JP4450706B2 - 杭と柱の接合構造および接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、土木建築分野における杭と柱の接合構造および接合方法、特に柱脚をピン接合に近い状態で接合する杭と柱の接合構造および接合方法に関する。

従来、杭と柱の接合構造としては、図１７に示すように、フーチング(パイルキャップ)例えば直方体の形状をした鉄筋コンクリート製のフーチング３０を介して杭２と柱１９とを接続する接合構造、すなわち柱１９のベースプレート２０をアンカーボルト３４およびこれに固定されるナット等の固着具３５により接合する構造が知られている。また、フーチング３０には、鉄筋コンクリートの基礎梁（図示省略）を接続する構造とする場合もある。

鉄筋コンクリート製のフーチング３０の寸法は一般的に、杭径の２．５倍、高さは杭頭の埋め込み長さや鉄筋またはアンカーボルト定着長さの確保から１ｍ〜２ｍ程度と大きい。このための杭工事の後に、以下のような工程となる。
掘削工事→土留め→砕石／捨てコンクリート工事→墨だし→鉄筋工事／アンカ−フレームのセット→型枠工事→コンクリート工事→養生→型枠外し→埋め戻し→残土処分

したがって、大きなフーチングの存在によりコスト高になるという問題がある。すなわち、多くの建材の使用と、多くの専門工による手間と長い作業工程により、コスト高となっている。また、解体時にもフーチング３０の解体には高い費用がかかることになる。また、フーチング内の配筋の場合あるいはフーチング内の配筋と基礎梁（地中梁）の配筋となる場合には、鉄筋の過密配置、基礎梁の断面が大断面となり施工コスト増大の要因となっている。

また、多層建築の場合では、柱脚を固定とするために曲げモーメントが発生するため、鉄筋コンクリートと基礎梁が必要となるが、平屋の工場あるいは倉庫の場合では、柱脚をピン接合として設計することが多く、基礎に曲げモーメントが発生しないために、基礎梁を省略することができる。この場合、杭と柱を直接ピン接合することで基礎梁を省略することができ、工事費用の大幅削減することができる。

また、従来、中空柱の内部の中心部と杭内部の中心部とに渡って縦向きに棒状金物を配置し、かつ中空柱内部に接合のためのモルタルを充填する形態の杭と柱との接合構造も知られている（例えば、特許文献１参照）。このような構造とすることにより、杭頭部をピン接合あるいは半剛結接合させ、杭頭応力を低減することも知られている。

このように中空柱の内部の中心部と杭内部の中心部とに渡って縦向きに棒状金物を配置する場合には、柱がＨ型断面等の中心部にウエブを有する開放断面形の柱には、棒状金物とウエブが干渉するため適用できない。したがって、少なくとも柱脚部に中空閉断面形状を有する柱でないと適用できず、中心部にウエブを有する開放断面の形態の柱脚部には適用できず、中空閉断面の柱脚構造上にさらにＨ型断面等の中心部にウエブを有する開放断面形の柱を設ける構造となり、柱を含めた柱脚構造が複雑になるという問題がある。

また、棒状金物を杭側に固定するための杭頭部コンクリートの充填・養生硬化作業と、棒状金物を柱脚内部に配置した後の柱脚内コンクリートの充填・養生硬化作業との、２工程のコンクリートの充填・養生硬化作業により棒状金物を固定する形態であるので、工期が長くなり、施工が煩雑になると共に施工コストが高くなるという問題がある。

また、杭側に棒状金物を固定しているので、柱脚内空間で棒状金物の施工誤差を吸収する形態であるため、杭の横方向の施工誤差が生じた場合、柱脚内でその施工誤差を吸収することになるため、棒状金物が柱脚中心から偏心した位置に配置されることになり、作用するモーメントを合理的な設計とするために、杭側の中心軸線ではなく、柱中心軸線を基準とするように配置することが望まれる。
特開２００４−１００３０４号公報

本発明は、柱脚内のコンクリート等の接合のための硬化性充填材を充填することなく、また、杭と柱とが強固な剛結合にならないで、ピン結合に近い状態になり、柱脚や杭頭に曲げモーメントがほとんど発生しないと共に、安価でかつ短工期で施工できる杭と柱の接合構造および接合方法を提供することを主目的とする。
また、杭の水平精度が多少ずれた場合でも、柱側を基準にアンカーボルトの配置位置を調整することができる杭と柱の接合構造および接合方法を提供することも目的とする。

