(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形特性の異なる複数種の基礎杭で建屋を支持するにあたり、
建屋の支持条件が同一として想定された単一杭種の基礎杭を基準杭とし、
建屋の基礎底盤と基礎杭との間に介在して上方向からの荷重を受けると変形する鉛直変形特性調整材と横方向からの荷重を受けると変形する水平変形特性調整材とを、前記基準杭が建屋からの荷重を受ける際に基準杭変形特性から推定される変位推定値と前記基準杭以外の基礎杭が前記同一荷重を受ける際に基礎杭変形特性から推定される変位推定値との差に基づいて、該鉛直変形特性調整材と水平変形特性調整材とを有してなる基礎杭の変位を基準杭の変位に近似させるように調整することを特徴とする異種杭の変形特性の均一化方法。
【請求項２】
変形特性の異なる複数種の基礎杭で建屋を支持してなる構造物であって、
建屋の支持条件が同一として想定された単一杭種の基礎杭を基準杭とし、
建屋の基礎底盤と基礎杭との間に上方向からの荷重を受けると変形する鉛直変形特性調整材と横方向からの荷重を受けると変形する水平変形特性調整材とを介在させ、前記鉛直変形特性調整材と水平変形特性調整材とは、前記基準杭が建屋からの荷重を受ける際に基準杭変形特性から推定される変位推定値と前記基準杭以外の基礎杭が前記同一荷重を受ける際に基礎杭変形特性から推定される変位推定値との差に基づいて、該鉛直変形特性調整材と水平変形特性調整材とを有してなる基礎杭の変位を基準杭の変位に近似させるように調整されているものであることを特徴とする構造物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は異種杭により建屋を支持する異種杭の変形特性を均一にする方法とこれを用いてなる構造物に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
図４は地盤の支持層まで達する複数の基礎杭で建屋が支持された構造物１を表している。この構造物１において建屋２を支持する基礎杭３ａ，３ｂ，３ｃ，…は平常時に建屋２から鉛直荷重、地震時には建屋２の慣性力である水平力などの荷重を受けることになるが、図示されている如く基礎杭の種類が単一でない場合、各基礎杭に作用する荷重は均一とはならない（例えば杭種の異なる基礎杭３ａと３ｂとに作用する荷重は均一とはならない）。また、荷重が作用した時の基礎杭の頭部の変位も均一とはなっていない。このようなことから、地震時には構造物１に不同沈下を生じたり、一部の基礎杭に応力が集中して破壊を生じ、他の一部の基礎杭には小さな応力しか生じないというような応力のアンバランスが発生することとなる。
【０００３】
上述した不同沈下の発生や応力のアンバランスを避けるため、基礎杭の種類は単一とすることが望ましいが、以下のようなケースでは複数の杭種とならざるを得なかった。すなわち、既存建物を壊し、その基礎杭を再利用して構造物を新設する場合、既存杭と新設杭とでは杭種や施工方法、応力履歴などが異なるため、設計上、複数の杭種の扱いとなる。また、図５に示すように地盤の支持層４が水平でない場合、例え同じ材質、直径、肉厚の基礎杭を用いたとしても、基礎杭３ｆと基礎杭３ｇでは変形特性が異なっている。従って、この場合も設計上、複数の杭種の扱いとなっている。さらに建屋の荷重が偏って作用するような構造物などにおいては、意図的に異種の基礎杭を混用した方が経済的なものとなっている。これらの点から基礎杭の種類は複数とされており、上述したように、不同沈下の発生や応力のアンバランスを避けることができないという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は上記した事情に鑑み、基礎杭の変形特性が均一になるようにした部材を介して各基礎杭それぞれが建屋の基礎底盤を支持するようにすることを課題とし、異種杭混用型の構造物基礎部分において、構造物の不同沈下の発生や杭応力のアンバランスを防止することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