JP4922674B2 - 構造物の基礎構造 - Google Patents

Description

この発明は、構造物に作用する鉛直荷重及び水平荷重を直接基礎と杭基礎とで抵抗する、構造物の基礎構造の技術分野に属する。

従来、構造物に作用する鉛直荷重及び水平荷重は、杭基礎構造の場合、杭のみで抵抗していると考えられて設計されるのが一般的である。しかし、実際には、直接基礎の底面には地盤が存在し、地盤も抵抗要素となり得る。そこで、杭反力と地盤反力とで構造物に作用する全荷重を支持するものとして設計することができれば、杭基礎の本数を減少させたり、杭径を小さくする等できるので、非常に経済的であることは明らかである。

しかし、パイルド・ラフト基礎で実施する場合には、摩擦杭を使用することにより杭と地盤とで鉛直荷重に対して抵抗することができるが、支持杭のように杭が支持地盤まで到達しており杭が沈下しない場合には、直接基礎の底面を地盤に確実に接触させない限り、地盤の抵抗は期待できない。すなわち、施工後に地盤沈下が発生した場合には、杭基礎で支えられた直接基礎と地盤との間に隙間ができて地盤反力がゼロとなるため、構造物に作用する全荷重は杭基礎のみで支持する状態となる。よって、従来は、杭反力と地盤反力とで構造物に作用する全荷重を支持する設計は採用されていなかった。

そこで、直接基礎の底面と地盤とを、地盤沈下が発生した場合でも確実に接触させる構造を実現することにより、杭反力と地盤反力とで構造物に作用する全荷重を支持する設計を可能とする技術が、種々開示されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

前記特許文献１には、構造物に接続される第一の挿通体と、この第一の挿通体に挿入される第二の挿通体と、両者のいずれか一方に設けられる摩擦発生手段とを備えた反力調整装置を用いた基礎構造が開示されている。ちなみに、前記摩擦発生手段は、油収容部を有し、該油収容部の油圧力によって該油収容部の壁体が第一の挿通体と第二の挿通体とのうちの他方の壁面を押圧し、第一の挿通体と第二の挿通体との間の挿通時における摩擦力を高める構成で実施されている（同文献１の請求項１、図３等を参照）。

この特許文献１によると、建物直下の地盤が圧密等の沈下を生じると地盤反力は低下し、杭で支持される荷重が増加するものの、摩擦発生手段の油圧力を調整して第一の挿通体と第二の挿通体とを挿通させることにより、直接基礎の底面と地盤とを接触させる構造を実現することにより、杭反力と地盤反力とで構造物に作用する全荷重を支持する設計を可能としている（同文献１の段落［００４１］等を参照）。

前記特許文献２には、基礎底版に貫通する穴部を有し、この穴部内に杭基礎の杭頭部が配置され、この杭基礎の上端部と前記穴部の内周壁の間に杭反力調整装置を設けた基礎構造が開示されている。ちなみに、前記杭反力調整装置は、断面略Ｊ字状の金属製変形部材を備え、その一端側が杭基礎の上部に固定されると共に他端側が基礎底版又は基礎底版上の支持金物に固定される構成で実施されている（同文献２の請求項１及び４、図２等を参照）。

この特許文献２によると、地震等により基礎底版に作用する荷重が増加すると、変形部材の湾曲部が塑性変形域に達して変形し、杭基礎の杭反力が所定値（杭基礎の許容支持力）以上に上昇することはなく、杭基礎で支持しきれない荷重は、基礎底版の下面の地盤反力で支持することにより、直接基礎の底面と地盤とを、地盤沈下が発生した場合でも確実に接触させる構造を実現することにより、杭反力と地盤反力とで構造物に作用する全荷重を支持する設計を可能としている（同文献２の段落［００１０］、［００５３］、図４等を参照）。

