建物の免震基礎構造
【課題】住宅等の軽量建物に対しても適正な振動減衰作用を発揮でき、強風時に建物が揺れることが無く、地震時に建物の共振を回避でき、且つ居住者の低周波振動障害を防止できる建物の免震基礎構造を提供する。
【解決手段】本発明に係る免震基礎構造１は、地盤２に既存グランドレベル３から掘り下げて形成された凹部４と、凹部４に複数敷き並べられ、夫々内部に砂利状物質５ｙが収容された砂利袋５と、砂利袋５に支持された建物６の基礎７とを備えている。地盤２が振動すると、砂利袋５内の砂利状物質５ｙが袋内で移動して砂利袋５の表面を引っ張る力が生じ、振動力の一部が消費されて建物６に伝わる。振動が砂利袋５を通過すると周期が短い振動に変換されるので、建物６の共振、低周波振動障害を回避できる。基礎７が砂利袋５に広面積で支持されているので、強風時でも建物６を安定して支持できる。
【解決手段】本発明に係る免震基礎構造１は、地盤２に既存グランドレベル３から掘り下げて形成された凹部４と、凹部４に複数敷き並べられ、夫々内部に砂利状物質５ｙが収容された砂利袋５と、砂利袋５に支持された建物６の基礎７とを備えている。地盤２が振動すると、砂利袋５内の砂利状物質５ｙが袋内で移動して砂利袋５の表面を引っ張る力が生じ、振動力の一部が消費されて建物６に伝わる。振動が砂利袋５を通過すると周期が短い振動に変換されるので、建物６の共振、低周波振動障害を回避できる。基礎７が砂利袋５に広面積で支持されているので、強風時でも建物６を安定して支持できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の振動を弱めて建物に伝える免震基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物の免震構造として、免震ダンパー等の減衰手段を用いたものが知られている（特許文献１、２参照）。この種の免震構造は、例えば、建物の下部の地盤に近い部分とそれよりも上方の部分との間に免震ダンパー等の減衰手段を介設し、地盤が振動した際に下部から上方に向けて建物に伝わる振動をその免震ダンパー等の減衰手段のダンピング機能によって吸収するようにしている。
【０００３】
また、別の建物の免震構造として、ロッキングボール等の滑り支承を用いたもの（特許文献３、４参照）が知られている。この種の免震構造は、例えば、地盤側に上部が略半球状に窪んだ受け皿を設置し、その受け皿に建物の基礎梁から下方に延出された支柱を差し入れ、支柱の下端に設けたボールベアリングで建物の荷重を受け皿に支持し、地盤が振動した際に、ボールベアリングが受け皿内を転動或いは滑動して支柱が受け皿内を移動することで、建物に伝わる振動を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２７０１８０号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０４２４号公報
【特許文献３】特開２００６−３２８６５５号公報
【特許文献４】特開２００８ー２８０８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、免震ダンパー等の減衰手段を用いた免震構造は、適正な振動減衰効果を得るためには建物に或る程度の重量が必要であり、住宅等の軽量建物に対しては効果が期待し難いという問題がある。他方、ロッキングボール等の滑り支承を用いた免震構造は、強風時には風力の変動によっても建物が揺れてしまうため、かかる風害による揺れの制御が必要となるという問題がある。
【０００６】
また、これら減衰手段や滑り支承を用いた免震構造は、地盤の振動を減衰して或いは弱めて建物に伝えるものに過ぎず、地盤の振動の周期や波長を積極的に変更して建物に伝えるものではない。このため、地盤の地質組成や地表から岩盤プレートまでの深さ等によっては、地震時における地盤の卓越周期が建物の固有周期と一致する場合も考えられ、その場合には共振が生じ、建物に大きな被害が生じてしまう。
【０００７】
更に、これら減衰手段や滑り支承を用いた免震構造は、地震時の振動のみならず周辺の交通による振動（交通振動）に対してもその振動を減衰して或いは弱めて建物に伝えることができるものの、既述のように振動の周期や波長を積極的に変更して建物に伝えるものではないため、振動の周期が長い場合、その周期によっては居住者に低周波振動障害を生じさせることもある。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、住宅等の軽量建物に対しても適正な振動減衰作用を発揮でき、強風時に建物が揺れることが無く、地震時に建物の共振を回避でき、且つ低周波振動障害を防止できる建物の免震基礎構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る建物の免震基礎構造は、地盤に既存グランドレベルから掘り下げて形成された凹部と、該凹部に複数敷き並べられ、夫々内部に砂利状物質が収容された砂利袋と、該砂利袋に支持された建物の基礎とを備えている。
【００１０】
前記砂利袋と前記基礎の下端との間に、地盤の振動時に前記基礎が前記砂利袋に対して水平方向に移動することを許容する滑りシートを介在してもよい。
【００１１】
前記砂利状物質の好適な代表例として構造用軽量骨材を挙げることができる。
【００１２】
前記砂利袋が、既存グランドレベルの下方に配置された複数の下部砂利袋と、これら下部砂利袋の一部を除いたものの上に積み重ねられて既存グランドレベルの上方に配置された上部砂利袋との二種から成り、前記基礎が、前記上部砂利袋が積み重ねられていない前記下部砂利袋に支持された基礎立上げ部と、前記上部砂利袋の上部を覆うように盤状に形成されて前記上部砂利袋に支持され前記基礎立上げ部に繋がった基礎耐圧盤部とを有し、前記滑りシートが、前記下部砂利袋と前記基礎立上げ部の下端との間、且つ前記下部砂利袋と前記上部砂利袋との間に介在されていてもよい。
【００１３】
前記下部砂利袋を複数拘束するため、それら複数の下部砂利袋を収容する拘束袋を更に備えていてもよい。
【００１４】
前記基礎耐圧盤部に上下を貫通して設けられ、太陽熱で暖められた空気を前記基礎耐圧盤部の上方から下方に導いて前記上部砂利袋に蓄熱するための入熱口と、前記基礎耐圧盤部に前記入熱口から離れて上下を貫通して設けられ、前記上部砂利袋に蓄熱された熱によって暖められた空気を上方の室内に供給するための出熱口とを更に備えていてもよい。
【００１５】
前記上部砂利袋が通気性を有し、かかる上部砂利袋の下面に接する下面シート部と該下面シート部の縁から上方に延出された側面シート部とから成る通風ガイドシートを更に備え、該通風ガイドシートと前記基礎耐圧部との間に、前記入熱口から前記上部砂利袋を通過して前記出熱口へ向かう空気の通路となる通風通路を形成してもよい。
【００１６】
前記上部砂利袋に蓄熱された熱を前記基礎耐圧盤部を介して室内に伝えるため、前記基礎耐圧盤部の上に、直接、室内の床を敷設してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る建物の免震基礎構造によれば、次のような効果を発揮できる。
（１）地盤が振動すると砂利袋内の砂利状物質が袋内で移動し、砂利袋の表面を引っ張る力や隣接する砂利袋同士を押し付け合う力が生じる。この結果、地盤の振動力の一部が砂利袋の表面を引っ張る力や隣接する砂利袋同士を押し付け合う力に転換される。よって、地盤の振動が弱まって建物に伝わり、住宅等の軽量建物に対しても、適正な振動減衰作用を発揮できる。
（２）建物の基礎が砂利袋に支持されているので、基礎をロッキングボール等の滑り支承を用いて支持した従来の免震構造よりも安定して振らつくことなく支持できる。よって、ロッキングボール等の滑り支承を用いた免震構造のように強風時に建物が揺れることは無い。
（３）地盤の振動が砂利袋を通過して建物に伝わる際、振動の周期が大幅に小さくなって即ち波長が短くなって建物に伝わる。この結果、建物には建物の固有周期よりも大幅に小さい周期の振動が伝わることになる。よって、地震時に建物の共振を回避でき、同時に居住者の低周波振動障害を防止できる。
