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発明の名称 構造物の免震構造及び免震化方法並びに土留め材
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−262601(P2001−262601A)
公開日 平成13年9月26日(2001.9.26)
出願番号 特願2000−75244(P2000−75244)
出願日 平成12年3月17日(2000.3.17)
代理人 【識別番号】100099704
【弁理士】
【氏名又は名称】久寶 聡博
発明者 小出 忠男 / 佐藤 清 / 松田 隆 / 後藤 洋三
要約 目的
周辺地盤の崩落や地盤沈下あるいは緩衝材の経年劣化といった弊害を未然に防止しつつ、緩衝領域による地震時エネルギーの吸収作用を長期間維持する。

構成
本発明に係る構造物の免震構造は、構造物の地下埋設部分1を取り囲むようにして多数の動土圧緩衝部材2を隙間なく柱状に並設してなる。動土圧緩衝部材2は、U字状をなす溝状断面材と該溝状断面材の溝開口が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材とからなり、板材は、周辺地盤6から作用する一定規模以上の動土圧に対して破壊するような強度となるよう、その材料や厚みを決定してある。
特許請求の範囲
【請求項1】 U字溝等の溝状断面材及び該溝状断面材の溝開口が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材からなる動土圧緩衝部材を該板材が周辺地盤に当接されるように構造物の地下埋設部分の周囲に配置し、前記板材を前記周辺地盤から作用する一定規模以上の動土圧に対して変形又は破壊するように形成したことを特徴とする構造物の免震構造。
【請求項2】 前記動土圧緩衝部材を積層自在なブロックとして形成した請求項1記載の構造物の免震構造。
【請求項3】 U字溝等の溝状断面材及び該溝状断面材の溝開口が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材からなる動土圧緩衝部材を該板材が周辺地盤に当接されるように既設構造物の地下埋設部分の周囲に配置する方法であって、前記板材を前記周辺地盤から作用する一定規模以上の動土圧に対して変形又は破壊するように形成したことを特徴とする構造物の免震化方法。
【請求項4】 U字溝等の溝状断面材及び該溝状断面材の溝開口が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材からなる動土圧緩衝部材で構成され、該板材が周辺地盤に当接されるように構造物の地下埋設部分の周囲に配置されたときに前記周辺地盤から作用する一定規模以上の動土圧に対して前記板材を変形又は破壊するように形成したことを特徴とする土留め材。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地下埋設部分を有する構造物の免震構造及び免震化方法並びに土留め材に関する。
【0002】
【従来の技術】構造物は、その規模や支持地盤の強度に応じて、直接基礎、杭基礎等からその基礎形式が適宜選択され、杭基礎であれば杭が地下に埋設されることとなるが、直接基礎であっても、一定規模以上の構造物であれば表層部分より下方にある良質な支持地盤に構築されるため、やはり地下外壁を有することが多い。
【0003】このような地下外壁や杭といった構造物の地下埋設部分には、地震時に周辺地盤との動的相互作用に基づく動土圧が作用するため、これを設計するにあたっては、動土圧に対する十分な耐震余裕を見込む必要があるが、予想に反する巨大地震に見舞われた場合、地震時における動土圧が設計外力よりも過度に大きくなり、構造物の地下埋設部分が不測の損傷を受けるおそれがある。特に、下水処理場などは、河川に近いことが要求される関係上、どうしても軟弱地盤に立地せざるを得ないが、かかる軟弱地盤では、地盤の地下構造が複雑であることが多く、地下埋設部分に作用する動土圧を設計段階で的確に把握するには精度的に限度がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような状況下において、構造物と周辺地盤との間に緩衝領域を設けて地震時の動土圧を吸収させようとする考え方がある。
【0005】しかしながら、埋め戻し土や軟弱土で構成された立地では、地下埋設部分の周囲に単に緩衝領域を設けるだけだと、常時の静土圧によってあるいは中小地震の動土圧によって緩衝領域との境界である地盤側壁が緩衝領域側に崩落して周辺地盤の沈下を招いたり、緩衝領域に配置した緩衝材が常時の静土圧等で圧縮硬化して変形吸収能力が経年的に劣化し、いざ巨大地震がきたときにその緩衝作用が発揮されないという問題を生じていた。