特開２００２−１２１７５２号公報 特開平１０−２３１５２５号公報

特許文献１に係る技術は、第一の挿通体と第二の挿通体と摩擦発生手段とから構成され、前記摩擦発生手段は、油収容部とこれに充填される油と油収容部内の油圧を調整する油圧調整バルブとから成り、前記油収容部は、鋼管、環状板、膜から成るなど、機構が大変複雑で部材点数が多く、不経済に過ぎるという問題があった（同文献１の段落［００１５］〜［００２０］等を参照）。また、機構が複雑であるが故に故障が懸念され、故障した場合には部品交換等の修理が面倒で、コストが更に嵩むという問題もあった。

特許文献２に係る技術は、杭反力調整装置は、断面Ｊ字状の金属製変形部材を備え、該変形部材の上端部はアンカーボルトを介して穴部の内周壁の上部に固定され、下端部はボルトを介して杭基礎の外周壁の上部に固定されることにより杭基礎の円周方向に沿って複数個配設されるなど（同文献２の段落［０００７］等を参照）、やはり部材点数が多く、取付作業が面倒で、不経済であるという問題があった。また、基礎底版の上方への杭基礎の突出を許容する構造としたり（図４参照）、基礎底版の上面に支持金物等を取り付けて実施したりするので（図５参照）、基礎底版上をフラットに形成できないなど基礎底版上の施工に様々な制約が課されるという問題もあった。

本発明の目的は、直接基礎の底面と地盤とを、地盤沈下が発生した場合でも確実に接触させる構造を実現することにより、杭反力と地盤反力とで構造物に作用する全荷重を支持する設計を可能とすることは勿論、簡易でシンプルな構造で実施することにより、非常に経済的な構造物の基礎構造を提供することにある。

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構造物の基礎構造は、構造物１に作用する鉛直荷重及び水平荷重を直接基礎２と杭基礎３とで抵抗する、構造物１の基礎構造であって、
直接基礎２は地盤６上に支持されており、杭基礎３の杭頭部３ａとの接合部位に空洞部４が設けられ、同空洞部４内に前記杭基礎３の杭頭部３ａが上端に隙間Ｈを空けて配置されていること、
前記隙間Ｈは、推定される地盤沈下量より長く設定されていること、
直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎３の杭頭部３ａとは、杭基礎３に一定大きさの鉛直荷重が作用すると塑性変形するエネルギー吸収部材５で接合されていること、
前記エネルギー吸収部材５は、前記杭頭部３ａに複数段配置され、その内側部は前記杭頭部３ａの外周面に沿って一体化され、その外側部分は、前記直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａに埋め込んで一体化されて、前記直接基礎２と前記杭基礎３とは前記エネルギー吸収部材５を介して一体的に接合されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構造物の基礎構造において、前記エネルギー吸収部材５は、鋼材５、１５、又はスタッドボルト２５であることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した構造物の基礎構造において、前記隙間Ｈには、発泡ウレタン、発泡スチロール等の発泡材が充填されていることを特徴とする。

本発明に係る構造物の基礎構造は、下記する効果を奏する。
１）杭基礎３に一定値以上の鉛直荷重が作用すると、エネルギー吸収部材５…が塑性変形し、杭基礎３には一定値以上の鉛直荷重は伝達されず、それ以上の鉛直荷重はすべて直接基礎２に流れることにより、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保する構造を実現できる。例えば、前記一定値を杭基礎３の長期支持力相当に設定しそれ以上の力が作用すると前記エネルギー吸収部材５…が塑性変形するようにしておくと、構造物１直下の地盤６が圧密等の沈下を生じると地盤反力は低下して杭基礎３で支持される鉛直荷重が増加するものの、前記エネルギー吸収部材５…が塑性変形することにより直接基礎２が沈下するので、直接基礎２の底面と地盤６とを確実に接触させることができる。よって、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保することができるので、杭反力と地盤反力とで構造物１に作用する全荷重を支持する設計を可能とするだけでなく、杭基礎３の支持力を所定の値に設定して実施することができるので、杭基礎３の軸力及び直接基礎２の接地圧を計画的に設計することができる。
２）直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎３の杭頭部３ａとをエネルギー吸収部材５…で接合するだけの構造なので、簡易でシンプルな構造で実施できるのみならず、施工性に優れており、非常に経済的である。
３）エネルギー吸収部材５…の塑性変形を利用することができるので、地震動に対しての減衰効果も期待できる。
４）杭基礎３の支持力の上限値を設定できるだけでなく、引き抜きに対しても杭基礎３への負担を低減させることができる。

