JP2009091730A - Foundation structure employing existing pile and new pile - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、構造物を建て替える際に、残存する既存杭を利用して新設構造物を構築するための既存杭と新設杭とを用いた基礎構造に関するものである。 The present invention relates to a foundation structure using an existing pile and a new pile for constructing a new structure using a remaining existing pile when rebuilding the structure.
老朽化した建物を取り壊して、新たな建物に建て替える場合に、地中に残存した既存建物の杭を、所定の箇所に増設する新設杭とともに新設建物の杭として再利用すれば、当該既存杭の撤去や埋め戻しに要する多大の手間を省くことができて経済的であるとともに、多量の廃棄物の発生も防ぐことができ、環境への負担低減の観点からも好ましい。 When demolishing an old building and rebuilding it into a new building, if the pile of the existing building that remains in the ground is reused as a pile of a new building along with a new pile that is added at a specified location, It is economical because it can save a great deal of time required for removal and backfilling, and can also prevent the generation of a large amount of waste, which is preferable from the viewpoint of reducing the burden on the environment.
ところが、現行基準においては、上記杭に対して、新設建物の存続期間中に一回程度遭遇する可能性の高い地震(以下、想定地震という。)に対する損傷防止が義務づけられており、他方上記既存杭は、一般に当該基準が制定されていなかった施工当時の旧基準に則って設計されているために、所望の鉛直支持能力は有するものの、上記想定地震に対する水平抵抗能力が不足しており、この結果上記新設杭と同じ荷重負荷条件によって再利用することができない場合が多い。 However, according to the current standards, the above piles are obligated to prevent damage against earthquakes (hereinafter referred to as assumed earthquakes) that are likely to be encountered once during the lifetime of the new building. Pile is generally designed according to the old standard at the time of construction, which was not established, so it has the desired vertical support capacity, but lacks the horizontal resistance capacity against the above-mentioned assumed earthquake. Results In many cases, the piles cannot be reused under the same load conditions as the new piles.
このため、例えば下記特許文献1においては、既存杭には鉛直荷重のみを負担させ、新設杭には鉛直荷重と水平荷重の双方を負担させることを特徴とする新設杭と既存杭とを併用した新設建物の基礎構造が提案されている。
For this reason, for example, in the following
これに対して、下記特許文献2においては、上部構造を構築するにあたって、上部構造の底面と既存杭の上端部との間を上下に離間させて、これらの間に緩衝材を介装することにより、上部構造の荷重を新設杭にのみ支持させ、かつ既存杭の上端部と上部構造との間に、これらの間で水平力を伝達できる丸棒等からなるシヤーキーを設けることにより、既存杭を、地震時に上部構造の水平力を負担させるために用いるようにした建物の建て替え方法が提案されている。
On the other hand, in the following
しかしながら、特許文献1に記載の従来の基礎構造にあっては、既存杭に水平荷重を全く負担させない構造であり、他方特許文献2に記載の建物の建て替え方法にあっては、既存杭に鉛直荷重を負担させない構造であるために、いずれも新設建物の構築にあたって打設すべき新設杭の杭径や本数が増加することになり、よって施工性や経済性の面で種々の問題点があった。
However, in the conventional foundation structure described in
また、既存杭に水平荷重を負担させる特許文献2に記載の建て替え方法においては、シヤーキーが圧縮された緩衝材によって囲繞されているために、地震時に上部構造と既存杭との間に水平方向の相対変位が生じた際に、大きな変形性能を得ることができず、よって所望のせん断歪を生じる前に破断することにより、上記水平力を負担させることができないという問題点もあった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、既存杭にも相応の鉛直荷重および水平荷重を負担させることにより、当該既存杭の性能を十分に生かした再利用を図ることができ、よって新設杭の構築に要する資源や工期あるいはコストの縮減化を図ることが可能になる既存杭と新設杭とを用いた基礎構造を提供することを課題とするものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and by allowing the existing pile to bear the corresponding vertical load and horizontal load, it can be reused by fully utilizing the performance of the existing pile. It is an object of the present invention to provide a foundation structure using an existing pile and a new pile that can reduce resources, construction period, or cost required for constructing a new pile.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、既存構造物を撤去することにより地中に残存した既存杭または既存基礎と、この既存杭または既存基礎から離間した所定位置に打設された新設杭と、上記既存杭または既存基礎上に構築される新設基礎とを備えた既存杭と新設杭とを用いた基礎構造において、上記既存杭または既存基礎と新設基礎との当接面の少なくとも一方に、両者間に空隙部を形成する凹部を形成し、かつ当該凹部内に、一端部が上記既存杭または既存基礎に固定されるとともに他端部が上記新設基礎に固定されたせん断力伝達部材を配置したことを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in
ここで、上記せん断力伝達部材としては、極低降伏点鋼を用いた棒状部材が好適であるが、上記凹部の深さ等によっては、普通鋼等の鋼材からなる棒状部材や大径の鉄筋を用いることもできる。
また、上記凹部内に配置するせん断力伝達部材の本数、材質、断面、長さ等の諸元は、上記既存杭が負担する水平力がその耐力に達する前に降伏するように選択することが好ましい。
Here, as the shearing force transmission member, a rod-shaped member using extremely low yield point steel is suitable, but depending on the depth of the concave portion or the like, a rod-shaped member made of steel such as ordinary steel or a large-diameter rebar Can also be used.
