JP2011220095A - 地震時引抜き力低減杭基礎架構 - Google Patents

Abstract

【課題】基礎杭に生じる地震時の引抜き力を小さくすることで、基礎杭の浮き上がりを防止することができるうえ、コストの低減を図ることができる。
【解決手段】杭基礎建物の内部に耐震壁１３を設けた構造物１０を支持する基礎梁２と、この基礎梁２の下方の地盤Ｇに埋設され基礎梁２の外周部に配置された複数本の側部柱下基礎杭３と、平面視で耐震壁１３の幅方向中央に配置されるとともに、半剛接合により基礎梁２に接合する複数本の中央耐震壁下基礎杭４とを備え、基礎梁２が所定の側部柱下基礎杭３に作用する地震時の引抜き力を、他の側部柱下基礎杭３に伝達し得る剛性・強度を有する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、地震時引抜き力低減杭基礎架構に関する。

従来、高層の建物においては、地震や風に対して大きな転倒モーメントが作用するため、転倒防止構造として長尺の杭の摩擦力で建物の転倒モーメントに抵抗させている。そして、従来の杭基礎架構では、杭が柱下に設置されるのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
ところで、耐震壁がフレームの中央位置に設置されている場合には、耐震壁が負担する水平力により生じる転倒モーメントに対する踏ん張り力は耐震壁脚部の杭間距離に依存し、地震時に大きな引抜き力が生じるため、その引抜き力が長期軸力より大きい場合には浮き上がりが生じないような対応が行われている。

このような引抜き力に対する処理方法として、所定の基礎杭によって処理することができない引抜き力を基礎梁を介して隣接する建物の柱に伝達し、その引抜き力の一部を負担させる方法がある。また、所定位置での杭の本数を増加したり、杭径を大きくしたり、杭長を長くする等して杭の許容引張力を大きくすることが行われている。

特開平４−３１９１２０号公報

しかしながら、従来の杭基礎架構における引抜き処理では、以下のような問題があった。
すなわち、上述したように引抜き力を基礎梁を介して隣接する柱に伝達する場合には、剛強な基礎梁が必要になっていた。また、杭の本数や杭径、杭長を大きくして杭の許容引張力を大きくする場合には、鉛直支持力に必要な杭性能に対して過剰設計となる欠点があった。
このように、従来の引抜き処理では、いずれもコストがかかるため、より好適な杭基礎架構が求められており、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、基礎杭に生じる地震時の引抜き力を小さくすることで、基礎杭の浮き上がりを防止することができるうえ、コストの低減を図ることができる地震時引抜き力低減杭基礎架構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る地震時引抜き力低減杭基礎架構では、杭基礎建物の内部に耐震壁を設けた構造物を支持する基礎梁と、基礎梁の下方の地盤に埋設された基礎杭とを備えた地震時引抜き力低減杭基礎架構であって、基礎杭は、基礎梁の外周部に配置された第１基礎杭と、平面視で耐震壁の幅方向中央に配置されるとともに、ピン接合又は半剛接合により基礎梁に接合する第２基礎杭とからなり、基礎梁は、所定の第１基礎杭に作用する地震時の引抜き力を、他の第１基礎杭に伝達し得る剛性・強度を有することを特徴としている。

本発明では、耐震壁の幅方向中央直下に配置される第２基礎杭が基礎梁に対してピン接合又は半剛接合となっているので、第２基礎杭には耐震壁のせん断力に対する抵抗モーメントが作用することが少ない。そのため、地震時に基礎梁が第２基礎杭との接合部を支点にして転倒することになり、構造物内部に設けられる耐震壁が負担する水平力（地震力）を基礎梁を介して構造物の外周部に配置される第１基礎杭に伝達させることができる。
つまり、前記水平力によって生じる基礎梁の転倒モーメントにより所定の第１基礎杭に引抜き力が作用するとともに、その他の第１基礎杭では引抜き力と反対方向の押込み力が作用し、これら第１基礎杭で負担する荷重が基礎梁を介して伝達し合うことになる。
したがって、基礎梁において、前記転倒モーメントに対する踏ん張り力を大きくすることが可能となるので、所定の第１基礎杭に生じる地震時の引抜き力を小さくすることができる。

