(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭頭部と上部構造体との間に、滑り面を球面の一部とした球座とそれに嵌着した蓋体からなる杭頭ピンデバイスを介装し、その杭頭ピンデバイスを介して杭頭部と上部構造体との間で軸力を伝達しつつそれらの相対回転を許容するようにした杭頭接合部の構造であって、杭頭ピンデバイスを複数並設するとともに、それら杭頭ピンデバイスを、それぞれの球座に形成されている滑り面が仮想の回転中心点を共有する仮想球面の一部となるように配置したことを特徴とする杭頭接合部の構造。
【請求項２】
請求項１記載の杭頭接合部の構造であって、各杭頭ピンデバイスの球座と蓋体とをそれらの相対回転を許容しつつ引抜耐力を有する連結部材により連結するとともに、各連結部材を仮想の回転中心点に向けて配設したことを特徴とする杭頭接合部の構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の杭頭接合部の構造であって、複数の杭頭ピンデバイスを位置決めして装着するための取付架台を杭頭部と上部構造体の少なくともいずれか一方に設置し、その取付架台に対し各杭頭ピンデバイスを水平に対して傾斜配置したことを特徴とする杭頭接合部の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は杭頭接合部の構造、すなわち杭とそれに支持される基礎等の上部構造体との接合部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、杭頭部と基礎とは剛接合することが従来一般的であるが、剛接合とした場合には双方の相対回転が拘束されることから、地震時等においては杭頭接合部に大きな曲げ応力が生じることになり、したがって杭頭部および基礎には軸耐力のみならず曲げ耐力も要求されて自ずと頑強で複雑な構造とならざるを得ない。
【０００３】
そのため、最近においては杭頭部と基礎とを剛接合とするのではなく、実質的にピン接合の形態としてそれらの相対回転を許容することにより、杭頭部および基礎に生じる曲げ応力を低減する構造も試みられており、そのような構造を簡便に実現するための各種の杭頭ピンデバイスが提案されている。
【０００４】
図４はそのような杭頭ピンデバイスの一例を示すものである。図４に示す杭頭ピンデバイス１は、杭２の杭頭面に球座３を固定し、その球座３に嵌着した上蓋体５を上部構造体である基礎４の下面に固定したもので、球座３と蓋体５との接触面が滑り面６となってそれらの相対回転が許容され、その滑り面６が回転中心点Ｏからの半径Ｒの球面の一部として形成されているものである。このような杭頭ピンデバイス１では、上記のように杭２と基礎４との相対回転を許容することで双方に生じる曲げ応力を低減可能であり、また杭２と基礎４との間での鉛直荷重を支障なく支持可能であることはもとより、球座３と蓋体５とを連結部材としての高力ボルト７により連結することで引抜耐力も有するものとなっている。符号８はこの杭頭ピンデバイス１内に土砂等が入り込むことを防止するための防護カバー、９は球座３および蓋体５をそれぞれ杭２および基礎４に対して定着するためのアンカー、１０は砕石、１１は捨てコンクリートである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような杭頭ピンデバイス１は杭頭接合部の耐震性を向上させることができるので広く普及する気運にあるが、従来までに提案されているこの種の杭頭ピンデバイスは通常規模の建築物や構造物に適用することを想定してその許容軸耐力は数ＭＮ程度（数百トン程度）であり、したがってこれを長大スパンあるいはメガストラクチャー等からなる大規模な建築物や構造物（杭１本当たりの軸力が数千トンから１万トンを越える場合もある）にそのまま適用できるものではなく、それを可能とする有効な構造が模索されている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、杭頭部と上部構造体との間に、滑り面を球面の一部とした球座とそれに嵌着した蓋体からなる杭頭ピンデバイスを介装し、その杭頭ピンデバイスを介して杭頭部と上部構造体との間で軸力を伝達