JPH02204579A - 水に浮かぶ構造物の免震法及び免震構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 本発明は地震のときの生命、財産の被害を小さくするの
が目的で、その目的を達成させるための大地と構造物の
連絡法、連絡物、及び構造物それ自身に関するものであ
る。

〔産業上の利用分野〕

一般の民家やビ〃はもちろんであるが、ことに原子力発
電所、電話局、大手術？する病院。

病源菌を扱う研究所、劇毒物を扱う所、燃料大量集積所
、超精密加工工場、高級美術品収容所などが、本発明の
利用分野である。

〔従来の技術〕

地震対策としては、現在、免震器、開展装置の二つが注
目されている。

免震器はアイソレーター（振動防止装置）としての積層
ゴムと、ダンパー（振動減衰装置）としての鉛塊や曲線
状の鋼棒が使われていて。

それらは一般に基礎と構造物との間に併用されている。

このアイソレーターやダンパーの免震にすぎない。

割振装置には種類が多い。大別すると、［Ｆ］構造物に
付加物を設ける方法、■構造物に割振構造と設ける方法
、■平衡感覚型制振構法になる。

■の付加物についていえば５例として清水建設四が開発
した。構造物に固定した割振装置［スーパースロッシン
グダンバー　＝　Ｓ　Ｓ　Ｄ　Ｊ　カアげられる。構造
物の０３チ程度の水をＳＳＤに入れて、水の慣性を利用
したもので、おもに構造物の上部に取りつけられる。同
様の趣旨で。

免震器の積層ゴムを屋上に取りつける法もある。

■の制振構造についていえば、例として住友建設四が開
発した。壁に粘弾性体をもたせた副産壁があげられる。

粘弾性体で地震の振動、エネルギーを吸収しようという
ものである。

■の平衡感覚型制振構法では、鹿島建設−の同構法があ
げられる。構造物に地震に応答する設備を設け、地震波
？センサーで捕え、コンピューターで解析し、構造物の
設備？、地震？打ち消す体制にして副産する方法である
。

この他いろいろな方法があるが、現在までのうことであ
る。

大地）を１／１００〜１／１０００にしようというもの
である。

〔課題を解決するための手段〕

地震のときに全く被害を受けないのは、空を飛んでいる
コン虫、鳥、航空機である。しかし空中に構造物を浮か
せるには、いまのところ超電導の利用しかない。

次に被害と受けないのは水中の魚、水上の船舶である。

本発明はこの水を利用したものである。では水上の船舶
＝構造物がなぜ被害と受けないかを説明しよう。

第１図は、水に浮かぶ物体に及ぼす地震の影響を調べる
実験の断面図である。１は大地、２は容器、３は容器の
壁、４は水、５は水の中心に浮かぶ物体、Ｇは物体５の
重心である。このその結果、■、容器の壁３が点線ａの
所まで震動し、その衝撃で水は波ｂ？発生した。その瞬
間水４の中心に浮かべた物体５はほとんど何の影響も受
けていなかった。それは物体５の質量、形状のいかんを
問わなかった。考えてみると、これは水の慣性によるも
のと思われる。しかし容器の壁３近くの水４は、衝撃に
よって波ｂ？生じた。衝撃力は水頭という水圧に変わっ
たのである。

その結果、■、波すは崩れて水頭は波Ｃに変化した。こ
の波Ｃが物体５に及んだとき、（１）物体５の質量が小
さいときには、物体５は波Ｃの波動と同じ運動をした。

その波動の周期は、初め容器の壁３に与えた衝撃の周期
の１／１００以下と思われるユラリユラリとしたもので
あった。

（２）物体５の質量が大きいときには、物体５゛は波Ｃ
によって重心Ｇの周りにゆれ動いた。その動きは複雑で
ある。しかしゆれ動き方は、ｉｌｌの場合よりも小さか
った。このことは物体５の質量が大きくなるほどその傾
向が表われる。それは大型タンカー、航空母艦からも推
察することができる。