第１発明の杭と柱の接合構造においては、柱脚内にコンクリート等の接合のための硬化性充填材を充填しないで杭と柱脚とを接合する杭と柱との接合構造において、中空杭頭内に充填されるコンクリート等の硬化性充填材と鉄骨柱脚のベースプレートとが、柱中心軸線付近に配置された１本または複数本の棒状鋼材によって接合されている杭と柱の接合構造であって、杭頭部に載置され、かつ充填材注入口およびアンカーボルト挿通孔を有するトッププレートと、これに挿通される前記棒状鋼材としての複数のアンカーボルトと、前記アンカーボルトの下部に配置されて支持され杭内径よりも僅かに小さい外径の上位の充填材支持板で、かつアンカーボルト位置調整用大径孔を有する充填材支持板と、その充填材支持板の下側に重合配置されると共に前記アンカーボルトに支持されるアンカーボルト挿通用小径孔を有する充填材漏洩防止板とを備えたアンカーボルト位置決め兼仮支持金具におけるトッププレートが杭に載置され、トッププレートと杭内に配置された充填材支持板との間に硬化性充填材が充填されていることを特徴とする。

第２発明では、第１発明の杭と柱の接合構造において、杭頭内に硬化性充填材が充填された杭頭と柱脚のベースプレートとの間に、杭の外径よりも大径のトッププレートが杭に載置されていることを特徴とする。

第５発明では、第１発明または第２発明の杭と柱の接合構造において、トッププレートの下面にせん断抵抗用プレートが固定され、そのせん断抵抗用プレートは硬化性充填材に埋め込まれていることを特徴とする。

第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかの杭と柱の接合構造において、トッププレートと柱脚のベースプレートとの間に、高さ調整用材料が介在されていることを特徴とする。

第５発明では、請求項１〜４のいずれかの杭と柱の接合構造において、棒状鋼材にねじ込まれるナット等の固着具と柱脚のベースプレートとの間に皿ばね等の弾性体が介在されて接合されていることを特徴とする。

第６発明の杭と柱の接合方法においては、杭頭部に載置されるトッププレートおよびこれに挿通されてナット等の着脱自在な固着具により支持される棒状鋼材を介して杭内に配置される充填材支持板と充填材漏洩防止板とを仮支持した状態で、前記トッププレートの充填材注入口から杭頭部内面とトッププレートと充填材支持板との間の空間に硬化性充填材を充填して硬化させ、その後前記固着具を取り外し、柱のベースプレートに前記棒状鋼材を挿通して柱を杭または杭上のトッププレートに載置すると共にナット等の固着具をねじ込んで、杭に柱を接合することを特徴とする。

第７発明の杭と柱の接合方法においては、充填材注入口を有するトッププレートに載置されたナット等の固着具に支持されたアンカーボルトおよびそのアンカーボルトに支持されるアンカーボルト位置調整用大径孔を有すると共に杭内径よりも僅かに小さい外径で上位の充填材支持板と、その下側に配置されアンカーボルト挿通用小径孔を有する充填材漏洩防止板とを重合配置して備えているアンカーボルト位置決め兼仮支持金具を杭の中空頭部に載置し、次いで前記トッププレートにおける充填材注入口から硬化性充填材を注入充填して硬化して、硬化性充填材の付着によりアンカーボルト位置決め兼仮支持金具を仮支持した後、前記ナット等の固着具を取り外し、柱のベースプレートに前記アンカーボルトを挿通して柱を杭または杭上のトッププレートに載置した後、前記アンカーボルトにナット等の固着具をねじ込んで、杭に柱を固定することを特徴とする。

