日本建築学会大会学術講演梗概集	 （関東）	 2015 年	 9	 月	 20217

単純梁方式による SC 杭の M-φ関係の評価（その 3:試設計）

既製ｺﾝｸﾘｰﾄ杭

杭基礎

正会員
同
同二次設計

○田中 佑二郎*
菅一雅*
関口 徹**

同
同
同

小椋中井中井仁志*伸**正一**

1.はじめに杭の二次設計を行うためには、杭頭部の境界条件や地盤要素・杭要素の非線形性、地盤の応答変位による外力要素の非線形性として前報で評価し SC 杭の M-関係を用いて、モデル建物の二次設計を試みた。本報では、この試設計の結果を報告する。

Y4
6000の影響など適切に評価する必要がある。これらのうち杭6000

Y3

対象建物は、鉄筋コンクリート造の地上 3 階建てで、各柱下軸力は 1000〜4500kN 程度である。上部構造の必要保有水平耐力は 8400kN である。

6000

2.建物および地盤の概要
試設計を実施する対象建物の平面概要図を図 1 に示す。 Y2Y1

また、土質柱状図を図 2 に示す。対象地盤の土層構成

6000
Y1は、GL-3m 付近まで液状化の危険性の高い N=6〜8 程度の6000
X2X3細砂層、GL-18m までは N=0〜1 の砂質シルト層、粘土、シルト層、GL-35m までは N=9〜24 の細砂、シルト質細砂層、GL-35m 以深は N>60 以上の砂礫層である。本試設計

図 1．平面概要図

図 2．土質柱状図

は、杭天端を GL-2m とし、支持層を GL-35m 以深の砂礫
MuPy

曲げモーメント

3.杭の二次設計剛床条件に基づき、各杭頭変位が等しいものとしてせ水平地盤反力層とする。

MyMc

ん断力を分配し、杭を非線形性を有する曲げ部材、地盤漸増載荷解析法により計算を行う。

φc

各要素の水平変位を非線形性を考慮したばねで仮定した解析モデルを用い、図 3．地盤モデル関係

φy曲率φφu

図 4．M-φ関係モデル

杭頭条件は固定とし、降伏曲げモーメント My に達した
後は、杭頭部に塑性ヒンジ(杭頭曲げモーメント M0 は Myを保持し、ヒンジの回転は自由)の条件を与える 1)。

杭の保有水平耐力は、フレーム内のいずれかの杭基礎で以下の a)〜c)の時の杭頭せん断力の総和とする 4)。

地盤要素は、各深度別に基準水平地盤反力係数 kh0 を算出し、水平地盤反力係数 kh は、水平変位量に応じて低減a)杭が 2 点ヒンジ状態に達するした値で評価する。塑性地盤反力係数は、Broms の提案式b)杭頭の塑性回転角が限界回転量u(0.02rad)に達する

および修正式により算出される塑性地盤反力 Py を用いる

c)杭が限界曲率u に達する

2)。水平地盤反力は、図 3 に示す Py を上限とした地盤モデル関係で評価する。

ここで、u の設定については、基礎指針 1)の計算例を参杭要素の曲げ剛性は、地震時における杭頭部の変動軸考とし、1/50(0.02rad)を採用する。また、u の設定につい力が杭全域にわたって一定に作用しているものと仮定し、 ては、前報で評価した SC 杭の破壊時の曲率を考慮し、以断面解析により算定した図 4 に示すトリリニアモデルの下のケース 1〜3 にて試設計を行う。
M-関係 3)から求める。

Evaluation of M- relationship of SC pile by simple beam
method (Part 3. Trial design)― 433 ―

Yujiro TANAKA, Hitoshi OGURA, Kazumasa SUGA,
Shin NAKAI, Toru SEKIGUCHI, Shoichi NAKAIu を解析によるy と仮定
ケース 2 : u を解析によるy×1.2 と仮定
ケース 3 : u を解析によるu と仮定

