(57)【要約】【課題】建物上部構造の浮き上がりを許容するようにした建物の基礎構造において、建物上部構造から鉛直圧縮荷重を受けている支持部分の鉛直方向ばね剛性を容易に最適値に調整できるようにする。【解決手段】建物の基礎１０において、杭１２の杭頭と、建物上部構造の一部であるフーチング１４との間に、水平に延在する板ばねとして機能する金属板３４を設けた。金属板３４は、その周縁部がフーチング１４に固定され、中央部に杭１２の杭頭が係合するようにしてある。フーチング１４から杭頭へ作用する鉛直方向圧縮荷重が、この金属板３４を介して弾性支持される。また、建物に所定大きさ以上の転倒モーメントが作用したときには、フーチング１４が浮き上がり、浮き上がったフーチング１４が再び着座する際の衝撃が金属板３４によって緩衝される。【選択図】図１
2005232724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭と該杭に支持された建物上部構造とを備えた建物の基礎構造において、
前記杭の杭頭と前記建物上部構造との間に水平に延在する板ばねを設け、前記建物上部構造から前記杭頭へ作用する鉛直方向圧縮荷重が該板ばねを介して弾性支持されるようにするとともに、
前記建物に所定大きさ以上の転倒モーメントが作用したときには、前記建物上部構造が浮き上がり、浮き上がった前記建物上部構造が再び着座する際の衝撃が前記板ばねによって緩衝されるようにした、
ことを特徴とする建物の基礎構造。
【請求項２】
前記板ばねが、水平方向に延在する１枚の金属板または重ね合わせた金属板から成り、該金属板の両端部または周縁部を、前記杭の杭頭と前記建物上部構造との一方に固定してあり、
前記杭の杭頭と前記建物上部構造との他方に、前記金属板の中央部に離接可能に係合する係合部を設けてあり、
前記建物に所定大きさ以上の転倒モーメントが作用したときには、前記金属板の中央部と前記係合部とが離間することによって前記建物上部構造が浮き上がり、浮き上がった前記建物上部構造が再び着座するときには、前記板ばねが変形することで衝撃が緩衝されるようにした、
ことを特徴とする請求項１記載の建物の基礎構造。
【請求項３】
浮き上がった前記建物上部構造が再び着座するときに生じる前記板ばねの変形量を所定変形量までに規制するための規制手段を設けたことを特徴とする請求項２記載の建物の基礎構造。
【請求項４】
前記板ばねが、水平方向に延在する１枚の金属板または重ね合わせた金属板から成り、該金属板の周縁部を前記杭の杭頭と前記建物上部構造との一方に固定し、該金属板の中央部に開口を形成してあり、
前記杭の杭頭と前記建物上部構造との他方に、前記金属板の前記開口の周辺部に離接可能に係合する係合部と、前記金属板の前記開口に嵌合する突起部とを設けてあり、
前記金属板の前記開口に前記突起部が嵌合することで、前記杭の杭頭と前記建物上部構造との間の相対的な水平方向の変位が阻止されるようにし、
前記建物に所定大きさ以上の転倒モーメントが作用したときには、前記金属板の前記開口の周辺部と前記係合部とが離間することによって前記建物上部構造が浮き上がり、浮き上がった前記建物上部構造が再び着座するときには、前記板ばねが変形することで衝撃が緩衝されるようにした、
ことを特徴とする請求項１記載の建物の基礎構造。
【請求項５】
前記杭の杭頭と前記建物上部構造との一方に凹部を設け、前記金属板が該凹部を閉塞するようにして該金属板を前記杭の杭頭と前記建物上部構造との一方に固定してあり、
前記杭の杭頭と前記建物上部構造との一方に設けた前記凹部の奥壁部と、前記杭の杭頭と前記建物上部構造との他方に設けた前記突起部の先端とが当接することで、浮き上がった前記建物上部構造が再び着座するときに生じる前記板ばねの変形量を所定変形量までに規制するようにした、
ことを特徴とする請求項４記載の建物の基礎構造。
【請求項６】
浮き上がった前記建物上部構造が再び着座する際に、前記金属板が塑性変形を生じることで衝撃エネルギが吸収されるように、前記金属板の耐力を設定してあることを特徴とする請求項３又は５記載の建物の基礎構造。
