(57)【要約】【課題】高いせん断力伝達能力を確保しつつ、杭頭部に加わる曲げモーメントを低減できる「杭による構造物基礎の支持構造」を低コストで実現する。【解決手段】構造物基礎２は、底面側に設けられた根入れ部２１の内部に嵌入される杭頭部１０によって支持される。構造物基礎２は、根入れ部２１において杭頭部１０の上端面１０ａに載置されており、根入れ部２１と杭頭部１０との間には、天端部２１ａから底面側に向かって拡大する間隙２０が発生している。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物基礎の底面に設けられた凹型支圧部の内部に嵌入する杭による構造物基礎の支持構造であって、
前記構造物基礎は、前記凹型支圧部において前記杭頭部の上に載置されており、前記凹型支圧部と前記杭頭部との間には、天端部から前記底面に向かって拡大する間隙が発生していることを特徴とする杭による構造物基礎の支持構造。
【請求項２】
前記凹型支圧部と前記杭頭部とがなす傾斜角度θは、
ａｒｃｔａｎ（１／２０）≦θ≦ａｒｃｔａｎ（１／３）
の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の構造物基礎の支持構造。
【請求項３】
前記凹型支圧部は、型枠を用いて形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の構造物基礎の支持構造。
【請求項４】
前記杭頭部と前記構造物基礎との間には、互いに軸方向においてのみ連結する結合手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の構造物基礎の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭による構造物基礎の支持構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に普及している構造物基礎の支持構造として、杭および構造物基礎を剛接合してなるものがある。しかし、この支持構造を採用すると、建造物に大きな地震力等の水平力を受けた場合に、杭頭部に大きな曲げモーメントおよびせん断力が発生し、最終的には杭頭部が破壊することもあるため、杭頭部および基礎の配筋量を大幅に増やす補強工事が必要となって設計の合理性を担保できないだけでなく、時には接合部での杭の主筋が基礎の鉄筋と干渉を起こして施工不能となる場合さえある。
【０００３】
このような問題を考慮して、意図的に杭頭接合部の固定度を下げた支持構造（いわゆる「杭頭半剛支持構造」）については、既に多数提案されている。その典型的な支持構造として、杭頭部をアール状に加工してピン接合を目指したもの（特許文献１参照）や、杭頭部にゴム等の弾性材料を敷いて固定度を下げたもの（特許文献２参照）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１−２８４６１３号公報（第２頁−第３頁、第１図）
【特許文献２】
特開２００１−２０２９９号公報（第３頁−第４頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者によれば、建築の施工現場で杭頭部の頂部や構造物基礎の底面を高い精度で球面状に仕上げるような手間のかかる煩雑な作業が要求されるため、コスト高は避けられない。また、後者によれば、材料特性上、クリープ変形による不同沈下が生じる恐れがあると共に、地盤中や水中に存在する各種の化学物質により材料劣化が生じる恐れがある。
【０００６】
また、他の杭頭半剛支持構造としては、パイルキャップを杭頭部に乗せるだけの支持構造も提案されている。これによれば、低コストで杭頭接合部の固定度を下げることができるが、杭頭部の摩擦抵抗にのみ依存しているため、地震時の杭頭せん断力の伝達能力は充分に確保されているとは言えない。
【０００７】
更に他の杭頭半剛支持構造としては、緩衝材を載せた杭頭部の上にパイルキャップを被せた支持構造も提案されている。これによれば、せん断力を杭頭部の摩擦抵抗と緩衝材の圧縮抵抗によってパイルキャップに伝達するため、比較的低コストで高いせん断力の伝達能力を実現できる。しかしながら、経年変化による緩衝材の劣化、耐久性の低下および塑性変形に伴う性能の低下等の原因によって、その伝達能力の低下は避けられない。
【０００８】
