JP2001073388A - 杭頭構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】中小規模の地震に対しては基礎杭と上部構造物
との間に、剛結合的な強度が期待でき、一方、大規模の
地震に対しては、基礎杭と上部構造物との接触界面に滑
りを生じさせ、基礎杭に大きな曲げモーメントが発生し
ないようにすることを課題とする。 【解決手段】杭頭１ａに水平に固定される板状の受台２
と、該受台２上に設置され、上部構造物３に固定される
摺動板４と、前記受台２と摺動板４との間で摺動範囲を
一定に制限する係合部４ａと、前記受台２と前記摺動板
４とを初期位置で固定する一定以下の破壊強度とされた
ストッパピン６よりなる杭頭のジョイント構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基礎杭と上部構
造物との結合状況が地震の大きさによって変化する杭頭
の結合構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビルなどの建築物を構築する場
合、支持地盤まで埋め込んだ杭にビルなどの上部構造物
を支持させ、これによって上部構造物全体を支持するこ
とが一般に行なわれている。従来では杭頭を建物に剛に
結合することとされてきたが、この場合、地震時に杭頭
に水平力を受けた場合、杭頭が破壊される危険が大きい
懸念があり、これを防ぐため杭頭部を大きく拡径するな
どの補強が必要となる問題があった。

【０００３】一方、杭頭に生じる応力を低減するため、
建物に対し杭頭を相対回転できるように結合し杭頭の応
力を開放するようにしたピン構造や、建物に対し杭頭を
すべり移動できるようにして杭頭の応力を開放するよう
にしたローラ構造が提案されている（例えば特開平1-28
4613号公報、同8-120687号公報、同10-227039号公報、
同10-227040号公報）。

【０００４】しかし、この場合、杭頭をピン構造やロー
ラ構造で結合としたことにより、建物の変位が大きくな
るといった問題があり、梁などの構造強度を強くしてお
く必要がある問題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、中小規模
の地震に対しては基礎杭と上部構造物との間に、剛結合
的な強度が期待でき、一方、大規模の地震に対しては、
基礎杭と上部構造物との接触界面に滑りを生じさせ、基
礎杭に大きな曲げモーメントが発生しないようにするこ
とを課題としてなされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
この発明の杭頭構造は、杭頭に固定され、陥凹部を有す
る板状の受台と、該受台上に設置され、上部構造物に固
定される摺動板であって、前記陥凹部に隙間を有して嵌
合する突起を有した摺動板と、前記受台と前記摺動板と
を貫通する一定以下の破壊強度とされたストッパピンよ
りなるものである。

【０００７】従って、この発明によれば中小規模地震に
対しては、ストッパピンの係止力と受台と摺動板間の摩
擦力により、杭と上部構造物とが剛結合的に一体化し、
一方、大規模地震に対しては、ストッパピンの強度を超
える地震力によりストッパピンが破壊され、摩擦抵抗を
超える移動力によって基礎杭と上部構造物との接触界面
に滑りが生じ、杭頭および杭の地中部での大きな曲げモ
ーメントの発生が防止できるのである。

【０００８】さらに、接触界面のずれ量は突起と陥凹部
の係合によって一定以内に制限され、異常なずれが防止
される。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を説
明する。図１は、この発明の実施の形態の杭頭構造を示
す断面図である。図１において、１は地盤５に埋め込ま
れた基礎杭を示し、基礎杭１の頂部１ａに受台２が取り
付けられている。

【００１０】この受台２は、表面に中心２ａと同軸の陥
凹部２ｂが形成されており、建築物重量に耐える強度を
有した金属材料、例えばダクタイル鋳鉄などにより成形
されている。図中２ｃは受台２と杭１とを接続する継手
部を示し、杭頭１ａを受容する内径を有した筒状に形成
されている。

【００１１】この受台２の上部に、摺動板４が載置さ
れ、この摺動板４上に建築物３が設けられる。この摺動
板４も前記受台２と同様、建築物重量に耐える強度を有
した金属材料、例えばダクタイル鋳鉄などにより成形さ
れている。また摺動板４の底面には、前記受台２の陥凹
部２ｂに、周辺に隙間Ｓを有して嵌入する突起４ａが突
設され、また、上面側には建築物３に対する取り付け座
４ｂが突設されている。

【００１２】そして、受台２と摺動板４には、ストッパ
ピン６が貫通され、ストッパピン６が破壊されない限り
受台２と摺動板４は摺動移動しないよう一体化されてい
る。なお、受台２と摺動板４の接触面は適度な摩擦抵抗
を持つようにすることが望ましく、ストッパピン６の破
断強度にもよるが、上部構造物側球面部材４と基礎側球
面部材２との間に加わる荷重によって、中小規模地震で
は界面に滑り移動が生じない程度とされ、杭が安全に負
担できる曲げモーメントやせん断力、建物の振動特性を
考慮して決定する。

