(57)【要約】【課題】杭の負担地震力を低減し、且つ上部構造物を免震構造化できる経済的な建築構造物の基礎構造を提供する。【解決手段】杭頭部に杭の地震時傾斜を許容できるすべり式杭頭接合装置を配置し、構造物底面に地盤に突出する突起物を取り付ける。杭にはすべり摩擦力以上の水平力は伝達されず、構造物に発生した水平地震力は突起物を介して地盤に直接伝達される。また、構造物底面に若干の隙間を設けることにより、構造物への地震入力が低減され、免震効果が発揮される。【選択図】    図７
2005029956.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の重量を杭により支持し、
前記構造物の底面に、下向きに突出して前記構造物からの水平力を地盤に伝達する、棒状もしくは壁板状の突起物を設けたことを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項２】
請求項１に記載の構造物の基礎構造において、
前記杭の頭部を、回転可能なピン接合部もしくは半剛接合部としたことを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項３】
請求項１に記載の構造物の基礎構造において、
前記杭の頭部に、前記杭の地震時傾斜を許容でき且つ水平方向に移動可能なすべり式杭頭接合装置もしくはすべり支承を配置したことを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の構造物の基礎構造において、
前記構造物の底面と地盤の間、あるいは前記構造物の底面と地盤との間および前記構造物の地中部側面と地盤との間の両者に隙間を設けており、
前記構造物の底面から下向きに突出する突起物が地盤と接触していることを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項５】
請求項４に記載の構造物の基礎構造において、
前記突起物の側面と前記地盤との間に所定の隙間を設けたことを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項６】
杭基礎を有しない直接基礎により構造物重量を支える基礎構造において、
前記直接基礎の基礎フーチングを構築し、その上にすべり支承を配置して前記構造物重量を支え、
前記構造物の底面に、下向きに突出する棒状もしくは壁板状の突起物を設け、
前記構造物の底面とその下側地盤との間に所定の隙間を設けたことを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項７】
杭基礎と直接基礎の両者が併用される基礎構造において、
請求項１乃至請求項５のいずれかの基礎構造と請求項６の基礎構造を混合使用したことを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の構造物の基礎構造において、
前記構造物の底面の突起物の周囲地盤もしくは前記構造物の周囲地盤をセメント系固化材の混合処理又はその他の固化剤の注入等により地盤改良したことを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項９】
請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の構造物の基礎構造において、
前記構造物の底面の突起物の周囲地盤もしくは前記構造物の周囲地盤の前記構造物躯体の近傍に壁板状のコンクリート部材を埋め込んだことを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の基礎構造において、
前記突起物を前記構造物の最下層の地中梁に兼用していることを特徴とする構造物の基礎構造。
【請求項１１】
構造物を支持する杭の頭部にすべり式杭頭接合装置もしくはすべり支承を配置し、前記すべり式杭頭接合装置もしくは前記すべり支承の上部に配置されるすべり板の周辺部に少なくとも３本以上のねじ孔をあけて、これにねじボルトを挿入し、
その回転に伴う上下移動によりすべり板を水平に設置し、
すべり板上部の基礎フーチングのコンクリートを打設することを特徴とする構造物の基礎構造の構築方法。
【請求項１２】
構造物の底面から下向きに突出する突起物の底面の下に発泡樹脂材等のスポンジ状物質や柔らかい弾性材料等を挟むか、
もしくは前記突起物の底面を地盤に接触させて、
その上部の基礎床重量を支持させることにより、
前記構造物の底面と地盤との間に隙間を確保することを特徴とする構造物の基礎構造の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物とそれを支持する基礎構造に関するものであり、両者の耐震安全性能を飛躍的に高めながら且つそれを極めて経済的に実現できる構造物の基礎構造を提供するものである。
【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、これまでの免震構造では免震装置の費用が必要であると同時に、基礎構造体が２重になるために躯体費の増加が大きく、建設費のかなりのコストアップが避けられなかった。
【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。
【０００４】
