JP2021025309A - 構造体とその施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐震性を備える建築物を提供するための構造体とその施工方法、および上記構造体を含む建築物を提供する。【解決手段】構造体１００は、杭１０２、杭１０２上のパイルキャップ１０４、パイルキャップ１０４上の柱１０６、およびパイルキャップ１０４内に位置し、杭１０２と柱１０６を連結するダンパー１２４を備える。ダンパー１２４の下端と上端はそれぞれ、杭１０２と柱１０６内に位置する。構造体１００は、杭１０２とパイルキャップ１０４内に位置し、ダンパー１２４の下端と上端をそれぞれ収容する第１の鋼管１２０と第２の鋼管１２２をさらに備えてもよい。【選択図】図３

Description

本発明の実施形態の一つは、構造体、または構造体の施工方法に関する。

マンションや学校、病院などに代表される、鉄筋コンクリートを使用して建設される建築物は、地中に固定される杭、杭に連結される柱や基礎梁を基本的な構造体として有している。このような構造体を施工する際には、杭の上端部（杭頭）にはフーチングとも呼ばれるパイルキャップが設けられ、パイルキャップに基礎梁や柱が接続される。パイルキャップは、建築物自体の重量によって生じる鉛直荷重を杭に伝達する役割を有し、地震時には地震動によって構造体に生じる応力を杭、基礎梁、柱の間で相互に伝達する役割を有している。

近年、杭とパイルキャップを鉄筋で固定（緊結）せず、地震の際にパイルキャップが杭から浮き上がることを許容する構造が利用されている。これの構造を採用することで、地震の際に水平方向の加速度が建築物に与えられてロッキング振動が発生しても、杭に掛かる荷重を抑制することができ、杭の破壊やそれに伴う建築物の倒壊を防止することができる。例えば特許文献１では、地震の際にパイルキャプの杭からの浮き上がり量を制御するための構造が開示されている。

特開２００３−２３２０４６号公報

本発明の実施形態の一つは、優れた耐震性を備える建築物を提供するための構造体とその施工方法、および上記構造体を含む建築物を提供することを課題の一つとする。

本発明の実施形態の一つは構造体である。この構造体は、杭、杭上のパイルキャップ、パイルキャップ上の柱、およびパイルキャップ内に位置し、杭と柱を連結するダンパーを備える。ダンパーの下端と上端はそれぞれ、杭と柱内に位置する。

本発明の実施形態の一つは構造体を備える建築物である。この構造体は、杭、杭上のパイルキャップ、パイルキャップ上の柱、およびパイルキャップ内に位置し、杭と柱を連結するダンパーを備える。ダンパーの下端と上端はそれぞれ、杭と柱内に位置する。

本発明の実施形態の一つは構造体を施工する方法である。この方法は、杭を地中に固定すること、杭にダンパーの第１の端部を固定すること、ダンパーに貫通されるパイルキャップを杭の上に形成すること、ダンパーの第２の端部に固定される柱をパイルキャップ上に形成することを含む。

本発明の実施形態の一つは構造体を含む建築物である。この構造体は、杭、杭上のパイルキャップ、パイルキャップ上の柱、およびパイルキャップ内に位置し、杭と柱を連結するダンパーを備える。ダンパーの下端と上端はそれぞれ、杭と柱内に位置する。

本発明の実施形態により、優れた耐震性を備える建築物を提供するための構造体、その施工方法、および上記構造体を備える建築物を提供することができる。

本発明の実施形態の一つである構造体の模式的斜視図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的側面図と上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的断面図、および鋼管の模式的上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的断面図と上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的断面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的断面図、およびダンパーの模式的斜視図と断面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的断面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的断面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的断面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的側面図と上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的断面図と上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的断面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的上面図と断面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的断面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的断面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的断面図。

以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。符号が付された要素の一部を表記する際には、符号に小文字のアルファベットが添えられる。

以下、「ある構造体が他の構造体から露出するという」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。

本明細書および請求項において、複数の要素が一体化されるとは、複数の要素は互いに厚さや形状、方向などが異なり異なる機能を有するが、これらは一つの部材から形成されることを意味する。したがって一体化された複数の要素は、互いに同一の材料を含み、同一の組成を有する。

以下、コンクリートとは、原料の一つであるセメントが水と反応して生成する水和物が硬化し、流動性を示さないものを指す。一方、セメントと水を含む混合物が完全に硬化せずに流動性を有する状態はレディーミクストコンクリート（生コンクリートとも呼ばれる）と記す。

＜第１実施形態＞
本実施形態では、本発明の実施形態の一つである構造体１００の構造について説明する。添付される図１から図１１（Ｂ）には構造体１００の一部が示されており、以下、便宜上、水平な地表面（例えば図２（Ａ）において点線ＧＬで表記される面）に平行な面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面に垂直な鉛直方向がｚ軸であるとして説明を行う。