本発明によると、次のような効果が得られる。
（１）１本または複数本の棒状鋼材が柱中心付近に配置されているため、強固な剛結合にならないで、ピン結合に近い状態になり、このため、柱脚や杭頭に曲げモーメントがほとんど発生しない。また、杭の外径寸法は、杭頭を強固に固定する構造の場合に比べて地震時の杭頭に生じる曲げモーメントが少なくなるので、小さい外径寸法の杭サイズのものを使用することができる。
（２）アンカーボルト等の棒状鋼材が柱中心軸線に近接するように柱中心付近に配置されているために、杭の水平精度が多少ずれた場合でも、棒状鋼材が杭の内壁に当たることなく柱側の中心軸線を基準にアンカーボルトの配置位置を調整することができる。
（３）アンカーボルト等の棒状鋼材の最下部に、コンクリート止めの充填材支持用板および充填材漏洩防止板が取り付けられているため、コンクリート等の硬化性充填材を中詰めしても杭最下部まで充填材が落ちることはない。また、杭の水平精度が多少ずれた場合でも、アンカーボルト等の棒状鋼材は常に鉛直を保つことができる。
（４）杭頭に載置されるトッププレートは、杭外径よりも大きくしているので、杭の水平位置がずれていても、施工誤差を容易に吸収できる。
（５）中詰コンクリート等の硬化性充填材が適切な長さで杭内部にあるため、棒状鋼材が引き抜力かれようとても、棒状鋼材からの引き抜き外力は、硬化性充填材と杭内周面との付着により抵抗でき、棒状鋼材が抜けることはない。
（６）棒状鋼材の最上部はナット等の固着具で容易に柱のベースプレートを固定でき、角形柱や円形柱等の閉断面柱の場合は締付け作業用の開口部を用意すれば容易に対応することができる。
（７）また、アンカーボルトあるいは充填材支持部材あるいは充填材漏洩防止板の仮支持部材としてトッププレートを機能させることができ、またトッププレートを介して柱のベースプレートを支持したり、トッププレートを取り外して柱のベースプレートを直接杭に載置したりすることができるため、平屋低層建物等の建物に応じて経済的な設計・施工をすることができ、施工方法も簡単で、柱脚内に杭との接合のための硬化性充填材を充填しない等、現場作業が少ないので、短工期で施工できる杭と柱の接合法である。そのため、杭頭部内への硬化性充填材の充填硬化後においては、直ちに建物の骨組みを組立構築でき、建物の施工効率を向上させ経済的に構築できる。
（８）トッププレートとアンカーボルトと充填材支持部材と充填材漏洩防止板およびナット等の着脱自在な固着具とにより、アンカーボルト位置決め兼仮支持金具を構成することができ、アンカーボルト位置決め兼仮支持金具におけるトッププレート上のナットおよびトッププレートを硬化性充填材の硬化後に外しても、アンカーボルト、硬化性充填材、充填材支持板および充填材漏洩防止板は杭内の下部まで落ちることはない。また、前記アンカーボルト位置決め兼仮支持金具におけるトッププレートを杭頭部に載置してアンカーボルトの位置調整をするだけで、杭頭内に硬化性充填材の充填準備することができるので、杭頭内に容易にコンクリート等の硬化性充填材を充填することができる。
（９）トッププレートの下面にせん断抵抗用プレートを固定して硬化性充填材に埋め込み配置されていると水平方向の抵抗力を高めることができる。
（１０）トッププレートとベースプレートとの間に適宜の厚さの高さ調整用材料を介在すると、杭レベルが低レベルの場合等では、容易に所定の位置に柱ベースプレートを設置することができる。
（１１）杭と柱の接合構造に皿ばね等の弾性体が介在されていると、柱脚の固定度が下がることにより、より弾性的な杭と柱脚との接合構造とすることができ、地震時や風荷重が建物に作用した場合の柱脚の曲げモーメントを低減させることができる。

まず、本発明において使用するアンカーボルト位置決め兼仮支持金具１の構成について図３および図１を参照して説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）および図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、アンカーボルト位置決め兼仮支持金具１の上端部には、杭の外径よりも大きな外径とし、杭２の横方向の施工誤差を吸収して杭２の上部に確実に載置できるようにされ、その上部に柱脚３を確実に載置できるようにされた鋼製のトップレート４を備えており、前記トッププレート４には、図３に示すように、中心に１つのモルタル等の硬化性充填材注入口５が設けられ、あるいは図４に示すように、必要に応じトッププレート４の裏面にせん断抵抗用縦板２２を有する横断面十字状のせん断抵抗部材９を設ける場合には、中心よりに等角度間隔で複数（図示の場合は４つ）のモルタル等の硬化性充填材注入口５が設けられていると共にその外側に前記と同じ等角度間隔をおいて複数（図示の場合は４つ）のアンカーボルト挿通孔６を備えている。
前記のアンカーボルト挿通孔６は、これに挿通されるアンカーボルト７の外径よりも僅かに大きな内径とされて、アンカーボルト７の横方向の移動を拘束し、そのアンカーボルト挿通孔６上部の周面で、ナット等の着脱自在な固着具８により支持可能にされている。なお、図示の実施形態では、ロックナットを含むダブルナットとしているが、アンカーボルト７を仮支持する場合には、各アンカーボルト７に対応する一つのナットをトッププレート４の上部に配置してもよい。

前記のトッププレート４の外径寸法は、杭頭部の外径寸法よりも１００ｍｍ程度大きく設定され、杭２の５０ｍｍ前後の通常の横方向の施工誤差を吸収可能に構成されている。

図４に示すように、必要に応じ設けられるせん断抵抗用部材９は、前記トッププレート４の下面側に、周方向の充填材注入口５の間に位置するように、せん断抵抗用縦板２２を有する横断面十字状の鋼製のせん断抵抗用部材９の上部を溶接により固定して設ければよい。

前記トッププレート４に間隔をおいて平行に下位のレベルに、充填材支持板１０が配置され、その充填材支持板１０には、前記トッププレート４におけるアンカーボルト挿通孔６と同じ等角度間隔をおいて複数（図示の場合は４つ）の大径のアンカーボルト位置調整用大径孔１１が設けられている。また、充填材支持板１０の外径寸法は、杭頭部の内径よりも僅かに小さい外径寸法とされ、杭内周面と充填材支持板１０との間からのコンクリートまたはモルタルあるいは無収縮モルタル等の硬化性充填材１２の漏洩を防止している。

