(57)【要約】【課題】地震による転倒モーメントの作用を受けて建物の基礎の上部構造部分が下部構造部分から浮き上がり、復位する際の、その建物の地震時応答を、施工が容易でコンパクトな構成の接続構造によって効果的且つ十分に低減する。【解決手段】杭基礎における杭１２の杭頭とフーチング１４とを接続する接続構造は、杭１２に固定され鉛直方向に延在する外側鋼管２２と、フーチング１４に固定され外側鋼管２２の内部を鉛直方向に延在する内側鋼管２４とを備え、外側鋼管２２の内面と内側鋼管２４の外面との間に、ダンパ体２８が充填されている。外側鋼管２２の上方延出部が、フーチング１４に形成された外側鋼管収容凹部に収容されている。地震による転倒モーメントによって、フーチング１４が杭１２の杭頭から浮き上がり、復位する際に、ダンパ体２６が剪断変形することによってダンピング機能を発揮し、それによって建物の地震時応答が低減される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に対して固定した下部構造部分と該下部構造部分の上に支持された上部構造部分とを備えた建物の基礎に用いる、前記下部構造部分と前記上部構造部分とを接続する接続構造であって、
前記下部構造部分と前記上部構造部分との一方である第１構造部分に固定され鉛直方向に延在する外側鋼管と、
前記下部構造部分と前記上部構造部分との他方である第２構造部分に固定され前記外側鋼管の内部を鉛直方向に延在する内側鋼管と、
前記外側鋼管の内面と前記内側鋼管の外面との間に充填されており剪断変形することでダンピング機能を発揮するダンパ体とを備え、
前記外側鋼管が、前記第２構造部分に形成された鉛直方向に延在する外側鋼管収容凹部に収容されていて、前記第２構造部分に対して相対的に水平方向には実質的に変位せず、鉛直方向には変位可能とされており、それによって、前記上側構造部分が、前記下側構造部分に対して相対的に、水平方向には実質的に変位せず、鉛直方向には変位可能とされており、前記建物に地震による所定の大きさ以上の転倒モーメントが作用したならば前記上部構造部分が前記下部構造部分から浮き上がることで、前記建物が地盤から浮き上がり可能にしてあり、
前記上部構造部分が前記下部構造部分から浮き上がり、復位する際に、前記ダンパ体が剪断変形することによって前記建物の地震時応答が低減されるように構成されている、
ことを特徴とする建物の基礎に用いる接続構造。
【請求項２】
前記外側鋼管及び前記内側鋼管が共に円形鋼管または共に角形鋼管であることを特徴とする請求項１記載の建物の基礎に用いる接続構造。
【請求項３】
前記下部構造部分が杭基礎に用いられる杭の杭頭であり、前記上部構造部分がフーチングであることを特徴とする請求項１記載の建物の基礎に用いる接続構造。
【請求項４】
前記下部構造部分がフーチングであり、前記上部構造部分が柱脚であることを特徴とする請求項１記載の建物の基礎に用いる接続構造。
【請求項５】
前記下部構造部分及び前記上部構造部分が鉄筋コンクリート製または鉄骨コンクリート製であり、前記下部構造部分の上面と前記上部構造部分の下面とに、浮き上がった前記上部構造部分が前記下部構造部分に着座する際のコンクリートの圧潰を防止するための破損保護材が装備されていることを特徴とする請求項１記載の建物の基礎に用いる接続構造。
【請求項６】
前記下部構造部分が鉄筋コンクリート製または鉄骨コンクリート製の杭またはフーチングであり、前記下部構造部分のコンクリートを打設する際に前記外側鋼管及び前記内側鋼管の下側にブリージングが溜まるのを防止するための錐体を備えたことを特徴とする請求項１記載の建物の基礎に用いる接続構造。
【請求項７】
