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技術シーズ 一口メモ

地盤免震について

a)地震動は 地盤 → 基礎 → 建物構造ならびに非構造材
       建物構造ならびに非構造材 → 基礎 → 地盤 へと伝達されます。

b)一般に免震建物は基礎と建物構造を水平方向の変形に対し縁を切り免震部材で接合しており
  ます。

c)ライトドレンコロンブス、コロンブス等、異なる物理的物性を組合せる基礎コンクリートと
  一体化する発泡樹脂改良体による地盤免震は、地盤から基礎へ伝達される地震動を、空気層
  90%以上の発泡樹脂でエネルギーを吸収し、整理された地震動が基礎コンクリートに伝達し
  ます。
  また、基礎から地盤へ伝達する建物が揺れたエネルギーは、基礎と地盤間の発泡樹脂で地盤
  と基礎の衝突なく揺れ戻しのエネルギーを吸収します。
  一方、基礎と一体化した改良体は、基礎コンクリートの根入り効果と発泡樹脂のエネルギー
  吸収機能によって、免震効果を高めます。

d)基礎コンクリートは地盤との縁を切る発泡樹脂の緩衝効果で保護します。

e)発泡樹脂の振動特性である共振による増幅対策を行います。


液状化対策について

既存技術の液状化対策は
a)液状化層を非液状化層に地盤改良する。
b)液状化層を格子状の壁で地盤を拘束する。
以上の方法があります。

ライトドレンコロンブスの液状化対策は
a)液状化による建物の沈下量を荷重軽減によって少なくします。
b)排水機能・地盤拘束機能・荷重軽減機能を持つ発泡スチロールからなる格子状の地盤改良
  によって、液状化による沈下、不同沈下を防ぎます。
c)建物荷重を軽量地盤改良によって平均化し不同沈下を防ぎます。
d)ライトドレンコロンブスの液状化対策は、弊社が行う性能設計目標の一部として実施して
  おります。
e)地盤改良体に排水機能を付与することによって、建物基礎に作用する液状化による外力に対し
  対策を行う設計をします。
  具体的には
 (1)液状化による建物沈下量を、液状化しない軽量材によって沈下量を低減します。
   (2)建物荷重と地盤支持力を把握して、液状化によって基礎と一体化している改良体が浮体
    化しても、建物の沈下と不同沈下を抑制します。
   (3)建物支持地盤が液状化によって、地盤そのものが流動化したり、液状化による地盤災
    の恐れがある場合は、ライトフィルターを用い格子状に埋設する地盤改良材によって
    対処します。
   (4)擁壁が建物に近接する場合の擁壁と建物の損傷対策
       地震時、擁壁に作用する水平土圧を軽量地盤材を用いて低減します。

東日本大震災前に実施した液状化対策設計の効果の概要
[ライトフィルターを用いる過剰間隙水対策・防振による液状化発生抑制設計法]
a)下水道管・水道管の浮上り、不同沈下被害対策は地中に橋を構築するイメージで設計する。
b)マンホールの浮上り被害対策は過剰間隙水の処理とマンホールに接する地盤の浮上り抵抗力
  を確保する目的の設計をする。
c)表層地盤の免震地盤改良と液状化対策は格子状に整列埋設を行う設計をする。
d)埋設する浄化槽、貯水槽の浮上り対策は過剰間隙水圧の処理と構造物に接する浮上り抵抗力
  を確保する目的の設計をする。


躯体蓄熱について

既存技術の躯体蓄熱や蓄熱材は氷、冷水、樹脂材に蓄熱させます。

「エネサコン」蓄熱技術*
地盤改良工法「ライトドレンコロンブス」技術の一部として、基礎コンクリート全体を利用する蓄熱・蓄熱体をベース熱源に関する省エネ技術設計です。
a)基礎コンクリートを厚い断熱材で地盤や外気からの熱を断熱します。

b)蓄熱する基礎コンクリートの熱は約90%以上室内に放熱されます。

c)空調を必要とする室内容積に比べ基礎コンクリートの蓄熱容量が多いので、空調に必要な
  温度と蓄熱体の温度差が少なく、熱効率に大変優れております。

d)氷蓄熱、冷水蓄熱に比べ特別な除湿設備は不要となります。

e)冷房だけでなく暖房にも効果を発揮できます。
  (北海道の暖房の場合でも夜間電力だけで賄えます)

