20241

日本建築学会大会学術講演梗概集（東海） 2012 年 9 月

既存建物基礎の耐震診断方法の検討（その 2 杭基礎の 1 次診断）
正会員
同
同
耐震診断

既存基礎

○内 田 明 彦*1
佐 野 大 作*3
二 木 幹 夫*5

正会員
同同

國 松 諭*2
鈴 木 泉*4
久 世 直 哉*5

杭基礎
START

1． はじめに
その 1 では 1 次診断の概要と直接基礎の診断方法につ液状化の検討いて紹介した。その 2 では、杭基礎を対象とした 1 次診断の概要と診断事例について紹介する。

杭基礎の保有性能基本指標 E0f の算定

2． 杭基礎の 1 次診断の概要
杭基礎の 1 次診断は杭の耐震性能の大きさを表す杭基①杭 1 本について，存在軸力の平均値に対する終局曲げモーメント Mu の算定

礎の耐震指標 Isf と想定する地震動レベルに応じた杭基礎④靭性指標 F の算定②Broms の設計法(一様地盤)より終局時のせん断力 QMu の算定③強度指標 C の算定⑤保有性能基本指標 E0f = C×F の算定の耐震判定指標 Is0f より耐震性を評価する診断方法であり、既往の文献 1) 2) を参照して作成した。杭基礎の診断フロー

杭基礎の耐震指標 Isf の算定を図 1 に示す。この診断によって概略的な杭基礎の耐震

Isf = E0f・SD・T・Qc

安全性が確認でき、継続使用の可否や基礎補強の必要性
杭基礎の耐震判定指標 Is0f の算定などを検討する際の参考となる。

Is0f = Esf・Z・G・U

2.1 液状化の検討
診断に際してまず地盤の液状化の検討を行う。検討用の杭基礎の耐震性判定

地震動としては耐震診断で用いる地震動レベルを想定し、建築基礎構造設計指針の方法に従って検討する。液状化すると判定された土層に対しては低減係数βを設定する。
2.2 杭基礎の保有性能基本指標 E0f
杭基礎の保有性能基本指標 E0f は文献にならい算定する。
まず、杭 1 本あたりの軸力から COPITA のツール3) などを利用して終局曲げモー メント Mu を 算定する。次に、Broms の設計法より、各諸元の杭 1 本当たりの曲げ終局時のせん断力 QMu を算定する。算定条件は「杭頭固定(回転拘束)」かつ「長い杭(2 点ヒンジ)」である。砂質土地盤の場合の算定式を次式に示す。
κκ

Isf / Is0f ＜ 0.5→耐震性が低い

0.5 ≦ Isf / Is0f ＜ 1.0→耐震性に疑問あり

Isf / Is0f ≧ 1.0→耐震性を有する

図 1 杭基礎の 1 次診断フロー
C=QMu×n／ΣW(3)

ここで、QMu：曲げ終局時のせん断力(場所打ちコンクリート杭の場合は 0.75 倍)、n：杭本数、ΣW：建物重量
さらに、杭種ごとに設定した靱性指標 F を用いて次式により算定する。
E0f=C×F(4)

ここで、靱性指標 F は杭種ごとに塑性率μから算定する。F＝φ 2μ－1 、φ：杭種による係数、μ=δ c／δ y、
δ c ：コンクリート縁圧壊時変位、δ y：鉄筋降伏時変位(1)（δ y がない場合はμ=0）、場所打ちコンクリート杭及び(2)鋼 管 杭 (中 詰 め あ り )の 場 合 ： μ =4.0、 φ =1/{0.75(1+0.05、N：N 値、 μ)}、既製コンクリート杭（PHC）及び鋼管杭(中詰めなし)の場合：μ=1.0、φ=1.0
β：液状化判定時の低減係数、γ：単位体積重量、B:杭径、 2.3 杭基礎の耐震指標 I
ここで、κ

φ′φ′、φsf

Mu：杭体の終局曲げモーメント

杭基礎の耐震指標 Isf は耐震性能の大きさを表す指標で算定モデル上、多層地盤を一様地盤に単純化する必要既存 RC 造建築物における Is 指標を参考に次式で求める。

