(57)【要約】【課題】定着部の定着力を所望の大きさに設計する。【解決手段】杭体１１の杭頭部１１ａに鋼管１８が巻着される場所打ち杭１０の設計方法であって、少なくとも鋼管の上端部及び下端部における鋼管と内部構造部分２０との定着方法を設定する工程と、鋼管の上端部及び下端部における圧縮側及び引張側に対する内部構造部分との定着力の最小値に基づいて、所望の鋼管の上端部及び下端部における定着力を算出する工程と、定着力算出工程で算出した定着力に基づいて、杭体の鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する工程と、鋼管の内部構造部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線に、鋼管用相関曲線を重ね合わせて累加強度相関曲線を作成する工程と、累加強度相関曲線を用いて、上記定着方法によって定着力を確保可能な鋼管と内部構造部分との定着部２６の仕様を決定する工程とを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも杭体の曲げ耐力を算定する曲げ耐力算定工程を含み、前記杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の設計方法であって、
前記曲げ耐力算定工程は、
少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着方法を設定する設定工程と、
前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における圧縮側に対する前記内部構造部分との定着力の最小値と、引張側に対する前記内部構造部分との定着力の最小値に基づいて、所望の前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における定着力を算出する定着力算出工程と、
前記定着力算出工程で算出した前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成工程と、
前記鋼管の内部構造部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線を作成する内部構造用相関曲線作成工程と、
前記内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成工程と、を含み、
前記曲げ耐力算定工程の後工程には、前記累加強度相関曲線を用いて、前記設定工程で設定された定着方法によって前記定着力を確保可能な前記鋼管と前記内部構造部分との定着部の仕様を決定する定着部仕様決定工程を含むことを特徴とする場所打ち杭の設計方法。
【請求項２】
前記杭体に発生する曲げ応力を算定する曲げ応力算定工程と、
前記曲げ耐力算定工程の後に前記曲げ耐力に対する曲げ応力の妥当性を検討する曲げ応力検討工程と、を更に含み、
前記曲げ応力検討工程は、
地震時軸力の最小値及び最大値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれるか否かを判定する曲げ応力値判定工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項３】
前記曲げ応力検討工程は、
前記曲げ応力値判定工程で前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれる場合に、更に前記最小値及び前記最大値における前記曲げ応力と前記曲げ耐力との比である検定比が適正値であるか否かを判定する検定比判定工程と、
前記検定比判定工程において、前記最大値又は前記最小値における前記検定比が適正値でないと判定された場合に、前記検定比が過大か過小かを判定される過大過小判定工程と、を更に含み、
前記過大過小判定工程で、前記検定比が過小と判定された場合に、前記曲げ応力算定工程及び前記曲げ耐力算定工程より前段に有する前記鋼管の仕様を選定する鋼管巻き仕様選定工程に戻ることを特徴とする請求項２に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項４】
前記曲げ応力値判定工程において、前記最大値又は前記最小値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された場合に、
前記最小値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された際には、前記鋼管の引張降伏軸力と前記引張力に対する前記定着力との大小関係を比較する引張側比較工程に移行し、
前記最大値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された際には、前記鋼管の圧縮降伏軸力と前記圧縮力に対する前記定着力との大小関係を比較する圧縮側比較工程に移行することを特徴とする請求項２に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項５】
引張側比較工程で前記鋼管の前記引張降伏軸力が前記引張力に対する前記定着力より小さいと判定された場合に、前記引張降伏軸力を大きくするための必要コストと軸力が０の場合における前記鋼管の曲げ耐力を大きくするための必要コストとの大小関係を検討する引張側コスト比較工程に移行することを特徴とする請求項４に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項６】
圧縮側比較工程で前記鋼管の前記圧縮降伏軸力が前記圧縮力に対する前記定着力より大きいと判定された場合に、前記圧縮降伏軸力を大きくするための必要コストと軸力が０の場合における前記鋼管の曲げ耐力を大きくするための必要コストとの大小関係を検討する圧縮側コスト比較工程に移行することを特徴とする請求項４に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の場所打ち杭の設計方法をコンピュータに実行させるための設計プログラム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の場所打ち杭の設計方法をコンピュータに実行させるための設計プログラムを前記コンピュータで読み取り可能に記憶した記憶媒体。
【請求項９】
杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の設計システムであって、
少なくとも前記場所打ち杭の設計に係る所定のデータを記憶する記憶部と、
少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における圧縮側に対する内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着力の最小値と、引張側に対する前記内部構造部分との定着力の最小値に基づいて、所望の前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における定着力を算出する演算部と、
前記演算部に含まれ、少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部構造部分との定着方法を設定する設定部と、
前記演算部に含まれ、前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成部と、
前記演算部に含まれ、前記鋼管の内部構造部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成部と、
前記演算部に含まれ、少なくとも前記累加強度相関曲線を用いて、前記定着力の妥当性を検討する定着力判定部と、
前記演算部に含まれ、少なくとも前記定着力を確保可能な前記鋼管と前記内部構造部分との定着部の仕様を決定する定着部仕様決定部と、を備えることを特徴とする場所打ち杭の設計システム。
【請求項１０】
前記記憶部は、前記所定のデータとして、少なくとも前記場所打ち杭が設けられる地盤の土質データ、前記杭体の構成要素に係る仕様データ、及び前記場所打ち杭の過去の設計実績データをデータベース化して記憶することを特徴とする請求項９に記載の場所打ち杭の設計システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の設計方法、設計プログラム、記憶媒体、及び場所打ち杭の設計システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
場所打ち杭は、地盤中に地表から杭孔を削孔し、杭孔内に鉄筋カゴ等の補強部材を配設した後にコンクリートを打設して形成される。このため、工場で製作された杭を地中に打ち込む既製杭に比べて、杭の径や長さを大きくすることができ、大きな支持力を必要とする基礎を施工する場合等に使用される。場所打ち杭の耐震性を向上させるために、場所打ち杭の杭頭部に鋼管を巻き付け、杭の曲げやせん断耐力を確保する耐震場所打ち杭、すなわち杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭が広く用いられている。杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭は、杭の上部を鋼管コンクリート構造（部）又は鋼管鉄筋コンクリート構造（部）とし、下部を鉄筋コンクリート構造（部）とした構成となっている。
【０００３】
杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の鋼管巻き部分は、曲げモーメントが作用した際に、鋼管とその内部コンクリートや内部鉄筋コンクリート等の内部構造部分の中立軸が一致しているならば、すなわち鋼管と内部構造部分が一体化していれば、一般化累加強度式による大きな曲げ耐力を発揮する。つまり、鋼管巻き部分において大きな曲げ耐力を発揮させるには、鋼管と内部構造部分との一体性を高めることが必要となる。鋼管と内部構造部分とを一体化するために、場所打ち杭の頭部に、内面リブ付き鋼管を設置して鋼管コンクリート杭をつくるＫＣＴＢ工法がある。しかしながら、ＫＣＴＢ工法で使用されるリブ付き鋼管は、その内周面の全体にスパイラル状にリブが設けられる構成となっているので、その製造には、手間やコストを要し、また、納期対応、調達性が悪いことが課題となっている。
【０００４】
このため、杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭として、鋼管の内周面全体にリブを設けない平鋼管を用いる構造のものが開発さている。この場合、平鋼管を使用した上部の鋼管コンクリート部と下部の鉄筋コンクリート部との継手部が地震時において弱部になる虞があるため、当該継手部を確実に補強する従来技術として、特許文献１が開示されている。また、平鋼管と内部コンクリートとすべりを防止して応力伝達を可能にする従来技術として、特許文献２が開示されている。
【０００５】
さらに、非特許文献１乃至３では、鉄骨とコンクリートからなる合成断面柱において、鉄骨とコンクリートとの付着がない状態で、鉄骨端部の定着力が変化した場合に合成断面柱の曲げ耐力がどのように変化するかを検討し、一般化累加強度式の適用範囲を明確にすると共に、適用が不可能な場合にはどのような設計式を用いればよいかを検討している。そして、１）鉄骨端部の定着力が鉄骨の降伏軸力より大きい場合、合成断面柱の曲げ耐力は一般化累加強度式による大きな曲げ耐力となり、２）鉄骨端部の定着力が鉄骨の降伏軸力より小さい場合、合成断面柱の曲げ耐力は、１）の場合より小さい曲げ耐力となり、３）さらに２）の特殊な場合として鉄骨端部の定着力が全く存在しない場合、合成断面柱の曲げ耐力は、２）の場合よりさらに小さい曲げ耐力となること、つまり、合成断面柱の曲げ耐力は、鉄骨端部の定着力の影響を受けることを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−０７４５６９号公報
【特許文献２】特開２００６−１３８０９５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】「合成断面柱の終局曲げ耐力―累加強度理論式による考察―」（日本建築学会大会学術講演梗概集（中国）、１１１３〜１１１４頁、１９９０年１０月）
