JP3623168B2 - 杭基礎構造 - Google Patents

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JP3623168B2
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栄 上田
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00Foundations as substructures
    • E02D27/10Deep foundations
    • E02D27/12Pile foundations
    • E02D27/14Pile framings, i.e. piles assembled to form the substructure
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D27/00Foundations as substructures
    • E02D27/32Foundations for special purposes
    • E02D27/34Foundations for sinking or earthquake territories

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は高層建築物などの大型大重量の上部構造物の基礎(フーチング)を支承して該上部構造物の荷重をそれの構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の先端支持杭あるいは摩擦杭を介して地中深層部にまで伝達するように構成される杭基礎構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の杭基礎構造として、従来から一般的に知られているものは、図11及び図12に示すように、上部構造物Aの構築範囲(上部構造物の外形線で示す)内で互いに間隔を隔てて地中地盤Bに打設した複数本の先端支持杭あるいは摩擦杭100(以下、杭と称する)の頭部をそれぞれ上部構造物A側の基礎101(以下、フーチングと称する)に埋め込んで剛接合してなる構造である。図13は、地中地盤Bに打設された単位の杭100とフーチング101との接合構造の詳細を示し、杭100の頭部にフーチング101の下端部を載置し、杭鉄筋および中詰めコンクリート補強筋のような鉄筋材102とコンクリートにより杭100とフーチング101とを剛接合している。
【0003】
上記のように杭100とフーチング101とを剛接合してなる杭基礎を上部構造物Aの構築範囲内に縦横に適宜間隔を隔てて配置した従来一般の杭基礎構造の場合は、地震発生時に地中地盤B側から伝達される地震動が杭100の頭部とフーチング101との剛接合部を介して上部構造物Aに入力されることになる。このとき、両者の境界部となる杭頭接合部に剪断力等の応力が集中するだけでなく、杭100の頭部とフーチング101との接合が健全であっても、地中地盤B中の杭100に大きな曲げモーメントが発生し、杭頭部とフーチング101の接合部及び杭100が損傷、破損しやすい。このように、杭100及び杭頭部とフーチング101の接合部に損傷、破損が生じると、その復旧工事には非常な困難を伴い、長期間及び莫大な費用を要するという問題がある。
【0004】
また、上記のような問題点を解消するものとして、例えば特許文献1に記載された滑り構造を採用した杭基礎構造も提案されている。その滑り構造の杭基礎構造は、図14に示すように、杭100の上端部から環状に配設した複数の鉄筋材103と、これら鉄筋材103の横振れを許容する状態で該鉄筋材103を囲繞するように配置した鋼管104とを上向きに延出し、鋼管104の下端部には環状の係止突起105を設けて、杭100の上端部分に埋込み連結する。また、上記鋼管104の上端部に天板106を溶接固着し、この天板106に上記鉄筋材103個々の振れを許容する状態に貫通する融通孔107を設け、この融通孔107を通して天板106の上方へ突出する鉄筋材103に上部のフーチング101を連結し、かつ、天板106とフーチング金物108との間に滑り材109を介装し、この滑り材109を介して上記天板106上にフーチング101を摺動可能に載置した杭基礎構造である。
