JP2002097650A

JP2002097650A - 杭頭の接合構造及び耐震杭

Info

Publication number: JP2002097650A
Application number: JP2000291526A
Authority: JP
Inventors: Matsutaro Seki; 松太郎関; Hirotoshi Sei; 広歳清
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2002-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】主として杭頭と基礎スラブとの接合部における
地震時曲げ破壊を防止する。【構成】本発明に係る杭頭の接合構造１は、杭であるＲ
Ｃ杭２の頭部と上部構造物の基礎部材であるＲＣ基礎ス
ラブ３とを低降伏点鋼材からなる鉄筋４を介して接合し
てある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、杭基礎で採用され
る杭頭の接合構造及び耐震杭に関する。

【０００２】

【従来の技術】杭基礎には支持杭形式と摩擦杭形式とが
あり、前者は、良質な支持層が地下深くにある場合に該
支持層まで打ち込んだ杭の上に上部構造物を構築するこ
とによって、構造物重量を支持層で安定支持する形式で
あり、後者は、良質な支持層がない場合に周辺地盤との
摩擦力によって上部構造物を支持する形式の基礎形式で
ある。

【０００３】これらの杭は、当然ながら上部構造物の重
量を確実に支持できなければならないが、地震時におい
ては、上部構造物からの水平力によって杭頭に大きなせ
ん断力や曲げモーメントが作用するため、設計施工時に
は地震時安全性に対する十分な配慮が必要となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、杭と基礎スラブ
とを接合する方法として、場所打ちコンクリート杭の杭
頭を基礎スラブに１０ｃｍ程度埋め込んで予め出してお
いた杭の主筋を基礎スラブに定着させたり、既製杭の杭
頭を基礎スラブに杭径長さ程度埋め込んだりする方法が
あったが、これらの接合方法では、固定度αが１．０、
すなわちほぼ剛接となり、巨大地震時においては、杭頭
に過大なせん断力や曲げモーメントが作用し、杭の破壊
ひいては上部構造物の倒壊といった不測の事態を招くお
それがあった。

【０００５】また、ＰＣ杭やＰＨＣ杭の杭頭を１０ｃｍ
程度基礎スラブに埋め込んで杭切断のときに残しておい
たＰＣ鋼線や鋼棒を基礎スラブに定着させたり、鋼管杭
や外殻鋼管付き既製コンクリート杭の杭頭に溶接された
接合鉄筋を基礎スラブに定着させたり、杭中空部に杭径
の２倍程度の長さで鉄筋コンクリートを充填する中詰め
補強を行ったりする方法があったが、これらの接合方法
でも、固定度は上述した接合方法よりも小さくなるもの
の、軸力作用下では、かなりの曲げモーメントが杭頭に
発生することが実験で確かめられており、巨大地震の下
では、やはり曲げモーメントによる杭頭破壊の懸念を免
れない。

【０００６】一方、地震時においては、地盤の自由振動
が杭に強制変形を与え、該強制変形が曲げモーメントや
せん断力といった部材力を杭に発生させる。かかる場合
においては、比較的深い箇所で大きな部材力が杭に発生
することが考えられるが、このような深層部での杭の破
壊をいかに防止するかについては未だ検討段階であるの
が現状である。

【０００７】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、主として杭頭と基礎スラブとの接合部におけ
る地震時曲げ破壊を防止可能な杭頭の接合構造及び耐震
杭を提供することを目的とする。

【０００８】また、本発明は、主として地盤からの地震
時強制変形による杭の破壊を防止可能な耐震杭を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る杭頭の接合構造は請求項１に記載した
ように、杭の頭部と上部構造物の基礎部材とを接合して
なる杭頭の接合構造において、前記頭部と前記基礎部材
とを低降伏点鋼材からなる鉄筋を介して接合したもので
ある。

【００１０】また、本発明に係る耐震杭は請求項２に記
載したように、杭本体の杭頭側に塑性ヒンジ部を設けた
ものである。

【００１１】また、本発明に係る耐震杭は請求項３に記
載したように、上部杭本体と下部杭本体との間に塑性ヒ
ンジ部を設けたものである。

【００１２】また、本発明に係る耐震杭は請求項４に記
載したように、上部杭本体と下部杭本体との間及び前記
上部杭本体の杭頭側にそれぞれ塑性ヒンジ部を設けたも
のである。

【００１３】また、本発明に係る耐震杭は、前記塑性ヒ
ンジ部をＲＣで構成したものである。

【００１４】また、本発明に係る耐震杭は、前記塑性ヒ
ンジ部を鋼材で構成したものである。

【００１５】また、本発明に係る耐震杭は、前記塑性ヒ
ンジ部の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材とし、
又はその鉄筋量を減少させて構成した鉄筋籠を掘削孔内
に挿入してコンクリートを打設したものである。

