JP2005105531A - 建物の基礎構造とその構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 市街地に建てられる高層あるいは超高層の建物のように、地下階が敷地一杯に構築される建物においても、地盤と杭の両者を効果的に併用して、少ない本数の杭で地震時の建物の安全性を高めることができるようにした施工の容易な基礎構造を提供する。
【解決手段】 建物１の直下に、建物の長期荷重を支持せず、地震時の上下動荷重及び転倒モーメントのみを支持する杭２を設けた基礎構造を構築するにあたり、杭頭にキャップ６を地盤５で支持された状態に装着することにより、杭頭の上に隙間Ｓを形成し、この状態で建物の躯体を施工することにより、建物の躯体施工完了までは杭２に荷重が作用しないようにしておき、建物の躯体施工完了後、前記隙間Ｓに無収縮モルタル等のグラウト材７を注入して、杭２と建物の躯体とを連結する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、地盤と杭の両者を効果的に併用して、建物の地震による上下動荷重及び転倒モーメントを支持するようにした建物の基礎構造とその構築方法に関するものである。

特開平１１−３０３１０２号公報 特開平１０−３３１１７３号公報 特開２００３−１３８５７６号公報

建物の基礎に杭を用いる場合、杭の頭部は建物と一体に連結され、建物の長期荷重を支持するように構成されるのが一般的である。即ち、施工の順番としては、杭が一番初めに施工され、その上に、基礎又は基礎梁、地下階や地上階の躯体が構築されて行くので、自動的に建物の長期荷重を支持することになり、また、これが杭の設置目的でもある。

ただ長期荷重のみを対象として、杭の本数を決めた場合には、大地震の際に作用する上下動荷重及び転倒モーメントに耐えられずに、杭が破損して建物に被害が生じることがある。従って、建物の長期荷重に加えて、地震時の上下動荷重及び転倒モーメントを十分に支持するためには、杭の本数を増やす必要があり、不経済である。

ところで、上記の特許文献１には、建物の荷重を基礎を介して地盤に伝える杭群のうち、建物の外周隅部に位置する杭のさらに外側に、地震時の軸力を負担する軸力負担杭を配置し、前記外周隅部の杭の頭部と軸力負担杭の頭部とを、自身が変形することで地震エネルギを吸収する履歴減衰型の基礎梁で連結した建物の制振構造が記載されており、前記軸力負担杭は、建物の施工時には建物の基礎梁に対し上下方向に絶縁され、施工完了時に基礎梁に対して連結されたもので、建物の長期荷重を支持せず、地震時の軸力及び水平力のみを負担できる杭であることが記載されている。そして、特許文献１の図３には、前記軸力負担杭の構築手順として、建物の施工時には杭頭部の鉄筋が基礎梁の開口内にただ単に挿入された状態としておき、建物完成直前（施工完了時）に、前記開口内にコンクリートを充填することで基礎梁と一体に結合することが記載されている。

しかしながら、この従来技術では、次のような問題点があった。即ち、第一の問題点は、建物の外周隅部に位置する杭のさらに外側に軸力負担杭を配置して、外周隅部の杭の頭部と軸力負担杭の頭部とを履歴減衰型の基礎梁で連結するためには、建物の周囲に、軸力負担杭及び履歴減衰型基礎梁を構築するための広い敷地が必要であるが、市街地に建てられる高層あるいは超高層の建物では、殆どの場合、建物の地下階が敷地一杯に構築されるので、このような建物には適用できないことである。

第二の問題点は、基礎梁に開口を形成し、軸力負担杭の頭部と頭部から突出した定着用鉄筋を開口内に望ませた状態に施工するにあたっては、開口内面に相当する位置に、エキスパンドメタル等による埋め込み型枠を基礎梁に埋設される多数の主筋が水平方向に貫通した状態に組み立て、仮設の支保工で埋め込み型枠を支保した状態で、埋め込み型枠の外周に基礎梁用コンクリートを打設して、基礎梁の開口を形成することになるので、開口形成位置に鉄筋や仮設材が錯綜して、施工が著しく煩雑化することである。

尚、特許文献２には、杭の頭部と建物とを上下方向に相対移動可能に縁切りして、両者間にゴムアスファルトからなる衝撃吸収材を介装して、杭に地震時の転倒モーメントによる引抜き力が作用しないようにした技術が記載され、特許文献３には、杭の頭部と建物と
の間に、免震部材であるすべり支承と、ゴム板等の弾性部材とを介装して、地震時に杭から建物へ入力される地震力を低減する技術が記載されているが、これらの特許文献２，３に記載の杭は、何れも建物の長期荷重を支持する杭であって、地震時の上下動荷重及び転倒モーメントのみを支持する杭ではない。

本発明は、上記の事柄に留意してなされたもので、その目的とするところは、市街地に建てられる高層あるいは超高層の建物のように、地下階が敷地一杯に構築される建物においても、地盤と杭の両者を効果的に併用して、少ない本数の杭で地震時の建物の安全性を高めることができるようにした施工の容易な基礎構造を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明が講じた技術的手段は、次のとおりである。即ち、請求項１に記載の発明による建物の基礎構造は、建物の直下に、建物の長期荷重を支持せず、地震時の上下動荷重及び転倒モーメントのみを支持する杭を設けたことを特徴としている。

