JP2012002026A - Base-isolation foundation structure using steel pipe pile - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、建築物の基礎を地盤に貫入埋設した鋼管杭により支持する杭基礎構造に関し、特に、免震機能を発揮するように施工した鋼管杭を用いた免震基礎構造に関する。 The present invention relates to a pile foundation structure that supports a foundation of a building by a steel pipe pile that is embedded in the ground, and particularly relates to a seismic isolation foundation structure that uses a steel pipe pile constructed so as to exhibit a seismic isolation function.
従来技術によれば、小規模ビルや一般住宅の建築物においも、支持地盤耐力の不足を補完する構造として基礎杭、特に鋼管杭を用いた杭基礎構造が広く採用されている。 According to the prior art, foundation piles, particularly pile foundation structures using steel pipe piles, are widely adopted as a structure that complements the lack of supporting ground strength in buildings of small buildings and ordinary houses.
ところで、昨今、これらの小規模建築物において、大規模建築物(例えば、高層ビル、高層マンション)が有するような免震機能を備える旨の要望が高まりつつある。この免震機能とは、地震動の揺れに対する強度である耐震機能、及び地震エネルギーを吸収する制振機能とは異なり、地震エネルギーを建築物に伝達させないようにする機能をいう。この要望に応えるべき免震機能を得る小規模建築物向けの杭基礎構造として、特許文献1の「杭基礎構造」や特許文献2の「免震用杭頭部材」が提案され開示されている。
Nowadays, in these small-scale buildings, there is an increasing demand for providing a seismic isolation function that large-scale buildings (for example, high-rise buildings and high-rise apartments) have. This seismic isolation function is a function that prevents seismic energy from being transmitted to the building, unlike an earthquake resistance function that is the strength against shaking of seismic motion and a vibration control function that absorbs seismic energy. As a pile foundation structure for a small-scale building to obtain a seismic isolation function to meet this demand, "Pile foundation structure" in
特許文献1の「杭基礎構造」は、杭の頭部に球支承部を形成すると共に、当該杭と分離された基礎下部に前記球支承部に対応する球状結合部を形成し、この球状支承部と球状結合部との間に滑り材を介在し、杭頭結合部をピン支持(すべり回転することにより応力を開放する構造)としたことを特徴としている。
The “pile foundation structure” of
また、特許文献2の「免震用杭頭部材」は、地盤に埋設した鋼管杭の上端面に裁置固定する短円柱部材と、これを上面から鋼管杭まで覆って被せ、短円柱部材より大きい内径の受容孔を有し、上面部が建築物の基礎部と一体化した上蓋部材とからなり、短円柱部材の上端面と上蓋部材の受容孔内底面とが互いに受容し合う凹凸球面で接することを特徴としている。また、凹凸球面間は、コーキング材を封入した封止構造としている。 In addition, the “pile head member for seismic isolation” of Patent Document 2 covers a short columnar member that is placed and fixed on the upper end surface of a steel pipe pile embedded in the ground, and covers this from the top surface to the steel pipe pile. It is a concave and convex spherical surface that has a receiving hole with a large inner diameter, the upper surface part is an upper lid member integrated with the foundation of the building, and the upper end surface of the short cylindrical member and the inner bottom surface of the upper lid member accept each other. It is characterized by touching. The space between the concave and convex spherical surfaces is a sealing structure in which a caulking material is enclosed.
これらの特許文献の杭基礎構造は、杭頭をピン接合することにより、地震による地盤変動の際、杭頭が基礎に対して回転自在であること、また、杭頭と基礎に水平方向のすべりを生じさせることにより、杭頭から基礎への地震エネルギーの伝達を低減し、併せて杭頭曲げモーメントを低減する効果を得ている。なお、杭頭が基礎に対して回転するとは、杭頭が基礎の支持部に対してどの方向にも固定されず、杭と基礎に相対的な回転変位が生じた場合、杭と基礎に曲げモーメントが生じないという意味であり、以下の説明でも同じ意味で用いる。 The pile foundation structure of these patent documents is such that the pile head can be rotated with respect to the foundation when the ground changes due to an earthquake by connecting the pile head to the pin, and the pile head and the foundation can slide horizontally. As a result, the transmission of seismic energy from the pile head to the foundation is reduced, and the effect of reducing the pile head bending moment is obtained. Note that when the pile head rotates with respect to the foundation, the pile head is not fixed in any direction with respect to the support section of the foundation, and if there is a relative rotational displacement between the pile and the foundation, the pile and foundation are bent. This means that no moment is generated, and the same meaning is used in the following description.
