JPH10252082A - 免震杭および免震杭用杭頭ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 杭から構造物に伝達される入力地震動を長周
期化して、杭本体、基礎スラブとの結合部、構造物等へ
の負荷を低減でき、かつメンテナンス上の問題のない免
震杭および杭頭ユニットを提供する。 【解決手段】 杭頭部の上面にボールベアリング等から
なる水平スライド機構５を設け、基礎スラブ４を水平方
向にスライド可能に支持する。杭頭部の中空部内に杭本
体１より曲げ剛性の小さい鋼棒などからなる水平力伝達
部材２を挿入し、その下部を中詰めコンクリート３等に
より杭頭部内に固定する。水平力伝達部材２の上部を杭
頭部より上方に所定長さ延ばし、基礎スラブ４内に埋め
込み、杭本体１と構造物基礎スラブ４を結合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、杭頭部で構造物
への入力地震動を長周期化することによって構造物の揺
れを低減するための免震杭およびその免震杭に用いるた
めの杭頭ユニットに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の杭支持構造物においては、支持杭
の杭頭が構造物基礎スラブに埋め込まれて固定されてお
り、地震動により地盤とともに杭が変動すると、その動
きがそのまま上部構造物に伝達される機構となってい
る。

【０００３】このため、地震時には杭本体や、杭と基礎
スラブの結合部、さらに構造物本体に大きな負荷が作用
することになる。

【０００４】そこで、構造物への入力地震動を低減する
免震構造が提案されている。このうち最も一般的なもの
は、杭設置後にまず下部基礎スラブを構築し、この下部
基礎スラブ上に積層ゴムなどからなる免震装置を設置
し、さらにその上に構造物基礎スラブを載せる構造であ
る。

【０００５】しかし、上記従来構造によれば基礎スラブ
が二重になって構造物の基礎が大きくなり、また、これ
に伴い地盤の掘削深さが大きくなるため、工費が嵩み、
工期も長くなるという問題点があった。

【０００６】また、免震装置として最も一般的な積層ゴ
ムを用いる場合には、補修・取り替えなどのメンテナン
スが必要になることがあり、その際には、工事スペース
やその作業方法をあらかじめ考慮した上で構造物を設計
し、構築しなければならないという問題点があった。

【０００７】さらに、そのような従来構造の課題の解決
を目的に、例えば特公平６−２５４１８号公報には、既
成杭の杭頭部に柱鉄筋状の鋼棒ダンパー部材と積層ゴム
などの弾性クッション材からなる免震ユニットを取り付
けて免震杭を構成し、弾性クッション材により基礎スラ
ブを弾性支持する構造としたものが開示されている。

【０００８】上記構造によれば、鋼棒ダンパーの靱性や
弾性クッション材によって杭から建物への入力地震動の
エネルギーを吸収することができるが、エネルギー吸収
によって塑性化した鋼棒ダンパーの補修や取り替え等の
メンテナンスが要求される。また、弾性クッション材の
取り替え等のメンテナンスが要求されることも多く、そ
の際には杭周辺の基礎スラブを一旦削って杭頭を露出さ
せ、メンテナンス作業の後に修復するといった作業が必
要となるが、供用中の構造物に対してこのような作業を
施すことは一般には非常に困難な場合が多い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、上記課題
を解決するためになされたものであり、杭から構造物に
伝達される入力地震動を長周期化することにより、杭本
体や杭頭と基礎スラブの結合部、さらには構造物への負
荷を低減することができ、かつ、基礎スラブを大型化す
る必要がなく、メンテナンス上も問題のない免震杭およ
び免震杭用杭頭ユニットを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１に係る免
震杭は、構造物基礎スラブを杭頭部に設けた水平スライ
ド手段により水平方向にスライド可能に支持し、一端が
前記杭頭部に定着され他端が上方へ延びる杭本体よりも
曲げ剛性の小さい水平力伝達部材の上部を前記構造物基
礎スラブ内に定着させることで杭本体と構造物基礎スラ
ブを結合してあることを特徴とするものである。

