JP2023001572A - Pile foundation, and design method of the same - Google Patents

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Abstract

To provide a pile foundation capable of reducing a material cost while maintaining sufficient cross-sectional strength, and a design method thereof.SOLUTION: A pile foundation 10 has a pile 2 in which a plurality of precast piles 21, 22, 23 and 24 is connected in an axial direction. This pile foundation 10 has a first precast pile having a first cross-sectional strength against a first axial force acting on a pile head, and a second precast pile arranged just below the first precast pile and having a second cross-sectional strength against a second axial force obtained by subtracting a peripheral friction resistance force from a ground acting on a peripheral surface of the first precast pile from the first axial force.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、杭基礎、及びその設計方法に関する。 The present invention relates to a pile foundation and its design method.

杭基礎に用いられる杭は、既製杭を用いた埋込み杭や場所打ちコンクリート杭などである。埋込み杭は、地盤を掘削して設けた杭穴内でソイルセメントを形成し、このソイルセメント中に既製杭を沈設することにより施工できる。ソイルセメントは、杭穴内で掘削土砂にセメントミルクを注入して撹拌混合することにより形成される。ソイルセメントが硬化すると、既製杭と一体化されて埋込み杭が形成される。一方、場所打ちコンクリート杭は、地盤を掘削して設けた杭穴内に、鋼材を沈設しながらコンクリートを打設することにより施工できる。コンクリートが硬化すると、場所打ちコンクリート杭が形成される。
杭穴は、通常、杭の先端が地盤の支持層に達する深さに形成する。支持層が地表から数十メートルの深さにある場合、支持層に届く長さの杭を用意する必要がある。数十メートルの既製杭は、所定長さ(4m~15m程度)の既製杭を複数本連結することにより用意することができる。
The piles used for pile foundations are embedded piles using ready-made piles, cast-in-place concrete piles, and the like. Embedded piles can be constructed by excavating the ground, forming soil cement in pile holes, and sinking prefabricated piles into the soil cement. Soil cement is formed by injecting and stirring cement milk into excavated soil in a pile hole. When the soil cement hardens, it is integrated with the prefabricated pile to form an embedded pile. On the other hand, cast-in-place concrete piles can be constructed by pouring concrete into pile holes drilled in the ground while sinking steel materials. As the concrete hardens, a cast-in-place concrete pile is formed.
The pile hole is usually formed to a depth where the tip of the pile reaches the bearing layer of the ground. If the bearing layer is several tens of meters below the ground surface, it is necessary to prepare piles long enough to reach the bearing layer. A prefabricated pile of several tens of meters can be prepared by connecting a plurality of prefabricated piles of a predetermined length (about 4 m to 15 m).

杭が地盤から受ける軸方向の抵抗力は、杭の下端に地盤(支持層)から作用する先端抵抗力の他に、杭周面部に地盤から作用する周面摩擦抵抗力を含む。よって、杭基礎の設計においては、各杭の先端抵抗力と周面摩擦抵抗力を全て足した値が当該杭基礎が実際に支える建物荷重を上回るように、各杭の杭径や種類・仕様(既製杭の場合、SC杭、PRC杭、PHC杭、節杭、ストレート杭など)などを決める。
一方、各杭は、その破壊強度を示す値として、当該杭に固有の圧縮耐力及び引張耐力を有する。杭基礎の設計においては、実際に各杭に作用する軸力よりその杭の圧縮耐力や引張耐力が大きな値となるように、各杭の杭径や種類などを決める。
The axial resistance force that the pile receives from the ground includes the tip resistance force that acts from the ground (bearing layer) on the bottom end of the pile, and the peripheral frictional resistance force that acts from the ground on the pile peripheral surface. Therefore, when designing pile foundations, the pile diameter, type, and specifications of each pile should be determined so that the sum of the tip resistance and peripheral friction resistance of each pile exceeds the building load that the pile foundation actually supports. (In the case of ready-made piles, SC piles, PRC piles, PHC piles, joint piles, straight piles, etc.) are determined.
On the other hand, each pile has its own compressive strength and tensile strength as values indicating its breaking strength. In designing a pile foundation, the diameter and type of each pile are determined so that the compressive strength and tensile strength of the pile are larger than the axial force actually acting on each pile.

特開2015-014107号公報JP 2015-014107 A 特開2017-96037号公報JP 2017-96037 A

通常、杭の杭径や種類などを設定する際には、杭頭に作用する軸力(引抜き力及び押込み力)が杭全長にわたって全ての断面に作用するものと仮定して、各杭の杭径や種類を決めている。このため、杭の全長にわたって、杭頭に作用する軸力に対する断面耐力を有する杭が使用されている。 Normally, when setting the pile diameter and type of pile, it is assumed that the axial force (pull-out force and push-in force) acting on the pile head acts on all cross sections over the entire length of the pile. Determine the diameter and type. For this reason, piles are used that have cross-sectional strength against the axial force acting on the pile head over the entire length of the pile.

しかし、各杭には地盤からの周面摩擦抵抗力が作用するため、杭頭に作用する軸力は、下方に向かうにしたがって減少し、下方に位置する杭断面にも均等に作用する訳ではない。すなわち、下方の杭断面へ作用する軸力は、その断面位置より上方区間の杭が地盤から受けた周面摩擦抵抗力の分だけ小さい値となる。よって、杭全長にわたる全杭断面に作用する軸力を均等とみなした従来の設計方法では、下方に位置する杭断面ほど無駄に大きな断面耐力を有するオーバースペック状態となり、その分、杭基礎の資材コストが高くなる。 However, since the peripheral frictional resistance from the ground acts on each pile, the axial force acting on the pile head decreases as it goes downward, and it does not act equally on the pile cross section located below. Absent. That is, the axial force acting on the pile cross section below is smaller than the cross section position by the amount of the circumferential frictional resistance applied from the ground to the pile in the upper section. Therefore, in the conventional design method, in which the axial force acting on all pile cross-sections over the entire length of the pile is assumed to be uniform, the pile cross-section located at the bottom has an over-specified state where the cross-sectional strength is unnecessarily large. higher cost.

この発明は、十分な断面耐力を維持した上で資材コストを安価にできる杭基礎、及びその設計方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a pile foundation and a method of designing the same, which can reduce material costs while maintaining sufficient cross-sectional strength.

一態様に係る杭基礎は、軸方向に並んだN個の区間のそれぞれに配置した杭部分を軸方向につなげた杭を含む。この杭基礎のN個の杭部分は、杭の杭頭に作用する第1の軸力に対する第1の断面耐力を有する1番上の杭部分と、上から(n-1)番目までの全ての杭部分の周面に作用する地盤からの周面摩擦抵抗力を第1の軸力から差し引いた軸力に対する断面耐力を有するn番目の杭部分と、を含み、nは、2≦n≦Nを満たす整数である。 A pile foundation according to one aspect includes a pile in which pile portions arranged in each of N axially aligned sections are connected in the axial direction. The N pile parts of this pile foundation are the top pile part having the first cross-sectional strength against the first axial force acting on the pile head of the pile, and all the (n-1)th pile parts from the top n-th pile portion having cross-sectional strength against the axial force obtained by subtracting the peripheral friction resistance force from the ground acting on the peripheral surface of the pile portion from the first axial force, where n is 2 ≤ n ≤ An integer that satisfies N.

この態様の杭基礎によれば、十分な断面耐力を維持した上で、1番上の杭部分より断面耐力の小さいn番目の杭部分を用いることができ、資材コストを安価にできる。 According to the pile foundation of this aspect, it is possible to use the n-th pile portion having a smaller cross-sectional strength than the top pile portion while maintaining a sufficient cross-sectional strength, thereby reducing the material cost.

上記杭基礎の1番上の杭部分は、杭頭に作用する水平方向の荷重により当該1番上の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力を有し、n番目の杭部分は、上から(n-1)番目までの全ての杭部分の周面に作用する地盤抵抗を考慮して求められたn番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力を有する。 The top pile portion of the pile foundation has a bending resistance against the maximum acting bending moment acting on the top pile portion due to the horizontal load acting on the pile head, and the n-th pile portion , has the bending strength against the maximum acting bending moment acting on the n-th pile portion obtained by considering the ground resistance acting on the peripheral surface of all pile portions from the top to the (n-1)th pile portion.

他の一態様に係る杭基礎は、軸方向に並んだN個の区間のそれぞれに配置した杭部分を軸方向につなげた杭を含む。この杭基礎のN個の杭部分は、上から(n-1)番目の杭部分の上端に作用する軸力に対する断面耐力を有する(n-1)番目の杭部分と、(n-1)番目の杭部分の直下に配置され、当該(n-1)番目の杭部分の周面に作用する地盤からの周面摩擦抵抗力を(n-1)番目の杭部分の上端に作用する軸力から差し引いた軸力に対する断面耐力を有するn番目の杭部分と、を含み、nは、2≦n≦Nを満たす整数である。 A pile foundation according to another aspect includes a pile in which pile portions arranged in each of N axially aligned sections are connected in the axial direction. The N pile portions of this pile foundation include the (n−1)th pile portion having cross-sectional strength against the axial force acting on the upper end of the (n−1)th pile portion from the top, and (n−1) The axis that is placed directly under the th pile portion and acts on the upper end of the (n-1) th pile portion to apply the peripheral surface friction resistance force from the ground acting on the peripheral surface of the (n-1) th pile portion n th pile section having sectional strength for axial force minus axial force, where n is an integer satisfying 2≦n≦N.