In addition, specifications such as the number, material, cross-section, length, etc. of the shear force transmitting members arranged in the recess may be selected so that the horizontal force borne by the existing piles will yield before reaching its proof strength. preferable.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記凹部が、上記既存杭または既存基礎と新設基礎との当接面の少なくとも一方の中央部に形成されていることを特徴とするものである。
The invention according to
さらに、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の発明において、上記凹部の内部であって、かつ上記せん断力伝達部材の配設位置よりも外周側には、一端部が上記既存杭もしくは既存基礎または上記新設基礎に固定されるとともに、他端部が上記凹部内において上記当接面のレベルよりも突出するストッパが設けられていることを特徴とするものである。
Furthermore, the invention according to
ちなみに、上記ストッパの他端部と、当該ストッパに対して相対変位する上記既存杭(もしくは既存基礎)または上記新設基礎との間隔は、上述した現行基準による想定地震よりも大きな地震が発生して、既存杭(または既存基礎)と新設基礎との間に相対変位が生じた際に、ストッパが相対変位する既存杭等または新設基礎に当接してその水平変位を阻止する寸法に設定することが好ましい。 By the way, the distance between the other end of the stopper and the existing pile (or existing foundation) or the newly installed foundation that is displaced relative to the stopper is larger than the assumed earthquake according to the current standard described above. When the relative displacement occurs between the existing pile (or existing foundation) and the new foundation, the stopper may be set to a dimension that prevents the horizontal displacement by contacting the existing pile or the new foundation where the stopper is relatively displaced. preferable.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の発明において、上記既存杭または既存基礎と上記新設基礎との間には、両者間の摩擦を低減する摩擦低減部材が介装されていることを特徴とするものである。
Further, the invention according to
請求項1〜4のいずれかに記載の発明によれば、既存杭(または既存基礎)と新設基礎との当接面の少なくとも一方に、両者間に空隙部を形成する凹部を形成して、当該凹部内に、端部が上記既存杭(または既存基礎)と新設基礎とに固定されたせん断力伝達部材を配置しているために、上記凹部が形成されていない両者の当接面を介して、既存杭に新設基礎からの鉛直荷重を負担させることができる。
According to the invention according to any one of
また、地震時に水平力が作用した際には、上記せん断力伝達部材によって新設基礎から既存杭(または既存基礎)へとせん断力を伝達することができる。この際に、せん断力伝達部材は、凹部内に形成されている空隙部に配置されているために、大きな変形性能を確保することができる。このため、せん断歪みを抑制して早期に破断することを防ぐことができるとともに、せん断力伝達部材の強度を調整することにより、新設基礎と既存杭等との間に大きな相対変位が生じた場合にも、当該せん断力伝達部材を降伏させて、その履歴エネルギー吸収により新設基礎上に構築された新設構造物全体の地震時安全性も向上させることができる。 Further, when a horizontal force is applied during an earthquake, the shear force can be transmitted from the new foundation to the existing pile (or existing foundation) by the shear force transmitting member. At this time, since the shearing force transmitting member is disposed in the gap formed in the recess, a large deformation performance can be ensured. For this reason, it is possible to prevent early breakage by suppressing shear strain, and when large relative displacement occurs between the new foundation and existing piles by adjusting the strength of the shear force transmission member In addition, it is possible to improve the safety at the time of earthquake of the entire new structure constructed on the new foundation by yielding the shear force transmission member and absorbing the hysteresis energy.
この結果、既存杭にも相応の鉛直荷重および水平荷重を負担させることができるとともに、当該既存杭が現行基準で要求される上記想定地震に対しても損傷することを防止して、その性能を十分に生かした再利用を図ることができる。またこれにより、新設杭が負担すべき鉛直荷重や水平力を小さくすることができるために、その断面や鉄筋量を縮減することができ、よって構築に要する資源や工期あるいはコストの縮減化を図ることができる。 As a result, the existing pile can be loaded with appropriate vertical and horizontal loads, and the existing pile can be prevented from being damaged by the above-mentioned assumed earthquakes required by the current standards. It can be reused fully. This also reduces the vertical load and horizontal force that must be borne by the new pile, so that the cross section and the amount of reinforcing bars can be reduced, thereby reducing the resources, construction period, and cost required for construction. be able to.
