JP2020148088A - 鋼製柱と杭の接合部構造 - Google Patents

Abstract

【課題】柱の耐震性能を十分に確保できる、柱と杭との接合部構造を提供する。【解決手段】柱と杭との接合部構造１は、鋼製柱２０と杭１０との接合部の構造であり、上端部に上部プレート３２を有する鋼製の連結部材３０が設けられ、連結部材３０の上部プレート３２は、鋼製柱２０の下端部に接合され、連結部材３０の下端部は、杭１０の内部のコンクリート体１２に埋設されている。そして、鋼製柱２０の建込位置の位置決めが容易で、かつ、上部構造に発生する力が杭にスムーズに伝達することで、優れた靱性を有する柱と杭との接合部構造１となる。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、鋼製柱と鉄筋コンクリート造の杭頭部を有する杭との接合部構造に関する。

従来より、鉄骨柱と杭との接合部構造として、鉄骨柱と杭との間に連結部材（仮設支持部材）を設けることが提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１では、仮設支持部材の上端は、鉄骨柱にボルト固定され、仮設支持部材の下端は、杭頭部に溶接固定された接合プレートにボルト固定される。また、杭頭面の下方
から鉄骨柱の下端面よりも上方に至るまで基礎フーチングが設けられ、基礎フーチングを構成する縦筋は、杭頭面の下方から鉄骨柱の下端面の上方まで密に配筋されている。

特許文献２には、柱脚基礎コンクリートの内部に、定着板に連結したアンカーボルトを打ち込んで、これにより、アンカーボルトの引抜き耐力を確保することが示されている。

特開２０１２−５７４３０号公報 特許第４５７５０１９号公報

特許文献１では、鉄骨柱に引抜力が作用した際には、この引抜力は、鉄骨柱からコンクリート造の基礎フーチングを構成する縦筋に伝達され、この縦筋を介して、杭に伝達される。よって、縦筋に高い引張応力が生じるので、縦筋に沿ってひび割れが発生するおそれがあった。また、高い引抜力が加わる鉄骨柱においては、基礎フーチングを構成する縦横筋が高密度に配筋する必要があり、基礎フーチングが大型化する傾向があった。

また、特許文献１では、杭の上端面に仮設支持材を設置し、この仮設支持材の上端面にプレートを設けて、このプレート上に鉄骨柱を固定していた。よって、鉄骨柱の建込位置の決定と据付け調整は、鉄骨柱とプレートとの間に高さ調整材を挿入して調整する必要があり、据付け高さの位置決めおよび建込み精度を確保するのに多くの時間を要していた。

特許文献２では、鉄骨柱を固定するには、鉄骨柱を上回る幅広部を備えた柱脚基礎コンクリートが必要であり、鉄骨柱の配置を計画する上で設計の自由度が制限されていた。

本発明は、鋼製柱の建込位置の位置決めが容易で、かつ、上部構造に発生する力を杭にスムーズに伝達させることで優れた靱性を有する鋼製柱と杭の接合部構造を提供することを課題とする。

第１の発明は、鋼製柱（例えば、後述の鋼製柱２０、２０Ａ）と杭（例えば、後述の杭１０）の接合部の構造であって、上端部にプレート（例えば、後述の上部プレート３２）を有する鋼製の連結部材（例えば、後述の連結部材３０、３０Ａ、３０Ｂ）が設けられ、当該連結部材のプレートは、前記鋼製柱の下端部に接合され、前記連結部材の下端部は、前記杭の内部のコンクリート体に埋設されていることを特徴とする。

第１の発明によれば、柱に接合されてかつ杭体内に定着される連結部材を設けた。よって、この連結部材の埋設長さを調整することで、柱の高さ位置を調整できる。また、連結部材が鋼製柱と杭との間に配置され、この連結部材は、鋼製柱に接合されるとともに、杭体内に定着されているので、鋼製の連結部材に生じた引張力が、杭を構成する縦鉄筋に伝達されるから、柱の耐震性能を十分に確保できる。従来のように、基礎フーチングを構成する縦筋により鋼製柱と杭との間で引抜力を伝達させる必要がなく、基礎フーチングの縦筋を密に配置する必要はない。よって、基礎フーチングを小型化することができる。また、鋼製柱の建込位置の位置決めが容易であり、上部構造に発生する力を杭にスムーズに伝達させて優れた靱性を発揮できる。

また、連結部材の下端部を、杭体内のコンクリートに埋設したので、連結部材の下端部は、硬化したコンクリートにより拘束されるうえに、コンクリートの付着作用により、杭に強固に接合される。

