JP7132398B1 - 基礎構造、基礎構造の設計方法、プログラム及び平屋建て建築物 - Google Patents

Abstract

【課題】システム化された基礎構造について、隣地境界線に近い箇所に柱を設けることができる基礎構造を提供するする。【解決手段】構造物支柱３０を支持する基礎構造１００であって、薄板鋼板により形成される曲面を持った外枠１０と、外枠１０の内部に充填され、外枠１０と一体化されるコンクリート２０と、を備え、構造物支柱３０は、外枠１０の中心から偏心した位置に固定されることを特徴とする。【選択図】図１

Description

特許法第３０条第２項適用 （１）令和３年５月１３日に関東スタンビルディング会 施工店会 ２０２１年度技術連絡会（第１回） オンライン会議にて公開 会議室ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｔｅａｍｓ．ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ．ｃｏｍ／ｌ／ｍｅｅｔｕｐ－ｊｏｉｎ／１９％３ａｍｅｅｔｉｎｇ＿ＯＧＪｋＭｍＥ５ＹｚＵｔＯＷＥ４ＮＳ００ＹＷＥｘＬＷＦｋＭＴｇｔＹｊｃ１ＯＤＢｈＭＤＡ３Ｍ２Ｊｍ％４０ｔｈｒｅａｄ．ｖ２／０？ｃｏｎｔｅｘｔ＝％７ｂ％２２Ｔｉｄ％２２％３ａ％２２５ａ９５９ｅ９４－ａ２７８－４６７ｄ－ａｂ３３－ｄ５９９０９ａ７５ｂａｄ％２２％２ｃ％２２Ｏｉｄ％２２％３ａ％２２ｅ７７ｅ４ｂａｃ－ａ０７０－４ｃ６７－８７３３－００５２７８４ｅ８９１ｂ％２２％７ｄ （２）令和３年５月２７日に、令和３年６月９日に実施予定のオンライン説明会用の資料を公開

本発明は、基礎構造、基礎構造の設計方法、プログラム及び平屋建て建築物に関する。

建築物をはじめとする構造物の建造において柱を設ける際、地盤に基礎構造を設け、この基礎構造と柱とをアンカーボルトを介して固定することがある。例えば、薄板鋼板により形成される円筒形の外枠の内部にコンクリートを打設した構造が開示されている（例えば、特許文献１）。
また、薄板鋼板により形成される型枠の端縁のうち２か所を接続する少なくとも１つの拘束材を備えた構造が開示されている（例えば、特許文献２）。
前記従来の基礎構造はシステム化されている。すなわち、予め規格的に定められた大きさ及び構造に則り施工されている。これにより、施工場所ごとに個別に設計等を行うことを避け、工種削減、工程短縮、コスト削減といった利益を享受している。また、前記従来の基礎構造に対する柱の固定位置は、基礎構造の中央とされている。

特開２００５－６８９５１号公報 特開２０２０－２０２１８号公報

前記従来の基礎構造では、柱の位置を基礎構造の中央にする必要がある。このため、構造物の柱を固定する位置が隣地境界線に近い場合は、柱の位置を優先すると基礎構造が隣地に干渉することがある。この場合、隣地に基礎構造を実際には干渉させるわけにいかず、この干渉を避けるため、システム化された（規格的に定められた）基礎構造に基づいて設計するのではなく、個別に基礎構造を設計する必要がある。よって、上述のシステム化された基礎構造を用いることができず、工種削減、工程短縮、コスト削減といった利益を享受できない課題があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、システム化された基礎構造について、柱を中央位置から偏心させることにより、隣地境界線に近い箇所に柱を設けることができる基礎構造を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る基礎構造は、構造物支柱を支持する基礎構造であって、薄板鋼板により形成される曲面を持った外枠と、前記外枠の内部に充填され、前記外枠と一体化されるコンクリートと、を備え、前記構造物支柱は、前記外枠の中心から偏心した位置に固定されることを特徴とする。

この発明によれば、構造物支柱は、外枠の中心から偏心した位置に固定される。これにより、構造物支柱の位置が隣地境界線に近い場合に、外枠の位置を変えずに構造物支柱の位置を偏心させることで、構造物支柱のみを隣地境界線の近くに設けることができる。よって、より隣地境界線に近い箇所に柱を設けることができる基礎構造とすることができる。

また、前記コンクリートの内部において鉄筋が均等な間隔で複数配設されており、前記構造物支柱の位置は、前記外枠の中心から、前記鉄筋が配置された前記間隔の整数倍分だけ、前記鉄筋の延伸方向に沿って偏心していることを特徴としてもよい。

この発明によれば、構造物支柱の位置は、外枠の中心から、鉄筋が配置された間隔の整数倍分だけ、鉄筋の延伸方向に沿って偏心している。このように、構造物支柱の偏心を段階的に行うことで、構造物の設計検討における偏心量の検討を効率的に行うことができる。また、構造物支柱が偏心したとき、構造物支柱を基礎構造に締結するアンカーボルトと鉄筋とが干渉することを防ぐことができる。

