(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存構造物を撤去することにより地中に残存した既存杭または既存基礎と、この既存杭または既存基礎から離間した所定位置に打設された新設杭と、上記既存杭または既存基礎上に構築される新設基礎とを備えた既存杭と新設杭とを用いた基礎構造において、
上記既存杭または既存基礎と新設基礎との当接面の少なくとも一方に、両者間に空隙部を形成する深さ寸法が一定の凹部を形成し、かつ当該凹部内に、一端部が上記既存杭または既存基礎に固定されるとともに他端部が上記新設基礎に固定され、上記既存杭が負担する水平力が、当該既存杭の耐力に達する前に降伏するせん断力伝達部材を配置したことを特徴とする既存杭と新設杭とを用いた基礎構造。
【請求項２】
上記凹部は、上記既存杭または既存基礎と新設基礎との当接面の少なくとも一方の中央部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の既存杭と新設杭とを用いた基礎構造。
【請求項３】
上記凹部の内部であって、かつ上記せん断力伝達部材の配設位置よりも外周側には、一端部が上記既存杭もしくは既存基礎または上記新設基礎に固定されるとともに、他端部が上記凹部内において上記当接面のレベルよりも突出するストッパが設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の既存杭と新設杭とを用いた基礎構造。
【請求項４】
上記既存杭または既存基礎と上記新設基礎との間には、両者間の摩擦を低減する摩擦低減部材が介装されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の既存杭と新設杭とを用いた基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物を建て替える際に、残存する既存杭を利用して新設構造物を構築するための既存杭と新設杭とを用いた基礎構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
老朽化した建物を取り壊して、新たな建物に建て替える場合に、地中に残存した既存建物の杭を、所定の箇所に増設する新設杭とともに新設建物の杭として再利用すれば、当該既存杭の撤去や埋め戻しに要する多大の手間を省くことができて経済的であるとともに、多量の廃棄物の発生も防ぐことができ、環境への負担低減の観点からも好ましい。
【０００３】
ところが、現行基準においては、上記杭に対して、新設建物の存続期間中に一回程度遭遇する可能性の高い地震（以下、想定地震という。）に対する損傷防止が義務づけられており、他方上記既存杭は、一般に当該基準が制定されていなかった施工当時の旧基準に則って設計されているために、所望の鉛直支持能力は有するものの、上記想定地震に対する水平抵抗能力が不足しており、この結果上記新設杭と同じ荷重負荷条件によって再利用することができない場合が多い。
【０００４】
このため、例えば下記特許文献１においては、既存杭には鉛直荷重のみを負担させ、新設杭には鉛直荷重と水平荷重の双方を負担させることを特徴とする新設杭と既存杭とを併用した新設建物の基礎構造が提案されている。
【０００５】
これに対して、下記特許文献２においては、上部構造を構築するにあたって、上部構造の底面と既存杭の上端部との間を上下に離間させて、これらの間に緩衝材を介装することにより、上部構造の荷重を新設杭にのみ支持させ、かつ既存杭の上端部と上部構造との間に、これらの間で水平力を伝達できる丸棒等からなるシヤーキーを設けることにより、既存杭を、地震時に上部構造の水平力を負担させるために用いるようにした建物の建て替え方法が提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の従来の基礎構造にあっては、既存杭に水平荷重を全く負担させない構造であり、他方特許文献２に記載の建物の建て替え方法にあっては、既存杭に鉛直荷重を負担させない構造であるために、いずれも新設建物の構築にあたって打設すべき新設杭の杭径や本数が増加することになり、よって施工性や経済性の面で種々の問題点があった。
【０００７】