この態様の杭基礎によれば、十分な断面耐力を維持した上で、(n-1)番目の杭部分より断面耐力の小さいn番目の杭部分を用いることができ、資材コストを安価にできる。 According to the pile foundation of this aspect, it is possible to use the n-th pile portion with a smaller cross-sectional strength than the (n-1)th pile portion while maintaining sufficient cross-sectional strength, and the material cost can be reduced. .

上記杭基礎の(n-1)番目の杭部分は、当該(n-1)番目の杭部分の上端に作用する水平方向の荷重により当該(n-1)番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力を有し、n番目の杭部分は、(n-1)番目の杭部分の周面に作用する地盤抵抗を考慮して求められたn番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力を有する。 The (n-1)th pile section of the above pile foundation is the maximum horizontal load acting on the (n-1)th pile section due to the horizontal load acting on the top of the (n-1)th pile section. The n-th pile portion has the bending strength against the acting bending moment, and the n-th pile portion is the maximum acting on the n-th pile portion obtained by considering the ground resistance acting on the peripheral surface of the (n-1)-th pile portion. It has a bending strength against the applied bending moment.

他の一態様に係る杭基礎の設計方法は、軸方向に並んだN個の区間のそれぞれに配置した杭部分を軸方向につなげた杭を含む杭基礎の設計方法であって、上からn番目の杭部分の断面耐力を、上から(n-1)番目までの全ての杭部分の周面に作用する地盤からの周面摩擦抵抗力を杭の杭頭に作用する軸力から差し引いた軸力に対する断面耐力に設定する。nは、2≦n≦Nを満たす整数である。 A method for designing a pile foundation according to another aspect is a method for designing a pile foundation including piles in which pile portions arranged in each of N sections arranged in the axial direction are connected in the axial direction. The cross-sectional strength of the th pile portion is subtracted from the axial force acting on the pile head of the pile by subtracting the circumferential frictional resistance force from the ground acting on the circumferential surface of all pile portions from the top to the (n-1)th pile portion. Set to section strength against axial force. n is an integer that satisfies 2≦n≦N.

この態様の杭基礎の設計方法によれば、十分な断面耐力を維持した上で、(n-1)番目の杭部分より断面耐力の小さいn番目の杭部分を用いることができ、資材コストを安価にできる。 According to the pile foundation design method of this aspect, it is possible to use the n-th pile portion with a smaller cross-sectional strength than the (n-1)-th pile portion while maintaining sufficient cross-sectional strength, and reduce material costs. It can be done cheaply.

上記杭基礎の設計方法によると、上からn番目の杭部分の曲げ耐力を、上から(n-1)番目までの全ての杭部分の周面に作用する地盤抵抗を考慮して求められた当該n番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力に設定する。 According to the above pile foundation design method, the bending strength of the n-th pile from the top is obtained by considering the ground resistance acting on the peripheral surface of all the piles from the top to the (n-1)-th pile. It is set to the bending resistance against the maximum applied bending moment acting on the n-th pile section.

他の一態様に係る杭基礎の設計方法は、軸方向に並んだN個の区間のそれぞれに配置した杭部分を軸方向につなげた杭を含む杭基礎の設計方法であって、上からn番目の杭部分の断面耐力を、上から(n-1)番目の杭部分の周面に作用する地盤からの周面摩擦抵抗力を当該(n-1)番目の杭部分の上端に作用する軸力から差し引いた軸力に対する断面耐力に設定する。nは、2≦n≦Nを満たす整数である。 A method for designing a pile foundation according to another aspect is a method for designing a pile foundation including piles in which pile portions arranged in each of N sections arranged in the axial direction are connected in the axial direction. The cross-sectional strength of the th pile part is applied to the upper end of the (n-1)th pile part, and the peripheral frictional resistance force from the ground acting on the peripheral surface of the (n-1)th pile part from the top Set to the sectional strength against the axial force subtracted from the axial force. n is an integer that satisfies 2≦n≦N.

この態様の杭基礎の設計方法によれば、十分な断面耐力を維持した上で、(n-1)番目の杭部分より断面耐力の小さいn番目の杭部分を用いることができ、資材コストを安価にできる。 According to the pile foundation design method of this aspect, it is possible to use the n-th pile portion with a smaller cross-sectional strength than the (n-1)-th pile portion while maintaining sufficient cross-sectional strength, and reduce material costs. It can be done cheaply.

上記杭基礎の設計方法によると、上からn番目の杭部分の曲げ耐力を、上から(n-1)番目の杭部分の周面に作用する地盤抵抗を考慮して求められた当該n番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力に設定する。 According to the above pile foundation design method, the bending resistance of the n-th pile from the top is calculated by considering the ground resistance acting on the peripheral surface of the (n-1)-th pile from the top. It is set to the bending strength against the maximum acting bending moment acting on the pile part of

この発明によれば、十分な断面耐力を維持した上で資材コストを安価にできる杭基礎、及びその設計方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, after maintaining sufficient cross-sectional strength, the pile foundation which can make material cost low, and its design method can be provided.

図1は、実施形態に係る杭基礎の杭に作用する軸力について説明するための概略図である。Drawing 1 is a schematic diagram for explaining axial force which acts on a pile of a pile foundation concerning an embodiment. 図2は、図1の杭に引抜き力が作用した場合に各既製杭に作用する軸力について説明するための概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the axial force acting on each prefabricated pile when a pull-out force acts on the pile of FIG. 図3は、図1の杭に押込み力が作用した場合に各既製杭に作用する軸力について説明するための概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the axial force acting on each prefabricated pile when a pushing force acts on the pile of FIG. 図4は、図1の杭の軸方向の各断面に作用する軸力Nと曲げモーメントMの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the axial force N and the bending moment M acting on each cross-section in the axial direction of the pile of FIG. 図5は、図1の杭の各既製杭に作用する引抜き力PTと曲げモーメントMの関係を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the pull-out force PT acting on each prefabricated pile of FIG. 1 and the bending moment M. FIG. 図6は、図1の杭の各既製杭に作用する押込み力PCと曲げモーメントMの関係を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the relationship between the pushing force PC acting on each prefabricated pile of FIG. 1 and the bending moment M. FIG.

以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。
図1は、実施形態に係る杭基礎10の2本の杭2L、2Rに作用する引抜き力及び押込み力(以下、このような軸方向の力を総称して軸力とする場合もある)について説明するための概略図である。本実施形態の杭基礎10は、建物100の重量を支える略同じ構造の2本の杭2L、2Rを有する。2本の杭2L、2Rは、建物100の重量を略同じ割合で支える。2本の杭2L、2Rは略同じ構造を有するため、以下の説明では総称して杭2とする場合もある。杭基礎10を構成する杭2の本数は、2本に限らず、少なくとも1本あればよく、3本以上であってもよい。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows the pull-out force and push-in force acting on the two piles 2L and 2R of the pile foundation 10 according to the embodiment (hereinafter, such axial force may be collectively referred to as axial force). It is the schematic for demonstrating. The pile foundation 10 of this embodiment has two piles 2L and 2R of substantially the same structure that support the weight of the building 100. As shown in FIG. The two piles 2L and 2R support the weight of the building 100 at approximately the same rate. Since the two piles 2L and 2R have substantially the same structure, they may be collectively referred to as the pile 2 in the following description. The number of piles 2 constituting the pile foundation 10 is not limited to two, and may be at least one, or may be three or more.

図1(a)は、建物100の重量が2本の杭2L、2Rの杭頭2aに軸力NLとしてそれぞれ均等に作用した状態(常時)を示す。図1(b)は、地震発生時に図示左から右に向かう水平方向の力(水平力)が建物100に作用して2本の杭2L、2Rの杭頭2aに互いに逆向きの変動軸力として-NT、NCがそれぞれ作用した状態を示す。図1(c)は、図1(a)の軸力NLと図1(b)の変動軸力-NT、NCが2本の杭2L、2Rの杭頭2aにそれぞれ作用した状態(地震発生時)を示す。 FIG. 1(a) shows a state (always) in which the weight of the building 100 equally acts as an axial force NL on the pile heads 2a of the two piles 2L and 2R. FIG. 1(b) shows that when an earthquake occurs, a horizontal force (horizontal force) directed from the left to the right of the drawing acts on the building 100, and the pile heads 2a of the two piles 2L and 2R are subjected to fluctuating axial forces in opposite directions. indicates the state in which -NT and NC act respectively. FIG. 1(c) shows a state in which the axial force NL in FIG. 1(a) and the fluctuating axial force −NT, NC in FIG. hour).

