(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造物の構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎とを接合してなる杭基礎構造であって、
上記複数本の杭のうち一部の杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態でその頂面が平らに形成された杭頭部側の凸形支承部とこの凸形支承部に対応させて該支承部よりも大きくその頂面が平らに形成された上部構造物の基礎側の凹形結合部との平らな頂面間に滑り材を介設して、杭頭結合部を水平方向に相対的にすべり移動可能としたローラ支持構造に構成されている一方、
残りの杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態で凸面形または凹面形に形成された杭頭部側の球状支承部の外面とこの球状支承部に対応させて該支承部よりも大きい凹面形または凸面形に形成された球状結合部の内面との間に滑り材を介設して、杭頭結合部を相対的にすべり回転可能としたピン支持構造に構成されていることを特徴とする杭基礎構造。
【請求項２】
上部構造物の構築範囲内に上記ローラ支持構造が配置され、このローラ支持構造の外周側に上記ピン支持構造が配置されている請求の範囲第１項記載の杭基礎構造。
【請求項３】
上部構造体の構築範囲内に上記ローラ支持構造が配置され、このローラ支持構造の内周側に上記ピン支持構造が配置されている請求の範囲第１項記載の杭基礎構造。
【請求項４】
上記上部構造物の基礎の下面と地中地盤の上面との間には上部構造物の基礎を水平方向に移動可能に支持する砕石層が形成されている請求の範囲第１項記載の杭基礎構造。
【請求項５】
上記ローラ支持構造が構成された杭頭部の凸形支承部と上記凹形結合部との間のすべり面及び上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部と上記球状結合部との間のすべり面にはそれぞれコーキング材が封入されている請求の範囲第１項記載の杭基礎構造。
【請求項６】
上記ローラ支持構造が構成された杭頭部の凸形支承部と上記凹形結合部との間のすべり面及び上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部と上記球状結合部との間のすべり面にはそれぞれコーキング材が封入されている請求の範囲第２項記載の杭基礎構造。
【請求項７】
上記ローラ支持構造が構成された杭頭部の凸形支承部と上記凹形結合部との間のすべり面及び上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部と上記球状結合部との間のすべり面にはそれぞれコーキング材が封入されている請求の範囲第３項記載の杭基礎構造。
【請求項８】
上記ローラ支持構造が構成された杭頭部側の凸形支承部の外面および上記凹形結合部の内面並びに上記ピン支持構造が構成された枕頭部の球状支承部の外面および上記球状結合部の内面にはそれぞれ金属製の金具が密着状に嵌合され、これら金具はアンカー材を介して杭頭部および上部構造物の基礎下部に一体連結されている請求の範囲第１項に記載の杭基礎構造。
【請求項９】
上記ローラ支持構造が構成された杭頭部側の凸形支承部の外面および上記凹形結合部の内面並びに上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部の外面および上記球状結合部の内面にはそれぞれ金属製の金具が密着状に嵌合され、これら金具はアンカー材を介して杭頭部および上部構造物の基礎下部に一体連結されている請求の範囲第２項に記載の杭基礎構造。
【請求項１０】
上記ローラ支持構造が構成された杭頭部側の凸形支承部の外面および上記凹形結合部の内面並びに上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部の外面および上記球状結合部の内面にはそれぞれ金属製の金具が密着状に嵌合され、これら金具はアンカー材を介して杭頭部および上部構造物の基礎下部に一体連結されている請求の範囲第３項に記載の杭基礎構造。
【請求項１１】
