(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層と軟弱地盤または液状化し易い地盤からなる表層とを有する地盤に立設される構造物であって、
その下端が前記支持層に到達するように設けられた杭と、
前記杭の上端に対して接続されるとともに、その少なくとも一部が前記表層中に位置するように設けられた下部構造と、
前記下部構造上に設けられた上部構造とを有してなり、
前記下部構造は、前記表層中に滞留する地下水あるいは液状化時に流動化した土砂から所定の浮力を得ることができる二重底盤をその底部に有すると共に、内部の水の量を調整することで前記浮力を調整するための水槽が設けられており、
前記杭は、前記上部構造および下部構造の水平方向の変位を弾性的に規制するように、水平方向に所定のバネ剛性を有して形成されていて、
地震時に地盤が振動しても、前記表層が地盤の振動を下部構造及び上部構造に伝達することを遮断するよう作用させることを特徴とする構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビル等を形成する構造物に係り、特に、地震時の振動応答を低減するように構築されたものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の構造物の代表的なものとしては、例えば、建物の下部構造と上部構造との間に、積層ゴム等の免震装置を介装し、これにより、建物の固有周期の長周期化を図る免震建物が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
免震建物は、近年、その優れた免震効果で知られるようになり、各地において普及しつつあるが、その普及に伴い、軟弱な地盤上に免震建物を構築するニーズも増加しつつある。
【０００４】
軟弱な地盤や液状化しやすい地盤では、その地盤の層が柔らかく変形するため、地盤自身が一種の免震機構と同様の働きをすることがある。このような地盤上の建物に従来の免震機構を設けたとしても、十分な免震効果を得るためには、免震装置のさらなる長周期化が必要となる可能性があり、必ずしも現実的とはいえない場合がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、軟弱地盤や液状化地盤上に構築された場合に、良好に地震時の振動応答を低減することができるような構造物を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明においては、軟弱地盤や液状化しやすい地盤を積極的に免震化地盤として利用することを考え、以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１記載の構造物は、支持層と軟弱地盤または液状化し易い地盤からなる表層とを有する地盤に立設される構造物であって、
その下端が前記支持層に到達するように設けられた杭と、
前記杭の上端に対して接続されるとともに、その少なくとも一部が前記表層中に位置するように設けられた下部構造と、
前記下部構造上に設けられた上部構造とを有してなり、
前記下部構造は、前記表層中に滞留する地下水あるいは液状化時に流動化した土砂から所定の浮力を得ることができる二重底盤をその底部に有すると共に、内部の水の量を調整することで前記浮力を調整するための水槽が設けられており、
前記杭は、前記上部構造および下部構造の水平方向の変位を弾性的に規制するように、水平方向に所定のバネ剛性を有して形成されていて、
地震時に地盤が振動しても、前記表層が地盤の振動を下部構造及び上部構造に伝達することを遮断するよう作用させることを特徴とする。
【０００７】
このような構成とされるために、この構造物においては、下部構造を浮体構造とすることにより、上部構造および下部構造の重量を大幅に低減でき、杭が支持する荷重を大きく軽減できる。これにより、杭を通常より小さい断面にすることができ、その結果、上部構造および下部構造が水平方向に変位したとしても、杭が柔らかいバネとして作用し、上部構造および下部構造の位置を復元させることができる。
【０００９】
しかも、この構造物においては、地下水位の変化に伴ってあるいは液状化時に流動化した土砂からの浮力に変動が発生した場合においても、浮力を一定に保つことが可能であり、杭に過大な軸力が作用することを防ぐことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を模式的に示す図であり、符号１はビルとして形成された建物（構造物）を示す。
【００１１】
図中に示すように、建物１は、支持層２と表層３とを有する地盤Ｇに立設されている。表層３は、地下水位Ｗｓの比較的高い、軟弱地盤あるいは液状化しやすい地盤となっている。
【００１２】
建物１は、杭５，…、および、ＲＣ構造の下部構造６と上部構造７とにより概略構成されている。杭５，…は、鋼管により形成されたものであり、その下端５ａが支持層２にまで到達するように地盤Ｇ中に打設されるとともに、その上端５ｂが下部構造６の底部６ａに接続された構成となっている。
【００１３】
