(57)【要約】  【課題】  支承部材の溶接工程の省略化、支承部材の点数減少及び全重量の軽量化、施工性の向上を図れる杭基礎の免震支承構造を提供する。  【解決手段】  頭部２ａの上面に金属製の杭頭端板４を重合固着した中空断面構造の基礎杭２と、フーチング１３の下面側に固定され、下面に環状凹溝６６を有する形の沓座６と、を備えており、基礎杭２の杭頭端板４を含む頭部２ａが沓座６の環状凹溝６６内に環状のゴム状弾性板７を介して嵌合されている。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中地盤に打設され、頭部の上面に金属製の杭頭端板を重合固着した中空断面構造の基礎杭と、フーチングの下面側に固定され、下面に前記基礎杭の杭頭端板を含む頭部の形状に対応する環状凹溝を有する形の沓座と、を備えており、前記基礎杭の杭頭端板を含む頭部が前記沓座の環状凹溝内に環状のゴム状弾性板を介して嵌合されていることを特徴とする、杭基礎の免震支承構造。
【請求項２】
前記基礎杭がコンクリート製であって、該基礎杭の頭部の外周に補強バンドを一体に巻き付けてある、請求項１記載の杭基礎の免震支承構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建物や橋梁等の構造物に固定され地中地盤に埋め込まれたフーチングを、地中地盤に打設された中空断面構造の基礎杭の頭部にピン支承させてなる杭基礎の免震支承構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の杭基礎の免震支承構造として、例えば、図５に示すようなものがある（例えば、特許文献１参照。）。この図５に示される杭基礎の免震支承構造は、地中地盤２６に打設された中空断面構造（円筒構造）の基礎杭２０の頭部に金属製の杭頭端板２１を固定し、この杭頭端板２１の上面に金属製の凸形下沓２２を溶接固定する一方、フーチング２３の下部に環状の凹形上沓２４を固定し、凸形下沓２２の凸部に凹形上沓２４の凹部を環状ゴムシート２５を介して嵌合させる、というピン支承を採用している。
【０００３】
このピン支承によれば、地震力が作用したとき、環状ゴムシート２５の厚さ変化（弾性変形）を介して基礎杭２０の頭部とフーチング２３との相対回転変位により応力を解放して、凸形下沓２２と凹形上沓２４との凹凸嵌合部への曲げモーメントの発生を防止でき、過大な外力が作用したときでも基礎杭２０及びフーチング２３の損傷、破損を防止するに十分な耐震性能、免震性能を確保することができるというものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１０５７８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記杭基礎の免震支承構造では、金属製の凸形下沓２２を杭頭端板２１の上面に溶接固定する必要があるが、雨天時には溶接作業することができず、工期の遅延を来たし、また溶接作業には電源を必要とするなど天候や現場施工面で不利であり、また凸形下沓２２と杭頭端板２１との溶接箇所では経年的に錆発生を招いて破断の憂いがある。また、鋼鋳物など金属製の凸形下沓２２は重量大であるためピン支承構成部材の全重量が嵩張り、この点でも据付け作業性を困難にし、さらに凸形下沓２２を必要する分だけコスト高になる等の問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、上記した従来の免震支承構造のようなピン支承構成部材としての凸形下沓を不要とし、この凸形下沓の溶接工程を省略でき、ピン支承構成部材の部材点数、据付け工数の減少、全重量の軽量化、および施工性の向上を図れる杭基礎の免震支承構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の杭基礎の免震支承構造は、地中地盤に打設され、頭部の上面に金属製の杭頭端板を重合固着した中空断面構造の基礎杭と、フーチングの下面側に固定され、下面に前記基礎杭の杭頭端板を含む頭部の形状に対応する環状凹溝を有する形の沓座と、を備えており、前記基礎杭の杭頭端板を含む頭部が前記沓座の環状凹溝内に環状のゴム状弾性板を介して嵌合されていることに特徴を有するものである。
