(57)【要約】【課題】杭頭と基礎の接合部において、杭主筋と基礎中の横筋との干渉を回避しながら、杭頭部にヒンジを形成することを可能にする。【解決手段】杭１とそれが接合される基礎６との接合部において、杭１の頭部と基礎６との間に、水平断面が多角形状の移行部２を形成する。  杭１の内部に配筋される杭主筋３を移行部２において移行部２の外形に沿い、全体として多角形状に配列させる。  移行部２の断面積をその移行部２を除く杭１本体の断面積より小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭とそれが接合される基礎との接合部において、前記杭の頭部と前記基礎との間に、水平断面が多角形状の移行部が形成されていることを特徴とする杭頭と基礎の接合部構造。
【請求項２】
杭の内部に配筋される杭主筋は移行部においてその移行部の外形に沿い、全体として多角形状に配列していることを特徴とする請求項１に記載の杭頭と基礎の接合部構造。
【請求項３】
移行部の断面積はその移行部を除く杭本体の断面積より小さいことを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載の杭頭と基礎の接合部構造。
【請求項４】
杭主筋の内周側と外周側の少なくともいずれか一方に主筋拘束材が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の杭頭と基礎の接合部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は杭内部に配筋される杭主筋を基礎に定着させることにより杭頭部を基礎に接合した杭頭と基礎の接合部構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
杭頭部と基礎の接合部では、杭頭部から基礎側へ突出する杭主筋が基礎中に定着させられるが、杭主筋に地中梁やフーチング等の基礎中に配筋される横筋や縦筋からの引張力が伝達されるよう、杭主筋は重ね継手等によりこれらの鉄筋に接続される。
【０００３】
ここで、杭主筋は杭の断面形状に従い、平面上、円周状に配列するのに対し、基礎中の横筋は格子状に配列するため、杭主筋が杭頭部から基礎中へ移行する部分において横筋、または基礎上に構築される柱の主筋との干渉が生じ易い。
【０００４】
横筋は杭の断面である円形に対して直交する２方向に配筋されるが、隣接する杭主筋間の間隔の、鉛直面への投影長さは円形の直径上で最も大きく、直径位置から遠ざかる程、小さくなるため、直径位置から遠い位置に配筋される横筋が杭主筋間を通りにくくなる。このため、僅かな施工誤差の存在により横筋を配筋できない事態が起こり、杭主筋、または横筋を強制的に曲げざるを得ないこともある。
【０００５】
この横筋と杭主筋との干渉の問題に対し、少なくとも杭頭部から基礎までの区間の杭主筋を平面上、方形状に配列させることにより隣接する杭主筋間の間隔を一定に保持し、干渉を回避する方法がある（特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−３０３５８４号公報（請求項３、段落００２８〜００３０、図１〜図６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では杭本体を構成する鋼管が杭頭部まで連続し、基礎中に貫入していることから、杭と基礎は必ず剛接合になるため（段落００１８）、杭本体に作用する曲げモーメントにより杭頭部が破壊する可能性がある。
【０００８】
地震時には杭頭部に作用する曲げモーメントが過大になるため、曲げモーメントに抵抗させるには杭頭部の断面を増す等、補強を施すことが必要になる。但し、断面を増す程、基礎と杭頭部に発生する応力も増大するため、杭と基礎の接合部の設計が不可能になることが想定される。
【０００９】
従って地震時の基礎と杭頭部を健全に保つ上では、基礎と杭頭部との接合部をヒンジが発生し易い構造にすることが適切なこともある。ところが、特許文献１では杭頭部を鋼管（鋼管コンクリート）にし、基礎中に貫入させているため、杭頭部にヒンジを形成させることが難しくなっている。
【００１０】
また特許文献１では杭頭部から基礎へかけて杭頭部を包囲する鋼管（鋼管フーチング型枠２）を配置することで、杭頭部に作用する曲げモーメントに対する抵抗力を上げている。しかしながら、基礎の下端主筋７用に形成された鋼管２の挿通孔８が断面欠損部分になるため、その回りが引張力に対して弱くなり、その内部のコンクリートが破壊に至る可能性があり得る。
【００１１】
