(57)【要約】【課題】杭とその上部構造物両者の耐震安全性能を、一システムで飛躍的且つ経済的に改善することができる建築構造物の支持基礎構造を提供する。【解決手段】杭３の頭部に回転可能なピン支点を設け、その上部に接合体を配置しその上面をすべり支承とする。構造物底面側にそのすべり支承に接するすべり板を配置し、その周囲の構造物底面をすべり板面と同面に構築する。また、構造物底面は地盤と分離し、地下躯体周囲には充分なクリアランスを設けてこの部分に発泡材等の弾性材料を充填する。【選択図】　　図１
2004044312.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎構造体を含む構造物を支持する杭頭部に、凹型受け台により回転自由に支持された、球体もしくは円柱体からなる回転体が配設され、
前記回転体により、前記回転体の上方に位置する構造物を支持しており、
前記構造物の底面に、前記回転体に接する平滑な平板が配置され、
前記平板の周囲に位置する前記構造物の底面は、前記平板の外表面より下方には突出していないことを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【請求項２】
基礎構造体を含む構造物を支持する杭頭上部に、上面が緩やかな凸面となっている接合装置が設けられ、
前記接合装置により、前記すべり接合体の上方に位置する前記構造物を支持しており、
前記構造物の底面に、前記接合体に接する平滑な平板が配置され、
前記平板の周囲に位置する前記構造物の底面は、前記平板の外表面より下方には突出していないことを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【請求項３】
基礎構造体を含む構造物を支持する杭頭部に、水平２軸（Ｘ・Ｙ軸）及び鉛直１軸（Ｚ軸）の座標系のうち、少なくとも水平１軸に回転変形可能且つ水平せん断力を伝達できる接合装置が設けられ、
前記接合装置の上面で、すべり摩擦係数の低い潤滑面を有するすべり材を介して前記構造物を支持しており、
前記構造物の底面に、前記すべり材の上面の潤滑面に接触する平滑なすべり板を配置しており、
前記すべり板の周囲の上部構造物の底面は、前記すべり板の外表面より下には突出していないことを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の構造物の支持基礎構造において、
前記接合装置の上面の潤滑面が純ＰＴＦＥ、充填材入りＰＴＦＥ、ポリアミド樹脂、２硫化モリブデン、フッ素コーティング材のいずれかの被覆材料により構成されており、前記接合装置の上方に配置される前記すべり板のすべり面の表面がステンレス鋼板、２硫化モリブデン、フッ素コーティングのいずれかの被覆材料により構成されていることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【請求項５】
請求項３に記載の構造物の支持基礎構造において、
前記接合装置は、２枚以上の鉛直の平面板を水平方向の円柱型ピンで貫通したピン支点、球体もしくは疑似球体を挟み、その上下に凹曲面を配置したダブル球座、凹凸両曲面で接触し凸側先端曲面の曲率半径が凹面の曲率半径より小さくなっている曲率の異なる曲面で接触する接合体、接合部に厚肉単層ないし厚肉複数層のゴム層で構成される傾斜変形可能なゴム体乃至その他の弾性体層を介在させることのいずれかによって回転変形を実現してなることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【請求項６】
上記請求項１乃至５のいずれかに記載の構造物の支持基礎構造において、
杭頭部の支持点以外の構造物底面および地下躯体周囲を構造物下側および地下躯体周囲の地盤に直接に接しないように構築していることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【請求項７】
上記請求項１乃至６のいずれかに記載の構造物の支持基礎構造において、
地下躯体周囲の全周もしくはその一部の地盤もしくは擁壁と構造物の間に、発泡ウレタン、発泡スチロール等の弾性発泡材料、もしくはゴム板等の弾性材料、もしくはハニカム形状の金属スプリングや金属製板ばねを配置していることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【請求項８】
