(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中杭上に構築された逆打ち支柱に支持させながら地下部分上層より下層に向かって地下躯体を構築し、その後べた基礎における耐圧盤を構築する逆打ち工法において、
上記耐圧盤を、当該耐圧盤の構築後から建物完成時までの間に増加する荷重増分に基づいて、上記地中杭による建物荷重の支持を見込んで設計することを特徴とする逆打ち工法におけるべた基礎の耐圧盤の設計方法。
【請求項２】
前記耐圧盤に作用する静的曲げモーメントおよび静的剪断力は、前記荷重増分に基づいて算定することを特徴とする請求項１に記載の逆打ち工法におけるべた基礎の耐圧盤の設計方法。
【請求項３】
前記耐圧盤に作用する静的および動的曲げモーメント、並びに静的および動的剪断力に基づいて、該耐圧盤の厚さを決定することを特徴とする請求項２に記載の逆打ち工法におけるべた基礎の耐圧盤の設計方法。
【請求項４】
前記耐圧盤に作用する静的および動的曲げモーメント、並びに静的および動的剪断力に基づいて、該耐圧盤の補強材量を決定することを特徴とする請求項２または３に記載の逆打ち工法におけるべた基礎の耐圧盤の設計方法。
【請求項５】
前記補強材量が鉄筋量であり、当該鉄筋量に基づいて、前記耐圧盤への鉄筋の埋設ピッチを決定することを特徴とする請求項４に記載の逆打ち工法におけるべた基礎の耐圧盤の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆打ち工法における耐圧盤の設計を合理的なものとして、耐圧盤の薄肉化、鉄筋などの補強材量の削減等により施工費のコストダウンおよび工期の短縮化を図り得る逆打ち工法における耐圧盤の設計方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建物の地下部分を構築する方法として、順打ち工法と逆打ち工法とが知られている。順打ち工法は、山留め壁で取り囲んだ区域に対し、掘削作業と掘削により露出された山留め壁間への切梁架設作業とを繰り返しながら掘削深度を深くしていって、必要深さまでの地盤掘削を予め完了し、次いで最深部に耐圧盤を構築し、当該耐圧盤の構築が完了したならばその上に下方から上方に向かって地下躯体を構築していき、地下躯体の構築完了後さらに地上躯体を構築していくという、順次下方から上方へ構築を進めて建物を完成する方法である。従って、順打ち工法では、耐圧盤の上に建物の地下躯体および地上躯体の全体が構築されるため、当該耐圧盤には建物の全荷重が作用することになる。
【０００３】
一方、逆打ち工法は、まず、山留め壁で取り囲んだ区域内において、基礎部分となる深さ位置に地中杭を造成するとともに、この地中杭上に１階床スラブ位置に達する高さの逆打ち支柱を構築する。その後、逆打ち支柱や山留め壁を露出させる掘削作業と、露出させた逆打ち支柱間および逆打ち支柱と山留め壁との間に本設梁を架設して地下躯体の各階層を構築する作業とを繰り返すことによって、地下躯体を上方から下方に向かって構築していく。この際、地上では、地上躯体の構築を並行して進める。地下躯体の各階層の構築が完了したら床付けを行い、その後耐圧盤を構築する。地上躯体の構築作業は耐圧盤の構築後も進められる。
【０００４】
従って逆打ち工法では、耐圧盤が構築される以前に構築された建物部分の荷重は先行して構築される逆打ち支柱が支持し、耐圧盤には、建物の全荷重ではなく一部の荷重、すなわち当該耐圧盤の構築が終わってから建物が完成するまでの間に構築された建物部分の荷重が作用することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、順打ち工法・逆打ち工法のいずれを問わず、耐圧盤は単に建物完成時の全荷重に基づいて設計されていた。このような設計は順打ち工法では妥当である一方で、逆打ち工法では上述したように、逆打ち支柱も建物荷重を支持しており、耐圧盤はその構築後から建物荷重の一部を支持するものであるため、建物の全荷重を考慮に入れた耐圧盤の設計は必要以上に過剰なものであった。このような耐圧盤の設計では具体的には、耐圧盤の厚さが必要以上に厚くなり、この結果、耐圧盤を構築する際の掘削土砂量が増大するとともに、打設コンクリート量や鉄筋などの補強材量なども増大し、またこれら材料費のみならず構築作業量も増えて、これらにより耐圧盤にかかる施工費が増大してコストアップになるとともに、工期が長期化するという課題があった。
