(57)【要約】【課題】杭に必要な鉄筋量を確保しつつ、コンクリートの充填に必要な鉄筋間隔を広く確保できるコンクリート杭を提供すること。【解決手段】コンクリート杭１は、複数本の杭主筋２０と、杭主筋２０を囲んで巻き立てられたフープ筋２１と、を備える。このコンクリート杭１では、杭上部３０は、杭中間部３１および杭下部３２よりも剛性が高い高剛性部４０であり、杭上部３０の杭主筋２０は、上下方向に延びる２本の鉄筋同士を当接させ、この当接した２本の鉄筋をフープ筋２１の内周縁に沿って配置した束筋２３を含んでおり、杭中間部３１および杭下部３２の杭主筋２０は、上下方向に延びる１本の鉄筋で構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数本の杭主筋と、当該杭主筋を囲んで巻き立てられたフープ筋と、を備えるコンクリート杭であって、
当該コンクリート杭の杭上部の少なくとも一部は、当該コンクリート杭の残りの部分よりも剛性が高い高剛性部であり、
当該高剛性部の杭主筋は、上下方向に延びる複数本の鉄筋同士を当接させ、当該当接した複数本の鉄筋を前記フープ筋の内周縁に沿って配置した束筋を含んでおり、
前記高剛性部以外の部分の杭主筋は、上下方向に延びる１本の鉄筋で構成されることを特徴とするコンクリート杭。
【請求項２】
前記高剛性部のフープ筋は、複数の螺旋状または環状の鉄筋が重ねて巻き立てられた重ね巻き部を有し、前記高剛性部以外の部分のフープ筋は、一本の鉄筋が螺旋状または環状に巻き立てられることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート杭。
【請求項３】
前記高剛性部のフープ筋は、前記高剛性部以外の部分のフープ筋よりも、高強度および／または太径の鉄筋であり、
前記高剛性部のフープ筋同士の間隔は、前記高剛性部以外の部分のフープ筋同士の間隔と同等以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のコンクリート杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート造のコンクリート杭に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、建物を支持する杭として、鉛直方向に延びる複数本の主筋と、当該主筋を囲んで巻き回されたフープ筋と、を備えるコンクリート杭がある。
特許文献１には、ＰＣ鋼材および軸方向鉄筋を配設した節付きの中空プレストレスト鉄筋コンクリート杭が示されている。このコンクリート杭の杭頭部には端板が設置され、この端板から延びるスタッド筋は、軸方向鉄筋に当接して配置されている。
【０００３】
特許文献２には、下部が鉄筋コンクリート構造であり、直列に配置された複数の鋼管で上部が被覆された鋼管コンクリート構造の場所打ち杭が示されている。この場所打ち杭の鋼管同士の接合部では、吊り下げ兼組み立て用鉄筋と短尺縦鉄筋とが、近接して配置されている。
特許文献３には、鉄筋コンクリート製構築物の内部に配される鉄筋籠が示されている。鉄筋籠には、構築物の長手方向に沿って配される主筋と、この主筋回りに配されるフープ筋とを備える。主筋は、半径方向に重ねて配置された内筋および外筋で構成されている。
上述の特許文献１〜３のコンクリート杭では、杭に必要な杭主筋量やフープ筋量を確保しつつ、杭主筋同士やフープ筋同士の間隔を広く確保することが難しかった。そのため、コンクリートを確実に充填できない場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６６５５０号公報
【特許文献２】特開２００８−２０２２１８号公報
