(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造物を所定の杭で支持するとともに前記上部構造物の下面に水平力抵抗部材を突設して地盤内に埋設することで、地震時における前記上部構造物からの水平力を前記杭と前記水平力抵抗部材とにそれらの剛性比に応じて分配するとともに、前記水平力抵抗部材を管体で構成し、前記管体をその内部に前記杭が貫通するように該管体を配置したことを特徴とする杭の免震構造。
【請求項２】
前記管体と前記杭との隙間に弾性材を介在させた請求項１記載の杭の免震構造。
【請求項３】
上部構造物を所定の杭で支持するとともに前記上部構造物の下面に水平力抵抗部材を突設して地盤内に埋設し、地震時における前記上部構造物からの水平力がほとんどすべて水平力抵抗部材に流れるように前記杭と前記上部構造物との間に免震支承を介在させたことを特徴とする杭の免震構造。
【請求項４】
前記水平力抵抗部材を管体で構成し、前記管体をその内部に前記杭が貫通するように該管体を配置した請求項３記載の杭の免震構造。
【請求項５】
前記水平力抵抗部材をエネルギー吸収可能に構成した請求項１乃至請求項４のいずれか一記載の杭の免震構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭、特に杭頭での免震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
杭基礎には支持杭形式と摩擦杭形式とがあり、前者は、良質な支持層が地下深くにある場合に該支持層まで打ち込んだ杭の上に上部構造物を構築することによって、構造物重量を支持層で安定支持する形式であり、後者は、良質な支持層がない場合に周辺地盤との摩擦力によって上部構造物を支持する形式の基礎形式である。
【０００３】
これらの杭は、その構造特性から水平力に対して比較的弱点を持ちやすく、地震時には、上部構造物からの水平力によって杭頭に大きなせん断力や曲げモーメントが作用する。そのため、杭の設計にあたっては、地震荷重について十分な検討が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上部構造物がきわめて大きな地震に遭遇した場合には、杭頭に過大なせん断力や曲げモーメントが作用し、杭の破壊ひいては上部構造物の倒壊といった不測の事態を招くおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、上部構造物からの水平力による杭の破壊、特に杭頭での破壊を防止することが可能な杭の免震構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る杭の免震構造は請求項１に記載したように、上部構造物を所定の杭で支持するとともに前記上部構造物の下面に水平力抵抗部材を突設して地盤内に埋設することで、地震時における前記上部構造物からの水平力を前記杭と前記水平力抵抗部材とにそれらの剛性比に応じて分配するとともに、前記水平力抵抗部材を管体で構成し、前記管体をその内部に前記杭が貫通するように該管体を配置したものである。
【０００７】
また、本発明に係る杭の免震構造は、前記管体と前記杭との隙間に弾性材を介在させたものである。
【０００８】
また、本発明に係る杭の免震構造は請求項３に記載したように、上部構造物を所定の杭で支持するとともに前記上部構造物の下面に水平力抵抗部材を突設して地盤内に埋設し、地震時における前記上部構造物からの水平力がほとんどすべて水平力抵抗部材に流れるように前記杭と前記上部構造物との間に免震支承を介在させたものである。
【０００９】
また、本発明に係る杭の免震構造は、前記水平力抵抗部材を管体で構成し、前記管体をその内部に前記杭が貫通するように該管体を配置したものである。
【００１０】
また、本発明に係る杭の免震構造は、前記水平力抵抗部材をエネルギー吸収可能に構成したものである。
【００１１】
本発明に係る杭の免震構造においては、上部構造物からの鉛直荷重は所定の杭が支持するが、地震時における上部構造物からの水平力は、所定の杭と該上部構造物の下面に突設された水平力抵抗部材とにそれらの剛性比に応じて分配され、水平力抵抗部材に分配された水平力は、周辺の地盤へと伝達される。
【００１２】
したがって、上部構造物の鉛直荷重を支持する杭の頭部には、該上部構造物からの水平力がその一部しか伝達されず、杭頭での破損、ひいては上部構造物への被害といった事態が未然に防止される。
【００１３】
水平力抵抗部材をどのように構成するかは任意であるが、該水平力抵抗部材をエネルギー吸収可能に構成したならば、上部構造物の振動エネルギーを吸収して地震による揺れを速やかに減衰させることができる。エネルギー吸収可能とするには、極軟鋼などの履歴減衰型材料を用いて水平力抵抗部材を形成する、通常の鋼に多数のスリットを設けてエネルギーを吸収しやすいように構成するといった方法が考えられる。
【００１４】
