(57)【要約】【課題】ＰＨＣ杭と鉄骨柱とを基礎を介さずに確実かつ容易に接合する。【解決手段】ＰＨＣ杭１と同一外径寸法の接合鋼管３をＰＨＣ杭の頂部端板５に固定し、接合鋼管内に鉄骨柱２の柱脚部を差し込み、接合鋼管内に充填したコンクリート４により柱脚部を接合鋼管に対して固着する。柱脚部の差し込み長さを柱幅寸法Ｂの１．５倍以上とし、柱脚と杭頭との間に杭径φの１／４以上の寸法を確保する。柱脚に中心孔８を有するベースプレート７を設ける。その施工は、予め接合鋼管を頂部端板に固定したＰＨＣ杭を地中に埋設した後、柱脚部を接合鋼管内に差し込んで仮支持し、コンクリートを打設充填する。頂部端板に剥離テープを貼付しておき、コンクリートの打設充填に際して剥離テープを剥離する。鉄骨柱の位置決めと仮支持を行うための仮設の治具として井桁状の支持フレームを用いる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＨＣ杭と鉄骨柱との接合構造であって、外径寸法がＰＨＣ杭と同一の接合鋼管がＰＨＣ杭の頂部端板に固定され、その接合鋼管内に鉄骨柱の柱脚部が差し込まれて、接合鋼管内に充填されたコンクリートにより柱脚部が接合鋼管に対して固着され、そのコンクリートと頂部端板との係合により柱軸力がＰＨＣ杭に伝達可能とされていることを特徴とする柱と杭の接合構造。
【請求項２】
請求項１記載の杭と柱の接合構造であって、接合鋼管内への柱脚部の差し込み長さが柱幅寸法の１．５倍以上に設定され、柱脚と杭頭との間には杭径の１／４以上の寸法が確保されていることを特徴とする杭と柱の接合構造。
【請求項３】
請求項１または２記載の杭と柱の接合構造であって、鉄骨柱の柱脚にはベースプレートが設けられ、そのベースプレートには中心孔が形成されていることを特徴とする杭と柱の接合構造。
【請求項４】
請求項１，２または３記載の構造により杭と柱とを接合するための工法であって、予め接合鋼管を頂部端板に固定したＰＨＣ杭を地中に埋設した後、鉄骨柱を建て込んでその柱脚部を接合鋼管内に差し込んだ状態で仮支持し、接合鋼管内にコンクリートを打設充填することを特徴とする杭と柱の接合工法。
【請求項５】
請求項４記載の杭と柱の接合工法であって、ＰＨＣ杭の頂部端板に予め剥離テープを貼付しておき、接合鋼管内へのコンクリートの打設充填に際して剥離テープを剥離して清浄な頂部端板を露出せしめることを特徴とする請求項４記載の杭と柱の接合工法。
【請求項６】
請求項３または４記載の杭と柱接合工法であって、鉄骨柱を建て込むに際しては、鉄骨柱の位置決めと仮支持を行うための仮設の治具として井桁状の支持フレームを用いることを特徴とする杭と柱の接合工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フーチングや基礎梁を必要とすることなくＰＨＣ杭と鉄骨柱とを接合するための構造および工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、建物の杭と柱は基礎（フーチングや基礎梁等）を介して接合されるものであるが、近年においては工期短縮とコスト削減を主目的として、基礎を省略して杭と柱とを直接的に接合する工法が試みられている。このような工法としては、たとえば特許文献１や特許文献２に示されるように、杭として中空杭を採用してその杭頭部に柱脚部を差し込み、杭頭部にコンクリートやモルタルを充填して杭頭部と柱脚部を一体化するものが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２９５２８６
【特許文献２】
特開２００２−１３８４９５
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の工法では、いずれも杭頭部に柱脚部を差し込むものであることから、杭全体の径を必要以上に大きくしたり、あるいは杭頭部を拡径する必要があり、また特許文献１に示されるものは特殊な接合金物を必要とするので、それらの点で改善の余地があった。
【０００５】
