日本建築学会大会学術講演梗概集（関東） 2011 年 8 月

20202

基礎及び敷地に関する基準の整備における技術的検討（その４）擁壁背後地盤上に建築された住宅の変形解析(解析条件)
正会員
同
同
宅地擁壁

戸建住宅

○余川
井上
久世弘至*1
波彦*3
直哉*5

同
同
同若井二木
松下明彦*2
幹夫*4
圭佑*6

数値解析

１．はじめに
これまでに，地震により被害を受けた擁壁に関する調表11)

査結果 が多数報告されている。これらの被害調査報告の中では，擁壁が被害を受けることにより，住宅にも被害がおよんでいるという報告もある。

表2

現在，建築物が擁壁に近接する場合の評価基準が明確でなく，擁壁の安定性が損なわれた場合，建築物の安全上の支障を生ずる恐れがある。
そこで，2 次元動的有限要素解析プログラム 2)を用いた

大地震時における擁壁の安全率

安定計算の条件
擁壁高さ 基礎形式 地盤の許容応力度2m100kPa
直接5m150kPa
直接10m300kPa
直接杭の設計条件
許容応力
許容変位

転倒
2.891
3.740
7.093

安全率
滑動 支持力
1.068
1.192
1.150
2.343
1.643
4.010

杭基礎の仕様(擁壁高さ 10m のケース)

杭本数 (本)
地盤の杭径
杭種
材質 鋼管厚許容応力度
断面方向 延長方向
20kPa 以下 1,000mm 鋼管杭 SS490 12mm
3550kPa 以上 1,000mm 鋼管杭 SS490 12mm
35

擁壁－地盤－住宅の一体系解析を種々実施し，地盤と住（３）地盤のモデル化
地盤は，UW モデル 5)を用いることで，地盤の非線形特宅に対して安全上の配慮が必要な条件の整理，またその性を考慮した。パラメトリックスタディを行い地盤強度場合の対応方針について検討した。本報では，実施したの違いによる住宅への影響を把握するためには，地盤強解析の条件について示す。

度の異なるいくつかの地盤を準備する必要がある。ここ

２．各種のモデル化（１）住宅のモデル化
解析の対象とした住宅は，(独)住宅金融支援機構の計算では，地盤の許容応力度 6)を地盤強度の指標値とし，地盤材料をすべて  材と想定した上で，次式に基づき各種の解析に入力するパラメータを設定した。

例を参考に，木造 2 階建ての住宅(重い建物・瓦葺・土壁qa 

有・10m×10m 平面，固有周期 T：0.25 秒(T=0.03H))を想定した。住宅の重量や強度については，「木造住宅の耐震診

1
icαCNc  i γ βγ1BNγ  iq γ2 Df Nq 3(1)ただし，上式を用いる場合、基礎荷重面(B)に応じて、断と補強方法」に基づき決定した。解析では，住宅を質地盤の許容応力度が異なるということになる。構造物の点と構造梁によりモデル化し，すべて線形弾性体とした。 形状や形式に応じて、強度を変更すると、強度の違いに住宅の基礎については，すべて布基礎とした。
よる定性的な挙動の変化を確認することが困難となるた（２）擁壁のモデル化
擁壁は，高さ 2m，5m および 10m の片持ちばり式の Lするため，荷重の鉛直方向に対する傾斜角に 14 度を与型擁壁を想定した。それぞれの擁壁の仕様は，常時におえた。上記の方法によって求められた解析パラメータをける検討と大地震時における検討を行い，転倒・滑動・表 3 に示す。

め、基礎荷重面(B)は 10(m)とした。地震動の影響を考慮支持力の安全率が現行の基準 3)を満足するように設定した。
また，擁壁高さ 10m のケースでは，軟弱地盤上に擁壁を設置することを考慮して，擁壁に杭基礎を用いた場合についても検討した。杭基礎の仕様は，許容応力度計算を行い決定した(許容応力)。さらに，擁壁の変形はその背後地盤上に建つ住宅に影響を与えると考えられるため，杭頭の変形に制限を設けた場合についても検討した(許容変位)。ここでは，擁壁下部地盤の強度の違いによりこれ

表3

解析パラメータ

ヤング率にポアソン比 内部摩擦角 単位体積重量関わる比例定数
E 0 (kPa) (deg) (kN/m3)
16,9400.35
26.0
18.0
許容応力度 30kPa
23,6600.35
28.0
18.0
許容応力度 50kPa
32,3460.35
30.2
18.0
許容応力度 70kPa
40,4600.3
32.0
18.0
許容応力度 100kPa
50,5400.3
34.0
18.0
許容応力度 150kPa
70,8750.3
37.5
18.0
許容応力度 300kPa
名称

らが考慮されている。擁壁および杭基礎はすべて線形弾

３．入力地震動
告示 1461 に示される工学基盤面でのスペクトルに乱数性体とした。擁壁基礎が直接基礎の場合の大地震時の検位相を与え，工学基盤面での加速度波形(2E 波)を作成し討結果を表 1 に，杭基礎の仕様を表 2 に示す。