【非特許文献２】「合成断面柱の曲げ終局耐力―累加強度式による考察―」（日本建築学会近畿支部研究報告集、８５〜８８頁、平成２年度）
【非特許文献３】「合成断面柱の終局曲げ強度と累加強度式」（構造工学論文集、Ｖｏｌ．３７Ｂ、４２７〜４３５頁、１９９１年３月）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
非特許文献１乃至３は、鉄骨とコンクリートからなる合成断面柱について述べているが、この考えを杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭の鋼管巻き部分に適用すると、鋼管巻き部分の曲げ耐力は、鋼管の上端部及び下端部における鋼管とその内部構造部分との定着力の影響を受けると考えられる。このため、鋼管巻き部分において大きな曲げ耐力を発揮させるためには、鋼管の上端部及び下端部付近に設けられる定着部における定着力を高める必要がある。
【０００９】
しかしながら、定着部における鋼管の内周面と内部構造部分との定着力を高める際に、リブ等の定着部材を必要以上に設けると、定着力が大きい過剰設計となり、不経済な設計となってしまう。一方、定着部に必要な定着力が得られないと、巻着された鋼管部分の曲げ耐力を十分に発揮できない。すなわち、杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を設計する際に、定着部における定着力を考慮して鋼管巻き部分の曲げ耐力を算定することが必要となる。
【００１０】
非特許文献１乃至３では、鉄骨とコンクリートからなる合成断面柱において、合成断面柱の曲げ耐力は鉄骨端部の定着力の影響を受けることに関しては、言及しているが、鋼管とその内部構造部分との定着力を考慮して杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を設計することに関しては、言及していない。また、特許文献１では、上部鋼管コンクリート部と下部鉄筋コンクリート部との継手部を確実に補強することに関しては、言及しているが、鋼管とその内部構造部分との定着力を考慮して鋼管巻き部分の曲げ耐力を算定することに関しては、言及していない。さらに、特許文献２では、平鋼管とコンクリートとのすべりを防止して応力伝達を可能にすることに関しては、言及しているが、鋼管とその内部構造部分との定着力を考慮して鋼管巻き部分の曲げ耐力を算定することに関しては、言及していない。
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、定着部における鋼管と内部構造部分との定着力に基づいて、鋼管巻き部分の曲げ耐力を算出することで地震等の外力に対して最適な定着部の仕様を設計可能な、新規かつ改良された場所打ち杭の設計方法、設計プログラム、記憶媒体、及び場所打ち杭の設計システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、少なくとも杭体の曲げ耐力を算定する曲げ耐力算定工程を含み、前記杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の設計方法であって、前記曲げ耐力算定工程は、少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着方法を設定する設定工程と、前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における圧縮側に対する前記内部構造部分との定着力の最小値と、引張側に対する前記内部構造部分との定着力の最小値に基づいて、所望の前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における定着力を算出する定着力算出工程と、前記定着力算出工程で算出した前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成工程と、前記鋼管の内部構造部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線を作成する内部構造用相関曲線作成工程と、前記内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成工程と、を含み、前記曲げ耐力算定工程の後工程には、前記累加強度相関曲線を用いて、前記設定工程で設定された定着方法によって前記定着力を確保可能な前記鋼管と前記内部構造部分との定着部の仕様を決定する定着部仕様決定工程を含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の一態様によれば、定着力算出工程で鋼管の上端部及び下端部における所望の大きさの定着力を算出してから、当該定着力に基づいて作成された鋼管用相関曲線と累加強度相関曲線を用いて、当該定着力の妥当性を判定してから、所望の定着力を確保可能な定着部の仕様を決定できる。
【００１４】
このとき、本発明の一態様では、前記杭体に発生する曲げ応力を算定する曲げ応力算定工程と、前記曲げ耐力算定工程の後に前記曲げ耐力に対する曲げ応力の妥当性を検討する曲げ応力検討工程と、を更に含み、前記曲げ応力検討工程は、地震時軸力の最小値及び最大値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれるか否かを判定する曲げ応力値判定工程を含むこととしてもよい。
【００１５】
このようにすれば、曲げ耐力算定工程で算出された曲げ耐力に対する曲げ応力の妥当性を踏まえた上で、所望の大きさの定着力を確保するための定着部の仕様を決定するので、より安全性を確保した定着部を確実に設計できる。
【００１６】
また、本発明の一態様では、前記曲げ応力検討工程は、前記曲げ応力値判定工程で前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれる場合に、前記最小値及び前記最大値における前記曲げ応力と前記曲げ耐力との比である検定比が適正値であるか否かを判定する検定比判定工程と、前記検定比判定工程において、前記最大値又は前記最小値における前記検定比が適正値でないと判定された場合に、前記検定比が過大か過小かを判定される過大過小判定工程と、を更に含み、前記過大過小判定工程で、前記検定比が過小と判定された場合に、前記曲げ応力算定工程及び前記曲げ耐力算定工程より前段に有する前記鋼管の仕様を選定する鋼管巻き仕様選定工程に戻ることとしてもよい。
【００１７】
このようにすれば、曲げ耐力算定工程で算出した定着力に基づいて算定された検定比が適正値でない場合に、効率的に定着部の設計のやり直しが行える。
【００１８】
また、本発明の一態様では、前記曲げ応力値判定工程において、前記最大値又は前記最小値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された場合に、前記最小値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された際には、前記鋼管の引張降伏軸力と前記引張力に対する前記定着力との大小関係を比較する引張側比較工程に移行し、前記最大値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された際には、前記鋼管の圧縮降伏軸力と前記圧縮力に対する前記定着力との大小関係を比較する圧縮側比較工程に移行することとしてもよい。
【００１９】
このようにすれば、杭体に発生した応力が杭体の耐力を示す累加強度より大きい場合に、その不具合の原因を効率的に検討することができる。
【００２０】
また、本発明の一態様では、引張側比較工程で前記鋼管の前記引張降伏軸力が前記引張力に対する前記定着力より小さいと判定された場合に、前記引張降伏軸力を大きくするための必要コストと軸力が０の場合における前記鋼管の曲げ耐力を大きくするための必要コストとの大小関係を検討する引張側コスト比較工程に移行することとしてもよい。
【００２１】
このようにすれば、算出した定着力の不具合を解消するための必要コストを検討した上で、より好適な工程からの設計のやり直しができる。
【００２２】
また、本発明の一態様では、圧縮側比較工程で前記鋼管の前記圧縮降伏軸力が前記圧縮力に対する前記定着力より大きいと判定された場合に、前記圧縮降伏軸力を大きくするための必要コストと軸力が０の場合における前記鋼管の曲げ耐力を大きくするための必要コストとの大小関係を検討する圧縮側コスト比較工程に移行することとしてもよい。
【００２３】
このようにすれば、算出した定着力の不具合を解消するための必要コストを検討した上で、より好適な工程からの設計のやり直しができる。
【００２４】
また、本発明の他の態様は、上述した何れかに記載の場所打ち杭の設計方法をコンピュータに実行させるための設計プログラムである。
【００２５】
本発明の他の態様によれば、かかる設計プログラムに沿って、杭頭部に巻着される鋼管と内部構造部分との定着部の定着力を所望の大きさに設計できる。
【００２６】
また、本発明の他の態様は、上述した何れかに記載の場所打ち杭の設計方法をコンピュータに実行させるための設計プログラムを前記コンピュータで読み取り可能に記憶した記憶媒体である。
【００２７】
本発明の他の態様によれば、記憶媒体に記憶された設計プログラムに沿って、杭頭部に巻着される鋼管と内部構造部分との定着部の定着力を所望の大きさに設計できる。
【００２８】
また、本発明の他の態様は、杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の設計システムであって、少なくとも前記場所打ち杭の設計に係る所定のデータを記憶する記憶部と、少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における圧縮側に対する内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着力の最小値と、引張側に対する前記内部構造部分との定着力の最小値に基づいて、所望の前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における定着力を算出する演算部と、前記演算部に含まれ、少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部構造部分との定着方法を設定する設定部と、前記演算部に含まれ、前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成部と、前記演算部に含まれ、前記鋼管の内部構造部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成部と、前記演算部に含まれ、少なくとも前記累加強度相関曲線を用いて、前記定着力の妥当性を検討する定着力判定部と、  前記演算部に含まれ、少なくとも前記定着力を確保可能な前記鋼管と前記内部構造部分との定着部の仕様を決定する定着部仕様決定部と、を備えることを特徴とする。
【００２９】
本発明の他の態様によれば、演算部で鋼管の上端部及び下端部における所望の大きさの定着力を算出してから、当該定着力に基づいて作成された累加強度相関曲線を用いて、当該定着力の妥当性を判定した上で、所望の大きさの定着力を確保可能な定着部を効率的に設計できる。
【００３０】
このとき、本発明の一態様では、前記記憶部は、前記所定のデータとして、少なくとも前記場所打ち杭が設けられる地盤の土質データ、前記杭体の構成要素に係る仕様データ、及び前記場所打ち杭の過去の設計実績データをデータベース化して記憶することとしてもよい。
【００３１】
