JP2015229856A - 免震構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】免震ピットによる床面積の減少を防ぎ、用地を有効に活用することを可能とした免震構造物を提案する。
【解決手段】上部構造体２と、免震装置４を介して上部構造体２を支持する下部構造体３とを備える免震構造物１であって、下部構造体３は、上部構造体２の下層階部分２１の外面に隙間をあけて形成された地下階部分３２を有しており、地下階部分３２は、地山に面する外壁と、外壁より突出して外壁と一体的に設けられた外柱３４とを備えていて、外柱３４の上端に設けられた免震装置４を介して上部構造体２の上層階部分２２の周縁部を支持している。
【選択図】図１

Description

本発明は、免震構造物に関する。

免震建物は、上部構造体と下部構造体との間に免震装置を介設することで、上部構造体の免震化を図っている。
従来の免震建物は、図４の（ａ）に示すように、下部構造体１０２の基礎部１０３と擁壁１０４により囲まれた空間（免震ピット１０５）に免震装置１０６を配設し、この免震装置１０６により上部構造体１０１を支持する基礎下免震建物１００が一般的である。

前記従来の基礎下免震建物１００は、下部構造体１０２の擁壁１０４と免震ピット１０５の分、敷地境界線よりも内側に上部構造体１０６を構築する必要がある。

建物の中間階に免震装置を設置して免震層とする中間階免震建物では、擁壁と免震ピットが必要ないので、それだけ外周部分を敷地境界線の近傍まで広げることができる。
しかし、中間階免震建物で地震時に揺れが低減するなどの免震効果を発揮するのは免震層より上の上部構造のみで、下部構造では免震効果はほとんどない。加えて既存建物を免震化する場合には、免震層や下部構造体で大幅な補強が必要になることが多く、柱補強による床面積の減少や免震化工事期間中使用できない面積が多くなる。

そのため、特許文献１には、敷地境界近くまで建物が建てられている既存建物において、擁壁上に免震装置を設置し、擁壁と地下階の間に免震ピットを構築した改修方法が提案されている。特許文献１の免震建物２００は、図４の（ｂ）に示すように、上部構造体２１０の下層階２１１を囲むように擁壁２２１が形成されており、当該擁壁２２１の上端部に免震装置２３０を設けて、この免震装置２３０を介して上部構造体２１０の上層階２１２の外周部分を擁壁２２１により支持している。この免震建物２００は、中心市街地などにおいて、敷地境界まで建てられている。

特許第３２４０４３８号公報

しかし、中間階免震建物や、基礎下免震建物であっても上部構造体を丈夫な耐圧盤で支持していない場合には、地震等により上部構造体と下部構造体がずれるため、付加モーメントが作用し、免震層や下部構造体を大幅に補強する必要が出てくる。柱にかかる重心がずれることにより、免震装置を設置する柱の上端部に大きな付加モーメントが作用することになるため、免震装置を設置する柱に付加的な力がかかるようになる。
更に、免震装置を設置して上部構造の荷重を支持している柱の上端部には、地震時等に大きな水平力が作用するため、柱が下端部だけで固定されていると下端部にかかる力が膨大になってしまう。この場合、上端部と下端部の距離に比例して下端部にかかる力が大きくなるので、複数層にわたる長柱は更なる補強が必要となる。

建物の中間階に免震装置を設置して免震層とする中間階免震建物では、免震層や下部構造体で大幅な補強が必要になることが多く、一般的には、免震層の全ての柱にコンクリートを増し打ちするなどして補強する。外周部分以外の柱は耐震壁と連続していない独立した柱が多く、補強量が増加する。また、柱補強による床面積の減少や免震化工事期間中に使用できない面積が多くなる。

特許文献１のように上部構造体を支持する擁壁は、土圧（横圧）に対して十分な耐力を有している必要があるため、擁壁が下端部だけで固定されていると擁壁の深度に応じて壁厚を大きくする必要がある。そのため、免震建物の規模（下層階の高さ）によっては、壁厚が大きくなることによる施工時の手間や材料費が増加する場合がある。
また、擁壁の壁厚が大きくなると、上部構造体の下層階の居住空間を小さくする必要がある。