１．全体構造
構造体１００の模式的斜視図を図１に、側面図と上面図を図２（Ａ）、図２（Ｂ）にそれぞれ示す。図１に示すように、構造体１００は地中に固定される杭１０２、杭１０２上に設けられるパイルキャップ１０４、パイルキャップ１０４上の柱１０６を基本的な構成として備える。構造体１００はさらに、パイルキャップ１０４に連結される一つ、または複数の基礎梁１０８を備えてもよい。図２（Ａ）に示した例では、パイルキャップ１０４と基礎梁１０８は地表面ＧＬよりも下に位置するように配置されるが、パイルキャップ１０４と基礎梁１０８の全体、あるいは一部が地表面ＧＬよりも上に配置されるようにパイルキャップ１０４と基礎梁１０８を配置してもよい。例えば構造体１００は、パイルキャップ１０４を挟むように設けられる一対の基礎梁１０８を有することができる。なお、以下の図では、パイルキャップ１０４には杭１０２と柱１０６とは異なるハッチングが付されているが、これは単に見やすさを考慮したためである。

杭１０２は構造体１００の基礎となるものであり、中心軸が鉛直に延伸するように地中に一部、またはすべてが埋め込まれる。杭１０２は地中の支持層（岩盤）に固定されていてもよく、支持層には達しない摩擦杭でもよい。杭１０２は鉄筋コンクリートで構成されていてもよく、中空管構造を有する鋼材（鋼管）やＨ形鋼材で構成されていてもよい。あるいは鋼管とコンクリートの両者、またはＨ形鋼材とコンクリートの両者で構成されていてもよい。鋼管の断面は円形でも角形でもよい。

パイルキャップ１０４は杭１０２の上に設けられ、鉄筋とコンクリートで構成される。パイルキャップ１０４の形状にも制約はなく、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように立方体や直方体の形状でもよく、図示しないが円柱形状でもよい。パイルキャップ１０４は杭１０２を囲むように設けられる捨てコンクリート上に形成されてもよい。

柱１０６は、中心軸が鉛直に延伸するようにパイルキャップ１０４上に設けられ、パイルキャップ１０４を挟むように杭１０２に連結される。柱１０６は鉄筋コンクリートで構成されてもよく、鉄筋を含まないコンクリートで構成されてもよい。柱１０６の中心軸は杭１０２やパイルキャップ１０４の中心軸と一致するように設けられることが好ましい。柱１０６の形状にも制約はなく、例えば円柱や四角柱であってもよい。

基礎梁１０８はパイルキャップ１０４の側面に接続される。基礎梁１０８は水平方向に延伸してもよく、水平方向から傾くように延伸してもよい。基礎梁１０８も鉄筋コンクリート、Ｈ形鋼材、またはＨ形鋼材とコンクリートで構成することができる。

２．内部構造
２−１．ダンパー
図３（Ａ）に図２（Ｂ）の鎖線Ａ−Ａ´に沿ったｙｚ平面における断面模式図を示す。ここでは見やすさを考慮し、杭１０２や柱１０６、基礎梁１０８に設けられる鉄筋や鋼管、またはＨ形鋼材は図示されていない。図３（Ａ）に示すように、構造体１００は、パイルキャップ１０４内に設けられ、杭１０２と柱１０６を連結するダンパー１２４を備える。ダンパー１２４はパイルキャップ１０４に設けられる貫通孔内に配置され、パイルキャップ１０４を貫通する。ダンパー１２４は鉄を含み、さらにニッケルやコバルト、クロム、アルミニウムなどの金属を含んでもよい。ダンパー１２４は降伏点が低くてもよく、例えば降伏点は５０Ｎ／ｍｍ²以上２５０Ｎ／ｍｍ²以下、１００Ｎ／ｍｍ²以上２５０Ｎ／ｍｍ²以下、または１００Ｎ／ｍｍ²以上２００Ｎ／ｍｍ²以下でもよい。ダンパー１２４によって杭１０２と柱１０６を連結することで、後述するように地震時において杭１０２からパイルキャップ１０４と柱１０６が浮き上がることを許容するとともに、その浮き上がり量を制御することが可能となる。

構造体はさらに、ダンパー１２４の下端を収容する鋼管（第１の鋼管）１２０、上端を収容する鋼管（第２の鋼管）１２２を備えることができる。第１の鋼管１２０や第２の鋼管１２２は、図３（Ａ）に示すように底を持たない管状構造を有してもよく、あるいは底を有する構造を有してもよい。例えば第１の鋼管１２０は底を有し、第２の鋼管１２２は底を持たない構造を有してもよい。第１の鋼管１２０や第２の鋼管１２２内にはコンクリートが充填される。ダンパー１２４は、その下端と上端がそれぞれ第１の鋼管１２０と第２の鋼管１２２内に位置するよう、コンクリートによって第１の鋼管１２０と第２の鋼管１２２に固定される。第１の鋼管１２０の一部は杭１０２内に位置し、他の部分はパイルキャップ１０４内に位置するように配置される。同様に第２の鋼管１２２の一部も柱１０６内に位置し、他の一部がパイルキャップ１０４内に位置するように配置される。