このようにすれば、場所打ち杭の設計に係る所定のデータに基づいて鋼管の上端部及び下端部における定着力の最適値を設定できるので、所望の大きさの定着力を確保可能な定着部を効率的に設計できる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように本発明によれば、鋼管巻き部分が必要とする曲げ耐力に応じて、鋼管の定着部における定着力を算出すると共に、かかる定着力に基づいて作成された累加強度相関曲線を用いて当該定着力の妥当性を判定するため、この定着力を確保可能な定着部を効率的に設計できる。このため、オーバースペックとならない定着部の仕様を効率的に設計できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法で設計される場所打ち杭の構成を説明する縦断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計システムの全体構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法の概略を示すフロー図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる曲げ耐力算定工程の詳細を示すフロー図である。
【図５】（Ａ）乃至（Ｅ）は、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる鋼管用相関曲線作成工程の一例を示す説明図である。
【図６】（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる累加強度相関曲線作成工程の一例を示す説明図である。
【図７】（Ａ）乃至（Ｃ）は、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる累加強度相関曲線作成工程の一例を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる曲げ応力検討工程の詳細を示すフロー図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる曲げ応力検討工程の一例を示す説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る場所打ち杭の設計方法の概略を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。
【００３５】
まず、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法で設計される場所打ち杭の構成の概略について図面を使用しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法で設計される場所打ち杭の構成を説明する縦断面図である。
【００３６】
本実施形態に係る場所打ち杭１０は、図１に示すように、杭体１１の杭頭部１１ａに鋼管１８が巻着される耐震場所打ち杭、すなわち杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭である。換言すると、本実施形態に係る場所打ち杭１０は、上部側に形成される杭頭部鋼管巻き部分となる鋼管鉄筋コンクリート部１２と、下部側に形成される鉄筋コンクリート部１４とを備える杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭である。また、本実施形態の場所打ち杭１０は、鉄筋コンクリート部１４の下部側に略截頭円錐状の拡底部１４ｂが設けられる拡底杭である。場所打ち杭１０には、鉄筋コンクリート部１４の鋼材からなる主筋１６が鋼管鉄筋コンクリート部１２を貫通するように設けられているＳＲＣタイプと、鉄筋コンクリート部１４の鋼材からなる主筋１６が鋼管コンクリート部を貫通しないＳＣタイプとがある。
【００３７】
図１に示すように、杭頭部鋼管巻き部分となる鋼管鉄筋コンクリート杭部１２は、略円筒形状の鋼管１８と、その内空に充填される内部鉄筋コンクリート２０によって主に構成される。本実施形態では、鋼管１８として、例えば、直径が７００ｍｍ〜２５００ｍｍ程度の鋼製でその内周面が平らな平鋼管の管材が使用される。このように、場所打ち杭１０の杭頭部１１ａ側に鋼管１８を設置することによって、せん断耐力や曲げ耐力を向上させて経済性と調達力に優れた杭体とすることができる。
【００３８】
なお、図１では、場所打ち杭１０として、鋼管１８の内空に設けられる内部構造部分が内部鉄筋コンクリート２０となるＳＲＣタイプの杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭を示しているが、ＳＣタイプとした場合では、鋼管１８の内空に設けられる内部構造部分が内部コンクリートとなる。また、本明細書中で言及する「内部構造部分」とは、鋼管１８の上端部１８ａから下端部１８ｂにかけて、その内空に設けられる内部鉄筋コンクリート２０又は内部コンクリートを示す。
【００３９】
鋼管１８が券着された鋼管鉄筋コンクリート部１２の曲げ耐力を十分に発揮させるために、鋼管１８と内部鉄筋コンクリート２０との定着力を確保するための定着部２６が設けられている。本実施形態では、図１に示すように、定着部２６として、鋼管１８の上端部１８ａと下端部１８ｂのそれぞれに定着部２６ａ、２６ｂが設けられている。
【００４０】
定着部２６ａには、鋼管１８の上端部１８ａの外周面に、複数の杭頭定着筋２２が溶接等によって取り付けられて、鋼管１８から上方に向けて突出するように設けられている。また、これらの杭頭定着筋２２は、全体的にパイルキャップ２４で覆われている。このように、定着部２６ａとして機能する杭頭定着筋２２とパイルキャップ２４を設けることによって、これら杭頭定着筋２２とパイルキャップ２４を介して、鋼管１８の上端部１８ａと内部構造部分である内部鉄筋コンクリート２０との定着が図られるようになる。
【００４１】
本実施形態では、杭頭定着筋２２の本数を変更することによって、鋼管１８と内部鉄筋コンクリート２０との定着部２６ａにおける定着力を所望の大きさに設定する。すなわち、杭頭定着筋２２の本数を増やすことによって、鋼管１８の上端部１８ａにおける定着力を高められ、一方、杭頭定着筋２２の本数を減らすことによって、鋼管１８の上端部１８ａにおける定着力を下げられる。
【００４２】
なお、本実施形態では、定着部２６ａの定着力を確保するための定着部材として、杭頭定着筋２２を設けているが、杭頭定着筋２２以外の部材を使用してもよい。例えば、後述する定着部２６ｂの定着部材として例示している突起リング２８を使用してもよく、突起リング２８以外の定着部材を使用してもよい。すなわち、鋼管１８の上端部１８ａと内部構造部分２０との定着が図れれば、例えば、板状や棒状の鋼材やボルト等のように、鋼管１８の上端部１８ａの内周面側に向けて凸状に突出する構成の部材を当該定着部材として適用してもよい。また、定着部２６ａにおける定着部材を複数併用してもよく、例えば、杭頭定着筋２２と突起リング、板状や棒状の鋼材等を併用してもよい。
【００４３】
さらに、定着部２６ａの定着力を設定する仕様についても、杭頭定着筋２２の本数の変更する手法の他に、杭頭定着筋２２の直径・長さ・強度等を変更する手法やパイルキャップ２４のコンクリート強度を変更する手法を採ってもよい。また、定着部２６ａの定着力を確保するための定着部材として、突起リング等の定着部材を設ける場合においても、当該定着部材の本数・断面の大きさ・形状等を変更する手法や場所打ち杭１０のコンクリート強度を変更する手法を採ってもよい。
【００４４】
一方、地震時には、このパイルキャップ２４に上部構造からの水平力及び変動軸力が入力される。これによって、場所打ち杭１０に曲げモーメントやせん断力が作用することになる。鋼管１８の上端部１８ａが杭頭定着筋２２によってパイルキャップ２４に固定されている場合では、曲げモーメントやせん断力が一般的に杭頭部で最大となって下方に向かって漸減する。そこで、本実施形態では、このような曲げモーメントやせん断力に対抗させるために、杭体１１の杭頭部１１ａに鋼管１８を巻着し、杭体１１の曲げ耐力やせん断耐力を増大させている。
【００４５】
なお、本実施形態では、鋼管１８の上端部１８ａがパイルキャップ２４に固定されている場合について取り上げているが、本発明の一実施形態に係る設計方法で設計される場所打ち杭１０は、この固定タイプのものに限定されない。すなわち、例えば、鋼管１８の上端部１８ａが半固定状態の構成や、ピン等により回転が拘束されていない構成、免震装置等の特殊な装置により移動可能になっている構成の場所打ち杭に対しても、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法が適用可能である。
【００４６】
また、本実施形態では、鋼管１８と内部鉄筋コンクリート２０との定着力を確保するために、定着部２６ｂには、鋼材等からなる突起リング２８が鋼管１８の下端部１８ｂの内周面側に溶接等により取り付けられている。このように、突起リング２８を設けることによって、定着部２６ｂを介して、鋼管１８の下端部１８ｂと内部鉄筋コンクリート２０との定着が図られるようになる。
【００４７】
さらに、本実施形態では、突起リング２８の本数を変更することによって、定着部２６ｂの定着力を所望の大きさに設定する。すなわち、定着部２６ｂの定着力は、突起リング２８の本数を増やすことによって高められ、一方、突起リング２８の本数を減らすことによって下げられる。
【００４８】
なお、本実施形態では、定着部２６ｂの定着力を確保するための定着部材として、突起リング２８を設けているが、突起リング２８以外の部材を使用してもよい。すなわち、定着部２６ｂの定着が図れれば、例えば、板状や棒状の鋼材やボルト等のように、鋼管１８の内周面側に向けて凸状に突出する構成の部材を当該定着部材として適用可能である。
【００４９】
また、定着部２６ｂの定着力を設定する仕様についても、突起リング２８等の定着部材の本数を変更する手法の他に、当該定着部材の断面の大きさ・形状等を変更する手法や場所打ち杭１０のコンクリート強度を変更する手法を採ってもよい。さらに、定着部２６ｂの定着力を設定する仕様として、突起リング２８と板状や棒状の鋼材等の各種態様の定着部材を併用して、これらの本数や形状等を変更してもよい。
【００５０】
本実施形態では、以下で説明する設計システム１００（図２参照）による場所打ち杭１０の設計方法を実施して、より効率良く確実に定着部２６ａ、２６ｂにおける定着力の最適値を求めるようにしている。そして、当該設計システム１００によって、かかる最適値となる定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂを効率的に設計可能としている。
【００５１】
次に、本発明の第１の実施形態に係る場所打ち杭の設計システムの構成について、図面を使用しながら説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計システムの全体構成を示すブロック図である。
【００５２】
図２に示すように、本実施形態に係る場所打ち杭の設計システム１００は、ユーザが保有するコンピュータ１０１が場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータを記憶するデータベースを有するデータベースサーバにアクセスして検索処理を行いながら、定着部２６ａ、２６ｂにおける最適な定着力を求める。すなわち、本実施形態に係る場所打ち杭の設計システム１００は、当該定着力を確保するための定着部２６ａ、２６ｂの仕様を決定するために使用される。
【００５３】
なお、本明細書中において、「ユーザ」とは、場所打ち杭１０の設計又は施工業務を行う者をいう。また、「コンピュータ」とは、例えば、スーパーコンピュータ、汎用コンピュータ、オフィスコンピュータ、制御用コンピュータ、パソコン、携帯情報端末等の各種演算処理が可能な演算装置を備えた情報端末をいう。
【００５４】
本実施形態の場所打ち杭の設計システム１００は、場所打ち杭１０を設計する過程において、鋼管１８と内部構造部分２０とを定着させる定着部２６ａ、２６ｂにおける定着力を所望の大きさに設定する際に使用される。当該設計システム１００は、場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータ等に基づいて、コンピュータ１０１で最適な定着力を算出して、当該定着力に基づいて、突起リング２８の設置本数等の定着部２６の仕様を決定する。なお、設計システム１００の構成は、図２に限定されず、その構成要素の一部を省略したり、他の構成要素を追加する等の種々の変形実施が可能である。
