JP5002045B2 - 建物の基礎構造 - Google Patents

Description

本発明は、建物の基礎構造に関する。より詳しくは、本発明は、建物の上部構造の浮き上がりを許容することによって、地震発生時に建物が受けるエネルギを低減するようにした建物の基礎構造に関する。

地震発生時に建物の基礎に水平方向の加速度が加わると、建物に転倒モーメントが作用する。水平方向の加速度が大きく、建物のアスペクト比（幅に対する高さの比）も大きい場合には、転倒モーメントによって建物の一側が浮き上がろうとする。その結果、例えば杭基礎を採用している建物の場合、建物の浮き上がり側では杭を引き抜こうとする引張荷重が杭に作用し、その反対側では杭を押し込もうとする圧縮荷重が増大する。これらの荷重に耐えられるだけの十分な強度を備えた基礎構造を構築するためには、それ相応のコストが必要であるが、近年、アスペクト比の大きな高層建物が次々と出現するようになったことから、そのコストの増大が著しかった。

そのため、通常は杭頭に固定連結するフーチングを杭頭から縁切りして、大きな転倒モーメントが作用したときには、フーチングより上の建物上部構造が、杭頭から浮き上がれるようにした建物の基礎構造が提案されている。

例えば特開２００３−１２９４９８号公報には、杭とフーチングとの間を、せん断抵抗用の鋼管を介して接合することで、杭とフーチングとの縁を切った建物の基礎構造が開示されており、この基礎構造では、浮き上がった建物上部構造が着座する際の衝撃を緩和するために、緩衝材を杭とフーチングとの間に敷設している。

また、特開２０００−２４０３１５号公報には、柱脚で浮き上がりを発生させて、エネルギ吸収装置で浮き上がり後の建物応答の低減を図るようにした建物の基礎構造が開示されており、この基礎構造では、着座時の衝撃を緩和するための緩衝材や、変位を制御するための復元部材を浮き上がり部分に介装している。

また、特開２００１−１１５６８３号公報には、建物上部構造の鋼管柱と、建物下部構造である基礎のフーチングに埋め込んだ鋼管との間隙に、ダンパを介装した構造が開示されている。

特開２０００−２４０３１５号公報 特開２００１−１１５６８３号公報 特開２００３−１２９４９８号公報

しかしながら、これら特許文献に開示されているものをはじめとして、従来提案されていた上部構造の浮き上がりを許容するようにした基礎構造には、浮き上がり部を製作するために複雑で面倒な作業を強いられ、高い精度を出すことが困難であるという、施工性に関する難点が付随していた。浮き上がり部を構成する、杭の杭頭部分とフーチングとを、プレキャスト・コンクリート製の部材（ＰＣ部材）とする方法は、現場作業の簡易化を図る上で有用であるが、ただしＰＣ部材が大型のものとなるため、運搬及び現場での設置作業に困難を生じ、また、ＰＣ部材とした杭頭と場所打ちの杭本体との間の接合部の狭小な部分へ、モルタルグラウトを行う作業が必要となり、この作業にも困難が伴う。更には、各々をＰＣ部材として構成した杭頭部分とフーチングとの間で、精密な位置合せが必要であるが、この位置合せの作業も容易なものではなかった。

