JP3791478B2 - Pile head joint structure - Google Patents

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JP3791478B2
JP3791478B2 JP2002264537A JP2002264537A JP3791478B2 JP 3791478 B2 JP3791478 B2 JP 3791478B2 JP 2002264537 A JP2002264537 A JP 2002264537A JP 2002264537 A JP2002264537 A JP 2002264537A JP 3791478 B2 JP3791478 B2 JP 3791478B2
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pile head
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concrete
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浩司 福田
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、杭と、鋼製基礎梁が接合された鋼製柱とをつなぐ杭頭接合部の構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
杭頭接合部については、従来、RC基礎梁を用い、基礎梁と杭頭を剛接合するのが一般的である。
【0003】
例えば、鋼管杭とフーチングの接合部は杭本体の曲げ耐力以上に接合するため、杭外周に鉄筋を溶接し基礎梁に定着している。また、場所打ち杭の場合も同様に杭本体の鉄筋を延長し、基礎梁に定着させている。
【0004】
しかし、従来の剛接合では、杭頭部鉄筋の過密配置、基礎梁の大断面化等を招き、コストアップの要因となっている。
【0005】
これに対して、近年、杭頭応力を低減し、上記問題を解決すべく、杭頭部をピン接合あるいは半剛接合させる技術が広がりつつある。
【0006】
例えば、特許文献1には杭頭部を球面状とすることで杭頭モーメントを低減する杭頭構造が記載されている。
【0007】
特許文献2には、ずれ止め鉄筋を有し杭頭部よりも断面積を小さくした柱部を介して杭頭部と基礎コンクリートスラブとを連結することにより、杭頭部の曲げ剛性と曲げ耐力を杭体よりも小さくしたものが記載されている。
【0008】
鋼製の基礎梁を用いた場合として、例えば、特許文献3に鉄筋コンクリート柱あるいは充填鋼管コンクリート柱の内部に杭頭部を挿入し、鋼製基礎梁と柱はダイアフラムを介して基礎梁と溶接接合されているものが記載されている。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−73387号公報
【特許文献2】
実用新案登録第3058723号公報
【特許文献3】
特開2001−248167号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献1記載の発明の場合、杭頭部を凹凸面としたことでモーメントの低減には効果があるが、支承部分の加工工数が多く、コストアップの要因となる。
【0011】
特許文献2記載の発明は、上部構造として、打設に伴う杭の水平方向の施工誤差に影響されにくい基礎コンクリートスラブを対象とする発明であり、杭の上部に閉鎖形断面の柱を設ける場合には、杭の水平方向の施工誤差によって柱の内部にずれ止め鉄筋を配置できない場合がある。
【0012】
特許文献3記載の発明は、充填鋼管コンクリート柱の内部に杭頭部を挿入するものであり、柱とその内側の杭との隙間が小さいため、打設に伴う杭の水方向の誤差吸収が困難であり、また杭頭接合部の簡略化という面でも不利である。
【0013】
本願発明は、上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、安価で、施工誤差吸収が容易で、かつ杭頭曲げモーメントを低減可能な杭頭接合構造を提供することを目的としたものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項1に係る杭頭接合構造は、杭と少なくとも柱脚部の鋼殻内にコンクリートが充填された鋼製柱の接合部において、前記柱の柱脚部に鋼製基礎梁が接合されており、前記杭の杭頭部を構成するコンクリート断面の中央部と、前記柱の柱脚部を構成するコンクリート内に、該杭および柱の軸方向に延びる棒状金物が配され、杭頭接合部が半剛接合の状態になるよう構成したことを特徴とするものである。
【0015】
所定以上の曲げモーメントが作用した場合、杭頭部および柱脚部に跨がって配された棒状金物の抜け出しによって杭頭接合部が半固定の状態となり、杭頭部の曲げモーメントを低減し、杭頭接合部を安価な簡単な構造とすることができる。
【0016】
また、鋼製の基礎梁を使用しているため、RC基礎梁の場合に比べ、杭頭部の曲げモーメント低減され、さらに効果が向上する。
【0017】
また、杭の断面中央部に棒状金物を配置した構造であるため、杭のある程度の施工誤差に対しても柱内への棒状金物の設置が可能であり、水平方向の施工誤差吸収が容易である。
【0018】