ここで、請求項2に記載の発明のように、上記凹部を既存杭(または既存基礎)と新設基礎との当接面の少なくとも一方の中央部に形成すれば、新設基礎からの鉛直荷重を広い面積で、かつ均等に既存杭(または既存基礎)に伝達させることができて好適である。
Here, as in the invention described in
また、請求項3に記載の発明においては、上記凹部の内部であって、かつ上記せん断力伝達部材の配設位置よりも外周側にストッパを設けているために、上述した想定地震よりも大きな地震が発生した場合においても、当該ストッパが、相対変位する上記既存杭等または上記新設基礎の水平変位を拘束することにより、せん断力伝達部材が過度に変形して破断することを防止することができる。
In the invention described in
さらに、柱直下にある既存杭のように、高い軸力が作用する既存杭については、上記当接面における摩擦力が大きくなり、この結果上記せん断力伝達部材によるせん断力の伝達やその降伏による履歴エネルギー吸収が円滑に行われなくなる虞がある。このような箇所については、請求項4に記載の発明のように、互いの当接面間に摩擦低減部材を介装すれば、上記摩擦力を低減化させて、せん断力伝達部材に所望の機能を発揮させることができる。
Furthermore, for existing piles where high axial force acts, such as existing piles directly under the pillar, the frictional force at the contact surface increases, resulting in shear force transmission by the shear force transmission member and its yield. There is a possibility that the history energy absorption is not smoothly performed. For such a part, as in the invention described in
(第1の実施形態)
図1〜図5は、本発明に係る既存杭と新設杭とを用いた基礎構造の第1の実施形態を示すものである。
この基礎構造は、例えば図1に示すように、地上6階建ての既存建物(構造物)1を撤去して地上9階建ての建物2に建て替える際に適用したもので、地中に残存した既存杭3と、これら既存杭3から離間した所定位置に打設された新設杭2aと、これら既存杭3上に構築された新設基礎5とを備えている。
(First embodiment)
1 to 5 show a first embodiment of a foundation structure using an existing pile and a new pile according to the present invention.
For example, as shown in Fig. 1, this foundation structure was applied when the existing building (structure) 1 with 6 stories above the ground was removed and replaced with a
ここで、既存杭3は、杭頭部分が所定の深さまで斫られて主筋および帯筋が撤去されており、その上に上記新設基礎5が構築されている。
さらに、既存杭3と新設基礎5との当接面のうちの、既存杭3側の当接面3aの中央には、所定の深さ寸法を有する平面視方形状の穴部4が形成されている。他方、新設基礎5側の当接面5aにも、上記穴部4よりも平面寸法が幾分大きな凹部6が形成されている。
Here, as for the existing
Furthermore, the
そして、新設基礎5の凹部6内には、上端部が新設基礎5内に埋設・固定された複数本(図では3×4=12本)のダボ鋼材(せん断力伝達部材)7が配置されている。ここで、各ダボ鋼材7は、極低降伏点鋼からなる断面方形の棒状部材であり、既存杭3の穴部4の底部近傍まで届く長さ寸法に形成されている。
In the
さらに、既存杭3の穴部4内の4方の外周側であって、かつダボ鋼材7よりも外周側には、ストッパ8が配設されている。これらストッパ8は、長方形の鋼板や鉄筋あるいはコンクリート等からなるもので、各々の板面を穴部4の側壁と平行にして、当該側壁から所定間隔をおいた位置に配置されている。また、各ストッパ8は、その高さが新設基礎5の凹部6内に突出する寸法に形成されている。そして、これらダボ鋼材7およびストッパ8の下部は、穴部4内に充填・固化されて当該穴部4を塞ぐグラウト9により既存杭3に固定されている。
Furthermore, a
ここで、ダボ鋼材7の断面寸法や凹部6の深さ寸法は、上記想定地震が発生した際に既存杭3が負担する水平力が、当該既存杭3の耐力に達する前に降伏するように設定されている。