本発明は、かかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、建物の上部構造の浮き上がりを許容するようにした建物の基礎構造において、その施工性を大幅に向上させることにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る建物の基礎構造は、杭と該杭に支持されたフーチングとを備えた建物の基礎構造であって、前記杭の杭頭上面に嵌合凸部を設け、前記フーチングの下面に嵌合凹部を設け、前記嵌合凸部と前記嵌合凹部とが嵌合することで前記杭と前記フーチングとの間の相対的な水平方向の変位が阻止される一方で、前記建物に所定大きさ以上の転倒モーメントが作用したときには前記嵌合凹部と前記嵌合凸部とが離れることで前記フーチングが前記杭の杭頭から浮き上がれるようにした建物の基礎構造において、前記嵌合凸部を画成する部材であって、下面から複数の鉄筋が延出したプレキャスト・コンクリート（ＰＣ）製の部材であるＰＣ製嵌合凸部画成部材が予め製作されており、前記杭は、場所打ちコンクリート杭であって、前記ＰＣ製嵌合凸部画成部材を杭頭に設置する前に打設する先打ちコンクリート部と、前記ＰＣ製嵌合凸部画成部材を杭頭に設置した後に前記複数の鉄筋と前記ＰＣ製嵌合凸部画成部材の下方部分とをコンクリートで包持するように打設する後打ちコンクリート部とを含み、前記フーチングは場所打ちコンクリート造のフーチングであり、完成した前記杭の杭頭を型枠の一部として利用して打設されることで、該フーチングの下面に前記嵌合凹部が画成されていることを特徴とする。

本発明によれば、建物の上部構造の浮き上がりを許容する基礎構造において、杭頭に嵌合凸部を設けた杭を先に構築し、しかる後に、完成した杭の杭頭を型枠の一部として利用して場所打ちコンクリート造のフーチングを打設するようにしているため、嵌合凹部並びにフーチングの底面を、極めて容易な作業で、高い精度をもって画成することができる。従って、基礎を構築するための現場作業が格段に容易化され、施工性が大幅に向上すると共に、嵌合凸部及び嵌合凹部の寸法精度も向上する。

本発明の好適な実施の形態にかかる建物の基礎構造を採用した基礎の断面側面図である。 図１の基礎に用いるプレキャスト・コンクリート（ＰＣ）製嵌合凸部画成部材の具体例を示した図であり、Ａは第１の具体例の平面図、Ｂは同側面図、Ｃは第２の具体例の平面図、Ｄは同側面図、Ｅは第１及び第２の具体例の断面図、Ｆは第１及び第２の具体例の変更例を示した断面図である。 本発明の好適な実施の形態に係る建物の基礎構造の構築方法を説明するための図であり、杭頭の断面側面図である。 本発明の好適な実施の形態に係る建物の基礎構造の構築方法を説明するための図であり、Ａ、Ｂは夫々杭頭の断面側面図である。 本発明の好適な実施の形態に係る建物の基礎構造の構築方法を説明するための図であり、Ａは杭頭の平面図、Ｂ、Ｃは夫々杭頭の断面側面図である。 本発明の好適な実施の形態に係る建物の基礎構造の構築方法を説明するための図であり、Ａは杭頭の平面図、Ｂ、Ｃは夫々杭頭の断面側面図である。 本発明の好適な実施の形態に係る建物の基礎構造の構築方法を説明するための図であり、杭頭の一部断面側面図である。 本発明の好適な実施の形態に係る建物の基礎構造の構築方法を説明するための図であり、Ａは鉄筋組立体の配筋形態を示した模式図、Ｂは杭頭の一部断面側面図である。 本発明の好適な実施の形態に係る建物の基礎構造の構築方法を説明するための図であり、杭頭の一部断面側面図である。

以下に本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる建物の基礎構造を採用した基礎１０の断面側面図である。図１に示したように、基礎１０は、鉄筋コンクリート杭１２と、この杭１２に支持された鉄筋コンクリート造のフーチング１４とを備えた、いわゆる鉄筋コンクリート造の杭基礎である（尚、図１では、杭１２及びフーチング１４に配筋されている鉄筋は図示省略した）。ただし、通常の杭基礎のように、杭頭とフーチングとが固定連結されておらず、杭１２の杭頭とフーチング１４とは縁切りされている。そして、杭１２の杭頭上面に嵌合凸部１８を設け、フーチング１４の下面に嵌合凹部２０を設けてあり、それら嵌合凸部１８と嵌合凹部２０とが嵌合することで、杭１２とフーチング１４との間の相対的な水平方向の変位が阻止されるようにしてある。一方、地震発生時に地盤から建物に水平方向の加速度が加わり、それによって建物に、その建物の設計に応じて定まる所定の大きさ以上の転倒モーメントが作用したときには、建物の浮き上がり側において、嵌合凸部１８と嵌合凹部２０とが離れることで、フーチング１４が杭１２の杭頭から浮き上がれるようにしてある。尚、図中、嵌合凸部１８と嵌合凹部２０との間に介装されているのは板状緩衝材、フーチング１４の底面と杭１２の杭頭上面の嵌合凸部１８の周囲との間に介装されているのは縁切りシートであり、これらについては後に説明する。