なお、杭頭部を剛接合と考え、杭頭接合部の変形を設計で考慮しない従来と比較して、接合部変形を積極的に設計に反映する本願発明の構造は半剛接合構造と言える。
【0019】
棒状金物としては、鋼棒、異形棒鋼等の丸棒の他、角棒、長手方向と直角な断面が多角形の多角形棒、円形鋼管、角鋼管、極太鉄筋、十字形断面材、クロスH形断面材等、接合部におけるせん断力を負担するのに十分な断面、剛性を有するものであれば特に限定されない。また、棒状金物は1本のものに限らず、鉄筋籠、または棒材などを複数本束ねたものなどでもよい。
【0020】
棒状金物は、杭の施工誤差を考慮しても柱内に設置できるようなサイズとする。複数の棒状金物を設置する場合には、それら全体としての径と、柱の内径と、杭の施工誤差とを考慮して、棒状金物を束ねる本数や、鉄筋籠等の仕様を決定すればよい。柱の下端に後述するベースプレートを設ける場合には、柱の内径に替えてベースプレートの貫通孔の大きさを考慮する必要がある。
【0021】
状金物には、コンクリートに対する定着力またはコンクリートとの付着力を高めるための手段を設けることができる。
【0022】
棒状金物には引張力が生じるが、コンクリートに対する定着力またはコンクリートとの付着力を高める手段が設けられていることによって、棒状金物の抜け出しを効果的に防止することができる。
【0023】
コンクリートに対する定着力を高めるための手段としては、例えば棒状金物の両端あるいは中間部に取り付けた定着板などコンクリートに対し大きな支圧力が得られるものが挙げられ、コンクリートとの付着力を高めるための手段としては、例えば棒状金物の軸部外周に設けられるスタッド、節(異形棒鋼の節などを含む)、突起、孔などが挙げられるが、定着力と付着力の両機能について必ずしも明確に区別する必要はない。
【0024】
本願発明の杭頭接合構造において、杭は、少なくとも杭頭部が鋼殻内にコンクリートが充填された構造とすることができる。
【0025】
本願発明の適用対象としての杭は、現場打ちのRC杭の他、鋼管杭その他各種既成杭があるが、棒状金物がコンクリート中に埋め込まれなければならないため、例えば鋼管杭の場合には少なくとも杭頭部にコンクリートを充填し、例えば棒状金物の下部の約半分の長さの部分が杭頭部のコンクリート中に埋設されるようにする。
【0026】
なお、この場合、鋼殻としての鋼管杭あるいはSC杭の鋼管、あるいは現場打ちRC杭、既成杭としてのRC杭、PC杭などの杭頭部のみに設けた鋼管がその内側のコンクリートを拘束することによる棒状金物の定着力または付着力の増加も期待できる。
【0027】
本願発明の杭頭接合構造において、鋼製柱は、少なくとも柱脚部が鋼殻内にコンクリートが充填された構造となっている。
【0028】
本願発明の適用対象としての鋼製は、鋼管柱、コンクリート充填鋼管柱などの構造形式の柱が考えられるが、杭側と同様、棒状金物がコンクリート中に埋め込まれなければならないため、例えば鋼管柱の場合には少なくとも柱脚部にコンクリートを充填し、例えば棒状金物の上部の約半分の長さの部分が柱脚部のコンクリート中に埋設されるようにする。
【0029】
と杭間での軸力の伝達を分散させてスムーズに行う目的で柱の下端に鋼板等からなるベースプレートが設けられる場合、ベースプレートの中央には、棒状金物が貫通する貫通孔が設けられる。
【0030】
【発明の実施の形態】
図1は本願発明の杭頭接合構造の一実施形態を示したものである。
【0031】
本実施形態において、上部構造は鉄骨造であり、柱2は角形鋼管柱、基礎梁3はH形鋼梁、杭1は場所打ちRC杭である。
【0032】
図示したものでは、鋼製基礎梁3と柱2を溶接接合し、接合部をノンダイアフラム形式としている。柱2の下部には孔あきのベースプレート4が設けられ、孔部4aを棒状金物5としての金属製の丸棒が杭1から柱2内部まで貫通している。
【0033】
棒状金物5はその下部が杭1のコンクリート内に埋設され、また柱2の基礎梁3との接合部近傍の内部にはコンクリート7が打設され、このコンクリート7内に棒状金物5の上部が埋設されている。この棒状金物5には、杭1と柱2の接合面に位置するほぼ全長に多数のスタッド6が溶接されている。
【0034】
なお、本願発明において、柱2の断面は、円形、角形、多角形などでもよく、図1に示したものに限定されない。また、基礎梁3の断面についても、図1のH形の他、角形、円形、ダブルウェブH形などでもよく、特に限定されない。
【0035】
柱2と基礎梁3の接合は溶接接合の場合、ノンダイアフラム形式、外ダイアフラム形式、内ダイアフラム形式、通しダイアフラム形式のいずれでもよい。また、ボルト接合の場合は、スプリットティー、アングル、エンドプレート、溝形鋼などの接合金物を介して接合することができる。
【0036】
図2(a)〜(h)は、棒状金物の変形例を示したもので、図2(a)は丸棒5a(丸鋼)の場合、図2(b)は多角形棒5b(角鋼)の場合、図2(c)は小径の鋼管5cの場合、図2(d)は小径の角形鋼管5dの場合、図2(e)は十字形断面材5eの場合、図2(f)はクロスH形断面材5fの場合である。その他、図2(g)のように複数の鉄筋5g、あるいは丸棒、多角形棒等を密にまたは若干隙間を空けて複数本束ねたものや、図2(h)のように鉄筋籠5hを用いてもよい。
【0037】