第２の発明は、前記連結部材の前記コンクリート体に埋設された部分の外周面には、スタッド（例えば、後述のスタッド３３）が設けられていることを特徴とする。

第２の発明によれば、連結部材のコンクリート体に埋設された部分にスタッドを植設したので、スタッドを介して連結部材を杭体に定着させ、連結部材を杭体に強固に固着させることができる。
また、スタッドは、鋼製柱に作用する曲げモーメント、せん断力、および軸力の大きさに応じて、フランジおよび／またはウエブに設けることで、連結部材を杭体に定着させることができる。

第３の発明は、前記鋼製柱の下端部の外周面および／または前記連結部材の外周面には、スタッド（例えば、後述のスタッド２３、３３）が設けられ、当該スタッドは、前記鋼製柱の下端部の外周面を覆うコンクリート体（例えば、後述の基礎フーチング４０）に埋設されていることを特徴とする。

第３の発明によれば、鋼製柱の下端部の外周面および／または前記連結部材の外周面にスタッドを設けたので、スタッドを介して連結部材を基礎フーチングなどのコンクリート体に定着させ、連結部材を基礎フーチングに強固に固着させることができる。

本発明によれば、前記鋼製柱の下端部の外周面を覆うコンクリート体は、下端面が前記杭の上端面より下方に位置しており、上端面が前記鋼製柱の下端面より上方に位置していることが好ましい。

本発明によれば、鋼製柱の建込位置の位置決めが容易で、かつ、上部構造に発生する力を杭にスムーズに伝達させることで優れた靱性を有する鋼製柱と杭との接合部の構造を提供できる。

本発明の第１実施形態に係る柱と杭との接合部構造の縦断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る柱と杭との接合部構造の縦断面図である。 図３のＣ−Ｃ断面図およびＤ−Ｄ断面図である。 本発明の第３実施形態に係る柱と杭との接合部構造の縦断面図である。 図５のＥ−Ｅ断面図である。 本発明の第１の変形例に係る柱と杭との接合部構造の縦断面図である。 本発明の第２の変形例に係る柱と杭との接合部構造の縦断面図およびＦ−Ｆ断面図である。 本発明の第２の変形例に係る柱と杭との接合部構造の縦断面図およびＧ−Ｇ断面図である。

本発明者は、鋼製柱と杭体を接続する接合部構造として、鋼製柱の下端部に接合された連結部材を杭頭の中空部に挿入し、この連結部材をコンクリートで根固めすることで、連結部材が鋼製柱の高さ調整部材として機能するとともに、鋼製柱と杭体を連結する引抜き抵抗材として機能することに着目し、鋼製柱と杭体の接合部構造を発明するに至った。
具体的には、鋼製柱と杭を接続する連結部材は、鋼製柱の下端部に接合されてスタッドが植設されたＨ型鋼材（第１実施形態）と、鋼製柱を二分割した柱下部に接合された複数の溝型鋼材（第２実施形態）と、杭上端面に固定されるプレートを備えた構成（第３実施形態）である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る柱と杭との接合部構造１の縦断面図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
柱と杭との接合部構造１は、地盤中に構築された杭１０と、鋼製柱２０と、鋼製柱２０の下端部に接合されてかつ杭１０に定着される鋼製の連結部材３０と、を備える。
杭１０の上部には、鋼製柱２０の下端部および連結部材３０が打ち込まれる基礎フーチング４０が構築されている。

杭１０は、既製の円筒形状のＲＣ杭（遠心成形された鉄筋コンクリート杭）であり、内部に中空部１１が形成された中空杭である。

鋼製柱２０は、Ｈ形鋼である柱本体２１と、この柱本体２１の下端に設けられた下部プレート２２と、柱本体２１の下端部の外周面に植設されたスタッド２３と、を備える。

連結部材３０は、略鉛直に延びるＨ形鋼からなる鉛直部３１と、この鉛直部３１の上端に設けられた略水平な板状の上部プレート３２と、を備える。
上部プレート３２には、鋼製柱２０の下部プレート２２がボルト２４で接合される。これにより、連結部材３０の上部プレート３２は、鋼製柱２０の下端部の下部プレート２２に接合される。

鉛直部３１の下端部は、杭１０の中空部１１に挿入されて、この中空部１１の上端部には、充填されたコンクリートが打設されている。これにより、連結部材３０の下端部は、中空部１１の硬化したコンクリート体１２に埋設されている。
鉛直部３１の上部のフランジおよびウエブの外周面には、スタッド３３が植設されている。ただし、鋼製柱が負担する外部荷重が小さい場合は、鉛直部のフランジおよびウエブの一方のみに、スタッドを設けてもよい。