【特許文献３】特開２００１−２０４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、杭に必要な杭主筋量やフープ筋量を確保しつつ、コンクリートの充填に必要な鉄筋間隔を広く確保できるコンクリート杭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】
【０００６】
本発明者らは、高層建物を支持するＲＣ杭の構造として、杭上部の高剛性部の杭主筋に鉄筋を２本１組として束ねた束筋を配置し、高剛性部以外の部分の杭主筋には鉄筋をシングルで配置することで、杭主筋同士の間に所定のあき寸法を確保しつつ、少ない杭主筋量でありながら、杭上部側のみに高い曲げ剛性を効率的に確保できる点に着眼し、水平変位量や曲げモーメント量を低減できる本発明のコンクリート杭を発明するに至った。
【０００７】
第１の発明のコンクリート杭（コンクリート杭１、１Ａ、１Ｂ）は、複数本の杭主筋（例えば、後述の杭主筋２０）と、当該杭主筋を囲んで巻き立てられたフープ筋（例えば、後述のフープ筋２１）と、を備えるコンクリート杭であって、当該コンクリート杭の杭上部（例えば、後述の杭上部３０）の少なくとも一部は、当該コンクリート杭の残りの部分（例えば、後述の杭中間部３１および杭下部３２）よりも剛性が高い高剛性部（例えば、後述の高剛性部４０）であり、当該高剛性部の杭主筋（例えば、後述の杭主筋２０）は、上下方向に延びる複数本の鉄筋同士を当接させ、当該当接した複数本の鉄筋を前記フープ筋の内周縁に沿って配置した束筋（例えば、後述の束筋２３）を含んでおり、前記高剛性部以外の部分の杭主筋は、上下方向に延びる１本の鉄筋で構成されることを特徴とする。
【０００８】
ここで、高剛性部では、全ての杭主筋を束筋で構成する場合と、杭主筋の１つおきまたは２つおきに束筋を設ける場合とがある。
この発明によれば、杭上部の少なくとも一部を高剛性部とし、この高剛性部の杭主筋を、上下方向に延びる複数本の鉄筋同士を当接させ、この当接した複数本の鉄筋をフープ筋の内周縁に沿って配置した束筋とした。よって、杭に必要な杭主筋量やフープ筋量を確保しつつ、コンクリートの充填に必要な鉄筋間隔を広く確保できる。
また、高剛性部のみに束筋を配置して、高剛性部を高剛性部以外の部分より高剛性化したので、杭頭部に生じる水平変位量や曲げモーメント量を低減できる。よって、杭を細径化したり、建物の基礎を支持するのに必要な杭の本数を削減したりできる。また、複数本の鉄筋をフープ筋の内周縁に沿って配置して束筋としたので、複数本の鉄筋を杭の半径方向に配置した場合に比べて、同一鉄筋量でありながら高剛性を実現できる。
また、杭上部の杭主筋の鉄筋量を杭中間部や杭下部に比べて増大させたので、杭上部の曲げ耐力およびせん断耐力を、杭中間部や杭下部よりも大きくできる。
【０００９】
第２の発明のコンクリート杭は、前記高剛性部のフープ筋は、複数の螺旋状または環状の鉄筋が重ねて巻き立てられた重ね巻き部（例えば、後述の重ね巻き部２４）を有し、前記高剛性部以外の部分のフープ筋は、一本の鉄筋が螺旋状または環状に巻き立てられることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、大きな水平力が作用する杭上部の高剛性部のみに、複数の螺旋状または環状の鉄筋を重ねた重ね巻き部をフープ筋として用いることで、フープ筋同士の間に所定の空き寸法を確保しながら、せん断補強筋を高密度に配筋できる、よって、杭上部のせん断耐力を、杭中間部や杭下部よりも増大できる。
【００１１】
