(57)【要約】【課題】  施工性の向上及びコストの低減が可能なフーチングと杭の結合構造を提供する。【解決手段】  フーチング１と杭２とを結合部材４を介して結合するフーチングと杭の結合構造であって、フーチング１をフーチングコンクリート６によって形成し、円筒形状の鋼管杭である杭２には、その頭部に中詰めコンクリート１０を充填し、結合部材４の上端側をフーチングコンクリート６の下端内部に埋設するとともに、結合部材４の下端側を中詰めコンクリート１０の上端内部に埋設し、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間に、フーチングコンクリート６よりも剛性の低い材料で形成された緩衝材１４ａを介挿し、結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に、中詰めコンクリート１０よりも剛性の低い材料で形成された緩衝材１４ｂを介挿する。【選択図】    図１
2006193904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フーチングと、そのフーチングの下方に設置され充填材が充填された杭頭部とを、一つまたは二つ以上の結合部材を介して結合するフーチングと杭の結合構造であって、
前記結合部材の上端部を前記フーチングに埋設するとともに、前記結合部材の下端部を前記杭頭部の充填材に埋設し、
前記結合部材の上端面と前記フーチングとの間及び結合部材の下端面と前記杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、緩衝材を介挿したことを特徴とするフーチングと杭の結合構造。
【請求項２】
前記結合部材の上端面と前記フーチングとの間に介挿される緩衝材はフーチングよりも剛性の低い材料で形成され、前記結合部材の下端面と前記充填材との間に介挿される緩衝材は充填材よりも剛性の低い材料で形成されることを特徴とする請求項１に記載したフーチングと杭の結合構造。
【請求項３】
フーチングと、そのフーチングの下方に設置され充填材が充填された杭頭部とを、一つまたは二つ以上の結合部材を介して結合するフーチングと杭の結合構造であって、
前記結合部材の上端部を前記フーチングに埋設するとともに、前記結合部材の下端部を前記杭頭部の充填材に埋設し、
前記結合部材の上端面と前記フーチングとの間及び結合部材の下端面と前記杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、空隙部を設けたことを特徴とするフーチングと杭の結合構造。
【請求項４】
前記結合部材を軸を上下方向に向けて配置し、当該結合部材に結合補助部材を軸を上下方向に向けて配置し、
前記結合補助部材を前記結合部材の上端面及び下端面から突出させるとともに、前記上端面からの突出部分のうち少なくとも一部を前記フーチングに埋設し、前記下端面からの突出部分のうち少なくとも一部を前記杭頭部の充填材に埋設したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載したフーチングと杭の結合構造。
【請求項５】
前記結合部材を軸を上下方向に向けて配置し、その結合部材内に、当該結合部材よりも長尺の結合補助部材を軸を上下方向に向けて貫通させ、
前記結合補助部材の上端側を前記結合部材の上端面から突出させるとともに、この突出部分のうち少なくとも一部を前記フーチングに埋設し、前記結合補助部材の下端側を前記結合部材の下端面から突出させるとともに、この突出部分のうち少なくとも一部を前記杭頭部の充填材に埋設したことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載したフーチングと杭の結合構造。
【請求項６】
前記結合補助部材の上端面と前記フーチングとの間及び結合補助部材の下端面と前記杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、緩衝材を介挿したことを特徴とする請求項４または５に記載したフーチングと杭の結合構造。
【請求項７】
前記結合補助部材の上端面と前記フーチングとの間及び結合補助部材の下端面と前記杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、空隙部を設けたことを特徴とする請求項４または５に記載したフーチングと杭の結合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱脚等の構造物の下部に設けられるフーチングと、フーチングの下方に設置されて構造物を支持する杭とを結合するフーチングと杭の結合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から用いられているフーチングと杭の結合構造としては、例えば、図１０〜図１２に示すようなものがある。
図１０に示すフーチングと杭の結合構造は、円筒形状の鋼管によって形成された杭２の頭部に中詰めコンクリート１０を充填し、この中詰めコンクリート１０内に配筋した鉄筋２２を上方に延ばし、この鉄筋２２及び杭２の上端側をフーチング１を形成するフーチングコンクリート６内に埋設することにより、フーチング１と杭２とを結合している。
【０００３】
図１１に示すフーチングと杭の結合構造は、杭２の外周面に溶接等によって接合した鉄筋２２を上方に延ばし、この鉄筋２２及び杭２の上端側をフーチングコンクリート６内に埋設することにより、フーチング１と杭２とを結合している。また、特に図示しないが、中詰めコンクリート内配筋した鉄筋及び杭の外周面に接合した鉄筋を上方に延ばし、これらの鉄筋及び杭の上端側をフーチングコンクリート内に埋設することにより、フーチングと杭とを結合するフーチングと杭の結合構造もある。