前記充填材支持板１０の底面側には、前記のアンカーボルト位置調整用大径孔１１と同じ等角度間隔をおいて複数（図示の場合は４つ）のアンカーボルト挿通孔１３を有する充填材漏洩防止板１４が重合配置されている。充填材漏洩防止板１４のアンカーボルト挿通孔１３は、これに挿通されるアンカーボルト７の外径よりも僅かに大きく設定され、充填材支持板１０におけるアンカーボルト位置調整用大径孔１１の孔を塞ぎ、硬化性充填材の漏洩を防止し、充填材支持板１０に対し充填材漏洩防止板１４およびアンカーボルト７の横方向の位置調整が可能にされ、これにより、杭打設時の横方向の施工誤差を吸収し、アンカーボルト７群の中心を杭の中心軸線に対してではなく、柱の中心軸線を基準に配置可能にされている。

前記のトッププレート４と充填材支持板１０と充填材漏洩防止板１１とのアンカーボルト挿通孔６，１１，１３にわたって、頭部１５を下向きにしたアンカーボルト７が縦向きに挿通配置されていると共に、各アンカーボルト７の上端部には、トッププレート４の上面に係合する複数のナット等の着脱自在な固着具８がねじ込まれて、アンカーボルト位置決め兼仮支持装置１が構成されている。トッププレート４と充填材支持板１０との間の上下方向の距離は、硬化性充填材１２の付着等を考慮して、杭径（杭外径）の約２倍程度の長さとすればよく、このようにするため、前記のアンカーボルト７の長さは、杭径（杭外径）の約２倍程度より若干長くされている。また、杭頭部分は硬化性充填材１２の充填・硬化により、曲げモーメントや圧縮軸力に対して強くなっている（剛性が高められている）効果もある。
なお、アンカーボルト位置決め兼仮支持金具１における充填材支持板１０としては、図１６（ａ）に示す充填材支持板１０の変形形態のように、予め杭２の芯ずれを測定し、それに合わせるようにアンカーボルト挿通孔１１を設けるようにしてもよい。このようにすると、杭２の芯ずれを見込んだ分予め大きなボルト挿通孔を設けなくてもよくなり、アンカーボルト挿通孔の大きさを小さくすることができ、場合によってはテンプレートとなる充填材漏洩防止板１４を省略できる。しかし、通常では、充填材漏洩防止板１４は、図１６（ｂ）に示すように充填材支持板１０の裏面に各アンカーボルト挿通孔が重合するように重合配置するようにするとよい。充填材漏洩防止板１４を鋼製等剛性の大きい板とする場合が多く、充填材漏洩防止板１４に最終的に硬化性充填材１２は支持されるため、充填材支持板１０の材質に自由度をもたせることができ、具体的な充填材支持板１０の材質としては、鋼板、木材、プラスチック板等、硬化性充填材の圧力を支承できる板状材料であれば、適宜の材料を使用することができる。

次に、前記のアンカーボルト位置決め兼仮支持装置１を使用して、これを杭２の上部に設置する場合について、図６（ａ）を参照して説明すると（せん断抵抗用部材９を使用した場合を２点鎖線で示した。）、杭２を打設し、杭上端部１７が所定の高さにレベル調整するように切断した後、前記のようにセットされたアンカーボルト位置決め兼仮支持装置１における充填材支持板１０と充填材漏洩防止板１１とを杭頭中空部１６内に配置すると共に、トッププレート４を杭上端部１７に載置する。

また、杭を打設する場合、通常５０ｍｍ程度の杭の水平施工誤差が生じるが、この水平施工誤差を吸収するために、前記アンカーボルト７と杭内面との隙間で調整可能であり、アンカーボルト７と杭頭に配置のトッププレート４の位置を正確に設置することで精度を確保することができる。前記のトッププレート４の外径寸法は、杭２の水平施工誤差の吸収をするために、前記のように杭外径＋１００ｍ程度以上の外径寸法とすればよい。

なお、杭頭のレベル調整については、杭自身のレベル調整切断以外に、トッププレート４の板厚を調節したり、トッププレート４の上に後記の実施形態（図１０参照）で示すように、トッププレート４の上にレベル調整用材料１８を配置することによってもよい。