上記滑り材が、自己潤滑性を有する材料から構成されている請求の範囲第１項記載の杭基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高層建築物などの大型大重量の上部構造物の基礎（フーチング）を支承して該上部構造物の荷重をそれの構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の先端支持杭あるいは摩擦杭を介して地中深層部にまで伝達するように構成される杭基礎構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の杭基礎構造として、従来から一般的に知られているものは、図１１及び図１２に示すように、上部構造物Ａの構築範囲（上部構造物の外形線で示す）内で互いに間隔を隔てて地中地盤Ｂに打設した複数本の先端支持杭あるいは摩擦杭１００（以下、杭と称する）の頭部をそれぞれ上部構造物Ａ側の基礎１０１（以下、フーチングと称する）に埋め込んで剛接合してなる構造である。図１３は、地中地盤Ｂに打設された単位の杭１００とフーチング１０１との接合構造の詳細を示し、杭１００の頭部にフーチング１０１の下端部を載置し、杭鉄筋および中詰めコンクリート補強筋のような鉄筋材１０２とコンクリートにより杭１００とフーチング１０１とを剛接合している。
【０００３】
上記のように杭１００とフーチング１０１とを剛接合してなる杭基礎を上部構造物Ａの構築範囲内に縦横に適宜間隔を隔てて配置した従来一般の杭基礎構造の場合は、地震発生時に地中地盤Ｂ側から伝達される地震動が杭１００の頭部とフーチング１０１との剛接合部を介して上部構造物Ａに入力されることになる。このとき、両者の境界部となる杭頭接合部に剪断力等の応力が集中するだけでなく、杭１００の頭部とフーチング１０１との接合が健全であっても、地中地盤Ｂ中の杭１００に大きな曲げモーメントが発生し、杭頭部とフーチング１０１の接合部及び杭１００が損傷、破損しやすい。このように、杭１００及び杭頭部とフーチング１０１の接合部に損傷、破損が生じると、その復旧工事には非常な困難を伴い、長期間及び莫大な費用を要するという問題がある。
【０００４】
また、上記のような問題点を解消するものとして、例えば特許文献１に記載された滑り構造を採用した杭基礎構造も提案されている。その滑り構造の杭基礎構造は、図１４に示すように、杭１００の上端部から環状に配設した複数の鉄筋材１０３と、これら鉄筋材１０３の横振れを許容する状態で該鉄筋材１０３を囲繞するように配置した鋼管１０４とを上向きに延出し、鋼管１０４の下端部には環状の係止突起１０５を設けて、杭１００の上端部分に埋込み連結する。また、上記鋼管１０４の上端部に天板１０６を溶接固着し、この天板１０６に上記鉄筋材１０３個々の振れを許容する状態に貫通する融通孔１０７を設け、この融通孔１０７を通して天板１０６の上方へ突出する鉄筋材１０３に上部のフーチング１０１を連結し、かつ、天板１０６とフーチング金物１０８との間に滑り材１０９を介装し、この滑り材１０９を介して上記天板１０６上にフーチング１０１を摺動可能に載置した杭基礎構造である。
【０００５】
このような滑り構造を持つ杭基礎構造においては、地震動が作用したとき、鉄筋材１０３が撓み、この撓み時に滑り材１０９によりフーチング１０１が杭１００に対してすべり移動して杭頭接合部に応力が集中することを抑制できるものの、そのすべり量は上記天板１０６に設けられた融通孔１０７の大きさにより規制されており、また、杭１００とフーチング１０１とが鉄筋材１０３で連結されている関係上、過大な地震動が作用した時には剪断力および曲げモーメントを良好に吸収することができず、杭１００頭部とフーチング１０１の接合部に損傷、破損が発生することは避けられず、図１３に示した従来一般の杭基礎構造と同様に、耐震機能、免震機能を十分に確保することができないという問題があった。
【０００６】
〔特許文献１〕