【０００８】
一つの好適な態様として、本発明による杭基礎の免震支承構造は前記基礎杭がコンクリート製である場合、該基礎杭の頭部の外周に補強バンドを一体に巻き付けておくことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
上記構成の杭基礎の免震支承構造によれば、基礎杭の杭頭端板を含む頭部はフーチングの下面側に固定される沓座の環状凹溝内に環状のゴム状弾性板を介して嵌合してあるので、地震力が作用したとき、ゴム状弾性板の厚さ変化を介して基礎杭の頭部とフーチングとの相対回転により応力を解放して基礎杭の頭部と沓座との嵌合部への曲げモーメントの発生を防止でき、過大な外力が作用したときでも基礎杭及びフーチングの損傷、破損を防止して十分な耐震性能、免震性能を発揮させることができる。
【００１０】
基礎杭の杭頭端板を含む頭部に、沓座を溶接することなくその沓座下面に設けた環状凹溝をゴム状弾性板を介して嵌合させるだけでピン支承構成部材の据付け工事を完了できる。したがって、雨天時でもその工事が可能であり工期の遅延が生ぜず、また溶接作業のように電源を必要としない。また、ピン支承構成部材としては沓座とゴム状弾性板の二部材のみで足りるため、上下一対の凹凸形沓と環状ゴムシートとを必要としていた従来の免震支承構造に比較して凸形下沓を不要とする分だけ軽量で取扱い易く、しかも部材点数のみならず施工工数をも減少できて施工性の向上、施工コストの低減を図ることができる。それだけ施工性、設置コスト面、および部材コスト面などにおいてきわめて有利である。
【００１１】
コンクリート製の基礎杭頭部の外周に補強バンドを一体に巻き付けることにより、基礎杭のコンクリート成形後の硬化時に基礎杭頭部の外周の膨れを補強バンドにより抑止できて沓座の環状凹溝に対応する寸法精度を出すことができるとともに、基礎杭頭部を補強できて有利である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の好適な実施形態を図面に基づき説明する。図１は本発明の一実施例を示す杭基礎の免震支承構造の平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。
【００１３】
本発明の杭基礎の免震支承構造は、地中地盤１に打設される遠心力鉄筋コンクリート杭、プレテンション方式遠心力高強度プレストレスコンクリート杭（ＰＨＣ杭）、ＳＣ杭、ＳＴ杭など中空断面構造（円筒構造）の既製杭である基礎杭２の頭部２ａの上面には金属製の環状の杭頭端板４を重合固着している。図１、図２に示す既製基礎杭２はコンクリート製であって、その頭部２の上面に杭頭端板４をＰＣ鋼棒３の上端部を利用する等して重合固着している。また、基礎杭２の頭部２ａの外周には金属製の補強バンド５を一体に巻き付けている。この補強バンド５の巻き付けにより、基礎杭２のコンクリート成形後の硬化時に基礎杭２の頭部２ａの外周の膨れを抑止できて寸法精度を出すことができるとともに、基礎杭２の頭部２ａを補強できる。
【００１４】
基礎杭２の地中地盤１への打設後には、基礎杭２の杭頭端板４上にピン支承構成部材である沓座６及びゴム状弾性板７が据付けられる。沓座６は鋼鋳物など金属製であり、基礎杭２より若干径大な円形状の外輪部６１、中心部６２、および外輪部６１と中心部６２とを連結するアーム部６３を有し、外輪部６１の下面には内側環状ボス６４と外側環状ボス６５とを形成するとともに、これら内側環状ボス６４と外側環状ボス６５との間に、基礎杭２の杭頭端板４を含む頭部２ａの形状に対応する環状凹溝６６を形成している。外輪部６１の上面には強度および後述するコンクリート製のフーチング（構造物の基礎）１３の下面との結合力を高めるための複数個のリブ６７を同一円周上に分断配列状態にかつそれぞれ上向きに突設している。ゴム状弾性板７はエラストマー、合成ゴム、天然ゴムなどで沓座６の環状凹溝６６に対応する環状に形成している。
