(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤掘削部に打設の捨てコンクリートの上部で、当該捨てコンクリートから所定寸法離れた位置に、鉄骨柱の曲げモーメントに抵抗する２本以上の第２基礎鉄骨梁と、この第２基礎鉄骨梁の間を繋ぎ、鉄骨柱を挟む位置における一部で前記掘削部に打設するコンクリートとの間に空隙による梁可撓領域を形成した第１基礎鉄骨梁と、当該第１基礎鉄骨梁の上面に接合される前記鉄骨柱とからなり、前記各基礎鉄骨梁を前記コンクリートに埋設し、
前記地盤掘削部における、前記第１基礎鉄骨梁と、前記第２基礎鉄骨梁のそれぞれの配置部位の掘削底部の深さを異にしてあり、前記第２基礎鉄骨梁を仮支持手段で仮支持することで、前記第１基礎鉄骨梁を掘削底部から浮かしてコンクリートを打設すること
を特徴とする鉄骨柱の半固定直接基礎構造。
【請求項２】
前記鉄骨柱の圧縮軸力をコンクリートを介して支持地盤に伝達するために、前記鉄骨柱の下部もしくは、当該鉄骨柱に接合され前記コンクリート中に埋設の第１基礎鉄骨梁に、当該第１基礎鉄骨梁と直交方向に第２基礎鉄骨梁を配設することを特徴とする請求項１記載の鉄骨柱の半固定直接基礎構造。
【請求項３】
地盤掘削部に打設された杭の杭頭部に支持金物を介して接続され、鉄骨柱の曲げモーメントに抵抗する２本以上の第２基礎鉄骨梁と、この第２基礎鉄骨梁の間を繋ぎ、鉄骨柱を挟む位置における一部で前記掘削部に打設するコンクリートとの間に空隙による梁可撓領域を形成した第１基礎鉄骨梁と、当該第１基礎鉄骨梁の上面に接合される前記鉄骨柱とからなり、前記各基礎鉄骨梁を前記コンクリートに埋設し、
前記地盤掘削部における、前記第１基礎鉄骨梁と、前記第２基礎鉄骨梁のそれぞれの配置部位の掘削底部の深さを異にしてあり、前記第２基礎鉄骨梁を仮支持手段で仮支持することで、前記第１基礎鉄骨梁を掘削底部から浮かしてコンクリートを打設すること
を特徴とする鉄骨柱の半固定直接基礎構造。
【請求項４】
前記支持金物は、第１または第２基礎鉄骨梁側に高さ調整自在に結合される高さ調整ボルトを有すると共に、杭頭部側に高さと水平位置を調整自在に結合する杭固定ボルトを金物本体に有してなる構成を特徴とする請求項３記載の鉄骨柱の半固定杭基礎構造。
【請求項５】
第１基礎鉄骨梁の外部の所定範囲にわたって発泡プラスチック等の弾性部材を配置してコンクリートを打設することにより、前記第１基礎鉄骨梁と前記コンクリートとの間に梁可撓領域が形成されてなること
を特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の鉄骨柱の半固定基礎構造。
【請求項６】
地盤掘削部に打設の捨てコンクリートの上部で、当該捨てコンクリートから所定寸法離れた位置に、鉄骨柱の曲げモーメントに抵抗する２本以上の第２基礎鉄骨梁と、この第２基礎鉄骨梁の間を繋ぎ、鉄骨柱を挟む位置における一部で前記掘削部に打設するコンクリートとの間に空隙による梁可撓領域を形成した第１基礎鉄骨梁と、当該第１基礎鉄骨梁の上面に接合される前記鉄骨柱とからなり、前記各基礎鉄骨梁を前記コンクリートに埋設し、
第１基礎鉄骨梁の外部の所定範囲にわたって発泡プラスチック等の弾性部材を配置してコンクリートを打設することにより、前記第１基礎鉄骨梁と前記コンクリートとの間に梁可撓領域が形成されてなること
を特徴とする鉄骨柱の半固定直接基礎構造。
【請求項７】
前記鉄骨柱の圧縮軸力をコンクリートを介して支持地盤に伝達するために、前記鉄骨柱の下部もしくは、当該鉄骨柱に接合され前記コンクリート中に埋設の第１基礎鉄骨梁に、当該第１基礎鉄骨梁と直交方向に第２基礎鉄骨梁を配設することを特徴とする請求項６記載の鉄骨柱の半固定直接基礎構造。
【請求項８】
地盤掘削部に打設された杭の杭頭部に支持金物を介して接続され、鉄骨柱の曲げモーメントに抵抗する２本以上の第２基礎鉄骨梁と、この第２基礎鉄骨梁の間を繋ぎ、鉄骨柱を挟む位置における一部で前記掘削部に打設するコンクリートとの間に空隙による梁可撓領域を形成した第１基礎鉄骨梁と、当該第１基礎鉄骨梁の上面に接合される前記鉄骨柱とからなり、前記各基礎鉄骨梁を前記コンクリートに埋設し、
第１基礎鉄骨梁の外部の所定範囲にわたって発泡プラスチック等の弾性部材を配置してコンクリートを打設することにより、前記第１基礎鉄骨梁と前記コンクリートとの間に梁可撓領域が形成されてなること
を特徴とする鉄骨柱の半固定直接基礎構造。
【請求項９】
請求項８記載の半固定基礎構造において、前記第２基礎鉄骨梁を省略し、前記第１基礎鉄骨梁を直接、地盤掘削部に打設された杭の杭頭部に支持金物を介して接続することを特徴とする鉄骨柱の半固定杭基礎構造。
【請求項１０】
前記支持金物は、第１または第２基礎鉄骨梁側に高さ調整自在に結合される高さ調整ボルトを有すると共に、杭頭部側に高さと水平位置を調整自在に結合する杭固定ボルトを金物本体に有してなる構成を特徴とする請求項８又は９記載の鉄骨柱の半固定杭基礎構造。
【請求項１１】
