(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭体とエネルギー吸収体とを備えて構造物の基礎部に繋がれる杭構造体において、杭体が、下部杭体と、基礎部と下部杭体とを繋ぐ上部杭体とを備え、上部杭体が筒体により形成され、この上部杭体の筒体の内部に設けられて下部杭体と基礎部とに連結されたエネルギー吸収体が、杭体の地中部最大曲げモーメント発生点に位置するように設けられ、下部杭体の上部と上部杭体の下部とが上下方向にスライド可能に繋がれたことを特徴とする杭構造体。  
【請求項２】
エネルギー吸収体が、変位依存型のダンパーにより形成され、ダンパーの減衰作動部が、杭体の地中部最大曲げモーメント発生点に位置するように設けられたことを特徴とする請求項１に記載の杭構造体。
【請求項３】
基礎部が複数の杭により支持された構造物において、構造物における上部構造体内の外周の下方に位置する杭が、請求項１又は請求項２に記載の杭構造体により形成されたことを特徴とする構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震のエネルギーをより多く効率的に吸収可能な杭構造体などに関する。
【背景技術】
【０００２】
ダンパーのようなエネルギー吸収体を備えた杭構造体が知られている（特許文献１等参照）。
【特許文献１】特開２００１−３０３５９０号公報
【特許文献２】特開２００３−２３２０４６号公報
【特許文献３】特開２００３−２５３６８９号公報
【特許文献４】特開２００４−２５７１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の杭構造体によれば、内部にダンパーのようなエネルギー吸収体を備えているが、従来のエネルギー吸収体の設置位置では、地震時のエネルギーを十分に吸収できない。また、杭構造体が、上下方向の移動を許容する構造ではなく、杭構造体の変形量が小さいため、地震時のエネルギーを十分に吸収できない。
そこで、本発明は、エネルギー吸収体の設置位置を特定することで地震時のエネルギーを十分に吸収でき、しかも、杭構造体の上下方向移動を利用することにより杭構造体の変形量を多くできて、さらに地震時のエネルギーを十分に吸収できる杭構造体及びこの杭構造体を備えた構造物を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明に係る杭構造体は、杭体とエネルギー吸収体とを備えて構造物の基礎部に繋がれる杭構造体において、杭体が、下部杭体と、基礎部と下部杭体とを繋ぐ上部杭体とを備え、上部杭体が筒体により形成され、この上部杭体の筒体の内部に設けられて下部杭体と基礎部とに連結されたエネルギー吸収体が、杭体の地中部最大曲げモーメント発生点に位置するように設けられ、下部杭体の上部と上部杭体の下部とが上下方向にスライド可能に繋がれたことを特徴とする。
エネルギー吸収体が、変位依存型のダンパーにより形成され、ダンパーの減衰作動部が、杭体の地中部最大曲げモーメント発生点に位置するように設けられたことも特徴とする。
本発明に係る構造物は、基礎部が複数の杭により支持された構造物において、構造物における上部構造体内の外周の下方に位置する杭が、上記杭構造体により形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る杭構造体によれば、エネルギー吸収体が、杭体の地中部最大曲げモーメント発生点に位置するように設けられ、下部杭体の上部と上部杭体の下部とが上下方向にスライド可能に繋がれたので、地震時にエネルギー吸収体を効率的に作動させることができ、地震のエネルギーをエネルギー吸収体で効率的に吸収できるとともに、下部杭体の上部と上部杭体の下部とが上下方向にスライド可能に繋がれたので、地震の際に、上部杭体の変形量を多くできて、地震のエネルギーをエネルギー吸収体でより多く効率的に吸収できる。
エネルギー吸収体が、変位依存型のダンパーにより形成されたので、エネルギー吸収量を多くできる。
