(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２・３階建て程度までの低層鉄骨造建物であって、建物の底面部の全体に広がって設置されるマット式の基礎構造において、
上記基礎構造は、上方に突出する補強梁や周縁部分等を形成する基礎梁が設けられることなく、基礎スラブのみならず床スラブの機能も発揮するように上面が地上より上方に位置し、平面をなして格子状に組み立てられた鉄筋によって補強されている一枚のマットで形成され、
該マットには鉄骨柱が直接取りつけられ、その鉄骨柱周りまたは柱列部分が下方へ突出し、それ以外は全体的に薄くなっており、
前記平面格子状の鉄筋は、柱周りまたは柱列部分では上層部および下層部に計二段が施され、それ以外の箇所では該上層部の平面格子よりは下方となる中層部に前記上層部および下層部の各平面格子から独立した別体一段が施され、
基礎に生じる応力には面として広がる一枚のマットで対抗させる一方、上下方向荷重はマット面を介して地盤へ伝達できるようにしたことを特徴とする鉄骨造建物などの直接基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉄骨造建物などの直接基礎構造に係り、詳しくは、低層鉄骨造建物のための基礎であって、柱間隔が少々大きくなっても基礎を薄くしておくことができると共に、基礎スラブと床スラブとを一枚のマットで一体的に形成できるようにした基礎構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建物の基礎として、べた基礎形式のものがしばしば採用される。べた基礎１０は、図６のごとく格子状となるように梁１２を多数配置し、それぞれの梁で囲まれた部分に基礎スラブ１１を形成させたものである。これは、一枚のマットを敷いておき、その上に補強用の梁を配したかのような恰好となっている。
【０００３】
この種の基礎形式は例えばＲＣ造（鉄筋コンクリート造）の５階建てといった重い建物の基礎として好適であり、柱３から受ける荷重を格子状梁１２で支え、地盤６からの反力は基礎スラブ１１で受けるという力のバランス構造となっている。そのため、梁１２は図６に示したように柱３，３間に細かくかつ均等に配置される。
【０００４】
もう少し詳しく述べると、格子状梁１２上には図７に示す例えば１５０ミリメートル程度の厚みをした床スラブ１３が載せられる。これは１階の床面１３ｆを形成するものであるが、格子１２で囲まれる領域１２Ａを空間のままとしておいた場合は床の重量を受けた格子状梁１２が基礎スラブ１１に力を伝達し、埋め戻した場合は床の重量が直接基礎スラブ１１に伝達される。いずれにしても、基礎スラブが広い面積で鉛直方向荷重を地盤に伝達するが、床スラブ１３は柱から入る荷重を地盤に伝達する機能を有していない。
【０００５】
このようなべた基礎は、ＲＣ造やＳＲＣ造に適用されることが多い。従って、全面に何百トンもの荷重が掛かることを想定して、基礎スラブをかなり厚くしている。しかし、建物の周囲にはみ出すようなことはないので、外溝を設けなければならない場合でも、図７のごとく基礎１０が外溝１４と干渉する虞れはなく、その存在を無視して設計できる利点がある。これは、隣地境界がある場合も同様である。
【０００６】
ところで、鉄骨造（Ｓ造）建物の場合、２階建てなら例えば２０トン程度の荷重が一つの柱に作用し、１階建てなら５トン程度となる。この程度の荷重しか作用しない建物の基礎に上記した構造のべた基礎を用いる場合、床スラブ，基礎スラブおよび基礎梁のそれぞれをかなり小さくしたとしても、品質の過剰感は免れ得ない。
【０００７】
かと言って、建物の梁スパンやピッチが大きい場合に、公知の独立フーチング基礎や連続フーチング基礎を採用すれば、強固で剛性の高い基礎が要求されることになる。例えば独立フーチング基礎の場合、フーチングを厚くしたり延伸せざるを得なくなり、また隣りあうフーチング間に基礎梁（地中梁）を配する必要も生じる。そのうえ、連続フーチング基礎（布基礎）の場合も含めて言えることであるが、フーチングが建物から張り出し、外溝が存在する場合や隣地境界を考慮しなければならない場合には適合性が著しく低下するということである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そのような事情の下に、特開平９−２７９７４１号公報には、図８に示した基礎構造が提案されている。これは前述した図７と同趣旨である図１０の基礎構造を前提に改良したものとなっている。