【０００４】
また、図１２に示すように、杭２に鉄筋を配筋せず、フーチングコンクリート６内に杭２の上端側を埋設することにより、フーチング１と杭２とを結合するフーチングと杭の結合構造もある。
しかしながら、上述のような、フーチングと杭の結合を剛結合としたフーチングと杭の結合構造では、以下に示す問題が生じる。
【０００５】
図１３は、図１４に示すようなフーチングと杭の結合構造において、地震時に発生する水平力がフーチング１に対して加わることにより、杭２全体に生じた曲げモーメントを、深度毎の分布として示したものである。なお、図中では、フーチングと杭の結合を剛結合とした場合を実線、フーチングと杭の結合を後述するピン結合とした場合を破線、フーチングと杭の結合を後述する半剛結合とした場合を一点鎖線によって示している。
【０００６】
図１３に示されるように、フーチングと杭の結合を剛結合とした場合、他の二種類の結合構造と比較して、地震時に発生する水平力がフーチング１に対して加わった場合に、杭頭部に生じる杭頭曲げモーメントＭｔが大きくなってしまう。このため、杭の大型化や、フーチング及び基礎梁への配筋量の増加等が必要となり、コストの増加や施工性の低下が生じてしまう。また、構造物が高層建築物等である場合など、特に高い支持力を必要とする杭の場合、杭頭曲げモーメントが過大となるため、杭頭部の設計が困難となり、施工性の低下が生じてしまう。
なお、図１３中の杭頭固定度αｒは、以下の式（１）で表される。
【０００７】
【数１】
2006193904.tif 000003
【０００８】
ここで、Ｈは杭の曲げ剛性（通常、杭体の弾性係数Ｅと杭の断面二次モーメントＩとの積から求められる）であり、Ｋｐは杭頭部の回転ばね剛性である。また、βは杭の特性値であり、杭の外径をＤとし、地盤ばね係数をｋとしたときに、以下の条件式（２）によって求められる。
β＝（ｋ・Ｄ／４Ｈ）1/4…（２）
【０００９】
このような問題に対し、地震時に発生する水平力がフーチングに対して加わった場合に、杭頭部に生じる杭頭曲げモーメントを低減可能なフーチングと杭の結合構造として、例えば、特許文献１に記載の結合構造及び特許文献２に記載の結合構造がある。
特許文献１に示す結合構造は、図１５に示すように、構造物８に対して杭頭２４を回転可能に結合し、杭頭曲げモーメントを開放するようにしたピン結合構造である。また、特許文献２に示す結合構造は、図１６に示すように、構造物８に対して杭頭２４を滑り移動可能に結合し、杭頭曲げモーメントを開放するようにしたローラー結合構造である。
【００１０】
これらの結合構造であれば、図１０〜図１２に示すような、フーチングと杭の結合を剛結合とした結合構造と比較して、杭頭２４の変位量は大きくなるが、杭頭曲げモーメントが低減され、杭２本体の断面が小さくできるため、コストが低減される。しかしながら、これらのフーチングと杭の結合構造は、回転機能やスライド機能等を有する複雑な結合構造であるため、耐久性及び施工性の低下や、施工コスト増加等の問題がある。また、回転機能やスライド機能によって杭２と構造物８との連続性が絶たれており、特に大規模地震が発生した場合などにおいて、不安定な構造となりやすいという問題がある。さらに、杭頭２４と構造物８との結合部に作用する荷重状態（押込み力、引き抜き力、軸力の大きさ）によって、杭頭２４と構造物８との結合部における回転剛性が変化するため、適切な設計評価を行うことが困難である。
【００１１】
このような問題に対し、より安定性の高い構造を有するとともに、単純な構造となるフーチングと杭の結合構造として、例えば特許文献３に記載の結合構造がある。この結合構造は、図１７に示すように、フーチング１と杭２とを、結合部材４を介して結合することにより、鉄筋による剛結合とピン及びローラーによる結合との中間の状態（半剛結合）として、構造物を支持するものである。
【特許文献１】特願平１１−２４８１０６号公報（図１）
【特許文献２】特願２０００−１２５３２５号公報（図４）
【特許文献３】特開２００１−１５９１４２号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献３に記載の結合構造では、以下に示すような問題がある。
特許文献３に記載の結合構造では、地震時に発生する水平力がフーチング１に対して加わり、杭２全体に曲げモーメントが生じる際は、図１８に示すような三種類の伝達機構によって、フーチング１から結合部材４を介して杭２に伝達されると考えられる。ここで、三種類の伝達機構とは、図中にＡで示すコンクリートの水平支圧力による伝達機構、図中にＢで示すコンクリートの鉛直方向のずれ止め支圧力（付着力）による伝達機構、図中にＣで示す結合部材の端面における伝達機構である。
【００１３】
結合部材には、上述した曲げモーメントの他にも軸力及びせん断力が作用するが、上述した三種類の伝達機構のうち、コンクリートの水平支圧力による伝達機構や、コンクリートの鉛直方向のずれ止め支圧力による伝達機構については、軸力の影響は小さい。しかし、結合部材の端面における伝達機構については、軸力の大きさに依存して曲げモーメントの伝達量が変化する。すなわち、結合部材に対して作用する押込み方向への軸力が大きいほど、結合部材の端面における伝達機構への曲げモーメントに対する負担率が増大する。一方、結合部材に対して作用する引き抜き方向への軸力が大きいほど、結合部材の端面における伝達機構による曲げモーメントの負担率は低減される。