本発明は上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高いせん断力伝達能力を確保しつつ、杭頭部に加わる曲げモーメントを低減できる構造物基礎の支持構造を低コストで実現することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、構造物基礎の底面に設けられた凹型支圧部の内部に嵌入する杭による構造物基礎の支持構造であって、前記構造物基礎は、前記凹型支圧部において前記杭頭部の上に載置されており、前記凹型支圧部と前記杭頭部との間には、天端部から前記底面に向かって拡大する間隙が発生していることを特徴とする杭による。
【００１０】
既に述べたように、地震の際には、建物荷重に加えて、せん断力と曲げモーメントとが杭頭部に作用するが、上述したように、杭頭部の側面部は構造物基礎による拘束から解放されているが、杭頭部の上端面およびその周縁部は凹型支圧部によって固定されているので、せん断力に対しては、凹型支圧部の天端部と接触する上端面と、その周縁部との２箇所に、せん断力伝達機構を備えていることになる。したがって、本発明の支持構造によれば、地震時の変動軸力などによって建物荷重が小さくなった場合でも、杭頭部にせん断力を確実に伝達することができる。
【００１１】
一方、曲げモーメントに対しては、建物荷重による抑え効果等によって抵抗する。この際、杭には、杭頭部の上端部を支点とした回転変形が生じるが、この回転変形は凹型支圧部および杭頭部の間の間隙によって吸収されるため、曲げモーメントを低減することができる。したがって、当該曲げモーメントに対する補強筋を必要以上に杭や基礎に組み込まなくて済み、杭や基礎梁の合理化を図ることができるので、結果としてコストダウンを実現できる。
【００１２】
このように、本発明によれば、高いせん断力伝達能力を確保しつつ、杭頭部に加わる曲げモーメントを低減できる構造物基礎の支持構造を低コストで実現することができる。
【００１３】
本発明の構造物基礎の支持構造は、前記凹型支圧部と前記杭頭部とがなす傾斜角度θが、「ａｒｃｔａｎ（１／２０）≦θ≦ａｒｃｔａｎ（１／３）」の関係を満たすことを特徴とする。
【００１４】
ａｒｃｔａｎ（１／２０）≦θとしたのは、θ＜ａｒｃｔａｎ（１／２０）とすると、軟弱地盤で地震が発生した場合、基礎によって杭の回転が拘束され、杭の固定度が増加してしまうからであり、また、θ≦ａｒｃｔａｎ（１／３）としたのは、ａｒｃｔａｎ（１／３）＜θとすると、軸方向に加わる力がゼロで水平力が作用している状態を想定した場合、杭の端面が傾斜面に沿って水平移動し、せん断力を伝達できなくなってしまうからである。
【００１５】
更に、前記凹型支圧部は、型枠を用いて形成されることを特徴とする。
ここで、型枠には、通常使用される木製や金属製の型枠は勿論、土や砂等を用いる場合も含まれるものである。
これによれば、はつり作業等の煩雑な作業から作業員は解放され、均一な傾斜角度の凹型支圧部を極めて簡易に形成することができる。また、凹型支圧部と杭頭部との間にテーパー状の間隙を設けたことによって、従来技術において問題となっていたパイルキャップのひび割れの発生を防止することもできる。
【００１６】
上述したように、本発明の構造物基礎の支持構造は、前記杭頭部と前記構造物基礎との間には一切の結合手段が設けられておらず、前記構造物基礎は、前記凹型支圧部において前記杭頭部の上に載置されているだけであることを特徴とする。
【００１７】
本発明の構造物基礎の支持構造は、前記杭頭部と前記構造物基礎との間には、互いに軸方向においてのみ連結する結合手段が設けられていてもよい。これによれば、結合手段が杭および基礎の間において、軸方向で抵抗力を発生させるので、引抜力に抵抗できるようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態である「杭による構造物基礎の支持構造」の供用時における概略構成の一部を示す部分断面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【００２０】
本発明は、杭１の杭頭部１０上に構造物の基礎２を載置して支持する「杭頭半剛接合構造」に関するものである。この実施の形態では、杭１としての場所打ちコンクリート杭の上に基礎２が載置され、基礎２の上に柱３が立設されており、基礎２から杭１に建物荷重Ｆが伝達される。
【００２１】
杭頭部１０は、基礎２からの荷重を受ける杭１の上端側の部分である。図１に示すように、杭１は円柱形であって、その内部には、強度を確保するための鉄筋篭１１が埋設されている。鉄筋篭１１は、周方向に間隔を隔てて配列された複数の縦筋１１ａを、せん断補強用の帯筋１１ｂを用いて縦方向に複数箇所で連結されて構成されている。なお、図１〜図３に示した実施の形態では、鉄筋篭１１は、あくまで基礎２に対しては定着されないものとする。
