JP4833949B2 - コンクリート一体型構真柱 - Google Patents

Description

本発明は逆打ち工法で使用され、特に挿入過程での変形を抑制したコンクリート一体型構真柱に関するものである。

予め地中に構築された杭中に構真柱を挿入し、杭の硬化後、構真柱周りの土砂を排出し、地下躯体の構築と並行して地上躯体を構築する逆打ち工法では、構真柱を杭中に正確に挿入する上で、構真柱挿入中の構真柱の傾斜と変形を抑制することが課題の一つになる。

構真柱の鉛直性は地上に設置される架台に挿入用のガイドを付加することにより確保されるが（特許文献１参照）、構真柱の全長が大きくなる程、捩じり剛性と曲げ剛性が低下し、変形し易くなるため、構真柱が鉄骨のみからなる場合には、１本の構真柱に与えられる長さに限界がある。

鉄骨の周りに予めコンクリートを一体化させれば、構真柱の剛性不足を補うことができるため（特許文献１〜５参照）、１本の構真柱の長さを鉄骨のみの場合より大きくすることは可能である。

特開平７−８２８９２号公報（請求項１、段落０００４、０００９、図１） 特開昭６２−８６２４２号公報（請求項１、図１、図２） 特開平６−１０１２４４号公報（請求項１、図１、図２） 特開平８−６８０５７号公報（請求項１、段落０００７〜０００８、図２） 特開平８−２９６２４３号公報（請求項１、段落００１３〜００２３、図１、図２）

但し、特許文献１のように複数層に亘る長さを持つコンクリート造構真柱の下端部に杭への挿入のための鉄骨を埋設し、上端部に地下躯体、もしくは地上躯体の梁との接合のための鉄骨を埋設した構造では、地下躯体の柱が鉄筋コンクリート造になるため、鉄骨の周りにコンクリートが一体化した構造（鉄骨鉄筋コンクリート造）と同等の耐力を持たせることができない。

特許文献２、３のように構真柱の全長が鉄骨とコンクリートからなる場合には、地下躯体の柱が鉄骨鉄筋コンクリート造になり、特許文献１より柱の耐力が向上するため、構真柱を杭中に挿入し、杭が強度を発現した時点から地上躯体の構築を開始することが可能である。反面、構真柱が複数層に亘る場合に構真柱の単位長さ当たりの質量が大きくなり、１本の構真柱の質量が大きくなるため、揚重機による吊り込みの関係で、構真柱に複数層に亘る長さを与えることが難しくなる。

同様のことは鉄骨として鋼管を用い、鋼管の内部にコンクリートを充填した特許文献４、５にも言える。これらの構真柱では、地下躯体が２〜３層以上に亘る場合に、１本の構真柱の挿入のみでは地下躯体の柱を構成することが難しいため、構真柱を継ぎ足すことが必要になる。

このように構真柱の全長を鉄骨鉄筋コンクリート造にすれば、地下躯体の柱の耐力が上がることで、構真柱を杭中に挿入し、杭が硬化した時点から地上躯体の構築を開始できる利点があるが、地下躯体が複数層に亘る場合に、構真柱を継ぎ足さなければならない不都合がある。

本発明は上記背景より、地下躯体が複数層に亘る場合にも杭への構真柱の挿入によって地上躯体の構築を開始できる能力を有するコンクリート一体型構真柱を提案するものである。

請求項１に記載の発明は、予め構築された杭への構真柱の挿入後、その構真柱周りの土砂を排出しながら、地下躯体を構築する逆打ち工法で使用される構真柱であり、
前記地下躯体の全層分の長さに、前記杭への定着長を加えた長さを有する芯材と、
前記芯材の前記定着長分を除いた区間の内、下層寄りの区間を包囲するコンクリートとを備え、
前記コンクリートは前記地下躯体の下層寄りの１層分以上の長さを有し、
前記芯材の上端側の区間は前記コンクリートから１層分以上、露出していることを構成要件とする。