理由は運動エネルギー１／２ｍｖ２の式で説明できる。

物体５の質量ｍが非常に大きくなれば、平方根のＶは極
端に小さくなるからである。

上記の実験によって、水に浮かぶ物体５は、はとんど地
震の影響と受けない。そして物体５の質量を巨大にすれ
ば、重心Ｇの周りの動揺も波の影響もほとんど受けない
ことがわかった。

以上のこと分理論的に証明することは、水の粘性、水の
ゆれ方に対する自由度、衝撃の加速度、時間といったフ
ァクターがあって理論式が出せないので、理論値は出せ
ないから証明はできない。しかし事実は以上説明したよ
うになる。

解決するための問題点− 水に浮かぶ物体が地震の影響を受けないことはわかった
が、その物体は風の影響は受ける。

第１図のような水に浮かぶ物体５も、風に吹かれて左右
に移動するし、一方が開放端である岸壁付近の船舶も、
あるときは接岸し、あるときは沖に流される。

本発明はそうした船舶のような束縛のない物ではなく、
つねに大地１と密接な位置関係を保っている構造物であ
る。それでいて地震の被害を受けず、風の影響をも受け
ないもの、これが解決の問題点である。そしてこの問題
は、すべての免震、副産装置の問題点でもある。

本発明はその解決法として、地震に強い「水に浮かぶ構
造物」を選び、構造物の風対策として、大地１と構造物
との間にクツションとじての連絡物とおくことにした。

〔問題を解決するための手段〕

大地と構造物とを結ぶ連絡物□ 第２図は、大地１と、水４に浮かぶ物体、つまり構造物
６と、両者と結ぶ連絡物７との関係を示した概念的な断
面図、第３図は第２図の平面図である。連絡物７は鉄骨
製、鉄骨コンクリート製などの堅固なものである。８は
免震器で。

これは従来のアイソレータやダンパー、あるいは両者併
用のものである。図の左側でいえば、連絡物７１は両側
に免震器８１．８２を固着し、免震器８１．８２はそれ
ぞれ大地１、構造物６に固着している。図の右側につい
ても同様。

以上の構成なので、その作用を、地震時の連絡物７、免
震器８の動作を示す第４図１−説ＢＪＪＬＢ・Ａ図は地
震がないときの状態を示す。この場合１台風が構造物６
を襲ったとしても、それに耐えられる免震器８を使用す
れば、Ｗ遺物６はびくともしない。Ｂ図の場合も風に対
しては同様である。

Ｂ図は地震がきたときの状態と示す。いま連絡物７に免
震器８１を固着し、免震器８＋ｆ！：大地１にだけ固着
し、連絡物７の他の側は構造物６に直接固着している場
合を考えてみよう。（その反対側の場合でもよい。）こ
れは、水に浮かんでいる条件と無視すれば陸上のビルが
免震器を倍率は（１／３〜１１５）であった。

そこでＢ図に戻って考えると、連絡物７は両側に免震器
８１．８２ト固着し、免震器８１．８２はそれぞれ大地
１と構造物６とに固着している。したがって前述の免震
器１個所使用の場合とは異り、地震震動が矢印Ａの向き
のとき、免震器８はへの字型に開く。このときの２個の
免震器８１゜８２のそれぞれの開く角度は、前述の免震
器１個所使用のときの免震器８の開く角度の１／２であ
物／大地）は、（１／３〜１１５　）　Ｘ　１／２とな
る。

しかし免震器８３，８４の側もあるので、（１／３〜１
／ｓ　）　Ｘ　１／２　Ｘ　２　＝　（１／３〜１１５
）第５図は連絡物７と免震器８との関係を記号で表わし
たものである。第５図Ａ図は、連絡物７を−で表わし、
免震器８ｆ！：１と記号で表わしたもの。Ｂ図は第２図
の状態の連絡物７と免震器８との結合に記号で現わした
もの。０図は連絡物−と免震器１とを連続して組合わせ
たものである。つまり０図は、連絡物７１の下に免震器
８１．８２を固着し、免震器８２の下に連絡物７２を固
着し、連絡物７２の他の側の上に免震器８３を固着し、
というふうに連続して連絡物７゜−１免震器８ｎに至る
構造を示したものである。この多重化によって加Ａ答倍
率はどんどん小さくなる。