【００１６】また、本発明に係る耐震杭は、前記杭本体
又は前記上部杭本体及び前記下部杭本体を中空鋼管で構
成するとともに前記塑性ヒンジ部を中空鋼管で構成し、
それらを材軸方向に相互に接合したものである。

【００１７】請求項１に係る杭頭の接合構造において
は、杭の頭部と上部構造物の基礎部材とを低降伏点鋼材
からなる鉄筋を介して接合してある。

【００１８】そのため、杭の頭部と上部構造物の基礎部
材との接合部の降伏点が低下することとなり、地震時に
おける水平力が作用しても、杭の頭部が回転変形を生
じ、曲げモーメントがほとんど発生しない。すなわち、
従来は剛接合であった基礎部材と杭頭の接合構造がピン
接合に近い接合構造となり、地震時に水平力が上部構造
物から作用したときに杭の頭部に生じる曲げモーメント
が大幅に低減されるとともに、杭が接合される基礎部材
に生じる曲げモーメントも低減され、かくして杭の頭部
及び基礎部材の曲げ破壊を防止することができる。

【００１９】請求項２に係る耐震杭においては、杭本体
の杭頭側に塑性ヒンジ部を設けてあり、該塑性ヒンジ部
を上部構造物の基礎部材に接合してある。

【００２０】このようにすると、杭本体の頭部側に設け
た塑性ヒンジ部が地震による水平力を上部構造物の基礎
部材から受けたとき、該塑性ヒンジ部は塑性化して回転
変形を生じることとなる。すなわち、本発明に係る耐震
杭は、塑性ヒンジ部を介して上部構造物の基礎部材にピ
ン接合に近い状態で接合されることとなる。したがっ
て、耐震杭の杭頭すなわち塑性ヒンジ部に作用していた
曲げモーメントが大幅に低減されるとともに、耐震杭が
接合される基礎部材に作用する曲げモーメントも低減さ
れ、耐震杭及び基礎部材の曲げ破壊を防止することがで
きる。

【００２１】なお、耐震杭と基礎部材とをどのように接
合するかは任意であり、杭頭側に設けた塑性ヒンジ部と
基礎部材とを剛接合してもかまわない。

【００２２】杭本体をどのように構成するのかは任意で
あり、例えば、ＲＣや鋼管等で構成することが考えられ
る。

【００２３】請求項３に係る耐震杭においては、上部杭
本体と下部杭本体との間に塑性ヒンジ部を設けてある。

【００２４】従来、杭を設計するにあたっては、上部構
造物の常時鉛直荷重に加えて、地震時に上部構造物に作
用する慣性力を地震時水平力として杭頭に作用させ、か
かる常時鉛直荷重及び地震時水平力を設計外力として断
面設計を行うのが一般的であった。

【００２５】しかしながら、実際には地震による地盤の
自由振動が杭に強制変形を与え、その結果、杭には強制
変形による部材力が発生する。そして、杭を設計するに
あたっては、上述したような地震時水平力を杭頭に作用
させたときの部材力を考慮するだけではなく、地盤の自
由振動が与える強制変形による部材力をも考慮する必要
があることが分かってきた。

【００２６】そこで、本出願人は、上述したように上部
杭本体と下部杭本体との間に塑性ヒンジ部を設けておけ
ば、地盤の自由振動によって生じる杭の部材力を低減す
ることができることを見いだした。

【００２７】すなわち、上部杭本体と下部杭本体との間
に塑性ヒンジ部を設けておくと、地盤の自由振動によっ
て杭に強制変形が作用したとしても、かかる強制変形
は、塑性ヒンジ部における回転変形によって拘束が緩和
され、杭に生じる部材力は大幅に低減する。

【００２８】塑性ヒンジ部をどの位置に設けるかは、周
辺地盤から強制変形を受けたときに該強制変形によって
発生するであろう杭の部材力を最も低減することができ
る位置に設定すればよい。具体的には、ボーリング調査
等によって地盤構造を予め把握し、その上で塑性ヒンジ
部の位置をパラメータとした地盤振動解析を行い、塑性
ヒンジ部の位置と杭に生じる部材力との対応関係を調べ
ることにより、最適な塑性ヒンジ部の設置位置を決定す
ることができる。例えば、地盤のせん断剛性やＮ値が急
変する箇所では、地盤の振動振幅も急変し、その箇所を
境に杭が受ける強制変形量が大きく異なる。すなわち、
該箇所にて大きな曲げモーメントが発生することが考え
られるので、この位置に塑性ヒンジ部を設けてピン構造
とすることにより、杭に生じる部材力を低減することが
できる。

