JP4417646B2 - 杭頭接合構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物の下に設けられた建物基礎部と、地中に埋設された基礎杭の杭頭部との間に設けられる杭頭接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このような杭頭接合構造としては、従来は、単に機械的な固定手段により建物基礎部と基礎杭の杭頭部を連結したものがあるが、この場合は、図５に示すように、杭頭部に最大の曲げモーメントＭ１が働くことにより、杭頭部が最も破損し易いことが分かっている。
【０００３】
このため従来の杭頭接合構造の中には、建物基礎部と基礎杭の杭頭部の間に、互に接触する凹状と凸状の一対の球面座を用いたもの（例えば、特許文献１、２を参照）や、建物基礎部と基礎杭の杭頭部の間にゴム等の弾性体を用いたものがあった。
【０００４】
この従来の杭頭接合構造は、建物基礎部と基礎杭の杭頭部の間に用いられた一対の球面座や、ゴム等の弾性体が、杭頭部から建物基礎部に伝達される曲げモーメントを吸収することにより、曲げモーメントによって杭頭部が破損することを防止することができるようになっている。
【０００５】
ところで、この従来の杭頭接合構造においては、図６に示すように、杭頭部には曲げモーメントがほとんど働かないが、杭頭部より少し下方の中間部に、図５の最大曲げモーメントＭ１の約２／３の値の最大曲げモーメントＭ２が働くことが分かっている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−３４８８８５号公報
【特許文献２】
特開平１０−２２７０４０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の杭頭接合構造にあっては、基礎杭の杭頭部から建物基礎部に伝達される曲げモーメントの最大値が依然大きいと共に、地震等の外力により建築構造物が傾いて、建物基礎部が浮き上がろうとする力が働いた場合は、杭頭部から建物基礎部に伝達される上下方向の荷重が増減することにより、上記曲げモーメントを吸収できる度合い（回転剛性）が変動して、曲げモーメントを有効に吸収できなくなるおそれがあるという問題があった。
【０００８】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、基礎杭から建物基礎部に伝達される最大曲げモーメントの値を低減することができると共に、曲げモーメントを吸収できる度合い（回転剛性）が変動するのを抑制することができる杭頭接合構造を提供することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の杭頭接合構造は、
建物基礎部と基礎杭との間に設けられ曲げモーメントを吸収する曲げモーメント吸収手段と、
前記曲げモーメントを吸収できる度合いの変動を抑制するアンカーボルトとを備え、
前記曲げモーメント吸収手段が、凸状又は凹状の球状面を有する上部接合部材と、前記上部接合部材と摺動可能に接触する凹状又は凸状の球状面を有する下部接合部材とで構成され、
前記基礎杭がコンクリートにより形成され、
前記アンカーボルトは、前記球状面の周囲に複数本配置され、前記上部接合部材及び前記下部接合部材を貫通すると共に、その上端部が上部接合部材に機械的に係止され、その下端部が、この下端部に固定した座金状の定着板と共に前記基礎杭中に埋め込まれ、前記基礎杭の上面から前記定着板の上面までの長さ部分の外周面がパイプ部材等により被覆されて、その長さ部分が前記基礎杭とは非接触となるように設けられ、
前記上部接合部材における前記球状面の外側の周部と、前記下部接合部材の前記球状面の外側の周部との間に隙間が形成され、この隙間の周部がシール部材により封止されることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る杭頭接合構造１０について説明するために参照する図である。
【００１１】
図１に示すように、本実施の形態に係る杭頭接合構造１０において、土１２中には、コンクリート製の基礎杭１４が上下方向に伸びるよう埋め込まれており、この基礎杭１４の杭頭部１４ａの端面上には、モルタル１６が盛付けて設けられてその上面に水平面が形成されている。
【００１２】
モルタル１６の水平面上には、中央上部に、凸状の球状面１８ａが形成された鋼製の接合金具１８（下部接合部材）が載置されて設けられている。接合金具１８の上には、中央下部に、凹状の球状面２０ａが形成された、鋼製の接合金具２０（上部接合部材）が設けられている。
【００１３】
接合金具２０の球状面２０ａは、接合金具１８の球状面１８ａに沿って摺動可能に接触している。上記接合金具１８，２０の球状面１８ａ，２０ａは、曲げモーメント吸収手段を構成するものである。
【００１４】
