JP5133650B2 - 柱と鋼管杭の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造に関する。

特許文献１〜４に見られるように、鋼管杭の杭頭の内部に柱脚を挿入し、柱脚の周囲にコンクリートを充填して、柱と鋼管杭を直接接合する接合構造では、鋼管杭が完成した時点で柱が地上に突出した状態となる。また、鋼管杭の杭頭内部に柱脚を挿入するので、柱の太さが杭径によって制約されることになる。

これに対し、柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造の場合、鋼管杭の打設からパイルキャップの構築までと、柱を含む上部躯体の構築とに工事期間を分けて施工できるので、上部躯体の工事が開始されるまで、パイルキャップの上に通行等の障害になる柱を林立させずに済み、パイルキャップの上面を資材置き場等に利用することもできる。べた基礎のように建物全域にわたる広い基礎スラブを設ける場合、その利点は特に大きい。また、柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップが介在されているので、柱の太さが杭径によって制約されない。

その反面、上記の接合構造による場合は、柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップが位置するので、パイルキャップと鋼管杭の付着力が弱いと、柱の軸力が鋼管杭に確実に伝達されないことになる。そのため、従来では、図１７に示すように、鋼管杭２の杭頭２ａの内面にリング状のコッタープレート１０を複数段溶接して、柱１の軸力がパイルキャップ３及びコッタープレート１０を介して鋼管杭２に伝達されるように工夫していた。尚、６は鋼管杭２の内部に造成された掘削土を骨材とするソイルコンクリートであり、ソイルコンクリート６の強度は鋼管杭２の支持力に算入されない。

しかしながら、この従来例においては、次のような問題点が指摘されている。
（１）コッタープレート１０の溶接は、鋼管杭の打設後、杭頭内部のソイルコンクリートを除去し、地上から杭頭内部にリング状のコッタープレート１０を挿入し、所定位置に保持した状態で、コッタープレート１０の上面と杭頭２ａの内面を隅肉溶接するといった手順で行われ、狭い場所での溶接作業に多大の時間を要する。
（２）コッタープレート１０は溶接のみによって杭頭２ａの内面に固定されており、杭頭内面と機械的に係合しているわけではないから、溶接が不完全であると、柱１からの軸力で溶接部位が剥がれ、コッターとして機能しなくなる可能性がある。
（３）溶接の品質管理は目視により行われることになるが、杭頭内部の深い位置にある溶接部が見えにくくて、品質の確保が困難である。

特開２００７−６３８５４号公報 特開２００２−１３８４９５号公報 特開２００１−３２９６２０号公報 特開平１１−１９００３５号公報

本発明は、上記の問題点を踏まえてなされたものであって、その目的とするところは、柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造において、コッタープレートの溶接よりも容易かつ迅速に作業できる構成の支圧面を付加することで、柱
から鋼管杭への軸力の伝達を確実に行わせるようにすることにある。

上記の目的を達成するために本発明が講じた技術的手段は、次のとおりである。

請求項１に記載の発明は、柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造であって、鋼管杭の上端近くに相対向する複数個の貫通孔を形成しておき、鋼管杭の貫通孔間にかんざし筋を架設して、柱の軸力をパイルキャップ及びかんざし筋を介して鋼管杭に伝達させるようにしたことを特徴としている。かんざし筋としては、フラットバーや異形鉄筋などを用いることができる。

請求項２に記載の発明は、柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造であって、鋼管杭の上端に、中央部が下方へ湾曲した形状に曲げ加工されたかんざし筋を複数本互いに交差した状態に架設して、柱の軸力をパイルキャップ及びかんざし筋を介して鋼管杭に伝達させるようにしたことを特徴としている。かんざし筋としては、フラットバーや異形鉄筋などを用いることができる。