また、水平力抵抗部材を管体で構成するとともに、前記管体をその内部に前記杭が貫通するように該管体を配置してあるので、杭と水平力抵抗部材の施工場所が共通となり、施工コストの低減を図ることが可能となる。
【００１５】
ここで、管体と杭との間に隙間が生じている場合、その隙間をそのまま放置しておいてもよいが、該隙間に弾性材を介在させたならば、杭に伝達された水平力を該弾性材を介して周囲の管体、さらには地盤へと逃がすことができるので、杭の水平力に対する負担を軽減することができる。弾性材やその使用形態としては、上述した隙間にコイルバネを放射状に複数配置する、エアクッションやゴムシートを挟み込む、ゴム体やスポンジ体を充填するといったことが考えられる。
【００１６】
上部構造物からの水平力がどのような割合で杭と水平力抵抗材に伝達されるかは、水平変形に対するそれらの剛性比に依存するが、杭と上部構造物との間に免震支承を介在させたならば、上部構造物からの水平力をほとんどすべて水平力抵抗部材に流すことができるので、杭は鉛直荷重支持用、水平力抵抗部材は水平荷重負担用という役割分担が可能となる。免震支承は、要するに上部構造物からの水平力が実質的に杭に伝達しない支承形式であればよく、具体的には、積層ゴム支承や滑り支承あるいはベアリング支承などが考えられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る杭の免震構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００１８】
図１は、本実施形態に係る杭の免震構造を示した全体側面図である。同図でわかるように、本実施形態に係る杭の免震構造は、上部構造物１を杭２で支持するとともに、水平力抵抗部材としての管体３を、その内部に杭２が貫通するようにして上部構造物１の下面に突設し地盤４内に埋設してある。
【００１９】
管体３は、上部構造物１からの地震時水平力を受けて変形する際、該上部構造物の振動エネルギーを吸収できるよう、履歴減衰型の材料、例えば極軟鋼で形成しておくのがよい。なお、管体３は、上部構造物１からの地震時水平力ができるだけ該管体に流れるよう、その肉厚を厚くして管体自体の剛性を大きくする、管径をある程度大きくして地盤からの受動抵抗を大きくする等の方法で、杭２の水平剛性よりも十分大きな水平剛性を確保しておく。
【００２０】
管体３と杭２との隙間には、同図（ｂ）でよくわかるように弾性材としてのゴム体５を充填してある。
【００２１】
本実施形態に係る杭の免震構造を施工するには、まず、管体３を地盤４に打ち込み、しかる後に該管体内の土砂を掘削排土する。次に、管体３に貫通されるようにしてその内部に杭２を打ち込む。杭２の打込みが終了したならば、該杭２と管体３との間にゴム体５を充填する。
【００２２】
本実施形態に係る杭の免震構造においては、上部構造物１からの鉛直荷重は、通常時であれ地震時であれ杭２が支持するが、地震時における上部構造物１からの水平力Ｐは、図２に示すように、杭２と該上部構造物の下面に突設された管体３とにそれらの剛性比に応じてそれぞれＰ２、Ｐ１に分配され、管体３に分配された水平力Ｐ１は、周辺の地盤４へと伝達される。
【００２３】
また、杭２の頭部に分配された水平力Ｐ２は、ゴム体５に取り囲まれた部分については、該ゴム体を介してΔＰだけ管体３、さらには地盤４へと伝達される。そして、管体３及びゴム体５の下縁においては、Ｐ２−ΔＰの水平力が作用する。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態に係る杭の免震構造によれば、上部構造物１を支持する杭２とは別に水平抵抗部材としての管体３を該上部構造物の下面に突設して地盤内に埋設するようにしたので、地震時においては、上部構造物１からの水平力の一部を管体３に逃がすことができる。
【００２５】
したがって、杭２に対して管体３の水平剛性をある程度大きくしておけば、上部構造物１から杭２に作用する水平力を大幅に低減することが可能となり、かくして、杭頭での破損、ひいては上部構造物１への被害といった事態を未然に防止することが可能となる。また、杭２の断面が地震時水平荷重で決まるような場合においては、水平力負担が小さくなる分、杭２の断面寸法を小さくすることが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、水平力抵抗部材としての管体３をエネルギー吸収可能に構成したので、上部構造物１の振動エネルギーを吸収して地震による揺れを速やかに減衰させることができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、水平力抵抗部材である管体３を杭２の周囲に配置したので、杭２と管体３の施工場所が共通となり、施工コストの低減を図ることが可能となる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、管体３と杭２との間に生じている隙間に弾性材であるゴム体５を充填するようにしたので、杭２に伝達された水平力を該ゴム体を介して周囲の管体３、さらには地盤４へと逃がすことが可能となり、杭２の水平力に対する負担を軽減することができる。