【0006】本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、周辺地盤の崩落や地盤沈下あるいは緩衝材の経年劣化といった弊害を未然に防止しつつ、緩衝領域による地震時エネルギーの吸収作用を長期間維持することが可能な構造物の免震構造及び免震化方法並びに土留め材を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、本発明に係る構造物の免震構造は請求項1に記載したように、U字溝等の溝状断面材及び該溝状断面材の溝開口が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材からなる動土圧緩衝部材を該板材が周辺地盤に当接されるように構造物の地下埋設部分の周囲に配置し、前記板材を前記周辺地盤から作用する一定規模以上の動土圧に対して変形又は破壊するように形成したものである。
【0008】また、本発明に係る構造物の免震構造は、前記動土圧緩衝部材を積層自在なブロックとして形成したものである。
【0009】また、本発明に係る構造物の免震化方法は請求項3に記載したように、U字溝等の溝状断面材及び該溝状断面材の溝開口が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材からなる動土圧緩衝部材を該板材が周辺地盤に当接されるように既設構造物の地下埋設部分の周囲に配置する方法であって、前記板材を前記周辺地盤から作用する一定規模以上の動土圧に対して変形又は破壊するように形成したものである。
【0010】また、本発明に係る土留め材は請求項4に記載したように、U字溝等の溝状断面材及び該溝状断面材の溝開口が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材からなる動土圧緩衝部材で構成され、該板材が周辺地盤に当接されるように構造物の地下埋設部分の周囲に配置されたときに前記周辺地盤から作用する一定規模以上の動土圧に対して前記板材を変形又は破壊するように形成したものである。
【0011】本発明に係る構造物の免震構造及び免震化方法並びに土留め材においては、U字溝等の溝状断面材及び該溝状断面材の溝開口が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材からなる動土圧緩衝部材を該板材が周辺地盤に当接されるように構造物の地下埋設部分の周囲に配置してあるが、かかる板材は、周辺地盤から作用する一定規模以上の動土圧に対して変形又は破壊するように形成してある。なお、常時の土圧や一定規模以下の動土圧に対しては、変形又は破壊することがないように形成してある。
【0012】そのため、常時や中小地震の際には、その静土圧や比較的小さな動土圧が板材で支持されるが、巨大地震の際には、大きな動土圧によって板材が変形又は破壊するとともに、変形で凹んだ板材の凹部に周辺地盤の土砂が移動し、又は破壊した板材の割れ目等から溝状断面材の中空内部へと流入する。
【0013】したがって、常時や中小地震の際には、板材によって周辺地盤の崩落や地盤沈下が未然に防止される。また、巨大地震の際には、板材の変形及び土砂移動、又は板材の破壊及び溝状断面材内部への土砂流入によって、地震エネルギーや周辺地盤と構造物との相対変位が吸収され、構造物への地震入力が低減するとともに、構造物の振動に対しても板材が動土圧を受けたときと同様に機能するので、該構造物の振動は、減衰作用を受けて速やかに収斂する。
【0014】変形又は破壊させる動土圧のレベルをどのように設定するかは、設計地震荷重や地盤条件等を考慮して適宜設定すればよい。
【0015】動土圧緩衝部材は、構造物の地下埋設部分、すなわち地下外壁や杭の周囲に点在する形であるいは連続的に取り囲む形で設けることが考えられるが、その配置の仕方は任意である。また、溝状断面材の背面が地下埋設部分に接するように配置してもよいし、該地下埋設部分から離隔させた状態で設けるようにしてもよい。なお、地下埋設部分は、高層建築物のように一部が埋設される場合のみならず、LNG地下タンクや貯水ピットのようにほとんどあるいは完全に埋設される場合をも含む。
【0016】溝状断面材は、例えばプレキャストコンクリートで形成することが可能であり、道路側溝で使用されるU字溝を転用することも可能である。
【0017】板材は、常時の静土圧や中小地震時の動土圧を支持する一方、一定規模以上の動土圧に対しては変形又は破壊するようにその剛性や強度が設定される限り、その材料や厚み等は任意であって例えば鋼、モルタル、コンクリート、アスファルト等の材料が使用可能であるが、ソイルセメント、再生ガラス、焼却灰や汚泥の焼成物等の再生材料を使用すれば、廃棄物をリサイクルしてその減容化を図ることも可能となる。
【0018】また、かかる板材を、モルタル、コンクリート、ガラス、焼成物等の脆性材料で形成したならば、一定規模以上の動土圧が作用したとき、板材は、脆性的破壊性状を呈して一瞬にしてバラバラになるとともに、その破砕によって大きな地震エネルギーも一瞬にして吸収することが可能となる。また、周辺地盤と構造物との間の相対変位についても地震動に遅れることなく速やかに追従してこれを吸収することが可能となる。
