(57)【要約】【課題】  １柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用できるようにする。【解決手段】  構造物の柱２と、地中に立設される鋼管杭１と、構造物を支持する基礎梁４と、当該基礎梁の真上の階を支持する真上梁とからなる柱と杭の接合構造において、柱２は、鋼管杭１の杭頭１ａ内に挿入されてコンクリート３で固定される埋込柱２ａと、当該柱２に対し水平方向に基礎梁４が接合された梁接合部とを有し、さらに埋込柱２ａ断面の最大外径寸法が、基礎梁上面と当該柱２との交差面の最大外径寸法より小さく設定されてなり、基礎梁４は、その剛性が、真上梁の剛性の２倍以下(０は除く)に設定されてなるように構成する。【選択図】    図１
2005307734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の柱と、
地中に立設される鋼管杭と、
前記構造物を支持する基礎梁と、
当該基礎梁の真上の階を支持する真上梁とからなる柱と杭の接合構造であって、
前記柱は、
前記鋼管杭の杭頭内に挿入されてコンクリートで固定される埋込柱と、
当該柱に対し水平方向に前記基礎梁が接合された梁接合部とを有し、
さらに、前記埋込柱断面の最大外径寸法が、前記基礎梁上面と当該柱との交差面の最大外径寸法より小さく設定されてなり、
前記基礎梁は、
その剛性が、前記真上梁の剛性の２倍以下(０は除く)に設定されてなることを特徴とする柱と杭の接合構造。
【請求項２】
構造物の柱と、
地中に立設される鋼管杭と、
前記構造物を支持する基礎梁と、
当該基礎梁の真上の階を支持する真上梁と、
少なくとも、前記柱が接合される柱接合部、前記基礎梁が水平方向に取付けられて接合される梁接合部、及び前記鋼管杭の杭頭内に挿入されてコンクリートで固定される埋込柱を有する仕口部材とからなる柱と杭の接合構造であって、
前記仕口部材は、
前記埋込柱断面の最大外径寸法が、前記柱接合部の断面の最大外径寸法より小さく設定されてなり、
前記基礎梁と前記梁接合部は、
その剛性が、前記真上梁の剛性の２倍以下(０は除く)に設定されてなることを特徴とする柱と杭の接合構造。
【請求項３】
構造物の柱と、
地中に立設される鋼管杭と、
前記構造物を支持する基礎梁と、
当該基礎梁の真上の階を支持する真上梁とからなる柱と杭の接合構造であって、
前記柱は、
前記鋼管杭の杭頭内に挿入されてコンクリートで固定される埋込柱と、
当該柱に対し水平方向に前記基礎梁が接合された梁接合部とを有し、
さらに、前記埋込柱断面の最大外径寸法が、前記基礎梁上面と当該柱との交差面の最大外径寸法より小さく設定されてなり、
前記基礎梁は、
その剛性が、前記真上梁の剛性の２倍以下、１倍以上に設定されてなることを特徴とする柱と杭の接合構造。
【請求項４】
構造物の柱と、
地中に立設される鋼管杭と、
前記構造物を支持する基礎梁と、
当該基礎梁の真上の階を支持する真上梁と、
少なくとも、前記柱が接合される柱接合部、前記基礎梁が水平方向に取付けられて接合される梁接合部、及び前記鋼管杭の杭頭内に挿入されてコンクリートで固定される埋込柱を有する仕口部材とからなる柱と杭の接合構造であって、
前記仕口部材は、
前記埋込柱断面の最大外径寸法が、前記柱接合部の断面の最大外径寸法より小さく設定されてなり、
前記基礎梁と前記梁接合部は、
その剛性が、前記真上梁の剛性の２倍以下、１倍以上に設定されてなることを特徴とする柱と杭の接合構造。
【請求項５】
前記埋込柱の断面を中空円形断面としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の柱と杭の接合構造。
【請求項６】
前記埋込柱の断面を中実円形断面としたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の柱と杭の接合構造。
【請求項７】
前記鋼管杭頭に前記埋込柱の抜出し拘束リングを設置したことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の柱と杭の接合構造。
【請求項８】
