JP4722540B2

JP4722540B2 - 杭基礎構造

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Publication number: JP4722540B2
Application number: JP2005128882A
Authority: JP
Inventors: 純次濱田; 富男土屋; 崇史柴田; 徹宇佐美
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-04-27
Also published as: JP2006307462A

Description

この発明は、所謂杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントを低減し、基礎梁又は基礎スラブの負担を低減する杭基礎構造の技術分野に属する。

従来、一般の杭基礎構造は、図１１に示すように、地震時に発生する構造物の水平慣性力（以下、水平荷重と云う。）ｈを杭２が負担して耐える構成とされている。このとき、杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントｍが発生するが、同曲げモーメントｍは基礎梁３（又は基礎スラブ）が負担して耐える構成とされている。

そこで、杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントｍを低減し、基礎梁３（又は基礎スラブ）の負担を低減することで、同基礎梁３（又は基礎スラブ）の断面を小さくしたり、鉄筋の数を少なくできる杭基礎構造が開発され、例えば特許文献１に開示されている。

特許文献１の杭基礎構造は、杭を避けるように（図１では杭と杭との間）、基礎梁又は基礎スラブの下面に水平抵抗用の突起を設けている。水平抵抗用の突起が地震時の水平荷重を負担し、杭が負担する水平荷重を低減することで、杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントを低減し、基礎梁又は基礎スラブの負担を低減している。
特開２０００−３０３４８２号公報

上記特許文献１の杭基礎構造は、単に水平抵抗用の突起が地震時の水平荷重を負担するだけで、積極的に杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントを低減する機能は有していない。そのため杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントの低減効果が少ない。

本発明の目的は、杭頭部を囲むように、下面が上方に向かって拡大しつつ傾斜する斜め部材を構築し、同斜め部材に地震時の水平荷重を負担させ、杭が負担する水平荷重を低減して、同杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントを低減し、更に斜め部材に回転力を作用させて、杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントと反対方向の曲げモーメントを発生させ、曲げモーメントを相互に相殺することで、基礎梁又は基礎スラブの負担を飛躍的に低減できる杭基礎構造を提供することである。

上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る杭基礎構造は、
基礎梁又は基礎スラブの下面部に直接接合され、上部構造物の長期荷重を支持する杭頭部を囲むように、外周面が上方に向かって拡大しつつ傾斜する斜め部材が前記杭頭部の周辺の地盤を逆円錐形状に掘削して当該掘削部分にコンクリートを打設することによって構築されており、同斜め部材の上面は基礎梁又は基礎スラブと接合されていること、
斜め部材の内周面は杭頭部の外周面と縁が切られていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明に係る杭基礎構造は、
基礎梁又は基礎スラブの下面部に直接接合され、上部構造物の長期荷重を支持する杭頭部を囲むように、外周面が上方に向かって拡大しつつ傾斜する斜め部材が前記杭頭部の周辺の地盤を逆円錐形状に掘削して当該掘削部分にコンクリートを打設することによって構築されており、同斜め部材の上面は基礎梁又は基礎スラブの下面と縁が切られて当接されていること、
斜め部材の内周面は杭頭部と接合されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明に係る杭基礎構造は、
基礎梁又は基礎スラブの下面部に直接接合され、上部構造物の長期荷重を支持する杭頭部を囲むように、外周面が上方に向かって拡大しつつ傾斜する斜め部材が前記杭頭部の周辺の地盤を逆円錐形状に掘削して当該掘削部分にコンクリートを打設することによって構築されており、同斜め部材の上面は基礎梁又は基礎スラブの下面と縁が切られて当接されていること、
斜め部材の内周面は杭頭部の外周面と縁が切られていることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は３に記載した杭基礎構造において、
前記斜め部材の内周面と杭頭部の外周面との間に、斜め部材と杭頭部とを二重管構造とする隙間が形成されていることを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一に記載した杭基礎構造において、
前記斜め部材の外周面の傾斜角度、半径は、地盤から受ける反力の水平成分が地震時の水平荷重と反対方向に発生し、且つ地盤から受ける反力の鉛直成分による曲げモーメントが、杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントと反対方向に発生するように設定されていることを特徴とする。

本発明に係る杭基礎構造は、地震による水平荷重が斜め部材に伝達されると、同斜め部材が地盤に押し込まれ、その反作用として、地盤から受ける反力が斜め部材に作用し、同反力の水平成分が水平荷重と反対方向に作用する。すなわち、斜め部材は水平荷重の一部を負担することになり、その分、杭が負担する水平荷重を低減でき、同杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントを低減できる。