【0005】
このような滑り構造を持つ杭基礎構造においては、地震動が作用したとき、鉄筋材103が撓み、この撓み時に滑り材109によりフーチング101が杭100に対してすべり移動して杭頭接合部に応力が集中することを抑制できるものの、そのすべり量は上記天板106に設けられた融通孔107の大きさにより規制されており、また、杭100とフーチング101とが鉄筋材103で連結されている関係上、過大な地震動が作用した時には剪断力および曲げモーメントを良好に吸収することができず、杭100頭部とフーチング101の接合部に損傷、破損が発生することは避けられず、図13に示した従来一般の杭基礎構造と同様に、耐震機能、免震機能を十分に確保することができないという問題があった。
【0006】
〔特許文献1〕
特開平08−259290号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来技術の背景に鑑みてなされたもので、地震動に伴う杭頭接合部への応力集中及び杭への曲げモーメントを低減して、全体の軽量化及び低コスト化を図りつつ杭頭部接合部及び杭の損傷、破損を防止することができ、しかも、地震後における上部構造物の位置復元性能にも優れた杭基礎構造を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本第1発明に係る杭基礎構造は、上部構造物の構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎とを接合してなる杭基礎構造であって、上記複数本の杭のうち一部の杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態でその頂面が平らに形成された杭頭部側の凸形支承部とこの凸形支承部に対応させて該支承部よりも大きくその頂面が平らに形成された上部構造物の基礎側の凹形結合部との平らな頂面間に滑り材を介設して、杭頭結合部を水平方向に相対的にすべり移動可能としたローラ支持構造に構成されている一方、残りの杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態で凸面形または凹面形に形成された杭頭部側の球状支承部の外面とこの球状支承部に対応させて該支承部よりも大きい凹面形または凸面形に形成された球状結合部の内面との間に滑り材を介設して、杭頭結合部を相対的にすべり回転可能としたピン支持構造に構成されていることを特徴とするものである。
【0009】
また、本第2発明に係る杭基礎構造は、上部構造物の構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎とを接合してなる杭基礎構造であって、上記複数本の杭のうち一部の杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、鉄筋材とコンクリートによる剛接合構造に構成されている一方、残りの杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態でその頂面が平らに形成された杭頭部側の凸形支承部とこの凸形支承部に対応させて該支承部よりも大きくその頂面が平らに形成された上部構造物の基礎側の凹形結合部との平らな頂面間に滑り材を介設して、杭頭結合部を水平方向に相対的にすべり移動可能としたローラ支持構造に構成されていることを特徴とするものである。
【0010】
また、本第3発明に係る杭基礎構造は、上部構造物の構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎とを接合してなる杭基礎構造であって、上記複数本の杭のうち上記上部構造物の構築範囲の中央側に位置する杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、鉄筋材とコンクリートによる剛接合構造に構成されている一方、上記構築範囲の外周側に位置する杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態で凸面形または凹面形に形成された杭頭部側の球状支承部の外面とこの球状支承部に対応させて該支承部よりも大きい凹面形または凸面形に形成された球状結合部の内面との間に滑り材を介設して、杭頭結合部を相対的にすべり回転可能としたピン支持構造に構成されていることを特徴とするものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