上記請求項１乃至６のいずれかに記載の構造物の支持基礎構造において、杭基礎もしくは地盤と一体に挙動する地盤側躯体を構築し、地盤側躯体と構造物との間に積層ゴム、ゴム板等の復元力用免震装置と各種のエネルギー吸収用ダンパーを配置したことを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【請求項９】
上記請求項１乃至５のいずれかに記載の構造物の支持基礎構造において、
回転部分とその上部の接合体およびその上部のすべり板を有する接合装置と同じ構成の支持装置で構造物を支持しており、その支持装置の下側に杭はなく、直接基礎のコンクリート基礎フーティングもしくは岩盤等の硬質地盤上に直接支持装置を配置しており、且つ支持点以外の構造物底面および地下躯体周囲を構造物下側および地下躯体周囲の地盤に直接に接しないように構築していることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、構造物を支持する杭基礎と上部の建築構造物の耐震安全性能を同時に飛躍的且つ経済的に高める構造物の支持基礎構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
１９９５年の阪神淡路大震災では、建築構造物本体と基礎構造体に甚大な被害が発生した。
建築構造物の耐震安全性能を飛躍的に改善できる構造方法として、積層ゴム等のアイソレータとエネルギー吸収を担うダンパーで構成する免震構造が実用化されている。しかし、免震構造では免震装置の費用が必要であると同時に、通常２重基礎となるために躯体費にも費用がかかり、ある程度のコストアップは避けられない。
【０００３】
一方、軟弱地盤においてはこれまで多くの既製杭や場所打ちコンクリート杭など各種の杭基礎が採用されてきたが、過去の被害地震において杭の損傷事例が多数報告されてきた。近年、これら杭基礎の耐震安全性能の改善を図るために、杭頭ピン接合（文献１＝特開平１０−２２７０４０号、文献２＝特開２００１−３４８８８５）や杭頭回転自由接合工法（文献３＝特許第３１５９３８０号）　などの杭頭を拘束しない幾通りかの接合方法や接合装置が開発されてきている。
【０００４】
また、構造物と杭基礎両者の耐震安全性能の改善・向上をめざす方法として、文献４（特開昭５９−１３４２３０号）、文献５（特開平１０−２２７０３９号）、文献６（特開平１−３０４２２３号）等がある。
【０００５】
文献４は、杭頭に積層ゴム免震装置を配置することにより、杭に作用する地震力を低減させようとするものであるが、免震装置に水平変形δが発生するとその鉛直荷重Ｐの作用（Ｐδ効果）により大きな付加モーメントＭ＝Ｐδを杭頭に与えることになり、却って杭の負担応力が厳しいものになる。また、上部建物に対しては、地盤内に構造物が埋め込まれているため、地盤を介して地震動が建物に入力され、免震効果は期待できない。
【０００６】
文献５は、杭頭と基礎フ−ティング間にすべり機構を導入する提案であるが、地震時には杭自体が傾斜変形するため杭頭部のすべり面が傾斜するのに対し、上部基礎フーティング側は地中梁により回転拘束されているため傾斜せず、両者のすべり面は全面接触しなくなりすべり面の基本メカニズムが成立しない。そのためこの杭頭すべり支承が正常に機能することは期待できず、また文献４同様に基礎躯体が地盤に接触して埋設されているため、上部建物への入力は低減されず、上部建物の免震効果は期待できない。
【０００７】
文献６は、文献４と５を包含する提案であり、上部建物は杭に支持され、建物底面は地盤から分離された説明図（文献６の第１図〜第３図）となっており、前記の２文献と比較すると明らかに免震効果を狙った意図が明瞭に示されている。しかし、上記文献６の第３図のように杭頭上面にすべり材を直結した場合、地震時には杭自体が傾斜するため、上記文献５について指摘したとおりすべり材とすべり板との正常な接触条件が成立しない。
【０００８】
