JP2019019503A - 杭頭構造 - Google Patents

Abstract

【課題】杭頭部に作用するせん断力を小さくできる杭頭構造を提供する
【解決手段】杭頭構造は、地盤に埋設されたコンクリート杭（支持杭２０Ｆ、２０Ｇ）と、コンクリート杭の杭頭部と離間して配置された建物１０の基礎梁１２と、下端部がコンクリート杭に埋設され、基礎梁１２へ固定されたコンクリート充填鋼管（鋼管４２）と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、杭頭構造に関する。

下記特許文献１には、地中に建て込んだ杭の杭頭部とフーチングとを一体化する杭の施工方法が示されている。

特開２０１０−５３５６８号公報

上記特許文献１のように杭頭部とフーチングとを一体化する場合、杭頭部のせん断剛性が高くなり、杭頭部に作用するせん断力が大きくなる。

本発明は上記事実を考慮して、杭頭部に作用するせん断力を小さくできる杭頭構造を提供することを目的とする。

請求項１の杭頭構造は、地盤に埋設されたコンクリート杭と、前記コンクリート杭の杭頭部と離間して配置された建物の基礎梁と、下端部が前記コンクリート杭に埋設され、前記基礎梁へ固定されたコンクリート充填鋼管と、を備える。

請求項１の杭頭構造によると、基礎梁がコンクリート杭の杭頭部と離間して配置されている。そして基礎梁に固定されたコンクリート充填鋼管の下端部がコンクリート杭に埋設されることで、基礎梁とコンクリート杭とが連結されている。

コンクリート杭は基礎梁に直接固定されていないため、地震時にはコンクリート杭にせん断力が作用しにくく、基礎梁に固定されているコンクリート充填鋼管にせん断力が作用する。

これにより請求項１の杭頭構造は、コンクリート杭が基礎梁に直接固定されている杭頭構造と比較して、杭頭部のせん断剛性及び杭頭部に作用するせん断力が小さく、せん断破壊し難い。

請求項２の杭頭構造は、前記杭頭部と前記基礎梁との離間距離は前記コンクリート充填鋼管の幅以上である。

請求項２に記載の杭頭構造によると、コンクリート杭の杭頭部と基礎梁との間の部分で露出したコンクリート充填鋼管の長さが、コンクリート充填鋼管の幅以上である。これによりコンクリート充填鋼管にせん断力が作用した場合、コンクリート杭の杭頭部と基礎梁との間の部分で露出したコンクリート充填鋼管は、塑性変形してエネルギーを吸収できる。これに対して、コンクリート杭の杭頭部と基礎梁との間の部分で露出したコンクリート充填鋼管の長さが、コンクリート充填鋼管の幅より短い場合、コンクリート充填鋼管は脆性破壊しやすくエネルギー吸収能力を十分に発揮しにくい。

請求項３の杭頭構造は、前記コンクリート充填鋼管の前記下端部の周囲のコンクリートが補強部材で取り囲まれている。

請求項３の杭頭構造によると、コンクリート杭に埋設されたコンクリート充填鋼管の下端部の周囲のコンクリートが、補強部材によって取り囲まれている。このため、コンクリート杭がコンクリート充填鋼管から押圧された際に、コンクリートがパンチング破壊することを抑制できる。

本発明に係る杭頭構造によると、杭頭部に作用するせん断力を小さくできる。

本発明の実施形態に係る杭頭構造が適用された建物を示す立断面図である。 本発明の実施形態に係る杭頭構造が適用された建物の基礎伏図である。 本発明の実施形態に係る杭頭構造を示す立断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る杭頭構造における補強部材を示す立断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施形態に係る杭頭構造において鋼管を本設柱と連結しない変形例を示した立断面図である。

（建物）
本発明の実施形態に係る杭頭構造が適用される建物１０は、図１に示すように、表層地盤Ｇ１の下方に、傾斜した支持地盤Ｇ２が形成された敷地に立つ構造物である。建物１０は、支持地盤Ｇ２が浅い位置（図１におけるＸ方向右側）では、基礎梁１２が支持地盤Ｇ２に直接載置されて支持された直接基礎形式とされている。

また、支持地盤Ｇ２が深い位置（図１におけるＸ方向左側。換言すると、基礎梁１２と支持地盤Ｇ２とが上下方向に離間している位置）では、基礎梁１２の下端部から支持杭２０を支持地盤Ｇ２へ延設して支持された杭基礎形式とされている。