【0019】溝状断面材及び板材からなる動土圧緩衝部材は、例えば長尺状に形成することが考えられるが、積層自在なブロックとして形成した場合には、製作、運搬、吊り込みといった取扱いが容易になる。
【0020】上述した動土圧緩衝部材は、既設構造物の周囲に配置することによって耐震補強対策とすることができるし、構造物を新設する際に同時に配置するようにしてもよいが、後者の場合において構造物の基礎工事の際、該構造物の地下埋設部分の構築が予定される掘削領域に沿って配列し、しかる後に配列された動土圧緩衝部材の内側を掘削することが可能となり、本発明の動土圧緩衝部材を土留め材として用いることも可能となる。なお、かかる場合には、根切り時に生ずる背面土圧や地下水圧を考慮して動土圧緩衝部材の断面を適宜設定する。ちなみに、このときの背面土圧や地下水圧は、上述した常時の静土圧に相当するものであって、根切りの際に板材が破損する懸念はない。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る構造物の免震構造及び免震化方法並びに土留め材の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【0022】図1は、本実施形態に係る構造物の免震構造を示した平面図及び断面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る構造物の免震構造は、構造物の地下埋設部分1を取り囲むようにして多数の動土圧緩衝部材2を隙間なく柱状に並設してなる。
【0023】動土圧緩衝部材2は図2の分解斜視図に示すように、U字状をなす溝状断面材3と該溝状断面材の溝開口4が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材5とからなり、構造物の地下埋設部分1の周囲に配置するにあたっては、板材5が周辺地盤6に当接し、溝状断面材3の背面側が構造物の地下埋設部分1の外壁に当接するようにしてある。
【0024】板材5の溝状断面材3への取付けは、同図に示すように例えばプレキャストコンクリート製の溝状断面材3から突出したアンカーボルト7を板材5のボルト孔8に通してナット9で締め付けるようにすればよい。
【0025】動土圧緩衝部材2は、例えば構造物の埋設深さに合わせて長尺状に構成することが可能であり、溝状断面材3は、道路側溝で使用されるプレキャストコンクリート製のU字溝を必要に応じて材軸方向に連結して用いることが考えられる。
【0026】板材5は、周辺地盤6から作用する一定規模以上の動土圧に対して破壊するような強度となるよう、その材料や厚みを決定してあり、材料としては、ソイルセメント、再生ガラス、焼却灰や汚泥の焼成物といった再生材料や、モルタル、発泡モルタル、コンクリート、ガラス、焼成物等の脆性材料で形成することが可能である。なお、板材の強度を決定するにあたっては、地盤深さ方向に沿って常時土圧が増加することを考慮しなければならないことは言うまでもない。
【0027】ここで、再生材料を使用した場合には、廃棄物をリサイクルしてその減容化を図ることが可能となるとともに、脆性材料を使用した場合には、一定規模以上の動土圧が作用したとき、板材5が脆性的破壊性状を呈して一瞬にしてバラバラになり、その破砕によって大きな地震エネルギーも一瞬にして吸収することが可能となるとともに、周辺地盤6と構造物との間の相対変位についても地震動に遅れることなく速やかに追従してこれを吸収することが可能となる。
【0028】なお、板材5を破壊させる動土圧のレベルをどのように設定するかは、設計地震荷重や地盤条件等を考慮して適宜設定すればよい。
【0029】本実施形態に係る構造物の免震構造を構築する免震化方法においては、まず、既設構造物の地下埋設部分1の周囲をバックホウ等でトレンチ状に掘削し、次いで、かかる掘削部分に動土圧緩衝部材2を吊り込み、しかる後に掘削土を埋め戻せばよい。なお、動土圧緩衝部材2の板材5は、予め工場等で溝状断面材3に取り付けておくのが望ましい。
【0030】本実施形態に係る構造物の免震構造においては、溝状断面材3及び該溝状断面材の溝開口4が塞がれるように該溝開口に取り付けられた板材5からなる動土圧緩衝部材2を該板材が周辺地盤6に当接されるように構造物の地下埋設部分1の周囲に配置してあるが、かかる板材5は、一定規模以上の動土圧に対して破壊するように形成してある。
【0031】そのため、板材5は、常時の土圧や一定規模以下の動土圧に対しては、図3に示すようにこれらを支持する一方、巨大地震の際には、図4に示すように大きな動土圧によって破壊するとともに、破壊した板材5の割れ目等から土砂11が溝状断面材3の中空内部へと流入する。