擁壁は土圧（横圧）を支持するためのものであり、一般に擁壁に作用する土圧は地表面位置での０から下端での最大値まで比例的に増加する。このため、土圧が小さい擁壁の上端部で上部構造の荷重を支持すると、地震時等に擁壁上端部に大きな水平力だけでなく水平変形による付加モーメントが作用し擁壁下端部にかかる力が膨大になるため、擁壁の断面をさらに大きくする必要がある。
さらに、擁壁により囲まれた部分を免震ピットとして利用するため、上部構造体の下層階として使用できる面積が減ってしまう。非免震構造物を免震化する場合には、免震ピット分だけ床面積が減少する上、下層階の工事中に使用できない面積も増えてしまう。特に、免震装置を設置する最下層階は工事範囲が広く、工事期間が長くなってしまう。

このような観点から、本発明は、地下の外壁に作用する土圧を合理的に処理するとともに、免震ピットによる床面積の減少を防ぎ、用地を有効に活用することを可能とした免震構造物を提案することを課題とする。

本発明は、上部構造体と、免震装置を介して前記上部構造体を支持する下部構造体と、を備える免震構造物であって、前記下部構造体は、前記上部構造体の下層階部分の外面に隙間をあけて形成された地下階部分を有しており、前記地下階部分は、地山に面する外壁と、前記外壁より突出して前記外壁と一体的に設けられた外柱とを備えていて、前記外柱の上端に設けられた免震装置を介して前記上部構造体の上層階部分の周縁部を支持していることを特徴としている。
なお、前記外柱の上端に設けられた前記免震装置は、地盤面より上部に設置されていると、擁壁と免震ピットを建物外周部に設ける必要がなく、それだけ外周部分を敷地境界線の近傍まで広げることができるので望ましい。

かかる免震構造物によれば、外壁に作用する土圧は地下階部分の前記外壁と一体的に設けられた外柱や梁や床スラブに伝達されるため、非免震構造物を免震化しても地下階部分の外壁の壁厚を深さ（高さ）に応じて大きくする必要がない。
また、上層階部分の周縁部を前記外壁と一体的に設けられた外柱で支持しており、鉛直荷重は主に柱で支持するため、大きな地震時水平力が外壁のみに作用することがなく、地震時の応力に応じて地下階部分の外壁の壁厚を必要以上に大きくする必要がない。
更に、前記外柱と、外柱の内側に間隔をあけて立設された内柱と、前記外柱および前記内柱に横架された梁とで架構を構成すれば、架構全体で一体となって外壁に作用する土圧や上層階部分の周縁部を支持することになるので、柱や外壁が下端部だけで固定されているのに比べて構造的に安定し望ましい。

外柱は、水平変形の大きい免震装置を介して上層階部分の周縁部を支持しているので、地震時には付加モーメントが作用する。しかし、地震時に上部構造体の鉛直荷重の偏心（免震装置が水平変形）する範囲は、それぞれの外柱の断面範囲に収まっていれば、外柱に作用する力が膨大になることは少ない。また、外柱は複数の梁や床スラブとも接続されており、外柱のみに大きな水平力が作用することがない。
さらに、外壁に沿って形成された外柱により上部構造体を支持しているため、上部構造体を敷地境界線の近傍まで広げることができ、用地を有効に活用することができる。

また、前記地下階部分が、前記外柱の内側に間隔をあけて立設された内柱と、前記外柱および前記内柱に横架された梁とを有していれば、外柱と内柱と梁とで囲まれた空間を有効に活用することができる。