前記コンクリートは無筋コンクリートである請求項１〜１０の何れか１項に記載の鉄骨柱の半固定基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建物の鉄骨柱の柱脚を半固定とすることにより、上部の鉄骨架構と下部の基礎構造との最適な組み合わせを追求できる鉄骨柱の半固定直接基礎および杭基礎構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（１）従来、鉄骨架構における鉄骨柱の柱脚の基礎固定の考え方は、ピンもしくは固定という考え方が支配していた。図１５（Ａ）には、鉄骨架構１の鉄骨柱２の柱脚部２ａがピン３で基礎４に結合されたピン結合例が示され、図１５（Ｂ）には、鉄骨柱２の柱脚部２ａが基礎４に埋設固定された例が示されている。
【０００３】
柱脚ピン支持とは、図１６（Ａ）に示すように、鉄骨柱２の柱脚部２ａをピン３を介して基礎４に埋設の固定支持部５に結合することで、鉄骨柱２の回転が自由に行えるように、設計したものである。この場合、図１６（Ｂ）、（Ｃ）に変形と曲げモーメント分布を示すように、鉄骨柱２の柱頭部の変位および曲げモーメントが大きくなり、鉄骨架構としては不経済なものとなりやすかった。反面、基礎の設計においては、柱脚部２ａの曲げモーメントが無いため、軸力と水平力のみに対して設計すればよく、経済的であった。
【０００４】
柱脚固定とは、図１７（Ａ）に示すように、地盤中６に打設したフーチング７に鉄骨柱２の柱脚部２ａを固定することで、鉄骨柱２の回転を全く許さないように設計したものである。この場合、図１７（Ｂ）、（Ｃ）に変形と曲げモーメント分布を示すように、柱脚部２ａに曲げモーメントが発生し、その分柱頭の曲げモーメントが小さくなり、その水平変位も極端に小さくなる。したがって、この柱脚固定は、鉄骨架構としては経済的になるが、基礎に従来の軸力、水平力の他に曲げモーメントが付加され、その基礎は堅牢に構築する必要があり、不経済なものとなり易かった。
【０００５】
更に別の観点から説明すると、地震等で建物に水平力が作用したとき、図１６（Ｂ）の場合は、ピン３を支点として、鉄骨架構１は簡単に傾斜倒壊するおそれがある。また、図１７（Ｂ）の場合は、柱脚部２ａが基礎４に固定されているので、鉄骨柱２に地震力の全部が直接作用するので、当該鉄骨柱２が折損するおそれがある。
【０００６】
従来の鉄骨柱のピン結合、単純固定の考えに対し、近年、ピン結合と固定との中間に位置する半固定という考え方が見られ始めた。この半固定基礎が本発明の対象である。
【０００７】
本発明が対象とする半固定とは、前述のピン結合と固定という概念の中間の概念である。つまり、柱脚の支持機構における回転の拘束を回転ばねと捉えると、図１６のピン支持機構では、バネ係数０の回転ばねであり、図１７の固定支持では、バネ係数無限大の回転ばねであり、これに対し、半固定とは、前記の中間、つまり有限のバネ係数を持った回転ばねといえる。
【０００８】
したがって、その有限のバネ係数の数値に応じて、柱脚の曲げモーメントは変化し、鉄骨架構と基礎との色々な組み合わせが発生してくる。
【０００９】
すなわち、建築材料コストを計算するに際して、鉄骨架構と基礎との合算した金額の最適値を求めることが望ましい。この場合、従来、ピンと固定の２通りの合算値を比較して決定したものが、半固定という手法が可能になれば、その有限のバネ係数を変化させることにより、本当の最適値が見つけられる。（図１８参照）
【００１０】
また、柱脚の半固定の方法としては、図１９に示すように、基礎４と鉄骨柱２を分離し、その間をアンカーボルト８とベースプレート９で連結し、そのアンカーボルト８の伸びを性状に応じて、バネ係数を決めるというのが、一般的に決められた方法である。しかし、この場合、アンカーボルト８はコンクリートに植設されなければならないことから、基礎４を完成してからでないと鉄骨柱２が立てられず、建設工程のネックとなることが多かった。
【００１１】
他方、建設工程を短縮するために、鉄骨柱を基礎の中に埋め込んだ方法が数多く提案されているが、それらのどの案も柱脚を固定と考えており、半固定としてそのバネ係数を調整できる機構を持ったものは無い。
【００１２】
例えば、特開平９−１５１４６３号公報は、基礎の中に鉄骨を埋め込み、一部をコンクリートに対してアンボンド状態である柱一体型柱脚固定基礎構造であるが、対象が捨てコンクリートの上に立てた柱と、各柱間を連結する地中梁からなる構造である。この基礎構造は柱と地中梁を一体化することで建物の強度を向上するものであるが、地中梁の設置のための広範囲に渡る地盤掘削と、その施工作業が必要となる。
【００１３】
その他に、杭頭部に固定して用いる金物が知られているが、従来の金物は、杭と杭頭鉄筋の接続を狙ったものが多く、鉄骨と杭との接合のための杭頭金物は殆どなく、特開平７−３８１７号公報が僅かに関連するものである。しかし、この従来例は鋼管杭のみに適用可能であり、杭頭切断され、切断面が水平面を必ずしも構成していないＰＨＣ杭（中空の既成コンクリート杭）等には適用できない。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の柱脚の半固定構造では、施工性の問題、あるいは鉄骨柱のバネ係数調整の困難性の問題、構造の複雑性の問題等改良すべき点が多々あった。
【００１５】