しかし、これら杭基礎構造の杭頭と基礎のピン接合とする支持部は、相互に摺動し合う凸状球面と凹状球面により球座に構成している。このため、これら球座の製作はコストが嵩むものであった。 However, the support part used as the pin joint of the pile head and foundation of these pile foundation structures is comprised by the spherical seat by the convex spherical surface and concave spherical surface which mutually slide. For this reason, the production of these ball seats is costly.
また、鋼管杭の周囲の基礎側に通常の配筋に加え、球座の各要素を鋼管杭及び基礎との双方に配置するため、その設置や位置合わせ、さらには両者の間にコーキング材を介在させる場合は、その封止作業が必要となり煩雑であった。これらの作業は、小規模建築物といえども、多数の鋼管杭を必要とするために作業工数が格段に増加して施工時間が増え、施工コストの大幅な上昇を招く結果となった。 Also, in addition to the normal bar arrangement on the foundation side around the steel pipe pile, each element of the ball seat is placed on both the steel pipe pile and the foundation, so its installation and alignment, and also caulking material between them In the case of interposing, the sealing work is necessary and complicated. Even though these works are small-scale buildings, a large number of steel pipe piles are required, so the number of work man-hours increases dramatically, construction time increases, and construction costs increase significantly.
そこで、本願発明は上記した問題点に着目し、比較的簡易な構造であり、かつ、施工においても簡便な鋼管杭を用いた免震基礎構造を提供するものである。 Therefore, the present invention pays attention to the above-described problems and provides a seismic isolation foundation structure using a steel pipe pile that has a relatively simple structure and is simple in construction.
本願発明の鋼管杭を用いた免震基礎構造(以下、「本基礎構造」と略称する。)は、上記課題を解決するため、以下の構成を採用している。 The base isolation structure using the steel pipe pile of the present invention (hereinafter abbreviated as “main foundation structure”) employs the following configuration in order to solve the above-mentioned problems.
すなわち、施工地盤に一定の高さの露出部を設けて立設状に埋設させた内部空洞の鋼管杭と、該鋼管杭の杭頭に回転方向の移動を自由にして上下方向で当接配置した当接体と、該当接体を取り込んで一体化すると共に前記杭頭の露出部の外周に一定の空隙域を設けて打設した基礎部と、から成ることを特徴としている。 That is, a steel pipe pile with an internal cavity that is embedded in a standing manner with an exposed portion of a certain height on the construction ground, and a vertical contact with the pile head of the steel pipe pile, with free movement in the rotational direction And a base portion that is integrated by taking in the corresponding contact body and providing a fixed void region on the outer periphery of the exposed portion of the pile head.
前記鋼管杭の杭頭開口縁部には保形部材を配設している。保形部材は、杭頭の開口縁から所定深さまで充填した中詰めコンクリ−ト、又は杭頭開口に嵌合させた金属盤、補正用の補強枠体、の何れかから選択している。 A shape-retaining member is disposed at the pile head opening edge of the steel pipe pile. The shape-retaining member is selected from either an inside-packed concrete filled from the opening edge of the pile head to a predetermined depth, a metal disk fitted to the pile head opening, or a reinforcing frame for correction.
当接体は、杭頭開口を被うと共に杭頭と回転方向の移動を自由にして配設した枠体、より具体的には鉄筋等の線材から外輪郭形が円形、又は多角形のいずれかの形の枠組みに形成したものである。枠体は輪郭を横断結合する補強筋を複数配設して網状に形成しても良い。この枠体は鋼管杭から基礎部側への側圧に対する補強である。 The abutment body is a frame that covers the pile head opening and is free to move in the direction of rotation with the pile head, more specifically, whether the outer contour shape is circular or polygonal from a wire rod such as a reinforcing bar. It is formed in a framework of some form. The frame body may be formed in a net shape by arranging a plurality of reinforcing bars that cross-connect the contours. This frame is a reinforcement against the lateral pressure from the steel pipe pile to the foundation side.