芯材には鉄骨が単体で、もしくは複数本組み合わせられて使用され、コンクリートは構真柱が地中に挿入される以前に、芯材の周りに組み立てられた型枠内にプレキャストコンクリートとして打設（充填）される。構真柱の全長は下層寄りの鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の区間（コンクリート区間）と、その上の鉄骨造の区間（芯材露出区間）に区分される。

杭の構造、形態、施工方法は問われないが、現場造成杭や地盤改良杭のように現場で掘削孔を形成しながら構築され、構築直後に材料が流動性を有する杭が施工される。杭は構真柱の下端、すなわちコンクリートの下端から突出した鉄骨が杭中に挿入されるまでの間、硬化を完了せず、その後に硬化して支持力を発揮する。

芯材が地下躯体の全層分の長さを有し、コンクリートが１層分以上の長さを有し、芯材がコンクリートから１層分以上、露出していることから、構真柱は少なくとも２層分以上の深さを有する地下躯体に対応する。地下躯体と地上躯体の各層の高さ（階高）は同一とは限らず、例えば地下躯体の各層（各階）の階高がそれぞれの深度や用途に応じて異なることもある。

構真柱の下層寄りの区間（コンクリート区間）が芯材とコンクリートからなるＳＲＣ造であることで、構真柱の先端部分の芯材が杭中に挿入され、杭が硬化した時点で、コンクリート区間がＳＲＣ造の柱として機能するため、それより上の地下躯体及び地上躯体の鉛直荷重を負担することが可能である。コンクリート区間に対しては、構真柱が鉄骨のみの場合のように、構真柱挿入後にその周りにコンクリートを打設する作業を必要としない。

構真柱の全長の内、芯材が露出した区間（芯材露出区間）は鉄骨造になるものの、構真柱の下端部が杭に支持されることで、芯材露出区間も芯材が負担可能な範囲で鉛直荷重を負担する能力を有するため、構真柱を杭中に挿入し、杭が硬化した時点から芯材より上の地上躯体の構築を開始することが可能である。従って芯材周りへのコンクリートの打設が完了するまで必ずしも地上躯体の構築を待つ必要がない。芯材露出区間の芯材周りに現場でコンクリートが打設されるまでの間、構真柱のコンクリートはその区間の芯材を拘束するため、芯材の座屈長さを芯材の露出区間に短縮し、芯材が圧縮荷重により曲げ変形や座屈する事態を防止する機能を有する。

構真柱のコンクリート区間と芯材露出区間のいずれも、一定の鉛直荷重負担能力を有することで、構真柱は杭が硬化により支持力を発現した時点で、地上躯体の、少なくとも低層階分の荷重を負担する能力を発揮する。地上躯体の低層階分は、杭の硬化後に、地上での地上躯体の構築を開始し、構真柱のコンクリート区間より上の芯材露出区間にコンクリートが打設され、構真柱の全区間がＳＲＣ造になるまでの間、構真柱が負担できる地上躯体の荷重分の階を指す（図３−（ｂ）、（ｃ））。

地上躯体の構築と並行して芯材露出区間の芯材周りにコンクリートを打設すれば、地下躯体の柱を完成させることができ、その後には地下躯体の柱が地上躯体の全荷重を負担することが可能になるため（図３−（ｅ））、地上躯体の完成に至るまで地上躯体の構築を中断させることがない。地下躯体の柱の完成後は地下躯体の柱がＳＲＣ造になるため、地下躯体の柱は高層の地上躯体を支持する能力を有する。

コンクリートが芯材の下層寄りの１層分以上の長さを有するものの、構真柱の上層寄りでは芯材がコンクリートから露出することで、全長がＳＲＣ造の場合より１本の構真柱の質量が軽減されるため、構真柱が地下躯体の全層分の長さを有しながらも、質量を揚重機の揚重能力以内に抑えることが可能になる。地中には地下躯体の１本の柱当たり、１本の構真柱を挿入するのみで、挿入作業が終了するため、構真柱の継ぎ足しの必要がなく、継ぎ足す場合より施工の効率化が図られる。

