JP3886390B2 - 杭とフーチングの接合構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、杭とフーチングの接合構造に関し、特に、地震時に水平力が作用することに伴って杭に生じる曲げモーメントを調整して低減することができ、また、杭自体の耐力よりも定着材の耐力を小さく設定することによって杭の脆性的な破壊を防止することができる杭とフーチングの接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、建造物の柱９を建て込む場合、図１１に示すように、コンクリート杭等の杭１を地中に建て込むとともに、この杭１とフーチング２の接合を、杭頭３と一体化するようにフーチング２のコンクリートを打設し、フーチング２上に柱９を建て込むことにより行うようにしている。
【０００３】
このように、従来の杭とフーチングの接合構造は、杭頭３とフーチング２とが一体化された剛接合を構成しているということができる。
【０００４】
ところで、このような構造物に、図１１に示すように、地震時に水平力Ｆが作用すると、フーチング２と杭１が共に水平方向に変位しようとするため、杭１には、軸方向力Ｐのほかに、曲げモーメントＭ_０や剪断力Ｑ_０が生じることとなる。
すなわち、従来の杭１とフーチング３の接合構造の場合、基礎梁１４と一体となったフーチング２と、杭頭３とが一体となって挙動するため、杭１には水平変位及びそれに伴って曲げモーメントＭ_０や剪断力Ｑ_０がかかることとなる。
このため、地震時に大きな水平力Ｆが作用すると、一般的に、杭１は、中空断面構造で剪断補強筋量も必ずしも十分とはいえない場合があることから、高軸方向力の作用下においては、杭に脆性的な破壊が生じるおそれがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の杭とフーチングの接合構造が有する問題点に鑑み、地震時に水平力が作用することに伴って杭に生じる曲げモーメントを調整して低減することができ、また、杭自体の耐力よりも定着材の耐力を小さく設定することによって杭の脆性的な破壊を防止することができる杭とフーチングの接合構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の杭とフーチングの接合構造は、杭頭に配設したトッププレートに固着し、フーチング内に延設するようにした複数の定着材を、その先端部がフーチングのコンクリートに固定され、それ以外の部分がフーチングのコンクリートに対してアンボンドとなるように配設するとともに、定着材の伸縮変形により杭頭とフーチングとが相対的に水平及び回転変位できるようにして、前記複数の定着材を介して杭頭とフーチングとを一体化させるようにした杭とフーチングの接合構造において、杭頭の周囲に緩衝材を配設し、該緩衝材を介して、フーチングのコンクリートを打設するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
この杭とフーチングの接合構造は、地震時に構造物に水平力が作用し、フーチングと杭が相対的に水平方向に変位しようとした場合に、先端部がフーチングのコンクリートに固定され、それ以外の部分がフーチングのコンクリートに対してアンボンドとなるように配設された、杭頭に配設したトッププレートに固着し、フーチング内に延設するようにした複数の定着材が伸縮変形し、さらに、杭頭とフーチングとが相対的に水平及び回転変位できるように構成されているため、地震時に杭に生じる曲げモーメントを調整して低減することができる。この場合、杭頭とフーチングとの水平及び回転変位の大きさは、定着材の伸縮変形に依存する。
そして、杭自体の曲げ耐力に適合した定着材の材質を選択することによって、より具体的には、杭自体の曲げ耐力よりも定着材の耐力を小さく設定することによって、杭の脆性的な破壊を防止することができる。
さらに、杭頭の周囲に緩衝材を配設し、該緩衝材を介して、フーチングのコンクリートを打設するようにすることにより、杭頭とフーチングとの相対的な水平及び回転変位を、確実に確保することができる。
【０００８】
この場合において、定着材の先端部に、複数の定着材に共通のアンカープレートを配設することができる。
【０００９】
これにより、定着材の先端部をフーチングのコンクリートに強固に固定することができるとともに、負荷が複数の定着材に分散されてかかることとなり、定着材の破断等の事故を未然に防止することができる。
【００１０】
また、杭頭の面積と略同面積かそれより大きい面積のアンカープレートを配設することができる。
