JP2017082548A - コンクリート基礎接合部材及び杭構造 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図れるコンクリート基礎接合部材を提供すること。【解決手段】プレキャストコンクリート部材から形成され少なくとも杭１０の頂部の側面を囲う接合部本体２１と、接合部本体２１に設けられプレストレスを導入するプレストレス導入部材２２とを備えた。接合部本体２１にプレストレスが導入されているので、接合部本体２１を大きくする必要はない。そのため、コンクリート基礎接合部材２０が小型化されることになり、隣合う杭１０や柱４０の間隔を短くすることが可能となり、建物の設計の自由化を達成することができる。そして、コンクリート基礎接合部材２０は、接合部本体２１とプレストレス導入部材２２とが一体とされたプレキャスト部材であるため、現場施工に比べて工期の短縮を図ることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート基礎接合部材及び杭構造に関する。

地中杭や地中梁と柱とを接合するため、コンクリート基礎接合部材が利用されている。
コンクリート基礎接合部材は、地震によるせん断破壊を防止するために、接合部材自体を大きくしたり、使用される鉄筋量を多くしたりしている。さらに、コンクリート基礎接合部材を現場で施工すると、施工期間が長期化するだけでなく、普通強度鉄筋を使用するために鉄筋量が多くなり、コンクリート基礎接合部材が大型化するという課題がある。

現場での施工期間の短縮を図るため、杭の頂部にコンクリートでプレキャストされた基礎接合部材を配置する方法がある。
この方法の従来例として、本体、梁柱接合ユニット及び杭基礎接合ユニットからなるプレキャストパイルキャップ構造がある（特許文献１）。
特許文献１の従来例では、杭基礎接合ユニットは、本体に形成され杭基礎を挿通する孔に形成される。杭基礎は頂部から突出した鉄筋を有する。本体には水平方向に複数の貫通孔が形成され、これらの貫通孔に挿通される鉄筋は、孔に挿通された杭基礎の鉄筋と交差することになる。

特開２０１０−２４２３２７号公報

特許文献１の従来例では、パイルキャップの主要部分を構成する本体と杭基礎とは鉄筋により接合される構成である。鉄筋は、本体に形成された貫通孔に挿通される。
そのため、パイルキャップ構造で大きな荷重の柱を支持するには、鉄筋量を多くして、パイルキャップの本体を大型化しなければならない。本体が大型化されると、隣合う柱の間隔が狭い場合には、パイルキャップ同士が干渉することになり、設計の自由度が制限される。

本発明の目的は、小型化を図れるコンクリート基礎接合部材及び杭構造を提供することにある。

本発明のコンクリート基礎接合部材は、プレキャストコンクリート部材から形成され少なくとも杭の頂部の側面を囲う接合部本体と、前記接合部本体に設けられプレストレスを導入するプレストレス導入部材と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、現場において、予め施工されている杭の頂部にプレストレスが導入された接合部本体を設置し、接合部本体の上に柱を設置する。
柱からの荷重は、接合部本体を経由して杭に伝達される。柱から伝達される荷重が大きい場合には、接合部本体を大きくしなければならないが、本発明では、接合部本体に予めプレストレスが導入されているので、接合部本体自体を大きくする必要はない。そのため、コンクリート基礎接合部材の小型化が図れ、その結果、設計の自由度が制限されないことになる。

コンクリート基礎接合部材において、前記接合部本体は、前記杭の頂部の側面を囲う基部と、前記基部の上に設けられ前記杭の頂部の上面を覆う蓋部とを有し、前記プレストレス導入部材は、前記基部に設けられた第一プレストレス導入部材と、前記蓋部に設けられた第二プレストレス導入部材とを有する構成が好ましい。
この構成では、基部の上に配置された蓋部がフーチングを兼ねることになる。そのため、部品点数の減少を図れるとともに、フーチングを現場施工する場合に比べて、工期の短縮を図ることができる。
しかも、基部と蓋部との双方でプレストレスが導入されるので、この点からも、接合部本体を大きくすることを要せず、コンクリート基礎接合部材の小型化が図れる。