請求項３に記載の発明は、柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造であって、鋼管杭の上端近くにボルト孔を形成しておき、上端近くにボルト孔が形成された有底筒状金物を鋼管杭の内側に挿入し、有底筒状金物を鋼管杭にボルト・ナットで連結して、柱の軸力をパイルキャップ及び有底筒状金物を介して鋼管杭に伝達させるようにし、有底筒状金物がフラットバーを曲げ加工して成るボルト孔付きのリングプレートと、その下面に溶接された鋼管と、その下端に溶接された底板とで形成されているたことを特徴としている。
請求項４に記載の発明は、柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造であって、鋼管杭の上端近くにボルト孔を形成しておき、上端近くにボルト孔が形成された有底筒状金物を鋼管杭の内側に挿入し、有底筒状金物を鋼管杭にボルト・ナットで連結して、柱の軸力をパイルキャップ及び有底筒状金物を介して鋼管杭に伝達させるようにし、有底筒状金物がフラットバーを曲げ加工して成るボルト孔付きのリングプレートと、その下面に溶接された鋼管と、その下端に溶接された底板と、前記リングプレートの上端に溶接された内径がリングプレートの内径より小さく且つ外径がリングプレートの外径より大きいリング状の支圧プレートとで形成されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項３又は４に記載の柱と鋼管杭の接合構造であって、有底筒状金物の底板にはコンクリートの流出が可能な孔を形成してあることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、鋼管杭の上端近くの貫通孔間に挿入架設されたかんざし筋が支圧面となり、柱の軸力はパイルキャップ及びかんざし筋を介して鋼管杭に伝達されることになる。また、この発明によれば、予め、工場加工によって鋼管杭の所定位置に貫通孔を形成しておくことにより、建設現場では、鋼管杭の打設後、貫通孔にかんざし筋を挿入するだけで、支圧面を形成できることになり、溶接作業やボルト締め作業が不要である。

請求項２に記載の発明によれば、鋼管杭の上端に架設されたかんざし筋が支圧面となり、柱の軸力はパイルキャップ及びかんざし筋を介して鋼管杭に伝達されることになる。この場合、かんざし筋は、中央部が下方へ湾曲した形状に曲げ加工されているので、アーチ効果が発揮され、軸力を効率良く鋼管杭に伝達させることができる。殊に、この発明によれば、鋼管杭の上端にかんざし筋を複数本互いに交差した状態に架設するだけで、支圧面を形成できることになり、溶接作業やボルト締め作業、かんざし筋を横方向から貫通孔に挿入する作業が不要であるから、現場での作業が一層容易である。

請求項３，４に記載の発明によれば、鋼管杭の内側に挿入された有底筒状金物の底板が支圧面となり、柱の軸力はパイルキャップ及び有底筒状金物を介して鋼管杭に伝達されることになる。また、この発明によれば、予め、上端近くにボルト孔が形成された有底筒状金物を製造する一方、工場加工によって鋼管杭の所定位置にボルト孔を形成しておくことにより、建設現場では、鋼管杭の打設後、鋼管杭に有底筒状金物を挿入して、両者をボルト・ナットで連結するだけで、支圧面を形成できることになり、現場での溶接作業が不要である。

有底筒状金物の底板には、請求項５に記載の発明のように、コンクリートの流出が可能な孔を形成しておくことが望ましい。鋼管杭の打設後、杭頭内部のソイルコンクリートを除去して、有底筒状金物の挿入スペースを形成する際、ソイルコンクリートを深く取り過ぎても、有底筒状金物内に打設したコンクリートが底板の下まで充填され、底板下方に空隙が生じないからである。

また、請求項３に記載の発明によれば、既製の鋼管を用いて有底筒状金物を製造することが容易である。即ち、既製の鋼管を切断して有底筒状金物を製造する場合、既製の鋼管の外径が鋼管杭の内径と合致しなくても、フラットバーを曲げ加工したリングプレートの方で鋼管杭の内径に合わせ、リングプレートの下端に当該リングプレートよりも外径の小さな鋼
管を溶接することによって、鋼管杭の内側にピッタリと当接した状態にボルト連結できる有底筒状金物を製造できる。

一方、請求項４に記載の発明によれば、既製の鋼管を用いて有底筒状金物を製造することが容易であるとの効果に加え、鋼管杭の内側に挿入された有底筒状金物と、有底筒状金物の上端に設けられたリング状の支圧プレートとが支圧面となり、柱の軸力を確実に鋼管杭に伝達させることができるという効果がある。

以下、本発明の実施形態及び参考例を図面に基づいて説明する。図１は柱より杭径が小さい場合の参考例であって、１は、例えば一辺が７００ｍｍの角型に形成された鉄骨鉄筋コンクリート造の柱、１ａは柱鉄骨、１ｂは柱コンクリート、１ｃは柱鉄骨１ａのレベル調整モルタルを示す。２は、杭径が例えば直径６００ｍｍの鋼管杭であり、柱１と鋼管杭２の杭頭２ａとの間には、パイルキャップ（コンクリート）３が設けられている。

