JP2023144836A - 建物基礎構造 - Google Patents

Abstract

【課題】杭の本数を少なくすることができる建物基礎構造を提供する。【解決手段】本発明の建物基礎構造１は、スラブ筋が埋設され、複数の杭３で支持され、地面に直接接する１階のフラットプレート２を備える。フラットプレート２に、フーチング４の周方向に沿ってフーチング４の外周面から所定幅寸法で第１せん断補強領域８を形成するとともに、杭３より隣接する他の杭３に向けて、周辺のスラブ筋２１よりも高剛性のスラブ筋２３を配筋し、かつ第１せん断補強領域８の境界から所定長さ寸法まで帯状の第２せん断補強領域９を形成し、第１せん断補強領域８および第２せん断補強領域９に配筋される複数のせん断補強筋２５が、高剛性のスラブ筋の上下方向の一方側の一方端筋に係合するフック部２５ｃと、高剛性のスラブ筋の上下方向の他方側の他方端筋に掛けられる平坦部２５ｂと、を有するほぼコ字状に形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、建物基礎構造に関する。

従来、地盤上に設けられる鉄筋コンクリート製スラブを複数の杭で支える建物基礎構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０１－１０８４６号公報

従来の建物基礎構造では、杭で支えられる１階床をフラットプレートで構成する場合、床板の厚さが均一なので剛性に差がないため、有害な変形が生じない間隔で杭を設置する必要があった。このため、１階床のフラットプレートを支えるために比較的多くの杭を設置する必要があった。
本発明は、以上の点に鑑み、杭の本数を少なくすることができる建物基礎構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
スラブ筋が埋設され、複数の杭で支持され、地面に直接接する１階のフラットプレートを備える建物基礎構造であって、
杭の上に杭よりも幅の広いフーチングが設けられ、
フラットプレートに、フーチングの周方向に沿ってフーチングの外周面から所定幅寸法で第１せん断補強領域を形成するとともに、杭より隣接する他の杭に向けて、周辺のスラブ筋よりも高剛性のスラブ筋を配筋し、かつ第１せん断補強領域の境界から所定長さ寸法まで帯状の第２せん断補強領域を形成し、
第１せん断補強領域および第２せん断補強領域に配筋される複数のせん断補強筋が、前記高剛性のスラブ筋の上下方向の一方側の一方端筋に係合するフック部と、前記高剛性のスラブ筋の上下方向の他方側の他方端筋に掛けられる平坦部と、を有するほぼコ字状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、フラットプレートは、杭の周方向に沿って杭面から所定幅寸法で第１せん断補強領域を備え、且つ杭より隣接する他の杭に向けて、周辺のスラブ筋よりも高剛性のスラブ筋を配筋し、かつ第１せん断補強領域の境界から所定長さ寸法まで帯状の第２せん断補強領域を備えているため、杭の本数を従来よりも減らすことができる。

また、本発明においては、前記フラットプレートには、柱間帯及び柱列帯が設けられ、フーチングには、前記杭を柱と捉えた場合における柱頭部分として、柱列帯からの応力に応じた柱頭補強筋が配筋されていることが好ましい。

また、本発明においては、フーチングを、礎柱として、所定の配筋を配置することが好ましい。これにより、フーチングの上に柱を容易に設けることができる。

発明の実施形態の建物基礎構造を模式的に示す平面図。 本実施形態の建物を模式的に示す説明図。 本実施形態の第１せん断補強領域および第２せん断補強領域を示す説明図。 本実施形態のフーチングを側面から示す断面図。 本実施形態のせん断補強筋の一例を示す説明図。 本実施形態の建物基礎構造の外周に位置するフーチングを示す説明図。 図６のＡ－Ａ線で切断した状態を示す断面図。 図６のＢ－Ｂ線で切断した状態を示す断面図。 従来の建物基礎構造を示す説明図。

図１～図８を参照して、発明の実施形態の建物基礎構造を説明する。図１を参照して、本実施形態の建物基礎構造１は、スラブ筋が埋設され、地面に直接接する１階の梁型のないフラットプレート２を備えている。フラットプレート２は、地中に埋設された断面円形の複数の杭３で下方から支持されている。杭３は、その上端部に杭３の地中に埋まった本体部分よりも幅の広い断面矩形状のフーチング４が設けられている。建物基礎構造１の外周には、通常の梁型による基礎梁１２を設置している。

