JP2010127031A

JP2010127031A - 建物

Info

Publication number: JP2010127031A
Application number: JP2008304213A
Authority: JP
Inventors: Makoto Hamada; 真濱田; Toshio Maekawa; 利雄前川; Yusuke Kondo; 祐輔近藤
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2008-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2010-06-10

Abstract

【課題】杭を地上部柱として利用する構造で屋根荷重の大きい建物とする場合に、梁に加わる曲げモーメントが杭に伝達されないようにして、杭の耐力を小さくでき、建築コストを低減できる建物を提供する。
【解決手段】下部が地盤１０中に埋め込まれるとともに上部が地上に突出するように設けられた筒状の杭２を柱として利用した建物において、杭２の杭頭面２５に載置されて上方向への移動を許容された梁３と、梁３にせん断力が加わった場合にせん断力を杭２に伝達するせん断力伝達手段４とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、下部が地盤中に埋め込まれるとともに上部が地上に突出するように設けられた筒状の杭を柱として利用する建物に関する。

筒状の既製杭を地上部柱として利用した構造の建物が知られている（例えば、特許文献１等参照）。この建物は、一般に、杭頭と梁とがボルト接合されて、梁の上に屋根が設けられた構造であり、基本的には小さな屋根荷重のみを支える構造となっている。
特許第３０９８７１９号公報

最近では、屋上を駐車場や店舗スペース等に利用した屋根荷重の大きい構造の建物においても上記構造を採用したいという要望が増えている。しかしながら、屋根荷重が大きくなると、地震時に屋根に作用する水平力（せん断力）も大きくなり、このせん断力を杭に伝達する必要がある。この場合、上述したような杭頭と梁とを接合するボルトだけでせん断力を杭に伝達しようとすると、ボルトの軸径が過大となり、設計できない可能性がある。また、杭頭と梁とを溶接などの剛接合で接合することによって、梁に加わるせん断力を杭に伝達する構造とした場合、せん断力だけでなく、梁に加わる曲げモーメントも杭に伝達されることになるので、杭の耐力を上げる必要が生じるという課題があった。
そこで、本発明は、杭を地上部柱として利用する構造で屋根荷重の大きい建物とする場合に、梁に加わる曲げモーメントが杭に伝達されないようにして、杭の耐力を小さくでき、建築コストを低減できる建物を提供する。

本発明の建物によれば、下部が地盤中に埋め込まれるとともに上部が地上に突出するように設けられた筒状の杭を柱として利用した建物において、杭の杭頭面に載置されて上方向への移動を許容された梁と、梁にせん断力が加わった場合にせん断力を杭に伝達するせん断力伝達手段とを備えたので、地震時において梁に加わる曲げモーメントが杭に伝達されないので、杭の耐力を小さくでき、建物の建築コストを低減できる。また、曲げモーメントを考慮せずに杭の耐力強度計算を行えるので、杭の耐力強度計算が容易となる。
せん断力伝達手段が、梁と接合されて梁にせん断力が加わった場合に杭頭部の筒の内周面又は杭頭部の筒の外周面に接触してせん断力を杭に伝達するせん断力伝達部材により形成されたので、梁と接合されたせん断力伝達部材だけでせん断力を杭に伝達できるので、せん断力伝達手段の構成を少なくでき、構造を簡単にできる。
せん断力伝達手段が、梁と接合されて杭の杭頭面から杭の筒内に挿入されて設置されたせん断力伝達部材と、杭の筒内に設置されたせん断力伝達部材と筒内の内周面との間を埋めるように設けられたせん断力伝達媒体とにより形成されたので、せん断力伝達部材として端材を用いることが可能となり、部材コストを低減できる。
せん断力伝達手段が、梁の上面を跨いで両端が杭の筒の内側に設置された複数のせん断力伝達部材と、杭の筒の内側に設置された複数のせん断力伝達部材と筒の内周面との間を埋め、かつ、杭頭面の上方に位置する複数のせん断力伝達部材の周り及び梁の周りを覆うように設けられたせん断力伝達媒体とにより形成されたので、せん断力伝達部材の設置本数を多くでき、せん断力を確実に杭に伝達できる。
梁が緩衝部材を介して杭の杭頭面に載置されたので、杭頭面に加わる衝撃を緩和できて、杭頭面の破壊を防止できる。

最良の形態１
図１乃至図３は最良の形態１を示し、図１は建物の杭と梁との接合部分を示す断面図、図２は建物の全体を示す断面図、図３は建物の杭と梁との接合部分を示す斜視図である。