特開平０８−２５９２９０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の背景に鑑みてなされたもので、地震動に伴う杭頭接合部への応力集中及び杭への曲げモーメントを低減して、全体の軽量化及び低コスト化を図りつつ杭頭部接合部及び杭の損傷、破損を防止することができ、しかも、地震後における上部構造物の位置復元性能にも優れた杭基礎構造を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本第１発明に係る杭基礎構造は、上部構造物の構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎とを接合してなる杭基礎構造であって、上記複数本の杭のうち一部の杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態でその頂面が平らに形成された杭頭部側の凸形支承部とこの凸形支承部に対応させて該支承部よりも大きくその頂面が平らに形成された上部構造物の基礎側の凹形結合部との平らな頂面間に滑り材を介設して、杭頭結合部を水平方向に相対的にすべり移動可能としたローラ支持構造に構成されている一方、残りの杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態で凸面形または凹面形に形成された杭頭部側の球状支承部の外面とこの球状支承部に対応させて該支承部よりも大きい凹面形または凸面形に形成された球状結合部の内面との間に滑り材を介設して、杭頭結合部を相対的にすべり回転可能としたピン支持構造に構成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本第２発明に係る杭基礎構造は、上部構造物の構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎とを接合してなる杭基礎構造であって、上記複数本の杭のうち一部の杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、鉄筋材とコンクリートによる剛接合構造に構成されている一方、残りの杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態でその頂面が平らに形成された杭頭部側の凸形支承部とこの凸形支承部に対応させて該支承部よりも大きくその頂面が平らに形成された上部構造物の基礎側の凹形結合部との平らな頂面間に滑り材を介設して、杭頭結合部を水平方向に相対的にすべり移動可能としたローラ支持構造に構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本第３発明に係る杭基礎構造は、上部構造物の構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎とを接合してなる杭基礎構造であって、上記複数本の杭のうち上記上部構造物の構築範囲の中央側に位置する杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、鉄筋材とコンクリートによる剛接合構造に構成されている一方、上記構築範囲の外周側に位置する杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態で凸面形または凹面形に形成された杭頭部側の球状支承部の外面とこの球状支承部に対応させて該支承部よりも大きい凹面形または凸面形に形成された球状結合部の内面との間に滑り材を介設して、杭頭結合部を相対的にすべり回転可能としたピン支持構造に構成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施例１について説明する。図１及び図２に示すように、上部構造物Ａの構築範囲（上部構造物の外形線で示す）内で互いに間隔を隔てて地中地盤Ｂに打設した複数本の先端支持杭あるいは摩擦杭１（以下、杭と称する）のうち、上記構築範囲の外周側に位置する杭１の頭部と上部構造物Ａ側のフーチング２との接合構造として、図２中に斜線入り丸印で示すピン支持構造Ｘを採用する一方、上記構築範囲の中央側は、図２中に角印で示すローラ支持構造Ｙを採用している。
【００１２】