（支持杭）
支持杭２０は、場所打ちコンクリート杭とされている。支持杭２０を図１におけるＸ方向左側から順に支持杭２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇとすると、これらの長さはそれぞれ、設置されている位置における基礎梁１２から支持地盤Ｇ２までの距離に対応しており、支持杭２０Ａ＞２０Ｂ＞２０Ｃ＞２０Ｄ＞２０Ｅ＞２０Ｆ＞２０Ｇである。

支持杭２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅの杭頭部は、基礎梁１２と一体化されたフーチング１４に固定されている。一方で、支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部は、基礎梁１２と離間して配置されている。

支持杭２０の杭頭部には、柱４０の下端部が埋設されている。柱４０はコンクリート充填角型鋼管（ＣＦＴ）で形成された、建物１０の本設柱である。

なお、図１において支持杭２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇはそれぞれ１本ずつ示されているが、以下の説明において支持杭２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅ、２０Ｆ、２０Ｇとは、図２に示す支持杭２０のうち、同一の軸線（Ｙ方向に沿う軸線）上にある支持杭を総称するものとする。

（杭頭構造）
図１に示すように、支持杭２０のうち支持杭２０Ｆ、２０Ｇは他の支持杭２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ、２０Ｅより長さが短く、支持杭２０Ｆ、２０Ｇの先端部は支持地盤Ｇ２に根入れされている。本発明の実施形態に係る杭頭構造は、この支持杭２０Ｆ、２０Ｇに適用される。

図３に示すように、支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部と基礎梁１２とは離間して配置されている（離間距離Ｈ）。また、支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部には、幅Ｄの鋼管４２（コンクリート充填角型鋼管）の下端部が埋設され、この鋼管４２の上端部は基礎梁１２に埋設されている。

これにより、支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部と基礎梁１２との間で、鋼管４２が表層地盤Ｇ１に対して露出している。この露出部分の高さ（支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部と基礎梁１２との離間距離Ｈ）と幅（鋼管４２の幅Ｄ）の関係は、Ｈ≧Ｄとされている。

鋼管４２において、支持杭２０Ｆ、２０Ｇに埋設された部分と、基礎梁１２に埋設された部分の管壁側面には、それぞれ頭付きスタッド４２Ｓ、４２Ｇが溶接されている。また、鋼管４２の下端部には、ベースプレート４２Ｂが溶接されている。この頭付きスタッド４２Ｓの付着力及びベースプレート４２Ｂの支圧力によって、基礎梁１２から支持杭２０Ｆ、２０Ｇへ下向きの軸力が伝達される。

また、鋼管４２の上端部には、ベースプレート４４Ｂを介して鋼管４４（コンクリート充填角型鋼管）が接合されている。これにより、鋼管４２、４４が一体となって建物１０の本設柱である柱４０を形成し、建物１０の上部荷重は柱４０から支持杭２０Ｆ、２０Ｇへ伝達される。

なお、鋼管４２は、支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部と基礎梁１２との間で土砂と接するため、鋼管４４と比較して材厚が大きく（概ね＋２ｍｍ程度）形成されている。これにより鋼管４２の表面が腐食しても、必要な耐力が損なわれることはない。

（補強部材）
図４（Ａ）に示すように、支持杭２０Ｆ、２０Ｇの内部において鋼管４２を取り囲む部分には、補強部材３０が埋設されている。補強部材３０は、帯状の鋼板を曲げ加工して形成された円環状の部材であり、鋼管４２が支持杭２０Ｆ、２０Ｇに埋設された部分の上端部及び下端部に配置されている。

図４（Ｂ）に示すように、補強部材３０は、支持杭２０Ｆ、２０Ｇに埋設された鉄筋かご２２を形成する主筋２２Ａの内側に、図示しない結束金物を用いて、又は溶接で固定されている。

（施工法）
本実施形態に係る杭頭構造が適用される建物１０は、逆打ち工法で構築され、鋼管４２、４４が一体化された柱４０は構真柱とされている。逆打ち工法では、表層地盤Ｇ１を穿孔して建物１０の支持杭２０を地中に埋設し、表層地盤Ｇ１を掘削する前に、支持杭２０へ柱を立設する。そしてこの支持杭２０から立設した柱（構真柱）を支持体として、床梁を上階から下階の順に構築しながら表層地盤を掘削する。

（作用・効果）
本実施形態の杭頭構造によると、互いに離間して配置された基礎梁１２と支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部とが、鋼管４２で連結されている。

支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部は基礎梁１２に直接固定されていないため、せん断剛性が小さく、地震時にはこれらの杭頭部にせん断力が作用しにくい。これにより、例えば支持杭２０Ａ〜２０Ｅのように杭頭部がフーチングに固定された構造と比較して、杭頭部がせん断破壊しにくい。