コンクリート基礎接合部材において、前記プレストレス導入部材は、前記接合部本体に設けられ前記杭の軸方向と交差する方向に配置されたＰＣ鋼材と、前記ＰＣ鋼材の端部に螺合されるナット部材とを有する構成が好ましい。
この構成では、プレストレス導入部材をＰＣ鋼材及びナット部材から構成したので、接合部本体へのプレストレスの導入が簡易な方法で実現することができる。

本発明の杭構造は、杭と、前述の構成のコンクリート基礎接合部材とを備え、前記杭は、頂部の上面から突出する突出鉄筋を備え、前記突出鉄筋は、降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳで規定された普通強度鉄筋よりも降伏点又は０.２％耐力が大きく設定された高強度鉄筋であることを特徴とする。
本発明の杭構造では、突出鉄筋が高強度鉄筋であるため、同じ強度の普通鉄筋と比べて、細くできる。そのため、杭の鉄筋量を減らすことができる。
そして、プレストレス導入部材にプレストレスが導入されているので、杭の頂部の拘束力が上昇する。杭の頂部が拘束されているので、杭の頂部の曲げモーメントによる突出鉄筋の引抜力が軽減され、この引抜力の抵抗筋として突出鉄筋の本数を減らすことができる。

本発明の杭構造は、杭と、前記杭の頂部に設けられたコンクリート基礎接合部材とを備え、前記コンクリート基礎接合部材は、前記杭の頂部の側面を囲う基部と、前記基部に設けられたプレストレス導入部材とを有し、前記基部の上にはフーチングが前記コンクリート基礎接合部材とは別体に設置されることを特徴とする。
本発明では、基礎の上に施工されるフーチングをコンクリート基礎接合部材とは別体に配置するので、コンクリート基礎接合部材自体を軽量化することができる。そのため、コンクリート基礎接合部材の運搬や設置作業が容易となる。

本発明の第１実施形態にかかる杭構造の鉛直断面図。 図１のII-II線に沿う矢視断面図。 本発明の第２実施形態にかかる杭構造の鉛直断面図。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
図１及び図２には、第１実施形態が示されている。
図１及び図２において、第１実施形態の杭構造１は、杭１０と、杭１０の上に設けられたコンクリート基礎接合部材２０と、コンクリート基礎接合部材２０の側面２０Ａに設けられた基礎梁３０と、コンクリート基礎接合部材２０の上に設けられた柱４０とを備えている。
杭１０は、頂部の上面から突出する複数の突出鉄筋１１を備えている。突出鉄筋１１は、通称、髭筋と称されるものであり、杭天端部に機械的又は溶接にて取り付けられている。
突出鉄筋１１は、降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１０９やＪＩＳＧ３１１２で規定されたＰＣ鋼棒又は普通強度鉄筋である。これらの突出鉄筋１１は、杭１０の円周に沿って等間隔に配置されている。

コンクリート基礎接合部材２０は、プレキャストコンクリート部材から形成されており、杭１０の頂部に設けられた接合部本体２１と、接合部本体２１に一体に設けられたプレストレス導入部材２２と、を備えて構成されている。
接合部本体２１は、杭１０の頂部の側面を囲う基部２３と、基部２３の上に一体に設けられ杭１０の頂部の上面を覆う蓋部２４とを備えており、杭１０の頂部を覆うために下端から中心部にかけて杭１０の頂部の形状に即した凹部２１０が形成されている。
接合部本体２１の平面視の形状は、図２では、長方形であるが、本実施形態では、円形、その他の形状であってもよい。
第１実施形態では、接合部本体２１のうち蓋部２４に相当する部分がフーチングを兼ねていることになる。