*「エネサコン」蓄熱技術は中村物産(有)が開発した省エネ技術の総称(標商)です。


「ライトドレンコロンブス」杭併用の基礎について

大地震を視野に、杭支持建物の耐震設計と杭基礎の基礎躯体蓄熱を考慮した技術です。
杭支持建物の地震による損傷は
(1)杭の損傷
(2)杭頭と地中梁の接続部分損傷
(3)建物構造部材等損傷
以上が挙げられています。
大地震に対する安全をどの部分の損傷によって大破・倒壊を免れるかが大きな課題点になっています。

a)パイルドラフト基礎とは、併用基礎のうち、直接基礎と杭基礎が複合して、その両者で上部
      構造を支持します。

b)「ライトドレンコロンブス工法」のパイルドラフト基礎の特徴は、直接基礎部分の支持力を
      軽量材による置換によって効果的に高め、杭の負担を軽減します。

c) ライトドレンコロンブスパイルドラフト基礎の各限界状態に対応する要求性能については、
      直接基礎の要求性能を基本としています。

d) 要求性能の確認にあたっては、建物条件・地盤条件に基づいて直接基礎の分担荷重を設定し
      ます。次に軽量材の置換によって、荷重の軽減と分担荷重の平準化を行い、これにより杭の
      分担荷重を求めます。杭の分担荷重に対して、杭の仕様・本数・配置を定め、ライトドレン
      コロンブスパイルドラフト基礎の仕様を設定します。

e) 液状化地盤の対策は、排水機能を持つ軽量材(ライトフィルター)を用いて、非液状化層と
      ポスト液状化層を形成する事によって建物支持地盤の安定を求めています。
      さらに、液状化によって地表地盤が変形しても、発泡樹脂が変形を吸収し、基礎コンクリート
      へは直接伝えません。側方流動は、ライトフィルターによって過剰間隙水圧を消散させ、建物
      近くの地盤の流動を防ぎます。

f) 地震動の入力低減は、地盤と基礎コンクリートを空気層90%以上の発泡樹脂でエネルギーを
      吸収し、整理された地震動が基礎コンクリートに伝達されます。また、建物が揺れたエネル
      ギーは、基礎と地盤内の発泡樹脂で、地盤と基礎の衝突なく揺れ戻しエネルギーを吸収しま
      す。その結果杭頭への水平抵抗は小さくなります。

g) 基礎スラブ、地中梁下部地盤と杭頭部分をライトドレンコロンブス地盤改良を行います。
      その結果、柱と基礎間の曲げ変位と曲げモーメントの低減と、建物構造が揺れることによる
      転倒モーメント等の低減が期待できます。
  このメカニズムの検証は今後の研究課題です。

h) 厚い断熱材で基礎コンクリートと地盤を熱的に縁切りし、地盤や外気からの熱を断熱します。
      この事によって基礎コンクリートに蓄熱する事が出来ます。また蓄熱した熱は室内に90%以上
      放熱されます。
      ※ 最適室内温度と地中温度の差が年間を通し少ないライトドレンコロンブス工法は、土間床
         の熱損失をほぼゼロに設計が可能です。

■ 工法の特徴
直接基礎(ラフト)部分を発泡スチロールで荷重軽減する

■ 性能の特徴
① 地盤免震効果
② 液状化対策
③ 基礎躯体蓄熱効果
④ 杭頭の水平抵抗が小さい
⑤ 地盤の変形から基礎コンクリートを保護する
⑥ 限界状態に対応する要求性能が高い