実施例1について説明する。図1及び図2に示すように、上部構造物Aの構築範囲(上部構造物の外形線で示す)内で互いに間隔を隔てて地中地盤Bに打設した複数本の先端支持杭あるいは摩擦杭1(以下、杭と称する)のうち、上記構築範囲の外周側に位置する杭1の頭部と上部構造物A側のフーチング2との接合構造として、図2中に斜線入り丸印で示すピン支持構造Xを採用する一方、上記構築範囲の中央側は、図2中に角印で示すローラ支持構造Yを採用している。
【0012】
上記ローラ支持構造Yは図3に明示するように構成されている。すなわち、長尺な鉄筋コンクリート製の杭1の頭部に地中地盤Bの上面よりも上方へ突出する状態でその頂面が平らな円柱状の凸形支承部3を形成している。この杭頭部の凸形支承部3の外面には、それに対応する凸座形状の金属(主として鉄)製の杭金具4が密着状に嵌合されているとともに、この杭金具4の内面と上記杭1の頭部とは複数の鉄製定着用アンカー材5を介して一体に固定連結されている。
【0013】
上記地中地盤Bの上面にはモルタル座6と、フーチング2を水平方向に移動可能に支持する砕石層7とが積層形成されており、この砕石層7および上記杭1の頭部に載置される鉄筋コンクリート製のフーチング2の下部で上記杭1の頭部に対応する箇所には、上記凸形支承部3に対応させて該支承部3よりも大径でその頂面が平らなシリンダ状の凹形結合部9が形成されている。
【0014】
上記フーチング2は杭1に鉄筋で連結されてなく、杭1に対して構造的に分離されており、このフーチング2下部の凹形結合部9の内面には、それに対応する四座形状の金属(主として鉄)製のフーチング金具10が密着状に嵌合されているとともに、このフーチング金具10の外面とフーチング2下部とは複数の鉄製定着用アンカー材11を介して一体に固定連結されている。
【0015】
そして、上記杭1側の凸形支承部3に嵌合固定の杭金具4と上記フーチング2側の凹形結合部9内に嵌合固定のフーチング金具10との平らな頂面間に滑り材12を介設して、杭頭結合部が水平方向に相対的にすべり移動可能なローラ支持構造に構成されているとともに、これら杭1側の凸形支承部3とフーチング2側の凹形結合部9との間のすべり面(滑り材12の介設箇所以外のクリアランス部分)にコーキング材13を封入させた構造としている。
【0016】
ここで、上記滑り材12としては、フッ素樹脂やポリエチレン樹脂等の樹脂シートを接着接合したもの、或いはフッ素樹脂やポリエチレン樹脂をコーティングして用いる。また、上記樹脂シートのすべり面にカーボン材やモリブデン材等の固体潤滑材を塗布してもよい。いずれにしても滑り材12としては自己潤滑性を有する材料が用いられる。また、上記コーキング材13としては、シーラント材やゴムパッキン等の止水機能、振動吸収機能に優れた材料を用いることが好ましい。
【0017】
一方、上記ピン支持構造Xは図4に明示するように構成されている。すなわち、鉄筋コンクリート製杭1の頭部に地中地盤Bの上面よりも上方へ突出する状態でその頂面を球面とした凸面形の球状支承部23が形成され、この球状支承部23の外面にそれに対応する凸座形状の杭金具24が嵌合されており、この杭金具24の内面と上記杭1の頭部とは複数の鉄製定着用アンカー材25を介して一体に固定連結されているとともに、鉄筋コンクリート製フーチング2の下部に上記杭1頭部の上記凸面形球状支承部23に対応させて該支承部23よりも大径でその頂面を球面とした凹面形の球状結合部29が形成され、この球状結合部29の内面にそれに対応する凹座形状のフーチング金具30が密着状に嵌合されており、このフーチング金具30の外面とフーチング2下部とは複数の鉄製定着用アンカー材21を介して一体に固定連結されている。
【0018】
そして、杭1側の杭金具24と上記フーチング2側のフーチング金具30との上下に対向する球面間に滑り材32を介設して、杭頭結合部を相対的にすべり回転可能なピン支持構造に構成されているとともに、これら杭1側の凸面形球状支承部23とフーチング2側の球状結合部29との間のすべり面(滑り材32の介設箇所以外のクリアランス部分)にコーキング材33を封入させた構造としている。