また、前記外枠は円筒形であることを特徴としてもよい。

この発明によれば、外枠は円筒形である。つまり、基礎構造が円筒形となる。これにより、基礎構造に設けられた構造物支柱に荷重が付加されたとき、基礎構造に応力集中が発生することを防ぐことができる。よって、より基礎構造の耐久性能に寄与することができる。また、外枠を円筒形とすることで基礎構造の製作が容易となる。よって、工程の短縮に寄与することができる。

また、本発明に係る基礎構造の設計方法は、前記基礎構造における、前記外枠の中心からの前記構造物支柱の偏心量を定める設計方法であって、前記偏心量を決定する決定ステップと、前記決定ステップで決定された前記偏心量が、所定の設計条件を満たすか否かを判定する判定ステップと、を含むことを特徴とする。

この発明によれば、決定ステップにて構造物支柱の偏心量を決定した後に、判定ステップによって設計条件を満たすか否かを判定する。つまり、予め構造物支柱の偏心量を決定してから、設計条件を満たすか否かについてのみ検討する。これにより、各条件を織り込んだ検討結果として最適な偏心量を算出する方法と比較して、検討に係る時間を少なくすることができる。よって、設計検討を効率的に行うことができる。

更に、構造物支柱の偏心量、すなわち、構造物における構造物支柱の位置を予め決定することにより、構造物のレイアウト設計を基礎構造の検討と並行して行うことができる。つまり、最適な偏心量が算出されることを待ってから構造物のレイアウト設計を行う場合と比較して、より効率的かつ柔軟に構造物のレイアウト設計を行うことができる。

また、前記判定ステップの判定で用いられる情報は、接地圧を含むことを特徴としてもよい。

この発明によれば、判定ステップで用いられる情報に接地圧を含む。具体的には、接地圧が地盤の耐力を上回らないことを判定する。ここで、接地圧は、基礎構造に作用する単位面積あたりの荷重をいう。構造物支柱の偏心量の検討に接地圧の情報を用いることで、構造物の強度及び耐久性の確保に寄与することができる。

また、前記判定ステップの判定で用いられる情報は、前記基礎構造のサイズを含むことを特徴としてもよい。

この発明によれば、判定ステップで用いられる情報に基礎構造のサイズを含む。構造物支柱の偏心量の検討に基礎構造のサイズの情報を用いることで、構造物のレイアウトに関する条件を満たすことに寄与することができる。

また、前記判定ステップの判定で用いられる情報は、前記鉄筋の太さを含むことを特徴としてもよい。

この発明によれば、判定ステップで用いられる情報に鉄筋の太さを含む。構造物支柱の偏心量の検討に鉄筋の太さの情報を用いることで、基礎構造の備える外枠の内部におけるコンクリートの量と鉄筋の量との関係を把握しながら設計をすることができる。よって、施工現場において、基礎構造の大きさや必要な強度及び予算等のバランスを取りながら、最善の検討結果とすることに寄与することができる。

また、前記判定ステップの判定で用いられる情報は、前記鉄筋のサイズアップの要否を含むことを特徴としてもよい。

この発明によれば、判定ステップで用いられる情報に鉄筋のサイズアップの要否を含む。つまり、構造物支柱の偏心量の検討をする際、基礎構造に設けられた鉄筋のサイズアップを考慮する。これにより、基礎構造の内部に設けられた鉄筋のサイズアップのみによって設計条件を満たすことができる場合に、基礎構造全体の大きさを変更せずに基礎構造を設けることができる。つまり、基礎構造を必要最小限の大きさで設けることができる。よって、構造物のレイアウトのしやすさに寄与することができる。また、基礎構造に打設するコンクリートの量を必要最小限とすることで、コスト性の向上に寄与することができる。

また、前記判定ステップの判定で用いられる情報は、前記構造物支柱の移動可能量を含むことを特徴としてもよい。

この発明によれば、判定ステップで用いられる情報に構造物支柱の移動可能量を含む。つまり、基礎構造における構造物支柱の移動可能な範囲内において移動量の検討を行う。これにより、基礎構造における構造物支柱の必要移動量と基礎構造の強度との双方を両立させることができる。

まて、本発明に係るプログラムは、前記基礎構造の設計方法を用いて基礎構造の設計検討を行うための検討装置として、コンピュータを機能させる。

この発明によれば、本発明に係る基礎構造の設計検討を、プログラムによって行う。よって、数値の入力等の際に生じる人的ミスを最小限に抑えることができる。また、人件費の削減に寄与することができる。

また、本発明に係る平屋建て建築物は、前記基礎構造を備えている。

この発明によれば、本発明に係る基礎構造を平屋建て建築物に適用する。これにより、本発明に係る基礎構造による作用効果を最大限享受することができる。

本発明によれば、システム化された基礎構造について、柱位置を中央部から偏心させることで基礎全体が隣地境界線内に収まるようにし、隣地境界線に近い箇所に柱を設けることができるシステム化された基礎構造を提供することができる。