また、本発明に係る地震時引抜き力低減杭基礎架構では、第１基礎杭は、構造物の外周部の側柱直下に配置されていることが好ましい。
本発明では、第１基礎杭が側柱より構造物の鉛直荷重を受けるので、地震時に第１基礎杭に作用する引抜き力をより小さくできる。

また、本発明に係る地震時引抜き力低減杭基礎架構では、第１基礎杭は、第２基礎杭を挟んで反対位置に配置されていることが好ましい。
本発明では、第２基礎杭を挟んで反対位置に配置される一対の第１基礎杭どうしで、基礎梁を介して効率よく負担荷重を伝達し合うことが可能となる。これにより、一方の第１基礎杭に作用する引抜き力を、基礎梁を介して他方の第１基礎杭の押込み力の大きさに応じて低減させることができる。

また、本発明に係る地震時引抜き力低減杭基礎架構では、杭基礎建物の内部に耐震壁を設けた構造物を支持する基礎梁と、基礎梁の下方の地盤に埋設された基礎杭とを備えた地震時引抜き力低減杭基礎架構であって、基礎杭は、構造物の柱直下に配置された第１基礎杭と、平面視で耐震壁の幅方向中央に配置されるとともに、ピン接合又は半剛接合により基礎梁に接合する第２基礎杭とからなり、基礎梁は、所定の第１基礎杭に作用する地震時の引抜き力を、他の第１基礎杭に伝達し得る剛性・強度を有することを特徴としている。

本発明では、第２基礎杭が基礎梁に対してピン接合又は半剛接合となっているので、第２基礎杭には耐震壁のせん断力に対する抵抗モーメントが作用することが少なく、地震時に基礎梁が第２基礎杭との接合部を支点にして転倒することになり、耐震壁が負担する水平力（地震力）を基礎梁を介して柱直下に配置される第１基礎杭に伝達させることができる。つまり、水平力によって生じる基礎梁の転倒モーメントにより所定の第１基礎杭に引抜き力が作用するとともに、その他の第１基礎杭では引抜き力と反対方向の押込み力が作用し、第１基礎杭で負担する荷重が基礎梁を介して伝達し合うことになる。したがって、基礎梁において、転倒モーメントに対する踏ん張り力を大きくすることが可能となり、所定の第１基礎杭に生じる地震時の引抜き力を小さくすることができる。
さらに、第２基礎杭が耐震壁の幅方向中央に配置されているので、耐震壁両側の柱直下に基礎杭が設けられる一般的な架構に比べて、その第２基礎杭が受ける付加軸力を低減することができる。
そして、この場合、柱直下に基礎杭を配置する一般的な架構への適用が可能であり、また構造物における耐震壁の位置に関わらず適用することができるので、汎用性のある架構となる利点がある。

また、本発明に係る地震時引抜き力低減杭基礎架構では、第１基礎杭は、基礎梁に一体的に埋設される引抜き抵抗部材を備えていることがより好ましい。
本発明では、引抜き抵抗部材によって基礎梁と第１基礎杭とがより一体的に接合されることから、引抜き抵抗部材が上述した転倒モーメントに基づく引抜き力の抵抗となり、その引抜き力をより一層小さくすることができる。