があるため、地盤定数は地中の最大曲げモーメント発生

Isf=E0f・SD・T・Qc

深度 Dy 以浅の値を層厚で重み付け平均して求める。そのここで、E0f：基礎の保有性能基本指標、SD：形状指標、(5)時得られた QMu 値から新たな Dy を算定し、収束計算を行

T：基礎の経年指標、Qc：基礎の施工指標って QMu を求める。Dy の初期値は場所打ちコンクリート

2.4 杭基礎の耐震判定指標 Is0f
杭基礎の耐震判定指標 Is0f は既存 RC 造建築物における杭:7m、既製杭：4m を参考値とする。
杭基礎全体の強度指標 C は次式に従って算定する。

Is0 指標を参考にして次式で求める。

Seismic capacity evaluation of existing building foundations(Part2: 1st grade evaluation of pile foundations)

UCHIDA Akihiko et. al― 481 ―表 1 杭基礎の一次診断事例
阪神淡路

宮城県沖

件名
1 No.23 団地
2 No.25 団地
3 No.6 住宅
4 No.12 住宅
5 M ビル
6 W ビル
7 O1 住宅
8 O2 住宅
9 H 高校10 K住宅111 K住宅212 MYビル
13 TGビル
14 C学園15 S住宅所在地
建設年
杭上部構造の被害1965 場所打ち杭 層崩壊
中央区相生町1965 鋼管杭中央区磯辺通層崩壊
1995 PHC杭東灘区深江南町
傾斜・軽微な破損
1986 PHC杭東灘区本山南町
軽微
1973 PC杭東灘区深江浜傾斜1978 PHC杭中央区港島中町
傾斜
1970 PC杭
須磨区大池
傾斜・軽微な破損
1989 場所打ち杭 被害なし
須磨区大池
1976 鋼管杭東灘区深江浜軽微
1978 PC杭
太白区郡山
傾斜・軽微な破損
1977 PC杭太白区郡山
被害なし
1970 PC杭若林区卸町大破・倒壊
1964 PC杭宮城野区苦竹大破・倒壊
1972 PC杭
太白区長町
傾斜
1976 PHC杭宮城野区福室雑壁破損

Is0f=Esf・Z・G・U

杭の被害
杭の被害レベル 設定地下水位
GL-3.0m
ひび割れ、主筋降伏A 小破
0 無被害
GL-4.0m
被害なし
B 大破
GL-3.0m
杭頭破損
B 大破
GL-2.0m
隅杭のみ破損
B 大破
GL-2.35m
中間部で破損
B 大破
GL-3.5m
中間部で破損
B 大破
GL-1.0m
杭頭破壊
被害なし?(未調査) 0 無被害
GL-1.0m
A 小破
GL-3.10m
杭頭傾斜
B 大破
GL-3.2～4.2m
圧潰
A 小破
GL-3.2～4.2m
軽微A 小破
GL-3.10m
全長にひび割れ
0 無被害
GL-1.0m
被害なし
B 大破
GL-5.5m
杭頭破壊
B 大破
GL-1.5mひび割れ～圧壊

2.0(6)

ここで、Esf：基礎の耐震判定基本指標、Z：地域指標、
なお、Esf は想定する任意の地震動レベルに応じて次式

阪神淡路
阪神淡路上部大破
宮城県沖
宮城県沖上部大破

1.5
Isf /Is0f

G：地盤指標、U：用途指標より算定する。Esf は 1995 年兵庫県南部地震での被災事例

1.00.5の検証に基づいて採用された 0.8 を基本とし、1978 年宮0.0

城県沖地震での被災事例に基づく著者らの検討を踏まえ0A
被害レベルて、地表面最大加速度αmax の比率より設定している。
Esf=0.8×αmax／350

IsfIs0f Isf/Is0f
1.06
0.8
1.33 非液状化
0.72
0.80.90 液状化
0.24
0.80.30 液状化
0.49
0.80.61 非液状化
0.18
0.80.23 液状化
0.55
0.80.69 液状化
0.340.8
0.43 非液状化
1.220.8
1.53 非液状化
0.530.80.66 液状化
0.31 0.57
0.54 非液状化
0.28 0.57
0.49 非液状化
0.4 0.57
0.70 非液状化
0.63 0.57
1.11 非液状化
0.38 0.57
0.67 非液状化
0.2 0.57
0.35 非液状化

