(57)【要約】  【課題】  施工誤差の吸収が容易で、かつ杭頭曲げモーメントを低減し、半剛接合が可能な杭とＨ形柱の接合部を提供する。  【解決手段】  杭１頭部からＨ形柱２の柱脚部にかけて、コンクリート断面内に、Ｈ形柱２の軸方向に延びる棒状金物５を埋設する。Ｈ形柱２の柱脚部ウェブ２ａ部分には棒状金物５との緩衝を避けるための切欠部４を設ける。さらに、フランジ２ｂどうしをつなぐ鋼板６をその上端が切欠部４の上端よりも上の高さまでくるように取り付け、切欠部４による断面欠損を補う。フランジ２ｂと鋼板６で囲まれた内側にコンクリート７を打設する。強軸方向の鋼製基礎梁１１をＨ形柱２の柱脚部のフランジ２ｂに接合し、弱軸方向の鋼製基礎梁１２を鋼板６に接合する。大きな外力に対しては、棒状金物５の抜け出し変形および杭頭コンクリートの圧縮変形により杭頭接合面に回転変形が生じ、半剛接合状態となる。  【選択図】    図１
2009007794.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも杭頭部にコンクリート断面を有する杭と脚部に鋼製基礎梁が接合された鋼製Ｈ形柱の接合部であって、前記Ｈ形柱のウェブ下端に切欠部を設け、前記杭頭部のコンクリート断面の中央部と、前記Ｈ形柱の脚部に前記切欠部が埋め込まれる形で打設されたコンクリートとの間に、該杭およびＨ形柱の軸方向に延びる棒状金物が配されており、前記Ｈ形柱のウェブの切欠部は少なくとも前記棒状金物が干渉しない高さまで設けられており、さらに前記Ｈ形柱の脚部に該Ｈ形柱のフランジどうしをつなぐ鋼板が設けられていることを特徴とする杭とＨ形柱の接合部。
【請求項２】
前記Ｈ形柱のフランジどうしをつなぐ鋼板が前記切欠部の上端よりも上の高さまで設けられていることを特徴とする請求項１記載の杭とＨ形柱の接合部。
【請求項３】
前記Ｈ形柱の強軸方向の鋼製基礎梁が該Ｈ形柱のフランジに接合され、前記Ｈ形柱の弱軸方向の鋼製基礎梁が該Ｈ形柱のフランジどうしをつなぐ鋼板に接合されていることを特徴とする請求項１または２記載の杭とＨ形柱の接合部。
【請求項４】
前記Ｈ形柱の下端には、前記棒状金物が貫通する貫通孔を有するベースプレートが設けられていることを特徴とする請求項１、２または３記載の杭とＨ形柱の接合部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、杭と鋼製基礎梁が接合されたＨ形断面鋼製柱とをつなぐ半剛接合の杭頭接合部に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
杭頭接合部については、従来、ＲＣ基礎梁を用い、基礎梁と杭頭を剛接合するのが一般的である。
【０００３】
例えば、鋼管杭とフーチングの接合部は杭本体の曲げ耐力以上に接合するため、杭外周に鉄筋を溶接し基礎梁に定着している。また、場所打ち杭の場合も同様に杭本体の鉄筋を延長し、基礎梁に定着させている。しかし、従来の剛接合では、杭頭部鉄筋の過密配置、基礎梁の大断面化等を招き、コストアップの要因となっている。
【０００４】
これに対して、近年、杭頭応力を低減し、上記問題を解決すべく、杭頭部をピン接合あるいは半剛接合させる技術が広がりつつある。
【０００５】
例えば、特許文献１には杭頭部を球面状とすることで杭頭モーメントを低減する杭頭構造が記載されている。
【０００６】
特許文献２には、ずれ止め鉄筋を有し杭頭部よりも断面積を小さくした柱部を介して杭頭部と基礎コンクリートスラブとを連結することにより、杭頭部の曲げ剛性と曲げ耐力を杭体よりも小さくしたものが記載されている。
【０００７】
また、鋼製の基礎梁を用いた場合として、例えば、特許文献３に鉄筋コンクリート柱あるいは充填鋼管コンクリート柱の内部に杭頭部を挿入し、鋼製基礎梁と柱はダイアフラムを介して基礎梁と溶接接合されているものが記載されている。
【０００８】
しかしながら、これらの技術には以下のような課題もあった。
【０００９】
特許文献１記載の発明の場合、杭頭部を凹凸面としたことでモーメントの低減には効果があるが、支承部分の加工工数が多く、コストアップの要因となる。
【００１０】