前記鋼管杭頭の内面に複数の突起を設けたことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の柱と杭の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨構造物における柱と杭の接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼管杭基礎を下部構造とする鋼構造の杭頭接合部において、杭頭にこの杭の外径より大径の鋼管を配置し、鋼管内に柱の下端部を挿入し、鋼管内にコンクリートを充填してフーチングを築造することで杭と柱を緊決する工法（以下、これを二重鋼管式柱杭接合工法と呼ぶ）が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、杭基礎を下部構造とする鋼構造の杭頭接合部において、杭頭内に柱鉄骨を挿入し、同杭頭内にコンクリートを充填し、緊結する工法（この様に、杭頭をつなぐ地中梁がなく、杭から直接柱が立ち上がっている構造を実現する工法を、特に１柱１杭一体化工法と呼ぶ）が提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３５５９３８号公報
【特許文献２】特開平３−５１４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、二重鋼管式柱杭接合工法は、鋼管補強式のフーチングを介して杭と柱を接合するようになっているため、杭よりも大きな径のフーチング用鋼管を埋設するための掘削手間と、これに伴う建設廃土の量を抑えることができない。
【０００６】
一方、１柱１杭一体化工法においては、フーチングを省略することが可能となり、二重鋼管式柱杭接合工法のものと比べて、掘削土削減、工期短縮、といったメリットが得られる。その一方で、鋼管杭は、同一軸耐力で場所打コンクリート杭と比較した場合、鉛直方向の支持力が高く、場所打コンクリート杭よりも径が細い傾向にあるため、埋込柱を鋼管杭頭に挿入するだけの十分な余裕代を確保することが困難で、同接合構造を実現するには、二重鋼管式とするか、鋼管杭径を構造設計上の径よりも大きくするか、あるいは埋込柱を細くする必要がある。
【０００７】
これを図１３乃至図１６の梁が柱と杭に及ぼすモーメントの説明図に基づき更に詳述する。なお、ここでは話を簡便にするため、地下室は無いものとする。図１４のように基礎梁の無い架構の場合は、地表から地中部へ向って、曲げモーメントが大きくなる傾向があり、地中に位置する杭頭接合部に挿入できるよう、埋込柱を細くすることは、曲げモーメント（以下、この曲げモーメントを単に「モーメント」と称す）に対する耐力（以下、このモーメントに対する耐力を単に「耐力」と称す）低下を招き、同部位が構造上の弱点となるため、設計上望ましくない。
【０００８】
一方、図１３のように、構造物の最下階を支持する基礎梁が付いている架構においては、通常の設計慣行によれば、基礎梁は上下部構造を設計上分離して扱えるほど十分に剛な梁とするため、基礎梁の真上の階を支持する梁（以下、この梁を「真上梁」と呼ぶ。図中では「２階梁」となる。）の少なくとも２倍のせいの高さを有する断面として設計している。これを梁の剛性に換算（＝３乗倍）すると、基礎梁剛性は、真上梁（２階梁）の少なくとも２3倍の剛性となる。この様な構造では、図１５のモーメント図に示すように埋込柱モーメントＭptは柱脚モーメントＭ1bよりも大きくなる傾向にあり、埋込柱は最下階（この図では１階）の柱よりも大きな断面で設計することが必要となり、埋込柱を鋼管杭頭に挿入するために断面上必要な余裕代を確保することが一層困難となる。つまり、鋼管杭の直径も構造設計上は、支持荷重により決定される予条件であるが、鋼管杭は既述したように場所打コンクリート杭よりも径が細い傾向にあるため、構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用した場合、埋込柱を鋼管杭頭に挿入するために必要な断面上の余裕代を確保することが困難となる。このため、従来は構造設計上の杭径より大きな杭径を有する鋼管杭を使用し、これによって埋込柱を鋼管杭頭に挿入するための断面上の余裕代を確保するようにしている。