B*白抜き凡例は上部構造大破事例を示す

図 2 診断事例における判定結果と被害事例の関係(7)2

ここで、αmax：地表面最大加速度(cm/s )2.5 結果の判定
杭基礎の 1 次診断では基礎の耐震指標 Isf と耐震判定指げているので、上部構造が大破した事例は白抜きで表示

標 Is0f の比より以下のように判定する。

なる傾向が認められ、判断指標は 2 つの地震の杭の被害した。図より、被害レベルが上がると判断指標が小さく

Isf/Is0f＜0.5：耐震性が低いを概ね説明できることが分かる。

0.5≦Isf/Is0f＜1.0：耐震性に疑問あり

Isf/Is0f≧1.0：耐震性を有する

4． まとめ既存建物基礎の耐震診断として最も簡易な杭基礎の 1

Isf/Is0f が 0.5 未満の場合は、杭基礎の耐震性が低いと判次診断の方法と被災事例による検証結果を紹介した。得断し、耐震補強対策を検討するか 2 次診断もしくは個別られた結論は次の通りである。

検討法によって耐震性を判断する必要があるとしている。 1) 既往の研究成果をもとにして、地震動レベルに応じた
また、Isf/Is0f が 0.5 以上 1.0 未満の場合は杭基礎の耐震性に耐震診断が可能となるように判断指標を比で表すこと疑問があり、2 次診断もしくは個別検討法によって耐震性とした。

を判断する必要があるとしている。Isf/Is0f が 1.0 以上の場

2) 2 つの地震による被災事例での検証を行ったところ、合は杭基礎が耐震性を有していると判断できる。

判断指標 Isf/Is0f と杭の被害レベルが概ね対応している

3． 被災事例による検証判断指標である Isf/Is0f の適用性を確認するため、1995 年

ことから、本提案による杭基礎の 1 次診断は杭基礎の兵庫県南部地震および 1978 年宮城県沖地震を経験した建・謝辞：本検討は一般財団法人ベターリビングによる基礎構造物の診断結果と被害事例を比較した。表 1 に対象としたの耐震診断指針に関する活動（委員長：中井正一(千葉大学)）

事例一覧を示す。杭の被害レベルは文献に示された調査の一環として実施したものである。関係各位に感謝します。

結果より、無被害、小破、大破の 3 段階とした。また、＜参考文献＞

検討用の地震動レベルとして、兵庫県南部地震の事例に

1) 丸岡､山下､青木､土屋､平井､椿原､藤村､角：既存建物基礎の耐震診断耐震診断として利用できると考えられる。

に関する一提案、日本建築学会技術報告集、No.8、pp85-90、1999.

2

ついては地表面加速度 350cm/s 、宮城県沖地震の事例につ2いては 250cm/s を採用した。
図 2 に判断指標 Isf/Is0f と被害レベルの関係を示す。耐震

2) 椿原､佐藤､山下､丸岡､藤村：杭基礎の簡易耐震診断に関する一提案(その１､その２)､日本建築学会大会学術講演梗概集､pp.503-506、1999.
3) (社)コンクリートパイル建設技術協会：杭の N-M 図・M-φ・せん断力

診断の前提条件として、上部構造が健全であることを挙*1 (株)竹中工務店技術研究所*2 旭化成建材(株)*3 戸田建設(株) 技術研究所*4 (株)フジタ 技術センター*5 一般財団法人 ベターリビング つくば試験研究センター

図作成システム Ver. 2.4(COPITA 版)、2005.8

*1
*2
*3
*4
*5

R&D Institute, Takenaka Corporation
Asahi Kasei Construction Materials Corporation
Toda Institute of Construction TechnologyFujita Corporation, Technology Development Division
Center for Better Living Tsukuba Building Research and Testing Lab.

― 482 ―