しつつそれらの相対回転を許容するようにした杭頭接合部の構造であって、杭頭ピンデバイスを複数並設するとともに、それら杭頭ピンデバイスを、それぞれの球座に形成されている滑り面が仮想の回転中心点を共有する仮想球面の一部となるように配置したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明の杭頭接合部の構造であって、各杭頭ピンデバイスの球座と蓋体とをそれらの相対回転を許容しつつ引抜耐力を有する連結部材により連結するとともに、各連結部材を仮想の回転中心点に向けて配設したことを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の杭頭接合部の構造であって、複数の杭頭ピンデバイスを位置決めして装着するための取付架台を杭頭部と上部構造体の少なくともいずれか一方に設置し、その取付架台に対し各杭頭ピンデバイスを水平に対して傾斜配置したことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明の実施形態である杭頭接合部の構造を示す図である。本実施形態の構造は、１本の杭２とそれにより支持される上部構造体としての基礎４との間に、図４に示した杭頭ピンデバイス１を複数台（図示例のものは４台）設置したことを主眼とする。
【００１０】
すなわち、本実施形態においては、図２に示すような中空の四角錐形状の取付架台１５を杭頭面に設置し、その取付架台１５の各面にそれぞれ上記の杭頭ピンデバイス１を水平に対して傾斜させた状態で取り付け、それら杭頭ピンデバイス１を介して基礎４を支持するものとしている。そして、そのようにして傾斜配置されている各杭頭ピンデバイス１における球座３の滑り面６は、仮想の回転中心点Ｏを共有している回転半径Ｒの仮想球面の一部をそれぞれ形成するものとされている。換言すれば、各杭頭ピンデバイス１における球座３の滑り面６が、上記の仮想の回転中心点Ｏを共有する仮想球面を形成するように各杭頭ピンデバイス１の位置と傾斜角度が設定されている。
【００１１】
このように、複数台の杭頭ピンデバイス１をそれらの滑り面６が仮想球面の一部となるように配置して並設することにより、杭頭ピンデバイス１を単独で用いた場合と同様に挙動して杭２と基礎４との相対回転を支障なく許容することができ、したがって杭頭接合部に生じる曲げ応力を低減させてそこでの耐震性を向上させることができる。しかも、杭頭ピンデバイス１を傾斜配置していることから側方変位に対して大きな乗り上げ抵抗を生じ、それにより杭頭接合部のせん断耐力を高めることもできる。
【００１２】
この場合の全体の許容軸耐力は個々の杭頭ピンデバイス１の許容軸耐力を合算したものとなるから、個々の杭頭ピンデバイス１の許容軸耐力がさほど大きくなくとも全体として十分な許容軸耐力を支障なく確保できることになる。そして、個々の杭頭ピンデバイス１の軸耐力やその設置台数は、杭頭接合部に要求される軸耐力に応じて最適かつ自由に設定すれば良い。たとえば、許容軸耐力が８ＭＮ（８００トン）の杭頭ピンデバイス１を１６台用いることとすれば、全体として１２８ＭＮ（１２８００トン）もの許容軸耐力を持たせることができ、そのような高軸耐力が要求される大規模な建築物や構造物に対しても支障なく適用することが可能である。
【００１３】
そして、この場合、上記のような大きな軸耐力を個々の杭頭ピンデバイス１が分担して負担し、したがって杭頭部の支圧応力度も個々の杭頭ピンデバイス１の軸耐力相当分だけ確保すれば足りる。この点において、仮に単一の杭頭ピンデバイスで同等の軸耐力を持たせようとすると、巨大な杭頭ピンデバイスをそのつど設計して製造する必要があり、その設計や製造、運搬、取付工事は容易ではないし、杭頭部に要求される支圧応力度も著しく増大してしまうから、そのようなことは非現実的である。
【００１４】
また、本実施形態の構造では、各杭頭ピンデバイス１における球座３と蓋体５とを連結部材としての高力ボルト７により連結しているので、全体として十分な引抜耐力も有するものであるが、それら高力ボルト７の向きを仮想の回転中心点Ｏを向くように配置していることにより、これら高力ボルト７に作用する軸力によって杭頭接合部に曲げモーメントが生じてしまうようなこともない。なお、連結部材としては必ずしも高力ボルト７を採用することに限るものではなく、所望の引抜耐力が確保でき、球座３と蓋体５との相対回転を拘束しないものであれば、鉄筋やＰＣ鋼材等の適宜の部材を採用可能である。