嵌合凸部１８及び嵌合凹部２０の形状は、上述した水平方向の変位の阻止機能と、浮き上がり許容機能とが得られるのであれば、任意の形状とすることができるが、ただし、採用可能な様々な形状のうちでも、特に、軸心を鉛直方向に向けた円錐台形または角錐台形の形状とすることが好ましい。また、良好に機能する基礎を実現するためには、嵌合凸部１８及び嵌合凹部２０を高精度で画成することが望まれる。鉄筋コンクリート造で、円錐台形または角錐台形の凸部ないし凹部を高精度で画成する作業は、従来の型枠を使用した工法では非常な困難が伴うが、本発明を用いることでその作業を極めて容易に実施することができる。

図２は、図１の基礎１０を構築する上で使用するプレキャスト・コンクリート（ＰＣ）製の部材の具体例を示した図であり、Ａは第１の具体例の平面図、Ｂは同側面図、Ｃは第２の具体例の平面図、Ｄは同側面図、Ｅは第１及び第２の具体例の断面図、Ｆは第１及び第２の具体例の変更例を示した断面図である。図２に示したＰＣ部材は、嵌合凸部１８を画成する部材であるため、以下、これらをＰＣ製嵌合凸部画成部材と称する。

図２のＡ及びＢに示した第１の具体例に係るＰＣ製嵌合凸部画成部材２２は、嵌合凸部１８及び嵌合凹部２０の形状を、軸心を鉛直方向に向けた八角錐台の形状とする場合に使用するものである。ＰＣ製嵌合凸部画成部材２２は、上方部分である嵌合凸部画成部分２８と下方部分である基根部分３０とを備えている。基根部分３０の下面から複数本の鉄筋３２が延出しており、それら鉄筋３２は下方へ延出した後に水平方向へ放射状に広がっている。すなわち、それら鉄筋３２は、基根部分３０の下面から下方に延びる直線部と、前記直線部の下端から水平方向に延びる水平部とを有している。嵌合凸部画成部分２８は、軸心を鉛直方向に向けた八角錐台の形状を有し、基根部分３０は、軸心を鉛直方向に向けた八角柱の形状を有する。

図２のＣ及びＤに示した第２の具体例に係るＰＣ製嵌合凸部画成部材２４は、嵌合凸部１８及び嵌合凹部２０の形状を、軸心を鉛直方向に向けた円錐台の形状とする場合に使用するものである。第１の具体例に係るＰＣ製嵌合凸部画成部材２２との相違は、上方部分である嵌合凸部画成部分３４が、軸心を鉛直方向に向けた円錐台の形状を有し、下方部分である基根部分３６が、軸心を鉛直方向に向けた円柱の形状を有することである。その他の点は、第１の具体例に係るＰＣ製嵌合凸部画成部材２２と同じであり、基根部分３６の下面からは、同様に複数本の鉄筋３２が延出している。尚、本発明に使用するＰＣ製嵌合凸部画成部材の形状は、嵌合凸部１８及び嵌合凹部２０の設計形状に応じて定まるものであり、以上に例示した形状に限定されるものではない。