上記事情に鑑み、本発明は、杭としてＰＨＣ杭を採用するとともに柱として鉄骨柱を採用し、それらＰＨＣ杭と鉄骨柱とを基礎を介することなく確実かつ容易に接合するための有効適切な構造と工法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、ＰＨＣ杭と鉄骨柱との接合構造であって、外径寸法がＰＨＣ杭と同一の接合鋼管がＰＨＣ杭の頂部端板に固定され、その接合鋼管内に鉄骨柱の柱脚部が差し込まれて、接合鋼管内に充填されたコンクリートにより柱脚部が接合鋼管に対して固着され、そのコンクリートと頂部端板との係合により柱軸力がＰＨＣ杭に伝達可能とされていることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、接合鋼管内への柱脚部の差し込み長さが柱幅寸法の１．５倍以上に設定され、柱脚と杭頭との間には杭径の１／４以上の寸法が確保されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明において、鉄骨柱の柱脚にはベースプレートが設けられ、そのベースプレートには中心孔が形成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１，２または３の発明の構造により杭と柱とを接合するための工法であって、予め接合鋼管を頂部端板に固定したＰＨＣ杭を地中に埋設した後、鉄骨柱を建て込んでその柱脚部を接合鋼管内に差し込んだ状態で仮支持し、接合鋼管内にコンクリートを打設充填することを特徴とする。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項４の発明において、ＰＨＣ杭の頂部端板に予め剥離テープを貼付しておき、接合鋼管内へのコンクリートの打設充填に際して剥離テープを剥離して清浄な頂部端板を露出せしめることを特徴とする。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項３または４の発明において、鉄骨柱を建て込むに際しては、鉄骨柱の位置決めと仮支持を行うための仮設の治具として井桁状の支持フレームを用いることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の接合構造の実施形態を図１および図２に示す。本実施形態では、杭としてＰＨＣ杭１を採用するとともに、柱として鉄骨柱２を採用し、それらＰＨＣ杭１と鉄骨柱２とを接合鋼管３およびその内部に充填したコンクリート４を介して接合するようにしたものである。
【００１３】
図１に示すように、ＰＨＣ杭（プレテンション方式遠心力プレストレストコンクリートパイル）１は中空円筒状をなし、その上端には環状の頂部端板５が設けられ、中空部全体には杭孔内の土とセメントミルクが懸濁したソイルセメント６が充填されている。また、本実施形態では鉄骨柱２として角形断面の鋼管柱が採用され、その下端（柱脚）にはベースプレート７が設けられ、ベースプレート７には中心孔８が形成されている。
【００１４】
接合鋼管３は、外径寸法φがＰＨＣ杭１と同一とされ、この接合鋼管３はＰＨＣ杭１と同軸状態でその下端が頂部端板５に直接的に溶接されて接合されている。図２に示すように接合鋼管３の肉厚ｔｓはＰＨＣ杭１の肉厚ｔｐよりも小さい（薄い）ことから、接合鋼管３がＰＨＣ杭１に接合された状態ではその接合部の内側にそれらの肉厚差δｔに相当する段差が生じ、したがって接合鋼管３内に充填されたコンクリート４がその段部に係合し、頂部端板５が支圧面となってコンクリート４からＰＨＣ杭１へ軸力が確実に伝達されるようになっている。
【００１５】
そして、その接合鋼管３の内部に鉄骨柱２の下端部（柱脚部）が差し込まれ、接合鋼管３の内部全体にコンクリート４が打設充填されるとともに、鉄骨柱２の柱脚部の内部にも同レベルまでコンクリート４が充填され、そのコンクリート４により柱脚部が接合鋼管３に対して強固に固着されたものとなっている。ここで、図１（ａ）に示すように、接合鋼管３内への柱脚部の差し込み長さは柱幅寸法Ｂの１．５倍以上に設定され、柱脚と杭頭との間にはＰＨＣ杭１の杭径φの１／４以上の寸法が確保されている。
【００１６】
上記の接合構造によれば、ＰＨＣ杭１の杭頭に接合した接合鋼管３内に鉄骨柱２の柱脚部を差し込んでコンクリート４により固着するので、鉄骨柱２をＰＨＣ杭１に対して確実に剛接合でき、充分な接合強度を確保することができる。特に、鉄骨柱２にはベースプレート７が設けられているとともに、接合鋼管３とＰＨＣ杭１との接合部にはそれらの肉厚差によってコンクリート４が係合する段部が自ずと形成されるので、柱脚部にスタッドやウイングプレート等のシアキーを格別に設けずとも、図１（ａ）に矢印で示すように柱軸力が鉄骨柱２からコンクリート４を介してＰＨＣ杭１に確実に伝達される。また、接合鋼管３に対する柱脚部の差し込み長さと、柱脚と杭頭との間の寸法を上記のように設定していることにより、コンクリート４および接合鋼管３を介して鉄骨柱２とＰＨＣ杭１との間で曲げおよび剪断も有効に伝達される。
【００１７】