【００１３】そして、このような摩擦抵抗の大きさとす
るため、鋳鉄製の場合は、受台２と摺動板４の接触面を
鋳放したままの粗面とし、あるいは両者の接触面にスチ
ールショットを打つことによって粗面としあるいはピー
ニングハンマーで叩いて粗面とされる。さらに、図２
（ａ）に示すように接触面２１、４１表面にそれぞれ放
射格子状の細溝２２（４２）を形成し、これによって適
度な摩擦抵抗とすることのほか、図２（ｂ）に示すよう
に一方の接触面２１表面に小突起２３…２３を多数分散
状に設けると共に、他方の接触面４１に陥凹部４３…４
３を対応位置に設け両者を嵌合させることや、前記小突
起２３に替え、図２（ｃ）に示すように、一方の接触面
２１表面に同心円状の突条２４を設けると共に、他方の
接触面４１に同心円状の凹溝４４を対応位置に設け両者
を嵌合させ、これらにより一定以下の外力では相対移動
せず、これを超える外力で初めてずれ移動するようにし
て、適度な摩擦抵抗とすることもできる。

【００１４】また、図示は省略したが、陥凹部２ｂ内に
クッション材を充填して置くことが望ましい。次に、こ
の発明の作用について説明する。図３に示すように支持
地盤まで埋込んだ杭１の杭頭１ａに、図１に示すように
受台２を固定する。

【００１５】次いで、摺動板４を前記受台２上に配置
し、取り付け座４ｂが上部構造物３と適正な取り合わせ
となるように配置し、ストッパピン６を挿入した後上部
構造物３を構築する。このとき、受台２と摺動板４との
接触界面には、上部構造物の重量により一定以上の摩擦
抵抗があることとストッパピン６が貫通されていること
より、中小規模地震程度の振動では杭頭１ａと上部構造
物３とは一体化した状態が維持され、剛結合的な状態と
なる。

【００１６】一方、大規模地震により杭頭応力がストッ
パピン６の破断強度を超え、また摩擦抵抗を超えた場合
は、ストッパピン６が破断し、隙間Ｓに相当する範囲で
滑りが生じ杭頭部に過大な曲げ応力が発生するのが防止
される。これによって、建造物に作用する大きな地震力
が解消され、また、大きな杭頭曲げモーメントの発生が
防止される。

【００１７】なお、振動の幅がＳと等しい程度に大きく
なった場合は、摺動板４下面の突起４ａが受台２上面の
陥凹部２ｂの周壁に当接し、この周壁がストッパとなっ
て受台２と摺動板４との過剰な相対ずれ移動を防止す
る。なお、陥凹部２ｂ内にクッション材を充填した場合
は、受台２と摺動板４と衝撃が緩和され急激な衝突がお
こらない。

【００１８】以上によって杭頭に作用する大きな地震力
が解消され、大きな曲げモーメントの発生も防止され、
上部構造物３及び基礎杭１のダメージが軽減される。以
上説明したように、この発明の杭頭構造によれば、杭と
上部構造物との支持部分が、中小規模地震時には剛結合
構造として、大規模地震時には杭頭の曲げモーメントを
軽減するように機能するため、従来の剛構造の杭を用い
た場合のように各杭を大きくまた数を多くする必要がな
い。

【００１９】上記実施の形態として、杭１が鋼管、鋳鉄
管などの場合を示したが図４に示すように、施工現場に
てコンクリート打設により形成される場合であっても同
様に実施できる。図４において、杭１は、地盤５に設け
た掘削孔１ｄ内に配筋された鉄筋１ｂと打設されたコン
クリート１ｃとからなり、杭１の上面にレベル調整モル
タル１ｅを充填して平らにし、その上に鉄板１ｆを鉄筋
１ｂの上端部などを利用してボルトナット１ｇによりね
じ留めし、その鉄板１ｆに締結部材１ｎにより受台２が
固定される。

【００２０】上部構造物３の基礎梁の中に摺動板４が鉄
板３ａ又は上部構造物３を構成する鉄筋３ｂに固定され
ている。なお、図中７は栗石、８は表面均し用の打設コ
ンクリートを示す。この実施の形態の場合も、上部構造
物３の重量は、受台２と摺動板４との接触界面を介して
基礎杭１によって支持され、中小規模地震時には剛結合
構造として、大規模地震時には曲げモーメントを軽減す
るように機能する。

