(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持杭の杭頭にフーチングを連結する接合構造であって、杭頭上端面とフーチング下面との間を分離して、上記杭頭上端面とフーチング下面との間に、杭頭上端面の面積よりも面積が小さな支圧板を介在させ、且つ、上記支圧板を上下に貫通すると共に下側が支持杭に上側がフーチングにそれぞれ埋設されるアンカーロッドを設け、該アンカーロッドの上端部上方に空隙を設けたことを特徴とする支持杭とフーチングとの接合構造。
【請求項２】
上記支圧板の外周における、杭頭上端面とフーチング下面との間に緩衝材を介挿したことを特徴とする請求項１に記載した支持杭とフーチングとの接合構造。
【請求項３】
杭頭上端面における少なくとも上記支圧板と対向する部分に第１の鋼板が介在されてなり、フーチング下面における少なくとも上記支圧板と対向する部分に第２の鋼板が介在されてなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した支持杭とフーチングとの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基礎杭などの支持杭の杭頭に対しフーチングを支持させる際の当該支持杭とフーチングとの接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
杭基礎構造は、例えば図９に示すように、基礎スラブが複数の基礎フーチング５１とその基礎フーチング５１間を連結する地中梁５２とで構成され、基礎杭５０の杭頭５０ａに基礎フーチング５１を連結することで、基礎スラブ、さらには上部構造物５４は当該杭５０によって支持される。
【０００３】
上記基礎杭５０と基礎フーチング５１との接合構造は、従来、剛接合構造となっている。
例えば、図１０に示すように、基礎杭５０が鋼管杭の場合であれば、杭頭５０ａ内及び基礎フーチング５１構築位置に対し両者５０ａ、５１を連結するようにアンカー鉄筋５３等の配筋を行って、鋼管杭５０内への中詰めコンクリートの打設や、基礎フーチング５１構築のためのコンクリート打設作業などを行うことで、杭頭５０ａと基礎フーチング５１とを一体的に剛接合する。
【０００４】
また、上記基礎フーチング５１の構築の際に、地中梁５２のための配筋５３も行われ、基礎フーチング５１と地中梁５２も剛に接合される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、杭頭５０ａと基礎フーチング５１とを剛に接合するため、地震などによって杭頭５０ａ及び基礎フーチング５１には、高い曲げモーメントが発生する。このため、杭５０及び基礎フーチング５１は、この高い曲げモーメントを上回る耐力を有する構造とする必要があり、また、両者５０，５１の連結部の接合構造も非常に大がかりで不経済となっている。
【０００６】
また、杭頭５０ａと基礎フーチング５１との接合部に所要の剛性以上の耐力を持つように曲げ補強筋を多くするほど、当該補強筋が地中梁主筋５３と干渉しやすいという問題もある。
ここで、従来、特開平３−１３７３２６号公報に開示されているように、杭頭から棒状体を突設させ、その棒状体の上側にのみ基礎フーチングを固定することで、杭とフーチングの接合構造をピン接合とすることが提案されている。
【０００７】
しかしながら、この構造では、棒状体は、フーチングから杭に伝達される大きな鉛直荷重を全て負担すると共に大きな曲げ荷重も受けることとなり、当該棒状体の大径化は避けられないという問題がある。また、棒状体の径や杭頭とフーチングとの間の間隙量などを、鉛直荷重と曲げ荷重の両方を考慮して設計する必要がある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に着目してしてなされたもので、簡易な構造で杭とフーチングとの接合部に作用する曲げ剛性を適度に低下させることが可能な支持杭と基礎フーチングとの接合構造を提供することを課題としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、支持杭の杭頭にフーチングを連結する接合構造であって、杭頭上端面とフーチング下面との間を分離して、上記杭頭上端面とフーチング下面との間に、杭頭上端面の面積よりも面積が小さな支圧板を介在させ、且つ、上記支圧板を上下に貫通すると共に下側が支持杭に上側がフーチングにそれぞれ埋設されるアンカーロッドを設け、該アンカーロッドの上端部上方に空隙を設けたことを特徴とする支持杭とフーチングとの接合構造を提供するものである。
【００１０】
ここで、上記アンカーロッドは、その本体が中実の棒であっても良いし、パイプ体であっても良い。アンカーロッドの材質は一般には、鋼材であるが、所要のせん断耐力及び引張耐力が発揮できれば、炭素繊維などから構成されていても良い。
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記支圧板の外周における、杭頭上端面とフーチング下面との間に緩衝材を介挿したことを特徴とするものである。