また同文献第２図は杭頭に積層ゴムを配置しているが、同図の積層ゴムは各ゴム層が極めて薄く描かれていることから判るように、積層ゴムは水平せん断変形を前提としたものであり、回転・傾斜変形は殆ど期待できず、また期待しない提案であると判断できる。従って、この提案も大地震時の大きな杭の傾斜には追随が困難なシステムである。また、上記文献４で指摘したとおり、積層ゴムの水平変形に伴うＰδ効果により杭に大きな付加曲げモーメントが作用し、杭体の設計が困難になる。またその付加曲げにより杭頭が更に回転変形を起こすため、すべり面の接触条件が更に崩れ、すべり機構の成立条件としては力学的に極めて不明瞭な状況が発生する。
【０００９】
更に文献６は、杭頭上面のすべり材の周囲を筒状支承板の垂下壁で囲み杭体とその周囲壁との間に用クッション材を介在させる為、現実には大きな許容変形を確保することが困難となり、その結果大地震時の強い地震動にも安全な高い耐震安全性能を実現することは困難となる。
【００１０】
図７の上段（Ａ）は杭３の頭部に、積層ゴム４１を有する杭頭免震装置４を配置する上記文献４と６等の提案例である。図７（Ａ）に示すように地震時に免震装置に水平変形δが発生するとＰδ効果により大きな付加モーメントＭ＝Ｐδを杭頭に与えることになり、杭の負担応力は却って厳しいものになる。また、基礎および地下躯体が地盤内に埋め込まれているため、地盤を介して地震動が建物に入力され、免震効果は期待できない。
【００１１】
図７の下段（Ｂ）は、文献１と２等で提案されている球座による杭頭ピン接合を実現しようとする既提案の説明図である。図７（Ｂ）に示すとおり、地震時には杭自体が傾斜変形するが、上部の基礎フーチングは地中梁により回転が拘束されているため水平を保持し傾斜しない。杭傾斜の回転中心は球座の曲率中心とは殆どの場合一致しないため、球座の接触条件が崩れ、球座のすべり回転は正常に機能しない。この球座によるピン接合方式は、基本原理上致命的欠陥を有している。
【００１２】
図８は、杭が傾斜した場合の杭頭部における不具合を拡大図で示したもので、（１）（２）は球座方式の問題点を、（３）は杭頭にすべり支承を配置した場合の不具合を示している。いずれも、杭の傾斜により杭頭の球座４２やすべり面の接触条件が崩れることを示している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のとおり、これまでに実用化されている免震構造は、免震装置費と２重基礎の躯体費用がかかるためコストアップとなる。また杭頭ピンを実現する接合装置のみでは、上部建物の免震効果を発揮できない。また杭頭免震と銘打った既存提案は、杭頭部における免震機構の成立メカニズムが不完全であり、杭および上部構造体に対して確実且つ充分な免震効果・耐震安全性能を提供できるものは実現されていない。
【００１４】
本発明は、杭の耐震安全性能を飛躍的に改善できる杭頭接合方法と上部建物の耐震安全性能を飛躍的に改善できる高性能の免震構造を同時に、確実且つ経済的に実現できる構造物の支持基礎構造を提供することを目的としている。
【００１５】
杭の耐震性能改善を実現する杭頭回転自由接合工法は既に実用化されており、この工法を採用した免震構造建物も本発明者により既に幾棟も実現されているがこれまでのところ、接合装置の上に基礎フーティングを構築し、これを地中梁で拘束した上に免震装置を設置し、その上に更に構造物の基礎と梁を構築するという２重の基礎躯体を構成するものであった。従って、本発明の主課題は、杭と上部構造物の両者の高い耐震安全性能をより経済的に実現するために「２重基礎とならない杭も建物も安全な杭支持免震構造となる基礎構造方式」を実現することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上の点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成１〉
基礎構造体を含む構造物を支持する杭頭部に、凹型受け台により回転自由に支持された、球体もしくは円柱体からなる回転体が配設され、上記回転体により、上記回転体の上方に位置する構造物を支持しており、上記構造物の底面に、上記回転体に接する平滑な平板が配置され、上記平板の周囲に位置する上記構造物の底面は、上記平板の外表面より下方には突出していないことを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【００１７】
〈構成２〉