を考慮してなされたもので、変形特性の異なる複数種の基礎杭で建屋を支持するにあたり、建屋の支持条件が同一として想定された単一杭種の基礎杭を基準杭とし、建屋の基礎底盤と基礎杭との間に介在して上方向からの荷重を受けると変形する鉛直変形特性調整材と横方向からの荷重を受けると変形する水平変形特性調整材とを、前記基準杭が建屋からの荷重を受ける際に基準杭変形特性から推定される変位推定値と前記基準杭以外の基礎杭が前記同一荷重を受ける際に基礎杭変形特性から推定される変位推定値との差に基づいて、該鉛直変形特性調整材と水平変形特性調整材とを有してなる基礎杭の変位を基準杭の変位に近似させるように調整することを特徴とする異種杭の変形特性の均一化方法を提供するものである。
また、もう一つの発明は、変形特性の異なる複数種の基礎杭で建屋を支持してなる構造物であって、建屋の支持条件が同一として想定された単一杭種の基礎杭を基準杭とし、建屋の基礎底盤と基礎杭との間に上方向からの荷重を受けると変形する鉛直変形特性調整材と横方向からの荷重を受けると変形する水平変形特性調整材とを介在させ、前記鉛直変形特性調整材と水平変形特性調整材とは、前記基準杭が建屋からの荷重を受ける際に基準杭変形特性から推定される変位推定値と前記基準杭以外の基礎杭が前記同一荷重を受ける際に基礎杭変形特性から推定される変位推定値との差に基づいて、該鉛直変形特性調整材と水平変形特性調整材とを有してなる基礎杭の変位を基準杭の変位に近似させるように調整されているものであることを特徴とする構造物であり、この構造物を提供して、上記課題を解消するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明を図１から図３に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。なお、図４と図５に示す従来例と構成が重複する部分は同符号を付してその説明を省略する。
図１は建屋の基礎底盤６に杭本体の変形特性が異なる二種類の基礎杭７と基礎杭８を連結して、これらの基礎杭７，８で建屋の基礎底盤６を支持している状態を示している。前記基礎杭７の頭部９は従来から通常よく採用されているように、基礎杭７から立ち上げらた鉄筋が基礎底盤６の杭頭補強鉄筋１０に連結された状態で基礎底盤６に埋め込まれる杭頭処理がなされている。
これに対して基礎杭８は図示されているように、金属製の頭部１１とこの頭部より小径とし同じく金属製とされた首部１２とこの首部がつながる杭本体である胴部１３の三つの部分から構成されている。一方、基礎底盤６にあっては前記基礎杭８の頭部１１が或る程度鉛直方向及び水平方向に移動できる大きさとされた凹部１４を備え、この凹部１４の内部に前記頭部１１が収められている。また、前記凹部１４において、その凹部１４の内上面と頭部１１との間に、基礎底盤６から荷重（上方向からの荷重）を受けると変形する硬質ゴムやプラスチックなどからなる鉛直変形特性調整材１５が介在しているとともに、凹部１４の内側面と頭部１１との間に、基礎底盤６から荷重（横方向からの荷重）を受けると変形する硬質ゴムやプラスチックなどからなる水平変形特性調整材１６が介在しており、頭部１１の廻りにこの水平変形特性調整材１６が配置されている。図中１７は基礎杭８の首部１２を通してその首部を囲み、そして頭部１１を下方から受ける鋼製の円盤であり、この円盤１７がアンカーボルト１８で基礎底盤６に固定されている。
このようにして基礎杭８にあっては、その頭部１１が鉛直変形特性調整材１５と水平変形特性調整材１６とを介して凹部１４に収められ、かつ、頭部１１が前記円盤１７によって下方から支持された状態となっている。地震時に基礎杭８に対して引き抜き力が作用する場合があるが、前述のように鋼製の円盤１７によって受け止められていることから引き抜き力に耐える構造とされている。さらに、水平方向に変位するに際し、基礎杭８の首部１２から円盤１７に直接的に応力が伝達されることがないように、円盤１７の孔１７ａは首部より大径とされて通常時には首部１２と円盤１７との間には空間１９が確保されるようにしている。