第１の鋼管１２０の模式的上面図を図３（Ｂ）から図３（Ｄ）に示す。図３（Ｂ）に示すように、第１の鋼管１２０は、その外表面から延伸する突出部（以下、アンカー）１２０ａを一つ、あるいは複数有してもよい。アンカー１２０ａは、鉛直方向（ｚ方向）に延伸する第１の鋼管１２０の中心軸１２０ｂに対して垂直な方向に延伸する。アンカー１２０ａの先端は、その断面が他の部分と比較して大きくてもよい。アンカー１２０ａの数に制約はなく、図３（Ｃ）や図３（Ｄ）に示すように四つでもよく、三つでもよい。複数のアンカー１２０ａを設ける場合、ｘｙ平面において中心軸１２０ｂから隣接するアンカー１２０ａへｘｙ平面を延びる二つの直線がなす角度がすべて実質的に同一となるように配置することが好ましい。アンカー１２０ａは第１の鋼管１２０と一体化されていてもよく、あるいは第１の鋼管１２０にねじ止めや溶接によって取り付けられたボルトや金属ロッドでもよい。アンカー１２０ａを設けることで第１の鋼管１２０が強固に杭１０２に固定される。

第２の鋼管１２２も第１の鋼管１２０と同様、一つ、あるいは複数のアンカー１２２ａを有することができる（図３（Ｅ））。アンカー１２２ａを設けることで第２の鋼管１２２が強固に柱１０６に固定される。アンカー１２２ａも、アンカー１２０ａと同様の配置や構造を有することができる。

２−２．鉄筋
杭１０２、パイルキャップ１０４、柱１０６、および基礎梁１０８が鉄筋とコンクリートによって構成されるときの鉄筋の配置例を図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示す。図４（Ａ）は図３（Ａ）に対応したｙｚ平面の模式的断面図であり、図４（Ｂ）は柱１０６側から観察した場合の構造体１００の模式的上面図である。図４（Ａ）に示すように、杭１０２にはその中心軸と平行に延伸する複数の杭主筋１４２が配置され、さらにこれらの杭主筋１４２と交差しつつ杭主筋１４２を取り囲むせん断補強筋やスパイラル筋（図示しない）が設けられる。これらの杭主筋１４２やせん断補強筋は互いに結束線などによって固定され、コンクリート内に埋め込まれるように配置される。杭主筋１４２の上端は杭１０２内に位置し、杭主筋１４２はパイルキャップ１０４内まで延伸しない。すなわち、杭１０２とパイルキャップ１０４は半剛接合される。図示しないが、杭１０２が鋼管やＨ形鋼材を含む場合、鋼管やＨ形鋼材もパイルキャップ１０４内まで延伸せず、これらの上端は杭１０２内に位置するように杭１０２が構成される。なお、後述するように、杭１０２とパイルキャップ１０４の間に、これらが直接接することを防ぐためのセパレータを配置してもよい。

柱１０６には、その中心軸と平行に延伸する複数の柱主筋１４４が配置され、さらにこれらの柱主筋１４４と交差しつつ柱主筋１４４を取り囲む帯筋（図示しない）が設けられる。これらの柱主筋１４４と帯筋はコンクリート内に埋め込まれるように配置される。パイルキャップ１０４と柱１０６も半剛接合される。したがって、柱主筋１４４の下端も柱１０６内に位置し、柱主筋１４４はパイルキャップ１０４内まで延伸しない。柱主筋１４４が鋼管やＨ形鋼材を含む場合、鋼管やＨ形鋼材もパイルキャップ１０４内まで延伸せず、これらの下端は柱１０６内に位置するように柱１０６が構成される。

第２実施形態で述べるように、パイルキャップ１０４内にはベース筋や横補強筋、はかま筋などで構成される鉄筋ユニット１５０が含まれる。鉄筋ユニット１５０の形状に制約はなく、ベース筋や横補強筋、はかま筋の配置もパイルキャップ１０４の形状や大きさによって任意に選択することができる。上述したように、杭主筋１４２や柱主筋１４４はパイルキャップ１０４まで延伸しない。このため、杭主筋１４２や柱主筋１４４はベース筋や横補強筋、はかま筋の配置に影響を与えず、鉄筋ユニット１５０の設計自由度が向上し、構造体１００の設計、施工が容易となる。

基礎梁１０８とパイルキャップ１０４は剛接合されてもよく、半剛接合されてもよい。図４（Ａ）、図４（Ｂ）にはパイルキャップ１０４を挟み、パイルキャップ１０４と剛接合された一対の基礎梁１０８を有する構造体１００が例示されている。この例では、一方の基礎梁１０８から他方の基礎梁１０８へ延伸し、パイルキャップ１０４を貫通する複数の梁主筋１４０が構造体１００内に設けられる。梁主筋１４０はコンクリート内に埋設される。パイルキャップ１０４の反対側に基礎梁を持たない基礎梁１０８（図４（Ｂ）においてｘ方向に延伸する基礎梁１０８）内にも梁主筋１４０が配置され、その端部はパイルキャップ１０４内に位置するように構造体１００が構成される。