【０００９】
しかしながら、「基礎梁を十分剛とする」通常の設計慣行は、上下部分離設計のための必要条件であって、必ずしも構造的要求を満足するための条件ではない。近年は、上下部の一体解析を行い、その応力について設計する方法や、杭が基礎梁に対して作用する効果を、水平バネ、などに置換して杭の影響を考慮する方法など、架構の挙動をより正確に算定できる解析方法も活用されつつある。これによれば、地盤の影響を適切に考慮できるため、上下部分離設計の必要条件である「十分剛な基礎梁」とする必要がなくなる。そして、本発明者等の検討により、上下部分離設計の必要条件であった「十分剛な基礎梁」よりも基礎梁剛性を柔らかくすることで、図１６のモーメント図に示すように埋込柱モーメントＭptを柱脚モーメントＭ1bよりも小さくすることができて、埋込柱を１階の柱断面よりも小さくできることが判明した。
【００１０】
本発明の技術的課題は、１柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明に係る柱と杭の接合構造は、以下の構成を有するものである。すなわち、構造物の柱と、地中に立設される鋼管杭と、前記構造物を支持する基礎梁と、前記基礎梁の真上の階を支持する真上梁とからなる柱と杭の接合構造であって、柱は、鋼管杭の杭頭内に挿入されてコンクリートで固定される埋込柱と、当該柱に対し水平方向に基礎梁が接合された梁接合部とを有し、さらに埋込柱断面の最大外径寸法が、基礎梁上面と当該柱との交差面の断面の最大外径寸法より小さく設定されてなり、基礎梁は、その剛性が、真上梁の剛性の２倍以下(０は除く)に設定されてなるものである。
本発明で構造物を上下に分離してとらえる際の「上下部分離設計」に含まれる上部構造物とは、基礎梁を境にしてそれ以高の柱や梁等の構造物を指す。対して下部構造物とは、基礎梁を境にしてそれ以深の杭やフーチング等の構造物を指す。基礎梁は、上部構造物および下部構造物の両方に関わっている。さらに、最大外径寸法とは、断面に外接する円の直径のことを指し、柱断面の大小比較の指標となる。
【００１２】
（２）本発明に係る柱と杭の接合構造は、以下の構成を有するものである。すなわち、構造物の柱と、地中に立設される鋼管杭と、前記構造物を支持する基礎梁と、前記基礎梁の真上の階を支持する真上梁と、少なくとも、前記柱が接合される柱接合部、基礎梁が水平方向に取付けられて接合される梁接合部、及び鋼管杭の杭頭内に挿入されてコンクリートで固定される埋込柱を有する仕口部材とからなる柱と杭の接合構造であって、仕口部材は、埋込柱断面の最大外径寸法が、前記柱接合部の断面の最大外径寸法より小さく設定されてなり、基礎梁と梁接合部は、その剛性が、真上梁の剛性の２倍以下(０は除く)に設定されてなるものである。
【００１３】
（３）本発明に係る柱と杭の接合構造は、以下の構成を有するものである。すなわち、構造物の柱と、地中に立設される鋼管杭と、前記構造物を支持する基礎梁と、前記基礎梁の真上の階を支持する真上梁とからなる柱と杭の接合構造であって、柱は、鋼管杭の杭頭内に挿入されてコンクリートで固定される埋込柱と、当該柱に対し水平方向に基礎梁が接合された梁接合部とを有し、さらに埋込柱断面の最大外径寸法が、基礎梁上面と当該柱との交差面の最大外径寸法より小さく設定されてなり、基礎梁は、その剛性が、真上梁の剛性の２倍以下、１倍以上に設定されてなるものである。
【００１４】
（４）本発明に係る柱と杭の接合構造は、以下の構成を有するものである。すなわち、構造物の柱と、地中に立設される鋼管杭と、前記構造物を支持する基礎梁と、前記基礎梁の真上の階を支持する真上梁と、少なくとも、前記柱が接合される柱接合部、基礎梁が水平方向に取付けられて接合される梁接合部、及び鋼管杭の杭頭内に挿入されてコンクリートで固定される埋込柱を有する仕口部材とからなる柱と杭の接合構造であって、仕口部材は、埋込柱断面の最大外径寸法が、前記柱接合部の断面の最大外径寸法より小さく設定されてなり、基礎梁と梁接合部は、その剛性が、真上梁の剛性の２倍以下、１倍以上に設定されてなるものである。