【００１１】
これにより、定着材の先端部をフーチングのコンクリートに一層強固に固定することができる。
【００１２】
また、定着材の先端部に、それぞれ独立したアンカープレートを配設することができる。
【００１３】
これにより、定着材の先端部へのアンカープレートの配設作業及びフーチング内の配筋作業を容易に実施することができる。
【００１４】
また、定着材に伸びの大きい材料、好ましくは、例えば、伸び２０〜４０％、さらに好ましくは、伸び２５〜３５％の材料や降伏比の低い材料を用いることができる。
【００１５】
これにより、杭頭とフーチングとの相対的な水平及び回転変位を、確実に確保することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の杭とフーチングの接合構造の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１に、杭とフーチングの接合構造の第１参考例を示す。
この杭とフーチングの接合構造は、特に限定されるものではないが、両端部に周縁部材１ａを、内部にＰＣ鋼棒１ｂを、それぞれ配設したプレストレストコンクリート杭１を使用し、この杭１の杭頭３に配設したトッププレート４に固着し、フーチング２内に延設するようにした定着材としての複数本のアンカーボルト５を、その先端部がフーチング２のコンクリートに固定され、それ以外の部分がフーチング２のコンクリートに対してアンボンドとなるように配設するとともに、杭頭３とフーチング２とが相対的に水平及び回転変位できるように、フーチング２のコンクリートを打設するようにしたものである。
そして、フーチング２上には、従来公知の方法により、柱９を建て込むようにする。
この場合、フーチング２の一辺Ｌは、杭１の直径Ｄの２．５倍程度、高さＨは、杭１の直径Ｄの２倍程度に、それぞれ設定するようにする。
【００１８】
そして、本参考例においては、杭頭３とフーチング２とが相対的に水平及び回転変位しやすいように、杭頭３がフーチング２内に埋設されないように、フーチング２のコンクリートの打設下限位置を杭頭３より高位置に設定するようにしている。
【００１９】
また、本参考例においては、杭頭３の周囲が捨てコンクリート層８に接するようにすることにより、杭頭３とフーチング２とが相対的に一層水平及び回転変位しやすくなり、これにより、杭頭３とフーチング２との相対的な変位、すなわち、杭頭３の水平及び回転変位を、確実に確保することができるものとなる。
【００２０】
ところで、本参考例においては、杭頭３がフーチング２内に埋設されないようにした例について説明したが、図２に示す本発明の杭とフーチングの接合構造の第１実施例のように、杭頭３の周囲に発泡樹脂等の緩衝材７を配設することにより、フーチング２のコンクリートの打設下限位置を杭頭３より低位置に設定し、杭頭３がフーチング２内に埋設されるようにすることも可能である。
この場合、緩衝材７を介して、杭頭３の周囲がフーチング２のコンクリートに接することにより、杭頭３とフーチング２とが相対的に一層水平及び回転変位しやすくなり、これにより、杭頭３とフーチング２との相対的な変位、すなわち、杭頭３の水平及び回転変位を、確実に確保することができるものとなる。
なお、この第１実施例（以下に記載する実施例も同様。）のその他の構成及び作用は、第１参考例と同様である。
【００２１】
杭頭３に配設したトッププレート４に、スタッド溶接や螺合等により固着されるアンカーボルト５は、軸部にシース管５ａ等を外嵌したり、アスファルト等を塗布すること等により、フーチング２のコンクリートに固定される先端部を除いて、フーチング２のコンクリートに対してアンボンドとなるように配設する。
このアンカーボルト５には、地震時に構造物に水平力が作用し、フーチング２と杭１が相対的に水平方向に変位しようとした場合に、杭頭３とフーチング２とが相対的に水平及び回転変位できるようにアンカーボルト５の伸縮変形を利用し、これによって、地震時に杭１に生じる曲げモーメントを調整して低減することができるようにするとともに、杭１自体の曲げ耐力に適合したアンカーボルト５の材質を選択することによって、より具体的には、杭１自体の曲げ耐力よりもアンカーボルト５の耐力を小さく設定することによって、杭１の脆性的な破壊を防止することができるようにしている。
なお、上記のように、杭１自体の曲げ耐力よりもアンカーボルト５の耐力を小さく設定することによって、大きな地震によって、万一、アンカーボルト５が切断等されても、杭１が破壊された場合と違って、補修が可能である。
【００２２】