（４）地盤に既存グランドレベルから掘り下げて凹部を形成してそこに砂利袋を敷き並べたので、凹部を形成する際に除去された土砂が砂利袋内の砂利状物質に置き換えられ、地盤改良されている。よって、地盤が仮に軟弱地盤であったとしても地盤沈下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る建物の免震基礎構造の概略を示す説明図であり、地盤、砂利袋、基礎、滑りシート及び建物の側断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図２の上部砂利袋、下部砂利袋及び滑りシート等を模式的に表した説明図である。
【図４】地震時に地盤から建物に伝播される地震波を模式的に表した説明図である。
【図５】地震時における斜め方向の力を水平方向の力と垂直方向の力とに分力した様子を示す説明図である。
【図６】水平方向の力と垂直方向の力とが砂利袋に作用する様子を示す説明図である。
【図７】水平方向の力と垂直方向の力とが砂利袋に作用した際に、砂利袋内の砂利が袋内で移動して砂利袋の表面を引っ張る様子を示す説明図であり、（ａ）は砂利袋が水平方向から圧縮された状態、（ｂ）は砂利袋が垂直方向から圧縮された状態を示す。
【図８】複数の砂利袋を拘束袋に収容したものが水平方向から圧縮されたときの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１、図２に示すように、本実施形態に係る建物の免震基礎構造１は、地盤２に既存グランドレベル３から掘り下げて形成された凹部４と、凹部４に複数敷き並べられ夫々内部に砂利状物質が収容された砂利袋５と、砂利袋５に支持された建物６の基礎７とを備えている。また、砂利袋５と基礎７の下端との間には、地盤２の振動時に基礎７がその下端の砂利袋５に対して水平方向に移動することを許容する滑りシート８が介在されている。
【００２１】
凹部４は、地盤２を表層から良好な地盤面まで所定深さ（例えば２０〜５０ｃｍ程度）根切りすることで形成される。凹部４にはそこから除去された土砂に代わって砂利袋５が敷き並べられるので、凹部４を形成する際に除去された土砂は、地盤改良のために除去された土砂と考えることもできる。ここで、土砂入れ替え層の厚さ、即ち凹部４の深さは、地盤２から砂利袋５を介して建物６に伝わる震動の周期が、後述するように建物６の固有周期とマッチして共振しないよう、十分に小さくなる深さに設定される。かかる深さは、建物６の載荷量や地盤２の地質によって変動するため、載荷量や地質に応じて検討を要するが、概ね３０〜４０ｃｍであれば十分である。
【００２２】
地盤２が地表面に岩盤が露呈しているようなものの場合、その地盤２の揺れ方の特性を代表する卓越周期は概ね０．１秒（約１０Ｈｚ）であり、関東ローム層のような火山灰堆積大地の地盤２の場合、卓越周期は概ね０．４秒（約２．５Ｈｚ）であり、海岸を埋め立てたような地盤２や田や沼を埋め立てた地盤２の場合、卓越周期は概ね１．０秒〜０．８秒（約１Ｈｚ〜１．２５Ｈｚ）である。他方、建物６については、日本の木造建築物の固有周期は、旧日本式木造住宅の場合に概ね０．４秒（約２．５Ｈｚ）であり、近年建築される木造住宅の場合に概ね０．３秒〜０．３５秒（約３．３Ｈｚ〜２．９Ｈｚ）である。このように、地盤２の卓越周期と建物６の固有周期とが０．１秒〜１．０秒の範囲に収まっていて極めて近いので、仮に砂利袋５が存在しないとしたなら、地盤２が振動した際に建物６が共振する可能性がある。
【００２３】
そこで、本実施形態では、地盤２に形成した凹部４に砂利袋５を敷設し、砂利袋５に建物６の基礎７を支持させることで、地盤２と基礎７との間に、砂利袋５を介在させている。砂利袋５は、後述するように、地盤２から建物６に伝わる振動の周期を大幅に短くする機能を発揮する。
【００２４】
図２に示すように、砂利袋５は、布、不織布、細目のネット等からなる袋体５ｘと、袋体５ｘ内に収容された砂利状物質５ｙとからなる。ここでの砂利状物質５ｙの概念には、粒径数十ミリ程度の礫の他、粒径がミリ単位の砂、或いは砂と礫が混合したものも含まれ、比較的軽い砂や礫が好ましい。また、砂利状物質５ｙには、構造用軽量骨材を用いることが好ましい。構造用軽量骨材には、例えば、日本メサライト工業株式会社が販売しているメサライト（登録商標、MESALITE：Mitsui Expanded Shale Light-Weight Aggregate）という人工軽量骨材が用いられる。
【００２５】
砂利状物質５ｙが砂の場合、その砂の固有周期は極めて小さく０．０２５秒（約４０Ｈｚ）であり、粒径３５ｍｍ程度の礫の場合でも、その固有周期は０．１２５秒〜０．０７７秒（約８Ｈｚ〜１３Ｈｚ）である。これら砂や礫、構造用軽量骨材等の砂利状物質５ｙが収容された砂利袋５の上に建物６の基礎７を支持させることで、建物６を実質的に支持する基盤が砂利袋５であると見なすことができ、砂利袋５内の砂利状物質５ｙの固有周期と建物６の固有周期とは大幅に相違するため、共振を回避できる。
【００２６】
すなわち、図４に示すように、地盤２の振動が砂利袋５を通過して建物６に伝わる際、振動の周期が大幅に小さくなって即ち波長が短くなって建物６に伝わることになる。実際の地震時には、震源方向から水平に伝播して建物６に到達する地震波Ａのみならず、斜め下方から建物６に伝播する地震波Ｂや、建物６の真下の岩盤Ｇから垂直に上昇して建物６に伝播する地震波Ｃや、一度岩盤Ｇに当たって反射した後に建物６に伝播する地震波Ｄ等が、複雑に干渉し合いながら建物６に伝播されるところ、各方向の地震波は、砂利袋５を通過することで、建物６の固有周期よりも大幅に小さい周期となって建物６に伝わる。これにより、建物６が木造住宅である場合のみならず、建物６がコンクリート製住宅であっても、共振を回避できる。また、建物６に伝わる振動が高周波になるので、居住者の低周波振動障害をも防止できる。
【００２７】
図１、図２に示すように、凹部４内に敷設される砂利袋５には、既存グランドレベル３の下方に配置された複数の下部砂利袋５ａと、これら下部砂利袋５ａの一部を除いたものの上に積み重ねられて既存グランドレベル３の上方に配置された上部砂利袋５ｂとの二種が存在する。詳しくは、下部砂利袋５ａは、凹部４の底一面に平面状に敷き並べられ、上下二段に積み重ねられている。他方、上部砂利袋５ｂは、平面状に敷き並べられた複数の下部砂利袋５ａの内、縁の部分の下部砂利袋５ａを除いた下部砂利袋５ａの上に支持されていて、上下二段に積み重ねられている。なお、下部砂利袋５ａ及び上部砂利袋５ｂは、少なくとも一方を一段としても或いは三段以上としてもよい。
【００２８】
下部砂利袋５ａは、図２、図３に示すように、拘束袋９に収容されている。なお、図３は模式図であり、図２とは拘束袋９内に収容される下部砂利袋５ａの数等が異なっている。
【００２９】
下部砂利袋５ａを拘束袋９に収容する手順を述べる。
【００３０】
先ず、凹部４に、拘束袋９の底部及び側部を構成する底部側部シート９ａを敷き、その上に下部砂利袋５ａを一段敷き並べ、隣接する袋同士の隙間に袋５ａ内のものよりも小さな砂利状粒子（礫や砂や構造用軽量骨材）を充填し、天圧して締め固める。それらの上に同様にして二段目の下部砂利袋５ａを敷き並べ、隣接する袋同士の隙間に小さな砂利状粒子を充填し、天圧して締め固める。
【００３１】
ここで、二段目の下部砂利袋５ａの上面が既存グランドレベル３の高さに一致するように、下部砂利袋５ａの袋体５ｘの寸法及びそれに充填する砂利状物質５ｙの量を調整しておく。二段目の下部砂利袋５ａの上面に、拘束袋９の上部を構成する上部シート９ｂを掛け、その上部シート９ｂを底部側部シート９ａと結ぶ又は縛る等して緊決する。これにより、上部シート９ｂと底部側部シート９ａとが拘束袋９となる。
【００３２】
拘束袋９は、透水性を有するもの（例えば布、不織布、メッシュ等）が好ましい。さもなければ雨水が拘束袋９の内部に浸入した場合に拘束袋９内に水が溜まり、基礎７の下方に湿気の元となる水溜まりが存在することになってしまうからである。なお、拘束袋９は、図２に示すように全ての下部砂利袋５ａを単独の拘束袋９で収容するものに限られず、複数の下部砂利袋５ａを幾つかずつ、同様の手順で別々の収容袋９に収容するようにしてもよい（図３参照）。
【００３３】
