JP2009019362A - 杭と柱の接合構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】RC柱を既製杭に対して構造的に合理的にしかも施工性良く低コストで直接接合することが可能な有効適切な接合構造を提供する。
【解決手段】既製杭10の杭頭部とRC柱20の柱脚部との接合構造であって、既製杭の杭頭部を包囲するように杭径よりも大径の接合鋼管51を配設し、該接合鋼管内において、RC柱の柱主筋21のうち、その下端部をそのまま直線的に延長できるものは、そのまま直線的に延長して杭頭部の周囲に配筋し、同下端部をそのまま直線的に延長すると杭頭部と干渉するものは、外側に屈曲させて杭頭部との干渉を避けつつ延長して杭頭部の周囲に配筋し、接合鋼管内にコンクリート40を打設充填して、該コンクリート中に柱主筋21の下端部を定着してなる。
【選択図】図2

Description

本発明は、建物の基礎の構造に係わり、特にPHC杭やSC杭、CPRC杭等の既製杭の杭頭部と鉄筋コンクリート柱の柱脚部とを合理的に直接接合するための構造に関する。
周知のように、従来一般の杭基礎においては、杭頭部と柱脚部とを構造的に確実強固に接合するために、それらの接合部に頑強な鉄筋コンクリート造のフーチングを設け、かつフーチング間には大断面の基礎梁を設けることが従来一般的であったが、最近においては、工期短縮とローコスト化の要請から、杭頭部と柱脚部とを直接的に1対1で接合して、フーチングや基礎梁を省略する構造も試みられている。この構法は、一般的にNFG(Non Footing Girder)構法と呼称されている。
例えば、鉄骨柱やコンクリート充填鋼管柱と杭とを直接接合するための構造として、特許文献1〜4に示されるような接合構造の提案がある。
特許文献1に記載の接合構造は、既製杭と鉄骨柱との直接接合に適用するもので、杭頭に対して柱脚を突き合わせてボルト締結した上で、それらの接合部の外側にコンクリートを打設するようにしたものである。
特許文献2に記載の接合構造は、既製杭と充填型鋼管コンクリート柱との直接接合に適用するもので、接合部に接合鉄筋を配筋して、その上下をそれぞれ柱脚部と杭頭部に挿入し、接合部の周囲にコンクリートを打設するようにしたものである。
特許文献3、4に記載の接合構造は、既製杭の杭頭部に中空部を設け、その中空部に鉄骨柱を挿入して、コンクリートやモルタルなどを打設することにより、既設杭と鉄骨柱を一体化するようにしたものである。
特開2002−188154号公報 特開2004−108091号公報 特開平11−181791号公報 特開2000−291146号公報
ところで、最近においては、柱と杭との直接接合を鉄骨系の構造の建物のみならず、より一般的な鉄筋コンクリート造(RC造)の建物にも適用したいという要請があるが、RC造の建物の施工に際しては、配筋作業を伴うし、RC柱は鉄骨系の柱に比べて所要断面が大きくなることが通常であるので、柱が杭内に納まらずRC柱と既製杭との直接接合は必ずしも容易ではなく、そのための有効適切な接合構造は未だ確立していない。勿論、特許文献1〜4に示されるような鉄骨系の構造を前提としている接合構造は、RC造の建物にそのまま適用できるものではない。
本発明は、上記事情に鑑み、RC柱を既製杭に対して構造的に合理的にしかも施工性良く低コストで直接接合することが可能な有効適切な接合構造を提供することを目的としている。
請求項1の発明は、既製杭の杭頭部と鉄筋コンクリート柱の柱脚部との接合構造であって、前記既製杭の杭頭部を包囲するように杭径よりも大径の接合鋼管を配設し、該接合鋼管内において、前記鉄筋コンクリート柱の柱主筋のうち、その下端部をそのまま直線的に延長できるものは、そのまま直線的に延長して杭頭部の周囲に配筋し、同下端部をそのまま直線的に延長すると杭頭部と干渉するものは、外側に屈曲させて杭頭部との干渉を避けつつ延長して杭頭部の周囲に配筋し、該接合鋼管内にコンクリートを打設充填して、該コンクリート中に柱主筋の下端部を定着してなることを特徴としている。
