JP2004162374A - 杭と柱の接合構造および接合工法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】PHC杭1と同一外径寸法の接合鋼管3をPHC杭の頂部端板5に固定し、接合鋼管内に鉄骨柱2の柱脚部を差し込み、接合鋼管内に充填したコンクリート4により柱脚部を接合鋼管に対して固着する。柱脚部の差し込み長さを柱幅寸法Bの1.5倍以上とし、柱脚と杭頭との間に杭径φの1/4以上の寸法を確保する。柱脚に中心孔8を有するベースプレート7を設ける。その施工は、予め接合鋼管を頂部端板に固定したPHC杭を地中に埋設した後、柱脚部を接合鋼管内に差し込んで仮支持し、コンクリートを打設充填する。頂部端板に剥離テープを貼付しておき、コンクリートの打設充填に際して剥離テープを剥離する。鉄骨柱の位置決めと仮支持を行うための仮設の治具として井桁状の支持フレームを用いる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、フーチングや基礎梁を必要とすることなくPHC杭と鉄骨柱とを接合するための構造および工法に関する。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、建物の杭と柱は基礎(フーチングや基礎梁等)を介して接合されるものであるが、近年においては工期短縮とコスト削減を主目的として、基礎を省略して杭と柱とを直接的に接合する工法が試みられている。このような工法としては、たとえば特許文献1や特許文献2に示されるように、杭として中空杭を採用してその杭頭部に柱脚部を差し込み、杭頭部にコンクリートやモルタルを充填して杭頭部と柱脚部を一体化するものが提案されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2001−295286
【特許文献2】
特開2002−138495
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の工法では、いずれも杭頭部に柱脚部を差し込むものであることから、杭全体の径を必要以上に大きくしたり、あるいは杭頭部を拡径する必要があり、また特許文献1に示されるものは特殊な接合金物を必要とするので、それらの点で改善の余地があった。
【0005】
上記事情に鑑み、本発明は、杭としてPHC杭を採用するとともに柱として鉄骨柱を採用し、それらPHC杭と鉄骨柱とを基礎を介することなく確実かつ容易に接合するための有効適切な構造と工法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、PHC杭と鉄骨柱との接合構造であって、外径寸法がPHC杭と同一の接合鋼管がPHC杭の頂部端板に固定され、その接合鋼管内に鉄骨柱の柱脚部が差し込まれて、接合鋼管内に充填されたコンクリートにより柱脚部が接合鋼管に対して固着され、そのコンクリートと頂部端板との係合により柱軸力がPHC杭に伝達可能とされていることを特徴とする。
【0007】
請求項2の発明は、請求項1の発明において、接合鋼管内への柱脚部の差し込み長さが柱幅寸法の1.5倍以上に設定され、柱脚と杭頭との間には杭径の1/4以上の寸法が確保されていることを特徴とする。
【0008】
請求項3の発明は、請求項1または2の発明において、鉄骨柱の柱脚にはベースプレートが設けられ、そのベースプレートには中心孔が形成されていることを特徴とする。
【0009】
請求項4の発明は、請求項1,2または3の発明の構造により杭と柱とを接合するための工法であって、予め接合鋼管を頂部端板に固定したPHC杭を地中に埋設した後、鉄骨柱を建て込んでその柱脚部を接合鋼管内に差し込んだ状態で仮支持し、接合鋼管内にコンクリートを打設充填することを特徴とする。
【0010】
請求項5の発明は、請求項4の発明において、PHC杭の頂部端板に予め剥離テープを貼付しておき、接合鋼管内へのコンクリートの打設充填に際して剥離テープを剥離して清浄な頂部端板を露出せしめることを特徴とする。
【0011】
請求項6の発明は、請求項3または4の発明において、鉄骨柱を建て込むに際しては、鉄骨柱の位置決めと仮支持を行うための仮設の治具として井桁状の支持フレームを用いることを特徴とする。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の接合構造の実施形態を図1および図2に示す。本実施形態では、杭としてPHC杭1を採用するとともに、柱として鉄骨柱2を採用し、それらPHC杭1と鉄骨柱2とを接合鋼管3およびその内部に充填したコンクリート4を介して接合するようにしたものである。