【００１１】杭本体としては、主として曲げ剛性の大き
い鋼管杭等が用いられるが、これに限定されず、コンク
リート杭や鋼コンクリート複合パイル等でもよい。

【００１２】また、杭頭部を中空とすれば、その中空部
内に、例えば、鋼棒その他棒状の水平力伝達部材を挿入
し、これを中詰めコンクリート等で定着させることがで
きるが、定着部の構造についても種々の形態が考えられ
る。なお、ここで定着というのは、必ずしも剛に固定さ
れている場合に限定されず、ある程度、ずれや変形が生
じる場合も含む。このことは、水平力伝達部材上部の構
造物基礎スラブ内への定着についても同様である。

【００１３】本願発明の免震杭によれば常時の上部構造
物の鉛直荷重は従来どおり杭本体で支持することができ
るが、地震時の水平力に関しては、杭頭部に定着された
杭本体よりも曲げ剛性の小さい水平力伝達部材を介して
伝達される構造であるから、従来のように杭頭部が基礎
スラブに直接埋め込まれて固定され水平力が直接伝達さ
れる構造に比べ、杭から構造物へ伝達される地震動を長
周期化することができる。

【００１４】そのため、上部構造物の応答加速度、すな
わち地震時慣性力が従来よりが低減されることになり、
上部構造物への負荷が軽減されるばかりか、結果とし
て、杭本体や従来大きな負荷が生じるため構造上の弱点
となっていた杭頭と基礎スラブの結合部での負荷も軽減
される。

【００１５】また、本免震杭は杭から構造物への入力地
震動を長周期化することにより構造物の応答加速度を低
減するものであるから、杭本体内部の水平力伝達部材は
弾性範囲内で挙動することを基本とし、取り替えや補修
などのメンテナンスを必要としない。

【００１６】さらに、まれに発生する設計地震動を大幅
に上回る大地震が発生した場合についても、鋼棒部材な
どの水平力伝達部材の塑性変形によってエネルギーを吸
収することにより、上部構造物の振動応答を低減し、上
部構造物の壊滅的な被害を防止する効果が期待できる。

【００１７】また、水平力伝達部材の材質や断面性能、
構造物基礎スラブ底面位置からの杭本体での定着位置ま
での間隔を変化させることにより、上部構造物の特性を
考慮した適切な性能を有する免震杭を設計することがで
きる。

【００１８】請求項２は、請求項１の免震杭について、
杭頭部が中空に形成されており、その中空部内に例えば
液体状あるいはゲル状等の減衰材が充填されている場合
を限定したものである。

【００１９】この場合、充填した減衰材により地震時の
構造物の振動をより速やかに減衰させる効果が期待でき
る。

【００２０】請求項３は、請求項１または２の免震杭に
ついて、水平力伝達部材の上部を例えば積層ゴム等の高
減衰材料からなる減衰材を介在させて構造物基礎スラブ
内に定着させてある場合を限定したものである。

【００２１】この場合も、構造物への入力地震動の長周
期化の他、水平力伝達部材の変形を減衰材で吸収するこ
とによって、構造物の振動をより速やかに減衰させる効
果を期待したものである。

【００２２】本願の請求項４に係る免震杭用杭頭ユニッ
トは、上記の免震杭に用いるためのユニット化した装置
であり、既成杭の頭部に装着することで杭本体の杭頭部
を構成する杭頭部材と、一端が前記杭頭部材に定着され
他端が上方へ延びる杭本体よりも曲げ剛性の小さい水平
力伝達部材と、前記杭頭部の上面において構造物基礎ス
ラブを水平方向にスライド可能に支持する水平スライド
機構とをあらかじめ一体化してなることを特徴とするも
のである。