図3(a)〜(c)は、それぞれ棒状金物の定着力または付着力を高めるための手段を示したもので、図3(a)は棒状金物5としての丸棒の両端に定着板11を取り付けた場合、図3(b) は棒状金物5としての丸棒にねじ節などの節12を設けた場合、図3(c)は棒状金物5としての十字形断面材(クロスH形断面材でもよい)の両端部に縞状突起13(図中、左側)または孔14(図中、右側)を形成した場合ある。
【0038】
図4(a)、(b)は、それぞれ柱2を構成する鋼管とその内側に充填されるコンクリート7との付着に関する変形形態を示したもので、図4(a)は鋼管柱2の基礎梁3が取り付く高さの内面に設けた内ダイアフラム21がコンクリート7との付着力の増強に利用されている場合、図4(b)は柱2の鋼管内部に多数の突起22を形成し、柱2の鋼管とコンクリート7の付着力の増強を図ったものである。
【0039】
図5は、図1の実施形態の変形例を示したものであり、柱2のベースプレート4を杭1の頭部に埋め込んだ場合である。また、図6は、柱2にベースプレートがない場合の実施形態である。図7は、比較例として基礎梁3がRC構造の場合である。
【0040】
図8(a)、(b)は、それぞれ本願発明の具体的な実施形態における杭頭部の構造例を示したもので、図8(a)は場所打ちRC杭31aの杭頭部外周に鋼管31bが設けた鋼管巻き補強した耐震場所打ち杭31の場合、図8(b)は鋼管杭41の頭部にコンクリート8を充填してある場合である。
【0041】
以下に、10階建ての鉄骨造建物の杭頭部について、本願発明による杭頭接合部の寸法形状を検討した場合の接合部寸法例を説明する。
【0042】
杭頭接合部は、図9の寸法形状を想定する。基礎梁は鉄骨梁を想定する。基礎梁(H形鋼で、幅300mm、高さ700mmのものを想定)と柱(冷間プレス成形角形鋼管で、柱脚部には外形600mm、板厚38mmのものを想定)は十分な補剛がなされているものとする。棒状金物としての丸棒は、異形鉄筋(SR235)で、直径100mmのものを想定している。
【0043】
杭頭部のモーメント・回転角関係は、図10のように最外縁コンクリート部の圧縮応力が0の時点の耐力Mcrまでは剛性が無限大、それ以降は中央部の金属製の丸棒の抜け出しにより回転が生じるものとする。
【0044】
cr以降の回転剛性は、中央部の丸棒の引張降伏時耐力Myと回転角θyより求める。My はベースプレート部をRC断面として算定する。θyは図11に示した丸棒降伏時の丸棒の材軸方向軸ひずみ分布を積分し、抜け出し部の変形を断面中立軸までの距離xnで除した値とする。
【0045】
図12は、このように算定した杭頭部のモーメントMと回転角の関係を示したものである。図中には、水平方向の施工誤差eを100mmとした場合についても示している。
【0046】
解析モデルは、図13に示すように、無限均等ラーメン骨組を想定し、上下部一体で計算する。杭頭部の回転変形は杭頭部に回転バネを設けることで評価する。
【0047】
地盤条件は、GLから−12mまではN値=5の粘土層、−12mから−16mまでは、N値=20の細砂層、以深はN値=50の砂礫層とする。
【0048】
このようなモデルに地震時(短期)の水平力を加える。この場合、杭頭部に加わるせん断力は7.03×105 Nである。
【0049】
図14は、解析モデルを用いた結果の、地震時(短期)の杭モーメント分布である。杭頭部を剛接合とした場合に比べ、杭頭部を半剛接合とした場合の杭頭モーメントは6割程度に低減している。
【0050】
図15は、比較例として基礎梁をRCとした場合についての結果である。杭頭部を剛接合とした場合に比べ、杭頭部を半剛接合とした場合の杭頭モーメントは2割程度に低減している。
【0051】
図16は、杭頭部の短期許容軸力Nと曲げモーメントMの関係で、鉄骨基礎梁、RC基礎梁に係わらず、発生したモーメントは短期許容内に収まっており、構造的に問題のないことが分かる。
【0052】
この時、丸棒に生じる軸応力は7.64×103 N/cm2である。丸棒が杭頭のせん断力を全て負担すると仮定すると、丸棒に生じるせん断応力は、杭頭せん断力/丸棒断面積=(7.03×105 N)/(78.5cm2 )=8.92×103 N/cm2 となる。
【0053】
丸棒の降伏条件として、下記のものを考える。
(κ・τmean/τy 2 +(σ/σy 2
ここで、
κ:形状係数(円形なので、1.3)
τmean:平均せん断応力
τy :降伏せん断応力(=σy /√3)
σ:軸応力
σy :降伏応力(2.35×104
上式に諸元を代入すると下記のようになり、丸棒は軸力とせん断力を負担しても降伏しない。
【0054】
(κ・τmean/τy 2 +(σ/σy 2 =0.83<1.0
仮に丸棒がなく、柱内部のコンクリート部だけでせん断力を負担することを考えると、コンクリートFc =2.35×103 N/cm2として、短期許容せん断力は2.94×105程度で、必要値7.03×103 N/cm2の半分程度しかなく、コンクリート部のせん断抵抗だけでは負担することが困難なことは明らかである。
【0055】
このように、本願発明では杭頭部モーメントの低減が可能で、モーメントおよびせん断力に対して十分な抵抗力がある。
【0056】
次に、水平方向の施工誤差が生じた場合について検討する。
【0057】
図17および図18は、図12の杭頭部のモーメントMと回転角の関係を用いた場合の杭モーメント分布である。基礎梁は鋼製と、比較例としてのRCの双方について検討している。
【0058】