【００５５】
コンピュータ１０１は、図２に示すように、記憶部１０２、ＣＰＵ（ Central Processing Unit ）１１０、入力部１２０、出力部１２２、通信部１２４、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０８、ＲＡＭ（Random access Memory）１０６、及び記憶媒体１０４を備え、これらの構成要素がシステムバス１２５を介して相互に電気的に接続されている。従って、ＣＰＵ１１０は、記憶部１０２、ＲＯＭ１０８、ＲＡＭ１０６、記憶媒体１０４へのアクセス、入力部１２０に対する操作状態の把握、出力部１２２に対するデータの出力、通信部１２４を介したインターネット１２６に対する各種情報の送受信等を行える。
【００５６】
記憶部１０２は、少なくとも場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータを記憶する機能を有するデータベースサーバである。本実施形態では、記憶部１０２は、当該所定のデータとして、少なくとも場所打ち杭１０が設けられる地盤の土質データ、鋼管１８や内部構造部分２０、主筋１６、ＳＲＣ、ＳＣ等の杭体１１の構成要素に係る仕様データ、及び場所打ち杭１０の過去の設計実績データをデータベース化して記憶している。
【００５７】
このような場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータに基づいて、定着力を所望の大きさに設定できるので、当該定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂの仕様を効率的に決定できるようになる。また、これらのデータを記憶部１０２に蓄積することにより、場所打ち杭１０を別の施工場所に設ける際に、記憶部１０２に記憶された蓄積データを利用して、所望の大きさの定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂの仕様をより高精度に求められるようになる。
【００５８】
ＣＰＵ１１０は、通信部１２４を介して受信したデータや、ＲＯＭ１０８や記憶媒体１０４に記憶されている各種プログラムに従って、設計システム１００に備わる各構成要素の動作を制御する機能を有する。また、ＣＰＵ１１０は、これら各種処理を実行する際に、必要なデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ１０６に適宜記憶させる機能を有する。
【００５９】
本実施形態では、ＣＰＵ１１０は、場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータに基づいてコンピュータで演算処理して、所望の大きさの定着力を求めるために必要となる各種演算処理を行う演算部として機能する。すなわち、ＣＰＵ１１０は、少なくとも当該所定のデータに基づいてコンピュータ１０１で演算処理して、所望の大きさの定着力を算出してから、当該定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂを設計する機能を有する。具体的には、ＣＰＵ１１０は、少なくとも鋼管１８の上端部１８ａ及び下端部１８ｂにおける圧縮力（圧縮側）及び引張力（引張側）に対する内部構造部分２０との定着力の最小値に基づいて、定着部２６ａ、２６ｂにおける定着力を算出する機能を有する。
【００６０】
また、本実施形態では、ＣＰＵ１１０は、設定部１１２と、相関曲線作成部１１３と、判定部１１４と、決定部１１６とを備える。なお、本明細書中において、場所打ち杭１０の設計に係る「所定のデータ」とは、少なくとも場所打ち杭１０が設けられる地盤の土質データ、鋼管１８や内部構造部分２０、主筋１６、ＳＲＣ、ＳＣ等の杭体１１の構成要素に係る仕様データ、及び場所打ち杭１０の過去の設計実績データ等の各種データをいう。すなわち、「所定のデータ」とは、場所打ち杭１０を設計する過程で、定着部２６ａ、２６ｂの定着力を求めて、その仕様を決めるのに必要となる各種データをいい、杭種を決定する上でも利用される。
【００６１】
設定部１１２は、設計システム１００で場所打ち杭１０を設計する過程において、場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータに基づいて、定着部２６ａ、２６ｂによる定着方法とその仕様を設定する機能を有する。当該定着方法としては、例えば、鋼管内面にリング状の突起を取り付ける方法や、鋼管１８の外周面に異形鉄筋を鋼管軸方向に取り付けてパイルキャップコンクリートを介して定着する方法等がある。また、定着部２６ａ、２６ｂの仕様としては、例えば、杭頭定着筋２２や突起リング２８等の定着部材の本数や大きさ、形状、ピッチ間隔等が挙げられる。
【００６２】
相関曲線作成部１１３は、所望の大きさの定着力を算出するために使用される鋼管１８や鋼管巻き部分１２の軸力（Ｎ）と曲げモーメント（Ｍ）との関係を示す相関曲線であるＮ−Ｍ曲線を作成する機能を有する。
【００６３】
本実施形態では、相関曲線作成部１１３は、鋼管１８の圧縮力及び引張力の定着力に基づいて、杭体１１の鋼管１８部分の軸力（Ｎ）と曲げモーメント（Ｍ）との関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成部としての機能を有する。また、相関曲線作成部１１３は、鋼管１８の内部構造部分となる鉄筋コンクリート（ＲＣ）部分かコンクリート（Ｃ）部分の軸力（Ｎ）と杭体１１の曲げモーメント（Ｍ）との関係を示す内部構造用相関曲線を作成する内部構造用相関曲線作成部としての機能を有する。さらに、相関曲線作成部１１３は、当該内部構造用相関曲線に鋼管用相関曲線Ｓを累加させて累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成部としての機能も有する。
【００６４】
判定部１１４は、設計システム１００で場所打ち杭１０を設計する過程において、場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータに基づいて設定された各種データの妥当性を判定する機能を有する。本実施形態では、判定部１１４は、少なくとも累加強度相関曲線を用いて、定着部２６ａ、２６ｂにおける定着力の妥当性を検討する定着力判定部としての機能を有する。
【００６５】
決定部１１６は、場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータに基づいて設定された各種データの最適値を決定する機能を有する。本実施形態では、決定部１１６は、判定部１１４での判定結果に基づいて、定着部２６ａ、２６ｂの仕様を決定する機能を有する。
【００６６】
具体的には、決定部１１６は、鋼管１８の上端部１８ａの外周面に設ける杭頭定着筋２２の本数や長さ、断面の大きさを変えることによって、段階的に定着部２６ａにおける鋼管１８の定着力を所望の大きさに変えられるように決定する。また、決定部１１６は、鋼管１８の下端部１８ｂの内周面に突起リング２８やリブ部材、ボルト、溶接鉄筋等の定着部材の長さや本数を変えることによって、段階的に定着部２６ｂにおける鋼管１８の定着力を所望の大きさに変えられるように決定する。
【００６７】
入力部１２０は、場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータ等の各種データを入力する機能を有し、例えばマウスやキーボード、タッチパネル等が用いられる。本実施形態では、入力部１２０により、例えば、設定部１１２、相関曲線作成部１１３、判定部１１４、決定部１１６を作動させる際の文字や各種データの入力が行われる。
【００６８】
また、本実施形態では、入力部１２０は、少なくとも場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータに基づいて、定着部２６ａ、２６ｂにおける所望の大きさの定着力を求める際に、必要なデータ等を入力するときにも使用される。すなわち、入力部１２０は、記憶部１０２に記憶される各種データを入力する際や、定着部２６ａ、２６ｂの定着力を求めるための各種データを入力する際に使用される。
【００６９】
出力部１２２は、ＣＰＵ１１０による演算結果やデータベースとなる記憶部１０２の情報等を出力する機能を有する。出力部１２２としては、例えば、表示モニタ等が用いられる。本実施形態では、出力部１２２により、例えば、設定部１１２、相関曲線作成部１１３、判定部１１４、決定部１１６を作動させる際の画面表示が行われる。
【００７０】
記憶媒体１０４は、コンピュータ１０１により読み取り可能な媒体であり、プログラムやデータ等を格納する機能を有する。また、当該記憶媒体１０４の機能は、光ディスク（ＣＤ、ＤＶＤ）、ＨＤＤ、或いはＵＳＢ等の各種メモリ等により実現できる。記憶媒体１０４には、本実施形態の設計システム１００の各構成要素の機能を実現させるための設計プログラムが、コンピュータ１０１で読み取り可能に記憶されている。
【００７１】
このため、当該設計プログラムによって、本実施形態に係る場所打ち杭１０の設計方法における各工程を、当該設計システム１００の各構成要素の機能を実現させることによって実行させるようになる。なお、当該設計プログラムにより実行される本実施形態に係る場所打ち杭１０の設計方法の詳細については、後述する。
【００７２】
このように、本実施形態の設計システム１００によれば、場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータに基づいて、定着部２６ａ、２６ｂにおける所望の大きさの定着力を算出してから、当該定着力に基づいて作成された累加強度相関曲線を用いて、当該定着力の妥当性を判定できる。そして、かかる定着力の妥当性を検討した上で、当該定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂをそれぞれ効率的に設計できる。
【００７３】
このため、定着部２６ａ、２６ｂを設計する際に、オーバースペックとならないような定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂを確実に設計できるようになる。また、鋼管巻き部分が必要とする曲げ耐力に応じて、鋼管１８の仕様設定や鋼管１８の内部構造部分２０の仕様設定に加えて、鋼管１８の定着力を適正値に設定できる。このように、鋼管１８の端部１８ａ、１８ｂに設けられる定着部２６ａ、２６ｂの仕様を適正値に設定することによって、より経済的な杭頭部鋼管巻き場所打ち杭１０を設計することができる。
【００７４】
次に、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法について、図面を使用しながら説明する。図３は、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法の概略を示すフロー図である。
【００７５】
本実施形態に係る場所打ち杭１０の設計方法は、鋼管１８と内部構造部分２０との定着部２６ａ、２６ｂにおける定着力を確保するための最適な定着力を求めて、当該定着力を確保するための定着部２６の仕様を決定することに主眼を置いている。
【００７６】
本実施形態では、まず、場所打ち杭１０の設計方法に係る所定のデータを用いて、設計外力を算出する（工程Ｓ１０１）。具体的には、当該設計外力として、設計用水平力、常時軸力ＮL、変動軸力ＮE、地震時軸力の最小値ＮL−E、地震時軸力の最大値ＮL＋Eをそれぞれ算出する。なお、地震時軸力の最小値ＮL−Eとは、常時軸力ＮLと変動軸力ＮEとの差（ＮL−ＮE）であり、地震時軸力の最大値ＮL＋Eとは、常時軸力ＮLと変動軸力ＮEとの和（ＮL＋ＮE）である。
【００７７】
次に、設計する場所打ち杭１０の施工場所における地質データ等の地盤情報を入力する（工程Ｓ１０２）。図３に示すフロー図では、工程Ｓ１０１の後に本工程Ｓ１０２が行われているが、これらの工程Ｓ１０１、Ｓ１０２を同時に行っても、工程Ｓ１０２を工程Ｓ１０１より先に行ってもよい。
【００７８】
