JP2009293350A

JP2009293350A - 杭と躯体との接合構造、ｐｃ部材

Info

Publication number: JP2009293350A
Application number: JP2008150611A
Authority: JP
Inventors: Kuniyoshi Sugimoto; 訓祥杉本
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2008-06-09
Filing date: 2008-06-09
Publication date: 2009-12-17

Abstract

【課題】躯体と杭との接合部に作用する曲げ荷重を低下させるとともに、鉛直荷重に対しては杭の支持力を有効に活かすことができるようにする。
【解決手段】コンクリート製の杭本体３０と基礎躯体２０との接合構造１０は、杭本体３０と基礎躯体２０との間に、その径が杭本体３０の径に比べて小さくなるように形成された小径部材４０が介在されてなり、小径部材４０を構成するコンクリート４１の強度が杭本体３０を構成するコンクリート３１に比べて大きい。
【選択図】図１

Description

本発明は、躯体と杭との接合部における曲げ剛性を低下させた接合構造に関する。

従来より、基礎躯体又は建物の躯体の下部に、杭の上端部を接合することが行われている。このような杭を備えた建物に地震等によって水平力が作用すると、躯体と杭との接合部に大きな曲げ荷重が作用する。このため、接合部における曲げ耐力を向上すべく、鉄筋を多数配筋する必要があり、鉄筋量が増えるとともに配筋に手間がかかっていた。

これに対して、例えば、特許文献１には、躯体と杭とを間をあけて構築し、この躯体と杭との間を杭よりも断面が小さいコンクリート部材で接合する方法が記載されている。かかる方法によれば、躯体と杭との接合部に作用する曲げ荷重を低下させるとともに、躯体と杭との接合部における鉄筋を減らし、配筋の手間を削減することができる。
特開２０００―１４４９０４号公報

しかしながら、上記のように、杭の上部を杭よりも断面が小さいコンクリート部材により躯体に接合すると、鉛直荷重に対してこのコンクリート部材が破損しないように設計する必要がある（つまり、杭の支持力の最大値がコンクリート強度に制限される）ため、杭自体の支持力を十分に活かしきれないという問題がある。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、躯体と杭との接合部に作用する曲げ荷重を低下させるとともに、鉛直荷重に対しては杭の支持力を有効に活かすことができるようにすることである。

本発明の杭と躯体との接合構造は、コンクリート製の杭と躯体との接合構造であって、前記杭と前記躯体との間に、その径が杭本体の径に比べて小さくなるように形成された小径部が介在されてなり、前記小径部を構成するコンクリートの強度が前記杭本体を構成するコンクリートに比べて高いことを特徴とする。

上記の杭と躯体との接合構造において、前記小径部を構成するコンクリートの強度Ｆ_Ｃ１及び前記杭本体のコンクリート強度Ｆ_Ｃ２は、前記小径部の断面積をＡ_１、前記杭本体の断面積をＡ_Ｃとした場合に、以下の式（１）を満たしてもよい。

また、前記小径部の断面積Ａ_１及び前記杭本体の断面積Ａ_Ｃは、以下の式（２）を満たしてもよい。

また、前記小径部を構成するコンクリートはＰＣ部材からなるものであってもよい。
また、前記ＰＣ部材は、その上端部が前記躯体に埋め込まれ、その下端部が前記杭本体を構成するコンクリートに埋め込まれていてもよい。さらに、前記ＰＣ部材は環状に形成されていてもよい。

また、前記小径部を囲繞する鋼管を備えてもよい。
また、その一端が前記躯体に埋設され、他端が前記杭本体に埋設されるせん断力伝達筋を備えてもよく、前記せん断力伝達筋は、互いに平行な２つ以上の直線からなる直線群と、この直線群と交差する互いに平行な３つ以上の直線からなる直線群との交点上に位置するように、配置されていてもよい。

また、本発明のＰＣ部材は、コンクリート製の杭と躯体との接合部において、前記杭と前記躯体との間に介在されるＰＣ部材であって、その径が杭本体の径に比べて小さくなるように形成され、構成するコンクリートの強度が前記杭本体を構成するコンクリートに比べて高いことを特徴とする。