また、既存杭に水平荷重を負担させる特許文献２に記載の建て替え方法においては、シヤーキーが圧縮された緩衝材によって囲繞されているために、地震時に上部構造と既存杭との間に水平方向の相対変位が生じた際に、大きな変形性能を得ることができず、よって所望のせん断歪を生じる前に破断することにより、上記水平力を負担させることができないという問題点もあった。
【特許文献１】特開平０９−０６０００７号公報
【特許文献２】特開２００２−２５６５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、既存杭にも相応の鉛直荷重および水平荷重を負担させることにより、当該既存杭の性能を十分に生かした再利用を図ることができ、よって新設杭の構築に要する資源や工期あるいはコストの縮減化を図ることが可能になる既存杭と新設杭とを用いた基礎構造を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、既存構造物を撤去することにより地中に残存した既存杭または既存基礎と、この既存杭または既存基礎から離間した所定位置に打設された新設杭と、上記既存杭または既存基礎上に構築される新設基礎とを備えた既存杭と新設杭とを用いた基礎構造において、上記既存杭または既存基礎と新設基礎との当接面の少なくとも一方に、両者間に空隙部を形成する深さ寸法が一定の凹部を形成し、かつ当該凹部内に、一端部が上記既存杭または既存基礎に固定されるとともに他端部が上記新設基礎に固定され、上記既存杭が負担する水平力が、当該既存杭の耐力に達する前に降伏するせん断力伝達部材を配置したことを特徴とするものである。
【００１０】
ここで、上記せん断力伝達部材としては、極低降伏点鋼を用いた棒状部材が好適であるが、上記凹部の深さ等によっては、普通鋼等の鋼材からなる棒状部材や大径の鉄筋を用いることもできる。
また、上記凹部内に配置するせん断力伝達部材の本数、材質、断面、長さ等の諸元は、上記既存杭が負担する水平力がその耐力に達する前に降伏するように選択することが好ましい。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、上記凹部が、上記既存杭または既存基礎と新設基礎との当接面の少なくとも一方の中央部に形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、上記凹部の内部であって、かつ上記せん断力伝達部材の配設位置よりも外周側には、一端部が上記既存杭もしくは既存基礎または上記新設基礎に固定されるとともに、他端部が上記凹部内において上記当接面のレベルよりも突出するストッパが設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
ちなみに、上記ストッパの他端部と、当該ストッパに対して相対変位する上記既存杭（もしくは既存基礎）または上記新設基礎との間隔は、上述した現行基準による想定地震よりも大きな地震が発生して、既存杭（または既存基礎）と新設基礎との間に相対変位が生じた際に、ストッパが相対変位する既存杭等または新設基礎に当接してその水平変位を阻止する寸法に設定することが好ましい。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記既存杭または既存基礎と上記新設基礎との間には、両者間の摩擦を低減する摩擦低減部材が介装されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１〜４のいずれかに記載の発明によれば、既存杭（または既存基礎）と新設基礎との当接面の少なくとも一方に、両者間に空隙部を形成する凹部を形成して、当該凹部内に、端部が上記既存杭（または既存基礎）と新設基礎とに固定されたせん断力伝達部材を配置しているために、上記凹部が形成されていない両者の当接面を介して、既存杭に新設基礎からの鉛直荷重を負担させることができる。
【００１６】
また、地震時に水平力が作用した際には、上記せん断力伝達部材によって新設基礎から既存杭（または既存基礎）へとせん断力を伝達することができる。この際に、せん断力伝達部材は、凹部内に形成されている空隙部に配置されているために、大きな変形性能を確保することができる。このため、せん断歪みを抑制して早期に破断することを防ぐことができるとともに、せん断力伝達部材の強度を調整することにより、新設基礎と既存杭等との間に大きな相対変位が生じた場合にも、当該せん断力伝達部材を降伏させて、その履歴エネルギー吸収により新設基礎上に構築された新設構造物全体の地震時安全性も向上させることができる。