フラットプレート２には、隣接する杭３同士の間であって杭３のフーチング４を含む帯状の範囲で、他の部分よりも大きな曲げモーメントを受ける格子状の範囲である柱列帯５と、柱列帯５以外の残りの他の部分の柱間帯６とが設けられている。柱列帯５には、杭３のフーチング４を貫通するスラブ筋に加えて、フーチング４に近接するスラブ筋にも、高剛性のスラブ筋（高剛性スラブ筋２３）が用いられ、フーチング４周りにはその直近に高剛性のスラブ筋（高剛性スラブ筋２３）が配筋されている。高剛性スラブ筋２３としては、それ以外の周辺のスラブ筋（低剛性スラブ筋２１）よりも例えば、鉄筋径の太いものや材質として高強度のものが採用される。柱間帯６には、通常の低剛性スラブ筋２１が配筋されている。

フーチング４には、杭３を柱と捉えた場合における柱頭部分として、柱列帯５からの応力に応じたＸ方向とＹ方向に柱頭補強筋７ａ，７ｂが配筋されている。また、フーチング４は、礎柱として所定の配筋、即ち断面の０．８％以上（礎柱の形状が応力に比較して過大な形状であった場合は０．６％以上）が礎柱の主筋３１となるように配筋されている。これにより、フーチング４の上に柱１４（図２参照）を容易に設けることができる。フーチング４の形状は、フラットプレート２からの入力を杭３で伝達できる大きさとし、フーチング４の高さは、礎柱の主筋３１と、Ｘ方向とＹ方向の柱頭補強筋７ａ，７ｂとのそれぞれの定着長さによって決定される。フーチング４は、杭３によるパンチングが生じない形状となるように設計される。

フラットプレート２は、杭３の周方向に沿って杭３の上面であるフーチング４の面から所定幅寸法で第１せん断補強領域８を形成するとともに、杭３のフーチング４から隣接する他の杭３のフーチング４に向けて、周辺のスラブ筋（低剛性スラブ筋２１）よりも高剛性のスラブ筋（高剛性スラブ筋２３）を配筋し、かつ第１せん断補強領域８の境界から所定長さ寸法まで帯状の第２せん断補強領域９を形成している。

フラットプレート２のスラブ筋は、フラットプレート２の縦方向（以下、Ｙ方向という）に互いに適宜ピッチを隔てて配列されるＹ方向の上端筋、フラットプレート２の横方向（以下、Ｘ方向という）に互いに適宜ピッチを隔てて配列されるＸ方向の上端筋、Ｙ方向の上端筋下方に当該上端筋に揃えて配列されたＹ方向の下端筋、並びにＸ方向の上端筋下方に当該上端筋に揃えて配列されたＸ方向の下端筋から構成される。そしてスラブ筋は例えば、Ｘ方向の上下の上端筋と下端筋との間にＹ方向の上下の上端筋と下端筋とを挟み込んだ状態で、Ｙ方向およびＸ方向の上端筋同士、そしてまた下端筋同士が互いに縦横に交差するように交錯して配筋されて構成される。フラットプレート２は、現場打ちであっても、プレキャスト製であってもよい。

第１せん断補強領域８は、杭３のフーチング４の周方向に沿って杭３のフーチング４の側面から所定幅寸法Ｗの広がりで形成され、その外周縁が境界となる。具体的には、第１せん断補強領域８は、杭３のフーチング４を取り囲むようにその周りに環状に形成される。建物１０の外周に位置する杭３のフーチング４には、建物１０の内方に面する側に沿ってのみ、第１せん断補強領域８が形成されている。

第２せん断補強領域９は、杭３のフーチング４から隣接する他の杭３のフーチング４に向けて、第１せん断補強領域８の境界から所定長さ寸法Ｌまで帯状に形成される。杭３は通常、碁盤の目状に配置されるので、建物１０の内部に位置する杭３に対応する部分の第２せん断補強領域９は、隣接する前後左右の杭３に向かって、十字状に形成される。なお、仮に、他の杭３が斜め方向に位置する場合には、第２せん断補強領域９は、当該他の杭３に向けて斜めに形成することもできる。

杭３のフーチング４を貫通するスラブ筋に加えて、フーチング４に近接するスラブ筋にも、高剛性のスラブ筋（高剛性スラブ筋２３）が用いられ、フーチング４周りにはその直近に高剛性のスラブ筋（高剛性スラブ筋２３）が配筋されている。高剛性スラブ筋２３としては、それ以外の周辺のスラブ筋（低剛性スラブ筋２１）よりも例えば、鉄筋径の太いものや材質として高強度のものが採用される。