図１は従来の一般的な杭基礎を有する建築構造物の構成を示すもので、図１（１）は平面図で構造物輪郭と杭の位置関係を、図１（２）は断面図で構造物下部と杭基礎、地盤を含めた基礎部の全体構成をそれぞれ示している。構造物１の重量は４本の杭３で支持されており、杭頭部は構造物底面に剛結合（杭頭固定という）されている。構造物に発生した水平地震力（白抜き矢印）は各杭３に伝達され、全水平力を杭３で負担するのがこれまでの杭基礎の耐震設計思想である。
【０００５】
杭頭固定であるこれまでの杭基礎では、杭に水平地震力が作用すると杭頭部に大きな曲げモーメントが発生する。その結果、これまでの杭基礎の地震被害も、杭３の損傷の多くが杭頭部に集中しており、近年、これら杭基礎の耐震安全性能を改善するために、杭頭ピン接合（特許文献１、特許文献２）や杭頭回転自由接合工法（特許文献３）  などの杭頭部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。
【０００６】
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、特許文献４、特許文献５、特許文献６等の提案がある。
【０００７】
しかし、特許文献４は、Ｐδ効果（Ｐ：鉛直荷重、δ：水平変位）による大きな付加モーメントＭ＝Ｐδが杭頭部に作用すること、特許文献５・６は、地震時の杭傾斜により杭頭上面のすべり接触条件が崩れること等、いずれも問題点を抱える提案であった。
【０００８】
本発明者は、特許文献７において、特許文献４〜６の問題点を解決し、杭上面において確実に機能するすべり免震構造を提案している。これらの問題点とその解決方法については特許文献７に詳述されているので、ここでの再説明は省略する。
【特許文献１】特開平１０−２２７０４０号
【特許文献２】特開２００１−３４８８８５
【特許文献３】特許第３１５９３８０号
【特許文献４】特開昭５９−１３４２３０号
【特許文献５】特開平１０−２２７０３９号
【特許文献６】特開平１−３０４２２３号
【特許文献７】特願２００２−２０５８９３
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これまでの杭基礎の耐震設計は、１）地震時に構造物に発生した水平地震力は杭に伝達される、２）その水平力によって杭には大きな地震時応力が発生する、３）その応力に耐えられるように杭の耐力アップを図る、という考え方を採用している。これまでは、「構造物に発生した水平地震力は杭に伝達されるので、その地震力は杭で負担しなければならない」という考え方が当然とされてきたが、杭の耐震問題はそもそも「構造物（建物）の水平地震力が杭に作用すること」に根本原因がある。本発明は、この「地震力が杭に作用する」という基本的前提条件を否定し、杭による地震力の負担をできるだけ低減させる方法、即ち「杭体への地震力の伝達を小さくする方法」の実現を解決課題とする。
【００１０】
更に、特許文献７において構造物に免震効果を与え且つそれを支持する杭基礎に作用する地震力も低減して構造物および杭基礎両者の耐震安全性能を改善する方法が実現されているが、本発明は、この特許文献７と同じ効果を、特許文献７よりも更に経済的に実現する方法をめざすものである。
【００１１】
【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〉
構造物の重量を杭により支持し、上記構造物の底面に、下向きに突出して上記構造物からの水平力を地盤に伝達する、棒状もしくは壁板状の突起物を設けたことを特徴とする構造物の基礎構造。
【００１２】
〈構成２〉
構成１に記載の構造物の基礎構造において、上記杭の頭部を、回転可能なピン接合部もしくは半剛接合部としたことを特徴とする構造物の基礎構造。
【００１３】
〈構成３〉
構成１に記載の構造物の基礎構造において、上記杭の頭部に、上記杭の地震時傾斜を許容でき且つ水平方向に移動可能なすべり式杭頭接合装置もしくはすべり支承を配置したことを特徴とする構造物の基礎構造。
【００１４】
〈構成４〉
構成１乃至構成３のいずれかに記載の構造物の基礎構造において、上記構造物の底面と地盤の間、あるいは上記構造物の底面と地盤との間および上記構造物の地中部側面と地盤との間の両者に隙間を設けており、上記構造物の底面から下向きに突出する突起物が地盤と接触していることを特徴とする構造物の基礎構造。
【００１５】
〈構成５〉
構成４に記載の構造物の基礎構造において、上記突起物の側面と上記地盤との間に所定の隙間を設けたことを特徴とする構造物の基礎構造。
【００１６】
〈構成６〉
杭基礎を有しない直接基礎により構造物重量を支える基礎構造において、上記直接基礎の基礎フーチングを構築しその上にすべり支承を配置して上記構造物重量を支え、上記構造物の底面に、下向きに突出する棒状もしくは壁板状の突起物を設け、上記構造物の底面とその下側地盤との間に所定の隙間を設けたことを特徴とする構造物の基礎構造。
【００１７】
〈構成７〉
杭基礎と直接基礎の両者が併用される基礎構造において、構成１乃至構成５のいずれかの基礎構造と構成６の基礎構造を混合使用したことを特徴とする構造物の基礎構造。
【００１８】
〈構成８〉
構成１乃至構成７のいずれかに記載の構造物の基礎構造において、上記構造物の底面の突起物の周囲地盤もしくは上記構造物の周囲地盤をセメント系固化材の混合処理又はその他の固化剤の注入等により地盤改良したことを特徴とする構造物の基礎構造。
【００１９】
〈構成９〉
