JP5449124B2 - 1柱1杭基礎構造 - Google Patents
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Description
以上の施工方法によると、杭、接合部、および柱脚が、それぞれ別部材として施工現場に搬入されることとなるので、搬入作業の簡略化を図ることができる。また、杭、接合部、および柱脚が、それぞれ別部材として施工現場に搬入され、これら部材は、杭の芯と接合部の芯とを一致させ、柱脚の鉛直方向および水平方向の位置調整を行うように組み立てられるため、杭が所定位置からずれた場所に圧入(埋設)されたとしても、柱脚の位置調整により杭の打設誤差を吸収することができ、接合部の強度を低下させることなく常に所定位置に柱を設置することができる。
そこで本発明は、過大な引抜力が作用しても、コンクリートの耐力が急激に低下することなく、その機能を保持できる1柱1杭基礎構造を提供することを目的とする。
杭は、地中に埋設される。
接合部は、杭の杭頭部に配設され、コンクリートが充填されるキャビティを有する筒状の部分である。
柱脚は、下端にベースプレートを備え、ベースプレートを含む接合領域が、接合部のキャビティ内に挿入され、コンクリートを介して杭と接合される。
本発明の1柱1杭基礎構造は、ずれ止め体を備えることを特徴とする。このずれ止め体は、接合部の高さ方向の所定位置に内方に張り出して設けられる。また、ずれ止め体は、ベースプレートの水平方向の端部より仰角45°の向きに延びる仮想直線Lが接合部の内壁と交差する位置Tよりも上方に設けられる(要件1)。
さらに、本発明の1柱1杭基礎構造は、ずれ止め体によるコンクリート支圧強度をPn、キャビティ内に充填されるコンクリート(以下、充填コンクリートということがある)全体のコーン状の破壊強度をPsとすると、Pn<Psを満足するように構成される(要件2)。
また、45°の方向の破壊を避けることができたとしても、ベースプレートの水平方向の端部より仰角45°を超える範囲でコーン状の破壊が生ずるおそれがある。ところが本発明の1柱1杭基礎構造は、要件2を備えることに、ずれ止め体による支圧部分の破壊がコーン状の破壊よりも優先して生じるので、急激な耐力低下を避けることができる。
ここで、Pn、Psは例えば以下により求められるものとし、Pn<Psを満足するようにPn、Psを特定する要素を調整すればよい。
Pn=An×fn×N…式(1)
An:ずれ止め一段当りの面積、fn:コンクリートの最大支圧応力
N:位置Tよりも上側に設けられるずれ止め体の段数
Ps=As×fs…式(2)
As:コーン破壊面の表面積
fs:コーン破壊面におけるコンクリートの破壊強度
なお、Pn、Psについては、他の計算式、例えば、実験式が存在しうる。
地震等で過大な揺れが生じる、1柱1杭基礎構造には鉛直方向に加えて水平方向にも力が加わる。底板は、この水平方向の力に対抗して、接合部の下方端部が楕円に変形する(以下、オーバルな変形という)のを防止する。
底板を接合部の下方端部に溶接で固定すると残留応力が生じるが、中空部を設けることでこの残留応力を開放する。
以下、本発明による1柱1杭基礎構造の第1実施形態を、図1〜図3を参照しながら説明する。
本実施形態に係る1柱1杭基礎構造10は、地盤G(図2)に埋設され又は打設される杭11と、この杭11の鉛直上方に配置された接合ユニット(接合部)12と、接合ユニット12内の充填コンクリート14を介して杭11と接合される柱脚13と、を主たる要素として構成されたものである。なお、上・下、鉛直・水平などの位置関係は、1柱1杭基礎構造10が設置された状態を基準にする。
まず、杭11を埋設しようとする所定位置の地盤Gに穴15を掘り、その穴15に杭11を立てた後、杭11の先端部が地盤G中の支持層に到達するまで、図示しない圧入機等を用いて回転圧入する(図2(a))。
次いで、杭11の杭頭部に接合ユニット12を載せ、杭11の芯と接合ユニット12の芯とを一致させた後、杭11と接合ユニット12とを溶接により固定する。杭11と接合ユニット12との固定が完了したら穴15を埋め戻し、接合ユニット12の開口端のみを地盤Gの表面から露出させる(図2(b))。なお、穴15の埋め戻しは、柱脚固定までの一連の作業完了後に行ってもよい。
そして、接合ユニット12の開口端を通して、柱脚13の先端部を接合ユニット12のキャビティC内に挿入し、位置決め装置を用いるなどして接合ユニット12の芯と柱脚13の芯とを一致させる(図2(c)参照)。
この状態で接合ユニット12の内部空間内に充填コンクリート14を充填し、接合ユニット12と柱脚13とを接合すると、施工が完了する(図2(d)および図1参照)。