【００２９】請求項４に係る耐震杭においては、上部杭
本体と下部杭本体との間及び上部杭本体の杭頭側にそれ
ぞれ塑性ヒンジ部を設けてなり、上部杭本体の杭頭側に
設けた塑性ヒンジ部については、これを上部構造物の基
礎部材に接合してある。

【００３０】このようにすると、地震時においては、上
部構造物の慣性力が地震時水平力として杭頭に作用する
が、上部杭本体の杭頭側に設けた塑性ヒンジ部は、かか
る地震時水平力を受けたときに塑性化して回転変形が生
じ、杭頭には曲げモーメントが殆ど作用しない。

【００３１】一方、地震時においては、杭は上述したよ
うな地震時水平力を杭頭で受けて部材力が発生するが、
かかる上部構造物の慣性力に起因した部材力のみなら
ず、周辺の地盤から受ける強制変形に起因した部材力も
発生する。

【００３２】すなわち、地震時における地盤の自由振動
による強制変形が耐震杭に作用するが、かかる強制変形
により上部杭本体と下部杭本体との間に設けた塑性ヒン
ジ部は塑性化して回転変形が生じるため、地盤からの強
制変形による拘束が緩和され、耐震杭に生じる部材力が
大幅に低減する。

【００３３】要するに、本発明に係る耐震杭は、塑性ヒ
ンジ部を介して上部構造物の基礎部材にピン接合に近い
状態で接合されるとともに、上部杭本体と下部杭本体も
ピン接合に近い状態で接合されることとなる。

【００３４】したがって、上部杭本体の杭頭側に設けた
塑性ヒンジ部によって杭の頭部及び基礎部材に作用して
いた曲げモーメントが大幅に低減されるとともに、地盤
状況などによって耐震杭が大きな強制変形を受けるよう
な場合であっても、所定位置に設けられた塑性ヒンジ部
によって耐震杭に作用する部材力は大幅に低減し、かく
して、頭部及び中間部における耐震杭の破壊と基礎部材
の曲げ破壊を防止することができる。

【００３５】上部杭本体と下部杭本体との間の塑性ヒン
ジ部をどの位置に設けるかは、請求項３と同様にして、
周辺地盤から強制変形を受けたときに該強制変形によっ
て発生するであろう杭の部材力を最も低減することがで
きる位置に設定すればよい。

【００３６】上部杭本体及び下部杭本体をどのように構
成するのかは任意であり、例えば、ＲＣや鋼管等で構成
することが考えられる。また、上部杭本体と下部杭本体
を同じ構成とするのか、異なる構成とするのかも問わな
い。

【００３７】請求項２乃至請求項４に係る塑性ヒンジ部
は、低剛性又は低降伏点となるように構成され、所定の
外力又は強制変形が作用すると塑性化して回転変形を生
じるのであればどのように構成するのかは任意である。

【００３８】また、塑性ヒンジ部をどのような材料で構
成するのかは任意であり、例えば、ＲＣで構成したり、
鋼材で構成したりすることができる。

【００３９】ＲＣで塑性ヒンジ部を構成する場合、例え
ば、塑性ヒンジ部の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点
鋼材とし、又はその鉄筋量を減少させて構成した鉄筋籠
を掘削孔内に挿入してコンクリートを打設することが考
えられる。

【００４０】一方、鋼管で塑性ヒンジ部を構成する場
合、例えば、杭本体又は上部杭本体及び下部杭本体を中
空鋼管で構成するとともに塑性ヒンジ部を中空鋼管で構
成し、それらを材軸方向に相互に接合することが考えら
れる。

【００４１】ここで、かかる塑性ヒンジ部に用いる中空
鋼管は、例えば、低降伏点鋼材からなる鋼管を用いて降
伏点を低くしたり、通常よりも肉厚の薄い鋼管や径の小
さい鋼管を用いて剛性を低くしたりすることによって構
成することが考えられる。

【００４２】また、塑性ヒンジ部を、上述したように杭
本体又は上部杭本体及び下部杭本体と同じ材料で構成し
てＲＣ耐震杭や鋼管耐震杭としてもよいが、異なる材料
のものを組み合わせて複合耐震杭を構成してもかまわな
い。

【００４３】例えば、ＲＣ杭本体に鋼管で構成される塑
性ヒンジ部を接合して耐震杭を構成することが考えられ
る。かかる場合における接合方法は任意であるが、例え
ば、塑性ヒンジ部をフランジ付きの中空鋼管で構成する
とともにＲＣ杭本体の頂部にアンカーボルトを突設して
おき、該アンカーボルトを介して塑性ヒンジ部のフラン
ジをＲＣ杭本体の頂部にボルト接合するようにすること
が考えられる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る杭頭の接合構
造及び耐震杭の実施の形態について、添付図面を参照し
て説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等に
ついては同一の符号を付してその説明を省略する。