【０００９】
まず、図１０に示すべた基礎は、柱３が並ぶ部分に基礎梁１５を配置し、この基礎梁によって囲まれた空間に基礎スラブ１１が設けられ、その上方に床スラブ１３が形成されたものである。この場合の工事は、まず基礎梁の鉄筋枠体１５ａおよび基礎スラブの鉄筋１１ａを組み立て、基礎スラブとなる部分にコンクリート１１ｂを打設する。その硬化後に基礎梁となる部分にコンクリート１５ｂを打設し、その硬化後に床スラブの鉄筋１３ａを組み立て、これにコンクリート１３ｂを打設するという手順がとられる。
【００１０】
このような作業においては捨てコンクリート７を除いたとしても、三回はコンクリートを打設しなければならない。打設にあたっては、型枠設置作業，コンクリート打設作業，コンクリートの硬化や養生の工程が必要であることは言うまでもなく、一連の工程を終えてから次の箇所の打設へと進む。各々に一ケ月近くを要するのが通常であることを考えると、三回繰り返すことになれば工期が長びくのは避けられない。もちろん、打設に先立って行われる鉄筋の組立て作業も決して負担の軽いものではない。これを改良すべく提案されたものが、図８に示す構造である。
【００１１】
これは、図１０における基礎梁１５の幅が４００ミリメートルであって、基礎スラブ１１の厚みが２５０ミリメートル、床スラブ１３が１５０ミリメートルの場合、基礎梁１５を図８の（ａ）のように横倒しにした基礎梁１６としても、基礎スラブ１１と床スラブ１３との間の空間１７（図１０を参照）を無くせば、床スラブ１３と基礎スラブ１１の厚みはそのまま確保しておくことができる。同時に、床スラブ１３の上面１３ｕを基礎梁１６の上面１６ｕに一致させることもできるとの発想に基づいている。
【００１２】
このようにしておけば、基礎スラブ１１と床スラブ１３とは一体となって一つの重畳スラブ１８となる。これが床または土間を形成するのは勿論のこと、柱および床から入る荷重を地盤に伝達する能力も持ち合わせたものとなる。
【００１３】
この重畳スラブは基礎梁との境界を敢えて顕在化させる必要もないから、基礎の周囲を規定する型枠（図示せず）を設置するだけで、基礎梁と重畳スラブとを一連のコンクリート打設で構築することができる利点がある。また、基礎梁を横倒しにした結果、基礎の薄層化も進み、総掘りせざるを得ないにもかかわらず、根切りは図１０の場合に比べて浅くすることができる。
【００１４】
この構造を立体的に表すと、図９のように、柱列１ｃの下に基礎梁１６が存在する。この場合、柱３からの荷重は基礎梁１６を経て重畳スラブ１８から地盤６に伝達され、重畳スラブに作用する地盤反力による曲げは基礎梁１６で対抗させるという構図をとる。しかし、計算上は基礎梁を一次元的に伸びる部材とみなし、重畳スラブへの力の伝播を無視するという簡略化を図るならば、複雑な構造解析や高度な演算手法の導入を回避できるという利点がある。
【００１５】
ところが、重畳スラブ１８には図８の（ａ）からも分かるように面格子１８ａによる補強が施され、図８の（ｂ）に示したように、交差するそれぞれの基礎梁１６1 ，１６2 にもフープ筋１６ａ1 によって取り巻かれた鉄筋枠体１６ａが必要となる。すなわち、この種のべた基礎においては複雑な鉄筋の組立て構造が依然として残り、多大な手間を要する鉄筋組立てや配筋作業の解消や軽減はほど遠いものとなっている。
【００１６】
ついでながら、このようなべた基礎を軽量なＳ造建物に適用したとすると、建物の梁スパンやピッチが大きい場合に、荷重の集中する基礎梁に耐久性のある強度や剛性が必要とされる結果、それに応じた基礎梁の高さ（上記の例では４００ミリメートル）が確保されねばならない。この場合、重畳スラブの厚みが過大になると分かっていても、基礎梁の高さまでコンクリートで埋めざるを得なくなるという難点もある。
【００１７】
