JP6929159B2 - 杭頭接合部材および杭頭接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭の頂部と柱の脚部を接合する杭頭接合部材および杭頭接合方法に関する。

従来、地盤上に構造物を設置する際に、杭を地盤中に埋設し、この杭の頂部に構造物の柱を固定している。構造物が杭に固定されることにより、杭が構造物の荷重を支持すると共に、風力などの外力によって構造物が地盤から離れることを防止する。

杭の頂部（杭頭）と柱の脚部（柱脚）をコンクリートを介して接合する方法がある。しかし、型枠を組み立てたり、鉄筋を配したりする必要があるため、工期が延びてしまう。
そこで、杭頭と柱脚の間に杭頭接合部材を配置して、杭頭と柱脚を連結する技術が提案されている。

特許第４８６１６４０号公報 特許第５２５９３７２号公報

杭の施工において、杭が設計された位置から多少ずれた位置に埋設されることが多々ある。このため、杭頭接合部材は、杭の施工誤差（上下・水平方向および傾きのずれ）を調整することが要請されている。また、工期を短縮するために、杭施工の直後に杭頭接合部材を固着できることが要請されている。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、杭の施工誤差を調整することができる杭頭接合部材および杭頭接合方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の第一実施態様に係る杭頭接合部材は、杭頭と柱脚の間に配置される調整部材を備える杭頭接合部材であって、前記調整部材は、前記杭頭に対して固着される本体部と、前記本体部から上方向に延びると共に水平方向に間隔を空けて配置されて、前記柱脚に対して溶接される複数の接合片と、を有することを特徴とする。
このような杭頭接合部材は、接合片が上方向に延びるので、接合片と柱脚の溶接長さを容易に延ばすことができる。このため、杭頭接合部材の剛性や耐力を向上させることができる。また、柱脚の上下方向の位置や傾きを調整しやすくなる。

本発明の第二実施態様に係る杭頭接合部材は、前記杭頭に固定される支持板を備え、前記本体部は、前記支持板に対して溶接されてもよい。
本発明の第三実施態様に係る杭頭接合部材は、前記支持板と前記本体部が完全溶け込み溶接され、前記調整部材と前記柱脚が隅肉溶接され、前記支持板と前記本体部の溶接長さに対して、前記調整部材と前記柱脚の溶接長さは２倍以上２．５倍以下であるってもよい。

本発明の第四実施態様に係る杭頭接合部材は、前記本体部は、前記柱脚が内挿される環状に形成されてもよい。
本発明の第五実施態様に係る杭頭接合部材は、前記本体部は、前記柱脚に密着する複数の本体片からなってもよい。

本発明の第六実施態様に係る杭頭接合部材は、前記接合片は、基端から先端に向かうに従って幅が狭く形成されてもよい。
本発明の第七実施態様に係る杭頭接合部材は、隣接する前記接合片の先端同士を連結する連結部を有してもよい。

また、本発明の第一実施態様に係る杭頭接合方法は、杭頭と柱脚の間に調整部材を配置する杭頭接合方法であって、前記杭頭に対して本体部を固着する本体部固着工程と、前記本体部から上方向に延びつつ水平方向に間隔を空けて配置された複数の接合片を前記柱脚に対して溶接する接合片溶接工程と、を有することを特徴とする。

このような接合方法は、接合片が上方向に延びるので、接合片と柱脚の溶接長さを容易に延ばすことができる。このため、杭頭接合部材の剛性や耐力を向上させることができる。また、柱脚の上下方向の位置や傾きを調整しやすくなる。

本発明の第二実施態様に係る杭頭接合方法は、前記本体部固着工程に先だって、前記杭頭に支持板を固定し、前記本体部固着工程において前記支持板に対して前記本体部を溶接してもよい。

本発明において、請求項１に記載の杭頭接合部材および請求項８に記載の杭頭接合方法によれば、杭の施工誤差（上下・水平方向および傾きのずれ）を調整して、柱を設計通りの位置に配置できる。
請求項２に記載の杭頭接合部材および請求項９に記載の杭頭接合方法によれば、調整部材を杭頭の直上に配置しやすくなる。

請求項３に記載の杭頭接合部材によれば、杭頭接合部材の剛性や耐力を向上させることができる。
請求項４に記載の杭頭接合部材によれば、調整部材を柱脚に溶接しやすくなる。
請求項５に記載の杭頭接合部材によれば、杭頭接合部材の剛性や耐力を調整しやすくなる。