本実施形態に係る基礎構造を示す側面の断面図である。 図１に示す基礎構造の平面図である。 基礎構造の平面視における構造物支柱と鉄筋との位置関係を示す図である。 基礎構造に対して構造物支柱の軸力が負荷された状態を示す第１模式図である。 基礎構造に対して構造物支柱の軸力が負荷された状態を示す第２模式図である。 図２において基礎構造の径が大きくなった場合を示す例である。 構造物に外力が負荷された状態を示す模式図である。 図７におけるＶＩＩＩ部の拡大図である。 図７におけるＩＸ部の拡大図である。 本実施形態に係る設計方法のフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る基礎構造１００を説明する。
図１に示すように、基礎構造１００は、外枠１０と、コンクリート２０と、鉄筋４０と、アンカーボルト５０と、ベースプレート６０と、無収縮モルタル７０と、を備える。基礎構造１００は、例えば、建築物をはじめとする構造物を支持するために用いられる。具体的には、基礎構造１００によって、構造物の一部である構造物支柱３０を保持するために用いられる。以下において、基礎構造１００と構造物支柱３０とをまとめて、基礎システムと呼称することがある。本実施形態に係る基礎システムは、特に、構造物における構造物支柱３０と隣地境界線Ｂとの距離が近い場合に好適に用いられる。
なお、本実施形態に係る基礎構造１００は、例えば、工場をはじめとする平屋建て建築物に特に好適に用いられる。

外枠１０は、基礎構造１００の外周に位置する。外枠１０は、薄板鋼板により形成される。具体的には、帯状の薄板鋼板を、曲面を持つように適宜折り曲げ、前記帯状の長手方向の端部同士を接続することで形成される。このように形成される外枠１０は、円筒形であることが好ましい。薄板鋼板により形成される外枠１０の円筒形の大きさは、外径１０００ｍｍ～３８００ｍｍ、高さは５００ｍｍ～１０００ｍｍであることが好ましい。前述の大きさの範囲で、後述する設計方法により適宜決定される。

コンクリート２０は、外枠１０の内部に充填され、外枠１０と一体化される。これにより、基礎構造１００の外径が形成される。
構造物支柱３０は、上述のように外枠１０の内部に充填されたコンクリート２０に配置される。図２に示すように、構造物支柱３０は、外枠１０の中心線Ｃから移動（偏心）した位置に固定される。これにより、構造物支柱３０の位置が隣地境界線Ｂに近い場合に、外枠１０の位置を変えずに構造物支柱３０のみを隣地境界線Ｂの近くに設ける。具体的な偏心量は、後述する設計方法により適宜決定される。

鉄筋４０は、外枠１０に充填されたコンクリート２０を補強する棒状の部材である。鉄筋４０は、コンクリート２０の内部において均等な間隔で複数配設される。鉄筋４０の太さは、規格により定められたものから適宜選択されることが好ましい。例えば、Ｄ１０～Ｄ２５のものが好適に用いられる。

また、鉄筋４０は、図３に示すように、コンクリート２０の内部において、第１方向Ｄ１と、前記第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２とに交差する、いわゆる格子状に設けられることが好ましい。このように配設される鉄筋４０の間隔（ピッチ）は、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍが一般的に用いられる。あるいは、特殊な基礎の場合は上記以外のピッチとしてもよい。なお図３では、後述する説明のため、基礎構造１００の中央に構造物支柱３０が位置している状態（本実施形態の参考例）を示しているが、鉄筋４０の配置位置については、本実施形態の鉄筋４０と同様である。

鉄筋４０を配置する方向である第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２は、構造物の方向から決定される。言い換えれば、隣地境界線Ｂによって決定されない。そのため、鉄筋４０の延伸方向が隣地境界線Ｂと並行でない場合もあり得る。
アンカーボルト５０は、コンクリート２０の内部に垂直に設けられたボルトである。アンカーボルト５０は、図１に示すように、ベースプレート６０及びコンクリート２０を貫通し、これらをナットＮによって締結する。アンカーボルト５０は、鉄筋４０に干渉しないように配置されることが好ましい。

ベースプレート６０は、構造物支柱３０の下端に設けられ、構造物支柱３０をコンクリート２０に固定する部位である。上述のように、ベースプレート６０とコンクリート２０とはアンカーボルト５０によって締結される。
無収縮モルタル７０は、ベースプレート６０とコンクリート２０との間に打設される。無収縮モルタル７０は、硬化後に収縮しない特性を備える。無収縮モルタル７０は、ベースプレート６０とコンクリート２０とをアンカーボルト５０及びナットＮによって固定する際に打設される。これにより、無収縮モルタル７０が硬化した後にベースプレート６０とコンクリート２０との間に隙間が生じることを防ぎ、固定を安定させる。

（基礎構造１００の設計方法）
次に、図１０のフローチャートを用いて、本実施形態に係る基礎構造１００の設計方法を説明する。すなわち、基礎構造１００の中心線Ｃからの構造物支柱３０の偏心量を定める設計方法を説明する。本実施形態に係る設計方法は、決定ステップと、判定ステップと、を備える。