【００４５】（第１実施形態）

【００４６】図１は、第１実施形態に係る杭頭の接合構
造１を示した断面図である。同図に示すように、本実施
形態に係る杭頭の接合構造１は、杭であるＲＣ杭２の頭
部と上部構造物の基礎部材であるＲＣ基礎スラブ３とを
低降伏点鋼材からなる鉄筋４を介して接合してある。

【００４７】本実施形態に係る杭頭の接合構造１を構築
するには、まず、杭頭に低降伏点鋼材からなる鉄筋４を
突設したＲＣ杭２を地盤に施工する。ここで、ＲＣ杭２
は、予め工場等で製造された既成杭を用いてもよいし、
掘削した地盤内に鉄筋籠を挿入してコンクリートを打設
する場所打ちコンクリート杭としてもかまわない。

【００４８】次に、ＲＣ杭２から突設した鉄筋４が埋設
されるようにＲＣ基礎スラブ３を打設する。

【００４９】このように構築された杭頭の接合構造１に
おいては、ＲＣ杭２の頭部とＲＣ基礎スラブ３との接合
部の降伏点が低下することとなり、地震時における水平
力が作用しても、ＲＣ杭２の頭部が回転変形を生じ、曲
げモーメントがほとんど発生しない。

【００５０】図２は、ＲＣ杭２に上部構造物からの地震
時水平力が作用した際の曲げモーメントを示した図で、
実線が接合部を剛接合とした杭の曲げモーメント、破線
が接合部を本実施形態に係る接合構造としたＲＣ杭２の
曲げモーメントを表している。この図に示すように、接
合部を剛接合としたときは杭の頭部に大きな曲げモーメ
ントが発生するが、本実施形態に係る杭頭の接合構造１
を用いることによって、ＲＣ杭２の頭部に生じる曲げモ
ーメントが大幅に低減される。

【００５１】以上説明したように、本実施形態に係る杭
頭の接合構造１によれば、従来は剛接合であったＲＣ基
礎スラブ３とＲＣ杭２の頭部との接合構造がピン接合に
近い接合構造となり、地震時に水平力が上部構造物から
作用したときにＲＣ杭２の頭部に生じる曲げモーメント
が大幅に低減されるとともに、ＲＣ杭２が接合されるＲ
Ｃ基礎スラブ３に生じる曲げモーメントも低減され、か
くしてＲＣ杭２の頭部及びＲＣ基礎スラブ３の曲げ破壊
を防止することができる。

【００５２】（第２実施形態）

【００５３】次に、第２実施形態に係る耐震杭について
説明する。なお、第１実施形態と実質的に同一の部品等
については同一の符号を付してその説明を省略する。

【００５４】図３(a)は、本実施形態に係る耐震杭１１
を示した側面図であり、同図に示すように、本実施形態
に係る耐震杭１１は、杭本体１２の杭頭側に塑性ヒンジ
部１３を設けてある。

【００５５】なお、耐震杭１１は上部構造物の基礎部材
１４に接合されることとなるが、耐震杭１１の頭部であ
る塑性ヒンジ部１３と基礎部材１４とをどのように接合
するかは任意であり、杭頭側に設けた塑性ヒンジ部１３
と基礎部材１４とを剛接合してもかまわない。

【００５６】杭本体１２は普通鉄筋を用いたＲＣで構成
してあるとともに、塑性ヒンジ部１３は低降伏点鋼材か
らなる鉄筋を用いたＲＣで構成してある。

【００５７】本実施形態に係る耐震杭１１を構築するに
は、図３(b)に示すように、まず、鉄筋籠１５を掘削孔
１８内に挿入する。ここで、鉄筋籠１５は、塑性ヒンジ
部１３の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材からな
る鉄筋１６で構成してあるとともに、杭本体１２の対応
位置に配筋する鉄筋を普通鉄筋１７で構成してある。

【００５８】次に、掘削孔１８内にコンクリートを打設
する。

【００５９】このように構築された耐震杭１１において
は、杭本体１２の頭部側に設けた塑性ヒンジ部１３が地
震による水平力を上部構造物の基礎部材１４から受けた
とき、該塑性ヒンジ部は塑性化して回転変形を生じるこ
ととなる。すなわち、本実施形態に係る耐震杭１１は、
塑性ヒンジ部１３を介して上部構造物の基礎部材１４に
ピン接合に近い状態で接合されることとなる。