本発明は、前記従来の欠点を改良すべく提案したものであり、捨てコンクリートまたは、杭頭部の上に独立基礎梁を設置する構造であり、かつ、柱間を繋ぐ地中梁を必要としない鉄骨柱の半固定直接基礎および杭基礎構造を提供することを目的とする。
【００１６】
すなわち、本発明は、鉄骨柱の柱脚を半固定にすることにより、上部の鉄骨架構と下部の基礎構造との最適な組み合わせを追求できることを可能とし、併せて、基礎構造を鉄骨梁と無筋コンクリートから構成することにより、鉄筋工事等をなくすると共に、直接基礎にあっては、鉄骨工事を捨てコンクリート工事のすぐ後に開始でき、杭基礎にあっては、捨てコンクリートが無いから掘削底部に露出した杭頭部に直ちに鉄骨工事を開始可能として、工期の短縮を図るものである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る鉄骨柱の半固定直接基礎と杭基礎構造は、次のように構成する。
【００１８】
本発明に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造は、地盤掘削部に打設の捨てコンクリートの上部で、当該捨てコンクリートから所定寸法離れた位置に、鉄骨柱の曲げモーメントに抵抗する２本以上の第２基礎鉄骨梁と、この第２基礎鉄骨梁の間を繋ぎ、鉄骨柱を挟む位置における一部で前記掘削部に打設するコンクリートとの間に空隙による梁可撓領域を形成した第１基礎鉄骨梁と、当該第１基礎鉄骨梁の上面に接合される前記鉄骨柱とからなり、前記各基礎鉄骨梁を前記コンクリートに埋設し、前記地盤掘削部における、前記第１基礎鉄骨梁と、前記第２基礎鉄骨梁のそれぞれの配置部位の掘削底部の深さを異にしてあり、前記第２基礎鉄骨梁を仮支持手段で仮支持することで、前記第１基礎鉄骨梁を掘削底部から浮かしてコンクリートを打設することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造は、地盤掘削部に打設された杭の杭頭部に支持金物を介して接続され、鉄骨柱の曲げモーメントに抵抗する２本以上の第２基礎鉄骨梁と、この第２基礎鉄骨梁の間を繋ぎ、鉄骨柱を挟む位置における一部で前記掘削部に打設するコンクリートとの間に空隙による梁可撓領域を形成した第１基礎鉄骨梁と、当該第１基礎鉄骨梁の上面に接合される前記鉄骨柱とからなり、前記各基礎鉄骨梁を前記コンクリートに埋設し、前記地盤掘削部における、前記第１基礎鉄骨梁と、前記第２基礎鉄骨梁のそれぞれの配置部位の掘削底部の深さを異にしてあり、前記第２基礎鉄骨梁を仮支持手段で仮支持することで、前記第１基礎鉄骨梁を掘削底部から浮かしてコンクリートを打設することを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造は、地盤掘削部に打設の捨てコンクリートの上部で、当該捨てコンクリートから所定寸法離れた位置に、鉄骨柱の曲げモーメントに抵抗する２本以上の第２基礎鉄骨梁と、この第２基礎鉄骨梁の間を繋ぎ、鉄骨柱を挟む位置における一部で前記掘削部に打設するコンクリートとの間に空隙による梁可撓領域を形成した第１基礎鉄骨梁と、当該第１基礎鉄骨梁の上面に接合される前記鉄骨柱とからなり、前記各基礎鉄骨梁を前記コンクリートに埋設し、第１基礎鉄骨梁の外部の所定範囲にわたって発泡プラスチック等の弾性部材を配置してコンクリートを打設することにより、前記第１基礎鉄骨梁と前記コンクリートとの間に梁可撓領域が形成されてなることを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造は、地盤掘削部に打設された杭の杭頭部に支持金物を介して接続され、鉄骨柱の曲げモーメントに抵抗する２本以上の第２基礎鉄骨梁と、この第２基礎鉄骨梁の間を繋ぎ、鉄骨柱を挟む位置における一部で前記掘削部に打設するコンクリートとの間に空隙による梁可撓領域を形成した第１基礎鉄骨梁と、当該第１基礎鉄骨梁の上面に接合される前記鉄骨柱とからなり、前記各基礎鉄骨梁を前記コンクリートに埋設し、第１基礎鉄骨梁の外部の所定範囲にわたって発泡プラスチック等の弾性部材を配置してコンクリートを打設することにより、前記第１基礎鉄骨梁と前記コンクリートとの間に梁可撓領域が形成されてなることを特徴とする。
【００２２】
【作用】
（１）本発明では、鉄骨柱に固着した基礎鉄骨梁を、鉄骨柱脚から伝達される応力に対応して自重と圧縮抵抗のみを期待できる無筋コンクリートに埋設してなる、直接基礎または杭基礎構造としている。そして、鉄骨柱脚部の圧縮軸力は、鉄骨柱のすぐ下の無筋コンクリートに伝達され、コンクリートの圧縮抵抗力を通じて支持地盤や杭に伝達される。また、鉄骨柱脚部の引張軸力に対しては、基礎鉄骨梁より上部のコンクリートと土の自重で抵抗する。したがって、コンクリートに期待されるのは、圧縮抵抗力と自重だけであり、鉄筋が不要である。
【００２３】
（２）前記コンクリートの面積は、算定結果に基づいて必要の面積に設定するが、その面積が十分に確保できない場合には、第１基礎鉄骨梁に直交するように他の鉄骨梁を配置し、この鉄骨梁にベースプレート的役割を果たさせ、そのすぐ下のコンクリートに伝達させる。
【００２４】
