JP2007100337A - 杭と構造物基礎との接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 杭と構造物の基礎との接合構造における曲げモーメントを低減させ、構造物の基礎と鋼材柱との接合部の鉄筋量を低減させて基礎の厚さを薄くしてコストの低減を図るようにした。
【解決手段】 内径寸法がＰＨＣ杭１より大きくなるように内径差を有した接合鋼管３をＰＨＣ杭１の頂部端板７に固定させ、接合鋼管３内に鋼管柱２の柱脚部２ｂを差し込ませて接合鋼管３内に充填されたコンクリート４により柱脚部２ｂを接合鋼管３に対して固着させる。コンクリート４と頂部端板７との係合により柱軸力がＰＨＣ杭１に伝達可能となり、鋼管柱２の内部にコンクリート４を充填させ、鋼管柱２の上部２ａをフーチング５に埋設させている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＰＨＣ杭などを鋼材柱を接合した基礎を介して構造物に接合するための杭と構造物基礎との接合構造に関する。

周知のように構造物の杭と柱は基礎（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、近年では、基礎の配筋を簡素化して施工性及び経済性を向上させることを目的とする接合構造が試みられている。
このような構造として、例えば特許文献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し、さらに柱脚部の上部を基礎に埋め込んで接合するものが提案されている。これによると、柱脚部の断面が杭断面の寸法より小さいため、基礎と柱脚部との接合部における曲げモーメントを低減でき、この基礎の配筋を簡易化することで鉄筋量を低減できる効果がある。
特許文献１は、フーチング（基礎）と鋼管杭とを連結する接続部鋼管（柱脚部）を設けた接合構造である。接続部鋼管内にはコンクリートが充填されることで、接続部鋼管とフーチング及び鋼管杭がコンクリートを介して接合した構造である。
特許文献２は、基礎梁（基礎）を上下方向に貫通させた鉄骨の下端を場所打ちコンクリート杭の杭頭部に挿入させた状態で、場所打ちコンクリート杭の内側及び鉄骨の周囲にコンクリートを打設したものである。これにより、鉄骨コンクリート柱（柱脚部）を介して杭と基礎梁とが接続されている。
特開２００１−１５９１４２号公報 特開２０００−１４４９０４号公報

しかしながら、特許文献１および特許文献２では、いずれも杭頭部に接続部鋼管や鉄骨コンクリート柱などの柱脚部を差し込む構造であり、杭と柱脚部との接合部は、剛性を高めて接合しておく必要があるために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したりする必要があるうえ、杭頭部の鉄筋量が増えるといった欠点があった。このように、杭頭部の外径が大きくなると杭頭曲げモーメントが大きくなることから、構造上の改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、杭と構造物の基礎との接合構造における曲げモーメントを低減させ、構造物の基礎と鋼材柱との接合部の鉄筋量を低減させて基礎の厚さを薄くしてコストの低減を図るようにした杭と構造物基礎との接合構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る杭と構造物基礎との接合構造では、内径寸法が杭より大きくなるように内径差を有した接合鋼管が杭の杭頭部に固定され、接合鋼管内に鋼材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、コンクリートと杭頭部との係合により柱軸力が杭に伝達可能とされ、鋼材柱の上部が構造物の基礎に埋設されている又は基礎を貫通していることを特徴としている。
本発明では、杭頭部に接合鋼管を固定し、その内部に鋼材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鋼材柱と杭とを確実に剛接合することができる。とくに、杭と接合鋼管との内径寸法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、杭頭部の頂部端部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、杭と柱脚部との接合に接合鋼管を使用した構造とすることで、従来のように杭に柱脚部を直接的に接合する場合と比べて杭頭部を拡径したり、杭全体の外径を大きくしたりすることが無くなる。さらに、鋼材柱の外径が杭径より小さいことから、構造物の基礎に生じる曲げモーメントを小さくして応力伝達を図ることができる。このため、構造物の基礎と鋼材柱との接合部の配筋を簡易化して鉄筋量を低減することができる。

また、本発明に係る杭と構造物基礎との接合構造では、鋼材柱の内部にはコンクリートが充填されていることが好ましい。
本発明では、鋼材柱をコンクリートを介して接合鋼管に強固に固着させることができる

また、本発明に係る杭と構造物基礎との接合構造では、接合鋼管内への柱脚部の差し込み長さが柱脚部の柱幅寸法の１．５倍以上に設定され、柱脚部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が好ましい。
本発明では、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、柱脚部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鋼材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。