蓋部２４の上面２０Ｂの中央部分には柱４０の下端を保持するための凹部２００が形成されている。
蓋部２４には、複数の突出鉄筋１１をそれぞれ挿通するシース管２５が鉛直方向に沿って埋設されている。蓋部２４には、突出鉄筋１１とは異なる鉄筋（図示せず）が突出鉄筋１１の軸方向と同一線上に設けられている。これらの鉄筋は、蓋部２４の凹部２００の底面を突出し、柱４０の下部に係合される。なお、図１で示される突出鉄筋１１を蓋部２４の凹部２００の底面から上方に突出させ、柱４０に係合させる構成としてもよい。

プレストレス導入部材２２は、基部２３に水平方向に沿って設けられた第一プレストレス導入部材２２１と、蓋部２４に水平方向に沿って設けられた第二プレストレス導入部材２２２と、接合部本体２１を貫通して鉛直方向に沿って設けられた第三プレストレス導入部材２２３とを有する。
第一プレストレス導入部材２２１は、基部２３において上下に一対ずつ配置されている。
これらの第一プレストレス導入部材２２１は、それぞれ基部２３に設けられ杭１０の軸方向（鉛直方向）と直行する方向（水平方向）に配置された棒状のＰＣ鋼材２２Ａと、ＰＣ鋼材２２Ａの両端部に形成された雄ねじ部２３０にそれぞれ螺合されるナット部材２２Ｂとを有する。ここで、ＰＣ鋼材２２Ａとして、鋼棒表面に特殊アスファルト系ポリマーを被覆し、その外周を保護したアンボンドＰＣ鋼棒が用いられる。
ＰＣ鋼材２２Ａは、杭１０を挟んで井桁状であって接合部本体２１の平面外辺に沿って配置されている。
ナット部材２２Ｂは、基部２３の側面２０Ａに形成された凹部２１Ａに配置されており、凹部２１Ａの底面とナット部材２２Ｂとの間には、図示しないアンカープレートと座金２２Ｃとが配置されている。
第一プレストレス導入部材２２１が基部２３に配置された状態では、ナット部材２２Ｂ及びＰＣ鋼材２２Ａの端縁は側面２０Ａから突出しない。

第二プレストレス導入部材２２２は、蓋部２４に設けられ杭１０の軸方向と直行する方向に配置された棒状のＰＣ鋼材２２Ａと、ＰＣ鋼材２２Ａの雄ねじ部２３０にそれぞれ螺合されるナット部材２２Ｂとを有する。
第三プレストレス導入部材２２３は、平面視において、接合部本体２１の四隅近傍に配置されており、杭１０の軸方向と平行に配置された棒状のＰＣ鋼材２２Ａと、ＰＣ鋼材２２Ａの雄ねじ部２３０にそれぞれ螺合されるナット部材２２Ｂとを有する。
ナット部材２２Ｂは、蓋部２４の上面２０Ｂと基部２３の下面２０Ｃとにそれぞれ形成された凹部２１Ａに配置されている。

基礎梁３０は、コンクリート基礎接合部材２０を挟んで直線上に配置されている。第１実施形態では、基礎梁３０は、現場打ちコンクリートから構成されてもよく、プレキャストコンクリート部材から構成されているものでもよい。
基礎梁３０がプレキャストコンクリート部材から構成される場合では、基礎梁３０に雄ねじ部を有する端部が水平方向に突出する連結用鉄筋（図示せず）を配置し、接合部本体２１に雄ねじ部を有する端部が側面２０Ａから突出する連結用鉄筋（図示せず）を配置し、これらの連結用鉄筋同士を機械的継手、例えば、ナット部材で連結する構成としてもよい。

