(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭頭の鋼管側面に溶接してその上部に構築する基礎フーチングを接合する杭頭補強材において、杭頭補強筋の配置径を拡径するように杭頭鋼管に接合する接合部材に、基礎フーチングコンクリートの支圧を受けるようにコンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗できる面積を確保する拡径方向に対向して面積を広げた面であって、その面は拡径方向に対して直交する面であり、その面積は少なくとも杭頭補強筋の太さより幅広に拡げた面積である面を備えた支圧部材を設けた支圧抵抗金具付き杭頭補強材。
【請求項２】
杭頭の鋼管側面に溶接してその上部に構築する基礎フーチングを接合する杭頭補強材において、杭頭補強筋の配置径を拡径するように杭頭鋼管に接合する接合部材に、基礎フーチングコンクリートの支圧を受けるようにコンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗できる面積を確保する拡径方向に対向して面積を広げた面であって、その面は拡径方向に対して直交する面であり、その面積は少なくとも杭頭補強筋の太さより幅広に拡げた面積である面を備えた支圧部材を設け、前記支圧部材を設けた接合部材である支圧抵抗金具は上面視Ｔ形或いは略コ形状で或いはП形状で、この支圧抵抗金具に鉄筋を溶接し或いは鉄筋を螺合したナットを取付けたことを特徴とする鉄筋の配置径を拡径した支圧抵抗金具付き杭頭補強材。
【請求項３】
杭頭補強筋の配置径を拡径するように杭頭鋼管に溶接する接合部材に、  基礎フーチングコンクリートの支圧を受けるようにコンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗できる面積を確保する拡径方向に対向して面積を広げた面であって、その面は拡径方向に対して直交する面であり、その面積は少なくとも杭頭補強筋の太さより幅広に拡げた面積である面を備えた支圧部材を設けた構成からなる支圧抵抗金具付きの杭頭補強材を、杭頭の鋼管側面に多数本溶接し、これに鉄筋を溶接し或いは鉄筋を螺合したナットを取付ることにより、前記支圧部材で基礎フーチングコンクリートの支圧を受けかつ前記支圧部材に取付けた鉄筋を杭頭の鋼管側面から離して基礎フーチング内に定着することを特徴とする杭頭接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋等の杭頭補強材の端部に支圧抵抗金具を取付けた支圧抵抗金具付き杭頭補強材及び支圧抵抗金具付き杭頭補強材を使用した杭頭接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現行の「鋼管構造設計施工指針・同解説（一社）日本建築学会」などの基規準および指針では、鋼管の柱にＨ形鋼などの梁を溶接する柱梁接合部において、梁に作用する曲げモーメントが柱鋼管に面外曲げモーメントによる面外変形を生じさせることから、鋼管の外側もしくは内側にダイアフラムという補強鋼板を配置し、このダイアフラムに梁のフランジを溶接することになっている。即ち、現行の基規準および指針には、鋼管に面外曲げモーメントを作用させる梁などの部材を極厚鋼管の場合を除きなんの補強もすることなく、直接溶接する設計法を示したものはない。
主として鉄筋で杭頭を補強することにより杭頭曲げモーメントに抵抗する方法では、杭頭補強筋の配置径を大きくするほど、杭頭抵抗曲げモーメント、即ち、杭頭曲げ強度を高める事が出来る。
最近、この杭頭補強筋の配置径を大きくするため、杭頭補強筋を杭頭の側面から離すように接続鋼板等を介して杭頭鋼管に溶接する拡径杭頭接合と称される杭頭接合方法が提案されている。
なお、杭頭補強筋の配置径とは、円形に配置される杭頭補強筋芯の直径である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平３−５４７３６号
【特許文献２】特開２０１４−０８４５７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