前記のように地下躯体の柱は構真柱の芯材露出区間の芯材周りにコンクリートが打設されることにより完成する。ここで、請求項２に記載のようにコンクリートの断面の形状と大きさが地下躯体完成時の柱の断面の形状と大きさと同一であれば、芯材周りのコンクリートを下層側のコンクリート（構真柱のコンクリート）に突き当たるまで打設することのみで、地下躯体の柱を完成させることが可能である。

請求項２では構真柱のコンクリート区間がそのまま地下躯体の柱を構成することから、コンクリート区間に重ねてコンクリートを打設する必要がないため、芯材露出区間の芯材周りへのコンクリートの打設のみによって地下躯体の柱を完成させることができる。

請求項２ではまた、芯材露出区間における芯材周りへのコンクリートがコンクリート区間のコンクリートとは独立し、地下躯体の構築時に打設されることで、構真柱の上層寄りの区間（芯材露出区間）の柱に、コンクリート区間におけるコンクリートの断面とは異なる断面を与えることができるため、地下躯体の下層階の柱の断面と上層階の柱の断面を相違させたい要請に対応することが可能である。

構真柱が地下躯体の全層分の長さに、杭への定着長を加えた長さを有することと、全長の内、下層寄りの１層分以上の区間がＳＲＣ造で、それより上の１層分以上の区間が鉄骨の芯材であることで、全長がＳＲＣ造の場合より構真柱の質量を軽減しながら、鉄骨造の区間が圧縮力を負担できる範囲で、地上躯体の構築を開始することができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は地下躯体の全層分の長さに、予め構築された杭４への定着長を加えた長さを有する芯材２と、芯材２の前記定着長分を除いた区間の内、下層寄りの区間を包囲するコンクリート３とを備え、コンクリート３が地下躯体の下層寄りの１層分以上の長さを有し、芯材２の上端側の区間がコンクリート３から１層分以上、露出しているコンクリート一体型構真柱（以下、構真柱と言う）１の構成例とその施工状態を示す。

図１以降では地下躯体が４層（４階）の例を記載しているが、構真柱１はコンクリート３が地下躯体の１層分以上の長さを有し、芯材２が１層分以上、コンクリート３から露出すればよいため、地下躯体は２層以上であれば、層数を問わない。図面では特にコンクリート３が２層分の長さを有し、芯材２が２層分、コンクリート３から露出し、コンクリート３の区間と芯材２の露出区間の層数が等しい場合を示している。

地下躯体の各層の階高は必ずしも同一とは限らない。図面では地下３〜４階と１〜２階の用途が異なることに対応し、地下３〜４階（コンクリート３の区間）の階高が地下１〜２階（芯材２の露出区間）の階高より小さくなっているが、全階の階高が同一の場合もあれば、逆に地下３〜４階の階高が地下１〜２階の階高より大きいこともある。図示する場合には、コンクリート３の区間が芯材２の露出区間より短いことで、コンクリート３区間と芯材２露出区間が等しい場合より構真柱１が軽量化されている。

芯材２は杭４に定着され、支持されるために必要な定着長に、地下躯体の全層分の長さを加えた長さを有する。コンクリート３は図１に示すように地下躯体の最下層の床、もしくは基礎（底版）のレベル、あるいはその近傍から、１層以上、上の階の床レベル、もしくはその近傍までの区間の長さを有する。芯材２は見かけ上、構真柱１の挿入時に架台５に支持されるために必要な支持長を加えた長さを有するが、この支持長は後述のアタッチメント２１によって確保される。

芯材２の、杭４に定着される区間には杭４との付着のための突起２ａが形成、あるいは突設される。突起２ａには鉄筋、ジベル等が使用される。芯材２の上端には構真柱１全体が吊り支持されるためのアタッチメント２１が着脱自在に接続され、アタッチメント２１の、架台５に支持される部分には架台５に係止する受け部２１ａが形成、あるいは突設される。芯材２の露出区間における長さ方向の中間部には地下躯体の梁、もしくはスラブ等との接合のための接合部材２ｂが形成、あるいは突設され、上端部には地上躯体の梁、もしくはスラブ等との接合のための接合部材２ｂが形成、あるいは突設される。