また、基礎梁１２と支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部とが離間しているため、地震時には、基礎梁１２と支持杭２０Ｆ、２０Ｇとを連結する鋼管４２にせん断力が作用する。この鋼管４２は、基礎梁１２と支持杭２０Ｆ、２０Ｇとの間で露出した部分の高さ（支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部と基礎梁１２との離間距離Ｈ）は、幅（鋼管４２の幅Ｄ）以上とされている。すなわち、縦長である。これにより、鋼管４２にせん断力が作用した場合、基礎梁１２と支持杭２０Ｆ、２０Ｇとの間で露出した部分は、塑性変形してエネルギーを吸収できる。

これに対して、基礎梁１２と支持杭２０Ｆ、２０Ｇとの間で露出した部分の高さが、幅未満の場合、鋼管は脆性破壊しやすくエネルギー吸収能力を十分に発揮しにくい。

なお、本実施形態に係る建物１０は、図１に示すように、表層地盤Ｇ１の下方に、傾斜した支持地盤Ｇ２が形成された敷地に立つ構造物である。そして建物１０は、図１におけるＸ方向右側では直接基礎で支持され、Ｘ方向左側では杭基礎で支持されている。また、支持杭２０は、Ｘ方向左側に向かう程、長い。このため、建物１０の基礎はせん断剛性に偏りが大きく、建物１０の右側に寄るほどせん断剛性が高い。

本実施形態に係る建物１０では、支持杭２０のうち、他の支持杭と比較して長さが短い支持杭２０Ｆ、２０Ｇについて、杭頭部を基礎梁１２から離間させ、せん断剛性を小さくしている。これにより支持杭２０へ作用するせん断力が平準化され、支持杭２０Ｆ、２０Ｇへせん断力が集中することが抑制される。このため、支持杭２０Ｆ、２０Ｇがせん断破壊し難い。

これに対して、この支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部をフーチングや基礎梁１２へ固定すると、支持杭２０Ｆ、２０Ｇのせん断剛性が高くなり、地震時にはせん断力が集中してせん断破壊しやすい。

また、本実施形態の杭頭構造によると、支持杭２０Ｆ、２０Ｇに埋設された鋼管４２の下端部の周囲のコンクリートが、補強部材３０によって取り囲まれている。このため、支持杭２０Ｆ、２０Ｇを構成するコンクリートが、地震時に鋼管４２から押圧された際に、コンクリートがパンチング破壊することを抑制できる。

また、この補強部材３０は、鉄筋かご２２を地組みする際に、主筋２２Ａを所定の位置に配設するガイド部材として機能する他、地組み後に鉄筋かご２２が変形することを抑制できる。

また、本実施形態に係る建物１０は逆打ち工法で構築され、基礎梁１２に固定された鋼管４２の上端部に鋼管４４が接合されて、建物１０の本設柱である柱４０を構成している。このため建物１０の上部荷重が、鋼管４４から鋼管４２へ直接伝えられ、さらに鋼管４２から支持杭２０Ｆ、２０Ｇへ、頭付きスタッド４２Ｓ及びベースプレート４２Ｂを介して伝えられる。

このため、支持杭２０Ｆ、２０Ｇは建物１０の鉛直荷重を処理しやすい。なお、鋼管４２、４４の構成については、支持杭２０Ａ〜２０Ｅについても同様であり、これらの支持杭にも、建物１０の荷重が直接伝達される。

なお、本実施形態においては、鋼管４２において基礎梁１２に埋設された部分の管壁側面に、頭付きスタッド４２Ｇを溶接しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例え頭付きスタッド４２Ｇを省略しても、建物１０の鉛直荷重は鋼管４４から鋼管４２へ伝達することができる。但し、基礎梁１２に作用する曲げモーメントに抵抗するため、また、建物１０の最下階及び基礎梁１２の自重を伝達するため、頭付きスタッド４２Ｇを設置するほうが好ましい。

なお、これらの頭付きスタッド４２Ｇ、４２Ｓは、鋼管４２と、基礎梁１２、支持杭２０Ｆ又は支持杭２０Ｇとの間で応力を伝達できるものであればよく、スタッドボルト、シアコネクタであってもよい。

また、本実施形態において、建物１０は逆打ち工法で構築され、鋼管４２が構真柱の一部とされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば表層地盤Ｇ１を掘削した後で柱を建て込む順打ち工法で建物１０を構築してもよく、この場合においても鋼管４２は建物１０の本設柱の一部とすることができる。あるいは、図５に示すように、鋼管４２は本設柱５０と接合しなくてもよい。この場合、建物１０の荷重は本設柱５０から基礎梁１２を介して鋼管４２へ伝達されるので、鋼管４２へ溶接された頭付きスタッド４２Ｇを有効に機能させることができる。

