JP2002138494A - 構造物および構造物の解体・構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 大きなコストアップを伴うことなく、容易に
杭頭に作用するせん断力および曲げモーメントを低減す
る。 【解決手段】 上部構造１４の下面１４ａに、基礎杭１
３に並列して、基礎杭１３より長さ寸法の短い短杭１５
を下方に突出状態に設けるとともに、短杭１５の杭頭１
５ａと上部構造１４の下面１４ａとを剛結合した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビル等に用いられ
て好適な構造物、および、このような構造物の解体・構
築方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の構造物としては、図１３に示す
建物１のように、地盤Ｇ内に設置されてその下端が支持
層２に到達するように形成された基礎杭３と、この基礎
杭３によって支持された上部構造４とを有するものが知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のような建物１
は、地震時においては、上部構造４に慣性力が作用する
ために、基礎杭３の杭頭３ａに非常に大きな曲げモーメ
ントやせん断力が生じる。したがって、建物１が、高層
ビルなどであり慣性力が大きくなる場合には、杭頭３ａ
の大きな曲げモーメントに対応するために、図１４
（ａ）に示すように、基礎杭３を、その杭頭部３ａを拡
径した拡径杭５としたり、（ｂ）に示すように、基礎杭
３の杭頭３ａを鋼管６で補強するなどの対策が必要であ
り、これにより、コストアップや工期の長期化を招くこ
ととなっていた。

【０００４】一方、杭頭３ａに作用する曲げモーメント
を低減するために、基礎杭３の杭頭３ａと上部構造４と
の間をピン結合により接続する工法も提案されている
が、この場合においてもせん断力を低減することはでき
ないために、やはり、杭頭の補強が必要であった。

【０００５】また、これとは別に、図１３のような建物
１を建て替える際には、コスト・工期の観点から、建て
替え以前の旧建物を支持していた杭（既存杭）を、建て
替え以後の新建物の杭として再利用することが望まれ
る。しかし、既存杭は、耐震基準が現在に比較して緩い
時代に構築されたものが多く、鉛直支持力はあるもの
の、水平耐力が小さく、上述のように、杭頭に大きな曲
げモーメントやせん断力が作用する場合には、結局利用
できないという問題点があった。

【０００６】本発明は、以上のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、大きなコストアップを伴うことなく、
容易に杭頭に作用するせん断力および曲げモーメントを
低減することのできるような構造物を提供することを課
題とする。また、既存杭を有効に利用して、建て替えの
コストを大幅に削減することができるような、構造物の
解体・構築方法を提供することを別の課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては以下の手段を採用した。すなわち、
請求項１記載の発明は、下端が支持層に到達するように
形成された基礎杭と、該基礎杭によって支持された上部
構造とを有する構造物であって、前記上部構造の下面
に、前記基礎杭に並列して、前記基礎杭より長さ寸法の
小さい短杭を下方に突出状態に設けるとともに、前記短
杭の杭頭と前記上部構造の下面とを剛結合したことを特
徴としている。

【０００８】このような構成により、短杭は、支持層ま
で到達することが無く、その下端が支持層によって拘束
されることがない。さらに、短杭を極めて短く形成する
ことによって、短杭と地盤との間に作用する摩擦力を大
幅に低減することができる。また、短杭は、その杭頭が
上部構造の下面に剛結合されているので、、地震時に
は、上部構造とともに変位することとなり、これによっ
て、短杭が、上部構造に作用する水平力を地盤に伝達す
る機能を発揮することができる。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明であって、前記短杭は、前記上部構造の下面に接する
地盤を改良した地盤改良体と、該地盤改良体の内部に挿
入されるとともに前記上部構造の下面に固定された構造
材とによって形成されていることを特徴としている。

【００１０】このような構成により、短杭施工時の地盤
の掘削を最小限とすることができる。

【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明であって、前記基礎杭と前記上部構造との間
は、ピン結合されていることを特徴としている。