本発明は上記した問題に鑑みなされたもので、その目的は、重量の比較的軽い建物であるＳ造において、柱間隔が比較的大きい場合であっても、基礎の薄層化による掘削量の低減、コンクリート型枠組立て作業の軽減や鉄筋組立て構造の簡素化、コンクリート打設量の節減、度重なる養生の回避による工期の短縮等を実現した鉄骨造建物などの直接基礎構造を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、２・３階建て程度までの低層鉄骨造建物であって、建物の底面部の全体に広がって設置されるマット式の基礎構造に適用される。その特徴とするところは、図１および図２の（ａ）を参照して、基礎構造には上方に突出する補強梁や周縁部分等を形成する基礎梁が設けられることなく、基礎スラブのみならず床スラブの機能をも発揮するように上面１ａが地上ＧＬより上方に位置し、平面をなして格子状に組み立てられた鉄筋４によって補強されている一枚のマット１で形成される。そのマット１には鉄骨柱３が直接取りつけられ、その鉄骨柱周り１ｂ（図２の（ａ）を参照）または柱列部分１ｃ（図５を参照）が下方へ突出し、それ以外は全体的に薄くなっており、平面格子状の鉄筋４は柱周り１ｂまたは柱列部分１ｃでは上層部および下層部に計二段（配筋４Ｕ，４Ｌ）が施され、それ以外の箇所では該上層部の平面格子よりは下方となる中層部に前記上層部および下層部の各平面格子から独立した別体一段（配筋４Ｍ）が施される。そして、基礎に生じる応力には面として広がる一枚のマット１で対抗させる一方、上下方向荷重はマット面を介して地盤６へ伝達できるようにしたことである。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、基礎スラブと床スラブに相当するものが上下に一体となった一つのマットで形成されるので、床スラブに相当するマット上部にも柱からの荷重が伝達され、基礎スラブに相当するマット下部での負担は軽減される。
【００２０】
建物に採用された梁のスパンやピッチが大きいゆえに柱脚周囲の基礎に生じる応力が大きくなっても、四方八方に張りめぐらされた鉄筋で補強されている面として広がるマットに伝播させることにより負担の分散化が図られる。力学的バランスを図るべき箇所での過度な集中が解消され、マットに与える強度や剛性も低減させることが可能となる。
【００２１】
言い換えれば、従来技術の項で述べた高強度・高剛性の基礎梁といったものが存在しないので、それに合わせたような厚層マットも不要となり、基礎構造の薄層化を一段と推し進めることができる。鉄筋による補強は面格子的なもので済ませることができ、鉄筋組立て作業の大幅な簡素化が促される。また、場合によっては、少し軟弱な地盤であっても適用可能となり、地盤補強工事の軽減が図られたりもする。
【００２２】
マットの薄層化により根切り時の掘削量が著しく低減することは言うまでもなく、掘削や埋め戻し作業も小規模に抑えることができる。一枚のマットからなる基礎は、型枠工事や配筋作業の簡素化、最小のコンクリート打設回数、養生期間の短縮等、工期・工費の低減に大きく寄与する。
【００２３】
柱周りまたは柱列部分を下方へ突出させてマット厚さを局部的に大きくしておくので、その部分での耐力増強が図られるだけでなく、それ以外の部分でのコンクリート打設量を大いに節減することができる。
【００２４】
柱周りや柱列部分ではマットの上層部および下層部に計二段配筋し、柱周りや柱列部分以外の箇所では上層部の平面格子よりは下方となる中層部に上層部および下層部の各平面格子から独立した別体一段だけ配筋するから、部分的な過剰補強を避けて配筋資材の節減を図りながら、薄いマットの補強として十分なものを得ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る鉄骨造建物などの直接基礎構造を、その実施の形態を表した図面に基づいて詳細に説明する。図１は、従来技術の項で述べた基礎スラブと床スラブとに相当するものが上下に一体となった一つのマット１で形成されている基礎構造の斜視図である。
【００２６】
これは、図４に示したような２・３階建て程度までの、加えて梁２のスパンＬS やピッチＬP が比較的大きい低層鉄骨造建物に好適であって、建物の底面部の全体に広がるように設けられるものである。
【００２７】
この基礎構造１は、図２の（ａ）に示すように、上面１ａが地上ＧＬより上方に位置する一枚のマット状をなし、基礎スラブのみならず床スラブとしての機能をも発揮するように形成されている。
【００２８】