基礎構造体を含む構造物を支持する杭頭上部に、上面が緩やかな凸面となっている接合装置が設けられ、上記接合装置により、上記すべり接合体の上方に位置する上記構造物を支持しており、上記構造物の底面に、上記接合体に接する平滑な平板が配置され、上記平板の周囲に位置する上記構造物の底面は、上記平板の外表面より下方には突出していないことを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【００１８】
〈構成３〉
基礎構造体を含む構造物を支持する杭頭部に、水平２軸（Ｘ・Ｙ軸）及び鉛直１軸（Ｚ軸）の座標系のうち、少なくとも水平１軸に回転変形可能且つ水平せん断力を伝達できる接合装置が設けられ、上記接合装置の上面で、すべり摩擦係数の低い潤滑面を有するすべり材を介して上記構造物を支持しており、上記構造物の底面に、上記すべり材の上面の潤滑面に接触する平滑なすべり板を配置しており、上記すべり板の周囲の上部構造物の底面は、上記すべり板の外表面より下には突出していないことを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【００１９】
〈構成４〉
構成２または構成３に記載の構造物の支持基礎構造において、上記接合装置の上面の潤滑面が純ＰＴＦＥ、充填材入りＰＴＦＥ、ポリアミド樹脂、２硫化モリブデン、フッ素コーティング材のいずれかの被覆材料により構成されており、上記接合装置の上方に配置される上記すべり板のすべり面の表面がステンレス鋼板、２硫化モリブデン、フッ素コーティングのいずれかの被覆材料により構成されていることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【００２０】
〈構成５〉
構成３に記載の構造物の支持基礎構造において、上記接合装置は、２枚以上の鉛直の平面板を水平方向の円柱型ピンで貫通したピン支点、球体もしくは疑似球体を挟み、その上下に凹曲面を配置したダブル球座、凹凸両曲面で接触し凸側先端曲面の曲率半径が凹面の曲率半径より小さくなっている曲率の異なる曲面で接触する接合体、接合部に厚肉単層ないし厚肉複数層のゴム層で構成される傾斜変形可能なゴム体乃至その他の弾性体層を介在させることのいずれかによって回転変形を実現してなることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【００２１】
〈構成６〉
上記構成１乃至５のいずれかに記載の構造物の支持基礎構造において、杭頭部の支持点以外の構造物底面および地下躯体周囲を構造物下側および地下躯体周囲の地盤に直接に接しないように構築していることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【００２２】
〈構成７〉
上記構成１乃至６のいずれかに記載の構造物の支持基礎構造において、地下躯体周囲の全周もしくはその一部の地盤もしくは擁壁と構造物の間に、発泡ウレタン、発泡スチロール等の弾性発泡材料、もしくはゴム板等の弾性材料、もしくはハニカム形状の金属スプリングや金属製板ばねを配置していることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【００２３】
〈構成８〉
上記構成１乃至６のいずれかに記載の構造物の支持基礎構造において、杭基礎もしくは地盤と一体に挙動する地盤側躯体を構築し、地盤側躯体と構造物との間に積層ゴム、ゴム板等の復元力用免震装置と各種のエネルギー吸収用ダンパーを配置したことを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【００２４】
〈構成９〉
上記構成１乃至５のいずれかに記載の構造物の支持基礎構造において、回転部分とその上部の接合体およびその上部のすべり板を有する接合装置と同じ構成の支持装置で構造物を支持しており、その支持装置の下側に杭はなく、直接基礎のコンクリート基礎フーティングもしくは岩盤等の硬質地盤上に直接支持装置を配置しており、且つ支持点以外の構造物底面および地下躯体周囲を構造物下側および地下躯体周囲の地盤に直接に接しないように構築していることを特徴とする構造物の支持基礎構造。
【００２５】
〈概要〉