次に、第１せん断補強領域８及び第２せん断補強領域９に配筋されるせん断補強筋２５について説明する。せん断補強筋２５は、フラットプレート２の厚さ方向に延びる本体部２５ａと、本体部２５ａの下部にこれより水平方向にほぼ９０°折り曲げられて形成された平坦部２５ｂと、本体部２５ａの上部に平坦部２５ｂと同じ側であってかつ斜め下向きに折り曲げられて形成されたフック部２５ｃとから、ほぼコ字状に形成される。フック部２５ｃの曲げ下げ傾斜角度は、本体部２５ａに対して例えば４５°に設定される。

せん断補強筋２５は、高剛性スラブ筋２３の上端筋および下端筋に対し、それらの一方側から他方側へ抜け出すように差し込まれる。この際、フック部２５ｃは、交差する上端筋同士のうち、上側に位置するものに対して上方から係合され、また平坦部２５ｂは、交差する下端筋同士のうち、下側に位置するものに対して下方から掛けられる。これにより、せん断補強筋２５による高剛性スラブ筋２３の拘束を十分に確保することができ、せん断強度を十分に増強することができる。これらフック部２５ｃおよび平坦部２５ｂの、本体部２５ａからの突出寸法は、高剛性スラブ筋２３の配筋ピッチよりも短く設定される。そしてこのようなせん断補強筋２５は、第１せん断補強領域８及び第２せん断補強領域９内で各スラブ筋それぞれに対し、その長さ方向に適宜ピッチで複数配筋される。

せん断補強筋２５は、コ字状に開いた側が杭３のフーチング４の中央に向く向きを基準として、フーチング４の中央を境にして、フーチング４の幅方向左側のものがすべて左向きに、また幅方向右側のものがすべて右向きに、それぞれ向きを揃えて配筋される。従って、せん断補強筋２５は、各スラブ筋の長さ方向に向かって同じ位置に配筋されるものが、フーチング４の中央に向かって互いに向かい合うように配列される。せん断補強筋２５は、基本的には高剛性スラブ筋２３に配筋されるが、高剛性スラブ筋２３の外側に配筋される通常のスラブ筋（低剛性スラブ筋２１）にも、同様に配筋してもよい。互いに向かい合うように隣接することとなるせん断補強筋２５同士は、互いに直接接合されることはなく、かつそれら間に閉鎖形式の配筋を形成するようになっている。

第２せん断補強領域９におけるせん断補強筋２５の配筋形式は、第１せん断補強領域８と同様である一方で、せん断補強筋２５は、第１せん断補強領域８よりも多くの間隔を空けるように（図示例では３本のスラブ筋の間隔が空くように）配筋されている。

以上のように構成された本実施形態にかかるフラットプレート２のせん断補強構造は、過去の実験により以下のように検証されている。この実験では、フラットプレート２の試験体に対し、パンチング破壊の発生メカニズムに対応する加力試験を実施した。具体的には、第１せん断補強領域８の面積に対し、当該第１せん断補強領域８のせん断補強筋２５の断面積を０．４４％とし、また第２せん断補強領域９の面積に対し、当該第２せん断補強領域９のせん断補強筋の断面積を０．２％とした場合、サイクリックな繰り返し荷重Ｑｓにより、面外変形量Ｒ＝＋５×１０^-3ｒａｄ以降、まず柱幅内の柱芯位置でフラットプレート危険断面位置でのスラブ筋が降伏し、面外変形量Ｒ＝＋１０×１０^-3ｒａｄまでに柱側面まで順次降伏した。その後、面外変形量Ｒ＝＋１５×１０^-3ｒａｄまでに全ての高剛性のスラブ筋が降伏して最大荷重（Ｑｓｍａｘ）近傍まで荷重が上昇した。最大荷重後は急激な荷重低下は見られなかった。

上記構造を備えた場合、第１せん断補強領域８の幅寸法Ｗをフラットプレート２の厚さＴ相当とし、第２せん断補強領域９の長さ寸法Ｌをフーチング４間スパンＳの１／４程度とすることで、有効なせん断補強性能を確保し得る。ここに、フーチング４間スパンＳとは、隣接するフーチング４の互いに向かい合う面間の寸法をいう。