本発明に係る構造物の基礎構造は、上述した発明の効果を奏するべく、以下のように実施される。

図１と図２は、請求項１に記載した構造物の基礎構造を示している。この基礎構造１０は、構造物１に作用する鉛直荷重及び水平荷重を直接基礎２と杭基礎３とで抵抗する構成であり、直接基礎２は地盤６上に支持されており、杭基礎３の杭頭部３ａとの接合部位に空洞部４が設けられ、同空洞部４内に前記杭基礎３の杭頭部３ａが上端に隙間Ｈを空けて配置され、直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎３の杭頭部３ａとは、杭基礎３に一定大きさの鉛直荷重が作用すると塑性変形するエネルギー吸収部材５で接合されている。

前記直接基礎２は、直接基礎、基礎梁とフーチングから成る基礎、或いは基礎底版など、地盤６上に直接設けられる基礎部を指す。前記杭基礎３は、鉄筋コンクリート杭で実施しているが、これに限定されず、鋼管杭、ＰＨＣ等の所謂支持杭であればよく、杭の種類は特に限定されない。

前記直接基礎２に設けた空洞部４は、その内部に杭基礎３の杭頭部３ａが設置可能な大きさ、即ち杭頭部３ａの外径に応じ、適宜設計変更されて実施される。具体的に、空洞部４の内径と杭頭部３ａの外径との関係は、杭頭部３ａが鉛直方向にスライド可能な構成であれば、面タッチ状態でも実施は可能である。ちなみに本実施例では、空洞部４の内径と杭頭部３ａの外径と間に数ｃｍ程度の隙間を設けて実施している。また、空洞部４の凹み深さと杭頭部３ａの挿入深さの関係は、鉛直方向に隙間Ｈを確保した状態で水平荷重を確実に伝達できる構成であれば特に限定されない。前記隙間Ｈは、予め地盤調査から地盤沈下量は推定できるので、少なくとも前記地盤沈下量よりは深く（長く）設定して実施される。前記隙間Ｈは、例えば、２〜５ｃｍ程度で実施するのが一般的であると考えられるが、地盤性状等に応じて適宜設計変更することは勿論可能である。

前記エネルギー吸収部材５は、図３に示したように、ある一定値（Ｆ）以上のせん断強度を超えると塑性変形する部材を使用する。本実施例では環状の鋼材５を使用し（請求項２記載の発明）、その内側壁部は前記杭頭部３ａの外周面に沿って一体化され、その外側部分は、直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａに埋め込んで一体化され、これにより前記内壁部４ａと杭頭部３ａとは前記鋼材（エネルギー吸収部材）５を介して一体的に接合される。なお、図示例に係る鋼材５は、前記杭頭部３ａに上下２段に配置して実施しているがこれに限定されず、１段でも、上下３段以上でも勿論実施できる。

前記直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎３の杭頭部３ａとを環状の鋼材（エネルギー吸収部材）５を介して一体的に接合する手法は、種々考えられる。本実施例では、杭基礎３として鉄筋コンクリート杭３を使用しているが、既製杭で実施する場合には、予め環状の鋼材５を杭頭部３ａに一体化して製作した鉄筋コンクリート杭３を地盤中に打設する。そして、直接基礎２構築用の型枠内に前記鋼材５の外側部分を組み込み、同型枠内にコンクリートを打設して直接基礎２を構築することにより、前記内周壁４ａと杭頭部３ａ、ひいては前記直接基礎２と杭基礎３とを鋼材５（エネルギー吸収部材）を介して一体化するのである。一方、場所打ちコンクリート杭で実施する場合には、直接基礎２構築用の型枠内に組み込んだ前記鋼材５を、構築する杭基礎３の杭頭部３ａを取り囲むように位置決めし、杭基礎用のコンクリートを打設することにより、前記内周壁４ａと杭頭部３ａ、ひいては前記直接基礎２と杭基礎３とを鋼材（エネルギー吸収部材）５を介して一体化するのである。