なお、基礎杭の頭部、首部、円盤それぞれは中実な金属製のものである必要はなく、薄い鋼材を溶接により張り合わせた中空な構造のものであっても機能上の問題はない。
【０００７】
以上のようにして建屋の基礎底盤６を杭本体の変形特性が異なる基礎杭７、８で支持させる構造物においては、一方の基礎杭８の頭部１１を上記鉛直変形特性調整材１５と水平変形特性調整材１６とを介して前記基礎底盤６の凹部１４に組み入れて、基礎杭８が鉛直変形特性調整材と水平変形特性調整材とを介して基礎底盤６を支持させている。そして、この構造物では、後述するように、頭部側に上記鉛直変形特性調整材と水平変形特性調整材とを有した基礎杭８全体としての変形特性が基礎杭７の変形特性に近似的に同一となるように設けられている。即ち、前記頭部と基礎底盤との間に介在する鉛直変形特性調整材の変形を杭の変形の一部として含む基礎杭８の鉛直変位を基礎杭７の鉛直変位に近似させるようにその鉛直変形特性調整材を調整しているとともに、頭部と基礎底盤との間に介在する水平変形特性調整材の変形を杭の変形の一部として含む基礎杭８の水平変位を基礎杭７の水平変位に近似させるようにその水平変形特性調整材を調整している。
このように上記構造物では、基礎杭７を基準杭としてこの基礎杭７の変形特性に、他種の基礎杭８の変形特性が近似的に同一となるようにし、基礎杭全ての変形特性を揃えている。これによって、基礎底盤６は変形特性が近似的に同一とする杭に支持されたものとなり、不同沈下や一つの基礎杭側に応力が偏るなどの応力のアンバランスを生じさせることがないようにしている。
【０００８】
変形特性調整材の仕様の決定方法は以下のようにして行う。図２は変形特性が異なる二種類の基礎杭（図１において示す基礎杭７，８）に作用する荷重と変位（鉛直変位、水平変位）の関係をグラフで表している。まず、変形特性調整材の仕様を決めるに当たりこのようなグラフを用意する。このグラフは基礎杭の載荷試験を行うことにより得られるが、載荷試験を行わない場合には学会の設計基準などに示されている関係図を利用することもできる。
つぎに構造物の設計時に通常用いられる解析法などにより、単一の種類の基礎杭（基準杭）を用いる想定の下で解析し、竣工後に各杭の頭部に作用する荷重（鉛直荷重）を推定する。上記した構造物の場合、基礎杭７を単一種の杭として想定し、竣工後に各基礎杭７の頭部に作用する荷重を設計時に通常用いられる解析法などにより推定する。そのようにして求めた荷重をグラフの縦軸から取る。図のグラフにおいて竣工後の作用荷重ａがその求められた荷重である。なお、図のグラフにおいて、縦軸が荷重を、横軸が鉛直変位または水平変位を表し、ｂが上記基礎杭８の荷重と変位の関係（変形特性）を表す線、ｃが基礎杭７の荷重と変位の関係（変形特性）を表す線である。
【０００９】
そして、前記竣工後の作用荷重ａ（鉛直荷重）の位置から横軸と平行に平行線を引き、線ｂと線ｃとに前記平行線が交わる点から鉛直線を横軸側に下ろし、その下ろした鉛直線と横軸との交点より、基礎杭８の鉛直変位推定値ｄと基礎杭７の鉛直変位推定値ｅとが得られる。さらに、基礎杭８の鉛直変位推定値ｄと前記基礎杭７の鉛直変位推定値ｅとの差がゼロとなるように、即ち、基準杭とした基礎杭７の鉛直変位推定値ｅに対して基準杭８の鉛直変位推定値ｄが近似するように上記鉛直変形特性調整材の仕様（材質、厚さ）を決定する。この鉛直変形特性調整材を用いることで、その鉛直変形特性調整材の変位を杭の変位の一部として加えた調整後の基礎杭８の変形特性は図のグラフにて点線ｆで示すように、線ｃに近似したものとなる。
このように、変形特性調整材は，その変形特性調整材をも含めた基礎杭８の変形特性が基準杭の変形特性に近似的に同一となるようにその仕様を決定する。
【００１０】
基礎杭８の頭部横に配置される水平変形特性調整材の仕様の決定はつぎの通りである。