本発明は上記背景より、杭主筋と基礎中の横筋との干渉を回避しながら、杭頭部にヒンジを形成することが可能な杭頭と基礎の接合部構造を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１に記載の発明の杭頭と基礎の接合部構造は、杭とそれが接合される基礎との接合部において、前記杭の頭部と前記基礎との間に、水平断面が多角形状の移行部が形成されていることを構成要件とする。移行部は杭の頭部の一部に相当する。
【００１３】
移行部を除く杭本体は削孔に対して挿入される関係から、または杭本体を直接、圧入等する関係から円形断面になることが多い。これに対し、基礎との接合部である移行部が方形状等、多角形状であることで、杭本体に作用する曲げモーメントに対する移行部の抵抗力に方向性が生まれ、相対的な弱軸が形成されるため、円形状である場合よりヒンジが形成され易い。
【００１４】
移行部におけるヒンジは請求項３に記載のように移行部の断面積がその移行部を除く杭本体の断面積より小さいことにより、形成され易くなる。移行部の強度が杭本体の強度より相対的に低下することによる。ここでの断面積は水平断面積を指す。ヒンジの形成により移行部に作用する曲げモーメントが低減される他、杭本体が鋼管である場合に、基礎に対して回転変形を起こしても、基礎を損傷させる事態を回避することが可能になる。
【００１５】
杭本体は既製杭と場所打ちコンクリート杭を含め、鉄筋コンクリート杭、鋼管杭、ＰＨＣ杭等があるが、杭本体が鋼管である場合にも、移行部は杭本体から基礎側へ突出し、鉄筋コンクリート造になる。
【００１６】
また移行部が多角形状であることで、請求項２に記載のように杭の内部に配筋される杭主筋が移行部においてその移行部の外形に沿い、全体として多角形状に配列することに適することになる。
【００１７】
杭主筋が多角形状をした移行部の外形に沿って配列することで、杭主筋の周方向の杭主筋間に一定の間隔を確保することが可能になるため、杭主筋間を縫って配筋される横筋と杭主筋の干渉が回避される。杭主筋が多角形状に配列することで、隣接する杭主筋間の間隔の、鉛直面への投影長さを等しくできることによる。干渉の回避と併せ、横筋の配筋作業性が向上する。
【００１８】
移行部は杭本体から基礎側へ突出することで、前記の通り、杭本体の構造に関係なく、鉄筋コンクリート造になるため、杭本体が基礎から高軸力を受けたときに損傷、または破壊することが想定される。そこで、移行部に損傷等が発生した場合にも、基礎に沈下が生じないようにする上では、請求項４に記載のように杭主筋の内周側と外周側の少なくともいずれか一方に主筋拘束材が配置される。
【００１９】
主筋拘束材は杭主筋を内周側、もしくは外周側から拘束することで、軸方向圧縮力による杭主筋のはらみ出しとコンクリートの突出を拘束し、移行部の収縮を抑制し、基礎の沈下を抑制する。
【発明の効果】
【００２０】
杭の頭部と基礎との間に、水平断面が多角形状の移行部が形成されていることで、杭主筋を移行部の外形に沿って配列させ、杭主筋の周方向の杭主筋間に一定の間隔を確保することができるため、横筋と杭主筋の干渉を回避することができる。
【００２１】
また移行部が多角形状であることで、杭本体に作用する曲げモーメントに対する移行部の抵抗力に方向性が生まれるため、円形状である場合よりヒンジが形成され易くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２３】
図１は杭１とそれが接合される基礎６との接合部において、杭１の頭部と基礎６との間に、水平断面が多角形状の移行部２が形成されている杭頭と基礎の接合部構造の具体例を示す。図２−（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図１のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線の断面を示す。
【００２４】
図４は基礎６に接合された杭１の変形性能試験に用いた杭１と基礎６の供試体を示す。この関係で、図４では上下が反転し、杭１が基礎６に上側から接合されている状況を示している。図４ではまた、杭１の本体を構成する鋼管１ａの上端にはアクチュエータから杭１に交番荷重を加えるためのプレートが接合されているが、実際には存在しない。図５−（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図４の杭１部分の水平断面図と平面図を示す。
【００２５】