【００６０】したがって、耐震杭１１に上部構造物から
の地震時水平力が作用した際は、第１実施形態と同様、
図２に示したように、接合部を剛接合としたときは杭の
頭部に大きな曲げモーメントが発生するが、本実施形態
に係る耐震杭１１を用いることによって、耐震杭１１の
頭部に生じる曲げモーメントが大幅に低減される。

【００６１】以上説明したように、本実施形態に係る耐
震杭１１によれば、杭頭に作用する曲げモーメントが大
幅に低減されるとともに、該杭頭が接合される基礎部材
１４に作用する曲げモーメントも低減され、かくして、
上部構造物の慣性力による杭頭及び基礎部材での曲げ破
壊を防止することができる。

【００６２】本実施形態では、塑性ヒンジ部１３を低降
伏点鋼材からなる鉄筋１６を用いて低降伏点となるよう
に構成したが、場合によっては、普通鉄筋を用いて塑性
ヒンジ部を構成してもかまわない。かかる場合には、塑
性ヒンジ部の対応位置に配筋する普通鉄筋の鉄筋量を減
少させて低剛性となるように構成することが考えられ
る。

【００６３】また、本実施形態では、杭本体１２及び塑
性ヒンジ部１３をＲＣで構成して耐震杭１１をＲＣ耐震
杭としたが、場合によっては、杭本体を中空鋼管で構成
するとともに塑性ヒンジ部を中空鋼管で構成し、それら
を材軸方向に相互に接合して鋼管耐震杭としてもかまわ
ない。

【００６４】ここで、かかる塑性ヒンジ部に用いる中空
鋼管は、例えば、低降伏点鋼材からなる鋼管を用いて降
伏点を低くしたり、通常よりも肉厚の薄い鋼管や径の小
さい鋼管を用いて剛性を低くしたりすることによって構
成することが考えられる。

【００６５】また、上述したように塑性ヒンジ部と杭本
体とを同じ材料で構成してＲＣ耐震杭や鋼管耐震杭とし
てもよいが、場合によっては、異なる材料のものを組み
合わせて複合耐震杭を構成してもかまわない。

【００６６】図４は、複合耐震杭２１を示した斜視図で
あり、同図に示すようにＲＣで構成される杭本体２２に
鋼管で構成される塑性ヒンジ部２３を接合してなる複合
耐震杭２１で本発明の耐震杭を構成してある。塑性ヒン
ジ部２３は、中空鋼管２５の両端周縁につば状のフラン
ジ２４、２４を設けてなり、該塑性ヒンジ部は、杭本体
２２の頂部に突設されたアンカーボルト２６を用いて該
杭本体の頂部にボルト接合してある。

【００６７】なお、かかる複合耐震杭２１の作用効果は
上述した耐震杭１１の作用効果と同様であるので、ここ
ではその説明を省略する。

【００６８】（第３実施形態）

【００６９】次に、第３実施形態に係る耐震杭について
説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態と実質
的に同一の部品等については同一の符号を付してその説
明を省略する。

【００７０】図５(a)は、本実施形態に係る耐震杭３１
を示した側面図であり、同図に示すように、本実施形態
に係る耐震杭３１は、上部杭本体３２と下部杭本体３３
との間に塑性ヒンジ部３４を設けてある。

【００７１】上部杭本体３２及び下部杭本体３３は普通
鉄筋を用いたＲＣで構成してあるとともに、塑性ヒンジ
部３４は低降伏点鋼材からなる鉄筋を用いたＲＣで構成
してある。

【００７２】塑性ヒンジ部３４をどの位置に設けるか
は、周辺地盤から強制変形を受けたときに該強制変形に
よって発生するであろう耐震杭３１の部材力を最も低減
することができる位置に設定すればよい。具体的には、
ボーリング調査等によって地盤構造を予め把握し、その
上で塑性ヒンジ部３４の位置をパラメータとした地盤振
動解析を行い、塑性ヒンジ部３４の位置と耐震杭３１に
生じる部材力との対応関係を調べることにより、最適な
塑性ヒンジ部３４の設置位置を決定することができる。

【００７３】図６(a)は、本実施形態に係る耐震杭３１
を構築する地盤の構造を示した断面図であり、耐震杭３
１は軟弱層４１、４１の間に存在する剛性の高い中間層
４２を貫通して支持地盤４３まで打ち込んである。図６
(b)は、かかる地盤のＮ値を示した図であり、同図に示
すように、軟弱層４１と中間層４２との境界ではＮ値が
急変しており、このように地盤のＮ値が急変する箇所で
は、地盤の振動振幅も急変し、その箇所を境に杭が受け
る強制変形量が大きく異なる。すなわち、該箇所にて大
きな曲げモーメントが発生することが考えられるので、
例えば同図に示す境界位置に塑性ヒンジ部３４を設ける
ことが考えられる。