一方、地盤から受ける反力の鉛直成分によって斜め部材に回転力が作用し、杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントとは反対方向の曲げモーメントが発生し、曲げモーメントを相互に相殺できる。

よって、基礎梁又は基礎スラブは殆ど曲げモーメントを負担することがなく、基礎梁又は基礎スラブの負担を飛躍的に低減できる。

基礎梁又は基礎スラブの下面部に、杭頭部を囲むように、外周面が上方に向かって拡大しつつ傾斜する斜め部材が構築される。斜め部材の上面は基礎梁又は基礎スラブと接合される。斜め部材の内周面は杭頭部の外周面と縁が切られる。

請求項１及び請求項４、５に記載した発明に係る杭基礎構造の実施例を、図１〜図４に基づいて説明する。

本発明の杭基礎構造１は、通例の杭基礎構造と略同様に、杭２の頭部２ａ（以下、杭頭部２ａと云う場合がある。）が基礎梁３（但し、基礎スラブである場合を含む。）に直接接合され、上部構造物の長期荷重を支持する構成とされている。そして、基礎梁３の下面部に、杭頭部２ａを囲むように、外周面４ａが上方に向かって拡大しつつ傾斜する逆円錐形状の斜め部材４が前記杭頭部２ａの周辺の地盤５を逆円錐形状に掘削して当該掘削部分にコンクリートを打設することによって構築され、同斜め部材４の上面４ｂは基礎梁３と接合されている（図１及び図２を参照）。

斜め部材４は鉄筋コンクリート造の剛強な構成とされている。前記斜め部材４の外周面４ａの傾斜角度θ_１、半径Ｒ_１は、上部構造物に例えば右方向へ水平荷重Ｈが作用し、杭２より右側半分の斜め部材４（図２の斜線部分）が地盤５を押し込んだ際に、その反作用として、地盤５から受ける反力Ｔの水平成分Ｔ_１が前記水平荷重Ｈと反対方向に例えば略１／２の大きさとなり、且つ反力Ｔの鉛直成分Ｔ_２による曲げモーメントＭ’が、前記杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントＭと反対方向に例えば略等しい大きさで発生するように設定されている（図３及び図４を参照、請求項５記載の発明）。

したがって、地震による水平荷重Ｈが斜め部材４に伝達され、同斜め部材４が地盤５に押し込まれた際に、その反作用として、地盤５から受ける反力Ｔが斜め部材４に作用し、同反力Ｔの水平成分Ｔ_１が水平荷重Ｈと反対方向に略１／２の大きさで作用する。すなわち、斜め部材４は水平荷重Ｈの略１／２を負担することになり、その分、杭２が負担する水平荷重（水平荷重Ｈの略１／２の大きさ）は低減され、同杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントを低減できる。

一方、反力Ｔの鉛直成分Ｔ_２によって斜め部材４に回転力が作用して、杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントＭと反対方向に略等しい大きさの曲げモーメントＭ’が発生し、曲げモーメントＭとＭ’は相殺される。

よって、基礎梁３は殆ど曲げモーメントを負担することがなく、基礎梁３の負担を飛躍的に低減できる。

上記斜め部材４の内周面４ｃは杭頭部２ａの外周面２ｂと縁が切られており、相互間に斜め部材４と杭頭部２ａとを所謂二重管構造とする隙間Ｓが形成されている（図１を参照、請求項４記載の発明）。そのため、杭頭部２ａは斜め部材４と重なっている部分だけ剛性が下がり、斜め部材４に水平荷重の負担を集中させることができ、杭２が負担する水平荷重を低減して、杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントを更に低減できる。よって、前記曲げモーメントと相殺させるべく、発生させる反対方向の曲げモーメントが小さくて済み、斜め部材４を小型化することができる。

上記構成の杭基礎構造１は、先ず地盤５に杭２を打設し、その杭頭部２ａの周辺の地盤５を逆円錐形状に掘削し、当該掘削部分に鉄筋（図示を省略）を配筋すると共に、露出した杭頭部２ａの外周に厚さＳの縁切り材（図示を省略）を配置してコンクリートを打設し、杭頭部２ａの周辺に斜め部材４を構築する。このとき、後で斜め部材４を基礎梁３と一体化できるように、斜め部材４の上面からつなぎ鉄筋を突出させておく。その後、斜め部材４及び地盤５の上面に基礎梁３を構築し、同基礎梁３と斜め部材４とを一体化する。