e=0の場合に比べ、杭頭部の回転剛性は増大するが、鋼製基礎梁の場合は杭頭モーメントの増加はほとんど見られず、RC基礎梁の場合にはe=0の場合に比べ2割程度モーメントが増大する。
【0059】
図19は施工誤差を考慮した杭頭部の短期許容軸力Nと曲げモーメントMの関係を示したもので、基礎梁の構造形式に係わらず、100mmの施工誤差の場合でも、短期許容内に収まっており、水平方向の誤差が生じた場合でも構造的に問題のないことが分かる。
【0060】
【発明の効果】
本願発明では杭中央部および柱脚部内のコンクリート中に配された棒状金物がせん断力を負担するとともに、所定以上の曲げモーメントが作用した場合に、棒状金物の軸方向のひずみにより半剛接合の形で杭頭接合部の曲げモーメントを低減できるため、杭頭接合部を安価な簡単な構造とすることができる。
【0061】
また、杭の断面中央部に棒状金物を配置した構造であるため、ある程度の施工誤差に対しても柱の設置が可能であり、水平方向の施工誤差吸収が容易であり、杭頭接合部の機能についても施工誤差による影響が少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の杭頭接合構造の一実施形態を示す鉛直断面図である。
【図2】 (a) 〜(h) は、それぞれ図1の実施形態に対する棒状金物の変形形態を示す軸方向と直角な断面図である。
【図3】 (a) 〜(c) は、それぞれ棒状金物の定着力または付着力を高めるための手段を示す鉛直断面図である。
【図4】 (a) 、(b) は、それぞれ柱を構成する鋼管とコンクリートとの付着に関する変形形態を示す鉛直断面図である。
【図5】 図1の実施形態に対し、柱のベースプレートを杭頭部に埋め込んだ場合の実施形態を示す鉛直断面図である。
【図6】 図1の実施形態に対し、柱にベースプレートがない場合の実施形態を示す鉛直断面図である。
【図7】 図1の実施形態に対し比較例として基礎梁がRC構造の場合を示す鉛直断面図である。
【図8】 (a) 、(b) はそれぞれ本願発明の他の実施形態を示す鉛直断面図である。
【図9】 本願発明の杭頭接合構造を説明するための設計モデルを示したもので、(a) は鉛直断面図、(b) は水平断面図である。
【図10】 設計モデルにおける杭頭部のモーメントと回転角の関係を説明するためのグラフである。
【図11】 設計モデルにおける曲げモーメントおよび軸力と回転角および棒状金物の軸方向のひずみとの関係を説明するための図である。
【図12】 算定された杭頭部のモーメントMと回転角の関係を示したグラフである。
【図13】 無限均等ラーメン骨組を想定した解析モデルの説明図である。
【図14】 図13の解析モデルを用いた場合の地震時(短期)の杭モーメント分布を示すグラフである。
【図15】 比較例として基礎梁をRC構造とした場合についての地震時(短期)の杭モーメント分布を示すグラフである。
【図16】 杭頭部の短期許容軸力Nと曲げモーメントMの関係を示すグラフである。
【図17】 基礎梁を鋼製梁とした場合について、水平方向の施工誤差eが0の場合(実線)と100mmの場合(点線)の杭モーメント分布を比較して示したグラフである。
【図18】 比較例として基礎梁をRC構造とした場合について、水平方向の施工誤差eが0の場合(実線)と100mmの場合(点線)の杭モーメント分布を比較して示したグラフである。
【図19】 (a) は施工誤差を考慮した杭頭部の短期許容軸力Nと曲げモーメント関係を示したグラフ、(b) は検討における施工誤差の説明図である。
【符号の説明】
1…杭、2…柱、3…基礎梁、4…ベースプレート、4a…孔部、5…棒状金物、6…スタッド、7…コンクリート、8…コンクリート、
11…定着板、12…節、13…縞状突起、14…孔、
21…内ダイアフラム、22…突起、
31…耐震場所打ち杭、31a…RC杭、31b…鋼管、
41…鋼管杭、
w…溶接箇所
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention, piles and relates the structure of the pile head joint connecting the steel foundation beams steel post joined.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for pile head joints, it is common to use RC foundation beams and rigidly join the foundation beams and pile heads.
[0003]
For example, in order to join the steel pipe pile and footing joint more than the bending strength of the pile body, reinforcing bars are welded to the outer periphery of the pile and fixed to the foundation beam. Similarly, in the case of cast-in-place piles, the reinforcing bars of the pile body are extended and fixed to the foundation beam.