【0019】
なお、このピン支持構造Xも、地中地盤Bの上面とフーング2の下部との間にモルタル座6及び砕石層7が形成されており、また、滑り材32及びコーキング材33は上記ローラ支持構造Yと同様な材料が用いられている。
【0020】
上記したように、上部構造物Aの構築範囲の中央側にはフーチング2下部と杭1頭部とが左右・前後の水平二次元方向(図3矢印a方向およびクロス・ドット方向)に相対的にすべり移動可能なローラ支持構造Yを配置し、かつ、その外周側にはフーチング2下部と杭1頭部とが球状支承部23および球状結合部29に沿って全方向(図4の矢印b方向)に相対的にすべり回転可能なピン支持構造Xを配置した複合構成の杭基礎構造を採用することによって、地震動のうちの水平分力は、主としてローラ支持構造Yのすべり作用により吸収させて、杭頭接合部への応力集中及び地中地盤Bに打設された杭1に発生する曲げモーメントを低減することが可能となる一方、地震動等の大きな外力の作用に伴う上部構造物Aの回転は、ピン支持構造Xにより拘束することが可能となる。また、ピン支持構造Xの存在によって地震後における上部構造物Aの位置復元性能も確保することが可能である。
【0021】
その結果、地震等の大きな外力作用時にあっても杭1頭部及びフーチング2が損傷したり、破損することを防止して、耐震機能および免震機能を十分に確保することができる。これによって、杭1およびフーチング2に用いられる鉄筋の配筋量の低減が図れ、杭基礎構造全体の軽量化とともに施工性の向上およびコストの低減を図ることができる。
【0022】
また、水平分力を吸収する働きを有するローラ支持構造Y及びピン支持構造Xのフーチング2の下面側には砕石層7が形成されていることから、杭基礎構造が地中地盤Bに対して絶縁されることになり、免震効果の発揮によって上部構造物Aの地震力および横揺れを大幅に低減させて居住性の向上を図り得るとともに、上部構造物Aの損傷防止効果を一層高めることができる。
【0023】
さらに、上記杭1頭部の凸形支承部3と上記フーチング2下部の凹形結合部9との間のすべり面及び杭1側の凸面形球状支承部23とフーチング2側の球状結合部29との間のすべり面にはそれぞれコーキング材13及び33が封入された構成であるから、これらコーキング材13,33により振動吸収機能を高めるとともに、すべり面に外部から水などが侵入することを防止することができ、これによって、杭金具4,24、フーチング金具10,30などの構成材料としての鋼材の腐蝕および滑り材12,32の劣化の低減が図れ、すべり移動性能を長年月に亘って円滑かつ安定のよいものに維持することができる。
【0024】
なお、上記実施例1の杭基礎構造では、上部構造物Aの構築範囲の外周側にピン支持構造Xが、かつ、中央側にローラ支持構造Yを配置した複合構成のものについて説明したが、これは上部構造物Aが平面視ほぼ方形で、かつ、その重心が構築範囲の中央部に位置するような場合に好適である一方、上部構造物Aが平面視ほぼ方形で、かつ、図面上の左右で重量が異なり、重心位置が重量の大きい側に偏っている形態の場合には、図5に示すように、上部構造物Aの構築範囲内で重量の大きい側の構造物領域部A1と重量の小さい側の構造物領域部A2とでローラ支持構造Yの配置を変え、それら両領域部A1,A2のローラ支持構造Yの外周を取り囲むようにピン支持構造Xを配置した複合構成とすることが望ましい。
【0025】
また、上部構造物Aが平面視で略L型に屈曲しているような大型のものである場合は、図6に示すように、屈曲部の一方側の構造物領域部A3と他方側の構造物領域部A4とでローラ支持構造Yの配置及び数に変化をつけ、それら各構造物領域部A3,A4のローラ支持構造Yの外周をそれぞれ取り囲むようにピン支持構造Xを配置した複合構成とすることが望ましい。
【0026】
さらに、上記実施例1の杭基礎構造とは逆に、図7に示すように、上部構造物Aの構築範囲の外周側にローラ支持構造Yを配置し、かつ、中央側にピン支持構造Xを配置した複合構成を採用しても、上記とほぼ同等な作用及び効果を奏するものである。
【0027】