構成１乃至構成７のいずれかに記載の構造物の基礎構造において、上記構造物の底面の突起物の周囲地盤もしくは上記構造物の周囲地盤の上記構造物躯体の近傍に壁板状のコンクリート部材を埋め込んだことを特徴とする構造物の基礎構造。
【００２０】
〈構成１０〉
構成１乃至構成９のいずれかに記載の基礎構造において、上記突起物を上記構造物の最下層の地中梁に兼用していることを特徴とする構造物の基礎構造。
【００２１】
〈構成１１〉
構造物を支持する杭の頭部にすべり式杭頭接合装置もしくはすべり支承を配置し、上記すべり式杭頭接合装置もしくは上記すべり支承の上部に配置されるすべり板の周辺部に少なくとも３本以上のねじ孔をあけて、これにねじボルトを挿入し、その回転に伴う上下移動によりすべり板を水平に設置し、すべり板上部の基礎フーチングのコンクリートを打設することを特徴とする構造物の基礎構造の構築方法。
【００２２】
〈構成１２〉
構造物の底面から下向きに突出する突起物の底面の下に発泡樹脂材等のスポンジ状物質や柔らかい弾性材料等を挟むか、もしくは上記突起物の底面を地盤に接触させて、その上部の基礎床重量を支持させることにより、上記構造物の底面と地盤との間に隙間を確保することを特徴とする構造物の基礎構造の構築方法。
【００２３】
〈概要〉
本発明は、基礎構造体（主として杭基礎）とその上部の構造物両者の耐震安全性能向上をめざすものであるが、先ず杭基礎の耐震安全性能を向上させる基本戦略として、構造物に発生した水平地震力ができるだけ杭に伝達されない方法を実現する。
【００２４】
杭基礎は構造物の重量を支持することが本来の目的であり、地震時水平力を負担することは本来の目的ではないが、通常は杭頭が構造物基礎に直結（剛結合）されているため、地震力が伝達されてしまうのが実状である。その水平力は構造物底面に結合されている各要素の水平剛性に応じて分配されるのであり、構造物底面に結合されている要素の代表である杭の水平剛性は、杭自体の曲げ剛性と杭周囲の地盤の堅さ（弾性係数）によって決定される。
【００２５】
そこで本発明は、杭の水平剛性と同等以上の水平剛性を有する別部材を構造物底面に配置する。即ち、構造物底面に下向きに突出する部材を設けるのである。この突出部材は構造物重量を支える必要はないので、地盤の支持層にまで達する必要がなく、深さは浅くてよい。この突出部材からの水平力を受けとる地盤の接触面はできるだけ大面積がよいので、構造物底面の突起物形状としては水平方向に長い壁板状がよい。幅の広い平板形状は、杭の細長い円柱形状よりも水平力に対する地盤の抵抗力が大きくなるので、効率的な水平力抵抗要素となる。
【００２６】
また、この壁板状の突出部材は、構造物のＸ・Ｙ水平両方向について、それぞれ底面の全長に渡って、しかも何列にも設けることができるので、地中への突出深さが浅くても、杭の水平剛性以上の水平剛性を確保することは容易である。但し、突起物先端レベルにおける水平面の地盤のせん断耐力が、突起物から地盤に伝達される水平力を上回るようにすることが大切である。
【００２７】
この地中への突起物の形状は、壁板状の平板形状が最も効率的であるが、種々の制約によりその形状が困難である場合は、杭のような円柱状もしくは矩形断面の棒状突起物を複数本設けることで同様の効果を得ることができる。以上が、構成１に示した基本構成である。
【００２８】
構造物底面に設けた水平力負担用突起物と構造物底面に結合されている杭との水平力の分担は、それぞれの水平剛性の割合によるので、杭の水平剛性を下げると杭に伝達される水平力が減少することになる。杭は杭頭部を構造物に剛結合（杭頭固定）するのが一般的であるが、近年実用化が進んでいる杭頭の固定度を低下させるピン接合もしくは半剛接合を採用することは杭の水平剛性を下げる効果があるので、本発明の水平力負担用突起物と併用することで、杭の負担水平力を低減させる効果が高まることになる。
【００２９】
また、杭頭ピン接合を採用すると、杭頭の曲げ戻しモーメントが小さくなって地中梁の設計が容易になるという効果がある反面、杭の地中部モーメントが増加するという不利な面がある。本発明により杭の負担水平力を低減すれば、杭の地中部に発生するモーメントも小さくなるため、杭全長に渡って地震時応力が小さくなるという理想的な杭応力を実現することができる。これが、構成２に示す本発明である。
【００３０】
構成３は、構成２を発展させ、杭に伝達される地震力を確実に制限し且つ構造物の安全性も確保できる方法である。即ち、杭頭部にすべり式の杭頭接合装置もしくはすべり免震支承を配置する。このとき、杭３の頭部のすべり機構は、地震時に杭が傾斜しても接触面のすべり機構が正常に保持されるように特許文献７に示す杭頭回転変位を吸収できる機構とする必要がある。杭頭部の上面にすべり面を直結する特許文献５・６等の方法は、杭の傾斜により接触面が正常に保持されないので採用すべきでない。
【００３１】
特許文献７は、上部構造物を免震構造物として構成するために、杭頭部にすべり支承を配置した上で、構造物全体に復元力を与えるばね要素、例えば積層ゴムなどを配置している。本発明では、構造物底面に配置した突起物が下部地盤中に挿入されているので、その抵抗力により過度の水平ズレが防止され、またその変位時には突起物が地盤を圧縮しながら移動するため、復元力と同時にエネルギー消費を伴うダンパーとしても機能する。即ち、本発明の突起物は、復元力＋ダンパー＋変位制限用ストッパーとしての３機能を有している。以上により、本発明では特許文献７の復元力用部材（積層ゴムなど）を省略できるので、特許文献７よりも更に経済的に高性能の免震構造物を実現できる。また杭頭のすべり機構により摩擦力以上の水平力は杭に作用しないように水平地震力が制限されているので杭の耐震安全性能も同時に改善されている。以上が、構成３である。