浮き上がった前記上部構造部分が着座する際に発生する衝撃力を緩衝するための緩衝機構を備えたことを特徴とする請求項１記載の建物の基礎に用いる接続構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の基礎に用いる接続構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地震発生時に建物の基礎に水平方向の加速度が加わると、建物に転倒モーメントが作用し、建物の一側が浮き上がろうとする。この傾向は、建物のアスペクト比（幅に対する高さの比）が大きいほど強く出現する。例えば杭基礎を使用している建物では、建物の浮き上がり側では杭に引張荷重が作用し、その反対側では杭に加わっている圧縮荷重が増大する。杭頭と建物本体とを連結している部材をこれら荷重に耐えられるようにするには、その部材の断面積を大きくする必要があり、そのことが、材料費、施工費のコストアップをもたらしていた。
【０００３】
そこで、杭頭と、杭頭で支持されるフーチング等の上部構造部分とを縁切りして、地震によって大きな転倒モーメントが作用したときには、上部構造部分が杭頭から浮き上がり可能であるように構成した建物の基礎構造が提案されている。杭頭と上部構造部分とを縁切りする構造としては、例えば特許文献１、特許文献２などに開示されている構造がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１０−３３１１７３号公報
【特許文献２】
特開２０００−２４０３１５号公報
【０００５】
これら特許文献に開示されている構造によれば、浮き上がった上部構造部分が復位する際に杭頭に衝突するため、その衝撃力を緩和するための緩衝材が設けられている。しかしながら、それら構造に使用されている緩衝材は、十分な緩衝性能を提供するものではなく、実際に上部構造部分が浮き上がって復位する際には過大な衝撃力が建物の基礎に作用するという不都合があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、地盤に対して固定した下部構造部分とこの下部構造部分の上に支持された上部構造部分とを備えた建物の基礎に用いる接続構造において、地震による転倒モーメントの作用を受けて上部構造部分が下部構造部分から浮き上がり、復位する際の、その建物の地震時応答を効果的に低減する十分な緩衝性能を提供し、しかも、施工が容易でコンパクトな構成の接続構造によってそれを可能にすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明にかかる建物の基礎に用いる接続構造は、地盤に対して固定した下部構造部分と該下部構造部分の上に支持された上部構造部分とを備えた建物の基礎に用いる、前記下部構造部分と前記上部構造部分とを接続する接続構造であって、前記下部構造部分と前記上部構造部分との一方である第１構造部分に固定され鉛直方向に延在する外側鋼管と、前記下部構造部分と前記上部構造部分との他方である第２構造部分に固定され前記外側鋼管の内部を鉛直方向に延在する内側鋼管と、前記外側鋼管の内面と前記内側鋼管の外面との間に充填され剪断変形することでダンピング機能を発揮するダンパ体とを備え、前記外側鋼管が、前記第２構造部分に形成された鉛直方向に延在する外側鋼管収容凹部に収容されていて、前記第２構造部分に対して相対的に、水平方向には実質的に変位せず、鉛直方向には変位可能とされており、それによって、前記上側構造部分が、前記下側構造部分に対して相対的に水平方向には実質的に変位せず、鉛直方向には変位可能とされており、前記建物に地震による所定の大きさ以上の転倒モーメントが作用したならば前記上部構造部分が前記下部構造部分から浮き上がることで、前記建物が地盤から浮き上がり可能にしてあり、前記上部構造部分が前記下部構造部分から浮き上がり、復位する際に、前記ダンパ体が剪断変形することによって前記建物の地震時応答が低減されるように構成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明にかかる建物の基礎に用いる接続構造によれば、建物の基礎の上部構造部分が浮き上がり、復位する際に、外側鋼管と内側鋼管との間に充填したダンパ体が剪断変形することにより、建物の地震時応答が低減される。即ち、浮き上がり量が小さく抑えられ、また、復位時の着座速度も低減される。ダンパ体の剪断変形によって緩衝作用を得ているため、浮き上がりつつある過程と、復位しつつある過程とで緩衝作用が得られ、建物の地震時応答を効果的に低減する十分な緩衝性能を提供することができる。