・今回の試設計では該当しなかったが、杭の保有水平耐

ここで設定したケースは、試験結果より My 後の十分な【参考文献】

ケース 1:力が b)で決まる場合については、u の大小による耐力差への影響は小さいものと考えられる。

変形性能が確認できなかった中詰め無しの SC 杭をケース

1)日本建築学会：建築基礎構造設計指針, pp.464-468, 2001

1、解析によるy の 1.2〜1.5 倍程度で破壊した中詰め有り

2)日本建築学会：建築基礎構造設計指針, pp.276-288,2001(ソイルセメント)の SC 杭をケース 2、解析によるu 以上3)吉田 聡他：日本建築学会学術講演梗概集,一体解析による耐震性能の変形性能を確認できた中詰め有り(コンクリート)の SC評価手法の検討(その 2 杭体の M- モデルについて), pp.511-512,

杭がケース 3 と想定している。

2004

杭仕様の選定にあたり、試験を実施した杭径・杭種が4)日本建築構造技術者協会：杭基礎の耐震設計を考える, pp.30-32,
1997

外径 600mm の SC 杭であることから、試設計においても上杭には外径 600 mm の SC 杭を用いこととする。

表 1．杭仕様一覧表
4.試設計の結果
試設計を行った各ケースの杭仕様一覧表および杭伏図、

杭符号

P1： ●

P2 ： ◎

P3 ： 〇

上杭(5m)

600SC杭t=14.0

600SC杭t=12.0

600SC杭t=9.0

中杭2(10m)

600PHC杭C種

600PHC杭A種

600PHC杭A種

中杭1(10m)

600PHC杭A種

600PHC杭A種

600PHC杭A種 /10m

行ったことにより杭本数が増えていることがわかる。杭下杭(10m)650-500
節付PHC杭 A種

650-500
節付PHC杭 A種

800-600
節付PHC杭 A種

仕様を比較すると、ケース 1〜3 は一次設計のみの場合よ杭全長を表-1、図-5a)〜c)に、重量比較表を表-2 に示す。参考として、一次設計のみの場合の検討結果も同図表に示す。
仕様

杭本数を比較すると、一次設計のみの場合が 11set に対して、ケース 1,2 が 18set、ケース 3 が 16set と二次設計を35m

りも上杭が SC 杭の鋼管が厚い仕様になっており、全体に変形性能の高い杭を使用する結果となった。また、ケース 1〜3 は一次設計のみを行った場合と比べて、杭本数がY4Y4Y3Y3Y2Y2Y1Y1多く、変形性能の高い杭を使用していることもあり、杭総重量・鋼管重量ともに大きくなった。
ケース 1,2 では、u の仮定の影響により杭の保有水平耐力の差を確認することはできたが、杭本数・杭仕様が変わるまでの影響については確認することができなかった。
杭の保有水平耐力の決定条件について、ケース 1,2 はフレーム内のすべての杭頭部で塑性ヒンジが発生することなくの c)で決まったのに対して、ケース 3 はフレーム内Y1のすべての杭頭部で塑性ヒンジが発生した後、中杭 2 がX2Y1X3a)ケース 1,2X2X3b) ケース 3Y4My に達し、a)で決まる結果となった。

表 2．重量比較表
5.まとめ
・今回の試設計では、杭の二次設計を行うことにより、一次設計のみの場合よりも杭本数・仕様ともに高いもの
Y2結果となった。

Y1
Y1全体としての耐力増大が見込めない。

c)一次設計(参考)

X2X3

図 5．杭伏図

ジャパンパイル
千葉大学大学院工学研究科

17.4 (1.96)

3212 (1.72)

14.8 (1.66)

123 (1.00)

8.9 (1.00)( )内は、一次設計の場合との比部の塑性化が十分に見込むことができない場合、杭基礎***

鋼管総重量(t)239 (1.94)

一次設計

・ケース 1,2 の試設計の結果より、u の仮定によって杭の保有水平耐力に差を確認することができたものの、杭頭杭総重量(t)

1,2ケースY3***― 434 ―Japan Pile Corporation
Chiba University