図２のＥは、ＰＣ製嵌合凸部画成部材２２、２４の鉄筋３２の配筋を示した断面図であり、複数本の鉄筋３２が、３本のフープ筋を介して相互に組付けられている。鉄筋３２の配筋は、図２のＥに示したものに限られない。例えば、図２のＦは、ＰＣ製嵌合凸部画成部材２２、２４の変更例を示したものであり、この図のように、鉄筋３２をＰＣ製嵌合突部画成部材２２、２４の外周部近傍から延出させるようにしてもよい。この変更例においては、放射状に配設された複数本の鉄筋３２が、４本のフープ筋を介して相互に組付けられている。

以下に、本発明の好適な実施の形態に係る建物の基礎構造の構築方法の具体例を、その各段階を示した図３〜図９を参照して説明する。尚、ここでは、図２のＡ及びＢに示したＰＣ製嵌合凸部画成部材２２を使用した場合、並びに、図２のＦに示したＰＣ製嵌合凸部画成部材２２を使用した場合に即して説明する。

この具体例の方法においては、先ず、ＰＣ製嵌合凸部画成部材２２を工場で製作し、現場へ運搬する。現場では杭１２を場所打ちコンクリート杭として構築する。その際に、先ず、図３に示すように、杭主筋４０を有する場所打ちコンクリート杭１２の先打ち部４２を打設する。この先打ち部４２は、場所打ちコンクリート杭１２の全体のうちの、杭頭部を除いた本体部分であり、図３における想像線は、杭１２が完成したときの杭頭部の形状を示したものである。

次に、図４に示すように、先打ち部４２の上面にＰＣ製嵌合凸部画成部材２２を支持するための複数のスペーサ４４を配置する。このとき、先打ち部４２の上面が荒れていて、スペーサ４４を落ち付かせにくいようであれば、先打ち部４２の上面を適当にはつるとよい。スペーサ４４は、ＰＣ製嵌合凸部画成部材２２のコンクリート部分の底面を支持するよりも、鉄筋３２の前記水平部を支持するようにする方が、スペーサ４４の設置作業を行いやすい。また、その場合には、スペーサ４４の配置を、ＰＣ製嵌合凸部画成部材２２の鉄筋３２の前記水平部の形態に合わせることになる。図４のＡは、図２のＡ及びＢに示したＰＣ製嵌合凸部画成部材を使用する場合のスペーサ４４の配置を示し、図４のＢは、図２のＦに示したＰＣ製嵌合凸部画成部材を使用する場合のスペーサの配置を示した。

続いて、図５に示すように、先打ち部４２の上面に、スペーサ４４および鉄筋３２の前記水平部を介してＰＣ製嵌合凸部画成部材２２を設置する。ＰＣ製嵌合凸部画成部材２２の設置位置は、高い精度をもって目標位置に合わせる（位置決めする）必要があるが、このように先打ち部４２の上面にスペーサ４４および鉄筋３２の前記水平部を介して設置する方法を用いるならば、極めて容易に高い精度を出すことができる。尚、スペーサ４４は、図４及び図５には模式的に三角形で示したが、実際には高さ調節のし易い適宜の形状のものを使用し、また必要に応じて、高さの微調整用の薄板などを併せて用いるようにしてもよい。更に、杭１２の先打ち部４２から突出した杭主筋４０の上方突出部に、フープ筋４５を緊結する。図５は以上が完了した状態を示しており、図５のＡは、杭頭の平面図、図５のＢは、図２のＡ及びＢに示したＰＣ製嵌合凸部画成部材を使用した場合の杭頭の断面側面図、図４のＣは、図２のＦに示したＰＣ製嵌合凸部画成部材を使用した場合の杭頭の断面側面図である。