本発明にかかる接続構造は、外側鋼管の内部に内側鋼管を配設したコンパクトな構成の二重鋼管構造である。また、外側鋼管、内側鋼管、及びダンパ体をユニット化したものを予め構成しておき、そのユニットを所定位置に配設して杭やフーチングを打設するという施工方法を採用することも可能であるため、施工も容易である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１のＡ及びＢは本発明の第１の実施の形態にかかる建物の基礎に用いる接続構造を立面図で示した一部断面図、図２は図１の２−２線に沿った断面平面図、図３は図１の実施の形態の第１の変更例を示した図２と同様の断面平面図、図４は図１の実施の形態の第２の変更例を示した図１と同様の一部断面図、図５は図１の実施の形態の第３の変更例を示した図１と同様の一部断面図、図６は図１の実施の形態の第４の変更例を示した図１と同様の一部断面図、図７は本発明の第２の実施の形態にかかる建物の基礎に用いる接続構造を示した図１と同様の一部断面図である。
【００１０】
図１のＡ及びＢは本発明の第１の実施の形態にかかる建物の基礎に用いる接続構造を立面図で示した一部断面図である。図示した建物の基礎は、鉄筋コンクリート製の杭１２を用いた杭基礎であり、杭１２の杭頭上に同じく鉄筋コンクリート製のフーチング（基礎梁）１４が支持されており、フーチング１４の上面に同じく鉄筋コンクリート製の柱１６の柱脚が連結されている。
杭１２の杭頭とフーチング１４とは剛接されておらず、本発明にかかる接続構造を介して接続されている。この接続構造によれば、地震による転倒モーメントが建物に作用した際に、その転倒モーメントが一定の大きさ以上であると、その転倒モーメントの方向に応じた建物の一方の側において、杭１２の杭頭からフーチング１４が浮き上がることができる。図１のＡは、フーチング１４が杭１２の杭頭から浮き上がっていないときの状態を示し、また、図１のＢは、フーチング１４が浮き上がったときの状態を示している。
従って図１に示した建物の基礎においては、杭１２の杭頭が、この建物の基礎のうちの、地盤に対して固定した下部構造部分となっており、また、フーチング１４が、この建物の基礎のうちの、下部構造部分の上に支持された上部構造部分となっている。
【００１１】
図１の接続構造は、下部構造部分である杭１２に固定され鉛直方向に延在する外側鋼管２２と、上部構造部分であるフーチング１４に固定され外側鋼管２２の内部を鉛直方向に延在する内側鋼管２４とを備えている。
外側鋼管２２及び内側鋼管２４は、各々の外面に複数のスタッドボルト２６が植設されている。そして、それらスタッドボルト２６が、杭１２ないしフーチング１４のコンクリート内に定着されることで、外側鋼管２２及び内側鋼管２４は杭１２ないしフーチング１４に固定されている。ただし、外側鋼管２２及び内側鋼管２４を固定する方法はこれに限られず、それら鋼管２２、２４を、杭１２ないしフーチング１４の鉄筋（不図示）に溶接するなどの方法を用いて固定してもよい。
【００１２】
図２に示したように、外側鋼管２２及び内側鋼管２４は共に円形鋼管であり、互いに同心的に配置されて、二重鋼管構造をなしている。そして、外側鋼管２２の内面と内側鋼管２４の外面との間に、ダンパ体２８が充填されている。ダンパ体２８は、変形させられたときに内部摩擦による熱を発生することで、ダンピング機能を発揮するものであり、粘弾性材料や内部摩擦の大きな弾性材料などが、このダンパ体２８として用いられる。
【００１３】
外側鋼管２２の上方部分は、杭１２の杭頭上面から上方へ延出しており、この外側鋼管２２の上方延出部は、フーチング１４に形成された、鉛直方向に延在する外側鋼管収容凹部に収容されている。このフーチング１４の外側鋼管収容凹部は、その内面が、弾性体スリーブ３２の内周面によって画成されている。
弾性体スリーブ３２は、ゴム材料製の厚肉のスリーブであり、外側鋼管２２の外周に密着するように嵌合している。ただし、互いに密着している外側鋼管２２の外周面と弾性体スリーブ３２の内周面とには潤滑剤が塗布されており、それによって、弾性体スリーブ３２は外側鋼管２２に対して摺動可能となっている。また、弾性体スリーブ３２の外周面は祖面にしてあり、それによって、弾性体スリーブ３２がフーチング１４のコンクリートに強固に付着するようにしている。