この場合において、定着材として用いるアンカーボルト５には、伸びの大きい材料、好ましくは、例えば、伸び２０〜４０％、さらに好ましくは、伸び２５〜３５％の鋼材や降伏比の低い鋼材を用いるようにする。
これにより、杭頭３とフーチング２との相対的な水平及び回転変位を、確実に確保することができるものとなる。
【００２３】
フーチング２のコンクリートに固定されるアンカーボルト５の先端部には、図１（ｂ）に示すように、複数本のアンカーボルト５に共通のリング状のアンカープレート６を配設するようにする。
これにより、アンカーボルト５の先端部をフーチング２のコンクリートに強固に固定することができるとともに、負荷が複数本のアンカーボルト５に分散されてかかることとなり、アンカーボルト５の破断等の事故を未然に防止することができるものとなる。
【００２４】
アンカーボルト５の先端部に配設されるアンカーボルト５の形状及び大きさは、リング状のほか、任意の形状にすることができる。
【００２５】
より具体的には、図３に示す杭とフーチングの接合構造の第２参考例のように、杭頭３の面積と略同面積かそれより大きい面積のアンカープレート６（この場合、フーチング２に打設するコンクリートの流動性及びこの打設したコンクリートとアンカープレート６との密着性を向上するため、アンカープレート６に小孔（図示省略）を形成することができる。）を配設することにより、定着材としての複数本のアンカーボルト５の先端部をフーチング２のコンクリートに一層強固に固定するようにしたり、図４に示す杭とフーチングの接合構造の第４参考例のように、定着材としての複数本のアンカーボルト５の先端部に、それぞれ独立したアンカープレート６を配設することにより、定着材としての複数本のアンカーボルト５の先端部へのアンカープレート６の配設作業及びフーチング２内の配筋作業を容易に実施することができるように構成することができる。
【００２６】
また、アンカーボルト５が固着されるトッププレート４は、鋼鉄や鋳鉄からなり、図１（ｃ）に示すように、杭頭３の上端に配設するようにする。
【００２７】
なお、トッププレート４は、杭１の端板をそのまま利用することができる。この場合、フーチング２のコンクリートを打設する際に、コンクリートが杭１内に流入しないように、杭１の頂部に適宜のキャップ４ａを配設した上で、フーチング２のコンクリートを打設するようにする。
【００２８】
そして、杭頭３とフーチング２とが相対的に水平及び回転変位しやすいように、トッププレート４と、その上に打設するフーチング２のコンクリートとが一体化しないように、縁切り、具体的には、トッププレート４の表面にアスファルト等を塗布したり、合成樹脂フィルム等を敷設した後、フーチング２のコンクリートを打設するようにすることもできる。
なお、トッププレート４は、ＰＣ鋼棒１ｂと固定するようにしている。
このように、トッププレート４を杭頭３の上端に設けることにより、杭１にフーチング２からの軸方向力を円滑に伝達することができる。
【００２９】
ところで、アンカーボルト５が固着されるトッププレート４の形状及び大きさは、杭１の形状に制約を受けず、円形のほか、矩形等、任意の形状にすることができる。
【００３０】
具体的には、トッププレート４の形状及び大きさは、杭頭３とほぼ同径のもののほか、図５に示す本発明の杭とフーチングの接合構造の第２実施例のように、現場で杭頭３に一体に取り付けられるトッププレート４の外周囲に補助トッププレート４ｂを溶接等するようにしたり、図６及び図７に示す本発明の杭とフーチングの接合構造の第３実施例及び第４実施例のように、杭１の製造時に杭頭３に一体に取り付けられるトッププレート４の上面に補助トッププレート４ｃを溶接やねじ部材（この場合、トッププレート４のプレストレス用のねじ孔を利用することができる。）等により固着するようにすることにより、その形状（円形、矩形等）及び大きさを任意に設定することができる。
この場合、トッププレート４と補助トッププレート４ｂの溶接は、トッププレート４と補助トッププレート４ｂが強固に一体化されるように、図５（ｄ）に示すように、トッププレート４にバックアッププレート４ｄを固定した状態で補助トッププレート４ｂを溶接するようにすることが望ましい。
そして、この実施例のように、補助トッププレート４ｂ、４ｃを含むトッププレート４の大きさを、杭頭３より大きく設定し、必要に応じて、アンカーボルト５を杭１の平面形状の外側に配設することにより、杭１にフーチング２からの軸方向力をより円滑に伝達することができるとともに、配設するアンカーボルト５の本数及び位置等の設計の自由度が大きくなり、アンカーボルト５の耐力を自由に設定することができるものとなる。