また、空隙域には緩衝材を充填したことを特徴としている。この緩衝材は、鋼管杭とその周囲にコンクリートを打設して形成する基礎部に空隙域を形成する際の型枠として配置し、コンクリートの打設後にそのまま留置することにより構成している。 Further, the gap region is filled with a buffer material. This cushioning material is configured by placing it as a mold frame for forming a void area in a steel pipe pile and a foundation portion formed by placing concrete around the steel pipe pile, and placing it as it is after placing concrete.
さらに、杭頭露出部の上端縁から所定幅の外側周面に、コンクリ−ト縁切り面を形成したことを特徴としている。この面の形成は、鋼管杭の側周面に所定幅の絶縁テープ(ボンドブレーカー)を巻回して構成している。 Furthermore, a concrete edge cut surface is formed on the outer peripheral surface of a predetermined width from the upper end edge of the pile head exposed portion. This surface is formed by winding an insulating tape (bond breaker) having a predetermined width around the side peripheral surface of the steel pipe pile.
上記構成の当接体、緩衝材、及び絶縁テープにより、鋼管杭と基礎部とは剛接合していないこととなる。これは、鋼管杭の杭頭と基礎部側の当接部において回転方向の移動が自由であり、鋼管杭の側周面とは緩衝材及び絶縁テープにより一体的に結合していないからである。この結果、鋼管杭は杭頭をもって基礎部を鉛直方向に支持するのみであり、基礎部側の当接体を基準として鋼管杭の回転方向の移動が自由となっている。 The steel pipe pile and the foundation part are not rigidly joined by the contact body, the buffer material, and the insulating tape having the above-described configuration. This is because the movement in the rotation direction is free at the pile head of the steel pipe pile and the contact portion on the foundation side, and the side peripheral surface of the steel pipe pile is not integrally coupled by the cushioning material and the insulating tape. . As a result, the steel pipe pile only supports the foundation part in the vertical direction with the pile head, and the movement of the steel pipe pile in the rotational direction is free with reference to the contact body on the foundation part side.
さらに、基礎部の底面と施工地盤との間に摺動層を形成したことを特徴としている。摺動層は基礎部下面と施工地盤との間に摩擦係数の小さいシート材を介在させることにより形成している。 Furthermore, it is characterized in that a sliding layer is formed between the bottom surface of the foundation and the construction ground. The sliding layer is formed by interposing a sheet material having a small coefficient of friction between the lower surface of the foundation portion and the construction ground.
本基礎構造は、保形部材をもって閉塞した鋼管杭の杭頭により基礎部を支持するが、基礎部と鋼管杭は剛接合しない構成のため、鋼管杭と基礎部はピン接合(回転方向を自由とする一方で、変位方向の移動を規制する形態と定義。)しているとみなすことができる。また、基礎部の底面と施工地盤との間に摺動層を形成している。このため、地震動を受けた際、鋼管杭というバネによって支えられた建築物は、地震動の周期、振幅、加速度とは異なる長い周期、小さな振幅、小さな加速度で変位する。この結果、本基礎構造は、地震エネルギーを基礎部、ひいては建築物に伝達し難い免震効果を発揮する。さらに、本基礎構造では、軽量な免震建物で問題となった風圧力による揺れや変位が生ぜず、免震建物に長周期地震動が作用した場合の共振による大きな揺れの問題もない。 In this foundation structure, the foundation is supported by the pile head of the steel pipe pile closed with a shape-retaining member, but the foundation and steel pipe piles are not rigidly connected. On the other hand, it is defined as a form that restricts movement in the displacement direction.) Moreover, the sliding layer is formed between the bottom face of the foundation part, and the construction ground. For this reason, when subjected to earthquake motion, a building supported by a spring called a steel pipe pile is displaced with a long period, small amplitude, and small acceleration different from the period, amplitude, and acceleration of the earthquake motion. As a result, this foundation structure exhibits a seismic isolation effect that makes it difficult to transmit seismic energy to the foundation, and thus to the building. Furthermore, in this foundation structure, there is no shaking or displacement due to wind pressure, which is a problem in lightweight base-isolated buildings, and there is no problem of large shaking due to resonance when long-period ground motion acts on the base-isolated building.