【００１５】
また、本実施形態の構造では、四角錐形状の取付架台１５を用いてそれに４台の杭頭ピンデバイス１を一括して取り付けるようにしたことにより、その取付架台１５は各杭頭ピンデバイス１の位置決め治具を兼ねるものとなり、したがって各杭頭ピンデバイス１を個々に位置決めして個々に設置する場合に比べてその作業を高精度かつ容易に行うことができる。なお、後述するように取付架台１５の内側には無収縮モルタルあるいは無収縮コンクリートを充填するので、その際の空気抜きとなる開口部１６を頂部に設けておくと良い。また、図２（ａ）中に鎖線で示している如く四隅部を隅切りして底面形状を八角形状とすることも考えられる。
【００１６】
上記の取付架台１５を用いる場合の施工手順の一例を説明すると、杭２を施工した後、杭頭部の周囲地盤の掘削と、杭頭斫りを行い、杭頭面に取付架台１５を設置し、その取付架台１５に杭頭ピンデバイス１の球座３をボルト締結により固定し、取付架台１５と杭頭面との間に無収縮モルタルあるいは無収縮コンクリートを充填する。あるいは、取付架台１５に予め杭頭ピンデバイス１を取り付けておき、それを杭頭面に設置することでも良い。そして、杭頭ピンデバイス１の上に、基礎４の底型枠を兼ねる取付鋼板１７を被せて蓋体５に対してボルト締結し、その取付鋼板１７の上部において基礎配筋を行った後、コンクリートを打設して基礎４を形成する。以上により、杭２と基礎４との間に杭頭ピンデバイス１を確実強固にしかも容易に精度良く設置することができる。
【００１７】
以上で、本発明の一実施形態を説明したが、本発明はたとえば以下に列挙するような変更や応用が可能である。
【００１８】
本発明において用いる杭頭ピンデバイス１は上記実施形態のものに限らず、球座３と蓋体５との間で軸力を伝達しつつ相対回転を許容し得るものである限りにおいて、その具体的な構成は任意である。そして、いずれにしても本発明の構造では標準的な規格の杭頭ピンデバイス１の設置台数を増減することで全体の軸耐力を調節することができることはもとより、各杭頭ピンデバイス１自体の構成、それらの仮想の回転中心点Ｏの位置の設定（つまり回転半径Ｒの設定）や各杭頭ピンデバイス１の平面的な配列状態、水平面に対する傾斜角度等を調節することによって、杭頭接合部のせん断耐力や曲げモーメントを自由に制御することも可能であり、合理的で汎用性の高い設計が可能である。
【００１９】
杭頭ピンデバイス１や取付架台１５は所要強度が得られるものであればその素材や製法は特に限定されないが、ダクタイル鋳鉄による鋳造により製造することとすれば、通常の構造用鋼材と同等の強度を確保しつつより耐久性に優れ、しかも安価に大量生産することができることから、最適である。
【００２０】
上記実施形態では、仮想の回転中心点Ｏを杭頭接合部の下側に設定して滑り面６を上に凸の仮想球面としたのであるが、図３に示すようにその天地を逆にして、仮想の回転中心点Ｏを杭頭接合部の上側に設定して滑り面６を下に凸の仮想球面とすることでも良い。その場合には上記の取付架台１５を基礎４の底面に設置し、杭頭面には他の取付架台１８を設置すれば良い。いずれにしても基本的には同様に挙動して同等の効果が得られるが、図１のように滑り面６を上に凸の仮想球面とした場合には滑り面において杭頭曲げによる滑り変位と杭頭剪断力による変位が逆方向に生じるのに対し、図３のように滑り面６を下に凸の仮想球面とした場合にはそれらが同方向に生じることになり、したがって図３の場合の方が同等の杭頭曲げに対する滑り変位量がより大きくなり、回転抵抗が小さくなることからよりピン接合に近い構造となるので、この方が好ましいともいえる。
【００２１】
上記実施形態は４台の杭頭ピンデバイス１を用いた場合の例であることから、取付架台１５として四角錐形状のものを用いてその各面に杭頭ピンデバイス１を平面視において同心円上に配置したのであるが、杭頭ピンデバイス１の設置台数はもとよりそれらの配列の形態は任意であるし、それに応じて取付架台１５を最適な形態とすれば良く、取付架台１５が不要であればそれを省略しても差し支えない。あるいは、球座３ないし蓋体５と取付架台１５とを予め一体に成形しておくことも考えられる。