設計外力の算出と地盤情報の入力が終了したら、次に、施工方法、先端部杭径、杭長等の場所打ち杭１０の設計を行う際における設計初期条件の選定を行う（工程Ｓ１０３）。具体的には、場所打ち杭１０を施工する地盤から決まる支持力と引抜抵抗力の計算を行うことによって、当該条件の選定を行う。
【００７９】
設計初期条件の選定が終了したら、次に、杭径、鉄筋径、鉄筋本数、鉄筋配置直径、鉄筋材質、コンクリート強度等の場所打ち杭１０の下部側に形成される鉄筋コンクリート杭部１４を構成する鉄筋コンクリート部（(ＲＣ部分)の仕様選定を行う（工程Ｓ１０４）。具体的には、杭体１１から決まる圧縮耐力及び引張耐力の計算によって当該仕様選定を行う。
【００８０】
ＲＣ部分の仕様を選定したら、次に、場所打ち杭１０の上部側に形成される鋼管鉄筋コンクリート杭部１２を構成する鋼管巻き部分（ＳＲＣ部分、ＳＣ部分）の仕様選定を行う（工程Ｓ１０５）。具体的には、鋼管巻き部分の仕様をＳＲＣにするか、ＳＣにするかの選定や、杭径、鋼管材質、鋼管長、鋼管板厚、コンクリート強度、鉄筋径、鉄筋本数、鉄筋配置直径、鉄筋材質等の仕様の選定を行う。そして、鋼管巻き部分の仕様を選定したら、次に、場所打ち杭１０の施工場所における杭本数、杭配置を設定する（工程Ｓ１０６）。
【００８１】
次に、工程Ｓ１０１で算出した設計用水平力を用いて、杭体１１に発生する曲げ応力を算定する（工程Ｓ１０７）。具体的には、杭体１１の軸力の最小値として、地震時軸力の最小値ＮL−Eにおける曲げ応力と地震時軸力の最大値ＮL＋Eにおける曲げ応力を算出する。
【００８２】
曲げ応力を算定したら、次に、杭体１１の曲げ耐力を算定する（工程Ｓ１０８）。本実施形態では、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８では、所望の大きさの定着力を算出してから、当該定着力に基づいて鋼管用相関曲線を作成する。そして、鋼管用相関曲線と内部構造用相関曲線とを累加させて、累加強度相関曲線を作成する。なお、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８の詳細な説明については、後述する。
【００８３】
また、図３に示すフロー図では、曲げ応力算定工程Ｓ１０７の後に曲げ耐力算定工程Ｓ１０８が行われているが、これらの工程Ｓ１０７、Ｓ１０８を同時に行っても、工程Ｓ１０８を工程Ｓ１０７より先に行ってもよい。
【００８４】
曲げ応力算定工程Ｓ１０７と曲げ耐力算定工程Ｓ１０８が終了したら、次に、曲げ応力算定工程Ｓ１０７で算出した曲げ応力に対する検討を行う（工程Ｓ１０９）。具体的には、曲げ応力検討工程Ｓ１０９では、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８で算出した曲げ耐力に対する曲げ応力の妥当性を検討する。
【００８５】
このように、曲げ応力の妥当性を検討することによって、工程Ｓ１０８で算定した曲げ耐力に対する曲げ応力の妥当性を踏まえた上で、所望の大きさの定着力を確保するための定着部２６ａ、２６ｂの仕様を決定されるので、より安全性を確保した定着部２６ａ、２６ｂを確実に設計できる。本実施形態では、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８の後に曲げ応力検討工程Ｓ１０９を行っているが、本工程Ｓ１０９をスキップして、次工程Ｓ１１０に移行してもよい。なお、曲げ応力検討工程Ｓ１０９の詳細な説明については、後述する。
【００８６】
曲げ応力の検討が終了したら、次に、定着部２６ａ、２６ｂの仕様を決定する（工程Ｓ１１０）。本実施形態の定着部仕様決定工程Ｓ１１０では、定着部２６ａ、２６ｂが曲げ耐力算定工程Ｓ１０８で作成した累加強度相関曲線を用いて算定した定着力を確保できるように、その仕様を決定する。すなわち、本実施形態では、所望の大きさの定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂが設計可能となる。具体的には、必要となる定着力を確保するために、定着部２６ｂに設ける突起リング２８の本数を０本、１本、３本と設定することができる。また、定着部２６ａとなる杭頭定着筋２２の本数・直径・長さ・強度等やパイルキャップ２４のコンクリート強度等の仕様も決定する。
【００８７】
定着部２６ａ、２６ｂの仕様を決定したら、次に、設計用水平力によって杭体１１に発生するせん断応力と、杭体１１のせん断耐力をそれぞれ算定する（工程１１１）。これらのせん断応力とせん断耐力は、順次に算定しても、同時に算定してもよい。
【００８８】
杭体１１のせん断応力とせん断耐力を算定したら、次に、せん断応力に対する検討を行う（工程Ｓ１１２）。具体的には、せん断耐力に対して、せん断応力が妥当な大きさであるかの検討が行われる。本工程Ｓ１１２でせん断応力が妥当な大きさでない場合には、より好適なせん断応力を確保するために、図３に示すように、工程Ｓ１０５に戻って鋼管巻き部分の仕様の選定からやり直す。
【００８９】
せん断応力に対する検討が終了したら、次に、沈下に対する検討を行う（工程Ｓ１１３）。具体的には、場所打ち杭１０の施工場所における杭体１１の沈下条件をシミュレーション等によって行う。本工程Ｓ１１３で沈下条件が妥当でないと判定された場合には、より好適な沈下条件を確保するために、図３に示すように、工程Ｓ１０３に戻って設計初期条件の選定からやり直す。
【００９０】
沈下に対する検討が終了したら、次に、杭頭部に係る杭頭接合部、パイルキャップ、基礎梁の最終検討を行ってから（工程Ｓ１１４）、杭本数、杭配置、杭仕様等の杭条件の最終決定をする（工程Ｓ１１５）。そして、本実施形態に係る場所打ち杭１０の設計方法による設計が完了する。
【００９１】
このように、本実施形態の設計方法では、場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータに基づいて、定着部２６ａ、２６ｂにおける好適な定着力を算出してから、その妥当性を検討した上で当該定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂを効率的に設計できる。このため、定着部２６ａ、２６ｂの定着力が必要以上に大きい過剰設計を未然に防いで、施工の手間やコストを低減させつつ、定着部２６ａ、２６ｂを形成する際におけるオーバースペックが回避できる。また、地盤強度に合わせて、杭の種類や杭径、杭長等に応じて、定着部２６ａ、２６ｂの定着力を所望の大きさに設定できるので、場所打ち杭１０の最適かつ経済的な設計と施工を行うことができる。
【００９２】
次に、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる曲げ耐力算定工程の詳細について、図面を使用しながら説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる曲げ耐力算定工程の詳細を示すフロー図である。
【００９３】
本実施形態に係る場所打ち杭１０の設計方法における曲げ耐力算定工程Ｓ１０８は、設定工程Ｓ１０８−１、定着力算出工程Ｓ１０８−２、鋼管用相関曲線作成工程Ｓ１０８−３、内部構造用相関曲線作成工程Ｓ１０８−４、及び累加強度相関曲線作成工程Ｓ１０８−５を含み、これらの工程Ｓ１０８−１乃至Ｓ１０８−５が図４に示す順序で行われるによって、杭体１１の曲げ耐力を算定することを特徴とする。
【００９４】
設定工程Ｓ１０８−１では、定着部２６ａ、２６ｂの定着方法と、その仕様について設定される。当該定着方法としては、例えば、鋼管１８の内周面側に突起リング２８や板状、棒状の鋼材、ボルト等のように、当該内周面側に向けて凸状に突出する構成の接合部材を取り付けたり、鋼管１８の外周面側に異形鉄筋を軸方向に取り付けてから、パイルキャップを当該異形鉄筋の先端側に取り付けることによって定着を図る方法等がある。また、設定工程Ｓ１０８−１では、定着部２６ｂの仕様として、例えば、突起リング２８の本数や断面の大きさ・形状、突起リング２８のピッチ間隔等を仮決めし、さらに、定着部２６ａの仕様として、例えば、杭頭定着筋２２の本数・直径・長さ・強度等やパイルキャップ２４のコンクリート強度等を仮決めする。
【００９５】
定着力算出工程Ｓ１０８−２では、鋼管１８の端部１８ａ、１８ｂに設けられる定着部２６ａ、２６ｂの定着力を算出する。具体的には、圧縮力に対する定着力として、鋼管上端１８ａにおける圧縮力に対する定着力（ｃＮbu）と鋼管下端１８ｂにおける圧縮力に対する定着力（ｃＮbl）の小さい方の値を圧縮力に対する定着力（ｃＮb）に設定する。一方、引張力に対する定着力として、鋼管上端１８ａにおける引張力に対する定着力（ｔＮbu）と鋼管下端１８ｂにおける引張力に対する定着力（ｔＮbl）の小さい方の値を引張力に対する定着力（ｔＮb）に設定する。すなわち、本工程Ｓ１０８−２では、鋼管巻き部分が必要とする曲げ耐力に応じて定着力を求めるために、鋼管上端１８ａ及び鋼管下端１８ｂにおける圧縮力に対する内部構造部分２０との定着力の最小値と、引張力に対する内部構造部分２０との定着力の最小値に基づいて、仮決めした鋼管１８の定着力（ｃＮb、ｔＮb）を算出する。
【００９６】
鋼管用相関曲線作成工程Ｓ１０８−３では、鋼管端部１８ａ、１８ｂに設けられる定着部２６ａ、２６ｂにおける定着力（ｃＮb 、ｔＮb）を考慮した鋼管部分（Ｓ部分）の軸力（Ｎ）−曲げモーメント（Ｍ）の関係を示す相関曲線を作成する。すなわち、定着力算出工程Ｓ１０９−１で算出した圧縮力及び引張力の定着力に基づいて、杭体１１の鋼管部分１２の軸力Ｎと曲げモーメントＭとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する。
【００９７】
具体的には、定着部２６ａ、２６ｂにおける定着力（ｃＮb 、ｔＮb）と、鋼管の圧縮降伏軸力（ｃＮs）、鋼管の引張降伏軸力（−ｔＮs）、及び軸力が０の場合における鋼管の曲げ耐力（Ｍs）との大小関係に基づいて、図５（Ａ）乃至（Ｅ）に示す鋼管用相関曲線（Ｓ）が作成される。すなわち、本実施形態では、定着力（ｃＮb 、ｔＮb）と、鋼管の圧縮降伏軸力（ｃＮs）、鋼管の引張降伏軸力（−ｔＮs）、及び軸力が０の場合における鋼管の曲げ耐力（Ｍs）との大小関係に基づいて、図５（Ａ）乃至（Ｅ）に示すように、５通りの鋼管用相関曲線（Ｓ）が作成される。換言すると、定着力の大きさに基づいて、複数通りの鋼管用相関曲線（Ｓ）が作成される。本実施形態では、図５（Ａ）が突起リング２８の全部を設置した状態である３本の場合の鋼管用相関曲線（Ｓ）を示し、図５（Ｄ）が突起リング２８の一部を設置した状態である１本の場合の鋼管用相関曲線（Ｓ）を示し、図５（Ｅ）が突起リング２８を設置しない状態である０本の場合の鋼管用相関曲線（Ｓ）を示す。
【００９８】
内部構造用相関曲線作成工程Ｓ１０８−４では、鋼管１８の内部構造部分２０の軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線（ＲＣ、Ｃ）が作成される。そして、  累加強度相関曲線作成工程Ｓ１０８−５では、内部構造用相関曲線（ＲＣ、Ｃ）に、鋼管用相関曲線（Ｓ）を累加させて累加強度相関曲線（ＳＲＣ、ＳＣ）を作成する。
【００９９】
すなわち、内部構造用相関曲線作成工程Ｓ１０８−４で鋼管１８の内部構造部分となる鉄筋コンクリート部分（ＲＣ部分）、又はコンクリート部分（Ｃ部分）の軸力（Ｎ）と曲げモーメント（Ｍ）との関係を算出して内部構造用相関曲線（ＲＣ、Ｃ）を作成してから、前工程Ｓ１０８−３で作成した鋼管用相関曲線（Ｓ）を累加させる。そして、累加強度式による鋼管巻き部分（ＳＲＣ部分、ＳＣ部分）の軸力（Ｎ）−曲げモーメント（Ｍ）関係を示す累加強度相関曲線（ＳＲＣ、ＳＣ）を作成する。具体的には、鋼管用相関曲線（Ｓ）の原点を内部構造用相関曲線（ＲＣ、Ｃ）に載せて、当該原点を内部構造用相関曲線（ＲＣ、Ｃ）に沿って移動させることによって、その移動領域の外縁線が累加強度相関曲線（ＳＲＣ、ＳＣ）となる。
【０１００】