【００１５】
（５）本発明に係る柱と杭の接合構造は、埋込柱の断面を中空円形断面としたものである。
【００１６】
（６）本発明に係る柱と杭の接合構造は、埋込柱の断面を中実円形断面としたものである。
【００１７】
（７）本発明に係る柱と杭の接合構造は、鋼管杭頭に埋込柱の抜出し拘束リングを設置したものである。
【００１８】
（８）本発明に係る柱と杭の接合構造は、鋼管杭頭の内面に複数の突起を設けたものである。
【発明の効果】
【００１９】
（１）本発明に係る柱と杭の接合構造においては、従来の上下部分離設計の必要条件であった「十分剛な基礎梁」の剛性、つまり真上梁の少なくとも２3倍の剛性をもつ基礎梁と比較して、基礎梁剛性を柔らかく（真上梁の剛性の２倍以下（但し０は除く）の剛性に）しているので、図１６のモーメント図に示すように埋込柱モーメントＭptを柱脚モーメントＭ1bよりも小さくすることができて、埋込柱を最下階（図では１階）の柱断面よりも小さくすることができる。このため、埋込柱を鋼管杭頭に挿入するための余裕代の確保が容易となり、１柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用することができる。
【００２０】
（２）本発明に係る柱と杭の接合構造においても、従来の上下部分離設計の必要条件であった「十分剛な基礎梁」の剛性（真上梁の少なくとも２3倍の剛性）と比較して、基礎梁と梁接合部の剛性を真上梁の剛性の２倍以下（但し０は除く）の剛性にしているので、図１６のモーメント図に示すように埋込柱モーメントＭptを柱脚モーメントＭ1bよりも小さくすることができて、埋込柱を最下階（図では１階）の柱断面よりも小さくすることができる。このため、仕口部材の埋込柱を鋼管杭頭に挿入するための余裕代の確保が容易となり、１柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用することができる。
【００２１】
（３）本発明に係る柱と杭の接合構造においては、基礎梁の剛性を、真上梁の剛性の２倍以下、１倍以上に設定しているので、杭の剛性を確保しつつ、図１０の杭頭変位の説明図に示すように杭頭変位の増加を抑制することができる。そして、埋込柱を鋼管杭頭に挿入するための余裕代の確保が容易となり、１柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用することができる。
【００２２】
（４）本発明に係る柱と杭の接合構造においても、基礎梁と梁接合部の剛性を、真上梁の剛性の２倍以下、１倍以上に設定しているので、杭の剛性を確保しつつ、図１０の杭頭変位の説明図に示すように杭頭変位の増加を抑制することができる。そして、埋込柱を鋼管杭頭に挿入するための余裕代の確保が容易となり、１柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用することができる。
【００２３】
（５）本発明に係る柱と杭の接合構造においては、埋込柱の断面を中空円形断面としたので、中心から放射方向の距離が全方向均等となって外周への突出がなく、その最大外径寸法が、同一板厚、同一断面１次モーメントの例えば中空正方形断面と比較して小さくなる。このため、杭施工位置がズレた場合の誤差吸収量が中空正方形断面のものより多くなり、柱と杭の接合作業が容易となる。
【００２４】
（６）本発明に係る柱と杭の接合構造においては、埋込柱の断面を中実円形断面としたので、埋込柱の耐力確保が容易となり、より小径化が図れる。
【００２５】
（７）本発明に係る柱と杭の接合構造においては、鋼管杭頭に埋込柱挿入部の抜出し拘束リングを設置したので、埋め込み柱脚構造において確認されているコンクリートのせん断割裂や引張り破壊を防止することが可能となって、接合部の脆性破壊を防ぐことができる。その結果、鉄骨架構の十分な塑性変形を促すことができる。
【００２６】
