JP2013159997A - 杭頭免震構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】地震時に杭基礎全体が一体となって変位する、施工手間の軽減や工期短縮およびローコスト化を図ることができる杭頭免震構造物を提供する。
【解決手段】複数配置された基礎杭２の頭部に免震装置３を介して上部構造体４が支持される免震構造物であって、基礎杭２において、外周に配置された外杭頭部間に土圧壁１３と水平つなぎ材１４とからなる連結部材１５を形成し、連結部材１５が内側に配置された内杭２ｂを囲うように設置されている構成としたことによって、連結部材１５で囲われた地盤の土圧力を利用して、地震時に基礎杭２全体が群杭として一体挙動し、ばらばらに変位せずに同一方向に纏まって変位するので、基礎工事を大幅に軽減して工期短縮が図れると共にローコスト化が図れる杭頭免震構造物が得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基礎杭上に免震装置を介して構築した免震建造物等において、基礎構造である基礎杭の頭部の構造を改良して免震構造にした杭頭免震構造物に関するものである。

免震装置を基礎杭の頭部上に設置して上部構造物を構築する免震構造物については、複数の技術が提案されて公知になっている。その公知に係る第１の従来技術としては、基礎上に積層ゴムを介して上部構造物を支持してなる免震構造物の基礎構造であって、前記上部構造物の底部に基礎梁を設けるとともに、前記基礎を独立の杭もしくは独立の直接基礎のみから形成してそれら杭もしくは直接基礎の間における基礎梁を省略してなるものであり、前記基礎として用いる独立の杭の杭頭部の地盤に対する回転を拘束することなく許容する構造とした免震構造物の基礎構造である（特許文献１参照）。

この免震構造物の基礎構造によれば、免震構造物における基礎を独立の杭もしくは独立の直接基礎のみで構成してそれらをつなぐ基礎梁を省略したものであるから、基礎工事を大幅に簡略化し得て工費削減、工期短縮に大きく寄与し得る。特に杭を採用した場合において杭頭部の地盤に対する回転を許容する構造とすることにより、杭頭モーメントがなくなりかつ杭に生ずる最大モーメントが低減するという利点があるというものである。

また、公知に係る第２の従来技術としては、建物本体と、この建物本体の荷重を地盤に伝達して支持する建物基礎と、この建物基礎に固定され前記建物本体を支持する免震装置とを備えた免震建物であって、前記建物基礎は、地盤に貫入された複数の鋼管杭と、これら複数の鋼管杭の杭頭部同士を連結する連結部材（基礎スラブ）とを有して構成され、前記鋼管杭の杭頭部上に前記免震装置が固定され、この免震装置上に前記建物本体の最下階の大梁が直接固定されている免震建物である（特許文献２参照）。

この免震建物によれば、鋼管杭の杭頭部同士が連結部材（基礎スラブ）で連結されているので、地震による水平力を受けた場合でも、複数の鋼管杭がばらばらに水平変位することなく同一方向に変位するので、複数の鋼管杭全体で水平力に抵抗することができ耐震性を確保することができるというものである。

更に、公知に係る第３の従来技術としては、杭頭部に設置した免震装置により上部構造体を免震支持する杭頭免震構造であって、免震装置を設置するための台座としての扁平な杭頭キャピタルを杭頭部に一体に設けるとともに、杭頭回転の発生に伴う杭頭曲げモーメントを杭頭部から杭頭キャピタルに伝達可能とし、かつ隣接設置した杭頭キャピタルの間には、それらが杭頭キャピタルどうしを相互に連結することによって、各杭頭部から各杭頭キャピタルに伝達された杭頭部曲げモーメントを曲げ戻すことによって各杭の杭頭回転を抑制するための扁平つなぎ梁を設けてなる杭頭免震構造である（特許文献３参照）。

この杭頭免震構造によれば、杭頭部に扁平な杭頭キャピタルを設け、杭頭キャピタル間に扁平つなぎ梁を設け、その扁平つなぎ梁によって杭頭回転を制御する構造としたことにより、大断面かつ剛強な基礎によって杭頭回転を無条件に拘束している従前の免震構造に比べて下部構造としての基礎を大幅に簡略化でき、免震ピットも充分に浅くすることができ、根切り量の削減を含めて施工コストを大きく削減することができるというものである。