上記のＰＣ部材において、前記接合部において前記躯体と前記杭本体との間でせん断力を伝達するべく、その一端が前記躯体に埋設され、他端が前記杭本体に埋設されるせん断力伝達筋を挿通させるための孔を備えてもよい。また、前記接合部において前記躯体と前記杭本体との間でせん断力を伝達するべく、その一端が前記躯体に埋設され、他端が前記杭本体に埋設されるせん断力伝達筋が一体となっていてもよい。

本発明によれば、杭と躯体との間に、その径が杭本体の径に比べて小さい小径部を介在させることにより、杭と躯体との接合部に作用する曲げ荷重を抑えることができるとともに、この小径部のコンクリート強度が杭本体に比べて大きいため、大きな鉛直荷重を伝達することが可能となり、杭の支持力を有効に活かすことができる。

以下、本発明の躯体と杭との接合構造の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明では基礎躯体と杭との接合部に本発明を適用した場合を例として説明する。
図１は、本実施形態の接合構造１０を示す鉛直断面図であり、（Ａ）は鉛直断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ´断面図である。同図に示すように、本実施形態の接合構造１０は、建物の基礎躯体２０と、場所打ちコンクリート杭からなる杭本体３０とを接合するための構造である。接合構造１０は、杭本体３０の径よりも小さな径の小径部材４０が基礎躯体２０及び杭本体３０に埋設され、接合鉄筋５０が小径部材を貫通するとともに両端が基礎躯体２０及び杭本体３０に埋設されることにより構成される。

基礎躯体２０は、建物（不図示）の下部に一体に構築されており、建物から鉛直荷重及び水平力が作用する。基礎躯体２０は、鉄筋コンクリート造であり、格子状に埋設された鉄筋２１を備える。

杭本体３０は、地盤に円柱状に形成された掘削孔内に打設されたコンクリート３１と、このコンクリート３１に埋設された円筒状に組まれた鉄筋かご３２とにより構成される。杭本体３０を構成するコンクリート３１は、杭本体３０の下部にあたる部分を構成する泥水中コンクリート３１Ｂと、杭本体３０の上部にあたる部分を構成する後打ちコンクリート３１Ａとにより構成される。これら泥水中コンクリート３１Ｂ及び後打ちコンクリート３１Ａは同じ強度のコンクリートが用いられている。

小径部材４０は、円柱状に形成されたＰＣ部材４１からなる。小径部材４０には、上下方向に接合鉄筋５０が貫通しており、これら接合鉄筋５０は、図１（Ｂ）における横方向に並ぶ接合鉄筋５０を結ぶ互いに平行な直線群と、同図における縦方向に並ぶ接合鉄筋５０を結ぶ互いに平行な直線群との交点（いわゆる格子点上に）に配置されている。なお、本実施形態では、各直線群は夫々４本ずつの直線により構成されるが、これに限らず、一方の直線群は２本以上の平行な直線から構成され、他方の直線群は３本以上の平行な直線から構成されていればよく、これら直線群は必ずしも直交する必要はなく、互いに交わればよい。

本実施形態の接合構造１０は、以下のようにして構築することができる。
まず、地盤を円柱状に掘削し、掘削した孔内に鉄筋かご３２を建て込み、孔内に泥水中コンクリート３１Ｂを打設し、場所打ちコンクリート杭を構築する
次に、泥水中コンクリート３１Ｂが硬化した後、場所打ちコンクリート杭の上部をはつり、鉄筋かご３２の上部を露出させる。

次に、杭本体３０の上端にあたる高さ位置に、予め、図２に示すように、接合鉄筋５０が貫通した状態で一体に形成された小径部材４０を配置する。そして、杭本体３０の上部を構成する後打ちコンクリート３１Ａを、小径部材４０の下部が埋設される高さまで打設する。そして、後打ちコンクリート３１Ａが硬化した後、小径部材４０の上部に基礎躯体２０の下面高さまで土砂を埋め戻す。この際、小径部材４０がＰＣ部材からなるため、異なる強度のコンクリートを打ち分ける必要がなく、施工性を向上できる。

次に、基礎躯体２０を構成する鉄筋２１を配筋する。この際、上記のように小径部材４０を貫通する接合鉄筋５０が格子点上に配置されているため、鉄筋２１を格子状に配筋する際に、鉄筋２１と接合鉄筋５０とが干渉することがない。