【請求項７】
前記金属板を前記杭の杭頭と前記建物上部構造との一方にボルトまたはナットを介して固定してあり、それによって、塑性変形した前記金属板を交換可能としたことを特徴とする請求項６記載の建物の基礎構造。
【請求項８】
前記金属板が低降伏点鋼から成る鋼板を含むことを特徴とする請求項６記載の建物の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物の基礎構造に関し、より詳しくは、建物の上部構造の浮き上がりを許容することによって、地震時に建物が受けるエネルギを低減するようにした建物の基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地震発生時に建物の基礎に水平方向の加速度が加わると、建物に転倒モーメントが作用する。水平方向の加速度が大きく、建物のアスペクト比（幅に対する高さの比）も大きい場合には、転倒モーメントによって建物の一側が浮き上がろうとする。その結果、例えば杭基礎を採用している建物の場合、建物の浮き上がり側では杭を引き抜こうとする引張荷重が杭に作用し、その反対側では杭を押し込もうとする圧縮荷重が増大する。これらの荷重に耐えられるだけの十分な強度を備えた基礎構造を構築するためには、それ相応のコストが必要であるが、近年、アスペクト比の大きな高層建物が次々と出現するようになったことから、そのコストの増大が著しかった。
【０００３】
そのため、通常は杭頭に固定連結するフーチングを杭頭から縁切りして、大きな転倒モーメントが作用したときには、フーチングより上の建物上部構造が、杭頭から浮き上がれるようにした建物の基礎構造が提案されている。
【０００４】
例えば特開２００３−１２９４９８号公報には、杭とフーチングとの間を、せん断抵抗用の鋼管を介して接合することで、杭とフーチングとの縁を切った建物の基礎構造が開示されており、この基礎構造では、浮き上がった建物上部構造が着座する際の衝撃を緩和するために、緩衝材を杭とフーチングとの間に敷設している。
また、特開２０００−２４０３１５号公報には、柱脚で浮き上がりを発生させて、エネルギ吸収装置で浮き上がり後の建物応答の低減を図るようにした建物の基礎構造が開示されており、この基礎構造では、着座時の衝撃を緩和するための緩衝材や、変位を制御するための復元部材を浮き上がり部分に介装している。
また、特開２００１−１１５６８３号公報には、建物上部構造の鋼管柱と、建物下部構造である基礎のフーチングに埋め込んだ鋼管との間隙に、ダンパを介装した構造が開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２４０３１５号公報
【特許文献２】特開２００１−１１５６８３号公報
【特許文献３】特開２００３−１２９４９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
建物上部構造の地震時の応答に対して、建物上部構造から鉛直圧縮荷重を受けている支持部分の鉛直方向ばね剛性が与える影響は大きく、このばね剛性は、建物の設計上有重要な要素である。このばね剛性の最適値は建物の大きさや形状、地盤の性状、想定した地震などにより異なる値となる。
既存の技術として、建物上部構造とそれを支持する建物下部構造との間の接合部にばねを介装したものもあるが、そのばねは主として建物上部構造の引抜き方向の変位を制御するためのものであって、圧縮方向のばね剛性を付加するものではない。
また、緩衝材として用いられているゴム材などは圧縮方向のばね剛性を有するが、そのばね剛性を建物の地震応答の低減のための最適値に調整することは困難である。また、そのようなゴム材は、施工した後は保守・点検が困難になる上、外気に曝されたり長時間高面圧を受けるために、ゴムの性状や剛性が変化して建物上部構造の地震応答に悪影響を及ぼすおそれがある。