図１、図４ではまた、杭１が鋼管杭、または鋼管の内部にコンクリートが充填された鋼管コンクリート杭である場合を示しているが、杭１は鉄筋コンクリート造の場合もある。杭１の内部にはその軸方向に沿って複数本の杭主筋３が配筋され、その回りにフープ筋やスパイラル筋等のせん断補強筋４が配筋される。杭１が鋼管杭の場合には、杭主筋３を通じて杭１本体と基礎６との間で荷重が伝達されるよう、杭１頭部の少なくとも杭主筋３の配筋区間にはコンクリート１ｂが充填される。
【００２６】
図面では杭１の頭部寄りの位置から基礎６中までの区間にのみ、杭主筋３を配筋しているが、杭１の全長に配筋することもある。複数本の杭主筋３はせん断補強筋４と共に、鉄筋籠として組み立てられ、鉄筋籠には後述の主筋拘束材５も一体化する。
【００２７】
杭１が鋼管コンクリート杭の場合、鋼管１ａの内周面にはコンクリート１ｂとの付着を確保し、鋼管１ａとコンクリート１ｂのずれ、及び分離を抑制するための突起１ｃが突設される。突起１ｃはリング状に鋼管１ａの周方向に周回して突設される他、周方向に部分的に突設される。
【００２８】
移行部２は杭１の本体から基礎６側へ突出し、杭１本体と基礎６をつなぐ杭頭部の一部に相当する。移行部２は基礎６中に配筋される横筋７の配筋のし易さと、移行部２自身へのヒンジの形成し易さから、図１のＡ−Ａ線断面図である図２−（ａ）に示すように方形状等、多角形状の水平断面に形成される。
【００２９】
移行部２の水平断面は杭主筋３を水平２方向に均等に配筋する上では、基本的に図３−（ａ）に示すように正方形状、または長方形状に形成されるが、移行部２において最も外周側に位置する鉄筋（せん断補強筋４）に一定以上のかぶりが確保されればよいため、（ｂ）に示すように八角形その他の多角形状にも形成される。
【００３０】
図面では図１のＢ−Ｂ線断面図である図２−（ｂ）に示すように移行部２の水平断面を杭１本体の断面より小さくしているが、必ずしもその必要はなく、杭１本体の断面に内接、もしくは外接し得る程度の大きさの多角形状に形成されることもある。
【００３１】
移行部２は例えば杭１本体の構築後、または削孔への挿入（圧入）後、基礎６の構築前にせん断補強筋４を含む杭主筋３の回りに型枠を組み、コンクリートを基礎６と同時に打設することにより構築される。
【００３２】
移行部２の水平断面が杭１本体の断面より小さい場合には、移行部２が杭１本体に作用する曲げモーメントによって降伏し、ヒンジを形成し易く、それだけ地震時のエネルギを吸収し易い利点がある。移行部２が杭１本体に先行して降伏し、移行部２にヒンジが形成されれば、杭１本体が曲げモーメントによって損傷する可能性が低下する。また移行部２が杭１本体から基礎６側へ突出することで、杭１が基礎６に対して回転変形を起こしても杭１本体と基礎６を健全に保つことが可能になっている。
【００３３】
移行部２にヒンジを形成させようとする場合、移行部２の曲げ変形能力を抑える関係から、移行部２の高さ、すなわち杭１本体の天端から基礎６底面までの距離は杭径の１／５〜１／１０程度が適切である。
【００３４】
複数本の杭主筋３は移行部２の外形に沿い、多角形状に配列する。図４〜図６では杭主筋３を二重に配筋し、内周側の杭主筋３の内周に角形鋼管状の主筋拘束材５を配置しているが、基本的に杭主筋３は図１、図２に示すように移行部２の外周に沿い、一重に配筋されれば足りる。二重に配筋された場合、杭主筋３の内、内周側の杭主筋３も多角形状に配列する。主筋拘束材５は外周側の杭主筋３の外周に配置されることもある。
【００３５】
杭主筋３が二重に配筋された場合、外周側と内周側の杭主筋３のいずれにおいても、平面上、周方向に隣接する杭主筋３、３間には横筋７が挿通可能な間隔が確保される。一重の場合も隣接する杭主筋３、３間に横筋７が挿通可能な間隔が確保される。
【００３６】
二重の場合、内周側の隣接する杭主筋３、３間の間隔と外周側の隣接する杭主筋３、３間の間隔は図７に示すように横筋７が同一直線上を挿通できるよう、同一、もしくはほぼ同一の位置に確保される。図面では周方向に隣接する杭主筋３、３間に加え、内周側の杭主筋３と外周側の杭主筋３の間にも横筋７が挿通できるよう、両杭主筋３、３間の間隔を調整している。
【００３７】
主筋拘束材５には鋼管等の閉鎖断面材の他、フープ筋やスパイラル筋が使用され、杭主筋３（鉄筋籠）には溶接等により一体化する。杭主筋３及び主筋拘束材５は杭１本体から連続し、基礎６中で十分な定着長が取られる。杭主筋３を一重に配筋した図１〜図３の場合には、せん断補強筋４が主筋拘束材５を兼ねることになる。
【００３８】
