(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持杭の杭頭部に設けた鉄骨部材と、構造物の下端部に設けた鉄骨部材とが突き合わされ、杭頭部と構造物との間に隙間が設けられており、突き合わされた前記上下の鉄骨部材は、鉛直方向の引張応力によって塑性変形するエネルギー吸収部材で連結され曲げモーメントに対する塑性ヒンジが構成されていることを特徴とする、支持杭と構造物との接合構造。
【請求項２】
支持杭の杭頭部に設けた鉄骨部材と、構造物の下端部に設けた鉄骨部材とのいずれか一方の鉄骨部材の端部に、タイバンドが当該鉄骨部材を取巻く配置に固定して設けられ、他方の鉄骨部材の端部は前記タイバンドの内側へ差入れられて上下の鉄骨部材が突き合わされ、杭頭部と構造物との間に隙間が設けられており、突き合わされた前記上下の鉄骨部材は、前記タイバンドと前記他方の鉄骨部材とが鉛直方向の引張応力によって塑性変形するエネルギー吸収部材で連結され曲げモーメントに対する塑性ヒンジが構成されていることを特徴とする、支持杭と構造物との接合構造。
【請求項３】
上下の鉄骨部材のいずれか一方の鉄骨部材の端部に軸方向の凸部が設けられ、他方の鉄骨部材の端部に軸方向の凹部が設けられており、前記凸部と凹部とをはめ合わせて前記上下の鉄骨部材の端部が突き合わされていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した支持杭と構造物との接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、支持杭の杭頭部と構造物との接合構造の技術分野に属し、更に云えば、支持杭の杭頭部と構造物とを、両者の間に好適な隙間を設けて、塑性ヒンジを構成する鉄骨部材で連結することにより、当該杭頭部と構造物との接合部に生じる曲げモーメントを効果的に低減できる、支持杭と構造物との接合構造に関する。
【０００２】
【従来技術】
地震や風などにより、支持杭や、建物などの構造物には水平力が作用する。通常、支持杭の杭頭部と、構造物の基礎梁あるいはマットスラブ、フーチングとは、鉄筋等で緊結されて剛接合されている。その結果、前記水平力が作用することに伴い、前記杭頭部と構造物との接合部に曲げモーメントが生じる。
【０００３】
当該接合部に生じる曲げモーメントを低減する技術として、従来、
（１）支持杭の杭頭部と構造物の基礎梁部分とを、両者の間に隙間を設けた状態で、前記杭頭部より曲げ剛性の小さな柱部材を介して接合した構成とすることにより、当該接合部に生じる曲げモーメントを低減していた（例えば、特許文献１〜３参照）。前記杭頭部より曲げ剛性の小さな柱部材としては、鉄の塊や、コンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）、或いは鉄筋コンクリート（ＲＣ）柱、鉄骨鉄筋コンクリート（ＳＲＣ）柱、Ｈ形鋼柱を用いて実施していた。
【０００４】
（２）鋼管杭とフーチングとを、両者の間に隙間を設けた状態で接合部鋼管を介して接合し、当該隙間部分に従来地盤より剛性を高めた地盤を充填することにより、当該接合部に生じる曲げモーメントを低減していた（例えば、特許文献４〜６参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１０４３３６号公報
【特許文献２】
特開２０００−１４４９０４号公報
【特許文献３】
特開２０００−２８２４８４号公報
【特許文献４】
特開２００１−１５９１４２号公報
【特許文献５】
特開２００２−４２９８号公報
【特許文献６】
特開２００２−５４１５８号公報
【０００６】
【本発明が解決しようとする課題】
上記従来技術（１）について、上記柱部材は、杭頭部に作用するせん断力や軸力を十分に負担できる断面にして実施すると、柱の断面が大きくなる。これに伴い、柱部材の曲げ耐力が高くなるため、杭頭部の曲げモーメントを低減するには、杭頭部と構造物との隙間を非常に大きくしなければならず、そうすると構造自体が不安定で有害な変形が残り易くなり、実用的ではなかった。一方、柱部材の断面を小さくすると、軸力（圧縮応力および引張応力）やせん断力に耐えられないという問題があった。