請求項１に記載の発明による建物の基礎構造は、例えば特許文献１に記載のように、建物の施工時には杭頭部の鉄筋が基礎又は基礎梁の開口内にただ単に挿入された状態としておき、建物完成直前（建物の躯体施工完了後）に、前記開口内にコンクリートを充填するといった方法を用いて実施することも可能ではあるが、本発明では、次の方法により、請求項１に記載の発明による建物の基礎構造を構築している。

即ち、請求項２に記載の発明による建物の基礎構造の構築方法は、請求項１に記載の建物の基礎構造を構築する方法であって、杭頭にキャップを地盤で支持された状態に装着することにより、杭頭の上に隙間を形成し、この状態で建物の躯体を施工することにより、建物の躯体施工完了までは杭に荷重が作用しないようにしておき、建物の躯体施工完了後、前記隙間にグラウト材を注入して、杭と建物の躯体とを連結する点に特徴がある。

尚、キャップには、請求項３に記載の発明のように、杭の頭部から突出した定着用鉄筋を挿通するための貫通孔とグラウト材注入口と排気口とを予め形成しておくことが望ましい。

上記の建物の基礎構造は、建物の直下に、建物の長期荷重を支持せず、地震時の上下動荷重及び転倒モーメントのみを支持する杭を設けるので、市街地に建てられる高層あるいは超高層の建物のように、地下階が敷地一杯に構築される建物においても、地盤と杭の両者を効果的に併用して、建物の地震による上下動荷重及び転倒モーメントを支持することができ、少ない本数の杭で地震時の建物の安全性を高めることができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明に係る建物の基礎構造を構築するにあたり、杭頭にキャップを地盤で支持された状態に装着することにより、杭頭の上に隙間を形成し、この状態で建物の躯体を施工することにより、建物の躯体施工完了までは杭に荷重が作用しないようにしておき、建物の躯体施工完了後、前記隙間に無収縮モルタル等のグラウト材を注入して、杭と建物の躯体とを連結するので、キャップを作業床として、基礎又は基礎梁用の配筋や型枠の組立、型枠内へのコンクリート打設など、一般的な施工手順によって、杭頭上部の躯体工事を行うことができ、開口形成用の埋め込み型枠やそれを支保する仮設材、基礎又は基礎梁の主筋を埋め込み型枠に貫通する作業などが不要で、施工が容易である。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明するが、それによって本発明は限定されるものではない。図１〜図３は、本発明に係る建物の基礎構造の一例を示す。図において、１は角形平面の建物であり、建物１の直下（好ましくは外周隅部）に、建物１の長期荷重を支持せず、地震時の上下動荷重及び転倒モーメントのみを支持する杭２が設けられている。建物１の長期荷重は、鉄筋コンクリート造の底版３や基礎又は基礎梁４を介して地盤５に伝えられるように構成されている。６は、杭２の頭部に、地盤５で支持された状態に装着されたキャップであり、キャップ６と杭頭部との間に形成された隙間には、建物２の躯体工事完了後、無収縮モルタル等のグラウト材７を注入して、杭２と建物２の躯体とを連結してある。２ａは、杭２の頭部から突出した定着用鉄筋であり、基礎又は基礎梁４に埋設されている。８は地下階の柱である。キャップ６はプレキャストコンクリート製であるが、上部に打設される基礎又は基礎梁４のコンクリート重量に耐える強度があれば、鉄製や合成樹脂製であってもよい。

上記の基礎構造によれば、杭２は、建物１の長期荷重を負担していないので、大地震の際に作用する上下動荷重及び転倒モーメントに耐えることができ、少ない本数の杭２で地震時の建物の安全性を高めることができる。

次に、既存建物の鉄筋コンクリート造底版を再利用して、建物を新築する場合を例に挙げて本発明に係る建物の基礎構造の構築方法を説明する。

先ず、図４に示すように、既存建物を地下階まで解体撤去して、地中連続壁等の山留壁９及び鉄筋コンクリート造の底版３を露出させる。

しかる後、図５の（Ａ）に示すように、底版３の所定位置（杭２を構築する位置）を掘削して、孔１０をあけ、図５の（Ｂ）に示すように、孔１０の位置の地盤５に杭２を構築する。杭２としては、場所打ち杭、既製杭の何れであってもよい。

次に、図６の（Ａ）に示すように、キャップ６を杭頭に、地盤５で支持された状態に装着して、杭頭とキャップ６との間に隙間Ｓを形成する。キャップ６は、地盤５で直接支持してもよいが、図示の例では、底版３の孔縁に段差部３ａを形成して、この段差部３ａにキャップ６の外周段差部６ａを載置することにより、キャップ６の全荷重又は一部の荷重が底版３を介して地盤５に伝えられるようにしてある。また、キャップ６を杭頭に、地盤５で支持された状態に装着した状態では、キャップ６の上面と底版３の上面とが面一になるように構成されている。