接合金具２０の上には、建築構造物の下に設けられる基礎コンクリート２６（建物基礎部）が打設されて形成されている。接合金具２０の上面中央部には円柱状（又は円筒状）の係合突起３７が設けられ、この係合突起３７は基礎コンクリート２６の下面に形成された凹部に嵌合（係合）している。
【００１５】
接合金具１８の球状面１８ａより外側の周部と、接合金具２０の球状面２０ａより外側の周部との間には隙間２２が形成され、この隙間２２の周部はシール部材２４により封止されている。モルタル１６と基礎コンクリート２６との間には、接合金具１８及び接合金具２０の外側に、リング状の硬質発泡ウレタン２８が挟まれて設けられている。
【００１６】
接合金具１８，２０の、球状面１８ａ，２０ａより外側には、複数のアンカーボルト３０が上下方向に貫通して設けられている。アンカーボルト３０の下端部は基礎杭１４中に埋め込まれており、その下端部には一対のナット３２に挟まれた、座金状の定着板３４が設けられている。
【００１７】
アンカーボルト３０の上端部はナット３３により接合金具２０の上面に係止されている。また、アンカーボルト３０は、基礎杭１４中で直接周りのコンクリートに接触しないように、全長にわたり厚紙のパイプ部材等により被覆されて（非接触で）設けられている。
【００１８】
このような本実施の形態に係る接合構造１０によれば、地震などにより基礎コンクリート２６の上の建築構造物に水平方向の外力が加わって、基礎杭１４の杭頭部１４ａに曲げモーメントが働いた場合は、接合金具２０の球状面２０ａが接合金具１８の球状面１８ａと摺動することにより、杭頭部１４ａに働く曲げモーメントを吸収してその最大値を低減することができる。
【００１９】
また、やはり地震などにより、基礎コンクリート２６の上の建築構造物が傾くと、基礎コンクリート２６が基礎杭１４と反対側に浮き上がろうとする力が働き、球状面１８ａと球状面２０ａとの間の摩擦力が小さくなって、上記曲げモーメントを吸収する度合い（回転剛性）が変動しようとするが、基礎杭１４と接合金具２０及び接合金具１８は、アンカーボルト３０の上端部のナット３３及び下端部の定着板３４を介してアンカーボルト３０により連結されているので、アンカーボルト３０に働く引張力が抵抗力となって、上記曲げモーメントを吸収できる度合いが、前記摩擦力の変化により変動するのを抑制することができる。
【００２０】
この場合、アンカーボルト３０は、基礎杭１４内で周りのコンクリートとは非接触となっているので、そのほぼ全長にわたって伸縮が自在となっており、引張力の添加、除去によって自在に伸縮することができる。
【００２１】
そして、このような効果は、アンカーボルト３０の径及び本数を可変させて、アンカーボルト３０に働く引張力の合計を可変させることにより、上記曲げモーメントを吸収できる度合いの変動を、抑制する強弱の程度を調整することができる。
【００２２】
そして、本実施の形態においては、図２に示すように、杭頭部１４ａに働く最大曲げモーメントは、図５、図６の、従来の杭頭接合構造における最大曲げモーメントＭ１、Ｍ２の値より小さくすることができる。
【００２３】
このように、基礎杭１４に働く最大曲げモーメントを、杭頭部１４ａにおいても、その下方の中間部においても、小さくすることができるので、基礎杭１４の径、体積及び重量を小さくすることができるため、施工の操作性や安全性を向上することができると共に、材料が節減できることにより施工費のコストダウンを図ることができる。
【００２４】
また、モルタル１６と基礎コンクリート２６との間には硬質発泡ウレタン２８が設けられているので、水や土１２の粒が接合金具１８、２０の周りに流入するのを防止することができる。
【００２５】
さらに、接合金具１８と２０の間にはシール部材２４が設けられているので、接合金具１８と２０の間に、水や土１２の細かい粒子が流入して、それらにさび（錆び）が発生したり、球状面１８ａと球状面２０ａとの間の相対運動（摺動性）を阻害するのを防止することができる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る杭頭接合構造４０について、図３に基づいて説明する。前記第１の実施の形態においては、基礎杭１４と基礎コンクリート２６との間に接合金具１８と２０が用いられていたのに対し、本実施の形態においては、基礎杭１４と基礎コンクリート２６との間に、鋼製の接合金具４２と４４との間に挟まれた硬質ゴム材料４６（曲げモーメント吸収手段）が用いられている点において異なるものである。
【００２７】
そして、接合金具４４の上面には複数の頭付鋲部材４８が溶接により立設されて、この頭付鋲部材４８が基礎コンクリート２６内に埋め込まれている。
【００２８】
このような本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様に、地震などにより基礎コンクリート２６の上の建築構造物に水平方向の外力が加わって、基礎杭１４の杭頭部１４ａに曲げモーメントが働いた場合は、硬質ゴム材料４６が変形することにより、杭頭部１４ａに働く曲げモーメントを吸収してその最大値を低減することができる。