【００７４】本実施形態に係る耐震杭３１を構築するに
は、図５(b)に示すように、まず、鉄筋籠３５を掘削孔
１８内に挿入する。ここで、鉄筋籠３５は、塑性ヒンジ
部３４の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材からな
る鉄筋３６で構成してあるとともに、上部杭本体３２及
び下部杭本体３３の対応位置に配筋する鉄筋を普通鉄筋
３７で構成してある。

【００７５】次に、掘削孔１８内にコンクリートを打設
する。

【００７６】このように、上部杭本体３２と下部杭本体
３３との間に塑性ヒンジ部３４を設けておくと、地盤の
自由振動によって耐震杭３１に強制変形が作用したとし
ても、かかる強制変形は、塑性ヒンジ部３４における回
転変形によって拘束が緩和され、耐震杭３１に生じる部
材力は大幅に低減する。したがって、塑性ヒンジ部３４
を介して上部杭本体３２と下部杭本体３３がピン接合に
近い状態で接合されることとなる。

【００７７】図７は、地震時の自由振動による強制変形
が杭に作用した際の部材力を示した図で、実線が塑性ヒ
ンジ部３４を設けない場合の杭の曲げモーメント及びせ
ん断力、破線が塑性ヒンジ部３４を設けた場合の耐震杭
３１の曲げモーメント及びせん断力をそれぞれ表してい
る。この図に示すように、塑性ヒンジ部３４を設けない
ときは軟弱層４１と中間層４２との境界近傍で大きな部
材力が発生するが、本実施形態に係る塑性ヒンジ部３４
を設けることによって、耐震杭３１に生じる部材力が大
幅に低減される。

【００７８】以上説明したように、本実施形態に係る耐
震杭３１によれば、地盤状況などによって大きな強制変
形を受けるような場合であっても、所定位置に設けられ
た塑性ヒンジ部３４によって耐震杭３１に作用する部材
力は大幅に低減し、かくして、地盤の自由振動による破
壊を防止することができる。

【００７９】本実施形態では、塑性ヒンジ部３４を低降
伏点鋼材からなる鉄筋３６を用いて低降伏点となるよう
に構成したが、場合によっては、普通鉄筋を用いて塑性
ヒンジ部を構成してもかまわない。かかる場合には、塑
性ヒンジ部の対応位置に配筋する普通鉄筋の鉄筋量を減
少させて低剛性となるように構成することが考えられ
る。

【００８０】また、本実施形態では、上部杭本体３２、
下部杭本体３３及び塑性ヒンジ部３４を全てＲＣで構成
してなる耐震杭３１、すなわちＲＣ耐震杭で本発明の耐
震杭を構成したが、場合によっては、図８に示すよう
に、上部杭本体５２、下部杭本体５３及びそれらの間に
配置される塑性ヒンジ部５４をそれぞれ中空鋼管で構成
するとともにそれらを材軸方向に相互に接合してなる鋼
管耐震杭５１を本発明の耐震杭としてもかまわない。

【００８１】ここで、かかる塑性ヒンジ部５４に用いる
中空鋼管は、例えば、低降伏点鋼材からなる鋼管を用い
て降伏点を低くしたり、通常よりも肉厚の薄い鋼管や径
の小さい鋼管を用いて剛性を低くしたりすることによっ
て構成することが考えられる。

【００８２】また、上述したように塑性ヒンジ部と上部
杭本体及び下部杭本体とを同じ材料で構成してなるＲＣ
耐震杭や鋼管耐震杭を本発明の耐震杭としてもよいが、
場合によっては、異なる材料のものを組み合わせてなる
複合耐震杭で本発明の耐震杭を構成してもかまわない。

【００８３】なお、かかる複合耐震杭の作用効果は上述
した耐震杭３１の作用効果と同様であるので、ここでは
その説明を省略する。

【００８４】（第４実施形態）

【００８５】次に、第４実施形態に係る耐震杭について
説明する。なお、第１実施形態乃至第３実施形態と実質
的に同一の部品等については同一の符号を付してその説
明を省略する。

【００８６】図９は、本実施形態に係る耐震杭６１を示
した図であり、同図に示すように、本実施形態に係る耐
震杭６１は、上部杭本体６２と下部杭本体６３との間に
塑性ヒンジ部６４を設けるとともに、上部杭本体６２の
杭頭側にも塑性ヒンジ部６５を設けてある。