杭頭補強筋を杭頭の鋼管側面から離して鉄筋の配置径を拡径する方法は、杭頭鋼管の芯と鉄筋芯の距離、即ち、偏芯距離（ｅ）を大きくするため、杭頭補強筋に引張力（Ｐ）が生じた場合、偏心距離（ｅ）に比例する極めて大きな偏心曲げモーメント（Ｍ＝ｅ・Ｐ）を接続鋼板と杭頭鋼管との溶接部に作用させる。
例として、杭頭の鋼管側面から鉄筋を１００ｍｍ離して拡径したときの偏心距離は、鉄筋径ｄ＝３８ｍｍおよび鋼管厚ｔ＝８ｍｍの場合、鋼管に直接溶接するときの鋼管芯までの偏心距離ｅ＝（ｄ＋ｔ）／２＝２３ｍｍであるのに対して、ｅ＝１００ｍｍ＋（ｄ＋ｔ）／２＝１００＋２３＝１２３ｍｍと５倍になる。
この５倍に増大された偏心曲げモーメントは、杭頭の鋼管側面に面外曲げモーメントとして作用する。
従って、杭頭の薄い鋼管側面に面外曲げモーメントを作用させる杭頭補強部材をなんの補剛もせずに溶接接合する従来の拡径杭頭接合は、現行の「鋼管構造設計施工指針・同解説（一社）日本建築学会」などの基規準および指針に示された設計規定に適合するものでなく、鋼管に作用する面外曲げモーメントが鋼管壁に局部破壊を生じさせるなど鋼管および溶接部を著しく損傷させる恐れがある。
【０００５】
従来の拡径杭頭接合は、鉄筋の配置径を拡径することによって、偏心曲げモーメントを３〜５倍程度に増大させるにもかかわらず、コンクリートの支圧抵抗などにより、杭頭鋼管と接合部材の溶接部に偏心曲げモーメントを作用させないようにする解決手段を開示していない。
【０００６】
従来の拡径杭頭接合は、支圧抵抗に有効な面積として接続鋼板の断面積とナットの投影面積分程度しか確保できないため、拡径に伴い数倍に増大させた偏心曲げモーメントを杭頭鋼管の溶接部に作用させないようにする場合、ナット、杭頭補強鉄筋および接続鋼板の長さを通常の接合に必要な長さの１．５倍〜３倍程度にする必要があり、ナット、杭頭補強鉄筋および接続鋼板の材料費、ナットと接続鋼板ならびに接続鋼板と杭頭鋼管の溶接費などが著しくコストアップすることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、鉄筋等の杭頭補強材の端部に支圧抵抗金具を取付けた支圧抵抗金具付き杭頭補強材及び支圧抵抗金具付き杭頭補強材を使用した杭頭接合構造を開発した事により、前記問題点を解決するものである。
本発明の請求項１は、杭頭の鋼管側面に溶接してその上部に構築する基礎フーチングを接合する杭頭補強材において、杭頭補強筋の配置径を拡径するように杭頭鋼管に溶接する接合部材に、基礎フーチングコンクリートの支圧を受けるようにコンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗できる面積を確保する拡径方向に対向して面積を広げた面であって、その面は拡径方向に対して直交する面であり、その面積は少なくとも杭頭補強筋の太さより幅広に拡げた面積である面を備えた支圧部材を設けた支圧抵抗金具付き杭頭補強材である。
拡径方向とは、鋼管の中心から遠心する水平方向である。
その拡径方向に対向して少なくとも前記杭頭補強筋の太さより面積を広げた支圧部材を設けている。杭頭補強筋がナットに螺合しているときは、そのナットの投影面積より幅広に拡げた面積になる。
支圧部材とは、従前の拡径杭頭接合の接合部材とは異なり前記従前の接合部材にはその着眼さえないものであるが、偏心曲げモーメントに抵抗できる面積を確保する面、即ち、コンクリートの支圧面積を適切に拡げることにより、作用する曲げモーメントに抵抗させることを可能ならしめる平面を備えた構成の支圧部材である。
面積を広げた支圧部材とは、偏心曲げモーメントに抵抗する所定面積を有する平面を備えた支圧部材を設けた接合部材であるので、抵抗面の面積を技術的有効域まで広げた構成である。つまりコンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗できる面積を確保する拡径方向に対向して面積を広げた面である。
請求項１では、接合部材に杭頭補強筋を固定する態様は、溶接や螺合などを含むもので、その固定構造を限定するものではない。