特開平９−２７３１６２号公報 特開２００６−１０４８８３号公報 特開２００７−１２０２３２号公報

前記第１の従来技術においては、杭間をつなぐ基礎梁を省略するものであるが、ピットの底部には全面にわたって底盤を設け、その底盤には杭の直上位置に凸部を形成して杭頭部と底盤の凸部とをダボ筋により連結し、杭頭部の地盤に対する回転を拘束しないとしている。しかしながら、このような全面にわたる底盤を形成するには施工手間が掛かって基礎工事がコスト高になるという問題点を有している。また、地盤が良好な場合には底盤を省略して捨てコンのみとすることも可能としているが、このような場合には、地震動による位相差の影響を受けて杭がばらばらに水平変位し、杭全体で水平力に抵抗することを確保できないという問題点が生ずる。

また、前記第２の従来技術においては、複数の鋼管杭がばらばらに水平変位することなく同一方向に変位させるため、鋼管杭の頭部同士を連結部材である基礎スラブで連結するというものであり、前記第１の従来技術と同様に、連結部材である基礎スラブを全面に形成するには、多くの材料が必要であるばかりでなく、施工の手間が掛かってコスト高になるという問題点を有している。

さらに、前記第３の従来技術においては、全ての杭頭部に扁平な杭頭キャピタルを一体に設けるとともに、杭頭キャピタルどうしを相互に連結する扁平つなぎ梁を設けた構成であるが、この杭頭キャピタルと扁平つなぎ梁を形成するには施工手間が掛かりコスト高は回避できないという問題点を有している。

従って、従来技術においては、杭頭部間につなぎ梁や連結部材である基礎スラブなどを無くし、地震時に杭全体がばらばらに変位することなく同一方向に変位することを確保するとともに、施工手間の軽減や工期短縮およびローコスト化を図るようにすることに解決課題を有する。

本発明は、前述の従来例の課題を解決する具体的手段として、複数配置された基礎杭の頭部に免震装置を介して上部構造体が支持される免震構造物であって、前記基礎杭において、外周に配置された外杭頭部間に土圧壁と水平つなぎ材とからなる連結部材を形成し、該連結部材が内側に配置された内杭を囲うように設置されていることを特徴とする杭頭免震構造物を提供するものである。

この発明においては、前記土圧壁は、外面土圧壁と内面土圧壁とを備え、前記水平つなぎ材を介して一体的に形成されていること；前記水平つなぎ材は、梁またはスラブとすること；および前記土圧壁は、地盤面から少なくとも３ｍ以上の深さまで形成すること；を付加的な要件として含むものである。

本発明に係る杭頭免震構造物によれば、外周の外杭頭部間に土圧壁と水平つなぎ材とからなる連結部材を形成し、該連結部材が内側の内杭を囲うように設置されていることによって、連結部材で囲われた地盤の土圧力を利用して、地震時に杭全体が群杭として一体挙動し、ばらばらに変位せずに同一方向に纏まって変位すると共に、従来例のような全ての杭頭を連結するつなぎ梁や全面に形成する基礎スラブなどの連結部材を無くすことができ、基礎工事を大幅に軽減して工期短縮が図れると共にローコスト化が図れるという優れた免震効果を奏するのである。

本発明の実施の形態に係る杭頭免震構造物であって、上部構造物の一部を含めて略示的に示した側面図である。 同実施の形態に係る杭頭免震構造物における外周の外杭の要部を示した側面図である。 同実施の形態に係る杭頭免震構造物における内側の内杭の要部を示した側面図である。 同実施の形態に係る杭頭免震構造物であって、基礎構造である多数の基礎杭を設定した状態における一部を省略して示した平面図である。 同実施の形態に係る杭頭免震構造物における地震時の土圧壁による土圧抵抗概念を示す説明図である。

本発明を図示の実施の形態に基づいて詳しく説明する。まず、図１乃至図４において、地盤１に対して基礎構造である多数本の基礎杭２が設定された間隔をもってアースドリル方式等で形成配置され、該基礎杭２の頭部に免震装置３を介して上部の構造物４が構築される。この場合に、各免震装置３上にフーチング等の取付部材５が設けられ、該取付部材５にＰＣ柱６や最下部のＰＣ梁７が、それぞれ複数本の適宜の緊張部材８により緊張定着（プレストレスを導入）して取付けられたプレストレストコンクリート造の杭頭免震構造物となり、免震構造の軸圧効果を高めた大スパンの空間構造体と剛性の高い弾性復元力を有する剛体上部構造物となるのである。