【００１２】このような構成により、基礎杭の杭頭部に
伝達される上部構造の慣性力を低減することができ、短
杭が負担する水平力をより一層大きくすることができ
る。

【００１３】請求項４記載の発明は、既存構造物を解体
して、同一位置に新たに新設構造物を構築するための方
法であって、前記既存構造物を、基礎杭を残して、該基
礎杭により支持された上部構造のみを解体し、前記基礎
杭に並列して、該基礎杭よりも深さ寸法の小さい短杭を
設け、該短杭および前記基礎杭の双方の杭頭部に対して
接合するように、前記新設構造物の上部構造を設けるこ
とを特徴としている。

【００１４】この場合、新設構造物においては、短杭が
上部構造に作用する水平力を負担することができるため
に、基礎杭の水平耐力が要求されず、したがって、既存
構造物の基礎杭の水平耐力が十分でない場合において
も、これを下部構造として有効利用することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１および図２は、本発明の一
実施の形態を模式的に示す図であり、図中、符号１１
は、建物（構造物）を示す。この建物１１は、地盤Ｇ内
に設置されて下端が支持層１２に到達するように形成さ
れた基礎杭１３と、この基礎杭１３によって支持された
上部構造１４とを有するものである。

【００１６】この建物１１においては、基礎杭１３に並
列して、基礎杭１３より深さ寸法の小さい短杭１５が、
上部構造１４の下面１４ａから下方に突出状態に設けら
れている。この短杭１５は、例えば、鉄筋コンクリート
あるいは鋼管によって形成され、その長さ寸法は、杭径
の５倍以下（例えば３〜４ｍ程度）となっている。これ
らの短杭１５は、地盤Ｇを掘削して設置されたものであ
り、その杭頭１５ａが上部構造１４の下面１４ａに剛結
合されている。また、この短杭１５は、図２に示すよう
に、基礎杭１３，１３，…同士の間に打設されるととも
に、建物１１の外周に接して設けられている。

【００１７】このような構成により、短杭１５は、支持
層１２にまで到達することが無く、したがって、基礎杭
１３とは異なり、その下端が支持層１２によって拘束さ
れることがない。また、このように短杭１５が極めて短
く形成されることによって、短杭１５と地盤Ｇとの間に
作用する摩擦力も大きなものとならない。さらに、短杭
１５は、その杭頭１５ａが、上部構造１４の下面１４ａ
に剛結合されているために、地震時に上部構造１４に慣
性力が作用した場合には、短杭１５は上部構造１４とと
もに変位して、上部構造１４に作用する水平力を地盤Ｇ
に対して伝達する機能を発揮することとなる。そして、
このように短杭１５が上部構造１４の慣性力の一部を負
担することにより、基礎杭１３の杭頭１３ａ付近に生じ
るせん断力および曲げモーメントを大幅に低減すること
ができる。

【００１８】このような効果を具体的に示したのが図３
および図４である。図３および図４は、建物１１に以下
のような条件を設定した場合における基礎杭１３の深さ
位置（縦軸）と曲げモーメントおよびせん断力（横軸）
との関係を数値解析により調べた結果を示すグラフであ
る。また、図中には、短杭１５を設けないとした場合の
結果を併せて示している。

【００１９】［条件］ 建物慣性力 1130×６＝6780ｋＮ 地盤条件 Ｎ値１０の砂地盤 基礎杭 杭径1500mm Ｌ＝２７ｍのコンクリート杭 ６
本 短杭 杭径1500mm Ｌ＝２７ｍの鋼管

【００２０】これらのグラフに示すように、短杭１５を
設けた場合（図中、□で示す場合）は、基礎杭１３に作
用する曲げモーメントおよびせん断力の双方とも、短杭
１５を設けない場合（図中、●で示す場合）に比較して
大幅に低減されていることが理解される。したがって、
このような短杭１５を設けることにより、コストアップ
や工期の長期化を招くことなく、杭頭１３ａに作用する
せん断力および曲げモーメントを軽減することが可能と
なり、建物１１の安全性を向上させることができる。