本発明の請求項２は、杭頭の鋼管側面に溶接してその上部に構築する基礎フーチングを接合する杭頭補強材において、杭頭補強筋の配置径を拡径するように杭頭鋼管に接合する接合部材に、基礎フーチングコンクリートの支圧を受けるようにコンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗できる面積を確保する拡径方向に対向して面積を広げた面であって、その面は拡径方向に対して直交する面であり、その面積は少なくとも杭頭補強筋の太さより幅広に拡げた面積である面を備えた支圧部材を設け、前記支圧部材を設けた接合部材である支圧抵抗金具は上面視Ｔ形或いは略コ形状で或いはП形状で、この支圧抵抗金具に鉄筋を溶接し或いは鉄筋を螺合したナットを取付けたことを特徴とする鉄筋の配置径を拡径した支圧抵抗金具付き杭頭補強材である。
支圧部材を設けた接合部材である支圧抵抗金具は、上面視でＴ形或いは略コ形状で或いはП形状で、杭頭鋼管に接合する反対側に鉄筋或いはナットを付設している。
本発明の請求項３は、請求項１・請求項２のいずれかを用いた杭頭接合構造である。
杭頭補強筋の配置径を拡径するように杭頭鋼管に溶接する接合部材に、コンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗できる面積を確保する拡径方向に対向して面積を広げた面を備えた支圧部材を設けた構成からなる支圧抵抗金具付きの杭頭補強材を、杭頭の鋼管側面に多数本溶接し、これに鉄筋を溶接し或いは鉄筋を螺合したナットを取付ることにより、前記支圧部材で基礎フーチングコンクリートの支圧を受けかつ前記支圧部材に取付けた鉄筋を杭頭の鋼管側面から離して基礎フーチング内に定着することを特徴とする杭頭接合構造である。
【発明の効果】
【０００８】
支圧抵抗金具付き杭頭補強材は、偏心曲げモーメントに対して必要な支圧面積を確保した支圧部材がコンクリートの支圧力で抵抗することにより、杭頭の鋼管と接合部材の溶接部に偏心曲げモーメントを作用させることがなく、鋼管壁の局部破壊ならびに鋼管および溶接部の損傷を防止出来る。
【０００９】
支圧抵抗金具付き杭頭補強材を使用した拡径杭頭接合は、偏心曲げモーメントに対してコンクリートの支圧力で抵抗する支圧面積を支圧部材で確保できるため、部品数が少なく、かつ、ナット、鉄筋および溶接長等を著しく長くする必要がないのでコストダウンが図られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明に係る実施例１の支圧抵抗金具付き杭頭補強材の立面詳細図である。
【図２】図２は、図１のＡ−Ａ線の断面詳細図である。
【図３】図３は、支圧抵抗金具付き杭頭補強材を使用した杭頭接合構造の立面図である。
【図４】図４は、図３のＢ−Ｂ線の断面図である
【図５】図５は、本発明に係る実施例２の支圧抵抗金具付き杭頭補強材の立面詳細図である。
【図６】図６は、図５のＣ−Ｃ線の断面詳細図である。
【図７】図７は、本発明に係る実施例３の支圧抵抗金具付き杭頭補強材の立面詳細図である。
【図８】図８は、図７のＤ−Ｄ線の断面詳細図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、本発明に係る鉄筋等の杭頭補強材の端部に支圧抵抗金具を取付けた支圧抵抗金具付き杭頭補強材及び支圧抵抗金具付き杭頭補強材を使用した杭頭接合構造の実施例１〜３について図面に基づき説明する。
【実施例１】
【００１２】
図１は、請求項１の発明に係る支圧抵抗金具付き杭頭補強材の実施例１を示す立面詳細図である。
杭頭の鋼管側面に溶接してその上部に構築する基礎フーチングを接合する杭頭補強筋１５に使用する鉄筋には、一般に丸鋼、表面に節８を成型した異形棒鋼および節８と開先７を成型した開先付き異形棒鋼６がある。
なお、開先７とは開先付き異形棒鋼６と支圧部材２で形成される溶接に適した溝であり、溶着金属を溶け込ませて溶接部を形成するためのものである。
支圧抵抗金具付き杭頭補強材は、支圧部材２とこの支圧部材２を杭頭鋼管１１に溶接５して接合する接合部材３で構成されたＴ形支圧抵抗金具１に、開先付き異形棒鋼６の開先７を前記支圧部材２に溶接９して一体化したものである。