前記基礎杭２に対する免震装置３の取り付けに当たっては、杭頭部に補強鋼管９を設けてコンクリート１０を打設すると共に連結用アンカーボルト１１を埋設して基礎杭２と一体的に形成し、該連結用アンカーボルト１１を介して免震装置３が固定されるのである。免震装置３と上部のフーチングとの間でも連結用アンカーボルト１２によって連結される。

基礎構造の基礎杭２の内で、図２および図４に示したように、外周に配置された外杭２ａの杭頭部には、土圧壁１３と水平つなぎ材１４とからなる連結部材１５によって一連に連結される。この場合の土圧壁１３は外側土圧壁１３ａと内側土圧壁１３ｂとからなり、その外側土圧壁１３ａと内側土圧壁１３ｂとを水平つなぎ材１４で一体に連結して連結部材１５となっているのであり、その外側土圧壁１３ａと内側土圧壁１３ｂとの間及び水平つなぎ材１４の上面とのスペースがピット１６となっている。

そして、図２に示したように、土圧壁１３の深さまたは高さＨは、地盤１の表面から深さ方向に少なくとも３ｍ以上の深さに至る高さに形成されか、または、少なくとも杭径の２．５倍以上の高さに形成され、水平つなぎ材１４部分が外周の外杭２ａの杭頭部に一体的に係合または嵌合した状態で連結部材１５として一連に形成され、図４に示したように、連結部材１５である土圧壁１３が周囲全体を閉鎖状または囲い状に取り囲むように形成するのであり、このように閉鎖状または囲い状に形成された土圧壁１３は囲いの外側・内側から土圧を受けるように地盤１中に形成される。

また、周囲を閉鎖状または囲い状に形成した土圧壁１３で囲われている内側に配置された各基礎杭２、即ち、各内杭２ｂは、図３に示したように、内杭２ｂの上面に免震装置３が取り付けられ、該免震装置３上にフーチング等の取付部材５が設けられ、該取付部材５を介して上部構造物４のＰＣ柱６や下部ＰＣ梁７が取り付けられる点では前記外周に配置した基礎杭と同じである。この内側に配置された各内杭２ｂについては、杭頭部周辺の土壌は除外しピット１６としての空間部を確立させ、その空間部周辺はなだらかな盛土１７として形成すると共に、確立させたピット１６に臨ませて免震装置３を位置させるのである。なお、免震装置３を点検するための出入り口を建造物の床スラブに適宜設けることができることはいうまでもない。

さらに、前記土圧壁１３と水平つなぎ材１４とからなる連結部材１５について、長方形に構築される構造物４の一辺の長さＬが、例えば、１００ｍを超えるような巨大な建造物である場合には、その長さの例えば、中間付近に同一構造の連結部材１５を内側の基礎杭２の列に仕切状に設けることができる。なお、地盤１及び盛土１７の表面には捨てコンクリートまたはモルタルやコンクリートを吹き付けて所要厚さの土留部１８を形成すると共に、上部の構造物４における最下階のフロアには所要厚さのスラブ１９とＰＣ梁７が形成される。

このように外周の外杭２ａに形成された連結部材１５は、地盤１における基礎となる外周部分を土圧壁１３によって、少なくとも３ｍ以上の所要深さにわたり全面的に取り囲むことにより、取り囲まれた地盤１の土圧力を利用して地震発生時に杭全体がばらばらにならないようにする。つまり、囲われた地盤１の土圧は内側に設置された各内杭２ｂの杭頭部に対して均等に作用するのであり、図４に示したように、例えば、地震発生時の揺れの作用による土圧が地盤１に対して矢印ａ方向に付加された場合に、その土圧が仮に部分的に強弱があったにしても、連結部材１５の土圧壁１３によって全面的に受け止められるので、外周の外杭２ａと共に内側の内杭２ｂにも均等な土圧が同じ方向に掛かることになり、地震による繰り返しの揺動があっても基礎杭２（外杭２ａ、内杭２ｂ）の全体がばらばらにならずに、同じ条件で同じ方向の土圧を受けるのである。