鋼管１８の内部構造部分が本実施形態の鋼管鉄筋コンクリート杭部１２と同様に鉄筋コンクリートＲＣとした場合に、突起リング２８を３本全て設置した場合の累加強度相関曲線（ＳＲＣ）は、図６（Ａ）に示すように、曲線部が底辺まで到達する略山型の形状となる。また、突起リング２８を１本のみを設置した場合の累加強度相関曲線（ＳＲＣ）は、図６（Ｂ）に示すように、略山型の形状の裾部が鉛直状態となった形状となり、軸力（Ｎ）の幅が狭くなる。さらに、突起リング２８を０本とした場合の累加強度相関曲線（ＳＲＣ）は、図６（Ｃ）に示すように、図６（Ｂ）より更に軸力（Ｎ）の幅が狭まって、内部構造用相関曲線（ＲＣ）の軸力（Ｎ）の幅と同一の形状となる。
【０１０１】
一方、鋼管１８の内部構造部分がコンクリートＣとした場合に、突起リング２８の３本全てを設置した場合の累加強度相関曲線（ＳＣ）は、図７（Ａ）に示すように、曲線部が底辺まで到達する略山型の形状となる。また、突起リング２８を例えば１本と一部のみを設置した場合の累加強度相関曲線（ＳＣ）は、図７（Ｂ）に示すように、略山型の形状の裾部が鉛直状態となった形状となり、軸力（Ｎ）の幅が狭くなる。さらに、突起リング２８を０本とした場合の累加強度相関曲線（ＳＣ）は、図７（Ｃ）に示すように、図７（Ｂ）より更に軸力（Ｎ）の幅が狭まって、内部構造用相関曲線（Ｃ）の軸力（Ｎ）の幅と同一の形状となる。
【０１０２】
鋼管１８の内部構造部分が鉄筋コンクリートＲＣの場合でも、コンクリートＣの場合でも、突起リング２８の一部のみが設置された１本の場合では、突起リング２８の全部が設置された３本の場合と比べると、累加強度相関曲線（ＳＲＣ、ＳＣ）が軸力幅の狭い形状となっている。このことから、場所打ち杭１０の設計過程で必要な定着力を求めた際に、その大きさが突起リング２８を全て設置したものより小さい場合に、図６（Ａ）に示す累加強度相関曲線（ＳＲＣ）の両端側に有する裾領域がオーバースペック分となる。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、鋼管１８の端部１８ａ、１８ｂに設けられる定着部２６ａ、２６ｂにおける仮決めした仕様の定着力に基づいて鋼管用相関曲線を作成する。そして、当該鋼管用相関曲線を使用して、定着部２６ａ、２６ｂにおける定着力の妥当性を判定するために使用する累加強度相関曲線を作成する。このため、鋼管１８の下端部１８ｂに有する定着部２６ｂの定着力を高めるために設ける突起リング２８の設置数に応じて、発生する定着力を所望の大きさに設定できるようになる。また、同様にして、鋼管１８の上端部１８ａに有する定着部２６ａの定着力を高めるために設ける杭頭定着筋２２の設置数に応じて、発生する定着力を所望の大きさに設定できるようになる。
【０１０４】
従って、累加強度相関曲線作成工程Ｓ１０８−５で作成された累加強度相関曲線を用いて、所望の大きさに設定した定着力を確保可能な好適な定着部２６ａ、２６ｂの設計に活用できるようになる。すなわち、定着力算出工程Ｓ１０８−２で所望の大きさの定着力を算出してから、当該定着力に基づいて作成された鋼管用相関曲線と累加強度相関曲線を用いて、当該定着力の妥当性を判定してから、後工程となる定着部仕様決定工程Ｓ１１０において、設定工程Ｓ１０８−１で設定された定着方法によって所望の大きさの定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂの仕様を決定できる。
【０１０５】
次に、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭１０の設計方法に含まれる曲げ応力検討工程Ｓ１０９の詳細について、図面を使用しながら説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる曲げ応力検討工程の詳細を示すフロー図であり、図９は、本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法に含まれる曲げ応力検討工程の一例を示す説明図である。
【０１０６】
曲げ応力検討工程Ｓ１０９では、曲げ耐力に対する曲げ応力の妥当性を検討する。具体的には、まず、地震時軸力の最小値ＮL−Eにおける杭体１１に発生する曲げ応力ＭEと杭体１０の曲げ耐力ＭUとの大小関係を判定する（曲げ応力値判定工程Ｓ１０９−１）。すなわち、本工程Ｓ１０９−１では、図９に示すように、発生応力Ａ１を示す曲げ応力が杭体耐力Ａ２を示す累加強度相関曲線内に含まれるか否かを判定する。
【０１０７】
曲げ応力値判定工程Ｓ１０９−１で杭体１１に発生する曲げ応力ＭEが杭体１０の曲げ耐力ＭUより小さい、すなわち、最小値ＮL−Eにおける発生応力Ａ１を示す曲げ応力が杭体耐力Ａ２を示す累加強度相関曲線内に含まれると判定されると、次に、地震時軸力の最大値ＮL＋Eにおける杭体１１に発生する曲げ応力ＭEと杭体１０の曲げ耐力ＭUとの大小関係を判定する（曲げ応力値判定工程Ｓ１０９−２）。
【０１０８】
曲げ応力値判定工程Ｓ１０９−２で杭体１１に発生する曲げ応力ＭEが杭体１０の曲げ耐力ＭUより小さい、すなわち、最大値ＮL＋Eにおける発生応力Ａ１を示す曲げ応力が杭体耐力Ａ２を示す累加強度相関曲線内に含まれると判定されると、次に、地震時軸力の最小値ＮL−Eにおける曲げ応力ＭEと曲げ耐力ＭUとの比である検定比ＭE／ＭUが適正値であるか否かを判定する（検定比判定工程Ｓ１０９−３）。
【０１０９】
検定比判定工程Ｓ１０９−３で検定比ＭE／ＭUが適正値であると判定されると、次に、地震時軸力の最大値ＮL＋Eにおける検定比ＭE／ＭUが適正値であるか否かを判定する（検定比判定工程Ｓ１０９−４）。そして、本工程Ｓ１０９−４で検定比ＭE／ＭUが適正値であると判定されると、工程Ｓ１０８−２で算出した定着力が確実に必要最小限の定着力を確保することが分かるので、次工程となる定着部仕様決定工程Ｓ１１０（図３参照）で所望の大きさの定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂの仕様を決定できる。
【０１１０】
すなわち、曲げ応力検討工程Ｓ１０９を実施することによって、曲げ耐力算定工程１０８の工程Ｓ１０８−２で算出した曲げ耐力に対する曲げ応力の妥当性を踏まえた上で、鋼管１８の上端部１８ａ及び下端部１８ｂにおける所望の大きさの定着力を確保するための定着部２６ａ、２６ｂの仕様を決定するので、より安全性を確保した定着部２６ａ、２６ｂを確実に設計できるようになる。なお、検定比判定工程Ｓ１０９−３、Ｓ１０９−４における検定比ＭE／ＭUの適正値は、設計者が地盤情報や過去の設計データ等の場所打ち杭１０の設計に係る所定のデータに基づいて、事前に設定される。
【０１１１】
一方、検定比判定工程Ｓ１０９−３、Ｓ１０９−４において、検定比ＭE／ＭUが適正値でないと判定された場合には、次に、検定比ＭE／ＭUが過大か過小かを判定される（過大過小判定工程Ｓ１０９−５、Ｓ１０９−６）。
【０１１２】
具体的には、検定比判定工程Ｓ１０９−３において、最小値ＮL−Eにおける検定比ＭE／ＭUが適正値でないと判定されてから、過大過小判定工程Ｓ１０９−５で最小値ＮL−Eにおける検定比ＭE／ＭUが過大と判定された場合には、図８に示すように、後述する引張側比較工程Ｓ１０９−９に移る。これに対して、過大過小判定工程Ｓ１０９−５で最小値ＮL−Eにおける検定比ＭE／ＭUが過小と判定された場合には、鋼管１８の仕様を選定する鋼管巻き仕様選定工程Ｓ１０５に戻る。
【０１１３】
一方、検定比判定工程Ｓ１０９−４において、最大値ＮL＋Eにおける検定比ＭE／ＭUが適正値でないと判定されてから、過大過小判定工程Ｓ１０９−６で最大値ＮL＋Eにおける検定比ＭE／ＭUが過大と判定された場合には、図８に示すように、後述する圧縮側比較工程Ｓ１０９−７に移る。これに対して、過大過小判定工程Ｓ１０９−６で最大値ＮL＋Eにおける検定比ＭE／ＭUが過小と判定された場合には、鋼管１８の仕様を選定する鋼管巻き仕様選定工程Ｓ１０５に戻る。
【０１１４】
このように、曲げ耐力算定工程で算出した定着力に基づいて算定された検定比ＭE／ＭUが適正値でない場合には、鋼管１８の仕様を再度選定して、より確実に鋼管１８の上端部１８ａ及び下端部１８ｂに設けられる定着部２６ａ、２６ｂにおける必要な定着力を確保可能な定着部２６ａ、２６ｂの再設計を行って、より好適な設計ができるようになる。
【０１１５】
また、曲げ応力値判定工程Ｓ１０９−１において、地震時軸力の最小値ＮL−Eにおける杭体１１に発生する曲げ応力ＭEが曲げ耐力ＭUより大きい、すなわち、発生した曲げ応力ＭEが累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された場合に、当該最小値ＮL−Eにおける曲げ応力ＭEが累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された際には、鋼管１８の引張降伏軸力（−ｔＮｓ）と引張力に対する定着力（−ｔＮb）との大小関係を比較する（引張側比較工程Ｓ１０９−９）。
【０１１６】
そして、引張側比較工程Ｓ１０９−９で引張降伏軸力（−ｔＮｓ）が引張力に対する定着力（−ｔＮb）より小さいと判定された場合に、引張降伏軸力（−ｔＮｓ）を大きくするための必要コストＣ（ｔＮb）と軸力が０の場合における鋼管の曲げ耐力Ｍsを大きくするための必要コストＣ（Ｍs）との大小関係を検討する引張側コスト比較工程Ｓ１０９−１０に移行する。
【０１１７】
一方、曲げ応力値判定工程Ｓ１０９−２において、地震時軸力の最大値ＮL＋Eにおける杭体１１に発生する曲げ応力ＭEが曲げ耐力ＭUより大きい、すなわち、発生した曲げ応力ＭEが累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された場合に、当該最大値ＮL＋Eにおける曲げ応力ＭEが累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された際には、鋼管１８の圧縮降伏軸力（ｃＮｓ）と圧縮力に対する定着力（ｃＮb）との大小関係を比較する（圧縮側比較工程Ｓ１０９−７）。
【０１１８】
そして、圧縮側比較工程Ｓ１０９−７で圧縮降伏軸力（ｃＮｓ）が圧縮力に対する定着力（ｃＮb）より大きいと判定された場合に、圧縮降伏軸力（ｃＮｓ）を大きくするための必要コストＣ（ｃＮb）と軸力が０の場合における鋼管の曲げ耐力Ｍsを大きくするための必要コストＣ（Ｍs）との大小関係を検討する圧縮側コスト比較工程Ｓ１０９−８に移行する。
【０１１９】
一方、圧縮側比較工程Ｓ１０９−７で圧縮降伏軸力（ｃＮｓ）が圧縮力に対する定着力（ｃＮb）より小さいと判定された場合、及び前述した引張側比較工程Ｓ１０９−９で引張降伏軸力（−ｔＮｓ）が引張力に対する定着力（−ｔＮb）より大きいと判定された場合には、鋼管１８の仕様を選定する鋼管巻き仕様選定工程Ｓ１０５に戻る。また、圧縮側コスト比較工程Ｓ１０９−８、引張側コスト比較工程Ｓ１０９−１０で軸力が０の場合における鋼管の曲げ耐力Ｍsを大きくするための必要コストＣ（Ｍs）の方が小さいと判定された場合には、同様に鋼管１８の仕様を選定する鋼管巻き仕様選定工程Ｓ１０５に戻る。さらに、引張側比較工程Ｓ１０９−９で引張降伏軸力（−ｔＮｓ）が引張力に対する定着力（−ｔＮb）より大きいと判定された場合も、同様に鋼管１８の仕様を選定する鋼管巻き仕様選定工程Ｓ１０５に戻る。
【０１２０】
一方、圧縮側コスト比較工程Ｓ１０９−８、引張側コスト比較工程Ｓ１０９−１０で軸力が０の場合における鋼管の曲げ耐力Ｍsを大きくするための必要コストＣ（Ｍs）の方が大きいと判定された場合には、杭体１１の曲げ耐力を算定する曲げ耐力算定工程Ｓ１０８に戻る。なお、軸力が０の場合における鋼管の曲げ耐力Ｍsを大きくする方法には、鋼管材質の向上や、鋼管板厚、 杭径の増大等がある。
【０１２１】
このように、本実施形態では、圧縮側及び引張側における杭体に発生した応力と杭体の耐力を示す累加強度とを比較して、杭体に発生した応力が杭体の耐力を示す累加強度より大きい場合に、その不具合の原因を効率的に検討することができる。また、圧縮側及び引張側における算出した定着力の不具合を解消するための必要コストを検討した上で、より好適な工程からの設計のやり直しができる。
【０１２２】
このように、本実施形態では、曲げ応力検討工程Ｓ１０９において、曲げ耐力算定工程１０８の工程Ｓ１０８−２で算出した曲げ耐力に対する曲げ応力の妥当性を検討できる。このため、定着部２６の仕様を決定する際に、より確実に鋼管１８の上端部１８ａ及び下端部１８ｂに設けられる定着部２６ａ、２６ｂにおける定着力が確保されるので、より安全性を確保した定着部２６ａ、２６ｂを確実に設計できるようになる。また、曲げ応力が妥当でないものである場合に、その不具合の原因に応じて、適宜、好適な工程からやり直せるように振り分けられるので、場所打ち杭１０を再設計する際における作業効率の向上が図れる。