特許文献２記載の技術は、上部構造として、打設に伴う杭の水平方向の施工誤差に影響されにくい基礎コンクリートスラブを対象とする発明であり、杭の上部に閉鎖形断面の柱を設ける場合には、杭の水平方向の施工誤差によって柱の内部にずれ止め鉄筋を配置できない場合がある。
【００１１】
特許文献３記載の技術は、充填鋼管コンクリート柱の内部に杭頭部を挿入するものであり、柱とその内側の杭との隙間が小さいため、打設に伴う杭の水位へ方向の誤差吸収が困難であり、また杭頭接合部の簡略化という面でも不利である。
【００１２】
これら問題に対して、特許文献４、５、６に記載の技術では、杭頭部を構成するコンクリート断面の中央部および角形鋼管等の閉断面柱の柱脚部を構成するコンクリート内に、杭および柱の軸方向に延びる鋼棒などの棒状金物を配設する構造が開示されている。
【００１３】
これらの構造によれば、安価で簡単な構造でありながら、所定以上の曲げモーメントが作用した場合、棒状金物の抜け出しによって杭頭接合部が半固定の状態となり、杭頭部の曲げモーメントを低減することができる。
【００１４】
【特許文献１】特開２００１-７３３８７号公報
【特許文献２】実用新案登録第３０５８７２３号公報
【特許文献３】特開２００１-２４８１６７号公報
【特許文献４】特開２００４-１００３０４号公報
【特許文献５】特開２００５-２５６３６８号公報
【特許文献６】特開２００６-２９１５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上述の特許文献４〜６で具体的に示されているのは、柱が閉断面材の場合であり、より多用されているＨ形柱にそのまま適用することができない。
【００１６】
例えば、特許文献４に記載のものをＨ形柱に適用しようとすると、杭から軸方向に延びる棒状金物がＨ形柱のウェブに干渉する。それを回避するには、ウェブを切り欠く必要があるが、単にウェブを切り欠くことは、Ｈ形柱の断面欠損による柱耐力の低下の問題や、Ｈ形柱の弱軸側に取り付く鋼製基礎梁との接合方法等の問題がある。
【００１７】
本発明は、このような課題の解決を図ったものであり、Ｈ形柱に対応でき、安価で、施工誤差の吸収が容易で、かつ杭頭曲げモーメントを低減し、半剛接合が可能な杭頭接合構造を提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願の請求項１に係る発明は、少なくとも杭頭部にコンクリート断面を有する杭と脚部に鋼製基礎梁が接合された鋼製Ｈ形柱の接合部であって、前記Ｈ形柱のウェブ下端に切欠部を設け、前記杭頭部のコンクリート断面の中央部と、前記Ｈ形柱の脚部に前記切欠部が埋め込まれる形で打設されたコンクリートとの間に、該杭およびＨ形柱の軸方向に延びる棒状金物が配されており、前記Ｈ形柱のウェブの切欠部は少なくとも前記棒状金物が干渉しない高さまで設けられており、さらに前記Ｈ形柱の脚部に該Ｈ形柱のフランジどうしをつなぐ鋼板が設けられていることを特徴とするものである。
【００１９】
所定以上の曲げモーメントが作用した場合、杭頭部およびＨ形柱の脚部に跨がって配された棒状金物の抜け出しによって杭頭接合部が半固定の状態となり、杭頭部の曲げモーメントを低減し、杭頭接合部を安価な簡単な構造とすることができる。
【００２０】
鋼製の基礎梁を使用しているため、ＲＣ基礎梁の場合に比べ、杭頭部の曲げモーメントを低減でき、さらに効果が向上する。
【００２１】
また、杭の断面中央部に棒状金物を配置した構造であるため、杭のある程度の施工誤差に対してもＨ形柱のウェブ切欠部への棒状金物の設置が可能であり、水平方向の施工誤差吸収が容易である。
【００２２】
棒状金物としては、鋼棒、異形棒鋼等の丸棒の他、角棒、長手方向と直角な断面が多角形の多角形棒、円形鋼管、角鋼管、極太鉄筋、十字形断面材、クロスＨ形断面材等、接合部におけるせん断力を負担するのに十分な断面、剛性を有するものであれば特に限定されない。また、棒状金物は１本のものに限らず、鉄筋籠、または棒材などを複数本束ねたものなどでもよい。
【００２３】
ウェブの切欠部は少なくともこの棒状金物が干渉しない高さまで設けられており、杭の施工誤差を考慮しても棒状金物がＨ形柱のウェブ下端の切欠部位置に設置できるようにする。