また、当接面3a、5aから凹部6側へと突出するストッパ8の上端部(他端部)と、新設基礎5の凹部6の側壁6aとの間隔は、上記想定地震時において接触することがなく、かつ上記想定地震よりも大きな地震が発生して、既存杭3と新設基礎5との間に相対変位が生じた際に、ストッパ8が相対変位する新設基礎5の上記側面6aに当接してその水平変位を阻止する寸法に設定されている。
Here, the cross-sectional dimension of the
Moreover, the space | interval of the upper end part (other end part) of the
以上の構成からなる基礎構造を構築するには、先ず既存建物1を解体した後に、既存杭3の杭頭を所定深さまで斫り、主筋を切断して帯筋を撤去するとともに、当該既存杭3の上面中央に設けた穴部4を形成する。次いで、この穴部4内に、ダボ鋼材7とストッパ8を所定の位置およびレベルに設置した後に、グラウト9を当接面3aのレベルまで充填して固化させる。なお、上記グラウト9に代えて、コンクリートあるいはモルタルを充填しても良い。
In order to construct the foundation structure having the above configuration, first the existing
次に、このグラウト9によって穴部4が塞がれた既存杭3の上面に、図3に符号10で示すスペーサを被せる。このスペーサ10は、上記凹部6を空隙部として形成するためのもので、天板を有する方形筒状のものである。この際に、スペーサ10に代えて、スチロールやスタイロフォームなどの発泡材を用いることもできる。そして、このスペーサ10を設置するとともに新設基礎5の配筋を行った後に、コンクリートを打設して上記新設基礎5を構築する。これにより、新設基礎5の下面には、スペーサ10によって画成された空隙部となる凹部6が形成される。
Next, the spacer shown by the code |
以上の構成からなる既存杭と新設杭とを用いた基礎構造によれば、既存杭3と新設基礎5との当接面3a、5aのうちの新設基礎5側の当接面5aに、両者間に空隙部を形成する凹部6を形成し、この凹部6内に、上端部が新設基礎5に固定されるとともに下端部が既存杭3の穴部4を塞ぐグラウト9内に固定された複数本のダボ鋼材7を配置しているために、凹部が形成されていない部分の当接面3a、5aを介して、既存杭3に新設基礎5からの鉛直荷重を負担させることができる。
According to the foundation structure using the existing pile and the new pile having the above-described configuration, the
また、図5に示すように、地震時に水平力が作用した際には、ダボ鋼材7を介して新設基礎5から既存杭3へとせん断力を伝達することができる。この際に、ダボ鋼材7は、空隙部となる凹部6内に配置されているために、大きな変形性能を確保することができる。このため、せん断歪みを抑制して早期に破断することを防ぐことができるとともに、新設基礎5と既存杭3との間に大きな相対変位が生じた場合にも、これらダボ鋼材7を降伏させて、その履歴エネルギー吸収により新設基礎5上に構築された建物2全体の地震時安全性も向上させることができる。
As shown in FIG. 5, when a horizontal force acts during an earthquake, a shear force can be transmitted from the newly established
加えて、凹部5a内の外周側であって、かつダボ鋼材7の配設位置よりも外周側にストッパ8を設けているために、上述した想定地震よりも大きな地震が発生した場合においても、ストッパ8が相対変位する新設基礎5の凹部6の側面6aに当接してその水平変位を拘束することにより、ダボ鋼材7が過度に変形して破断することを防止することができる。
In addition, since the
この結果、既存杭3にも相応の鉛直荷重および水平荷重を負担させることができるとともに、既存杭3が上記想定地震に対しても損傷することを防止して、その性能を十分に生かした再利用を図ることができる。これにより、新設杭2aが負担すべき鉛直荷重や水平力を小さくすることができために、その断面や鉄筋量を縮減することができ、よって構築に要する資源や工期あるいはコストの縮減化を図ることができる。
As a result, the existing
(第2の実施形態)
図6および図7は、本発明の第2の実施形態を示すもので、図1〜図5に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
この基礎構造は、柱直下にある既存杭や、建て替える建物2が高層建物である場合のように、既存杭3に作用する鉛直荷重(軸力)が大きい場合に適用した例を示すものである。
(Second Embodiment)
6 and 7 show a second embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified.