【００２１】なお、上記実施の形態で示した以外に、杭
頭１ａの受台２と摺動板４の形態は図５以下に示すよう
に変更することもできる。すなわち、図５、図６に示す
杭頭構造の受台２は、同心の円周凹溝よりなる陥凹部２
ｂを有し、摺動板４は同心の円周突条よりなる突起４ａ
を有し、陥凹部２ｂと突起４ａの間に隙間Ｓが設けられ
て構成されている。

【００２２】この図５、図６に示した実施の形態の場合
は、ストッパピン６の破断後は陥凹部２ｂと突起４ａの
間の隙間Ｓの相対移動が許容される。図７の杭頭構造
は、受台２の中心２ａと同心に陥凹部２ｂが形成され、
摺動板４の底面に陥凹部２ｂに嵌入する環状突起４ａが
設けられ、この環状突起４ａ内面と中心突起２ｄ外面と
の間にリング状ストッパ９が周方向に複数個介挿されて
いる。

【００２３】この実施の形態の場合、リング状ストッパ
９、９がストッパピン６の機能を受け持ち、ストッパリ
ング９、９が破壊されない限り、受台２と摺動板４とは
剛結合的構造となり、外力によりストッパリング９、９
が破壊されれば、隙間Ｓに相当する相対ずれ移動が許容
され、杭頭の大きな曲げモーメントの発生が防止できる
のである。

【００２４】図８の杭頭構造は、図７に示した実施の形
態における中心突起２ｄとストッパリング９、９を一つ
のストッパリング１０に置き換えたもので、ストッパリ
ング１０が破壊されない限り、受台２と摺動板４とは剛
結合的構造となり、大規模地震によりストッパリング１
０が破壊されれば、隙間Ｓに相当する相対ずれ移動が許
容され、振動が建造物に伝わるのが防止される。

【００２５】図９の杭頭構造は、図１に示した実施の形
態における摺動板４の突起４ａと受台２の陥凹部２ｂと
の間に、ボール１２…１２を介挿したもので、受台２と
摺動板４との間の摩擦を少なくし、専らストッパピン６
の破断強度だけで機能させるようにしたものである。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ビルなどの上部構造物を基礎杭で支持する場合に、上部
構造物と杭頭との間の摩擦抵抗を調節することにより中
小規模地震のときは剛結合構造として、大規模地震時に
はある大きさの曲げモーメントを伝達しながら滑り移動
する機能を有した構造となるので、杭頭の拡径などの対
策を行なわなくても杭頭の安全性を確保できる。

【００２７】そして、杭が持つ耐力の範囲内で荷重を受
け持たせるので、合理的な杭の使用条件とすることがで
き、杭を必要最小限の性能を有するものとすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す要部拡大断面図
である。

【図２】この発明の実施の形態の摩擦抵抗を適度にする
ための構成例を示す要部説明図であり、（ａ）は放射溝
により、（ｂ）は突起により、（ｃ）は同心円状突条に
より摩擦抵抗を適正化したものである。

【図３】杭と上部構造物との関係を示す説明断面図であ
る。

【図４】この発明の実施の形態の他の構成例を示す要部
拡大断面図である。

【図５】この発明の実施の形態のさらに他の構成例を示
す要部拡大断面図である。

【図６】図５のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図７】この発明の実施の形態のさらに他の構成例を示
す要部拡大断面図である。

【図８】この発明の実施の形態のさらに他の構成例を示
す要部拡大断面図である。

【図９】この発明の実施の形態のさらに他の構成例を示
す要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 基礎杭 １ａ 杭頭 ２ 受台 ２ａ 中心 ２ｂ 陥凹部 ３ 上部構造物 ４ 摺動板 ４ａ 突起 ５ 地盤 ６ ストッパピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大槻 明 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 佐藤 正義 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 脇田 英治 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 真野 英之 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 岩本 利行 兵庫県尼崎市大浜町２丁目26番地 株式会 社クボタ武庫川製造所内 (72)発明者 荒川 範行 兵庫県尼崎市大浜町２丁目26番地 株式会 社クボタ武庫川製造所内 (72)発明者 大川 雅之 兵庫県尼崎市大浜町２丁目26番地 株式会 社クボタ武庫川製造所内 Ｆターム(参考） 2D046 CA03 DA11

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 杭頭に固定される板状の受台と、該受台
   上に設置され、上部構造物に固定される摺動板と、前記
   受台と摺動板との間で摺動範囲を一定に制限する係合部
   と、前記受台と前記摺動板とを貫通する一定以下の破壊
   強度とされたストッパピンよりなる杭頭構造。