（決定ステップ）
決定ステップは、設計者が基礎構造１００における構造物支柱３０の偏心量を決定するステップである（第１ステップＳ１）。すなわち、設計者が、建造する構造物の位置、レイアウト等の条件に合わせ、構造物に配置した基礎構造１００における構造物支柱３０の位置を決定する。このとき、構造物支柱３０の偏心方向及び偏心量は、図３に示すような、基礎構造１００の中央に構造物支柱３０が位置している状態を基準として、下記のように配置されることが好ましい。すなわち、構造物支柱３０の偏心方向は、コンクリート２０の内部に設けられた鉄筋４０の延伸方向、すなわち第１方向Ｄ１又は第２方向Ｄ２に沿うことが好ましい。構造物支柱３０の偏心量は、コンクリート２０の内部に配置された鉄筋４０のピッチに合わせて、段階的に決定されることが好ましい。すなわち、構造物支柱３０と基礎構造１００の中心線Ｃとの距離が、鉄筋４０のピッチの整数倍となることが好ましい。

（判定ステップ）
判定ステップは、決定ステップで決定された基礎構造１００における構造物支柱３０の偏心量が、所定の設計条件を満たすか否かを設計者が判定するステップである。設計条件としては、例えば、以下の（１）～（４）に例示した条件が挙げられる。
（１）構造物の建築現場において基礎構造１００の大きさが問題ないか
（２）強度の観点から基礎構造１００に設けられる鉄筋４０の太さが問題ないか
（３）鉄筋４０を太くすることで基礎構造１００の強度を担保できるか
（４）基礎構造１００における構造物支柱３０の偏心量が問題ないか
以下、図１０に示すフローチャートに沿って、これらの設計条件を検討する手順を説明する。

まず、決定ステップ（第１ステップＳ１）で決定された偏心量を用いて、接地圧σを算出する（第２ステップＳ２）。接地圧σは、コンクリート２０に負荷された構造物支柱３０の軸力Ａによって、コンクリート２０と地盤との間に作用する単位面積当たりの荷重である。軸力Ａには、構造物に配置された構造物支柱３０ごとに負荷される構造物の重量に加え、強風や地震によって負荷される外力Ｆを考慮して算出される（詳細は後述）。接地圧σの算出は、設計者によって計算されてもよいし、コンピュータをはじめとする計算機によって行われてもよい。

図４に示すように、構造物支柱３０が基礎構造１００におけるコンクリート２０の中央から偏心した位置にあるとき、接地圧σは、構造物支柱３０がコンクリート２０の中央から偏心した側の縁において最大値となる。接地圧σは、構造物支柱３０がコンクリート２０の中央から偏心した側の反対側の縁において最小値となる。この規則を用いて、接地圧σを、基礎構造１００における微小面積部分の実荷重と、構造物支柱３０の偏心量との関係から、積分によって求める。これにより、コンクリート２０と地盤との接地圧σを、図４又は図５に示すような曲げモーメント図ＢＭＤとして求める。曲げモーメント図ＢＭＤの作図は設計者によって積分計算等により行われてもよいし、コンピュータによる解析によって行われてもよい。なお、積分によらずに接地圧σを算出する場合、基礎構造１００において微小面積部分の実荷重における最大値が、基礎構造１００の全体に一様に付加されているとして算出する方法が好適に用いられていたが、この場合は基礎構造１００を必要以上に大きくしなければならない結果となる。このため、積分による接地圧σの算出は、基礎構造１００を必要最小限の大きさとして、構造物のレイアウト設計を最適化することに寄与する。

上述の計算によって算出された接地圧σから、基礎構造１００の大きさ（サイズ）が問題ないかを判定する（第３ステップＳ３）。この判定は、設計者によって行われてもよいし、コンピュータによって行われてもよい。すなわち、地盤の単位面積当たりの耐力が、接地圧σを上回っていることを判定する。これにより、基礎構造１００が構造物の重量によって地盤に沈下しないことを担保する。地盤の耐力が接地圧σを上回っている（第３ステップＳ３：ＹＥＳ）場合は、鉄筋４０の太さが問題ないかを判定する（第４ステップＳ４）。具体的には、構造物支柱３０に構造物から負荷される荷重は、アンカーボルト５０を介してコンクリート２０及び鉄筋４０に伝達される。このとき、無収縮モルタル７０を介してコンクリート２０に接しているベースプレート６０に、コンクリート２０からの曲げモーメントが付加される。鉄筋４０の太さが問題ないかは、ベースプレート６０の端部にかかる曲げモーメントに鉄筋４０が耐え得るかによって判断する。この判定は、設計者によって行われてもよいし、コンピュータによって行われてもよい。これにより、基礎構造１００が構造物の重量あるいは外力Ｆによって崩壊しないことを担保する。

地盤の耐力が接地圧σを下回っている（第３ステップＳ３：ＮＯ）場合は、基礎構造１００の大きさ（基礎サイズ）を拡大する（第６ステップＳ６）。基礎構造１００の大きさの拡大量は設計者によって決定されてもよいし、コンピュータによって決定されてもよい。このとき、決定ステップ（第１ステップＳ１）で事前に決定されていた偏心量を以下のように更新する。すなわち、基礎構造１００を拡大する前と構造物支柱３０の位置を同一の位置としたまま、基礎構造１００を拡大した（基礎構造１００の中心位置を変更した）場合における、基礎構造１００における偏心量を、新たな偏心量とする。この新たな偏心量を前提として、基礎構造１００の大きさを判定する（第３ステップＳ３）。