【００３２】
構成４は、構成３による免震効果を確実にするために、地盤から構造物への地震動の入力・伝達を遮断するものである。即ち、構造物への地震動入力は、地盤と接触している構造物底面および側面から伝達されると考えられるので、最も大きな面積を占める構造物の底面と地盤との間、および地中部に埋め込まれている構造物周囲側面と地盤との間に隙間を設けたものである。これにより、地盤との接触部分は、構造物重量を支える杭頭部のすべり支承と構造物底面に設けた突起物のみとなるので、構造物への地震入力の殆どが遮断されることになる。
【００３３】
構成５は、地震入力の遮断効果を更に高めるために、構成４において地盤との接触部として残している構造物底面の突起物と地盤との接触をも避けるように構成したものである。突起物側面と地盤との間に若干の隙間を確保し、地盤と構造物間の相対変位がこの隙間以上に達すると、突起物が地盤に接触しその相対移動に抵抗するようになる。なお、地盤と接触している突起物底面からの地震動入力は比較的小さいと考えられるので、突起物底面は接触を許すことが可能である。なお、突起物底面と地盤との間にも隙間を確保することは、地震入力をより完全に遮断することになるので好ましいが、突起物の施工方法を考慮すると突起物底面と地盤との間に発泡樹脂材料などの低弾性材料を挟む方法が現実的である。その施工方法については、構成１２に示している。
【００３４】
以上は杭基礎を対象として、その耐震性能改善と構造物に免震効果を与える方法について説明してきたが、本発明の方法は杭を用いない直接基礎にも適用可能である。即ち、構成６は、先ず上部構造物の重量を地盤に伝える独立基礎あるいは連続（布）基礎の基礎フーチングを地盤上に構築し、その上にすべり免震支承を配置して構造物重量を支持させた上で、構造物底面とその下側地盤との間に隙間を確保して構造物底面に突起物を配置したものである。構造物の地中部側面と地盤との間に隙間を確保するかどうかは、側面の根入れ深さや工事の難易度等を考慮して得失を比較して決定すればよい。側面にも隙間を確保すれば、地震動入力の遮断効果は確実となるが、その一方で工事手間がかかり、また地表面における隙間部分の処理にも費用がかかるので、その長所短所を比較して決定するという意味である。例えば、重量の大きい大型構造物で根入れ深さが浅く、基礎底面に隙間を確保した場合には、周囲側面の浅い部分を軟らかい周辺土で埋め戻しても側面からの地震入力は小さいため免震効果は殆ど損なわれず、且つ構造物へのアクセス部などの地表面と構造物との取り合い部の収まり詳細が単純化されてメリットが大きいと判断できる。これは、杭基礎の場合にも同様の判断が成立する。
【００３５】
以上により、本発明は杭基礎と直接基礎の両者に適用できることになった。その結果、一構造物に直接基礎と杭基礎の両者が使用される併用基礎に本発明を混合使用することにより、併用基礎の耐震安全性能を飛躍的に改善することが可能となる。即ち、併用基礎の最大の問題は、直接基礎部に対して杭基礎の水平剛性が低いために、斜面等に構造物を建設する場合、大きなねじれ問題を発生することである。本発明では、杭基礎に作用する地震力をすべり支承により制限した上で、更に底面突起物により水平地震力を地盤に直接伝達することが可能であるため、併用基礎に起因する上部構造物のねじれ問題を解決することができる。これが構成７である。
【００３６】
構成８および構成９は、構造物から地盤に伝えた水平地震力に対して、表層地盤が軟弱のために底面突起物や構造物の周囲地盤のせん断強度が不足する場合の対策を示したものである。即ち、構成８は、セメント系固化材の混合撹拌処理や薬液注入などにより表層地盤改良を行って地盤のせん断耐力を向上させ、構造物から伝わる地震力に地盤が耐えられるようにしたものである。また構成９は、地盤内に壁板形状のコンクリート部材を埋め込むことにより、水平力に対する地盤の抵抗力を高めたものである。
【００３７】
構成１０は、構造物底面の突起物の現実的構成方法を示したものである。建築構造物では通常、構造物最下層には各柱を繋ぐ地中梁が必要である。この地中梁は従来、柱や基礎から伝達される最下層の柱脚部のモーメントや最下層における鉛直荷重（下向きの最下層の積載荷重や上向きの地盤反力や水圧など）を負担する構造部材として用いられている。この鉛直荷重用の地中梁と水平力抵抗部材である本発明の突起物とを同一部材として兼用させるものである。
【００３８】
本発明の構造物底面の突起物を地中梁と兼用するためには、地中梁を地盤内に突出させその側面を土に直接接触させるように構成することが必要である。構造物の最下層には必ず地中梁が存在するが、地下水などが存在する場合、構造物底面には耐圧スラブを設けて底面をフラットに構成する場合が多いので地中梁側面は地盤に接していない場合が多い。中には地中梁が地盤と接触する構成となっている場合もあるが、これまでは地中梁の側面抵抗を考慮していないので、地中梁底面まで地盤を掘削して地中梁側面を土で埋め戻さなかったり、埋め戻しても締め固めが充分でないため、地盤の水平せん断強度が不足していると判断される。本発明を適用するためには、１）水平力が地中梁から地盤へ伝達できること、２）地中梁側面から伝達された地震時水平力に耐えられるだけの地盤強度を確保することが必要である。そのためには、３）原地盤の強度が充分なら地中梁周囲の地盤を掘削せずに残し、地中梁側面の掘削部をしっかりと埋め戻す、４）掘削した場合には埋め戻し土の転圧や固化材混合などを行い埋め戻し土の強度を確保する、等の方法を採用する必要がある。５）特に掘削底面と原地盤との境界面における水平力伝達・強度確保に留意することが大切である。