従来発明の杭基礎構造は、上記免震機能を発揮させるため、相互に摺動し、回転、水平移動する球座を用いて実現していたが、本基礎構造は杭頭を閉塞した鋼管杭を周辺の基礎部とを剛接合させないことに加え、摺動層を形成する簡略な上記構成で実現している。このため、従来発明と比較すると、部品点数及び作業工数の削減により杭基礎構造の全体で大幅な施工時間及び施工コストの削減を可能としている。 The pile foundation structure of the present invention has been realized by using a ball seat that slides, rotates, and moves horizontally in order to exhibit the above-mentioned seismic isolation function, but this foundation structure is a steel pipe pile that closes the pile head. In addition to not rigidly joining the surrounding base portion, the above configuration is realized with a simple structure that forms a sliding layer. For this reason, compared with the conventional invention, it is possible to significantly reduce the construction time and construction cost of the entire pile foundation structure by reducing the number of parts and the number of work steps.
特に、元来から低予算で免震機能を有する建築物の施工を目指していた一般住宅向けの建築業界にあっては、施工コストの削減効果は受注増に寄与し、本基礎構造の普及による社会への安全と安心の貢献も顕著である。 In particular, in the construction industry for general housing, which originally aimed at construction of buildings with seismic isolation function on a low budget, the effect of reducing construction costs contributed to an increase in orders received, and the spread of this basic structure The contribution of safety and security to society is also remarkable.
以下、本基礎構造の具体的な実施形態例を図面に基づき、詳細に説明する。
図1は本基礎構造1の断面を示し、鋼管杭2とその周囲に打設したコンクリート製の基礎部6の結合部分を示している。
Hereinafter, specific embodiments of the basic structure will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a cross section of the
図符号2は鋼管杭である。鋼管杭2は、所定の金属材(例えば、「構造用炭素綱」)から形成した一定強度を有する長尺状の中空円筒体であり、地盤8の所定位置に杭頭側の一部を露出させて貫入埋設している。なお、この杭頭を露出させる部分(「露出部」)の高さは、鋼管杭2の剛性、地盤8の状態、及び基礎部6と関わらせる状態などを考慮して、最適演算より設定されものであり、本実施例では約30〜50mm程度に設定している。また、この鋼管杭2は、杭頭開口側の内部に所定深さまで中詰めコンクリート21aを打設して閉塞した平坦面21を形成している。中詰めコンクリート21aは、杭頭開口から内部に懸架したパイルキャップ21bで保持され、下方への脱落を防止されている。なお、上記平坦面21は、鋼管杭2の杭頭に被冠又は嵌合させた金属盤、又は開口縁の形状の補正用の補強枠体を開口内部や外周縁に配置して形成しても良い。
Reference numeral 2 denotes a steel pipe pile. The steel pipe pile 2 is a long hollow cylindrical body having a certain strength formed from a predetermined metal material (for example, “structural carbon steel”), and a part of the pile head side is exposed at a predetermined position of the
鋼管杭2の地盤側の側周面には緩衝材3を配設している。この緩衝材3は下方が拡径した環状を成す発泡スチロール材である。緩衝材3は鋼管杭2の地盤側の側周面と、その周辺の基礎部6との付着を阻害すると共に、鋼管杭2が平坦面21を基準に基礎部6に対して回転、特に傾斜したり撓んだりした場合に側周面と基礎部6との干渉を防止している。