【００２１】なお、この場合、建物１１は、新設建物に
限らず、既存建物を建て替えたものであってもよい。こ
の場合には、既存建物の基礎杭（既存杭）１７（図１参
照）を残して既存杭１７により支持された上部構造のみ
を解体し、さらに、この既存杭１７に並列して、既存杭
１７よりも深さ寸法の小さい短杭１５を設け、さらに、
短杭１５および既存杭１７の双方の杭頭に対して接合す
るように、新設建物１１の上部構造１４を設けることに
より建て替えを行うことができる。

【００２２】この場合、新設建物１１においては、短杭
１５が上部構造１４に作用する水平力を負担することが
できるために、基礎杭１３として利用される既存杭１７
の水平耐力が要求されない。したがって、既存杭１７が
耐震基準の緩い時代に構築されたものであり、その水平
耐力が十分でない場合においても、これを下部構造とし
て有効利用することができる。その結果、建物の建て替
えコストおよび工期を大幅に低減することが可能とな
る。

【００２３】また、上記実施の形態の建物は、その構造
あるいは各部の構成については、上記実施の形態に限定
されることなく、必要に応じて他の構成を採用すること
ができる。

【００２４】例えば、図５および図６に示す建物２０の
ように、敷地に余裕がある場合には、上部構造２１の下
面に基礎スラブ２２を設け、短杭１５を基礎杭１３の外
側に位置させて基礎スラブ２２から下方に突出状態に設
けるようにすれば、より一層短杭１５の水平力負担に関
する効果を向上させることができる。

【００２５】また、図７に示す建物２４のように、基礎
杭１３の杭頭１３ａと上部構造１４との間にピン結合構
造２５を設けた構成であってもよい。この場合には、基
礎杭１３の杭頭部１３ａに伝達される上部構造１４の慣
性力を低減することができるために、短杭１５が負担す
る水平力をより一層大きくすることができ、これによっ
て短杭１５を設けたことによる杭頭１３ａのせん断力の
低減効果をより一層顕著なものとすることができる。な
お、この場合のせん断力の低減効果の解析結果を、図４
のグラフに併せて示す（図中、△で示した分布）。図４
中に示すように、ピン結合構造２５を併用することによ
り、基礎杭１３の杭頭１３ａ近傍のせん断力がより一層
低減されることが理解される。

【００２６】また、上記実施の形態においては、短杭１
５は、鋼管または鉄筋コンクリート構造とされている
が、これに代えて、図８，９に示すように、基礎杭１３
と同径以上の径寸法を有する地盤改良体２６を、上部構
造１４の下面１４ａから下方に突出状態に設け、このよ
うな地盤改良体２６内に図８、図９に示すように細径鋼
管２７（あるいはＨ型鋼などの鋼材）を複数建て込ん
で、これら全体を短杭１５として機能させることも考え
られる。また、このように細径鋼管２７やＨ型鋼などを
用いずに、図１０や図１１に示すように、地盤改良体２
６に薄肉の蛇腹鋼管２８を挿入したり、あるいは、口径
の大きいプレキャストコンクリート管を挿入してもよ
い。この場合、図１０に示すように必要に応じて蛇腹鋼
管２８内に鉄筋を配置してもよい。

【００２７】また、上記実施の形態においては、短杭１
５を地盤Ｇを掘削して設置することとなっていたが、こ
の短杭１５は、杭長を数ｍ程度の短いものとすることが
でき、基礎杭１３と異なり、支持層１２などの硬質な地
盤に嵌入させる必要がないので、図１２のように、建物
３０の地下階部分３０ａを掘削した後、掘削底３１から
地盤Ｇ内に鋼管３２を圧入することにより設置してもよ
い。また、この場合、鋼管３２等を圧入する部分の地盤
を、あらかじめ浅層改良しておけば、図８，９または図
１０，１１に示したような短杭１５を実現することがで
きる。このような構成により、短杭施工時の地盤Ｇの掘
削を最小限にすることができ、より一層のコストの低減
および工期の短縮に貢献することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係る発
明においては、短杭が、上部構造の慣性力の一部を負担
することにより、コストアップや工期の長期化を招くこ
となく、杭頭に作用するせん断力および曲げモーメント
を大幅に軽減することが可能となり、建物の安全性を向
上させることができる。