【００１７】
この結果、既存杭にも相応の鉛直荷重および水平荷重を負担させることができるとともに、当該既存杭が現行基準で要求される上記想定地震に対しても損傷することを防止して、その性能を十分に生かした再利用を図ることができる。またこれにより、新設杭が負担すべき鉛直荷重や水平力を小さくすることができるために、その断面や鉄筋量を縮減することができ、よって構築に要する資源や工期あるいはコストの縮減化を図ることができる。
【００１８】
ここで、請求項２に記載の発明のように、上記凹部を既存杭（または既存基礎）と新設基礎との当接面の少なくとも一方の中央部に形成すれば、新設基礎からの鉛直荷重を広い面積で、かつ均等に既存杭（または既存基礎）に伝達させることができて好適である。
【００１９】
また、請求項３に記載の発明においては、上記凹部の内部であって、かつ上記せん断力伝達部材の配設位置よりも外周側にストッパを設けているために、上述した想定地震よりも大きな地震が発生した場合においても、当該ストッパが、相対変位する上記既存杭等または上記新設基礎の水平変位を拘束することにより、せん断力伝達部材が過度に変形して破断することを防止することができる。
【００２０】
さらに、柱直下にある既存杭のように、高い軸力が作用する既存杭については、上記当接面における摩擦力が大きくなり、この結果上記せん断力伝達部材によるせん断力の伝達やその降伏による履歴エネルギー吸収が円滑に行われなくなる虞がある。このような箇所については、請求項４に記載の発明のように、互いの当接面間に摩擦低減部材を介装すれば、上記摩擦力を低減化させて、せん断力伝達部材に所望の機能を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
図１〜図５は、本発明に係る既存杭と新設杭とを用いた基礎構造の第１の実施形態を示すものである。
この基礎構造は、例えば図１に示すように、地上６階建ての既存建物（構造物）１を撤去して地上９階建ての建物２に建て替える際に適用したもので、地中に残存した既存杭３と、これら既存杭３から離間した所定位置に打設された新設杭２ａと、これら既存杭３上に構築された新設基礎５とを備えている。
【００２２】
ここで、既存杭３は、杭頭部分が所定の深さまで斫られて主筋および帯筋が撤去されており、その上に上記新設基礎５が構築されている。
さらに、既存杭３と新設基礎５との当接面のうちの、既存杭３側の当接面３ａの中央には、所定の深さ寸法を有する平面視方形状の穴部４が形成されている。他方、新設基礎５側の当接面５ａにも、上記穴部４よりも平面寸法が幾分大きな凹部６が形成されている。
【００２３】
そして、新設基礎５の凹部６内には、上端部が新設基礎５内に埋設・固定された複数本（図では３×４＝１２本）のダボ鋼材（せん断力伝達部材）７が配置されている。ここで、各ダボ鋼材７は、極低降伏点鋼からなる断面方形の棒状部材であり、既存杭３の穴部４の底部近傍まで届く長さ寸法に形成されている。
【００２４】
さらに、既存杭３の穴部４内の４方の外周側であって、かつダボ鋼材７よりも外周側には、ストッパ８が配設されている。これらストッパ８は、長方形の鋼板や鉄筋あるいはコンクリート等からなるもので、各々の板面を穴部４の側壁と平行にして、当該側壁から所定間隔をおいた位置に配置されている。また、各ストッパ８は、その高さが新設基礎５の凹部６内に突出する寸法に形成されている。そして、これらダボ鋼材７およびストッパ８の下部は、穴部４内に充填・固化されて当該穴部４を塞ぐグラウト９により既存杭３に固定されている。
【００２５】
ここで、ダボ鋼材７の断面寸法や凹部６の深さ寸法は、上記想定地震が発生した際に既存杭３が負担する水平力が、当該既存杭３の耐力に達する前に降伏するように設定されている。
また、当接面３ａ、５ａから凹部６側へと突出するストッパ８の上端部（他端部）と、新設基礎５の凹部６の側壁６ａとの間隔は、上記想定地震時において接触することがなく、かつ上記想定地震よりも大きな地震が発生して、既存杭３と新設基礎５との間に相対変位が生じた際に、ストッパ８が相対変位する新設基礎５の上記側面６ａに当接してその水平変位を阻止する寸法に設定されている。
【００２６】