鋼管杭２の上端には、図１、図２に示すように、内径が鋼管杭２の内径より小さく且つ外径が鋼管杭２の外径より大きいリング状の支圧プレート４を溶接により固定し、柱１の軸力をパイルキャップ３及び支圧プレート４を介して鋼管杭２に伝達させるように構成してある。５は杭頭定着用鉄筋であり、上端を柱コンクリート１ｂに埋設してある。６は、鋼管杭２の内部に造成された掘削土を骨材とするソイルコンクリートであり、ソイルコンクリート６の強度は鋼管杭２の支持力に算入されていない。

図１に示した柱１と鋼管杭２の接合構造の施工手順の一例を説明すると、次のとおりである。先ず、図３の（Ａ）に示すように、地盤に鋼管杭２を打設する。鋼管杭２の打設には、例えば、プレボーリングによる圧入セメントミルク工法、中掘り工法などが採用される。

次に、図３の（Ｂ）に示すように、鋼管杭２の内部に造成されたソイルコンクリート６のうち、杭頭２ａ内部のソイルコンクリート６を除去した後、鋼管杭２の上端にリング状の支圧プレート４を載置し、溶接によって固定する。

しかる後、図４の（Ａ）に示すように、杭頭２ａの内部に杭頭定着用鉄筋５を配筋し、鋼管杭２の上端まで杭頭コンクリート２ｂを打設する。

次に、図４の（Ｂ）に示すように、１階の床スラブとなるパイルキャップ３のコンクリートを打設する。しかる後、パイルキャップ３の上に、前記柱１を構築することにより、図１に示した柱１と鋼管杭２の接合構造が構成されることになる。

上記の構成によれば、鋼管杭２の上端に、内径が鋼管杭２の内径より小さく且つ外径が鋼管杭２の外径より大きい、換言すれば、鋼管杭２の上端面よりも広い面積を持つリング状の支圧プレート４を設置したので、柱１の軸力はパイルキャップ３及び支圧プレート４を介して鋼管杭２に確実に伝達されることになる。

また、支圧プレート４を鋼管杭２の上端に載置した状態に溶接するから、溶接作業時における支圧プレート４の位置保持が容易であり、溶接が多少不完全に行われることがあっても、支圧プレート４が鋼管杭２の上端に載置された状態に溶接されるから、支圧プレート４から鋼管杭２への軸力の伝達性能が損なわれることがない。

従って、図１７で示した従来例のように、鋼管杭２の杭頭２ａ内面にリング状のコッタープレート１０を溶接する場合に比して、溶接作業を容易かつ迅速に行え、目視による溶
接の品質管理も容易であり、品質を確保しやすい。

図５、図６は、本発明の他の参考例を示す。この参考例は、鋼管杭２の上端近くに複数のボルト孔ａを形成しておき、支圧プレート４の下面に予め溶接されているボルト孔ｂ付き取付け片４ａを鋼管杭２の外側面（又は内側面でもよい）に当接させた状態で、取付け片４ａを鋼管杭２にそれらのボルト孔ａ，ｂに挿通したボルト７ａとナット７ｂで連結した点に特徴がある。尚、ボルト孔ａ，ｂは、工場加工によって予め形成しておくものとする。図示の取付け片４ａは、フラットバーを曲げ加工によりリング状に形成したものであるが、複数個のピース物とし、周方向に適当間隔を隔てて断続的に配置してもよい。

上記の構成によれば、鋼管杭２に対する支圧プレート４の固定が、支圧プレート４の下面に予め溶接されている取付け片４ａを鋼管杭２にボルト７ａ・ナット７ｂで連結することによって行われるので、現場での溶接作業が不要であり、支圧プレート４をより一層容易かつ迅速に取り付けることができる。その他の構成、作用は、図１〜図４の参考例と同じであるため、同一構成部材に同一符号を付し、説明を省略する。

図７、図８は、本発明の一実施形態を示す。図７に示す柱１と鋼管杭２の接合構造は、柱より杭径が大きい場合の実施形態であって、柱１は、例えば一辺が７００ｍｍの角型に形成され、鋼管杭２の杭径は例えば直径１０００ｍｍに設定されている。鋼管杭２の上端近くには相対向する複数個の貫通孔ｃが形成されており、図８に示すように、鋼管杭２の貫通孔ｃ間にかんざし筋８を互いに交差する状態に架設して、柱１の軸力をパイルキャップ３及びかんざし筋８を介して鋼管杭２に伝達させるように構成されている。図示の例では、かんざし筋８として、フラットバーが用いられているが、異形鉄筋などを用いてもよい。