次に、基礎躯体２０を構成するコンクリート２２を、その下部に、小径部材４０の上部が埋設されるように打設する。そして、打設したコンクリート２２が硬化することにより、接合構造１０が構築される。

ここで、このような基礎躯体２０と杭本体３０との接合部には、基礎躯体２０に作用する水平荷重及び鉛直荷重を杭本体３０に伝達することができることが求められる。
これに対して、本実施形態では、高強度コンクリートからなる小径部材４０を、その上下端部が夫々基礎躯体２０及び杭本体３０に埋設されるように設けているため、基礎躯体２０に作用する水平荷重が小径部材４０を介して杭本体３０に伝達される。さらに、接合鉄筋５０が、その上下端部が基礎躯体２０及び杭本体３０に埋設されているため、この接合鉄筋５０を介して水平荷重が伝達されることとなる。

また、基礎躯体２０に作用する鉛直荷重は、小径部材４０を介して杭本体３０の中心部（小径部材４０の直下に当たる部分）に入力される。この荷重は図１において一点鎖線により示すように下方に向かって全断面に広がりながら伝達される（同図中の区間１）。そして、杭本体３０に地盤から作用する支持力と基礎躯体２０に作用する鉛直荷重とが釣合うことにより建物が支持される。

ここで、杭本体３０の全断面にその強度に達するような大きな圧縮荷重が作用した場合には、この杭本体３０に鉛直荷重が入力された部分から、全断面に広がるまでの区間のコンクリート３３（図中の区間１における両側の一点鎖線の内側の部分）には、その強度を超えるような圧縮荷重が作用することとなる。そして、小径部材４０にも、杭本体３０を構成するコンクリート３１の強度を超えるような圧縮荷重が作用する。

これに対して、杭本体３０に伝達された鉛直荷重が全断面に広がるまでの部分のコンクリート３３は、外周（図中一点鎖線の外側の部分）のコンクリート３４により外周が拘束されているため、その拘束効果によってコンクリート３３の強度が向上される。これにより、上記のように杭本体３０の強度を超えるような圧縮荷重が作用してもこれに耐えることができる。

このため、本実施形態では、杭本体３０の上部に杭本体３０よりも径が小さい小径部材４０を介在させることにより、小径部材４０及び杭本体３０の小径部材４０の直下に当たる部分には、杭本体３０の下部に比べて大きな応力が作用することとなるが、小径部材４０を構成するコンクリートは杭本体３０を構成するコンクリートに比べて強度の高いものが用いられており、また、杭本体３０の小径部材４０の直下に当たる部分を構成するコンクリート３３は、拘束効果により強度が向上されているため、これに耐えることができ、これにより、杭本体３０の最大支持力に近い荷重が作用しても小径部材４０や杭本体３０の上部の破損を防止でき、これにより杭本体３０の支持力を十分に活かすことが可能となる。

ここで、上記のようなコンクリート部材に局所的に圧縮荷重が作用し、この荷重がコンクリート部材の断面全体に拡散される場合の、圧縮荷重が作用した部分が外周のコンクリートにより拘束されることにより向上された強度は以下の式（３）により算出できる。

なお、式（３）におけるＡ_Ｃはコンクリート部材の全断面積、Ａ_１はコンクリート部材における圧縮荷重の入力される部分の面積、Ｆ_Ｃ２はコンクリートの強度、Ｆ´_Ｃ２はコンクリートの向上された強度を示す。

また、上記の式（３）におけるコンクリートの向上された強度Ｆ´_Ｃ２は、コンクリートの強度Ｆ_Ｃ２の２倍を超えることはない。これにより、以下の式（４）が導かれる。

これを書きなおすと以下の式（５）が導かれる。
Ａ_Ｃ≦４Ａ_１ …（５）

この式（５）は、コンクリート部材の全断面積を、圧縮荷重が入力される部分の面積Ａ_１の４倍以上としても、この面積Ａ_１の４倍を越える部分については、有効に鉛直荷重を伝達するのに寄与しないことを示している。