【００８７】なお、耐震杭６１は上部構造物の基礎部材
に接合することとなるが、耐震杭６１の杭頭側に設けた
塑性ヒンジ部６５と上部構造物の基礎部材とをどのよう
に接合するかは任意であり、杭頭側に設けた塑性ヒンジ
部６５と基礎部材とを剛接合してもかまわない。

【００８８】上部杭本体６２及び下部杭本体６３は普通
鉄筋を用いたＲＣで構成してあるとともに、塑性ヒンジ
部６４、６５は低降伏点鋼材からなる鉄筋を用いたＲＣ
で構成してある。

【００８９】上部杭本体６２と下部杭本体６３との間の
塑性ヒンジ部６４をどの位置に設けるかは、第３実施形
態と同様にして、周辺地盤から強制変形を受けたときに
該強制変形によって発生するであろう杭の部材力を最も
低減することができる位置に設定すればよい。

【００９０】耐震杭６１は、図９に示すように第３実施
形態同様、軟弱層４１、４１の間に存在する剛性の高い
中間層４２を貫通して支持地盤４３まで打ち込んであ
る。軟弱層４１と中間層４２との境界ではＮ値が急変し
ており、このように地盤のＮ値が急変する箇所では、地
盤の振動振幅も急変し、その箇所を境に杭が受ける強制
変形量が大きく異なる。すなわち、該箇所にて大きな曲
げモーメントが発生することが考えられるので、例えば
同図に示す境界位置に塑性ヒンジ部６４を設けることが
考えられる。

【００９１】本実施形態に係る耐震杭６１を構築するに
は、図１０に示すように、まず、鉄筋籠７１を掘削孔１
８内に挿入する。ここで、鉄筋籠７１は、塑性ヒンジ部
６４、６５の対応位置に配筋する鉄筋を低降伏点鋼材か
らなる鉄筋７２で構成してあるとともに、上部杭本体６
２及び下部杭本体６３の対応位置に配筋する鉄筋を普通
鉄筋７３で構成してある。

【００９２】次に、掘削孔１８内にコンクリートを打設
する。

【００９３】このように構築された耐震杭６１において
は、地震時に上部構造物の慣性力が地震時水平力として
耐震杭６１の杭頭に作用するが、上部杭本体６２の杭頭
側に設けた塑性ヒンジ部６５は、かかる地震時水平力を
受けたときに塑性化して回転変形が生じ、杭頭には曲げ
モーメントが殆ど作用しない。

【００９４】一方、地震時においては、耐震杭６１は上
述したような地震時水平力を杭頭で受けて部材力が発生
するが、かかる上部構造物の慣性力に起因した部材力の
みならず、周辺の地盤から受ける強制変形に起因した部
材力も発生する。

【００９５】すなわち、地震時における地盤の自由振動
による強制変形が耐震杭６１に作用するが、かかる強制
変形により上部杭本体６２と下部杭本体６３との間に設
けた塑性ヒンジ部６４は塑性化して回転変形が生じるた
め、地盤からの強制変形による拘束が緩和され、耐震杭
６１に生じる部材力が大幅に低減する。

【００９６】要するに、本実施形態に係る耐震杭６１
は、塑性ヒンジ部６５を介して上部構造物の基礎部材に
ピン接合に近い状態で接合されるとともに、塑性ヒンジ
部６４を介して上部杭本体３２と下部杭本体６３もピン
接合に近い状態で接合されることとなる。

【００９７】以上説明したように、本実施形態に係る耐
震杭６１によれば、上部杭本体６２の杭頭側に設けた塑
性ヒンジ部６５によって耐震杭６１の頭部及び基礎部材
に作用していた曲げモーメントが大幅に低減されるとと
もに、地盤状況などによって耐震杭６１が大きな強制変
形を受けるような場合であっても、所定位置に設けられ
た塑性ヒンジ部６４によって耐震杭６１に作用する部材
力は大幅に低減し、かくして、頭部及び基礎部材の曲げ
破壊並びに中間部における耐震杭６１の破壊を防止する
ことができる。

【００９８】本実施形態では、塑性ヒンジ部６４、６５
を低降伏点鋼材からなる鉄筋７２を用いて低降伏点とな
るように構成したが、場合によっては、普通鉄筋を用い
て塑性ヒンジ部を構成してもかまわない。かかる場合に
は、塑性ヒンジ部の対応位置に配筋する普通鉄筋の鉄筋
量を減少させて低剛性となるように構成することが考え
られる。