図面ではコンクリート３に最下層の床、もしくは基礎の天端から２層上の床、または梁、もしくはキャピタル（支版）までの長さを与えている。コンクリート３の下端からは最下層の床、もしくは梁（キャピタル）、または基礎等への定着のために柱主筋３ａが突出する。柱主筋３ａの上端部は地下躯体の中間階の床や梁（キャピタル）への定着分、コンクリート３の上端から突出する。あるいは芯材２周りに打設され、地下躯体の上階側の柱９１、９２を構成するコンクリートへの定着分、コンクリート３の上端から突出する。図面では地下躯体を柱とスラブからなるフラットスラブ構造で構築しているが、地下躯体の構造形式は問われない。

図２−（ａ）〜（ｅ）により構真柱１の地中への挿入手順を説明する。構真柱１の挿入に先立ち、構真柱１の下端部を支持するための杭４が構築される。杭４は例えばアースドリル工法、深層混合処理工法等により掘削孔６の形成と共に、排土しながら、または土砂を掘削孔６の周辺地盤に圧密させながら地盤を掘削し、その掘削孔６の先端部にコンクリートやモルタル、固化材等を供給することにより構築される。コンクリートやモルタル等の供給前に、掘削孔６下端部の杭４の構築位置に引張抵抗材である鉄筋籠等を挿入することもある。

図２−（ａ）は杭４の構築後、杭４が硬化する前の段階での構真柱１挿入時の様子を示している。構真柱１の挿入時には地上（地盤面上）の掘削孔６の周辺に構真柱１を支持する架台５が設置される。架台５は図４−（ａ）、（ｂ）に示すように基本的に地上に、あるいはベースプレート５０上に水平２方向に組み立てられる下部支持部材５１と、その上に２方向に架設される中間支持部材５２と、その上に架設される上部支持部材５３等から構成される。

下部支持部材５１と中間部支持部材５２との間、または中間部支持部材５２と上部支持部材５３との間には、上部支持部材５３の水平性を確保し、構真柱１の鉛直性を確保するための複数個のジャッキ５４が設置される。ジャッキ５４と中間部支持部材５２は地表面からアタッチメント２１の受け部２１ａまでの距離を確保することで、構真柱１の挿入時に地表面からのアタッチメント２１の突出長さを稼ぎ、目視による芯材２の鉛直性の確認を容易にする役目も持つ。

構真柱１は図２−（ａ）に示すように図示しない揚重機により吊り支持された状態で、架台５の中心部に落とし込まれ、そのまま（ｂ）〜（ｄ）に示すように鉛直性を保持しながら徐々に降下させられる。ここで、図４−（ｂ）に示すように２方向の上部支持部材５３の内周の寸法をコンクリート３を丁度包囲する大きさにしておけば、上部支持部材５３を構真柱１のガイドとして利用することができるため、構真柱１降下時の位置決め作業を容易にし、降下中の鉛直性を確保し易くなる。

前記のアタッチメント２１の長さと受け部２１ａの突設位置は図２−（ｅ）に示すように構真柱１下端部のコンクリート３から下方へ突出した芯材２が杭４中への定着に必要な区間、挿入されたときに、受け部２１ａが架台５の上部支持部材５３に係止するように設定される。

構真柱１は芯材２が杭４中に挿入された図２−（ｅ）の状態で、杭４が硬化するまで架台５に支持（係止）された状態に保たれる。杭４が硬化し、支持力を発揮した後の施工は図３−（ａ）〜（ｇ）の手順で行われる。杭４が支持力を発揮した後は、構真柱１が架台５の支持から解放される。図３−（ａ）は構真柱１が架台５から切り離され、アタッチメント２１が構真柱１から取り外された状態を示している。

図３−（ａ）の状態では、芯材２の上端部が地盤面より突出し、その部分の接合部材２ｂが露出している。ここからは、（ｂ）に示すように地上躯体の構築が開始され、その進行に伴い、地下躯体の構築が下層側へ向けて行われる。地盤面より突出した芯材２の接合部材２ｂにはまず、地上躯体の最下層（１階分）の柱や梁（キャピタル）が接合され、続いてその階のスラブ７１が構築される。