図２、図３に示すように、拘束袋９の上部シート９ｂの上には、滑りシート８が既存グランドレベル３に合わせて載せられる。滑りシート８は、地震の横揺れが大きい場合に、その上を基礎７が水平方向に滑ることで振動を吸収する機能を発揮する。滑りシート８は、基礎７が滑り易く且つ基礎７が滑っても破損し難い材質、例えば硬質プラスチックシート等が用いられる。滑りシート８のサイズは、凹部４よりも大きく設定されており、滑りシート８の縁の部分が凹部４からはみ出して既存グランドレベル３の上に載置されている。これにより、地震時に滑りシート８上を滑る基礎７は、二段目の下部砂利袋５ａの上面が既存グランドレベル３の高さに一致していることとも相俟って、凹部４の内方のみならず、凹部４の外にもスライドできる。よって、大地震時の大きな横揺れも確実に吸収できる。
【００３４】
図２に示すように、基礎７は、上部砂利袋５ｂが積み重ねられていない下部砂利袋５ａ（凹部４の縁に沿って配置された下部砂利袋５ａ）に支持された基礎立上げ部７ａと、上部砂利袋５ｂの上部を覆うように盤状に形成されて上部砂利袋５ｂに支持された基礎耐圧盤部７ｂとを有する。基礎耐圧盤部７ｂと基礎立上げ部７ａとは、繋がっており、所謂ベタ基礎を構成する。基礎立上げ部７ａは平面視で枠状に形成されており、その内方に上部砂利袋５ｂが略隙間無く収容されている。滑りシート８は、基礎立上げ部７ａの下端と下部砂利袋５ａとの間、且つ上部砂利袋５ｂと下部砂利袋５ａとの間に介在されている。よって、基礎７が滑りシート８上をスライドする際には、基礎７と一体的に上部砂利袋５ｂが滑りシート８上を滑り、上部砂利袋５ｂが下部砂利袋５ａに対して水平方向に移動する。
【００３５】
図１に示すように、基礎耐圧盤部７ｂには、太陽熱で暖められた空気を基礎耐圧盤部７ｂの上方から下方に導いて上部砂利袋５ｂに蓄熱するための入熱口１０が、上下を貫通して設けられている。また、図１、図２に示すように、基礎耐圧盤部７ｂには、上部砂利袋５ｂに蓄熱された熱によって暖められた空気を上方の室内に供給するための出熱口１１が、入熱口１０から離れて上下を貫通して設けられている。図１においては、入熱口１０を基礎耐圧盤部７ｂの略中央（中程）に一つ配設し、出熱口１１を基礎耐圧盤部７ｂの端（基礎立上げ部７ａの脇）に二つ配設したものを示したが、これに限られることはなく、入熱口１０を二つ以上配設してもよく、出熱口１１を一階の各部屋毎に配設してもよい。
【００３６】
入熱口１０に太陽熱で暖められた空気を導くシステムについて述べる。
【００３７】
図１に示すように、建物６の屋根裏には、太陽熱（太陽熱には、直射日光から得られるものだけではなく、例えば、直射日光が太陽電池等を透過した後の日光から得られる熱も含まれる）で暖められた空気を貯蔵するための暖気貯蔵室１２が形成されている。暖気貯蔵室１２と入熱口１０とは、一階の床から二階の床を貫通して二階の天井まで鉛直方向に形成されたダクト１３で接続されている。ダクト１３内には、暖気貯蔵室１２の空気を入熱口１０に送るためのファン１４が設けられている。ファン１４は送風方向を逆にできるものであってもよい。また、二階の室内の天井には、室内の空気を暖気貯蔵室１２に取り込むための開口１５が形成されている。
【００３８】
図１、図２に示すように、建物６の壁１６には、上下方向に沿った壁内空気通路１７が形成されている。壁１６は、基礎立上げ部７ａの上に設置された土台（基礎梁）１８に支持された内壁１６ａと、その外側に配設された断熱材１６ｂと、その外側に壁内空気通路１７を形成する隙間を隔てて配設された外壁１６ｃとを備えている。すなわち、壁内空気通路１７は、外壁１６ｃと断熱材１６ｂとの間に形成されている。壁内空気通路１７の下端は、基礎立上げ部７ａの側方にて外部に開口され、壁内空気通路１７の上端は、軒裏に形成された中間暖気貯蔵室１９に繋がっている。また、軒天井には、外部の空気を中間暖気貯蔵室１９に取り込むための開口２０が形成されている。軒裏の中間暖気貯蔵室１９と屋根裏の暖気貯蔵室１２とは、屋根２１の内側に形成された屋根内空気通路２２で接続されている。
【００３９】
以上の構成によれば、ファン１４を駆動すると、外部の空気が、壁内空気通路１７の下端の開口から吸い込まれ、壁内空気通路１７を上昇する際、太陽光によって暖められた外壁１６ｃの熱を受けて暖められ、暖められる前よりも比重が小さくなって上昇力が強まり、軒裏の中間暖気貯蔵室１９に至る。その空気は、軒裏に形成された開口２０から導かれた空気と共に屋根内空気通路２２を通って上昇し、その際、太陽光によって暖められた屋根２２からの熱を受けて暖められ、屋根裏の暖気貯蔵室１２に至る。その空気は、二階の天井に形成された開口１５から導かれた空気と共にダクト１３に吸い込まれ、ファン１４によって下方に押し出され、入熱口１０を通って基礎耐圧盤部７ｂの下方に至る。この空気（暖気）により上部砂利袋５ｂが暖められ、砂利状物質５ｙに蓄熱される。
【００４０】
上部砂利袋５ｂの砂利状物質５ｙに蓄熱された熱は、基礎耐圧盤部７ｂの下方の空気を暖める。暖められた空気は、ファン１４により生成された空気の流れ（慣性力）によって、出熱口１１に向けて押し流され、出熱口１１を通って基礎耐圧盤部７ｂの上方の室内に供給される。これにより室内の暖房が達成される。ここで、図１に示すように、基礎耐圧盤部７ｂの上に、直接、一階の室内の床２３を敷設すれば、上部砂利袋５ｂに蓄熱された熱を、出熱口１１からのみならず、基礎耐圧盤部７ｂ及び床２３を介して、室内に伝えることができる。
【００４１】
上部砂利袋５ｂの砂利状物質５ｙに蓄熱された熱を効率よく利用するためには、上部砂利袋５ｂの袋体５ｘが通気性を有する材質又は構造（例えば布、不織布、細目のネット等）となっていることが好ましい。また、図２、図３に示すように、かかる上部砂利袋５ｂの下に通風ガイドシート２４を敷設し、通風ガイドシート２４と基礎耐圧部７ｂとの間に、入熱口１０から上部砂利袋５ｂを通過して出熱口１１へ向かう空気の通路となる通風通路２５（図１参照）を形成してもよい。この通風通路２５により、入熱口１０から導入された空気を的確に上部砂利袋５ｂを通過させて出熱口１１に導くことができ、上部砂利袋５ｂに蓄熱された熱を効率よく室内の暖房に利用できる。
【００４２】
図２、図３に示すように、通風ガイドシート２４は、上部砂利袋５ｂの下面に接する下面シート部２４ａと、下面シート部２４ａの縁から基礎立上げ部７ａに沿って上方に延出された側面シート部２４ｂとから成り、風を通さないビニールやガラス繊維等の材質から成形されている。これにより、通風ガイドシート２４の下面シート部２４ａに沿って水平方向に流れた空気は、側面シート部２４ｂによって上方に転向されて基礎立上げ部７ａに沿って上昇し、基礎立上げ部７ａの脇に配設された出熱口１１に案内される。
【００４３】
通風ガイドシート２４は、上述のように通風通路２５の一部を構成すると共に、防湿シート及び防蟻シートを兼ねる。防蟻性能を高める場合には、ガラス繊維からなるシートに硼酸を含浸させたものを通風ガイドシート２４として用いる。また、通風ガイドシート２４は、側面シート部２４ｂを上部砂利袋５ｂの側部に固定することで、複数の上部砂利袋５ｂを拘束する機能も発揮する。
【００４４】
図２に示すように、通風ガイドシート（下面シート部２４ａと側面シート部２４ｂとが一体となったもの）２４は、上述した滑りシート８の上に載せられる。そのガイドシート２４の上に、上部砂利袋５ｂを一段敷き並べ、隣接する袋同士の隙間に袋５ｂ内のものよりも小さな砂利状粒子（礫や砂や構造用軽量骨材）を充填し、天圧して締め固める。その上に同様にして二段目の上部砂利袋５ｂを敷き並べ、隣接する袋同士の隙間に小さな砂利状粒子を充填し、天圧して締め固める。そして、通風ガイドシート２４の側面シート部２４ｂを上方に向け、上部砂利袋５ｂの側部に固定する。
【００４５】
その後、滑りシート８の上に、コンクリート用の堰板（図示せず）を、上部砂利袋を囲繞するようにして平面視で枠状に配設する。堰板の内方に基礎用の鉄筋（図示せず）を配筋する。鉄筋は、基礎立上げ部７ａとなる部分と、基礎耐圧盤部７ｂとなる部分とに夫々配筋される。配筋後、堰板の内方にコンクリートを打設し、基礎立上げ部７ａと基礎耐圧盤部７ｂとから成る基礎７を構築する。こうして構築された基礎７は、基礎立上げ部７ａの内方に上部砂利袋５ｂが隙間無く収容され、基礎耐圧盤７ｂと上部砂利袋５ｂとが密着し、基礎耐圧盤部７ｂの荷重が上部砂利袋５ｂに支持され、基礎立上げ部７ａの荷重が下部砂利袋５ａに支持されることになる。