本発明の地震時引抜き力低減杭基礎架構によれば、構造物内部に設けられる耐震壁が負担する水平力（地震力）を、第２基礎杭との接合部を支点にして転倒する基礎梁を介して構造物の外周部に配置される第１基礎杭に伝達させることができ、これにより前記水平力により生じる基礎梁の転倒モーメントに対する踏ん張り力を大きくすることが可能になるため、第１基礎杭に生じる地震時の引抜き力を小さくすることができ、引抜き力が長期軸力を超えることによる基礎杭の浮き上がりを防止することができる。したがって、従来のように基礎杭の本数、杭径、杭長を増大させる場合に比べてコストの低減を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態による杭基礎架構を示す立面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図である。 側部柱下基礎杭の構成を示す側断面図である。 杭基礎架構の作用を説明するための模式図であって、（ａ）は通常時を示す図、（ｂ）は地震時を示す図である。 第２の実施の形態による構造物の平明図であって、図２に対応する図である。 第３の実施の形態による杭基礎架を示す立面図であって、図１に対応する図である。 変形例による側部柱下基礎杭を示す側断面図である。

以下、本発明の第１の実施の形態による地震時引抜き力低減杭基礎架構について、図面に基づいて説明する。

図１および図２に示すように、本第１の実施の形態による地震時引抜き力低減杭基礎架構（以下、単に「杭基礎架構１」という）は、杭基礎建物である構造物１０の基礎梁２と、この基礎梁２の下方の地盤Ｇに埋設された基礎杭３、４とを備えている。基礎杭は、基礎梁２の外周部に配置された複数本の側部柱下基礎杭３（第１基礎杭）と、平面視で耐震壁１３の幅方向中央に配置されるとともに、半剛接合により基礎梁２に接合する複数本（ここでは４本）の中央耐震壁下基礎杭４（第２基礎杭）とからなる。
なお、図２は、見易くするために基礎杭３、４についても実線で示している。

ここで、構造物１０は、建物外周部に配置される側柱１１と建物内部に配置される中柱１２とを有し、中柱１２、１２どうしに挟まれた架構面内に耐震壁１３が設けられている。耐震壁１３は、平面視で構造物の略中央部において正方形の各辺に配置されている。

基礎梁２は、構造物１０を下方より支持し、側部柱下基礎杭３に対して剛接合で連結され、中央耐震壁下基礎杭４に対して半剛接合で連結されている。そして、基礎梁２は、上部構造体（構造物１０）の荷重を支持できる所定厚さを有する鉄筋コンクリート製をなし、所定の側部柱下基礎杭３に作用する地震時の引抜き力Ｕ（図４（ｂ）参照）を、他の側部柱下基礎杭３に伝達し得る剛性・強度を有する構造となっている。

具体的に基礎梁２は、図１に示すように、中央耐震壁下基礎杭４の中心軸線から側部柱下基礎杭３の中心軸線までの間隔Ｌ１と側部柱下基礎杭３に作用する引抜き力Ｕとから求められる転倒モーメント（すなわち、構造物内部に設けられる耐震壁１３が負担する水平力（地震力）によって生じる転倒モーメント（Ｕ×Ｌ１））に抵抗できる耐力、或いは耐震壁１３を支持する中柱１２の中心軸線から側部柱下基礎杭３の中心軸線までの間隔Ｌ２と前記引抜き力Ｕとから求められる転倒モーメント（Ｕ×Ｌ２）に抵抗できる耐力を有している。

側部柱下基礎杭３は、図２の平面視で、側柱１１の直下の位置で同軸上に配置されるとともに、中央耐震壁下基礎杭４を挟んで反対位置に配置されている。図３に示すように、側部柱下基礎杭３は、鉄筋コンクリート杭であり、軸方向に延びる杭鉄筋３１（引抜き抵抗部材）の上端３１ａが基礎梁２内に突出した状態で埋設されており、杭鉄筋３１により杭の引張力を負担し抵抗する構造となっている。側部柱下基礎杭３にあっては、引抜き力Ｕに対する耐力が高められている。

中央耐震壁下基礎杭４は、側部柱下基礎杭３よりも大径の場所打ち杭であって、図２の平面視で耐震壁１３が配置される四辺のそれぞれ幅方向中央に位置し、計４本が設けられている。そして、図１に示す中央耐震壁下基礎杭４の杭頭４ａは、基礎梁２との接合部Ｔを支点にして基礎梁２を転倒可能に支持している。