上記ローラ支持構造Ｙは図３に明示するように構成されている。すなわち、長尺な鉄筋コンクリート製の杭１の頭部に地中地盤Ｂの上面よりも上方へ突出する状態でその頂面が平らな円柱状の凸形支承部３を形成している。この杭頭部の凸形支承部３の外面には、それに対応する凸座形状の金属（主として鉄）製の杭金具４が密着状に嵌合されているとともに、この杭金具４の内面と上記杭１の頭部とは複数の鉄製定着用アンカー材５を介して一体に固定連結されている。
【００１３】
上記地中地盤Ｂの上面にはモルタル座６と、フーチング２を水平方向に移動可能に支持する砕石層７とが積層形成されており、この砕石層７および上記杭１の頭部に載置される鉄筋コンクリート製のフーチング２の下部で上記杭１の頭部に対応する箇所には、上記凸形支承部３に対応させて該支承部３よりも大径でその頂面が平らなシリンダ状の凹形結合部９が形成されている。
【００１４】
上記フーチング２は杭１に鉄筋で連結されてなく、杭１に対して構造的に分離されており、このフーチング２下部の凹形結合部９の内面には、それに対応する四座形状の金属（主として鉄）製のフーチング金具１０が密着状に嵌合されているとともに、このフーチング金具１０の外面とフーチング２下部とは複数の鉄製定着用アンカー材１１を介して一体に固定連結されている。
【００１５】
そして、上記杭１側の凸形支承部３に嵌合固定の杭金具４と上記フーチング２側の凹形結合部９内に嵌合固定のフーチング金具１０との平らな頂面間に滑り材１２を介設して、杭頭結合部が水平方向に相対的にすべり移動可能なローラ支持構造に構成されているとともに、これら杭１側の凸形支承部３とフーチング２側の凹形結合部９との間のすべり面（滑り材１２の介設箇所以外のクリアランス部分）にコーキング材１３を封入させた構造としている。
【００１６】
ここで、上記滑り材１２としては、フッ素樹脂やポリエチレン樹脂等の樹脂シートを接着接合したもの、或いはフッ素樹脂やポリエチレン樹脂をコーティングして用いる。また、上記樹脂シートのすべり面にカーボン材やモリブデン材等の固体潤滑材を塗布してもよい。いずれにしても滑り材１２としては自己潤滑性を有する材料が用いられる。また、上記コーキング材１３としては、シーラント材やゴムパッキン等の止水機能、振動吸収機能に優れた材料を用いることが好ましい。
【００１７】
一方、上記ピン支持構造Ｘは図４に明示するように構成されている。すなわち、鉄筋コンクリート製杭１の頭部に地中地盤Ｂの上面よりも上方へ突出する状態でその頂面を球面とした凸面形の球状支承部２３が形成され、この球状支承部２３の外面にそれに対応する凸座形状の杭金具２４が嵌合されており、この杭金具２４の内面と上記杭１の頭部とは複数の鉄製定着用アンカー材２５を介して一体に固定連結されているとともに、鉄筋コンクリート製フーチング２の下部に上記杭１頭部の上記凸面形球状支承部２３に対応させて該支承部２３よりも大径でその頂面を球面とした凹面形の球状結合部２９が形成され、この球状結合部２９の内面にそれに対応する凹座形状のフーチング金具３０が密着状に嵌合されており、このフーチング金具３０の外面とフーチング２下部とは複数の鉄製定着用アンカー材２１を介して一体に固定連結されている。
【００１８】
そして、杭１側の杭金具２４と上記フーチング２側のフーチング金具３０との上下に対向する球面間に滑り材３２を介設して、杭頭結合部を相対的にすべり回転可能なピン支持構造に構成されているとともに、これら杭１側の凸面形球状支承部２３とフーチング２側の球状結合部２９との間のすべり面（滑り材３２の介設箇所以外のクリアランス部分）にコーキング材３３を封入させた構造としている。
【００１９】
なお、このピン支持構造Ｘも、地中地盤Ｂの上面とフーング２の下部との間にモルタル座６及び砕石層７が形成されており、また、滑り材３２及びコーキング材３３は上記ローラ支持構造Ｙと同様な材料が用いられている。
【００２０】
上記したように、上部構造物Ａの構築範囲の中央側にはフーチング２下部と杭１頭部とが左右・前後の水平二次元方向（図３矢印ａ方向およびクロス・ドット方向）に相対的にすべり移動可能なローラ支持構造Ｙを配置し、かつ、その外周側にはフーチング２下部と杭１頭部とが球状支承部２３および球状結合部２９に沿って全方向（図４の矢印ｂ方向）に相対的にすべり回転可能なピン支持構造Ｘを配置した複合構成の杭基礎構造を採用することによって、地震動のうちの水平分力は、主としてローラ支持構造Ｙのすべり作用により吸収させて、杭頭接合部への応力集中及び地中地盤Ｂに打設された杭１に発生する曲げモーメントを低減することが可能となる一方、地震動等の大きな外力の作用に伴う上部構造物Ａの回転は、ピン支持構造Ｘにより拘束することが可能となる。また、ピン支持構造Ｘの存在によって地震後における上部構造物Ａの位置復元性能も確保することが可能である。