【００２４】
複数の棒状金物を設置する場合には、それら全体としての径と、Ｈ形柱のウェブ下の切欠部と、杭の施工誤差とを考慮して、棒状金物を束ねる本数等を決定すればよい。
【００２５】
また、棒状金物に、さらに、コンクリートに対する定着力またはコンクリートとの付着力を高めるための手段が設けることもできる。
【００２６】
棒状金物には引張力が生じるが、コンクリートに対する定着力またはコンクリートとの付着力を高める手段が設けられていることによって、棒状金物の抜け出しを効果的に防止することができる。
【００２７】
コンクリートに対する定着力を高めるための具体的な手段としては、例えば棒状金物の両端あるいは中間部に取り付けた定着板などコンクリートに対し大きな支圧力が得られるものが挙げられ、コンクリートとの付着力を高めるための手段としては、例えば棒状金物の軸部外周に設けられるスタッド、節（異形棒鋼の節などを含む）、突起、孔などが挙げられるが、定着力と付着力の両機能について必ずしも明確に区別する必要はない。
【００２８】
本願発明の適用対象としての杭は、現場打ちのＲＣ杭の他、鋼管杭その他各種既成杭があるが、棒状金物がコンクリート中に埋め込まれなければならないため、例えば鋼管杭の場合には少なくとも杭頭部にコンクリートを充填し、例えば棒状金物の下部の約半分の長さの部分が杭頭部のコンクリート中に埋設されるようにする。
【００２９】
なお、この場合、鋼殻としての鋼管杭あるいはＳＣ杭の鋼管、あるいは現場打ちＲＣ杭、既成杭としてのＲＣ杭、ＰＣ杭などの杭頭部のみに設けた鋼管がその内側のコンクリートを拘束することによる棒状金物の定着力または付着力の増加も期待できる。
【００３０】
このような構成とすることで、本発明では、棒状金物とＨ形柱のウェブとの干渉を避けつつ、ウェブの断面欠損分をＨ形柱のフランジどうしをつなぐ鋼板で補完し軸耐力の低下を防止することができる。
【００３１】
また、鋼板による接合部補強効果も期待できるほか、接合部周囲が閉鎖断面となるためコンクリートの充填が容易となり、かつ、コンクリートの拘束効果も期待できる。
【００３２】
請求項２は、請求項１に係る杭とＨ形柱の接合部において、前記Ｈ形柱のフランジどうしをつなぐ鋼板が前記切欠部の上端よりも上の高さまで設けられていることを特徴とするものである。
【００３３】
鋼板が前記切欠部の上端よりも上の高さまでくることで、切欠部の水平断面のいずれの高さでも鋼板の断面が切欠部による断面欠損分を補完することになり、また切欠部全体について周囲のコンクリートがＨ形柱のフランジと鋼板で拘束されることで確実に補強され、より信頼性の高い接合部が得られる。
【００３４】
請求項３は、請求項１または２に係る杭とＨ形柱の接合部において、前記Ｈ形柱の強軸方向の鋼製基礎梁が該Ｈ形柱のフランジに接合され、前記Ｈ形柱の弱軸方向の鋼製基礎梁が該Ｈ形柱のフランジどうしをつなぐ鋼板に接合されていることを特徴とするものである。
【００３５】
Ｈ形柱の強軸方向の鋼製基礎梁とＨ形柱のフランジ、Ｈ形柱の弱軸方向の鋼製基礎梁と鋼板との接合方法としては、溶接による方法、継手金具あるいは継手板を介したボルト接合による方法、Ｈ形柱のフランジ（強軸方向）、鋼板（弱軸方向）に溶接した梁と同断面のブラケットに継手板を介してボルト接合する方法などがあり、特に限定されない。
【００３６】
請求項４は、請求項１、２または３に係る杭とＨ形柱の接合部において、前記Ｈ形柱の下端には、前記棒状金物が貫通する貫通孔を有するベースプレートが設けられていることを特徴とするものである。
【００３７】
ベースプレートは、柱と杭間での軸力の伝達を分散させて伝達をスムーズな伝達を可能とする機能がある。
【００３８】
また、このベースプレートに鋼製基礎梁接合用のダイアフラムを兼用させれば、接合加工工数が削減でき、さらに基礎梁部分の高さが低くなることにより、掘削土量を低減する効果も得られる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明では、上述のような構成により、棒状金物とＨ形柱のウェブとの干渉を避けつつ、ウェブの断面欠損分をＨ形柱のフランジどうしをつなぐ鋼板で補完し軸耐力の低下を防止することができる。