【００１１】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、杭頭上端面における少なくとも上記支圧板と対向する部分に第１の鋼板が介在されてなり、フーチング下面における少なくとも上記支圧板と対向する部分に第２の鋼板が介在されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る支持杭とフーチングとの接合構造を示す断面図である。なお、本実施形態では、支持杭として鋼管杭の場合の例で説明するが、鋼管杭に限定されない。
【００１３】
まず、構成について説明すると、図１に示すように、鋼管杭１の頭部１ａに中詰めコンクリート２が打設されていて、該中詰めコンクリート２内に、軸を上下に向けたアンカーロッド３の下側が埋設されることで、杭頭１ａからアンカーロッド３が突出した状態となっている。本実施形態のアンカーロッド３は、アンカーボルトから構成され、その上下両端部にアンカーとなるナット３ａが取り付けられている。なお、アンカーロッド３のアンカー部分の構成はこれに限定されない。
【００１４】
上記杭頭１ａ上端面に、金属製の支圧板４が載置されている。該支圧板４は、図２に示すように、鋼管杭１の径よりも小径の円板状の板材であって、その中央部には、上記アンカーロッド３を遊びを持って貫通可能な貫通穴４ａが形成されている。そして、上記アンカーロッド３は、該貫通穴４ａを貫通して上方に突出している。
【００１５】
そして、支圧板４の上面に基礎フーチング５下面のレベルを合わせた状態で当該基礎フーチング５が構築され、当該基礎フーチング５内にアンカーロッド３の上側が埋設されている。
ここで、本実施形態では、アンカーロッド３の上端部にウレタン製のキャップ６を装着した状態で、基礎フーチング５用の型枠内にコンクリートを打設することで、基礎フーチング５内にアンカーボルトの上側が埋設されても、アンカーロッド３の上端面の上に所要の空隙７を形成するようにする。
【００１６】
ここで、本実施形態の上記支圧板４の下面及び上面は、杭１上端面及び基礎フーチング５下面に固定されていない。もっとも、一方の間を固定しておいても良い。
次に、上記構成の基礎杭１と基礎フーチング５との接合構造の作用・効果などを説明する。
【００１７】
上記接合構造にあっては、上部構造からの鉛直荷重は、基礎フーチング５→支圧板４→杭頭１ａの順に伝達されて、アンカーロッド３は鉛直荷重を受けないので、鉛直基礎フーチング５から基礎杭１に伝達される鉛直荷重の大きさに規制することなく、当該アンカーロッド３について自由にその剛性や径を設定することが可能となる。すなわち、基礎フーチング５と杭頭１ａとの間の圧縮力は、主として支圧板４で負担し、アンカーロッド３はほとんど負担しない。
【００１８】
特に、本実施形態では、アンカーロッド３の上端上方に空隙７を形成したことで、アンカーロッド３上端面に直接圧縮力が加わることがないので、アンカーロッド３で負担する圧縮力はさらに小さくなる。
一方、相対的に杭頭１ａから基礎フーチング５が離れる方向への外力、つまり、引き抜き力に対しては、アンカーロッド３が抵抗することで負担する。また、せん断力についてもアンカーロッド３で負担する。
【００１９】
また、杭頭１ａと基礎フーチング５との接合部での曲げ剛性は、アンカーロッド３の曲げ剛性と支圧板４の圧縮力により発生する安定モーメントに依存するため、アンカーロッド３の断面２次モーメント及び支圧板４の径を変えることにより、自由に設定することが可能である。
また、支圧板４が杭頭１ａ及び基礎フーチング５に固定されていない効果について説明すると、図３に示すように、軸力Ｎが作用して偏心によって曲げモーメントＭが作用している場合、Ｂ−Ｂ′面（基礎フーチング５と支圧板４との境界面）では、安定モーメントと呼ばれるＮ×（Ｄ２）／２までは安定しているが、これにを上回るモーメントが作用すると、支圧板４の外縁端を中心に回転しだして、発生モーメントの上昇が抑えられる。したがって、支圧板４の面積を任意に設定することで、杭頭１ａに発生する最大曲げモーメントを自由に設計することができる。ここで、上記Ｄ２は、支圧板４の直径である。
【００２０】
杭頭１ａを剛接合とした場合の杭頭１ａ発生モーメントＭＩに対して、実際に発生するモーメントＭＸとした場合、ＭＸ／Ｍ１＝αで表されるαを固定度と呼ぶとする。このαを任意にコントロールすることで、杭頭１ａだけでなく、杭１の地中部で発生する曲げモーメントも任意にコントロールすることができるため、杭１の有する耐力に応じて杭頭１ａ固定度を設定できれば、経済的な設計を行うことが可能である。
【００２１】
具体的に、鋼管径φ＝８００ｍｍ、板厚ｔ＝８ｍｍの鋼管杭基礎が、変形係数Ｅ０が６８．６Ｐａを有する地盤に設置されている条件において、杭頭１ａに水平力Ｑが９８ｋＮ作用するとした場合について整理すると、表１のような結果を得た。図８に整理したものを示す。
【００２２】
【表１】
0003741975.tif 000002