[0004]
However, the conventional rigid joint causes over-pile arrangement of pile head reinforcing bars, large cross-section of the foundation beam, and the like, leading to an increase in cost.
[0005]
On the other hand, in recent years, a technique for pin-joining or semi-rigidly joining the pile heads is spreading in order to reduce the pile head stress and solve the above problems.
[0006]
For example, Patent Document 1 describes a pile head structure that reduces the pile head moment by making the pile head spherical.
[0007]
In Patent Literature 2, the pile head and the foundation concrete slab are connected to each other through a column having a non-slip bar and having a smaller cross-sectional area than the pile head. Is made smaller than the pile body.
[0008]
In the case of using a steel foundation beam, for example, in Patent Document 3, a pile head is inserted inside a reinforced concrete column or a filled steel pipe concrete column, and the steel foundation beam and the column are welded to the foundation beam via a diaphragm. What is being described is described.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2001-73387 A [Patent Document 2]
Utility Model Registration No. 3058823 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-248167
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the invention described in Patent Literature 1, although the pile head has an uneven surface, it is effective in reducing the moment, but the number of man-hours for processing the support portion is large, resulting in a cost increase.
[0011]
The invention described in Patent Document 2 is an invention that targets a foundation concrete slab that is not easily affected by horizontal construction errors of piles as a superstructure, and is provided with a column with a closed cross section at the top of the pile In some cases, it is not possible to place a stiffening bar inside the column due to construction errors in the horizontal direction of the pile.
[0012]
The invention of Patent Document 3 is intended to insert the pile head inside the filled tubular concrete column, since the gap of the pillars and their inner pile is small, error absorption in the horizontal direction of the pile due to the pouring Is difficult, and is also disadvantageous in terms of simplifying the pile head joint.
[0013]
The present invention has been made to solve the problems in the prior art as described above, and aims to provide a pile head joint structure that is inexpensive, can easily absorb construction errors, and can reduce the pile head bending moment. It is what.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
Pile joint structure according to a first aspect of the present invention, the pile at least at the junction of the steel columns concrete filled in the steel shell of column base, bonding steel foundation beam to column base of the column And a rod-shaped hardware extending in the axial direction of the pile and the column is arranged in the center portion of the concrete section constituting the pile head portion of the pile and the concrete constituting the column base portion of the column , The joining portion is configured to be in a semi-rigid joining state .
[0015]
When a bending moment exceeding a specified level is applied, the pile head joint becomes semi-fixed due to the removal of the rod-shaped hardware placed over the pile head and column base, reducing the bending moment of the pile head. The pile head joint can be made an inexpensive and simple structure.
[0016]
Moreover, due to the use of steel foundation beams, as compared with the case of the RC footing beams, are reduced bending moment of pile head is improved more effectively.
[0017]
In addition, since it has a structure in which a rod-shaped hardware is arranged in the center of the cross section of the pile, it is possible to install the rod-shaped hardware in the column even for a certain amount of construction error of the pile, and it is easy to absorb the construction error in the horizontal direction. is there.
[0018]
In addition, the structure of the present invention that reflects the joint deformation positively in the design can be said to be a semi-rigid joint structure compared to the conventional case where the pile head is considered as a rigid joint and the deformation of the pile head joint is not considered in the design. .
[0019]
In addition to round bars such as steel bars and deformed bars, rods, square bars, polygonal bars with a cross section perpendicular to the longitudinal direction, round steel pipes, square steel pipes, very thick reinforcing bars, cross-shaped cross sections, cross H There is no particular limitation as long as it has a cross section and rigidity sufficient to bear the shearing force at the joint, such as a cross-sectional material. Further, the bar-shaped hardware is not limited to one, but may be a rebar rod or a bundle of a plurality of bars.
[0020]
The bar-shaped hardware is sized so that it can be installed in the pillar even if the construction error of the pile is taken into account. When installing a plurality of bar-shaped hardware, considering the overall diameter, the inner diameter of the pillar, and the construction error of the pile, the number of bar-shaped hardware to be bundled and the specifications such as the reinforcing bar can be determined. . When providing a base plate (described later) at the lower end of the column, it is necessary to consider the size of the through hole of the base plate instead of the inner diameter of the column.
[0021]
The rod-shaped hardware can be provided with means for increasing the adhesive force between the fixing force or concrete for concrete.
[0022]
Tensile force is generated in the rod-shaped hardware, but by providing means for increasing the fixing force to the concrete or the adhesion force with the concrete, it is possible to effectively prevent the rod-shaped hardware from coming out.
[0023]
As a means for increasing the fixing power to concrete, for example, a fixing plate attached to both ends or an intermediate portion of a rod-shaped hardware, which can obtain a large supporting pressure to concrete, means for increasing the adhesion to concrete Examples include studs, joints (including deformed steel bar joints), protrusions, holes, etc. provided on the outer periphery of the shaft part of a rod-shaped hardware, but it is necessary to clearly distinguish both functions of fixing force and adhesion force. There is no.