また、1柱1杭基礎構造10は、以下の式を満足するように、ずれ止め体122の面積Anを設定(要件2)する。
Pn<Ps
Pn:ずれ止め体122によるコンクリート支圧強度
Ps:充填コンクリート全体のコーン状の破壊強度
柱脚13に鉛直方向の上向きの力(引抜力)が作用すると、柱脚13を取り囲む充填コンクリート14にはせん断力が作用し、充填コンクリート14はベースプレート131の端部より仰角45°の向きに破断しようとする。仮想直線Lがこの仰角45°の向きを示している。
仮に、仮想直線Lと接合ユニット12の内壁12Xが交差する位置Tよりもずれ止め体122が下に設けられているとすれば、このずれ止め体122は仮想直線Lよりも内側の部分に加わる上向きの力を拘束することができない。したがって、この場合にはコーン状に抜け出るような破壊が容易に生じる。
これに対して、位置Tよりもずれ止め体122が上に設けられているとすれば、ずれ止め体122は仮想直線Lよりも内側の部分に加わる上向きの力を拘束できる。したがって、この場合には、仮想直線Lに沿ってコーン状に抜け出るような破壊が充填コンクリート14に生じるのを防止できる。
位置Tよりもずれ止め体122を上に設けると、仮想直線Lに沿ってコーン状に抜け出るような破壊を防止できる。しかし、充填コンクリート14は、ずれ止め体122を避けて、図3(a)に示す破壊線DLに沿って破壊する可能性がある。このコーン状の破壊が生ずる際の充填コンクリート14の応力−ひずみ線図を図3(a)に併せて示しているが、脆性的な破壊を示し、充填コンクリート14の耐力が急激に低下する。
そこで、本実施形態は、この破壊線DLに沿った破壊が生じよりも、ずれ止め体122による支圧部分の破壊を優先して生じるようにする。そのために、以下の式を満足するように、ずれ止め体122の面積An等の要素を調整するのである。
Pn<Ps
Pn:ずれ止め体122によるコンクリート支圧強度
Ps:充填コンクリート14全体のコーン状の破壊強度
Pn(ずれ止め体122によるコンクリート支圧強度)
Pn=An×fn×N
An:ずれ止め体122一段当りの面積(ずれ止め体122の表裏一方の面の表面積)
fn:コンクリートの最大支圧応力
N:位置Tよりも上側に設けられるずれ止め体122の段数(第1実施形態では1段)
例えば、fnは以下のようにして求めることができる。
fn=(Ac/A0)1/2×Fc
Ac:充填コンクリート14の断面積(第1実施形態では接合ユニット12の開口面積)
A0:コンクリート支圧部の面積(第1実施形態では、An×1=An)
Fc:充填コンクリート14の設計基準強度(コンクリートの材料強度)
Ps=As×fs
As:コーン破壊面の面積(破断により形成された円錐台形の上面及び下面を除く、傾斜した側面の面積)
fs:コーン破壊面におけるコンクリートの破壊強度
この1柱1杭基礎構造10は、ずれ止め体122を一つだけ設けているが、本発明は複数段のずれ止め体122を設けることができる。複数段のずれ止め体122を設ける場合には、全てのずれ止め体122を位置Tよりも上に設けることがコーン状の破壊を抑制する上で必要である。ただし、位置Tよりも上に少なくとも一つのずれ止め体122が設けられていれば、位置Tよりも下にずれ止め体122が設けられていたとしても、それは本発明の範囲を逸脱するものではない。
さらに、ずれ止め体122は、周方向の一部を切り欠くことができる。このずれ止め体122は、切り欠きの分だけ、ズレ止め体122の径を調整することができるので、接合ユニット12への挿入が弾力的に行える。
以上のようにすれば、ずれ止め体122の位置決めが容易であるとともに、ずれ止め体122が高さ方向に支持されているので、内壁12Xに溶接する作業負担を軽減できる。
本発明による1柱1杭基礎構造の第2実施形態を、図5〜図7を用いて説明する。
第2実施形態における1柱1杭基礎構造20は、接合ユニット12の代わりに接合ユニット22が設けられているという点で前述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。なお、前述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
1柱1杭基礎構造10には、地震等で過大な揺れが生じるときには、鉛直方向に加えて水平方向にも力が加わる。そうすると、接合ユニット22には径方向に力が加わり、接合ユニット22には水平方向の歪が生じ得る。接合ユニット22が円形の場合には、この水平方向の歪は、接合ユニット22にオーバルな変形として現れる。底板123は接合ユニット22の下方端におけるオーバルな変形を補剛するために設けられる。