請求項６に記載の杭頭接合部材によれば、調整部材を柱脚に嵌入しやすくなる。
請求項７に記載の杭頭接合部材によれば、調整部材と柱脚の溶接長さを延ばすことができる。

本発明の第一実施形態に係る杭頭接合部材１０を示す斜視図である。 杭頭接合部材１０を示す分解斜視図である。 杭頭接合部材１０を示す図であって、（ａ）（ｂ）中の切断線Ｉ−Ｉの断面図であり、（ｂ）側面図である。 杭頭接合部材１０の圧縮試験の結果を示すグラフである。 本発明の第二実施形態に係る杭頭接合部材５０および高さ調整部材２５を示す斜視図である。 接合片１７の変形例（接合片１８，１９）を示す図である。

〔杭頭接合部材１０〕
以下、本発明の第一実施形態に係る杭頭接合部材１０について説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る杭頭接合部材１０を示す斜視図である。図２は、杭頭接合部材１０を示す分解斜視図である。図３は、杭頭接合部材１０を示す図であって、（ａ）（ｂ）中の切断線Ｉ−Ｉの断面図であり、（ｂ）側面図である。

図１〜３に示すように、杭頭接合部材１０は、杭１と、この杭１の上方向に配設される構造物（不図示）を接合する部材である。杭１は、例えば鉄筋入りコンクリート杭であり、上下方向に延在する円筒形を有する。杭１は、地盤中に埋設されて、その頂部が地上に突出する。杭１の頂部には、鉄鋼製の継手金物２が密着して固定される。杭１の頂部は、杭頭３と呼ばれる。つまり、杭頭３は、鉄鋼製の中空円柱であり、地上から突出する。

杭頭３の上方向には、構造物の柱６が立配される。すなわち、杭頭３に対して柱６の下端部が対向配置される。柱６は、鉄鋼製の角管である。柱６の下端部は、柱脚７と呼ばれる。柱６の下端部には、梁８が接合されている。

杭頭接合部材１０は、杭頭３と柱脚７の間に配置される。杭頭接合部材１０は、杭頭３と柱脚７に対してそれぞれ固着される。杭頭接合部材１０は、杭１の施工誤差を調整して、杭１と柱６を連結する。つまり、杭頭接合部材１０は、杭頭３の上下・水平方向および傾きのずれを解消して、柱６を設計通りの位置に配置する。

図１〜３に示すように、杭頭接合部材１０は、杭頭３に固定されるベースプレート（支持板）１１と、このベースプレート１１に載置される高さ調整部材（調整部材）１５を備える。
ベースプレート１１は、杭頭３に固着される略円板形の鉄鋼部材である。ベースプレート１１は、杭頭３に載置される短い円管形のベース部１２と、このベース部１２に載置される円環形の平板部１３と、からなる。ベース部１２と平板部１３は予め溶接される。ベースプレート１１のベース部１２は、杭頭３（継手金物２）に対して溶接される。

図１〜３に示すように、高さ調整部材１５は、短い角管形の鉄鋼部材である。高さ調整部材１５は、角管形の本体部１６と、本体部１６から上方向に延びる複数の接合片１７と、からなる。複数の接合片１７は、水平方向において間隔を空けて配置される。高さ調整部材１５は、例えば１２本の接合片１７を有している。本体部１６の四面に、それぞれ３本の接合片１７が配置される。接合片１７は、いわゆる櫛歯状に形成される。つまり、接合片１７は、基端（根端）から先端（上端）において幅が一定に形成される。

高さ調整部材１５（本体部１６）は、ベースプレート１１（平板部１３）に対して溶接される。高さ調整部材１５とベースプレート１１の溶接部Ｗ１は、完全溶け込み溶接により形成される。なお、この溶接部Ｗ１、および後述する隅肉溶接による溶接部Ｗ２を、太線の実線で示す。
高さ調整部材１５には、柱脚７が嵌入される。つまり、本体部１６と接合片１７の内面が柱脚７の外面に密着する。高さ調整部材１５（接合片１７）は、柱脚７に対して溶接される。高さ調整部材１５と柱脚７の溶接部Ｗ２は、隅肉溶接により形成される。

高さ調整部材１５と柱脚７の溶接長さ（隅肉溶接部Ｗ２の長さ）は、高さ調整部材１５とベースプレート１１の溶接長さ（完全溶け込み溶接部Ｗ１の長さ）の２倍以上２．５倍以下に設定される。
完全溶け込み溶接部Ｗ１の長さは、本体部１６の外周の長さに一致する。隅肉溶接部Ｗ２の長さは、複数の接合片１７の外縁に沿う長さに一致する。すなわち、接合片１７が上方向に延びて、接合片１７の本数が多いため、隅肉溶接部Ｗ２の長さが完全溶け込み溶接部Ｗ１の長さの２倍以上２．５倍以下になる。