また、既存の技術では、建物上部構造の浮き上がりが生じるような大地震の後に、接合部が地震前と同じ性能を維持しているかどうかの検査や判断は難しく、場合によっては接合部全体の交換も必要となる。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑み成されたものであり、本発明の目的は、建物上部構造の浮き上がりを許容するようにした建物の基礎構造において、建物上部構造から鉛直圧縮荷重を受けている支持部分の上下方向ばね剛性を容易に最適値に調整することができ、また、構造が簡明であることから、低コストで容易に施工でき、動作信頼性が高く、高精度が得られ、経年劣化のおそれがなく、外部からの観察が可能で、施工後も点検が容易であり、全体をコンパクトに構成することのできる、建物の基礎構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る杭と該杭に支持された建物上部構造とを備えた建物の基礎構造は、前記杭の杭頭と前記建物上部構造との間に水平に延在する板ばねを設け、前記建物上部構造から前記杭頭へ作用する鉛直方向圧縮荷重が該板ばねを介して弾性支持されるようにするとともに、前記建物に所定大きさ以上の転倒モーメントが作用したときには、前記建物上部構造が浮き上がり、浮き上がった前記建物上部構造が再び着座する際の衝撃が前記板ばねによって緩衝されるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる建物の基礎構造によれば、杭頭と建物上部構造との間に水平に延在する板ばねを設け、この板ばねによって、建物上部構造から杭頭へ作用する鉛直方向圧縮荷重を弾性支持するとともに、建物に所定大きさ以上の転倒モーメントが作用して浮き上がった建物上部構造が着座する際の衝撃を緩衝するようにしたため、建物上部構造から鉛直圧縮荷重を受けている支持部分の上下方向ばね剛性を、容易に最適値に調整することができる。また、構造が簡明であることから、低コストで容易に施工でき、動作信頼性が高く、高精度が得られ、経年劣化のおそれがなく、外部からの観察が可能で、施工後も点検が容易であり、全体をコンパクトに構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の好適な実施の形態にかかる建物の基礎構造を採用した基礎の断面側面図、図２は図１の基礎構造に使用している金属板の平面図、図３は図１と同様の断面側面図であって建物上部構造が浮き上がった状態を示した図、図４は図１と同様の断面側面図であって建物上部構造に回転（傾き）が発生することなく金属板が最大変形を生じた状態を示した図、図５は図１と同様の断面側面図であって建物上部構造に回転が発生して金属板が最大変形を生じた状態を示した図である。
【００１０】
図１は、本発明の好適な実施の形態に係る建物の基礎構造を採用した基礎１０の断面側面図である。図示した基礎１０は、地盤に打設したコンクリート杭１２によって建物上部構造を支持するようにした、いわゆる杭基礎である。図１には、鉄筋コンクリート造のフーチング１４が示されている。このフーチング１４は、基礎梁に取付けられており、建物上部構造のうちの最下部を構成している。
【００１１】
フーチング１４の下面には、杭１２の杭頭に対向する位置に円錐台形の凹部１６が形成されており、この凹部１６の周囲を囲繞するように、鋼板製の台座１８が取付けられている。台座１８には複数のスタッドボルト２０が植設されており、台座１８はそれらスタッドボルト２０によってフーチング１４のコンクリートに定着されている。フーチング１４の下面には更に、凹部１６の周囲に合計１６本のボルト２２が植設されており、それらボルト２２の先端部はフーチング１４の下面から下方へ突出し、突出した先端部に雄ネジが形成されている。
【００１２】
杭１２の杭頭には、その中心に上方へ隆起した円錐台形の隆起部２６を設けてあり、更にその隆起部２６の上面の中心に、上方へ突出した突起部２８を設けてある。突起部２８は鋼管３０で補強されており、この鋼管３０は、スタッドボルト３２によって杭１２のコンクリートに定着されている。以上の杭１２及びフーチング１４は、現場打ちの鉄筋コンクリート造としてもよく、また、工場で製作するプレキャストコンクリート造としてもよい。