地上躯体最下層のスラブ７１の構築後、または構築と並行して（ｃ）、（ｄ）に示すようにスラブ７１上に柱８１等が構築される。スラブ７１の下では地下１階のスラブ１０１のレベルまで掘削した後、スラブ１０１と地下躯体の柱９１等が構築される。地上躯体の柱８１等の構築と地下躯体の構築は並行して、または前後して行われる。掘削土砂の排出時には地上躯体最下層のスラブ７１が切梁の役目を果たす。図３では構真柱１の鉛直荷重支持能力に応じ、地上躯体の２層分の長さを有する柱８１を構築し、一度に地上３階のスラブ７３まで構築しているが、必ずしもその必要はなく、１階分ずつ、柱８１とスラブ７２（７３）を上方へ向けて構築することもある。

地下躯体側ではスラブ１０１の構築に続いて（ｅ）に示すように地下１階の柱９１の構築、地下２階のスラブ１０２の構築、地下２階の柱９２の構築が行われる。地上躯体側では上層側への、または柱８１周りの躯体の構築が並行して進められる。前記のように図面では構真柱１のコンクリート３が地下躯体の３〜４階の柱を構成していることから、地下２階の柱９２の構築が完了したところで、地下躯体の柱の構築が終了する。

その後、地下躯体側では（ｆ）、（ｇ）に示すように地下３階のスラブ１０３の構築と地下４階のスラブ１０４の構築が行われる。図面では地下４階が最下階になるため、最下階のスラブ１０４は杭４の頭部上に他の階のスラブ１０１〜１０３より厚い底版として構築される。最下階のスラブ１０４は杭４から露出した芯材２の周りに、杭４と一体となるように構築される。

地上躯体側では地上３階のスラブ７３の構築後、それより上階の柱８２の構築が行われ、更に上層側へ向けて構築が進められる。図面では地下躯体の構築開始前に地盤面上に搬入される掘削機の高さの関係から、地上３階のスラブ７３の構築を先行させている。この場合、地上２階のスラブ７２構築の時期は地下４階のスラブ１０４面までの掘削が終了し、掘削機が不在になった後になる。

（ａ）は本発明の構真柱とその杭への挿入時の様子を示した立面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）〜（ｅ）は構真柱が杭に挿入されるまでの様子を示した立面図である。 （ａ）〜（ｇ）は構真柱を杭に挿入し、杭が硬化した後の地下躯体と地上躯体の構築の手順例を示した立面図である。 （ａ）は架台の構成例を示した立面図、（ｂ）は（ａ）の平面図である。

符号の説明

１……コンクリート一体型構真柱
２……芯材、２ａ……突起、２ｂ……接合部材
２１…アタッチメント、２１ａ…受け部
３……コンクリート、３ａ……柱主筋
４……杭
５……架台、５１……下部支持部材、５２……中間部支持部材、５３……上部支持部材、５４……ジャッキ、５０……ベースプレート
６……掘削孔
７１〜７３……地上躯体のスラブ
８１、８２……地上躯体の柱
９１、９２……地下躯体の柱
１０１〜１０４……地下躯体のスラブ

Claims (2)

1. 予め構築された杭への構真柱の挿入後、その構真柱周りの土砂を排出しながら、地下躯体を構築する逆打ち工法で使用される構真柱であり、
   前記地下躯体の全層分の長さに、前記杭への定着長を加えた長さを有する芯材と、
   前記芯材の前記定着長分を除いた区間の内、下層寄りの区間を包囲するコンクリートとを備え、
   前記コンクリートは前記地下躯体の下層寄りの１層分以上の長さを有し、
   前記芯材の上端側の区間は前記コンクリートから１層分以上、露出していることを特徴とするコンクリート一体型構真柱。
2. 前記コンクリートの断面の形状と大きさは前記地下躯体完成時の柱の断面の形状と大きさと同一であることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート一体型構真柱。
   

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