【００１４】
フーチング１４の外側鋼管収容凹部は、フーチング１４のコンクリートを打設する際に形成される。即ち、杭頭に外側鋼管２２を固定した杭１２の打設が完了し、内側鋼管２４及びダンパ体２８が所定位置に定位され、弾性体スリーブ３２が外側鋼管２２の外周に嵌合され、更に、フーチング１４を形成するための鉄筋及び型枠を組み上げた状態で、フーチング１４のコンクリートを打設することにより、外側鋼管収容部がフーチング１４に形成される。
内側鋼管２４の下端には、鋼板製の底板３４が取り付けられている。底板３４の機能は、外側鋼管２２、内側鋼管２４、及びダンパ体２８をユニット化したものを予め構成しておき、そのユニットを杭１２の鉄筋に対して所定位置に配設して、杭１２のコンクリートを打設するという施工方法を採用する場合に、そのコンクリートが内部鋼管２４の内部に侵入するのを防止するというものである。底板３４は更に、フーチング１４が一旦浮き上がってから杭１２の杭頭に着座する（復位する）際に作用する衝撃力によって、内側鋼管２４内のコンクリートが圧潰するのを防止する、破損保護材としての機能も果たしている。
【００１５】
以上のように形成したフーチング１４の外側鋼管収容凹部は、鉛直方向に延在しており、また、外側鋼管２２は、その外周面が、外側鋼管収容凹部の内面を画成している弾性体スリーブ３２の内周面に密着した状態で、この外側鋼管収容凹部に収容されているため、図１のＢに示したようにフーチング１４が杭１２の杭頭から浮き上がる際には、外側鋼管収容凹部に対する相対的な外側鋼管２２の変位が規制される。即ち、外側鋼管２２は、フーチング１４に対して相対的に、水平方向には実質的に変位せず、鉛直方向には変位可能とされており、それによってフーチング１４が、杭１２の杭頭に対して相対的に、水平方向には実質的に変位せず、鉛直方向には変位可能とされている。そのため、建物に地震による所定の大きさ以上の転倒モーメントが作用したならば、フーチング１４が杭１２の杭頭から浮き上がることで、建物が地盤から浮き上がることができるようになっている。
そして、フーチング１４が杭１２の杭頭から浮き上がり、復位する際に、ダンパ体２６が図１のＢに示したように剪断変形することによってダンピング機能を発揮するため、それによって建物の地震時応答が低減される。即ち、浮き上がり量が小さく抑えられ、また、復位時の着座速度も低減される。特に本発明においては、ダンパ体２６の剪断変形によって緩衝作用を得ているため、浮き上がりつつある過程と、復位しつつある過程とで緩衝作用が得られ、建物の地震時応答を効果的に低減する十分な緩衝性能を提供することができる。
【００１６】
図１に示した３６及び３８は、フーチング１４の下面に取り付けた鋼板製の破損保護材と、杭１２の杭頭上面に取り付けた同じく鋼板製の破損保護材である。これら破損保護材３６、３８は、上部構造部分であるフーチング１４が一旦浮き上がってから、下部構造部分である杭１２の杭頭に着座する（復位する）際に、互いに衝突するフーチング１４の下面部分のコンクリート、及び杭１２の杭頭上面部分コンクリートの圧潰を防止するためのものであり、上部構造部分ないし下部構造部分が、鉄筋コンクリート製や鉄骨コンクリート製などである場合に用いられるものである。
【００１７】
本発明は、以上に説明した実施の形態以外の、その他の様々な形態でも実施可能なものである。これより図３〜図６を参照して、図１及び図２に示した実施の形態に様々な変更を施した、幾つかの変更例について説明する。尚、それら変更例を説明する上では、主として変更箇所のみを説明し、図１及び図２に示した実施の形態と同じ構成の部分については詳述しない。また、図３〜図６において、図１及び図２に示した実施の形態に用いられている構成要素と同一ないし対応する構成要素には、同一の参照符号を付してある。
【００１８】