図8は本発明の実施例2を示す。この実施例2の杭基礎構造は、上部構造物Aの構築範囲の外周側に位置する杭1の頭部と上部構造物A側のフーチング2との接合構造として、図8中に白抜き丸印で示す剛接合構造Zを採用する一方、上記構築範囲の中央側は、図8中に角印で示すローラ支持構造Yを採用している。
【0028】
上記剛接合構造Zは図13に明示したものと同様に、杭100(1)の頭部にフーチング101(2)の下端部を載置し、杭鉄筋および中詰めコンクリート補強筋のような鉄筋材102(15)とコンクリートにより杭100(1)とフーチング101(2)とを剛接合してなるものである。ここで、括弧付きの符号は実施例2の剛接合構造Zにおける構成要素である。また、上記ローラ支持構造Yは図3に明示したものと同様であり、その構成の詳細な説明は省略する。
【0029】
上記のように、上部構造物Aの構築範囲の中央側にはフーチング2下部と杭1頭部とが鉄筋材15及びコンクリートを介して剛接合させてなる剛接合構造Zを配置し、かつ、その外周側にはフーチング2下部と杭1頭部とを左右・前後の水平二次元方向(図3矢印a方向およびクロス・ドット方向)に相対的にすべり移動可能なローラ支持構造Yを配置した複合構成の杭基礎構造を採用することによって、地震発生時に地中地盤B側から伝達される地震動等の外力が上部構造物Aに作用したとき、中央側よりも大きく移動する上部構造物Aの外周側の水平移動及び回転を剛接合構造Zで規制することによって通常時に上部構造物Aに交通振動や風荷重などの比較的小さい外力が作用する程度では上部構造物Aが不必要に揺れ動くことによる居住性の悪化を防ぎつつ、地震動等に伴い大きな水平分力が作用したときは、ローラ支持構造Yのすべり作用によりその水平分力を吸収させて杭頭接合部への応力集中及び杭1に発生する曲げモーメントを低減することが可能となり、地震動等の大きな外力作用時における杭頭接合部及び杭1自体の損傷、破損を防止することができるとともに、優れた免震機能を発揮させることができる。
【0030】
なお、上記実施例2の杭基礎構造では、上部構造物Aの構築範囲の外周側に剛接合構造Zが、かつ、中央側にローラ支持構造Yを配置した複合構成のものについて説明したが、これとは逆に、図9に示すように、上部構造物Aの構築範囲の外周側にローラ支持構造Yが、かつ、中央側に剛接合構造Zを配置した複合構成を採用しても、上記とほぼ同等な作用及び効果を奏するものである。
【0031】
また、上部構造物Aの平面形態がほぼ矩形であっても、重心位置が中央から一方側に偏っているような場合、あるいは、上部構造物Aの平面形態が略L型に屈曲しているような大型のものである場合は、それぞれの形態に対応してローラ支持構造Yを図5や6に示したように配置し、それらローラ支持構造Yの外周を取り囲むように剛接合構造Zを配置した複合構成とすることが望ましい。
【0032】
図10は本発明の実施例3を示す。この実施例3の杭基礎構造は、上部構造物Aの構築範囲の中央側に位置する杭1の頭部と上部構造物A側のフーチング2との接合構造として、図10中に白抜き丸印で示す剛接合構造Zを採用する一方、上記構築範囲の外周側は、図10中に斜線入り丸印で示すピン支持構造Xを採用している。
【0033】
上記剛接合構造Zは実施例2の図13に明示したものと同様に、杭1の頭部にフーチング2の下端部を載置し、杭鉄筋および中詰めコンクリート補強筋のような鉄筋材15とコンクリートにより杭1とフーチング2とを剛接合してなるものである。
また、上記ピン支持構造Xは図4に明示したものと同様であり、その構成の詳細な説明は省略する。
【0034】
上記のように、上部構造物Aの構築範囲の中央側にはフーチング2下部と杭1頭部とが鉄筋材15及びコンクリートを介して剛接合させてなる剛接合構造Zを配置し、かつ、その外周側にはフーチング2下部と杭1頭部とが球状支承部23および球状結合部29に沿って全方向(図4の矢印b方向)に相対的にすべり回転可能なピン支持構造Xを配置した複合構成の杭基礎構造を採用することによって、地震発生時に地中地盤B側から伝達される地震動等の外力が上部構造物Aに作用したときの上部構造物Aの回転を剛接合構造Zにより規制しつつ、地震動等によって一定以上の外力が作用したときは、ピン支持構造Xのすべり回転によって応力を開放させて杭頭接合部への応力集中及び杭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となり、杭頭接合部及び杭1自体の損傷、破損を防止することができる。また、地中地盤Bの水平移動に伴い上部構造物Aの重心が移動することで、剛接合構造Zを採用した杭1に撓みが発生するとともに、杭頭部を中心とする上部構造物Aの上下運動が発生し、この箇所にピン支持構造Xが採用されていることにより、地震後における上部構造物Aの位置復元性能を非常に優れたものとすることができる。