２−３．耐震性
上述した構造を有する構造体１００を利用することで施工される建築物は、優れた耐震性能を発現することができる。具体的な説明を以下に行う。

地震によって水平方向に加速度が働くと転倒モーメントが建築物に作用し、建築物は両端を中心として回転運動を繰り返す。この回転運動による振動がロッキング振動と呼ばれ、ロッキング振動に起因して建築物の一部に上向きの力（引張力）が働く。上向きの力は柱１０６や基礎梁１０８、パイルキャップ１０４を浮上させるが、上述したように構造体１００では杭１０２とパイルキャップ１０４は半剛接合されており、パイルキャップ１０４と柱１０６も半剛接合されている。このため、図５に示すように、パイルキャップ１０４は鉛直あるいはそれに近い方向で上昇し、杭１０２の上端から浮き上がる。同様に、柱１０６も鉛直あるいはそれに近い方向に上昇し、パイルキャップ１０４から浮き上がる。したがって構造体１００では、上向きの力によって建築物が浮き上がる量を二つの半剛接合によって分散することができる。その結果、パイルキャップ１０４と杭１０２、またはパイルキャップ１０４と柱１０６が剛接合されて浮き上がり量が分散されない構造と比較し、一か所におけるパイルキャップ１０４や杭１０２に作用するせん断力や軸方向力（軸力）が低減され、パイルキャップ１０４や杭１０２の破壊を効果的に防止することができる。換言すると、パイルキャップ１０４や杭１０２に要求される強度を小さくすることができ、建築物の施工コストを低減することができる。また、柱１０６をパイルキャップ１０４から浮き上がるように構成することで、建築物に掛かる地震のエネルギーを低減することができ、その結果、柱１０６や各階に設けられる梁に必要な鉄筋やコンクリートの量を低減することが可能となる。このことは建築物の施工コストの低減に寄与する。

ここで、第１の鋼管１２０の一部は杭１０２内に埋め込まれるように配置されており、ダンパー１２４の下端は第１の鋼管１２０内に収容され、固定される。同様に、第２の鋼管１２２の一部は柱１０６内に埋め込まれるように配置されており、ダンパー１２４の上端は第２の鋼管１２２内に収容され、固定される。このため、ロッキング振動によってパイルキャップ１０４や柱１０６が浮き上がると、ダンパー１２４には引張応力が発生する。ダンパー１２４は弾性変形するため、パイルキャップ１０４や柱１０６の浮き上がりの加速度を低減させることができ、その結果、転倒モーメントを低減することができる。

ロッキング振動によって浮き上がったパイルキャップ１０４や柱１０６が引き続いて沈み込む時には、ダンパー１２４に圧縮応力が発生するため、ダンパー１２４は元の形状へ塑性変形を開始する。ダンパー１２４が最終的に元の形状へ回復する際には、パイルキャップ１０４と柱１０６が衝突し、パイルキャップ１０４と杭１０２も衝突する。しかしながら構造体１００においては、上述したようにロッキング振動による浮き上がり量が二か所（杭１０２とパイルキャップ１０４の間とパイルキャップ１０４と柱１０６の間）に分散される。このため、例えば杭１０２とパイルキャップ１０４を剛接合してこれらの間の浮き上がりを禁止しパイルキャップ１０４と柱１０６の間の一か所で浮き上がりを許容する場合、あるいはパイルキャップ１０４と柱１０６を剛接合してこれらの間の浮き上がりを禁止し杭１０２とパイルキャップ１０４の間の一か所で浮き上がりを許容する場合と比較すると、パイルキャップ１０４と柱１０６との間の衝撃力やパイルキャップ１０４と杭１０２との間の衝撃力を緩和することができ、構造体１００の破壊を防止することができる。

このように、本実施形態に係る構造体１００は優れた耐震性能を建築物に付与することができ、さらに建築物の施工コストの低減に寄与することができる。

３．変形例
構造体１００の構造は上述した構造に限られず、構造体１００は種々の構造を有することができる。例えば杭１０２や柱１０６の大きさによっては、一つのパイルキャップ１０４内に複数のダンパー１２４やこれらの上端、下端を収容する複数の第２の鋼管１２２、第１の鋼管１２０を設けてもよい（図６（Ａ））。本実施形態の構造体１００では杭主筋１４２や柱主筋１４４はパイルキャップ１０４内には配置されないので、パイルキャップ１０４を構成する鉄筋ユニット１５０の配置に大きな影響を与えることなく複数のダンパー１２４を配置することができる。これにより、より効果的にパイルキャップ１０４や柱１０６の浮き上がり量を制御し、浮き上がりの加速度を低減させることができる。

ダンパー１２４は図３（Ａ）などに示すようなロッド状の形状を有してもよい。この場合、図３（Ｂ）に示すように、一方、または両方の端部１２４ａの断面が両端部の間の断面よりも大きくなるように構成してもよい。このような構造を用いることで、より強固に第１の鋼管１２０や第２の鋼管１２２内にダンパー１２４を固定することができる。

あるいは図６（Ｃ）とその鎖線Ｂ−Ｂ´に沿った断面図（図３（Ｄ））に示すように、構造体１００は、ダンパー１２４の少なくとも一部を囲むチューブ状の樹脂１２５をさらに有してもよい。樹脂としては、ポリプロピレンやポリエチレンなどのビニルポリマー、ポリ塩化ビニルなどの塩素含有ポリオレフィン、テトラフルオロエチレンとパーフルオロアルコキシエチレンの共重合体などのフッ素含有ビニル化合物の重合体や共重合体、ポリイミド、ポリアミド、シリコン樹脂、ポリエーテルエーテルケトンなどの主鎖にエーテル結合やカルボニル基を有するポリマーなどが挙げられる。ダンパー１２４を囲むように樹脂１２５を設けることでパイルキャップ１０４を構成するコンクリートとダンパー１２４の接触面積が減少し、これらの間の摩擦が低下する。その結果、ロッキング振動の際のパイルキャップ１０４や柱１０６の浮き上がり時の抵抗を低減することができる。