熱橋のない基礎躯体蓄熱を実現する「コロンブス工法」について

従来技術で設計・施工する基礎コンクリートを利用した躯体蓄熱は、基礎コンクリートと地盤との間に熱橋ができ、そこから熱損失を発生するため蓄熱体として性能が劣っていました。

しかし、「ライトドレンコロンブス工法」は、地盤と基礎コンクリートが厚い断熱材で縁切りされ、熱橋がありません。

そして、軽量材によって地盤と熱的にも縁を切った型枠内に基礎コンクリートを構築します。改良体は排水機能を付与しており、軽量材(断熱材)の断熱性能低下対処を行います。

また、室内の快適な温度と年間を通し外気温に影響されない一定の地中温度が、厚い断熱材と接する地盤で得られ、熱還流率と内外の温度差から求める熱還流量は限りなく小さくなります。

その結果、地盤への熱損失量はほぼゼロとなり、高い性能の蓄熱体が安価に得られます。

この技術が今後、快適かつ省エネルギー空調の基本技術である躯体蓄熱空調や電力負荷平準化技術に発展することを期待しております。

注意 :
基礎コンクリート下部に断熱材を用いる設計・施工技術は、建物の安全と断熱材の耐久性、断熱性能を確保するには多くの知見と実績が必要です。
コロンブス工法は東日本大震災をはじめ、近年発生した大地震で実証された技術であり、多くの特許技術を組み合わせた性能設計から構成されています。


ライトドレンコロンブス工法と設置階(1階または地下室)の空間の有効利用

ライトドレンコロンブス工法は厚い断熱材で地盤と外気から基礎コンクリートを外断熱します。その結果、室内環境が快適な接地階の低床化が可能となります。

低床化を行うことにより、以下のメリットがあります。
○ 1階の空間が増加する
○ 視線の高さに変化をつける設計の自由度が高まる


建物外構部の液状化対策

東日本大震災で問題になった建物基礎以外の建物周辺部外構が、液状化によって建物の設備配管が損傷したり、外構に設けられている浄化槽、立体駐車場、ゴミ置場、擁壁、下水等埋設管、歩道等に被害が多発しました。

弊社は発泡樹脂排水板「ライトフィルター」®を裏込め砕石の代わりに用いる設計と、EPS(発泡ポリスチレン)を組み合わせる液状化対策工法を15年前に開発しました。
(東日本大震災被害地区、近年の地震で液状化被害の発生した地区において効果が確認されています)

この部材は「NETIS」登録した複数の工法に使用している、耐震・防振・不同沈下対策に使用している排水材です。従来工法に比べ、軽く、施工性、掘削土量が少ない等、コストと施工期間短縮ができます。

詳しくは「ライトフィルター」(→ カタログはこちら)のカタログをご覧いただき、お問い合わせください。

「メモ2」液状化対策 もご覧ください。


液状化地盤・軟弱地盤の地震による地盤防災対応工法

弊社技術工法の概要

地表に近い浅い層の地盤に、発泡スチロール成形板とフィルター材で構成する板状排水材を用いて、浅い層の地盤を格子状に整列埋設し地盤を拘束します。
このことによって、地表に近い地盤を元の地盤より剛性が高く軽量な非液状化地盤に改良します。

想定される効果

1)地表に近い液状化層や軟弱な盛土層(田畑の埋立盛土を含む)を剛性の高い直接基礎の
  支持層に地盤改良します。
2)非液状化層へと地盤改良することによって、液状化により発生する表層地盤の変形を
  抑制します。
3)発泡樹脂排水材を用いて格子状に拘束した地盤は、地震動を低減する効果が想定されます。
  この結果、建物等の構造物の振動や揺れを低減します。
4)地表に近い浅い地盤の流動化を抑制する効果が予測されます。
  東日本大震災被災地区で施工された物件に、被害のなかったことから上記効果が想定され
  ます。

適用構造物

1)建築物(直接基礎、杭基礎)
2)建物外構構造物
3)駐車場、歩道、道路