本発明は、杭の耐震安全性能改善と上部構造物の免震性能を一システムによって同時に実現しようとするものである。先ず、杭体の耐震性能を改善するためには、▲１▼従来剛接合されていた杭頭部の固定度（回転拘束）を解除し杭頭モーメントの発生を抑制すること、および▲２▼上部構造物より杭頭に伝達される水平地震力を低減することである。▲２▼の杭頭に作用する地震力を低減するためには、上部建物に発生する地震力そのものを免震構造によって小さくすること、およびその地震力が杭頭に伝達されないようにすることの２対策を考慮し、この両者を同時に実現する方法として、本発明は杭頭部に免震機構を導入する。
【００２６】
但し杭頭に免震装置を直結する場合、免震機構によりＰδ効果による付加曲げモーメントを杭頭に作用させることは避けるべきである。そのために本発明では杭への鉛直荷重作用軸が移動する積層ゴム支承や杭とのずれが生じるすべり支承・転がり支承を排除し、杭体頭部の鉛直軸心と鉛直荷重作用点に大きなずれが発生しない杭側に受台を有する球体もしくはすべり部材を杭側に固定したすべり支承を採用する。
【００２７】
また、地震時には杭頭付近において杭の鉛直軸が傾斜することに対する対策が必要である。即ち、杭の鉛直軸が傾斜するために、杭頭部にすべり支承を配置する場合、杭頭上面に上向き固定したすべり面が水平面から傾斜し、その上のすべり板との間に傾斜角および隙間が発生し、すべり材とすべり板との正常な接触条件が成立しなくなること。また、杭頭部に凹凸面が同一曲率の球座を配置してその球面の回転すべりによりピン支持条件を実現しようとする提案が多数あるが、杭頭部付近での地震時の杭の回転中心と球座の曲率中心は一致しない場合が殆どで、その結果球座の凹凸両面での正常な回転機構が成立せず、球座によるピン支持条件は成立しない。
【００２８】
上記文献１，２やその他の球座式ピン支承を採用する既存の提案は、いずれもこの問題点を解決していない。本発明では、この問題を解決するために、２つの解決方法を採用する。即ち、杭自体が傾斜しても杭と杭の上部にある構造物底面（＝水平面）での円滑な水平相対変位を可能とする方法として、▲１▼杭頭部に回転する球体を配置して杭の傾斜に関係なく構造物底面が球体上を水平移動する「杭頭回転支持機構」、もしくは▲２▼杭頭上面を緩やかな球面とし、杭が傾斜してもその上部のすべり板との接触条件が変化しない「杭頭球面すべり機構」、もしくは▲３▼杭体上部に回転可能のピン接合部を導入し、そのピン接合部の上部の接合体の上面をすべり面として構造物底面側にすべり板を配置する「ピン支持すべり体＋すべり板」の「杭頭ピン支持すべり機構」のいずれかのメカニズムを採用する。
【００２９】
その他に本発明で採用する基本条件は以下のとおりである。上記のすべり接合体と杭の接合部のピン接合は杭の傾斜によっても確実に機能するメカニズムとするために、
ａ）２枚以上の鉛直の平面板を水平方向の円柱型ピンで貫通したピン支点＝「水平貫通ピン方式」、
ｂ）球体もしくは上下２面に球面を有する疑似球体を挟みその上下に球体曲率とほぼ同一か若干曲率半径の大きな凹曲面を配置した「ダブル球座方式」、
ｃ）凹凸両曲面で接触し凸側先端曲面の曲率半径が凹面の曲率半径より小さくなっている曲率の異なる曲面で接触する「凹凸異曲率点接触方式」、
ｄ）接合部に厚肉単層ないし厚肉複数層のゴム層で構成される傾斜変形可能なゴム体乃至その他の弾性体層を介在させる「弾性体支持方式」のいずれかを採用する。
【００３０】
また本発明による基礎構造は、地盤から構造物へ地震動が伝達されないように構造物底面と地下躯体周囲を地盤から明確に分離し、充分な相対変位用クリアランスを確保すること、更に杭頭支持部の周辺は杭頭回転面やすべり部分が万一すべり板領域を超えても相対変位可能とするためにすべり面と構造物底面を同一面とすること、地下躯体と周囲地盤の間のクリアランス部に構造物を原位置へ復帰させるための発泡性弾性材料を充填すること、従来の免震建物では免震クリアランス部の上部には通行用の特殊なエクスパンションジョイント金物等が必要であったが、この弾性材料充填により上部を歩行可能とし地表部における免震建物周囲の動線を確保することなど、多くの特徴を有している。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、実施例を示す図面に基づいて説明する。
図１は本発明の構造物の支持基礎構造を示しており、（Ａ）は建物下部と杭基礎、地盤を含む基礎部の全体構成を示し、（Ｂ）は杭頭部付近における「杭頭ピン支持すべり機構」の基本構成を拡大して示している。