【0032】以上説明したように、本実施形態に係る構造物の免震構造及び免震化方法によれば、常時や中小地震の際には、板材5によって周辺地盤6の崩落や地盤沈下を未然に防止することができる一方、巨大地震の際には、板材5の破壊及び溝状断面材3内部への土砂流入により、地震エネルギーや周辺地盤6と構造物との相対変位が吸収され、構造物への地震入力が低減するとともに、構造物の振動に対しても板材5が動土圧を受けたときと同様に機能し、該構造物の振動は、減衰作用を受けて速やかに収斂する。
【0033】そのため、既設構造物に対する耐震補強としてきわめて有効な手段となる。
【0034】本実施形態では、周辺地盤6から作用する一定規模以上の動土圧に対して板材5が破壊するようにその強度を低く設定したが、これに代えて周辺地盤6から作用する一定規模以上の動土圧に対し、板材が変形するように剛性を低くしてもよい。
【0035】かかる構成においても、常時や中小地震の際には、その静土圧や比較的小さな動土圧は板材で支持されるが、巨大地震の際には、剛性を低く設定された板材12は、図5に示すように大きな動土圧によって変形するとともに、変形で凹んだ板材12の凹部13に周辺地盤6の土砂11が移動する。
【0036】したがって、常時や中小地震の際には、板材12によって周辺地盤6の崩落や地盤沈下が未然に防止されるとともに、巨大地震の際には、板材12の変形及び土砂移動によって、地震エネルギーや周辺地盤6と構造物との相対変位が吸収され、構造物への地震入力が低減するとともに、構造物の振動に対しても板材12が動土圧を受けたときと同様に機能するので、該構造物の振動は、減衰作用を受けて速やかに収斂する。
【0037】なお、板材12を変形させる動土圧のレベルをどのように設定するかは、設計地震荷重や地盤条件等を考慮して適宜設定すればよい。
【0038】また、本実施形態では、溝状断面材3及び板材5からなる動土圧緩衝部材2を長尺状に形成するものとしたが、かかる構成に代えて、図6に示すように、ブロックとして形成された動土圧緩衝部材21、31を用い、施工の際にはこれらを水平方向に並べるとともに高さ方向には順次積層するようにすることが考えられる。
【0039】かかる構成によれば、ブロックの大きさに応じて、製作、運搬、吊り込みといった取扱いが容易になる。
【0040】ここで、同図(a)に示す動土圧緩衝部材21は、1つの溝状断面材22に対して一枚の板材23を取り付けてなり、同図(b)に示す動土圧緩衝部材31は、3つの溝状断面材22に対して1枚の板材24を取り付けてなるが、ブロック化した点を除いては、上述した板材5、溝状断面材3とそれぞれ実質的に同一であるので、板材23、24や溝状断面材22に関する説明についてはここでは省略する。
【0041】また、本実施形態では、既設の構造物に対し本発明の免震構造を構築したが、新設の構造物を構築する際に本発明の免震構造を同時に構築してもよいことは言うまでもない。
【0042】また、その際、新設の構造物を構築してからその周囲に本発明の免震構造を構築するほか、本発明の免震構造を先行施工してもよい。
【0043】図7は、かかる免震構造の作業手順を示したものであり、同図でわかるように、まず、構造物の基礎工事の際、該構造物の地下埋設部分1の構築が予定される掘削領域41に沿って動土圧緩衝部材2を配列し(図7(a))、しかる後に配列された動土圧緩衝部材2の内側を掘削する(図7(b))。
【0044】次に、掘削した領域に構造物の地下埋設部分1を構築する。
【0045】かかる構成によれば、動土圧緩衝部材2は、上述した実施形態と同様の作用効果を奏するほか、構造物の基礎工事を行う際の土留め材としても機能する。なお、かかる場合には、根切り時に生ずる背面土圧や地下水圧を考慮して動土圧緩衝部材2の断面を適宜設定する必要があるが、このときの背面土圧や地下水圧は、上述した常時の静土圧に相当するものであって、根切りの際に板材5が破損する懸念はない。
【0046】また、本実施形態では、構造物の地下埋設部分1の外壁に接するようにかつ隙間なく動土圧緩衝部材2を配置したが、必ずしもかかる態様で構成する必要はなく、地下外壁から離隔した状態であるいは間隔をあけながら動土圧緩衝部材を設けるようにしてもよい。
【0047】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る構造物の免震構造及び免震化方法並びに土留め材によれば、常時や中小地震の際には、板材によって周辺地盤の崩落や地盤沈下を未然に防止することができる一方、巨大地震の際には、板材の変形及び土砂移動、又は板材の破壊及び溝状断面材内部への土砂流入によって、地震エネルギーや周辺地盤と構造物との相対変位が吸収され、構造物への地震入力が低減するとともに、構造物の振動に対しても板材が動土圧を受けたときと同様に機能し、該構造物の振動は、減衰作用を受けて速やかに収斂する。
【0048】




 

 


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