（３）無筋コンクリートに埋設される前記第１基礎鉄骨梁の一部を、発泡プラスチック等の弾性部材を介してコンクリートとの間に形成する空隙等による梁可撓領域を設けることにより、第１基礎鉄骨梁がその既知の剛性に応じて曲がることにより、鉄骨柱脚部に半固定の基礎があるかのように挙動させることができる。この場合の基礎鉄骨梁のバネ係数は、前記第１基礎鉄骨梁に設ける空隙等の梁可撓領域の長さを変えることで容易に調整できる。
【００２５】
（４）また本発明の直接基礎構造では、捨てコンクリートのすぐ上に各鉄骨基礎梁の構造を設置できることにより、鉄骨工事が、捨てコンクリート工事のすぐ後に開始できることとなり、工程の短縮ができる。
【００２６】
（５）さらに本発明の杭基礎構造では、各基礎鉄骨梁と杭頭部を結合する支持金物を介して手際よく結合できると共に、前記支持金物に、高さおよび水平調整機能を持たせることにより、その調整機能を利用して、各杭毎にバラツキがある杭頭部の高さと水平面を調整することで、基礎鉄骨梁と杭頭部を容易かつ円滑に結合できる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
次にこの発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２８】
図１〜図３は実施形態１を、図４〜図６は実施形態２を示し、図７は実施形態１、２における鉄骨柱の半固定直接基礎の配置例の平面説明図である。また、図８〜図１１は実施形態３、図１２は実施形態４、図１３は実施形態５を示す。図１４（Ａ）、（Ｂ）は鉄骨柱の半固定原理を示し、各実施形態に共通する。
【００２９】
図１〜図３を参照して、実施形態１を説明する。まず、地盤面６ａを平面所定形状で、且つ所定位置深さに掘削して根切り１０を造成する。具体的には根切り１０の平面形状は、平面Ｈ形の基礎鉄骨梁１７の形状に合わせて、Ｈ形状に掘削される。すなわち、基礎鉄骨梁１７は図示のように、適切な寸法を保った位置に平行に配置される２つの第２基礎鉄骨梁１３および、それらの鉄骨梁１３を繋ぐように配置される第１基礎鉄骨梁１２とで平面Ｈ形状に形成される。根切り１０はこれに合わせて、この第１、第２の基礎鉄骨梁１２、１３が孔内壁面と十分余裕間隙を保って配置できるような寸法で、かつ平面略Ｈ形状に掘削されている。
【００３０】
平面が略Ｈ形状の根切り１０の深さは、全体を同じ深さに造成しても構わないが、図示例では、両翼根切り溝１０ａは深く掘削し、中間根切り溝１０ｂは、両翼根切り溝１０ａよりも浅く設けている。このように、中間根切り溝１０ｂを浅く設けるのは、根切り１０に打設する無筋コンクリート１６（後述する）の使用材料を、必要最小限に、かつ可及的に軽減するためである。両翼根切り溝１０ａには、捨てコンクリート１１が所定の厚みに打設される。
【００３１】
一方、根切り１０に収容される基礎鉄骨梁１７はＨ形鋼で構成され、かつ前述のとおり、第１基礎鉄骨梁１２と、第１基礎鉄骨梁１２の両端に当該梁と直角に配置され、かつ両梁の上面フランジと下面フランジ同士を溶接等で固定される第２基礎鉄骨梁１３とで平面略Ｈ形に組んで構成される。また、第１基礎鉄骨梁１２の長さ方向中間部で、上フランジ１２ａの上面には柱脚部２ａの下端が溶接等で固着されている。柱脚部２ａには、添接板（スプライスプレート）１８を介して鉄骨柱２の下端部がボルト１９で接合される。
【００３２】
基礎鉄骨梁１７は、予め掘削した根切り１０に打設した捨てコンクリート１１上に、適切な寸法を保った位置に設置され、後工程で打設する無筋コンクリート１６中に埋設される。また、基礎鉄骨梁１７の第１基礎鉄骨梁１２を長さ方向に所定寸法ごとに複数区画し、中間部を第１領域Ｌ1、その両外側を第２領域Ｌ2、その外側を第３領域Ｌ3として区画する。そして、第１領域Ｌ1と第３領域Ｌ3を固定領域とし、その外面に密着して無筋コンクリート１６を充填するのに対して、第２領域Ｌ2は可撓領域として、梁外面と無筋コンクリート１６との間に梁可撓空隙部を形成する。
【００３３】
第１基礎鉄骨梁１２の第２領域Ｌ2において、無筋コンクリート１６との間に梁可撓空隙を形成する手段の１例として、図示例では第２領域Ｌ2において、第１基礎鉄骨梁１２の外面に、スタイロフォーム等の発泡プラスチック等２１を当てがい、かつ外周を被覆シート２１ａで被覆することにより、無筋コンクリート１６が第１基礎鉄骨梁１２の外面に直に廻り込まず、コンクリートとの間に可撓空隙を形成する。なお、無筋コンクリート１６との間に可撓空間を形成する手段は前記発泡プラスチック等２１と被覆シート２１ａ併用以外の手段でも構わない。
【００３４】
また、図示例では、無筋コンクリート１６を打設するに先立ち、前記第１基礎鉄骨梁１２を、中間根切り溝１０ｂの底面２０から若干浮かして支持し（支持手段は後述する）、それにより第１基礎鉄骨梁１２の下面にも無筋コンクリート１６が円滑に回り込みやすいように配設してある。これは柱脚部２ａを介して第１基礎鉄骨梁１２が受ける鉄骨柱２からの大きな鉛直荷重が、地盤である中間根切り溝１０ｂの底面２０に直に伝わらず、所定厚Ｔの底部廻り込みコンクリート１６ａで受けるためである。
【００３５】