【００１４】
図１９に、杭頭固定度αｒと軸力比Ｎ／Ｎｏ（Ｎ：作用軸力、Ｎｏ：杭の降伏軸力荷重）との関係を示す。作用軸力Ｎは、正の値となったときが押込み方向へ作用する軸力を示し、負の値となったときが引き抜き方向へ作用する軸力を示している。式（１）によって求められる杭頭固定度αｒは、結合度合を示す数値であり、αｒ＝１の場合は剛結合となり、αｒ＝０の場合はピン結合となる。ここで、杭頭作用モーメントＭｔは、杭と地盤水平抵抗ばねを弾性と仮定すると、以下の式（３）によって表され、杭頭固定度αｒに比例することになる。
【００１５】
【数２】
2006193904.tif 000004
【００１６】
なお、上記の式（３）において、Ｑは杭頭に作用する水平力である。
図１９に示されているように、杭頭固定度αｒは、結合部材に作用する軸力に依存して変化している。すなわち、曲げモーメントは結合部材に作用する軸力に依存して変化するため、結合部材に対して作用する押込み方向への軸力が最大である場合を想定して、杭の構造設計を行う必要がある。
【００１７】
また、構造物を支持する際はフーチングを複数本の杭によって支持する場合が多いが、地震発生時に作用する軸力の大きさは各杭の基礎毎に異なるため、各杭の杭頭固定度にばらつきが生じてしまい、構造物から杭の基礎に伝達される荷重の変動が大きくなるとともに、複雑化してしまう。このため、フーチングを複数本の杭によって支持する場合においては、（ア）各杭毎の構造設計を行う際に適正な評価が困難となる、（イ）杭頭固定度のばらつきに応じて各杭毎に断面形状を変えると施工性が低下してしまう、等の問題が生じる。
【００１８】
本発明は、上述のような問題点に着目してなされたもので、結合部材に対して押込み方向への軸力が作用した時の杭頭固定度の上昇を緩和することにより、（ｉ）杭頭作用モーメントの増加を低減し、（ii）作用軸力に対する杭頭作用モーメントのばらつきを低減して、コストの低減および施工性の向上が可能となるフーチングと杭の結合構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記課題を解決するために、本発明のうち、請求項１に記載した発明は、フーチングと、そのフーチングの下方に設置され充填材が充填された杭頭部とを、一つまたは二つ以上の結合部材を介して結合するフーチングと杭の結合構造であって、
前記結合部材の上端部を前記フーチングに埋設するとともに、前記結合部材の下端部を前記杭頭部の充填材に埋設し、
前記結合部材の上端面と前記フーチングとの間及び結合部材の下端面と前記杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、緩衝材を介挿したことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明によると、結合部材の上端面とフーチングとの間及び結合部材の下端面と杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、緩衝材を介挿したため、結合部材の端面において伝達される荷重を低減することが可能となる。
なお、上記の充填材は、フーチングと杭頭との間に上述した三種類の力の伝達が可能なものであればよく、例えば、現在考えられるものとしては、コンクリート、モルタル、金属、樹脂、ゴム、石膏、磁器、アスファルト、石材、木材等がある。
【００２１】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した発明であって、前記結合部材の上端面と前記フーチングとの間に介挿される緩衝材はフーチングよりも剛性の低い材料で形成され、前記結合部材の下端面と前記充填材との間に介挿される緩衝材は充填材よりも剛性の低い材料で形成されることを特徴とするものである。
【００２２】
次に、請求項３に記載した発明は、フーチングと、そのフーチングの下方に設置され充填材が充填された杭頭部とを、一つまたは二つ以上の結合部材を介して結合するフーチングと杭の結合構造であって、
前記結合部材の上端部を前記フーチングに埋設するとともに、前記結合部材の下端部を前記杭頭部の充填材に埋設し、
前記結合部材の上端面と前記フーチングとの間及び結合部材の下端面と前記杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、空隙部を設けたことを特徴とするものである。
本発明によると、結合部材の上端面とフーチングとの間及び結合部材の下端面と杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、空隙部を設けたため、結合部材の端面において伝達される荷重を低減することが可能となる。
【００２３】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載した発明であって、前記結合部材を軸を上下方向に向けて配置し、当該結合部材に結合補助部材を軸を上下方向に向けて配置し、
前記結合補助部材を前記結合部材の上端面及び下端面から突出させるとともに、前記上端面からの突出部分のうち少なくとも一部を前記フーチングに埋設し、前記下端面からの突出部分のうち少なくとも一部を前記杭頭部の充填材に埋設したことを特徴とするものである。
【００２４】
次に、請求項５に記載した発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載した発明であって、前記結合部材を軸を上下方向に向けて配置し、その結合部材内に、当該結合部材よりも長尺の結合補助部材を軸を上下方向に向けて貫通させ、