【００２１】
その結果、地震等の大きな外力作用時にあっても杭１頭部及びフーチング２が損傷したり、破損することを防止して、耐震機能および免震機能を十分に確保することができる。これによって、杭１およびフーチング２に用いられる鉄筋の配筋量の低減が図れ、杭基礎構造全体の軽量化とともに施工性の向上およびコストの低減を図ることができる。
【００２２】
また、水平分力を吸収する働きを有するローラ支持構造Ｙ及びピン支持構造Ｘのフーチング２の下面側には砕石層７が形成されていることから、杭基礎構造が地中地盤Ｂに対して絶縁されることになり、免震効果の発揮によって上部構造物Ａの地震力および横揺れを大幅に低減させて居住性の向上を図り得るとともに、上部構造物Ａの損傷防止効果を一層高めることができる。
【００２３】
さらに、上記杭１頭部の凸形支承部３と上記フーチング２下部の凹形結合部９との間のすべり面及び杭１側の凸面形球状支承部２３とフーチング２側の球状結合部２９との間のすべり面にはそれぞれコーキング材１３及び３３が封入された構成であるから、これらコーキング材１３，３３により振動吸収機能を高めるとともに、すべり面に外部から水などが侵入することを防止することができ、これによって、杭金具４，２４、フーチング金具１０，３０などの構成材料としての鋼材の腐蝕および滑り材１２，３２の劣化の低減が図れ、すべり移動性能を長年月に亘って円滑かつ安定のよいものに維持することができる。
【００２４】
なお、上記実施例１の杭基礎構造では、上部構造物Ａの構築範囲の外周側にピン支持構造Ｘが、かつ、中央側にローラ支持構造Ｙを配置した複合構成のものについて説明したが、これは上部構造物Ａが平面視ほぼ方形で、かつ、その重心が構築範囲の中央部に位置するような場合に好適である一方、上部構造物Ａが平面視ほぼ方形で、かつ、図面上の左右で重量が異なり、重心位置が重量の大きい側に偏っている形態の場合には、図５に示すように、上部構造物Ａの構築範囲内で重量の大きい側の構造物領域部Ａ１と重量の小さい側の構造物領域部Ａ２とでローラ支持構造Ｙの配置を変え、それら両領域部Ａ１，Ａ２のローラ支持構造Ｙの外周を取り囲むようにピン支持構造Ｘを配置した複合構成とすることが望ましい。
【００２５】
また、上部構造物Ａが平面視で略Ｌ型に屈曲しているような大型のものである場合は、図６に示すように、屈曲部の一方側の構造物領域部Ａ３と他方側の構造物領域部Ａ４とでローラ支持構造Ｙの配置及び数に変化をつけ、それら各構造物領域部Ａ３，Ａ４のローラ支持構造Ｙの外周をそれぞれ取り囲むようにピン支持構造Ｘを配置した複合構成とすることが望ましい。
【００２６】
さらに、上記実施例１の杭基礎構造とは逆に、図７に示すように、上部構造物Ａの構築範囲の外周側にローラ支持構造Ｙを配置し、かつ、中央側にピン支持構造Ｘを配置した複合構成を採用しても、上記とほぼ同等な作用及び効果を奏するものである。
【００２７】
図８は本発明の実施例２を示す。この実施例２の杭基礎構造は、上部構造物Ａの構築範囲の外周側に位置する杭１の頭部と上部構造物Ａ側のフーチング２との接合構造として、図８中に白抜き丸印で示す剛接合構造Ｚを採用する一方、上記構築範囲の中央側は、図８中に角印で示すローラ支持構造Ｙを採用している。
【００２８】
上記剛接合構造Ｚは図１３に明示したものと同様に、杭１００（１）の頭部にフーチング１０１（２）の下端部を載置し、杭鉄筋および中詰めコンクリート補強筋のような鉄筋材１０２（１５）とコンクリートにより杭１００（１）とフーチング１０１（２）とを剛接合してなるものである。ここで、括弧付きの符号は実施例２の剛接合構造Ｚにおける構成要素である。また、上記ローラ支持構造Ｙは図３に明示したものと同様であり、その構成の詳細な説明は省略する。
【００２９】