続いて、杭頭部を画成するための不図示の型枠を組み、そして、杭主筋４０の上方突出部と、ＰＣ製嵌合凸部画成部材２２の下面から延出した鉄筋３２と、ＰＣ製嵌合凸部画成部材２２の下方部分である基根部分３０とをコンクリートで包持するようにして、場所打ちコンクリート杭１２の後打ち部４６を打設し、型枠を取外すことで、場所打ちコンクリート杭１２の構築を完了する。図６は以上が完了した状態を示しており、図６のＡは、完成した杭１２の杭頭の平面図であり、図６のＢは、図２のＡに示したＰＣ製嵌合凸部画成部材２２を使用した場合の完成した杭１２の杭頭の断面側面図、図６のＣは、図２のＦに示した変更例に係るＰＣ製嵌合凸部画成部材２２を使用した場合の完成した杭１２の杭頭の断面側面図である。

尚、嵌合凸部１８の作成については、ＰＣ製嵌合凸部画成部材を使用せずに、嵌合凸部１８に配筋する鉄筋と既製の型枠とを現場で杭１２の先打ち部４２の杭頭に設置して、後打ち部４６のコンクリートを打設する際に嵌合凸部１８を一体に画成する方法を採用することも可能であるが、嵌合凸部１８の寸法及び形状を高精度のものとする上では、ＰＣ製嵌合凸部画成部材を使用することが好ましい。

こうして杭１２が完成したならば、続いて、図７に示すように、ＰＣ製嵌合凸部画成部材の嵌合凸部画成部分で画成された嵌合凸部１８の表面に、クロロブレンゴムの板材などから成る板状緩衝材４８を接着剤などを用いて貼着する。この板状緩衝材４８は、地震発生時に杭頭から浮き上がったフーチング１４が再び着座する際の衝撃を吸収するためのものである。また、嵌合凸部１８の周囲の杭１２の杭頭の上面に、コンクリートの剥離が容易なビニールなどの縁切りシート５０を貼着する。尚、板状緩衝材４８も、その表面にコンクリートを打設したときに、そのコンクリートの剥離が容易なものであって、従って、縁切りシートとしての機能も果たすものである。また、以上の構成の変更例として、嵌合凸部１８の周囲の杭１２の杭頭の上面に、縁切りシート５０を貼着する替わりに、そこにも板状緩衝材を貼着するようにしてもよい。

更に、嵌合凸部１８の頂部に貼着した板状緩衝材４８と嵌合凸部１８の斜面部分に貼着した板状緩衝材４８との間の隙間にコーキング材５１を充填し、嵌合凸部１８の斜面部分に貼着した板状緩衝材４８と縁切りシート５０との間の隙間にもコーキング材５１を充填する。使用するコーキング材は、充填時に板状緩衝材４８及び縁切りシート５０に強力に付着し、また、硬化後にその表面にコンクリートを打設したときに、そのコンクリートの剥離が容易なものを使用する。

次に、図８に示すように、フーチング１４の下面側の鉄筋組立体５４を、スペーサ５２を介して杭１２の杭頭上に設置する。この鉄筋組立体５４は、フーチング１４の底面に対応した格子状に鉄筋を組んだ部分と、嵌合凹部２０に対応した放射状に鉄筋を組んだ部分とを含んでおり、工場などで予め組立てたものを現場に運搬するようにすれば、作業能率を上げることができる。尚、図８のＡは、鉄筋組立体５４の配筋形態を示した模式図であり、同図において、鉄筋組立体５４の周囲の点線は、完成後のフーチング１４の輪郭を示している。図８のＢは、杭頭の一部断面側面図である。

次に、図９に示すように、鉄筋組立体５４に、フーチング１４の側面側及び上面側の鉄筋５６を緊結して固定する。この後、フーチング１４の底面のうちの杭１２の周囲部分、側面、及び上面を画成するための型枠（不図示）を組み、コンクリートを打設し、型枠を取外すことで、図１に示した、場所打ちコンクリート造のフーチング１４の構築を完了する。この方法によれば、杭頭に嵌合凸部１８を設けた杭１２を先に構築し、しかる後に、完成した杭１２の杭頭を型枠の一部として利用して場所打ちコンクリート造のフーチング１４を打設するようにしているため、嵌合凹部２２並びにフーチング１４の底面を、極めて容易な作業で、高い精度をもって画成することができる。