請求項2の発明は、既製杭の杭頭部と鉄筋コンクリート柱の柱脚部との接合構造であって、前記既製杭の杭頭部を包囲するように杭径よりも大径の接合鋼管を配設し、該接合鋼管内において、前記鉄筋コンクリート柱の柱主筋のうち、その下端部をそのまま直線的に延長できるものは、そのまま直線的に延長して杭頭部の周囲に配筋し、同下端部をそのまま直線的に延長すると杭頭部と干渉するものは、杭頭部と対向する位置で止め置き、その代わりに、床スラブの上面近傍から前記接合鋼管の下端近傍までの長さを有する補助筋を杭頭部の周囲に配筋すると共に、該補助筋にフープ筋を連結し、該接合鋼管内にコンクリートを打設充填して、該コンクリート中に柱主筋の下端部及び前記補助筋を定着してなることを特徴としている。
請求項3の発明は、請求項1または2に記載の杭と柱の接合構造であって、前記接合鋼管の下端内周に環状の仕切板を設けて、該環状の仕切板の内側に前記既製杭の杭頭部を挿通させたことを特徴としている。
請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の杭と柱の接合構造であって、前記接合鋼管の上端部内周に、該接合鋼管内に充填されたコンクリートとの係合を強めるための突起ないし突条からなる係合凸部を設けたことを特徴としている。
請求項5の発明は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の杭と柱の接合構造であって、前記既製杭の杭頭部の上端部外周に、前記接合鋼管内に充填されたコンクリートとの係合を強めるための突起ないし突条からなる係合凸部を設けたことを特徴としている。
請求項6の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の杭と柱の接合構造であって、前記鉄筋コンクリート柱が角形柱よりなり、前記接合鋼管が、前記鉄筋コンクリート柱の矩形断面の対角線長さにほぼ相当する直径を有した円形鋼管よりなることを特徴としている。
本発明によれば、接合鋼管とその内部に充填したコンクリートとにより、充分なせん断耐力を確保することができる。従って、RC柱のサイズが既製杭の杭径より大きな場合でも、杭頭部と柱脚部とをそれら接合鋼管および充填コンクリートを介して構造的に一体化し剛接合することができ、従来一般の頑強かつ大断面のフーチングおよび基礎梁を省略して、既製杭とRC柱との合理的な直接接合を実現することができる。つまり、現場で基礎を施工する必要がないため、基礎用の掘削・型枠・配筋作業が不要となり、この作業スペースを確保するための掘削も大幅に減少するので、著しい施工合理化が可能になる。例えば、通常のRCフーチング基礎を施工する場合と比較すると、作業スペースをほとんど余掘する必要がないので、掘削面積は1/4以下で済むようになる。
また、特に、杭頭部と柱脚部は、それぞれ接合鋼管内に充填されたコンクリートに対して定着されることになるから、現場では、工場製作された接合鋼管を単に杭頭部に緩挿すればよいし、柱主筋の下端部は単に接合鋼管内に挿入すればよく、従って、それらを直接的に溶接したりボルト締結するような必要はない。そのため、高精度の位置決めも不要であって施工が極めて単純化され、杭芯と柱芯との芯ずれや杭頭レベルの誤差等の若干の施工誤差も支障なく吸収することが可能であり、杭の施工誤差(平面、鉛直精度)に対応しやすい。例えば、柱主筋及び振り替えた補助筋は、接合鋼管と杭頭部との間の隙間にアンカーすればよく、この隙間の中で鉄筋を自由に移動できることから、杭芯と柱芯がずれた場合にも対応しやすい。
以上のことから、本発明によれば、在来の構造に比較してフーチングや基礎梁を省略できることとも相まって充分な工期短縮と工費削減を図ることができる。また、接合鋼管の形状や寸法は杭および柱の断面形状や寸法を考慮して設定すればよいが、いずれにしても、既製の鋼管を使用するだけでよいので、容易にかつ安価に製作できるし、その施工に際しても何等特殊な重機や面倒な手間、特別の技量を必要とせず、誰でも施工できる。
また、接合鋼管の下端内周に環状の仕切板(ダイヤフラム)を設けた場合は、その環状の仕切板によって接合鋼管の下端が拘束され、充填コンクリートの拘束も十分とれ、接合部の耐力が確保されることから、接合部内で既製杭からてこ反力を受けても、接合部がせん断破壊しない。
また、鉄筋コンクリート柱が角柱である場合に、接合鋼管として、鉄筋コンクリート柱の矩形断面の対角線長さにほぼ相当する直径を有した円形鋼管を使用すれば、最小径の接合鋼管を使用しながら合理的な柱主筋の配筋を行うことができるので、コスト上昇を抑制することができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図1は第1実施形態の接合構造の柱幅方向に平行な鉛直面で切った断面図(図3のIーI矢視断面図)、図2は同接合構造の柱成方向に平行な鉛直面で切った断面図(図3のIIーII矢視断面図)、図3は図1のIII−III矢視断面図、図4は図1のIV部拡大図、図5は図1のV部拡大図、図6は柱配筋の概略構成を示す斜視図である。
