JPH0827811A

JPH0827811A - 構造物の耐震支持構造

Info

Publication number: JPH0827811A
Application number: JP6188998A
Authority: JP
Inventors: Ryozo Yoneda; 良三米田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-07-20
Filing date: 1994-07-20
Publication date: 1996-01-30

Abstract

(57)【要約】【目的】地震の水平力を構造物に全く伝えず、地震の揺
れによって構造物が壊れることはなく、建物内にいる人
や物が地震の水平力の影響を受けることのない構造物の
耐震支持構造を提供する。【構成】構造物の重量に耐え得る地耐力を有する地盤の
表面に該構造物を所要の支持位置で支持するために、各
支持位置に、前記地盤内に埋め込まれて上面が水平な仕
上面となるように配置された多数の根石と、上面と下面
が互いに平行な平面をなし前記多数の根石による前記仕
上面と該下面との間で摩擦力を生ずるように配置された
礎石と、該礎石の上面上で前記構造物を支持するように
配置され該礎石の上面と接する底面は中央部を穿って周
縁部のみが該礎石の上面に摩擦力を保持して接するよう
な形状を有するように形成された柱脚とを備えた構成を
有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地震による水平力を構
造物に伝えない耐震支持構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】地震によって構造物が崩壊しないという
ことは、外力としての地震エネルギーよりも大きなエネ
ルギー保有の能力が、その構造物にあることである。そ
のため外力として十分大きな地震力と、これに耐える能
力を必要保有水平耐力として構造物に求め、それらを比
較して安全を保証しており、想定した地震力まで崩壊し
ない構造物がつくられている。従って、想定より大きい
地震が起れば、構造物は壊れる可能性がある。また、想
定した範囲の地震が起り構造物が壊れなかったとして
も、例えば超高層建築物の上層階にいる人や物が、地震
の水平力を解消するように構成された建物の揺れに耐え
られるかどうかは不明である。

【０００３】一方、免震構造物といわれるものも、「地
震動の性質を考慮し、その影響をできるだけ小さく抑え
るような配慮を特に施した構造物」と定義されるよう
に、スリップ方式と弾性方式の二つに代表される免震装
置を施しているが、構造物自体は地震の水平力を受ける
ことを前提としている。また、制震構造と呼ばれる新し
い構造形式が開発されつつあるが、これは地震による構
造物の動きを人為的に制御する構造で、やはり構造物自
体は地震の水平力を受けることを前提としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように現在の構造
物は全て地震の水平力を受けることを前提としてつくら
れており、構造物自体に地震の水平力に対応した水平耐
力を要求している。このような要求を満たすために構造
物に地震の水平力を伝達しないようにする耐震支持構造
として本願発明者は「構造物の耐震支持構造」（特願平
５−２１１１０２号参照）を提案した。この先願の構造
は柱脚と礎石の関係（上部構造と呼ぶことにする）に重
点を置いている。さらに、その後の検討により、根石を
はさんだ礎石と地盤との関係（下部構造と呼ぶことにす
る）自体も構造物に地震の水平力を伝達しない耐震支持
構造の重要な要素を形成していることが明らかとなっ
た。

【０００５】本発明は、上部構造とともに下部構造につ
いても考慮したうえで、前提とされてきた地震の水平力
を構造物に全く伝えず、地震の揺れによって構造物が壊
れることはなく、建物内にいる人や物が地震の水平力の
影響を受けることのない構造物の耐震支持構造を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を解決するため
に、本発明による構造物の耐震支持構造は、構造物の重
量に耐え得る地耐力を有する地盤の表面に該構造物を所
要の支持位置で支持するために、各支持位置に、前記地
盤内に埋め込まれて上面が水平な仕上面となるように配
置された多数の根石と、上面と下面が互いに平行な平面
をなし前記多数の根石による前記仕上面と該下面との間
で摩擦力を生ずるように配置された礎石と、該礎石の上
面上で前記構造物を支持するように配置され該礎石の上
面と接する底面は中央部を穿って周縁部のみが該礎石の
上面に摩擦力を保持して接するような形状を有するよう
に形成された柱脚とを備えて、前記地盤内の地震による
水平方向の振動波により前記根石が回転することと、前
記根石が前記地盤面上で水平方向の滑りを起すことによ
り前記構造物に対する耐震機能を有せしめた構成を有し
ている。

【０００７】

【実施例】図面を参照して本発明を具体的に説明する。
図１は本発明による支持構造を示す断面略図である。地
盤１は改良地盤・人工地盤等のように構造物２を支える
地耐力を有する良好な地盤とする。礎石３の位置に根石
４を敷き地盤１に十分叩き込む。これにより各根石４の
上端は、地盤１と一体となった石による水平の仕上面を
形成する。根石４の上に上端が水平面となる礎石３を置
き、礎石３の上端面に構造物２の柱脚５を据える。礎石
３の自重と上に乗る構造物２の重量が加わって、根石４
と礎石３との接触面に十分に大きい摩擦力が生じる。柱
脚５の底面と礎石３との接触面についても同様である。
しかし、もちろん礎石３は根石４に対して、また、柱脚
５は礎石３に対して接合されている訳ではない。柱脚５
の底面は水平を保つように造られており、その底面の外
周は円又は正多角形等の円に内接する如き外形とし、さ
らに底面の中央部を穿って周縁部のみが礎石３の上面に
接するリング形状の横断面となるように形成されてい
る。

