成杭を相互に接続する制振装置による地震エネルギの吸収について、杭相互間の水平変位差を反映させ、これにより制振構造の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る制振構造を簡略的に示す立面図である。
【図２】２つの杭とこれらに接続された制振装置とを簡略的に示す平面図である。
【図３】長さの異なる杭が用いられた制振構造を簡略的に示す立面図である。
【図４】２組の杭を概略的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照すると、建物のような構造物１１に適用された本発明に係る制振構造が全体に符号１０で示されている。
【００１９】
制振構造１０は地中１２に設置された杭基礎１４を含む。構造物１１は杭基礎１４によりその上方において支持されている。より詳細には、構造物１１は、地中１２に設置された基礎梁１６を介して、杭基礎１４に支持されている。なお、構造物１１は、説明の便宜上、矩形の平面形状を有するもの（図４参照）とする。
【００２０】
杭基礎１４は、基礎梁１６に結合され構造物１１と一体をなすフーチング１８から地中１２を鉛直下方に伸びる複数の杭を含む。杭基礎１４を構成する前記複数の杭は、杭頭固定杭２０及び杭頭非結合杭２２からなる１又は複数組の杭、あるいは、１又は複数組の杭（杭頭固定杭２０及び杭頭非結合杭２２）と１又は複数の他の杭頭固定杭２０とからなる。
【００２１】
杭頭固定杭２０は、フーチング１８したがって構造物１１に固定された杭頭２４を有する。他方、杭頭非結合杭２２は、フーチング１８したがって構造物１１に対して水平変位可能である杭頭２６を有する。杭頭固定杭２０と杭頭非結合杭２２とからなる杭の組の数は任意に定めることができる。各杭２０，２２は、場所打ちコンクリート杭、既成コンクリート杭、鋼管杭等からなり、また、図１に示す例においては同一の杭長及び同一の杭径を有する。
【００２２】
杭基礎１４は、さらに、各組を構成する２つの杭である杭頭固定杭２０と杭頭非結合杭２２との間に配置されかつ両杭２０，２２の杭頭２４，２６に結合された制振装置２８を含む。制振装置２８はオイルダンパ、降伏点鋼材ダンパ等からなる。
【００２３】
図１に示す例にあっては、１つの杭２２を共通の杭とする３つの杭２０，２２及び２０からなる二組の杭が、水平面に対して垂直な面である鉛直面内に、互いに間隔を置いて配置されている。したがって、前記３つの杭は、水平面で見て、一直線上に並んで配置されている。また、共通の１つの杭頭非結合杭２２は構造物１１の両外壁間の中間位置の下方にあり、２つの杭頭固定杭２０は両外壁の内側の下方位置にある。これとは逆に、共通の１つの杭頭固定杭２０をこれが前記２つの外壁の中間位置の下方にあり、また、２つの杭頭非結合杭２２をこれが両外壁の内側の下方位置にあるように配置することができる。
【００２４】
杭基礎１４の前記構成杭は、地震力を受けるとき、水平変位をする。すなわち、杭頭固定杭２０はその杭頭２４においてフーチング１８に固定されているため、その杭頭２４が基礎梁１６及びフーチング１８（構造物１１）と共にこれらと一体に水平変位をする（構造物１１の水平変位を図１に想像線で示す。）。他方、杭頭非結合杭２２の杭頭２６はフーチング１８に固定されておらず、フーチング１６（構造物１１）に対して水平変位可能であることから、その杭頭２６が基礎梁１６及びフーチング１８（構造物１１）に対して独立に水平変位をする。したがって、杭頭固定杭２０の水平変位と杭頭非結合杭２２の水平変位とはこれらの大きさにおいて異なり、両杭２０，２２相互間に水平変位差が生じる。
【００２５】
両杭２０，２２に接続された制振装置２８は、両杭２０，２２が地震力を受けてこれらの間に前記水平変位差が生じるとき、すなわち両杭２０，２２の杭頭２４，２６の相互間隔が非地震時を基準として該基準より大きいときに両杭２０，２２からの引張力を受けかつ該引張力に対する抵抗を示し、また、反対に前記基準より小さいときに両杭２０，２２から圧縮力を受けかつ該圧縮力に対する抵抗を示す。その結果、両杭２０，２２の水平変位が低減されまた該水平変位の繰り返しである振動が減衰され、これにより両杭２０，２２、したがって構造物１１に働く地震エネルギの一部が吸収される。ここで、両杭２０，２２の水平変位は、前記地震力が両杭２０，２２に対してこれらの配列方向に作用する場合及び該配列方向以外の方向、すなわち前記地震力の作用方向がいずれの方位であっても、生じる。ただし、両杭２０，２２相互間の前記水平変位差は、前記地震力の作用方向により異なる。