このようなマット１には、マット上方へ突出する図６に示したような補強梁１２や図９に示した基礎梁１６（図９を参照）といったものは設けられず、図３に示すように、平面をなして格子状に組まれた多数本の鉄筋棒鋼４ａ，４ａによって補強された一枚のマットとなっている。
【００２９】
そして、図２の（ａ）に示したごとく鉄骨柱３はマット１にアンカーボルト５などで直接取りつけられ、基礎に生じる応力には面として広がる一枚のマットで対抗させる一方、上下方向荷重はマット面を介して地盤６へ伝達するようにしている。図１から分かるように、基礎構造１は柱周り１ｂが下方へ突出され、その部分でマット厚さは局部的に大きいが、それ以外の部分は全体的に薄く、概ね一枚の盤を形成している。
【００３０】
このようなマットを補強するために、その全面の上層部および下層部に各一段の、すなわち上下層合わせて二段の配筋４Ｕ，４Ｌが施される（図２の（ａ）を参照）。マットは梁を含まないのでフープ筋を使った鉄筋枠体を組み込む必要がなく、例えば１３ミリメートル径の鉄筋棒鋼４ａ，４ａを順次結束線でつなぎ合わせて縦横に配置し、多数の格子を形成させれば十分である。ちなみに、各段の端部は下または上へ折り曲げられ、それを縛りつけるなどして配筋の上下一体化が図られるが、他の部分は単に面として広がる多数の格子となっているにすぎない。
【００３１】
Ｓ造（鉄骨造）建物にあってとりわけ工場や倉庫の建屋さらには簡易事務社屋のような場合、大きい空間を確保するために一般居住用家屋とは異なり概して梁のスパンが大きくとられる。もちろん梁のピッチも大きくされる場合が多いが、通常ピッチはスパンよりも短く選定される（図４を参照）。
【００３２】
従来技術の項でも述べたが、Ｓ造はＲＣ造やＳＲＣ造より軽量であるために、基礎に掛かる負担が小さい。しかし、梁のスパンやピッチが大きい場合、従来の基礎構造では軽量とはいえ柱から入った荷重により基礎は大きな曲げを受けることになる。しかし、本発明においては、基礎スラブと床スラブとを一体化させることによって基礎に生じる応力（主として曲げ応力や剪断応力等）を床スラブに相当する部分にも受け持たせることにより、マット全体の嵩厚化を抑えるようにしている。
【００３３】
一方、工事の面から見ると、床スラブと基礎スラブとは一枚のマットとして同時に形成されるので、基礎スラブと床スラブとが別々に工事される場合に比べるとコンクリートの打設や養生に必要となる時間が半減し、工期の大幅な短縮を実現する。梁は存在しないから鉄筋４（図２を参照）の組立て作業も簡易なものとなり、工事全体の簡便化が急速に進む。
【００３４】
基礎の構造に計算上線材とみなされる基礎梁等が含まれないから、構造力学的には平坦なマットの三次元的変形や応力の二次元的伝播を追求した設計が不可欠となるが、マットに作用する負荷は前述のように分散される結果、地盤の応力度（接地圧）も小さくなる。従って、独立フーチング基礎や連続フーチング基礎の設置が容易でない軟弱な地盤に適用することができたり、さしたる地盤改良を施すことなく着工できる場合もあり、本発明に係る基礎構造の適用範囲は極めて広くなる。
【００３５】
以上の説明から分かるように、本基礎構造は基礎梁を備えず、基礎スラブと床スラブを一体化させたマットであるため、基礎梁に要求される寸法に左右されることなく厚みを決定することができる。マットにおける負荷の分散を図っていることから、基礎梁で要求される厚みよりも薄いマットが実現される。一例を述べれば、柱周り１ｂ（図２の（ａ）を参照）の厚みを２５０ミリメートル、それ以外のところは１５０ミリメートルといったように設計することができる。
【００３６】
マットを薄くするだけでなく、床スラブとしても機能させるべく上面を地上より例えば５０ミリメートル高くすることにしているので、砕石７の敷設代や捨てコン８の打設代を含めたとしても、根切り時の掘削量は著しく少なくなる。従って、埋め戻し作業は大いに軽減され、残土処理に要する労力や費用の低減も可能となる。図８のごとくの床面のレベル合わせのモルタル消費が不要になることはもとより、総じてコンクリート打設量が少なくなり、工事資材の大いなる節減が図られる。
【００３７】
ちなみに、図１では柱周りだけを他より厚くしているが、幾つもの柱が直線的に並ぶ部分があれば、図示しないが柱列部分を柱周りと同様に厚して、基礎に生じる応力に対してより一層対抗させやすい構造のマットとしておくとよい。