【００４６】
最後に、基礎立上げ部７ａの外側に、滑りシート８を覆うように盛り土をし、新たなグランドレベル（新グランドレベル）２６とする。こうして施工された免震基礎構造１の上に、上述した建物６が建築される。
【００４７】
本実施形態に係る免震基礎構造１の作用を述べる。
【００４８】
地盤２が振動すると砂利袋（下部砂利袋５ａ、上部砂利袋５ｂ）５の中の砂利状物質５ｙが夫々の袋体５ｘ内で移動し、袋体５ｘの表面を引っ張る力や隣接する砂利袋５同士を押し付け合う力が生じる。この結果、地盤２の振動力の一部が砂利袋５の袋体５ｘの表面（繊維）を引っ張る力や隣接する砂利袋５同士を押し付け合う力に転換され、地盤２の振動が弱まって建物６に伝わる。よって、この免震基礎構造１は、建物６の重量の軽重に拘わらず、常に的確な振動減衰作用を発揮し、住宅等の軽量建物に対しても、適正な振動減衰作用を発揮する。
【００４９】
例えば、図５に示すように、地盤２を斜め上方に進んで砂利袋５に伝播する地震波の力Ｆは、水平方向のＸ方向成分ｘと垂直方向のＹ方向成分ｙとに分解して考えることができる。図６は、砂利袋５に左右からＸ方向成分ｘが加わり、砂利袋５に下方から加わったＹ方向成分ｙが建物６の荷重Ｗと釣り合うように作用している様子を表す。
【００５０】
図７（ａ）に示すように、砂利袋５に左右からＸ方向成分ｘが加わって、砂利袋５が水平方向から圧縮されると、袋体５ｘ内の砂利状物質５ｙが袋体５ｘ内で移動して袋体５ｘの表面が引っ張られる。また、図７（ｂ）に示すように、砂利袋５に下方からＹ方向成分ｙが、上方から建物６の荷重Ｗが加わって、砂利袋５が上下方向から圧縮されても、袋体５ｘ内の砂利状物質５ｙが袋体５ｘ内で移動して袋体５ｘの表面が引っ張られる。このように、地盤２の振動力が砂利袋５の砂利状物質５ｙを移動させる力と袋体５ｘの表面を引っ張る力とに消費されるので、建物６に伝わる振動が小さくなる。
【００５１】
図８は、複数の砂利袋５を収容する拘束袋９の作用を示す。図７（ａ）および図７（ｂ）を用いて説明したように個々の砂利袋５の袋体５ｘが変形すると、各袋体５ｘの変形によって、それらを収容する拘束袋９の表面（繊維）が引っ張られる。よって、地盤２の振動力は、個々の砂利袋５の袋体５ｘの表面を引っ張る力に消費されるのみならず、それら砂利袋５を収容する拘束袋９の表面を引っ張る力にも消費されることになり、建物６に伝わる力が一層弱くなる。
【００５２】
図８に示すように、拘束袋９に左右から地震波のＸ方向成分ｘが加わると、それらＸ方向成分ｘは、砂利袋５の袋体５ｘの表面を引っ張る力と拘束袋９の表面を引っ張る力とに消費され、Ｙ方向上方の力ｙ１とＹ方向下方の力ｙ２とが生じる。そして、Ｙ方向上方の力ｙ１が、建物６の荷重及び地震時のめり込み力の合力Ｙ１と相殺され、Ｙ方向下方の力ｙ２が、地震波の突き上げ力及びＹ方向成分の合力Ｙ２と相殺される。この結果、Ｙ方向のバランスが保たれる。
【００５３】
また、図１、図２に示すように、この免震基礎構造１は、基礎立上げ部７ａの下端が滑りシート８の上に載置されていることから、地震の横揺れが大きい場合には、基礎７が滑りシート８上を水平方向に滑り、横揺れが建物６に伝わり難くなる。すなわち、巨大地震時における地盤２の横揺れは、基礎７が滑りシート８上を水平方向に滑ることで吸収され、極端に弱まって建物６に伝わる。この結果、巨大地震時の建物６の倒壊を防止できる。
【００５４】
加えて、この免震基礎構造１は、建物６の基礎７が砂利袋５に広面積で支持されている。詳しくは、基礎立上げ部７ａの下端面が下部砂利袋５ａに支持され、基礎耐圧盤部７ｂの下面が全面的に上部砂利袋５ｂに支持されている。よって、ロッキングボール等の滑り支承を用いた従来の免震構造よりも安定して基礎７を支持することができ、ロッキングボール等の滑り支承を用いた免震構造のように強風時に建物が揺れることは無い。
【００５５】
更には、図４を用いて説明したように、地盤２の振動が砂利袋５を通過して建物６に伝わる際、振動の周期が大幅に小さくなって即ち波長が短くなって建物６に伝わる。この結果、地盤２の卓越周期に拘わらず、建物６には建物６の固有周期よりも大幅に小さい周期の振動が伝わることになる。よって、地震時に建物６の共振を回避でき、同時に居住者の低周波振動障害をも防止できる。
【００５６】
また、地盤２に既存グランドレベル３から掘り下げて凹部４を形成してそこに砂利袋５（下部砂利袋５ａ、上部砂利袋５ｂ）を敷き並べたので、凹部４を形成する際に除去された土砂が砂利袋５内の砂利状物質５ｙに置き換えられ、地盤改良されている。そして、その上に基礎７の基礎耐圧盤部７ｂが支持されている。よって、地盤２が仮に軟弱地盤であったとしても、基礎７の沈下（地盤沈下）を抑えることができる。
【００５７】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、拘束袋９、通風ガイドシート２４、入熱口１０、出熱口１１及び滑りシート８は、適宜、何れか一つ又は複数について省略できる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 免震基礎構造
２ 地盤
３ 既存グランドレベル
４ 凹部
５ 砂利袋
５ａ 下部砂利袋
５ｂ 上部砂利袋
５ｘ 袋体
５ｙ 砂利状物質
６ 建物
７ 基礎
７ａ 基礎立上げ部
７ｂ 基礎耐圧盤部
８ 滑りシート
９ 拘束袋
１０ 入熱口
１１ 出熱口
２３ 床
２４ 通風ガイドシート
２４ａ 下面シート部
２４ｂ 側面シート部
２５ 通風通路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の振動を弱めて建物に伝える免震基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物の免震構造として、免震ダンパー等の減衰手段を用いたものが知られている（特許文献１、２参照）。この種の免震構造は、例えば、建物の下部の地盤に近い部分とそれよりも上方の部分との間に免震ダンパー等の減衰手段を介設し、地盤が振動した際に下部から上方に向けて建物に伝わる振動をその免震ダンパー等の減衰手段のダンピング機能によって吸収するようにしている。
【０００３】
また、別の建物の免震構造として、ロッキングボール等の滑り支承を用いたもの（特許文献３、４参照）が知られている。この種の免震構造は、例えば、地盤側に上部が略半球状に窪んだ受け皿を設置し、その受け皿に建物の基礎梁から下方に延出された支柱を差し入れ、支柱の下端に設けたボールベアリングで建物の荷重を受け皿に支持し、地盤が振動した際に、ボールベアリングが受け皿内を転動或いは滑動して支柱が受け皿内を移動することで、建物に伝わる振動を小さくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２７０１８０号公報
【特許文献２】特開２００４−１９０４２４号公報
【特許文献３】特開２００６−３２８６５５号公報
【特許文献４】特開２００８ー２８０８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、免震ダンパー等の減衰手段を用いた免震構造は、適正な振動減衰効果を得るためには建物に或る程度の重量が必要であり、住宅等の軽量建物に対しては効果が期待し難いという問題がある。他方、ロッキングボール等の滑り支承を用いた免震構造は、強風時には風力の変動によっても建物が揺れてしまうため、かかる風害による揺れの制御が必要となるという問題がある。
【０００６】
また、これら減衰手段や滑り支承を用いた免震構造は、地盤の振動を減衰して或いは弱めて建物に伝えるものに過ぎず、地盤の振動の周期や波長を積極的に変更して建物に伝えるものではない。このため、地盤の地質組成や地表から岩盤プレートまでの深さ等によっては、地震時における地盤の卓越周期が建物の固有周期と一致する場合も考えられ、その場合には共振が生じ、建物に大きな被害が生じてしまう。
【０００７】
更に、これら減衰手段や滑り支承を用いた免震構造は、地震時の振動のみならず周辺の交通による振動（交通振動）に対してもその振動を減衰して或いは弱めて建物に伝えることができるものの、既述のように振動の周期や波長を積極的に変更して建物に伝えるものではないため、振動の周期が長い場合、その周期によっては居住者に低周波振動障害を生じさせることもある。