さらに、第１せん断補強領域８は、隅角部を有するフーチング４、すなわち平断面多角形状のフーチング４の場合、隅角部を除いて形成するようにしてもよい。すなわち、第１せん断補強領域８は、フーチング４周りに環状ではなく、各フーチング４の面の幅寸法以内で形成するようにしてもよい。パンチング破壊は、地震力を受ける方向に対しフーチング４の前後面の面外せん断破壊とフーチング４の側面のねじれ破壊とが複合して生じるので、例えば平断面矩形状のフーチング４であれば、前後および左右のフーチング４の面を基準として当該フーチング４の面の幅相当の範囲で十字状に第１せん断補強領域８および第２せん断補強領域９を確保すればよく、当該十字状の領域に挟まれてフーチング４の隅角部から広がる区域については、パンチング破壊に対してのせん断強度増強の有効性は小さいことから、当該区域を第１せん断補強領域８から除外することで、せん断補強筋の量やその施工手間を省くことができ、コストダウンを図ることができる。

現場打ちの場合には、所定位置に設置した型枠内に同様にしてスラブ筋やせん断補強筋を配筋した上で、コンクリートを打設し、これにより柱などとの接合を確保して、その後型枠を脱型すればよい。以上により、現場打ちの場合、第１せん断補強領域８と第２せん断補強領域９とを形成したフラットプレート２を備えた建物の基礎を構築することができる。

ところで、本実施形態にかかる建物基礎構造１にあっては、フラットプレート２に、杭３の周方向に沿って杭の上面から所定幅寸法Ｗで第１せん断補強領域８を形成するとともに、杭３より隣接する他の杭３に向けて、周辺のスラブ筋（低剛性スラブ筋２１）よりも高剛性のスラブ筋（高剛性スラブ筋２３）を配筋し、かつ第１せん断補強領域８の境界から所定長さ寸法Ｌまで帯状の第２せん断補強領域９を形成するようにしたので、第１せん断補強領域８と第２せん断補強領域９との組み合わせにより、そしてまた杭３のフーチング４から隣接する他の杭３のフーチング４に向けて配筋される高剛性のスラブ筋（高剛性スラブ筋２３）の作用も相俟って、杭３のフーチング４の前後面の面外せん断破壊と杭３のフーチング４の側面のねじれ破壊とが複合して生じるパンチング破壊に対し合理的にせん断強度を向上することができ、また変形能力も向上することができて、靭性に優れたフラットプレート２を構築することができる。

そしてこのように補強範囲を適切にかつ小規模に特定することにより、杭３の本数を減らし、杭３間スパンを長くした場合でも、せん断強度を増強するせん断補強筋２５の配筋を低減して使用鋼材量を削減でき、また配筋の錯綜を軽減して配筋作業の施工性も改善することができて、コストダウンを達成することができる。杭３のフーチング４間に配筋した高剛性のスラブ筋（高剛性スラブ筋２３）により、杭３のフーチング４間に形成される第２せん断補強領域９の靭性を保証することができる。また、組み合わせられて相互にせん断強度を増強する第１せん断補強領域８および第２せん断補強領域９に関し、いずれか一方のせん断補強筋量を増やすことで他方のせん断補強筋量を減らすことが可能で、例えば、第１せん断補強領域８の配筋を減らすようにすれば、杭３周りの鉄筋の錯綜の軽減やコンクリートの充填性を考慮したせん断補強筋の配筋計画を行うことができ、コンクリート充填作業や配筋作業の作業性の更なる向上を図ることができる。

第１せん断補強領域８の所定幅寸法Ｗを、フラットプレート２の厚さＴ相当の幅寸法とし、第２せん断補強領域９の所定長さ寸法Ｌを、杭３と隣接する他の杭３との間の杭間スパンＳの１／４程度の長さ寸法としていて、フラットプレート２に対し過不足のないせん断強度を適切に確保することができる。また、せん断補強筋２５を、上端筋に上方から係合するフック部２５ｃを上部に、下端筋に掛けられる平坦部２５ｂを下部に有するほぼコ字状に形成したので、単にスラブ筋に引っ掛けるだけで配筋作業を完了でき、いわゆる閉鎖型のせん断補強筋に比べて、作業を簡単化でき、施工性を改善することができる。

また、コ字状のせん断補強筋２５を、杭３のフーチング４の中央に向かって互いに向かい合うように、杭３のフーチング４の幅方向左側および右側それぞれで同じ向きに配筋するようにしたので、例えば交互に向きを変えると、閉鎖形式の配筋形状が大きくなってしまったり、せん断補強筋２５同士の間に大きな隙間ができてしまう不具合があるとともに、すべて同じ向きに向けて並べると、柱の幅方向左右で配筋が不均一な状態になってしまう不具合があることに比べて、杭３を中心にその左右方向で均一に配筋でき、また小さな閉鎖形式の配筋であってかつほぼ隙間のない一連のせん断補強筋２５の配列によって良好にせん断補強することができる。