基礎構造１００の大きさが問題なく（第３ステップＳ３：ＹＥＳ）、鉄筋４０の太さが不十分であった（第４ステップＳ４：ＮＯ）場合は、鉄筋４０の太さを変更するのみで設計要件を満たすことができるかを判断する（第７ステップＳ７）。この判定は、設計者によって行われてもよいし、コンピュータによって行われてもよい。これにより、基礎構造１００の大きさが必要最小限となることを担保する。鉄筋４０の太さを太くすることのみによって設計要件を満たすことができる場合（第７ステップＳ７：ＹＥＳ）は、鉄筋４０の太さを太くする（第８ステップＳ８）。鉄筋４０の太さは、設計者によって決定されてもよいし、コンピュータによって決定されてもよい。基礎構造１００においてその太さで問題ないかを再度判定する（第４ステップＳ４）。鉄筋４０の太さの変更のみでは設計要件を満たすことができない（第７ステップＳ７：ＮＯ）場合、例えば、鉄筋４０の太さを太くする（サイズアップ）ことで相対的にコンクリート２０の量が低下し、他の設計要件を満たさなくなるといった場合は、基礎構造１００の大きさを拡大する（第６ステップＳ６）。その後、拡大後の基礎構造１００の大きさによって接地圧σを算出し（第２ステップＳ２）、基礎サイズが問題ないかを判定する（第３ステップＳ３）。

上述のフローによって基礎構造１００の大きさが問題ないと判断され（第３ステップＳ３：ＹＥＳ）、かつ鉄筋４０の太さも問題ないと判断された場合（第４ステップＳ４：ＹＥＳ）は、基礎構造１００における構造物支柱３０が必要量移動可能かを判定する（第５ステップＳ５）。すなわち、基礎構造１００において構造物支柱３０がコンクリート２０の中央にある状態（原設計）から、必要とする偏心量（必要量）を確保できているかを判定する。例えば、原設計において、基礎構造１００が隣地境界線Ｂに対して５００ｍｍ干渉した状態であるとする。このとき、決定ステップにおいては基礎構造１００を原設計に対して５００ｍｍ偏心させることを決定する。ここで、判定ステップにおいて基礎構造１００を拡大させ、隣地境界線Ｂに対する基礎構造１００の干渉量が１００ｍｍ増加することとなった場合、基礎構造１００を５００ｍｍ偏心できた場合であっても偏心の必要量を満たしていないこととなる。このような場合には、必要量移動可能でないと判断する。この判定は、設計者によって行われてもよいし、コンピュータによって行われてもよい。これにより、上述の検討によって決定された構造物支柱３０の偏心量によって構造物が建築可能となることを担保する。構造物支柱３０が必要量だけ移動可能である場合（第５ステップＳ５：ＹＥＳ）は、設計方法のフローを終了する。構造物支柱３０が必要量だけ移動できない場合（第５ステップＳ５：ＮＯ）は決定ステップに戻り、構造物支柱３０の偏心量を再検討する（第１ステップＳ１）。すなわち、構造物における構造物支柱３０の位置を、基礎構造１００における偏心量を各設計条件に合うものとするように検討する。具体的には、例えば、偏心量の基準の位置となる構造物支柱３０の位置を変更することで、基礎構造１００の偏心量を移動可能なものに変更することが挙げられる。
上記フローによって、基礎構造１００における構造物支柱３０の偏心量を決定する。

上述のフローを用いて基礎構造１００の設計検討（例えば、接地圧σの算出に必要となる複雑な積分計算等）を行う際は、検討者が初期条件を入力することで最適な検討結果を算出するプログラムを構成して、基礎構造１００の設計検討を行うための検討装置として、コンピュータを機能させることによって上記検討を行ってもよい。プログラムの作成には、例えば、公知の表計算ソフトが好適に用いられる。

コンピュータは、少なくともプロセッサ、メインメモリ、ストレージ、インタフェースを備える。上述したフローチャートは、プログラムの形式でストレージに記憶されている。
プロセッサは、プログラムをストレージから読み出してメインメモリに展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサは、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリに確保する。プロセッサの例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。

プログラムは、コンピュータに発揮させる機能の一部を実現するためのものであってもよい。例えば、プログラムは、ストレージに既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせ、または他の装置に実装された他のプログラムとの組み合わせによって機能を発揮させるものであってもよい。なお、他の実施形態においては、コンピュータは、上記構成に加えて、または上記構成に代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタム（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサによって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。

ストレージの例としては、磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージは、コンピュータのバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インタフェースまたは通信回線を介してコンピュータに接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータに配信される場合、配信を受けたコンピュータが当該プログラムをメインメモリに展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも１つの実施形態において、ストレージは、一時的でない有形の記憶媒体である。

インタフェースは、設計者がプログラムの処理に必要な情報、例えば、構造物の重量や、基礎構造１００の大きさ、構造物支柱３０の偏心量を入力したり、プログラムによって算出された接地圧σ、曲げモーメントの解析結果、若しくは上述の各ステップに係る判定をコンピュータによって行った場合の判定結果等を設計者に対して表示したりする役割を備える。これにより、設計者は検討の結果を目視により確認し、最終的な偏心量を判断する。