そして、各アンカーボルト７が柱脚３の中心軸線と同心状となるように等角度間隔の位置に配置されるように位置調整した後、図６（ｂ）に示すように、トッププレート４における硬化性充填材注入口５から、中詰コンクリートまたはモルタルあるいは無収縮モルタル等の硬化性充填材１２を、前記せん断抵抗用部材９がある場合にはこれを埋め込むようにトッププレート４下面まで充填し硬化させ、前記硬化性充填材１２の杭２内面への付着を確実にした上、トッププレート４上面側のナット等の固着具８を取り外し、前記の硬化性充填材１２の付着により、充填材支持板１０および充填材漏洩防止板１１およびアンカーボルト７を仮支持させ、これらの落下を防止する。なお、杭２としては、杭との溶接の必要がないので、ＰＨＣ杭、鋼管杭など、少なくとも、杭頭部が中空な杭ならいずれの形式の杭でもよい。

前記のよう硬化性充填材１２の硬化により、ナット等の固着具８を除くアンカーボルト位置決め兼仮支持装置１を仮支持させた状態で、前記のトッププレート４の上面に、図１および図２に示すように、角形鋼管からなる柱１９の鋼製柱脚３に固定の矩形状鋼板等のベースプレート２０を載置すると共に、前記ベースプレート２０におけるアンカーボルト挿通孔に各アンカーボルト７を挿通し、取り外しておいた各ナット等の着脱自在な固着具８を、柱脚３下部に設けられた開口部２１から挿入して、柱脚３内においてアンカーボルト７の上端部にねじ込み固定して、柱１９のベースプレート２０をトッププレート４に固定する。なお、必要に応じ、せん断抵抗用部材９がある場合を断面図に２点鎖線で示した（以下の実施形態でも同様）。

また、前記のような杭２と鋼製柱脚３の固定構造では、柱脚３の固定が、その柱脚３の中心位置付近に近接配置されたアンカーボルト７およびナット等の固着具８により固定されている構造であるので、柱脚３をピン結合に近い状態で杭２に接合することができる。

また、必要に応じて、トッププレート４にせん断抵抗用縦板２２を有するせん断抵抗用部材９を設ける場合には、せん断抵抗部材９が硬化性充填材１２に埋め込み固定されているので、地震時等に水平力が作用しても、前記アンカーボルトに過大な力を負担させることなく、せん断抵抗用縦板２２を介して伝達させることができる。また、アンカーボルト７の下端部の頭部１５に充填材支持板１０および充填材漏洩防止板１４が係合しているので、これらの部品を介してコンクリートまたはモルタルあるいは無収縮モルタルからなる硬化性充填材１２周面全体の付着機能および重量を、アンカーボルト７の引き抜き抵抗要素として発揮させることができる。

本発明において使用するアンカーボルト位置決め兼仮支持装置１においては、杭外径よりも大きな外径のトッププレート４とし、また、前記の充填材支持板１０におけるアンカーボルト挿通孔１１の内径とアンカーボルト７外径との差を大きくしているので、杭２の水平方向の施工誤差が多少ずれても杭外径とトッププレート４との外径差分の位置調整ができ、杭２の施工誤差を吸収可能である。例えば、図９に示すように、杭２の水平方向の施工誤差が生じて、杭２の縦中心軸線Ｃ１が、建て込まれる柱脚３の設計上の縦中心軸線Ｃ２と横方向にずれても、トッププレート４を逆に横方向反対方向にずらすことにより、柱脚３の中心軸線Ｃ２と複数のアンカーボルト７群の中心位置とを合致させて配置することができ、したがって、柱１９に対して各アンカーボルト７が偏心した位置にならないので、柱１９からアンカーボルト７に偏心した引き抜き力が作用しない。
なお、柱１９に過大な引き抜き力が発生する場合には、アンカーボルト７を長くするか、または杭２の内面に鋼製のせん断抵抗部材３３を溶接等により固着して対抗するようにしてもよく、あるいは杭２の上端部とトッププレート４とを現場溶接３２により固定するようにしてもよく、これらを併用するようにしてもよい。
なお、前記せん断抵抗部材３３を固着するには、アンカーボルト位置決め兼仮支持金具１における充填材支持板１０が、せん断抵抗部材３３のレベルよりも若干下方に位置した吊り下げ状態時に杭内周面に溶接により固定するようにすればよい。

図７および図８は、前記の柱脚３に地中梁を取り付ける形態を示したものであって、柱脚３の下端部の開口部２１より上位のレベルにＨ形鋼などの鋼製の地中梁２３が柱脚３の側板に固定されているが、その他の形態は前記実施形態と同様であるので、同様な部分には同様な符号を付して説明を省略する。