【００２９】
また、やはり地震などにより基礎コンクリート２６の上の建築構造物が傾いて、上記曲げモーメントを吸収できる度合い（回転剛性）が変動しようとしても、アンカーボルト３０に働く引張力が抵抗力となって、その曲げモーメントを吸収できる度合いが変動するのを抑制することができる。
【００３０】
次に、本発明の第３の実施の形態に係る杭頭接合構造５０について、図４に基づいて説明する。前記第１の実施の形態においては、コンクリート製の基礎杭１４が用いられていたのに対し、本実施の形態においては、鋼管（鋼材料）により形成された基礎杭５４が用いられている点において異なるものである。
【００３１】
そして、基礎杭５４の上端には円板状のプレート５６が周部を溶接することにより固定され、このプレート５６の下面にはリブプレート５８が十字状に交差して溶接により固定されている。プレート５６にはアンカーボルト３０の下端部が貫通しており、アンカーボルト３０の下端部に設けられたナット６０により支持された平座金６２とプレート５６との間には、複数の皿バネ６４が重ねて挟まれて設けられている。
【００３２】
このような本実施の形態によれば、地震などにより基礎杭５４の杭頭部５４ａに曲げモーメントが働いた場合でも、接合金具２０の球状面２０ａが接合金具１８の球状面１８ａと摺動することにより、その曲げモーメントを吸収してその最大値を低減することができる。
【００３３】
また、やはり地震などにより、基礎コンクリート２６の上の建築構造物が傾いて、上記曲げモーメントを吸収できる度合い（回転剛性）が変動しようとしても、アンカーボルト３０に働く引張力が抵抗力となって、その曲げモーメントを吸収できる度合いが変動するのを抑制することができる。
【００３４】
また、前記第１の実施の形態と同様に、基礎杭５４に働く最大曲げモーメントを小さくできるので、基礎杭５４の径、肉厚及び重量を小さくすることができるため、材料が節減できることにより施工費のコストダウンを図ることができる。
【００３５】
また、本実施の形態は、プレート５６にアンカーボルト３０の下端部を貫通させて、複数の皿バネ６４、平座金６２及びナット６０を、貫通させたアンカーボルト３０の下端部に取り付けてから、プレート５６を既製の基礎杭５４の開口上端に、溶接で固定することができるので、前記第１、第２の実施の形態と異なり、既製の基礎杭５４にも後から接合構造５０を施工することができる。
【００３６】
また、本実施の形態は複数の皿バネ６４を用いることにより、アンカーボルト３０の基礎杭５４側の長さが短くて済むため、それだけ接合構造５０を小型化することができる。
【００３７】
なお、前記第２の実施の形態においてはコンクリート製の基礎杭１４が用いられていたが、そのコンクリート製の基礎杭１４の代りに、前記第３の実施の形態のように鋼管（鋼材料）により形成された基礎杭を用いてもよい。
【００３８】
また、前記第１、第３の実施の形態においては球状面を形成した曲げモーメント吸収手段を用いた場合について説明したが、そのような曲げモーメント吸収手段の代りに、前記第２の実施の形態のようにゴムを有する曲げモーメント吸収手段を用いてもよい。
【００３９】
また、前記第１、第３の実施の形態においては鋼製の曲げモーメント吸収手段を用いた場合について説明したが、所定の強度を有するものであれば、鋼製以外の金属製でもよく、またはプラスチックやセラミックス等の材質を用いてもよい。
【００４０】
また、前記第２の実施の形態においてはゴムを用いた曲げモーメント吸収手段を用いた場合について説明したが、ゴム以外の、プラスチック等の弾性体を用いた曲げモーメント吸収手段を用いてもよい。
【００４１】
また、前記第２の実施の形態においては曲げモーメント吸収手段が、ゴムとして単純な板状のものを有する場合について説明したが、リング状（ドーナッツ状）等の他の形状に形成されたゴムを用いてもよい。
【００４２】
また、前記各実施の形態においては、アンカーボルト３０の上端部が曲げモーメント吸収手段の上方に係止されていたが、前記第１、第２の実施の形態におけるアンカーボルト３０の下端部と同様に、基礎コンクリート２６の内部上方に深く入り込んで、定着板により係止されるようにしてもよい。このようにすることにより、基礎コンクリート２６の上の建築構造物が傾いてアンカーボルト３０に引抜力が発生した場合でも、アンカーボルト３０に働く引張力が大きくなって、前記曲げモーメントを吸収できる度合いが変動するのをより確実に抑制することができる。
【００４３】