【００９９】また、本実施形態では、上部杭本体６２、
下部杭本体６３及び塑性ヒンジ部６４、６５を全てＲＣ
で構成してなる耐震杭６１、すなわちＲＣ耐震杭で本発
明の耐震杭を構成したが、場合によっては、上部杭本
体、下部杭本体、それらの間に配置される塑性ヒンジ部
及び上部杭本体の杭頭側に配置される塑性ヒンジ部をそ
れぞれ中空鋼管で構成するとともにそれらを材軸方向に
相互に接合してなる鋼管耐震杭を本発明の耐震杭として
もかまわない。

【０１００】ここで、かかる塑性ヒンジ部に用いる中空
鋼管は、例えば、低降伏点鋼材からなる鋼管を用いて降
伏点を低くしたり、通常よりも肉厚の薄い鋼管や径の小
さい鋼管を用いて剛性を低くしたりすることによって構
成することが考えられる。

【０１０１】また、上述したように塑性ヒンジ部と上部
杭本体及び下部杭本体とを同じ材料で構成してなるＲＣ
耐震杭や鋼管耐震杭を本発明の耐震杭としてもよいが、
場合によっては、異なる材料のものを組み合わせてなる
複合耐震杭で本発明の耐震杭を構成してもかまわない。

【０１０２】なお、かかる複合耐震杭の作用効果は上述
した耐震杭６１の作用効果と同様であるので、ここでは
その説明を省略する。

【０１０３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る杭頭の
接合構造及び耐震杭によれば、主として上部構造物から
の地震時水平力によって杭頭に作用する曲げモーメント
が大幅に低減されるとともに、杭が接合される基礎部材
に作用する曲げモーメントも低減され、杭頭と基礎部材
との接合部における地震時曲げ破壊を防止することがで
きる。

【０１０４】また、本発明に係る耐震杭によれば、地盤
状況などによって大きな強制変形を受けるような場合で
あっても、所定位置に設けられた塑性ヒンジ部によって
耐震杭に作用する部材力は大幅に低減し、かくして、地
盤の自由振動による破壊を防止することができる。

【０１０５】

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る杭頭の接合構造を示した断
面図。

【図２】第１実施形態に係る杭頭の接合構造の作用を示
した図。

【図３】第２実施形態に係る耐震杭を示した図であり、
(a)は側面図、(b)は施工図。

【図４】第２実施形態の変形例に係る耐震杭を示した斜
視図。

【図５】第３実施形態に係る耐震杭を示した図であり、
(a)は側面図、(b)は施工図。

【図６】第３実施形態に係る耐震杭の作用を示した図。

【図７】第３実施形態に係る耐震杭の作用を示した図。

【図８】第３実施形態の変形例に係る耐震杭を示した斜
視図。

【図９】第４実施形態に係る耐震杭を示した全体図。

【図１０】第４実施形態に係る耐震杭を示した施工図。

【符号の説明】

１杭頭の接合構造２ＲＣ杭（杭）３ＲＣ基礎スラブ（基礎部
材）４鉄筋１１、３１、６１耐震杭１２、２２杭本体１３、２３、６５塑性ヒンジ部１５、３５、７１鉄筋籠１６、３６、７２鉄筋１８掘削孔２１複合耐震杭（耐震杭）２５中空鋼管３２、５２、６２上部杭本体３３、５３、６３下部杭本体３４、５４、６４塑性ヒンジ部５１鋼管耐震杭（耐震杭）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】杭の頭部と上部構造物の基礎部材とを接
合してなる杭頭の接合構造において、前記頭部と前記基
礎部材とを低降伏点鋼材からなる鉄筋を介して接合した
ことを特徴とする杭頭の接合構造。
【請求項２】杭本体の杭頭側に塑性ヒンジ部を設けた
ことを特徴とする耐震杭。
【請求項３】上部杭本体と下部杭本体との間に塑性ヒ
ンジ部を設けたことを特徴とする耐震杭。
【請求項４】上部杭本体と下部杭本体との間及び前記
上部杭本体の杭頭側にそれぞれ塑性ヒンジ部を設けたこ
とを特徴とする耐震杭。
【請求項５】前記塑性ヒンジ部をＲＣで構成した請求
項２乃至請求項４記載の耐震杭。
【請求項６】前記塑性ヒンジ部を鋼材で構成した請求
項２乃至請求項４記載の耐震杭。
【請求項７】前記塑性ヒンジ部の対応位置に配筋する
鉄筋を低降伏点鋼材とし、又はその鉄筋量を減少させて
構成した鉄筋籠を掘削孔内に挿入してコンクリートを打
設した請求項５記載の耐震杭。
【請求項８】前記杭本体又は前記上部杭本体及び前記
下部杭本体を中空鋼管で構成するとともに前記塑性ヒン
ジ部を中空鋼管で構成し、それらを材軸方向に相互に接
合した請求項６記載の耐震杭。