次に、図７に示す構造物の例を用いて、本実施形態に係る基礎構造１００の設計思想について説明する。以下、図７における第１側（紙面左側）の基礎構造１００を第１基礎構造１０１、第２側（紙面右側）の基礎構造１００を第２基礎構造１０２と呼称する。このとき、図７に示すように、第１基礎構造１０１及び第２基礎構造１０２の偏心方向は、それぞれの構造物支柱３０を基準として、それぞれのコンクリート２０が構造物の内側に移動するように偏心していることが好ましい。言い換えれば、第１基礎構造１０１及び第２基礎構造１０２は、互いに近づくように偏心していることが好ましい。

第１基礎構造１０１及び第２基礎構造１０２との偏心が上述のような条件によりされている場合において、第１側から第２側へ向けて強風や地震等によって外力Ｆが負荷された場合について考察する。
構造物に外力Ｆが負荷されたとき、図８及び図９に示すように、構造物支柱３０を介して、第１基礎構造１０１及び第２基礎構造１０２に対して曲げモーメントが発生する。この曲げモーメントは、図８及び図９に示すように、第１基礎構造１０１及び第２基礎構造１０２における第１側の端部を地盤から引き抜こうとする力である引抜力Ｐを生じさせる。

このとき、図８に示すように、第１基礎構造１０１における構造物支柱３０は第１側に偏心している。このため、構造物の重量、すなわち構造物支柱３０の軸力Ａは、第１基礎構造１０１に作用した引抜力Ｐを打ち消すように作用する。
これに対し、図９に示すように、第２基礎構造１０２における構造物支柱３０は第２側に偏心している。このため、構造物支柱３０の軸力Ａは、第２基礎構造１０２に作用した引抜力Ｐを増大するように作用する。

ここで、上述の設計方法における接地圧σの算出（第２ステップＳ２）においては、構造物に負荷される外力Ｆを考慮する。このとき、上述のように第１基礎構造１０１及び第２基礎構造１０２に生じた曲げモーメントは、コンクリート２０の一部を浮き上がらせるように作用する。このため、基礎構造１００におけるコンクリート２０の面積全てを考慮することができない。

図８に示すように、構造物支柱３０の軸力Ａが引抜力Ｐを打ち消すように作用する場合は、基礎構造１００に対する外力Ｆの影響が比較的小さくなる。このため、基礎構造１００の大きさの決定については、軸力Ａ、すなわち構造物の重量による影響が大きくなる。
図９に示すように、構造物支柱３０の軸力Ａが引抜力Ｐを増大するように作用する場合は、基礎構造１００に対する外力Ｆの影響が比較的大きくなる。このため、基礎構造１００の大きさの決定については、外力Ｆの影響が大きくなる。

上記の特性を踏まえて、構造物が平屋建て建築物であった場合、及び二階以上の建築物であった場合について比較する。
構造物が平屋建て建築物の場合は、構造物の重量が比較的小さいことから、構造物支柱３０に負荷される軸力Ａも比較的小さくなる。このため接地圧σについては外力Ｆの影響が大きくなることから、基礎構造１００の大きさを決める要素についても外力Ｆの影響が大きくなる。
これに対し、構造物が二階以上の建築物の場合は、構造物の重量が比較的大きいことから、構造物支柱３０に負荷される軸力Ａも比較的大きくなる。このため接地圧σについては軸力Ａの影響が大きくなることから、基礎構造１００の大きさを決める要素についても軸力Ａの影響が大きくなる。

このとき、基礎構造１００における外力Ｆの影響は構造物支柱３０の偏心方向によって打ち消すことが可能であることに対し、軸力Ａ、すなわち構造物の重量については基礎構造１００を大きくすることのみによって対応可能である。つまり、構造物の重量によって接地圧σが増加する場合は、基礎構造１００を大きくすることが必要となる。

ここで、基礎構造１００におけるコンクリート２０の大きさは、必要最小限とすることが好ましい。上述のように、基礎構造１００における構造物支柱３０の偏心は、基礎構造１００を設ける位置が隣地境界線Ｂに近い場合に、構造物支柱３０をより隣地境界線Ｂの近くに設けるために行われる。このとき、図６に示すように、基礎構造１００の大きさが大きいと、小さい場合と比較して、隣地境界線Ｂに対して同じ位置に構造物支柱３０を設けた場合にコンクリート２０が隣地境界線Ｂに干渉しやすくなることから、偏心による効果が十分に享受できない。
このため、本実施形態に係る構造物支柱３０を偏心させた基礎構造１００は、比較的重量の軽い平屋建て建築物に用いられることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態に係る基礎構造１００によれば、構造物支柱３０は、外枠１０の中心から偏心した位置に固定される。これにより、構造物支柱３０の位置が隣地境界線Ｂに近い場合に、外枠１０の位置を変えずに構造物支柱３０の位置を偏心させることで、構造物支柱３０のみを隣地境界線Ｂの近くに設けることができる。よって、より隣地境界線Ｂに近い箇所に柱を設けることができる基礎構造１００とすることができる。

また、構造物支柱３０の位置は、外枠１０の中心から、鉄筋４０が配置された間隔の整数倍分だけ、鉄筋４０の延伸方向に沿って偏心している。このように、構造物支柱３０の偏心を段階的に行うことで、構造物の設計検討における偏心量の検討を効率的に行うことができる。また、構造物支柱３０が偏心したとき、構造物支柱３０を基礎構造１００に締結するアンカーボルト５０と鉄筋４０とが干渉することを防ぐことができる。