【０００８】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、住宅等の軽量建物に対しても適正な振動減衰作用を発揮でき、強風時に建物が揺れることが無く、地震時に建物の共振を回避でき、且つ低周波振動障害を防止できる建物の免震基礎構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明に係る建物の免震基礎構造は、地盤に既存グランドレベルから掘り下げて形成された凹部と、該凹部に複数敷き並べられ、夫々内部に砂利状物質が収容された砂利袋と、該砂利袋に支持された建物の基礎とを備えている。
【００１０】
前記砂利袋と前記基礎の下端との間に、地盤の振動時に前記基礎が前記砂利袋に対して水平方向に移動することを許容する滑りシートを介在してもよい。
【００１１】
前記砂利状物質の好適な代表例として構造用軽量骨材を挙げることができる。
【００１２】
前記砂利袋が、既存グランドレベルの下方に配置された複数の下部砂利袋と、これら下部砂利袋の一部を除いたものの上に積み重ねられて既存グランドレベルの上方に配置された上部砂利袋との二種から成り、前記基礎が、前記上部砂利袋が積み重ねられていない前記下部砂利袋に支持された基礎立上げ部と、前記上部砂利袋の上部を覆うように盤状に形成されて前記上部砂利袋に支持され前記基礎立上げ部に繋がった基礎耐圧盤部とを有し、前記滑りシートが、前記下部砂利袋と前記基礎立上げ部の下端との間、且つ前記下部砂利袋と前記上部砂利袋との間に介在されていてもよい。
【００１３】
前記下部砂利袋を複数拘束するため、それら複数の下部砂利袋を収容する拘束袋を更に備えていてもよい。
【００１４】
前記基礎耐圧盤部に上下を貫通して設けられ、太陽熱で暖められた空気を前記基礎耐圧盤部の上方から下方に導いて前記上部砂利袋に蓄熱するための入熱口と、前記基礎耐圧盤部に前記入熱口から離れて上下を貫通して設けられ、前記上部砂利袋に蓄熱された熱によって暖められた空気を上方の室内に供給するための出熱口とを更に備えていてもよい。
【００１５】
前記上部砂利袋が通気性を有し、かかる上部砂利袋の下面に接する下面シート部と該下面シート部の縁から上方に延出された側面シート部とから成る通風ガイドシートを更に備え、該通風ガイドシートと前記基礎耐圧部との間に、前記入熱口から前記上部砂利袋を通過して前記出熱口へ向かう空気の通路となる通風通路を形成してもよい。
【００１６】
前記上部砂利袋に蓄熱された熱を前記基礎耐圧盤部を介して室内に伝えるため、前記基礎耐圧盤部の上に、直接、室内の床を敷設してもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る建物の免震基礎構造によれば、次のような効果を発揮できる。
（１）地盤が振動すると砂利袋内の砂利状物質が袋内で移動し、砂利袋の表面を引っ張る力や隣接する砂利袋同士を押し付け合う力が生じる。この結果、地盤の振動力の一部が砂利袋の表面を引っ張る力や隣接する砂利袋同士を押し付け合う力に転換される。よって、地盤の振動が弱まって建物に伝わり、住宅等の軽量建物に対しても、適正な振動減衰作用を発揮できる。
（２）建物の基礎が砂利袋に支持されているので、基礎をロッキングボール等の滑り支承を用いて支持した従来の免震構造よりも安定して振らつくことなく支持できる。よって、ロッキングボール等の滑り支承を用いた免震構造のように強風時に建物が揺れることは無い。
（３）地盤の振動が砂利袋を通過して建物に伝わる際、振動の周期が大幅に小さくなって即ち波長が短くなって建物に伝わる。この結果、建物には建物の固有周期よりも大幅に小さい周期の振動が伝わることになる。よって、地震時に建物の共振を回避でき、同時に居住者の低周波振動障害を防止できる。
（４）地盤に既存グランドレベルから掘り下げて凹部を形成してそこに砂利袋を敷き並べたので、凹部を形成する際に除去された土砂が砂利袋内の砂利状物質に置き換えられ、地盤改良されている。よって、地盤が仮に軟弱地盤であったとしても地盤沈下を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る建物の免震基礎構造の概略を示す説明図であり、地盤、砂利袋、基礎、滑りシート及び建物の側断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】図２の上部砂利袋、下部砂利袋及び滑りシート等を模式的に表した説明図である。
【図４】地震時に地盤から建物に伝播される地震波を模式的に表した説明図である。
【図５】地震時における斜め方向の力を水平方向の力と垂直方向の力とに分力した様子を示す説明図である。
【図６】水平方向の力と垂直方向の力とが砂利袋に作用する様子を示す説明図である。
【図７】水平方向の力と垂直方向の力とが砂利袋に作用した際に、砂利袋内の砂利が袋内で移動して砂利袋の表面を引っ張る様子を示す説明図であり、（ａ）は砂利袋が水平方向から圧縮された状態、（ｂ）は砂利袋が垂直方向から圧縮された状態を示す。
【図８】複数の砂利袋を拘束袋に収容したものが水平方向から圧縮されたときの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の好適実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１、図２に示すように、本実施形態に係る建物の免震基礎構造１は、地盤２に既存グランドレベル３から掘り下げて形成された凹部４と、凹部４に複数敷き並べられ夫々内部に砂利状物質が収容された砂利袋５と、砂利袋５に支持された建物６の基礎７とを備えている。また、砂利袋５と基礎７の下端との間には、地盤２の振動時に基礎７がその下端の砂利袋５に対して水平方向に移動することを許容する滑りシート８が介在されている。
【００２１】
凹部４は、地盤２を表層から良好な地盤面まで所定深さ（例えば２０〜５０ｃｍ程度）根切りすることで形成される。凹部４にはそこから除去された土砂に代わって砂利袋５が敷き並べられるので、凹部４を形成する際に除去された土砂は、地盤改良のために除去された土砂と考えることもできる。ここで、土砂入れ替え層の厚さ、即ち凹部４の深さは、地盤２から砂利袋５を介して建物６に伝わる震動の周期が、後述するように建物６の固有周期とマッチして共振しないよう、十分に小さくなる深さに設定される。かかる深さは、建物６の載荷量や地盤２の地質によって変動するため、載荷量や地質に応じて検討を要するが、概ね３０〜４０ｃｍであれば十分である。
【００２２】
地盤２が地表面に岩盤が露呈しているようなものの場合、その地盤２の揺れ方の特性を代表する卓越周期は概ね０．１秒（約１０Ｈｚ）であり、関東ローム層のような火山灰堆積大地の地盤２の場合、卓越周期は概ね０．４秒（約２．５Ｈｚ）であり、海岸を埋め立てたような地盤２や田や沼を埋め立てた地盤２の場合、卓越周期は概ね１．０秒〜０．８秒（約１Ｈｚ〜１．２５Ｈｚ）である。他方、建物６については、日本の木造建築物の固有周期は、旧日本式木造住宅の場合に概ね０．４秒（約２．５Ｈｚ）であり、近年建築される木造住宅の場合に概ね０．３秒〜０．３５秒（約３．３Ｈｚ〜２．９Ｈｚ）である。このように、地盤２の卓越周期と建物６の固有周期とが０．１秒〜１．０秒の範囲に収まっていて極めて近いので、仮に砂利袋５が存在しないとしたなら、地盤２が振動した際に建物６が共振する可能性がある。
【００２３】
そこで、本実施形態では、地盤２に形成した凹部４に砂利袋５を敷設し、砂利袋５に建物６の基礎７を支持させることで、地盤２と基礎７との間に、砂利袋５を介在させている。砂利袋５は、後述するように、地盤２から建物６に伝わる振動の周期を大幅に短くする機能を発揮する。
【００２４】
図２に示すように、砂利袋５は、布、不織布、細目のネット等からなる袋体５ｘと、袋体５ｘ内に収容された砂利状物質５ｙとからなる。ここでの砂利状物質５ｙの概念には、粒径数十ミリ程度の礫の他、粒径がミリ単位の砂、或いは砂と礫が混合したものも含まれ、比較的軽い砂や礫が好ましい。また、砂利状物質５ｙには、構造用軽量骨材を用いることが好ましい。構造用軽量骨材には、例えば、日本メサライト工業株式会社が販売しているメサライト（登録商標、MESALITE：Mitsui Expanded Shale Light-Weight Aggregate）という人工軽量骨材が用いられる。