図３は、図２と同様の断面平面図であり、この図３に示した変更例は、外側鋼管２２及び内側鋼管２４を共に角形鋼管としたものである。図３の変更例では、断面が正方形の角形鋼管を使用しているが、断面が長方形、六角形、八角形などの鋼管を使用することも可能である。
【００１９】
図４に示した変更例は、図１に示した接続構造に加えて更に、下部構造部分である杭１２のコンクリートを打設する際に外側鋼管２２及び内側鋼管２４の下側にブリージングが溜まるのを防止するための錐体４０を備えたものである。この錐体４０は、適当な強度を有する材料で形成するようにし、外側鋼管２２、内側鋼管２４、及びダンパ体２８をユニット化したものを構成する場合には、そのユニットに一体に装備しておくようにすると好都合である。下部構造部分が鉄筋コンクリート製や鉄骨コンクリート製などである場合には、このような錐体を用いるのがよい。
【００２０】
図５に示した変更例は、図１及び図２の実施の形態における破損保護材３６、３８に替えて、浮き上がったフーチング１４が着座する際に発生する衝撃力を緩衝するための緩衝機構を装備している。この緩衝機構は、地盤上に設置した第１の緩衝材型枠４２とその中に充填した緩衝材４４、フーチング１４の内部に設置した第２の緩衝材型枠４６とその中に充填した緩衝材４８、それに、杭１２の内部に設置した第３の緩衝材型枠５０とその中に充填した緩衝材５２から成るものである。
緩衝材４４、４８、５２としては、ゴム体や砂などが用いられる。緩衝材４４は、フーチング１４の下面と杭１２の杭頭上面との間、及びフーチング１４の下面と地盤表面との間に作用する衝撃力を緩衝する。また、緩衝材４８は、杭１２に固定された外側鋼管２２の上端とフーチング１４との間に作用する衝撃力を緩衝する。また、緩衝材５２は、フーチング１４に固定された内側鋼管２４の下端と杭１２との間に作用する衝撃力を緩衝する。
【００２１】
図６に示した変更例は、図１及び図２の実施の形態と比べて、外側鋼管２２、内側鋼管２４、及びダンパ体２８から成る接続構造の上下を逆にしてあり、外側鋼管２２を上部構造部分であるフーチング１４に固定し、内側鋼管２４を下部構造部分である杭１２に固定し、外側鋼管収容凹部は杭１２の杭頭に形成されている。
図６の変更例は、作用及び効果に関しては、図１及び図２の実施の形態と変わるところはない。このことからも分かるように、本発明は、地盤に対して固定した下部構造部分と、この下部構造部分の上に支持された上部構造部分とを備える建物の基礎に用いる、下部構造部分と上部構造部分とを接続する接続構造であって、外側鋼管２２は、それら下部構造部分と上部構造部分との一方に固定し、外側鋼管２４は、それら下部構造部分と上部構造部分との他方に固定するようにすればよい。
【００２２】
以上に説明した図１〜図６の接続構造は、杭１２の杭頭とフーチング１４との間の接続に用いるものであったが、本発明にかかる接続構造は、それらを接続するものに限定されず、例えば、フーチングとその上に接続される柱の柱脚との間に用いるようにしてもよく、そのようにしたものを、以下に、図７を参照しつつ説明する。
図７は本発明の第２の実施の形態にかかる建物の基礎に用いる接続構造を立面図で示した模式図である。図示した建物の基礎は、鉄筋コンクリート製の杭１２を用いた杭基礎であり、杭１２の杭頭上に同じく鉄筋コンクリート製のフーチング（基礎梁）１４が連結されており、フーチング１４の上面に同じく鉄筋コンクリート製の柱１６の柱脚が支持されている。
フーチング１４と柱１６の柱脚とは剛接されておらず、本発明にかかる接続構造によって接続されている。この接続構造によれば、地震による転倒モーメントが建物に作用した際に、その転倒モーメントが一定の大きさ以上であると、その転倒モーメントの方向に応じて建物の一方の側において、柱１６の柱脚がフーチング１４から浮き上がることができる。
【００２３】
従って図７に示した建物の基礎では、フーチング１４が、この建物の基礎のうちの、地盤に対して固定した下部構造部分となっており、また柱１６の柱脚が、この建物の基礎のうちの、下部構造部分の上に支持された上部構造部分となっている。