【０００７】
上記従来技術（２）について、鋼管杭とフーチングとの接合構造自体に何の工夫も施されておらず、接合部に生じる曲げモーメントを低減する手法が二次的でであり、手間とコストが嵩み、改良の余地が残されていた。
【０００８】
本発明の目的は、支持杭の杭頭部と構造物とを、両者の間に好適な隙間を設けて、塑性ヒンジを構成する鉄骨部材で連結することにより、曲げモーメントを効果的に低減できる、支持杭と構造物との接合構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る支持杭と構造物との接合構造は、
支持杭の杭頭部に設けた鉄骨部材と、構造物の下端部に設けた鉄骨部材とが突き合わされ、杭頭部と構造物との間に隙間が設けられており、突き合わされた前記上下の鉄骨部材は、鉛直方向の引張応力によって塑性変形するエネルギー吸収部材で連結され曲げモーメントに対する塑性ヒンジが構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載した発明に係る支持杭と構造物との接合構造は、
支持杭の杭頭部に設けた鉄骨部材と、構造物の下端部に設けた鉄骨部材とのいずれか一方の鉄骨部材の端部に、タイバンドが当該鉄骨部材を取巻く配置に固定して設けられ、他方の鉄骨部材の端部は前記タイバンドの内側へ差入れられて上下の鉄骨部材が突き合わされ、杭頭部と構造物との間に隙間が設けられており、突き合わされた前記上下の鉄骨部材は、前記タイバンドと前記他方の鉄骨部材とが鉛直方向の引張応力によって塑性変形するエネルギー吸収部材で連結され曲げモーメントに対する塑性ヒンジが構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載した支持杭と構造物との接合構造に
おいて、上下の鉄骨部材のいずれか一方の鉄骨部材の端部に軸方向の凸部が設けられ、他方の鉄骨部材の端部に軸方向の凹部が設けられており、前記凸部と凹部とをはめ合わせて前記上下の鉄骨部材の端部が突き合わされていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施形態及び実施例】
図１は、請求項１に記載した支持杭１と構造物２との接合構造の実施形態を示している。
【００１３】
支持杭１の杭頭部１ａに所要の長さだけ挿入して設けた、当該杭頭部１ａより小径の鉄骨部材３ｂと、構造物２の下端部に所要の長さだけ挿入して設けた鉄骨部材３ａとが一連に突き合わされて、杭頭部１ａと構造物２との間に隙間Ｈが設けられている。前記突き合わされた上下の鉄骨部材３ａ、３ｂは、鉛直方向の引張応力によって塑性変形するエネルギー吸収部材４で連結され曲げモーメントに対する塑性ヒンジが構成されている（請求項１記載の発明）。
【００１４】
前記支持杭１は、鋼管杭、鉄筋コンクリート杭などの所謂支持杭１であればよく、杭の種類は特に限定されない。
【００１５】
前記構造物２は、具体的には構造物の基礎梁２を示しているが、これに限定されず、マットスラブやフーチングなどでもほぼ同様に実施できる。
【００１６】
前記上下の鉄骨部材３ａ、３ｂは、横断面が同形同大の方形状の角形鋼管柱で実施されており、上位の鉄骨部材３ａの上端部は構造物２の下端部に、コンクリート等の定着手段で強固に定着され、下位の鉄骨部材３ｂの下端部は杭頭部１ａにやはり、コンクリート等の定着手段で強固に定着されている。なお、前記鉄骨部材３ａ、３ｂは、角形鋼管柱には限定されず、図４Ａ、Ｂに示したように、円形鋼管柱やＨ形鋼柱などでもほぼ同様に実施できる。
【００１７】