杭頭補強筋の配置径を拡径するように杭頭鋼管に溶接する接合部材３に、コンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗する拡径方向に面積を広げた支圧部材２を設けた支圧抵抗金具付き杭頭補強材である。
拡径方向とは、鋼管の中心から遠心する水平方向である。その拡径方向に対向する面となるように面積を広げた支圧部材２を設けている。
拡径方向に対向する面は、拡径方向に対して直交する面であり、その面積は少なくとも杭頭補強筋の太さより幅広に拡げた面積である。
実際の設計おいての支圧部材２面積は、コンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗する面積でもあるので、コンクリートの組成、鉄筋の強度や組成、面までの拡径距離などを要素計算して算出され、杭頭鋼管の太さや杭頭補強筋の拡径した配置や製作上の物理的制約の中で設計される。拡げる面積の範囲は、杭頭鋼管に応じて有効面積を個々にも設計できる。
形状も長方形などの矩形に限定されるものではない。
又、実施例１では、開先付き異形棒鋼６の開先７を前記支圧部材２に溶接９して一体化しているものを説明したが、請求項１では、接合部材に杭頭補強筋を固定する態様は、溶接や螺合螺着や嵌入などを含むもので、その固定構造を限定するものではない。
【００１３】
図２は、図１のＡ−Ａ線の断面詳細図である。
支圧抵抗金具付き杭頭補強材は、図２のように上面視でＴ形のものを説明する。
Ｔ形支圧抵抗金具１は鋼材鋼種ＳＭ４９０などの溶接構造用鋼材を圧延などにより製造する建築用構造用Ｔ形鋼とほぼ同じ形状である。
このＴ形支圧抵抗金具１は、杭頭鋼管１１の側面に、接合部材３の端部をＫ形開先４で突合せ溶接５した例を示しているが、強度上問題がなければ両側部分溶け込み溶接でも良い。
Ｔ形支圧抵抗金具１は、接合部材３を杭頭鋼管１１の側面に溶接５することにより、支圧部材２に溶接９した開先付き異形棒鋼６を杭頭鋼管１１の側面から拡径距離１３ほど離して接合する。
なお、支圧抵抗金具付き杭頭補強材は、その拡径方向に対向する面を広くした支圧部材であることが特徴であるので、上面視でＴ形に限らず、後述する図７及び図８の上面視でみぞ形の形状、或いはその変形として左右に突出部を有するП形、などの形状で、拡径方向に支圧部材２としての抵抗面を形成できる。
実施例１の支圧部材２の形状は、正面視矩形で、拡径方向に直交して対向する面となっている。
【００１４】
図３は、支圧抵抗金具付き杭頭補強材を使用した杭頭接合構造を示す実施例の立面図である。
杭頭補強筋の配置径を拡径するように杭頭鋼管に溶接する接合部材３に、コンクリートの偏心曲げモーメントに抵抗する拡径方向に対向して面積を広げた支圧部材２を設け、この支圧部材２を杭頭鋼管に接合する支圧抵抗金具付きの杭頭補強材を杭頭の鋼管側面に多数本溶接することにより、支圧抵抗金具付き杭頭補強材に取付けた鉄筋を杭頭の鋼管側面から離して基礎フーチング内に定着した支圧抵抗金具付き杭頭補強材を使用した杭頭接合構造である。
Ｔ形支圧抵抗金具１は、接合部材３を杭頭鋼管１１の側面に多数本溶接５することにより、支圧部材２に溶接９した開先付き異形棒鋼６を杭頭鋼管１１の側面から拡径距離１３ほど離して基礎フーチング１２に定着することにより、鋼管杭および鋼管を巻いたコンクリート杭１０とその上部に構築する基礎フーチング１２を接合する。
従って、開先付き異形棒鋼６の配置径１４は、杭頭鋼管１１に鉄筋を直に溶接する配置径に比べて、拡径距離１３の長さ分だけ大きく拡径が出来る。
杭頭鋼管１１に鉄筋を直に溶接する配置径に比べて拡径後の配置径は、１，５倍〜２倍に拡径配置が出来る。
図３では、図１及び図２の杭頭補強材の実施例１に示す杭頭補強筋を支圧部材２に溶接した杭頭接合構造を表わしているが、図５及び図６に示す頭補強筋をナットでの螺合によって支圧部材２に取り付けた杭頭接合構造で施工できることはいうまでもない。
【００１５】
図４は、図３のＢ−Ｂ線の断面図である
Ｔ形支圧抵抗金具１は、接合部材３を杭頭鋼管１１の側面の９０度間隔の４個所に溶接５して固定される。
支圧部材２に溶接９した開先付き異形棒鋼６を、杭頭鋼管１１の側面から拡径距離１３ほど離して基礎フーチング１２に定着することになる。