また、以上に説明した実施の形態に係る方法によれば、杭頭の嵌合凸部１８の部分だけをＰＣ製嵌合凸部画成部材２２としてＰＣ化しているため、ＰＣ部材の軽量化及び小型化が図れ、運搬及び現場での設置作業が容易であり、嵌合凸部１８の位置に関しても容易に高い精度を出すことができる。更に、嵌合凸部１８に板状緩衝材４８を貼着した上で、フーチング１４を打設しているため、板状緩衝材４８とフーチング１４の嵌合凹部２０とのなじみがよく、嵌合凹部２０から嵌合凸部１８に作用する剪断荷重による応力が均等に伝わることから、フーチング１４に作用する水平方向か銃に対する高い抵抗力が得られる。

１０……基礎、１２……場所打ちコンクリート杭、１４……フーチング、１８……嵌合凸部、２０……嵌合凹部、２２……ＰＣ製嵌合凸部画成部材、２４……ＰＣ製嵌合凸部画成部材、３２……ＰＣ製嵌合凸部画成部材の鉄筋、４０……杭主筋、４２……杭の先打ち部、４４……スペーサ、４６……杭の後打ち部、４８……板状緩衝材、５０……縁切りシート、５１……コーキング材、５２……スペーサ、５４……鉄筋組立体。

Claims (4)

1. 杭と該杭に支持されたフーチングとを備えた建物の基礎構造であって、前記杭の杭頭上面に嵌合凸部を設け、前記フーチングの下面に嵌合凹部を設け、前記嵌合凸部と前記嵌合凹部とが嵌合することで前記杭と前記フーチングとの間の相対的な水平方向の変位が阻止される一方で、前記建物に所定大きさ以上の転倒モーメントが作用したときには前記嵌合凹部と前記嵌合凸部とが離れることで前記フーチングが前記杭の杭頭から浮き上がれるようにした建物の基礎構造において、
   前記嵌合凸部を画成する部材であって、下面から複数の鉄筋が延出したプレキャスト・コンクリート（ＰＣ）製の部材であるＰＣ製嵌合凸部画成部材が予め製作されており、
   前記杭は、場所打ちコンクリート杭であって、前記ＰＣ製嵌合凸部画成部材を杭頭に設置する前に打設する先打ちコンクリート部と、前記ＰＣ製嵌合凸部画成部材を杭頭に設置した後に前記複数の鉄筋と前記ＰＣ製嵌合凸部画成部材の下方部分とをコンクリートで包持するように打設する後打ちコンクリート部とを含み、
   前記フーチングは場所打ちコンクリート造のフーチングであり、完成した前記杭の杭頭を型枠の一部として利用して打設されることで、該フーチングの下面に前記嵌合凹部が画成されている、
   ことを特徴とする建物の基礎構造。
2. 前記ＰＣ製嵌合凸部画成部材は、前記下面から延出する複数の鉄筋を介して前記先打ちコンクリート部の上面に位置決めされて設置されている、
   ことを特徴とする請求項１記載の建物の基礎構造。
3. 前記ＰＣ製嵌合凸部画成部材の下面から延出した複数の鉄筋は、前記下面から下方に延びる直線部と、前記直線部の下端から水平方向に延びる水平部とを有し、
   前記ＰＣ製嵌合凸部画成部材の位置決めは、前記先打ち部の上面にスペーサが配置され、このスペーサの上に前記水平部が載置されて行なわれる、
   ことを特徴とする請求項２記載の建物の基礎構造。
4. 前記嵌合凸部の表面に板状緩衝材が貼着され、前記嵌合凸部の周囲の前記杭の杭頭の上面にコンクリートの剥離が容易な縁切りシートまたは板状緩衝材が貼着されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の建物の基礎構造。

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