上位の鉄骨部材３ａの下端面３ｃは、図２に示したように、下位の鉄骨部材３ｂの上端面３ｃへ浮き上がり可能な当接状態（メタルタッチ）に接続され、圧縮応力は鉄骨部材３ａ、３ｂの柱断面３ｃ、３ｃ間で伝達し、引張応力は上位の鉄骨部材３ａの浮き上がり効果及びエネルギー吸収部材４として使用する鋼板４によってそのエネルギーを吸収可能に構成されている。水平力（せん断力）にはエネルギー吸収部材４として使用する鋼板４の強度、剛性によって抵抗する。
【００１８】
なお、図示例では、上下の鉄骨部材３ａ、３ｂをそれぞれほぼ同じ長さだけ突き出して前記隙間Ｈ部分のほぼ中央で当接した構成で実施しているが、当接位置はこれに限定されず、隙間Ｈ部分の上方で当接した構成で実施してもよいし、下方で当接した構成で実施してもよい。
【００１９】
前記エネルギー吸収部材４として使用する鋼板４は、図３に示したように、鉄骨部材（角形鋼管柱）３ａ、３ｂの四方に１枚ずつ計４枚配置され、その上端部（上半分）の一側面を前記上位の鉄骨部材３ａの下端部へ当接し、溶接等の接合手段で直接接合され、下端部（下半分）の一側面を前記下位の鉄骨部材３ｂの上端部へ当接し、溶接等の接合手段で直接接合されている。
【００２０】
なお、本実施形態では、エネルギー吸収部材４として、普通の鋼材より成る鋼板４を使用しているが、これに限定されず、極抵降伏点鋼や低降伏点鋼等の履歴ダンパーを使用してももちろん実施できる。前記極低降伏点鋼を使用する際に溶接による降伏応力度の上昇が懸念される場合には、溶接熱の影響のない領域を変形長さとすると共に、座屈による性能劣化をしない長さに設計することに留意する。
【００２１】
前記鋼板４の形状、配置、及び使用する枚数は図示例に限定されない。構造設計上必要なせん断力を負担できる強度を得ることができることを条件に、鉄骨部材３ａ、３ｂの形状等に応じてフレキシブルに変更可能である。例えば、前記鉄骨部材３ａ、３ｂが円形鋼管柱の場合には、図４Ａに示したように、当該円形鋼管柱３ａ、３ｂの外周にぴったり重なり合う曲率の鋼板４を必要枚数（図示例では４枚）用いて溶接等の接合手段で直接接合して実施する。前記鉄骨部材３ａ、３ｂがＨ形鋼柱の場合には、図４Ｂに示したように、当該Ｈ形鋼柱のフランジ部の外側面とウエブ部の両側面とに計４枚の鋼板４を溶接等の接合手段で直接接合して実施する。
【００２２】
従って、地震時の水平力（せん断力）は、エネルギー吸収部材４として使用する鋼板４の強度及び剛性により抵抗し、上下の鉄骨部材３ａ、３ｂの接続状態は安定に保持される。また、引張応力が作用した場合には、上位の鉄骨部材３ａの浮上がりと、それに伴うエネルギー吸収部材４として使用する鋼板４の塑性変形とにより、地震エネルギーを吸収して過大な変形を抑制する。したがって、上位の鉄骨部材３ａの復元時に衝撃的な騒音を発生する虞はない。更に、杭頭部１ａと構造物２との接合部に曲げモーメントを受けると、当該上下の鉄骨部材３ａ、３ｂの当接部分のエネルギー吸収部材４として使用する鋼板４が曲げモーメントに対する塑性ヒンジを構成するので、当該接合部に生じる曲げモーメントを低減でき、ひいては建物等の構造物２に作用する地震応答を低減することができる。
【００２３】
図５と図６は、請求項２に記載した発明に係る支持杭１と構造物２との接合構造の実施形態を段階的に示している。この実施形態は、上述した図１〜図４に係る実施形態と比して、前記エネルギー吸収部材４のみでは構造設計上せん断力を負担するのが難しい場合等に、せん断耐力を向上させるために好適に実施されるものである。
【００２４】
図５Ａ〜Ｃは、上下に接合される鉄骨部材３ａ、３ｂのうち、下位の鉄骨部材３ｂの上端部に、当該接合部に作用するせん断力に耐える強度及び剛性のタイバンド５を同柱３ｂの外周を取り巻く配置に環状に設けた状態を示す。ちなみに、図５Ａは角形鋼管柱を示し、図５Ｂは円形鋼管柱を示し、図５ＣはＨ形鋼柱を示している。前記タイバンド５もそれぞれ鋼製であり、溶接等の接合手段で、下位の鉄骨部材３ｂに固定されている。
【００２５】
上位の鉄骨部材３ａの下端部は、前記タイバンド５の内側へそれぞれ差入れられ、下位の鉄骨部材３ｂの上端面へ浮き上がり可能な当接状態（メタルタッチ）に接続されている（符号３ｃが当接位置を示す）。