（８）本発明に係る柱と杭の接合構造においては、鋼管杭頭の内面に複数の突起を設けたので、コンクリートの付着力が高まり、埋め込み柱脚構造において確認されているコンクリートのせん断割裂や引張り破壊を防止することが可能となって、接合部の脆性破壊を防ぐことができる。その結果、鉄骨架構の十分な塑性変形を促すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
実施の形態１．
以下、図示実施形態に基づき本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る柱と杭の接合構造の一例を模式的に示す縦断面図、図２はその他の例を模式的に示す縦断面図、図３は基礎梁の剛性を変化させた場合の、埋込柱モーメントＭptと地盤のＮ値との関係を示すグラフで、縦軸に埋込柱モーメントＭptと「十分剛な基礎梁」での埋込柱モーメントＭoとの比を、横軸に地盤のＮ値をとっている。図４は同一板厚、同一断面１次モーメントの中空円形断面および中空正方形断面における最大外径寸法の説明図、図５は中空正方形断面に対する中空円形断面の有利性を鋼管杭との関係で示す説明図である。
【００２８】
図１及び図２において、１はオーガー等でボーリングされた縦穴内に立設された鋼管杭、２は構造物の鋼製の柱であり、鋼管杭１の杭頭１ａ内に、柱２の下端にあり、後述の基礎梁の下端が作る面よりも下方にある鋼製の埋込柱２ａを挿入し、コンクリート３を充填して緊決される。つまり、柱２は、その埋込柱２ａの上方に、後述の基礎梁が水平方向に取付けられて接合される梁接合部を有する。４は図示しない真上梁の剛性の２倍以下（但し０は除く）の剛性を有し杭頭１ａ直上に配置されたＨ形鋼からなる鉄骨基礎梁、５は杭頭１ａの上端に設置されて埋込柱挿入部の抜出しを防止する抜出し拘束リングであり、コンクリート３のせん断割裂や引張り破壊、及び接合部の脆性破壊を防止する機能を有し、これによって鉄骨架構の十分な塑性変形が促されるようになっている。６は杭頭１ａ内の埋込柱挿入位置よりも下方に配置されて杭頭を区画する鋼製の閉じ蓋で、同区画内にコンクリート３が充填されるようになっており、圧縮軸力がコンクリート３から閉じ蓋を介して鋼管杭１に伝達されるようになっている。
【００２９】
また、鉄骨基礎梁４の下端である下フランジ４ａより下方の埋込柱２ａの断面形状は中空円形からなり（図４）、かつその直径（円の場合は、最大外径寸法は直径と等しくなる。）Ｄ１はその鉄骨基礎梁４の上端である上フランジ４ｂより上方の柱２の直径Ｄ３よりも小さく設定されており、これによって埋込柱２ａを杭頭１ａに挿入するための断面での余裕代の確保が容易となっている。
【００３０】
また、ここでは鉄骨基礎梁４の下フランジ４ａまでの柱２の断面は同一の大きさに設定され、その下方に段筒状に埋込柱２ａを形成している。なお、柱２から埋込柱２ａへの移行部である段筒状の段部で応力集中が懸念される場合には、図２のように柱２から埋込柱２ａへの移行部をテーパ（あるいは傾斜面）２ｂにすることにより、応力集中の緩和が可能となり、より好ましい形態となる。
【００３１】
鉄骨基礎梁剛性低減による埋込柱モーメント低減効果を把握するため、鉄骨基礎梁剛性をパラメータとして、鉄骨基礎梁の剛性を真上梁と同等とした場合（−●−で示す線）、その２倍とした場合（−□−で示す線）、その３倍とした場合（−＊−で示す線）、あるいはその0.5倍とした場合（−△−で示す線）について、従来方法（即ち、「十分剛な基礎梁」として設計）の場合の埋込柱モーメントＭoと、基礎梁の剛性を変えた場合の埋込柱モーメントＭptの応力比率（Ｍpt／Ｍo）を、現実的に使用される３種類の条件下で調査した。結果は図３のとおりであった。これによれば、表層地盤Ｎ値を５とした湯合、２倍剛性の梁は応力比率平均0.85（図１６参照）、１倍剛性の梁は応力比率平均0.77である。また、３倍剛性の基礎梁では応力比率平均0.90であり、２倍剛性の梁と３倍剛性の梁とでは、その埋込柱モーメントは、ほとんど相対的に差がないことが明らかになった。となると、梁剛性を極力小さくするという設計思想からは、２倍剛性の梁とすれば良く、それ以上剛な梁としても、モーメントの低減効果は低いということになる。ここで、鉄骨基礎梁４が柔らかい程、埋込柱モーメントは小さくなるが、鋼管杭１の鉛直方向の負担は大きくなる傾向が現れる。これは鉄骨基礎梁４が硬いと曲げ（モーメント）に対しては負荷が埋込柱に流れ、鉄骨基礎梁４が柔らかい場合は曲げ（モーメント）に対して負荷が縦（杭の方）に流れることを意味している。