[0024]
Te pile joint structure odor of the present invention, piles may be at least the pile head and the concrete is filled structure in the steel shell.
[0025]
The piles to which the present invention is applied include on-site RC piles, steel pipe piles, and various other prefabricated piles, but since rod-shaped hardware must be embedded in concrete, for example, at least piles in the case of steel pipe piles The head is filled with concrete so that, for example, the lower half of the rod-shaped hardware is embedded in the concrete of the pile head.
[0026]
In this case, steel pipe piles as steel shells or steel pipes of SC piles, or steel pipes provided only on pile heads such as RC piles, RC piles as existing piles, PC piles, etc., restrain the concrete inside. Therefore, an increase in the fixing force or adhesion force of the rod-shaped hardware can be expected.
[0027]
Te pile joint structure odor of the present invention, the steel pillars, that have been at least column base concrete is filled into the steel shell structure.
[0028]
For steel post as an application subject of the present invention, the steel pipe column, although concrete filled steel tube column pillar of any type of construction contemplated, as with pile side, the rod-shaped fittings must be embedded in the concrete, for example, filled with concrete at least in the column base portion in the case of tubular columns, for example, about half the length of the portion of the top of the rod-shaped fittings are you to be embedded in the concrete of the columnar leg portion.
[0029]
Pillars and piles between axial force transmission is dispersed of smoothly purposes pillar lower end made of steel sheet or the like to the base plate is provided that if a performed at, the center of the base plate, provided with a through-hole rod-shaped fittings penetrates It is done.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of a pile head joint structure of the present invention.
[0031]
In this embodiment, the superstructure is a steel structure, the column 2 is a square steel pipe column, the foundation beam 3 is an H-shaped steel beam, and the pile 1 is a cast-in-place RC pile.
[0032]
In the illustrated example, the steel base beam 3 and the column 2 are welded and joined, and the joined portion has a non-diaphragm type. A perforated base plate 4 is provided at the lower part of the pillar 2, and a metal round bar as a rod-shaped metal object 5 penetrates the hole 4 a from the pile 1 to the inside of the pillar 2.
[0033]
The lower part of the bar-shaped hardware 5 is buried in the concrete of the pile 1, and concrete 7 is placed in the vicinity of the joint portion of the pillar 2 with the foundation beam 3, and the upper part of the bar-shaped hardware 5 is placed in the concrete 7. Buried. A large number of studs 6 are welded to the rod-shaped hardware 5 over substantially the entire length located at the joint surface between the pile 1 and the column 2.
[0034]
In the present invention, the cross section of the pillar 2 may be circular, square, polygonal, etc., and is not limited to that shown in FIG. Further, the cross section of the foundation beam 3 may be a square, a circle, a double web H or the like in addition to the H shape of FIG.
[0035]
When the column 2 and the foundation beam 3 are joined by welding, any of a non-diaphragm type, an outer diaphragm type, an inner diaphragm type, and a through diaphragm type may be used. Moreover, in the case of bolt joining, it can join via joining hardware, such as a split tee, an angle, an end plate, and a channel steel.
[0036]
2 (a) to 2 (h) show modified examples of the rod-shaped hardware. FIG. 2 (a) shows a round bar 5a (round steel), and FIG. 2 (b) shows a polygonal bar 5b (square steel). 2), FIG. 2 (c) shows a case of a small diameter steel pipe 5c, FIG. 2 (d) shows a case of a small diameter square steel pipe 5d, FIG. 2 (e) shows a case of a cross-shaped cross section 5e, FIG. Is the case of the cross H-shaped cross-section material 5f. In addition, a plurality of reinforcing bars 5g as shown in FIG. 2 (g), or a plurality of bars, round bars, polygonal bars, etc., which are bundled densely with some gaps, or a reinforcing bar 5h as shown in FIG. 2 (h) May be used.
[0037]
3 (a) to 3 (c) show means for increasing the fixing force or adhesion of the rod-shaped hardware. FIG. 3 (a) shows a fixing plate 11 at both ends of the round bar as the rod-shaped hardware 5. FIG. 3 (b) shows a case where a round bar as a bar-shaped metal object 5 is provided with a node 12 such as a screw node, and FIG. 3 (c) shows a cross-shaped cross-section material (a cross H-shaped cross section as a bar-shaped metal object 5). In some cases, striped protrusions 13 (left side in the figure) or holes 14 (right side in the figure) are formed at both ends of the material.
[0038]
FIGS. 4 (a) and 4 (b) show the deformation modes related to the adhesion between the steel pipe constituting the column 2 and the concrete 7 filled therein, and FIG. 4 (a) shows the foundation of the steel tube column 2. When the inner diaphragm 21 provided on the inner surface of the height to which the beam 3 is attached is used for enhancing the adhesion force with the concrete 7, FIG. 4 (b) forms a number of protrusions 22 inside the steel pipe of the column 2, This is intended to increase the adhesion between the steel pipe of the column 2 and the concrete 7.