以上が本発明の基本的な考え方で、箇条書きにすれば、 ■、犬大地と構造物６との間？、連絡物７と免震器８と
によって連絡する。

■、連連絡７と免震器８とを多重化する、になる。つま
り前述の実験のように、水に浮かぶ構造物６は、あまり
地震の影響分受けず、構造物６の質量が巨大化すればそ
の傾向はますます大きくなる。その構造物６を大地１と
連絡するために設けた連絡物７は、免震器８分介してい
るので、連絡物・免震器を多重多段化すればするほど、
構造物６に地震の影響を及ぼさなて、先端９同士の間に
間隙１０を設けたことに示す断面図である。なぜそうし
たかというと、ふだんの交通を考えてあまり間隙１０を
広くしない場合、もしＢ図のように先端部が直角である
と。

地震の震動によって先端部同士がぶつかりあいり長く変
位できるようにしたのである。０図は先端９を蝶番１１
によって自由に動けるようにした場合を示す。

次に第５図Ｃ図の場合を考えてみよう。連絡物７の上に
トラックその他の重量物が通る。したがって連絡物７は
たわむ。たわみによってダンパーの鉛塊などに疲労破壊
が生じる。それを防止するのが第７図である。

第７図において、Ａ図は正面図、Ｂ図は側面図、０図は
平面図、Ｄ図はＢ図の部分拡大図である。１２は橋板で
、連絡物７のたわみを防ぐもの。したがって図のように
１枚の強固な鋼板の形でも、トラス構造でもかまわず、
形、構造にはこだわらない。

１３は橋板１２に設けられた突起部。１４は連絡物７に
設けられた摺動金物で、これは突起部１３の上を摺動す
る。その摺動金物１４の材質は、真ちゅう、砲金のよう
な錆びないものである。

以上の構成なので５その作用を説明すれば。

連絡物７の上を重量物が通っても、また地震時に連絡物
７．免震器８がどのような動きをしても、連絡物７はた
わむことがない。そして橋板１２は地震時に連絡物７．
免震器８の作用と妨げることはない。

第８図は、連絡物７．免震器８の足場用に、水に浮かぶ
構造物を使った場合の断面図。第９図はその平面図であ
る。１６．１７は小型の水に浮かぶ構造物。第１Ｏ図は
口の字型の水に浮かぶ構いにして長い構造物を造ること
と説明したが、実際には施工が難しい。それでそれに対
処するため、大地１と構造物６との間に水に浮かぶ別の
構造物１６を設ければ、そこに連絡物７に固着された免
震器８と固着させることができる。つまり構造物１６を
足場にすることができる。１７はその足場を縦に３個並
べた場合で１作用は足場１６と同じである。第１０図の
１８はこの足場からさらに発展したもので、構造物６０
周り？全部囲んだ形にしたもの。１６．１７．１８の構
造は構造物６と同じである。

このことから水に浮かぶ構造物６と１８とは二重構造（
多重化）になっていることがわかる。

そして構造物１８は６と同じ立場なので、前に構造物６
は地震の影響とほとんど受けないといったことが１８に
もいえる。したがってその構造物１８に囲まれた水に浮
かぶ構造物６は、さらに地震の影響から遠ざかる。この
多重化の方法をもっと進めれば、中心にある水に浮かぶ
構造物は、もはや地震を感じなくなる。

図は防護壁の断面図である。中心の構造物６に円型にし
たのは、あらゆる方向の地震に平均的に対処するためで
ある。１９は、水に浮かぶ構造物１８の厚さを薄くした
リング状の防護壁で、第１３図に示すように、鉄筋コン
クリート製、または金属製の中を中空部２０にし、１９
全体として水の比重と等しくしたものである。２１は１
９に設けられた腕状の突起で、これに点線で示した免震
器８が会錘番ポ固着され、免震器８の他の側は。

