JP2001073391A

JP2001073391A - 杭頭構造

Info

Publication number: JP2001073391A
Application number: JP24810699A
Authority: JP
Inventors: Takashi Takura; 隆田蔵; Akira Otsuki; 明大槻; Masayoshi Sato; 正義佐藤; Eiji Wakita; 英治脇田; Hideyuki Mano; 英之真野; Toshiyuki Iwamoto; 利行岩本; Noriyuki Arakawa; 範行荒川; Masayuki Okawa; 雅之大川
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Kubota Corp; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Kubota Corp; Shimizu Corp
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 1999-09-02
Publication date: 2001-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】小中規模の地震に対しては基礎杭と上部構造物
との間に、剛結合的な強度が期待でき、一方、大規模の
地震に対しては、基礎杭と上部構造物との接触界面に滑
りを生じさせ、基礎杭に大きな曲げモーメントが発生し
ないようにするとと共に上下振動による基礎杭と上部構
造物の浮き離れを防止することを課題とする。【解決手段】基礎杭１の杭頭１ａに設けられる基礎側球
面部材２に、該基礎側球面部材２の球面２ａを受ける球
面４ａを有する上部構造物側の上部球面部材４が重ねら
れ、かつ該上部球面部材４は前記基礎側球面部材２に対
し周縁の対面距離より長い連結部材６で、周方向の適宜
間隔ごとに連結されてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、基礎杭と上部構
造物との結合状況が地震の大きさによって変化する杭頭
の結合構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビルなどの建築物を構築する場
合、支持地盤まで埋め込んだ杭にビルなどの上部構造物
を支持させ、これによって上部構造物全体を支持するこ
とが一般に行なわれている。従来では杭頭を建物に剛に
結合することとされてきたが、この場合、地震時に杭頭
に水平力を受けた場合、杭頭が破壊される危険が大きい
懸念があり、これを防ぐため杭頭部を大きく拡径するな
どの補強が必要となる問題があった。

【０００３】一方、杭頭に生じる応力を低減するため、
建物に対し杭頭を相対回転できるように結合し杭頭の応
力を開放するようにしたピン結合構造や、建物に対し杭
頭をすべり移動できるようにして杭頭の応力を開放する
ようにしたローラ結合構造が提案されている（例えば特
開平1-284613号公報、同8-120687号公報、同10-227039
号公報、同10-227040号公報）。

【０００４】しかし、この場合、杭頭をピン結合構造や
ローラ結合構造で結合としたことにより、建物の変位が
大きくなるといった問題があり、梁などの構造強度を強
くしておく必要がある問題があった。さらに、地震の振
動には水平動と上下動があり、激しい上下動を伴なう地
震の場合、上記のような杭頭接合の構造の場合、引き抜
き力が生じたとき、杭頭と上部構造物が浮き離れする問
題があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、中小規模
の地震に対しては基礎杭と上部構造物との間に、剛結合
的な強度が期待でき、一方、大規模の地震に対しては、
基礎杭と上部構造物との接触界面に滑りを生じさせ、基
礎杭に大きな曲げモーメントが発生しないようにすると
共に、激しい上下動を伴なう地震があった場合に、ロッ
キング作用により杭頭から上部構造物が浮き離れするの
を防止することを課題としてなされたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
この発明の杭頭構造は、基礎杭の杭頭に設けられる基礎
側球面部材に、該基礎側球面部材の球面を受ける球面を
有する上部構造物側の上部球面部材が重ねられ、かつ該
上部球面部材は前記基礎側球面部材に対し周縁の対面距
離より長い連結部材で、周方向の適宜間隔ごとに連結さ
れてなるものである。

【０００７】従って、この発明によれば地震によるロッ
キング作用により杭頭部の軸力変動が大きい場合でも連
結部材により両部材が浮き離れしてしまうのが防止され
る。また、連結部材は両球面部材の対面距離より長くさ
れているので、その長くされた分だけ両球面部材は接触
球面に沿ってすべり移動又は相対回転でき、杭頭および
杭の地中部での大きな曲げモーメントの発生が防止でき
るのである。