あるいは図６（Ｅ）に示すように、上端と下端の間はコイル状の形状を有してもよい。コイル状の形状をダンパー１２４に付与することで、パイルキャップ１０４や柱１０６の浮き上がりの加速度をより効果的に低減することができる。

構造体１００においては、第１の鋼管１２０と第２の鋼管１２２は図３（Ａ）に示すようにパイルキャップ１０４と直接接してもよく、あるいは図７（Ａ）に示すようにパイルキャップ１０４の一部、あるいは全てと接しないように離隔されていてもよい。この場合、パイルキャップ１０４には凹部１０４ａが形成され、凹部１０４ａに第１の鋼管１２０と第２の鋼管１２２が収容されるように構造体１００が構成される。凹部１０４ａを設ける場合、パイルキャップ１０４と第１の鋼管１２０の間、および／またはパイルキャップ１０４と第２の鋼管１２２に緩衝材１２６を配置してもよい（図７（Ｂ））。緩衝材１２６としては、例えば天然ゴム、あるいはイソプレンやブタジエン、クロロプレン、スチレン、アクリロニトリルなどの単独重合体や共重合体を含むゴムを使用することができる。あるいはこれらのゴムを含むゴム板と鉄などの金属を含む金属板の積層体を緩衝材１２６として用いてもよい。緩衝材１２６を設けることで、沈み込み時において第１の鋼管１２０や第２の鋼管１２２、パイルキャップに掛かる衝撃力を緩和し、これらの破壊や変形をより効果的に防止することができる。

あるいは図８（Ａ）に示すように、杭１０２の上端（杭頭）を囲む補強用の鋼管（第１の補強鋼管）１２８を配置してもよい。同様に、柱１０６の下端を囲む鋼管（第２の補強鋼管）１３０を設けてもよい。第１の補強鋼管１２８や第２の補強鋼管１３０を設けることで、地震時の水平方向の加速度に起因する柱１０６や杭１０２のせん断破壊を防止することができる。第１の補強鋼管１２８や第２の補強鋼管１３０は、金属、あるいは繊維強化プラスチックを含むことができる。金属としては鉄が典型例として挙げられるが、銅やニッケル、およびクロムなどの他の金属を含んでもよい。繊維強化プラスチックとしては、例えばガラス繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチック、ボロン繊維強化プラスチック、アラミド繊維強化プラスチック、およびポリエチレン強化プラスチックなどが挙げられる。第１の補強鋼管１２８や第２の補強鋼管１３０はパイルキャップ１０４と接してもよく、離隔してもよい。図８（Ａ）に示すように、第２の補強鋼管１３０の外表面は、柱１０６の外表面と同一面内に位置してもよい。一方、第２の補強鋼管１３０の外表面は、杭１０２の外表面よりも外側に位置することができる。第１の補強鋼管１２８や第２の補強鋼管１３０の厚さ（すなわち、外径と内径の差の１／２）に制約はなく、杭１０２や柱１０６の大きさによって適宜設計される。例えば厚さは０．１ｍｍ以上５０ｍｍ以下、０．１ｍｍ以上２０ｍｍ以下、５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下とすることができる。図示しないが、第１の補強鋼管１２８や第２の補強鋼管１３０の内側（杭１０２や柱１０６側）には、アンカー１２０ａや１２２ａと同様の形状を有するアンカーが設けられていてもよい。

さらに図８（Ｂ）に示すように、パイルキャップ１０４と柱１０６の間に緩衝材１３２を設けてもよい。緩衝材１２６と同様、緩衝材１３２は上述したゴムを含む複数の板と複数の金属板の積層体であってもよい。この場合、これらのゴム板と金属板の中心に貫通孔が設けられ、この貫通孔を貫通するように第２の鋼管１２２が配置される。緩衝材１３２を設けることで、沈み込み時における柱１０６とパイルキャップ１０４との間に発生する衝撃力を緩和し、柱１０６とパイルキャップ１０４の破壊を防止することができる。なお、緩衝材１３２と第２の補強鋼管１３０をともに設ける場合、緩衝材１３２は第２の補強鋼管１３０と接してもよく、接しなくてもよい。緩衝材１３２と第２の補強鋼管１３０が接しない場合には、柱１０６とパイルキャップ１０４の衝突時に緩衝材１３２が変形するための空間を第２の補強鋼管１３０との間に確保することができる。後述するように、緩衝材１３２と第２の補強間１３０の間にさらにスペーサ１３４を設けてもよい。スペーサ１３４としては、例えばポリエチレンやポリスチレン、ポリウレタン、メラミン樹脂、シリコン樹脂、アクリロニトリルとスチレンの共重合体、スチレンとブタジエンの共重合体、ポリクロロプレン、ポリイソプレンなどの高分子を含むことができる。スペーサ１３４は多孔質でも良く、典型的な例としては発泡スチロールや発泡ポリエチレンなどが挙げられる。