【0013】
図1に示すように、PHC杭(プレテンション方式遠心力プレストレストコンクリートパイル)1は中空円筒状をなし、その上端には環状の頂部端板5が設けられ、中空部全体には杭孔内の土とセメントミルクが懸濁したソイルセメント6が充填されている。また、本実施形態では鉄骨柱2として角形断面の鋼管柱が採用され、その下端(柱脚)にはベースプレート7が設けられ、ベースプレート7には中心孔8が形成されている。
【0014】
接合鋼管3は、外径寸法φがPHC杭1と同一とされ、この接合鋼管3はPHC杭1と同軸状態でその下端が頂部端板5に直接的に溶接されて接合されている。図2に示すように接合鋼管3の肉厚tsはPHC杭1の肉厚tpよりも小さい(薄い)ことから、接合鋼管3がPHC杭1に接合された状態ではその接合部の内側にそれらの肉厚差δtに相当する段差が生じ、したがって接合鋼管3内に充填されたコンクリート4がその段部に係合し、頂部端板5が支圧面となってコンクリート4からPHC杭1へ軸力が確実に伝達されるようになっている。
【0015】
そして、その接合鋼管3の内部に鉄骨柱2の下端部(柱脚部)が差し込まれ、接合鋼管3の内部全体にコンクリート4が打設充填されるとともに、鉄骨柱2の柱脚部の内部にも同レベルまでコンクリート4が充填され、そのコンクリート4により柱脚部が接合鋼管3に対して強固に固着されたものとなっている。ここで、図1(a)に示すように、接合鋼管3内への柱脚部の差し込み長さは柱幅寸法Bの1.5倍以上に設定され、柱脚と杭頭との間にはPHC杭1の杭径φの1/4以上の寸法が確保されている。
【0016】
上記の接合構造によれば、PHC杭1の杭頭に接合した接合鋼管3内に鉄骨柱2の柱脚部を差し込んでコンクリート4により固着するので、鉄骨柱2をPHC杭1に対して確実に剛接合でき、充分な接合強度を確保することができる。特に、鉄骨柱2にはベースプレート7が設けられているとともに、接合鋼管3とPHC杭1との接合部にはそれらの肉厚差によってコンクリート4が係合する段部が自ずと形成されるので、柱脚部にスタッドやウイングプレート等のシアキーを格別に設けずとも、図1(a)に矢印で示すように柱軸力が鉄骨柱2からコンクリート4を介してPHC杭1に確実に伝達される。また、接合鋼管3に対する柱脚部の差し込み長さと、柱脚と杭頭との間の寸法を上記のように設定していることにより、コンクリート4および接合鋼管3を介して鉄骨柱2とPHC杭1との間で曲げおよび剪断も有効に伝達される。
【0017】
そして、接合鋼管3としてPHC杭1の杭径φと同一外径寸法のものを用いており、それを頂部端板5に対して直接的に溶接しているので、鉄骨柱2が挿入される接合鋼管3の内法寸法はPHC杭1の内法寸法より自ずと大きくなり、従来のように杭径を必要以上に大きくしたり杭頭部を拡径する必要がなく、そのため、従来のようにPHC杭1に生じる地中モーメントや杭頭モーメントが徒に大きくなることがないので構造的に合理的であるし、杭施工時の掘削土量を削減することができるので施工性の点でも有利である。勿論、PHC杭1に対する接合鋼管3の溶接は杭製作時に工場において容易にかつ精度良く行うことができるし、必要な資材は単なる接合鋼管3とその内部に充填するコンクリート4だけであるので、その施工は何等面倒ではないし、さして費用を要するものでもない。
【0018】
上記構造によりPHC杭1と鉄骨柱2を接合するための施工手順を図3〜図5を参照して具体的に説明する。まず、図3に示すように、PHC杭1を製作した際にその頂部端板5に接合鋼管3を溶接して接合しておく。そして、頂部端板5の表面には剥離テープ10を貼付しておき、後工程においてその剥離テープ10を容易に剥離し得るように引き出し線11を接合鋼管3の外側にまで伸ばしておく。
【0019】
通常のPHC杭施工法、たとえばPHC杭1の中空部にオーガーを挿入して掘削排土しながらPHC杭1を埋設し、オーガー引抜時に中空部にソイルセメント6を充填するという中堀り工法、あるいは杭孔を先行掘削してその孔内にセメントミルク6を底部から注入しながらオーガーを引き抜いてPHC杭1を挿入するというプレボーリング工法等により、図4に示すようにPHC杭1を地中に埋設する。そして、接合鋼管3内からソイルセメント6を除去してその内部を清掃した後、引き出し線11を引っ張って剥離テープ10を剥離し、頂部端板5の清浄な表面を接合鋼管3内に露出させる。さらに、鉄骨柱2を建て込むための仮設の治具としての支持フレーム12を接合鋼管3上に設置する。支持フレーム12は(c)に示すように、2本のチャンネル材13の上下に計4本の連結材14をボルトにより連結して井桁状に組み、ボルトを外すことで容易に解体可能なものであり、その内側に鉄骨柱2を通して位置決めし仮支持することが可能なものである。