上記の構成によれば、鋼管杭２の上端近くの貫通孔ｃ間に挿入架設されたかんざし筋８が支圧面となり、柱１の軸力がパイルキャップ３及びかんざし筋８を介して鋼管杭２に確実に伝達されることになる。また、この構成によれば、予め、工場加工によって鋼管杭２の所定位置に貫通孔ｃを形成しておくことにより、建設現場では、鋼管杭２の打設後、貫通孔ｃにかんざし筋８を挿入するだけで、支圧面を形成できることになり、上述した支圧プレート４の溶接作業やボルト締め作業が不要である。その他の構成、作用は、図１〜図４の参考例と同じであるため、同一構成部材に同一符号を付し、説明を省略する。

図９、図１０は、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、鋼管杭２の上端に、中央部が下方へ湾曲した形状に曲げ加工されたかんざし筋８を複数本互いに交差した状態に架設して、柱１の軸力をパイルキャップ３及びかんざし筋８を介して鋼管杭２に伝達させるようにした点に特徴がある。かんざし筋８として、図示の例では、フラットバーを用いているが、異形鉄筋などを用いてもよい。

上記の構成によれば、鋼管杭２の上端に架設されたかんざし筋８が支圧面となり、柱１の軸力はパイルキャップ３及びかんざし筋８を介して鋼管杭２に伝達される。しかも、かんざし筋８は、中央部が下方へ湾曲した形状に曲げ加工されているので、アーチ効果が発揮され、軸力を効率良く鋼管杭２に伝達させることができる。

殊に、上記の構成によれば、鋼管杭２の上端にかんざし筋８を複数本互いに交差した状態に架設するだけで、支圧面を形成できることになり、溶接作業やボルト締め作業、かんざし筋８を横方向から貫通孔に挿入する作業が不要であるから、現場での作業が一層容易である。その他の構成、作用は、図７、図８の実施形態と同じであるため、同一構成部材に同一符号を付し、説明を省略する。

図１１、図１２は、本発明の他の参考例を示す。この参考例は、柱１と鋼管杭２の杭頭２ａとの間にパイルキャップ３を設けた柱と鋼管杭の接合構造であって、鋼管杭２の上端近くに複数のボルト孔ａを形成しておき、上端近傍にボルト孔ｂが形成された有底筒状金物９を鋼管杭２の内側に挿入し、有底筒状金物９を鋼管杭２にボルト７ａ・ナット７ｂで連結して、柱１の軸力をパイルキャップ３及び有底筒状金物９を介して鋼管杭２に伝達させる構成してある。

上記の構成によれば、鋼管杭２の内側に挿入された有底筒状金物９の底板９ａが支圧面となり、柱１の軸力はパイルキャップ３及び有底筒状金物９を介して鋼管杭２に伝達されることになる。また、この構成によれば、予め、有底筒状金物９を製造する一方、工場加工によって鋼管杭２の所定位置にボルト孔ａを形成しておくことにより、建設現場では、鋼管杭２の打設後、鋼管杭２に有底筒状金物９を挿入して、ボルト連結するだけで、支圧面を形成できることになり、現場での溶接作業が不要である。

図１３、図１４は、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、前記有底筒状金物９をフラットバーを曲げ加工して成るボルト孔ｂ付きのリングプレート９ｂと、その下面に溶接された鋼管９ｃと、その下端に溶接された底板９ａとで形成した点に特徴がある。

上記の構成によれば、既製の鋼管を用いて有底筒状金物９を製造することが容易である。即ち、既製の鋼管を切断して有底筒状金物９を製造する場合、既製の鋼管の外径が鋼管杭２の内径と合致しなくても、フラットバーを曲げ加工したリングプレート９ｂの方で鋼管杭２の内径に合わせ、リングプレート９ｂの下端に当該リングプレート９ｂよりも外径の小さな鋼管を溶接することによって、鋼管杭２の内側にピッタリとボルト連結できる有底筒状金物９を製造できる。

有底筒状金物９の底板９ａには、図１３、図１４に示すように、杭頭コンクリート２ｃの流出が可能な孔ｄを形成しておくことが望ましい。何故なら、杭頭内部のソイルコンクリート６を除去して、有底筒状金物９の挿入スペースを形成する際、ソイルコンクリート６を深く取り過ぎても、有底筒状金物９内に打設した杭頭コンクリート２ｃが底板９ａの下まで充填され、底板９ａ下方に空隙が生じないからである。その他の構成、作用は、図１１、図１２の参考例と同じであるため、同一構成部材に同一符号を付し、説明を省略する。