【0035】
上記実施例1および3では、ピン支持構造Xとして、杭1頭部の球状支承部23を凸面形に形成し、フーチング2下部の球状結合部29を凹面形に形成したもので説明したが、これとは逆の構成、つまり、杭1頭部の球状支承部23を凹面形に形成し、フーチング2下部の球状結合部29を凸面形に形成しても、ピン支持構造Xとして上記と同様な作用および効果を奏するものである。
【0036】
以上のように、この発明による杭基礎構造は、フーチングを支承して上部構造物の荷重を地盤の深層部に伝達する杭の頭部の支承部とフーチング下部の結合部との間に、ローラ支3持構造とピン支持構造、剛接合構造とローラ支持構造または剛接合構造とピン支持構造の複合構成を採用することによって、地震動に伴う杭頭接合部への応力集中及び杭への曲げモーメントを低減して、全体の軽量化及び低コスト化を図りつつ杭頭部接合部及び杭の損傷、破損を防止することができ、また、地震後の上部構造物の位置復元性能の向上が図れるようにした技術である。
【0037】
【発明の効果】
このような構成の本第1発明によれば、地震発生時に地中地盤側から伝達される地震動が複数本の杭からそれら杭頭部におけるローラ支持構造及びピン支持構造の支承部を介して上部構造物に入力される。このとき、地震動のうちの水平分力は、主として杭頭部側に形成の凸形支承部と基礎側に形成の凹形結合部の互いに対向する平らな頂面間に滑り材を介設させたローラ支持構造のすべり作用により吸収されることになり、杭頭接合部への応力集中及び地中地盤に打設された杭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となる。一方、上部構造物に地震動等の大きな外力が作用した時に該上部構造物は回転しやすくなるが、この上部構造物の回転は、杭頭部側に形成の球状支承部の外面とこの球状支承部に対応させて基礎側に形成の球状結合部の内面との間に滑り材を介設させたピン支持構造により拘束することが可能となる。また、ピン支持構造の存在によって地震後における上部構造物の位置復元性能も確保することが可能である。
【0038】
上記のように、複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎との接合部として、水平方向の揺れの吸収性能に優れたローラ支持構造と垂直方向の揺れの吸収性能及び回転抑制性能に優れたピン支持構造との複合構成を採用することで、地震動等の大きな外力作用時における杭頭接合部及び杭自体の損傷、破損を防止することができ、これによって、杭及び基礎に用いられる鉄筋の配筋量の低減を可能にして、杭基礎構造全体の軽量化及びコスト低減を達成することができるとともに、優れた免震機能を発揮させることができるといった効果を奏する。
【0039】
このような複合構成の杭基礎構造において、特に、上部構造物の構築範囲内にローラ支持構造を配置し、このローラ支持構造の外周側にピン支持構造を配置した構成とする場合は、地震動等の外力の作用時において上部構造物の水平方向のすべり移動を許容するローラ支持構造で支持されている箇所よりも水平方向の移動量が大きくなるローラ支持構造の外周側の上部構造物部分の水平移動がピン支持構造で規制されるために、地震後における位置復元性能を一層高めることができる。
【0040】
このような構成の本第2発明においても、地震発生時に地中地盤側から伝達される地震動等の外力が上部構造物に作用したときの上部構造物の回転は杭頭部と基礎との剛接合構造により規制しつつ、地震動等によって大きな水平分力が作用したときは、ローラ支持構造のすべり作用によりその水平分力を吸収させて杭頭接合部への応力集中及び杭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となり、地震動等の大きな外力作用時における杭頭接合部及び杭自体の損傷、破損を防止することができるとともに、優れた免震機能を発揮させることができるといった効果を奏する。