【００３８】
図３の（ａ）にはマット１の全面の上層部および下層部に各一段の配筋４Ｕ，４Ｌを施した例を示したが、いずれの段においても柱周り１ｂでは例えば四倍の密度とされ、その部分の強化が図られる。また、柱列となる箇所１ｃでは、図中の左側のように、その縁部に沿って中間の二倍の密度の配筋を施しておくこともできる。ちなみに、捨てコン８は全面に施してもよいが、図２の（ａ）のように柱周りだけとしてもよい場合もあれば、全く必要とされないこともある。
【００３９】
図４は、マット全体が同じ厚みとした場合の基礎構造１Ａの例である。この場合も、図２の（ｂ）に示すように上下層合わせて二段の配筋４Ｕ，４Ｌが施される。このように、マット全体が同じ厚みであれば地盤の掘削や配筋は著しく単純なものとなり、作業性が向上する。なお、図３の（ｂ）のように、柱周り１ｂのみ配筋の目を細かくしておくこともできる。
【００４０】
ちなみに、基礎に生じる各種応力の分布状態にもよるが、柱から遠ざかっている箇所では中層部に一段だけの配筋４Ｍ（図５中の一点鎖線を参照）も可能で、全面に二段配筋するよりも鉄筋の消費量が抑えられ、また補強が過大になるのを避けることもできる。いずれにしても、マット内に面格子が張りめぐらされているので、基礎内の応力がマット全体に伝播しやすくなる。
【００４１】
なお、コンクリートの打設は捨てコン８を除けば一回でよく、その際に組み立てられる型枠は、マットの周囲だけでよい。打設に要する準備作業は簡素化される。打設後の養生も一回でよく、型枠ばらしの作業を含めて作業者に掛かる負担は大いに軽減される。工期の短縮が図られることも言うまでもない。
【００４２】
先行技術として挙げた図８（ａ），（ｂ）の基礎構造は、基礎に発生する応力のほとんどを鉄筋枠体が組み込まれた基礎梁で対抗させようとするものであり、基礎スラブや床スラブを構成する重畳スラブ１８に曲げ応力までも負担させようという思想はない。また、柱からの力が直接及ぶ基礎梁が集中的に補強されているので、力の分散も妨げられる。
【００４３】
一方、本発明は、総じて言えば、マットに発生する応力をマット全面で吸収することにして集中を回避しており、この点で図８とは極めて対照的な構造となっている。本発明は応力の分散化を推し進め、基礎のより一層の薄層化を図ろうとするものである。なお、軽量鉄骨造の基礎においては、図２に示したように、柱脚が支持プレートを介してアンカーボルト５で固定するピン支持形式を採るのが一般的であるが、埋め込み式の固定支持を適用することも差し支えなく、設計上の他の要因を考慮して適宜選択すればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る基礎構造の一例を表した斜視図。
【図２】  基礎構造の断面であって、（ａ）および（ｂ）は共に柱周りにおける拡大図。
【図３】  基礎構造の配筋形態を示し、（ａ）および（ｂ）は共に上下合わせて全面二段とした場合の斜視図。
【図４】  厚みが略一定となっているマットとその上に建てられた鉄骨造建物の一例の斜視図。
【図５】  柱周りおよび柱列部分以外の箇所では一段となっている配筋の斜視図。
【図６】  公知のべた基礎の斜視図。
【図７】  図６における VII−VII 線矢視断面図。
【図８】  基礎梁と重畳スラブとを一体化させた先行技術におけるスラブであって、（ａ）は図９におけるVIII−VIII線矢視断面図、（ｂ）はIX−IX線矢視断面図。
【図９】  基礎梁と重畳スラブとを一体化させた先行技術におけるスラブの骨組みを表わした斜視図。
【図１０】  図８の基礎構造を案出するもとになったそれ以前の基礎構造の断面図。
【符号の説明】
１…マット（基礎構造）、１ａ…上面、１ｂ…柱周り、１ｃ…柱列部分、２…梁、３…鉄骨柱、４Ｕ，４Ｌ，４Ｍ…配筋、ＬS …梁のスパン、ＬP …梁のピッチ、ＧＬ…地上。
【図１】
0004036425.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004036425.tif 000004
【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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