図１０および図１１は、トッププレート４と柱脚３のベースプレート２０との間に、トッププレート４におけるアンカーボルト挿通孔６と同様な等角度間隔でアンカーボルト挿通孔およびナット３１の収容部を形成可能なレベル調整用材料１８を介在させて、トッププレート４とベースプレート２０とを複数のアンカーボルト７により接合した形態である。杭２の切断レベルが正確な場合はレベル調整用材料１８を省略してもよい。また、レベル調整用材料１８としては、無収縮モルタル等のモルタルあるいは鋼板等、圧縮力に強く、レベル調整が可能な材料であればよい。なお、図１０に示すように、トッププレート４の上面に係合するナット３１は、硬化性充填材１２が硬化した後に取り外してもよいが、レベル調整用材料１８を設ける場合は、残したままの状態でもよい。レベル調整用材料１８を鋼板とする場合には、ナット３１の外径よりも若干大きな貫通孔を設けておけばよく、前記ナット３１により、トッププレート４およびアンカーボルト７を所定の位置に保持することができる。

また、上部の柱１９をＨ形鋼からなる柱とし、Ｈ形鋼の柱脚３とした形態であり、Ｈ形鋼製柱脚３のウエブ２４の両側にアンカーボルト７を配置するようにした形態である。また、トッププレート４に設ける充填材注入口５を前記ウエブ２４の両側に位置するように２つ設けた形態である。その他の構成は前記実施形態と同様である。
また、図４に示すようなせん断抵抗用縦板２２を有する横断面十字状のせん断抵抗用部材９を使用する場合、すなわち、トッププレート４に充填材注入口５およびアンカーボルト挿通孔６を、４つ、例えば９０°の同じ等角度間隔の位置に設けるようにした場合には、せん断抵抗用部材９における左右方向の縦板２２が柱脚３のウエブ２４とほぼ同面状または平行に位置するように、また、前後方向のせん断抵抗用縦板２２が前記ウエブ２４と交差する方向に配置するようにすればよい。

また、柱脚３のベースプレート２０には、前記アンカーボルト７から離れた位に補強リブ２５が設けられている。

図１２の形態では、前記の図１０および図１１に示す形態に、さらに地中梁２３を設けた形態であり、柱脚３のベースプレート２０に地中梁２３の下部フランジ２５が溶接により固定されているとともに、前記柱脚３のフランジ２６に地中梁２３の上部フランジ２７が溶接により固定され、対向する地中梁２３の上部フランジ２７間を繋ぐように、柱脚３のフランジ２６間には、補強リブ（ダイアフラム）２８が溶接により取り付けられている。

図１４は、柱脚３の固定度を下げて、よりピン接合に近い形態とした本発明の第５の実施形態を示すものであって、柱脚３のベースプレート２０と固着具８との間に弾性ばね等の弾性体２９が介在されて、弾性的に杭２と柱脚３を接合する形態である。前記弾性体２９としては、アンカーボルト挿通孔を有する鋼製皿ばね、合成樹脂板あるいはゴム板等の弾性部材を使用することができる。前記のような弾性体２９を介在させることにより柱脚３を柔軟な接合構造とすることができ、地震や風により建物を介して柱脚部に生じる回転曲げモーメントを小さくすることができ、柱脚３と杭基礎構造を小型軽量化することができる。なお、トッププレート４が省略される接合構造では、杭基礎とベースプレート２０との間あるいは柱脚３のベースプレート２０と固着具８との間に弾性体２９を介在させればよい。その他の構成は前記実施形態と同様であるので、同様な要素には同様な符号を付して説明を省略する。

本発明を実施する場合、図１５に示すように、モルタル等の硬化性充填材１２を充填した後に、トッププレート４を取り外してこれを省略して、ベースプレート２０を直接杭２に載置するようにしてもよく、この場合には、杭２の外径よりもベースプレート２０の外径を、トッププレート４と同様な大きさにしておけばよい。