また、前記下部構造体が、前記上部構造体の下層階部分の下側に形成された基礎部分を有していれば、非免震構造物を免震化する場合に、下層階部分で使用できる面積の減少が抑えられる。しかも、基礎部分の主な工事範囲が下層階部分の下側であり、工事中に使用できない面積も抑えられ、工事による影響が少ない。また、基礎部分が平面的に地下階部分より小さく内側に収めると、山留め工事や掘削工事などによる工事範囲を非免震構造物の範囲に収めることができ、敷地境界が近い場合でも工事が可能である。

本発明の免震構造物によれば、地下の外壁に作用する土圧を合理的に処理するとともに、免震ピット構築による床面積の減少を防ぎ、用地を有効に活用することを可能である。

（ａ）は本実施形態の免震構造物を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 免震化改修前の構造物を示す断面図である。 図１の免震構造物の一部を示す拡大断面図である。 （ａ）および（ｂ）は従来の免震構造物を示す断面図である。

本実施形態の免震構造物１は、図１に示すように、上部構造体２と、下部構造体３と、免震装置４とを備えている。

本実施形態の免震構造物１は、他の建物（隣接建物）Ｂが隣接している既設建物１０（図２参照）に対して免震化を行うことで形成されたものである。
なお、免震構造物１は、必ずしも既設建物を改修したものである必要はなく、新設建物であってもよい。

本実施形態の既設建物１０は、地上４階、地下２階の複層階建物であるが、既設建物１０の規模、形状、用途等は限定されない。
また、既設建物１０の構造形式も限定されない。例えば、既設建物１０は、鉄筋コンクリート造であってもよいし、鉄骨鉄筋コンクリート造であってもよい。また、既設建物１０の基礎は杭基礎であってもよいし、直接基礎であってもよい。

上部構造体２は、既設建物１０（既設部材１１）を主体に形成された複層階建物であって、図１に示すように、地下部分を構成する下層階部分２１と、地上部分を構成する上層階部分２２とを備えている。
上部構造体２は、免震装置４を介して下部構造体３により支持されている。

下層階部分２１は、既設建物１０に地下部分の一部により構成されている。
既設建物１０は、免震化工事に伴い、地下部分の地山に面する側部と中央部とに分割されている。既設建物１０の地下部分の中央部は上部構造体の下層階部分２１を構成し、側部は下部構造体３の一部（地下階部分３２）を構成している。
下層階部分２１は、必要に応じて、補強柱２３等により補強してもよい。

上層階部分２２は、既設建物１０の地上部分により構成されていて、下部構造３の地下階部分３２とは分離されている。
すなわち、既設建物１０の周縁に設けられた既設の外柱の頂部は、上部構造体２と下部構造体３との境界に位置する。

下部構造体３は、基礎部分３１と地下階部分３２とを有している。
基礎部分３１は、下層階部分２１の下側に形成されたコンクリート製の基礎スラブである。なお、基礎部分３１の構成は限定されるものではなく、例えば、基礎梁であってもよい。

基礎部分３１の上面と下層階部分２１の下面との間には、複数の免震装置４，４，…が介設されている。
すなわち、基礎部分３１は、免震装置４，４，…を介して下層階部分２１を支持している。

本実施形態の基礎部分３１は、既設建物１０の下方に形成された新設躯体である。
基礎部分３１は、既設建物１０の底盤の下方の地盤を掘り下げることにより形成する。基礎部分３１は、中央が周縁よりも窪んでいることで段差を有していて、断面視凹字状に形成されている。

基礎部分３１の中央の窪みは、上部構造体２の下層階部分２１と基礎部分３１との間に隙間を形成し、免震装置４，４，…を配置する免震ピット４１として機能している。

基礎部分３１の周縁は、地下階部分３２の下面に当接していて、地下階部分３２を下方から支持している。なお、基礎部分３１は、地下階部分３２と一体に固定されていればよく、地下階部分３２との接合形式（構造）は限定されない。