よって、この構造物１の基礎構造１０によれば、杭基礎３に一定値（Ｆ）以上の鉛直荷重（軸力）が作用すると、前記鋼材（エネルギー吸収部材）５が塑性変形し、杭基礎３には一定値（Ｆ）以上の鉛直荷重は伝達されず、それ以上の鉛直荷重はすべて直接基礎２に流れることにより、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保する構造を実現できる。例えば、前記一定値を杭基礎３の長期支持力相当に設定しそれ以上の力が作用すると前記鋼材５の塑性変形が始まるようにしておく。このような状態のもとで、構造物１直下の地盤６が圧密等の沈下を生じると地盤反力は低下して杭基礎３で支持される荷重が増加するものの、前記鋼材５が塑性変形することにより直接基礎２が前記隙間Ｈの範囲内で沈下して、直接基礎２の底面と地盤６とを確実に接触させることができる。また、前記隙間Ｈは予め地盤調査から推定した地盤沈下量に基づいて設定されているので、接触状態を恒常的に実現することができる。よって、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保することができるので、杭反力と地盤反力とで構造物１に作用する全荷重を支持する設計を可能とすることができるのである。

ちなみに、一例として、２５，０００ｋＮ以上の鉛直荷重を杭基礎３に作用しないようにしたい場合、杭基礎３の杭直径を２．０ｍ、鋼材（エネルギー吸収部材）５の連結部の厚さ（ｄ）を０．０３ｍとすることにより、鋼材５のせん断耐力は、２．０×３．１４（π）×τｍａｘ（Ｆ／√３、Ｆ＝２１５，０００ｋＮ／ｍ２とする。）＝２３，３８６ｋＮとなり、その結果、２５，０００ｋＮ以上の鉛直荷重を杭基礎３に作用させないようにする構造設計ができる。図示例に係る鋼材５は、上下２段で実施しているので、鋼材５の厚さ（ｄ）はそれぞれ０．０３／２＝０．０１５ｍで実施する。
［参考例１］

図４Ａ、Ｂは、構造物１の基礎構造１０の参考例１を示している。この参考例１に係る基礎構造１０は、上記実施例１に係る基礎構造１０と比して、杭基礎３を鋼管杭１３で実施していること、及びエネルギー吸収部材５を鉛直方向に細長い鋼材１５を複数本用いて実施していることが主に相違する。その他の直接基礎２等については、上記実施例１で説明した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。

即ち、参考例１に係る構造物１の基礎構造１０もまた、構造物１に作用する鉛直荷重及び水平荷重を直接基礎２と杭基礎１３とで抵抗する構成であり、直接基礎２は地盤６上に支持されており、杭基礎１３の杭頭部１３ａとの接合部位に空洞部４が設けられ、同空洞部４内に前記杭基礎１３の杭頭部１３ａが上端に隙間Ｈを空けて配置され、直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎１３の杭頭部１３ａとは、杭基礎１３に一定大きさの鉛直荷重が作用すると塑性変形するエネルギー吸収部材１５で接合されている。

前記直接基礎２に設けた空洞部４の内径及び凹み深さと、杭基礎１３の杭頭部１３ａの外径及び挿入深さとの関係は、実施例１とほぼ同様の調整、設計が図られている。前記隙間Ｈも同様に、予め地盤調査から地盤沈下量は推定できるので、少なくとも前記地盤沈下量よりは深く設定して実施している。