【０００８】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態を説
明する。図１は、この発明の実施の形態の杭頭構造を示
す断面図、図２は地盤に埋め込まれた杭と上部構造物と
の関係を示す説明断面図である。図１において、１は地
盤５に埋め込まれた基礎杭を示し、この基礎杭１の杭頭
１ａに凸球面２ａを有した基礎側球面部材２が、球面が
上面となるように取り付けられている。図中２ｂは基礎
側球面部材２と基礎杭１とを接続する継手部を示し、基
礎杭１を受容する内径を有した筒状に形成されている。

【０００９】３は上部構造物、例えばビル等を示し、上
部構造物３の下面には前記基礎側球面部材２の球面２ａ
を受ける凹球面４ａを有する上部球面部材４が前記基礎
側球面部材２の対応位置に設けられている。なお、凸球
面２ａ、凹球面４ａの関係は、両者の曲率半径がほぼ等
しいか図示のように凸球面２ａの曲率半径が凹球面４ａ
の曲率半径よりやや小さくされていれば良く、要するに
凹球面４ａ内に凸球面２ａが受容される関係であれば良
い。

【００１０】図中４ｂは上部構造物３との取り付け座を
示す。また、上記基礎側球面部材２と上部球面部材４の
外周には、周方向に沿って適宜間隔毎に連結部材６用の
締結孔７…７が設けられ、ボルトナット、チェーン、連
結ロッドなどの連結部材６（図示例はボルトナット）で
連結されている。この、連結部材６は、基礎側球面部材
２と上部球面部材４とが接触球面を介してある程度の範
囲、矢印Ｒで示すように転動又は矢印Ｑで示すようにす
べり移動できるよう余裕Ｌをもって締結され、また、締
結孔７も図示のように円錐孔７…７とされ、転動時に連
結部材６に無理な力が生じないようにされている。

【００１１】上記基礎側球面部材２と上部球面部材４は
共に例えば鋳鉄製などで、両者の接触界面は荷重によっ
て中小規模地震程度では相互の界面に滑り移動が生じな
い摩擦係数となるようにし、それ以上の外力が加わった
場合に初めてすべり移動するような構成とされている。
このような摩擦係数とするため、鋳鉄製の場合は、凸球
面２ａ、凹球面４ａを鋳放したままの粗面とし、あるい
は凸球面２ａ、凹球面４ａの両者にスチールショットを
打つことによって粗面としあるいはピーニングハンマー
で打ち粗面とされる。

【００１２】さらに、図３（ａ）に示すように凸球面２
ａと凹球面（図示省略）の表面にそれぞれ放射格子状の
細溝２ｃを形成し、これによって適度な摩擦抵抗とする
ことのほか、図３（ｂ）に示すように一方の球面（図示
例は凸球面２ａ）表面に小突起２ｄ…２ｄを多数分散状
に設けると共に、他方の球面（図示例は凹球面４ａ）に
陥凹部４ｄ…４ｄを対応位置に設け両者を嵌合させるこ
とや、前記小突起２ｄに替え、図３（ｃ）に示すよう
に、一方の球面（図示例は凸球面２ａ）表面に同心円状
の突条２ｅ…２ｅを設けると共に、他方の球面（図示例
は凹球面４ａ）に同心円状の凹溝４ｅ…４ｅを対応位置
に設け両者を嵌合させ、これら小突起２ｄと陥凹部４ｄ
との係合ないしは突条２ｅと凹溝４ｅの係合により一定
以下の外力では両球面２ａ、４ａは相対移動せず、これ
を超える外力で初めてずれ移動するようにして、適度な
摩擦抵抗とすることもできる。