【００３２】
図１において、杭３の頭部に接合装置５が設けられている。この接合装置５は、杭３の頭部に対向配置された下部接合部材５１及び上部接合部材５２と、その両者間の相対回転変位を可能とするピン接合部５０とから構成されている。
この接合装置５をすべり支承とするために、上部接合部材５２の上面に摩擦係数の低い固体潤滑剤面を有するすべり材５３が配置され、さらに、すべり材５３の上側、即ち上部構造物１もしくは基礎構造体の底面に、すべり材５３に接触するすべり板５４が取り付けられている。
【００３３】
すべり板５４は、その下側の外表面がその周囲の構造物１の底面と同一面とされるか、もしくは同底面より下方には突出しないように仕上げられている。これにより、想定以上の大地震に遭遇して万一、すべり板５４の領域以上の変位が発生した場合でもすべり材５３との間で所定のすべり機能を維持することが可能となり、大地震に対する安全余裕度が飛躍的に高まる。
【００３４】
図１（Ａ）に示すように、構造物１の底面は下側の地盤２とは若干の隙間をあけてクリアランス１１が構築され、下側地盤２から地震動が伝達されないようにする。構造物の底面にクリアランス１１を設けるためには、構造物底面の捨て型枠やプレキャスト部材を支持する若干の支点を配置する必要があるが、水平剛性や水平抵抗力が大きくならない若干のサポートを配置することは性能上支障はない。
また地下躯体の周囲には、地震時における地盤２と構造物１との相対変位を許容できるクリアランス１１を設け、ここに発泡ウレタン、発泡スチロール等の発泡材１２、その他の弾性材料を配置し、構造物１に原位置に復帰する復元力を与えると同時に、構造物周囲のクリアランス部上を歩行できるように動線を確保する。
なお、符号１５はすべり板５４を固持するスタッドボルト、２２はクリアランス１１を確保する地盤側捨てコンクリートの擁壁をそれぞれ示している。
【００３５】
地震時に杭３が傾斜した状態でも、構造物１を支持し且つ構造物１が地盤２に対して自由に水平変位できる杭基礎の支持方法として、本発明では図２〜図４に示す６種類９タイプの支持方式を採用することができる。
【００３６】
図２のＡ１及びＡ２は「杭頭回転支持方式」の支持基礎構造を示している。図２のＡ１の支持基礎構造は、杭３の頭部に設けられた凹型受け台６４上に球体６０を配置し、この球体６０の回転により水平２軸（Ｘ・Ｙ軸）方向に自由に移動可能としたものである。受け台６４と球体６０の間にはグリースや潤滑油を充填するかあるいは２硫化モリブデン被膜などの摩擦係数を低下させる表面処理を行う。図２のＡ２の支持基礎構造は、受け台６４に、球体の替わりに円柱型のローラー６１を配置したローラー支承を採用したものである。この場合、回転による移動方向は１方向となり、ローラー６１の軸と直交する方向はすべり支承となる。
【００３７】
図２のＢは、上面を緩やかな球面としたすべり接合体５５を杭頭部に取り付ける方式で、杭３が傾斜してもその上部のすべり板５４との接触条件が変化しない「杭頭球面すべり機構」の支持基礎構成を示している。
【００３８】
図３及び図４は、杭３の上部に、回転可能のピン接合部を導入し、そのピン接合部の上部の接合体の上面をすべり面として構造物底面側にすべり板を配置する「ピン支持すべり体＋すべり板」の「杭頭ピン支持すべり機構」の支持基礎構成を示したものである。その回転可能なピン接合部の構成方法としてＣ〜Ｆの４種類６タイプを採用する。
【００３９】
図３のＣは、杭３の頭部に対向配置され、２枚以上の鉛直の平面板を有する下部接合部材５１及び上部接合部材５２の中央を、水平方向の接合ピン５０で貫通することによってピン支点とする「水平貫通ピン方式」の支持基礎構造を示している。
この構造も図２のＡ２のローラー支持と同じく回転方向が１方向に限定される。本発明では、回転は水平１方向以上としているが、ピン支持機能が１方向でよい場合としては、例えば杭基礎が連続地中壁で構成されている場合がある。連続地中壁の面外方向にはピン支点を必要とするが、連続地中壁の面内方向には傾斜変形が発生しないので、面外方向のみピン支持であれば良いことになる。
【００４０】