【００２３】これは、主として、製作性および現場での
施工性の観点から、杭本体の杭頭部を構成する鋼管など
を必要長さ切り出し、これに水平伝達部材および水平ス
ライド機構を組み合わせ、これらをあらかじめ一体化し
ておくことにより杭頭ユニットを形成し、これを既成杭
に取り付けることで免震杭を構成できるようにしたもの
である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しつつ、本
願発明の免震杭の具体的な実施形態について説明する。

【００２５】図１は本願発明の免震杭の第１の実施形態
を示した断面図である。この例では杭本体１よりも曲げ
剛性の小さい鋼棒などの水平力伝達部材２を、杭頭より
所定長さ延出させた状態で中詰めコンクリート３を打
ち、杭本体１の杭頭中空部内所定位置に固定している。
水平力伝達部材２の他端は、構造物基礎スラブ４に埋め
込んであり、杭本体１と構造物基礎スラブ４の結合部に
水平スライド機構５を設けることで、水平方向のスライ
ドを許容した形で杭本体１が上部構造物の鉛直荷重を支
持している。

【００２６】図１の免震杭Ｐによれば、地震動により杭
本体１が周辺地盤とともに水平方向へ変位すると、水平
スライド機構５によって杭本体１から構造物基礎スラブ
４へは直接力が伝達されず、杭本体１よりも曲げ剛性の
小さい水平力伝達部材２を介して構造物基礎スラブ４へ
水平力が伝達される。

【００２７】水平力伝達部材２の曲げ剛性が杭本体１の
曲げ剛性よりも小さいことから、従来のように杭本体１
が基礎スラブ４の中に直接埋め込まれて固定されている
場合に比べ、構造物への入力地震動が長周期化され、そ
の結果、構造物の応答加速度を低減することができる。

【００２８】この時、所定の性能が得られるように、水
平力伝達部材２の曲げ剛性や基礎スラブ４の底面から杭
頭内部の定着位置までの有効スパンＬを、地震動や構造
物の条件を考慮して適切に設計すればよい。

【００２９】図２は本願発明の免震杭の第２の実施形態
を示す断面図であり、図３に示すようにあらかじめ一体
に形成した杭頭ユニット９を杭本体１と連結することに
より免震杭Ｐを構成し、この杭頭ユニット９の水平スラ
イド機構の一部を構成する平盤７を構造物基礎スラブ４
内に埋め込んだ場合を示したものである。

【００３０】図３に示した杭頭ユニット９は、免震杭Ｐ
の杭頭部を構成する鋼管などの杭頭部材６、杭頭部材６
の内部に中詰めコンクリート３を打設して固定した杭本
体１よりも曲げ剛性の小さい鋼棒などの水平力伝達部材
２、水平力伝達部材２の頂部に一体化された平盤７、お
よび平盤７と杭頭部材６の先端フランジ部間にベアリン
グや鋼球などの球体を配設するなどして構成される水平
スライド機構８からなっている。

【００３１】本実施形態によれば上述した第１の実施形
態の場合と全く同様の免震効果が期待できるほか、杭頭
ユニット９をあらかじめ一体に形成しておくため、水平
力伝達部材２およびその固定部の中詰めコンクリート
３、杭頭部の水平スライド機構８を精度よく、かつ容易
に製作することができる。また、現場での施工において
も、水平スライド機構の製作や水平力伝達部材２の固定
等が必要ないため作業を簡略化し、工期を短縮すること
ができる。

【００３２】この他、本実施形態の構成によれば、図４
に示すように、あらかじめ一体に形成した杭頭ユニット
１０において、杭頭部材１１を先端部で管径が大きくな
るように形成した漏斗状の部材とすることもできる。こ
れによって、杭頭部材１１と水平力伝達部材２の間隔Ｌ
２を大きくすることができ、杭頭部材１１と水平力伝達
部材２の間の相対変形が大きい場合にも対応することが
できる。