また、下部構造６は、その底部６ａが二重底盤８とされており、この二重底盤８を有することにより、表層３中に滞留する地下水Ｗから、あるいは液状化時に流動化した土砂から浮力を受けることができるようになっている。この浮力は、下部構造６および上部構造７の重量を大幅に軽減するように設定されている。
【００１４】
また、下部構造６は、その内部に水槽９を有する構成となっている。この水槽９は、内部に水を導入・排出自在な構成とされるとともに、内部の水の量を調整することにより、下部構造６に作用する浮力を調整することができる。
【００１５】
また、杭５，…は、水平方向に所定のバネ剛性を有して形成されている。この場合、杭５，…は、その下端５ａが支持層２に固定されているために、上端５ｂに接続された下部構造６および上部構造７の水平方向の変位を弾性的に規制するように機能する。なお、杭５，…の水平方向のバネ剛性は、地震動によって下部構造６および上部構造７に発生することが予想される水平方向の変位を、杭５，…の弾性力により解消できる程度に設定されている。
【００１６】
このような構成とされた建物１においては、地震時に、地盤Ｇが振動したとしても、表層３が、地盤Ｇの振動の下部構造６および上部構造７に対する伝達を遮断するように作用する。これにより、建物１が免震化されることとなる。また、この場合、杭５，…は、水平方向に所定のバネ剛性をもって形成されているために、地盤Ｇの振動により下部構造６および上部構造７が変位したとしても、杭５，…の弾性力により、この変位を解消することができ、地震後の残留変位を最小に抑制することができる。
【００１７】
また、地下水位Ｗｓが上昇または下降した際には、水槽９の水の量を調整するようにする。これにより、杭５，…に作用する軸力を一定に保つことができ、過大な軸力が作用して杭５，…が損壊したり、あるいは、浮力が大きくなって建物１に浮き上がりが生じたりすることを防ぐことができる。
【００１８】
以上述べたように、建物１においては、下部構造６が、表層３中に滞留する地下水Ｗから、あるいは液状化時に流動化した土砂から所定の浮力を得ることが可能な構成とされているために、下部構造６および上部構造７を浮体構造として、地盤Ｇから絶縁することができ、これにより、表層３を積極的に利用して免震効果を得ることができる。この場合、従来の免震建物とは異なり、積層ゴム等の免震機構が不要であり、また免震ピットや擁壁も必要でなく、杭５，…の断面も小さくて済むため、非常にローコストに免震効果を得ることが可能となる。さらに、杭５，…が、水平方向に所定のバネ剛性を有して形成されることにより、上部構造７および下部構造６の水平方向の変位を弾性的に規制するようになっているために、地震後の建物１の残留変位を抑制することができ、地震後の建物１の機能を確保することができる。
【００１９】
また、建物１においては、水槽９内の水の量を調整することにより下部構造６の受ける浮力を調整して、杭５に過大な軸力が作用することを防ぐようにしたため、杭５の損壊等の危険が無く安全性が高い。
【００２０】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、必要に応じて、他の構成を採用するようにしてもよい。
例えば、上記実施の形態においては、下部構造６および上部構造７はＲＣ造とされていたが、これに代えて、ＳＲＣ造やＳ造としてもよい。
また、上記実施の形態において、下部構造６の受けることのできる浮力の大きさは、上部構造７の重量の３０％程度〜１００％の範囲内で任意に設定することができる。  また、上記実施の形態において、杭５，…は、鋼管杭とされているが、これに代えて、鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を採用するようにしてもよい。
また、杭の上端５ｂと下部構造６との接続は、通常の固定方式であっても、あるいは、ピン固定方式であってもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る構造物は、下部構造が、表層中に滞留する地下水あるいは液状化時に流動化した土砂から所定の浮力を得ることが可能な構成とされているために、下部構造および上部構造を浮体構造として、地盤から絶縁することができ、これにより、表層を積極的に利用して免震効果を得ることができる。この場合、従来の免震建物とは異なり、積層ゴム等の免震機構が不要であり、また免震ピットや擁壁も必要でなく、杭の断面も小さくて済むため、非常にローコストに免震効果を得ることが可能となる。さらに、杭が、所定の水平方向のバネ剛性を有して形成されることにより、上部構造および下部構造の水平方向の変位を弾性的に規制するようになっているために、地震後の残留変位を抑制することができ、地震後の構造物の機能を確保することができる。
【００２２】
しかも、水槽内の水の量を調整することにより下部構造の受ける浮力を調整して、杭に過大な軸力が作用することを防ぐようにしたため、杭の損壊等の危険が無く、安全性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態の形態を模式的に示す建物の立断面図である。
【符号の説明】
１  建物（構造物）
２  支持層
３  表層
５  杭
５ａ  下端
５ｂ  上端
６  下部構造
７  上部構造
９  水槽
Ｇ  地盤
Ｗ  地下水
Ｗｓ  地下水位
【図１】
0003769716.tif 000002