図１５、図１６は、本発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、有底筒状金物９がフラットバーを曲げ加工して成るボルト孔ｂ付きのリングプレート９ｂと、その下面に溶接された鋼管９ｃと、その下端に溶接された底板９ａと、前記リングプレート９ｂの上端に溶接された内径がリングプレート９ｂの内径より小さく且つ外径がリングプレート９ｂの外径より大きいリング状の支圧プレート４とで形成されていることを特徴としている。

上記の構成によれば、鋼管杭２の内側に挿入された有底筒状金物９と、有底筒状金物９の上端に設けられたリング状の支圧プレート４とが支圧面となり、柱１の軸力を確実に鋼管杭２に伝達させることができるという効果がある。その他の構成、作用は、図１３、図１４の実施形態と同じであるため、同一構成部材に同一符号を付し、説明を省略する。

本発明の参考例を示す縦断側面図である。 鋼管杭の要部の斜視図である。 施工手順の説明図である。 図３に続く施工手順の説明図である。 本発明の他の参考例を示す縦断側面図である。 要部の拡大図である。 本発明の一実施形態を示す縦断側面図である。 鋼管杭の要部の斜視図である。 本発明の他の実施形態を示す縦断側面図である。 鋼管杭の要部の斜視図である。 本発明の他の参考例を示す縦断側面図である。 鋼管杭に挿入される有底筒状金物の斜視図である。 本発明の他の実施形態を示す縦断側面図である。 鋼管杭に挿入される有底筒状金物の一部切欠き斜視図である。 本発明の他の実施形態を示す縦断側面図である。 鋼管杭に挿入される有底筒状金物の斜視図である。 従来例を示す縦断側面図である。

１ 柱
２ 鋼管杭
２ａ 杭頭
２ｂ 杭頭コンクリート
３ パイルキャップ
４ 支圧プレート
４ａ 取付け片
７ａ ボルト
７ｂ ナット
８ かんざし筋
９ 有底筒状金物
９ａ 底板
９ｂ リングプレート
９ｃ 鋼管
ａ，ｂ ボルト孔
ｃ 貫通孔
ｄ 孔

Claims (5)

1. 柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造であって、鋼管杭の上端近くに相対向する複数個の貫通孔を形成しておき、鋼管杭の貫通孔間にかんざし筋を架設して、柱の軸力をパイルキャップ及びかんざし筋を介して鋼管杭に伝達させるようにしたことを特徴とする柱と鋼管杭の接合構造。
2. 柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造であって、鋼管杭の上端に、中央部が下方へ湾曲した形状に曲げ加工されたかんざし筋を複数本互いに交差した状態に架設して、柱の軸力をパイルキャップ及びかんざし筋を介して鋼管杭に伝達させるようにしたことを特徴とする柱と鋼管杭の接合構造。
3. 柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造であって、鋼管杭の上端近くにボルト孔を形成しておき、上端近くにボルト孔が形成された有底筒状金物を鋼管杭の内側に挿入し、有底筒状金物を鋼管杭にボルト・ナットで連結して、柱の軸力をパイルキャップ及び有底筒状金物を介して鋼管杭に伝達させるようにし、
   有底筒状金物がフラットバーを曲げ加工して成るボルト孔付きのリングプレートと、その下面に溶接された鋼管と、その下端に溶接された底板とで形成されていることを特徴とする柱と鋼管杭の接合構造。
4. 柱と鋼管杭の杭頭との間にパイルキャップを設けた柱と鋼管杭の接合構造であって、鋼管杭の上端近くにボルト孔を形成しておき、上端近くにボルト孔が形成された有底筒状金物を鋼管杭の内側に挿入し、有底筒状金物を鋼管杭にボルト・ナットで連結して、柱の軸力をパイルキャップ及び有底筒状金物を介して鋼管杭に伝達させるようにし、
   有底筒状金物がフラットバーを曲げ加工して成るボルト孔付きのリングプレートと、その下面に溶接された鋼管と、その下端に溶接された底板と、前記リングプレートの上端に溶接された内径がリングプレートの内径より小さく且つ外径がリングプレートの外径より大きいリング状の支圧プレートとで形成されていることを特徴とする柱と鋼管杭の接合構造。
5. 有底筒状金物の底板にはコンクリートの流出が可能な孔を形成してあることを特徴とする請求項３又は４に記載の柱と鋼管杭の接合構造。

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