【００３３】図５は本願発明の免震杭の第３の実施形態
を示す断面図であり、図６に示すようにあらかじめ一体
に形成した杭頭ユニット１２を杭本体１と連結すること
により免震杭Ｐを構成し、この杭頭ユニット１２のう
ち、水平スライド機構を構成するドーナツ状の平盤１３
と水平力伝達部材２の上端部を構造物基礎スラブ４内に
埋め込んで固定した場合である。

【００３４】図５に示した杭頭ユニット１２は、先端部
で管径が大きくなるように形成した漏斗状の杭頭部材１
１、杭頭部材１１の先端から所定長さだけ突出するよう
に定着された杭本体１よりも曲げ剛性が小さい鋼棒など
の水平力伝達部材２、水平力伝達部材２を杭頭部材１１
に固定するための中詰めコンクリート３、およびドーナ
ツ状の平盤１３と杭頭部材１１の先端フランジ部間にベ
アリングや鋼球などの球体を配設するなどして構成され
る水平スライド機構８からなっている。本実施形態によ
っても、上述した第２の実施形態の場合と同様の効果が
期待できる。

【００３５】本実施形態の構成によれば、メンテナンス
上可能な場合には、図７に示すように、杭頭ユニット１
２の内部に液体状またはゲル状の減衰材１４を充填する
ことによって、地震時の構造物の振動をより速やかに減
衰させる効果を期待することができる。この場合、ドー
ナツ状の平盤１３と水平力伝達部材２間の間隙１６の上
部に構造物基礎スラブ４を貫通する孔１５を数本あらか
じめ設けておき、この孔１５を通して減衰材１４の補充
・交換を行うような構造とすればよい。

【００３６】また、水平力伝達部材２による構造物への
入力地震動の長周期化によって所定の性能が得られるよ
うに設計した上で、ドーナツ状の平盤１３と水平力伝達
部材２の間隙１６に積層ゴムなどの高減衰材料を設置す
れば、高減衰材料の耐用年数までの付加的な効果とし
て、構造物の振動をより速やかに減衰せこる効果を期待
することもできる。

【００３７】さらに、構造上可能な場合には、例えば図
８に示す第４の実施形態のごとく、メンテナンスに配慮
した上で高減衰材料を併用することにより、構造物の振
動をより速やかに減衰させる効果を高めることができ
る。

【００３８】図８に示した免震杭は、水平伝達部材２と
構造物基礎スラブ４との間に、減衰材１８として積層ゴ
ムなどの高減衰材料を挟み込んだものである。減衰材１
８はこれを納める形状に成形した鋼製接合治具１７等を
介して設置され、さらに水平力伝達部材２の頂部に接合
ボルト１９等を用いて上から円盤状の減衰材定着部材２
０を止め付けることによって、水平力伝達部材２と基礎
スラブ４の間に組み込まれている。

【００３９】本実施形態によれば、構造物への入力地震
動の長周期化の他、水平力伝達部材２および減衰材定着
部材２０の変形を減衰材１８で吸収することによって構
造物の振動をより速やかに減衰させることができる。

【００４０】また、減衰材定着部材２０が着脱可能であ
ることから、これを取り外すことによって、簡単に積層
ゴムなどからなる減衰材１８の交換や補修などのメンテ
ナンスを施すことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明の免震杭
においては、地震時の水平力が杭頭部に定着された杭本
体よりも曲げ剛性の小さい水平力伝達部材を介して伝達
される構造であるため、杭から構造物へ伝達される地震
動を長周期化することができ、上部構造物の応答加速
度、すなわち地震時慣性力を低減することができる。

【００４２】したがって、従来のように杭が基礎スラブ
内に直接埋め込まれ地震力が杭から構造物へ直接伝達さ
れる構造に比べ、地震時の上部構造物への負荷を軽減す
ることができるばかりか、結果として、杭本体や杭と基
礎スラブの結合部への負荷も軽減することができる。