【0020】
図5に示すように、鉄骨柱2の下端部の周面に予めアングル材等からなる取付ピース15を溶接しておき、その取付ピース15に溶接したナット16に対してレベル調整ボルト17を下向きに螺着しておく。そして、鉄骨柱2の柱脚部を支持フレーム12内に挿入し、レベル調整ボルト17を介して鉄骨柱2の重量を支持フレーム12に預けて仮支持しつつ、水平方向の位置決めおよびレベル調整を行う。しかる後に、接合鋼管3内全体にコンクリート4を充填するとともに、鉄骨柱2の内部にも同レベルまでコンクリート4を充填する。この際、ベースプレート7に充分な大きさの中心孔8を形成しておけば、鉄骨柱2の内外のコンクリート4の天端が自ずと揃うし、コンクリート4の打設時にその浮力が鉄骨柱2に作用することを防止できる。所定のコンクリート強度が発現するまので養生期間が経過するのを待って支持フレーム12を解体して撤去し、必要に応じて鉄骨柱2から取付ピース15を溶断すれば接合作業の完了となる。なお、取付ピース15は邪魔でなければ溶断することなくそのまま残しても良い。また、支持フレーム12の下側の連結材14はコンクリート4に埋め殺しても良い。
【0021】
上記工法によれば、PHC杭1の杭頭に溶接した接合鋼管3内に鉄骨柱2の柱脚部を差し込んでコンクリート4を打設することのみで、PHC杭1と鉄骨柱2を確実に剛接合することができるし、その施工に際しては何等特殊な機材や技量を必要とすることなく、極めて施工性に優れるものである。特に、PHC杭1の頂部端板5に予め剥離テープ10を貼付しておいて、コンクリート4の打設に先立ってその剥離テープ10を剥離するようにしたので、頂部端板5の表面にソイルセメント等の異物が残ってしまって支圧面としての機能が損なわれるようなことを簡易な手法で確実に防止することができる。また、鉄骨柱2の建て込みに際しては仮設の支持フレーム12を用いるようにしたので、鉄骨柱2の位置決めと仮支持を容易にかつ安全に行うことができるし、その支持フレーム12は何等複雑なものではないので安価に製作できるし、これは繰り返し転用することも可能であるから、廃材となるのは鉄骨柱2に取り付ける取付ピース15のみであり、この点においても合理的である。
【0022】
以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、本発明は上記実施形態に限定されることなく様々な設計的変更が可能であり、たとえば以下に列挙するような変形例、応用例が考えられる。
【0023】
上記実施形態では接合鋼管3をPHC杭1の頂部端板5に溶接することとしたが、溶接に代えてボルト締結により嵌合接合する等、他の固定手段によることでも良い。
【0024】
上記実施形態では鉄骨柱2として角形鋼管柱を採用したが、円形鋼管柱はもとよりH形鋼等の適宜断面の鉄骨柱の場合にも同様に適用可能であることはいうまでもない。また、鋼管柱を採用する場合には、上記実施形態のようにその柱脚部にコンクリートを充填することが好ましいが、鋼管柱の肉厚が大きいような場合にはコンクリート充填を省略しても良い。また、ベースプレートの有無、ベースプレートの中心孔の有無は任意である。なお、必要であれば、接合鋼管3の内面や柱脚部に、コンクリート4に対するシアキーとしてのスタッド等を付加することを妨げるものではない。
【0025】
コンクリート充填に際して頂部端板5を他の手法により清浄化できる場合等には、上記実施形態における剥離テープの貼付を省略しても良いし、それに代えて適宜のカバー類を取り外し可能に装着しておくようなことでも良い。また、鉄骨柱2を建て込む際に用いる仮設の治具としての支持フレーム12も、鉄骨柱2を仮支持しつつ位置決めできるものであれば適宜の形態のものを採用可能である。
【0026】
【発明の効果】
請求項1の発明は、PHC杭の頂部端板に接合鋼管を固定し、その内部に鉄骨柱の柱脚部を差し込んでコンクリートにより固着する構造であるので、極めて単純にして明快な構造で柱と杭とを確実に接合することができる。特に、PHC杭と接合鋼管との肉厚差により生じる段差によってコンクリートが杭頭部に係合し、頂部端板が支圧面となることで柱軸力をコンクリートを介して確実に伝達することができる。また、接合鋼管として杭径と同一外径寸法のものを用いたので、杭頭部や杭全体の杭径が必要以上に大きくなることもない。