構造物６に設けられた腕状突起ｎにｍ固着される。つま
りリング状の防護壁１９は、免震器８を介して構造物６
に固着されているもので、作用としては、地震によって
起こる衝撃的な高波、水圧等の障害音これで受けて、構
造物６への被害をできるだけ減らそうというものである
。

したがって防護壁１９は多重にしてもよいものであるし
、また別な方法としては、防護壁１９ｉ、免震器８を介
して大地１側に取りつけても、大地１と構造物６の双方
にとりつけてもよい。

地震の衝撃が矢印Ａの向きに起きたとき、水４は矢印Ｂ
の向きに波？発生し、連絡物７．免震器８に衝撃と与え
る。鉄筋コンクリートなどの堅固なもので作った波返し
２３はそれ？避けるためのもので、衝撃波？矢印Ｃのよ
うに向かわせるものである。

第１５図は、堤防式プールの断面図。２４は堤防、２５
は水路、２６は建築物群である。いままでは水４を容れ
るためのプールと、地面に穴を掘って造るような図を描
いてきたが、穴を掘ったときの土砂を周りに積んで堤防
２４にしてもいいのである。このとき水路２５を設け、
水４の水位を調節するようにする。構造物６は巨大な人
工地盤であるとした場合、その上にはビル等の多数の建
築物群２６が立ち並ぶことになる。

第１６図は、構造物６に各種装置につけたとき２８はパ
イプ２７の入口のカーブ、２９は構造物６の底面、３０
は傾斜、水位等を計測するセンサー３１は制御装置、３
２はポンプ、３３はパイプ、３４は水タンクである。

ここで地震？考えると、横ゆればかりでなく縦ゆれもあ
る。縦ゆれの場合、地震震動の衝撃は水４を介して構造
物６の底面２９を直撃する。

そのとき底面２９の受ける害は、底面２９が広くなるほ
ど公算が大きい。

パイプ２７は底面２９にあたる衝撃を緩和するためのも
ので、地震によって水圧の生じた水４は。

底面２９からパイプ２７の入口のカーブ２８を通り、パ
イプ２７の中と上下する。つまりパイプ２７は、地震の
縦ゆれの衝撃の逃げ場である。と同時にこのパイプ２７
の中の水４は、地震の横ゆれのとき公知のように開展作
用？もっている。そしてパイプ２７の中の水４の表面は
、ふだんは構造物６の池の面にしか見えない。

このパイプ２７には、構造物６の傾斜や、パイプ２７の
中の水位を測るセンサー３０が取りつけられる。第１５
図に示した建築物群２６に台風などが当たったとき、構
造物６は重心Ｇの周りにモーメントド受けて傾斜する可
能性がある。そのときの傾斜とセンサー３０は感知し、
その情報分受けとった制御装置３１は、それによってポ
ンプ３２を作製させ、パイプ３３を通じて水タンク３４
内の水と調節し、′傾斜？直すものである。

またセンサー３０は、大雨による水面の上昇ヤ、構造物
６への人や物資の出入りによる水面の変化をとらえ、制
御装置、ポンプ系統は前述のような働きをして水面と正
常値になるようにする〇これによって連絡物７、免震器
８はむりな荷重を受けないですむ。

〔作用〕

本発明は以上に説明したようになっているので、作用と
しては、連絡物７．免震器８によって構造物６？免震的
に大地１と連絡させ、また免震器８及び防護壁１９によ
って構造物６を大地１から免震し、センサー３０．制御
装置３１、ポンプ３２．パイプ３３、水槽３４によって
構造物６を正常位置に安定させ、またパイプ２７内の水
によって、地震の横ゆれには副産作用？行ない、縦ゆれ
には衝撃分緩和する作用？もつものである。

〔効果〕

地震対策として耐震建築があり、また耐震建築に免震器
、割振装置と設置する方法や装置がの方法や装置は役に
立たない。また同地区はゼロメートル地帯のため、高い
堤防によって水を防いでいる。津波が襲って堤防が切れ
たときには甚大な被害が起きる。そういう地域は全国に
非常に多い。