【００３９】
また、地中梁を水平力抵抗要素として使用すると、地盤からの水平方向反力により鉛直荷重とは直交方向の曲げモーメントとせん断力が発生する。そのため、鉄筋コンクリート造の梁ではこれまでとは全く異なる弱軸（水平）方向の配筋および断面寸法が必要となるので、従来の地中梁とは全く異なる新しい構造部材として認識し設計することが必要である。
【００４０】
構成１１は、構造物重量をすべり式杭頭接合装置もしくはすべり支承で支える場合の上部躯体の構築方法を示したものである。すべり支承の施工では、すべり板を水平に設置することが最も重要で高精度が要求される作業となる。この施工精度としては水平面との傾斜角を１／５００〜１／１０００（ｒａｄ）以下とすることが求められるが、この水平度を達成するためには、すべり板を一旦設置した後でその水平度を微調整できることが不可欠である。そこで本発明は、すべり板の４隅もしくは周辺部にねじきりボルトを取付、その回転によりすべり板レベルを上下に微調整可能としたものである。このねじきりボルトは、すべり板上部のコンクリート打設後に抜き取るか、すべり材からの距離が充分にある場合には、地盤から離れるだけ少しだけ抜き上げて、そのまま残すことも許される。
【００４１】
構成１２は、すべり支承設置後の上部コンクリート躯体の構築方法、施工方法を示したものであり、すべり支承以外では構造物底面に設けた突起物の底面のみ地盤との接触を許容し、杭（もしくは直接基礎フーチング）上部のすべり支承と突起物底面で上部構造体構築時の荷重を支持することにより、構造物全平面に渡って地盤と接触しない底面を構築することが容易となる。なお、突起物からの地震入力を低減するために突起物底面に発泡スチロールや発泡ウレタン等の発泡樹脂材やスポンジ状物質などの低弾性材料を介在させて突起物を構築することにより、地震動入力の遮断効果を更に確実にすることができる。
【００４２】
【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。
【００４３】
図２は、構造物底面に本発明の水平力負担用突起物を有する構造物構成を示すもので、図２（１）平面図に示すように、構造物１の底面中央部に、十字型に突起部２を配置し、水平２方向に抵抗力を与えている。同図（２）は断面構成を示しており、構造物１の底面に、地盤１０中に突出する水平力抵抗要素となる突起部２を有している。構造物１に発生した水平地震力の多くはこの突起物２より地盤１０に伝達され、杭３の負担水平力が軽減される。底面突起物２の深さは、その先端レベルにおいて地盤のせん断耐力が突起物２の負担水平力を上回るように決定する。なお、図２の、符号１０は軟弱層の地盤、１１は硬質支持層の地盤をそれぞれ示している。
【００４４】
構造物１に発生した水平地震力は、杭３と底面突起物２の水平剛性の割合に応じて分担されるので、杭３の負担水平力を低減するには相対的に杭３の水平剛性を低下させるとよい。杭頭固定の杭に対して杭頭ピン接合とした杭は水平剛性が低下する。図２の杭３の頭部は一般的な杭頭固定として剛結合されている例を示したが、図３は杭３の頭部をピン接合、もしくは半剛接合とする構成２の方法を例示したものである。杭頭ピン接合を実現する方法は、既に幾つかの杭頭接合装置が実用化されているので、それを利用すればよい。
【００４５】
図４は、杭３の負担水平力を更に確実に制限する方法で、杭頭部に、杭頭すべり接合装置５もしくはすべり支承５を採用した構成３を例示したものである。この場合は、杭３にはすべり摩擦力以上の水平力が伝達されないので、残りの水平力は全て底面突起物２が負担することになる。
【００４６】
この杭頭すべり支承５が正常に機能するためには、地震時に杭３が傾斜してもすべり材とすべり板の接触が正常（平行で全面接触状態）に維持されることが必要である。その機構は既に特許文献７で実現されているのでそれを採用すればよい。
図５は、その機構の一例を示したもので、図５（１）は平常時における状態の断面図、図５（２）は地震時における状態の断面図を示している。杭３が地震時に傾斜した場合にもすべり材５２とすべり板５１が平行に接触できるように、杭３の頭部とスベリ材５２との間に回転機構部５３が設けられているので、図５（２）に示すように地震時において杭３が傾斜しても、すべり材５２はすべり板５１と全面接触を維持しながら水平移動する（すべる）ことができる。
【００４７】
図６乃至図８は、杭３の安全性向上に加えて、更に上部の建築構造物への地震入力の低減効果を高めるための工夫を示したものである。構造物１への地震入力、即ち地震動の伝達は、最も大きな平面を占める構造物１の底面を通して地盤の振動が伝達されると考えられる。従って、先ず構造物１の底面とその下の地盤との間に隙間を設けることが最も効果的である。
【００４８】