【0027】
請求項2の発明は、接合鋼管内への柱脚部の差し込み長さを柱幅寸法の1.5倍以上に設定し、柱脚と杭頭との間には杭径の1/4以上の寸法を確保したので、接合鋼管およびコンクリートを介して鉄骨柱と杭との間で軸力のみならず曲げおよび剪断も有効に伝達することができる。
【0028】
請求項3の発明は、鉄骨柱の柱脚にベースプレートを設けたので、鉄骨柱からコンクリートへの柱軸力の伝達をより確実に行うことができるし、そのベースプレートには中心孔を形成したので、コンクリート打設時の浮力が鉄骨柱に作用することも防止できる。
【0029】
請求項4の発明は、予め接合鋼管を頂部端板に固定したPHC杭を地中に埋設した後、鉄骨柱を建て込んでその柱脚部を接合鋼管内に差し込んだ状態で仮支持し、接合鋼管内にコンクリートを打設充填するので、何等特殊な機材や技量を必要とすることなく杭と柱とを確実に接合でき、極めて施工性に優れるものであるので、工期短縮、工費削減に大きく寄与し得る。
【0030】
請求項5の発明は、PHC杭の頂部端板に予め剥離テープを貼付しておき、接合鋼管内へのコンクリートの打設充填に際して剥離テープを剥離して清浄な頂部端板を露出せしめるので、頂部端板の表面に異物が付着して支圧面としての機能が損なわれるようなことを簡易な手法で確実に防止することができる。
【0031】
請求項6の発明は、鉄骨柱を建て込むに際してその位置決めと仮支持を行うための仮設の治具として井桁状の支持フレームを用いるので、鉄骨柱の建て方を容易にかつ安全に行うことができることはもとより、支持フレームは安価に製作でき、繰り返し転用することも可能であるので合理的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の接合構造の実施形態を示す立断面図および水平断面図である。
【図2】同、要部(図1(a)におけるII部)の拡大図である。
【図3】本発明の接合工法の実施形態を示すもので、PHC杭に接合鋼管を取り付けた状態を示す図である。
【図4】同、PHC杭を地中に埋設した状態を示す図である。
【図5】同、鉄骨柱を建て込み、コンクリートを充填した状態を示す図である。
【符号の説明】
1 PHC杭
2 鉄骨柱
3 接合鋼管
4 コンクリート
5 頂部端板
6 ソイルセメント
7 ベースプレート
8 中心孔
10 剥離テープ
11 引き出し線
12 支持フレーム
13 チャンネル材
14 連結材
15 取付ピース
16 ナット
17 レベル調整ボルト
B 柱幅寸法
φ 杭径
Claims (6)
- PHC杭と鉄骨柱との接合構造であって、外径寸法がPHC杭と同一の接合鋼管がPHC杭の頂部端板に固定され、その接合鋼管内に鉄骨柱の柱脚部が差し込まれて、接合鋼管内に充填されたコンクリートにより柱脚部が接合鋼管に対して固着され、そのコンクリートと頂部端板との係合により柱軸力がPHC杭に伝達可能とされていることを特徴とする柱と杭の接合構造。
- 請求項1記載の杭と柱の接合構造であって、接合鋼管内への柱脚部の差し込み長さが柱幅寸法の1.5倍以上に設定され、柱脚と杭頭との間には杭径の1/4以上の寸法が確保されていることを特徴とする杭と柱の接合構造。
- 請求項1または2記載の杭と柱の接合構造であって、鉄骨柱の柱脚にはベースプレートが設けられ、そのベースプレートには中心孔が形成されていることを特徴とする杭と柱の接合構造。
- 請求項1,2または3記載の構造により杭と柱とを接合するための工法であって、予め接合鋼管を頂部端板に固定したPHC杭を地中に埋設した後、鉄骨柱を建て込んでその柱脚部を接合鋼管内に差し込んだ状態で仮支持し、接合鋼管内にコンクリートを打設充填することを特徴とする杭と柱の接合工法。
- 請求項4記載の杭と柱の接合工法であって、PHC杭の頂部端板に予め剥離テープを貼付しておき、接合鋼管内へのコンクリートの打設充填に際して剥離テープを剥離して清浄な頂部端板を露出せしめることを特徴とする請求項4記載の杭と柱の接合工法。
- 請求項3または4記載の杭と柱接合工法であって、鉄骨柱を建て込むに際しては、鉄骨柱の位置決めと仮支持を行うための仮設の治具として井桁状の支持フレームを用いることを特徴とする杭と柱の接合工法。
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