本発明の接合構造および接合方法によると下記のような作用効果がある。
（１）１本または複数本の棒状鋼材が柱中心付近に配置されているため、強固な剛結合にならないで、ピン結合に近い状態になり、このため、柱脚や杭頭に曲げモーメントがほとんど発生しない。また、杭の外径寸法は、杭頭を強固に固定する構造の場合に比べて地震時の杭頭に生じる曲げモーメントが少なくなるので、小さい外径寸法の杭サイズのものを使用することができる。
（２）アンカーボルト等の棒状鋼材が柱中心軸線に近接するように柱中心付近に配置されているために、杭の水平精度が多少ずれた場合でも、棒状鋼材が杭の内壁に当たることなく柱側の中心軸線を基準にアンカーボルトの配置位置を調整することができる。
（３）アンカーボルト等の棒状鋼材の最下部に、コンクリート止めの充填材支持用板および充填材漏洩防止板が取り付けられているため、コンクリート等の硬化性充填材を中詰めしても杭最下部まで充填材が落ちることはない。また、杭の水平精度が多少ずれた場合でも、アンカーボルト等の棒状鋼材は常に鉛直を保つことができる。
（４）杭頭に載置されるトッププレートは、杭外径よりも大きくしているので、杭の水平位置がずれていても、施工誤差を容易に吸収できる。
（５）中詰コンクリート等の硬化性充填材が適切な長さで杭内部にあるため、棒状鋼材が引き抜力かれようとても、棒状鋼材からの引き抜き外力は、硬化性充填材と杭内周面との付着により抵抗でき、棒状鋼材が抜けることはない。
（６）棒状鋼材の最上部はナット等の固着具で容易に柱のベースプレートを固定でき、角形柱や円形柱等の閉断面柱の場合は締付け作業用の開口部を用意すれば容易に対応することができる。
（７）また、アンカーボルトあるいは充填材支持部材あるいは充填材漏洩防止板の仮支持部材としてトッププレートを機能させることができ、またトッププレートを介して柱のベースプレートを支持したり、トッププレートを取り外して柱のベースプレートを直接杭に載置したりすることができるため、平屋低層建物等の建物に応じて経済的な設計・施工をすることができ、施工方法も簡単で、柱脚内に杭との接合のための硬化性充填材を充填しない等、現場作業が少ないので、短工期で施工できる杭と柱の接合法である。そのため、杭頭部内への硬化性充填材の充填硬化後においては、直ちに建物の骨組みを組立構築でき、建物の施工効率を向上させ経済的に構築できる。
（８）トッププレートとアンカーボルトと充填材支持部材と充填材漏洩防止板およびナット等の着脱自在な固着具とにより、アンカーボルト位置決め兼仮支持金具を構成することができ、アンカーボルト位置決め兼仮支持金具におけるトッププレート上のナットおよびトッププレートを硬化性充填材の硬化後に外しても、アンカーボルト、硬化性充填材、充填材支持板および充填材漏洩防止板は杭内の下部まで落ちることはない。また、前記アンカーボルト位置決め兼仮支持金具におけるトッププレートを杭頭部に載置してアンカーボルトの位置調整をするだけで、杭頭内に硬化性充填材の充填準備することができるので、杭頭内に容易にコンクリート等の硬化性充填材を充填することができる。
（９）トッププレートの下面にせん断抵抗用プレートを固定して硬化性充填材に埋め込み配置されていると水平方向の抵抗力を高めることができる。
（１０）トッププレートとベースプレートとの間に適宜の厚さの高さ調整用材料を介在すると、杭レベルが低レベルの場合等では、容易に所定の位置に柱ベースプレートを設置することができる。
（１１）杭と柱の接合構造に皿ばね等の弾性体が介在されていると、柱脚の固定度が下がることにより、より弾性的な杭と柱脚との接合構造とすることができ、地震時や風荷重が建物に作用した場合の柱脚の曲げモーメントを低減させることができる。

本発明を実施する場合、柱としては、Ｈ型断面柱、角形断面柱、円形断面柱などの閉断面あるいは開断面の柱にかかわらず、鉄骨柱なら適宜の鉄骨柱を使用することができる。

本発明を実施する場合、地盤に接する柱部分は防食性の高い塗料を塗布するようにすると防錆効果が高まるのでよい。

本発明を実施する場合、柱脚３または柱１９内に、柱脚３または柱１９の剛性を単に高めるために、コンクリートまたはモルタル等のセメント系硬化性充填材を充填してもよい。

本発明の第１実施形態の杭と柱の接合構造を示す一部縦断正面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は杭頭にセットするアンカーボルト位置決め兼仮支持金具の平面図、（ｂ）は縦断正面図、（ｃ）は（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は杭頭にセットする他の形態のアンカーボルト位置決め兼仮支持金具の平面図、（ｂ）は縦断正面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。 （ａ）はモルタル止め用底板を示す平面図、（ｂ）はアンカーボルトの位置決め用の充填材漏洩防止板の平面図である。 （ａ）は杭頭にアンカーボルト位置決め兼仮支持金具のセットを配置した状態を示す縦断正面図、（ｂ）は杭頭内にモルタル等の充填材を充填した状態を示す縦断正面図である。 本発明の第２実施形態の杭と柱の接合構造を示す一部縦断正面図である。 図７のＤ−Ｄ線断面図である。 杭の施工時の位置ずれにより杭中心と柱中心とがずれた場合の施工状態を示す縦断正面図である。 本発明の第３実施形態の杭と柱の接合構造を示すものであって、Ｈ形鋼製柱とした場合の縦断正面図である。 図１０のＥ−Ｅ線断面図である。 本発明の第４実施形態の杭と柱の接合構造を示すものであって、Ｈ形鋼製柱とした場合の縦断正面図である。 図１２のＥ−Ｅ線断面図である。 本発明の第５実施形態の杭と柱の接合構造を示すものであって、皿ばねなどの弾性体を介在させて杭と柱を接合する形態を示す縦断正面図である。 トッププレートを省略する杭と柱の接合構造の形態を示す縦断正面図である。 充填材支持板の変形形態を示すものであって、（ａ）は充填材支持板の底面図、（ｂ）は充填材支持板と充填材漏洩防止板とを重ね合わせた状態を示す底面図である。 従来の杭と柱の接合構造を示す縦断正面図である。