上記の式（３）〜（５）を本実施形態に適用する場合には、小径部材４０の断面積をＡ_１、杭本体の断面積をＡ_Ｃ、杭本体３０を構成するコンクリートの強度をＦ_Ｃ２とすればよく、また、小径部材４０を構成するコンクリートの強度をＦ_Ｃ１と、杭本体３０を構成するコンクリート３１の小径部材４０との接合面における強度をＦ´_Ｃ２とすればよい。

さらに、小径部材４０を構成するコンクリートの強度をＦ_Ｃ１とした場合には、Ｆ_Ｃ１≧Ｆ´_Ｃ２であれば、小径部材４０は作用する圧縮荷重に抵抗することが可能となる。これにより、上記の式（３）は、以下の式（６）のようになる。

これにより、上記の式（４）又はこれと等価な式（５）を満たすように小径部材４０の断面積Ａ_１及び杭本体３０の断面積Ａ_Ｃを決定すると杭本体３０の鉛直抵抗力を有効に利用することができ、また、上記の式（６）を満たすように小径部材４０の強度Ｆ_Ｃ１及び杭本体３０の強度Ｆ_Ｃ２を決定することで、小径部材４０は圧縮荷重に抵抗することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、基礎躯体２０と杭本体３０との間で水平荷重及び鉛直荷重の伝達が可能なまま、基礎躯体２０と杭本体３０との接合部における径を小さくすることができる。これにより、基礎躯体２０と杭本体３０との接合部に作用する曲げ荷重が小さくなり、接合部における配筋等を簡略化できる。

また、小径部材４０をＰＣ部材により構成することにより施工性を向上することができる。
また、接合鉄筋５０を格子点上に配置することにより、基礎躯体２０を構成する鉄筋２１を配筋する際に、これらの鉄筋２１が接合鉄筋５０と干渉することを防止できる。

また、式（４）又は（５）を満たすように、小径部材４０及び杭本体３０の断面積を決定することにより、杭本体３０の鉛直荷重を支持する機能を十分に活かしきることができる。

また、式（４）又は（５）を満たすように、小径部材４０及び杭本体３０を構成するコンクリートの強度を決定することにより、小径部材４０が確実に圧縮荷重に抵抗できる。さらに、上記の式（６）を満たすように、小径部材４０及び杭本体３０を構成するコンクリートの強度を決定することにより、小径部材４０に必要以上に高強度のコンクリートを用いることを防ぐことができる。

なお、本実施形態では、基礎躯体２０と杭本体３０との間で、小径部材４０及び接合鉄筋５０により水平荷重を伝達するものとしたが、これに限られない。小径部材４０のみ、或いは、接合鉄筋５０のみにより水平荷重を伝達することとしてもよい。また、小径部材４０により水平荷重を伝達しない場合には、図３に示す接合構造１１０のように、小径部材１４０の上端部を基礎躯体２０に埋設せずに、その上面を基礎躯体２０の下面に接続する構成としてもよく、また、小径部材１４０の下端部を杭本体３０に埋設せずに、その下面を杭本体３０の上面に接続する構成としてもよい。

また、本実施形態では、小径部材４０をＰＣ部材により構成するものとしたが、これに限らず、現場打ちコンクリートにより構成してもよい。
また、本実施形態では、小径部材４０を構成するＰＣ部材と、せん断力伝達筋５０とが一体に構築されている場合について説明したが、これに限らず、小径部材４０を構成するＰＣ部材にせん断力伝達筋５０にあたる位置に孔を設けておき、現場においてせん断力伝達筋５０をこの孔を挿通させて配筋するものとしてもよい。

また、本実施形態において小径部材４０として用いたＰＣ部材に代えて、図４に示すように、ＰＣ部材１５１の外周を囲繞する鋼管１５２を備えた小径部材１５０を用いてもよい。このような小径部材１５０をその上端を基礎躯体２０に埋設させるとともに、その下端を杭本体３０に埋設することで、せん断力をより効率良く伝達することができる。