【０００６】
そこで、本発明はかかる従来の課題に鑑みて創案されたもので、逆打ち工法における耐圧盤の設計を合理的なものとして、耐圧盤の薄肉化、鉄筋などの補強材量の削減等により施工費のコストダウンおよび工期の短縮化を図り得る逆打ち工法における耐圧盤の設計方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するために本発明の逆打ち工法におけるべた基礎の耐圧盤の設計方法にあっては、地中杭上に構築された逆打ち支柱に支持させながら地下部分上層より下層に向かって地下躯体を構築し、その後べた基礎における耐圧盤を構築する逆打ち工法において、上記耐圧盤を、当該耐圧盤の構築後から建物完成時までの間に増加する荷重増分に基づいて、上記地中杭による建物荷重の支持を見込んで設計することを特徴とする。
【０００８】
また、前記耐圧盤に作用する静的曲げモーメントおよび静的剪断力は、前記荷重増分に基づいて算定することを特徴とする。
【０００９】
また、前記耐圧盤に作用する静的および動的曲げモーメント、並びに静的および動的剪断力に基づいて、該耐圧盤の厚さを決定することを特徴とする。
【００１０】
さらに、前記耐圧盤に作用する静的および動的曲げモーメント、並びに静的および動的剪断力に基づいて、該耐圧盤の補強材量を決定することを特徴とする。
【００１１】
また、前記補強材量が鉄筋量であり、当該鉄筋量に基づいて、前記耐圧盤への鉄筋の埋設ピッチを決定することを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる逆打ち工法における耐圧盤の設計方法の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
一般に耐圧盤を設計するにあたっては、当該耐圧盤に作用する曲げモーメントと剪断力を評価する必要がある。これら曲げモーメントおよび剪断力については、常時長期的に作用する建物そのものの荷重から算定される静的曲げモーメントおよび静的剪断力と、地震などの短期的に作用する荷重から算定される動的曲げモーメントおよび動的剪断力とが考慮される。そして、次の２つの条件を満足することが耐圧盤の設計に要求される。
▲１▼静的剪断力および動的剪断力がともに許容静的剪断力および許容動的剪断力よりも小さいこと。
▲２▼静的曲げモーメントおよび動的曲げモーメントのいずれか大きい方の曲げモーメントに対して必要な強度が得られる鉄筋量を備えること。
【００１３】
そして特に本実施形態にあっては、逆打ち支柱に支持させながら地下部分上層より下層に向かって地下躯体を構築し、その後に耐圧盤を構築する逆打ち工法にあっては、耐圧盤には、当該耐圧盤の構築後から建物完成時までの間に増加する荷重増分、例えば耐圧盤構築後における柱や梁、床スラブなどの構造材の施工やその他各種部材の取り付け・設置などによって耐圧盤に作用することとなる荷重に基づいて、耐圧盤を設計するようになっている。この際、静的剪断力や静的曲げモーメントに関しては、建物そのものの寸法などから一義的に決定されるデータによることから、耐圧盤に作用する荷重によって算定するこれら静的剪断力や静的曲げモーメントは、上述した荷重増分に基づいて算定すればよい。
【００１４】
これに対して動的剪断力や動的曲げモーメントに関しては、地震力などの外力が建物全体に作用することを考慮して、一般に建物全体の荷重に基づいて算定される。
以下に、各種の試算例を示して、本実施形態にかかる逆打ち工法における耐圧盤の設計方法を具体的に説明する。