【０１２３】
なお、前述した本発明の一実施形態に係る場所打ち杭の設計方法では、ユーザが図３に示す各工程Ｓ１０１乃至Ｓ１１５を全て実施しているが、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８と曲げ応力検討工程Ｓ１０９のみを実施して、定着部２６ａ、２６ｂの仕様の妥当性を判断する方法も可能である。
【０１２４】
例えば、図１０に示すように、他のユーザが実施した工程Ｓ１０１乃至Ｓ１０７により設定された各種データを得てから（工程Ｓ２０１）、これらの各種データに基づいて、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８と曲げ応力検討工程Ｓ１０９を実施することができる。
【０１２５】
その後、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８により求められた累加強度相関曲線に基づいて、前述した曲げ応力検討工程Ｓ１０９における曲げ応力値判定工程Ｓ１０９−１、Ｓ１０９−２、検定比判定工程Ｓ１０９−３、Ｓ１０９−４、過大過小判定工程Ｓ１０９−５、Ｓ１０９−６、圧縮側比較工程Ｓ１０９−７、及び引張側比較工程Ｓ１０９−９を適宜、実施する。
【０１２６】
そして、曲げ応力値判定工程Ｓ１０９−１、Ｓ１０９−２、検定比判定工程Ｓ１０９−３、Ｓ１０９−４において、それぞれ曲げ応力が累加強度相関曲線内に適切に含まれると判定されたら、定着部２６ａ、２６ｂの仕様が妥当として（工程Ｓ２０２）、一旦、検討を終了する。
【０１２７】
また、検定比判定工程Ｓ１０９−３で最小値ＮL−Eにおける検定比ＭE／ＭUが適正値でないと判定され、かつ過大過小判定工程Ｓ１０９−５で当該最小値ＮL−Eにおける検定比ＭE／ＭUが過小と判定された場合も、定着部２６ａ、２６ｂの仕様が妥当として（工程Ｓ２０２）、一旦、検討を終了する。
【０１２８】
さらに、検定比判定工程Ｓ１０９−４で最大値ＮL＋Eにおける検定比ＭE／ＭUが適正値でないと判定され、かつ過大過小判定工程Ｓ１０９−６で当該最大値ＮL＋Eにおける検定比ＭE／ＭUが過小と判定された場合も、定着部２６ａ、２６ｂの仕様が妥当として（工程Ｓ２０２）、一旦、検討を終了する。
【０１２９】
このように、前述したように、定着部２６ａ、２６ｂの仕様が妥当として（工程Ｓ２０２）、一旦、検討を終了した場合は、その後、続いて定着部２６ａ、２６ｂの詳細な検討に入ることも可能である。
【０１３０】
一方、過大過小判定工程Ｓ１０９−５で当該最小値ＮL−Eにおける検定比ＭE／ＭUが過大と判定された場合は、引張側比較工程Ｓ１０９−９に移行して、鋼管１８の引張降伏軸力（−ｔＮｓ）と引張力に対する定着力（−ｔＮb）との大小関係を比較する。また、過大過小判定工程Ｓ１０９−６で当該最大値ＮL＋Eにおける検定比ＭE／ＭUが過大と判定された場合は、圧縮側比較工程Ｓ１０９−７に移行して、鋼管１８の圧縮降伏軸力（ｃＮｓ）と圧縮力に対する定着力（ｃＮb）との大小関係を比較する。
【０１３１】
そして、圧縮側比較工程Ｓ１０９−７や引張側比較工程Ｓ１０９−９において、圧縮降伏軸力（ｃＮｓ）が圧縮力に対する定着力（ｃＮb）より大きいと判定された場合や、引張降伏軸力（−ｔＮｓ）が引張力に対する定着力（−ｔＮb）より小さいと判定された場合には、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８に戻って、曲げ耐力の算定からやり直す。
【０１３２】
一方、圧縮側比較工程Ｓ１０９−７や引張側比較工程Ｓ１０９−９において、圧縮降伏軸力（ｃＮｓ）が圧縮力に対する定着力（ｃＮb）より小さいと判定された場合や、引張降伏軸力（−ｔＮｓ）が引張力に対する定着力（−ｔＮb）より大きいと判定された場合には、定着部２６ａ、２６ｂの仕様が不適として（工程Ｓ２０３）、検討作業を終了する。
【０１３３】
このようにして、他のユーザが実施した工程Ｓ１０１乃至Ｓ１０７により設定された各種データに基づいて、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８と曲げ応力検討工程Ｓ１０９を実施して、曲げ耐力算定工程Ｓ１０８と曲げ応力検討工程Ｓ１０９のみを実施して、定着部２６ａ、２６ｂの仕様の妥当性を判断することも可能である。
【０１３４】
なお、上記のように本発明の各実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項及び効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは、当業者には、容易に理解できるであろう。従って、このような変形例は、全て本発明の範囲に含まれるものとする。
【０１３５】
例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義又は同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また、場所打ち杭の設計システムの構成、及び場所打ち杭の設計方法の動作も本発明の各実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。
【符号の説明】
【０１３６】
１０  杭頭部鋼管巻き場所打ちコンクリート杭（場所打ち杭）、１１  杭体、１１ａ  杭頭部、１２  鋼管鉄筋コンクリート杭部、１４  鉄筋コンクリート杭部、１６  主筋、１８  鋼管、１８ａ  上端、１８ｂ  下端、２０  内部鉄筋コンクリート（内部構造部分）、２２  杭頭定着筋、２４  パイルキャップ、２６、２６ａ、２６ｂ  定着部、２８  突起リング、１００  （場所打ち杭の）設計システム、１０１  コンピュータ、１０２  記憶部、１０４  記憶媒体、１０６  ＲＡＭ、１０８  ＲＯＭ、１１０  ＣＰＵ（演算部）、１１２  設定部、１１３  相関曲線作成部（鋼管用相関曲線作成部、内部構造用相関曲線作成部、累加強度相関曲線作成部）、１１４  判定部（定着力判定部）、１１６  決定部（定着部仕様決定部）、１２０  入力部、１２２  出力部、１２４  通信部、１２５  システムバス、１２６  インターネット、Ｓ１０５  鋼管巻き仕様選定工程、Ｓ１０７  曲げ応力算定工程、Ｓ１０８  曲げ耐力算定工程、Ｓ１０８−１  設定工程、Ｓ１０８−２  定着力算出工程、Ｓ１０８−３  鋼管用相関曲線作成工程、Ｓ１０８−４  内部構造用相関曲線作成工程、Ｓ１０８−５  累加強度相関曲線作成工程、Ｓ１０９  曲げ応力検討工程、Ｓ１０９−１、Ｓ１０９−２  曲げ応力値判定工程、Ｓ１０９−３、Ｓ１０９−４  検定比判定工程、Ｓ１０９−５、Ｓ１０９−６  過大過小判定工程、Ｓ１０９−７  圧縮側比較工程、Ｓ１０９−８  圧縮側コスト比較工程、Ｓ１０９−９  引張側比較工程、Ｓ１０９−１０  引張側コスト比較工程
【図１】
2015203201.tif 000003
【図２】
2015203201.tif 000004
【図３】
2015203201.tif 000005
【図４】
2015203201.tif 000006
【図５】
2015203201.tif 000007
【図６】
2015203201.tif 000008
【図７】
2015203201.tif 000009
【図８】
2015203201.tif 000010
【図９】
2015203201.tif 000011
【図１０】
2015203201.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成27年1月9日(2015.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも杭体の曲げ耐力を算定する曲げ耐力算定工程を含み、前記杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の設計方法であって、
前記曲げ耐力算定工程は、
少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着方法を設定する設定工程と、
前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における圧縮側に対する前記内部構造部分との定着力の小さい方の値として算出される最小値と、前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における引張側に対する前記内部構造部分との定着力の小さい方の値として算出される最小値とを、前記圧縮側及び前記引張側におけるそれぞれの前記鋼管の定着力として算出する定着力算出工程と、
前記定着力算出工程で算出した前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力と、前記鋼管の圧縮降伏軸力及び前記鋼管の引張降伏軸力との大小関係を比較し、該大小関係に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成工程と、
前記内部構造部分の前記内部コンクリート又は前記内部鉄筋コンクリートの何れかの軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線を作成する内部構造用相関曲線作成工程と、
前記内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて曲げ耐力を示す累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成工程と、を含み、
前記曲げ耐力算定工程の後工程には、予め設定された軸力の所定の最小値及び最大値における前記杭体に発生する曲げ応力が前記累加強度相関曲線で示される曲げ耐力より小さくなるように前記鋼管と前記内部構造部分との定着部の仕様を決定する定着部仕様決定工程を含むことを特徴とする場所打ち杭の設計方法。
【請求項２】
前記杭体に発生する曲げ応力を算定する曲げ応力算定工程と、
前記曲げ耐力算定工程の後に前記曲げ耐力に対する曲げ応力の妥当性を検討する曲げ応力検討工程と、を更に含み、
前記曲げ応力検討工程は、
地震時軸力の最小値及び最大値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれるか否かを判定する曲げ応力値判定工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項３】
前記曲げ応力検討工程は、
前記曲げ応力値判定工程で前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれる場合に、更に前記最小値及び前記最大値における前記曲げ応力と前記曲げ耐力との比である検定比が適正値であるか否かを判定する検定比判定工程と、
前記検定比判定工程において、前記最大値又は前記最小値における前記検定比が適正値でないと判定された場合に、前記検定比が過大か過小かを判定される過大過小判定工程と、を更に含み、
前記過大過小判定工程で、前記検定比が過小と判定された場合に、前記曲げ応力算定工程及び前記曲げ耐力算定工程より前段に有する前記鋼管の仕様を選定する鋼管巻き仕様選定工程に戻ることを特徴とする請求項２に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項４】
前記曲げ応力値判定工程において、前記最大値又は前記最小値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された場合に、
前記最小値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された際には、前記鋼管の引張降伏軸力と前記引張力に対する前記定着力との大小関係を比較する引張側比較工程に移行し、