【0041】
このような剛接合構造とローラ支持構造との複合構成の杭基礎構造においては、上部構造物の構築範囲内にローラ支持構造を配置し、このローラ支持構造の外周側に上記剛接合構造を配置した構成、あるいは、上部構造物の構築範囲内にローラ支持構造を配置し、このローラ支持構造の内周側に上記剛接合構造を配置した構成のいずれであってもよいが、特に、前者の構成とすることが望ましい。すなわち、前者の構成による場合は、地震動等の外力の作用時において上部構造物の水平方向のすべり移動を許容するローラ支持構造で支持されている箇所よりも水平方向の移動量が大きくなるローラ支持構造の外周側の上部構造物部分の水平移動が剛接合構造で規制されるために、通常時において上部構造物に交通振動や風荷重などの比較的小さい外力が作用する程度で上部構造物が不必要に揺れ動くことによる居住性の悪化を防ぎつつ、地震動等の大きな外力が作用したときには杭頭接合部及び杭自体の損傷、破損防止機能を十分に発揮させることができる。
【0042】
このような構成の本第3発明においても、地震発生時に地中地盤側から伝達される地震動等の外力が上部構造物に作用したときの上部構造物の回転は杭頭部と基礎との剛接合構造により規制しつつ、地震動等によって一定以上の外力が作用したときは、ピン支持構造のすべり回転によって応力を開放させて杭頭接合部への応力集中及び杭に発生する曲げモーメントを低減することが可能となり、杭頭接合部及び杭自体の損傷、破損を防止することができる。また、地中地盤の水平移動に伴い上部構造物の重心が移動することで、剛接合構造を採用した杭に撓みが発生するとともに、杭頭部を中心とする上部構造物の上下運動が発生し、この箇所にピン支持構造を採用することにより、地震後における上部構造物の位置復元性能を非常に優れたものとすることができるといった効果を奏する。
【0043】
上記構成の本第1発明ないし本第3発明の杭基礎構造において、上記杭頭部の支承部と上記基礎側の結合部との間のすべり面にコーキング材を封入する構成を採用することによって、上記杭頭部の支承部と基礎側の結合部とのすべり面に封入されているコーキング材により振動吸収機能を高めるとともに、すべり面に外部から水などが侵入することを防止することができ、これによって、構成材料としての鋼材の腐蝕の低減および滑り材の劣化の低減が図れ、すべり材によるすべり移動やすべり回転性能を長年月に亘って円滑かつ安定のよいものに維持することができるという効果を奏する。
【0044】
また、上記構成の本第1発明ないし本第3発明の杭基礎構造において、上記杭頭部の支承部の外面および基礎側の結合部の内面にそれぞれ金属製の金具を密着状に嵌合し、これら金具をアンカー材を介して杭頭部および基礎下部に一体連結する構成とすることによって、杭頭部および基礎の損傷、破損を確実に防止しつつ、所定のすべり移動機能、すべり回転機能の円滑化、安定化を図ることができるという効果を奏する。
【0045】
さらに、上記構成の本第1発明ないし本第3発明の杭基礎構造において、上記滑り材として、自己潤滑性を有する材料から構成したものを用いることによって、施工から長期間経過後に初めて地震等の外力が作用した場合であっても、所定のすべり移動機能、すべり回転機能を確実に発揮させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における杭基礎構造を示す全体概略側面図
【図2】図1の概略平面図
【図3】実施例1による杭基礎構造の要部の拡大縦断面図
【図4】実施例1による杭基礎構造の要部の拡大縦断面図
【図5】実施例1による杭基礎構造の変形例を示す全体概略平面図
【図6】実施例1による杭基礎構造の変形例を示す全体概略平面図
【図7】実施例1による杭基礎構造の変形例を示す全体概略平面図
【図8】本発明の実施例2における杭基礎構造を示す全体概略平面図
【図9】実施例2による杭基礎構造の変形例を示す全体概略平面図
【図10】実施例3による杭基礎構造を示す全体概略平面図
【図11】従来一般の杭基礎構造を示す全体概略側面図
【図12】図11の概略平面図
【図13】従来一般の杭基礎構造の要部の拡大縦断面図
【図14】従来から既に提案されている杭基礎構造を示す要部の拡大縦断面図
【符号の説明】
1 杭
2 フーチング
12 滑り材