図３のＤ１及びＤ２は、Ｄ１に示す球体６０もしくはＤ２に示す上下２面に球面を有する疑似球体６２を挟み、その上下に球体曲率とほぼ同一か若干曲率半径の大きな凹曲面を配置した杭側回転体受け座６４と接合体側球面受け座６５とによって２方向に回転自由のピン支点を構成した「ダブル球座方式」の支持基礎構造を示している。
【００４１】
図４のＥ１は、杭側頭部に凹型受け部材７１を配置し、その上側に、下に凸曲面を持つ接合体７２を配置し、両者の接触面において凸側先端曲面の曲率半径を凹面の曲率半径より小さくする「凹凸異曲率点接触方式」によりピン支点を構成する支持基礎構造を示している。これはマクロな観点では点接触による回転（傾斜）機構によりピン支点を構成したものである。
また、図４のＥ１に示す構造とは上下逆の構造、すなわち、図４のＥ２に示すように、杭側頭部に、上に凸曲面を持つ凸型支持部材７２を配置し、その上側に凹型接合体７１を配置して「凹凸異曲率点接触方式」によりピン支点を構成する支持基礎構造としてもよい。
【００４２】
図４のＦは、杭側接合部材８１と弾性体上部接合体８２との間に、厚肉単層ないし厚肉複数層のゴム層で構成される傾斜変形可能なゴム体乃至その他の弾性体層８０を介在させる「弾性体支持方式」によりピン支点を構成する支持基礎構造を示している。
上記図２の方法では杭頭部に構成される回転支持支持機構あるいは球面すべり機構により杭が傾斜しても上部構造物は正常に水平移動可能であり、また図３・図４の方法では回転自由のピン支点で支持されたすべり機構が構成できるので、杭３が地震時に傾斜しても接合体上部のすべり面と構造物底面のすべり板の接触条件は正常に保持され、すべり免震機構が正常に作動する。
【００４３】
以上、本発明は杭基礎を前提として杭と上部構造物の両者を大地震から保護できる杭頭部での免震基礎構造の実現方法を示したが、本発明は杭を用いない直接基礎の場合にも適用できる。
【００４４】
図５はその適用例を示したもので、支持地盤上に構築したコンクリート基礎フーチング３５上に、本発明の接合装置部分を直接配置することができる。この場合、コンクリート基礎と接する部分はコンクリートへの適切な圧縮応力度となり、また固定用アンカ−ボルトが配置できるように底板（ベースプレート）形状を適切な形に変更することもある。また岩盤のような硬質地盤でコンクリート基礎フーチング３５も不要である場合には岩盤上でのレベル調整用コンクリートあるいはモルタルのみを介して本接合装置を直接配置することも可能である。
【００４５】
尚、図５（Ｂ）に破線で示した水平せん断力用の補助ストッパー１７は、設けてもよいし、省略することも可能である。これは安全対策としての補助ストッパーであり、上部構造物のすべり板下面が水平に維持されている限り、ピン支点のためにピン上の接合体が回転・転倒する恐れはなく、すべり機能は正常に発揮され、水平せん断力はピン支点を介して地盤側へ伝達される。但し、工事中において、接合体が傾斜・回転しないように水平度を保持する補助機構、例えば図破線の水平耳部材１８は、設けた方がよく、そのためにこの補助ストッパーを利用することもできる。
【００４６】
図６は、免震構造としての復元力と減衰性能の性能調整を行うために既存の免震装置９０を利用する場合を示したもので、積層ゴムや各種のダンパーなど既存の免震装置を適切に組み合わせることにより、免震構造としての性能を自由に設定、調整することが可能となる。
図６（Ａ）中、左側には免震装置９０の取り付け例を、右側にはその性能調整を意味するモデル概念図を示した。また図６（Ｂ）には、建物１の周囲のクリアランス１１上部にハニカムメッシュ１３やハニカム形状の金属製薄板を配置することで復元力調整と歩行用動線を同時に満足するクリアランス処理を行う例を示した。
【００４７】
【発明の効果】
以上により、本発明の構造物支持基礎構造を採用すると、杭基礎上に杭頭接合装置を配置するのと殆ど同じコストで、構造物全体を免震構造とすることができ、杭と上部構造物両者の耐震安全性を飛躍的に高めることができる。本発明の効果とメリットを整理すると、以下のとおりである。
▲１▼杭頭部に接合装置を配置するだけで、杭頭ピン接合を実現でき、杭基礎の耐震安全性能を高めることができる。
▲２▼また単に杭頭をピン接合とするだけでなく、その上部接合体の上面が転がり支承もしくはすべり支承となっているため、その水平抵抗力以上の力は杭に伝達されず、杭基礎に作用する地震力を極めて小さな値に抑制できる。