建物100の杭基礎10は、地盤Gに設けた複数の杭穴1に建て込んだ複数本(本実施形態では2本)の杭2L、2Rを有する。杭2の種類、長さ、太さ、本数、レイアウトなどは、基本的に、建物100の重さや形状、地盤Gの状態などに応じて決められる。 A pile foundation 10 of a building 100 has a plurality of (two in this embodiment) piles 2L and 2R built into a plurality of pile holes 1 provided in the ground G. The type, length, thickness, number, layout, etc. of the piles 2 are basically determined according to the weight and shape of the building 100, the state of the ground G, and the like.

杭基礎10の各杭2は、複数本(本実施形態では4本)の既製杭21、22、23、24を軸方向(図示上下方向)に連結した構造を有する。各杭2の既製杭21、22、23、24は、軸方向に並んだ複数区間のそれぞれに配置した杭部分として機能する。一番上の既製杭21の建物100に対する接合構造及び既製杭21~24同士の連結構造については周知技術であるためここではその詳細な説明を省略する。既製杭21~24として、例えば、外殻鋼管付きコンクリート杭(SC杭)、プレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭(PRC杭)、プレストレスト高強度コンクリート杭(PHC杭)などがある。 Each pile 2 of the pile foundation 10 has a structure in which a plurality of (four in this embodiment) ready-made piles 21, 22, 23, and 24 are connected in the axial direction (vertical direction in the drawing). The ready-made piles 21, 22, 23, and 24 of each pile 2 function as pile portions arranged in each of a plurality of sections aligned in the axial direction. Since the joint structure of the uppermost prefabricated pile 21 to the building 100 and the connection structure of the prefabricated piles 21 to 24 are well-known techniques, detailed description thereof will be omitted here. The prefabricated piles 21 to 24 include, for example, concrete piles with shell steel pipes (SC piles), prestressed reinforced high-strength concrete piles (PRC piles), prestressed high-strength concrete piles (PHC piles), and the like.

杭2の長さは、少なくとも杭2の先端が地盤Gの支持層に達する長さにする必要がある。このため、杭穴1も、支持層に達する深さまで形成する必要がある。杭2の長さは、連結する既製杭の長さと本数を選択することにより変えることができる。杭2を構成する既製杭の種類や径などは、当該杭2に要求される抵抗力(先端抵抗力及び周面摩擦抵抗力)に基づいて適切に選択すればよい。 The length of the pile 2 should be such that at least the tip of the pile 2 reaches the bearing layer of the ground G. Therefore, the pile hole 1 also needs to be formed to a depth that reaches the support layer. The length of the pile 2 can be changed by selecting the length and number of ready-made piles to be connected. The type and diameter of the prefabricated pile that constitutes the pile 2 may be appropriately selected based on the resistance required for the pile 2 (tip resistance and circumferential frictional resistance).

杭穴1と各杭2の間には、杭周部4が設けられている。杭周部4は、杭2の先端付近をソイルセメントで囲んだ根固め部及び杭2の周面をソイルセメントで囲んだ杭周面部を含む。すなわち、杭周部4は、杭穴1と杭2の間に硬化材としてのソイルセメントを設けることにより形成される。杭周部4に設けたソイルセメントが硬化すると、杭周部4がコンクリート製の杭2と一体化される。 A pile circumference 4 is provided between the pile hole 1 and each pile 2 . The pile peripheral portion 4 includes a foot protection portion surrounding the tip of the pile 2 with soil cement and a pile peripheral portion surrounding the peripheral surface of the pile 2 with soil cement. That is, the pile peripheral portion 4 is formed by providing soil cement as a hardening material between the pile hole 1 and the pile 2 . When the soil cement provided on the pile circumference 4 hardens, the pile circumference 4 is integrated with the concrete pile 2 .

図1(a)に示すように、地震が発生していない常時の杭2L、2Rには、それぞれ、建物100の重量から定まる鉛直下方に向かう軸力NLだけが作用している。この場合、軸力NLは、杭2L、2Rの杭頭2aにそれぞれ作用する。 As shown in FIG. 1(a), only the vertically downward axial force NL determined by the weight of the building 100 acts on the piles 2L and 2R during normal times when an earthquake does not occur. In this case, the axial force NL acts on the pile heads 2a of the piles 2L and 2R.

地震が発生して、図1(b)に矢印で示すように、水平力が建物100に作用すると、地震力(慣性力)によって建物100がロッキング(振動)する。ここでは、水平力は、2本の杭2の並び方向に沿って図示左から右に向けて建物100に作用するものと仮定する。 When an earthquake occurs and horizontal force acts on the building 100 as indicated by arrows in FIG. Here, it is assumed that the horizontal force acts on the building 100 from left to right in the figure along the direction in which the two piles 2 are arranged.

この水平力によって建物100に図示矢印Y方向のモーメントが作用すると、図示左側にある杭2Lには、偶力として杭頭2aを上方に引っ張る方向の-NT(変動軸力)が作用する。また、このとき、図示右側にある杭2Rには、同様に、偶力として杭頭2aを下方に押し下げる方向のNC(変動軸力)が作用する。 When this horizontal force acts on the building 100 in the direction of the arrow Y, the pile 2L on the left side of the drawing receives -NT (fluctuating axial force) acting as a couple in the direction of pulling the pile head 2a upward. Also, at this time, a NC (fluctuating axial force) in the direction of pushing down the pile head 2a acts similarly as a couple on the pile 2R on the right side of the drawing.

各杭2L、2Rには、そもそも図1(a)に示す鉛直下方の常時の軸力NLが作用しているため、図1(b)の水平力が建物100に作用すると、図1(c)に示すように、左側の杭2Lの杭頭2aにはNL-NTの軸力が作用し、右側の杭2Rの杭頭2aにはNL+NCの軸力が作用することになる。 In the first place, since the vertical downward normal axial force NL shown in FIG. 1A acts on each of the piles 2L and 2R, when the horizontal force shown in FIG. ), an axial force of NL-NT acts on the pile head 2a of the left pile 2L, and an axial force of NL+NC acts on the pile head 2a of the right pile 2R.

建物100に水平力が作用した際に左側の杭2Lの杭頭2aに作用する変動軸力-NTの絶対値が常時の軸力NLより大きい場合、地震発生時に杭2Lの杭頭2aに作用する軸力NL-NTは、杭頭2aを上方に引っ張る方向の引抜き力となる。アスペクト比が大きい(4以上の)建物の杭基礎では、このような引抜き力が作用し易い。 If the absolute value of the fluctuating axial force -NT acting on the pile head 2a of the left pile 2L when the horizontal force acts on the building 100 is greater than the normal axial force NL, it acts on the pile head 2a of the pile 2L when an earthquake occurs. The resulting axial force NL-NT is a pull-out force in the direction of pulling the pile head 2a upward. Such a pull-out force is likely to act on a pile foundation of a building with a large aspect ratio (4 or more).

また、このとき、右側の杭2Rの杭頭2aに作用する軸力NL+NCは、杭頭2aを下方に押し込む方向の押込み力となる。このように、建物100に水平力が作用した場合、杭基礎10の各杭2L、2Rには、軸方向の引抜き力及び押込み力のいずれか一方が作用する。 At this time, the axial force NL+NC acting on the pile head 2a of the right pile 2R becomes a pushing force in the direction of pushing the pile head 2a downward. In this way, when a horizontal force acts on the building 100, either one of an axial pull-out force and a push-in force acts on the piles 2L and 2R of the pile foundation 10. As shown in FIG.

コンクリート杭は、一般に、軸方向の押込み力に対する圧縮耐力が大きく、引抜き力に対する引張耐力が小さい。このため、杭2の断面耐力を検証する際には、押込み側より引抜き側で断面耐力を確保することが厳しくなることが多い。 Concrete piles generally have a large compressive strength against an axial pushing force and a small tensile strength against a pull-out force. Therefore, when verifying the cross-sectional strength of the pile 2, it is often difficult to secure the cross-sectional strength on the pull-out side rather than on the pushing side.

図2に示すように、杭2Lの杭頭2aに引抜き力PT1(=NL-NT)が作用すると、地盤Gから杭2Lの周面に作用する周面摩擦抵抗力(Rf1、Rf2、Rf3、Rf4)が抵抗となり、引抜き力が減少しながら(PT1→PT2→PT3→PT4)杭2Lの先端に伝わる。 As shown in FIG. 2, when the pull-out force PT1 (=NL-NT) acts on the pile head 2a of the pile 2L, the peripheral frictional resistance forces (Rf1, Rf2, Rf3, Rf4) acts as a resistance, and the pulling force is transmitted to the tip of the pile 2L while decreasing (PT1→PT2→PT3→PT4).