【００２２】
基礎２は、図１に示すような円錐台状の凹型支圧部２１（以下、「根入れ部２１」と称する）がその底面部に形成されており、天端部２１ａが杭頭部１０の上端面１０ａに載置されている。図示はしないが、このような根入れ部２１は、基礎２の底面部の複数箇所に設けられているものとする。
【００２３】
この実施の形態では、根入れ部２１は、金属製の型枠２２を用いて形成されている。また、基礎のコンクリート圧縮強度は、作用する圧縮力、水平力を考慮して決定する。
【００２４】
図１に示すように、杭頭部１０側面と根入れ部２１傾斜面との間には、天端部２１ａから下方に向かって拡大する間隙２０が生じており、根入れ部２１と杭頭部１０とがなす傾斜角度θは、
ａｒｃｔａｎ（１／２０）≦θ≦ａｒｃｔａｎ（１／３）
の関係を満たすことが好ましい。
【００２５】
ａｒｃｔａｎ（１／２０）≦θとしたのは、θ＜ａｒｃｔａｎ（１／２０）であると、軟弱地盤で地震が発生した際、基礎２によって杭１の回転が拘束され、杭１の固定度が増加してしまうからであり、また、θ≦ａｒｃｔａｎ（１／３）としたのは、ａｒｃｔａｎ（１／３）＜θであると、軸方向に加わる力がゼロで水平力が作用している状態を想定した場合に、杭１の端面が傾斜面に沿って水平移動し、せん断力を伝達できなくなってしまうからである。
【００２６】
また、根入れ部２１の底面部から天端部２１ａまでの深さＤは、５ｃｍ乃至３０ｃｍの範囲内で形成することが好ましい。
【００２７】
図３は図１に示した杭１と基礎２との接合部分に、地震等に起因する大きな水平力が加わった状態を示す部分断面図である。
【００２８】
既に述べたように、地震の際には、建物荷重Ｆに加えて、せん断力Ｑと曲げモーメントＭとが杭頭部１０に作用する。上述したように、杭頭部１０は、その側面部が基礎２による拘束から解放されているが、その上端面１０ａおよびその周縁部が根入れ部２１によって固定されている。したがって、本発明の支持構造では、せん断力Ｑに対して、根入れ部２１の天端部２１ａと接触する上端面１０ａと、その周縁部との２箇所にせん断力伝達機構を備えていることになり、地震時の変動軸力などによって建物荷重Ｆが小さくなった場合でも、杭頭部１０にせん断力Ｑを確実に伝達することができる。
【００２９】
一方、曲げモーメントＭに対しては、建物荷重Ｆによる抑え効果等によって抵抗する。この際、杭１には、杭頭部１０の上端部１０ａを支点とした回転変形が生じるが、この回転変形は根入れ部２１および杭頭部１０の間の間隙２０によって吸収されるため、曲げモーメントＭを低減することができる。したがって、当該曲げモーメントＭに対する補強筋を必要以上に杭１や基礎２に組み込まなくて済み、杭１や基礎２の合理化、およびそれに伴なう掘削土量の削減を図ることができるので、結果としてコストダウンを実現できる。
【００３０】
このように、本発明によれば、高いせん断力伝達能力を確保しつつ、杭頭部１０に加わる曲げモーメントＭを低減できる構造物基礎の支持構造を低コストで実現することができる。
【００３１】
また、上述したように、基礎２の底面に設ける根入れ部２１は、型枠２２を用いて成型されるので、はつり作業等の煩雑な作業から作業員は解放され、均一な傾斜角度の根入れ部２１を極めて簡易に形成することができる。また、根入れ部２１と杭頭部１０との間に間隙２０を設けたことによって、従来技術において問題となっていたパイルキャップのひび割れの発生を防止することもできる。
【００３２】
図４は本発明の別の実施形態である「杭による構造物基礎の支持構造」の供用時における概略構成の一部を示す部分断面図であり、図５は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図であり、図６は図４に示した杭と基礎との接合部分において、地震等に起因する大きな水平力が加わった状態を示す部分断面図である。図において、図１〜図３に示された構成部分と同一の構成部分には同一の参照符号を付してある。
【００３３】
この実施の形態は、杭頭部１０が根入れ部２１を介して基礎２に定着される芯鉄筋４１を備えていることを特徴とする。
【００３４】
この実施の形態によっても、図１に示した実施の形態の場合と同様の作用効果を奏するが、更に、杭１および基礎２の間に備えられた芯鉄筋４１の働きにより、図６に示すように、軸方向で引張抵抗力ｆを発生させるので、地震時における引抜き力に抵抗することができる。
【００３５】
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００３６】