また、トッププレート４を杭１の平面形状よりも大きく形成した場合には、トッププレート４の下面部及びアンカーボルト５の取付部は防錆処理を施すようにすることが望ましい。
【００３１】
また、上記実施例においては、杭１に、プレストレストコンクリート杭を用いるようにしているが、このほか、一般のコンクリート杭、鋼管杭、場所打ち杭等の各種杭を用いることができ、さらに、杭１に、ＰＨＣ、ＰＲＣ、ＳＣ等のコンクリート杭を用い、図８に示す杭とフーチングの接合構造の第４参考例のように、杭１の上部の中空部１１に、所定長さに亘り、コンクリートやグラウト材等１２を充填したもの（この場合、杭１を製造する際に、中空部１１の途中に仕切板１３を設置し、現場でコンクリートやグラウト材１２を充填することもできる。
【００３２】
次に、この杭とフーチングの接合構造の施工方法について説明する。
図９（ａ）に示すように、杭１を地中に建て込むとともに、杭頭３が露出するように地面を掘削し、掘削穴１０の底部に捨てコンクリート８を打設する。
そして、補助トッププレート４ｂ、４ｃを後付けする場合は、補助トッププレート４ｂ、４ｃを杭頭３の既設のトッププレート４に溶接又はボルトにより強固に固定し、一体化する。
次に、図９（ｂ）に示すように、トッププレート４に複数本のアンカーボルト５をスタッド溶接や螺合等により固着し、必要に応じて、アンカーボルト５の先端部に、複数本のアンカーボルト５に共通のリング状のアンカープレート６を配設するようにする。
そして、フーチング２の配筋（図示省略）を行うとともに、フーチング２のコンクリートを打設するための型枠（図示省略）を設置する。
また、必要に応じて、杭頭３の周囲に緩衝材７を配設するようにする。
次に、図９（ｃ）に示すように、フーチング２のコンクリートを型枠内に打設し、養生後、型枠を脱型する。
そして、図９（ｄ）に示すように、フーチング２の周囲を埋め戻して施工を終了する。
【００３３】
この杭とフーチングの接合構造は、図１０に示すように（ただし、図１０は、杭１とフーチング２の接合構造の挙動を模式的に表したもので、必ずしも、実際の杭１とフーチング２の接合構造の挙動を正確に表したものではない。）、地震時に構造物に水平力Ｆが作用し、フーチング２が杭１と共に水平方向に変位しようとした場合に、アンカーボルト５の先端部がフーチング２のコンクリートに固定され、それ以外の部分がフーチング２のコンクリートに対してアンボンドとなるように配設された、杭頭１に配設したトッププレート４に固着し、フーチング２内に延設するようにした複数本のアンカーボルト５が変形し、さらに、杭頭３とフーチング２とが相対的に水平及び回転変位できるように構成されているため、地震時に水平力が作用することに伴って杭１、特に、杭頭３に生じる曲げモーメントの調整を可能にすることができ、また、杭１の脆性的な破壊を防止することができる。
【００３４】
以上、本発明の杭とフーチングの接合構造について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、例えば、定着材として、アンカーボルトに代えて、高強度の金属線材や炭素繊維、アラミド繊維、ポリアリレート繊維、高強力ポリエチレン繊維、ボロン繊維等の繊維からなるロープ状部材を用いることができる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の杭とフーチングの接合構造によれば、地震時に構造物に水平力が作用し、フーチングと杭が相対的に水平方向に変位しようとした場合に、先端部がフーチングのコンクリートに固定され、それ以外の部分がフーチングのコンクリートに対してアンボンドとなるように配設された、杭頭に配設したトッププレートに固着し、フーチング内に延設するようにした複数の定着材が伸縮変形し、さらに、杭頭とフーチングとが相対的に水平及び回転変位できるように構成されているため、地震時に杭に生じる曲げモーメントを調整して低減することができる。この場合、杭頭とフーチングとの水平及び回転変位の大きさは、定着材の伸縮変形に依存する。
そして、杭自体の曲げ耐力に適合した定着材の材質を選択することによって、より具体的には、杭自体の曲げ耐力よりも定着材の耐力を小さく設定することによって、杭の脆性的な破壊を防止することができる。
さらに、杭頭の周囲に緩衝材を配設し、該緩衝材を介して、フーチングのコンクリートを打設するようにすることにより、杭頭とフーチングとの相対的な水平及び回転変位を、確実に確保することができる。