本発明に係る構造物は、構造物の外周壁の下方に位置する杭が、上記杭構造体により形成されるので、地震のエネルギーを杭構造体により効率的に吸収できるため、構造物の揺れを小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図２を参照し、構造物を説明する。構造物１は、上部構造体としての建物部２と、基礎部３と、杭４とを備える。基礎部３は、建物部２からの荷重を杭に伝えるために設けられたパイルキャップにより形成される。杭４としては、上部杭体１６と下部杭体１５とが互いに上下方向にスライド可能に繋がれた杭構造体５と、上部杭体１６の下端部と下部杭体１５の上端部とが固定部４０で互いに固定されて上部杭体１６と下部杭体１５とが互いに上下方向にスライドしない杭構造体６とが用いられる。地震の際に大きな引抜力又は押込力が作用する杭４は杭構造体５により形成され、地震の際に引抜力又は押込力が作用しにくい杭４は杭構造体６により形成される。具体的には、建物部２の外周壁の下方に位置する杭４には地震の際に大きな引抜力又は押込力が作用するので、この部分の杭４には杭構造体５が使用される。一方、地震の際に、建物部２の内側の下方に位置する杭４に作用する引抜力又は押込力は、建物部２の構造体内の外周の下方に位置する杭４に作用する引抜力又は押込力と比べて小さいので、この部分の杭４としてはスライド可能な杭構造体５を使用する必要はなく、スライドしない杭構造体６が使用される。
【０００７】
図１を参照し、杭構造体５の構造を説明する。杭構造体５は、杭体１０とエネルギー吸収体１１とを備える。杭体１０は、下部杭体１５と上部杭体１６とを備える。下部杭体１５は、例えば、通常の杭と同じ構造に形成された杭である。上部杭体１６は筒体により形成される。この上部杭体１６の筒の上端部１７と基礎部３の下部１４とが連結され、この上部杭体１６の筒の下端部１８と下部杭体１５の上端部１９とがスライド構造２０により互いに上下方向にスライド可能に繋がれる。スライド構造２０は、上部杭体１６の筒の下端開口２１から下部杭体１５の上端部１９が上部杭体１６の筒の内側に嵌め込まれて上部杭体１６と下部杭体１５とが互いに上下に移動可能に構成された構成である。スライド構造２０を構成する上部杭体１６の筒の下端部１８と下部杭体１５の上端部１９との重なり部分の長さａは、５０ｃｍ〜１００ｃｍ程度である。
尚、図２に示すように、杭構造体６も杭体１０とエネルギー吸収体１１とを備えた構造であるが、杭構造体６の杭体１０の構造は、上部杭体１６の筒の下端部と下部杭体１５の上端部とが固定部４０によって互いに固定され、上部杭体１６と下部杭体１５とが一体化された構造である。
【０００８】
エネルギー吸収体１１は、履歴減衰によりエネルギーを吸収する変位依存型のダンパー３１により形成される。このダンパー３１は杭構造体５；６の上部杭体１６の筒の内側に設けられ、ダンパー３１の上端３２と基礎部３の下部１４とが連結され、ダンパー３１の下端３３と下部杭体１５の上端部１９とが連結される。
ダンパー３１としては、例えば、鋼材ダンパー、鉛ダンパーなどを用いる。鋼材ダンパーを用いた場合、鋼材ダンパーの上端部が基礎部３の下部１４に埋め込まれてダンパー３１の上端３２と基礎部３の下部１４とが連結され、下部杭体１５の上端に取り付けられた鉄板と鋼材ダンパーの下端とが溶接などの接合手段によって接続されることでダンパー３１の下端３３と下部杭体１５の上端部１９とが連結される。
【０００９】
変位依存型のダンパー３１は、地震力がダンパー３１の降伏点（ダンパーが塑性変形を始める領域）に達しない場合（小規模の地震）では、ダンパーとして機能しないが、大規模な地震の場合、塑性変形してダンパーとして機能する。
【００１０】
ダンパー３１は、ダンパー３１の減衰作動部３５が、杭構造体５の地中部最大曲げモーメント発生点に位置するように設けられる。
【００１１】
ダンパー３１の減衰作動部３５とは、例えば、鋼材ダンパーや鉛ダンパーなどにおける塑性変形を生じる部分である。ダンパー３１としてエネルギー吸収量の多い変位依存型のダンパーを用いたことにより、地震の際のエネルギーをより多く吸収でき、構造物１の揺れを小さくできる。