次に、上述した杭基礎架構１の作用について、図４などを用いて説明する。
図４（ａ）に示すように、通常時は、構造物１０の鉛直荷重をほぼ中央耐震壁下基礎杭４で支持している。このとき、壁自重は、構造物１０の側壁の鉛直荷重を中央耐震壁下基礎杭４と側部柱下基礎杭３のそれぞれによって支持している。

図１に示すように、耐震壁１３の幅方向中央直下に配置される中央耐震壁下基礎杭４が基礎梁２に対して半剛接合となっているので、中央耐震壁下基礎杭４には耐震壁１３のせん断力に対する抵抗モーメントが少ない。そのため、図４（ｂ）に示すように、地震時に基礎梁２が中央耐震壁下基礎杭４との接合部Ｔを支点にして転倒（図４（ｂ）では矢印Ｅ方向）することになり、構造物１０内部に設けられる耐震壁１３が負担する水平力（地震力）を基礎梁２を介して構造物１０の外周部に配置される側部柱下基礎杭３に伝達させることができる。

つまり、前記水平力によって生じる基礎梁２の転倒モーメントにより所定の側部柱下基礎杭３（図４（ｂ）で左側の符号３Ａ）に引抜き力Ｕが作用するとともに、その他の側部柱下基礎杭３（図４（ｂ）で右側の符号３Ｂ）では引抜き力Ｕと反対方向（鉛直方向下向き）の押込み力Ｐが作用し、これら側部柱下基礎杭３Ａ、３Ｂで負担する荷重が基礎梁２を介して伝達し合うことになる。

したがって、基礎梁２において、転倒モーメントに対する踏ん張り力を大きくすることが可能となるので、所定の側部柱下基礎杭３Ａに生じる地震時の引抜き力Ｕを小さくすることができる。
そして、本杭基礎架構１では、耐震壁１３が地震力の大部分を負担する架構において好適である。

また、側部柱下基礎杭３は、構造物１０の外周部の側柱１１直下に配置されており、側部柱下基礎杭３が側柱１１より構造物１０の鉛直荷重を受けるので、地震時に側部柱下基礎杭３に作用する引抜き力Ｕをより小さくできるとともに、押込み力Ｐをより大きくすることができる。

また、側部柱下基礎杭３が中央耐震壁下基礎杭４を挟んで反対位置に配置されているので、それら一対の側部柱下基礎杭３、３どうしで、基礎梁２を介して効率よく負担荷重を伝達し合うことが可能となり、図４（ｂ）において一方の側部柱下基礎杭３Ａに作用する引抜き力Ｕを、基礎梁２を介して低減させることができる。

さらに、側部柱下基礎杭３が基礎梁２に一体的に埋設される補強鋼材３１を備えているので、基礎梁２と側部柱下基礎杭３とがより一体的に接合されることから、補強鋼材３１が転倒モーメントに基づく引抜き力Ｕの抵抗となり、その引抜き力Ｕをより一層小さくすることができる。

上述のように本第１の実施の形態による地震時引抜き力低減杭基礎架構では、構造物１０内部に設けられる耐震壁１３が負担する水平力（地震力）を、中央耐震壁下基礎杭４との接合部Ｔを支点にして転倒する基礎梁２を介して構造物１０の外周部に配置される側部柱下基礎杭３に伝達させることができ、これにより前記水平力により生じる基礎梁２の転倒モーメントに対する踏ん張り力を大きくすることが可能になるため、側部柱下基礎杭３（３Ａ）に生じる地震時の引抜き力Ｕを小さくすることができ、引抜き力Ｕが長期軸力を超えることによる基礎杭の浮き上がりを防止することができる。したがって、従来のように基礎杭の本数、杭径、杭長を増大させる場合に比べてコストの低減を図ることができる。

次に、本発明の地震時引抜き力低減杭基礎架構による他の実施の形態について、図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