[0039]
FIG. 5 shows a modification of the embodiment of FIG. 1, in which the base plate 4 of the pillar 2 is embedded in the head of the pile 1. FIG. 6 shows an embodiment in which the pillar 2 has no base plate. 7, the foundation beam 3 as a comparative example is a case of RC structures.
[0040]
FIGS. 8 (a) and 8 (b) each show an example of the structure of a pile head in a specific embodiment of the present invention. FIG. 8 (a) shows the pile head outer periphery of the cast-in-place RC pile 31a. In the case of the earthquake-resistant cast-in-place pile 31 reinforced by winding the steel pipe provided by the steel pipe 31b, FIG. 8 (b) shows the case where the concrete 8 is filled in the head of the steel pipe pile 41. FIG.
[0041]
Below, the dimension example of a junction part at the time of examining the dimension shape of the pile head junction part by this invention is demonstrated about the pile head of a 10-story steel-frame building.
[0042]
The pile head joint is assumed to have the dimensional shape shown in FIG. The foundation beam is assumed to be a steel beam. The basic beam (assuming H-shaped steel with a width of 300 mm and a height of 700 mm) and a column (cold press-formed square steel pipe, assuming that the column base has an outer diameter of 600 mm and a plate thickness of 38 mm) are sufficient. It is assumed that Go is made. The round bar as the rod-shaped hardware is assumed to be a deformed reinforcing bar (SR235) having a diameter of 100 mm.
[0043]
As shown in Fig. 10, the pile head moment / rotation angle is infinitely rigid until the proof stress M cr when the compressive stress of the outermost edge concrete part is 0, and after that, the metal round bar in the center is It is assumed that rotation is caused by pulling out.
[0044]
Rotational stiffness after the M cr is determined and the tensile at yield strength M y of round bar of the central portion than the rotation angle θ y. M y is calculated base plate as an RC section. θ y is a value obtained by integrating the axial strain distribution in the material axis direction of the round bar when yielding the round bar shown in FIG. 11 and dividing the deformation of the protruding portion by the distance x n to the neutral axis of the cross section.
[0045]
FIG. 12 shows the relationship between the pile head moment M calculated in this way and the rotation angle. In the figure, the case where the horizontal construction error e is 100 mm is also shown.
[0046]
As shown in FIG. 13, the analysis model is calculated with the upper and lower parts integrated, assuming an infinite uniform frame. The rotation deformation of the pile head is evaluated by providing a rotation spring on the pile head.
[0047]
The ground conditions are a clay layer with N value = 5 from GL to −12 m, a fine sand layer with N value = 20 from −12 m to −16 m, and a gravel layer with N value = 50 from the depth.
[0048]
Apply horizontal force during an earthquake (short term) to such a model. In this case, the shear force applied to the pile head is 7.03 × 10 5 N.
[0049]
FIG. 14 shows a pile moment distribution at the time of earthquake (short term) as a result of using the analysis model. Compared with the case where the pile head is rigidly connected, the pile head moment when the pile head is semi-rigidly connected is reduced to about 60%.
[0050]
FIG. 15 shows the results when the foundation beam is RC as a comparative example . Compared to the case where the pile head is rigidly connected, the pile head moment when the pile head is semi-rigidly connected is reduced to about 20%.
[0051]
FIG. 16 shows the relationship between the short-term allowable axial force N and the bending moment M of the pile head. The generated moment is within the short-term tolerance regardless of whether the steel foundation beam or the RC foundation beam, and there is no structural problem. I understand that.
[0052]
At this time, the axial stress generated in the round bar is 7.64 × 10 3 N / cm 2 . Assuming that the round bar bears all the pile head shear force, the shear stress generated in the round bar is: pile head shear force / round bar cross-sectional area = (7.03 × 10 5 N) / (78.5 cm 2 ) = It becomes 8.92 × 10 3 N / cm 2 .
[0053]
Consider the following as yield conditions for round bars.
(Κ · τ mean / τ y ) 2 + (σ / σ y ) 2
here,
κ: Shape factor (since it is circular, 1.3)
τ mean : Average shear stress τ y : Yield shear stress (= σ y / √3)
σ: axial stress σ y : yield stress (2.35 × 10 4 )
Substituting the specifications into the above equation gives the following, and the round bar does not yield even if it bears axial and shear forces.
[0054]
(Κ · τ mean / τ y ) 2 + (σ / σ y ) 2 = 0.83 <1.0
Considering that there is no round bar and that the shear force is borne only by the concrete part inside the column, it is assumed that concrete F c = 2.35 × 10 3 N / cm 2 and the short-term allowable shear force is 2.94 × 10 5. It is clear that there is only about half of the required value 7.03 × 10 3 N / cm 2 , and it is obvious that it is difficult to bear with only the shear resistance of the concrete part.
[0055]
Thus, in the present gun invention can reduce the pile head moment, there is sufficient resistance to moment and shear forces.
[0056]
Next, consider the case where horizontal construction errors occur.
[0057]
FIGS. 17 and 18 are pile moment distributions when the relationship between the pile head moment M and the rotation angle in FIG. 12 is used. The foundation beam is considered both steel and RC as a comparative example .