第３の発明のコンクリート杭は、前記高剛性部のフープ筋は、前記高剛性部以外の部分のフープ筋よりも、高強度および／または太径の鉄筋であり、前記高剛性部のフープ筋同士の間隔は、前記高剛性部以外の部分のフープ筋同士の間隔と同等以上であることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、高剛性部のフープ筋として、高強度鉄筋、太径鉄筋、または高強度の太径鉄筋を用いることで、フープ筋同士の間隔を狭めることなく、フープ筋同士の間のコンクリートの充填性を確保しつつ、高剛性部のせん断耐力を、高剛性部以外の部分のせん断耐力よりも容易に高くできる。また、高剛性部にフープ筋として鉄筋を高密度に配筋することなく、必要なせん断強度を確保できる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、杭に必要な杭主筋量やフープ筋量を確保しつつ、コンクリートの充填に必要な鉄筋間隔を広く確保できるコンクリート杭を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るコンクリート杭を備えた建物の基礎構造の縦断面図である。
【図２】図１に示すコンクリート杭のＡ−Ａ断面図（杭上部）およびＢ−Ｂ断面図（杭中間部）である。
【図３】図１に示すコンクリート杭の杭上部の拡大縦断面図、および、杭中間部または杭下部の拡大縦断面図である。
【図４】地震時に杭に作用する慣性力（地震時水平荷重）と水平変位の関係を示す模式図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るコンクリート杭を備えた建物の基礎構造の縦断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係るコンクリート杭を備えた建物の基礎構造の縦断面図である。
【図７】図６に示すコンクリート杭の杭上部の拡大縦断面図である。
【図８】本発明の変形例に係るコンクリート杭の杭上部の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、杭径がほぼ一様なコンクリート杭において、杭の全長に亘って杭主筋を同一形式で配筋して曲げ剛性を一定にするのではなく、杭上部の少なくとも一部をその他の部分よりも曲げ剛性の高い高剛性部とする。このとき、高剛性部のフープ筋は、複数の鉄筋を重ねて巻き立てられた重ね巻き部とする場合と、高強度および／または太径の鉄筋を用いる場合と、がある。
具体的には、コンクリート杭において、高剛性部である杭上部の杭主筋に束筋を設けるとともに、杭上部のフープ筋として、複数の鉄筋を重ねて巻き立てられた重ね巻き部を設けた第１実施形態（図１〜図３）と、杭上部のフープ筋のみを高強度鉄筋とする第２施形態（図５）と、杭の全長に亘ってフープ筋を同一形式で配筋する第３形態（図６、図７）と、杭上部の全ての杭主筋を束筋とするのではなく、杭主筋の１つおきまたは２つおきに束筋を配置する変形例（図８）がある。
【００１６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係るコンクリート杭１を備えた建物の基礎構造１０の縦断面図である。図２（ａ）は、図１に示すコンクリート杭１のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は、図１に示すコンクリート杭１のＢ−Ｂ断面図である。図３（ａ）は、コンクリート杭１の杭上部３０の拡大縦断面図であり、図３（ｂ）は、コンクリート杭１の杭中間部３１または杭下部３２の拡大縦断面図である。
【００１７】
基礎構造１０は、地盤に打ち込まれた鉄筋コンクリート造のコンクリート杭１と、このコンクリート杭１の上端に支持されたフーチング１１と、フーチング１１同士を連結する基礎梁１２と、フーチング１１の上に設けられた柱１３と、を備える。
【００１８】
コンクリート杭１は、図１に示すように略円柱形状であり、鉛直方向に延びる複数本の杭主筋２０と、これら杭主筋２０を囲んで巻き立てられたフープ筋２１と、を備える。
以下、コンクリート杭１の上部を杭上部３０、中間部を杭中間部３１、下部を杭下部３２とする。
【００１９】