以上の構成からなる基礎構造を構築するには、先ず既存建物１を解体した後に、既存杭３の杭頭を所定深さまで斫り、主筋を切断して帯筋を撤去するとともに、当該既存杭３の上面中央に設けた穴部４を形成する。次いで、この穴部４内に、ダボ鋼材７とストッパ８を所定の位置およびレベルに設置した後に、グラウト９を当接面３ａのレベルまで充填して固化させる。なお、上記グラウト９に代えて、コンクリートあるいはモルタルを充填しても良い。
【００２７】
次に、このグラウト９によって穴部４が塞がれた既存杭３の上面に、図３に符号１０で示すスペーサを被せる。このスペーサ１０は、上記凹部６を空隙部として形成するためのもので、天板を有する方形筒状のものである。この際に、スペーサ１０に代えて、スチロールやスタイロフォームなどの発泡材を用いることもできる。そして、このスペーサ１０を設置するとともに新設基礎５の配筋を行った後に、コンクリートを打設して上記新設基礎５を構築する。これにより、新設基礎５の下面には、スペーサ１０によって画成された空隙部となる凹部６が形成される。
【００２８】
以上の構成からなる既存杭と新設杭とを用いた基礎構造によれば、既存杭３と新設基礎５との当接面３ａ、５ａのうちの新設基礎５側の当接面５ａに、両者間に空隙部を形成する凹部６を形成し、この凹部６内に、上端部が新設基礎５に固定されるとともに下端部が既存杭３の穴部４を塞ぐグラウト９内に固定された複数本のダボ鋼材７を配置しているために、凹部が形成されていない部分の当接面３ａ、５ａを介して、既存杭３に新設基礎５からの鉛直荷重を負担させることができる。
【００２９】
また、図５に示すように、地震時に水平力が作用した際には、ダボ鋼材７を介して新設基礎５から既存杭３へとせん断力を伝達することができる。この際に、ダボ鋼材７は、空隙部となる凹部６内に配置されているために、大きな変形性能を確保することができる。このため、せん断歪みを抑制して早期に破断することを防ぐことができるとともに、新設基礎５と既存杭３との間に大きな相対変位が生じた場合にも、これらダボ鋼材７を降伏させて、その履歴エネルギー吸収により新設基礎５上に構築された建物２全体の地震時安全性も向上させることができる。
【００３０】
加えて、凹部５ａ内の外周側であって、かつダボ鋼材７の配設位置よりも外周側にストッパ８を設けているために、上述した想定地震よりも大きな地震が発生した場合においても、ストッパ８が相対変位する新設基礎５の凹部６の側面６ａに当接してその水平変位を拘束することにより、ダボ鋼材７が過度に変形して破断することを防止することができる。
【００３１】
この結果、既存杭３にも相応の鉛直荷重および水平荷重を負担させることができるとともに、既存杭３が上記想定地震に対しても損傷することを防止して、その性能を十分に生かした再利用を図ることができる。これにより、新設杭２ａが負担すべき鉛直荷重や水平力を小さくすることができために、その断面や鉄筋量を縮減することができ、よって構築に要する資源や工期あるいはコストの縮減化を図ることができる。
【００３２】
（第２の実施形態）
図６および図７は、本発明の第２の実施形態を示すもので、図１〜図５に示したものと同一構成部分については、同一符号を付してその説明を簡略化する。
この基礎構造は、柱直下にある既存杭や、建て替える建物２が高層建物である場合のように、既存杭３に作用する鉛直荷重（軸力）が大きい場合に適用した例を示すものである。
【００３３】
すなわち、この基礎構造においては、既存杭３の外周部分が、外方に向けて漸次下方に傾斜する環状の傾斜面３ｂによって形成されている。そして、この傾斜面３ｂによって囲まれた中央部の平坦な部分に、テフロン（登録商標）等からなる平板状の滑り材１１が固定されることにより、当該滑り材１１の表面が当接面１１ａとされている。
【００３４】
他方、この滑り材１１と対向する新設基礎５の下面には、滑り材１１よりも大きな寸法を有し、かつステンレス鋼板等からなる滑り板１２が固定されており、当該滑り板１２の下面が当接面１２ａとされている。そして、これら滑り材１１および滑り板１２によって、既存杭３と新設基礎５との間の摩擦を低減する摩擦低減部材が構成されている。
【００３５】