図７の接続構造は、下部構造部分であるフーチング１４に固定され鉛直方向に延在する外側鋼管２２と、上部構造部分である柱１６に固定され外側鋼管２２の内部を鉛直方向に延在する内側鋼管２４とを備えている。そして、外側鋼管２２の内面と内側鋼管２４の外面との間に、ダンパ体２８が充填されている。外側鋼管２２の上方部分は、フーチング１４の上面から上方へ延出しており、この外側鋼管２２の上方延出部は、柱１６に形成された、鉛直方向に延在する外側鋼管収容凹部に収容されている。この柱１６の外側鋼管収容凹部は、その内面が、弾性体スリーブ３２の内周面によって画成されている。図７の接続構造における外側鋼管収容凹部及び弾性体スリーブ３２の構成及び作用は、図１及び図２の接続構造におけるものと同じである。
図７の接続構造に用いられているその他の構成要素は、図１及び図２の接続構造に用いられている夫々の構成要素と同一ないし対応するものであり、同一ないし対応する構成要素には同一の参照符号を付してある。
【００２４】
図７に示した実施の形態にかかる接続構造においても、その作用及び効果は、図１及び図２の実施の形態にかかる接続構造と変わるところはなく、フーチング１４と柱１６の柱脚との間に装備したという点が異なるのみである。また、図７に示した実施の形態にかかる接続構造に対しても、図３〜図６に示した変更例と同様の変更を加えることができる。特に、図５に示した緩衝機構を装備する変更に関しては、この図７の接続構造において、そのフーチング１４の上面に緩衝材型枠を設置し、その中に充填した緩衝材によって、柱１６の柱脚下面とフーチング１４の上面との間に作用する衝撃力を緩衝するようにすればよい。
また、本発明にかかる接続構造は、建物の基礎の、その他の接続箇所に適用することも可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上から明らかなように、本発明によれば、建物の基礎の上部構造部分が浮き上がり、復位する際に、外側鋼管と内側鋼管との間に充填したダンパ体が剪断変形することにより、建物の地震時応答が低減される。即ち、浮き上がり量が小さく抑えられ、また、復位時の着座速度も低減される。ダンパ体の剪断変形によって緩衝作用を得ているため、浮き上がりつつある過程と、復位しつつある過程とで緩衝作用が得られ、建物の地震時応答を効果的に低減する十分な緩衝性能を提供することができる。更に、本発明にかかる接続構造は、外側鋼管の内部に内側鋼管を配設したコンパクトな構成の二重鋼管構造である。また、外側鋼管、内側鋼管、及びダンパ体をユニット化したものを予め構成しておき、そのユニットを所定位置に配設して杭やフーチングを打設するという施工方法を採用することも可能であるため、施工も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ及びＢは本発明の第１の実施の形態にかかる建物の基礎に用いる接続構造を立面図で示した一部断面図である。
【図２】図１の２−２線に沿った断面平面図である。
【図３】図１の実施の形態の第１の変更例を示した図２と同様の断面平面図である。
【図４】図１の実施の形態の第２の変更例を示した図１と同様の一部断面図である。
【図５】図１の実施の形態の第３の変更例を示した図１と同様の一部断面図である。
【図６】図１の実施の形態の第４の変更例を示した図１と同様の一部断面図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態にかかる建物の基礎に用いる接続構造を示した図１と同様の一部断面図である。
【符号の説明】
１２  杭
１４  フーチング
１６  柱
２２  外側鋼管
２４  内側鋼管
２８  ダンパ体
３２  弾性体スリーブ
３４  底板
３６  破損保護材
３８  破損保護材
４０  錐体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004257120.tif 000006
【図５】
2004257120.tif 000007
【図６】
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【図７】
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