【００２６】
杭頭固定杭２０と組をなす杭頭非結合杭２２は、例えば、フーチング１８に下方に向けて開放する凹所３０を設け、かつ、杭頭非結合杭２２の杭頭２６がフーチング１８の凹所３０内に受け入れられ、凹所３０の底面に接しかつ該底面を水平方向へ滑動可能とすることを以って構成することができる。これにより、杭頭非結合杭２２は、杭頭固定杭２０と共に、フーチング１８を介して構造物１１の鉛直荷重を負担し、また、地震時に凹所３０の大きさの範囲内においてフーチング１８（構造物１１）に対して水平変位をすることができる。このためには、凹所３０が杭頭非結合杭２２の杭頭２６の前記水平方向への滑動を許すものである限り、凹所３０の横断面形状すなわち開口形状及び杭頭非結合杭２２の杭頭２６の横断面形状は任意に設定することができる。また、杭頭２６の前記水平方向への滑動の距離、したがって可能とする前記水平変位の大きさは、ボーリングを含む事前の地盤調査によって知得された地盤の物性や、構造物１１の高さ、構造物１１の構造等を考慮して定めることができる。
【００２７】
杭頭非結合杭２２の杭頭２６のフーチング１８に対する滑動抵抗を低減し、これにより杭頭２６の前記水平変位を容易にするために、フーチング１８の凹所３０の前記底面と杭頭２６の頂面との間に補助部材３２を配置することができる。補助部材３２は、例えば摩擦低減板、積層ゴム板、ローラ支承等からなる。
【００２８】
杭頭固定杭２０及び杭頭非結合杭２２に対する制振装置２８の結合は、制振装置２８がその両端部２８ａ，２８ｂ（図２参照）において両杭２０，２２にそれぞれ固定された剛結合、又は両杭２０，２２に対して相対的に回転可能にそれぞれ取り付けられたピン結合とすることができる。
【００２９】
前記ピン結合の一例を図２に示す。図示の例では、円形の横断面形状を有する両杭２０，２２の杭頭２４，２６間を水平に伸びる制振装置２８の鋼製の両端部２８ａ、２８ｂが、それぞれ、鋼製の２つの円筒部材３４を介して、両杭頭２４，２６に結合されている。ここにおいて、両円筒部材３４はそれぞれ両杭頭２４，２６にこれらの周りに回転可能であるように取り付けられる。
【００３０】
この例によれば、両杭２０，２２が制振装置２８の伸長方向に対して垂直な水平面上の直線の伸長方向（図上において上下方向）に水平変位をするとき、制振装置２８が両杭２０，２２に対して相対的に回転運動をし、両杭２０，２２に対する前記変位の低減又は振動減衰のための引張抵抗又は圧縮抵抗を及ぼす。なお、この例において両杭２０，２２の水平変位が前記方向以外の方向、例えば制振装置２８の伸長方向（図上において左右方向）に生じるときは、両円筒部材３４は回転運動をすることなしに弾性変形又は塑性変形をし、この間に制振装置２８による前記変位低減又は振動減衰の作用が両杭２０，２２に及ぼされる。
【００３１】
図示の例に代えて、両杭２０，２２と制振装置２８の両端部２８ａ，２８ｂとが球面対偶をなすピン結合とすることができる（図示せず）。これによれば、両杭２０，２２の水平変位の全ての方向すなわち全ての方位に関して、両杭２０，２２と制振装置２８との間の相対運動を回転運動とすることができる。
【００３２】
また、両杭２０，２２に対する制振装置２８の結合を前記剛結合とする場合には、両杭２０，２２が水平変位をするとき、制振装置２８は両杭２０，２２に固定された両端部２８ａ，２８ｂが弾性変形又は塑性変形をする間に両杭２０，２２に対する前記制振作用を及ぼす。
【００３３】
前記したところでは、地震力を受けたときに異なる水平変位が生じるように設定される組をなす２つの杭として、杭頭固定杭２０と杭頭非結合杭２２とからなる例を示したが、この例に代えて、前記２つの杭が共に杭頭非結合杭２２からなるものとすることができる。これによっても、前記したような水平変位差を生じさせることができる。
【００３４】