【００２９】請求項２に係る発明においては、短杭施工
時の地盤の掘削を最小限とすることができ、より一層コ
ストおよび工期の削減に貢献することができる。

【００３０】請求項３に係る発明においては、短杭が負
担する水平力をより一層大きくすることができ、短杭を
設けたことによる杭頭のせん断力の低減効果をより一層
顕著なものとすることができる。

【００３１】請求項４に係る発明においては、基礎杭と
して利用される既存杭の水平耐力が要求されず、既存杭
の水平耐力が十分でない場合においても、これを下部構
造として有効利用することができる。その結果、建物の
建て替えコストの低減を図り、工期を大幅に短縮するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を模式的に示す建物
の立断面図である。

【図２】 図１におけるＩ−Ｉ線矢視断面図である。

【図３】 本発明の効果を示すための図であって、短
杭を設けた場合と設けない場合とで、基礎杭の各部の深
さ位置（縦軸）と基礎杭に作用する曲げモーメント（横
軸）との関係を比較したグラフである。

【図４】 本発明の効果を示すための図であって、短
杭を設けた場合と設けない場合とで、基礎杭の各部の深
さ位置（縦軸）と基礎杭に作用するせん断力（横軸）と
の関係を比較したグラフである。

【図５】 本発明の他の実施の形態を模式的に示す建
物の立断面図である。

【図６】 図５におけるＩＩ−ＩＩ線矢視断面図であ
る。

【図７】 本発明のさらに他の実施の形態を模式的に
示す建物の立断面図である。

【図８】 本発明のさらに他の実施の形態を模式的に
示す短杭の立断面図である。

【図９】 図８におけるＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図
である。

【図１０】 本発明のさらに他の実施の形態を模式的
に示す短杭の立断面図である。

【図１１】 図１０におけるＩＶ−ＩＶ線矢視断面図
である。

【図１２】 本発明のさらに他の実施の形態を模式的
に示す図であって、短杭の設置方法を示すための建物の
基礎部の立断面図である。

【図１３】 従来の建物に地震時に作用する力を説明
するための建物の立断面図である。

【図１４】 従来の建物において採用される、杭頭に
作用する曲げモーメント、せん断力に対する対策の例を
示す図であって、（ａ）は、杭頭を拡径した場合、
（ｂ）は、杭頭を鋼管補強した場合の例を示す建物の部
分立断面図である。

【符号の説明】

１１，２０，２４，３０ 建物 １２ 支持層 １３ 基礎杭 １４，２１ 上部構造 １４ａ 下面 １５ 短杭 １７ 既存杭 ２５ ピン結合構造 ２６ 地盤改良体 ２７ 細径鋼管（構造材） ２８ 蛇腹鋼管（構造材）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下端が支持層に到達するように形成され
   た基礎杭と、該基礎杭によって支持された上部構造とを
   有する構造物であって、 前記上部構造の下面に、前記基礎杭に並列して、前記基
   礎杭より深さ寸法の小さい短杭を下方に突出状態に設け
   るとともに、前記短杭の杭頭と前記上部構造の下面とを
   剛結合したことを特徴とする構造物。
2. 【請求項２】 前記短杭は、前記上部構造の下面に接す
   る地盤を改良した地盤改良体と、該地盤改良体の内部に
   挿入されるとともに前記上部構造の下面に固定された構
   造材とによって形成されていることを特徴とする請求項
   １記載の構造物。
3. 【請求項３】 前記基礎杭と前記上部構造との間は、ピ
   ン結合されていることを特徴とする請求項１または２に
   記載の構造物。
4. 【請求項４】 既存構造物を解体して、同一位置に新た
   に新設構造物を構築するための方法であって、 前記既存構造物を、基礎杭を残して、該基礎杭により支
   持された上部構造のみを解体し、前記基礎杭に並列し
   て、該基礎杭よりも深さ寸法の小さい短杭を設け、該短
   杭および前記基礎杭の双方の杭頭部に対して接合するよ
   うに、前記新設構造物の上部構造を設けることを特徴と
   する構造物の解体・構築方法。