前記最大値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれていないと判定された際には、前記鋼管の圧縮降伏軸力と前記圧縮力に対する前記定着力との大小関係を比較する圧縮側比較工程に移行することを特徴とする請求項２に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項５】
前記引張側比較工程で前記鋼管の前記引張降伏軸力が前記引張力に対する前記定着力より小さいと判定された場合に、前記引張降伏軸力を大きくするための必要コストと軸力が０の場合における前記鋼管の曲げ耐力を大きくするための必要コストとの大小関係を検討する引張側コスト比較工程に移行することを特徴とする請求項４に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項６】
圧縮側比較工程で前記鋼管の前記圧縮降伏軸力が前記圧縮力に対する前記定着力より大きいと判定された場合に、前記圧縮降伏軸力を大きくするための必要コストと軸力が０の場合における前記鋼管の曲げ耐力を大きくするための必要コストとの大小関係を検討する圧縮側コスト比較工程に移行することを特徴とする請求項４に記載の場所打ち杭の設計方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の場所打ち杭の設計方法をコンピュータに実行させるための設計プログラム。
【請求項８】
請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の場所打ち杭の設計方法をコンピュータに実行させるための設計プログラムを前記コンピュータで読み取り可能に記憶した記憶媒体。
【請求項９】
杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の設計システムであって、
少なくとも前記場所打ち杭の設計に係る所定のデータを記憶する記憶部と、
少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における圧縮側に対する内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着力の最小値と、引張側に対する前記内部構造部分との定着力の最小値に基づいて、所望の前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における定着力を算出する演算部と、
前記演算部に含まれ、少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部構造部分との定着方法を設定する設定部と、
前記演算部に含まれ、前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成部と、
前記演算部に含まれ、前記鋼管の内部構造部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成部と、
前記演算部に含まれ、少なくとも前記累加強度相関曲線を用いて、予め設定された軸力の所定の最小値及び最大値における前記杭体に発生する曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれるか否かを判定する定着力判定部と、
前記演算部に含まれ、前記軸力の所定の前記最小値及び前記最大値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれている場合に、前記設定部で設定された前記定着方法によって少なくとも前記定着力を確保可能な前記鋼管と前記内部構造部分との定着部の仕様を決定する定着部仕様決定部と、を備えることを特徴とする場所打ち杭の設計システム。
【請求項１０】
杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の曲げ耐力を算定する場所打ち杭の曲げ耐力算定方法であって、
少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着方法を設定する設定工程と、
前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における圧縮側に対する前記内部構造部分との定着力の小さい方の値として算出される最小値と、前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における引張側に対する前記内部構造部分との定着力の小さい方の値として算出される最小値とを、前記圧縮側及び前記引張側におけるそれぞれの前記鋼管の定着力として算出する定着力算出工程と、
前記定着力算出工程で算出した前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力と、前記鋼管の圧縮降伏軸力及び前記鋼管の引張降伏軸力との大小関係を比較し、該大小関係に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成工程と、
前記内部構造部分の前記内部コンクリート又は前記内部鉄筋コンクリートの何れかの軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線を作成する内部構造用相関曲線作成工程と、
前記内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて曲げ耐力を示す累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成工程と、を含むことを特徴とする場所打ち杭の曲げ耐力算定方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、場所打ち杭の設計方法、設計プログラム、記憶媒体、場所打ち杭の設計システム、及び場所打ち杭の曲げ耐力算定方法に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の一態様は、少なくとも杭体の曲げ耐力を算定する曲げ耐力算定工程を含み、前記杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の設計方法であって、前記曲げ耐力算定工程は、少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着方法を設定する設定工程と、前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における圧縮側に対する前記内部構造部分との定着力の小さい方の値として算出される最小値と、前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における引張側に対する前記内部構造部分との定着力の小さい方の値として算出される最小値とを、前記圧縮側及び前記引張側におけるそれぞれの前記鋼管の定着力として算出する定着力算出工程と、前記定着力算出工程で算出した前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力と、前記鋼管の圧縮降伏軸力及び前記鋼管の引張降伏軸力との大小関係を比較し、該大小関係に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成工程と、前記内部構造部分の前記内部コンクリート又は前記内部鉄筋コンクリートの何れかの軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線を作成する内部構造用相関曲線作成工程と、前記内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて曲げ耐力を示す累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成工程と、を含み、前記曲げ耐力算定工程の後工程には、予め設定された軸力の所定の最小値及び最大値における前記杭体に発生する曲げ応力が前記累加強度相関曲線で示される曲げ耐力より小さくなるように前記鋼管と前記内部構造部分との定着部の仕様を決定する定着部仕様決定工程を含むことを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
また、本発明の他の態様は、杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の設計システムであって、少なくとも前記場所打ち杭の設計に係る所定のデータを記憶する記憶部と、少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における圧縮側に対する内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着力の最小値と、引張側に対する前記内部構造部分との定着力の最小値に基づいて、所望の前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における定着力を算出する演算部と、前記演算部に含まれ、少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部構造部分との定着方法を設定する設定部と、前記演算部に含まれ、前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成部と、前記演算部に含まれ、前記鋼管の内部構造部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成部と、前記演算部に含まれ、少なくとも前記累加強度相関曲線を用いて、予め設定された軸力の所定の最小値及び最大値における前記杭体に発生する曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれるか否かを判定する定着力判定部と、前記演算部に含まれ、前記軸力の所定の前記最小値及び前記最大値における前記曲げ応力が前記累加強度相関曲線内に含まれている場合に、前記設定部で設定された前記定着方法によって少なくとも前記定着力を確保可能な前記鋼管と前記内部構造部分との定着部の仕様を決定する定着部仕様決定部と、を備えることを特徴とする。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
また、本発明の他の態様は、杭体の杭頭部に鋼管が巻着される場所打ち杭の曲げ耐力を算定する場所打ち杭の曲げ耐力算定方法であって、少なくとも前記鋼管の上端部及び下端部における前記鋼管と該鋼管の内部に設けられる内部コンクリート又は内部鉄筋コンクリートの何れかからなる内部構造部分との定着方法を設定する設定工程と、前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における圧縮側に対する前記内部構造部分との定着力の小さい方の値として算出される最小値と、前記鋼管の前記上端部及び前記下端部における引張側に対する前記内部構造部分との定着力の小さい方の値として算出される最小値とを、前記圧縮側及び前記引張側におけるそれぞれの前記鋼管の定着力として算出する定着力算出工程と、前記定着力算出工程で算出した前記圧縮側及び前記引張側の前記定着力と、前記鋼管の圧縮降伏軸力及び前記鋼管の引張降伏軸力との大小関係を比較し、該大小関係に基づいて、前記杭体の前記鋼管部分の軸力と曲げモーメントとの関係を示す鋼管用相関曲線を作成する鋼管用相関曲線作成工程と、前記内部構造部分の前記内部コンクリート又は前記内部鉄筋コンクリートの何れかの軸力と曲げモーメントとの関係を示す内部構造用相関曲線を作成する内部構造用相関曲線作成工程と、前記内部構造用相関曲線に前記鋼管用相関曲線を累加させて曲げ耐力を示す累加強度相関曲線を作成する累加強度相関曲線作成工程と、を含むことを特徴とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
本発明の他の態様によれば、定着力算出工程で鋼管端部における鋼管と内部構造部分との定着力を算出してから、当該定着力に基づいて複数通りの鋼管用相関曲線を作成して鋼管巻き部分の耐力を変化させられるので、より好適な鋼管巻き部分の曲げ耐力を算出できる。