また、前記した例に代えて、組をなす２つの杭が杭長又は杭径を異にするものとすることができる。すなわち、（１）杭長を異にする２つの杭頭固定杭２０又は杭径を異にする２つの杭頭固定杭２０、（２）杭長を異にする杭頭固定杭２０及び杭頭非結合杭２２、又は杭径を異にする杭頭固定杭２０及び杭頭非結合杭２２、あるいは、（３）杭長を異にする２つの杭頭非結合杭２２又は杭径を異にする２つの杭頭非結合杭２２とすることができる。組をなすこれらの２つの杭は、地震時、杭長又は杭径の相違に起因する異なる水平変位をし、これにより前記水平変位差が生じる。
【００３５】
ただし、前記（１）に挙げた杭長又は杭径を異にする２つの杭頭固定杭２０は、前記（２）及び（３）に挙げた２つの杭すなわち少なくとも一方が杭頭非結合杭２２からなる場合と異なり、これらの杭頭２４が共にフーチング１６に固定され、前記水平変位に対する拘束を受ける。このため、前記（１）の両杭２０は、地震時、現象的には互いに異なる比較的大きい水平変位を示さない。しかし、潜在的には異なる大きさの水平変位をする傾向を有し、この傾向はフーチング１６下において発現し、その結果を制振装置２８に及ぼす。したがって、前記（１）の例の２つの杭２０も、また、地震力を受けるときに異なる水平変位が生じるように設定された２つの杭であるということができる。
【００３６】
図３を参照すると、前記（３）に示す例のうち、杭長を異にする、前記共通の杭を有しない、また制振装置２８により互いに結合された２つの独立した杭頭非結合杭２２を一組とする二組の杭が示されている。二組の杭２２は、図１に示す例におけると同様、一直線上に配置され、両組の杭長の短い杭２２がそれぞれ構造物１１の両外壁１１ａ，１１ｂの内側下方に位置し、杭長の長い杭２２がそれぞれ構造物１１の両外壁１１ａ，１１ｂ間の中間位置の下方に位置する。地震時、杭長の長い杭２２が短い杭２２よりも大きい水平変位をする。
【００３７】
前記一直線上に配置する杭の組数は、図１に示す例及び図３に示す例を含む前記（１）〜（３）に示す例のいずれについても、１又は３以上とすることができる。
【００３８】
前記二組の杭の配置については、これらを前記一直線上に配置することに代えて、平面で見て三角形の二辺上に配置することができる。例えば、前記共通の杭を含む３つの杭２０，２２からなる二組の杭が、図４に示すように、平面で見て三角形の３つの頂点上に位置するように配置され、１つの杭頭非結合杭２２と２つの杭頭固定杭２０とに結合された２つの制振装置２８が、それぞれ、杭頭非結合杭２２が位置する前記三角形の頂点を挟む二辺上に配置されている（杭２０，２２の水平変位を想像線で示す。）。このような配置とすることにより、二組の杭を一直線上すなわち１つの方位に向けて配置する場合と比べて、様々な方位に生じる可能性のある地震荷重に対して、地震エネルギのより効果的な吸収を可能とすることができる。前記三角形の二辺のなす角度は任意に、例えば９０度に設定することができる。
【００３９】
また、制震装置２８はこれを水平に配置する図示の例に代えてこれを斜めに、すなわち制振装置２８の両端部が異なる高さ位置にあるように配置することができる。制振装置２８を斜めに配置するときは、これを水平に配置する場合に比べて、制振装置２８に対してより長い作用長を与えることができ、これにより、より大きい地震エネルギを吸収することができる。
【００４０】
前記したところでは、２つの杭２０，２２の杭頭が前記鉛直面内で水平変位をする場合、すなわち水平面内の直線の伸長方向に水平変位をする場合を例にとって説明したが、本発明にあっては、これに限らず、水平面に対して垂直な曲面（例えば円筒面）内で水平変位をする場合、すなわち水平面内の曲線上を水平変位をする場合にも両杭２０，２２の水平変位差が生じる。したがって、例えば、構造物１１に回転を伴う地震力が働く場合においても、制振機能が発揮される。
【符号の説明】
【００４１】
１０  制振構造
１１  構造物
１４  杭基礎
１８  フーチング
２０  杭（杭頭固定杭）
２２  杭（杭頭非結合杭）
２８  制振装置
３０  凹所
３２  補助部材
３４  円筒部材
【図１】
2013238086.tif 000003
【図２】
2013238086.tif 000004
【図３】
2013238086.tif 000005
【図４】
2013238086.tif 000006