本発明の杭と構造物基礎との接合構造によれば、杭と柱脚部との接合に接合鋼管を使用した構造とすることで、従来のように杭に柱脚部を直接的に接合する場合と比べて杭頭部を拡径したり、杭全体の外径を大きくしたりする必要が無くなる。そして、鋼材柱の外径が杭径より小さくなるため、杭頭曲げモーメントを小さくでき、杭頭部における鋼材柱との接合部の配筋を簡易化して鉄筋量を低減することができる。
また、鋼材柱の外径が杭径より小さいことから、構造物の基礎に生じる曲げモーメントを小さくして応力伝達を図ることができる。このため、構造物の基礎と鋼材柱との接合部の配筋を簡易化して鉄筋量を低減することができることから、基礎の厚さを薄く（小さく）でき、コストの低減を図ることができる。

以下、本発明の杭と構造物基礎との接合構造の第一の実施の形態について、図１又は図２に基づいて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態による杭とフーチングとの接合構造を示す立断面図、図２は図１に示す接合構造の水平断面図であって、（ａ）はそのＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線断面図である。

図１に示すように、本第一の実施の形態では、杭としてＰＨＣ杭１（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）を採用するとともに、ＰＨＣ杭１に連結する柱として円筒形状をなす鋼管柱２（鋼材柱）を採用し、それらＰＨＣ杭１と鋼管柱２とを接合鋼管３を介して接合するようにしたものである。
さらに、鋼管柱２は、その上部２ａをフーチング５（構造物基礎）の内部に所定長さをもって埋設され、フーチング５を介してフーチング上部５ａに設置された柱６に接続されている。
なお、フーチング５の下端５ｂと接合鋼管３の上端３ｂとの間には、隙間Ｄが確保されている。これにより、隙間Ｄに位置する鋼管柱２を介してその上下部夫々にＰＨＣ杭１とフーチング５とが接合された状態となっている。

図１に示すように、ＰＨＣ杭１は中空円筒状をなし、その上端には例えばスチールなどの鋼製材料からなる環状の頂部端板７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８が充填されている。また、鋼管柱２の下端には、鋼管柱２より大きな断面の円盤状のベースプレート９が設けられている。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、接合鋼管３は、外径φ１がＰＨＣ杭１の外径φ２と同一とされ、この接合鋼管３はＰＨＣ杭１と同軸でその下端３ａが頂部端板７に直接的に溶接されて接合されている（図１参照）。

そして、図１に示すように、その接合鋼管３の内部に鋼管柱２の柱脚部２ｂ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、鋼管柱２の内部にもコンクリート４が充填され、そのコンクリート４により鋼管柱２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に示すように、接合鋼管３内への鋼管柱２の差し込み長さは外径φ３（図２（ａ）参照）の１．５倍以上に設定され、柱脚部２ｂと杭頭部１ａとの間にはＰＨＣ杭１の杭径φ２（図２（ｂ）参照）の１／４以上の寸法が確保されている。

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（ｔｐ−ｔｓ）に相当する段差、即ち接合鋼管３とＰＨＣ杭１との内径寸法差が生じ、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７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。

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内に鋼管柱２の柱脚部２ｂを差し込んでコンクリート４により固着するので、鋼管柱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。とくに、鋼管柱２にはベースプレート９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、図１に矢印で示すように柱軸力が鋼管柱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２ｂの差し込み長さと、柱脚部２ｂと杭頭部１ａ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を介して鋼管柱２とＰＨＣ杭１との間で曲げ及びせん断も有効に伝達される。

そして、接合鋼管３としてＰＨＣ杭１の杭径φ２と同一外径寸法のものを用いており、それを頂部端板７に対して直接的に溶接しているので、鋼管柱２が差し込まれる接合鋼管３の内径寸法はＰＨＣ杭１の内径寸法より大きくなり、従来のように杭径φ２を必要以上に大きくしたり、杭頭部１ａを拡径する必要がなく、そのため、従来のようにＰＨＣ杭１に生じる杭頭曲げモーメントが必要以上に大きくなることがない。

また、フーチング５に埋設される鋼管柱２の外径φ３が杭径φ２より小径となっているため、杭頭部１ａをフーチング５に埋設させる接合構造と比較して、フーチング５への埋設深さが短くてよく、フーチング５内に埋設された鋼管柱２の上方におけるフーチング５の被り厚さを小さくできる。このため、フーチング５の厚さ、大きさを小さくすることができる。このように、ＰＨＣ杭１とフーチング５とを効率よく伝達できる接合構造を実現できる。