図２によって、第１基礎鉄骨梁１２を中間根切り溝１０ｂの底面２０から若干浮かして、コンクリート打設まで仮支持する一例を説明する。両翼根切り溝１０ａの底面２０に打設した捨てコンクリート１１に仮支持機能を有するアンカーボルト２２の下部を植設し、当該アンカーボルト２２の上部を第２基礎鉄骨梁１３の下フランジ１３ａにナットを介して高さ調整して固定することで、第１基礎鉄骨梁１２を中間根切り溝１０ｂの底面２０から若干浮かして支持している。アンカーボルト２２は専らコンクリート打設まで第２基礎鉄骨梁１３を仮支持する役目のみであって、無筋コンクリート１６の打設後は、当該コンクリート中に埋め殺しとする。
【００３６】
第１基礎鉄骨梁１２を前述のようにアンカーボルト２２で仮支持して、無筋コンクリート１６を根切り１０に打設したとき、第１基礎鉄骨梁１２と第２基礎鉄骨梁１３は当該無筋コンクリート１６内に埋設される。無筋コンクリート１６の打設高さは、少なくとも第１基礎鉄骨梁１２の上フランジ１２ａが埋設される程度か、それ以上の適切な厚みＴ1に打設するとよいが、何れにあっても、無筋コンクリート１６は、鉄骨柱２に作用する上揚力に抗して各基礎鉄骨梁１２、１３を抑えるに足りる重量があり、かつ、各基礎鉄骨梁１２、１３を介して伝わる鉄骨柱２からの圧縮荷重に耐え得る量充填される。さらに、第１基礎鉄骨梁１２の下側には底部廻り込みコンクリート１６ａが十分な量廻り込み充填される。
【００３７】
第１基礎鉄骨梁１２を、中間根切り溝１０ｂの底面２０から若干浮かして支持する手段は、アンカーボルト２２以外の方法でもよく、例えば、第１基礎鉄骨梁１２と中間根切り溝１０ｂの底面２０との間に、コンクリートが十分廻り込める空間ができるように任意形状のスペーサを配置してもよい（但し、図示省略する）。
【００３８】
図４〜図６を参照して、実施形態２を説明する。実施形態２が、実施形態１と異なるのは、柱脚部２ａの下端両側部位において、第１基礎鉄骨梁１２の上フランジ１２ａに第３基礎鉄骨梁１４を、当該第１基礎鉄骨梁１２を溶接等により直角配置していることである。それに対応して、根切り１０の平面形状も実施形態１と若干異なっている。つまり、中間根切り溝１０ｂの中間部に中間部翼状根切り溝１０ｃが掘削されており、この根切り溝１０ｃに第３基礎鉄骨梁１４が配設されている。他の構成は実施形態１と同じである。この実施形態２においては、少なくとも、第３基礎鉄骨梁１４の上フランジ１４ａが埋まる程度に無筋コンクリート１６が打設される。
【００３９】
実施形態１、２に係る半固定直接基礎構造は、図７に示すように、独立基礎として建物の鉄骨柱２の立設位置に所定間隔、所定配置で設置される。図中の符号２３は、地上部において建物の柱間を繋ぐ地上梁を略図的に示している。
【００４０】
次に、図８〜図１１と図１２および図１３を参照して、実施形態３、４および５を説明する。この実施形態３、４、５は半固定杭基礎構造であり、この点が、実施形態１、２の半固定直接基礎構造と異なる。
【００４１】
実施形態１、２の半固定直接基礎構造では、両翼根切り溝１０ａの底部の捨てコンクリート１１にアンカーボルト２２が植設され、アンカーボルト２２を介して、第２基礎鉄骨梁１３が仮支持され、その後無筋コンクリート１６が打設されていた。
【００４２】
これに対して、半固定杭基礎構造である実施形態３、４、５において、図８〜図１１の実施形態３では、第２基礎鉄骨梁１３の下部が支持手段２５（以下、支持金物という）を介して杭２４（鋼管杭またはＰＨＣ杭の何れでもよく、以下ＰＨＣ杭として説明する）の杭頭部２４ａに仮支持されている。同じく、図１２の実施形態４では、第２基礎鉄骨梁１３の下部および第１基礎鉄骨梁１２の下部が支持金物２５を介してＰＨＣ杭２４の杭頭部２４ａに仮支持されている。また、図１３の実施形態５では、第１基礎鉄骨梁１２の下部が支持金物２５を介してＰＨＣ杭２４の杭頭部２４ａに仮支持されている。
【００４３】
図８〜図１１を参照して、実施形態３を詳しく説明する。この実施形態３では、両翼根切り溝１０ａの底面２０にＰＨＣ杭２４の杭頭部２４ａが所定高さ突出しており、この杭頭部２４ａに設けた仮支持用の支持金物２５で、第２基礎鉄骨梁１３が高さおよび水平位置調整自在に仮支持されている。
【００４４】
さらに説明すると、ＰＨＣ杭２４は、鉄骨柱２の立設予定位置（図７に示した位置）に所定間隔、所定配置で多数本打設され、その後、根切り１０によって両翼根切り溝１０ａの底部に杭頭部２４ａを所定高さ突出させる。このとき、地盤の支持層に高低があることなどから、杭頭部２４ａが高止まりとなることがあるので、この場合は、杭頭を切断して高止まりの杭頭部２４ａを所定高さに調整するが、杭頭部２４ａの切断面が水平な平坦面を構成していない場合多い。また、ＰＨＣ杭２４の打設位置のずれ、打設角度の傾きなどにより杭頭部２４ａの水平方向の位置ずれなどが生じることがある。
【００４５】
前記のことから、支持金物２５には、杭頭部２４ａと第２基礎鉄骨梁１３との仮支持機能に加え、当該第２基礎鉄骨梁１３の高さ及び水平位置調整機能を具備させている。
【００４６】