【００２９】
本実施形態では、管体３を履歴減衰型材料で形成するようにしたが、かかる履歴減衰をあまりとれない通常の鋼であっても、図３に示すようなスリット２２を形成した管体２１とすれば、上部構造物１の振動エネルギーをスリット２２の変形によって吸収し、該上部構造物の揺れを速やかに減衰させることが可能となる。
【００３０】
また、本実施形態では、水平力抵抗部材である管体３を、その内側に杭２が貫通するように該管体を配置したが、必ずしも杭２が貫通するように管体３を配置する必要はなく、図４に示すように、杭２と管体３とを別々の場所に設置するようにしてもよい。かかる構成によっても、上部構造物１からの水平力の一部を管体３に流して杭２の頭部破損を防止することができる点については上述したとほぼ同様である。
【００３１】
また、本発明の水平抵抗部材は、必ずしも管状に構成する必要はなく、要するに、地震時水平力を地盤４に伝達できるように構成すればよい。図５は、かかる変形例を示したものであり、同図に示す水平抵抗部材３１は、鋼板を十字断面となるように溶接等で組み立てて構成してある。
【００３２】
また、本実施形態では、管体３と杭２との間に生じた隙間に弾性材であるゴム体を充填するようにしたが、かかるゴム体に代えて上述の隙間にコイルバネを放射状に複数配置する、エアクッションを挟み込むなどの方法を採用してもよいし、かかる隙間を図６に示すようにそのまま放置してもよい。
【００３３】
また、本実施形態では、管体３と杭２との間に隙間を設けるようにしたが、隙間を設けずとも、これら管体３と杭２との剛性比に応じて上部構造物１からの水平力が両者に分配される点については上述したと同様であり、杭頭の破損を未然に防止できることに変わりはない。
【００３４】
なお、既に述べたように、上部構造物１からの水平力がどのような割合で杭２と水平力抵抗材である管体３に伝達されるかは、それらの水平方向剛性比に依存するが、ここで、図７に示すように、杭２と上部構造物１との間に免震支承としての積層ゴム支承４１を介在させたならば、上部構造物１からの水平力をほとんどすべて水平力抵抗部材である管体３に流すことができるので、杭２は鉛直荷重支持用、管体３は水平荷重負担用という役割分担が可能となり、杭２の杭頭での破損をほぼ確実に防止することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、請求項１に係る本発明の杭の免震構造によれば、地震時において、上部構造物からの水平力の一部を水平力抵抗部材に逃がすことが可能となるため、上部構造物から杭に作用する水平力を低減し、杭頭での破損、ひいては上部構造物への被害といった事態を未然に防止することができるとともに、杭と水平力抵抗部材との施工場所が共通となり、施工コストの低減を図ることができるという効果も奏する。
【００３６】
また、請求項３に係る本発明の杭の免震構造によれば、上部構造物からの地震時水平力をほとんどすべて水平力抵抗部材に流すことが可能となり、杭頭での破損をほぼ確実に防止することができるという顕著な作用効果を奏する。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る杭の免震構造の図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はＡ―Ａ線に沿う水平詳細断面図。
【図２】本実施形態に係る杭の免震構造の作用を示した詳細側面図。
【図３】変形例に係る杭の免震構造を示したものであり、一部が断面表示された詳細側面図。
【図４】別の変形例に係る杭の免震構造の図であり、（ａ）は全体側面図、（ｂ）はＢ―Ｂ線に沿う水平断面図。
【図５】さらに別の変形例に係る杭の免震構造の図であり、（ａ）は全体側面図、（ｂ）はＣ―Ｃ線に沿う水平断面図。
【図６】さらに別の変形例に係る杭の免震構造の詳細側面図。
【図７】さらに別の変形例に係る杭の免震構造の詳細側面図。
【符号の説明】
１                        上部構造物
２                        杭
３                        管体（水平力抵抗部材）
４                        地盤
５                        ゴム体（弾性材）
２１                      管体
３１                      水平力抵抗部材
４１                      免震支承
【図１】
0003575733.tif 000002
【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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