地下階部分３２は、既存建物１０の地下部分の一部を主体に構成されていて、図１に示すように、下層階部分２１の隣りに形成されている。本実施形態の地下階部分３２は、既存建物１０の地下部分のうち、地山に面する側部の１スパン分を耐震補強するとともに中央部から分離することにより形成されている。

地下階部分３２と下層階部分２１との間には、隙間４２が形成されている。隙間４２は、下部構造体３に対する上部構造体２の想定相対変位よりも大きな幅を有している。
なお、下層階部分２１と地下階部分３２との間（隙間４２）には、エキスパンションジョイントが介設されている。

すなわち、本実施形態では、既設建物１０の同一地下階の全体を免震化せず、一部の共用空間（下層階部分２１）のみを免震化し、残部の共用空間（地下階部分３２）については耐震補強を施し、免震構造物の支持体として利用している。そして、地下階部分３２となる残部の共用空間は、既設建物の共用空間と同等に、用途を変更することなく使用することができる。

地下階部分３２は、図３に示すように、地山に面する外壁３３と、外壁３３の内面に沿って立設された外柱３４と、外柱３４の内側に間隔をあけて立設された内柱３５と、外柱３４および内柱３５に横架された梁３６とを有している。

本実施形態の外壁３３は、既設建物１０の外壁により構成された既設部材である。
外壁３３は、必要に応じて壁厚を増加させてもよい。また、外壁３３は、新設部材に置き換えてもよい。

外柱３４は、地山側の側面が、外壁３３の内面から突出した状態で、外壁と一体的に形成されている。
本実施形態では、既設建物１０の既設の柱を外柱３４として使用するが、外柱３４は、新たに新設してもよい。また、既設の柱を増し打ちコンクリート等により補強して外柱３４を形成してもよい。

また、本実施形態の外柱３４は、地下階部分３２の床スラブ３７よって、上下に分割されているが、外柱３４は床スラブ３７を貫通した通し柱であってもよい。
外柱３４の上端と、上層階部分２２の周縁部との間には、免震装置４が介設されていて、地下階部分３２は、免震装置４を介して上層階部分２２の周縁部を支持している。

内柱３５は、地下階部分３２の中央側（下層階部分２２側）の端部に立設された新設部材である。
本実施形態では、鉄筋コンクリートにより内柱３５を形成するが、内柱３５の構成は限定されるものではなく、例えば鉄骨柱であってもよい。また、内柱３５は、既存の柱を利用してもよい。

梁３６は、地下階部分３２の床スラブ３７に沿って形成された鉄筋コンクリート製の
部材である。本実施形態では、既設建物１０の既設の梁を梁３６として利用するが、梁３６は新設してもよい。また、既設の梁を増し打ちコンクリート等により補強して梁３６を形成してもよい。

このように、本実施形態の地下階部分３２は、外柱３４、内柱３５および梁３６により形成された柱梁架構により居住空間（人が立ち入り可能な空間）が形成されている。

本実施形態の免震装置４は、積層ゴムにより構成されている。なお、免震装置４の構成は限定されるものではなく、例えば、すべり支承であってもよい。
また、本実施形態では、免震装置４に加え、図示しないオイルダンパーも上部構造体２と下部構造体３との間に配設する。免震化に用いる各装置の種類、数、配置等は、適宜設定すればよい。
なお、本実施形態の外柱３４の上端に設けられた免震装置４は、地盤面よりも高い位置に配置されている。

本実施形態の免震構造物１によれば、以下に示す作用効果を得ることができる。
外壁３３に作用する土圧は外柱３４に伝達されるため、外壁３３の壁厚を必要最小限に抑えることができる。
また、外壁３３は、柱梁架構により支持されているため、土圧に対してより優れた耐力を有している。

そのため、外壁３３は、従来の自立式の擁壁のように、深度に応じて壁厚を大きくする必要がない。したがって、免震構造物１（下部構造体３）を、簡易かつ安価に構築することができる。

また、上部構造体２を外柱３４で支持しているため、大きな地震時水平力が外壁３３に作用することがない。したがって、地震時の応力に応じて外壁３３の壁厚を必要以上に大きくする必要がない。