すなわち、杭2Lを構成する一番上の既製杭21が地盤Gから受ける周面摩擦抵抗力をRf1とした場合、上から2番目の既製杭22の上端に作用する引抜き力PT2は、PT2=PT1-Rf1となる。同様に、上から2番目の既製杭22が地盤Gから受ける周面摩擦抵抗力をRf2とした場合、上から3番目の既製杭23の上端に作用する引抜き力PT3は、PT3=PT2-Rf2となる。さらに、上から3番目の既製杭23が地盤Gから受ける周面摩擦抵抗力をRf3とした場合、一番下の既製杭24の上端に作用する引抜き力PT4は、PT4=PT3-Rf3となる。 That is, when Rf1 is the circumferential frictional resistance force that the uppermost ready-made pile 21 constituting the pile 2L receives from the ground G, the pull-out force PT2 acting on the upper end of the second ready-made pile 22 from the top is PT2= PT1-Rf1. Similarly, if Rf2 is the peripheral friction resistance force that the second ready-made pile 22 from the top receives from the ground G, the pull-out force PT3 acting on the upper end of the third ready-made pile 23 from the top is PT3=PT2−Rf2. becomes. Furthermore, when Rf3 is the peripheral friction resistance force that the third ready-made pile 23 from the top receives from the ground G, the pull-out force PT4 acting on the upper end of the lowest ready-made pile 24 is PT4 = PT3 - Rf3. .

図3に示すように、杭2Rの杭頭2aに押込み力PC1(=NL+NC)が作用すると、地盤Gから杭2Rの周面に作用する周面摩擦抵抗力(Rf1、Rf2、Rf3、Rf4)が抵抗となり、押込み力が減少しながら(PC1→PC2→PC3→PC4)杭2Rの先端に伝わる。 As shown in FIG. 3, when a pushing force PC1 (=NL+NC) acts on the pile head 2a of the pile 2R, the peripheral surface frictional resistance forces (Rf1, Rf2, Rf3, Rf4) acting on the peripheral surface of the pile 2R from the ground G. becomes a resistance, and the pressing force is transmitted to the tip of the pile 2R while decreasing (PC1→PC2→PC3→PC4).

すなわち、杭2Rを構成する一番上の既製杭21が地盤Gから受ける周面摩擦抵抗力をRf1とした場合、上から2番目の既製杭22の上端に作用する押込み力PC2は、PC2=PC1-Rf1となる。同様に、上から2番目の既製杭22が地盤Gから受ける周面摩擦抵抗力をRf2とした場合、上から3番目の既製杭23の上端に作用する押込み力PC3は、PC3=PC2-Rf2となる。さらに、上から3番目の既製杭23が地盤Gから受ける周面摩擦抵抗力をRf3とした場合、一番下の既製杭24の上端に作用する押込み力PC4は、PC4=PC3-Rf3となる。 That is, when Rf1 is the peripheral frictional resistance force that the uppermost ready-made pile 21 constituting the pile 2R receives from the ground G, the pushing force PC2 acting on the upper end of the second ready-made pile 22 from the top is PC2= PC1-Rf1. Similarly, if Rf2 is the circumferential friction resistance force that the second ready-made pile 22 from the top receives from the ground G, the pushing force PC3 acting on the upper end of the third ready-made pile 23 from the top is PC3=PC2−Rf2. becomes. Furthermore, if Rf3 is the peripheral friction resistance force that the third ready-made pile 23 from the top receives from the ground G, the pushing force PC4 acting on the upper end of the lowest ready-made pile 24 is PC4=PC3−Rf3. .

本明細書及び特許請求の範囲における「周面摩擦抵抗力」は、杭2が節杭である場合には杭周部4と杭穴1の間の摩擦力を指し、杭2がストレート杭である場合には杭2と杭周部4の間の摩擦力を指す。例えば、節杭の杭頭2aに作用する軸力を徐々に大きくすると、杭2が杭周部4に対して相対移動する前に杭周部4が杭穴1に対して相対移動する。また、ストレート杭の杭頭2aに作用する軸力を徐々に大きくすると、杭周部4が杭穴1に対して相対移動する前に、杭2が杭周部4に対して相対移動する。つまり、「周面摩擦抵抗力」は、杭2が節杭である場合とストレート杭である場合で異なる部位に作用するものとする。 The term “peripheral frictional resistance” in this specification and claims refers to the frictional force between the pile periphery 4 and the pile hole 1 when the pile 2 is a knotted pile, and when the pile 2 is a straight pile. In some cases it refers to the frictional force between the pile 2 and the pile circumference 4 . For example, when the axial force acting on the pile head 2 a of the joint pile is gradually increased, the pile periphery 4 moves relative to the pile hole 1 before the pile 2 moves relative to the pile periphery 4 . When the axial force acting on the pile head 2 a of the straight pile is gradually increased, the pile 2 moves relative to the pile circumference 4 before the pile circumference 4 moves relative to the pile hole 1 . That is, the "peripheral frictional resistance" acts on different parts depending on whether the pile 2 is a knotted pile or a straight pile.

また、本明細書及び特許請求の範囲における「周面摩擦抵抗力」は、杭頭2aに作用する軸力が引抜き力である場合と押込み力である場合で略同じ値としている。しかし、実際には、杭頭2aに押込み力が作用している場合の周面摩擦抵抗力を1とした場合、杭頭2aに同じ大きさの引抜き力が作用している場合の周面摩擦抵抗力は0.7~0.8程度となる。よって、上記のような違いを考慮して「周面摩擦抵抗力」の意味を解釈する必要がある。 Further, the "peripheral frictional resistance force" in the present specification and claims has substantially the same value when the axial force acting on the pile head 2a is the pulling force and the pushing force. However, in practice, when the peripheral frictional resistance force when the pushing force is acting on the pile head 2a is 1, the peripheral friction when the pulling force of the same magnitude is acting on the pile head 2a The resistance is about 0.7-0.8. Therefore, it is necessary to interpret the meaning of "peripheral frictional resistance force" in consideration of the above differences.

杭2を設計する場合、基本的に、当該杭2の押込み方向の抵抗力(先端抵抗力及び周面摩擦抵抗力)が、当該杭2が支える建物100からの軸力NL又は押込み力PC1(=NL+NC)より大きくなり、且つ当該杭の引抜き方向の抵抗力(周面摩擦抵抗力)が、当該杭2に建物100から作用する引抜き力PT1(=NL-NT)より大きくなるように、杭2L、2Rの構造(杭長、杭径、種類など)を設定する。 When designing the pile 2, basically, the resistance in the pushing direction of the pile 2 (tip resistance and peripheral friction resistance) is the axial force NL or the pushing force PC1 ( = NL + NC), and the pull-out resistance of the pile (peripheral friction resistance) is greater than the pull-out force PT1 (= NL-NT) acting on the pile 2 from the building 100. Set the structure of 2L and 2R (pile length, pile diameter, type, etc.).

また、杭2を設計する場合、当該杭2を構成する各既製杭21、22、23、24の引抜き力に対する引張耐力が、建物100の倒壊時に発生する引抜き方向の軸力をそれぞれ上回るように、既製杭21、22、23、24を選定する。そして、各既製杭21、22、23、24の押込み力に対する圧縮耐力についても、建物100の倒壊時に発生する押込み方向の軸力をそれぞれ上回っていることを確認する。 In addition, when designing the pile 2, the tensile strength against the pull-out force of each of the ready-made piles 21, 22, 23, and 24 constituting the pile 2 should exceed the axial force in the pull-out direction generated when the building 100 collapses. , ready-made piles 21, 22, 23, 24 are selected. Also, it is confirmed that the compressive strength against the pushing force of each of the prefabricated piles 21, 22, 23, and 24 exceeds the axial force in the pushing direction generated when the building 100 collapses.

従来の設計では、杭頭2aに作用する押込み力や引抜き力が全ての既製杭21、22、23、24に一様に作用するものとして、全ての既製杭21、22、23、24の圧縮耐力と引張耐力を設定していた。この場合、一番下の既製杭24であっても、杭頭2aに作用する押込み力NL+NCを上回る圧縮耐力を有するとともに、杭頭2aに作用する引抜き力NL-NTを上回る引張耐力を有する既製杭を用いるため、オーバースペックとなり、資材コストが無駄に高くなってしまう。 In a conventional design, the compression of all prefabricated piles 21, 22, 23, 24 is assumed to be uniform on all prefabricated piles 21, 22, 23, 24, assuming that the pushing and pulling forces acting on the pile head 2a act uniformly. Yield strength and tensile strength were set. In this case, even the lowest ready-made pile 24 has a compressive strength exceeding the pushing force NL+NC acting on the pile head 2a, and a ready-made pile having a tensile strength exceeding the pulling force NL-NT acting on the pile head 2a. Since piles are used, it becomes an over-specification, and the material cost is unnecessarily high.

これに対し、本実施形態では、杭2L、2Rの先端に向かうにつれて圧縮耐力や引張耐力(断面耐力)が徐々に小さくなるように、複数本の既製杭21、22、23、24を選定して、この順番でつなげて使用するようにした。このため、本実施形態によると、杭2の全長にわたって十分な断面耐力を維持した上で、杭基礎10の資材コストを安くすることができる。 On the other hand, in this embodiment, the plurality of ready-made piles 21, 22, 23, 24 are selected so that the compressive strength and tensile strength (cross-sectional strength) gradually decrease toward the tip of the piles 2L, 2R. I tried to connect and use them in this order. For this reason, according to this embodiment, it is possible to reduce the material cost of the pile foundation 10 while maintaining a sufficient cross-sectional strength over the entire length of the pile 2 .