前記エネルギー吸収部材１５も実施例１と同様に、図３に示したように、ある一定値（Ｆ）以上のせん断強度を超えると塑性変形する部材を使用する。本参考例１では鉛直方向に細長い鋼材１５を８本用い、杭基礎１３の杭頭部１３ａの外周面にほぼ等間隔に放射状に配置して一体化され（図４Ｂ参照）、その外縁部分は、直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａに一体化され、これにより、前記内壁部４ａと杭頭部３ａとは前記鋼材（エネルギー吸収部材）１５を介して一体的に接合される。

前記直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎１３の杭頭部１３ａとを前記鋼材（エネルギー吸収部材）１５を介して一体的に接合する手法は、種々考えられる。本参考例１では、杭基礎１３として鋼管杭１３を使用しているので、工場又は現場で、鉛直方向に細長い鋼材１５を溶接等の接合手段で杭頭部１３ａに接合した鋼管杭１３を地盤６中に打設する。なお、前記接合作業は鋼管杭１３を地盤６中に打設した後でも実施できる。そして、直接基礎２構築用の型枠内に前記鋼材１５の外縁部分を組み込み、同型枠内にコンクリートを打設して直接基礎２を構築することにより、前記内周壁４ａと杭頭部１３ａ、ひいては前記直接基礎２と杭基礎１３とを鋼材（エネルギー吸収部材）１５を介して一体化するのである。

よって、この構造物１の基礎構造１０によれば、杭基礎１３に一定値（Ｆ）以上の鉛直荷重（軸力）が作用すると、前記鋼材（エネルギー吸収部材）１５が塑性変形し、杭基礎１３には一定値（Ｆ）以上の鉛直荷重は伝達されず、それ以上の鉛直荷重はすべて直接基礎２に流れることにより、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保する構造を実現できる。例えば、前記一定値を杭基礎１３の長期支持力相当に設定しそれ以上の力が作用すると前記鋼材１５の塑性変形が始まるようにしておく。このような状態のもとで、構造物１直下の地盤６が圧密等の沈下を生じると地盤反力は低下して杭基礎１３で支持される荷重が増加するものの、前記鋼材１５が塑性変形することにより直接基礎２が前記隙間Ｈの範囲内で沈下して、直接基礎２の底面と地盤６とを確実に接触させることができる。また、前記隙間Ｈは予め地盤調査から推定した地盤沈下量に基づいて設定されているので、接触状態を恒常的に実現することができる。よって、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保することができるので、杭反力と地盤反力とで構造物１に作用する全荷重を支持する設計を可能とすることができるのである。

ちなみに、一例として、２５，０００ｋＮ以上の鉛直荷重を杭基礎１３に作用しないようにしたい場合、杭基礎１３の杭直径を２．０ｍ、鋼材１５の幅寸（ｄ）を０．０３ｍ、鉛直方向の長さを０．７５ｍとすることにより、８本の鋼材１５のせん断耐力は、０．０３×０．７５×８×τｍａｘ（Ｆ／√３、Ｆ＝２１５，０００ｋＮ／ｍ２とする）＝２２，３４３ｋＮとなり、その結果、２５，０００ｋＮ以上の鉛直荷重を杭基礎１３に作用させないようにする構造設計ができる。

図５Ａ、Ｂは、請求項１に記載した構造物の基礎構造のバリエーションを示している。この実施例２に係る基礎構造１０は、上記実施例１に係る基礎構造１０と比して、杭基礎３を鋼管杭１３で実施していること、及びエネルギー吸収部材５を、スタッド２５（請求項２記載の発明）を複数本用いて実施していることが主に相違する。その他の直接基礎２等については、上記実施例１で説明した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。