た。その工学基盤面での加速度波形を入力波形として，Maintenance of Technical Standard about Building Site, Soil andFoundation (Part 4 : Deformation Analyses of Detached House
Built on Retaining Wall Rear Ground(analyses conditions))

YOKAWA Hiroshi, WAKAI Akihiko, INOUE Namihiko
FUTAKI Mikio, KUZE Naoya and MATSUSHITA Keisuke― 403 ―

等価線形解析 7)を行い，FEM でモデル化した基礎地盤下

表4
擁壁
高さ
基礎形式
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
2m 直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
5m
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
直接基礎
10m
直接基礎
杭基礎(許容応力)
杭基礎(許容変位)
杭基礎(許容変位)面に入力する E+F 波を算出した。図 1 に、入力地震動のAcceleration(m/s2)

時刻歴波形を，図 2 に加速度パワースペクトルを示す。
3210-1-2-302040

図160 80Time(s)100 120 140

入力地震動の時刻歴波形

8パワースペクトル

76543210012345周波数(Hz)

図2パワースペクトル４．解析メッシュ
図 2 に，解析に用いた解析メッシュの一例を示す。節点数 4223，要素数 1361 である。基礎地盤底面の節点を水検討ケース一覧

住宅
擁壁背後地盤
離間距離 基礎形式 許容応力度
0.0m
1.0m
30kPa
布基礎
1.6m
2.7m
5.0m
30kPa
1.0m

布基礎
70kPa

0.0m
1.0m
5.0m
7.8m

布基礎

30kPa

30kPa
1.0m

布基礎

50kPa
70kPa

0.0m
1.0m
11.0m
16.8m

擁壁下部地盤
許容応力度

100kPa100kPa150kPa300kPa100kPa150kPa300kPa150kPa150kPa300kPa150kPa300kPa150kPa300kPa300kPa

布基礎

30kPa

0.0m

300kPa
20kPa
50kPa
300kPa６．まとめ
本報では，擁壁－地盤－住宅の一体系解析に必要となる解析の諸条件について示した。次報では，この条件に基づき実施した解析結果について述べる。

平・鉛直固定とし，側面の節点は水平方向固定とした。

なお，これらの検討は、国土交通省「建築基準整備促左右側方の境界条件が対象とする住宅や擁壁へ与える影進事業」の一環として実施したものである。

響を小さくするために，解析領域は水平方向に 10 倍程度

参考文献とった。

1) 久世ら(2009)：基礎及び敷地に関する基準の整備における技術的検討(その 5)宅地擁壁と住宅との離間距離等に関する実態調査, 日
本建築学会大会学術講演梗概集, No.20230, pp.459～460.

擁壁背後地盤住宅

2) A. Wakai et al (1999)：3-D elasto-plastic finite element analyses of pile基礎
擁壁foundations subjected to lateral loading, Soils and Foundations, Vol.39,

擁壁下部地盤

No.1, pp.97-111.

杭基礎
杭基礎

図3

基礎地盤

3) 宅地防災研究会(2007)：宅地防災マニュアルの解説 第二次改訂版.
4) 社団法人日本道路協会(2002)：道路橋示方書・同解説

解析メッシュの一例

I 共通編

IV 下部構造編.

５．検討ケース
5) A. Wakai et al. (2004)：A simple constitutive model for seismic analysis
擁壁高さ 2m の場合では，離間距離の異なる 5 ケースを，擁壁高さ 5m および 10m の場合では，離間距離の異なる 4of slopes and its applications, Soils and Foundation, Vol.44, No.4, pp83-

ケースについて検討した。また，擁壁高さ 2m および 5m

97.の場合では，擁壁背後地盤と擁壁下部地盤の強度をさまざまに変化させたケースを実施し，擁壁高さ 10m の場合

6) 日本建築学会(2001)：建築基礎構造設計指針.
7) P. B. Schnabel et al. (1972) ： SHAKE A computer program for

では，擁壁を杭基礎により支持した状態についても，擁壁下部地盤の強度を変化させたケースを実施した。検討

earthquake response analysis of horizontally layered sites, EERC Report,
No. 72-12.

ケースの一覧を表 4 に示す。
*1 ベターリビングつくば建築試験研究センター, 博(工)*1 Tsukuba Building Research and Testing Laboratory, Center for Better Living, Dr. Eng.

*2 群馬大学工学部, 博(工)*2 Gunma Univ., Dr. Eng.

*3 国土交通省 国土技術政策総合研究所*3 National Institute for Land and Infrastructure Management*4 ベターリビングつくば建築試験研究センター, 修(工)*4 Tsukuba Building Research and Testing Laboratory, Center for Better Living, M. Eng.

*5 ベターリビングつくば建築試験研究センター, 工博*5 Tsukuba Building Research and Testing Laboratory, Center for Better Living, Dr. Eng.

*6 群馬大学工学部*6 Gunma Univ.

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