さらに、真上梁の２倍の剛性を有する鉄骨基礎梁４と0.5倍の剛性を有する鉄骨基礎梁４における、埋込柱の断面と最下階の柱断面との大きさを比較した。図１７は最下階の柱の柱脚モーメントＭ1bと埋込柱モーメントＭptとの応力比率（Ｍpt／Ｍ1b）を、現実的に使用される３種類の条件下で調査した結果を示すグラフである。
この結果によれば、地盤Ｎ値がおよそ７以上でＭpt／Ｍ1bが1.0以下となっている。即ち、地盤Ｎ値がおよそ７以上で、埋込柱の断面は最下階の柱断面より小さくすることが可能となる。一般的に、表層地盤のＮ値は軟弱地盤を除き平均７以上確保される。よってこの結果より、通常地盤であれば、本発明のごとく、鉄骨基礎梁４の剛性を真上梁の剛性の２倍以下の剛性に制限することで、最下階の柱に対する埋込柱の小径化が達成でき、埋込柱を鋼管杭頭に挿入するための余裕代の確保が容易となる。
【００３２】
したがって、以上のような鉄骨基礎梁剛性と埋込柱モーメントの関係を活用し、鉄骨基礎梁剛性を真上梁の剛性の２倍以下（０は除く）の剛性として制限すれば、埋込柱２ａの相対的なモーメントの低減が可能で、これにより埋込柱２ａの小径化を達成することができる。そして、埋込柱を鋼管杭頭に挿入するための余裕代の確保が容易となり、１柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用することができる。
【００３３】
埋込柱２ａは、前述した中空円形断面のものに限らず、中空正方形断面のもの（図４）の使用も可能であるが、中空円形断面とすることが好ましい。その理由を以下に述べる。
すなわち、中空円形断面は、同一板厚、同一断面１次モーメントの中空正方形断面と比較して、円心から外周までの距離が全方向均等で、突出がないため、その最大外径寸法は直径Ｄ１となる。一方、中空正方形断面の場合、その最大外径寸法は対角距離Ｄ２となる。ここで、各断面の断面１次モーメント1Ｚx,yと2Ｚx,yは、最大外形寸法Ｄ１，Ｄ２および中空の内径と外径の比率α（図４に示すように板厚ｔではない）より、後述の式にて求められる。これらより、中空円形断面と中空正方形断面が同一断面１次モーメントだった場合、Ｄ１／Ｄ２について解くと、
Ｄ１／Ｄ２＝0.807
となる。
ここで、
円形断面１次モーメント1Ｚx,yｆは1Ｚx,y＝（π／６４）（１−α）（Ｄ１）4
正方形断面１次モーメント2Ｚx,yは2Ｚx,y＝｛（１−α）／４８｝（Ｄ２）4
である。
すなわち、中空円形断面であれば同一板厚、同一断面１次モーメントの中空正方形断面よりも最大外径寸法が見かけ２０％程度小さくなる。
ここで、鉄骨断面の耐力は、上記断面１次モーメントに材料強度を乗じた値であるため、断面１次モーメントを同一とすることは耐力を同一とすることと同じ意味を持つ。
【００３４】
この中空正方形断面に対する中空円形断面の有利性を活用すれば、図５のように鋼管杭施工位置がズレた場合であっても、中空円形断面であれば誤差吸収量が多くなる。つまり、耐力を落とすことなく、埋込柱２ａを見かけ上、小径化することができる。このため、柱２と鋼管杭１の接合作業が容易となる。なお、ここでは埋込柱２ａとして中空円形断面のものを用いる場合の有利性について説明したが、埋込柱２ａとして耐力確保が容易な中実円形断面のものを使用すれば、より小径化が図れる。すなわち、使用する埋込柱の鋼管断面形状に関わらず、埋込柱が中空の場合、内にコンクリートやモルタル等を充填して中実にすることは、好ましい。
【００３５】
なお、ここでは柱２と埋込柱２ａを鋼材から構成したものを例に挙げて説明したが、設計上の要件を満たすのであれば他の材料を用いてもよいことは言うまでもない。このことは後述する他の実施の形態でも同様である。
【００３６】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る柱と杭の接合構造の一例を模式的に示す縦断面図、図７はその他の例を模式的に示す縦断面図であり、各図中、前述の実施の形態１の図１及び図２に相当する部分には同一符号を付してある。