図６は、杭頭部にピン接合４を採用し、構造物１の底面を地盤１０から分離した例を示している。符号６は構造物１と地盤１０との間の隙間（クリアランス）を示している。構造物１の底面が地盤１０から分離された時、構造物１への地震動入力は、杭３の頭部、底面突起物２および構造物１周囲の地盤１０との接触部の３部位に限定され、地震入力は格段に低下すると考えられる。また、構造物１に発生した水平地震力の多くは、底面突起物２と構造物１周囲の接触部で負担され、杭３の負担する地震力は相当に低下することが期待できる。
【００４９】
図７は、図６の効果を更に高めたもので、杭頭部にはすべり支承５を採用することで杭３に作用する地震力に上限を設定し、構造物と地盤との接触部条件を図７（１）は図６と同条件、図７（２）は底面突起物２のみとしている。従って、構造物に伝達される地震動は極めて限られたものになり、また構造物に発生した水平地震力はその殆どが底面突起物２が負担することになる。従って、上部の構造物１には大きな免震効果が期待でき、且つ杭３に作用する地震力は極めて小さなものとなる。以上の図６は構成２と構成４の組み合わせ、図７が構成３と構成４の組み合わせを例示したものである。
【００５０】
図８は、図７の地震動の遮断効果を更に高めたもので、構造物１の底面の突起物２からの地震動の伝達も遮断するために、突起物２の周囲にも地盤との間に隙間６を設ける構成５を例示したものである。図８（１）は突起物２の側面を地盤から分離し、突起物２の底面は地盤に接触させている。これは、現実の構築方法（施工方法）の容易さを考慮したものである。
【００５１】
図８（２）は、更に突起物２の底面も地盤から分離する構成を示したものであるが、現実の施工方法としては、構成１１示すように突起物２底面と地盤１０との隙間６に発泡スチロールや発泡ウレタン等の発泡樹脂材や低弾性材料を介在させることにより、容易に施工することが可能となる。
【００５２】
以上、杭基礎を主対象として本発明を適用した場合について説明してきたが、本発明は直接基礎にも適用可能である。図９は、その適用例を例示したもので、図９（１）は、直接基礎の独立基礎もしくは連続基礎の基礎フーチング３０の上に、すべり型免震支承５０を配置して構造物重量を支持し、構造物１の底面にストッパー用突起物２を設け、構造物１の底面および外周側面と地盤１２との間に適切な隙間６を確保した例である。
【００５３】
図９（２）は、図９（１）と同様の構成であるが、地盤との隙間を構造物１の底面のみとし、構造物１の周囲側面は地盤に接するように埋め戻した例を示している。構造物１側面が地盤１２に接触しているため、若干の地震動が入力される可能性があるが、これにより構造物１と地盤１２との間に隙間がなくなるため、構造物１周囲にエクスパンションジョイント等が不要になり、構造物１と地盤との取り合い関係が単純明快になるというメリットが大きい。
【００５４】
図９（３）は、図９（２）の難点である周囲地盤からの地震動入力を遮断しつつ、構造物１周囲の地盤との取り合い関係を単純且つ容易にするメリットを確保したもので、構造物１周囲の隙間部分６に発泡スチロール、発泡ウレタン等の発泡樹脂材やスポンジ状物質等の低弾性材料を充填してクリアランス充填部６１を設けたものである。この方法により、図９（１）の優れた性能と図９（２）の実用性の両者の長所を実現したものである。尚、この低弾性材料の充填部６１は、必ずしも構造物の周囲全周に設ける必要はなく、構造物への出入り口部など必要且つ適切な部分に充填すればよい。
【００５５】
図１０は、直接基礎の場合に採用するすべり免震支承を例示したもので、図１０（１）は、直接基礎フーチング３０の上にすべり材５２を設けて上向きすべり（すべり板５１を上に配置）とした場合である。すべり材５２と基礎との連結部は鋼材をすべり材に直結した「剛すべり」とした例である。図１０（２）は、すべり材と構造物１との間に積層ゴム体５４を挟んだ「弾性すべり支承」を下向きすべりとして採用した場合、図１０（３）はそれを上向きすべりとして使った場合、図１０（４）は特許文献７に提案されている異なる曲率を有する２球面の接触機構により、構造物１と地盤１２との間に傾斜が生じた場合でもすべり面の接触が正常に維持されるようにしたものである。なお、図１０（２）、（３）の弾性すべり支承では積層ゴム体の傾斜変形により地盤１２と構造物１間の傾斜に追従できるようにしている。
【００５６】
図１１は、構造物底面に設ける水平力伝達用突起物２の平面配置要領を示したものである。図１１（１）は水平力伝達用突起物２を、Ｘ・Ｙそれぞれの方向に有効なように平面中央に十字型に配置した例である。図１１（２）は、水平力伝達用突起物２が平面形状が細長い場合の例で、長辺方向は外周壁面の下に、短辺方法は辺長が短いため外周壁面下と構造物１の平面内部にも配置している。突起物２の深さと辺長は、上部構造物の設計水平力の大きさと地盤（地質）の硬さ・強度に応じて必要な抵抗力を確保できるように設定すればよい。この時、地盤１０側が水平にせん断破壊しないように地盤側の水平せん断耐力も充分に確保することが大切である。また、構成１０の構造物最下層の地中梁と本発明の底面突起物２を兼用させた場合には、図１１（２）に示す構成が更に合理的に実現できることになる。
【００５７】
図１２は、構造物底面に設ける水平力伝達用突起物２の形状を棒形状とした例である。図１２（１）が平面図、図１２（２）が断面図である。棒状突起物の部材断面形は円形突起物２５でもよいし矩形突起物２６でもよい。図１２（１）にはその両者を示している。また、図１２（２）には構造物１の周囲側面の隙間６に発泡樹脂等の弾性材料６１を充填した例を示した。