上記のように、上部構造物Ａの構築範囲の中央側にはフーチング２下部と杭１頭部とが鉄筋材１５及びコンクリートを介して剛接合させてなる剛接合構造Ｚを配置し、かつ、その外周側にはフーチング２下部と杭１頭部とを左右・前後の水平二次元方向（図３矢印ａ方向およびクロス・ドット方向）に相対的にすべり移動可能なローラ支持構造Ｙを配置した複合構成の杭基礎構造を採用することによって、地震発生時に地中地盤Ｂ側から伝達される地震動等の外力が上部構造物Ａに作用したとき、中央側よりも大きく移動する上部構造物Ａの外周側の水平移動及び回転を剛接合構造Ｚで規制することによって通常時に上部構造物Ａに交通振動や風荷重などの比較的小さい外力が作用する程度では上部構造物Ａが不必要に揺れ動くことによる居住性の悪化を防ぎつつ、地震動等に伴い大きな水平分力が作用したときは、ローラ支持構造Ｙのすべり作用によりその水平分力を吸収させて杭頭接合部への応力集中及び杭１に発生する曲げモーメントを低減することが可能となり、地震動等の大きな外力作用時における杭頭接合部及び杭１自体の損傷、破損を防止することができるとともに、優れた免震機能を発揮させることができる。
【００３０】
なお、上記実施例２の杭基礎構造では、上部構造物Ａの構築範囲の外周側に剛接合構造Ｚが、かつ、中央側にローラ支持構造Ｙを配置した複合構成のものについて説明したが、これとは逆に、図９に示すように、上部構造物Ａの構築範囲の外周側にローラ支持構造Ｙが、かつ、中央側に剛接合構造Ｚを配置した複合構成を採用しても、上記とほぼ同等な作用及び効果を奏するものである。
【００３１】
また、上部構造物Ａの平面形態がほぼ矩形であっても、重心位置が中央から一方側に偏っているような場合、あるいは、上部構造物Ａの平面形態が略Ｌ型に屈曲しているような大型のものである場合は、それぞれの形態に対応してローラ支持構造Ｙを図５や６に示したように配置し、それらローラ支持構造Ｙの外周を取り囲むように剛接合構造Ｚを配置した複合構成とすることが望ましい。
【００３２】
図１０は本発明の実施例３を示す。この実施例３の杭基礎構造は、上部構造物Ａの構築範囲の中央側に位置する杭１の頭部と上部構造物Ａ側のフーチング２との接合構造として、図１０中に白抜き丸印で示す剛接合構造Ｚを採用する一方、上記構築範囲の外周側は、図１０中に斜線入り丸印で示すピン支持構造Ｘを採用している。
【００３３】
上記剛接合構造Ｚは実施例２の図１３に明示したものと同様に、杭１の頭部にフーチング２の下端部を載置し、杭鉄筋および中詰めコンクリート補強筋のような鉄筋材１５とコンクリートにより杭１とフーチング２とを剛接合してなるものである。
また、上記ピン支持構造Ｘは図４に明示したものと同様であり、その構成の詳細な説明は省略する。
【００３４】
上記のように、上部構造物Ａの構築範囲の中央側にはフーチング２下部と杭１頭部とが鉄筋材１５及びコンクリートを介して剛接合させてなる剛接合構造Ｚを配置し、かつ、その外周側にはフーチング２下部と杭１頭部とが球状支承部２３および球状結合部２９に沿って全方向（図４の矢印ｂ方向）に相対的にすべり回転可能なピン支持構造Ｘを配置した複合構成の杭基礎構造を採用することによって、地震発生時に地中地盤Ｂ側から伝達される地震動等の外力が上部構造物Ａに作用したときの上部構造物Ａの回転を剛接合構造Ｚにより規制しつつ、地震動等によって一定以上の外力が作用したときは、ピン支持構造Ｘのすべり回転によって応力を開放させて杭頭接合部への応力集中及び杭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となり、杭頭接合部及び杭１自体の損傷、破損を防止することができる。また、地中地盤Ｂの水平移動に伴い上部構造物Ａの重心が移動することで、剛接合構造Ｚを採用した杭１に撓みが発生するとともに、杭頭部を中心とする上部構造物Ａの上下運動が発生し、この箇所にピン支持構造Ｘが採用されていることにより、地震後における上部構造物Ａの位置復元性能を非常に優れたものとすることができる。
【００３５】
上記実施例１および３では、ピン支持構造Ｘとして、杭１頭部の球状支承部２３を凸面形に形成し、フーチング２下部の球状結合部２９を凹面形に形成したもので説明したが、これとは逆の構成、つまり、杭１頭部の球状支承部２３を凹面形に形成し、フーチング２下部の球状結合部２９を凸面形に形成しても、ピン支持構造Ｘとして上記と同様な作用および効果を奏するものである。