〔杭頭接合方法〕
次に、本実施形態の杭頭接合方法について説明する。
まず、地盤中に埋設された杭１の杭頭３に対してベースプレート１１を載置する。そして、ベースプレート１１を杭頭３（継手金物２）に対して溶接する（図１，図２参照）。
次に、柱６をクレーンで吊り下げて、杭頭３に対して柱脚７を対向配置する。このとき、柱脚７に高さ調整部材１５を嵌め込む。そして、柱６（柱脚７）を設計位置に配置する（図１，図２参照）。
高さ調整部材１５は、下方に滑り落ちて、ベースプレート１１に載置された状態となる（図１参照）。
そして、柱６（柱脚７）は、設計位置に対して、例えば、高さ方向において±５０ｍｍ以内、水平二方向においてそれぞれ±５０ｍｍ以内、傾きが１／１００以内となるように配置される。

（本体部固着工程）
次いで、高さ調整部材１５（本体部１６）をベースプレート１１（平板部１３）に対して溶接する（図１，図２参照）。高さ調整部材１５とベースプレート１１は、完全溶け込み溶接部Ｗ１を介して固着される。

（接合片溶接工程）
次に、高さ調整部材１５（接合片１７）を柱脚７に対して溶接する。高さ調整部材１５と柱脚７は、隅肉溶接部Ｗ２を介して固着される。
これにより、杭頭接合部材１０は、杭頭３と柱脚７の間に配置される。杭頭接合部材１０は、杭頭３と柱脚７に対してそれぞれ固着される。つまり、杭頭接合部材１０は、杭１と柱６を連結する。杭頭接合部材１０は、杭１の施工誤差（上下・水平方向および傾きのずれ）を解消して、柱６を設計通りの位置に配置する。

図４は、杭頭接合部材１０の圧縮試験の結果を示すグラフである。図４において、横軸は杭頭接合部材１０の上下方向の変位を表し、縦軸は柱脚７と杭頭３との間に作用させた圧縮力を表す。杭頭接合部材１０の圧縮試験は、柱脚７を杭頭３に向けて押し付けて、その圧縮力と杭頭接合部材１０の上下方向の変位を測定する。杭頭接合部材１０の上下方向の変位は、杭１に対する柱６の移動量である。

図４に示すように、杭頭接合部材１０は、上下方向の変位が約２ｍｍ以下の範囲で弾性変形し、上下方向の変位が約５ｍｍを超えると塑性変形している。さらに、上下方向の変位が約１２ｍｍを超えると座屈していると考えられる。このため、杭頭接合部材１０は、許容圧縮力が１１５００ｋＮであり、十分な能力を有すると認められる。

このように、杭頭接合部材１０は、杭１の施工誤差（上下・水平方向および傾きのずれ）を解消して、柱６を設計通りの位置に配置できる。特に、複数の接合片１７が上方向に延びるので、接合片１７と柱脚７の溶接部Ｗ２の長さが延びて、剛性や耐力を向上させることができる。また、複数の接合片１７が上方向に延びるので、柱脚７の上下方向の位置や傾きを調整しやすくなる。よって、杭の施工誤差（上下・水平方向および傾きのずれ）を確実に解消して、柱を設計通りの位置に配置できる。
また、ベースプレート１１を備えるので、高さ調整部材１５を杭頭３の直上に配置しやすい。さらに、高さ調整部材１５が環状に形成されるので、柱脚７が内挿して溶接しやすくなる。

〔杭頭接合部材５０〕
次に、本発明の第二実施形態に係る杭頭接合部材５０について説明する。第一実施形態と同一の部材等には、同一の符号を付して、その説明を省略する。
図５は、本発明の第二実施形態に係る杭頭接合部材５０および高さ調整部材２５を示す斜視図である。
杭頭接合部材５０は、杭頭３に固定されるベースプレート１１と、このベースプレート１１に載置される高さ調整部材２５を備える。

〔高さ調整部材２５〕
図５に示すように、高さ調整部材（本体片）２５は、４枚の平板形の鉄鋼部材からなる。各高さ調整部材２５は、水平方向に延びる長板形の本体部２６と、本体部２６から上方向に延びる複数の接合片１７と、からなる。４枚の高さ調整部材２５は、柱脚７の４つの外面にそれぞれ密着する。つまり、高さ調整部材２５は、杭頭接合部材１０の本体部１６の四隅を取り除いて、四分割した形状である。
杭頭接合部材５０は、複数の高さ調整部材２５を備えるので、杭頭接合部材１０に比べて、剛性や耐力を調整しやすいという利点がある。