そして、接合鋼管３としてＰＨＣ杭１の杭径φと同一外径寸法のものを用いており、それを頂部端板５に対して直接的に溶接しているので、鉄骨柱２が挿入される接合鋼管３の内法寸法はＰＨＣ杭１の内法寸法より自ずと大きくなり、従来のように杭径を必要以上に大きくしたり杭頭部を拡径する必要がなく、そのため、従来のようにＰＨＣ杭１に生じる地中モーメントや杭頭モーメントが徒に大きくなることがないので構造的に合理的であるし、杭施工時の掘削土量を削減することができるので施工性の点でも有利である。勿論、ＰＨＣ杭１に対する接合鋼管３の溶接は杭製作時に工場において容易にかつ精度良く行うことができるし、必要な資材は単なる接合鋼管３とその内部に充填するコンクリート４だけであるので、その施工は何等面倒ではないし、さして費用を要するものでもない。
【００１８】
上記構造によりＰＨＣ杭１と鉄骨柱２を接合するための施工手順を図３〜図５を参照して具体的に説明する。まず、図３に示すように、ＰＨＣ杭１を製作した際にその頂部端板５に接合鋼管３を溶接して接合しておく。そして、頂部端板５の表面には剥離テープ１０を貼付しておき、後工程においてその剥離テープ１０を容易に剥離し得るように引き出し線１１を接合鋼管３の外側にまで伸ばしておく。
【００１９】
通常のＰＨＣ杭施工法、たとえばＰＨＣ杭１の中空部にオーガーを挿入して掘削排土しながらＰＨＣ杭１を埋設し、オーガー引抜時に中空部にソイルセメント６を充填するという中堀り工法、あるいは杭孔を先行掘削してその孔内にセメントミルク６を底部から注入しながらオーガーを引き抜いてＰＨＣ杭１を挿入するというプレボーリング工法等により、図４に示すようにＰＨＣ杭１を地中に埋設する。そして、接合鋼管３内からソイルセメント６を除去してその内部を清掃した後、引き出し線１１を引っ張って剥離テープ１０を剥離し、頂部端板５の清浄な表面を接合鋼管３内に露出させる。さらに、鉄骨柱２を建て込むための仮設の治具としての支持フレーム１２を接合鋼管３上に設置する。支持フレーム１２は（ｃ）に示すように、２本のチャンネル材１３の上下に計４本の連結材１４をボルトにより連結して井桁状に組み、ボルトを外すことで容易に解体可能なものであり、その内側に鉄骨柱２を通して位置決めし仮支持することが可能なものである。
【００２０】
図５に示すように、鉄骨柱２の下端部の周面に予めアングル材等からなる取付ピース１５を溶接しておき、その取付ピース１５に溶接したナット１６に対してレベル調整ボルト１７を下向きに螺着しておく。そして、鉄骨柱２の柱脚部を支持フレーム１２内に挿入し、レベル調整ボルト１７を介して鉄骨柱２の重量を支持フレーム１２に預けて仮支持しつつ、水平方向の位置決めおよびレベル調整を行う。しかる後に、接合鋼管３内全体にコンクリート４を充填するとともに、鉄骨柱２の内部にも同レベルまでコンクリート４を充填する。この際、ベースプレート７に充分な大きさの中心孔８を形成しておけば、鉄骨柱２の内外のコンクリート４の天端が自ずと揃うし、コンクリート４の打設時にその浮力が鉄骨柱２に作用することを防止できる。所定のコンクリート強度が発現するまので養生期間が経過するのを待って支持フレーム１２を解体して撤去し、必要に応じて鉄骨柱２から取付ピース１５を溶断すれば接合作業の完了となる。なお、取付ピース１５は邪魔でなければ溶断することなくそのまま残しても良い。また、支持フレーム１２の下側の連結材１４はコンクリート４に埋め殺しても良い。
【００２１】
上記工法によれば、ＰＨＣ杭１の杭頭に溶接した接合鋼管３内に鉄骨柱２の柱脚部を差し込んでコンクリート４を打設することのみで、ＰＨＣ杭１と鉄骨柱２を確実に剛接合することができるし、その施工に際しては何等特殊な機材や技量を必要とすることなく、極めて施工性に優れるものである。特に、ＰＨＣ杭１の頂部端板５に予め剥離テープ１０を貼付しておいて、コンクリート４の打設に先立ってその剥離テープ１０を剥離するようにしたので、頂部端板５の表面にソイルセメント等の異物が残ってしまって支圧面としての機能が損なわれるようなことを簡易な手法で確実に防止することができる。また、鉄骨柱２の建て込みに際しては仮設の支持フレーム１２を用いるようにしたので、鉄骨柱２の位置決めと仮支持を容易にかつ安全に行うことができるし、その支持フレーム１２は何等複雑なものではないので安価に製作できるし、これは繰り返し転用することも可能であるから、廃材となるのは鉄骨柱２に取り付ける取付ピース１５のみであり、この点においても合理的である。
【００２２】
以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な設計的変更が可能であり、たとえば以下に列挙するような変形例、応用例が考えられる。
【００２３】