図１；図２に示すように、建物１は、杭２と梁３とせん断力伝達手段４と屋根構造物６とを備える。

杭２は、断面円形の円筒状に形成された中空杭であって、例えば、遠心締固め方法と呼ばれる製造方法によって形成された遠心力高強度プレストレスト鉄筋コンクリート杭（ＰＲＣ杭）などの既製杭が用いられる。杭２は、下部が地盤１０中に埋め込まれるとともに上部が地上に突出するように、地盤１０に垂直に設置される。杭２は、例えば、上端面と下端面とに貫通する貫通孔２０を有した断面円形の円筒状を形成するコンクリート部２１と、コンクリート部２１に緊張を与えるために円筒状のコンクリート部２１の筒軸（杭２の中心軸２６）に沿ってコンクリート部２１の上下に貫通するように設けられ、円筒状のコンクリート部２１の円筒の円に沿って所定間隔隔てて配設された複数の図外のＰＣ鋼線と、円筒状のコンクリート部２１の環状の上端面及び下端面に取付けられて図外のＰＣ鋼線の両端部が定着された金属製の端板２３とを備える。端板２３は、貫通孔２０と一致する径に形成されてコンクリート部２１の上端面及び下端面に取付けられることによって貫通孔２０と連続する同径の貫通孔２４を備えた中央穴あき円板であり、端板２３の外周径とコンクリート部２１の上端面及び下端面の外周径とがほぼ同じ径に形成される。コンクリート部２１の上端面に取付けられた端板２３の上面が杭２の杭頭面２５を形成する。

梁３は、例えば、図３に示すように、Ｈ形鋼を用いた鉄骨梁により形成される。梁３は、杭２の杭頭面２５に載置される交差部３０と、交差部３０同士を繋ぐ梁本体部３１とを備える。交差部３０は、例えば、第１Ｈ形鋼３２と第２Ｈ形鋼３３と第３Ｈ形鋼３４とが組み合わされて十字状に形成される。第１Ｈ形鋼３２は、一方フランジ面３５が杭２の杭頭面２５に載置されて杭２の中心軸２６と直交する方向に長く延長する。第２Ｈ形鋼３３及び第３Ｈ形鋼３４は、杭２の中心軸２６及び第１Ｈ形鋼３２の長手方向と直交する方向に延長するように第１Ｈ形鋼３２の長手方向の中央部に接合される。つまり、第２Ｈ形鋼３３の一端における上下のフランジ３６ａ；３６ｂの一端縁と第１Ｈ形鋼３２の長手方向の中央部における上下のフランジ３７ａ；３７ｂの一方の側縁とが溶接による溶接部３８で接合される。第３Ｈ形鋼３４の一端における上下のフランジ３９ａ；３９ｂの一端縁と第１Ｈ形鋼３２の長手方向の中央部における上下のフランジ３７ａ；３７ｂの他方の側縁とが溶接による溶接部３８で接合される。梁本体部３１は、地盤１０より突出するように設けられた複数の杭２の杭頭面２５にそれぞれ載置されて互いに隣り合う交差部３０同士を繋ぐ、例えば、Ｈ形鋼により形成される。交差部３０を形成するＨ形鋼と梁本体部３１を形成するＨ形鋼とが、両方のＨ形鋼に例えばボルト接合で連結される連結プレート１１により接合される。交差部３０の一方フランジ面３５における十字の中心と地盤１０に垂直に設置された杭２の中心軸２６とが一致するように、交差部３０を構成する第１Ｈ形鋼３２乃至第３Ｈ形鋼３４の一方のフランジ面３５が杭２の杭頭面２５に載置される。即ち、梁３の交差部３０の一方フランジ面３５が杭２の杭頭面２５に載置されて梁３が上方向への移動を許容された構造である。

屋根構造物６は、例えば、互いに対向する梁３；３間を跨ぐように設置された図外の小梁と、小梁上に設置された図外のデッキプレートと、デッキプレートの上に構築された図外の鉄筋コンクリート構造体とにより構築され、当該鉄筋コンクリート構造体の表面（屋上面）が例えば駐車場、店舗スペース、イベントスペース等として利用される。

せん断力伝達手段４は、梁３の交差部３０の下面に溶接などで接合されて杭２の杭頭面２５から杭２の筒内（貫通孔２０内）に挿入されて設置され、梁３にせん断力が加わった場合に、杭頭部２７の筒の内周面４４に接触してせん断力を杭２に伝達するせん断力伝達部材４３により形成される。せん断力伝達部材４３としては、例えば、杭２の杭頭部２７の筒の内径寸法に対応した内径寸法に形成された円鋼管や角鋼管、あるいは、杭２の杭頭部２７の筒の内周面４４と接触又は若干の隙間を介して杭２の筒内に挿入可能なＨ形鋼などの金属材が用いられる。

以上の構成により、地震時に、屋根構造物６に作用するせん断力が梁３に加わった場合には、せん断力伝達手段４としてのせん断力伝達部材４３が杭頭部２７の筒の内周面４４に接触してせん断力を杭２に伝達するが、梁３に曲げモーメントが加わった場合には、梁３が杭２の杭頭面２５に載置されて上方向への移動を許容された構造であり、梁３が上方向に移動する（浮き上がる）ため、曲げモーメントは杭２に伝達されない。