符号10は既製杭、20はRC柱(鉄筋コンクリート柱)、30は床スラブである。RC柱20は、X方向に柱幅Hx、Y方向に柱成Hy(Hx>Hy)を有する長方形断面の角柱として構成されている。既製杭10としては、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)、SC杭(鋼管の内面にコンクリートを巻き込んだ杭)、CPRC杭(鉄筋を併用した高強度プレストレストコンクリート杭)等が使用可能である。本実施形態の既製杭10は、円形の杭鋼管11と、その内周に巻かれたコンクリート15と、中空部に充填されたソイルセメント16とを有している。なお、ソイルセメント16の天端16Tは、後から充填するコンクリート40が若干入り込めるように、杭天端よりも下げてある。
また、既製杭10の上端面には端板12が設けられると共に、杭鋼管11の上端外周面には、図4に示すように、上下2段に、コンクリートとの係合力を増すため帯板や鉄筋で形成された突起ないし突条からなる係合凸部13が溶接により取り付けられている。
本第1実施形態では、既製杭10の杭頭部を包囲するように杭径より大径の拡頭リング50を配設して、その内部にコンクリート40を打設充填することにより、既製杭10とRC柱20とを、拡頭リング50および充填コンクリート40を介して接合しており、それにより、従来一般に設けられることが通常であるフーチングおよび基礎梁を省略している。
拡頭リング50は、RC柱20の矩形断面の対角線長さにほぼ相当する直径を有した円形の接合鋼管51を主体とし、その下端内周にダイヤフラム(環状の仕切板)52を溶接すると共に、図5に示すように、上部内周に上下2段の係合凸部53を溶接により取り付けたものであり、そのダイヤフラム52の内側を、既製杭10の杭頭部が若干のクリアランス59を確保した状態で挿通している。接合鋼管51の上部内周の係合凸部53は、コンクリート40との係合力を増すためのもので、帯板や鉄筋を溶接して形成した突起や突条からなる。また、接合鋼管51の上端51aは、後から打設するスラブ30の厚さ内に僅か侵入している。
上記のダイヤフラム52は必ずしも設けることはなく省略することも可能であるが、ダイヤフラム52を設けることで、接合鋼管51への杭頭部の挿入長さ(のみこみ長さ)を小さくすることができる。すなわち、ダイヤフラム52を省略した場合には、接合鋼管51への杭頭部の所要のみこみ長さは杭径以上とすることが必要であるが、ダイヤフラム52を設けた場合には、所要のみこみ長さを半減(杭径の1/2程度)させることができ、コンパクトに構成することで掘削深さを浅くできる。
RC柱20は、柱主筋21の下端部を接合鋼管51の内部に挿入しており、柱主筋21のうち、図1に示すように、その下端部をそのまま直線的に延長できるものは、そのまま直線的に延長して杭頭部の周囲に配筋し、図2、図6に示すように、同下端部をそのまま直線的に延長すると杭頭部と干渉するものは、外側に屈曲させて杭頭部との干渉を避けつつ延長して杭頭部の周囲に配筋している。そして、少なくとも柱主筋21の屈曲部分にフープ筋22を設け、その上で接合鋼管51内にコンクリート40を打設充填することにより、コンクリート40中に柱主筋21の下端部を定着させている。
なお、必要であれば、柱主筋21の先端(下端)に定着頭部を設けたり、あるいはそれに代えて定着フックを設けるなどして、充填したコンクリート40に対する定着強度を増強することもできる。
次に施工手順について説明する。
まず、本第1実施形態の接合構造を得るには、まず、既製杭10を通常の工法によって地中に施工した後、拡頭リング50を設置するべき位置まで掘削して杭頭部を露出させ、杭頭部に拡頭リング50を被せるように配設する。そして、拡頭リング50の外側を埋め戻すと共に、柱配筋を行って、柱主筋21の下端部を接合鋼管51内に挿入した状態で建て込み(杭頭部の周囲に配筋し)、しかる後に接合鋼管51内にコンクリート40を打設充填する。そして、スラブ筋(図示せず)の配筋、柱型枠(図示せず)の組み立てを行い、床コンクリートおよび柱コンクリートを順次あるいは同時に打設してスラブ30およびRC柱20を施工する。