図５に示すように、第２の実施の形態の構造物１０Ａは、側柱１１、中柱１２、耐震壁３、側部柱下基礎杭３、中央耐震壁下基礎杭４の位置が上述した第１の実施の形態とは異なっている。
構造物１０Ａは、平面視で横方向Ｘ（図５で左右方向）に設けられる３区画のうち中央部に奥行き方向Ｙ（図５で上下方向）全体にわたって耐震壁１３が配置されている。そして、耐震壁１３を架構面内に設ける位置に中柱１２が配置され、中柱１２を除いた建物外周部には側柱１１が配置されている。

中央耐震壁下基礎杭４は、平面視で横方向Ｘに沿って配置される耐震壁１３の幅方向中央のみに配置されており、半剛接合により基礎梁２（図１参照）に接合している。
側部柱下基礎杭３は、平面視で側柱１１の直下の位置で同軸上に配置されるとともに、横方向Ｘで中央耐震壁下基礎杭４を挟んで反対位置に配置されている。
本第２の実施の形態による杭基礎架構は、上述した第１の実施の形態と同様の作用効果を有し、構造物１０Ａに設けられる耐震壁１３が負担する水平力（地震力）を、中央耐震壁下基礎杭４との接合部を支点にして転倒する基礎梁２（図４参照）を介して構造物１０Ａの外周部に配置される側部柱下基礎杭３に伝達させることができる。

次に、第３の実施の形態の杭基礎架構１Ａ（地震時引抜き力低減杭基礎架構）について、図６に基づいて説明する。
第３の実施の形態による構造物１０Ｂは、建物側方に寄った位置の架構面内に耐震壁１３が設けられている。杭基礎架構１Ａにおける基礎杭は、構造物１０Ｂの柱１４の直下に配置された柱下基礎杭５（第１基礎杭）と、平面視で耐震壁１３の幅方向中央に配置されるとともに、半剛接合により基礎梁２に接合する耐震壁下基礎杭６（第２基礎杭）とからなる。そして、基礎梁２は、柱下基礎杭５（図６で符号５Ａ）に作用する地震時の引抜き力を、他の柱下基礎杭５（図６で符号５Ｂ）に伝達し得る剛性・強度を有する構造となっている。

この場合、耐震壁下基礎杭６が基礎梁２に対して半剛接合となっているので、耐震壁下基礎杭６には耐震壁１３のせん断力に対する抵抗モーメントが作用することが少なく、地震時に基礎梁２が耐震壁下基礎杭６との接合部を支点にして転倒することになり、耐震壁１３が負担する水平力（地震力）を基礎梁２を介して柱１４の直下に配置される柱下基礎杭５に伝達させることができる。
つまり、前記水平力によって生じる基礎梁２の転倒モーメントにより所定の柱下基礎杭５Ａに引抜き力が作用するとともに、その他の柱下基礎杭５Ｂでは引抜き力と反対方向の押込み力が作用し、柱下基礎杭５で負担する荷重が基礎梁２を介して伝達し合うことになる。したがって、基礎梁２において、前記転倒モーメントに対する踏ん張り力を大きくすることが可能となるので、所定の柱下基礎杭５に生じる地震時の引抜き力Ｕを小さくすることができる。

さらに、耐震壁下基礎杭６が耐震壁１３の幅方向中央に配置されているので、耐震壁１３両側の柱直下に基礎杭が設けられる一般的な架構に比べて、その耐震壁下基礎杭６が受ける付加軸力を低減することができる。
そして、この場合、柱直下に基礎杭を配置する一般的な架構への適用が可能であり、また構造物における耐震壁１３の位置に関わらず適用することができるので、汎用性のある架構となる利点がある。

以上、本発明による地震時引抜き力低減杭基礎架構の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では基礎梁２と中央耐震壁下基礎杭４（および耐震壁下基礎杭６）の杭頭４ａとの接合を半剛接合としているが、ピン接合であってもかまわない。

また、側部柱下基礎杭３の基礎梁２に対する位置は、側柱１１の直下であることに限定されることはない。そして、本実施の形態では側部柱下基礎杭３が中央耐震壁下基礎杭４を挟んで反対位置に配置されているが、このような配置に制限されることもない。