１ アンカーボルト位置決め兼仮支持金具
２ 杭
３ 柱脚
４ トッププレート
５ 硬化性充填材注入口
６ アンカーボルト挿通孔
７ アンカーボルト
８ ナット等の着脱自在な固着具
９ せん断抵抗用部材
１０ 充填材支持板
１１ アンカーボルト位置調整用大径孔
１２ 硬化性充填材
１３ アンカーボルト挿通孔
１４ 充填材漏洩防止板
１５ 頭部
１６ 杭頭中空部
１７ 杭上端部
１８ 高さ調整用材料
１９ 柱
２０ ベースプレート
２１ 開口部
２２ せん断抵抗用縦板
２３ 地中梁
２４ ウエブ
２５ 下部フランジ
２６ フランジ
２７ 上部フランジ
２８ 補強リブ（ダイアフラム）
２９ 弾性体
３０ フーチング
３１ 施工用の着脱可能なナット
３２ 現場溶接
３３ せん断抵抗鋼材

Claims (7)

1. 柱脚内にコンクリート等の接合のための硬化性充填材を充填しないで杭と柱脚とを接合する杭と柱との接合構造において、中空杭頭内に充填されるコンクリート等の硬化性充填材と鉄骨柱脚のベースプレートとが、柱中心軸線付近に配置された１本または複数本の棒状鋼材によって接合されている杭と柱の接合構造であって、杭頭部に載置され、かつ充填材注入口およびアンカーボルト挿通孔を有するトッププレートと、これに挿通される前記棒状鋼材としての複数のアンカーボルトと、前記アンカーボルトの下部に配置されて支持され杭内径よりも僅かに小さい外径の上位の充填材支持板で、かつアンカーボルト位置調整用大径孔を有する充填材支持板と、その充填材支持板の下側に重合配置されると共に前記アンカーボルトに支持されるアンカーボルト挿通用小径孔を有する充填材漏洩防止板とを備えたアンカーボルト位置決め兼仮支持金具におけるトッププレートが杭に載置され、トッププレートと杭内に配置された充填材支持板との間に硬化性充填材が充填されていることを特徴とする杭と柱の接合構造。
2. 杭頭内に硬化性充填材が充填された杭頭と柱脚のベースプレートとの間に、杭の外径よりも大径のトッププレートが杭に載置されていることを特徴とする請求項1に記載の杭と柱の接合構造。
3. トッププレートの下面にせん断抵抗用プレートが固定され、そのせん断抵抗用プレートは硬化性充填材に埋め込まれていることを特徴とする請求項１または２に記載の杭と柱の接合構造。
4. トッププレートと柱脚のベースプレートとの間に、高さ調整用材料が介在されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の杭と柱の接合構造。
5. 棒状鋼材にねじ込まれるナット等の固着具と柱脚のベースプレートとの間に皿ばね等の弾性体が介在されて接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の杭と柱の接合構造。
6. 杭頭部に載置されるトッププレートおよびこれに挿通されてナット等の着脱自在な固着具により支持される棒状鋼材を介して杭内に配置される充填材支持板と充填材漏洩防止板とを仮支持した状態で、前記トッププレートの充填材注入口から杭頭部内面とトッププレートと充填材支持板との間の空間に硬化性充填材を充填して硬化させ、その後前記固着具を取り外し、柱のベースプレートに前記棒状鋼材を挿通して柱を杭または杭上のトッププレートに載置すると共にナット等の固着具をねじ込んで、杭に柱を接合することを特徴とする杭と柱の接合方法。
7. 充填材注入口を有するトッププレートに載置されたナット等の固着具に支持されたアンカーボルトおよびそのアンカーボルトに支持されるアンカーボルト位置調整用大径孔を有すると共に杭内径よりも僅かに小さい外径で上位の充填材支持板と、その下側に配置されアンカーボルト挿通用小径孔を有する充填材漏洩防止板とを重合配置して備えているアンカーボルト位置決め兼仮支持金具を杭の中空頭部に載置し、次いで前記トッププレートにおける充填材注入口から硬化性充填材を注入充填して硬化して、硬化性充填材の付着によりアンカーボルト位置決め兼仮支持金具を仮支持した後、前記ナット等の固着具を取り外し、柱のベースプレートに前記アンカーボルトを挿通して柱を杭または杭上のトッププレートに載置した後、前記アンカーボルトにナット等の固着具をねじ込んで、杭に柱を固定することを特徴とする杭と柱の接合方法。

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