また、本実施形態では、小径部材４０として円柱状のＰＣ部材を用いることとしたが、これに限らず、図５に示すような円環状のＰＣ部材２４１からなる小径部材２４０を用いることとしてもよい。この場合、接合部を構築する際に、中央に形成された貫通孔２４０Ａを通して、杭本体３０の上部を構成する後打ちコンクリート３１Ａを打設することが可能である。また、このような円環状のＰＣ部材２４１を用いる場合には、水平荷重をより確実に伝達させるため、中央に形成された貫通孔２４０Ａ内に鋼管２４３を嵌め込んでもよい。

本実施形態の接合構造を示す鉛直断面図であり、（Ａ）は鉛直断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ´断面図である。接合鉄筋が貫通した状態で一体に形成された小径部材を示す斜視図である。小径部材の上面及び下面を、夫々、基礎躯体の下面及び杭本体の上面に接続した場合の接合構造を示す図である。小径部材として用いる外周を鋼管が囲繞するＰＣ部材を示す平面図である。小径部材として用いる円環状のＰＣ部材を示す平面図である。

符号の説明

１０接合構造
２０基礎躯体
２１鉄筋
２２コンクリート
３０杭本体
３１Ａ後打ちコンクリート
３１Ｂ泥水中コンクリート
４０、１５０、２４０小径部材
４１，１５１ＰＣ部材
１５２、２４２、２４３鋼管
５０接合鉄筋

Claims

コンクリート製の杭と躯体との接合構造であって、
前記杭と前記躯体との間に、その径が杭本体の径に比べて小さくなるように形成された小径部が介在されてなり、
前記小径部を構成するコンクリートの強度が前記杭本体を構成するコンクリートに比べて高いことを特徴とする接合構造。
請求項１記載の杭と躯体との接合構造であって、
前記小径部を構成するコンクリートの強度Ｆ_Ｃ１及び前記杭本体のコンクリート強度Ｆ_Ｃ２は、
前記小径部の断面積をＡ_１、前記杭本体の断面積をＡ_Ｃとした場合に、以下の式（１）を満たすことを特徴とする接合構造。
請求項１又は２記載の杭と躯体との接合構造であって、
前記小径部の断面積Ａ_１及び前記杭本体の断面積Ａ_Ｃは、以下の式（２）を満たすことを特徴とする接合構造。
請求項１から３のうち何れか１項に記載の杭と躯体との接合構造であって、
前記小径部を構成するコンクリートはＰＣ部材からなることを特徴とする接合構造。
請求項４記載の杭と躯体との接合構造であって、
前記ＰＣ部材は、その上端部が前記躯体に埋め込まれ、その下端部が前記杭本体を構成するコンクリートに埋め込まれていることを特徴とする接合構造。
請求項４又は５記載の杭と躯体との接合構造であって、
前記ＰＣ部材は環状に形成されていることを特徴とする接合構造。
請求項１から６のうち何れか１項に記載の杭と躯体との接合構造であって、
前記小径部を囲繞する鋼管を備えることを特徴とする接合構造。
請求項１から７のうち何れか１項に記載の杭と躯体との接合構造であって、
その一端が前記躯体に埋設され、他端が前記杭本体に埋設されるせん断力伝達筋を備えることを特徴とする接合構造。
請求項８記載の杭と躯体との接合構造であって、
前記せん断力伝達筋は、互いに平行な２つ以上の直線からなる直線群と、この直線群と交差する互いに平行な３つ以上の直線からなる直線群との交点上に位置するように、配置されていることを特徴とする接合構造。
コンクリート製の杭と躯体との接合部において、前記杭と前記躯体との間に介在されるＰＣ部材であって、
その径が杭本体の径に比べて小さくなるように形成され、
構成するコンクリートの強度が前記杭本体を構成するコンクリートに比べて高いことを特徴とするＰＣ部材。
請求項１０記載のＰＣ部材であって、
前記接合部において前記躯体と前記杭本体との間でせん断力を伝達するべく、その一端が前記躯体に埋設され、他端が前記杭本体に埋設されるせん断力伝達筋を挿通させるための孔を備えることを特徴とするＰＣ部材。
請求項１０記載のＰＣ部材であって、
前記接合部において前記躯体と前記杭本体との間でせん断力を伝達するべく、その一端が前記躯体に埋設され、他端が前記杭本体に埋設されるせん断力伝達筋が一体となっていることを特徴とするＰＣ部材。