上述した本第一の実施の形態による杭と構造物基礎との接合構造では、ＰＨＣ杭１と柱脚部２ｂとの接合に接合鋼管３を使用した構造とすることで、従来のように杭に柱脚部を直接的に接合する場合と比べて杭頭部１ａを拡径したり、杭全体の外径φ２を大きくしたりする必要が無くなる。そして、鋼管柱２の外径φ３が杭径φ２より小さくなるため、杭頭曲げモーメントを小さくでき、杭頭部１ａにおける鋼管柱２との接合部の配筋を簡易化して鉄筋量を低減することができる。
また、鋼管柱２の外径φ３が杭径φ２より小さいことから、構造物の基礎に生じる曲げモーメントを小さくして応力伝達を図ることができる。このため、フーチング５と鋼管柱２との接合部の配筋を簡易化して鉄筋量を低減することができることから、フーチング５の厚さを薄く（小さく）でき、コストの低減を図ることができる。

次に、本発明の第二の実施の形態について、図３に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図３は本発明の第二の実施の形態による杭とフーチングとの接合構造を示す立断面図である。
図３に示すように、第二の実施の形態は、構造物の柱として鋼管柱２を使用する場合であり、接合鋼管３の内側に差し込ませて接合した鋼管柱２をフーチング５に貫通させ、その上方に突出させた接合構造である。鋼管柱２は、この貫通箇所でフーチング５に接合されている。
第二の実施の形態についても、杭頭部１ａと鋼管柱２との接合構造は第一の実施の形態と同様であり、杭頭曲げモーメントを従来と比較して小さくすることができ、第一の実施の形態と同様の効果を奏する。

以上、本発明による杭と構造物基礎との接合構造の第一及び第二の実施の形態について説明したが、本発明は上記の第一及び第二の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、第一及び第二の実施の形態ではＰＨＣ杭１としているが、これに限らず例えばＳＣ杭（外殻鋼管付きコンクリート杭）やＲＣ杭（遠心力鉄筋コンクリート杭）などの既製コンクリート杭に使用してもよい。
また、第一及び第二の実施の形態では鋼管柱２に円形断面のものを採用しているが、円形に限定されることはなく、例えば角型鋼管柱やＨ型鋼などの適宜断面の鋼材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２を採用する場合には、上記第一及び第二の実施の形態のように、その柱脚部２ｂにコンクリート４を充填することが好ましいが、鋼管柱２の肉厚が大きいような場合にはコンクリート４の充填を省略してもよい。
また、第一及び第二の実施の形態ではベースプレート９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２ｂに、コンクリート４に対するずれ止めとしてのスタッド等を付加してもかまわない。
さらに、第一及び第二の実施の形態では接合鋼管３をＰＨＣ杭１の頂部端板７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よい。そして、ＳＣ杭などの場合には、頂部端板７を設けずにＳＣ杭の外殻鋼管に接合鋼管３を直接固着するようにしてもよい。

本発明の第一の実施の形態による杭とフーチングとの接合構造を示す立断面図である。 図１に示す接合構造の水平断面図であって、（ａ）はそのＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は同じくＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の第二の実施の形態による杭とフーチングとの接合構造を示す立断面図である。

符号の説明

１ ＰＨＣ杭
１ａ 杭頭部
２ 鋼管柱
２ｂ 柱脚部
３ 接合鋼管
４ コンクリート
５ フーチング（構造物基礎）
６ 柱
７ 頂部端板
９ ベースプレート

Claims (3)

1. 内径寸法が杭より大きくなるように内径差を有した接合鋼管が前記杭の杭頭部に固定され、前記接合鋼管内に鋼材柱の柱脚部が差し込まれて、前記接合鋼管内に充填されたコンクリートにより前記柱脚部が前記接合鋼管に対して固着され、前記コンクリートと前記杭頭部との係合により柱軸力が杭に伝達可能とされ、
   前記鋼材柱の上部が構造物の基礎に埋設されている又は前記基礎を貫通していることを特徴とする杭と構造物基礎との接合構造。
2. 前記鋼材柱の内部にはコンクリートが充填されていることを特徴とする請求項１に記載の杭と構造物基礎との接合構造。
3. 前記接合鋼管内への前記柱脚部の差し込み長さが前記柱脚部の柱幅寸法の１．５倍以上に設定され、前記柱脚部と前記杭頭部との間には杭径の１／４以上の寸法が確保されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭と構造物基礎との接合構造。

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