なお、上記実施例の斜め部材４の外周面４ａの傾斜角度θ_１、半径Ｒ_１は、地盤５から受ける反力Ｔの水平成分Ｔ_１が地震時の水平荷重Ｈと反対方向に例えば略１／２の大きさとなり、且つ地盤５から受ける反力Ｔの鉛直成分Ｔ_２による曲げモーメントＭ’が、杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントＭと反対方向に例えば略等しい大きさで発生するように設定されているが、この限りでなく、要するに基礎梁３の負担を低減できるように設定されていれば良い。

図５に示す杭基礎構造６は、杭頭部２ａと斜め部材４とが一体的に構築され、同斜め部材４の上面４ｂが基礎梁３の下面３ａと縁が切られて当接されている（請求項２記載の発明）。

この場合、上部構造物の重量によって、斜め部材４の上面４ｂが基礎梁３の下面３ａと圧接されるので、上記実施例１と同様の力学特性となり、やはり基礎梁３は殆ど曲げモーメントを負担することがなく、基礎梁３の負担を飛躍的に低減できる。

上記構成の杭基礎構造６は、地盤５において斜め部材４が構築される部分を予め逆円錐形状に掘削して、当該掘削部分の中央部に杭２を打設し、杭頭部２ａと斜め部材４とを一体的に構築する。その後、斜め部材４の上面４ｂに剥離シート等の縁切り材（図示を省略）を敷き、基礎梁３を構築する。

なお、杭２を打設した後に、杭頭部２ａの外周面２ｂにスタッド（図示を省略）を設け、その後、杭頭部２ａの周辺の掘削部分にコンクリートを打設して斜め部材４を構築し、杭頭部２ａと斜め部材４とを接合しても良い。

図６に示す杭基礎構造７は、斜め部材４が基礎梁３及び杭頭部２ａと接合されておらず、独立の構造体として構築されている（請求項３記載の発明）。なお、斜め部材４の上面４ｂは基礎梁３の下面３ａと当接されており、杭基礎構造７の力学特性については実施例１、２と同様である。そのため、やはり基礎梁３は殆ど曲げモーメントを負担することがなく、基礎梁３の負担を飛躍的に低減できる。

上記構成の杭基礎構造７は、先ず地盤５に杭２を打設し、杭頭部２ａの周辺の地盤５を逆円錐形状に掘削し、露出した杭頭部２ａの外周に縁切り材（図示を省略）を配置してコンクリートを打設し、杭頭部２ａの周辺に斜め部材４を構築する。その後、斜め部材４の上面４ｂに剥離シート等の縁切り材（図示を省略）を敷き、基礎梁３を構築する。
［参考例］

図７に示す杭基礎構造８は参考例であり、斜め部材４が基礎梁３及び杭頭部２ａと一体的に構築されている。

上記構成の杭基礎構造８は、地盤５において斜め部材４が構築される部分を予め逆円錐形状に掘削して、当該掘削部分の中央部に杭２を打設し、杭頭部２ａと斜め部材４とを一体的に構築する。その後、基礎梁３を構築し、杭頭部２ａと基礎梁３と斜め部材４とを一体化する。
［参考例］

図８と図９に示す杭基礎構造９は参考例であり、杭頭部２ａを放射状に囲むように、下方に向かって拡がる傾斜で４本（但し、本数はこの限りでない。）の斜杭１０…が地盤５に打設されており、各斜杭１０の頭部１０ａは基礎梁３（但し、基礎スラブである場合を含む。）と接合されている。

前記斜杭１０の傾斜角度θ２、杭径Ｒ２、長さＬは、上部構造物に例えば右方向へ水平荷重Ｈが作用し、杭２より右側半分の斜杭１０が地盤５を押し込んだ際に、その反作用として地盤５から受ける反力Ｕの水平成分Ｕ１が前記水平荷重Ｈと反対方向に例えば略１／２の大きさとなり、且つ地盤５から受ける反力Ｕの鉛直成分Ｕ２による曲げモーメントＭ’が、杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントＭと反対方向に例えば略等しい大きさで発生するように設定されている（図１０を参照）。

したがって、地震による水平荷重Ｈが基礎梁３から斜杭１０に伝達され、同斜杭１０が地盤５に押し込まれた際に、その反作用として、地盤５からの反力Ｕが斜杭１０に作用し、同反力Ｕの水平成分Ｕ_１が水平荷重Ｈと反対方向に略１／２の大きさで作用する。すなわち、斜杭１０が反力Ｕの水平成分Ｕ_１の略１／２を負担することになり、その分、杭２が負担する水平荷重（水平荷重Ｈの略１／２の大きさ）は低減され、同杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントを低減できる。