上記構造によれば、接合鋼管51とその内部に充填したコンクリート40とにより、充分なせん断耐力を確保することができる。従って、RC柱20のサイズが既製杭10の杭径より大きな場合でも、杭頭部と柱脚部とをそれら接合鋼管51および充填コンクリート40を介して構造的に一体化し剛接合することができ、従来一般の頑強かつ大断面のフーチングおよび基礎梁を省略して、既製杭10とRC柱20との合理的な直接接合を実現することができる。つまり、現場で基礎を施工する必要がないため、基礎用の掘削・型枠・配筋作業が不要となり、この作業スペースを確保するための掘削も大幅に減少するので、著しい施工合理化が可能になる。例えば、通常のRCフーチング基礎を施工する場合と比較すると、作業スペースをほとんど余掘する必要がないので、掘削面積は1/4以下で済むようになる。
また、特に、杭頭部と柱脚部は、それぞれ接合鋼管51内に充填されたコンクリート40に対して定着されることになるから、現場では、工場製作された接合鋼管51を単に杭頭部に緩挿すればよいし、柱主筋21の下端部は単に接合鋼管51内に挿入すればよく、従って、それらを直接的に溶接したりボルト締結するような必要はない。そのため、高精度の位置決めも不要であって施工が極めて単純化され、杭芯と柱芯との芯ずれや杭頭レベルの誤差等の若干の施工誤差も支障なく吸収することが可能であり、杭の施工誤差(平面、鉛直精度)に対応しやすい。例えば、柱主筋21は、接合鋼管51と杭頭部との間の隙間にアンカーすればよく、この隙間の中で鉄筋を自由に移動できることから、杭芯と柱芯がずれた場合にも対応しやすい。
以上のように、上記接合構造は、極めて施工性に優れるものであって、工期短縮と工費削減に大きく寄与することができる。また、拡頭リング50を除いては何等特殊な部材を必要としないし、その拡頭リング50も単なる汎用の円形鋼管を主体として、それにダイヤフラム52と係合凸部53を溶接しただけの構成であるから、これを規格化して予め工場製作すれば、充分なコストダウンを図れるし、製作精度も自ずと確保できる。勿論、必要であれば、拡頭リング50は現場においても容易にかつ安価に製作することができるし、その製作や設置に際しても、何等特殊な装置や重機、面倒な手間、特別の技量を必要とせず、誰でも施工できる。
また、拡頭リング50の接合鋼管51として、RC柱20の矩形断面の対角線長さにほぼ相当する直径を有した円形鋼管を使用しているので、最小径の接合鋼管51を使用しながら合理的な柱主筋21の配筋を行うことができ、コスト上昇を抑制することができる。
次に本発明の第2実施形態を説明する。
図7は第2実施形態の接合構造の柱幅方向に平行な鉛直面で切った断面図(図9のVIIーVII矢視断面図)、図8は同接合構造の柱成方向に平行な鉛直面で切った断面図(図9のVIIIーVIII矢視断面図)、図9は図7のIX−IX矢視断面図、図10は柱主筋に対するフープ筋の構成を示す水平断面図である。
本実施形態の接合構造では、RC柱20の柱主筋のうち、図7に示すように、その下端部をそのまま直線的に延長できる柱主筋21aは、そのまま直線的に延長して杭頭部の周囲に配筋し、図8に示すように、同下端部をそのまま直線的に延長すると杭頭部と干渉する柱主筋21bは、杭頭部と対向する位置で止め置き、その代わりに、床スラブ30の上面近傍から拡頭リング50の接合鋼管51の下端近傍(ダイヤフラム52)までの長さを有するアンカー補助筋21cを杭頭部の周囲に配筋している。そして、図10に示すように、直線的に延長した柱主筋21aとアンカー補助筋21cにフープ筋を連結し、その上で、接合鋼管51内にコンクリート40を打設充填して、該コンクリート40中に柱主筋21の下端部及びアンカー補助筋21cを定着している。
その他の構成は、第1実施形態の接合構造と同じであるので、同一構成要素に同符号を付して、重複説明を省略する。本第2実施形態においても、第1実施形態と同様の効果が得られる。
以上で本発明の第1、第2実施形態を説明したが、上記各実施形態はあくまで好適な一例に過ぎず、各部の形状や寸法については、必要に応じて適宜の設計的変更が可能であることは言うに及ばず、たとえば以下に示すような変形や応用が可能である。
例えば、RC柱20については、現場施工によることに限らず、予め工場製作したプレキャストコンクリート柱を採用することも可能であるし、柱断面は角形に限らず、円形断面の丸柱とすることも勿論可能である。