【００２２】
杭頭ピンデバイス１の設置台数が多いような場合、その配列の形態としてたとえば二重ないしそれ以上の多重の同心円上に配列することも考えられる。そのような場合においても、全ての各杭頭ピンデバイス１の滑り面６が仮想の回転中心点Ｏを共有する仮想球面の一部となるようにする必要はあるが、その仮想球面は単一である必要はなく、仮想の回転中心点Ｏを共有する限りにおいて回転半径Ｒの異なる複数の仮想球面を設定しても良く、そのようにしても全体として同様に挙動して同様の効果が得られる。
【００２３】
杭頭接合部に引抜耐力が要求されない場合には、高力ボルト７等の連結部材は省略しても差し支えない。逆に、より大きな引抜耐力が要求される場合には、杭２と基礎４とを直接的に連結することも考えられるが、その場合にはそれらの相対回転を許容し得る構造で連結する必要があり、その一例としてはいわゆる構真柱が好適に採用可能である。すなわち、杭２の施工時に杭芯位置に構真柱を設けてその上端部を基礎４中に一定長さだけ埋設することによりその構真柱によって十分な引抜耐力を確保するとともに、構真柱の基礎４への埋設部（あるいは杭頭部に対する埋設部）に鞘管を装着する等してアンボンド処理を施すことにより、構真柱の側方への相対変位が許容されて杭２と基礎４との相対回転を拘束することがない。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、複数の杭頭ピンデバイスをそれぞれの球座に形成されている滑り面が仮想の回転中心点を共有する仮想球面の一部となるように配置したので、複数の杭頭ピンデバイスが全体として単一の杭頭ピンデバイスを用いた場合と同様に挙動して杭頭部と上部構造体との相対回転を支障なく許容し、したがって杭頭接合部に生じる曲げ応力を低減させてそこでの耐震性を向上させることができることはもとより、全体としての許容軸耐力は個々の杭頭ピンデバイスの許容軸耐力を合算したものとなるから個々の杭頭ピンデバイスの許容軸耐力がさほど大きくなくとも全体として十分な許容軸力を確保でき、高軸耐力が要求される大規模な建築物や構造物に対しても適用することが可能となる。しかも、仮想の回転中心点の位置の設定や、各杭頭ピンデバイスの構成、それらの配列や設置形態等を調節することによって、杭頭接合部のせん断耐力や曲げモーメントを自由に制御することも可能であり、合理的で汎用性の高い設計が可能である。
【００２５】
請求項２の発明は、各杭頭ピンデバイスの球座と蓋体とをそれらの相対回転を許容しつつ引抜耐力を有する連結部材により連結するとともに、各連結部材を仮想の回転中心点に向けて配設したので、十分な引抜耐力を確保できるとともに、連結部材に作用する軸力によって杭頭部に曲げモーメントが生じてしまうようなこともない。
【００２６】
請求項３の発明は、複数の杭頭ピンデバイスを位置決めして装着するための取付架台を杭頭部と上部構造体の少なくともいずれか一方に設置し、その取付架台に対し各杭頭ピンデバイスを水平に対して傾斜配置したので、取付架台が各杭頭ピンデバイスの位置決め治具を兼ねるものとなり、したがって各杭頭ピンデバイスの位置決め作業および設置作業を高精度かつ容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態である杭頭接合部の構造を示す概略構成図である。
【図２】  同、取付架台の例を示す図である。
【図３】  本発明の他の実施形態である杭頭接合部の構造を示す概略構成図である。
【図４】  従来の杭頭ピンデバイスの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  杭頭ピンデバイス
２  杭
３  球座
４  基礎（上部構造体）
５  蓋体
６  滑り面
７  高力ボルト（連結部材）
１５，１８  取付架台
Ｏ  仮想の回転中心点
Ｒ  回転半径
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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