また、外枠１０は円筒形である。つまり、基礎構造１００が円筒形となる。これにより、基礎構造１００に設けられた構造物支柱３０に荷重が付加されたとき、基礎構造１００に応力集中が発生することを防ぐことができる。よって、より基礎構造１００の耐久性能に寄与することができる。また、外枠１０を円筒形とすることで基礎構造１００の製作が容易となる。よって、工程の短縮に寄与することができる。

また、決定ステップにて構造物支柱３０の偏心量を決定した後に、判定ステップによって設計条件を満たすか否かを判定する。つまり、予め構造物支柱３０の偏心量を決定してから、設計条件を満たすか否かについてのみ検討する。これにより、各条件を織り込んだ検討結果として最適な偏心量を算出する方法と比較して、検討に係る時間を少なくすることができる。よって、設計検討を効率的に行うことができる。

更に、構造物支柱３０の偏心量、すなわち、構造物における構造物支柱３０の位置を予め決定することにより、構造物のレイアウト設計を基礎構造１００の検討と並行して行うことができる。つまり、最適な偏心量が算出されることを待ってから構造物のレイアウト設計を行う場合と比較して、より効率的かつ柔軟に構造物のレイアウト設計を行うことができる。

また、判定ステップで用いられる情報に接地圧σを含む。具体的には、接地圧σが地盤の耐力を上回らないことを判定する。ここで、接地圧σは、基礎構造１００に作用する単位面積あたりの荷重をいう。構造物支柱３０の偏心量の検討に接地圧σの情報を用いることで、構造物の強度及び耐久性の確保に寄与することができる。

また、判定ステップで用いられる情報に基礎構造１００のサイズを含む。構造物支柱３０の偏心量の検討に基礎構造１００のサイズの情報を用いることで、構造物のレイアウトに関する条件を満たすことに寄与することができる。

また、判定ステップで用いられる情報に鉄筋４０の太さを含む。構造物支柱３０の偏心量の検討に鉄筋４０の太さの情報を用いることで、基礎構造１００の備える外枠１０の内部におけるコンクリート２０の量と鉄筋４０の量との関係を把握しながら設計をすることができる。よって、施工現場において、基礎構造１００の大きさや必要な強度及び予算等のバランスを取りながら、最善の検討結果とすることに寄与することができる。

また、判定ステップで用いられる情報に鉄筋４０のサイズアップの要否を含む。つまり、構造物支柱３０の偏心量の検討をする際、基礎構造１００に設けられた鉄筋４０のサイズアップを考慮する。これにより、基礎構造１００の内部に設けられた鉄筋４０のサイズアップのみによって設計条件を満たすことができる場合に、基礎構造全体の大きさを変更せずに基礎構造１００を設けることができる。つまり、基礎構造１００を必要最小限の大きさで設けることができる。よって、構造物のレイアウトのしやすさに寄与することができる。また、基礎構造１００に打設するコンクリート２０の量を必要最小限とすることで、コスト性の向上に寄与することができる。

また、判定ステップで用いられる情報に構造物支柱３０の移動可能量を含む。つまり、基礎構造１００における構造物支柱３０の移動可能な範囲内において移動量の検討を行う。これにより、基礎構造１００における構造物支柱３０の必要移動量と基礎構造１００の強度との双方を両立させることができる。

また、本発明に係る基礎構造１００の設計検討を、プログラムによって行う。よって、数値の入力等の際に生じる人的ミスを最小限に抑えることができる。また、人件費の削減に寄与することができる。

また、本発明に係る基礎構造１００を平屋建て建築物に適用する。これにより、本発明に係る基礎構造１００による作用効果を最大限享受することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、反転ステップにおいて鉄筋４０の太さを太くする（第８ステップＳ８）ことに代えて、鉄筋４０を配置するピッチを小さくすることで鉄筋４０の数量を増やしてもよい。
また、接地圧σの条件等から基礎構造１００を大きくする必要がある場合、基礎構造１００における外枠１０及びコンクリート２０を、直列状につなげた形状（いわゆる８字型）としてもよい。
また、上述のように本実施形態に係る設計方法をプログラムにより行うとき、設計者によって偏心量、基礎構造１００の大きさ若しくは鉄筋４０の太さをインタフェースに入力して最終的な判断も設計者によって行うのではなく、構造物において求められる構造物支柱３０の位置及び隣地境界線Ｂの位置のみ入力すれば、基礎構造１００の大きさ及び鉄筋４０の太さを最適な条件で算出するプログラムとしてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０ 外枠
２０ コンクリート
３０ 構造物支柱
４０ 鉄筋
１００ 基礎構造
σ 接地圧

Claims (13)