【００４０】
また、鋼板による接合部補強効果も期待できるほか、接合部周囲が閉鎖断面となるためコンクリートの充填が容易となり、かつ、コンクリートの拘束効果も期待できる。
【００４１】
このように、本発明によれば、Ｈ形柱を用いたＳ造あるいはＳＲＣ造においても、施工誤差吸収が容易でかつ応力伝達が円滑な基礎構造が実現できる。
【００４２】
すなわち、所定以上の曲げモーメントが作用した場合、杭頭部およびＨ形柱の脚部に跨がって配された棒状金物の抜け出しによって杭頭接合部が半固定の状態となり、杭頭部の曲げモーメントを低減し、杭頭接合部を安価な簡単な構造とすることができる。
【００４３】
また、鋼製の基礎梁を使用しているため、ＲＣ基礎梁の場合に比べ、杭頭部の曲げモーメントを低減でき、さらに効果が向上する。
【００４４】
さらに、杭の断面中央部に棒状金物を配置した構造であるため、杭のある程度の施工誤差に対してもＨ形柱のウェブ切欠部への棒状金物の設置が可能であり、水平方向の施工誤差吸収が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
図１は本発明の杭とＨ形柱の接合部の一実施形態を示したもので、(a)はＨ形柱の弱軸方向から見た図、(b)はそのＢ−Ｂ断面図、(c) はＣ−Ｃ断面図,(d) はＤ−Ｄ断面図である。
【００４６】
Ｈ形柱２を構成するＨ形鋼の下端には、棒状金物５を通すための貫通孔３ａを形成したベースプレート３が溶接等により取り付けられ、柱脚部ウェブ２ａ部分には所定の高さまで棒状金物５との緩衝を避けるための切欠部４が形成されている。
【００４７】
また、このＨ形柱２の柱脚部には、フランジ２ｂどうしをつなぐ鋼板６が溶接などにより取り付けられ、柱脚部ウェブ２ａ部分の断面欠損を補う構成としている。
【００４８】
フランジ２ｂと鋼板６で囲まれた内側にはコンクリート７が打設され、下部が杭１頭部のコンクリート断面内に埋め込まれ、Ｈ形柱２の軸方向に延びる棒状金物５の上部が、切欠部４内でコンクリート７中に埋め込まれている。
【００４９】
強軸方向の鋼製基礎梁１１はＨ形柱２の柱脚部のフランジ２ｂ部分に溶接あるいはボルト接合等により接合され、弱軸方向の鋼製基礎梁１２は鋼板６部分に溶接あるいはボルト接合等により接合される。
【００５０】
鋼板６は、その上端が切欠部４の上端よりも上の高さまでくるように設け、前述のように切欠部４による柱脚部ウェブ２ａ部分の断面欠損を補う。
【００５１】
なお、図１の例では、Ｈ形鋼からなる強軸方向および弱軸方向の鋼製基礎梁１１、１２の下フランジ１１ａ、１２ａが切欠部４の上端より下に位置し、上フランジ１１ｂ、１２ｂが、切欠部４の上端より上に位置し、弱軸方向の鋼製基礎梁１２は鋼板６部分に接合するため、鋼板６の上端は弱軸方向の鋼製基礎梁１２の上フランジ１２ｂより上方まで設けてある。
【００５２】
また、図１の例では、Ｈ形柱２の軸方向に延びる棒状金物５として複数本の棒鋼を埋め込んでいるが、棒状金物４の配置や断面形状等は、設計条件に応じて決めればよい。
【００５３】
図２(a)〜(h)は、棒状金物５の変形例を示したもので、図２(a)は丸棒５ａ（丸鋼）の場合、図２(b)は多角形棒５ｂ（角鋼）の場合、図２(c)は小径の鋼管５ｃの場合、図２(d)は小径の角形鋼管５ｄの場合、図２(e)は十字形断面材５ｅの場合、図２(f)はクロスＨ形断面材５ｆの場合である。その他、図２(g)のように複数の鉄筋５ｇ、あるいは丸棒、多角形棒等を密にまたは若干隙間を空けて複数本束ねたものや、図２(h)のように鉄筋籠５ｈを用いてもよい。
【００５４】
図３は、図１で示したＳ造のＨ形柱２を構成するＨ形鋼の回りをコンクリート８で被覆し、ＳＲＣ柱とした場合を示したものである。外周のコンクリート８部分には、主筋９などの配筋がなされている。
【００５５】
なお、フランジ２ｂと鋼板６で囲まれた内側のコンクリート７と、Ｈ形柱２外周のコンクリート８は同時に打設することができる。
【００５６】