コンクリート杭１では、杭上部３０は、高剛性部４０であり、高剛性部４０以外の部分である杭中間部３１および杭下部３２よりも剛性が高くなっている。
杭中間部３１および杭下部３２の杭主筋２０は、図２（ｂ）に示すように上下方向に延びる一本の鉄筋である。
杭上部３０の杭主筋２０は、図２（ａ）に示すように上下方向に延びる２本の鉄筋を束ねた束筋２３で構成されている。束筋２３を構成する２本の鉄筋同士は、互いに当接した状態でフープ筋２１の内周縁に沿って配置されている。この束筋２３は、２本の鉄筋同士を当接させ、この状態で、これら鉄筋同士を所定間隔おきに溶接することで形成される。鉄筋同士の溶接については、鉄筋がＤ１６である場合、溶接幅を８〜１１ｍｍ程度確保し、鉄筋がＤ１９である場合、溶接幅を９〜１２ｍｍ程度確保する。また、束筋２３とフープ筋２１とは、溶接接合するのではなく、直径０.８ｍｍ以上の鉄線で結束して仮固定する。
【００２０】
ここで、杭上部３０の杭主筋２０（束筋２３）には、杭中間部３１および杭下部３２の杭主筋２０と降伏強度および鉄筋径が同一の鉄筋が使用されている。これにより、杭上部３０の杭主筋２０（束筋２３）は、杭中間部３１および杭下部３２の杭主筋２０よりも、高剛性となり、配筋時に使用する鉄筋を間違えるリスクを低減できるとともに、配筋作業の効率を高めることができる。
また、杭上部３０の杭主筋２０（束筋２３）同士の間隔は、杭中間部３１および杭下部３２の杭主筋２０同士の間隔と、略同一となっている。
【００２１】
杭中間部３１および杭下部３２のフープ筋２１は、一本の円環状の鉄筋である。これに対し、杭上部３０のフープ筋２１は、２本の円環状の鉄筋を重ねて巻き立てられた重ね巻き部２４で構成されている。
なお、これに限らず、杭中間部および杭下部のフープ筋を、一本の螺旋状の鉄筋とし、杭上部のフープ筋を、複数本の螺旋状の鉄筋を重ね巻き立てた重ね巻き部としてもよい（図は省略）。
【００２２】
また、杭上部３０のフープ筋２１（重ね巻き部２４）には、杭中間部３１および杭下部３２のフープ筋２１と降伏強度および鉄筋径が同一の鉄筋が使用されている。これにより、杭上部３０のフープ筋２１（重ね巻き部２４）は、杭中間部３１および杭下部３２のフープ筋２１よりも、高強度であり、配筋時に使用する鉄筋を間違えるリスクを低減できるとともに、配筋作業の効率を高めることができる。
また、杭上部３０のフープ筋２１（重ね巻き部２４）同士の間隔は、杭中間部３１および杭下部３２のフープ筋２１同士の間隔と、略同一となっている。
【００２３】
ここで、せん断補強筋比をｐｗ、せん断補強筋の降伏強度σｗｙとすると、せん断補強筋量Ｑは、以下の式（１）で表される。
Ｑ＝ｐｗ×σｗｙ  ・・・（１）
【００２４】
以下、杭中間部および杭下部について、添え字を１とし、杭上部については、添え字を２とする。
よって、例えば、杭中間部および杭下部では、ｐｗ１が０．２％、σｗｙ１が３９０Ｎ／ｍｍ２とすると、Ｑ１は０．７８Ｎ／ｍｍ２となる。一方、杭上部では、重ね巻き部が設けられているため、ｐｗ２がｐｗ１の２倍の０．４％となり、その結果、Ｑ２もＱ１の２倍の１．５６Ｎ／ｍｍ２となり、杭上部のせん断耐力を高めることができる。
【００２５】
図４（ａ）は、地震時の建物および杭の挙動を示す模式図である。
地震が発生すると、建物に慣性力（地震時水平荷重）Ｈが作用し、図４（ａ）に示すように、杭が変形することになる。
図４（ｂ）は、本願発明のコンクリート杭、従来の普通強度杭、従来の高耐力杭の水平変位を示す模式図である。図４（ｂ）中、実線が本発明のコンクリート杭の水平変位であり、一点鎖線が従来の普通強度杭の水平変位であり、破線が従来の高耐力杭の水平変位である。
【００２６】
ここで、普通強度杭としては、遠心力成形の鉄筋コンクリートＲＣ杭、遠心力成形のプレストレストコンクリートＰＣ杭、および場所打ち鉄筋コンクリート杭が挙げられる。また、高耐力杭としては、遠心力成形の高強度プレストレストコンクリートＰＨＣ杭、遠心力成形の高強度プレストレスト鉄筋コンクリートＰＲＣ杭、遠心力成形の外殻鋼管付コンクリートＳＣ杭、場所打ち鋼管コンクリート杭、および地中壁杭が挙げられる。