本発明の効果は、 ■、どのような土地でもよいのだが、ことにそうした地
区に効果を表わすもので、大地１にプール分造り、また
は大地１？掘った土砂で堤防２４を築いてプールを造り
、その中に構造物６．つまり水に浮かぶ人工地盤を作り
、そ象によるビル倒壊の心配もなく、また堤防決壊によ
る被害も少ない。津波などで水位が上■、犬大地と構造
物６との交通その他の連絡は、免震器８と使った連絡物
７によって免震的に行うので、構造物６への地震の影響
は小さい。

１／１００以下にすることも可能である。

■、免震器８や防護壁１９の利用によって、地震による
水の変動に対して構造物６は免震される。

応答倍率は非常に小さな値になる。数値で正確に表わせ
ないが、地上でビルに免震器を使用したときの値よりも
はるかに小さい。

■、パイプ２７によって、構造物６に対する横ゆれと副
産し、縦ゆれをも軽減する。

■、構造物６が接する大地１は、四方のうちのある一面
だけでも成立する。すなわち直線的な岸壁に、構造物６
が連絡物７、免震器８を介して連絡するときにも本発明
は成立する。

なんとなれば、水に浮かぶ構造物６はほとんど地震の影
響と受けず、また大地１と連絡する連絡物７．免震器８
からも地震の影響？受けないからである。

以上のことから、もし関東大地震クラスのものが来襲し
ても、水に浮かぶ巨大な構造物６は。

なんら被害を受けない効果をもつものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は大地１と水に浮かぶ構造物とを示した断面図。 第２図は、第１図の断面図ｔ；連連絡７、免震器８に付
加したもの。 第３図は、第２図の平面図。 第４図Ａ、　　Ｂ図は、連絡物７．免震器８の動作説明
の断面図。 第５図Ａ、　Ｂ、　Ｃ図は、連絡物７と免震器８との関
係を記号で表わしたもの。 第６図Ａ、　Ｂ、　Ｃ図は連絡物７の先端の断面図。 第７図Ａ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄ図は、橋板１２の説明図。 第８図は、足場用構造物１６の断面図。 第９図は、第８図の平面図。 第１０図は１口の字型構造物の平面図。 第１１図は、第１０図を変形した場合の平面図。 第１２図は、第１１図のＡ−Ａｉ断面図。 第１３図は、防護壁１９の断面図。 第１４図＃Ａ、Ｂ図は波返しの正面図と側面図。 第１５図は、堤防式プールの断面図。 第１６図は、構造物６に各種装置をつけたときの平面図
。 第１７図は、第１６図のＡ　−Ａ線断面図。 １・・・・・・大地　　２・・・・・・容器　　３・・
・・・・容器の壁　　４・・・・・・水　　５・・・・
・・物体　　６・・・・・・構造物　　７・・・・・・
連絡物　　８・・・・・・免震器　　９・・・・・・先
端　　ＩＱ・・・・・・間隙　　１１・・・・・・蝶番
　　１２・・・（２書姐Ｖ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、大地と水に浮かぶ構造物とを免震器つき連絡物によ
   って接続することを特徴とする水に浮かぶ構造物の免震
   法。 ２、請求項１記載の免震器つき連絡物を多重化すること
   を特徴とする水に浮かぶ構造物の免震法。 ３、請求項１、２記載の水に浮かぶ構造物の免震構造。 ４、大地と水に浮かぶ構造物６との間に、水に浮かぶｎ
   個の構造物（１６、１７、１８）を設け、それらを免震
   器つき連絡物によって接続するようにした水に浮かぶ構
   造物の免震法。 ５、大地と水に浮かぶ構造物との間にｎ個の防護壁を設
   け、それらを免震器によって接続することを特徴とする
   水に浮かぶ構造物の免震法。 ６、水に浮かぶ構造物に各種センサーと制御装置と水タ
   ンクを設備する水に浮かぶ構造物の免震構造。 ７、水に浮かぶ構造物を貫く縦孔を設けた水に浮かぶ建
   造物の免震法。