図４は同じくＳＲＣ柱とした場合であるが、図３の実施形態では図１の場合と同様に、切欠部４の上端が鋼製基礎梁１１、１２の下フランジ１１ａ、１２ａより上に位置しているのに対し、図４の実施形態では切欠部４の上端が鋼製基礎梁１１、１２の下フランジ１１ａ、１２ａより下に位置している。
【００５７】
また、鋼板６は切欠部４の上端より上方まで設けているが、鋼製基礎梁１１、１２の下フランジ１１ａ、１２ａより下に位置し、弱軸方向の鋼製基礎梁１２はＨ形柱２のウェブ２ａに溶接あるいはボルト接合等により接合される。
【００５８】
図５は図１の実施形態について接合部に作用する応力と変形の関係を示したもので、軸力・曲げに対して棒状金物５の圧縮・引張り変形とコンクリート７の圧縮反力により抵抗し、せん断に対しては接合面の摩擦、棒状金物５のダボ作用で抵抗する。
【００５９】
また、棒状金物５の抜け出し変形および杭頭コンクリートの圧縮変形により杭頭接合面には回転変形が生じ、杭頭接合部は半剛接合状態となる。
【００６０】
図６は本発明の杭とＨ形柱の接合部に対し、建物の中柱位置について棒状金物５を省略した構造の接合部を併用する場合の中柱位置の接合部の例を示したものである。すなわち、建物外周部等のＨ形柱２については棒状金物５を使用するが、内側の柱の一部または全部について棒状金物５を省略する場合である。
【００６１】
中柱のように圧縮力しか加わらない部位にはコンクリート７の圧縮と曲げにより棒状金物５の省略が可能である。この場合にはウェブ２ａに切欠部３を設ける必要がなく、接合部周囲がさらに簡略化され、杭１とＨ形柱２をつなぐ要素がないため、杭１とＨ形柱２の施工誤差も特に問題とならない。
【００６２】
図７は上述した図６の場合と同様、中柱位置について棒状金物５を省略した構造の接合部を併用する場合であるが、Ｈ形柱２をコンクリート８で被覆され、ＳＲＣ柱としている。
【００６３】
図８は図６の形態について接合部に作用する応力と変形の関係を示したものである。
【００６４】
地震時においても柱にはほぼ一定の圧縮力が作用する箇所で棒状金物５を省略した場合、杭頭接合部は軸力・曲げに対しては杭頭コンクリートの圧縮反力により、せん断に対しては接合面で各々抵抗する。
【００６５】
コンクリートの圧縮変形により杭頭接合面には回転変形が生じ、杭頭接合部は半剛接合状態となる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の杭とＨ形柱の接合部の一実施形態を示したもので、(a)はＨ形柱の弱軸方向から見た正面図、(b)はそのＢ−Ｂ断面図、(c) はそのＣ−Ｃ断面図,(d) はそのＤ−Ｄ断面図はである。
【図２】(a) 〜(h) は、それぞれ棒状金物の変形形態を示す軸方向と直角な断面図である。
【図３】Ｈ形柱がコンクリート被覆され、ＳＲＣ柱を構成している場合の一実施形態を示す正面図である。
【図４】Ｈ形柱がコンクリート被覆され、ＳＲＣ柱を構成している場合の他の実施形態を示す正面図である。
【図５】図１の実施形態について接合部に作用する応力と変形の関係を示す説明図である。
【図６】本発明の杭とＨ形柱の接合部に対し、建物の中柱位置について棒状金物を省略した構造の接合部を併用する場合の中柱位置の接合部の例を示す正面図である。
【図７】図５の中柱位置の接合部の例に対し、Ｈ形柱がコンクリート被覆され、ＳＲＣ柱を構成している場合の例を示す正面図である。
【図８】図６の例について接合部に作用する応力と変形の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６７】
１…杭、２…Ｈ形柱、３…ベースプレート、４…切欠部、５…棒状金物、６…鋼板、７…コンクリート、８…コンクリート、９…主筋、
１１…鋼製基礎梁（強軸方向）、１２…鋼製基礎梁（弱軸方向）
【図１】
2009007794.tif 000003
【図２】
2009007794.tif 000004
【図３】
2009007794.tif 000005
【図４】
2009007794.tif 000006
【図５】
2009007794.tif 000007
【図６】
2009007794.tif 000008
【図７】
2009007794.tif 000009
【図８】
2009007794.tif 000010