【００２５】
砂利状物質５ｙが砂の場合、その砂の固有周期は極めて小さく０．０２５秒（約４０Ｈｚ）であり、粒径３５ｍｍ程度の礫の場合でも、その固有周期は０．１２５秒〜０．０７７秒（約８Ｈｚ〜１３Ｈｚ）である。これら砂や礫、構造用軽量骨材等の砂利状物質５ｙが収容された砂利袋５の上に建物６の基礎７を支持させることで、建物６を実質的に支持する基盤が砂利袋５であると見なすことができ、砂利袋５内の砂利状物質５ｙの固有周期と建物６の固有周期とは大幅に相違するため、共振を回避できる。
【００２６】
すなわち、図４に示すように、地盤２の振動が砂利袋５を通過して建物６に伝わる際、振動の周期が大幅に小さくなって即ち波長が短くなって建物６に伝わることになる。実際の地震時には、震源方向から水平に伝播して建物６に到達する地震波Ａのみならず、斜め下方から建物６に伝播する地震波Ｂや、建物６の真下の岩盤Ｇから垂直に上昇して建物６に伝播する地震波Ｃや、一度岩盤Ｇに当たって反射した後に建物６に伝播する地震波Ｄ等が、複雑に干渉し合いながら建物６に伝播されるところ、各方向の地震波は、砂利袋５を通過することで、建物６の固有周期よりも大幅に小さい周期となって建物６に伝わる。これにより、建物６が木造住宅である場合のみならず、建物６がコンクリート製住宅であっても、共振を回避できる。また、建物６に伝わる振動が高周波になるので、居住者の低周波振動障害をも防止できる。
【００２７】
図１、図２に示すように、凹部４内に敷設される砂利袋５には、既存グランドレベル３の下方に配置された複数の下部砂利袋５ａと、これら下部砂利袋５ａの一部を除いたものの上に積み重ねられて既存グランドレベル３の上方に配置された上部砂利袋５ｂとの二種が存在する。詳しくは、下部砂利袋５ａは、凹部４の底一面に平面状に敷き並べられ、上下二段に積み重ねられている。他方、上部砂利袋５ｂは、平面状に敷き並べられた複数の下部砂利袋５ａの内、縁の部分の下部砂利袋５ａを除いた下部砂利袋５ａの上に支持されていて、上下二段に積み重ねられている。なお、下部砂利袋５ａ及び上部砂利袋５ｂは、少なくとも一方を一段としても或いは三段以上としてもよい。
【００２８】
下部砂利袋５ａは、図２、図３に示すように、拘束袋９に収容されている。なお、図３は模式図であり、図２とは拘束袋９内に収容される下部砂利袋５ａの数等が異なっている。
【００２９】
下部砂利袋５ａを拘束袋９に収容する手順を述べる。
【００３０】
先ず、凹部４に、拘束袋９の底部及び側部を構成する底部側部シート９ａを敷き、その上に下部砂利袋５ａを一段敷き並べ、隣接する袋同士の隙間に袋５ａ内のものよりも小さな砂利状粒子（礫や砂や構造用軽量骨材）を充填し、天圧して締め固める。それらの上に同様にして二段目の下部砂利袋５ａを敷き並べ、隣接する袋同士の隙間に小さな砂利状粒子を充填し、天圧して締め固める。
【００３１】
ここで、二段目の下部砂利袋５ａの上面が既存グランドレベル３の高さに一致するように、下部砂利袋５ａの袋体５ｘの寸法及びそれに充填する砂利状物質５ｙの量を調整しておく。二段目の下部砂利袋５ａの上面に、拘束袋９の上部を構成する上部シート９ｂを掛け、その上部シート９ｂを底部側部シート９ａと結ぶ又は縛る等して緊決する。これにより、上部シート９ｂと底部側部シート９ａとが拘束袋９となる。
【００３２】
拘束袋９は、透水性を有するもの（例えば布、不織布、メッシュ等）が好ましい。さもなければ雨水が拘束袋９の内部に浸入した場合に拘束袋９内に水が溜まり、基礎７の下方に湿気の元となる水溜まりが存在することになってしまうからである。なお、拘束袋９は、図２に示すように全ての下部砂利袋５ａを単独の拘束袋９で収容するものに限られず、複数の下部砂利袋５ａを幾つかずつ、同様の手順で別々の収容袋９に収容するようにしてもよい（図３参照）。
【００３３】
図２、図３に示すように、拘束袋９の上部シート９ｂの上には、滑りシート８が既存グランドレベル３に合わせて載せられる。滑りシート８は、地震の横揺れが大きい場合に、その上を基礎７が水平方向に滑ることで振動を吸収する機能を発揮する。滑りシート８は、基礎７が滑り易く且つ基礎７が滑っても破損し難い材質、例えば硬質プラスチックシート等が用いられる。滑りシート８のサイズは、凹部４よりも大きく設定されており、滑りシート８の縁の部分が凹部４からはみ出して既存グランドレベル３の上に載置されている。これにより、地震時に滑りシート８上を滑る基礎７は、二段目の下部砂利袋５ａの上面が既存グランドレベル３の高さに一致していることとも相俟って、凹部４の内方のみならず、凹部４の外にもスライドできる。よって、大地震時の大きな横揺れも確実に吸収できる。
【００３４】
図２に示すように、基礎７は、上部砂利袋５ｂが積み重ねられていない下部砂利袋５ａ（凹部４の縁に沿って配置された下部砂利袋５ａ）に支持された基礎立上げ部７ａと、上部砂利袋５ｂの上部を覆うように盤状に形成されて上部砂利袋５ｂに支持された基礎耐圧盤部７ｂとを有する。基礎耐圧盤部７ｂと基礎立上げ部７ａとは、繋がっており、所謂ベタ基礎を構成する。基礎立上げ部７ａは平面視で枠状に形成されており、その内方に上部砂利袋５ｂが略隙間無く収容されている。滑りシート８は、基礎立上げ部７ａの下端と下部砂利袋５ａとの間、且つ上部砂利袋５ｂと下部砂利袋５ａとの間に介在されている。よって、基礎７が滑りシート８上をスライドする際には、基礎７と一体的に上部砂利袋５ｂが滑りシート８上を滑り、上部砂利袋５ｂが下部砂利袋５ａに対して水平方向に移動する。
【００３５】
図１に示すように、基礎耐圧盤部７ｂには、太陽熱で暖められた空気を基礎耐圧盤部７ｂの上方から下方に導いて上部砂利袋５ｂに蓄熱するための入熱口１０が、上下を貫通して設けられている。また、図１、図２に示すように、基礎耐圧盤部７ｂには、上部砂利袋５ｂに蓄熱された熱によって暖められた空気を上方の室内に供給するための出熱口１１が、入熱口１０から離れて上下を貫通して設けられている。図１においては、入熱口１０を基礎耐圧盤部７ｂの略中央（中程）に一つ配設し、出熱口１１を基礎耐圧盤部７ｂの端（基礎立上げ部７ａの脇）に二つ配設したものを示したが、これに限られることはなく、入熱口１０を二つ以上配設してもよく、出熱口１１を一階の各部屋毎に配設してもよい。
【００３６】
入熱口１０に太陽熱で暖められた空気を導くシステムについて述べる。
【００３７】
図１に示すように、建物６の屋根裏には、太陽熱（太陽熱には、直射日光から得られるものだけではなく、例えば、直射日光が太陽電池等を透過した後の日光から得られる熱も含まれる）で暖められた空気を貯蔵するための暖気貯蔵室１２が形成されている。暖気貯蔵室１２と入熱口１０とは、一階の床から二階の床を貫通して二階の天井まで鉛直方向に形成されたダクト１３で接続されている。ダクト１３内には、暖気貯蔵室１２の空気を入熱口１０に送るためのファン１４が設けられている。ファン１４は送風方向を逆にできるものであってもよい。また、二階の室内の天井には、室内の空気を暖気貯蔵室１２に取り込むための開口１５が形成されている。
【００３８】
図１、図２に示すように、建物６の壁１６には、上下方向に沿った壁内空気通路１７が形成されている。壁１６は、基礎立上げ部７ａの上に設置された土台（基礎梁）１８に支持された内壁１６ａと、その外側に配設された断熱材１６ｂと、その外側に壁内空気通路１７を形成する隙間を隔てて配設された外壁１６ｃとを備えている。すなわち、壁内空気通路１７は、外壁１６ｃと断熱材１６ｂとの間に形成されている。壁内空気通路１７の下端は、基礎立上げ部７ａの側方にて外部に開口され、壁内空気通路１７の上端は、軒裏に形成された中間暖気貯蔵室１９に繋がっている。また、軒天井には、外部の空気を中間暖気貯蔵室１９に取り込むための開口２０が形成されている。軒裏の中間暖気貯蔵室１９と屋根裏の暖気貯蔵室１２とは、屋根２１の内側に形成された屋根内空気通路２２で接続されている。
【００３９】