最良の形態１の建物によれば、梁３にせん断力が加わった場合には、せん断力が杭２に伝達されるが、梁３に曲げモーメントが加わった場合には、曲げモーメントが杭２に伝達されないので、杭２としては、屋根構造物６及び梁３から加わる軸力に耐えることができ、かつ、梁３から伝達されるせん断力に抵抗できるものを使用すればよい。よって、杭２と梁３とが剛接合で接合されて梁３に加わる曲げモーメントが杭２に伝達される構造と比べて、杭２の耐力を小さくでき、建築コストを低減できる。また、杭２の耐力計算において曲げモーメントを考慮せずともよくなって、杭２の耐力強度計算が容易となる。また、梁３と接合されたせん断力伝達部材４３だけでせん断力を杭２に伝達できるので、せん断力伝達手段４の構成を少なくでき、構造を簡単にできる。

最良の形態２
図４に示すように、せん断力伝達手段４が、杭２の杭頭面２５に載置された梁３の下面に溶接などで接合されて梁３にせん断力が加わった場合に杭２の杭頭部２７の筒の外周面２９に接触してせん断力を杭２に伝達するせん断力伝達部材４３Ａにより形成された構成とした。せん断力伝達部材４３Ａは、例えば、金属製のブラケットにより形成される。せん断力伝達部材４３Ａは、杭２の杭頭部２７の筒の外周面２９のそれぞれ９０°隔てた位置に接触可能なように設けられる。つまり、せん断力伝達部材４３Ａは、例えば、梁３の交差部３０の一方フランジ面３５における十字の中心を中心とした円の軌跡上においてそれぞれ９０°隔てた位置の梁３の一方フランジ面３５に溶接などで接合されて設けられる。
最良の形態２の建物１によれば、地震時に、梁３にせん断力が加わった場合には、せん断力伝達部材４３Ａが杭頭部２７の筒の外周面２９に接触してせん断力を杭２に伝達するとともに、梁３に曲げモーメントが加わった場合には、梁３が杭２の杭頭面２５に載置された構成のため、梁３が上方向に移動する（浮き上がる）ので、曲げモーメントは杭２に伝達されない。従って、最良の形態１と同じ効果が得られる。また、せん断力伝達手段４を杭２の内側に設けなくともよいので、杭２として、中実の杭を用いることも可能となる。また、梁３と接合されたせん断力伝達部材４３Ａだけでせん断力を杭２に伝達できるので、せん断力伝達手段４の構成を少なくでき、構造を簡単にできる。

最良の形態３
図５に示すように、せん断力伝達手段４が、梁３の交差部３０の下面に溶接などで接合されて杭２の杭頭面２５から杭２の筒内に挿入されて設置されたせん断力伝達部材４３Ｂと、杭２の筒内に設置されたせん断力伝達部材４３Ｂと筒の内周面４４との間を埋めるように設けられたせん断力伝達媒体４５とにより構成した。せん断力伝達部材４３Ｂは、梁３の交差部３０の一方フランジ面３５の十字の中心部に溶接により接合され、杭２の中心軸２６に沿って延長するように設けられた、例えば、Ｈ形鋼などの金属材により形成される。せん断力伝達媒体４５は、例えば、コンクリートにより形成される。尚、杭２の筒内には予めせん断力伝達媒体４５としてのコンクリートを打設するための型枠底材１２が設けられる。この型枠底材１２は、例えば、杭２の上端面に固定された吊部材１３の下端に取付けられる。
最良の形態３によれば、地震時に、梁３にせん断力が加わった場合には、せん断力がせん断力伝達部材４３Ｂ及びせん断力伝達媒体４５を介して杭２に伝達されるとともに、梁３に曲げモーメントが加わった場合には、梁３が杭２の杭頭面２５に載置された構成のため、梁３が上方向に移動する（浮き上がる）ので、曲げモーメントは杭２に伝達されない。従って、最良の形態１と同じ効果が得られる。また、せん断力伝達部材４３Ｂとしては、最良の形態１のような、杭頭部２７の筒の内径寸法に対応した内径寸法に形成された円管鋼、杭頭部２７の筒の内周面４４と接触又は若干の隙間を介して挿入可能なＨ形鋼などのせん断力伝達部材４３を用いる必要がなく、杭頭部２７の筒内に挿入可能なものであればどのようなものでも用いることができる。つまり、せん断力伝達部材４３Ｂとしては、金属材の端材などを用いることができるので、部材コストを低減できる。