【００３７】
この実施の形態２の柱と杭の接合構造は、構造物の鋼製の柱２と地中に立設される鋼管杭１と構造物の最下階を支持する鉄骨基礎梁４とを仕口部材１０を介して接合するようにした点が前述の実施の形態１のものと異なっている。すなわち、鋼製の仕口部材１０は、柱２が接合される柱接合部２Ａと、鉄骨基礎梁４が水平方向に取付けられて接合される梁接合部４Ａと、鋼管杭１の杭頭１ａ内に挿入されてコンクリートで固定される埋込柱２ａとを有し、埋込柱２ａの断面の最大外径寸法が、柱接合部２Ａの断面の最大外径寸法より小さく設定されている。また、鉄骨基礎梁４は、前述の実施の形態１のものと同様にその剛性が真上梁の剛性の２倍以下(０は除く)に設定されている。なお、柱２と柱接合部２Ａは溶接により、また鉄骨基礎梁４と梁接合部４Ａはボルトあるいは溶接にて、それぞれ接合される。それ以外の、閉じ蓋６、柱２から埋込柱２ａへの移行部を段筒状の段部やテーパ（あるいは傾斜面）２ｂに形成する構成は、前述の実施の形態１の図１及び図２のものと同様である。
【００３８】
すなわち、ここでも鉄骨基礎梁４と梁接合部４Ａは、その剛性が真上梁の剛性の２倍以下（０は除く）の剛性に制限され、これによって埋込柱２ａの相対的なモーメントＭptが低減され、埋込柱２ａが小径化されている。
【００３９】
したがって、この実施の形態２においても、前述の実施の形態１と同様に埋込柱２ａを鋼管杭頭１ａに挿入するための余裕代の確保が容易となり、１柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用することができる。
【００４０】
実施の形態３．
図８乃至図１０はいずれも本発明の実施の形態３に係る柱と杭の接合構造を説明するための説明図で、図８は柔らかすぎる基礎梁が杭に及ぼすモーメントと塑性ヒンジ（符号Ｊ）の説明図、図９は基礎梁を小断面とした場合の杭頭変位の説明図、図１０は基礎梁を真上梁（２階梁）以上の断面とした場合の杭頭変位の説明図である。
【００４１】
前述の実施の形態１及び実施の形態２では、鉄骨基礎梁４の剛性、又は鉄骨基礎梁４と梁接合部４Ａの剛性を、真上梁の剛性の２倍以下の剛性に制限することで、埋込柱２ａの相対的なモーメントＭptの低減化を図り、埋込柱２ａを小径化するようにしている。その意味で、鉄骨基礎梁４の剛性、又は鉄骨基礎梁４と梁接合部４Ａの剛性の上限値を規定することに意義がある。一方、鉄骨基礎梁を真上梁（２階梁）の１倍未満の剛性、すなわち２階梁よりも小さい断面として設計した場合、図８のように断面性能の小さい鉄骨基礎梁とその杭頭接合部は真上梁（２階梁）よりも先に降伏して塑性ヒンジＪとなり、その結果、杭地中部のモーメントの増加を招き、図９のように杭頭変位が増加し、最下階（図の場合１階）部分の層間変形増大を招いてしまうことが考えられる。この杭の剛性不足の問題は、杭の断面性能を増大させることでも解決できるが、この場合には、材料コストの増加を招くことになり、好ましくない。
【００４２】
したがって、本実施の形態３の柱と杭の接合構造では、前述の実施の形態１で説明した鉄骨基礎梁４の剛性の下限値、又は前述の実施の形態２で説明した鉄骨基礎梁４と梁接合部４Ａの剛性の下限値を規定し、これらの剛性を、真上梁（２階梁）の剛性の２倍以下、１倍以上とする。これにより、杭の剛性を確保しつつ、図１０のように杭頭変位の増加を抑制することができる。そして、前述の実施の形態１及び実施の形態２と同様に埋込柱２ａの小径化が図れ、埋込柱２ａを鋼管杭頭１ａに挿入するための余裕代の確保が容易となり、１柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用することができる。
【００４３】
実施の形態４．
図１１は本発明の実施の形態４に係る柱と杭の接合構造の一例を模式的に示す縦断面図、図１２はその他の例を模式的に示す縦断面図であり、各図中、前述の実施の形態１の図１及び図２、及び実施の形態２の図６及び図７に相当する部分には同一符号を付してある。
【００４４】