なお、上記滑り材１１と滑り板１２との当接面１１ａ、１２ａがほぼ全面にわたって当接するように、不陸調整用として、上記滑り板１２と新設基礎５の下面との間および／または滑り材１１と既存杭３の上面との間に、別途ゴム等の弾性体からなる板状部材を介装してもよい。また、滑り材１１を新設基礎５の下面に設け、滑り板１２を既存杭３の上面に設けてもよく、さらに傾斜面３ｂを上下反転させて新設基礎５側に逆テーパー状に形成してもよい。また、上記摩擦低減部材についても、滑り材１１と滑り板１２との組合せに限るものではない。
【００３６】
上記構成からなる基礎構造によれば、第１の実施形態に示したものと同様の作用効果が得られることに加えて、さらに既存杭３に大きな鉛直荷重が作用する箇所においても、新設基礎５との当接面３ａ、５ａ間における摩擦力を低減化させて、ダボ鋼材７に所望のせん断力伝達機能やその降伏によるエネルギー吸収効果を発揮させることができる。また、既存杭３の外周部分に環状の傾斜面３ｂを形成することにより杭頭部を錘台状とし、中央部のみに滑り材１１を設けているために、滑り材１１を設置するための材料コストを最小限に抑えることもできる。
【００３７】
（その他の実施形態）
なお、上記第１および第２の実施形態においては、いずれも既存杭３が中実の杭である場合についてのみ説明したが、これに限るものではなく、例えば図８に示すように、既存杭１５が中空断面の杭である場合には、予め杭頭の内部に中詰コンクリート１６を充填し、当該中詰コンクリート１６の上面に上記穴部４を形成してダボ鋼材７やストッパ８を配置することもできる。
【００３８】
さらに、既存杭３の上面に、直接新設基礎５を構築して両者間に上記基礎構造を適用する場合に限らず、図９に示すように、既存建物１が既存杭３上に既存基礎１７を有している場合には、この既存杭１７も残存させて、その上面に新設基礎５を構築することも可能である。この場合には、既存基礎１７の上面に、同様に穴部４を形成してダボ鋼材７やストッパ８を配置すればよい。
【００３９】
さらに、上記凹部６についても、必ずしも新設基礎５側に設ける場合に限定されるものではなく、既存杭３または既存基礎１７の上面に形成してもよく、あるいは既存杭３（または既存基礎１７）と新設基礎５との両者に互いに連通する凹部を形成することもできる。また、本発明に係る基礎構造においては、上述した既存杭３または既存基礎１７と、新設基礎５との間に、水平力を伝達するダボ鋼材７を設けているが、さらに新設杭２ａと新設基礎との間にも、同様にダボ鋼材７を設けることも可能である。
【００４０】
また、本願発明の上記構成は、新設杭のみで構成される基礎構造において、特に地震時における損傷を防止したい新設杭と新設基礎との間の構造として転用することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態が適用される既存建物の建て替えと既存杭および新設杭の配置を示す縦断面図である。
【図２】図１の建て替えによる新設の建物における既存杭と新設杭との配置を示す平面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線視断面図である。
【図５】図３の基礎構造の地震発生時の挙動を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態を示す縦断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線視断面図である。
【図８】本発明の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図９】本発明のその他の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  既存建物
２  新設の建物
２ａ  新設杭
３、１５  既存杭
３ａ、５ａ、１１ａ、１２ａ  当接面
５  新設基礎
６  凹部
７  ダボ鋼材
８  ストッパ
９  グラウト
１１  滑り材（摩擦低減部材）
１２  滑り板（摩擦低減部材）
１７  既存基礎
【図１】
0005002403.tif 000002
【図２】
0005002403.tif 000003
【図３】
0005002403.tif 000004
【図４】
0005002403.tif 000005
【図５】
0005002403.tif 000006
【図６】
0005002403.tif 000007
【図７】
0005002403.tif 000008
【図８】
0005002403.tif 000009
【図９】
0005002403.tif 000010