前記結合補助部材の上端側を前記結合部材の上端面から突出させるとともに、この突出部分のうち少なくとも一部を前記フーチングに埋設し、前記結合補助部材の下端側を前記結合部材の下端面から突出させるとともに、この突出部分のうち少なくとも一部を前記杭頭部の充填材に埋設したことを特徴とするものである。
【００２５】
次に、請求項６に記載した発明は、請求項４または５に記載した発明であって、前記結合補助部材の上端面と前記フーチングとの間及び結合補助部材の下端面と前記杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、緩衝材を介挿したことを特徴とするものである。
次に、請求項７に記載した発明は、請求項４または５に記載した発明であって、前記結合補助部材の上端面と前記フーチングとの間及び結合補助部材の下端面と前記杭頭部の充填材との間のうち少なくとも一方に、空隙部を設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、結合部材の端面において伝達される荷重を低減し、結合部材に対して押込み方向の軸力が作用した時の杭頭固定度の上昇を緩和することにより、（ｉ）杭頭作用モーメントの増加を低減し、（ii）作用軸力に対する杭頭作用モーメントのばらつきを低減することが可能となるため、施工性の向上及びコストの低減が可能なフーチングと杭の結合構造を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
まず、図１及び図２を参照して本発明の第一の実施形態の構成を説明する。なお、従来と同様の構成については、同一符号を付して説明する。
図１に示すように、本実施形態のフーチングと杭の結合構造は、フーチング１と杭２とを、軸を上下方向に向けて配置された結合部材４を介して結合している。なお、図中には、フーチング１と杭２とを一つの結合部材４を介して結合している状態を示しているが、これに限定されるものではなく、フーチング１と杭２とを、二つ以上の結合部材４を介して結合してもよい。
【００２８】
フーチング１は、フーチングコンクリート６によって形成されており、柱脚等の構造物８の下方に配置されている。杭２は、円筒形状の鋼管杭であり、その頭部には充填材として中詰めコンクリート１０が充填され、フーチング１の下方に配置されている。
結合部材４は、中空形状の鋼管にコンクリートを充填して形成されており、その外周面には、フーチングコンクリート６及び中詰めコンクリート１０とのずれ止め１２が、複数設けられている。結合部材４の上端側は、フーチングコンクリート６の下端内部に所定長さだけ埋設されており、結合部材４の下端側は、中詰めコンクリート１０の上端内部に所定長さだけ埋設されている。ここで、フーチングコンクリート６内及び中詰めコンクリート１０内には、それぞれ少なくとも一つのずれ止め１２が埋設されているものとする。
【００２９】
フーチングコンクリート６内において、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間には、結合部材４の上端面を覆う大きさの緩衝材１４ａが介挿されている。また、中詰めコンクリート１０内において、結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間には、結合部材４の下端面を覆う大きさの緩衝材１４ｂが介挿されている。
【００３０】
緩衝材１４ａ，１４ｂは、結合部材４の形状に応じて、例えば、図２（ａ）に示すような円柱形状での一体物や、図２（ｂ）に示すような円筒形状に別材料を充填して形成される。また、緩衝材１４ａ，１４ｂの厚みは、杭２のサイズや上部構造物の重量に応じて、適切な値を持たせる。この場合、１０ｍｍ以上の厚みであれば、大型杭にも対応できるので、より望ましい形態となる。さらに、結合部材４の端面に伝達される曲げモーメントを確実に軽減する為、緩衝材１４ａ，１４ｂはそれぞれが介挿されて接しているフーチングコンクリート６または中詰めコンクリート１０よりも剛性が低くなるように形成する。より望ましくは、緩衝材１４ａは接しているフーチングコンクリート６の１／１０以下、緩衝材１４ｂは接している中詰めコンクリート１０の１／１０以下の剛性を有する材料によって、それぞれ形成する。緩衝材１４の材料及び充填される別材料としては、モルタル、形鋼、金属、樹脂、ゴム、アスファルト、石膏、磁器、石材等を用いる。
【００３１】
次に、本実施形態の作用・効果等を説明する。
地震時等に発生する水平力がフーチング１に対して加わると、この水平力によって生じる曲げモーメントが、フーチング１から結合部材４を介して杭２に伝達される。
このとき、結合部材４の上下端面には、介挿されて接しているそれぞれの部位に比べ剛性が低く（望ましくは、緩衝材１４ａはフーチングコンクリート６の、緩衝材１４ｂは中詰めコンクリート１０の、それぞれ１／１０以下の剛性を有し）、十分な厚さを持った緩衝材１４ａ，１４ｂがそれぞれ配置されているため、結合部材４の上下端面は他の部位に比べ剛性が十分低くなる。このため、水平力によって生じる曲げモーメントは、より剛性の高い（ａ）結合部材４と中詰めコンクリート１０との水平方向の支圧、及び（ｂ）結合部材４の外周面に設けられたずれ止め１２による軸方向の支圧によって伝達され、（ｃ）結合部材４の上下端面において伝達される曲げモーメントは低減される。
【００３２】