【００３６】
以上のように、この発明による杭基礎構造は、フーチングを支承して上部構造物の荷重を地盤の深層部に伝達する杭の頭部の支承部とフーチング下部の結合部との間に、ローラ支3持構造とピン支持構造、剛接合構造とローラ支持構造または剛接合構造とピン支持構造の複合構成を採用することによって、地震動に伴う杭頭接合部への応力集中及び杭への曲げモーメントを低減して、全体の軽量化及び低コスト化を図りつつ杭頭部接合部及び杭の損傷、破損を防止することができ、また、地震後の上部構造物の位置復元性能の向上が図れるようにした技術である。
【００３７】
【発明の効果】
このような構成の本第１発明によれば、地震発生時に地中地盤側から伝達される地震動が複数本の杭からそれら杭頭部におけるローラ支持構造及びピン支持構造の支承部を介して上部構造物に入力される。このとき、地震動のうちの水平分力は、主として杭頭部側に形成の凸形支承部と基礎側に形成の凹形結合部の互いに対向する平らな頂面間に滑り材を介設させたローラ支持構造のすべり作用により吸収されることになり、杭頭接合部への応力集中及び地中地盤に打設された杭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となる。一方、上部構造物に地震動等の大きな外力が作用した時に該上部構造物は回転しやすくなるが、この上部構造物の回転は、杭頭部側に形成の球状支承部の外面とこの球状支承部に対応させて基礎側に形成の球状結合部の内面との間に滑り材を介設させたピン支持構造により拘束することが可能となる。また、ピン支持構造の存在によって地震後における上部構造物の位置復元性能も確保することが可能である。
【００３８】
上記のように、複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎との接合部として、水平方向の揺れの吸収性能に優れたローラ支持構造と垂直方向の揺れの吸収性能及び回転抑制性能に優れたピン支持構造との複合構成を採用することで、地震動等の大きな外力作用時における杭頭接合部及び杭自体の損傷、破損を防止することができ、これによって、杭及び基礎に用いられる鉄筋の配筋量の低減を可能にして、杭基礎構造全体の軽量化及びコスト低減を達成することができるとともに、優れた免震機能を発揮させることができるといった効果を奏する。
【００３９】
このような複合構成の杭基礎構造において、特に、上部構造物の構築範囲内にローラ支持構造を配置し、このローラ支持構造の外周側にピン支持構造を配置した構成とする場合は、地震動等の外力の作用時において上部構造物の水平方向のすべり移動を許容するローラ支持構造で支持されている箇所よりも水平方向の移動量が大きくなるローラ支持構造の外周側の上部構造物部分の水平移動がピン支持構造で規制されるために、地震後における位置復元性能を一層高めることができる。
【００４０】
このような構成の本第２発明においても、地震発生時に地中地盤側から伝達される地震動等の外力が上部構造物に作用したときの上部構造物の回転は杭頭部と基礎との剛接合構造により規制しつつ、地震動等によって大きな水平分力が作用したときは、ローラ支持構造のすべり作用によりその水平分力を吸収させて杭頭接合部への応力集中及び杭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となり、地震動等の大きな外力作用時における杭頭接合部及び杭自体の損傷、破損を防止することができるとともに、優れた免震機能を発揮させることができるといった効果を奏する。
【００４１】
このような剛接合構造とローラ支持構造との複合構成の杭基礎構造においては、上部構造物の構築範囲内にローラ支持構造を配置し、このローラ支持構造の外周側に上記剛接合構造を配置した構成、あるいは、上部構造物の構築範囲内にローラ支持構造を配置し、このローラ支持構造の内周側に上記剛接合構造を配置した構成のいずれであってもよいが、特に、前者の構成とすることが望ましい。すなわち、前者の構成による場合は、地震動等の外力の作用時において上部構造物の水平方向のすべり移動を許容するローラ支持構造で支持されている箇所よりも水平方向の移動量が大きくなるローラ支持構造の外周側の上部構造物部分の水平移動が剛接合構造で規制されるために、通常時において上部構造物に交通振動や風荷重などの比較的小さい外力が作用する程度で上部構造物が不必要に揺れ動くことによる居住性の悪化を防ぎつつ、地震動等の大きな外力が作用したときには杭頭接合部及び杭自体の損傷、破損防止機能を十分に発揮させることができる。