つまり、本実施形態では、1番上の既製杭21として、押込み力NL+NCを上回る圧縮耐力を有するとともに、引抜き力NL-NTを上回る引張耐力を有するものを使用するようにした。また、2番目の既製杭22として、1番上の既製杭21に作用する周面摩擦抵抗力Rf1を差し引いた押込み力NL+NC-Rf1を上回る圧縮耐力を有するとともに、周面摩擦抵抗力Rf1を差し引いた引抜き力NL-NT+Rf1を上回る引張耐力を有するものを使用するようにした。 That is, in this embodiment, as the uppermost prefabricated pile 21, one having a compressive yield strength exceeding the pushing force NL+NC and having a tensile yield strength exceeding the pulling force NL-NT is used. In addition, as the second prefabricated pile 22, it has a compressive strength exceeding the pushing force NL + NC - Rf1 minus the peripheral frictional resistance Rf1 acting on the top prefabricated pile 21, and the peripheral frictional resistance Rf1 is subtracted. A material having a tensile yield strength exceeding the pulling force NL-NT+Rf1 was used.

また、3番目の既製杭23として、2番目の既製杭22に作用する周面摩擦抵抗力Rf2をさらに差し引いた押込み力NL+NC-Rf1-Rf2を上回る圧縮耐力を有するとともに、周面摩擦抵抗力Rf2をさらに差し引いた引抜き力NL-NT+Rf1+Rf2を上回る引張耐力を有するものを使用するようにした。さらに、1番下の既製杭24として、3番目の既製杭23に作用する周面摩擦抵抗力Rf3をさらに差し引いた押込み力NL+NC-Rf1-Rf2-Rf3を上回る圧縮耐力を有するとともに、周面摩擦抵抗力Rf3をさらに差し引いた引抜き力NL-NT+Rf1+Rf2+Rf3を上回る引張耐力を有するものを使用するようにした。 In addition, as the third prefabricated pile 23, it has a compressive strength exceeding the pushing force NL + NC - Rf1 - Rf2 obtained by further subtracting the peripheral frictional resistance Rf2 acting on the second prefabricated pile 22, and the peripheral frictional resistance Rf2 was further subtracted, and the one having a tensile yield strength exceeding the pull-out force NL-NT+Rf1+Rf2 was used. Furthermore, as the lowest prefabricated pile 24, it has a compressive strength exceeding the pushing force NL + NC - Rf1 - Rf2 - Rf3 obtained by further subtracting the peripheral frictional resistance Rf3 acting on the third prefabricated pile 23, and has a peripheral friction A material having a tensile yield strength exceeding the pull-out force NL-NT+Rf1+Rf2+Rf3 obtained by further subtracting the resistance Rf3 is used.

ところで、地震発生時において建物100に水平力が作用すると、杭基礎10の杭2L、2Rには、上述した変動軸力-NT、NCの他に、曲げモーメントMが作用する。曲げモーメントMは、杭2の軸方向に連続した各断面で発生する。曲げモーメントMは、一般的に、建物100に固定した杭頭2aで最も大きく、杭周部に地盤Gから作用する地盤抵抗によって、杭2の先端に向かうにつれて徐々に減少する。 By the way, when a horizontal force acts on the building 100 when an earthquake occurs, a bending moment M acts on the piles 2L and 2R of the pile foundation 10 in addition to the above-described fluctuating axial forces -NT and NC. A bending moment M is generated in each section of the pile 2 which is continuous in the axial direction. The bending moment M is generally largest at the pile head 2a fixed to the building 100, and gradually decreases toward the tip of the pile 2 due to ground resistance acting from the ground G on the periphery of the pile.

ここで言う「地盤抵抗」とは、杭の軸方向に対して直角方向に作用する地盤からの水平抵抗を意味しており、杭2が節杭、ストレート杭に係らず、杭周部4に作用する。 The "soil resistance" referred to here means the horizontal resistance from the ground that acts in a direction perpendicular to the axial direction of the pile. works.

各杭2の既製杭21、22、23、24の曲げ耐力を設計する場合、上述した杭周部に作用する地盤抵抗を考慮する。この場合、考慮する地盤抵抗は、各既製杭21、22、23、24に最大の作用曲げモーメントが作用する杭断面より上方の杭周部に作用する地盤抵抗である。例えば、上から3番目の既製杭23に作用する最大の作用曲げモーメントが、当該既製杭23の上端と下端の間の杭断面に作用する場合、考慮する地盤抵抗は、1番上の既製杭21の杭周部に作用する地盤抵抗、2番目の既製杭22の杭周部に作用する地盤抵抗、及び3番目の既製杭23の上端から最大の作用曲げモーメントが作用する杭断面までの杭周部に作用する地盤抵抗となる。 When designing the bending resistance of the prefabricated piles 21, 22, 23, and 24 of each pile 2, the above-described ground resistance acting on the periphery of the pile is taken into consideration. In this case, the ground resistance considered is the ground resistance acting on the pile circumference above the pile cross-section where the maximum acting bending moment acts on each of the prefabricated piles 21, 22, 23, 24. For example, when the maximum bending moment acting on the third prefabricated pile 23 from the top acts on the cross section of the pile between the upper end and the lower end of the prefabricated pile 23, the ground resistance to be considered is the top prefabricated pile Ground resistance acting on the circumference of the pile 21, ground resistance acting on the circumference of the second ready-made pile 22, and the pile from the upper end of the third ready-made pile 23 to the cross section of the pile where the maximum bending moment acts. It becomes the ground resistance acting on the periphery.

図4は、杭2が持つ曲げ耐力の性能を模式的に表記した軸力Nと曲げモーメントMの関係を示す関係図(NM図)である。図4において、縦軸は曲げモーメントMを示し、横軸は軸力Nを示す。また、横軸のプラス側(図示右側)が圧縮軸力であり、マイナス側(図示左側)が引張軸力である。杭2の各断面が持つ曲げ耐力の性能は、このNM図により評価される。このようなNM図は、既製杭の種類毎に存在する。本実施形態のように既製杭がコンクリート杭である場合、引張力に弱く圧縮力に強い特徴を有するため、図4に示すように、NM図の包絡曲線のピークは、圧縮側にシフトする。 FIG. 4 is a relationship diagram (NM diagram) showing the relationship between the axial force N and the bending moment M, which schematically shows the bending resistance performance of the pile 2. As shown in FIG. In FIG. 4, the vertical axis indicates the bending moment M, and the horizontal axis indicates the axial force N. As shown in FIG. The plus side (right side in the figure) of the horizontal axis is the compressive axial force, and the minus side (left side in the figure) is the tensile axial force. The bending resistance performance of each section of the pile 2 is evaluated by this NM diagram. Such an NM diagram exists for each type of ready-made pile. When the prefabricated pile is a concrete pile as in this embodiment, it is weak against tensile force and strong against compressive force, so as shown in FIG. 4, the peak of the envelope curve in the NM diagram shifts to the compression side.

曲げモーメントMが作用していない点の軸力は、杭2の破壊耐力を意味しており、プラス側の軸力の値は破壊圧縮耐力を示し、マイナス側の軸力の値は破壊引張耐力を示す。このような軸力が杭2に作用している状態で少しでも曲げモーメントが杭2に作用すると杭2が破壊される。 The axial force at the point where the bending moment M does not act means the breaking strength of the pile 2, the value of the axial force on the plus side indicates the breaking compressive strength, and the value of the axial force on the minus side indicates the breaking tensile strength. indicates If even a little bending moment acts on the pile 2 while such an axial force is acting on the pile 2, the pile 2 will be destroyed.

上述した曲げモーメントMが作用していない2点(NM図の包絡曲線の2つの端部)以外の包絡曲線上の全ての点は、軸力の他に曲げモーメントMが作用している点である。つまり、杭2の設計においては、上述した軸方向の引張耐力や圧縮耐力だけを考慮するのではなく、各既製杭に作用する曲げモーメントMに対する曲げ耐力についても考慮すべきである。そして、各既製杭に作用する最大の曲げモーメントMを当該既製杭に作用する軸力(押込み力又は引抜き力)下における当該既製杭の曲げ耐力が上回るように、各既製杭を選択することが望ましい。 All points on the envelope curve other than the two points (two ends of the envelope curve in the NM diagram) where the bending moment M is not acting are points where the bending moment M is acting in addition to the axial force. be. In other words, in designing the pile 2, not only the above-mentioned axial tensile strength and compressive strength should be considered, but also the bending strength against the bending moment M acting on each prefabricated pile. Each prefabricated pile can be selected so that the bending strength of the prefabricated pile under the axial force (pushing force or pulling force) acting on the prefabricated pile exceeds the maximum bending moment M acting on each prefabricated pile. desirable.