次に、第１実施形態の杭構造１の施工方法について説明する。
まず、コンクリート基礎接合部材２０を製造する。そのため、図示しない型枠にＰＣ鋼材２２Ａ又は普通強度鉄筋を挿通するためのシース管２５を設置し、さらに、コンクリートスラリーを型枠内に打設する。コンクリートスラリーを養生した後、型枠を取り外すことで、接合部本体２１とＰＣ鋼材２２Ａとが一体となったコンクリート基礎接合部材２０が製造される。
コンクリートが指定強度に達した後、アンボンドのＰＣ鋼材２２Ａを緊張し、プレストレスを導入する。

プレストレス導入方法は種々の方法を採用できるが、例えば、接合部本体２１に配置されたアンボンドのＰＣ鋼材２２Ａの両端部にそれぞれナット部材２２Ｂを螺合しておき、ＰＣ鋼材２２Ａの一端部を図示しない油圧ジャッキ等を用いて引っ張る。すると、ＰＣ鋼材２２Ａは伸びることになり、その一端側に螺合されるナット部材２２Ｂと凹部２１Ａの底部との間の隙間が広がる。
そして、この隙間を小さくするように、ナット部材２２Ｂをねじ込む。これにより、ＰＣ鋼材２２Ａに引張力が生じることになり、ＰＣ鋼材２２Ａの両端部に螺合されたナット部材２２Ｂを介して接合部本体２１にプレストレスが導入されることになる。

プレストレスが導入されたコンクリート基礎接合部材２０を現場に搬送する。
現場では、予め、杭１０を設置しておき、この杭１０の上にコンクリート基礎接合部材２０をクレーン等の装置を用いて設置する。
この際、杭１０の突出鉄筋１１がコンクリート基礎接合部材２０のシース管２５に挿通するようにする。シース管２５と突出鉄筋１１との間に無収縮グラウトを注入する。また、杭１０と接合部本体２１との隙間を埋めるため、無収縮モルタルを充填し、両者を固定する。

従って、第１実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）プレキャストコンクリート部材から形成され杭１０の頂部の側面を囲う接合部本体２１と、接合部本体２１に設けられプレストレスを導入するプレストレス導入部材２２とを備えてコンクリート基礎接合部材２０を構成した。接合部本体２１にプレストレスが導入されているので、接合部本体２１を大きくする必要はない。そのため、コンクリート基礎接合部材２０が小型化されることになり、隣合う杭１０や柱４０の間隔を短くすることが可能となり、建物の設計の自由化を達成することができる。そして、コンクリート基礎接合部材２０は、接合部本体２１とプレストレス導入部材２２とが一体とされたプレキャスト部材であるため、現場施工に比べて工期の短縮を図ることができる。

（２）接合部本体２１は、杭１０の頂部の側面を囲う基部２３と、基部２３の上に設けられ杭１０の頂部の上面を覆う蓋部２４とを有するから、基部２３の上に配置された蓋部２４がフーチングを兼ねることになる。そのため、部品点数の減少を図れるとともに、フーチングを現場施工する場合に比べて、工期の短縮を図ることができる。

（３）プレストレス導入部材２２は、基部２３に設けられた第一プレストレス導入部材２２１と、蓋部２４に設けられた第二プレストレス導入部材２２２とを有するから、基部２３と蓋部２４との双方でプレストレスが導入されることで、接合部本体２１の大きさを小さくすることができる。特に、蓋部２４に第二プレストレス導入部材２２２でプレストレスを導入することで、接合部本体２１の杭１０からの抜け止めを図ることができる。そして、接合部本体２１に杭１０と直交方向にプレストレスが導入されているので、杭１０の頂部の拘束力が上昇する。これにより、杭１０の頂部の曲げモーメントによる突出鉄筋１１の引抜力が軽減され、杭１０の頂部に設けられた髭筋と称される突出鉄筋１１の量を減らすことができる。

（４）接合部本体２１を貫通して鉛直方向に沿って第三プレストレス導入部材２２３が設けられているので、接合部本体２１の鉛直方向における小型化を図ることができる。

（５）プレストレス導入部材２２は、接合部本体２１に設けられたＰＣ鋼材２２Ａと、ＰＣ鋼材２２Ａの端部に螺合されるナット部材２２Ｂとを有するから、接合部本体２１へのプレストレスの導入が簡易な方法で実現することができる。