【００４３】また、水平力伝達部材の材質や断面性能、
構造物基礎スラブから杭本体への定着位置までの水平力
伝達部材のスパン等を様々に組み合わせることにより、
各種の構造物条件に見合った適切な免震杭を設計するこ
とができる。

【００４４】また、本願発明の免震杭は杭から構造物へ
の入力地震動を長周期化することによって構造物の応答
を低減するものであるから、杭本体内部の水平力伝達部
材は弾性範囲内で挙動することを基本としており、その
ため原則的には交換や補修などのメンテナンスを必要と
しない。

【００４５】さらに、杭本体の杭頭部を構成する鋼管杭
などを必要長さだけ切り出し、これに水平力伝達部材お
よび水平スライド機構を設け、あらかじめ一体化してお
くことによって杭頭ユニットを形成し、これを既成杭に
装着して免震杭を構成するようにすれば、製作性および
現場での施工性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の免震杭の第１の実施形態を示す鉛直
断面図である。

【図２】本願発明の免震杭の第２の実施形態を示す鉛直
断面図である。

【図３】第２の実施形態の免震杭を構成する杭頭ユニッ
トの鉛直断面図およびその平面図である。

【図４】杭頭ユニットの変形例を示す鉛直断面図であ
る。

【図５】本願発明の免震杭の第３の実施形態を示す鉛直
断面図である。

【図６】第３の実施形態の免震杭を構成する杭頭ユニッ
トの鉛直断面図およびその平面図である。

【図７】第３の実施形態の免震杭の変形例を示す鉛直断
面図である。

【図８】本願発明の免震杭の第４の実施形態を示す鉛直
断面図である。

【符号の説明】

Ｐ…免震杭、Ｌ…有効スパン、１…杭本体、２…水平力
伝達部材、３…中詰めコンクリート、４…基礎スラブ、
５…水平スライド機構、６…杭頭部材、７…平盤、８…
水平スライド機構、９…杭頭ユニット、１０…杭頭ユニ
ット、１１…杭頭部材、１２…杭頭ユニット、１３…ド
ーナツ状の平盤、１４…減衰材、１５…孔、１６…間
隙、１７…鋼製接合治具、１８…高減衰材料、１９…接
合ボルト、２０…減衰材定着部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 政信 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金 属工業株式会社内 (72)発明者 渡辺 則雄 茨城県つくば市大字鬼ケ窪1043 株式会社 熊谷組技術研究所内 (72)発明者 森 利弘 茨城県つくば市大字鬼ケ窪1043 株式会社 熊谷組技術研究所内 (72)発明者 濱田 尚人 茨城県つくば市大字鬼ケ窪1043 株式会社 熊谷組技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 構造物基礎スラブを杭頭部に設けた水平
   スライド手段により水平方向にスライド可能に支持し、
   一端が前記杭頭部に定着され他端が上方へ延びる杭本体
   よりも曲げ剛性の小さい水平力伝達部材の上部を前記構
   造物基礎スラブ内に定着させることで杭本体と構造物基
   礎スラブを結合してあることを特徴とする免震杭。
2. 【請求項２】 前記杭頭部は中空に形成されており、そ
   の中空部内に減衰材が充填されている請求項１記載の免
   震杭。
3. 【請求項３】 前記水平力伝達部材の上部を減衰材を介
   在させて前記構造物基礎スラブ内に定着させてある請求
   項１または２記載の免震杭。
4. 【請求項４】 既成杭の頭部に装着することで杭本体の
   杭頭部を構成する杭頭部材と、一端が前記杭頭部材に定
   着され他端が上方へ延びる杭本体よりも曲げ剛性の小さ
   い水平力伝達部材と、前記杭頭部の上面において構造物
   基礎スラブを水平方向にスライド可能に支持する水平ス
   ライド機構とをあらかじめ一体化してなることを特徴と
   する免震杭用杭頭ユニット。