支持金物２５の具体的構成は、第２基礎鉄骨梁１３に高さ調整自在に結合される高さ調整ボルト２６および、杭頭部２４ａを水平調整自在に結合する杭固定ボルト２７を金物本体２８に設けて構成される。さらに説明すると、第２基礎鉄骨梁１３の下フランジ１３ａに上部取付け鋼板２９がボルト接合または溶接されていて、上部取付け鋼板２９の下面に取付けナット３０が溶接されており、取付けナット３０に高さ調整ボルト２６の上部がねじ込み固定されている。
【００４７】
金物本体２８は鋼板を折曲げて構成されており、上部水平部２８ａに開設のボルト挿通孔に高さ調整ボルト２６を挿入し、これに上部水平部２８ａの上下面から調整ナット３１を締結することで、高さ調整ボルト２６を、その高さを調整して金物本体２８に固定できる。
【００４８】
金物本体２８の下部側面には、直角折曲げ部を下向きにしたＬ字形ボルト支持板２８ｂが溶接により固定されていて、前記金物本体２８の下部側面およびＬ字形ボルト支持板２８ｂの水平部と鉛直部に開設したねじ穴に、水平固定ボルト２７ａ、２７ｂ、鉛直固定ボルト２７ｃからなる杭固定ボルト２７が螺合されている。固定ボルトの本数は３本以上でもよい。
【００４９】
前記金物本体２８と高さ調整ボルト２６と杭固定ボルト２７からなる支持金物２５は、図１０（Ｂ）、図１１に示すように、ＰＨＣ杭２４の円周方向の３箇所に等角間隔で配置されていて、３個の金物本体２８の上部は平面３角形の連結フレーム３２で結合されている。
【００５０】
したがって、支持金物２５の杭頭部２４ａへの接続と、第１基礎鉄骨梁１２と第２基礎鉄骨梁１３の組立は、例えば次のように行うとよい。
【００５１】
１）予め打設したＰＨＣ杭２４の杭頭部２４ａに支持金物２５を取付け、支持金物２５の上部取付け鋼板２９に第２基礎鉄骨梁１３の下フランジ１３ａを溶接することにより、両翼根切り溝１０ａの片側の溝底部のＰＨＣ杭２４同士を接続する。このとき、杭頭部２４ａの内外周面と杭頂面が３本の杭固定ボルト２７で仮締めされる。
【００５２】
２）、前記１）と同じ作業を、両翼根切り溝１０ａの他側の溝底部のＰＨＣ杭２４についても行う。
【００５３】
３）両翼の根切り溝１０ａに配置された第２鉄骨梁１３同士を繋ぐように、予め鉄骨柱２を溶接してある第１基礎鉄骨梁１２を配置し、それらボルト接合する。第１基礎鉄骨梁１２の一部はスタローフォームなどの発砲プラスチック２１で覆われており、後で打設される無筋コンクリート１６と接触しないようにされている（実施形態１、２と同じ）。
【００５４】
４）両翼の根切り溝１０ａの杭頭部４ａにおいて、３本の杭固定ボルト２７のうち、各鉛直固定ボルト２７ｃの締付を調整することで、杭上端面の不陸（凹凸）等の切断面が平面を構成していない場合の調整を３点支持で行い、上部取付け鋼板２９の水平を出す。また、水平固定ボルト２７ａ、２７ｂの締付けを相互に調節することで、杭頭部４ａの軸心の水平位置のずれを調整して上部取付け鋼板２９（つまり第２基礎鉄骨梁１３）の平面的位置を確定する。さらに、必要に応じて調整ナット３１を締結して、高さ調整ボルト２６の高さを調整し、第２基礎鉄骨梁１３の左右が水平となるように高さを微調整する。
【００５５】
５）こうして、第１基礎鉄骨梁１２と第２基礎鉄骨梁１３を支持金物２５で仮固定した上、根切り１０に打設する無筋コンクリート１６で鉄骨梁全体を埋める（この工程は実施形態２と同じ）。無筋コンクリート１６を打設した後は、この無筋コンクリート１６を介して鉄骨柱２とＰＨＣ杭２４が結合され、支持金物２５は鉄骨柱２の支持機能は必要でなく、埋め殺しとなる。
【００５６】
なお、実施形態３において、ＰＨＣ杭２４と支持金物２５以外の構成は、実施形態１と同じであるので、これと同一要素には同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００５７】
実施形態４、５を簡単に説明する。実施形態４が、実施形態３と異なる点は、ＰＨＣ杭２４が、支持金物２５を介して第２基礎鉄骨梁１３の両端部を支持するように設けられているのに加えて、第１基礎鉄骨梁１２の中間部を、支持金物２５を介して支持するようにＰＨＣ杭２４が設けられていることである。また、実施形態５が、実施形態３と異なる点は、第２基礎鉄骨梁１３が省略されており、第１基礎鉄骨梁１２の両端部と中間部を支持金物２５を介して支持するようにＰＨＣ杭２４が設けられていることである。実施形態４、５において、支持金物２５の構成は実施形態３と同じであるので、これについての重複説明を省略する。
【００５８】
【実施形態の作用】
実施形態１〜５の半固定基礎構造に基づく作用を、以下順に説明する。
【００５９】
［１］従来、鉄筋コンクリート構造または鉄骨鉄筋コンクリート構造でしかなかった、鉄骨柱２の半固定直接基礎構造を、本発明では、建物の鉛直荷重を支える鉄骨柱２から伝達される応力に対して自重と、圧縮抵抗のみを期待できる無筋コンクリート１６からなる基礎構造としている。
【００６０】
［２］無筋コンクリート１６中に埋設された第１基礎鉄骨梁１２の第２領域Ｌ2を梁可撓領域として、スタイロフォーム等の発泡プラスチック等２１で無筋コンクリート１６との間に空隙を取ることにより、第１基礎鉄骨梁１２がその既知の剛性に応じて曲がることにより、鉄骨柱脚部２ａに半固定の基礎であるかのように挙動させる。
【００６１】