また、拡頭リング50についても、第1実施形態で説明したもののように円形の接合鋼管にダイヤフラム52や係合凸部53を設けたものを使用するのが好ましいが、それ限るものでもなく、接合鋼管51とその内部へのコンクリート40の充填とによって充分な接合強度とせん断耐力とを確保できる限りにおいて、拡頭リング50の構造や構成、形状、寸法は任意であり、たとえば内面リブ付き鋼管も好適に採用可能である。
本発明の第1実施形態の接合構造の柱幅方向に平行な鉛直面で切った断面図(図3のIーI矢視断面図)である。 同接合構造の柱成方向に平行な鉛直面で切った断面図(図3のIIーII矢視断面図)である。 図1のIII−III矢視断面図である。 図1のIV部拡大図である。 図1のV部拡大図である。 同接合構造における柱配筋の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第2実施形態の接合構造の柱幅方向に平行な鉛直面で切った断面図(図9のVIIーVII矢視断面図)である。 同接合構造の柱成方向に平行な鉛直面で切った断面図(図9のVIIIーVIII矢視断面図)である。 図7のIX−IX矢視断面図である。 同接合構造における柱主筋に対するフープ筋の構成を示す水平断面図である。
符号の説明
10 既製杭
13 係合凸部
20 RC柱(鉄筋コンクリート柱)
21,21a,21b 柱主筋
30 スラブ
40 コンクリート
51 接合鋼管
52 ダイヤフラム(環状の仕切板)
53 係合凸部

Claims (6)

  1. 既製杭の杭頭部と鉄筋コンクリート柱の柱脚部との接合構造であって、
    前記既製杭の杭頭部を包囲するように杭径よりも大径の接合鋼管を配設し、
    該接合鋼管内において、前記鉄筋コンクリート柱の柱主筋のうち、その下端部をそのまま直線的に延長できるものは、そのまま直線的に延長して杭頭部の周囲に配筋し、同下端部をそのまま直線的に延長すると杭頭部と干渉するものは、外側に屈曲させて杭頭部との干渉を避けつつ延長して杭頭部の周囲に配筋し、
    該接合鋼管内にコンクリートを打設充填して、該コンクリート中に柱主筋の下端部を定着してなることを特徴とする杭と柱の接合構造。
  2. 既製杭の杭頭部と鉄筋コンクリート柱の柱脚部との接合構造であって、
    前記既製杭の杭頭部を包囲するように杭径よりも大径の接合鋼管を配設し、
    該接合鋼管内において、前記鉄筋コンクリート柱の柱主筋のうち、その下端部をそのまま直線的に延長できるものは、そのまま直線的に延長して杭頭部の周囲に配筋し、同下端部をそのまま直線的に延長すると杭頭部と干渉するものは、杭頭部と対向する位置で止め置き、その代わりに、床スラブの上面近傍から前記接合鋼管の下端近傍までの長さを有する補助筋を杭頭部の周囲に配筋すると共に、該補助筋にフープ筋を連結し、
    該接合鋼管内にコンクリートを打設充填して、該コンクリート中に柱主筋の下端部及び前記補助筋を定着してなることを特徴とする杭と柱の接合構造。
  3. 請求項1または2に記載の杭と柱の接合構造であって、
    前記接合鋼管の下端内周に環状の仕切板を設けて、該環状の仕切板の内側に前記既製杭の杭頭部を挿通させたことを特徴とする杭と柱の接合構造。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の杭と柱の接合構造であって、
    前記接合鋼管の上端部内周に、該接合鋼管内に充填されたコンクリートとの係合を強めるための突起ないし突条からなる係合凸部を設けたことを特徴とする杭と柱の接合構造。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の杭と柱の接合構造であって、
    前記既製杭の杭頭部の上端部外周に、前記接合鋼管内に充填されたコンクリートとの係合を強めるための突起ないし突条からなる係合凸部を設けたことを特徴とする杭と柱の接合構造。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の杭と柱の接合構造であって、
    前記鉄筋コンクリート柱が角形柱よりなり、前記接合鋼管が、前記鉄筋コンクリート柱の矩形断面の対角線長さにほぼ相当する直径を有した円形鋼管よりなることを特徴とする杭と柱の接合構造。
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