（６）杭１０は、頂部の上面から突出する突出鉄筋１１は、降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２等で規定された普通強度鉄筋よりも降伏点又は０.２％耐力が大きく設定された高強度鉄筋であるから、同じ強度の普通鉄筋と比べて、突出鉄筋１１を細くできる。そのため、杭の鉄筋量を減らすことができる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。
第２実施形態は、基部の上にフーチングがコンクリート基礎接合部材とは別体に設置される点で第１実施形態とは異なるもので、他の構成は第１実施形態と同じである。第２実施形態の説明において、第１実施形態と同一構成要素は同一符号を付して説明を省略する。
図３において、第２実施形態の杭構造２は、杭１０と、杭１０の上に設けられたコンクリート基礎接合部材５０と、コンクリート基礎接合部材５０に設けられたフーチング６０と、フーチング６０の上に設けられた柱４０と、フーチング６０に設けられた基礎梁７０とを備えている。

コンクリート基礎接合部材５０は、第１実施形態の基部２３と第一プレストレス導入部材２２１とから構成されるものであり、蓋部２４、シース管２５、第二プレストレス導入部材２２２及び第三プレストレス導入部材２２３が設けられない点で、第１実施形態と相違する。
第２実施形態では、基部２３は接合部本体を構成するものであり、その上面は、杭１０の上面と同一面内にある。基部２３の中心部には杭１０の頂部の側面を囲う孔部２３Ｈが貫通して形成されている。
フーチング６０は、現場打ちコンクリートから形成されるものであり、杭１０の突出鉄筋１１が埋設されている。
フーチング６０の上面には、柱４０の下端が保持されている。なお、フーチング６０は、現場打ちコンクリートであり、コンクリート強度を大きくできないので、フーチング６０の平面上の大きさはコンクリート基礎接合部５０の平面上の大きさより大きいものとされている。
基礎梁７０は、フーチング６０の側方に設けられるものであり、フーチング６０とともに現場打ちコンクリートで施工される。

次に、第２実施形態の杭構造２の施工方法について説明する。
まず、コンクリート基礎接合部材５０を第１実施形態のコンクリート基礎接合部材２０と同様の方法で製造する。その後、第一プレストレス導入部材２２１を緊張し、プレストレスをコンクリート基礎接合部材５０に導入する。

プレストレスが挿入されたコンクリート基礎接合部材５０を現場に搬送する。
現場では、予め、杭１０が設置されており、この杭１０の上にコンクリート基礎接合部材５０を、クレーンを用いて装置し、杭１０と基部２３との隙間に無収縮モルタルを打設し、コンクリート基礎接合部材５０の設置が完了する。
そして、コンクリート基礎接合部材５０に隣接して基礎梁７０を現場打ちコンクリートで施工し、フーチング６０を現場打ちコンクリートで施工する。フーチング６０を現場打ちコンクリートで施工する際に、杭１０の突出鉄筋１１の突出鉄筋がフーチング６０に係合することになる。
なお、第２実施形態では、フーチングをコンクリート基礎接合部材２０とは別のプレキャスト部材から構成するものでもよい。

従って、第２実施形態では、第１実施形態の（１）（４）〜（６）と同様の効果を奏することができる他、次の効果を奏することができる。
（７）フーチング６０は、コンクリート基礎接合部材５０とは別体に設置されるからコンクリート基礎接合部材５０自体を軽量化することができる。そのため、コンクリート基礎接合部材５０の運搬や設置作業が容易となる。

以上の構成の実施形態の効果を確認するために、本件発明者等は過去実施した実物大要素実験を解析対象とした３次元有限要素解析を実施した。解析変数として、パイル埋め込み部の底面部にパイル軸方向に直行する２方向プレストレスの導入を追加している。その結果、横方向のプレストレスを加えることにより、パイルキャップのひびわれ耐力及びせん断耐力を向上させることがわかった。さらに、パイルキャップ側面にパイル軸方向に平行してプレストレスを導入することが効果的である。