A buffer material 3 is arranged on the side peripheral surface of the steel pipe pile 2 on the ground side. The buffer material 3 is a foamed polystyrene material having a ring shape whose diameter is expanded downward. The buffer material 3 obstructs the adhesion of the side peripheral surface of the steel pipe pile 2 on the ground side and the
上記緩衝材3より上側の鋼管杭2の側周面には、ボンドブレーカーである絶縁テープ4を巻回している。この絶縁テープ4は、緩衝材3を除いた鋼管杭2の側周面と周辺の基礎部6との付着を防止している。なお、前記ボンドブレーカーの幅として、上記露出部の高さを考慮して、本実施例の場合は約10〜15mm程度に設定している。
An insulating tape 4 that is a bond breaker is wound around the side peripheral surface of the steel pipe pile 2 above the cushioning material 3. This insulating tape 4 prevents adhesion between the side peripheral surface of the steel pipe pile 2 excluding the buffer material 3 and the surrounding
鋼管杭2の周囲の地盤上に摺動層5を形成している。この摺動層5は、摩擦係数の小さな樹脂性のシート材51を地盤8の上面に1枚または複数枚を敷設し、シート材51の間に低摩擦素材52を介在させて構成している。なお、摺動層5はこの実施形態例に限定することなく、例えば、地盤上面に施工したモルタル層の上面に地盤と工学的に絶縁する素材、例えば、発泡ウレタン等を敷設して構成して良い。
A sliding layer 5 is formed on the ground around the steel pipe pile 2. The sliding layer 5 is configured by laying one or more
鋼管杭2の周囲、及び摺動層5の上部側には、コンクリートを打設して所定形状の基礎部6を形成している。基礎部6と鋼管杭2の平坦面21の接合部には当接体7を配設している。当接体7は、基礎部6の内部に取り込まれて一体となっており、鋼管杭2の外周縁側を囲うように線材である鉄筋から形成した枠体71と、枠体71の内側に鋼管杭2の平坦面21に沿って配設した補強筋72と、から構成している。この当接体7は、鋼管杭2から基礎部側への支圧応力と、鋼管杭2が水平力を受けた際に基礎部6と杭頭の接触面に作用する側圧に対する補強として機能している。
Concrete is cast around the steel pipe pile 2 and on the upper side of the sliding layer 5 to form a
枠体71は円形枠状を成し、鋼管杭2の上端縁から外側に離れて位置している。補強筋72は枠体71の内側に十字を成して配設し、4箇所に垂下状に鋼管杭2の外縁形に沿ったおおよその位置に位置決め筋73を配設している。
The
次に、本基礎構造1の具体的な施工手順を説明する。
まず、地盤8の所定位置に所定長さ及び杭径の鋼管杭2を頭側の一部を露出させた状態で貫入埋設する。
Next, a specific construction procedure of the
First, the steel pipe pile 2 having a predetermined length and a pile diameter is embedded in a predetermined position of the
次に、露出した鋼管杭2の内部にパイルキャップ21bを挿入して中詰めコンクリート21aを打設して平坦面21を形成する。これと同時に鋼管杭2の周囲の地盤8の上面に摺動層5を形成する。また、鋼管杭2の露出部分に緩衝材3を環装配置し、残りの露出部分の側周面に絶縁テープ4を巻回する。
Next, the
鋼管杭2の杭頭に当接体7を位置決め筋73により位置決めしつつ被冠させると共に、基礎部側の所定の配筋(図示省略)をし、型枠(図示省略)を構築する。
The
鋼管杭2の平坦面21を形成する中詰めコンクリート21aが完全に硬化したことを確認した後、型枠内にコンクリート打設して所定形状の基礎部6を形成し、本基礎構造1の施工が完了する。
After confirming that the filling concrete 21a forming the flat surface 21 of the steel pipe pile 2 is completely cured, the concrete is placed in the formwork to form the
構築した基礎部6の下面の高さ位置、別言すれば摺動層5の形成位置は、周辺の地盤8の高さと略一致させても良い。この場合、図4にあるように、基礎部6の端部側は冬季の凍結を考慮して盛土9をする必要がある。
The height position of the lower surface of the constructed
上記構成の本基礎構造1は、鋼管杭2と基礎部6は剛接合としていない。つまり、鋼管杭2は平坦面21が接合する当接体7によって基礎部6の鉛直方向の荷重を支持するのみで、基礎部6に対しては回転自在となっている。これは、鋼管杭2の平坦面21を形成する中詰めコンクリート21aの硬化後に基礎部形成用コンクリートを打設したために基礎部側の当接体7は平坦面21とは相対移動可能で一体化しおらず、また、鋼管杭2の側周面と周辺の基礎部6とは緩衝材3及び絶縁テープ4により付着していないからである。
