学科Ⅳ（構造）
一級建築士 令和2年度 学科Ⅳ（構造） 問21
問題・正答・学習用解説
問題
基礎の設計に関する次の記述のうち、最も不適当なものはどれか。選択肢
正答と解説
正答：（3）
正答の考え方
杭基礎は杭先端や周面から深い地盤へ力を渡し、直接基礎は建物の近くの地盤へ底面から力を渡します。一つの建物で両方を使うと、支える深さ、沈みやすさ、横方向の動きやすさが異なるため、その境目で上部構造にも力が生じます。
（3）は鉛直荷重時の不同沈下「のみ」を検討した点が不適切です。普段の重さによる沈下差だけでなく、地震時に基礎がどのように動き、水平力を負担するかも確認する必要があります。例えば深い支持層に支えられた高層部と浅い地盤に支えられた低層部が一体につながっていれば、揺れ方の違いを接続する梁や床が受け止めることになります。
異なる形式の基礎を使うこと自体を、何も検討せず必ず不可とする問題ではありません。併用することで生じる地盤・基礎・上部構造の相互作用を考え、鉛直荷重時と地震時の安全性を確認する必要があるということです。他の肢は、沈下を抑える杭の利用、液状化で地盤の横支えが弱まること、沈む地盤が杭を下へ引きずる作用への対策を正しく述べています。
各選択肢の解説
選択肢1
（1）パイルド・ラフト基礎は、地盤に接する底版であるラフトと杭を協働させる基礎です。直接基礎として荷重を支える強さはあっても沈下が大きい場合に、杭を加えて平均沈下や場所ごとの沈下差を抑える使い方があります。記述は適切です。建物の全重量を杭だけで受ける通常の杭基礎とは考え方が違い、ラフト・杭・地盤の荷重分担を評価することが大切です。
選択肢2
（2）水平地盤反力係数は、杭が横へ動いたときに地盤がどれだけ押し返すかを表す値です。反力を圧力、杭の水平変位をとすると、基本関係はで、の単位はです。液状化で土粒子の支えが弱まれば横からの抵抗も小さくなるため、係数を低減する判断は適切です。杭材自体の強さが同じでも、周囲の支えが弱くなると曲げや変位が厳しくなります。
選択肢3
（3）不同沈下の検討だけでは不足します。高層部と低層部は重量や揺れ方が異なり、さらに杭基礎と直接基礎では水平剛性や地盤変形の受け方も異なります。一体の建物なら、地震時にその差を上部の梁・床や基礎の接続部が負担する可能性があります。鉛直荷重時に問題がなくても地震時の安全まで確認したことにはなりません。併用に伴う力と変形を全体で評価する必要があります。
選択肢4
（4）負の摩擦力は、周囲の地盤が杭より大きく沈み、杭の側面を下へ引きずる力です。通常の支持に役立つ上向きの周面摩擦とは逆で、杭に追加の圧縮負担を与えます。表面に適切な潤滑材を塗って地盤とのずれを生じやすくし、下向きの引きずりを減らす方法は適切です。すべての周面摩擦を無条件に消してよいのではなく、必要な支持力と負の摩擦力の発生区間を考えて設計します。
周辺知識
地盤と杭の摩擦の向きは、どちらが相手より下へ動こうとするかで決まります。建物荷重によって杭が周囲の地盤に対して下へ動けば、周面摩擦は上向きに働いて支えます。埋立て地盤などが圧密で杭より大きく沈めば、同じ側面でも摩擦は下向きに働きます。「摩擦はいつも杭を支える」と覚えると、負の摩擦力を見落とします。
地震時の杭には、建物が慣性によって横へ押す力と、地盤自体が横へ変形して杭を曲げる作用があります。液状化では地盤の横支えが失われるだけでなく、場所によって地盤の流動や沈下も問題になります。基礎の検討は、杭の鉛直支持力だけでは完了しません。
また、沈下を抑える方法は、必ずしも最深部の硬い層まで全ての荷重を運ぶことだけではありません。パイルド・ラフトでは底版が地盤から受ける反力も使い、杭の位置や本数を調整して沈下を制御します。そのため、支持力、沈下量、荷重分担、地震時の挙動を相互に整合させて設計することが必要です。