すなわち、本実施形態のフーチングと杭の結合構造によれば、結合部材４の上下端面において伝達される曲げモーメントを低減することが可能となるため、結合部材４に対して押込み方向への軸力が作用した際に生じる、杭頭固定度の上昇を緩和することが可能となる。したがって、杭頭作用モーメントの増加及び作用軸力に対する杭頭作用モーメントのばらつきを低減することが可能となり、コストの低減及び施工性の向上が可能となる。
【００３３】
また、フーチング１を複数本の杭２によって支持する結合構造の場合、複数本の杭毎の杭頭固定度の上昇を緩和することが可能となるため、複数本の杭毎の基礎に伝達される荷重を均質化することが可能となり、施工性の向上及びコストの低減が可能となる。
なお、本実施形態のフーチングと杭の結合構造では、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間に緩衝材１４ａを介挿し、結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に緩衝材１４ｂを介挿したが、これに限定されるものではない。すなわち、結合部材４の上下端面において伝達される曲げモーメントを低減可能であれば、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間のうち、一方のみに緩衝材１４を介挿した構成としてもよい。
【００３４】
また、本実施形態のフーチングと杭の結合構造では、フーチング１を、フーチングコンクリート６によって形成したが、これに限定されるものではなく、例えばモルタル、形鋼、金属、樹脂、ゴム、アスファルト、石膏、磁器、石材等、他の材質によって形成してもよい。また、フーチング１を、二種類以上の材料、例えば鋼板によって形成された外枠と、この外枠の内部に充填されるコンクリートとによって形成してもよい。すなわち、柱脚等の構造物と杭２の頭部とを、地震時等に発生する水平力がフーチング１に加わり、この水平力によって生じる曲げモーメントを、杭２へ伝達可能に接続できる構造であればよい。
【００３５】
さらに、本実施形態のフーチングと杭の結合構造では、杭２を、円筒形状の鋼管杭によって形成したが、これに限定されるものではなく、断面が多角形となる形状の鋼管杭によって形成してもよい。また、杭２は、鋼管杭に限定されるものではなく、鋼管杭以外の他の既成杭（例えばＲＣ杭、ＰＣ杭、ＰＨＣ杭、ＳＣ杭）、場所打ち杭等、通常使用されている杭であればよい。
【００３６】
また、本実施形態のフーチングと杭の結合構造では、結合部材４を、断面が円形となる形状の鋼管によって形成したが、これに限定されるものではなく、断面が多角形となる形状の鋼管によって形成してもよい。さらに、結合部材４を鋼管によって形成したが、これに限定されるものではなく、コンクリート、鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート等の各種コンクリートや、モルタル、樹脂、ゴム、アスファルト、石膏、磁器、石材等、他の材質によって形成してもよい。また、結合部材４の中空部分にコンクリートを充填したが、これに限定されるものではなく、コンクリートの代わりに、モルタル、樹脂、ゴム、アスファルト、石膏、磁器、石材等、他の材質を充填してもよく、中空部分を空隙としてもよい。また、結合部材４を中空形状の鋼管によって形成したが、これに限定されるものではなく、中実構造、すなわち同一材料を用いた一体成形によって形成してもよい。同一材料を用いた一体成形によって形成した例としては、鋼製の円柱やコンクリート製の円柱等があり、特殊な例としては、Ｈ形鋼等の形鋼により形成するものがある。すなわち、結合部材４の構成は、要求される設計仕様に応じて上述した各要素から適宜選択すればよい。
【００３７】
また、本実施形態のフーチングと杭の結合構造では、緩衝材１４を、結合部材４の形状に応じて、円柱形状及び円筒形状に別材料を充填して形成したが、これに限定されるものではなく、結合部材４の端面を覆うことが可能であれば、例えば断面が多角形となる形状に形成してもよい。
【００３８】
次に、図３を参照して本発明の第二の実施形態の構成を説明する。なお、上述した第一の実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明する。
図３に示すように、本実施形態のフーチングと杭の結合構造は、以下の点を除き、第一の実施形態と同様の構成となっている。すなわち、フーチングコンクリート６内において、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間に、緩衝材１４ａが介挿されている代わりに空隙部１６ａが設けられている。また、中詰めコンクリート１０内において、結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に、緩衝材１４ｂが介挿されている代わりに空隙部１６ｂが設けられている。なお、空隙部１６ａ，１６ｂの形状は、結合部材４の端面を覆うことが可能な形状、例えば断面が円形や多角形となる形状とする。
【００３９】
次に、本実施形態の作用・効果等を説明する。
地震時等に発生する水平力がフーチング１に対して加わると、この水平力によって生じる曲げモーメントが、フーチング１から結合部材４を介して杭２に伝達される。
このとき、結合部材４の上下端面には、空隙部１６ａ，１６ｂがそれぞれ設けられているため、結合部材４の上下端面は他の部位に比べ剛性が十分低くなる。このため、水平力によって生じる曲げモーメントは、より剛性の高い（ア）結合部材４と中詰めコンクリート１０との水平方向の支圧、及び（イ）結合部材４の外周面に設けられたずれ止め１２による軸方向の支圧によって伝達され、（ウ）結合部材４の上下端面において伝達される曲げモーメントは低減される。
【００４０】