各既製杭の曲げ耐力を考慮した設計として、杭頭2aに引抜き力NL-NT及び曲げモーメントMが作用した場合の設計と、杭頭2aに押込み力NL+NC及び曲げモーメントMが作用した場合の設計を考慮する必要がある。 As a design considering the bending strength of each prefabricated pile, the design when the pull-out force NL-NT and the bending moment M act on the pile head 2a, and the design when the pushing force NL+NC and the bending moment M act on the pile head 2a. should be considered.

引抜きに関する設計では、図5に示すように、まず、各既製杭21、22、23、24に作用する最大の曲げモーメントM1、M2、M3、M4(図5(b))と各既製杭21、22、23、24に作用する最大の引抜き力PT1、PT2、PT3、PT4(図5(a))を座標とする点をNM図にプロットする(図5(c)に「〇」で示す)。図5(c)では、比較のため、全ての既製杭21、22、23、24に同じ引抜き力PT1が作用したと仮定した従来の設計で曲げモーメントM1、M2、M3、M4を座標とする点を「×」で示した。 In the drawing design, as shown in FIG. , 22, 23, 24, PT1, PT2, PT3, PT4 (Fig. 5(a)) are plotted on the NM diagram (indicated by "O" in Fig. 5(c) ). In FIG. 5(c), for comparison, the bending moments M1, M2, M3, and M4 are taken as coordinates in the conventional design assuming that the same pull-out force PT1 acts on all the prefabricated piles 21, 22, 23, and 24. Points are indicated by "x".

NM図は、耐力の異なる4種類の既製杭の包絡曲線(1)、(2)、(3)、(4)を示す。最も耐力の大きい包絡曲線(1)の既製杭は、例えば、外殻鋼管付きコンクリート杭(SC杭)であり、包絡曲線(2)の既製杭は、例えば、プレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭(PRC杭)のVI種~III種程度であり、包絡曲線(3)の既製杭は、例えば、プレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭(PRC杭)のII種~I種、または、プレストレスト高強度コンクリート杭(PHC杭)のB種やC種であり、包絡曲線(4)の既製杭は、例えば、プレストレスト高強度コンクリート杭(PHC杭)のA種である。 The NM diagram shows the envelope curves (1), (2), (3) and (4) of four types of prefabricated piles with different yield strengths. The prefabricated pile with the envelope curve (1) having the highest yield strength is, for example, a concrete pile with an outer shell steel pipe (SC pile), and the prefabricated pile with the envelope curve (2) is, for example, a prestressed reinforced high-strength concrete pile (PRC pile ) is about VI to III, and the ready-made pile of the envelope curve (3) is, for example, prestressed reinforced high-strength concrete pile (PRC pile) II to I, or prestressed high-strength concrete pile (PHC pile ), and the ready-made pile of the envelope curve (4) is, for example, A prestressed high-strength concrete pile (PHC pile).

地表に最も近い1番上の既製杭21に作用する軸力PT1は杭頭2aに作用する引抜き力NL-NTであり、1番上の既製杭21に作用する曲げモーメントMの最大値は、杭頭2aに作用する曲げモーメントM1である。この座標をプロットした点は、図5(c)の1番上の図に「〇」で示すように、包絡曲線(1)と(2)の間にある。包絡曲線(2)の外側に「〇」が存在するため、1番上の既製杭21として、包絡曲線(1)の既製杭を用いなくてはならない。 The axial force PT1 acting on the top ready-made pile 21 closest to the ground surface is the pull-out force NL-NT acting on the pile head 2a, and the maximum value of the bending moment M acting on the top ready-made pile 21 is A bending moment M1 acting on the pile head 2a. The point where this coordinate is plotted is between the envelope curves (1) and (2), as indicated by the "o" in the top panel of FIG. 5(c). Since "O" exists outside the envelope curve (2), the ready-made pile of the envelope curve (1) must be used as the top ready-made pile 21.

上から2番目の既製杭22に作用する軸力の最大値は既製杭22の上端に作用する引抜き力PT2であり、2番目の既製杭22に作用する曲げモーメントMの最大値は既製杭22の上端に作用する曲げモーメントM2である。この座標をプロットした点は、図5(c)の上から2番目の図に「〇」で示すように、包絡曲線(2)と(3)の間にある。よって、2番目の既製杭22として、包絡曲線(1)及び(2)の既製杭を用いることができるが、よりコストが安い包絡曲線(2)の既製杭を用いることが好適である。 The maximum value of the axial force acting on the second ready-made pile 22 from the top is the pull-out force PT2 acting on the upper end of the ready-made pile 22, and the maximum value of the bending moment M acting on the second ready-made pile 22 is the ready-made pile 22. is the bending moment M2 acting on the upper end of . The point where this coordinate is plotted is between the envelope curves (2) and (3), as indicated by "O" in the second diagram from the top in FIG. 5(c). Therefore, as the second prefabricated pile 22, the prefabricated piles of envelope curves (1) and (2) can be used, but it is preferable to use the prefabricated pile of envelope curve (2), which is cheaper in cost.

これに対し、従来の設計では、2番目の既製杭22に作用する引抜き力をPT1とするため、曲げモーメントM2との交点「×」の座標は包絡曲線(2)の外側になる。つまり、従来の設計では、包絡曲線(2)の既製杭を上から2番目の既製杭22として用いることはできない。 On the other hand, in the conventional design, since the pull-out force acting on the second prefabricated pile 22 is PT1, the coordinates of the crossing point "x" with the bending moment M2 are outside the envelope curve (2). That is, in the conventional design, the prefabricated pile of envelope curve (2) cannot be used as the second prefabricated pile 22 from the top.

上から3番目の既製杭23に作用する軸力の最大値は既製杭23の上端に作用する引抜き力PT3であり、3番目の既製杭23に作用する曲げモーメントMの最大値は既製杭23の上端と下端の間の部分に作用する曲げモーメントM3である。この座標をプロットした点は、図5(c)の上から3番目の図に「〇」で示すように、包絡曲線(3)と(4)の間にある。よって、3番目の既製杭23として、包絡曲線(1)、(2)、(3)の既製杭を用いることができるが、よりコストが安い包絡曲線(3)の既製杭を用いることが好適である。 The maximum value of the axial force acting on the third ready-made pile 23 from the top is the pull-out force PT3 acting on the upper end of the ready-made pile 23, and the maximum value of the bending moment M acting on the third ready-made pile 23 is the ready-made pile 23. is a bending moment M3 acting on the portion between the upper end and the lower end of . The point where this coordinate is plotted is between the envelope curves (3) and (4), as indicated by "o" in the third diagram from the top in FIG. 5(c). Therefore, the ready-made piles of the envelope curves (1), (2), and (3) can be used as the third ready-made pile 23, but it is preferable to use the ready-made pile of the envelope curve (3), which is cheaper in cost. is.

これに対し、従来の設計では、3番目の既製杭23に作用する引抜き力をPT1とするため、曲げモーメントM3との交点「×」の座標は包絡曲線(3)の外側になる。つまり、従来の設計では、包絡曲線(3)の既製杭を上から3番目の既製杭23として用いることはできない。 On the other hand, in the conventional design, the pull-out force acting on the third ready-made pile 23 is PT1, so the coordinates of the crossing point "x" with the bending moment M3 are outside the envelope curve (3). That is, in the conventional design, the prefabricated pile of envelope curve (3) cannot be used as the third prefabricated pile 23 from the top.

1番下の既製杭24に作用する軸力の最大値は既製杭24の上端に作用する引抜き力PT4であり、1番下の既製杭24に作用する曲げモーメントMの最大値は既製杭24の上端に作用する曲げモーメントM4である。この座標をプロットした点は、図5(c)の1番下の図に「〇」で示すように、包絡曲線(4)の内側にある。よって、1番下の既製杭24として、包絡曲線(1)~(4)全ての既製杭を用いることができるが、よりコストが安い包絡曲線(4)の既製杭を用いることが好適である。 The maximum value of the axial force acting on the lowest ready-made pile 24 is the pull-out force PT4 acting on the upper end of the ready-made pile 24, and the maximum value of the bending moment M acting on the lowest ready-made pile 24 is the ready-made pile 24. is the bending moment M4 acting on the upper end of . The point where this coordinate is plotted is inside the envelope curve (4), as indicated by "o" in the bottom diagram of FIG. 5(c). Therefore, as the lowest ready-made pile 24, all of the ready-made piles of the envelope curves (1) to (4) can be used, but it is preferable to use the ready-made pile of the envelope curve (4), which is cheaper in cost. .

これに対し、従来の設計では、既製杭24に作用する引抜き力をPT1とするため、曲げモーメントM4との交点「×」の座標は包絡曲線(4)の外側になる。つまり、従来の設計では、包絡曲線(4)の既製杭を1番下の既製杭24として用いることはできない。 On the other hand, in the conventional design, since the pull-out force acting on the ready-made pile 24 is PT1, the coordinates of the crossing point "x" with the bending moment M4 are outside the envelope curve (4). That is, in conventional designs, the prefabricated pile of envelope curve (4) cannot be used as the bottom prefabricated pile 24 .