【００１５】
沓座６を基礎杭２の頭部２ａに据付けるには、基礎杭２の頭部２ａに沓座６の環状凹溝６６がゴム状弾性板７を介して嵌合するように基礎杭２の杭頭端板４上に載せられる。その際、予め沓座６の環状凹溝６６内にゴム状弾性板７を嵌め込んでおいて沓座６を基礎杭２の杭頭端板４上に載せるという据付け手順で行うことが少ない工数で効率的に、確実に施工できて好ましいが、それに代えて、先ずゴム状弾性板７を基礎杭２の杭頭端板４上に載せ、次いで沓座６を基礎杭２の杭頭端板４上に載せることもできる。
【００１６】
沓座６の環状凹溝６６内において、基礎杭２の杭頭端板４を含む頭部２ａの内周と内側環状ボス６４の外周との間、および頭部２ａの外周と外側環状ボス６５の内周との間にはそれぞれ地震や台風時に基礎杭２の頭部２ａと沓座６との相対回転変位を許容するために必要かつ十分な環状隙間ｃ１、ｃ２を形成すべく、基礎杭２の頭部２ａの内径は環状凹溝６６の内径（内側環状ボス６４の外径）より所定量小さく設定され、基礎杭２の頭部２ａの外径は環状凹溝６６の外径（外側環状ボス６５の内径）より所定量小さく設定されている。
【００１７】
沓座６の環状凹溝６６の全深さは、地震力による引抜力が基礎杭２の頭部２ａと沓座６の環状凹溝６６との嵌合部に作用したときにも両者の嵌合状態が解除されない（基礎杭２の頭部２ａが沓座６の環状凹溝６６から引き抜かれない）程度に設定されている。
【００１８】
環状凹溝６６の、ゴム状弾性板７の下面７ａからの深さ寸法Ｅ（図１参照）は、地震や台風時の基礎杭２の回転に伴うゴム状弾性板７の厚さ変化量に対して水平力が伝達できる深さ寸法に設定される。水平力の伝達は杭頭端板４の厚さで行われるので、上記深さ寸法Ｅはゴム状弾性板７の厚さ変化量に杭頭端板４の厚さを加算した寸法以上を有することが望ましい。したがって、いま、杭頭端板４の厚さをｔ、ゴム状弾性板７の厚さ変化量を±Ｔ、余裕度をｓとすれば、
Ｅ＝ｔ＋（±Ｔ）・ｓ                                          （１）
ここで、ゴム状弾性板の厚さ変化量±Ｔについて、図３（ａ）（常態時の免震支承構造の縦断正面図）、図３（ｂ）（地震時に基礎杭が回転した状態の免震支承構造の縦断正面図）を参照して示すと、次の関係式が得られる。
ゴム状弾性板の厚さ変化量  ±Ｔ＝（Ｄ／２）×ｔａｎθ              （２）
ここで、Ｄ：基礎杭の外径
θ°：基礎杭の回転量
±Ｔ：ゴム状弾性板の厚さ変化量
（−Ｔ：ゴム状弾性板の圧縮側、＋Ｔ：ゴム状弾性板の引張側）
一方、余裕度ｓについては、４倍より高いと、環状凹溝６６内において基礎杭２が回転することにより接触するため、基礎杭２の所定回転量の妨げとなり、１倍より低いと、環状凹溝６６内より杭頭端板４がはみ出すことになることから、水平力の伝達ができなくなることがある。したがって、余裕度ｓは１倍〜４倍、より好ましくは１倍〜１．５倍とする。
【００１９】
例えば、基礎杭の外径Ｄが６００ｍｍ、基礎杭の回転量θ°が２°、杭頭端板４の厚さｔが１６ｍｍ、余裕度ｓを５０％とすれば
上式（１）（２）から、
ゴム状弾性板７の厚さ変化量  ±Ｔ＝６００／２（ｍｍ）×ｔａｎ２°＝１０．５（ｍｍ）であるから
深さ寸法  Ｅ＝１６（ｍｍ）＋１０．５（ｍｍ）×１．５＝３１．７５（ｍｍ）
ゆえに、沓座６の環状凹溝６６の上記深さ寸法Ｅは、ゴム状弾性板７の厚さ変化量１０．５ｍｍに対して水平力が伝達できるように、３１．７５ｍｍに設定することになる。
【００２０】
図２に示すように、基礎杭２の杭頭端板４にＰＣ鋼棒取付穴などによる凹み８があったり、杭頭端板４の外周に切欠き９があったりすると、ゴム状弾性板７がそれら凹み８や切欠き９に入り込んだり傾いたりするなどの不具合が生じるため、沓座６を基礎杭２の杭頭端板４上に載せるに先立って、凹み８および切欠き９はエポキシ樹脂または高流動性のモルタルなどの充填材１０を充填することで塞いで杭頭端板４の上面を平坦に仕上げておく。