1. 構造物支柱を支持する基礎構造であって、
   薄板鋼板により形成される曲面を持った外枠と、
   前記外枠の内部に充填され、前記外枠と一体化されるコンクリートと、
   を備え、
   前記コンクリートの内部において鉄筋が間隔をあけて複数配設されており、
   前記構造物支柱は、前記外枠の平面視における前記鉄筋が配置された領域において前記外枠の中心から偏心した位置に固定されることを特徴とする、
   基礎構造。
2. 構造物支柱を支持する基礎構造であって、
   薄板鋼板により形成される曲面を持った外枠と、
   前記外枠の内部に充填され、前記外枠と一体化されるコンクリートと、
   を備え、
   前記コンクリートの内部において鉄筋が間隔をあけて複数配設されており、
   前記外枠は帯状の長手方向の端部同士を接続することで形成され、
   前記構造物支柱は、前記外枠の平面視における前記鉄筋が配置された領域において前記外枠の中心から偏心した位置に固定されることを特徴とする、
   基礎構造。
3. 前記構造物支柱が前記コンクリートの上に設置されることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の基礎構造。
4. 構造物支柱を支持する基礎構造であって、
   薄板鋼板により形成される曲面を持った外枠と、
   前記外枠の内部に充填され、前記外枠と一体化されるコンクリートと、
   を備え、
   前記コンクリートの内部において鉄筋が間隔をあけて複数配設されており、
   前記構造物支柱は前記コンクリートの上に配置され、
   前記コンクリートの内部に、前記構造物支柱を固定するアンカーボルトが前記鉄筋に干渉しないように配置され、
   前記構造物支柱は、前記外枠の平面視における前記鉄筋が配置された領域において前記外枠の中心から偏心した位置に固定されることを特徴とする、
   基礎構造。
5. 前記構造物支柱の位置は、前記外枠の中心から、前記鉄筋が配置された前記間隔に応じ、前記鉄筋の延伸方向に沿って偏心していることを特徴とする、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の基礎構造。
6. 前記コンクリートの内部において鉄筋が均等な間隔で複数配設されており、
   前記構造物支柱の位置は、前記外枠の中心から、前記鉄筋が配置された前記間隔の整数倍分だけ、前記鉄筋の延伸方向に沿って偏心していることを特徴とする、
   請求項５に記載の基礎構造。
7. 前記外枠は円筒形であることを特徴とする、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の基礎構造。
8. 構造物支柱を支持する基礎構造であって、薄板鋼板により形成される曲面を持った外枠と、前記外枠の内部に充填され、前記外枠と一体化されるコンクリートと、を備え、前記コンクリートの内部において鉄筋が間隔をあけて複数配設されており、前記構造物支柱は、前記外枠の平面視における前記鉄筋が配置された領域において前記外枠の中心から偏心した位置に固定される基礎構造における、前記外枠の中心からの前記構造物支柱の偏心量を定める設計方法であって、
   前記偏心量を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップで決定された前記偏心量において、前記基礎構造の拡大が必要か否かを判定する第１判定ステップと、
   を有することを特徴とする、
   基礎構造の設計方法。
9. 構造物支柱を支持する基礎構造であって、薄板鋼板により形成される曲面を持った外枠と、前記外枠の内部に充填され、前記外枠と一体化されるコンクリートと、を備え、前記コンクリートの内部において鉄筋が間隔をあけて複数配設されており、前記構造物支柱は、前記外枠の平面視における前記鉄筋が配置された領域において前記外枠の中心から偏心した位置に固定される基礎構造における、前記外枠の中心からの前記構造物支柱の偏心量を定める設計方法であって、
   前記偏心量を決定する決定ステップと、
   前記決定ステップで決定された前記偏心量が、前記鉄筋の太さの変更のみで対応可能か否かを判定する第２判定ステップと、
   を有し、
   前記第２判定ステップにおいて、前記偏心量が前記鉄筋の太さの変更のみで対応不可である場合に、前記基礎構造の拡大が必要と判定することを特徴とする、
   基礎構造の設計方法。
10. 前記決定ステップで決定された前記偏心量において、前記基礎構造の拡大が必要か否かを判定する第１判定ステップ、あるいは、前記決定ステップで決定された前記偏心量が、前記鉄筋の太さの変更のみで対応可能か否かを判定する第２判定ステップにおいて、前記基礎構造の拡大が必要と判定された場合に、前記拡大によって前記偏心量が対応可能となるか否かを判断する第３判定ステップを更に有することを特徴とする、
    請求項８又は９に記載の基礎構造の設計方法。
11. 前記決定ステップで決定された前記偏心量において、前記基礎構造の拡大が必要か否かを判定する第１判定ステップ、あるいは、前記決定ステップで決定された前記偏心量が、前記鉄筋の太さの変更のみで対応可能か否かを判定する第２判定ステップにおいて、前記基礎構造の拡大が必要と判定された場合に、又は、前記拡大によって前記偏心量が対応可能となるか否かを判断する第３判定ステップにおいて、前記拡大によって前記偏心量が対応不可であると判断された場合に、
    前記構造物支柱の偏心量を再決定する再決定ステップを有することを特徴とする、
    請求項８から１０のいずれか１項に記載の基礎構造の設計方法。
12. 請求項８から１１のいずれか１項に記載の基礎構造の設計方法を用いて基礎構造の設計検討を行うための検討装置として、コンピュータを機能させるプログラム。
13. 請求項１から７のいずれか１項に記載の基礎構造を備えている、
    平屋建て建築物。

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