In the
鋼管杭2と基礎部6が剛接合していないことにより、鋼管杭2と基礎部6は実質的に回転方向の移動が自由なピン接合とみなすことができる。地震動により建築物と地盤に相対変位が生じた際、杭頭がピン接合であることにより、地盤8に貫入埋設した鋼管杭2のバネ定数は杭頭が剛接合の場合に比較して小さく、建築物全体として固有周期は長くなる。その結果、地盤8の変位に比べて振幅、加速度が共に小さく、基礎部側への地震エネルギーの伝達が低減され、免震機能を発揮する。
Since the steel pipe pile 2 and the
また、本基礎構造1は、その構成により、水平荷重の作用時に鋼管杭2に回転変位が生じても杭頭モーメントが生ぜず、基礎部6にも曲げ応力、捻り応力が生じない。また、鋼管杭2の側周面に配置した緩衝材3により杭頭と基礎部6は干渉せず、双方の損傷も抑制している。
Moreover, this
地盤8と基礎部下面の間に形成した摺動層5は、地盤8の基礎部6への摩擦力、粘着力を低減させて地盤8から基礎部6への地震動の伝達を小さくし、基礎部6と地盤8を同期して振動し難くする結果、より免震機能を高めている。また、基礎部6の下面高さを周縁地盤と一致させた場合、この位置関係によって基礎部6から地盤8への受動土圧を小さくし、地震エネルギーの伝達を低減している。
The sliding layer 5 formed between the
1 本基礎構造
2 鋼管杭
21 平坦面
21a 中詰めコンクリート
3 緩衝材
6 基礎部
7 当接体
71 枠体
8 地盤
DESCRIPTION OF
従来技術によれば、小規模ビルや一般住宅の建築物においても、支持地盤耐力の不足を補完する構造として基礎杭、特に鋼管杭を用いた杭基礎構造が広く採用されている。 According to the prior art, foundation piles, particularly pile foundation structures using steel pipe piles, are widely adopted as a structure that complements the lack of bearing ground strength in small buildings and general residential buildings.
図符号2は鋼管杭である。鋼管杭2は、所定の金属材(例えば、「構造用炭素綱」)から形成した一定強度を有する長尺状の中空円筒体であり、地盤8の所定位置に杭頭側の一部を露出させて貫入埋設している。なお、この杭頭を露出させる部分(「露出部」)の高さは、鋼管杭2の剛性、地盤8の状態、及び基礎部6と関わらせる状態などを考慮して、最適演算より設定されるものであり、本実施例では約30〜50mm程度に設定している。また、この鋼管杭2は、杭頭開口側の内部に所定深さまで中詰めコンクリート21aを打設して閉塞した平坦面21を形成している。中詰めコンクリート21aは、杭頭開口から内部に懸架したパイルキャップ21bで保持され、下方への脱落を防止されている。なお、上記平坦面21は、鋼管杭2の杭頭に被冠又は嵌合させた金属盤、又は開口縁の形状の補正用の補強枠体を開口内部や外周縁に配置して形成しても良い。
Reference numeral 2 denotes a steel pipe pile. The steel pipe pile 2 is a long hollow cylindrical body having a certain strength formed from a predetermined metal material (for example, “structural carbon steel”), and a part of the pile head side is exposed at a predetermined position of the
Claims (8)
該鋼管杭の杭頭に回転方向の移動を自由にして上下方向で当接配置した当接体と、
該当接体を取り込んで一体化すると共に前記杭頭の露出部の外周に一定の空隙域を設けて打設した基礎部と、
から成ることを特徴とする鋼管杭を用いた免震基礎構造。 An internal hollow steel pipe pile embedded in a standing configuration with an exposed part of a certain height on the construction ground,
A contact body disposed in contact with the pile head of the steel pipe pile in the vertical direction with free movement in the rotational direction;
A foundation portion that is integrated by taking in the contact body and placing a fixed void area on the outer periphery of the exposed portion of the pile head; and
Base-isolated base structure using steel pipe piles.
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