すなわち、図１４（Ａ）に示すように、鉄骨柱２が右に傾くとき、第１基礎鉄骨梁１２は、第１領域Ｌ1と第３領域Ｌ3を固定領域として、鉄骨柱２の右の第２領域Ｌ2が図示鎖線のように下に凸に湾曲し、鉄骨柱２の左の第２領域Ｌ2が図示鎖線のように上に凸に湾曲し、結果として、前述のとおり、鉄骨柱脚部１６ａは半固定の基礎であるかのように右に傾斜挙動する。
【００６２】
また、図１４（Ｂ）に示すように、鉄骨柱２が左に傾くとき、第１基礎鉄骨梁１２は、第１領域Ｌ1と第３領域Ｌ3を固定領域として、鉄骨柱２の左の第２領域Ｌ2が図示鎖線のように下に凸に湾曲し、鉄骨柱２の右の第２領域Ｌ2が図示鎖線のように上に凸に湾曲し、結果として、前述のとおり、鉄骨柱脚部１６ａは半固定の基礎であるかのように左に傾斜挙動する。
【００６３】
［３］本発明では、捨てコンクリート１１のすぐ上にこの鉄骨基礎構造を設置できることにより、鉄骨工事が、捨てコンクリート工事のすぐ後に開始できることとなり、工程の短縮ができる。
【００６４】
［４］鉄骨柱２が傾斜することにより柱脚部２ａに作用する曲げモーメントは、第１基礎鉄骨梁１２の先端に接続された第２基礎鉄骨梁１３に伝達され、それらを引き上げる力と、押し下げる力に分解される。引き上げる力に対しては、その鉄骨梁１３より上部の無筋コンクリート１６と土の自重で抵抗し、押し下げる力に対しては、その無筋コンクリート１６の圧縮抵抗力を通じて支持地盤に伝達される。
【００６５】
その圧縮抵抗力による伝達については、４５°の角度（図２、図５に符号イで示す）をもって広がって行くことが公知の事実であり、必要な支持地盤面積が算定される。それにもとづき、図２、図５において、捨てコンクリート１１から第２基礎鉄骨梁１３の高さ寸法、および捨てコンクリート１１の位置での中間根切り溝１０ｂの溝幅の寸法を適切に決めるとよい。
【００６６】
［５］支持地盤の耐力が不足の場合は、第１、第２の基礎鉄骨梁１２、１３の長さで調節することで補強可能であり、また、前述から各鉄骨梁の下面と、支持地盤との距離を調節することでも補強可能である。
【００６７】
［６］鉄骨柱脚部２ａの圧縮軸力は、第１基礎鉄骨梁１２を通じて第２基礎鉄骨梁１３に伝達されるのではなく、前記第１基礎鉄骨梁１２にも直に伝達される。したがって、図１〜図３に示す実施形態１において、鉄骨柱２のすぐ下の底部廻り込みコンクリート１６ａの面積が十分に確保できない場合には、図４〜図６に示す実施形態２のように、鉄骨柱２の下端両横で、第１基礎鉄骨梁１２の上面に当該鉄骨梁１２に直交するように第４基礎鉄骨梁１４を配置したことで、この鉄骨梁１４にベースプレート的役割を果たさせ、鉄骨梁１４のすぐ下のコンクリートの圧縮抵抗力を通じて支持地盤に伝達される用に設けてもよい。
【００６８】
第４基礎鉄骨梁１４の圧縮抵抗力による伝達についても、４５°の角度（図２、図５に符号ロで示す）をもって広がって行くことが公知の事実であり、必要な支持地盤面積が算定される。それにもとづき、図２、図５において、第４基礎鉄骨梁１４から中間根切り溝１０ｂと中間部翼状根切り溝１０ｃの底面２０までの高さ寸法、つまり、底部廻り込みコンクリート１６ａの厚みを適切に決めるとよい。
【００６９】
［７］鉄骨柱脚部２ａの引張軸力に対しては、第１基礎鉄骨梁１２を通じて第２基礎鉄骨梁１３に伝達され、鉄骨梁１２、１３より上部の無筋コンクリート１６と土の自重で抵抗される。
【００７０】
［８］前述のように無筋コンクリート１６に期待されるのは、圧縮抵抗力と自重だけであり、鉄筋が不要である。
【００７１】
［９］実施形態３〜５の半固定杭基礎構造にあっては、既述のように、杭頭部２４ａの支持金物２５は無筋コンクリート１６が打設されるまでの、鉄骨柱２に入ってくる力をＰＨＣ杭２４に伝達する役目を果たしており、軽微な構造で可能である。
【００７２】
［１０］ＰＨＣ杭２４の位置は、地中条件で変化し、正確さがあまり求められない。平面的な位置に関しては、正確さを要求される基礎鉄骨梁とは支持金物２５の上部取付け鋼板２９で溶接接合することとし、傾きとレベル高さに支持金物２５の杭固定ボルト２７と高さ調整ボルト２６で調整することにより、正確な位置が出せるようになっている。
【００７３】
［１１］杭の高止まりの際の杭頭切断においては、切断面が平面を構成していない場合が多いが、支持金物２５は杭固定ボルト２７によるピンポイントで杭頭部と接しているので、切断面への適用性が高い。
【００７４】
【発明の効果】
本発明に係る鉄骨柱の半固定直接基礎および半固定杭基礎構造は、次のような効果を有している。
【００７５】
本発明では、鉄骨柱に固着した基礎鉄骨梁は、鉄骨柱脚部から伝達される応力に対して自重と圧縮抵抗のみを期待できる無筋コンクリートに埋設してなる基礎構造とし、鉄骨柱脚部の圧縮軸力は、鉄骨柱のすぐ下の無筋コンクリートに伝達され、コンクリートの圧縮抵抗力を通じて支持地盤に伝達され、鉄骨柱脚部の引張軸力に対しては、基礎鉄骨梁より上部のコンクリートと土の自重で抵抗される。このように本発明では、コンクリートに期待されるのは、圧縮抵抗力と自重だけであり、鉄筋が不要であるので、半固定基礎の施工性が従来に比べて格段に向上し、材料コスト、施工コストが低減できる。
【００７６】
また、本発明では、捨てコンクリートのすぐ上に鉄骨基礎梁の構造を設置できることにより、鉄骨工事が、捨てコンクリート工事のすぐ後に開始できることとなり、工程の短縮ができる。