鋼管杭および鋼管を巻いたコンクリート杭１０とその上部に構築する基礎フーチング１２は、杭頭鋼管１１の径より拡大された開先付き異形棒鋼６の配置径１４で立設された状態で接合する。
従って、開先付き異形棒鋼６の配置径１４は、杭頭鋼管１１に鉄筋を直に溶接する配置径に比べて、拡径距離１３だけ径大の位置になる。
Ｔ形支圧抵抗金具１の接合部材３の高さ変えるだけで、拡径距離１３は任意に大きく出来る。
【実施例２】
【００１６】
図５は、本発明に係る支圧抵抗金具付き杭頭補強材を示す実施例２の立面詳細図である。
杭頭の鋼管側面に溶接してその上部に構築する基礎フーチング１２を接合する支圧抵抗金具付き杭頭補強材は、基礎フーチングコンクリートの支圧を受ける支圧部材２とこの支圧部材２を杭頭鋼管１１に溶接５して接合する接合部材３で構成されたＴ形支圧抵抗金具１に、ねじと節８を成型した杭頭補強筋１５を螺合した長ナット１６を前記支圧部材２に溶接１７して一体化したものである。
支圧部材２を杭頭鋼管に接合する接合部材４で構成する支圧抵抗金具に、鉄筋を螺合したナットを取付けている。
【００１７】
図６は、図５のＣ−Ｃ線の断面詳細図である。
Ｔ形支圧抵抗金具１は、接合部材３の開先４を杭頭鋼管１１の側面に溶接５することにより、支圧部材２に溶接１７した長ナット１６に螺合する杭頭補強筋１５を杭頭鋼管１１の側面から拡径距離１３ほど離して接合する構造を示している。
【実施例３】
【００１８】
図７は、本発明に係る支圧抵抗金具付き杭頭補強材を示す実施例３の立面詳細図である。
支圧抵抗金具付き杭頭補強材は、支圧部材２とこの支圧部材２を杭頭鋼管１１に溶接５して接合する接合部材３で構成されたみぞ形支圧抵抗金具１８に、開先付き異形棒鋼６の開先７を前記支圧部材２に溶接９して一体化したものである。
みぞ形支圧抵抗金具１８は、略コ状に２本の足としての接合部材３を設け、上部に支圧部材２を橋架した構成である。
【００１９】
図８は、図７のＤ−Ｄ線の断面詳細図である。
みぞ形支圧抵抗金具１８は、鋼材鋼種ＳＭ４９０などの溶接構造用鋼材を圧延および折曲げ加工などにより製造する建築構造用みぞ形鋼とほぼ同じ形状である。
上面視で略コ状に２本の足としての接合部材３を設け、上部に支圧部材２を橋架している。
このみぞ形支圧抵抗金具１８は、支圧板部材２の両側に接合部材３を有するため、接合部材３の開先４を杭頭鋼管１１の側面２箇所に部分溶け込み溶接５することにより、支圧部材２に溶接９した開先付き異形棒鋼６を杭頭鋼管１１の側面から拡径距離１３ほど離して接合する。
みぞ形支圧抵抗金具１８は支圧部材２を両端の接合部材３で固定するため、Ｔ形支圧抵抗金具１より支圧部材２の曲げ強度を高めることができる。
同様に、接合部材３を杭頭鋼管１１に２箇所で溶接５するため、杭頭鋼管１１および溶接部５の強度を高めることが可能である。
ただし、Ｔ形支圧抵抗金具１は、同じ杭頭補強筋ピッチの場合、みぞ形支圧抵抗金具１８より隣接する接合部材３の間隔が長くとれるので、溶接作業はし易い。
なお、みぞ形支圧抵抗金具１８において、略П形の変形例として、接合部材３を支圧部材２の外端より内側に寄せて取付けて支圧部材２の端部を接合部材３から突出させることにより、溶接間隔を広くして溶接作業性を向上させることもできる。
【符号の説明】
【００２０】
１  Ｔ形支圧抵抗金具
２  支圧部材
３  接合部材
４  接合部材に成型された開先
５  接合部材と杭頭鋼管の溶接部
６  開先付き異形棒鋼
７  開先付き異形棒鋼に成型された開先
８  異形棒鋼に成型された節
９  開先付き異形棒鋼と支圧部材の溶接部
１０  鋼管杭および鋼管を巻いたコンクリート杭
１１  杭頭鋼管
１２  基礎フーチング
１３  鉄筋から杭側面までの拡径距離
１４  杭頭補強筋の配置径
１５  杭頭補強筋
１６  杭頭補強筋を螺合するナット
１７  ナットと支圧部材の溶接部
１８  みぞ形支圧抵抗金具
【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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