なお、本発明は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、コンクリート基礎接合部材２０，５０は、１本の杭１０に支持される構成であったが、本発明では、コンクリート基礎接合部材２０，５０を幅広に形成し、複数本の杭１０に渡って支持される構成であってもよい。この場合、幅広く形成されたコンクリート基礎接合部材２０，５０で複数本の柱４０を同時に支持する構成であってもよい。

また、前記各実施形態では、プレストレス導入部材２２を、接合部本体２１の内部に配置される棒状のＰＣ鋼材２２Ａと、ＰＣ鋼材２２Ａの両端部の雄ねじ部２３０に螺合されるナット部材２２Ｂとを有する構成としたが、本発明では、接合部本体２１にプレストレスを導入できる構成であれば、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えば、接合部本体２１の４つの角部にアングル材を配置し、これらのアングル材のうち隣合うアングル材にＰＣ鋼材２２Ａの両端部を係合するとともに、ナット部材２２Ｂで端部を螺合する構成としてもよい。ただ、前記各実施形態のように、ＰＣ鋼材２２Ａを接合部本体２１の内部に配置すれば、アングル材の不具合により、プレストレス導入部材２２が接合部本体２１から脱落することがない。
第１実施形態において、第二プレストレス導入部材２２２及び第三プレストレス導入部材２２３を必ずしも設けることを要しない。

１，２…杭構造、１０…杭、１１…突出鉄筋、２０，５０…コンクリート基礎接合部材、２１…接合部本体、２２…プレストレス導入部材、２２１…第一プレストレス導入部材、２２２…第二プレストレス導入部材、２２３…第三プレストレス導入部材、２２Ａ…ＰＣ鋼材、２２Ｂ…ナット部材、２３…基部、２３０…雄ねじ部、２４…蓋部、２５…シース管、３０…基礎梁、４０…柱、６０…フーチング

Claims (5)

1. プレキャストコンクリート部材から形成され少なくとも杭の頂部の側面を囲う接合部本体と、
   前記接合部本体に設けられプレストレスを導入するプレストレス導入部材と、を備えた
   ことを特徴とするコンクリート基礎接合部材。
2. 請求項１に記載されたコンクリート基礎接合部材において、
   前記接合部本体は、前記杭の頂部の側面を囲う基部と、前記基部の上に設けられ前記杭の頂部の上面を覆う蓋部とを有し、
   前記プレストレス導入部材は、前記基部に設けられた第一プレストレス導入部材と、前記蓋部に設けられた第二プレストレス導入部材とを有する
   ことを特徴とするコンクリート基礎接合部材。
3. 請求項２に記載されたコンクリート基礎接合部材において、
   前記プレストレス導入部材は、前記接合部本体に設けられ前記杭の軸方向と交差する方向に配置されたＰＣ鋼材と、前記ＰＣ鋼材の端部に螺合されるナット部材とを有する
   ことを特徴とするコンクリート基礎接合部材。
4. 杭と、請求項２又は請求項３に記載されたコンクリート基礎接合部材とを備え、
   前記杭は、頂部の上面から突出する突出鉄筋を備え、前記突出鉄筋は、降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳで規定された普通強度鉄筋よりも降伏点又は０.２％耐力が大きく設定された高強度鉄筋である
   ことを特徴とする杭構造。
5. 杭と、前記杭の頂部に設けられたコンクリート基礎接合部材とを備え、
   前記コンクリート基礎接合部材は、前記杭の頂部の側面を囲う基部と、前記基部に設けられたプレストレス導入部材とを有し、
   前記基部の上にはフーチングが前記コンクリート基礎接合部材とは別体に設置される
   ことを特徴とする杭構造。

Images