【００５８】
表層地盤が軟弱の場合、構造物底面の突起物や構造物の周囲側壁から地盤に伝達された水平力に対して地盤のせん断抵抗力が不足する場合がある。図１３はその対策として構成８および構成９の方法を示したもので、図１３（１）は底面突起物２の周囲および構造物１の周囲の表層地盤１０を地盤改良し、地盤１０のせん断強度を高める方法を示している。符号７は地盤改良範囲を示している。地盤改良にはセメント系固化材を混合撹拌する方法や固化剤等の薬液を地盤内に注入する方法等が採用できる。図１３（２）は、地盤改良により地盤１０のせん断強度を高めて構造物周囲のみで水平力を充分に負担できるようにし、構造物底面の突起物を省略し低コスト化を図った場合である。また図１３（３）は、一般的地盤改良の替わりに地盤内にコンクリートの壁板状部材７１を埋め込み、地盤改良と同様の効果を得る構成９の方法を示している。
【００５９】
図１４は、本発明を杭基礎と直接基礎の両者が同一構造物に使用される併用基礎に適用した構成７の例を示したものである。図１４（１）は平面図、図１４（２）は基礎・地盤部の断面構成図である。併用基礎が必要となるのは、通常、斜面などで支持層の深さが極端に異なる地盤の場合である。このような場合、１）直接基礎側の水平剛性は高く、軟らかい地盤の杭側の水平剛性が低いこと、２）杭基礎側の地震動が軟弱層のために増幅されること、の両者の理由が重なり、図７（１）の円弧矢印で示したように杭基礎側が大きく振られて、構造物全体のねじれ振動が問題となる。
【００６０】
本発明では、杭基礎・直接基礎の両者にすべり支承を配置しているので、地震入力が異なっても地盤から構造物側へ伝達する入力地震動を同レベルに遮断できること、また構造物に発生した地震力に対しても杭基礎へ伝わる水平力をすべり摩擦力の一定値に制限し、構造物に発生した地震力の殆どを底面突起物で地盤に直接伝達することにより、併用基礎の耐震問題を解決できる。図１４（１）および（２）では、杭側の底面突起物はねじれ振動を抑制する方向に、直接基礎側の底面突起物はその直交方向の水平地震力を負担するように配置している。また、図１４（２）の硬質地盤中に突出させる底面突起物の周囲は、地質が硬質すぎる場合は突起物側面を軟らかい弾性地盤７２に置き換え、地震動の伝達と水平抵抗力を適切なレベルに調整している。
【００６１】
図１５は、構成１１の施工方法を示したものである。杭３の頭部および独立基礎フーチング上に滑り支承を配置して構造物重量を支持する場合、その施行上最も重要な点は、すべり支承上部のすべり板５１を水平に設置する方法である。その水平精度は、通常水平面に対して傾斜角１／５００〜１／１０００（ｒａｄ）以下の精度が要求されるが、これを達成するためには、すべり板５１を一旦設置した後その傾斜角を微調整できる方法が不可欠となる。特に本発明の基礎方式ではすべり板５１は上すべり方式ですべり面が下面となるのが通常であるため、すべり面での水平精度確認は不可能である。そこで本発明は、すべり板５１の４隅もしくは周辺部にねじきり孔を設け、調整ボルト５６を挿入してこれを回転させることにより、微妙な高さ調整を可能としたものである。すべり板５１の全体の水平度はすべり板５１の上側（裏面）で行うことになるので、すべり板裏面の製作精度にも充分配慮する必要がある。
【００６２】
すべり板５１中央部のすべり支承と周辺の調整ボルト５６で水平に支持した状態でその上に構造物側のコンクリートを打設する。調整ボルト５６はコンクリート打設後に抜き取ることができるようにボルト上部は箱抜きをしておく。調整ボルト５６は抜き取ることを原則とするが、すべり板中央下にあるすべり支承本体から充分な離間距離が確保できる場合は、地震時に構造物と地盤間で相対的ズレが生じた場合の障害にならないだけ少し調整ボルト５６を回転させて抜き上げ、調整ボルト５６自体はその位置に残すことも許容される。それ以降は、すべり支承部と底面突起物底面を支持点として一般的方法で構造物を施工することが可能である。符号１５は捨てコンクリート、５５はすべり板５１の定着用スタッドボルトをそれぞれ示している。
【００６３】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明の基礎構造を採用すると、杭基礎に作用する地震力を格段に小さくすることができると共に、すべり式杭頭接合装置との併用により極めて低コストで、構造物を高性能の免震構造とすることができる。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。
ａ）在来耐震構造建物の底面に本発明の突起物を付けるだけで、地震時に杭に作用する地震力を格段に小さくすることができる。
ｂ）杭頭部をピン接合もしくは半剛接合として構造物の底面突起物を組み合わせることにより、杭に作用する地震力を更に低減することができる。
ｃ）杭頭部にすべり式接合装置もしくはすべり免震支承を配置して構造物の底面突起物を組み合わせることにより、杭に作用する地震力を極めて小さな一定値に制限すると同時に、上部構造物に高い免震効果を与えることができる。
ｄ）直接基礎の構造物にも、免震効果を与えることができる。
ｅ）直接基礎と杭基礎の併用基礎におけるねじれ問題を解決できる。