さらに、本実施の形態では側部柱下基礎杭３として鉄筋コンクリート杭を採用しているが、このような形態に限定されることはなく、例えば図６に示すような鋼管ソイルセメント杭を採用することも可能である。図７に示す鋼管ソイルセメント杭による側部柱下基礎杭３は、鋼管３３内に長尺の補強鋼材３２（引抜き抵抗部材）が杭の軸線方向に延びて配置され、鋼管３３内に充填されるソイルセメント３４と一体的に設けられている。補強鋼材３２は、基礎梁２内へ突出して埋設されるとともに、下端に略水平方向に延びる翼部材３２ａが固定されており、これにより側部柱下基礎杭３の引抜き力Ｕに対する耐力が高められた構造となっている。なお、補強鋼材３２の形状、長さ等の構成についても限定されることはない。
また、さらに他の側部柱下基礎杭３として、杭の下端を拡径して、引抜き力に対応する形状であってもかまわない。

さらにまた、側部柱下基礎杭３、中央耐震壁下基礎杭４、柱下基礎杭５、耐震壁下基礎杭６の位置、本数、杭長、杭径等の構成は、建物の構造、つまり側柱１１、中柱１２、耐震壁１３、柱１４の位置、数量等の構造条件に応じて適宜設定することができる。

１、１Ａ 杭基礎架構（地震時引抜き力低減杭基礎架構）
２ 基礎梁
３、３Ａ、３Ｂ 側部柱下基礎杭（第１基礎杭）
４ 中央耐震壁下基礎杭（第２基礎杭）
５ 柱下基礎杭（第１基礎杭）
６ 耐震壁下基礎杭（第２基礎杭）
１０、１０Ａ、１０Ｂ 構造物
１１ 側柱
１２ 中柱
１３ 耐震壁
１４ 柱
３１ 杭鉄筋（引抜き抵抗部材）
３２ 補強鋼材（引抜き抵抗部材）
Ｐ 押込み力
Ｔ 接合部
Ｕ 引抜き力

Claims (5)

1. 杭基礎建物の内部に耐震壁を設けた構造物を支持する基礎梁と、該基礎梁の下方の地盤に埋設された基礎杭とを備えた地震時引抜き力低減杭基礎架構であって、
   前記基礎杭は、前記基礎梁の外周部に配置された第１基礎杭と、平面視で前記耐震壁の幅方向中央に配置されるとともに、ピン接合又は半剛接合により前記基礎梁に接合する第２基礎杭とからなり、
   前記基礎梁は、所定の前記第１基礎杭に作用する地震時の引抜き力を、他の前記第１基礎杭に伝達し得る剛性・強度を有することを特徴とする地震時引抜き力低減杭基礎架構。
2. 前記第１基礎杭は、前記構造物の外周部の側柱直下に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の地震時引抜き力低減杭基礎架構。
3. 前記第１基礎杭は、前記第２基礎杭を挟んで反対位置に配置されていることを特徴とすることを特徴とする請求項１又は２に記載の地震時引抜き力低減杭基礎架構。
4. 杭基礎建物の内部に耐震壁を設けた構造物を支持する基礎梁と、該基礎梁の下方の地盤に埋設された基礎杭とを備えた地震時引抜き力低減杭基礎架構であって、
   前記基礎杭は、前記構造物の柱直下に配置された第１基礎杭と、平面視で前記耐震壁の幅方向中央に配置されるとともに、ピン接合又は半剛接合により前記基礎梁に接合する第２基礎杭とからなり、
   前記基礎梁は、所定の前記第１基礎杭に作用する地震時の引抜き力を、他の前記第１基礎杭に伝達し得る剛性・強度を有することを特徴とする地震時引抜き力低減杭基礎架構。
5. 前記第１基礎杭は、前記基礎梁に一体的に埋設される引抜き抵抗部材を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の地震時引抜き力低減杭基礎架構。

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