上述したように、パイルキャップ１０４と基礎梁１０８は半剛接合によって連結してもよい。この場合、図９に示すように、基礎梁１０８の先端部は、他の部分と比較して断面積が小さくなるように基礎梁１０８を構成することができ、さらに先端部がテーパーを有するように基礎梁１０８を構成してもよい（図９の拡大図参照）。テーパーを付与することにより、地震時の振動によって、基礎梁１０８の長手方向に延びる中心軸とパイルキャップ１０４の交点を支点として基礎梁１０８が旋回転することができる。その結果、建築物の揺れを分散することができ、耐震性能を向上させることができる。

基礎梁１０８とパイルキャップ１０４が半剛接合する際の鉄筋の配置例を図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に示す。これらの図に示すように、基礎梁１０８には、基礎梁１０８の長手方向に延伸する複数の梁主筋１４０が配置され、梁主筋１４０は複数の補強筋（またはスパイラル筋）１４６によって固定される。梁主筋１４０と補強筋１４６がコンクリートによって埋設され、基礎梁１０８が構成される。梁主筋１４０は一部がパイルキャップ１０４内に位置するように配置されるが、パイルキャップ１０４を貫通しない。この構造を採用することでパイルキャップ１０４を構成する鉄筋ユニット１５０の設計自由度が確保されるとともに、基礎梁１０８の旋回転が許容され、基礎梁の損傷の損傷を低減することができる。

上述した例では、基礎梁１０８は鉄筋コンクリートによって構成される、いわゆるＲＣ造と呼ばれる構造を有するが、基礎梁１０８は鉄筋コンクリートとＨ形鋼材などの鉄骨を組み合わせたハイブリッド構造を有してもよい。この構成の一例を図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ａ）と図１１（Ｂ）はそれぞれ図１０（Ａ）、図１０（Ｂ）に対応する模式的断面図と上面図である。これらの図に示すように、ハイブリッド構造を有する基礎梁１０８は、パイルキャップ１０４に接続される鉄筋コンクリート部（以下、ＲＣ部）１０８ａ、およびＲＣ部１０８ａを介してパイルキャップ１０４に連結される鉄骨部（以下、Ｓ部）１０８ｂを有する。Ｓ部１０８ｂはＨ形鋼、中空管構造を有する鋼管などの鉄骨１０８ｃによって構成され、鉄骨１０８ｃの先端部がＲＣ部１０８ａを貫通してパイルキャップ１０４と連結される。鉄骨１０８ｃは補強筋１４６によってパイルキャップ１０４内に配置される梁主筋１４０に固定される。パイルキャップ１０４を挟むように一対の基礎梁１０８が配置される場合には、これらの基礎梁１０８に設けられる梁主筋１４０はパイルキャップ１０４を貫通する。一方、パイルキャップ１０４を介して対向する位置に他の基礎梁１０８を持たない基礎梁１０８では、梁主筋１４０はパイルキャップ１０４を貫通しないように配置される。

補強筋１４６は鉄骨１０８ｃの一部とともにコンクリートで一体化されることによりＲＣ部１０８ａが形成され、鉄骨１０８ｃがパイルキャップ１０４に固定される。ＲＣ部１０８ａから露出した鉄骨１０８ｃがＳ部１０８ｂを形成する。補強筋１４６の配置密度はＲＣ部１０８ａにおいて均一である必要は無く、ＲＣ部１０８ａの両端部の配置密度が高くなるよう、補強筋１４６を配置してもよい。

上述した変形例でも、杭１０２とパイルキャップ１０４は半剛接合され、パイルキャップ１０４と柱１０６も半剛接合される。杭１０２と柱１０６はダンパー１２４によって連結される。このため、建築物全体のロッキング振動による浮き上がり量が二か所に分散される。その結果、浮き上がり量が抑制され、さらに沈み込み時に発生するパイルキャップ１０４と柱１０６との間の衝撃力やパイルキャップ１０４と杭１０２との間の衝撃力を緩和することができ、構造体１００の破壊を防止することができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、第１実施形態で述べた構造体１００の施工方法について、図１２（Ａ）から図１５（Ｂ）を用いて説明する。ここでは、図８（Ｂ）に示された構造体１００を例として用い、その施工方法を説明する。第１実施形態で述べた構成と同一、または類似する構成については説明を割愛することがある。

まず、杭１０２を地面に固定する（図１２（Ａ））。杭１０２の固定は公知の方法を利用して行えばよい。この時、杭１０２を構成するコンクリートは、杭主筋１４２の端部が露出するように打設される。次に、杭１０２の杭頭を囲むように、第１の補強鋼管１２８を設置する。第１の補強鋼管１２８は杭１０２と接触するように設置することが好ましい。第１の補強鋼管１２８は図示しない捨てコンクリート上に設けてもよく、あるいは地表面ＧＬに直接接するように設けてもよい。第１の補強鋼管１２８は、その上端が杭主筋１４２の上端よりも高くなるように設けてもよく、杭主筋１４２の上端よりも低くなるように設けてもよい。