上述した基礎杭に作用する鉛直荷重を得る場合と同じように、構造物の設計時に通常用いられる解析法などにより、基礎杭７を単一の杭種（基準杭）として用いる想定の下で地震時での解析をし、その地震時に各杭の頭部に作用する荷重（水平荷重）を推定する。求めた荷重をグラフの縦軸から取り、以下、上述の鉛直変位推定値を求める場合と同じように、基礎杭８の水平変位推定値と基礎杭７の水平変位推定値とを得る。そして、基礎杭８の水平変位推定値と基礎杭７の水平変位推定値との差がゼロとなるように、即ち、基礎杭７の水平変位推定値に対して基準杭８の水平変位推定値が近似するように水平変形特性調整材の仕様（材質、厚さ）を決定する。この水平変形特性調整材を用いることで、その水平変形特性調整材の変位を杭の変位の一部として加えた調整後の基礎杭８の変形特性は基礎杭７の変形特性に近似したものとなる。
【００１１】
図３（イ）は他の実施の例を示している。この例においては図１に示す例での円盤が省かれているとともに、基礎杭８での首部がなく、頭部１１が直接胴部１３につなげられており、この点のみが図１に示す例と異なっている。このように引き抜き力を考慮する必要が無い場合には基礎杭の頭部に係止できる円盤を設けなくともよい。
【００１２】
図３（ロ）はさらに他の例を示している。図３（イ）に示す例では、基礎杭８の頭部１１が基礎底盤６の凹部１４に入り込むようにしたものであるが、本発明はこれに限定されるものではなく、凹凸の関係を上下逆にしてもよい。即ち、図に示すように基礎底盤６の下面から下方に突出する凸部２０を設けるとともに、この凸部２０を受ける凹部２１を基礎杭８の上端面側に設けて、この凹部２１に前記凸部２０を入り込ませるとともに、上述した各例と同じようにその凸部と凹部との鉛直方向の間に鉛直変形特性調整材１５を介在させ、水平方向の間に水平変形特性調整材１６を介在させ、凸部２０の廻りにその水平変形特性調整材１６が位置するようにしているものである。
【００１３】
図３（ハ）も他の例を示していて、図３（イ）に示された例の変形例である。この（ハ）に示された例では、基礎底盤６に設けられた凹部１４と基礎杭８の頭部１１とで凹凸関係を形成している点に関しては同じである。前記頭部１１には鋼板製或はプラスチック製などからなるカバー２２が嵌め付けられており、このカバー２２を装着した状態で頭部１１が凹部１４に配置されることで、その頭部１１の周面と凹部１４の内周面との間に前記カバー２２が存在し、凹部１４に対する頭部１１の水平方向の変位を規制するようにしている。
そして、頭部の上面と凹部１４の内上面との間は空所２３が設けられ、この頭部を通して基礎底盤６から基礎杭８へ直接的に荷重が伝達するのを防止している。さらに、頭部１１の廻りとなる胴部１３の上端面と凹部１４の下方側開口周縁との間に鉛直変形特性調整材１５が介在しており、この変形特性調整材１５を介して基礎杭８が基礎底盤６を支持しているものである。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明した本発明により、異種杭を混用した杭基礎構造物、或は、設計上、異種杭混用基礎として扱わざるを得ない杭基礎構造物において、建屋を支持する基礎杭の変形特性が均一化され、構造物の不同沈下や杭応力のアンバランスを防止することができ、これによって品質の高い構造物の施工が可能となる。さらに、従来は設計上、成立しなかった異種杭混用型の杭基礎構造物の設計、施工が可能となるなど、実用性に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る構造物の一例における基礎底盤と基礎杭とを示す説明図である。
【図２】  基準杭と基礎杭との変形特性をグラフで示す説明図である。
【図３】  他の実施の例を示す説明図である。
【図４】  水平の支持層に達する基礎杭を備える構造物を示す説明図である。
【図５】  傾斜した支持層に達する基礎杭を備える構造物を示す説明図である。
【符号の説明】
１…構造物  ２…建屋  ６…基礎底盤  ７，８…基礎杭
９…頭部  １１…頭部  １２…首部  １３…胴部
１４…凹部  １５…鉛直変形特性調整材  １６…水平変形特性調整材
１７…円盤  １７ａ…孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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