【０００８】＜下部構造＞地盤１と根石４と礎石３との
関係である。根石４はいわゆる割栗石と呼ばれる形状の
もので割栗石と同様の強度が必要である。栗の実のよう
に小端立てに設置する。地盤１は上部の加重はもちろ
ん、地震時の鉛直加重の増加分にも耐える版築地盤とす
る。この関係を有する工法は従来からあったが、免震性
に着目されたことはない。地震力αに対して、根石４と
礎石３がどう動くかを、図２で説明する。地盤１が地震
力αによって右に動く時、根石４の下端は地盤１と接し
ており、地盤１と共に右に動く。根石４は礎石３と柱脚
５の重量を加えた存在として地盤１に接している。地震
が起こった時、重量中心である根石４の上端部は、慣性
の法則によりその位置に留まろうとする。これにより、
根石４は左に回転することになる。もちろん長周期の地
震力αによって根石４が回転することはない。割栗石形
状の根石４が回転する範囲の地震力αはこの回転により
解消し、礎石３と柱脚５には及ばない。地震力αがさら
に大きくなれば、根石４は左に転び切った状態になる。
この時、根石４と礎石３と柱脚５は地震力αに対して一
体の存在となる。全体が−αの慣性力を受ける存在とな
り、その位置に留まろうとする。従って、地盤１は地震
力αによって右に動き、根石４の下面を滑ることにな
る。根石４と礎石３と柱脚５は地震力αを受けない状態
となる。以上のように地盤１と根石４と礎石３の関係は
全ての地震力に対応する免震性能を有している。このこ
とは関東大震災の体験者が余震に揺れるなかで、唯一、
市電の敷石の上を歩くことが可能であったと述べている
ことと合致する。また石灯籠などが地震による崩壊を免
れることの原理である。すなわち、重量が大きく、重心
の低い構造物の免震工法が成り立っている。

【０００９】＜上部構造＞以上から分かるように、従来
の工法の根石４は下端を中心として、地震力α（長周期
の地震力を除く）によって回転する。その上に乗る礎石
３は地震力αを受けないが、根石４の回転により礎石３
の上端面が水平に保たれているとは言えない。礎石３の
上端面が水平を保ち、地震力αを受けなければ、建物は
壊れることはないわけだが、過去に造られた礎石建物の
いくつかは壊れている。従って、礎石３上端面と柱脚５
の底面に一つの工夫が必要である。では、この工法の上
部構造である礎石３と柱脚５の関係をみよう。ここで、
礎石３が地震力αで動く根石４の上にあり、根石４が地
盤と一体となっており、回転しないものと仮定しよう。
その場合、礎石３には地震力αによって図２のように左
に回転させようとする力βが働く。柱脚５の底面の外周
が円であれば、任意の地震力において、礎石３に働く力
は摩擦力の伝達される点Ｘ（実際は線である）について
見れば図２に示す力Ｗ₁ ，Ｗ₂ ，βのみである。即ち、
礎石３は慣性力βにより左回りに回転しようとし、構造
物２の自重をＷ₁ ，礎石３の自重をＷ₂ とすれば、その
回転力Ｆはａβ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）である。一方この回転を
止めようとする右回りの力として、礎石３の自重Ｗ₂ と
柱脚５に加わる構造物２の重量Ｗ₁ があり、その力は

【００１０】

【数１】ｂＷ₂ ＋（ｂ＋Ｒ）Ｗ₁ ＝ｂ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）＋ＲＷ₁ である。ｂ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）＋ＲＷ₁ −ａβ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）＞０ ………（１）であれば、礎石は回転しない。

【００１１】図２に具体的な数値を想定してみる。慣性
力βは地震力αと大きさは同じで方向が反対である。β
の値として０．２Ｇを想定する。柱脚５に加わる構造物
２の重量Ｗ₁ は通常数トンから数十トンであり、５トン
＝５０００ｋｇを想定する。他の値も通常の構造物２の
数値を次のように想定する。

【００１２】

【数２】ａ＝０．５４ｍ，ｂ＝０．４５ｍ，Ｒ＝０．
２３５ｍ，Ｗ₁ ＝５０００ｋｇ，Ｗ₂ ＝４００ｋｇ，β
＝０．２Ｇ（１）式にこの値を入れると、ｂ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）＋ＲＷ₁ −ａβ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）＝０．
４５×（５０００＋４００）＋０．２３５×５０００−
０．５４×０．２×（５０００＋４００）＝３０２１．
８＞０

【００１３】即ち、地震力によって礎石３は回転しよう
とするが、回転を止めようとする力が圧倒的に大きく回
転力は解消される。

【００１４】以上の本発明の動作（Ｄｙｎａｍｉｃ）原
理を模型を例にとってさらに説明する。ところで（１）
式のｂは柱脚５の中心軸から礎石３の回転中心点Ｘまで
の距離であり、礎石３の底面の形状によって決まる。ｂ
＝０は礎石３の回転中心が柱脚５の中心軸上にあること
を意味する。例えば、礎石３の下部が半球の場合であ
る。このとき