次に、杭１０２に打設されたコンクリートの上に第１の鋼管１２０を配置し、その後レディーミクストコンクリートを第１の鋼管１２０の外側（図１２（Ｂ）では第１の鋼管１２０と第１の補強鋼管１２８の間）に流し込み、養生する（図１２（Ｃ））。これにより、第１の鋼管１２０の一部が杭１０２内に配置され、固定される。この後、任意の構成としてセパレータ１１０を、第１の鋼管１２０を囲むように杭１０２の上に配置してもよい。セパレータ１１０は、ポリエステル樹脂やウレタン樹脂、塩化ビニル、エチレンと酢酸ビニルの共重合体などの高分子を含むことができ、厚さが０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下のシート形状を有することができる。セパレータ１１０を配置することで、杭１０２とパイルキャップ１０４を構成するコンクリートが互いに接触することを防ぐことができ、半剛接合の効果を効果的に得ることができる。

引き続き、ダンパー１２４を配置、固定する。すなわち、図１２（Ｄ）に示すように、一方の端部が第１の鋼管１２０内に位置し、中心軸が鉛直になるようにダンパー１２４を配置し、第１の鋼管１２０内にレディーミクストコンクリートを流し込み、固化する。これにより、ダンパー１２４が第１の鋼管１２０を介して杭１０２に固定される。

あるいは第１の補強鋼管１２８を設置した後（図１２（Ａ））、第１の鋼管１２０が固定されたプレキャスト部材１７０を杭１０２上に配置することで第１の鋼管１２０を設けてもよい。プレキャスト部材１７０の模式的上面図を図１３（Ａ）に、図１３（Ａ）の鎖線Ｃ−Ｃ´に沿った断面の模式図を図１３（Ｂ）に示す。プレキャスト部材１７０は杭１０２とほぼ同一の断面形状を有するコンクリート製の円盤１７２を有し、第１の鋼管１２０が円盤１７２によって固定される。円盤１７２には杭主筋１４２に対応する位置に貫通孔１７４が設けられる。杭主筋１４２が貫通孔１７４に挿入されるようにプレキャスト部材１７０を杭１０２上に配置し（図１３（Ｃ））、その後貫通孔１７４にグラウト材１７６を注入することでプレキャスト部材１７０と杭１０２が固定される（図１３（Ｄ））。グラウト材１７６としてはコンクリートやモルタルを使用することができる。その後、図１２（Ｄ）と同様に、ダンパー１２４を配置し、第１の鋼管１２０内にレディーミクストコンクリートを流し込み、固化すればよい。なお、円盤１７２のｘｙ平面における形状は円に限られず、杭１０２のｘｙ平面における形状と同一であればよい。

次に、パイルキャップ１０４を構成する鉄筋ユニット１５０、および基礎梁１０８を構成する梁主筋１４０などを構築する。鉄筋ユニット１５０の構造や配置に制約はなく、例えば図１４（Ａ）に示すように、複数のベース筋１５２や横補強筋１５４、はかま筋１５６などを適宜組み合わせて構成することができる。鉄筋ユニット１５０は、第１の鋼管１２０よりも上に配置することが好ましい。これは、第１の鋼管１２０によって鉄筋ユニット１５０に含まれるベース筋１５２や横補強筋１５４、はかま筋１５６などの配置が影響を受けないためである。

ベース筋１５２はＵ字形状を有する鉄筋であり、Ｕ字形状の開いた部分が上になるように配置される。複数のベース筋１５２の一部はｘ方向に、他方はｙ方向に延伸し、互いに交差して格子形状を形成し、杭１０２と重なるように配置される。ベース筋１５２と同様、はかま筋１５６もＵ字形状を有する鉄筋であり、Ｕ字形状の開いた部分が下になるように配置される。複数のはかま筋１５６の一部はｘ方向に延伸し、他方はｙ方向に延伸し、これらは互いに交差して格子形状を形成し、杭１０２と重なるように配置される。横補強筋１５４は、複数のベース筋１５２と複数のはかま筋１５６を囲むように設けられる。ベース筋１５２や横補強筋１５４、はかま筋１５６を用いて鉄筋ユニット１５０を構築することで、パイルキャップ１０４のひび割れを抑制することができる。

ベース筋１５２やはかま筋１５６は、隣接する一対のベース筋１５２の間、および隣接する一対のはかま筋１５６の間にダンパー１２４が挟まれるように配置される。複数の梁主筋１４０は鉄筋ユニット１５０を貫通するように構築される（図１４（Ｂ））。なお、鉄筋ユニット１５０と梁主筋１４０を構築する順序には限定は無く、同時に形成してもよい。

次に、第２の鋼管１２２を鉄筋ユニット１５０の上に配置する（図１５（Ａ））。第２の鋼管１２２は鉄筋ユニット１５０のはかま筋１５６上に直接配置してもよく、あるいは馬とも呼ばれるサポーター１５８を介してはかま筋１５６上に配置してもよい。

次に、図示しない型枠を鉄筋ユニット１５０や梁主筋１４０の周囲に設置し、型枠内にレディーミクストコンクリートを流し込み、固化する。レディーミクストコンクリートは、第２の鋼管１２２の一部を埋め込むように流し込まれる。これにより、パイルキャップ１０４と基礎梁１０８が形成されると同時に、第１の鋼管１２０の一部がパイルキャップ１０４内に配置される（図１５（Ｂ））。なお、第２の鋼管１２２とパイルキャップ１０４を離隔する場合には、レディーミクストコンクリートが第２の鋼管１２２に接しないよう、型枠を第２の鋼管１２２の周囲に設ければよい。