【００１５】
0003925104.tif 000002
【００１６】
0003925104.tif 000003
本実施形態にかかる設計方法は、耐圧盤の構築後から建物完成時までの間に増加する荷重増分を考慮して耐圧盤を設計するものであり、建物完成時の全荷重おおよそ３８(tf/m2)（常時接地圧）のうち、１８(tf/m2)相当分の躯体を施工した時点で耐圧盤を構築すると仮定し、上記荷重増分を２０(tf/m2)として、以下の試算を行う。
0003925104.tif 000004
【００１７】
0003925104.tif 000005
【００１８】
0003925104.tif 000006
【００１９】
0003925104.tif 000007
0003925104.tif 000008
【００２０】
上記(5)の発生剪断力と(6)の許容剪断力とを比較すると、
Ｑｘ１＝Ｑｙ１＜Ｑａ（長期）
であり、厚さＤ＝１．６００ｍの耐圧盤は、静的剪断力に関し設計条件を満足する。
【００２１】
0003925104.tif 000009
【００２２】
上記(11)の発生剪断力と(12)の許容剪断力とを比較すると、
Ｑｘ１＝Ｑｙ１＜Ｑａ（短期）
であり、厚さＤ＝１．６００ｍの耐圧盤は、動的剪断力に関しても設計条件を満足する。
【００２３】
以上の計算結果から、静的曲げモーメントよりも動的曲げモーメントの方が大きいことを考慮すると（上記(3)および(9)参照）、耐圧盤に対する単位幅あたりの必要鉄筋量は１８．５７ｃｍ２／ｍとなる。
【００２４】
そして、鉄筋１本あたりの断面積が５．０７ｃｍ２であることから、単位幅あたりの必要鉄筋本数ｎ（本／ｍ）は、
0003925104.tif 000010
となる。
【００２５】
そしてさらに、耐圧盤への鉄筋の埋設ピッチｒ＠(mm)は、
0003925104.tif 000011
となる。
【００２６】
0003925104.tif 000012
【００２７】
0003925104.tif 000013
【００２８】
上記(5)の発生剪断力と(6)の許容剪断力とを比較すると、
Ｑｘ１＝Ｑｙ１＜Ｑａ（長期）
であり、厚さＤ＝１．２００ｍの耐圧盤は、静的剪断力に関し設計条件を満足する。
【００２９】
0003925104.tif 000014
【００３０】
上記(11)の発生剪断力と(12)の許容剪断力とを比較すると、
Ｑｘ１＝Ｑｙ１＜Ｑａ（短期）
であり、厚さＤ＝１．２００ｍの耐圧盤は、動的剪断力に関しても設計条件を満足する。
【００３１】
以上の計算結果から、静的曲げモーメントよりも動的曲げモーメントの方が大きいことを考慮すると（上記(3)および(9)参照）、耐圧盤に対する単位幅あたりの必要鉄筋量は２５．３２ｃｍ２／ｍとなる。
【００３２】
そして、鉄筋１本あたりの断面積が５．０７ｃｍ２であることから、単位幅あたりの必要鉄筋本数ｎ（本／ｍ）は、
0003925104.tif 000015
となる。
【００３３】
そしてさらに、耐圧盤への鉄筋の埋設ピッチｒ＠(mm)は、
0003925104.tif 000016
となる。
【００３４】
0003925104.tif 000017
本実施形態にかかる逆打ち工法における耐圧盤の設計方法の試算例と比較するために、以下に、同一の建物概要の建物に対して行った順打ち工法における耐圧盤の試算を、比較例として示す。
【００３５】
0003925104.tif 000018
【００３６】
0003925104.tif 000019
【００３７】
上記(5)の発生剪断力と(6)の許容剪断力とを比較すると、
Ｑｘ１＝Ｑｙ１＜Ｑａ（長期）
であり、厚さＤ＝１．６００ｍの耐圧盤は、静的剪断力に関し設計条件を満足する。
【００３８】
0003925104.tif 000020
【００３９】
上記(11)の発生剪断力と(12)の許容剪断力とを比較すると、
Ｑｘ１＝Ｑｙ１＜Ｑａ（短期）
であり、厚さＤ＝１．６００ｍの耐圧盤は、動的剪断力に関しても設計条件を満足する。
【００４０】