【００１５】

【数３】ｂ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）＝０となり、（１）式から次の式を得る。ＲＷ₁ −ａβ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）＞０ ……………（２）ＲＷ₁ がａβ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）より大きければ、礎石は回
転しない。

【００１６】先の具体的な数値でｂ＝０としたとき

【数４】ＲＷ₁ ＝０．２３５×５０００＝１１７５（ｋｇ・ｍ）ａβ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）＝０．５４×０．２×（４００＋５
０００）＝５８３．２（ｋｇ・ｍ）となり、（２）式は成り立っている。

【００１７】以上のように柱脚５のリング形状底面は、
礎石３が回転したとき、リング形状底面が接触する礎石
３の上面で最大に変位する点Ｙに、構造物２の重量Ｗ₁
を瞬時に移動させる装置となっており、構造物２の重量
Ｗ₁ を効率よく利用し、礎石３を回転させないのであ
る。

【００１８】次に本発明の原理を実証する模型として球
に乗った構造物の例を図３を提示する。Ａはアクリルプ
レート、ＢはアクリルプレートＡに垂直に接着されたア
クリルパイプ、ＣはアクリルパイプＢの下端に回転自在
にとりつけられたアクリル球、ＤはＡ上の重しである。
図４はその柱脚の１つの断面図である。アクリルパイプ
Ｂの内径Ｒの円と球Ｃとの接触部は線状であるが、図２
の柱脚底面を表わしている。アクリルパイプＢに加わる
重量をＷ₁ 、球Ｃの重量をＷ₂ 、Ｗ₁ が点Ｙに作用する
時の（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）の重心の高さをａとする。このとき
摩擦面上の球に地震力αに比例した慣性力βが右から加
わり、球Ｃは左回りに回転する。しかし構造物の重量Ｗ
₁ が点Ｙに加わり、次の瞬間球は右回りに回転すること
を観察することができる。これは慣性力βを受けた点線
の礎石に加わる力の様子を表していることになる。点Ｘ
に関する力を考えると、左回りの力ａβ（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）
を、右回りの力ＲＷ₁ が解消しているのである。提示し
た原理模型は、図２において柱脚底面を水平に保ち、そ
の底面形状をリング状にすることが、この構造の基本で
あることを示している。

【００１９】また、この原理模型からこの構造は免震工
法の一つである図５の如きボールベアリングの上の構造
物の一種であることは明らかである。図５の場合、構造
物２’はボールベアリング４’の中心に関して地震によ
る地盤１’の変位と対称に変位する。

【００２０】しかし、本発明の構造の場合、下部構造に
よって（礎石＋構造物）は地盤の変位と関係なく、もと
の位置を保つ。以上が上部構造の説明である。

【００２１】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば上部構造の礎石の回転は、図２に示した力の釣合
いの原理に適っており、礎石がフリーで、その力の作用
点に球を想定できることは、ボールベアリング上の構
造物と同じ原理にあることを示している。また、下部構
造は根石の動きによって、平常時の構造物の安定と地
震時の回転及び滑りを可能にしている。以上の三点を組
み合わせることによって、地震の水平力を構造物に伝え
ない工法が成り立っている。本発明の構造は、根石，礎
石，柱脚の材料については、石・石・木，石・石・石，
石・コンクリート・鉄，石・鉄・鉄等種々可能であり、
施工方法，耐候性等を加味した産業上の有効性について
広い利用分野を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による支持構造を示す断面略図である。

【図２】本発明による支持構造に水平地震力が作用した
場合の力関係を示す模式図である。

【図３】本発明による支持構造の水平地震下での動作を
説明するための模式図である。

【図４】本発明による支持構造の水平地震下での動作を
説明するための模式図である。

【図５】本発明による支持構造の水平地震下での動作を
説明するための模式図である。

【符号の説明】

１，１’ 地盤２，２’ 建築物３礎石３’ ボールベアリング４根石５柱脚

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物の重量に耐え得る地耐力を有する
地盤の表面に該構造物を所要の支持位置で支持するため
に、各支持位置に、前記地盤内に埋め込まれて上面が水平な仕上面となるよ
うに配置された多数の根石と、上面と下面が互いに平行な平面をなし前記多数の根石に
よる前記仕上面と該下面との間で摩擦力を生ずるように
配置された礎石と、該礎石の上面上で前記構造物を支持するように配置され
該礎石の上面と接する底面は中央部を穿って周縁部のみ
が該礎石の上面に摩擦力を保持して接するような形状を
有するように形成された柱脚とを備えて、前記地盤内の地震による水平方向の振動波により前記根
石が回転することと、前記根石が地盤面上で水平方向の
滑りを起すことにより前記構造物に対する耐震機能を有
せしめた構造物の耐震支持構造。
【請求項２】前記柱脚の底面がリング状であることを
特徴とする請求項１に記載の構造物の耐震支持構造。