即ち、実施例２に係る構造物１の基礎構造１０もまた、構造物１に作用する鉛直荷重及び水平荷重を直接基礎２と杭基礎１３とで抵抗する構成であり、直接基礎２は地盤６上に支持されており、杭基礎１３の杭頭部１３ａとの接合部位に空洞部４が設けられ、同空洞部４内に前記杭基礎１３の杭頭部１３ａが上端に隙間Ｈを空けて配置され、直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎１３の杭頭部１３ａとは、杭基礎１３に一定大きさの鉛直荷重が作用すると塑性変形するエネルギー吸収部材２５で接合されている（請求項１記載の発明）。

前記直接基礎２に設けた空洞部４の内径及び凹み深さと、杭基礎１３の杭頭部１３ａの外径及び挿入深さとの関係は、実施例１とほぼ同様の調整、設計が図られている。前記隙間Ｈも同様に、予め地盤調査から地盤沈下量は推定できるので、少なくとも前記地盤沈下量よりは深く設定して実施している。

前記エネルギー吸収部材２５も実施例１と同様に、図３に示したように、ある一定値（Ｆ）以上のせん断強度を超えると塑性変形する部材を使用する。本実施例ではスタッド２５を３２本用い、杭基礎１３の杭頭部１３ａの外周面にほぼ等間隔に放射状に８本配置し、鉛直方向に４本ずつ配置して一体化され、その太径部は、直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａに埋め込んで一体化され、これにより、前記内周壁４ａと杭頭部１３ａとは前記杭頭部１３ａに複数段配置したスタッド（エネルギー吸収部材）２５を介して一体的に接合される。なお、図示例に係るスタッド２５は、計３２本で実施しているがこれに限定されず、スタッド２５の種類、所要のせん断耐力の大きさ等に応じて適宜増減して実施することができる。

前記直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎１３の杭頭部１３ａとをスタッド（エネルギー吸収部材）２５を介して一体的に接合する手法は、種々考えられる。本実施例では、杭基礎１３として鋼管杭１３を使用しているので、工場又は現場で、スタッド２５を溶接等の接合手段で杭頭部１３ａにほぼ水平に接合した鋼管杭１３を地盤６中に打設する。なお、前記接合作業は鋼管杭１３を地盤６中に打設した後でも実施できる。そして、直接基礎２構築用の型枠内に前記スタッド２５の太径部を組み込み、同型枠内にコンクリートを打設して直接基礎２を構築することにより、前記内周壁４ａと杭頭部１３ａ、ひいては前記直接基礎２と杭基礎１３とをスタッド（エネルギー吸収部材）２５を介して一体化するのである。

よって、この構造物１の基礎構造１０によれば、杭基礎１３に一定値（Ｆ）以上の鉛直荷重（軸力）が作用すると、前記スタッド（エネルギー吸収部材）２５が塑性変形し、杭基礎１３には一定値（Ｆ）以上の鉛直荷重は伝達されず、それ以上の鉛直荷重はすべて直接基礎２に流れることにより、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保する構造を実現できる。例えば、前記一定値を杭基礎１３の長期支持力相当に設定しそれ以上の力が作用すると前記スタッド２５の塑性変形が始まるようにしておく。このような状態のもとで、構造物１直下の地盤６が圧密等の沈下を生じると地盤反力は低下して杭基礎１３で支持される荷重が増加するものの、前記スタッド２５が塑性変形することにより直接基礎２が前記隙間Ｈの範囲内で沈下して、直接基礎２の底面と地盤６とを確実に接触させることができる。また、前記隙間Ｈは予め地盤調査から推定した地盤沈下量に基づいて設定されているので、接触状態を恒常的に実現することができる。よって、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保することができるので、杭反力と地盤反力とで構造物１に作用する全荷重を支持する設計を可能とすることができるのである。

ちなみに、一例として、２５，０００ｋＮ以上の鉛直荷重を杭基礎１３に作用しないようにしたい場合、杭基礎１３の杭直径を２．０ｍ、スタッド耐力を１本当たり７００ｋＮとすることにより、３２本のスタッド２５のせん断耐力は、７００×３２＝２２，４００ｋＮとなり、その結果、２５，０００ｋＮ以上の鉛直荷重を杭基礎１３に作用させないようにする構造設計ができる。
［参考例２］