【００２６】
なお、本実施形態では、前記タイバンド５を下位の鉄骨部材３ｂの上端部に設けて実施しているが、図６Ｃに示したように、上位の鉄骨部材３ａの下端部に設けてもほぼ同様に実施できる。
【００２７】
図６Ａ〜Ｃは、上記のように当接状態に接続した上下の鉄骨部材３ａ、３ｂについて、前記タイバンド５と上位の鉄骨部材３ａとが鉛直方向の引張応力によって塑性変形するエネルギー吸収部材４で連結した状態を示す（以上、請求項２記載の発明）。ちなみに、図６Ａ〜Ｃに使用されている鉄骨部材３ａ、３ｂはすべて、角形鋼管柱で実施した場合を示している。
【００２８】
具体的に、図６Ａは、上下の鉄骨部材３ａ、３ｂをそれぞれほぼ同じ長さだけ突き出して前記隙間Ｈ部分のほぼ中央で当接した状態を示しており、前記タイバンド５を下位の鉄骨部材３ｂの上端部に設け、エネルギー吸収部材４として使用される鋼板４を４枚用い、その上端部４ａは上位の鉄骨部材３ａへ溶接で接合され、同下端部４ｂは前記タイバンド５の上端面へ溶接で接合されている。
【００２９】
図６Ｂは、上位の鉄骨部材３ａを長く、下位の鉄骨部材３ｂを短く突き出して前記隙間Ｈ部分の下方で当接した状態を示しており、図６Ａと同様に、前記タイバンド５を下位の鉄骨部材３ｂの上端部に設け、エネルギー吸収部材４として使用される鋼板４を４枚用い、その上端部４ａは上位の鉄骨部材３ａへ溶接で接合され、同下端部４ｂは前記タイバンド５の上端面へ溶接で接合されている。
【００３０】
図６Ｃは、上位の鉄骨部材３ａを短く、下位の鉄骨部材３ｂを長く突き出して前記隙間Ｈ部分の上方で当接した状態を示しており、前記タイバンド５を上位の鉄骨部材３ａの下端部に設け、エネルギー吸収部材４として使用される鋼板４を４枚用い、その上端部４ａは前記タイバンド５の下端面へ溶接で接合され、同下端部４ｂは下位の鉄骨部材３ｂへ溶接で接合されている。
【００３１】
なお、本実施形態では、鋼板４の板厚とタイバンド５の肉厚とをほぼ同厚で外周面が面一となるように実施しているが、勿論これに限定されない。
【００３２】
従って、請求項２に記載した発明に係る支持杭と構造物との接合構造の実施形態によれば、上述した図１〜図４に係る実施形態と同様の作用効果を奏する上に、地震時の水平力（せん断力）に対して、エネルギー吸収部材４として使用される鋼板４の強度及び剛性に加えて、タイバンド５の強度及び剛性によっても抵抗できるので、上下の鉄骨部材３ａ、３ｂの接続状態を更に安定して保持することができる。
【００３３】
図７Ａ〜Ｃは、請求項３に記載した発明に係る支持杭１と構造物２との接合構造の実施形態を示している。この実施形態は、上述した請求項２に係る実施形態と同様に、前記図１〜図４に係る実施形態と比して、前記鋼板４のみでは、構造設計上、せん断力を負担するのが難しい場合等に、せん断耐力を向上させるために好適に実施されるものである。
【００３４】
本実施形態は、上述した図１〜図４に係る実施形態と比して、上下に接合される鉄骨部材３ａ、３ｂのうち、上位の鉄骨部材３ａの下端部に軸方向下向きの凸部６ａを設け、下位の鉄骨部材３ｂの上端部に軸方向上向きに開口する凹部６ｂを設けた構造とすることのみ相違する。但し、図７Ｃは、Ｈ形鋼柱３の端縁部自体を凹部６ｂとして実施している。
【００３５】
なお、前記凸部６ａと凹部６ｂの形状は、図示例に限定されず、はめ合わせた凸部６ａと凹部６ｂとが所謂ダボ効果を発揮する形状であればよい。勿論、前記凸部６ａを下位の鉄骨部材３ｂに設け、凹部６ｂを上位の鉄骨部材３ａに設けても同様に実施できる。
【００３６】
従って、請求項３に記載した発明に係る支持杭と構造物との接合構造の実施形態によれば、上述した図１〜図４に係る実施形態と同様の作用効果を奏する上に、地震時の水平力（せん断力）に対して、エネルギー吸収部材４として使用される鋼板４の強度及び剛性に加えて、はめ合わせた凸部６ａと凹部６ｂとの所謂ダボ効果（支圧効果）によっても抵抗するので、上下の鉄骨部材３ａ、３ｂの接続状態を更に安定して保持することができる。