32 滑り材
A 上部構造物
X ピン支持構造
Y ローラ支持構造
Z 剛接合構造

Claims (11)

  1. 上部構造物の構築範囲内で互いに間隔を隔てて地中地盤に打設された複数本の杭の頭部と上部構造物の基礎とを接合してなる杭基礎構造であって、
    上記複数本の杭のうち一部の杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態でその頂面が平らに形成された杭頭部側の凸形支承部とこの凸形支承部に対応させて該支承部よりも大きくその頂面が平らに形成された上部構造物の基礎側の凹形結合部との平らな頂面間に滑り材を介設して、杭頭結合部を水平方向に相対的にすべり移動可能としたローラ支持構造に構成されている一方、
    残りの杭とこれに対応する上部構造物の基礎との接合構造は、地中地盤の上面よりも上方へ突出する状態で凸面形または凹面形に形成された杭頭部側の球状支承部の外面とこの球状支承部に対応させて該支承部よりも大きい凹面形または凸面形に形成された球状結合部の内面との間に滑り材を介設して、杭頭結合部を相対的にすべり回転可能としたピン支持構造に構成されていることを特徴とする杭基礎構造。
  2. 上部構造物の構築範囲内に上記ローラ支持構造が配置され、このローラ支持構造の外周側に上記ピン支持構造が配置されている請求の範囲第1項記載の杭基礎構造。
  3. 上部構造体の構築範囲内に上記ローラ支持構造が配置され、このローラ支持構造の内周側に上記ピン支持構造が配置されている請求の範囲第1項記載の杭基礎構造。
  4. 上記上部構造物の基礎の下面と地中地盤の上面との間には上部構造物の基礎を水平方向に移動可能に支持する砕石層が形成されている請求の範囲第1項記載の杭基礎構造。
  5. 上記ローラ支持構造が構成された杭頭部の凸形支承部と上記凹形結合部との間のすべり面及び上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部と上記球状結合部との間のすべり面にはそれぞれコーキング材が封入されている請求の範囲第1項記載の杭基礎構造。
  6. 上記ローラ支持構造が構成された杭頭部の凸形支承部と上記凹形結合部との間のすべり面及び上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部と上記球状結合部との間のすべり面にはそれぞれコーキング材が封入されている請求の範囲第2項記載の杭基礎構造。
  7. 上記ローラ支持構造が構成された杭頭部の凸形支承部と上記凹形結合部との間のすべり面及び上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部と上記球状結合部との間のすべり面にはそれぞれコーキング材が封入されている請求の範囲第3項記載の杭基礎構造。
  8. 上記ローラ支持構造が構成された杭頭部側の凸形支承部の外面および上記凹形結合部の内面並びに上記ピン支持構造が構成された枕頭部の球状支承部の外面および上記球状結合部の内面にはそれぞれ金属製の金具が密着状に嵌合され、これら金具はアンカー材を介して杭頭部および上部構造物の基礎下部に一体連結されている請求の範囲第1項に記載の杭基礎構造。
  9. 上記ローラ支持構造が構成された杭頭部側の凸形支承部の外面および上記凹形結合部の内面並びに上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部の外面および上記球状結合部の内面にはそれぞれ金属製の金具が密着状に嵌合され、これら金具はアンカー材を介して杭頭部および上部構造物の基礎下部に一体連結されている請求の範囲第2項に記載の杭基礎構造。
  10. 上記ローラ支持構造が構成された杭頭部側の凸形支承部の外面および上記凹形結合部の内面並びに上記ピン支持構造が構成された杭頭部の球状支承部の外面および上記球状結合部の内面にはそれぞれ金属製の金具が密着状に嵌合され、これら金具はアンカー材を介して杭頭部および上部構造物の基礎下部に一体連結されている請求の範囲第3項に記載の杭基礎構造。
  11. 上記滑り材が、自己潤滑性を有する材料から構成されている請求の範囲第1項記載の杭基礎構造。
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