This foundation structure shows an example applied when the vertical load (axial force) acting on the existing
すなわち、この基礎構造においては、既存杭3の外周部分が、外方に向けて漸次下方に傾斜する環状の傾斜面3bによって形成されている。そして、この傾斜面3bによって囲まれた中央部の平坦な部分に、テフロン(登録商標)等からなる平板状の滑り材11が固定されることにより、当該滑り材11の表面が当接面11aとされている。
That is, in this foundation structure, the outer peripheral portion of the existing
他方、この滑り材11と対向する新設基礎5の下面には、滑り材11よりも大きな寸法を有し、かつステンレス鋼板等からなる滑り板12が固定されており、当該滑り板12の下面が当接面12aとされている。そして、これら滑り材11および滑り板12によって、既存杭3と新設基礎5との間の摩擦を低減する摩擦低減部材が構成されている。
On the other hand, a sliding
なお、上記滑り材11と滑り板12との当接面11a、12aがほぼ全面にわたって当接するように、不陸調整用として、上記滑り板12と新設基礎5の下面との間および/または滑り材11と既存杭3の上面との間に、別途ゴム等の弾性体からなる板状部材を介装してもよい。また、滑り材11を新設基礎5の下面に設け、滑り板12を既存杭3の上面に設けてもよく、さらに傾斜面3bを上下反転させて新設基礎5側に逆テーパー状に形成してもよい。また、上記摩擦低減部材についても、滑り材11と滑り板12との組合せに限るものではない。
It should be noted that between the sliding
上記構成からなる基礎構造によれば、第1の実施形態に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、さらに既存杭3に大きな鉛直荷重が作用する箇所においても、新設基礎5との当接面3a、5a間における摩擦力を低減化させて、ダボ鋼材7に所望のせん断力伝達機能やその降伏によるエネルギー吸収効果を発揮させることができる。また、既存杭3の外周部分に環状の傾斜面3bを形成することにより杭頭部を錘台状とし、中央部のみに滑り材11を設けているために、滑り材11を設置するための材料コストを最小限に抑えることもできる。
According to the foundation structure having the above configuration, in addition to obtaining the same operational effects as those shown in the first embodiment, the
(その他の実施形態)
なお、上記第1および第2の実施形態においては、いずれも既存杭3が中実の杭である場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、例えば図8に示すように、既存杭15が中空断面の杭である場合には、予め杭頭の内部に中詰コンクリート16を充填し、当該中詰コンクリート16の上面に上記穴部4を形成してダボ鋼材7やストッパ8を配置することもできる。
(Other embodiments)
In addition, in the said 1st and 2nd embodiment, although all demonstrated only the case where the existing
さらに、既存杭3の上面に、直接新設基礎5を構築して両者間に上記基礎構造を適用する場合に限らず、図9に示すように、既存建物1が既存杭3上に既存基礎17を有している場合には、この既存杭17も残存させて、その上面に新設基礎5を構築することも可能である。この場合には、既存基礎17の上面に、同様に穴部4を形成してダボ鋼材7やストッパ8を配置すればよい。
Further, the present invention is not limited to the case where the
さらに、上記凹部6についても、必ずしも新設基礎5側に設ける場合に限定されるものではなく、既存杭3または既存基礎17の上面に形成してもよく、あるいは既存杭3(または既存基礎17)と新設基礎5との両者に互いに連通する凹部を形成することもできる。また、本発明に係る基礎構造においては、上述した既存杭3または既存基礎17と、新設基礎5との間に、水平力を伝達するダボ鋼材7を設けているが、さらに新設杭2aと新設基礎との間にも、同様にダボ鋼材7を設けることも可能である。
Further, the
また、本願発明の上記構成は、新設杭のみで構成される基礎構造において、特に地震時における損傷を防止したい新設杭と新設基礎との間の構造として転用することができるものである。 Moreover, the said structure of this invention can be diverted as a structure between the new pile and new foundation which wants to prevent the damage especially at the time of an earthquake in the foundation structure comprised only by a new pile.
1 既存建物
2 新設の建物
2a 新設杭
3、15 既存杭
3a、5a、11a、12a 当接面
5 新設基礎
6 凹部
7 ダボ鋼材
8 ストッパ
9 グラウト
11 滑り材(摩擦低減部材)
12 滑り板(摩擦低減部材)
17 既存基礎
DESCRIPTION OF
12 Sliding plate (friction reduction member)
17 Existing basics
Claims (4)
上記既存杭または既存基礎と新設基礎との当接面の少なくとも一方に、両者間に空隙部を形成する凹部を形成し、かつ当該凹部内に、一端部が上記既存杭または既存基礎に固定されるとともに他端部が上記新設基礎に固定されたせん断力伝達部材を配置したことを特徴とする既存杭と新設杭とを用いた基礎構造。 The existing pile or existing foundation left in the ground by removing the existing structure, the new pile placed at a predetermined position away from the existing pile or existing foundation, and the existing pile or existing foundation In the foundation structure using existing piles with new foundations and new piles,
At least one of the contact surfaces of the existing pile or the existing foundation and the new foundation is formed with a recess that forms a gap between them, and one end is fixed to the existing pile or the existing foundation in the recess. And a foundation structure using an existing pile and a new pile, wherein a shear force transmission member having the other end fixed to the new foundation is arranged.
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