▲３▼また杭頭接合装置が伝達する水平力が上部構造体に作用する水平力＝ベースシアとなるので、上部構造体は極めて高性能の免震構造となる。
▲４▼即ち、上部構造体に発生する応答加速度および地震力が格段に小さく抑制されるので、構造物およびその内部収容物の耐震安全性能が飛躍的に向上し、上部構造体を経済的に設計することが可能となる。
▲５▼従来の免震構造でのコストアップ要因は、
イ）免震装置費用が高くつくこと、
ロ）基礎躯体が装置上下に２重となること、
ハ）クリアランス上部に高価なエキスパンションジョイントが必要になること、
ニ）配管類に可撓継手が必要になること
であったが、
本発明では、イ）に対しては杭頭部の接合装置が免震装置を兼ねており、従来の免震装置は不要になっていること、ロ）の２重の基礎躯体も不要となり、更にハ）の特殊なエクスパンション金物も不要としており、従来の免震建物のコストアップ要因を殆ど全て解消している。
▲６▼従って本発明では、コストアップ要因なしで極めて高い免震効果を実現しているため、非免震の在来構造と比較しても格段に低コストでの建設が可能となっている。
【００４８】
以上のとおり、本発明は、▲１▼杭体の地震時応力を大幅に低減できる杭頭ピン接合を実現すると同時に、▲２▼杭頭の転がり機構やすべり機構により杭に作用する地震力そのものを小さく制限しており、更に▲３▼上部構造建物の高性能免震化を実現している。これら多くの高性能化を杭頭部に配置する接合装置のみで実現し、従来の免震装置および２重基礎などのコストアップ要因を排除した本発明は、耐震性能の観点からも経済性の観点からも格段に優れた新しい基礎構造方式を提供するものであり、耐震安全性能の優れた社会資本整備に大きく貢献するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る構造物支持基礎構造の説明図で、
（Ａ）は建物下部と杭基礎・地盤を含む基礎部の全体構成を示す断面図、
（Ｂ）は杭頭部付近の基本構成を示す断面図である。
【図２】本発明に係る構造物支持基礎構造における杭頭部接合装置の断面構成と地震時変形状態を示す図表である。
【図３】本発明に係る構造物支持基礎構造における他の杭頭部接合装置の断面構成と地震時変形状態を示す図表である。
【図４】本発明に係る構造物支持基礎構造におけるさらに他の杭頭部接合装置の断面構成と地震時変形状態を示す図表である。
【図５】地盤が硬質で杭基礎を必要としない場合の本発明の構造物支持基礎構造の適用方法の説明図で、
（Ａ）は建物下部と基礎・地盤を含む基礎部の全体構成を示す断面図、
（Ｂ）は基礎支持部付近の構成を示す断面図である。
【図６】本発明の構造物支持基礎構造の建物周辺の構成の説明図で、
（Ａ）は既存の免震装置を組み合わせて性能調整を行う例を示す断面図、
（Ｂ）は建物周囲クリアランス部に発泡材やハニカムメッシュを配置して復元力調整と歩行動線を同時に確保する例を示す断面図である。
【図７】従来の構造物の支持基礎構造の説明図で、
（Ａ）は杭頭に積層ゴムを配置する提案の説明図、
（Ｂ）は杭頭に球座を配置する杭頭ピン接合の説明図である。
【図８】従来の杭頭ピンおよび杭頭すべり基礎構造の説明図である。
【符号の説明】
１　：構造物
１１：建物と地盤とのクリアランス
１２：クリアランス充填用発泡材
１３：クリアランス用ハニカムメッシュ
１５：スタッドボルト
１７：水平せん断力用ストッパー
１８：水平度保持用補助部材
２　：地盤
２１：支持地盤
２２：地盤側捨てコンクリートおよび擁壁
３　：杭
３５：コンクリート基礎フーチング
４　：従来の杭頭免震装置
４１：積層ゴム
４２：従来型杭頭球座
４３：従来型杭頭すべり支承
５　：接合装置
５０：回転変位用ピン接合部
５１：下部接合部材
５２：上部接合体
５３：すべり材
５４：すべり板
５５：上部球面すべり支承
６０：球体
６１：ローラー
６２：上下両球面の疑似球体
６４：杭側回転体受け座
６５：接合体側球面受け座
７１：凹型受け座、凹型接合体（Ｅ２）
７２：凸型接合体、凸型支持部材（Ｅ２）
８０：ゴム層
８１：杭側接合部材
８２：弾性体上部接合体
９０：免震装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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