上記実施形態では接合鋼管３をＰＨＣ杭１の頂部端板５に溶接することとしたが、溶接に代えてボルト締結により嵌合接合する等、他の固定手段によることでも良い。
【００２４】
上記実施形態では鉄骨柱２として角形鋼管柱を採用したが、円形鋼管柱はもとよりＨ形鋼等の適宜断面の鉄骨柱の場合にも同様に適用可能であることはいうまでもない。また、鋼管柱を採用する場合には、上記実施形態のようにその柱脚部にコンクリートを充填することが好ましいが、鋼管柱の肉厚が大きいような場合にはコンクリート充填を省略しても良い。また、ベースプレートの有無、ベースプレートの中心孔の有無は任意である。なお、必要であれば、接合鋼管３の内面や柱脚部に、コンクリート４に対するシアキーとしてのスタッド等を付加することを妨げるものではない。
【００２５】
コンクリート充填に際して頂部端板５を他の手法により清浄化できる場合等には、上記実施形態における剥離テープの貼付を省略しても良いし、それに代えて適宜のカバー類を取り外し可能に装着しておくようなことでも良い。また、鉄骨柱２を建て込む際に用いる仮設の治具としての支持フレーム１２も、鉄骨柱２を仮支持しつつ位置決めできるものであれば適宜の形態のものを採用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明は、ＰＨＣ杭の頂部端板に接合鋼管を固定し、その内部に鉄骨柱の柱脚部を差し込んでコンクリートにより固着する構造であるので、極めて単純にして明快な構造で柱と杭とを確実に接合することができる。特に、ＰＨＣ杭と接合鋼管との肉厚差により生じる段差によってコンクリートが杭頭部に係合し、頂部端板が支圧面となることで柱軸力をコンクリートを介して確実に伝達することができる。また、接合鋼管として杭径と同一外径寸法のものを用いたので、杭頭部や杭全体の杭径が必要以上に大きくなることもない。
【００２７】
請求項２の発明は、接合鋼管内への柱脚部の差し込み長さを柱幅寸法の１．５倍以上に設定し、柱脚と杭頭との間には杭径の１／４以上の寸法を確保したので、接合鋼管およびコンクリートを介して鉄骨柱と杭との間で軸力のみならず曲げおよび剪断も有効に伝達することができる。
【００２８】
請求項３の発明は、鉄骨柱の柱脚にベースプレートを設けたので、鉄骨柱からコンクリートへの柱軸力の伝達をより確実に行うことができるし、そのベースプレートには中心孔を形成したので、コンクリート打設時の浮力が鉄骨柱に作用することも防止できる。
【００２９】
請求項４の発明は、予め接合鋼管を頂部端板に固定したＰＨＣ杭を地中に埋設した後、鉄骨柱を建て込んでその柱脚部を接合鋼管内に差し込んだ状態で仮支持し、接合鋼管内にコンクリートを打設充填するので、何等特殊な機材や技量を必要とすることなく杭と柱とを確実に接合でき、極めて施工性に優れるものであるので、工期短縮、工費削減に大きく寄与し得る。
【００３０】
請求項５の発明は、ＰＨＣ杭の頂部端板に予め剥離テープを貼付しておき、接合鋼管内へのコンクリートの打設充填に際して剥離テープを剥離して清浄な頂部端板を露出せしめるので、頂部端板の表面に異物が付着して支圧面としての機能が損なわれるようなことを簡易な手法で確実に防止することができる。
【００３１】
請求項６の発明は、鉄骨柱を建て込むに際してその位置決めと仮支持を行うための仮設の治具として井桁状の支持フレームを用いるので、鉄骨柱の建て方を容易にかつ安全に行うことができることはもとより、支持フレームは安価に製作でき、繰り返し転用することも可能であるので合理的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接合構造の実施形態を示す立断面図および水平断面図である。
【図２】同、要部（図１（ａ）におけるＩＩ部）の拡大図である。
【図３】本発明の接合工法の実施形態を示すもので、ＰＨＣ杭に接合鋼管を取り付けた状態を示す図である。
【図４】同、ＰＨＣ杭を地中に埋設した状態を示す図である。
【図５】同、鉄骨柱を建て込み、コンクリートを充填した状態を示す図である。
【符号の説明】
１  ＰＨＣ杭
２  鉄骨柱
３  接合鋼管
４  コンクリート
５  頂部端板
６  ソイルセメント
７  ベースプレート
８  中心孔
１０  剥離テープ
１１  引き出し線
１２  支持フレーム
１３  チャンネル材
１４  連結材
１５  取付ピース
１６  ナット
１７  レベル調整ボルト
Ｂ  柱幅寸法
φ  杭径
【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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