【００２７】
建物と杭上部との接合部分には、建物に作用する水平荷重を打ち消そうと、反対方向に大きなせん断力が作用することになる。その際、杭に生じる水平変位は、杭上端が最も大きくなり、杭下端側に向うに従って減少する。この水平変位の分布に対応するものが、杭に作用する曲げモーメントの分布である。
【００２８】
従来の高耐力杭は、杭の全長に亘って高強度とした構造であるため、図４（ｂ）中破線で示すように、杭の水平変位を全長に亘って抑制して小さくできる。しかし、このような高耐力杭は築造方法が複雑で、製作日数が長くなり、高コストになるという課題があった。
これに対して、本発明のコンクリート杭は、杭上部のせん断強度のみを杭中間部および杭下部よりも増大させることで、杭上部に生じる水平変位量のみを抑制する点に特徴がある。よって、高い靱性能を備えた高いせん断強度を備える鉄筋コンクリート杭を実現できる。
【００２９】
コンクリート杭１は、予め工場で製造しておき、現場に運搬して打ち込む既製杭と、現場で築造する場所打ち杭と、がある。
コンクリート杭１を既製杭とした場合、次の手順で製造する。すなわち、工場にて、杭主筋２０とフープ筋２１とで鉄筋かごを組立てておき、この鉄筋かごを水平方向に延びる鋼製の円筒形状の型枠内に配置した後、型枠内にコンクリートを打設することで、コンクリート杭１を製造する。
あるいは、杭主筋量やフープ筋量が増大された鉄筋コンクリート造の杭体を製造し、この杭体を杭上部とするとともに、杭主筋量やフープ筋量が増大されていない鉄筋コンクリート造の杭体を製造し、この杭体を杭中間部および杭下部とする。そして、これら複数の杭体同士を連結することで、本発明のコンクリート杭を形成する。
【００３０】
一方、コンクリート杭１を場所打ち杭とした場合、次の手順で築造する。まず、現場にて、杭主筋２０とフープ筋２１とで鉄筋かごを組立てておく。次に、地盤面に鉛直方向に延びる杭穴を形成して、この杭穴に鉄筋かごを投入し、その後、この杭穴にコンクリートを流し込んで築造する。これにより、杭下部から杭上部まで一体となったコンクリート杭１が形成される。
【００３１】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）杭上部３０を高剛性部４０とし、この杭上部３０の杭主筋２０を、上下方向に延びる２本の鉄筋を束ねた束筋２３としたので、コンクリート杭１に必要な杭主筋量やフープ筋量を確保しつつ、コンクリートの充填に必要な鉄筋間隔を広く確保できる。
また、杭上部３０を杭中間部３１および杭下部３２より高剛性としたので、杭頭部に生じる水平変位量や曲げモーメント量を低減できる。よって、コンクリート杭１を細径化したり、建物の基礎を支持するのに必要なコンクリート杭１の本数を削減したりできる。また、２本の鉄筋をフープ筋２１の内周縁に沿って配置して束筋２３としたので、２本の鉄筋をコンクリート杭の半径方向に配置した場合に比べて、同一鉄筋量でありながら高剛性を実現できる。
また、杭上部３０の杭主筋２０の鉄筋量を杭中間部３１や杭下部３２に比べて増大させたので、杭上部３０の曲げ耐力およびせん断耐力を、杭中間部３１や杭下部３２よりも大きくできる。
また、杭上部３０では、２本の鉄筋を当接させた束筋（杭主筋）をフープ筋２１の内周縁に沿って配置し、束筋２３をフープ筋２１に結束した。よって、束筋２３を構成する鉄筋がそれぞれフープ筋２１に接して配筋されることになり、束筋２３の位置決めを確実に行うことができる。
【００３２】
（２）大きな水平力が作用する杭上部３０のみに、鉄筋を複数本重ねた重ね巻き部２４をフープ筋２１として用いることで、フープ筋２１同士の間に所定の空き寸法を確保しながら、せん断補強筋を高密度に配筋できる、よって、杭上部３０のせん断耐力を、杭中間部３１や杭下部３２よりも大きくできる。