すなわち、本実施形態のフーチングと杭の結合構造によれば、結合部材４の上下端面において伝達される曲げモーメントを低減することが可能となるため、結合部材４に対して押込み方向への軸力が作用した際に生じる、杭頭固定度の上昇を緩和することが可能となる。したがって、杭頭作用モーメントの増加及び作用軸力に対する杭頭作用モーメントのばらつきを低減することが可能となり、コストの低減及び施工性の向上が可能となる。
【００４１】
なお、本実施形態のフーチングと杭の結合構造では、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間に空隙部１６ａを設け、結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に空隙部１６ｂを設けたが、これに限定されるものではない。すなわち、結合部材４の上下端面において伝達される曲げモーメントを低減可能であれば、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間のうち、一方のみに空隙部１６を設けた構成としてもよい。
【００４２】
また、空隙部１６の設け方は上述した方法に限定されるものではない。例えば、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間のうち少なくとも一方に、上下端面を塞いだ円筒形状の部材を、軸を上下方向に向けて介挿し、この部材の内部に形成された中空部分を空隙部１６としてもよい。また、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間のうち少なくとも一方に、結合部材４と接する部分のみを塞いだ円筒形状の部材を、軸を上下方向に向けて介挿し、この部材の内部に形成された中空部分を空隙部１６としてもよい。
【００４３】
ここで、前記部材を形成する材料の剛性は、中空部分を空隙部１６ａとする部材であればフーチングコンクリート６の、中空部分を空隙部１６ｂとする部材であれば中詰めコンクリート１０の剛性以下とする。より望ましくは、中空部分を空隙部１６ａとする部材はフーチングコンクリート６の１／１０以下、中空部分を空隙部１６ｂとする部材は中詰めコンクリート１０の１／１０以下の剛性を有する材料によって、それぞれ形成する。前記部材の具体的な材料としては、上述した第一の実施形態において説明した緩衝材１４ａ，１４ｂに準ずるものを用いる。
その他の作用・効果は、上述した第一の実施形態と同様である。
【００４４】
次に、図４及び図５を参照して本発明の第三の実施形態の構成を説明する。なお、上述した第一及び第二の実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明する。
図４（ａ）に示すように、本実施形態のフーチングと杭の結合構造は、以下の点を除き、第一の実施形態と同様の構成となっている。すなわち、結合部材４の内部を、結合部材４よりも長尺の円筒型の中空形状の鋼管によって形成された結合補助部材１８が、軸を上下方向に向けて貫通している。結合補助部材１８の上端側は結合部材４の上端面から突出するとともに、緩衝材１４ａを貫通しており、緩衝材１４ａから突出した部分はフーチングコンクリート６内に埋設されている。結合補助部材１８の下端側は結合部材４の下端面から突出するとともに、緩衝材１４ｂを貫通しており、緩衝材１４ｂから突出した部分は中詰めコンクリート１０内に埋設されている。また、結合補助部材１８の内部にはコンクリートが充填されている。
【００４５】
図５に示すように、緩衝材１４ａ，１４ｂは共に、結合部材４の形状に応じて、例えば円筒の中空形状に別材料を充填して形成されており、結合補助部材１８が貫通する大きさの貫通孔２０が設けられている。また、緩衝材１４ａ，１４ｂの厚みは、杭２のサイズや上部構造物の重量に応じて、適切な値を持たせる。この場合、１０ｍｍ以上の厚みであれば、大型杭にも対応できるので、より望ましい形態となる。さらに、結合部材４の端面に伝達される曲げモーメントを確実に軽減する為、緩衝材１４ａ，１４ｂはそれぞれが介挿されて接しているフーチングコンクリート６または中詰めコンクリート１０よりも剛性が低くなるように形成する。より望ましくは、緩衝材１４ａは接しているフーチングコンクリート６の１／１０以下、緩衝材１４ｂは接している中詰めコンクリート１０の１／１０以下の剛性を有する材料によって、それぞれ形成する。緩衝材１４の材料及び別材料としては、モルタル、形鋼、金属、樹脂、ゴム、アスファルト、石膏、磁器、石材等を用いる。また、特に図示しないが、緩衝材１４は、例えば円柱形状の中実管に貫通孔２０を設けたものでもよい。さらに、緩衝材１４は、結合部材４の端面を覆うことが可能であれば、例えば断面が多角形となる形状に形成してもよい。
【００４６】
次に、本実施形態の作用・効果等を説明する。
このような構成のフーチングと杭の結合構造は、結合補助部材１８が軸力の伝達部材として機能するため、結合補助部材１８の上下端面において曲げモーメントが伝達されても、この伝達された曲げモーメントによる杭頭固定度への影響が少ない場合に用いられる。
したがって、本実施形態のフーチングと杭の結合構造によれば、地震時等に発生する水平力がフーチング１に対して加わると、この水平力によって生じる曲げモーメントが、フーチング１から結合部材４を介して杭２に伝達される。
【００４７】