ｆ）本発明では、すべり式杭頭接合装置を採用するだけで、高い免震効果を実現できる。従来の免震構造物における復元装置（積層ゴムなど）を必要とせず、また２重基礎も構造物周囲のクリアランスも省略可能である。従って構造物周辺のエクスパンションジョイントも不要となり、これまで免震構造物に必要とされたコストアップ要因が殆ど排除できるため、極めて低コストで免震構造建物を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来構造物における杭基礎の構成を示す図で、
（１）構造物輪郭と杭基礎の位置を示す平面図、
（２）構造物と杭基礎、地盤との関係を示す断面図。
【図２】本発明の構造物底面突起物を有する基礎構造構成を示す図で、
（１）構造物輪郭と杭、底面突起物の位置を示す平面図、
（２）構造物と杭、底面突起物と地盤との関係を示す断面図。
【図３】杭頭部をピン接合もしくは半剛接合とし、構造物に底面突起物を付けた本発明の断面構成を示す断面図。
【図４】杭頭部にすべり式接合装置もしくはすべり支承を配置し、構造物に底面突起物を付けた場合の本発明の断面図。
【図５】杭頭部に配置するすべり式接合装置もしくは杭頭すべり支承の断面構成を示す図で、
（１）平常時において杭が直立状態にある場合の断面図、
（２）地震時において杭が傾斜し、すべり移動が発生した状態の断面図。
【図６】杭頭部はピン接合もしくは半剛接合として構造物底面突起物を付け、構造物底面と地盤の間に隙間を設けた場合の断面図。
【図７】杭頭部にすべり式接合装置もしくはすべり支承を配置して構造物底面突起物を付けた断面構成を示す図で、
（１）構造物底面と地盤の間にのみ隙間を設けた場合の断面図、
（２）構造物底面と地盤との間および周囲側面と地盤の間の両者間に隙間を設けた場合の断面図。
【図８】図７において、地盤との接触物を更に減じる場合の構成を示す図で、
（１）杭頭部にすべり式接合装置もしくはすべり支承を配置して構造物底面突起物を付け、構造物底面突起物の底面のみが地盤と接触する場合の断面図、
（２）杭頭部にすべり式接合装置もしくはすべり支承を配置して構造物底面突起物を付け、杭頭すべり支承部以外の全ての部位で地盤との接触を避けた場合の断面図。
【図９】直接基礎の構造物に本発明を適用した場合の断面構成を示す図で、
（１）荷重を支持するすべり支承部以外は地盤との接触を完全排除した場合の断面図、
（２）構造物底面のみ地盤との接触を避けた場合の断面図、
（３）構造物周囲側面に発泡樹脂材等の軟らかい弾性材料を充填した場合の断面図。
【図１０】直接基礎の構造物を支持するすべり支承の断面を示す図で、
（１）上すべり（すべり板を上に配置）として、すべり材を基礎に直結した剛すべり支承の断面図、
（２）下すべりとして、すべり材と積層ゴムを直列結合した弾性すべり支承の断面図、
（３）弾性すべり支承を採用し、上すべりとした場合の断面図、
（４）上すべりとし、異なる２曲率球面で地盤と構造物の相対的傾斜を吸収可能とした場合の断面図。
【図１１】構造物の底面突起物の配置例を示す図で、
（１）構造物平面中央部に壁板状突起物を十字型に配置した例の説明図、
（２）細長い平面の構造物に壁板状突起物を配置した例の説明図。
【図１２】構造物の底面に棒状突起物を配置した場合の構成を示す図で、
（１）構造物輪郭と杭および棒状突起物の位置関係を示す平面図、
（２）構造物、杭、棒状突起物および地盤の位置関係を示す断面図。
【図１３】構造物の底面突起物の周囲および構造物周囲の表層地盤を地盤改良する場合の断面を示す図で、
（１）構造物底面突起物の周囲と構造物周囲の表層地盤を地盤改良する場合の断面図、
（２）構造物周囲の表層地盤を地盤改良して底面突起物を省略した場合の断面図、
（３）地盤改良の替わりに地盤内に壁板状コンクリ−ト塊を構築する方法の説明図。
【図１４】直接基礎と杭基礎の併用基礎に本発明を適用して、ねじれ問題を解決する方法を示したもので、
（１）構造物平面と基礎とすべり支承の配置位置、底面突起物の配置要領を示した平面図
（２）構造物と底面突起物、地盤構成・基礎構成等を示す断面構成図
【図１５】構造物の荷重を支持するすべり支承のすべり板の設置要領を説明する断面を示す図で、
（１）すべり板周囲にねじ切り孔を設け、これにねじボルト挿入してその回転により上下レベルを変化させ、すべり板の水平度を確保する方法の説明図、
（２）上部のコンクリートを打設し、上部躯体が安定した状態でボルト抜き取り方法の説明図。
【符号の説明】
１  ：構造物、上部建物
１０：地盤（軟弱層）
１１：地盤（硬質支持層）
１２：地盤（支持層）
１５：捨てコンクリート
２  ：構造物底面の水平力抵抗用突起物（壁板形状）
２５：構造物底面の水平力抵抗用棒状突起物（円形断面）
２６：構造物底面の水平力抵抗用棒状突起物（矩形断面）
３  ：杭
３０：直接基礎フーチング
４  ：ピン接合もしくは半剛接合の杭頭部
５  ：杭頭すべり接合装置もしくはすべり支承を採用した杭頭部
５０：直接基礎用すべり支承
５１：すべり板
５２：すべり材
５３：異なる曲率の球面による杭傾斜（回転）吸収部
５４：積層ゴム体
５５：すべり板の定着用スタッドボルト
５６：すべり板の水平度調整用ボルト
６  ：構造物と地盤との間の隙間（クリアランス）
６１：発泡樹脂材等のクリアランス充填部
７  ：地盤改良範囲
７１：地盤改良代替コンクリート部材
７２：硬質地盤を柔らかい弾性地盤に置換（改良）した部分
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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