【００４２】
このような構成の本第３発明においても、地震発生時に地中地盤側から伝達される地震動等の外力が上部構造物に作用したときの上部構造物の回転は杭頭部と基礎との剛接合構造により規制しつつ、地震動等によって一定以上の外力が作用したときは、ピン支持構造のすべり回転によって応力を開放させて杭頭接合部への応力集中及び杭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となり、杭頭接合部及び杭自体の損傷、破損を防止することができる。また、地中地盤の水平移動に伴い上部構造物の重心が移動することで、剛接合構造を採用した杭に撓みが発生するとともに、杭頭部を中心とする上部構造物の上下運動が発生し、この箇所にピン支持構造を採用することにより、地震後における上部構造物の位置復元性能を非常に優れたものとすることができるといった効果を奏する。
【００４３】
上記構成の本第１発明ないし本第３発明の杭基礎構造において、上記杭頭部の支承部と上記基礎側の結合部との間のすべり面にコーキング材を封入する構成を採用することによって、上記杭頭部の支承部と基礎側の結合部とのすべり面に封入されているコーキング材により振動吸収機能を高めるとともに、すべり面に外部から水などが侵入することを防止することができ、これによって、構成材料としての鋼材の腐蝕の低減および滑り材の劣化の低減が図れ、すべり材によるすべり移動やすべり回転性能を長年月に亘って円滑かつ安定のよいものに維持することができるという効果を奏する。
【００４４】
また、上記構成の本第１発明ないし本第３発明の杭基礎構造において、上記杭頭部の支承部の外面および基礎側の結合部の内面にそれぞれ金属製の金具を密着状に嵌合し、これら金具をアンカー材を介して杭頭部および基礎下部に一体連結する構成とすることによって、杭頭部および基礎の損傷、破損を確実に防止しつつ、所定のすべり移動機能、すべり回転機能の円滑化、安定化を図ることができるという効果を奏する。
【００４５】
さらに、上記構成の本第１発明ないし本第３発明の杭基礎構造において、上記滑り材として、自己潤滑性を有する材料から構成したものを用いることによって、施工から長期間経過後に初めて地震等の外力が作用した場合であっても、所定のすべり移動機能、すべり回転機能を確実に発揮させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における杭基礎構造を示す全体概略側面図
【図２】図１の概略平面図
【図３】実施例１による杭基礎構造の要部の拡大縦断面図
【図４】実施例１による杭基礎構造の要部の拡大縦断面図
【図５】実施例１による杭基礎構造の変形例を示す全体概略平面図
【図６】実施例１による杭基礎構造の変形例を示す全体概略平面図
【図７】実施例１による杭基礎構造の変形例を示す全体概略平面図
【図８】本発明の実施例２における杭基礎構造を示す全体概略平面図
【図９】実施例２による杭基礎構造の変形例を示す全体概略平面図
【図１０】実施例３による杭基礎構造を示す全体概略平面図
【図１１】従来一般の杭基礎構造を示す全体概略側面図
【図１２】図１１の概略平面図
【図１３】従来一般の杭基礎構造の要部の拡大縦断面図
【図１４】従来から既に提案されている杭基礎構造を示す要部の拡大縦断面図
【符号の説明】
１          杭
２          フーチング
１２        滑り材
３２        滑り材
Ａ          上部構造物
Ｘ          ピン支持構造
Ｙ          ローラ支持構造
Ｚ          剛接合構造
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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