本発明において、基礎２とは、杭１により支持され得るあらゆる基礎構造物を包含する概念であり、それゆえ、フーチング基礎やマット基礎に限らず、杭１により直接支持される構造物である限り、建築物の最下部に位置する部材全般を包含する。
【００３７】
また、このような基礎２を支持する杭１の種類としては特に制約がなく、既製杭および場所打ち杭の他、何れのタイプの杭を採用してもよい。
【００３８】
更に、図４〜図６に示した実施の形態では、杭１と基礎２とは、杭頭部１０および根入れ部２１の間に備えられた芯鉄筋４１によって結合されているが、結合手段としては、これに限らず、鉄筋篭１１を構成する縦筋１１ａおよび帯筋１１ｂを上方に延長したものや、縦筋１１ａのみを上方に延長したもの、または杭頭部１０の外周部に溶接またはネジ留めされた鉄筋、あるいは、ボルト等を用いてもよい。なお、芯鉄筋４１の本数は、図示されたものに限定されるわけではなく、その本数を任意に変更できることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】
上述したように、杭頭部は、その側面部が基礎による拘束から解放されているが、その上端面およびその周縁部が根入れ部によって固定されている。したがって、本発明の支持構造では、せん断力に対して、根入れ部の天端部と接触する上端面と、その周縁部との２箇所にせん断力伝達機構を備えていることになり、地震時の変動軸力などによって建物荷重が小さくなった場合でも、杭頭部にせん断力を確実に伝達することができる。
【００４０】
一方、曲げモーメントに対しては、建物荷重による抑え効果等によって抵抗する。この際、杭には、杭頭部の上端部を支点とした回転変形が生じるが、この回転変形は根入れ部および杭頭部の間の間隙によって吸収されるため、曲げモーメントを低減することができる。したがって、当該曲げモーメントに対する補強筋を必要以上に杭や基礎に組み込まなくて済み、杭や基礎の合理化、およびそれに伴なう掘削土量の削減を図ることができるので、結果としてコストダウンを実現できる。
【００４１】
このように、本発明によれば、高いせん断力伝達能力を確保しつつ、杭頭部に加わる曲げモーメントを低減できる構造物基礎の支持構造を低コストで実現することができる。
【００４２】
また本発明によれば、型枠を用いて根入れ部を成型しているので、はつり作業等の煩雑な作業から作業員が解放され、均一な傾斜角度の根入れ部を極めて簡易に形成することができる。また、根入れ部と杭頭部との間に間隙を設けたことによって、パイルキャップのひび割れ発生の問題も解決されることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である「杭による構造物基礎の支持構造」の供用時における概略構成の一部を示す部分断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】図１に示した杭と基礎との接合部分において、地震等に起因する大きな水平力が加わった状態を示す断面図である。
【図４】本発明の別の実施形態である「杭による構造物基礎の支持構造」の供用時における概略構成の一部を示す部分断面図である。
【図５】図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図６】図４に示した杭と基礎との接合部分において、地震等に起因する大きな水平力が加わった状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１            杭
１０          杭頭部
１０ａ        （杭頭部の）上端面
１１          鉄筋篭
１１ａ        縦筋
１１ｂ        帯筋
２            （構造物）基礎
２０          間隙
２１          凹型支圧部（根入れ部）
２１ａ        天端部
２２          型枠
θ            （根入れ部と杭頭部との）傾斜角度
Ｄ                        （天端部から底面部までの）深さ
３            柱
Ｆ                        建物荷重
Ｑ            せん断力
Ｍ                        曲げモーメント
４１          芯鉄筋
ｆ            引張抵抗力
【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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