杭主筋３の内周、または外周に主筋拘束材５を配置することで、基礎６からの高い軸方向圧縮力が杭１本体に作用し、移行部２のコンクリートが損傷、または破壊する可能性がある場合にも、主筋拘束材５が杭主筋３の変形を拘束することができる。杭主筋３の拘束によりコンクリートのはらみ出しが抑制されるため、基礎６の沈下を抑制できる利点がある。
【００３９】
主筋拘束材５は杭主筋３を内周側、もしくは外周側から拘束することで、軸方向圧縮力による杭主筋３のはらみ出しを拘束する働きをするが、主筋拘束材５に鋼管が使用される場合には、移行部２のコンクリートが圧縮抵抗力を失った後に軸方向圧縮力を負担する機能も発揮する。軸方向圧縮力の負担能力の発揮によっても基礎６の沈下抑制効果が得られる。
【００４０】
基礎６中に配筋される横筋７は図４の配筋図である図７に示すように格子状に配列し、隣接する杭主筋３、３間を縫うように２方向に配筋される。図示するように杭主筋３が二重に配筋されていても、内周側と外周側の杭主筋３は共に多角形状に配列しているため、横筋７は杭主筋３と干渉することなく配筋される。図８は図７のＤ−Ｄ線断面図、図９はＥ−Ｅ線断面図である。図７中、８はせん断補強筋を示す。
【００４１】
図７〜図９に示すように隣接する杭主筋３、３間の間隔は移行部２の中心寄りと外周寄りに関係なく、いずれの部分においても一定であるため、横筋７は移行部２内における杭主筋３の位置に関係なく杭主筋３、３間に自由に配筋される。
【００４２】
ここで、図４に示す本発明の供試体と、図１０に示す従来構造の供試体に対し、変形性能試験を実施したときの結果である水平荷重−水平変位の関係を図１１に示す。図１１中、破線が従来構造を、実線が本発明を示す。従来構造と本発明の供試体の構造は表１に示す通りであり、杭１（鋼管杭）の降伏時と最大荷重時の荷重と変位は表２に示す通りである。図１１は従来構造のケース３と本発明のケース２の結果を示している。
【表１】
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【表２】
2008184774.tif 000004
【００４３】
図１１から、従来構造では最大耐力は大きいものの、変位の増大に伴い、脆性的に荷重が低下するのに対し、本発明では極端な荷重低下を生ずることなく、変位が増大していることが分かる。このことから、本発明の移行部２がヒンジとして挙動し、エネルギの吸収効果を発揮していることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】杭と基礎の接合部の詳細例を示した縦断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】（ａ）は移行部が方形状である場合の移行部の断面と杭本体の断面の関係を示した水平断面図、（ｂ）は移行部が八角形状である場合の移行部の断面と杭本体の断面の関係を示した水平断面図である。
【図４】供試体としての杭と基礎の接合部の詳細を示した縦断面図である。
【図５】（ａ）は図４の水平断面図、（ｂ）は平面図である。
【図６】（ａ）は図３のＤ−Ｄ線断面図、（ｂ）はＥ−Ｅ線断面図、（ｃ）はＦ−Ｆ線断面図である。
【図７】基礎における横筋と杭主筋の関係を示した平面図である。
【図８】図７のＧ−Ｇ線断面図である。
【図９】図７のＨ−Ｈ線断面図である。
【図１０】（ａ）は図４に示す本発明の供試体との対比のための従来構造の供試体を示した縦断面図、（ｂ）は（ａ）の水平断面図である。
【図１１】図４に示す本発明の供試体と、図１０に示す従来構造の供試体の水平荷重−水平変位の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
【００４５】
１………杭
１ａ……鋼管
１ｂ……コンクリート
１ｃ……突起
２………移行部
３………杭主筋
４………せん断補強筋
５………主筋拘束材
６………基礎
７………横筋
８………せん断補強筋
【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】
2008184774.tif 000009
【図６】
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【図７】
2008184774.tif 000011
【図８】
2008184774.tif 000012
【図９】
2008184774.tif 000013
【図１０】
2008184774.tif 000014
【図１１】
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