〔接合片１７の変形例〕
図６は、接合片１７の変形例（接合片１８，１９）を示す図である。
接合片１７は、基端から先端において幅が一定に形成される場合に限らない。高さ調整部材１５，２５は、接合片１７に代えて、例えば接合片１８，１９を備えてもよい。

図６（ａ）に示すように、接合片１８は、基端から先端に向かうに従って幅が狭くなる。図６（ｂ）に示すように、接合片１９は、基端から先端において幅が一定であり、隣接する接合片１９の先端同士を連結する連結部１９ａを有する。言い換えれば、接合片１９は、上下方向に延びる長孔を有する。
高さ調整部材１５，２５は、接合片１７に代えて、接合片１８，１９を備える場合であっても、同様に機能する。特に、接合片１８は、基端から先端に向かうに従って幅が狭く形成されるので、高さ調整部材１５，２５を柱脚７に嵌入しやすくなる。接合片１９は、高さ調整部材１５，２５と柱脚７の溶接部Ｗ２の長さを延ばすことができるので、剛性や耐力を調整しやすい。

以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。

杭頭接合部材１０，５０は、ベースプレート１１を備えなくてもよい。この場合、杭頭３にベースプレート１１を固定しないで、杭頭３に杭頭接合部材１０，５０の本体部１６，２６を固着する。
杭１は、鉄筋入りコンクリート杭に限らず、例えば鉄鋼製の杭等であってもよい。柱６は、角管に限らず、円管であってもよい。

１ 杭
２ 継手金物
３ 杭頭
６ 柱
７ 柱脚
１０，５０ 杭頭接合部材
１１ ベースプレート（支持板）
１２ ベース部
１３ 平板部
１５ 高さ調整部材（調整部材）
１６，２６ 本体部
１７，１８，１９ 接合片
１９ａ 連結部
２５ 高さ調整部材（調整部材、本体片）
Ｗ１ 完全溶け込み溶接部
Ｗ２ 隅肉溶接部

Claims (8)

1. 杭頭と柱脚の間に配置される調整部材を備える杭頭接合部材であって、
   前記調整部材は、前記杭頭に対して固着され、前記柱脚が内挿される環状に形成された本体部と、
   前記本体部から上方向に延びると共に水平方向に間隔を空けて配置されて、前記柱脚に対して溶接される複数の接合片と、
   を有することを特徴とする杭頭接合部材。
2. 杭頭と柱脚の間に配置される複数の調整部材を備える杭頭接合部材であって、
   前記複数の調整部材それぞれは、前記杭頭に対して固着され水平方向に延びる長板形の本体部と、
   前記本体部から上方向に延びると共に水平方向に間隔を空けて配置されて、前記柱脚に対して溶接される複数の接合片と、
   を有し、
   前記複数の調整部材は、前記複数の調整部材の間に前記柱脚が嵌入されるように配置され、
   前記複数の調整部材それぞれにおける前記本体部と前記複数の接合片の内面は、前記柱脚の外面に密着することを特徴とする杭頭接合部材。
3. 前記杭頭に固定される支持板を備え、
   前記本体部は、前記支持板に対して溶接されることを特徴とする請求項１または２に記載の杭頭接合部材。
4. 前記支持板と前記本体部が完全溶け込み溶接され、
   前記調整部材と前記柱脚が隅肉溶接され、
   前記支持板と前記本体部の溶接長さに対して、前記調整部材と前記柱脚の溶接長さは２倍以上２．５倍以下であることを特徴とする請求項３に記載の杭頭接合部材。
5. 前記接合片は、基端から先端に向かうに従って幅が狭く形成されることを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の杭頭接合部材。
6. 隣接する前記接合片の先端同士を連結する連結部を有することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の杭頭接合部材。
7. 杭頭と柱脚とを、請求項１から６のいずれか１項に記載の杭頭接合部材を用いて接合する杭頭接合方法であって、
   前記杭頭に対して前記本体部を固着する本体部固着工程と、
   前記複数の接合片を前記柱脚に対して溶接する接合片溶接工程と、
   を有することを特徴とする杭頭接合方法。
8. 前記本体部固着工程に先だって、前記杭頭に支持板を固定し、
   前記本体部固着工程において前記支持板に対して前記本体部を溶接することを特徴とする請求項７に記載の杭頭接合方法。

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