【００２３】
この表から分かるように、杭頭１ａの固定度αの違いによって、杭頭１ａおよび杭１の地中部に発生する曲げモーメントはそれぞれ異なる。ちなみに杭頭１ａの固定度α＝ｌの場合、杭頭１ａで発生する曲げモーメントが２５９．０ｋＮ・ｍと最も高い。一方、固定度α＝０の場合、杭頭１ａにはモーメントが発生しないものの、杭１地中部で最大１６６．８ｋＮ・ｍの曲げモーメントが発生していることが分かる。また、固定度α＝０．４程度の場合、杭頭１ａおよび地中部での発生モーメントを最も小さく抑えることができる。
【００２４】
このように、杭頭１ａの曲げ剛性を、適度に低下させることにより、杭頭１ａ及び地中部での発生モーメントを小さく抑えることができ、さらには、基礎フーチング５、地中梁に発生する曲げモーメントを任意の値に低下させて経済性を改善させた杭頭１ａ接合構造が提供できる。
また、杭頭１ａと基礎フーチング５との連結がアンカーロッド３だけであるので、従来のように杭１の曲げ補強鉄筋を多数配置して、杭１を基礎フーチング５及び地中梁にアンカーする構造と比較すると、地中梁主筋との干渉が減少し、施工性が向上する。
【００２５】
ここで、アンカーロッド３には圧縮力を負担させないために、側面に塗装等を施し、コンクリートとの付着は切るのが望ましい。
また、図４のように、支圧板４の外周を囲むように緩衝材９を配置すると良い。このようにすると、支圧板４の外周側面に直接地盤が接触することが防止されて、支圧板４に横方向の変位が許容される。また、緩衝材９として所要の剛性のある素材（免震ゴムなど）を採用すると、上記Ｂ−Ｂ′面が支圧板４の外縁端を中心に回転し出す際に、当該緩衝材９でその回転に抵抗させて急激な回転を防止可能となる。
【００２６】
ここで、接合部に大きな曲げモーメントが作用する場合は、支圧板４にかかる圧縮力の分布は不等分布となり、特に、上記Ｂ−Ｂ′面が回転しだすと図５に示すように支圧板４外周部の一端で最も高くなる。この位置で、支圧板４から下の杭１又は上のフーチング５のコンクリートが局部的に破壊してしまう恐れがある。
【００２７】
これを防止するために、図６に示すように、支圧板４と杭１及び支圧板４と基礎フーチング５の間に、それぞれ鋼板１０，１１を介在させることで応力を分散させると良い。すなわち、鋼板１０，１１を設けることで図７に示すように、応力集中を緩和することが可能である。
また、鋼板として、極軟鋼などを用いると、エネルギー吸収を積極的に行うことも可能となる。
【００２８】
なお、支圧板４付近に使用するコンクリートは必要に応じて高強度材を用いても良い。
また、上記実施形態では、アンカーロッド３が一本の場合で説明しているが、複数本あっても良い。
また、アンカーロッド３が鋼管の中心軸配置されているが、対象とする接合部での発生モーメントの設計状態などにあわせて偏心して当該アンカーロッド３を配置しても良い。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明を採用すると、杭頭の曲げ剛性を容易に適当な大きさに低下できることから、杭頭及び基礎フーチングに発生する曲げモーメントを低下させて、経済性が改善させた支持杭と基礎フーチングとの接合構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る杭と基礎フーチングとの接合構造を示す断面図である。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ′矢視図である。
【図３】接合部に発生するモーメントを説明するための模式図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係る杭と基礎フーチングとの接合構造の別例を示す断面図である。
【図５】応力分布を説明する図である。
【図６】本発明に基づく実施形態に係る杭と基礎フーチングとの接合構造の別例を示す断面図である。
【図７】応力分布を説明する図である。
【図８】杭に発生する曲げモーメントの深さ方向の分布を示す図である。
【図９】杭基礎を示す図である。
【図１０】従来の杭と基礎フーチングとの接合構造を示す断面図である。
【符号の説明】
１    基礎杭（支持杭）
１ａ  杭頭
２    中詰めコンクリート
３    アンカーロッド
４    支圧板
４ａ  貫通穴
５    基礎フーチング
６    キャップ
７    空隙
９    緩衝材
１０  鋼板
１１  鋼板
【図１】
0003741975.tif 000003
【図２】
0003741975.tif 000004
【図３】
0003741975.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003741975.tif 000008
【図７】
0003741975.tif 000009
【図８】
0003741975.tif 000010
【図９】
0003741975.tif 000011
【図１０】
0003741975.tif 000012