【００３７】
以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の実施形態の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために説明する。
【００３８】
例えば、図５と図６に基づいて説明したタイバンドを使用する技術的思想と、図７に基づいて説明したダボ効果を発揮する技術的思想とを併用することにより、上下の鉄骨部材の接続状態を飛躍的に安定して保持することができ、十分なせん断耐力を保有する構造で実施することもできる（請求項３記載の発明）。
【００３９】
【本発明が奏する効果】
請求項１に記載した発明に係る支持杭と構造物との接合構造によれば、
１）地震時の水平力（せん断力）は、エネルギー吸収部材の強度及び剛性により抵抗し、上下の鉄骨部材の接続状態は安定して保持される。引張応力が作用した場合には、上位の鉄骨部材の浮上がりと、それに伴うエネルギー吸収部材の塑性変形とにより、地震エネルギーを吸収して過大な変形を抑制する。よって、上位の鉄骨部材の復元時に衝撃的な騒音を発生する虞はない。
２）鉄骨部材は、曲げモーメントを受けると上下の鉄骨部材の当接部分のエネルギー吸収部材が塑性ヒンジを構成するので、接合部（杭頭部）に生じる曲げモーメントを低減でき、ひいては建物等の構造物に作用する地震応答を低減することができる。
３）杭頭部と構造物との隙間も、鉄骨部材が塑性ヒンジを許容できる長さで足りるので、従来技術のように、非常に大きくする必要性は一切なく、構造物に有害な変形が残ることもない。
４）請求項２、３に記載した発明に係る支持杭と構造物との接合構造によれば、上記１）〜３）の効果に加えて、上下の鉄骨部材の接続状態を更に安定して保持することができ、十分なせん断耐力を保有する構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  請求項１に記載した発明に係る支持杭と構造部との接合構造の実施形態を示した立面図である。
【図２】  図１で使用する角形鋼管柱を示した分解斜視図である。
【図３】  図１の主要部を示した横断面図である。
【図４】  Ａは、鉄骨部材を円形鋼管柱で実施した場合の横断面図を示しており、Ｂは、鉄骨部材をＨ形鋼柱で実施した場合の横断面図を示している。
【図５】  Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、請求項２に記載した発明に係るタイバンドが下位の鉄骨部材を取巻くように固定して設けられ、上位の鉄骨部材の端部が前記タイバンドの内側へ差入れられる段階を示した斜視図である。
【図６】  Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、請求項２に記載した発明に係る支持杭と構造部との接合構造の実施形態を示した立面図である。
【図７】  Ａ、Ｂ、Ｃはそれぞれ、請求項３に記載した発明に係る支持杭と構造部との接合構造の実施形態を示した分解斜視図である。
【符号の説明】
１      支持杭
１ａ    杭頭部
２      構造物
３ａ    上位の鉄骨部材
３ｂ    下位の鉄骨部材
４      エネルギー吸収部材（鋼板）
５      タイバンド
６ａ    凸部
６ｂ    凹部
【図１】
0003690395.tif 000002
【図２】
0003690395.tif 000003
【図３】
0003690395.tif 000004
【図４】
0003690395.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003690395.tif 000007
【図７】
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