図7に示すように、底板123が接合ユニット22のオーバルな変形を補剛するため、当該部分での耐力は低下することなく、設計値を満足する。これに対して、底板123を設けない場合には、接合ユニット内のコンクリートが損傷してしまうと、接合ユニットが楕円に変形し、耐力が急激に低下する。
また、ここでは空隙が円形のリング状の底板124を示したが、中空部Eの形状は円形に限るものでない。三角形、矩形、その他の多角形の空隙であっても、熱応力を開放することができる。
本発明による1柱1杭基礎構造の第3実施形態を、図8及び図9を用いて説明する。
第3実施形態における1柱1杭基礎構造30は、接合ユニット12の代わりに接合ユニット32が設けられているという点で前述した第1実施形態のものと異なる。その他の構成要素については第1実施形態のものと同じであるので、ここではそれら構成要素についての説明は省略する。なお、前述した第1実施形態と同一の部材には同一の符号を付している。
リング状部材126は、その外径がユニット本体121の外径よりも大きい。この部分が、フランジ127を構成する。したがって、1柱1杭基礎構造30は、接合ユニット本体121の上端部におけるオーバルなの変形を補剛することができる。また、このリング状部材126は、その内径がユニット本体121の内径よりも小さい。この部分がずれ止め体122として機能する。
このように、1柱1杭基礎構造30は、リング状部材126の内径をユニット本体121の内径よりも小さくし、かつ、内径をユニット本体121の外径よりも大きくすることで、1つの部材で充填コンクリート14のずれ止め機能、及びユニット本体121のオーバルな変形を補剛する機能の2つの機能を兼備できる。
なお、図8及び図9では、フランジ127とずれ止め体122を一体で構成したが、ずれ止め体122を図10に示すように、別体とすることもできる。この場合のずれ止め体122を設ける位置は、ユニット本体121の上部開口端に限らず、上述した要件1を満足する位置であればよい。
11…杭
12,22,32…接合ユニット
121…ユニット本体、122…ずれ止め体、123,124…底板
126…リング状部材、127…フランジ、129…底板
13…柱脚、131…ベースプレート
14…充填コンクリート
C…キャビティ、L…仮想直線、DL…破壊線、G…地盤、T…位置
Claims (8)
- 地中に埋設される杭と、
前記杭の杭頭部に配設され、充填コンクリートを収容するキャビティを有する筒状の接合部と、
下端にベースプレートを備え、前記ベースプレートを含む接合領域が、前記接合部の前記キャビティ内に挿入され、前記充填コンクリートを介して前記杭と接合される柱脚と、
前記接合部の高さ方向の所定位置に内方に張り出して設けられるずれ止め体と、を備え、
前記ずれ止め体は、
前記ベースプレートの水平方向の端部より仰角45°の向きに延びる仮想直線Lが前記接合部の内壁と交差する位置Tよりも上方に設けられ、かつ、
前記ずれ止め体によるコンクリート支圧強度をPn、前記充填コンクリート全体のコーン状の破壊強度をPsとすると、Pn<Psを満足するように形成される、
ことを特徴とする1柱1杭基礎構造。 - 前記接合部の下方端部に固定される底板を備える、
請求項1に記載の1柱1杭基礎構造。 - 前記底板は、中空部を備える、
請求項2に記載の1柱1杭基礎構造。 - 前記接合部の上方端部に外方に張り出すフランジが固定されている、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の1柱1杭基礎構造。 - 前記フランジは前記接合部の最上端に設けられる、
請求項4に記載の1柱1杭基礎構造。 - 前記フランジは、前記接合部の内方にも張り出している、
請求項5に記載の1柱1杭基礎構造。 - 前記底板の前記中空部を覆う蓋をさらに備え、
前記蓋は前記底板に載置される、
請求項3に記載の1柱1杭基礎構造。 - 前記Pnは以下の式(1)によって定義され、前記Psは以下の式(2)によって定義される、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の1柱1杭基礎構造。
式(1)
Pn=An×fn×N
但し、前記式(1)において、
An:前記ずれ止め体の一段当りの面積、
fn:コンクリートの最大支圧応力、
N:前記位置Tよりも上側に設けられる前記ずれ止め体の段数、である。
式(2)
Ps=As×fs
但し、前記式2において、
As:コーン破壊面の面積、
fs:前記コーン破壊面におけるコンクリートの破壊強度、である。
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