この実施の形態４の柱と杭の接合構造は、前述の実施の形態１及び実施の形態２の拘束リング５に代えて、鋼管杭頭の内面に、同心円状に複数の突起７を設けたものであり、それ以外の、柱２、埋込柱２ａ、鉄骨基礎梁４、閉じ蓋６、柱２から埋込柱２ａへの移行部を段筒状の段部やテーパ（あるいは傾斜面）２ｂに形成する構成は、前述の実施の形態１の図１、図２、及び実施の形態２の図６、図７のものと同様である。
【００４５】
すなわち、鉄骨基礎梁４は、その剛性が真上梁の剛性の２倍以下（０は除く）、好ましくは１〜２倍の剛性に制限されている。これにより、埋込柱２ａの相対的なモーメントＭptが低減され、埋込柱２ａが小径化されている。
【００４６】
したがって、この実施の形態４おいても、前述の実施の形態１及び実施の形態２と同様に埋込柱を鋼管杭頭に挿入するための余裕代の確保が容易となり、１柱１杭一体化工法において構造設計どおりの杭径の鋼管杭を使用することができる。
【００４７】
また、鋼管杭頭の内面に設けた複数の突起７により、コンクリート３の付着力が高まり、コンクリート３のせん断割裂や引張り破壊を防止することが可能となって、接合部の脆性破壊を防ぐことができる。その結果、鉄骨架構の十分な塑性変形を促すことができる。
さらに、突起７を埋込柱より下方にも設けることで、埋込柱に作用する鉛直荷重を、鋼管とコンクリートの付着力によって杭へと伝達することが可能となる。なお、突起の数は任意としている。
閉じ蓋６は、コンクリート３を、充填時に杭頭に閉じ込めておく為のものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る柱と杭の接合構造の一例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】実施の形態１に係る柱と杭の接合構造の他の例を模式的に示す縦断面図である。
【図３】実施の形態１に係る柱と杭の接合構造の基礎梁の剛性を変化させた場合の、埋込柱モーメントと地盤のＮ値との関係を示すグラフである。
【図４】同一板厚、同一断面係数の中空円形断面と中空正方形断面における最大外径寸法の説明図である。
【図５】中空正方形断面に対する中空円形断面の有利性を鋼管杭との関係で示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態２に係る柱と杭の接合構造の一例を模式的に示す縦断面図である。
【図７】実施の形態２に係る柱と杭の接合構造の他の例を模式的に示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る柱と杭の接合構造の説明図で、柔らかすぎる基礎梁が杭に及ぼすモーメント図である。
【図９】実施の形態３に係る柱と杭の接合構造の説明図で、基礎梁を小断面とした場合の杭頭変位図である。
【図１０】実施の形態３に係る柱と杭の接合構造の説明図で、基礎梁を真上梁（２階梁）以上の断面とした場合の杭頭変位図である。
【図１１】本発明の実施の形態４に係る柱と杭の接合構造の一例を模式的に示す縦断面図である。
【図１２】実施の形態４に係る柱と杭の接合構造の他の例を模式的に示す縦断面図である。
【図１３】梁が柱と杭に及ぼすモーメントの説明図である。
【図１４】梁が柱と杭に及ぼすモーメントの説明図である。
【図１５】十分剛な基礎梁が柱と杭に及ぼすモーメントの説明図である。
【図１６】柔らかい剛性の基礎梁が柱と杭に及ぼすモーメントの説明図である。
【図１７】最下階の柱の柱脚モーメントと埋込柱モーメントとの応力比率と、地盤のＮ値との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１  鋼管杭
１ａ  杭頭
２  柱
２ａ  埋込柱
２Ａ  柱接合部
３  コンクリート
４  鉄骨基礎梁
４ａ  下フランジ
４ｂ  上１フランジ
４Ａ  梁接合部
５  拘束リング
７  突起
１０  仕口部材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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