最良の形態４
図６；図７に示すように、せん断力伝達手段４が、梁３の上面７０を跨いで両端７９が杭２の筒の内側に設置された複数のせん断力伝達部材４３Ｃとしての鉄筋と、筒の内側に設置された複数のせん断力伝達部材４３Ｃと筒の内周面４４との間を埋め、かつ、杭頭面２５の上方に位置する複数のせん断力伝達部材４３Ｃ及び梁３の周りを覆うように設けられたせん断力伝達媒体４５としてのコンクリートにより形成された構成とした。杭頭面２５の上方に設けるコンクリートは図外の型枠を用いて打設形成される。杭頭部２７の筒内に設けられるコンクリートは、型枠底材１２を用いて打設形成される。
最良の形態４によれば、最良の形態３と同じ効果が得られる。また、杭頭部２７の筒の内周面４４上における互いに９０°隔てた４箇所にせん断力伝達部材４３Ｃが配置されるので、杭頭部２７の筒の内周面４４に近い位置にせん断力伝達部材４３Ｃを配置でき、しかも、せん断力伝達部材４３Ｃの設置本数を多くできるので、せん断力を確実に杭２に伝達できる。また、梁３の上面７０を跨ぐようにせん断力伝達部材４３Ｃを配置すればよいので、作業が容易となる。また、せん断力伝達部材４３Ｃとして鉄筋を用いることができ、部材コストを低減できる。

最良の形態５
図８に示すように、最良の形態１乃至最良の形態４において、梁３が硬質ゴムのような緩衝部材６２を介して杭２の杭頭面２５に載置された構成、即ち、梁３の下面である一方フランジ面３５と杭２の杭頭面２５との間に緩衝部材６２を介在させた構成とした。緩衝部材６２は、例えば、端板２３と同様の中央穴あき円板状に形成されたものを用いればよい。
最良の形態５の建物１によれば、緩衝部材６２を備えたので、杭頭面２５に加わる衝撃を緩和できて、杭頭面２５の破壊を防止できる。

せん断力伝達媒体４５としては、コンクリート以外に、例えば、モルタルなどを用いることができる。
杭２として、遠心力高強度プレストレストコンクリート杭（ＰＨＣ杭）、外殻鋼管付きコンクリート杭（ＳＣ杭）などの既製杭を用いてもよい。
杭２は、断面正方形の管状に形成された既製杭を使用してもよい。

建物の杭と梁との接合部分を示す断面図（最良の形態１）。建物の全体を示す断面図（最良の形態１）。（ａ）は建物の杭と梁との接合部分を分解した状態を示す斜視図、（ｂ）は建物の杭と梁との接合部分を示す斜視図（最良の形態１）。（ａ）は建物を梁の上から見た平面図、（ｂ）は建物の杭と梁との接合部分を示す断面図（最良の形態２）。建物の杭と梁との接合部分を示す断面図（最良の形態３）。（ａ）は建物を梁の上から見た平面図、（ｂ）は建物の杭と梁との接合部分を示す断面図（最良の形態４）。（ａ）は建物の杭と梁との接合部分を分解した状態を示す斜視図、（ｂ）は建物の杭と梁との接合部分を示す斜視図（最良の形態４）。建物の杭と梁との接合部分を示す断面図（最良の形態５）。

符号の説明

１建物、２杭、３梁、４せん断力伝達手段、２５杭頭面、
２７杭頭部、４３；４３Ａ；４３Ｂ；４３Ｃせん断力伝達部材、
４５せん断力伝達媒体、６２緩衝部材。

Claims

下部が地盤中に埋め込まれるとともに上部が地上に突出するように設けられた筒状の杭を柱として利用した建物において、杭の杭頭面に載置されて上方向への移動を許容された梁と、梁にせん断力が加わった場合にせん断力を杭に伝達するせん断力伝達手段とを備えたことを特徴とする建物。
せん断力伝達手段が、梁と接合されて梁にせん断力が加わった場合に杭頭部の筒の内周面又は杭頭部の筒の外周面に接触してせん断力を杭に伝達するせん断力伝達部材により形成されたことを特徴とする請求項１に記載の建物。
せん断力伝達手段が、梁と接合されて杭の杭頭面から杭の筒内に挿入されて設置されたせん断力伝達部材と、杭の筒内に設置されたせん断力伝達部材と筒内の内周面との間を埋めるように設けられたせん断力伝達媒体とにより形成されたことを特徴とする請求項１に記載の建物。
せん断力伝達手段が、梁の上面を跨いで両端が杭の筒の内側に設置された複数のせん断力伝達部材と、杭の筒の内側に設置された複数のせん断力伝達部材と筒の内周面との間を埋め、かつ、杭頭面の上方に位置する複数のせん断力伝達部材の周り及び梁の周りを覆うように設けられたせん断力伝達媒体とにより形成されたことを特徴とする請求項１に記載の建物。
梁が緩衝部材を介して杭の杭頭面に載置されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の建物。