一方、押込みに関する設計では、図6に示すように、まず、各既製杭21、22、23、24に作用する最大の曲げモーメントM1、M2、M3、M4(図6(b))と各既製杭21、22、23、24に作用する最大の押込み力PC1、PC2、PC3、PC4(図6(a))を座標とする点をNM図にプロットする(図6(c)に「〇」で示す)。図6(c)では、比較のため、全ての既製杭21、22、23、24に同じ押込み力PC1が作用したと仮定した従来の設計で曲げモーメントM1、M2、M3、M4を座標とする点を「×」で示した。 On the other hand, in the design for pushing, as shown in FIG. Points with the coordinates of the maximum pushing forces PC1, PC2, PC3, and PC4 acting on the piles 21, 22, 23, and 24 (Fig. 6(a)) are plotted on the NM diagram ("○" in Fig. 6(c) ). In FIG. 6(c), for comparison, the bending moments M1, M2, M3, and M4 are taken as coordinates in the conventional design assuming that the same pushing force PC1 acts on all the prefabricated piles 21, 22, 23, and 24. Points are indicated by "x".

NM図は、耐力の異なる4種類の既製杭の包絡曲線(1)、(2)、(3)、(4)を示す。最も耐力の大きい包絡曲線(1)の既製杭は、例えば、外殻鋼管付きコンクリート杭(SC杭)であり、包絡曲線(2)の既製杭は、例えば、プレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭(PRC杭)のVI種~III種程度であり、包絡曲線(3)の既製杭は、例えば、プレストレスト鉄筋高強度コンクリート杭(PRC杭)のII種~I種、または、プレストレスト高強度コンクリート杭(PHC杭)のB種やC種であり、包絡曲線(4)の既製杭は、例えば、プレストレスト高強度コンクリート杭(PHC杭)のA種である。 The NM diagram shows the envelope curves (1), (2), (3) and (4) of four types of prefabricated piles with different yield strengths. The prefabricated pile with the envelope curve (1) having the highest yield strength is, for example, a concrete pile with an outer shell steel pipe (SC pile), and the prefabricated pile with the envelope curve (2) is, for example, a prestressed reinforced high-strength concrete pile (PRC pile ) is about VI to III, and the ready-made pile of the envelope curve (3) is, for example, prestressed reinforced high-strength concrete pile (PRC pile) II to I, or prestressed high-strength concrete pile (PHC pile ), and the ready-made pile of the envelope curve (4) is, for example, A prestressed high-strength concrete pile (PHC pile).

地表に最も近い1番上の既製杭21に作用する軸力PC1は杭頭2aに作用する押込み力NL+NCであり、1番上の既製杭21に作用する曲げモーメントMの最大値は、杭頭2aに作用する曲げモーメントM1である。この座標をプロットした点は、図6(c)の1番上の図に「〇」で示すように、包絡曲線(3)の上にある。よって、1番上の既製杭21として、包絡曲線(1)及び(2)の既製杭を用いることができ、引抜きに関する設計により選択した包絡曲線(1)の既製杭が使用可能であることが確認できた。 The axial force PC1 acting on the top ready-made pile 21 closest to the ground surface is the pushing force NL+NC acting on the pile head 2a, and the maximum value of the bending moment M acting on the top ready-made pile 21 is the pile head. is the bending moment M1 acting on 2a. The point where this coordinate is plotted is on the envelope curve (3), as indicated by the "o" in the top panel of FIG. 6(c). Therefore, the ready-made piles of envelope curves (1) and (2) can be used as the top ready-made pile 21, and the ready-made pile of envelope curve (1) selected by the drawing-related design can be used. It could be confirmed.

上から2番目の既製杭22に作用する軸力(押込み力)の最大値は既製杭22の上端に作用する押込み力PC2であり、2番目の既製杭22に作用する曲げモーメントMの最大値は既製杭22の上端に作用する曲げモーメントM2である。この座標をプロットした点は、図6(c)の上から2番目の図に「〇」で示すように、包絡曲線(4)の内側にある。よって、2番目の既製杭22として、包絡曲線(1)~(4)全ての既製杭を用いることができ、引抜きに関する設計により選択した包絡曲線(2)の既製杭が使用可能であることが確認できた。 The maximum value of the axial force (pushing force) acting on the second ready-made pile 22 from the top is the pushing force PC2 acting on the upper end of the ready-made pile 22, and the maximum value of the bending moment M acting on the second ready-made pile 22. is the bending moment M2 acting on the upper end of the prefabricated pile 22; The point where this coordinate is plotted is inside the envelope curve (4), as indicated by "o" in the second figure from the top in FIG. 6(c). Therefore, as the second ready-made pile 22, all of the ready-made piles of the envelope curves (1) to (4) can be used, and the ready-made pile of the envelope curve (2) selected by the drawing-related design can be used. It could be confirmed.

上から3番目の既製杭23に作用する軸力の最大値は既製杭23の上端に作用する押込み力PC3であり、3番目の既製杭23に作用する曲げモーメントMの最大値は既製杭23の上端と下端の間の部分に作用する曲げモーメントM3である。この座標をプロットした点は、図6(c)の上から3番目の図に「〇」で示すように、包絡曲線(4)の内側にある。よって、3番目の既製杭22として、包絡曲線(1)~(4)全ての既製杭を用いることができ、引抜きに関する設計により選択した包絡曲線(3)の既製杭が使用可能であることが確認できた。 The maximum value of the axial force acting on the third ready-made pile 23 from the top is the pushing force PC3 acting on the upper end of the ready-made pile 23, and the maximum value of the bending moment M acting on the third ready-made pile 23 is the ready-made pile 23. is a bending moment M3 acting on the portion between the upper end and the lower end of . The point where this coordinate is plotted is inside the envelope curve (4), as indicated by "o" in the third figure from the top in FIG. 6(c). Therefore, as the third ready-made pile 22, all of the ready-made piles of the envelope curves (1) to (4) can be used, and the ready-made pile of the envelope curve (3) selected by the drawing-related design can be used. It could be confirmed.

1番下の既製杭24に作用する軸力の最大値は既製杭24の上端に作用する押込み力PCT4であり、1番下の既製杭24に作用する曲げモーメントMの最大値は既製杭24の上端に作用する曲げモーメントM4である。この座標をプロットした点は、図6(c)の1番下の図に「〇」で示すように、包絡曲線(4)の内側にある。よって、1番下の既製杭24として、包絡曲線(1)~(4)全ての既製杭を用いることができ、引抜きに関する設計により選択した包絡曲線(4)の既製杭が使用可能であることが確認できた。 The maximum value of the axial force acting on the lowest ready-made pile 24 is the pushing force PCT4 acting on the upper end of the ready-made pile 24, and the maximum value of the bending moment M acting on the lowest ready-made pile 24 is the ready-made pile 24. is the bending moment M4 acting on the upper end of . The point where this coordinate is plotted is inside the envelope curve (4), as indicated by "o" in the bottom diagram of FIG. 6(c). Therefore, as the lowest ready-made pile 24, all of the ready-made piles of the envelope curves (1) to (4) can be used, and the ready-made pile of the envelope curve (4) selected by the drawing-related design can be used. was confirmed.

以上のように、本実施形態によると、複数本の既製杭21~24をつなげた杭2において、各既製杭に作用する軸力及び曲げモーメントに応じて、適切な引張耐力、圧縮耐力、及び曲げ耐力を有するように、複数本の既製杭21~24を設定した。このため、従来のように、杭先端付近に対しても、杭頭2aに作用する軸力PC1、PT1を上回る断面耐力を有する既製杭を用いなくても、設計を行うことが可能となり、資材コストを安価にすることができた。 As described above, according to this embodiment, in the pile 2 in which a plurality of ready-made piles 21 to 24 are connected, appropriate tensile strength, compressive strength, and A plurality of ready-made piles 21 to 24 were set so as to have bending resistance. For this reason, it is possible to design without using a ready-made pile having cross-sectional strength exceeding the axial forces PC1 and PT1 acting on the pile head 2a even near the tip of the pile, as in the conventional case. We were able to keep costs down.

コンクリート杭は、軸方向の押込み力に対する圧縮耐力が強く、引抜き力に対する引張耐力が弱い傾向を有する。このため、杭の設計においては、押込み側より引抜き側の検証を厳しくする必要がある。言い換えると、本実施形態の上述した設計方法は、圧縮側より引抜き側でメリットが大きいと言える。 Concrete piles tend to have high compressive strength against pushing force in the axial direction and weak tensile strength against pulling force. Therefore, when designing piles, it is necessary to verify the pull-out side more severely than the push-in side. In other words, it can be said that the above-described design method of the present embodiment has a greater advantage on the extraction side than on the compression side.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、上述した実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made in the implementation stage without departing from the scope of the invention. In addition, various inventions are included in the above-described embodiments, and various inventions can be extracted by combinations selected from a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent elements are deleted from all the constituent elements shown in the embodiments, if the problem can be solved and effects can be obtained, the configuration with the constituent elements deleted can be extracted as an invention.