以上の計算結果から、静的曲げモーメントよりも動的曲げモーメントの方が大きいことを考慮すると（上記(3)および(9)参照）、耐圧盤に対する単位幅あたりの必要鉄筋量は２３．１０ｃｍ２／ｍとなる。
【００４１】
そして、鉄筋１本あたりの断面積が５．０７ｃｍ２であることから、単位幅あたりの必要鉄筋本数ｎ（本／ｍ）は、
0003925104.tif 000021
となる。
【００４２】
そしてさらに、耐圧盤への鉄筋の埋設ピッチｒ＠(mm)は、
0003925104.tif 000022
となる。
0003925104.tif 000023
【００４３】
順打ち工法における耐圧盤を試算した〈比較例〉と、逆打ち工法における耐圧盤を試算した〈試算例１〉および〈試算例２〉との対比から理解されるように、同じ厚さの耐圧盤であれば（〈比較例〉と〈試算例１〉との対比）、本実施形態にかかる設計方法によることで、鉄筋の埋設ピッチを２００から２５０と粗く設計することができ、他方、同じ埋設ピッチで鉄筋を配筋するのであれば（〈比較例〉と〈試算例２〉との対比）、本実施形態にかかる設計方法によることで、耐圧盤の厚さを１．６００から１．２００と薄く設計することができる。
【００４４】
例えば、耐圧盤を０．４ｍ薄くできることにより、掘削土砂量を、０．４×６５．０×６５．０＝１，６９０ｍ３も削減することができ、これにより掘削費・残土処分費・コンクリート工事費の削減を達成できるとともに、これら作業に要する工期の短縮化も達成することができる。また、耐圧盤の厚さおよび鉄筋の埋設ピッチのいずれか一方を調整するのではなく、両者を適宜調整して設計することも可能である。
【００４５】
本実施形態にあっては、補強材として鉄筋を例示して説明したが、耐圧盤の補強材としては鉄筋の他にも、鉄骨や炭素繊維・ガラス繊維（ＦＲＰ）などの材料であってもよいことはもちろんであって、これら鉄骨などの耐圧盤への埋設間隔などが決定されることになる。
【００４６】
また上記実施形態は、いわゆる許容応力度設計法に基づく場合を例にとって説明したが、耐圧盤を、その構築後から建物完成時までの間に増加する荷重増分に基づいて設計するとの手法を採用する限りにおいて、「複数の小項目の和からなる項同士を比較して、またこれらの小項目にそれぞれ乗じる係数ももっと細かく設定するような設計法」、例えば限界状態設計法に基づいて設計するようにしてもよい。限界状態設計法を以下に示す。
φ１Ｐ１＋φ２Ｐ２＋…＋φｉＰｉ≦γ１Ｒ１＋γ２Ｒ２＋…＋γｎＲｎ
Ｐｉ：設計者が設定するある限界状態における荷重
φｉ：Ｐｉに対応する荷重係数
Ｒｎ：設計者が設定するある限界状態における抵抗力
γｎ：Ｒｎに対応する抵抗係数
このように本発明にかかる設計法の基本的な考え方は、将来的に設計法の体系がその他の設計法へ移行しても、そのまま適用することが可能である。
【００４７】
以上説明したように本実施形態にかかる逆打ち工法における耐圧盤の設計方法によれば、鉄筋などの補強材量の削減や耐圧盤の薄肉化を確保でき、これにより逆打ち工法の耐圧盤を構築するに要する施工費のコストダウン、工期の短縮化を達成することができる。そしてまた、耐圧盤の厚さを薄くすることができれば、床付け深度をも浅くすることができて、これにより耐圧盤の施工性を高め、かつまたさらなるコストダウンも確保することができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明にかかる逆打ち工法における耐圧盤の設計方法にあっては、耐圧盤を、当該耐圧盤の構築後から建物完成時までの間に増加する荷重増分に基づいて設計するようにしたので、逆打ち支柱による建物荷重の支持を見込んで耐圧盤を合理的に設計することができ、耐圧盤の薄肉化、鉄筋などの補強材量の削減等により施工費のコストダウンおよび工期の短縮化を達成することができる。
【００４９】
また、耐圧盤に作用する静的曲げモーメントおよび静的剪断力を荷重増分に基づいて算定するようにしたので、適切な設計値で耐圧盤を設計することができる。