これにより、地震に対して信頼性が高く、また、補修が可能な、杭とフーチングの接合構造を提供することができる。
【００３６】
また、アンカーボルトの先端部に、複数本のアンカーボルトに共通のアンカープレートを配設することにより、アンカーボルトの先端部をフーチングのコンクリートに強固に固定することができるとともに、負荷が複数本のアンカーボルトに分散されてかかることとなり、アンカーボルトの破断等の事故を未然に防止することができる。
【００３７】
また、杭頭の面積と略同面積かそれより大きい面積のアンカープレートを配設することにより、定着材の先端部をフーチングのコンクリートに一層強固に固定することができる。
【００３８】
また、定着材の先端部に、それぞれ独立したアンカープレートを配設することにより、定着材の先端部へのアンカープレートの配設作業及びフーチング内の配筋作業を容易に実施することができる。
【００３９】
また、定着材に伸びの大きい材料、好ましくは、例えば、伸び２０〜４０％、さらに好ましくは、伸び２５〜３５％の材料や降伏比の低い材料を用いることにより、杭頭とフーチングとの相対的な水平及び回転変位を、確実に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 杭とフーチングの接合構造の第１参考例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】 本発明の杭とフーチングの接合構造の第１実施例を示す縦断面図である。
【図３】 杭とフーチングの接合構造の第２参考例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】 杭とフーチングの接合構造の第３参考例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】 本発明の杭とフーチングの接合構造の第２実施例を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）はトッププレートの一例を示す平面図、（ｃ）はトッププレートの他の一例を示す平面図、（ｄ）はトッププレートの溶接構造の一例を示す断面図である。
【図６】 本発明の杭とフーチングの接合構造の第３実施例を示す縦断面図である。
【図７】 本発明の杭とフーチングの接合構造の第４実施例を示す縦断面図である。
【図８】 杭とフーチングの接合構造の第４参考例を示す縦断面図である。
【図９】 杭とフーチングの接合構造の施工方法を示す工程図である。
【図１０】 杭とフーチングの接合構造の挙動を模式的に表した縦断面図である。
【図１１】 従来の杭とフーチングの接合構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ 杭
１ａ 周縁部材
１ｂ ＰＣ鋼棒
２ フーチング
３ 杭頭
４ トッププレート（端板）
４ａ キャップ
４ｂ 補助トッププレート
４ｃ 補助トッププレート
４ｄ バックアッププレート
５ アンカーボルト（定着材）
５ａ シース管（又はアスファルト等）
６ アンカープレート
７ 緩衝材
８ 捨てコンクリート層
９ 柱
１０ 掘削穴
１１ 中空部
１２ 充填材
１３ 仕切板
１４ 基礎梁
Ｆ 水平力
Ｐ 柱軸力

Claims (5)

1. 杭頭に配設したトッププレートに固着し、フーチング内に延設するようにした複数の定着材を、その先端部がフーチングのコンクリートに固定され、それ以外の部分がフーチングのコンクリートに対してアンボンドとなるように配設するとともに、定着材の伸縮変形により杭頭とフーチングとが相対的に水平及び回転変位できるようにして、前記複数の定着材を介して杭頭とフーチングとを一体化させるようにした杭とフーチングの接合構造において、杭頭の周囲に緩衝材を配設し、該緩衝材を介して、フーチングのコンクリートを打設するようにしたことを特徴とする杭とフーチングの接合構造。
2. 定着材の先端部に、複数の定着材に共通のアンカープレートを配設したことを特徴とする請求項１記載の杭とフーチングの接合構造。
3. 杭頭の面積と略同面積かそれより大きい面積のアンカープレートを配設したことを特徴とする請求項２記載の杭とフーチングの接合構造。
4. 定着材の先端部に、それぞれ独立したアンカープレートを配設したことを特徴とする請求項１記載の杭とフーチングの接合構造。
5. 定着材に伸びの大きい材料を用いるようにしたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の杭とフーチングの接合構造。

Images