このとき、結合部材４の上下端面には、介挿されて接しているそれぞれの部位よりも剛性が低く（望ましくは、緩衝材１４ａはフーチングコンクリート６の、緩衝材１４ｂは中詰めコンクリート１０の、それぞれ１／１０以下の剛性を有し）、十分な厚さを持った緩衝材１４ａ，１４ｂがそれぞれ配置されているため、結合部材４の上下端面は他の部位に比べ剛性が十分低くなる。このため、水平力によって生じる曲げモーメントは、より剛性の高い（ア）結合部材４と中詰めコンクリート１０との水平方向の支圧、及び（イ）結合部材４の外周面に設けられたずれ止め１２による軸方向の支圧によって伝達され、（ウ）結合部材４の上下端面において伝達される曲げモーメントは低減される。
【００４８】
すなわち、本実施形態のフーチングと杭の結合構造によれば、結合部材４の上下端面において伝達される曲げモーメントを低減することが可能となるため、結合部材４に対して押込み方向への軸力が作用した際に生じる、杭頭固定度の上昇を緩和することが可能となる。したがって、杭頭作用モーメントの増加及び作用軸力に対する杭頭作用モーメントのばらつきを低減することが可能となり、コストの低減及び施工性の向上が可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態のフーチングと杭の結合構造では、一つの結合部材４に一つの結合補助部材１８が貫通する構成としたが、これに限定されるものではない。すなわち、結合部材４を円柱形状の鋼管によって形成し、この結合部材４に、結合補助部材１８が貫通可能な径の貫通孔を二つ以上設けることにより、一つの結合部材４に二つ以上の結合補助部材１８が貫通する構成としてもよい。
【００５０】
また、結合部材４と補助結合部材１８との接合方法は、上記の方法に限定されるものではない。以下に、その一例を説明する。
例えば、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す１本の結合補助部材１８を、２本の結合補助部材１８ａ，１８ｂに分けた例であり、結合部材４の上端面より結合補助部材１８ａの上端部が、結合部材４の下端面より結合補助部材１８ｂの下端部が、それぞれ軸を上下方向に向けて突出している。結合補助部材１８ａ，１８ｂの一部は結合部材４のコンクリートに埋設されている。
【００５１】
図４（ｃ）は、図４（ｂ）の２本の結合補助部材１８ａ，１８ｂを結合部材４の上下端面にそれぞれ接合した例である。結合補助部材１８と結合部材４との接合方法としては、例えば、結合部材４と結合補助部材１８ａ，１８ｂの材質により、溶接、接着剤の使用、一体物で作成する方法がある。
図４（ｄ）は、図４（ａ）の結合補助部材１８の直径がより大きい場合である。この場合、結合部材４の上下端面に介挿した緩衝材が小さくなり、十分な荷重低減が行われない。そこで、結合補助部材１８の上下端面に、それぞれ緩衝材１４ｃ，１４ｄを上下端面を覆うように取り付けて、結合部材４と結合補助部材１８全体にて十分な荷重低減が行われるようにした。なお、緩衝材１４ｃ，１４ｄの構成は、上述した第一の実施形態において説明した緩衝材１４ａ，１４ｂと同様の構成とする。
上記図４および図５は、緩衝材１４ａ〜１４ｄにて説明したが、これに代えて空隙部１６ａ〜１６ｄを設けても、同様の効果が得られる。
【００５２】
また、本実施形態のフーチングと杭の結合構造では、結合補助部材１８の内部にコンクリートを充填したが、これに限定されるものではなく、例えばモルタル、樹脂、ゴム、アスファルト、石膏、磁器、石材等の材質を充填してもよく、結合補助部材１８の内部にコンクリートを充填しない構成としてもよい。さらに、結合補助部材１８を断面が円形となる形状の鋼管によって形成したが、これに限定されるものではなく、断面が多角形となる形状の鋼管によって形成してもよい。また、結合補助部材１８を鋼管によって形成したが、これに限定されるものではなく、コンクリート、鉄筋コンクリート、鉄骨鉄筋コンクリート等の各種コンクリートや、モルタル、樹脂、ゴム、アスファルト、石膏、磁器、石材等の材質によって形成してもよい。また、結合補助部材１８を中空形状の鋼管によって形成したが、これに限定されるものではなく、中実構造、すなわち同一材料を用いた一体成形によって形成してもよい。同一材料を用いた一体成形によって形成した例としては、鋼製の円柱やコンクリート製の円柱等があり、特殊な例としては、Ｈ形鋼等の形鋼により形成するものがある。すなわち、結合補助部材１８の構成は、要求される設計仕様に応じて上述した各要素から適宜選択すればよい。
その他の作用・効果は、上述した第一の実施形態と同様である。
【実施例１】
【００５３】
次に、図６及び図７を参照して、本発明のフーチングと杭の結合構造（本発明例：図１）、従来のフーチングと杭の結合構造（従来例：図１７）における、杭頭固定度αｒと軸力比Ｎ／Ｎｏとの関係を示す。ここで、作用軸力Ｎは、正の値となったときが押込み方向へ作用する軸力を示し、負の値となったときが引き抜き方向へ作用する軸力を示している。
【００５４】
図６に、本試験で用いる試験体の構成を示す。図中に示されているように、本試験で用いる試験体は、結合部材４の上端側が、厚さ８００ｍｍのフーチングコンクリート６から形成されているフーチング１の下端内部に６００ｍｍ埋設されており、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間には緩衝材１４ａが介挿されている。また、外径８００ｍｍ、板厚１２ｍｍ、長さ１８００ｍｍの円筒形状の鋼管杭の頭部に中詰めコンクリート１０が充填されている杭２において、結合部材４の下端側が、中詰めコンクリート１０の上端内部に６００ｍｍ埋設されており、結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間には緩衝材１４ｂが介挿されている。緩衝材１４ａ，１４ｂは、共に厚さ１０ｍｍ、ヤング率約１．０Ｎ／ｍｍ2に形成されている。結合部材４は、外径４００ｍｍ、板厚１８ｍｍの円筒形状の鋼管にコンクリートが充填されて形成されている。