上述した実施形態では、対象とする設計外力が大地震時を想定しているが、それ以外の設計外力に対する検証でもよい。その場合、杭の抵抗力、圧縮耐力、引張耐力、及び曲げ耐力は、その外力設定時に対応した値を用いる必要がある。 In the above-described embodiment, it is assumed that the target design external force is a large earthquake. In that case, it is necessary to use values corresponding to the external force setting for the pile resistance, compressive strength, tensile strength, and bending strength.

また、上述した実施形態では、複数本の既製杭21、22、23、24をつなげた杭2を地中に埋設した埋込杭を用いた杭基礎10に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、場所打ちコンクリート杭や打込杭を用いた杭基礎に本発明を適用することもできる。 Further, in the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the pile foundation 10 using the embedded pile in which the pile 2 connecting the plurality of ready-made piles 21, 22, 23, 24 is buried in the ground has been described. However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to pile foundations using cast-in-place concrete piles or driven piles.

場所打ちコンクリート杭や打込杭の場合、複数本繋ぎ合わせることで明確な区間割ができる既製杭の構造と異なる。場所打ちコンクリート杭や打込杭では、適宜、地層の変わり目や鋼材量の変化位置を設け、幾つかの区間を設定する必要がある。 In the case of cast-in-place concrete piles and driven-in piles, the structure is different from that of prefabricated piles, which can be clearly divided into sections by connecting multiple piles. For cast-in-place concrete piles and driven piles, it is necessary to appropriately set several sections by providing transition points in strata and changes in the amount of steel material.

1…杭穴、2、2L、2R…杭、2a…杭頭、4…杭周部、10…杭基礎、21、22、23、24…既製杭、100…建物、G…地盤、M、M1~M4…曲げモーメント、NL…常時の軸力、-NT…引張方向の変動軸力、NC…押込み方向の変動軸力、PT1~PT4…引抜き力、PC1~PC4…押込み力、Rf1~Rf4…周面摩擦抵抗力。 1 Pile hole 2, 2L, 2R Pile 2a Pile head 4 Pile periphery 10 Pile foundation 21, 22, 23, 24 Prefabricated pile 100 Building G Ground M M1 to M4...Bending moment NL...Regular axial force -NT...Variable axial force in tensile direction NC...Variable axial force in pushing direction PT1 to PT4...Pulling force PC1 to PC4...Pushing force Rf1 to Rf4 … Circumferential frictional resistance.

Claims (8)

軸方向に並んだN個の区間のそれぞれに配置した杭部分を前記軸方向につなげた杭を含む杭基礎であって、
前記N個の杭部分は、
前記杭の杭頭に作用する第1の軸力に対する第1の断面耐力を有する1番上の杭部分と、
上から(n-1)番目までの全ての杭部分の周面に作用する地盤からの周面摩擦抵抗力を前記第1の軸力から差し引いた軸力に対する断面耐力を有するn番目の杭部分と、を含み、
前記nは、2≦n≦Nを満たす整数である、
杭基礎。
A pile foundation including piles in which pile portions arranged in each of N sections arranged in the axial direction are connected in the axial direction,
The N pile portions are
a top pile portion having a first cross-sectional strength against a first axial force acting on the pile head of the pile;
The n-th pile portion having a cross-sectional strength against the axial force obtained by subtracting the circumferential frictional resistance force from the ground acting on the circumferential surface of all pile portions from the top to the (n-1)th pile portion from the first axial force. and including
The n is an integer that satisfies 2 ≤ n ≤ N,
pile foundation.
前記1番上の杭部分は、前記杭頭に作用する水平方向の荷重により当該1番上の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力を有し、
前記n番目の杭部分は、上から(n-1)番目までの全ての杭部分の周面に作用する地盤抵抗を考慮して求められた前記n番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力を有する、
請求項1に記載の杭基礎。
The top pile portion has a bending strength against the maximum acting bending moment acting on the top pile portion due to the horizontal load acting on the pile head,
The n-th pile portion is the maximum acting bending acting on the n-th pile portion obtained by considering the ground resistance acting on the peripheral surface of all pile portions from the top to the (n-1)th pile portion. Having bending strength against moment,
The pile foundation according to claim 1.
軸方向に並んだN個の区間のそれぞれに配置した杭部分を前記軸方向につなげた杭を含む杭基礎であって、
前記N個の杭部分は、
上から(n-1)番目の杭部分の上端に作用する軸力に対する断面耐力を有する(n-1)番目の杭部分と、
前記(n-1)番目の杭部分の直下に配置され、当該(n-1)番目の杭部分の周面に作用する地盤からの周面摩擦抵抗力を前記(n-1)番目の杭部分の上端に作用する軸力から差し引いた軸力に対する断面耐力を有するn番目の杭部分と、を含み、
前記nは、2≦n≦Nを満たす整数である、
杭基礎。
A pile foundation including piles in which pile portions arranged in each of N sections arranged in the axial direction are connected in the axial direction,
The N pile portions are
The (n−1)th pile portion having cross-sectional strength against the axial force acting on the upper end of the (n−1)th pile portion from the top;
The (n-1)-th pile portion is placed directly under the (n-1)-th pile portion, and the peripheral surface frictional resistance force from the ground acting on the peripheral surface of the (n-1)-th pile portion is the (n-1)-th pile. an nth pile section having a cross-sectional strength against the axial force subtracted from the axial force acting on the top of the section;
The n is an integer that satisfies 2 ≤ n ≤ N,
pile foundation.
前記(n-1)番目の杭部分は、当該(n-1)番目の杭部分の上端に作用する水平方向の荷重により当該(n-1)番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力を有し、
前記n番目の杭部分は、前記(n-1)番目の杭部分の周面に作用する地盤抵抗を考慮して求められた前記n番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力を有する、
請求項3に記載の杭基礎。
The (n-1)th pile portion is the maximum acting bending moment acting on the (n-1)th pile portion due to the horizontal load acting on the upper end of the (n-1)th pile portion. It has a bending resistance against
The n-th pile portion has a bending resistance against the maximum acting bending moment acting on the n-th pile portion, which is obtained by considering the ground resistance acting on the peripheral surface of the (n-1)-th pile portion. having
The pile foundation according to claim 3.
軸方向に並んだN個の区間のそれぞれに配置した杭部分を前記軸方向につなげた杭を含む杭基礎の設計方法であって、
上からn番目の杭部分の断面耐力を、上から(n-1)番目までの全ての杭部分の周面に作用する地盤からの周面摩擦抵抗力を前記杭の杭頭に作用する軸力から差し引いた軸力に対する断面耐力に設定する、
前記nは、2≦n≦Nを満たす整数である、
杭基礎の設計方法。
A method for designing a pile foundation including piles in which pile portions arranged in each of N sections arranged in the axial direction are connected in the axial direction,
The cross-sectional strength of the n-th pile portion from the top, and the circumferential frictional resistance force from the ground acting on the circumferential surface of all the pile portions from the top to the (n-1)th pile. set to the sectional strength for the axial force subtracted from the force,
The n is an integer that satisfies 2 ≤ n ≤ N,
How to design pile foundations.
前記n番目の杭部分の曲げ耐力を、前記上から(n-1)番目までの全ての杭部分の周面に作用する地盤抵抗を考慮して求められた当該n番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力に設定する、
請求項5に記載の杭基礎の設計方法。
The bending strength of the n-th pile portion is applied to the n-th pile portion obtained by considering the ground resistance acting on the peripheral surface of all the pile portions from the top to the (n-1)th pile portion. set to the bending strength for the maximum acting bending moment,
The method for designing a pile foundation according to claim 5.
軸方向に並んだN個の区間のそれぞれに配置した杭部分を前記軸方向につなげた杭を含む杭基礎の設計方法であって、
上からn番目の杭部分の断面耐力を、上から(n-1)番目の杭部分の周面に作用する地盤からの周面摩擦抵抗力を当該(n-1)番目の杭部分の上端に作用する軸力から差し引いた軸力に対する断面耐力に設定する、
前記nは、2≦n≦Nを満たす整数である、
杭基礎の設計方法。
A method for designing a pile foundation including piles in which pile portions arranged in each of N sections arranged in the axial direction are connected in the axial direction,
The cross-sectional strength of the n-th pile portion from the top, and the peripheral frictional resistance force from the ground acting on the peripheral surface of the (n-1)-th pile portion from the top is the upper end of the (n-1)-th pile portion. set to the sectional strength against the axial force subtracted from the axial force acting on
The n is an integer that satisfies 2 ≤ n ≤ N,
How to design pile foundations.
前記上からn番目の杭部分の曲げ耐力を、前記上から(n-1)番目の杭部分の周面に作用する地盤抵抗を考慮して求められた当該n番目の杭部分に作用する最大の作用曲げモーメントに対する曲げ耐力に設定する、
請求項7に記載の杭基礎の設計方法。
The bending strength of the n-th pile portion from the top is the maximum acting on the n-th pile portion obtained by considering the ground resistance acting on the peripheral surface of the (n-1)-th pile portion from the top. is set to the bending strength against the applied bending moment of
The method for designing a pile foundation according to claim 7.
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