鉛直部３１は、鋼製柱２０の柱本体２１よりも、水平断面積が小さくなっている。なお、この鉛直部３１は、鉛直部３１の杭１０に対する定着強度を確保でき、かつ、杭１０と鋼製柱２０との間の引張力に十分に抵抗できるサイズであればよい。

柱本体２１のスタッド２３が設けられた部分、および、鉛直部３１の上部のスタッド３３が設けられた部分は、基礎フーチング４０に埋設されている。
すなわち、基礎フーチング４０は、鋼製柱２０の下端部および連結部材３０の外周面を覆うコンクリート体であり、下端面が杭１０の上端面より下方に位置しており、上端面が鋼製柱２０の下端面より上方に位置している。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）鋼製柱２０に接合されて杭１０に定着される連結部材３０を設けた。したがって、この連結部材３０の埋設長さを調整することで、鋼製柱２０の高さ位置を調整できる。また、連結部材３０が鋼製柱２０に接合されるとともに、杭１０に定着されているので、連結部材３０に生じた引張力が杭１０を構成する縦鉄筋に伝達されるから、鋼製柱２０の耐震性能を十分に確保できる。よって、基礎フーチング４０を小型化することができ、また、鋼製柱２０の建込位置の位置決めが容易であり、上部構造に発生する力を杭１０にスムーズに伝達させて優れた靱性を発揮できる。

（２）鋼製柱２０の下端部の外周面および連結部材３０の鉛直部３１の外周面にスタッド２３、３３を植設したので、鋼製柱２０と連結部材３０とは、スタッド２３、３３を介して基礎フーチング４０のコンクリート体に強固に定着される。

（３）鋼製柱２０と連結部材３０とを上部プレート３２を介して接合することで、鋼製柱２０と連結部材３０の鉛直部３１とが異なる断面形状であっても、確実に接合できる。また、鋼製柱２０を略水平な上部プレート３２に接合することで、鋼製柱２０の鉛直精度を確保できる。

（４）連結部材３０の下端部を円筒形状のＲＣ杭１０の内部に充填したコンクリート体１２に打ち込んだので、コンクリート体１２は、杭１０の壁面で係止され、そのコンクリートによる摩擦とコンクリート体１２の付着作用により拘束されるので、杭１０に強固に接合される。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態に係る柱と杭との接合部構造１Ａの縦断面図である。図４（ａ）は、図３のＣ−Ｃ断面図であり、図４（ｂ）は、図３のＤ−Ｄ断面図である。
本実施形態では、鋼製柱２０Ａは、上下に二分割されており、柱下部５０と、この柱下部５０の上に設けられた柱上部５１と、を備える。

柱下部５０は、角形鋼管である柱本体５２と、この柱本体５２の下端に設けられた下部プレート５３と、柱本体５２の上端に設けられた板材である上部プレート５４と、柱本体５２の外周側面に植設されたスタッド５５と、を備える。
柱下部５０の下部プレート５３は、連結部材３０の上部プレート３２にボルト２４で接合される。

柱上部５１は、角形鋼管である柱本体５６と、この柱本体５６の下端に設けられた下部プレート５７と、を備える。柱上部５１の下部プレート５７は、柱下部５０の上部プレート５４にボルト固定される。

また、連結部材３０Ａの鉛直部３１は、一対の溝形鋼を、背中合わせにかつ所定間隔離れて配置して構成されている。

本実施形態によれば、上述の（１）〜（４）の効果に加えて、以下のような効果がある。
（５）鋼製柱２０Ａを上下に二分割したので、鋼製柱２０Ａを杭１０に建込む際に、鉛直精度を容易に管理できる。

〔第３実施形態〕
図５は、本発明の第３実施形態に係る柱と杭との接合部構造１Ｂの縦断面図である。図６は、図５のＥ−Ｅ断面図である。
本実施形態では、連結部材３０Ｂには、定着部材６０が取り付けられている。この定着部材６０は、杭１０の上端面に固定された円環状のプレート６１と、このプレート６１から下方に延びて杭１０のコンクリート体１２に埋設された定着部６２と、を備える。
また、連結部材３０Ｂの鉛直部３１の下端部には、円盤状の下部プレート３４が取り付けられている。この下部プレート３４は、定着部材６０のプレート６１にボルト６３で接合される。

本実施形態によれば、上述の（１）〜（４）と同様の効果がある。

なお、本発明は前記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、上述の各実施形態では、杭１０として、既製のＲＣ杭を用いたが、これに限らず、例えば、ＰＣ杭（プレストレストコンクリート杭）、ＰＨＣ杭（高強度プレストレストコンクリート杭）、ＰＲＣ杭（高強度プレストレスト鉄筋コンクリート杭）、ＳＣ杭（外殻鋼管付きコンクリート杭）を用いてもよい。