【００２１】
ゴム状弾性板７が、基礎杭２の杭頭端板４を含む頭部２ａの内周と沓座６の内側環状ボス６４の外周との間の隙間ｃ１、および頭部２ａの外周と沓座６の外側環状ボス６５の内周との間の隙間ｃ２にはみ出すのを防止するために、耐熱性、耐薬品性に優れ、摩擦係数の小さいＰＦＡ、ＰＴＦＥなどのフッ素樹脂等からなるインナーシールリング１１およびアウターシールリング１２がゴム状弾性板７の下面７ａの内外周にそれぞれ嵌合保持されている。
【００２２】
而して、図２に示すように、基礎杭２の頭部２ａに据付けられた沓座６は、地中地盤１上にコンクリートを打設することにより形成されるフーチング１３の下面側に、そのコンクリート打設と同時に一体に固定される。その際、打設コンクリートが沓座６のアーム部６３，６３間の透孔６８内に流れ込むことないように、コンクリート打設に先立って合板など塞ぎ材１４をアーム部６３の上に載せて透孔６８（図１参照）を塞いでおく。
【００２３】
上記のように基礎杭２の頭部２ａにフーチング１３の下面側に固定された沓座６の環状凹溝６６をゴム状弾性板７を介して嵌合してある杭基礎の免震支承構造においては、地震や台風時に、ゴム状弾性板７の厚さ変化（弾性変形）を介して基礎杭２の頭部２ａとフーチング１３との相対回転変位により、地震力によるエネルギーが効果的に吸収緩和されることになる。したがって、地震力が作用したときの基礎杭２の頭部２ａとフーチング１３との嵌合部への応力集中が著しく減少されるため、基礎杭２及びフーチング１３の断面を強度上必要最小限度に縮小し、かつ、配筋量も低減して施工の容易化、低コスト化を図り得ながらも、過大な水平力が作用したときでも、基礎杭２の頭部２ａ及びフーチング１３の損傷、破損を防止して優れた耐震性能、免震性能を発揮させることが可能となる。
【００２４】
また、基礎杭２の杭頭端板４を含む頭部２ａに沓座６の環状凹溝６６をゴム状弾性板７を介して嵌合させるだけでピン支承構成部材の据付け工事を完了でき、天候に左右される溶接作業を必要とすることがないので、その工事を天候に左右されずに進めることができて工期を短縮することができる。加えて、ピン支承構成部材としては沓座６とゴム状弾性板７の二部材のみで足りるため軽量で取扱い易く、しかも部材点数のみならず施工工数をも減少でき、この点でも施工性の向上、施工コストの低減を図ることができる。
【００２５】
図４は既製の基礎杭２が鋼管杭である場合の実施例を示している。この実施例では基礎杭２の頭部２ａの上面に杭頭端板４を溶接等で重合固着しており、その他の構成、作用は上記実施例のものと同様である。なお、図中、１９は、基礎杭２の頭部２ａの周囲で地中地盤１の上面に形成された砂・砕石層である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施例を示す杭基礎の免震支承構造の平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図３】（ａ）は常態時の免震支承構造の縦断正面図、（ｂ）は地震時に基礎杭が回転した状態の免震支承構造の縦断正面図である。
【図４】他の実施例の杭基礎の免震支承構造を図２に相応して示す断面図である。
【図５】従来例の杭基礎の免震支承構造の縦断正面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  地中地盤
２  基礎杭
２ａ  頭部
４  杭頭端板
５  補強バンド
６  沓座
７  ゴム状弾性板
１３  フーチング
６６  環状凹溝
【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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