【００７７】
さらに、本発明では、無筋コンクリートに埋設される前記基礎鉄骨梁の一部を、発泡プラスチック等を介してコンクリートとの間に形成される空隙等の梁可撓領域を設けることにより、基礎鉄骨梁がその既知の剛性に応じて曲がることにより、鉄骨柱脚部に半固定の基礎があるかのように挙動させることができ、半固定の基礎の挙動原理が簡潔であり、さらに、基礎鉄骨梁のバネ係数は、前記基礎鉄骨梁に設ける空隙等の梁可撓領域の長さを変えることで容易に調整できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造の斜視図である。である。
【図２】（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造の縦断面図、（Ｂ）は同（Ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造の横断平面図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造の斜視図である。である。
【図５】（Ａ）は、本発明の第２実施形態に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造の縦断面図、（Ｂ）は同（Ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る鉄骨柱の半固定直接基礎構造の横断平面図である。
【図７】鉄骨柱半固定基礎の配置例の平面説明図である。
【図８】本発明の第３実施形態として示す鉄骨柱の半固定杭基礎構造の斜視図である。
【図９】図８に示す鉄骨柱の半固定杭基礎構造の根切り部での縦断面図である。
【図１０】（Ａ）は、図９に示す支持金物の拡大縦断面図、（Ｂ）は、同図（Ａ）のｄ−ｄ断面図である。
【図１１】図１０（Ａ）のｅ−ｅ断面図である。
【図１２】本発明の第４実施形態として示す鉄骨柱の半固定杭基礎構造の斜視図である。
【図１３】本発明の第５実施形態として示す鉄骨柱の半固定杭基礎構造の斜視図である。
【図１４】（Ａ）、（Ｂ）は、鉄骨柱の右傾斜の場合と、左傾斜の場合の半固定原理を示す説明図である。
【図１５】（Ａ）、（Ｂ）は、従来のピン結合と固定構造の鉄骨架構を示す説明図である。
【図１６】（Ａ）は従来のピン結合構造の拡大図、（Ｂ）、（Ｃ）はピン結合構造における柱脚の変形を示す説明図と、曲げモーメントの分布を示す説明図である。
【図１７】（Ａ）は、従来の固定構造の拡大図、（Ｂ）、（Ｃ）は固定構造における柱脚の変形を示す説明図と、曲げモーメントの分布を示す説明図である。
【図１８】建築材料コストを計算するに際して、鉄骨架構と基礎との合算した金額の最適値を求める場合のグラフの図である。
【図１９】（Ａ）、（Ｂ）は、基礎と鉄骨柱の間をアンカーボルトベースプレートで連結した基礎構造例の側面説明図と平面説明図である。
【符号の説明】
１ 鉄骨架構
２ 鉄骨柱
２ａ 柱脚部
３ ピン
４ 基礎
５ 固定支持部
６ 地盤中
６ａ 地盤面
７ フーチング
８ アンカーボルト
９ ベースプレート
１０ 根切り
１０ａ 両翼根切り溝
１０ｂ 中間根切り溝
１１ 捨てコンクリート
１２ 第１基礎鉄骨梁
１２ａ 上フランジ
１３ 第２基礎鉄骨梁
１４ 第３基礎鉄骨梁
１６ 無筋コンクリート
１６ａ 底面廻り込みコンクリート
１７ 基礎鉄骨梁
１８ 添接板（スプライスプレート）
１９ ボルト
２０ 底面
２１ 発泡プラスチック等
２１ａ 被覆シート
２２ アンカーボルト
２３ 地上梁
２４ ＰＨＣ杭（鋼管杭）
２４ａ 杭頭部
２５ 支持金物（支持手段）
２６ 高さ調整ボルト
２７ 杭固定ボルト
２７ａ 水平固定ボルト
２７ｂ 水平固定ボルト
２７ｃ 鉛直固定ボルト
２８ 金物本体
２８ａ 上部水平部
２８ｂ Ｌ字形ボルト支持板
２９ 上部取付け鋼板
３０ 取付けナット
３１ 調整ナット
３２ 連結フレーム
【図１】
0004456257.tif 000002
【図２】
0004456257.tif 000003
【図３】
0004456257.tif 000004
【図４】
0004456257.tif 000005
【図５】
0004456257.tif 000006
【図６】
0004456257.tif 000007
【図７】
0004456257.tif 000008
【図８】
0004456257.tif 000009
【図９】
0004456257.tif 000010
【図１０】
0004456257.tif 000011
【図１１】
0004456257.tif 000012
【図１２】
0004456257.tif 000013
【図１３】
0004456257.tif 000014
【図１４】
0004456257.tif 000015
【図１５】
0004456257.tif 000016
【図１６】
0004456257.tif 000017
【図１７】
0004456257.tif 000018
【図１８】
0004456257.tif 000019
【図１９】
0004456257.tif 000020