さらに、鋼管４２の上端部は基礎梁１２に埋設させなくてもよく、基礎梁１２の下端に固定してもよい。この場合、基礎梁１２から鋼管４２へ建物１０の荷重を伝達できるように、例えば基礎梁１２と鋼管４２との間に支圧プレートを挟めばよい。

また、本実施形態において、補強部材３０は、鋼管４２が支持杭２０Ｆ、２０Ｇに埋設された部分の上端部及び下端部に配置されているものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らず、どちらか一方に設けるか、又は省略することもできる。

補強部材３０をどちらか一方に設ける場合は、コンクリートが鋼管４２から受ける横方向の力が大きい上端部に設けるのが好適である。また、補強部材３０を、上端部及び下端部の双方に設ける場合であっても、例えば上端部に鋼ける補強部材３０は、下端部と比較して厚みを大きくするとよい。

また、補強部材３０は、鉄筋かご２２を形成する主筋２２Ａの内側に設けているが、本発明の実施形態はこれに限らない。たとえば主筋２２Ａの外側に設けてもよいし、支持杭２０Ｆ、２０Ｇを形成するコンクリートの外側に設けてもよい。すなわち、鋼管４２と補強部材３０との間に、支持杭２０Ｆ、２０Ｇを形成するコンクリートがあればよい。

また、補強部材３０は、帯状の鋼板を曲げ加工して形成された円環状の部材とされているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば鉄筋を主筋２２Ａの周りに複数回巻きつけて形成することもできるし、フープ筋２２Ｂを、他の部分より密に配置することで形成してもよい。

補強部材３０をこれらのような構成にしても、コンクリートのパンチング破壊を抑制することができる。

なお、本実施形態において、支持杭２０Ｆ、２０Ｇの杭頭部と基礎梁１２との間において、鋼管４２の周囲には表層地盤Ｇ１を形成する土砂が配置されている。この土砂は、支持杭２０Ｆ、２０Ｇのコンクリート打設後、基礎梁１２のコンクリート打設前に埋め戻した土砂であるが、本発明の実施形態においては、この埋め戻し土砂を、例えばスタイロフォームなどの発泡性樹脂材料に代えてもよい。

発泡性樹脂材料は鋼管４２のせん断変形を阻害しにくいため、これを使用しても杭頭部に作用するせん断力を低減できる効果を得られる。また、発泡性樹脂材料を捨て型枠として、基礎梁１２のコンクリートを打設することができる。

また、本実施形態に係る杭頭構造は、互いに長さの異なる複数の支持杭（支持杭２０Ａ、２０Ｂ…２０Ｇ）を備えた建物１０において、他の支持杭より短い支持杭２０Ｆ、２０Ｇに適用したが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば杭頭に作用するせん断力を小さくしたい場合は、長い杭に適用することもできる。

また、本実施形態に係る杭頭構造が適用される建物は、表層地盤Ｇ１の下方に、傾斜した支持地盤Ｇ２が形成された敷地に立つ構造物としたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば地盤条件に関わらず、重心位置と剛心位置が異なる建物において、剛心に近い位置にある支持杭に適用することで、剛心位置を重心位置に近づけて建物の捩れ変形を抑制することができる。

また、本実施形態に係る杭頭構造が適用される杭は、先端が支持地盤に根入れされた支持杭に限定されるものではなく、摩擦杭に適用してもよいし、また、場所打ち杭だけでなく既成杭に適用することもできる。

１０ 建物
１２ 基礎梁
２０Ｆ、２０Ｇ 支持杭（コンクリート杭）
３０ 補強部材
４２ 鋼管（コンクリート充填鋼管）
Ｇ１ 表層地盤（地盤）
Ｇ２ 支持地盤（地盤）

Claims (3)

1. 地盤に埋設されたコンクリート杭と、
   前記コンクリート杭の杭頭部と離間して配置された建物の基礎梁と、
   下端部が前記コンクリート杭に埋設され、前記基礎梁へ固定されたコンクリート充填鋼管と、
   を備える杭頭構造。
2. 前記杭頭部と前記基礎梁との離間距離は前記コンクリート充填鋼管の幅以上である、請求項１に記載の杭頭構造。
3. 前記コンクリート充填鋼管の前記下端部の周囲のコンクリートが補強部材で取り囲まれている、請求項１又は請求項２に記載の杭頭構造。