一方、反力Ｕの鉛直成分Ｕ_２によって斜杭１０に回転力が作用して、杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントＭと反対方向に曲げモーメントＭ’が発生し、曲げモーメントＭとＭ’は相殺される。

なお、本参考例の斜杭１０の傾斜角度θ２、杭径Ｒ２、長さＬは、地盤５から受ける反力Ｕの水平成分Ｕ１が地震時の水平荷重Ｈと反対方向に例えば略１／２の大きさとなり、且つ地盤５から受ける反力Ｕの鉛直成分Ｕ２による曲げモーメントＭ’が、杭２からの曲げ戻しによる曲げモーメントＭと反対方向に例えば略等しい大きさで発生するように設定されているが、この限りでなく、要するに、基礎梁３の負担を低減できるように設定されていれば良い。

以上に本発明の実施例を説明したが、本発明はこうした実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施し得る。

実施例１の杭基礎構造を示した縦断面図である。杭と斜め部材の水平断面図である。本発明に係る杭基礎構造の地震時の力学特性を示した図である。基礎梁と斜め部材の地震時の力学特性を示した図である。実施例２の杭基礎構造を示した縦断面図である。実施例３の杭基礎構造を示した縦断面図である。参考例の杭基礎構造を示した縦断面図である。参考例の杭基礎構造を示した縦断面図である。参考例に係る杭と斜杭の水平断面図である。参考例に係る基礎梁と斜杭の地震時の力学特性を示した図である。従来の杭基礎構造の地震時の力学特性を示した図である。

符号の説明

１杭基礎構造
２杭
２ａ杭頭部
２ｂ外周面
３基礎梁
４斜め部材
４ａ外周面
４ｂ上面
４ｃ内周面
６杭基礎構造
７杭基礎構造
８杭基礎構造
９杭基礎構造
１０斜杭
Ｓ斜め部材の内周面と杭頭部の外周面との間の隙間
θ_１斜め部材の傾斜角度
θ_２斜杭の傾斜角度
Ｒ_１斜め部材の半径
Ｒ_２斜杭の杭径
Ｌ斜杭の長さ

Claims

基礎梁又は基礎スラブの下面部に直接接合され、上部構造物の長期荷重を支持する杭頭部を囲むように、外周面が上方に向かって拡大しつつ傾斜する斜め部材が前記杭頭部の周辺の地盤を逆円錐形状に掘削して当該掘削部分にコンクリートを打設することによって構築されており、同斜め部材の上面は基礎梁又は基礎スラブと接合されていること、
斜め部材の内周面は杭頭部の外周面と縁が切られていることを特徴とする、杭基礎構造。
基礎梁又は基礎スラブの下面部に直接接合され、上部構造物の長期荷重を支持する杭頭部を囲むように、外周面が上方に向かって拡大しつつ傾斜する斜め部材が前記杭頭部の周辺の地盤を逆円錐形状に掘削して当該掘削部分にコンクリートを打設することによって構築されており、同斜め部材の上面は基礎梁又は基礎スラブの下面と縁が切られて当接されていること、
斜め部材の内周面は杭頭部と接合されていることを特徴とする、杭基礎構造。
基礎梁又は基礎スラブの下面部に直接接合され、上部構造物の長期荷重を支持する杭頭部を囲むように、外周面が上方に向かって拡大しつつ傾斜する斜め部材が前記杭頭部の周辺の地盤を逆円錐形状に掘削して当該掘削部分にコンクリートを打設することによって構築されており、同斜め部材の上面は基礎梁又は基礎スラブの下面と縁が切られて当接されていること、
斜め部材の内周面は杭頭部の外周面と縁が切られていることを特徴とする、杭基礎構造。
前記斜め部材の内周面と杭頭部の外周面との間に、斜め部材と杭頭部とを二重管構造とする隙間が形成されていることを特徴とする、請求項１又は３に記載した杭基礎構造。
前記斜め部材の外周面の傾斜角度、半径は、地盤から受ける反力の水平成分が地震時の水平荷重と反対方向に発生し、且つ地盤から受ける反力の鉛直成分による曲げモーメントが、杭からの曲げ戻しによる曲げモーメントと反対方向に発生するように設定されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一に記載した杭基礎構造。