さらに、第１せん断補強領域８では、せん断補強筋２５の断面積を当該第１せん断補強領域８の面積に対し、０．４５％程度に設定し、第２せん断補強領域９では、せん断補強筋の断面積を当該第２せん断補強領域９の面積に対し、０．２％程度に設定するようにして、基本的にせん断力が集中しそれに伴ってひずみが大きくなるフーチング４を含めた杭３周囲の第１せん断補強領域８のせん断強度を高く設定するとともに、杭３から離れた位置となる第２せん断補強領域９により、第１せん断補強領域８に作用するせん断力の一部を合理的に負担させることができ、これらによって配筋量を削減し、施工性を改善し、そしてまたこれらによりコストダウンを達成しつつ、必要なせん断強度を十分に確保して、パンチング破壊の発生を適切に防止することができる。

本実施形態の建物基礎構造１によれば、フラットプレート２は、杭３のフーチング４の周方向に沿って杭３のフーチング４の面から所定幅寸法で第１せん断補強領域８を備え、且つ杭３より隣接する他の杭３に向けて、周辺のスラブ筋（低剛性スラブ筋２１）よりも高剛性のスラブ筋（高剛性スラブ筋２３）を配筋し、かつ第１せん断補強領域８の境界から所定長さ寸法まで帯状の第２せん断補強領域９を備えているため、杭３の径は大きくなるものの、杭３の本数を従来よりも減らすことができる。図９は従来の杭の本数を示した図である。また、本実施形態の建物基礎構造１によれば、フーチング４以外はフラットであるため、床付けなどの地盤工事の施工性が向上する。

なお、本実施形態においては、本体部２５ａの上端にフック部２５ｃが設けられ、本体部２５ａの下端に平坦部２５ｂが設けられたせん断補強筋２５を説明したが、発明のせん断補強筋はこれに限らず、せん断補強筋は、高剛性のスラブ筋の上下方向の一方側の一方端筋に係合するフック部と、前記高剛性のスラブ筋の上下方向の他方側の他方端筋に掛けられる平坦部と、を有するほぼコ字状に形成されていればよい。したがって、発明のせん断補強筋は、本体部の下端にフック部が設けられ、本体部の上端に平坦部が設けられたものであってもよい。

１ 建物基礎構造
２ フラットプレート
３ 杭
４ フーチング
５ 柱列帯
６ 柱間帯
７ａ 柱頭補強筋
７ｂ 柱頭補強筋
８ 第１せん断補強領域
９ 第２せん断補強領域
１０ 建物
１２ 基礎梁
１４ 柱
２１ 低剛性スラブ筋
２３ 高剛性スラブ筋
２５ せん断補強筋
２５ａ 本体部
２５ｂ 平坦部
２５ｃ フック部
３１ 主筋
４１ 地面
Ｗ 所定幅寸法
Ｌ 所定長さ寸法

Claims (3)

1. スラブ筋が埋設され、複数の杭で支持され、地面に直接接する１階のフラットプレートを備える建物基礎構造であって、
   杭の上に杭よりも幅の広いフーチングが設けられ、
   フラットプレートに、フーチングの周方向に沿ってフーチングの外周面から所定幅寸法で第１せん断補強領域を形成するとともに、杭より隣接する他の杭に向けて、周辺のスラブ筋よりも高剛性のスラブ筋を配筋し、かつ第１せん断補強領域の境界から所定長さ寸法まで帯状の第２せん断補強領域を形成し、
   第１せん断補強領域および第２せん断補強領域に配筋される複数のせん断補強筋が、前記高剛性のスラブ筋の上下方向の一方側の一方端筋に係合するフック部と、前記高剛性のスラブ筋の上下方向の他方側の他方端筋に掛けられる平坦部と、を有するほぼコ字状に形成されていることを特徴とする建物基礎構造。
2. 請求項１に記載の建物基礎構造であって、
   前記フラットプレートには、柱間帯及び柱列帯が設けられ、
   フーチングには、前記杭を柱と捉えた場合における柱頭部分として、柱列帯からの応力に応じた柱頭補強筋が配筋されていることを特徴とする建物基礎構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の建物基礎構造であって、
   フーチングを、礎柱として、所定の配筋を配置することを特徴とする建物基礎構造。

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