【００１３】
杭１２の杭頭とフーチング１４の下面との間に、水平に延在する金属板３４を配設してあり、この金属板３４は板ばねとして機能するものである。図２に示したように、金属板３４は、平面視正方形の板材であり、その中央部に開口３６を形成してあり、その周縁部に合計１６個のボルト挿通孔３８を形成してある。ボルト挿通孔３８の配列は、フーチング１４に植設したボルト２２の配列に対応しており、金属板３４は、それらボルト２２を介して周縁部がフーチング１４に固定されている。即ち、金属板３４の上面の周縁部をフーチング１４の台座１８の下面に当接させ、金属板３４の周縁部のボルト挿通孔３８にフーチング１４のボルト２２を嵌合させ、そして、それらボルト２２の先端部にナット４０を螺着することによって、金属板３４が、フーチング１４の下面の凹部１６を閉塞するようにして、このフーチング１４に取付けられている。
【００１４】
杭１２の杭頭の突起部２８は、金属板３４の開口３６に嵌合しており、これによって、杭頭と金属板３４との間の（従って、杭頭と建物上部構造との間の）相対的な水平方向の変位を阻止し、鉛直方向の変位を許容している。換言するならば、杭１２と建物上部構造とを、鉛直方向に縁を切ってある。また、通常の状態（地震が発生していない状態）においては、杭頭の隆起部２６の上面が、金属板３４の下面の、開口３６の周辺部に係合しており、突起部２８の先端と凹部１６の奥壁部（天井部）との間には間隙が存在している。ただし大きな地震が発生したときには、後述するように、突起部２８の先端が凹部１６の奥壁部に衝突するため、凹部１６の奥壁部には、その衝突の際の衝撃を和らげるための緩衝材４２を貼着してある。
【００１５】
以上の構成により、建物上部構造から杭１２の杭頭へ作用する鉛直方向圧縮荷重が、板ばねとして機能する金属板３４を介して弾性支持されるようになっている。また、地震発生時に、建物に所定大きさ以上の転倒モーメントが作用したときには、図３に示したように、金属板３４の中央部（より詳しくは、金属板３４の中央部に形成した開口３６の周辺部）と、それに係合していた杭１２の杭頭の隆起部２６の上面とが、離間することによって、建物上部構造が浮き上がることができる。そして、浮き上がった建物上部構造が再び着座するときには、金属板３４の中央部と、杭頭の隆起部２６の上面とが再び当接して、図４ないし図５に示したように、板ばね３４が変形することによって、その着座時の衝撃が緩衝される。
【００１６】
図３に示したように、フーチング１４が浮き上がったときにも、杭１２の杭頭の突起部２８が、金属板３４の開口３６に嵌合しているため、建物上部構造が杭１２に対して水平方向にずれることが防止されている。また、図４及び図５はいずれも、金属板３４が最大変形を生じた状態を示しており、これらの図に示したように、フーチング１４に設けた凹部１６の奥壁部と、杭１２の杭頭に設けた突起部２８の先端とが当接することで、板ばねとして機能する金属板３４の変形量が所定変形量までに規制され、それらが当接する際の衝突に伴う衝撃を、緩衝材４２で緩和するようにしている。尚、図４は、浮き上がった建物上部構造が再び再び着座し、金属板３４を変形させて沈み込む際に、その建物上部構造に回転（傾き）が発生することなく沈み込む場合を示した図であり、図５は、建物上部構造に回転が発生する場合を示した図である。図５に示したように建物上部構造に回転が発生した場合でも、この建物の基礎構造は、金属板３４が変形することによって、その回転に良好に追随することができる。
【００１７】
金属板３４の板ばねとしての特性は、この金属板３４の材質、縦横寸法、厚さ、その中央部に形成する開口３６の大きさなどを変えることによって、様々に設定することができる。また、フーチング１４に形成する凹部１６の径を変えることによっても、金属板３４のばね剛性を調整することができる。
【００１８】