【００１２】
杭体１０の地中部最大曲げモーメント発生点（深度Ｌｍ）は、一様地盤中の弾性支承梁の解によれば、以下のように定義される。
0005153411.tif 000002
【００１３】
ダンパー３１の下端３３の位置は、杭構造体５；６の地中部での水平変位がゼロとなる深度Ｌ、即ち、杭体１０の地中部第１不動点（深度Ｌ）とする。一様地盤中の弾性支承梁の解によれば、深度Ｌは、以下のように定義され、地震時においては深度Ｌより浅い範囲で杭構造体５；６の水平変位が発生する。
0005153411.tif 000003
【００１４】
上記ＬｍとＬの大小関係は、Ｌｍ＜Ｌとなり、杭体１０の地中部第１不動点（ダンパー３１の下端３３の位置（深度Ｌ）は、杭体１０の地中部最大曲げモーメント発生点（深度Ｌｍ）よりも必ず深くなる。
【００１５】
最良の形態の構造物１によれば、地震の際に杭構造体５；６の上部杭体１６が大きく変形して伸びる地点、即ち、杭体１０の地中部最大曲げモーメント発生点（深度Ｌｍ）に、ダンパー３１の減衰作動部３５を位置させた杭構造体５；６を備えたので、杭構造体５；６に地震力が加わった場合、ダンパー３１の減衰作動部３５の伸び量を多くでき、地震のエネルギーをダンパー３１の減衰作動部３５でより多く効率的に吸収できるため、構造物１の揺れを小さくできる。
最良の形態の杭構造体５；６によれば、エネルギー吸収体としてのダンパー３１の減衰作動部３５が、地中部最大曲げモーメント発生点に位置するように設けられたので、地震時にダンパー３１の減衰作動部３５を効率的に作動させることができ、地震のエネルギーをダンパー３１の減衰作動部３５で効率的に多く吸収できる。また、杭構造体５；６は、杭体１０の強度や杭径を小さくできて、かつ、地震のエネルギーを効率的に多く吸収できるので、経済的に有利となる。
【００１６】
最良の形態の杭構造体５によれば、上部杭体１６の筒の下端部１８と下部杭体１５の上端部１９とがスライド構造２０によりスライド可能に接続され、上部杭体１６が上下方向にスライド可能に構成されたので、上部杭体１６の変形量（上部杭体１６自体の伸び量＋上部杭体１６のスライドによる上下移動量）を多くできて、ダンパー３１の減衰作動部３５の伸び量も多くできるので、地震のエネルギーをダンパー３１の減衰作動部３５で多く吸収できるため、構造物１の揺れを小さくできる。また、杭構造体５は、杭体１０の強度や杭径を小さくできて、かつ、地震のエネルギーを効率的に多く吸収できるので、経済的に有利となる。
【００１７】
最良の形態の構造物１によれば、地震時に大きな引抜力が作用する杭４に杭構造体５を使用したので、所定の引抜力に達するまでは杭構造体５と地盤４０との摩擦力で抵抗するが、所定の引抜力に達したら、基礎部３とともに上部杭体１６が上方にスライドするので、ダンパー３１の減衰作動部３５の伸び量もさらに多くできるので、地震エネルギーを十分に吸収でき、地震力をさらに低減できる。地震の後、ダンパー３１の鉛直方向の復元力により、杭構造体５の上部杭体１６及びダンパー３１の減衰作動部３５は元の状態に戻る。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
杭は、鋼管杭、既製コンクリート杭のいずれでもよい。エネルギー吸収体として速度依存型ダンパーやコイルばねなどを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】杭構造体の構造を示す断面図（最良の形態）。
【図２】構造物の構造を示す図（最良の形態）。
【符号の説明】
【００２０】
１  構造物、２  建物部、３  基礎部、４  杭、５  杭構造体、
１０  杭体、１１  エネルギー吸収体、１５  下部杭体、
１６  上部杭体、２０  スライド構造、
３１  ダンパー（エネルギー吸収体）、３５  ダンパーの減衰作動部。
【図１】
0005153411.tif 000004
【図２】
0005153411.tif 000005