図６Ａ、Ｂは、構造物１の基礎構造１０の参考例２を示している。この参考例２に係る基礎構造１０は、上記実施例１に係る基礎構造１０と比して、エネルギー吸収部材５を、蛇腹状の超塑性合金３５で実施していることが主に相違する。その他の直接基礎２、杭基礎３等については、上記実施例１で説明した符号と同一の符号を付してその説明を省略する。

即ち、参考例２に係る構造物１の基礎構造１０もまた、構造物１に作用する鉛直荷重及び水平荷重を直接基礎２と杭基礎３とで抵抗する構成であり、直接基礎２は地盤６上に支持されており、杭基礎３の杭頭部３ａとの接合部位に空洞部４が設けられ、同空洞部４内に前記杭基礎３の杭頭部３ａが上端に隙間Ｈを空けて配置され、直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎３の杭頭部３ａとは、杭基礎３に一定大きさの鉛直荷重が作用すると塑性変形するエネルギー吸収部材３５で接合されている。

前記直接基礎２に設けた空洞部４の内径及び凹み深さと、杭基礎３の杭頭部３ａの外径及び挿入深さとの関係は、実施例１とほぼ同様の調整、設計が図られている。前記隙間Ｈも同様に、予め地盤調査から地盤沈下量は推定できるので、少なくとも前記地盤沈下量よりは深く設定して実施される。

前記エネルギー吸収部材３５も実施例１と同様に、図３に示したように、ある一定値（Ｆ）以上のせん断強度を超えると塑性変形する部材を使用する。本実施例では蛇腹状の超塑性合金３５を用い、その内周壁部分は、杭基礎３の杭頭部３ａの外周部全面にわたって一体化され、その外周部分は、直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａの全面にわたって一体化され、これにより、前記内周壁４ａと杭頭部３ａとは前記超塑性合金（エネルギー吸収部材）３５を介して一体的に接合される。

前記直接基礎２の空洞部４を形成する内壁部４ａと杭基礎３の杭頭部３ａとを前記超塑性合金（エネルギー吸収部材）３５を介して一体的に接合する手法は、種々考えられる。本参考例２では、杭基礎３として鉄筋コンクリート杭３を使用しているが、既製杭で実施する場合には、予め蛇腹状の超塑性合金３５を杭頭部３ａに一体化して製作した鉄筋コンクリート杭３を地盤中に打設する。そして、直接基礎２構築用の型枠内に前記超塑性合金３５の外周側部分を組み込み、同型枠内にコンクリートを打設して直接基礎２を構築することにより、前記内周壁４ａと杭頭部３ａ、ひいては前記直接基礎２と杭基礎３とを蛇腹状の超塑性合金（エネルギー吸収部材）３５を介して一体化するのである。一方、場所打ちコンクリート杭で実施する場合には、直接基礎２構築用の型枠内に組み込んだ前記超塑性合金３５を、構築する杭基礎３の杭頭部３ａを取り囲むように位置決めし、杭基礎用のコンクリートを打設することにより、前記内周壁４ａと杭頭部３ａ、ひいては前記直接基礎２と杭基礎３とを蛇腹状の超塑性合金（エネルギー吸収部材）３５を介して一体化するのである。

ちなみに、本参考例２では、前記超塑性合金３５は降伏強度が小さいので、図示例のように、前記空洞部４を形成する内壁部４ａと杭頭部３ａの全面にわたって設けるほか、蛇腹状に形成することにより、せん断耐力を増大させる工夫が施されている。