以上の構成によれば、ファン１４を駆動すると、外部の空気が、壁内空気通路１７の下端の開口から吸い込まれ、壁内空気通路１７を上昇する際、太陽光によって暖められた外壁１６ｃの熱を受けて暖められ、暖められる前よりも比重が小さくなって上昇力が強まり、軒裏の中間暖気貯蔵室１９に至る。その空気は、軒裏に形成された開口２０から導かれた空気と共に屋根内空気通路２２を通って上昇し、その際、太陽光によって暖められた屋根２２からの熱を受けて暖められ、屋根裏の暖気貯蔵室１２に至る。その空気は、二階の天井に形成された開口１５から導かれた空気と共にダクト１３に吸い込まれ、ファン１４によって下方に押し出され、入熱口１０を通って基礎耐圧盤部７ｂの下方に至る。この空気（暖気）により上部砂利袋５ｂが暖められ、砂利状物質５ｙに蓄熱される。
【００４０】
上部砂利袋５ｂの砂利状物質５ｙに蓄熱された熱は、基礎耐圧盤部７ｂの下方の空気を暖める。暖められた空気は、ファン１４により生成された空気の流れ（慣性力）によって、出熱口１１に向けて押し流され、出熱口１１を通って基礎耐圧盤部７ｂの上方の室内に供給される。これにより室内の暖房が達成される。ここで、図１に示すように、基礎耐圧盤部７ｂの上に、直接、一階の室内の床２３を敷設すれば、上部砂利袋５ｂに蓄熱された熱を、出熱口１１からのみならず、基礎耐圧盤部７ｂ及び床２３を介して、室内に伝えることができる。
【００４１】
上部砂利袋５ｂの砂利状物質５ｙに蓄熱された熱を効率よく利用するためには、上部砂利袋５ｂの袋体５ｘが通気性を有する材質又は構造（例えば布、不織布、細目のネット等）となっていることが好ましい。また、図２、図３に示すように、かかる上部砂利袋５ｂの下に通風ガイドシート２４を敷設し、通風ガイドシート２４と基礎耐圧部７ｂとの間に、入熱口１０から上部砂利袋５ｂを通過して出熱口１１へ向かう空気の通路となる通風通路２５（図１参照）を形成してもよい。この通風通路２５により、入熱口１０から導入された空気を的確に上部砂利袋５ｂを通過させて出熱口１１に導くことができ、上部砂利袋５ｂに蓄熱された熱を効率よく室内の暖房に利用できる。
【００４２】
図２、図３に示すように、通風ガイドシート２４は、上部砂利袋５ｂの下面に接する下面シート部２４ａと、下面シート部２４ａの縁から基礎立上げ部７ａに沿って上方に延出された側面シート部２４ｂとから成り、風を通さないビニールやガラス繊維等の材質から成形されている。これにより、通風ガイドシート２４の下面シート部２４ａに沿って水平方向に流れた空気は、側面シート部２４ｂによって上方に転向されて基礎立上げ部７ａに沿って上昇し、基礎立上げ部７ａの脇に配設された出熱口１１に案内される。
【００４３】
通風ガイドシート２４は、上述のように通風通路２５の一部を構成すると共に、防湿シート及び防蟻シートを兼ねる。防蟻性能を高める場合には、ガラス繊維からなるシートに硼酸を含浸させたものを通風ガイドシート２４として用いる。また、通風ガイドシート２４は、側面シート部２４ｂを上部砂利袋５ｂの側部に固定することで、複数の上部砂利袋５ｂを拘束する機能も発揮する。
【００４４】
図２に示すように、通風ガイドシート（下面シート部２４ａと側面シート部２４ｂとが一体となったもの）２４は、上述した滑りシート８の上に載せられる。そのガイドシート２４の上に、上部砂利袋５ｂを一段敷き並べ、隣接する袋同士の隙間に袋５ｂ内のものよりも小さな砂利状粒子（礫や砂や構造用軽量骨材）を充填し、天圧して締め固める。その上に同様にして二段目の上部砂利袋５ｂを敷き並べ、隣接する袋同士の隙間に小さな砂利状粒子を充填し、天圧して締め固める。そして、通風ガイドシート２４の側面シート部２４ｂを上方に向け、上部砂利袋５ｂの側部に固定する。
【００４５】
その後、滑りシート８の上に、コンクリート用の堰板（図示せず）を、上部砂利袋を囲繞するようにして平面視で枠状に配設する。堰板の内方に基礎用の鉄筋（図示せず）を配筋する。鉄筋は、基礎立上げ部７ａとなる部分と、基礎耐圧盤部７ｂとなる部分とに夫々配筋される。配筋後、堰板の内方にコンクリートを打設し、基礎立上げ部７ａと基礎耐圧盤部７ｂとから成る基礎７を構築する。こうして構築された基礎７は、基礎立上げ部７ａの内方に上部砂利袋５ｂが隙間無く収容され、基礎耐圧盤７ｂと上部砂利袋５ｂとが密着し、基礎耐圧盤部７ｂの荷重が上部砂利袋５ｂに支持され、基礎立上げ部７ａの荷重が下部砂利袋５ａに支持されることになる。
【００４６】
最後に、基礎立上げ部７ａの外側に、滑りシート８を覆うように盛り土をし、新たなグランドレベル（新グランドレベル）２６とする。こうして施工された免震基礎構造１の上に、上述した建物６が建築される。
【００４７】
本実施形態に係る免震基礎構造１の作用を述べる。
【００４８】
地盤２が振動すると砂利袋（下部砂利袋５ａ、上部砂利袋５ｂ）５の中の砂利状物質５ｙが夫々の袋体５ｘ内で移動し、袋体５ｘの表面を引っ張る力や隣接する砂利袋５同士を押し付け合う力が生じる。この結果、地盤２の振動力の一部が砂利袋５の袋体５ｘの表面（繊維）を引っ張る力や隣接する砂利袋５同士を押し付け合う力に転換され、地盤２の振動が弱まって建物６に伝わる。よって、この免震基礎構造１は、建物６の重量の軽重に拘わらず、常に的確な振動減衰作用を発揮し、住宅等の軽量建物に対しても、適正な振動減衰作用を発揮する。
【００４９】
例えば、図５に示すように、地盤２を斜め上方に進んで砂利袋５に伝播する地震波の力Ｆは、水平方向のＸ方向成分ｘと垂直方向のＹ方向成分ｙとに分解して考えることができる。図６は、砂利袋５に左右からＸ方向成分ｘが加わり、砂利袋５に下方から加わったＹ方向成分ｙが建物６の荷重Ｗと釣り合うように作用している様子を表す。
【００５０】
図７（ａ）に示すように、砂利袋５に左右からＸ方向成分ｘが加わって、砂利袋５が水平方向から圧縮されると、袋体５ｘ内の砂利状物質５ｙが袋体５ｘ内で移動して袋体５ｘの表面が引っ張られる。また、図７（ｂ）に示すように、砂利袋５に下方からＹ方向成分ｙが、上方から建物６の荷重Ｗが加わって、砂利袋５が上下方向から圧縮されても、袋体５ｘ内の砂利状物質５ｙが袋体５ｘ内で移動して袋体５ｘの表面が引っ張られる。このように、地盤２の振動力が砂利袋５の砂利状物質５ｙを移動させる力と袋体５ｘの表面を引っ張る力とに消費されるので、建物６に伝わる振動が小さくなる。
【００５１】
図８は、複数の砂利袋５を収容する拘束袋９の作用を示す。図７（ａ）および図７（ｂ）を用いて説明したように個々の砂利袋５の袋体５ｘが変形すると、各袋体５ｘの変形によって、それらを収容する拘束袋９の表面（繊維）が引っ張られる。よって、地盤２の振動力は、個々の砂利袋５の袋体５ｘの表面を引っ張る力に消費されるのみならず、それら砂利袋５を収容する拘束袋９の表面を引っ張る力にも消費されることになり、建物６に伝わる力が一層弱くなる。
【００５２】
図８に示すように、拘束袋９に左右から地震波のＸ方向成分ｘが加わると、それらＸ方向成分ｘは、砂利袋５の袋体５ｘの表面を引っ張る力と拘束袋９の表面を引っ張る力とに消費され、Ｙ方向上方の力ｙ１とＹ方向下方の力ｙ２とが生じる。そして、Ｙ方向上方の力ｙ１が、建物６の荷重及び地震時のめり込み力の合力Ｙ１と相殺され、Ｙ方向下方の力ｙ２が、地震波の突き上げ力及びＹ方向成分の合力Ｙ２と相殺される。この結果、Ｙ方向のバランスが保たれる。
【００５３】
また、図１、図２に示すように、この免震基礎構造１は、基礎立上げ部７ａの下端が滑りシート８の上に載置されていることから、地震の横揺れが大きい場合には、基礎７が滑りシート８上を水平方向に滑り、横揺れが建物６に伝わり難くなる。すなわち、巨大地震時における地盤２の横揺れは、基礎７が滑りシート８上を水平方向に滑ることで吸収され、極端に弱まって建物６に伝わる。この結果、巨大地震時の建物６の倒壊を防止できる。
【００５４】
加えて、この免震基礎構造１は、建物６の基礎７が砂利袋５に広面積で支持されている。詳しくは、基礎立上げ部７ａの下端面が下部砂利袋５ａに支持され、基礎耐圧盤部７ｂの下面が全面的に上部砂利袋５ｂに支持されている。よって、ロッキングボール等の滑り支承を用いた従来の免震構造よりも安定して基礎７を支持することができ、ロッキングボール等の滑り支承を用いた免震構造のように強風時に建物が揺れることは無い。
【００５５】