【００１３】なお、適度な摩擦係数とする手段として、
接触面間の粗面化による場合を説明したが、これに限ら
ず、基礎側球面部材２の球面２ａと上部球面部材４の球
面４ａとの曲率の差による接触面積の調整によっても良
く、さらに接触面積の調整と上記粗面との組み合わせに
よっても良い。次に、この発明の作用について説明す
る。

【００１４】図２に示すように硬い地盤あるいは此れに
相当する支持地盤まで埋込んだ基礎杭１の杭頭１ａに図
１に示すように基礎側球面部材２を固定する。次いで、
図１に示すように上部球面部材４を前記基礎側球面部材
２上に配置し、両者の周囲を連結部材６で余裕Ｌを持た
せた状態で連結する。そして、上部球面部材４の取り付
け座４ｂが上部構造物３と適正な取り合わせ姿勢となる
ようにして上部構造物３を構築する。

【００１５】構築後は上部構造物３の重量は基礎側球面
部材２と上部球面部材４との接触界面で基礎杭１によっ
て支持される。そして、接触界面には上部構造物の重量
が加わっているため摩擦抵抗により、中小規模の地震で
は基礎側球面部材２と上部球面部材４とはしっかりと一
体化したままの状態が維持され、剛結合的な構造とな
る。

【００１６】次に、大規模地震時の場合で摩擦抵抗を超
える外力が加わった場合、基礎側球面部材２と上部球面
部材４とは、結合部材６の余裕Ｌの範囲内で相対移動
し、大きな曲げモーメントの発生が防止される。さら
に、大規模の地震によるロッキング作用により杭頭部の
軸力変動が大きく、基礎杭１と上部構造物３との間に浮
き離れが生じようとしても、連結部材６で連結されてい
るため、余裕Ｌを超える上下振動は制限され、基礎側球
面部材２と上部球面部材４とが浮き離れしてしまうのも
防止される。

【００１７】上記実施の形態として、基礎杭１が鋼管、
鋳鉄管などを打ち込んだものの場合を示したが図４に示
すように、施工現場にてコンクリート打設により形成さ
れる場合であっても同様に実施できる。図４において、
杭１は、地盤５に設けた掘削孔１ｄ内に配筋された鉄筋
１ｂと打設されたコンクリート１ｃとからなり、杭１の
上面にレベル調整モルタル１ｅを充填して平らにし、そ
の上に鉄板１ｆを鉄筋１ｂの上端部などを利用してボル
トナット１ｇによりねじ留めし、その鉄板に締結部材６
により基礎側球面部材２が固定される。

【００１８】上部構造物３の基礎梁の中に上部球面部材
４が鉄板３ａ又は上部構造物を構成する鉄筋３ｂに固定
されている。なお、図中１０は栗石、１１は表面均し用
の打設コンクリートを示す。この実施の形態の場合も、
基礎杭１と上部構造物３とは凸球面２ａと凹球面４ａで
支持され、中小規模の地震時には剛構造として、大規模
の地震時には、結合部材６の余裕Ｌの範囲内で相対移動
し、大きな曲げモーメントの発生が防止される。また、
連結部材により浮き離れ防止構造として機能する。

【００１９】上記実施の形態の他の構成例として、図５
に示すように基礎側球面部材２の球面２ａを凹球面、上
部球面部材４の球面４ａを凸球面としても良い。なお、
図５に示した構造は、球面２ａ、４ａの凹凸関係が異な
るだけで他は図１に示した構造と同じであるため同一符
号を付すことにより詳細な説明は省略する。

【００２０】基礎側球面部材２と上部球面部材４との他
の連結構造として、図６（ａ）（ｂ）に示すような構造
としても良い。即ち、基礎側球面部材２の周縁に、下底
部の形状が図６（ｂ）に示すように幅広の凸字状をなす
係止溝２ｃを形成すると共に、この溝２ｃに嵌合する凸
字状基部を有した係止部材６ａを嵌合しボルト１２によ
り固定し、係止部材６ａ上部に形成した窓孔６ｂに図６
（ａ）に示すように上部球面部材４の周縁に径方向に突
設した係止突起４ｃを挿入するようにし、前記窓孔６ｂ
の大きさを前記係止突起４ｃの断面より大きくして余裕
Ｌを持たせる構成としても良い。