また、外壁３３に沿って形成された外柱３４により上部構造体２を支持しているため、上部構造体２を敷地境界線の近傍まで広げることができ、したがって、用地を有効に活用することができる。
また、上部構造体２の上層階部分２２の周縁部を支持する免震装置４は、地盤面よりも高い位置に設けられているため、上層階部分２２の周囲にクリアランスを確保する必要がなく、上部構造体２を敷地境界線の近傍まで広げることができる。

従来の免震構造物では、擁壁と上部構造体との間の空間が免震ピットとして、免震装置の設置や配管スペース等としてしか利用することができなかったが、本実施形態の免震構造物１によれば、地下階部分３２を共用空間として有効に活用することができる。これは、地下階部分３２が柱梁架構により支持されているためである。
したがって、本実施形態の免震構造物１によれば、既設建物１０の共用空間を、免震改修後も大幅に減ずることなく、有効に活用することができる。

上部構造体２は、免震装置４を介して下部構造体３により支持されているため、上部構造体２の免震性が確保されている。
また、上部構造体２（下層階部分２１）と下部構造体３（地下階部分３２）との隙間４２は、想定される地震時における上部構造体２の下部構造体３に対する相対変位よりも大きいため、地震時に上部構造体２と下部構造体３とが接触して免震機能が阻害されることがない。

下層階部分２１と地下階部分３２は、エキスパンションジョイントを介して連結されているため、常時において下層階部分２１と地下階部分３２との間で行き来が可能であるとともに、地震時等における上部構造体２の免震機能が阻害されることがない。

また、下部構造体３の平面形状は、上部構造体２の平面形状からはみ出すことがなく、用地を有効に活用することができる。
また、上部構造体２の下層階部分２１を基礎部分３１で支持しているとともに、上層階部分２２の周縁部を地下階部分３２の外柱３４の上端部で支持する構成としているため、上部構造体２を構造的に安定した状態に保つことができる。

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

前記実施形態では、既設建物を改修することにより構築された免震構造物について説明したが、免震構造物は新設の構造物であってもよい。

前記実施形態では、既設建物の地下部分の１スパン分を下部構造体の地下階部分として使用する場合について説明したが、地下階部分の大きさは限定されない。また、下部構造体の地下階部分の用途は限定されない。

また、下部構造体の地下階部分は、建物の地下部分の全周にわたって形成してもよいし、建物の地下部分に部分的に形成してもよい。すなわち、下部構造体の左右の一方に地下階部分を形成し、他方は擁壁構造としてもよい。

１ 免震構造物
２ 上部構造体
２１ 下層階部分
２２ 上層階部分
３ 下部構造体
３１ 基礎部分
３２ 地下階部分
３３ 外壁
３４ 外柱
３５ 内柱
３６ 梁
４ 免震装置
４１ 免震ピット
４２ 隙間
Ｂ 隣接建物

Claims (4)

1. 上部構造体と、免震装置を介して前記上部構造体を支持する下部構造体と、を備える免震構造物であって、
   前記下部構造体は、前記上部構造体の下層階部分の外面に隙間をあけて形成された地下階部分を有しており、
   前記地下階部分は、地山に面する外壁と、前記外壁より突出して前記外壁と一体的に設けられた外柱と、を備えていて、前記外柱の上端に設けられた免震装置を介して前記上部構造体の上層階部分の周縁部を支持していることを特徴とする、免震構造物。
2. 前記地下階部分は、前記外柱の内側に間隔をあけて立設された内柱と、前記外柱および前記内柱に横架された梁と、を有していることを特徴とする、請求項１に記載の免震構造物。
3. 前記下部構造体は、前記上部構造体の下層階部分の下側に形成された基礎部分を有していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の免震構造物。
4. 前記外柱の上端に設けられた前記免震装置は、地盤面より上部に設置されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の免震構造物。

Images