次に、第２の鋼管１２２を囲むように緩衝材１３２を配置し、さらに第２の補強鋼管１３０を第２の鋼管１２２を囲むように配置する（図１６（Ａ））。緩衝材１３２の周囲には、緩衝材１３２と第２の補強鋼管１３０との間の接触を避けるためのスペーサ１３４を配置してもよい。

引き続き、柱主筋１４４をパイルキャップ１０４上に設け、帯筋（図示しない）を用いて柱主筋１４４を固定する。その後、第２の補強鋼管１３０を囲うように型枠１６０を設け、型枠１６０内にレディーミクストコンクリートを流し込み、固化する。これにより柱１０６がパイルキャップ１０４上に形成されるとともに、第２の鋼管１２２が柱１０６内に埋め込まれ、固定される（図８（Ｂ））。型枠１６０を第２の補強鋼管１３０と接するように配置することで、第２の補強鋼管１３０の外表面と柱１０６の外表面とを同一面内に配置することができる。

以上の施工方法を適宜適用することにより、第１実施形態で述べた種々の構造を有する構造体１００、およびこれを有する建築物を施工することができる。

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。

１００：構造体、１０２：杭、１０４：パイルキャップ、１０４ａ：凹部、１０６：柱、１０８：基礎梁、１０８ａ：ＲＣ部、１０８ｂ：Ｓ部、１０８ｃ：鉄骨、１１０：セパレータ、１２０：第１の鋼管、１２０ａ：アンカー、１２０ｂ：中心軸、１２２：第２の鋼管、１２２ａ：アンカー、１２４：ダンパー、１２４ａ：端部、１２５：樹脂、１２６：緩衝材、１２８：第１の補強鋼管、１３０：第２の補強鋼管、１３２：緩衝材、１３４：スペーサ、１４０：梁主筋、１４２：杭主筋、１４４：柱主筋、１４６：補強筋、１５０：鉄筋ユニット、１５２：ベース筋、１５４：横補強筋、１５６：はかま筋、１５８：サポーター、１６０：型枠、１７０：プレキャスト部材、１７２：円盤、１７４：貫通孔、１７６：グラウト材

Claims (14)

1. 杭、
   前記杭上のパイルキャップ、
   前記パイルキャップ上の柱、および
   前記パイルキャップ内に位置し、前記杭と前記柱を連結するダンパーを備え、
   前記ダンパーの下端と上端はそれぞれ、前記杭と前記柱内に位置する構造体。
2. 前記杭と前記パイルキャップ内に位置し、前記ダンパーの前記下端と上端をそれぞれ収容する第１の鋼管と第２の鋼管をさらに備える、請求項１に記載の構造体。
3. 前記第１の鋼管は、前記第１の鋼管の中心軸に垂直な方向に延伸するアンカーを有し、
   前記第２の鋼管は、前記第２の鋼管の中心軸に垂直な方向に延伸するアンカーを有する、請求項２に記載の構造体。
4. 前記パイルキャップは、前記第１の鋼管と前記第２の鋼管をそれぞれ収容する第１の凹部と第２の凹部を備え、
   前記第１の鋼管と前記第２の鋼管は前記パイルキャップから離隔する、請求項２に記載の構造体。
5. 前記パイルキャップと前記柱の間に緩衝材をさらに備える、請求項１に記載の構造体。
6. 前記杭を囲う第１の補強鋼管をさらに備える、請求項１に記載の構造体。
7. 前記柱を囲う第２の補強鋼管をさらに備える、請求項１に記載の構造体。
8. 前記パイルキャップと前記柱の間に緩衝材をさらに備え、
   前記緩衝材は前記ダンパーを囲み、前記第２の補強鋼管に囲まれる、請求項７に記載の構造体。
9. 前記緩衝材と前記第２の補強鋼管の間にスペーサをさらに備える、請求項８に記載の構造体。
10. 前記杭内に位置し、前記杭の中心軸に平行に延伸する杭主筋、および
    前記柱内に位置し、前記柱の中心軸に平行に延伸する柱主筋をさらに備え、
    前記杭主筋の上端は前記杭の中に位置し、
    前記柱主筋の下端は前記柱内に位置する、請求項１に記載の構造体。
11. 前記杭と前記パイルキャップの間にセパレータをさらに備える、請求項１に記載の構造体。
12. 前記パイルキャップに接続され、梁主筋を有する基礎梁をさらに備え、
    前記梁主筋の端部は前記パイルキャップ内に位置する、請求項１に記載の構造体。
13. 前記パイルキャップに接続され、前記パイルキャップを挟む一対の基礎梁をさらに備え、
    前記一対の基礎梁は、前記一対の基礎梁の一方から他方へ延伸し、前記パイルキャップを貫通する梁主筋をさらに備える、請求項１に記載の構造体。
14. 杭を地中に固定すること、
    前記杭にダンパーの第１の端部を固定すること、
    前記ダンパーに貫通されるパイルキャップを前記杭の上に形成すること、
    前記ダンパーの第２の端部に固定される柱を前記パイルキャップ上に形成することを含む、構造体を施工する方法。

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