また、図５に示したように、地震時に繰り返しの揺動による水平力と土圧について、連結部材１５の土圧壁１３に対して地震による水平力Ｂ（図において右から左方向の矢印）が生じた場合に、土圧壁１３には反作用の土圧ｂ（図において左から右方向の矢印）が作用するし、揺れ戻しによる水平力Ｃ（図において左から右方向の矢印）が生じた場合には、土圧壁１３には反作用の土圧ｃ（図において右から左方向の矢印）が作用するようになって、いずれにしても、地震による水平力に対して外杭２ａと内杭２ｂとからなる基礎杭群２の頭部にはばらばらではなく、同一方向の均等な土圧が掛かるようにしているのであり、要するに、杭頭部が杭群として地震時の一体化挙動を確保するようにしているのであり、その結果、全部の杭頭を連結するためのつなぎ梁や連結スラブ等を無くすことができ、基礎工事を大幅に軽減できるばかりでなく、工期短縮とローコスト化が図れる。更に、土圧壁によって地震時に全部の杭頭部が杭群として一体化挙動を確保しているおり、杭頭に設置した全体の免震装置がばらばらではなく同時に同一方向の水平力を受けて変位するので部分的な損傷は生じないのである。

また、杭頭に取り付けられる免震装置３のピン免震構造の適用条件としては、杭頭変位及び免震装置３の回転許容変形の影響を極力小さくさせるため、地震時の杭頭水平変位を以下のように制限することとする。
(1) 杭頭の水平変位量が杭の断面核未満の場合（断面核＝φ/4とし、φ：杭径）
土圧壁の高さ（深さ）が地盤１の表面から少なくとも３ｍ以上とする。
(2) 杭頭の水平変位量が杭の断面核以上の場合
ａ．(1)と同じとする。
ｂ．変位量が断面核内になるように杭頭部を拡幅して杭頭部の断面核を大きくする。
ｃ．設置された基礎杭の平面全体において、外杭の他に適宜間隔で列をなす内杭に連結部材を設け、杭全体が均等に土圧を受けるようにしてばらばらにならないようにする。

本発明に係る杭頭免震構造物は、複数配置された基礎杭２の内の外周に配置された基礎杭２の頭部間に土圧壁１３と水平つなぎ材１４とからなる連結部材１５を形成し、該連結部材１５が内側の基礎杭２を囲うように設置されていることによって、地震による水平力に対して基礎杭群２の頭部がばらばらに揺動するのではなく、杭頭部が杭群として一体化挙動を確保しているのであり、地震による揺れを抑制して免震装置３の機能を充分に発揮させることができるので、低層の構造物並びに高層の構造物における杭頭免震構造物として広く利用できる。

１ 地盤
２ 基礎杭
２ａ 外杭
２ｂ 内杭
３ 免震装置
４ 上部の構造物
５ 取付部材（フーチング）
６ ＰＣ柱
７ ＰＣ梁
８ 緊張材
９ 補強鋼管
１０ コンクリート
１１、１２ 連結用アンカーボルト
１３ 土圧壁
１３ａ 外側土圧壁
１３ｂ 内側土圧壁
１４ 水平つなぎ材
１５ 連結部材
１６ ピット
１７ 盛土
１８ 土留部
１９ スラブ

Claims (4)

1. 複数配置された基礎杭の頭部に免震装置を介して上部構造体が支持される免震構造物であって、
   前記基礎杭において、外周に配置された外杭頭部間に土圧壁と水平つなぎ材とからなる連結部材を形成し、
   該連結部材が内側に配置された内杭を囲うように設置されていること
   を特徴とする杭頭免震構造物。
2. 前記土圧壁は、
   外面土圧壁と内面土圧壁とを備え、前記水平つなぎ材を介して一体的に形成されていること
   を特徴とする請求項１に記載の杭頭免震構造物。
3. 前記水平つなぎ材は、
   梁またはスラブとすること
   を特徴とする請求項１または２に記載の杭頭免震構造物。
4. 前記土圧壁は、
   地盤面から少なくとも３ｍ以上の深さまで形成すること
   を特徴とする請求項１乃至３に記載の杭頭免震構造物。

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