更には、図４を用いて説明したように、地盤２の振動が砂利袋５を通過して建物６に伝わる際、振動の周期が大幅に小さくなって即ち波長が短くなって建物６に伝わる。この結果、地盤２の卓越周期に拘わらず、建物６には建物６の固有周期よりも大幅に小さい周期の振動が伝わることになる。よって、地震時に建物６の共振を回避でき、同時に居住者の低周波振動障害をも防止できる。
【００５６】
また、地盤２に既存グランドレベル３から掘り下げて凹部４を形成してそこに砂利袋５（下部砂利袋５ａ、上部砂利袋５ｂ）を敷き並べたので、凹部４を形成する際に除去された土砂が砂利袋５内の砂利状物質５ｙに置き換えられ、地盤改良されている。そして、その上に基礎７の基礎耐圧盤部７ｂが支持されている。よって、地盤２が仮に軟弱地盤であったとしても、基礎７の沈下（地盤沈下）を抑えることができる。
【００５７】
本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、拘束袋９、通風ガイドシート２４、入熱口１０、出熱口１１及び滑りシート８は、適宜、何れか一つ又は複数について省略できる。
【符号の説明】
【００５８】
１ 免震基礎構造
２ 地盤
３ 既存グランドレベル
４ 凹部
５ 砂利袋
５ａ 下部砂利袋
５ｂ 上部砂利袋
５ｘ 袋体
５ｙ 砂利状物質
６ 建物
７ 基礎
７ａ 基礎立上げ部
７ｂ 基礎耐圧盤部
８ 滑りシート
９ 拘束袋
１０ 入熱口
１１ 出熱口
２３ 床
２４ 通風ガイドシート
２４ａ 下面シート部
２４ｂ 側面シート部
２５ 通風通路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に既存グランドレベルから掘り下げて形成された凹部と、
該凹部に複数敷き並べられ、夫々内部に砂利状物質が収容された砂利袋と、
該砂利袋に支持された建物の基礎と、
を備えたことを特徴とする建物の免震基礎構造。
【請求項２】
前記砂利袋と前記基礎の下端との間に、地盤の振動時に前記基礎が前記砂利袋に対して水平方向に移動することを許容する滑りシートを介在した、
請求項１に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項３】
前記砂利状物質に、構造用軽量骨材を用いた、
請求項１又は２に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項４】
前記砂利袋が、既存グランドレベルの下方に配置された複数の下部砂利袋と、これら下部砂利袋の一部を除いたものの上に積み重ねられて既存グランドレベルの上方に配置された上部砂利袋との二種から成り、
前記基礎が、前記上部砂利袋が積み重ねられていない前記下部砂利袋に支持された基礎立上げ部と、前記上部砂利袋の上部を覆うように盤状に形成されて前記上部砂利袋に支持され前記基礎立上げ部に繋がった基礎耐圧盤部とを有し、
前記滑りシートが、前記下部砂利袋と前記基礎立上げ部の下端との間、且つ前記下部砂利袋と前記上部砂利袋との間に介在された、
請求項２又は３に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項５】
前記下部砂利袋を複数拘束するため、それら複数の下部砂利袋を収容する拘束袋を更に備えた、
請求項４に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項６】
前記基礎耐圧盤部に上下を貫通して設けられ、太陽熱で暖められた空気を前記基礎耐圧盤部の上方から下方に導いて前記上部砂利袋に蓄熱するための入熱口と、
前記基礎耐圧盤部に前記入熱口から離れて上下を貫通して設けられ、前記上部砂利袋に蓄熱された熱によって暖められた空気を上方の室内に供給するための出熱口とを更に備えた、
請求項４又は５に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項７】
前記上部砂利袋が通気性を有し、
かかる上部砂利袋の下面に接する下面シート部と該下面シート部の縁から上方に延出された側面シート部とから成る通風ガイドシートを更に備え、
該通風ガイドシートと前記基礎耐圧部との間に、前記入熱口から前記上部砂利袋を通過して前記出熱口へ向かう空気の通路となる通風通路を形成した、
請求項６に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項８】
前記上部砂利袋に蓄熱された熱を前記基礎耐圧盤部を介して室内に伝えるため、前記基礎耐圧盤部の上に、直接、室内の床を敷設した、
請求項６又は７に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項１】
地盤に既存グランドレベルから掘り下げて形成された凹部と、
該凹部に複数敷き並べられ、夫々内部に砂利状物質が収容された砂利袋と、
該砂利袋に支持された建物の基礎と、
を備えたことを特徴とする建物の免震基礎構造。
【請求項２】
前記砂利袋と前記基礎の下端との間に、地盤の振動時に前記基礎が前記砂利袋に対して水平方向に移動することを許容する滑りシートを介在した、
請求項１に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項３】
前記砂利状物質に、構造用軽量骨材を用いた、
請求項１又は２に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項４】
前記砂利袋が、既存グランドレベルの下方に配置された複数の下部砂利袋と、これら下部砂利袋の一部を除いたものの上に積み重ねられて既存グランドレベルの上方に配置された上部砂利袋との二種から成り、
前記基礎が、前記上部砂利袋が積み重ねられていない前記下部砂利袋に支持された基礎立上げ部と、前記上部砂利袋の上部を覆うように盤状に形成されて前記上部砂利袋に支持され前記基礎立上げ部に繋がった基礎耐圧盤部とを有し、
前記滑りシートが、前記下部砂利袋と前記基礎立上げ部の下端との間、且つ前記下部砂利袋と前記上部砂利袋との間に介在された、
請求項２又は３に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項５】
前記下部砂利袋を複数拘束するため、それら複数の下部砂利袋を収容する拘束袋を更に備えた、
請求項４に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項６】
前記基礎耐圧盤部に上下を貫通して設けられ、太陽熱で暖められた空気を前記基礎耐圧盤部の上方から下方に導いて前記上部砂利袋に蓄熱するための入熱口と、
前記基礎耐圧盤部に前記入熱口から離れて上下を貫通して設けられ、前記上部砂利袋に蓄熱された熱によって暖められた空気を上方の室内に供給するための出熱口とを更に備えた、
請求項４又は５に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項７】
前記上部砂利袋が通気性を有し、
かかる上部砂利袋の下面に接する下面シート部と該下面シート部の縁から上方に延出された側面シート部とから成る通風ガイドシートを更に備え、
該通風ガイドシートと前記基礎耐圧部との間に、前記入熱口から前記上部砂利袋を通過して前記出熱口へ向かう空気の通路となる通風通路を形成した、
請求項６に記載の建物の免震基礎構造。
【請求項８】
前記上部砂利袋に蓄熱された熱を前記基礎耐圧盤部を介して室内に伝えるため、前記基礎耐圧盤部の上に、直接、室内の床を敷設した、
請求項６又は７に記載の建物の免震基礎構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１５７７７５（Ｐ２０１１−１５７７７５Ａ）
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１７４１（Ｐ２０１０−２１７４１）
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（５１００３１６０４）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月３日（２０１０．２．３）
【出願人】（５１００３１６０４）
【Ｆターム（参考）】
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