キャップ６の下面には、杭頭に嵌合させる下向きに開口した穴６ｂが形成され、穴底（天井面）は中央部が最も高いアーチ状あるいはそれに類する形状に成形されている。キャップ６には、杭２の頭部から突出した定着用鉄筋２ａを挿通するための多数の貫通孔ａと、グラウト材注入口ｂと排気口ｃとが形成されている。前記グラウト材注入口ｂは穴底（天井面）外周部の低位置に開口しており、前記排気口ｃは穴底（天井面）の中央部に開口している。

この状態で、キャップ６を作業床として、基礎又は基礎梁用の配筋（図示せず）や型枠（図示せず）の組立、型枠内へのコンクリート打設などを行って、図６の（Ｂ）に示すように、杭の頭部上方に基礎又は基礎梁４を構築する。尚、グラウト材注入口ｂと排気口ｃには、基礎又は基礎梁４のコンクリート打設に先立ってチューブ１１ａ，１１ｂを接続しておき、それら１１ａ，１１ｂの先端を基礎又は基礎梁４の表面に露出させてある。

そして、図７に示すように、建物の躯体工事完了後、前記隙間Ｓに無収縮モルタル等のグラウト材７を注入して、杭２と建物２の躯体とを連結し、図３に示した基礎構造を構築するのである。

上記の方法によれば、グラウト材７を注入して、杭２と建物２の躯体が連結されるまでは、杭に建物の荷重が作用しないようにしておくので、杭２は建物２の長期荷重を支持せず、地震時の上下動荷重及び転倒モーメントのみを支持することになる。従って、地盤５と杭２の両者を効果的に併用して、少ない本数の杭２で地震時の建物１の安全性を高めることができる。

しかも、杭頭にキャップ６を地盤５で支持された状態に装着することにより、杭頭の上に隙間Ｓを形成し、この状態で建物１の躯体を施工することにより、建物１の躯体施工完了までは杭２に荷重が作用しないようにしておき、建物１の躯体施工完了後、前記隙間Ｓに無収縮モルタル等のグラウト材７を注入して、杭２と建物１の躯体とを連結するので、キャップ６を作業床として、基礎又は基礎梁用４の配筋や型枠の組立、型枠内へのコンクリート打設など、一般的な施工手順によって、杭頭上部の躯体工事を行うことができ、開口形成用の埋め込み型枠やそれを支保する仮設材、基礎又は基礎梁４の主筋を埋め込み型枠に貫通する作業などが不要で、施工が容易である。

尚、上記の実施形態では、建物の長期荷重を支持する通常の杭がない底版３だけの基礎構造に本発明を適用したが、本発明は、建物の長期荷重を支持する通常の杭を備えた基礎構造に適用することも可能である。また、図４〜図７の実施形態では、既存の底版３を再利用して建物１を新築する場合を例にとって本発明を説明したが。既存の底版３を再利用しない場合は、図８に示すように、地盤５に杭２を打設した後、図９の（Ａ）に示すように、キャップ６を杭頭に、地盤５で支持された状態に装着して、杭頭の上部に隙間Ｓを形成し、しかる後、図９の（Ｂ）に示すように、キャップ６と面一状に底版３を構築し、以下、図６の（Ｂ）〜図７で示した工程と実質的に同じ工程を経て、図１〜図３に示したような建物の基礎構造を構築することになる。この場合、キャップ６を杭頭に地盤５で支持された状態に装着した後、底版３を構築しているので、図示のとおり、前述した底版３孔縁の段差部３ａやキャップ６の外周段差部６ａは省略してある。

本発明の実施形態における杭の配置を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ矢視断面図である。 本発明に係る建物の基礎構造の一例を示す要部の縦断正面図である。 図３に示した基礎構造の構築方法の一例を説明する縦断正面図である。 図４の工程に続く構築方法の説明図である。 図５の工程に続く構築方法の説明図である。 図６の工程に続く構築方法の説明図である。 本発明の他の実施形態における基礎構造の構築方法の説明図である。 図８の工程に続く構築方法の説明図である。

符号の説明

１ 建物
２ 杭
６ キャップ
７ グラウト材
Ｓ 隙間

Claims (3)

1. 建物の直下に、建物の長期荷重を支持せず、地震時の上下動荷重及び転倒モーメントのみを支持する杭を設けたことを特徴とする建物の基礎構造。
2. 請求項１に記載の建物の基礎構造を構築する方法であって、杭頭にキャップを地盤で支持された状態に装着することにより、杭頭の上に隙間を形成し、この状態で建物の躯体を施工することにより、建物の躯体施工完了までは杭に荷重が作用しないようにしておき、建物の躯体施工完了後、前記隙間にグラウト材を注入して、杭と建物の躯体とを連結することを特徴とする建物の基礎構造の構築方法。
3. キャップには、建物の躯体に対する杭頭定着用鉄筋を挿通するための貫通孔とグラウト材注入口と排気口が予め形成されていることを特徴とする請求項２に記載の建物の基礎構造の構築方法。

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