[0058]
Compared to the case of e = 0, the rotational rigidity of the pile head increases, but in the case of the steel foundation beam, the increase in the pile head moment is hardly observed, and in the case of the RC foundation beam, when e = 0. about 20% moment than is you increase.
[0059]
FIG. 19 shows the relationship between the short-term allowable axial force N and bending moment M of the pile head in consideration of the construction error. Regardless of the construction type of the foundation beam, even within a construction error of 100 mm, it is within the short-term tolerance. It can be seen that there is no structural problem even if a horizontal error occurs.
[0060]
【The invention's effect】
In the present invention, the rod-shaped hardware placed in the concrete in the center of the pile and the column base bears a shearing force, and when a bending moment exceeding a predetermined level is applied, the semi-rigid connection is caused by the axial strain of the rod-shaped hardware. Since the bending moment of the pile head joint can be reduced by the shape, the pile head joint can be made an inexpensive and simple structure.
[0061]
In addition, because it has a structure in which a rod-shaped hardware is placed in the center of the cross section of the pile, it is possible to install a column even for a certain degree of construction error, it is easy to absorb horizontal construction error, and the pile head joint There is little influence on the function due to construction errors.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a vertical sectional view showing an embodiment of a pile head joint structure of the present invention.
2 (a) to (h) are cross-sectional views perpendicular to the axial direction, each showing a variation of a rod-shaped hardware relative to the embodiment of FIG.
FIGS. 3A to 3C are vertical sectional views showing means for increasing the fixing force or adhesion force of the rod-shaped hardware.
FIGS. 4A and 4B are vertical sectional views showing deformation modes related to adhesion between a steel pipe constituting a column and concrete, respectively.
FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment in which a column base plate is embedded in a pile head with respect to the embodiment of FIG. 1;
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view showing an embodiment in the case where there is no base plate in the column, compared to the embodiment of FIG.
[7] footing beams as a comparative example relative to the embodiment of FIG. 1 is a vertical sectional view showing a case of RC structures.
FIGS. 8A and 8B are vertical cross-sectional views showing other embodiments of the present invention, respectively.
FIG. 9 shows a design model for explaining a pile head joint structure of the present invention, in which (a) is a vertical sectional view and (b) is a horizontal sectional view.
FIG. 10 is a graph for explaining a relationship between a moment of a pile head and a rotation angle in a design model.
FIG. 11 is a diagram for explaining a relationship between a bending moment and an axial force, a rotation angle, and a strain in an axial direction of a rod-shaped metal object in a design model.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the calculated pile head moment M and the rotation angle.
FIG. 13 is an explanatory diagram of an analysis model assuming an infinite uniform frame.
14 is a graph showing a pile moment distribution during an earthquake (short term) when the analysis model of FIG. 13 is used.
FIG. 15 is a graph showing a pile moment distribution at the time of an earthquake (short-term) when a foundation beam is an RC structure as a comparative example .
FIG. 16 is a graph showing the relationship between the short-term allowable axial force N and the bending moment M of the pile head.
FIG. 17 is a graph showing a comparison of pile moment distribution when the horizontal construction error e is 0 (solid line) and 100 mm (dotted line) when the foundation beam is a steel beam.
FIG. 18 is a graph showing a comparison of pile moment distributions when the horizontal construction error e is 0 (solid line) and 100 mm (dotted line) when the foundation beam has an RC structure as a comparative example . .
FIG. 19A is a graph showing a relationship between a short-term allowable axial force N of a pile head and a bending moment in consideration of a construction error, and FIG. 19B is an explanatory diagram of the construction error in the examination.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Pile, 2 ... Column, 3 ... Foundation beam, 4 ... Base plate, 4a ... Hole, 5 ... Bar-shaped metal, 6 ... Stud, 7 ... Concrete, 8 ... Concrete,
11 ... fixing plate, 12 ... node, 13 ... striped protrusion, 14 ... hole,
21 ... Inner diaphragm, 22 ... Protrusions,
31 ... Earthquake-resistant cast-in-place pile, 31a ... RC pile, 31b ... Steel pipe,
41 ... Steel pipe pile,
w ... Welding point

Claims (1)

杭と少なくとも柱脚部の鋼殻内にコンクリートが充填された鋼製柱の接合部において、前記柱の柱脚部に鋼製基礎梁が接合されており、前記杭の杭頭部を構成するコンクリート断面の中央部と、前記柱の柱脚部を構成するコンクリート内に、該杭および柱の軸方向に延びる棒状金物が配され、杭頭接合部が半剛接合の状態になるよう構成したことを特徴とする杭頭接合構造。In the joint between the pile and the steel column filled with concrete in the steel shell of at least the column base, a steel foundation beam is bonded to the column base of the column and constitutes the pile head of the pile A rod-shaped hardware extending in the axial direction of the pile and the column is arranged in the concrete constituting the center of the concrete section and the column base of the column, and the pile head joint is configured to be in a semi-rigid joint state. Pile head joint structure characterized by that.
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