【００２１】この場合係止突起４ｃと窓孔６ｂとの係合
により浮き離れが防止される。なお、図６（ａ）（ｂ）
において、図１と同一符号で示す部材は図１に示した部
材と同一又は相当する部材を示すため詳細な説明は省略
する。さらに、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように基
礎側球面部材２の周縁２ｄに底部断面が図７（ｃ）に示
すようにＬ字状に曲折された係合孔２ｅ…２ｅを形成
し、上部球面部材４の周縁に図７（ａ）（ｃ）に示すよ
うに前記係合孔２ｅに係合するフック部６ｃを有する連
結部材６ｄを一体に突設し、基礎側球面部材２上に上部
球面部材４を被せ図７（ｃ）に示すように矢印Ｓ方向へ
回転させることにより係合させ取り付けるようにしても
良い。

【００２２】上部球面部材の浮き離れは、フック部６ｃ
のＬ字状の係合孔２ｅに対する係合により防止される。
なお、この実施の形態の場合、上部球面部材４の取り付
けがワンタッチ式で可能となり施工が容易となる。な
お、図７（ａ）〜（ｃ）において、図１と同一符号で示
す部材は図１に示した部材と同一又は相当する部材を示
すため詳細な説明は省略する。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればビ
ルなどの上部構造物を基礎杭で支持する場合に、中小規
模地震のときは剛結合構造として、大規模地震時にはあ
る大きさの曲げモーメントを伝達しながら滑り移動する
機能を有した構造となるので、杭頭の拡径などの対策を
行なわなくても良く杭の断面性能を大きくする必要が無
い。しかも、地震によるロッキング作用により杭頭部の
軸力変動が大きい場合にも連結部材により浮き離れが防
止される効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施の形態を示す要部拡大断面図
である。

【図２】杭と上部構造物との関係を示す説明断面図であ
る。

【図３】実施の形態において適度な摩擦抵抗とするため
の他の構成例を示す要部説明図であり、（ａ）は放射溝
により、（ｂ）は突起により、（ｃ）は同心円状突条に
より摩擦抵抗を大きくしたものである。

【図４】この発明の実施の形態の他の構成例を示す要部
拡大断面図である。

【図５】この発明の実施の形態のさらに他の構成例を示
す要部拡大断面図である。

【図６】この発明の実施の形態の他の構成例を示す部分
説明図であり（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−
ｂ線矢視断面図である。

【図７】この発明の実施の形態のさらに他の構成例を示
す部分説明図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は平面
図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１基礎杭１ａ杭頭２基礎側球面部材２ａ凸球面３上部構造物４上部球面部材４ａ凹球面６連結部材７連結部材用の締結孔Ｌ余裕

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大槻明東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者佐藤正義東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者脇田英治東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者真野英之東京都港区芝浦一丁目２番３号清水建設株式会社内 (72)発明者岩本利行兵庫県尼崎市大浜町２丁目26番地株式会社クボタ武庫川製造所内 (72)発明者荒川範行兵庫県尼崎市大浜町２丁目26番地株式会社クボタ武庫川製造所内 (72)発明者大川雅之兵庫県尼崎市大浜町２丁目26番地株式会社クボタ武庫川製造所内Ｆターム(参考） 2D041 AA01 AA02 BA19 BA37 DA01 DB02 DB06 2D046 CA03 DA11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基礎杭の杭頭に設けられる基礎側球面部
材に、該基礎側球面部材の球面を受ける球面を有する上
部構造物側の上部球面部材が重ねられ、かつ該上部球面
部材は前記基礎側球面部材に対し周縁の対面距離より長
い連結部材で、周方向の適宜間隔ごとに連結されてなる
杭頭構造。