【００５５】
このような試験体を用いて実験を行った結果を、図７に示す。なお、想定地盤のＮ値は５とする。図中に●で示されているように、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に、緩衝材１４を介挿していない結合構造では、杭頭固定度αｒの変動が０．３７〜０．６１程度である。
これに対し、図中に▲で示されているように、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に、それぞれ厚さ１０ｍｍに形成された緩衝材１４ａ，１４ｂを介挿した結合構造では、杭頭固定度αｒの変動が０．３５〜０．４５程度となっている。したがって、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に、それぞれ厚さ１０ｍｍに形成された緩衝材１４ａ，１４ｂを介挿した結合構造では、杭頭固定度αｒが、大きさ、ばらつき共に低減されることが確認された。
したがって、本実験により、緩衝材１４の効果が確認された。
【実施例２】
【００５６】
次に、図８及び図９を参照して、実施例１で用いた試験体と大きさの異なる試験体に対し、実施例１と同様の実験を行った結果を示す。
図８に、本試験で用いる試験体の構成を示す。図中に示されているように、本試験で用いる試験体は、結合部材４の上端側が、厚さ６００ｍｍのフーチングコンクリート６から形成されているフーチング１の下端内部に３００ｍｍ埋設されており、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間には緩衝材１４ａが介挿されている。また、外径４００ｍｍ、板厚９ｍｍ、長さ１１００ｍｍの円筒形状の鋼管杭の頭部に中詰めコンクリート１０が充填されている杭２において、結合部材４の下端側が、中詰めコンクリート１０の上端内部に３００ｍｍ埋設されており、結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間には緩衝材１４ｂが介挿されている。緩衝材１４ａ，１４ｂは、共に厚さ５ｍｍ、ヤング率約１．０Ｎ／ｍｍ2に形成されている。結合部材４は、外径２００ｍｍ、板厚１５ｍｍの円筒形状の鋼管にコンクリートが充填されて形成されている。
【００５７】
このような試験体を用いて実験を行った結果を、図９に示す。なお、想定地盤のＮ値は５とする。図中に●で示されているように、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に、緩衝材１４を介挿していない結合構造では、杭頭固定度αｒの変動が０．３９〜０．５８程度である。
【００５８】
これに対し、図中に□で示されているように、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に、それぞれ厚さ５ｍｍに形成された緩衝材１４ａ，１４ｂを介挿した結合構造では、杭頭固定度αｒの変動が０．４０〜０．４５程度となっている。したがって、結合部材４の上端面とフーチングコンクリート６との間及び結合部材４の下端面と中詰めコンクリート１０との間に、それぞれ厚さ５ｍｍに形成された緩衝材１４ａ，１４ｂを介挿した結合構造では、杭頭固定度αｒが、大きさ、ばらつき共に低減されることが確認された。
したがって、本実験により、緩衝材１４の効果が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第一の実施形態のフーチングと杭の結合構造を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態の緩衝材を示す図である。
【図３】本発明の第二の実施形態のフーチングと杭の結合構造を示す図である。
【図４】本発明の第三の実施形態のフーチングと杭の結合構造を示す図である。
【図５】本発明の第三の実施形態の緩衝材を示す図である。
【図６】試験体の構成を示す図である。
【図７】杭頭固定度と軸力比との関係を示す図である。
【図８】試験体の構成を示す図である。
【図９】杭頭固定度と軸力比との関係を示す図である。
【図１０】従来のフーチングと杭の結合構造を示す図である。
【図１１】従来のフーチングと杭の結合構造を示す図である。
【図１２】従来のフーチングと杭の結合構造を示す図である。
【図１３】杭頭曲げモーメントを示す図である。
【図１４】地震発生時にフーチングに加わる水平力を示す図である。
【図１５】従来の構造物と杭の結合構造を示す図である。
【図１６】従来の構造物と杭の結合構造を示す図である。
【図１７】従来のフーチングと杭の結合構造を示す図である。
【図１８】曲げモーメントの伝達機構を示す図である。
【図１９】杭頭固定度と軸力比との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１    フーチング
２    杭
４    結合部材
６    フーチングコンクリート
８    構造物
１０  中詰めコンクリート
１２  ずれ止め
１４  緩衝材
１６  空隙部
１８  結合補助部材
２０  貫通孔
２２  鉄筋
２４  杭頭
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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