【００３３】
〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態に係るコンクリート杭１Ａの縦断面図である。
本実施形態では、杭上部３０のフープ筋２１が一本の円環状の高強度鉄筋である点が、第１実施形態と異なる。
すなわち、高剛性部４０である杭上部３０のフープ筋２１は、２本の円環状の鉄筋を重ねて巻き立てた構造ではなく、一本の円環状の鉄筋となっている。ただし、この杭上部３０のフープ筋２１に用いられる鉄筋は、杭中間部３１および杭下部３２のフープ筋２１の鉄筋よりも強度が高い、高強度鉄筋である。
また、杭上部３０のフープ筋２１同士の間隔は、杭中間部３１および杭下部３２のフープ筋２１同士の間隔と、略同一となっている。
【００３４】
よって、例えば、杭中間部および杭下部では、ｐｗ１が０．２％、σｗｙ１が３９０Ｎ／ｍｍ２とすると、Ｑ１は０．７８Ｎ／ｍｍ２となる。一方、杭上部では、高強度鉄筋を用いるため、ｐｗ２がｐｗ１と等しい０．２％であり、σｗｙ２を４９０Ｎ／ｍｍ２とすると、Ｑ２が０．９８Ｎ／ｍｍ２となり、Ｑ１よりも大きくなって杭上部のせん断耐力を高めることができる。
【００３５】
なお、杭上部のフープ筋に、Ｄ１９の鉄筋を使用し、杭中間部および杭下部のフープ筋にＤ１６の螺旋状の鉄筋を使用して、杭上部のフープ筋を太径としてもよい。この場合も、杭上部のフープ筋のせん断強度を杭中間部および杭下部のせん断強度より高めることができる。
【００３６】
本実施形態によれば、上述の（１）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（３）杭上部３０のフープ筋２１として高強度鉄筋を用いたので、フープ筋２１同士の間隔を狭めることなく、杭上部３０のせん断耐力を、杭中間部３１および杭下部３２のせん断耐力よりも容易に高くできる。また、杭上部３０にフープ筋２１として鉄筋を高密度に配筋することなく、必要なせん断強度を確保できる。
【００３７】
〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態に係るコンクリート杭１Ｂの縦断面図である。図７は、コンクリート杭１Ｂの杭上部３０の拡大縦断面図である。
本実施形態では、高剛性部４０である杭上部３０、杭中間部３１、および杭下部３２のフープ筋２１が、一本の螺旋状の鉄筋である点が、第１実施形態と異なる。
この杭上部３０、杭中間部３１、および杭下部３２のフープ筋２１に用いられる鉄筋は、降伏強度および鉄筋径が全て同一である。
【００３８】
本実施形態によれば、上述の（１）と同様の効果がある。
【００３９】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、上述の各実施形態では、高剛性部４０である杭上部３０の全ての杭主筋２０を、２本の鉄筋を束ねた束筋２３で構成したが、これに限らない。すなわち、杭上部３０の杭主筋２０について、図８（ａ）に示すように、杭主筋２０の１つおきに束筋２３で構成してもよいし、図８（ｂ）に示すように、２つおきに束筋２３で構成してもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１、１Ａ、１Ｂ…コンクリート杭  １０…基礎構造  １１…フーチング
１２…基礎梁  １３…柱
２０…杭主筋  ２１…フープ筋  ２３…束筋  ２４…重ね巻き部
３０…杭上部  ３１…杭中間部  ３２…杭下部  ４０…高剛性部
【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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