さらに、前記各実施の形態においては、係合突起３７や鋲部材４８を用いている場合について説明したが、それらの係合突起３７や鋲部材４８は必ずしも用いなくともよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、地震などにより建物基礎部の上の建築構造物から水平方向の外力が加わって、基礎杭に曲げモーメントが働いた場合は、曲げモーメント吸収手段が基礎杭に働く曲げモーメントを吸収してその最大値を低減することができる。
【００４５】
また、やはり地震などにより、建物基礎部の上の建築構造物が傾くと、建物基礎部が基礎杭と反対側に浮き上がろうとする力が働き、曲げモーメント吸収手段により曲げモーメントを吸収できる度合いが変動しようとするが、基礎杭と建物基礎部はアンカーボルトにより連結されているので、アンカーボルトに働く引張力が抵抗力となって、曲げモーメントを吸収できる度合いが変動しようとするのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る杭頭接合構造１０を示すその断面図である。
【図２】図１の杭頭接合構造１０における基礎杭１４の深さに対応する曲げモーメントの大きさの変化を示すグラフである。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る杭頭接合構造４０を示すその断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態に係る杭頭接合構造５０を示すその断面図である。
【図５】球面座やゴムを介さないで基礎杭が建物基礎部を直接支持した場合の、基礎杭の深さに対応する曲げモーメントの大きさの変化を示すグラフである。
【図６】球面座又はゴムのみを介して基礎杭が建物基礎部を支持した場合の、基礎杭の深さに対応する曲げモーメントの大きさの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 杭頭接合構造
１２ 土
１４ 基礎杭
１４ａ 杭頭部
１６ モルタル
１８、２０ 接合金具
１８ａ、２０ａ 球状面
２２ 隙間
２４ シール部材
２６ 基礎コンクリート
３０ アンカーボルト
３２、３３ ナット
３４ 定着板
３７ 係合突起
４２、４４ 接合金具
４６ 硬質ゴム材料
４８ 頭付鋲部材
５４ 基礎杭
５４ａ 杭頭部
５６ プレート
５８ リブプレート
６０ ナット
６２ 平座金
６４ 皿バネ

Claims (3)

1. 建物基礎部と基礎杭との間に設けられ曲げモーメントを吸収する曲げモーメント吸収手段と、
   前記曲げモーメントを吸収できる度合いの変動を抑制するアンカーボルトとを備え、
   前記曲げモーメント吸収手段が、凸状又は凹状の球状面を有する上部接合部材と、前記上部接合部材と摺動可能に接触する凹状又は凸状の球状面を有する下部接合部材とで構成され、
   前記基礎杭がコンクリートにより形成され、
   前記アンカーボルトは、前記球状面の周囲に複数本配置され、前記上部接合部材及び前記下部接合部材を貫通すると共に、その上端部が上部接合部材に機械的に係止され、その下端部が、この下端部に固定した座金状の定着板と共に前記基礎杭中に埋め込まれ、前記基礎杭の上面から前記定着板の上面までの長さ部分の外周面がパイプ部材等により被覆されて、その長さ部分が前記基礎杭とは非接触となるように設けられ、
   前記上部接合部材における前記球状面の外側の周部と、前記下部接合部材の前記球状面の外側の周部との間に隙間が形成され、この隙間の周部がシール部材により封止される
   ことを特徴とする杭頭接合構造。
2. 建物基礎部と基礎杭との間に設けられ曲げモーメントを吸収する曲げモーメント吸収手段と、
   前記曲げモーメントを吸収できる度合いの変動を抑制するアンカーボルトとを備え、
   前記曲げモーメント吸収手段が、上部接合部材と、下部接合部材と、この上部接合部材と下部接合部材との間に挟まれる弾性部材で構成され、
   前記基礎杭がコンクリートにより形成され、
   前記アンカーボルトは、前記弾性部材の周囲に複数本配置され、前記上部接合部材及び前記下部接合部材を貫通すると共に、その上端部が上部接合部材に機械的に係止され、その下端部が、この下端部に固定した座金状の定着板と共に前記基礎杭中に埋め込まれ、前記基礎杭の上面から前記定着板の上面までの長さ部分の外周面がパイプ部材等により被覆されて、その長さ部分が前記基礎杭とは非接触となるように設けられ、
   前記弾性部材の外側であって、前記上部接合部材と前記下部接合部材との間に隙間が形成され、この隙間の周部がシール部材により封止される
   ことを特徴とする杭頭接合構造。
3. 前記上部接合部材と前記下部接合部材の外側に、前記建物基礎部と前記基礎杭との間に挟まれて配置されるリング状の硬質発泡ウレタンを備える
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の杭頭接合構造。

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