よって、この構造物１の基礎構造１０によれば、杭基礎３に一定値（Ｆ）以上の鉛直荷重（軸力）が作用すると、前記蛇腹状の超塑性合金（エネルギー吸収部材）３５が塑性変形し、杭基礎３には一定値（Ｆ）以上の鉛直荷重は伝達されず、それ以上の鉛直荷重はすべて直接基礎２に流れることにより、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保する構造を実現できる。例えば、前記一定値を杭基礎３の長期支持力相当に設定しそれ以上の力が作用すると前記超塑性合金３５の塑性変形が始まるようにしておく。このような状態のもとで、構造物１直下の地盤６が圧密等の沈下を生じると地盤反力は低下して杭基礎３で支持される荷重が増加するものの、前記超塑性合金３５が塑性変形することにより直接基礎２が前記隙間Ｈの範囲内で沈下して、直接基礎２の底面と地盤６とを確実に接触させることができる。また、前記隙間Ｈは予め地盤調査から推定した地盤沈下量に基づいて設定されているので、接触状態を恒常的に実現することができる。よって、地盤６に対する直接基礎２の接地圧を確実に確保することができるので、杭反力と地盤反力とで構造物１に作用する全荷重を支持する設計を可能とすることができるのである。

以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。例えば、前記杭基礎３、１３、の杭頭部３ａ、１３ａの上端に設ける隙間Ｈに、杭基礎３の剛性に対して柔らかい発泡ウレタン、発泡スチロール等の発泡材を充填して実施することもできる。

構造物の基礎構造を概略的に示した立断面図である。 Ａは、実施例１に係る構造物の基礎構造の要部を示した立断面図であり、Ｂは、杭基礎の杭頭部にエネルギー吸収部材を一体的に設けた状態を示した平面図である。 エネルギー吸収部材における荷重と変形との関係を示したグラフである。 Ａは、参考例１に係る構造物の基礎構造の要部を示した立断面図であり、Ｂは、杭基礎の杭頭部にエネルギー吸収部材を一体的に設けた状態を示した平面図である。 Ａは、実施例２に係る構造物の基礎構造の要部を示した立断面図であり、Ｂは、杭基礎の杭頭部にエネルギー吸収部材を一体的に設けた状態を示した平面図である。 Ａは、参考例２に係る構造物の基礎構造の要部を示した立断面図であり、Ｂは、杭基礎の杭頭部にエネルギー吸収部材を一体的に設けた状態を示した平面図である。

１ 構造物
２ 直接基礎
３ 杭基礎（鉄筋コンクリート杭）
３ａ 杭頭部
４ 空洞部
４ａ 空洞部の内壁部
５ 環状の鋼材（エネルギー吸収部材）
１０ 基礎構造
１３ 杭基礎（鋼管杭）
１３ａ 杭頭部
１５ 鉛直方向に細長い鋼材（エネルギー吸収部材）
２５ スタッド（エネルギー吸収部材）
３５ 蛇腹状の超塑性合金（エネルギー吸収部材）
Ｈ 隙間

Claims (3)

1. 構造物に作用する鉛直荷重及び水平荷重を直接基礎と杭基礎とで抵抗する、構造物の基礎構造であって、
   直接基礎は地盤上に支持されており、杭基礎の杭頭部との接合部位に空洞部が設けられ、同空洞部内に前記杭基礎の杭頭部が上端に隙間を空けて配置されていること、
   前記隙間は、推定される地盤沈下量より長く設定されていること、
   直接基礎の空洞部を形成する内壁部と杭基礎の杭頭部とは、杭基礎に一定大きさの鉛直荷重が作用すると塑性変形するエネルギー吸収部材で接合されていること、
   前記エネルギー吸収部材は、前記杭頭部に複数段配置され、その内側部は前記杭頭部の外周面に沿って一体化され、その外側部分は、前記直接基礎の空洞部を形成する内壁部に埋め込んで一体化されて、前記直接基礎と前記杭基礎とは前記エネルギー吸収部材を介して一体的に接合されていることを特徴とする、構造物の基礎構造。
2. 前記エネルギー吸収部材は、鋼材、又はスタッドボルトであることを特徴とする、請求項１に記載した構造物の基礎構造。
3. 前記隙間には、発泡ウレタン、発泡スチロール等の発泡材が充填されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した構造物の基礎構造。

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