特に図示例においては、金属板３４の耐力を、浮き上がった建物上部構造が再び着座する際に金属板３４が塑性変形を生じることで、衝撃エネルギが吸収されるような大きさに設定してある。これは、塑性変形能力の大きな金属板３４に建物の振動による衝撃を集中させることにより、金属板３４だけに塑性変形を起こさせ、建物の他の部分の破損を防止することを意図したものである。そして、図示例では、この効果を高めるために、金属板３４として、低降伏点鋼から成る鋼板を使用している。ただし、金属板３４の材質はこれに限られず、普通鋼板をはじめとするその他の様々な材質の金属板を使用することができ、設計方針によっては、金属板の変形を弾性範囲内に納める設定も可能である。
【００１９】
また、図示例においては、単一の金属板３４を板ばねとして用いているが、同一材料または異種材料から成る複数枚の金属板を重ね合わせたものを板ばねとして用いるようにしてもよい。異種材料から成る金属板を重ね合わせる例としては、例えば、普通鋼板と低降伏点鋼板、ばね鋼板と低降伏点鋼板、それに鉛板と普通鋼板の組合せなどを採用することができ、更にその他の様々な組合せとすることもできる。
【００２０】
図示例の基礎１０は、建物上部構造をジャッキアップすることで、金属板３４を交換することができる。そのため、増築などによって建物上部構造の重量やアスペクト比が変化した場合には、使用する金属板の材質や枚数を変更することによって、容易にその変化に対応し得る。更に、大きな地震が発生して金属板３４が塑性変形を生じたときには、その塑性変形した金属板３４を新たなものに交換することによって、容易に初期状態に復元することができる。図示例では、金属板３４の交換を容易にするために、ナット４０を用いて金属板３４を固定しているが、無論、ボルトで締結して固定するようにしてもよく、また更に、その他の様々な取り外し容易な固定手段を用いるようにしてもよい。
【００２１】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る建物の基礎構造は、構造が簡明であることから、低コストで容易に施工でき、動作信頼性が高く、高精度が得られ、経年劣化のおそれがなく、外部からの観察が可能で、施工後も点検が容易であり、全体をコンパクトに構成することができる。尚、本発明は、図示した具体的な実施の形態に限られるものではなく、図示した実施の形態に対しては様々な変更を加えることができる。例えば、金属板３４の周縁部を、建物上部構造の側ではなく杭頭の側に固定し、その金属板の中央部に係合する係合部を、杭頭の側ではなく建物上部構造の側に設けるようにしてもよい。また、金属板３４の周縁部を固定する構造とする代わりに、金属板の両端部だけを固定する構造とすることも考えられる。更に、金属板３４の形状も、図示例のような正方形の形状とする他に、様々な形状とすることが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の好適な実施の形態にかかる建物の基礎構造を採用した基礎の断面側面図である。
【図２】図１の基礎構造に使用している金属板の平面図である。
【図３】図１と同様の断面側面図であって建物上部構造が浮き上がった状態を示した図である。
【図４】図１と同様の断面側面図であって建物上部構造に回転（傾き）が発生することなく金属板が最大変形を生じた状態を示した図である。
【図５】図１と同様の断面側面図であって建物上部構造に回転が発生して金属板が最大変形を生じた状態を示した図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０……基礎、１２……コンクリート杭、１４……フーチング、１６……凹部、１８……台座、２０……スタッドボルト、２２……ボルト、２６……隆起部、２８……突起部、３０……鋼管、３２……スタッドボルト、３４……金属板、３６……開口、３８……ボルト挿通孔、４０……ナット、４２……緩衝材。
【図１】
2005232724.tif 000003
【図２】
2005232724.tif 000004
【図３】
2005232724.tif 000005
【図４】
2005232724.tif 000006
【図５】
2005232724.tif 000007