また、上述の各実施形態では、鋼製柱２０の柱本体２１をＨ形鋼とし、鋼製柱２０Ａの柱本体５２、５６を角形鋼管としたが、これに限らず、円形鋼管などを用いてもよい。また、さらに、角形鋼管や円形鋼管である柱本体内にコンクリートを充填して、鋼製柱をＣＦＴ（Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｆｉｌｌｅｄ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ）柱としてもよい。

また、本発明の杭は、既製コンクリート杭でなく、建設現場で構築される場所打ちコンクリート杭でもよい。場所打ちコンクリート杭の場合、杭頭部に中空部は設けられないことが多く、杭体の中心付近に連結材を打ち込むことで、鋼製柱と杭を連結材で接続することができる。

また、上述の各実施形態では、鋼製柱２０の下部プレート２２と連結部材３０の上部プレート３２とを連結したが、これに限らず、連結部材３０の上端部に、鋼製柱２０の下部プレート２２の下面に、一対の山形鋼材を取り付け、これら山形鋼材と鋼製柱２０の下部プレート２２とを連結する構成としてもよい。この山形鋼材は、鋼製柱２０と連結部材３０との間の接続部材で、かつ高さ調整部材を兼ねるものである。

また、図７に示すように、連結部材３０の鉛直部３１のうちコンクリート体１２に埋設された部分のフランジおよびウエブの外周面にも、スタッド３３を植設してもよい。この構成によれば、スタッド３３を備えた連結部材３０の鉛直部３１が、杭１０の中空部１１のコンクリート体１２との付着作用により、杭１０に強固に接合される。また、連結部材３０の鉛直部３１からコンクリート体１２に伝達された曲げモーメント、せん断力および軸力は、杭１０のコンクリート体１２と杭１０の内周面との摩擦抵抗機構によって、杭１０に伝達される。よって、杭１０のコンクリート体１２は、内部応力分を摩擦抵抗によって杭１０に伝達させるのに十分な高さを有している。

また、図８に示すように、連結部材３０の下部の所定の高さ位置に、水平方向に延びる位置決め材３５を取り付けて、この位置決め材３５を杭１０の上端縁に載置することで、連結部材３０の高さ方向の位置決めを行ってもよい。位置決め材３５は、例えば山形鋼材や溝型鋼材であり、連結部材３０に溶接またはボルトで固定される。この構成によれば、鋼製柱２０の高さ方向の建込精度および建込時の固定度を高めることができる。

また、図９に示すように、連結部材３０の下部の所定の高さ位置に水平方向に延びる位置決め材３６を取り付けるが、この位置決め材３６をコンクリート体１２の上面に載置することで、連結部材３０の高さ方向の位置決めを行ってもよい。位置決め材３６は、例えば平鋼材、山形鋼材、溝型鋼材である。この構成によれば、鋼製柱２０の高さ方向の建込精度および建込時の固定度を高めることができる。

１、１Ａ、１Ｂ…柱と杭との接合部構造
１０…杭 １１…中空部 １２…コンクリート体
２０、２０Ａ…鋼製柱 ２１…柱本体 ２２…下部プレート ２３…スタッド ２４…ボルト
３０、３０Ａ、３０Ｂ…連結部材 ３１…鉛直部 ３２…上部プレート ３３…スタッド ３４…下部プレート ３５、３６…位置決め部材
４０…基礎フーチング
５０…柱下部 ５１…柱上部 ５２…柱本体 ５３…下部プレート ５４…上部プレート ５５…スタッド ５６…柱本体 ５７…下部プレート
６０…定着部材 ６１…プレート ６２…定着部 ６３…ボルト

Claims (3)

1. 鋼製柱と杭の接合部の構造であって、
   上端部にプレートを有する鋼製の連結部材が設けられ、
   当該連結部材のプレートは、前記鋼製柱の下端部に接合され、
   前記連結部材の下端部は、前記杭の内部のコンクリート体に埋設されていることを特徴とする鋼製柱と杭の接合部構造。
2. 前記連結部材の前記コンクリート体に埋設された部分の外周面には、スタッドが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼製柱と杭の接合部構造。
3. 前記鋼製柱の下端部の外周面および／または前記連結部材の外周面には、スタッドが設けられ、
   当該スタッドは、前記鋼製柱の下端部の外周面を覆うコンクリート体に埋設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼製柱と杭の接合部構造。

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