JP5527246B2 - Ｈ形鋼杭 - Google Patents

Description

本発明は、杭の断面２次モーメントがＸＹの２方向で等価なＨ形鋼杭に関する。

建築構造物の基礎などに用いられる鋼製杭は鋼管を用いる場合が多い。鋼管は円断面であるため，水平２方向の断面２次モーメントが等価で，強軸方向，弱軸方向が存在せず，任意の方向からの地震や外力に対して断面剛性の差が無く均等に抵抗する。

一方，柱材にはＨ形鋼が用いられることが多く，杭が鋼管であれば，両部材を接合する際，断面形状の違いを吸収するための接合構造が必要になる。なお，Ｈ形鋼の場合、図７に示すようにＨ形鋼１のフランジ２と平行な方向をＸ方向、ウェブ３と平行な方向をＹ方向とすると、ＸＹ方向の断面２次モーメントはＩｘ（１１）＞＞Ｉｙ（１２）となるが、柱材はＨ形断面であっても壁，ブレース取り付けによる剛性調整により，強軸方向，弱軸方向の存在による剛性の方向依存性はさほど問題とならない。

しかし，杭本体は，地下構造で，地震動が任意の方向から来る可能性を考慮すると，強軸，弱軸方向の存在は抵抗力に異方性を生じさせ、方向によっては耐震性が低下する。

特許文献１は，Ｈ形鋼杭およびその施工方法に関し、基礎杭としてＨ形鋼杭を用いる場合、Ｈ形断面の杭頭部の断面２次モーメントを２方向で等価にするため，杭頭部のＨフランジ先端間に板状部材を溶接し，箱形断面とすることが記載されている。

また、断面寸法の異なる部材を接合する他の例として、特許文献２は山留めＨ形鋼杭の接合構造およびその接合工法が記載され、地下構造物を構築する際、山留めＨ形鋼の、削孔内における上杭と下杭の接合部近傍の形状を適宜変えてジョイント部材で連結することが開示されている。

特開平１１−２９３６６７号公報 特開２００８−１７５０２５号公報

ところで、建築構造物の基礎などの土木工事では、上部構造の柱部材との接合などの性能を満足させつつ、建設コストや部材コストの低減が常に要望され、柱や杭の加工コストを低減したり、安価な施工方法の開発が課題とされている。

しかしながら、特許文献１記載の基礎杭としてＨ形鋼杭を用いる場合、板状部材をＨフランジ先端間に合わせる加工や、溶接するなどの費用が発生する。特許文献２記載の山留めＨ形鋼杭の接合構造では、接合部を挟む上下で形状を一致させる加工が必要で，安価な杭頭構造とは言い難い。

そこで、本発明は、上記課題を解決するため、鋼管よりも安価なＨ形鋼を擬似的に鋼管のように用いることで，部材のコスト競争力を高め、また溶接などによる加工を用いない安価で簡便な製造方法を提供することを目的とする。

本発明の課題は以下の手段で達成可能である。
１．Ｈ形鋼杭であって、杭長において水平力による曲げ剛性を必要とする部分は、フランジを相対するフランジの先端の距離が近づくように湾曲させてＸＹの２方向の断面２次モーメントを略等価とすることを特徴とするＨ形鋼杭。
２．フランジ先端同士の不連続部による断面２次モーメントのＸＹ方向における不等をフランジにテーパ部を設けて解消させることを特徴とする１記載のＨ形鋼杭。

本発明によれば、水平面内の如何なる方向の地震動に対しても均一な剛性で抵抗可能で、施工性の向上とコストの低減の両立させたＨ形鋼杭が得られ、産業上極めて有用である。

本発明に係る一実施例 本発明に係る他の実施例で（ａ）は擬似鋼管断面、（ｂ）は改良Ｈ形鋼断面を示す。 本発明に係る他の実施例 本発明に係る他の実施例 本発明の一実施例 杭に係る曲げモーメント分布を示す図。 Ｈ形鋼における断面２次モーメントを示す図。

本発明は、Ｈ形鋼のＨ形断面の断面２次モーメントをＸＹの２方向で等価にするため，フランジを相対するフランジの先端の距離が近づくように湾曲させることを特徴とする。以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

図５は、本発明に係るＨ形鋼杭の杭頭部近傍の外観形状を説明する図で、杭体５の杭頭部５ａは、杭体５本来の部材形状であるＨ形断面で、地表面下はＨ形由来の擬似鋼管断面とする。

図１は、擬似鋼管断面を説明する図でＨ形鋼１のフランジ２はフランジ先端２ａの両方がウェブ３を軸に対称に、ウェブ３側を向いて、上下フランジ２の外表面が同一円周上となるように湾曲している。ウェブ３は直線状のままとする。図示した擬似鋼管断面は断面が円状のため，Ｉｘ≒Ｉｙである。

図６に、地表面において水平力が作用した場合の地中における杭体５の曲げモーメント分布を示す。曲げモーメントは杭頭部５ａ（Ｇ．Ｌ．の直下）で最も大きく、杭本体５ｂから最も下部の杭先端５ｃにかけて減少し、杭先端５ｃでは消滅する。

従って、杭５において曲げモーメントの絶対値がある境界値より大きい箇所のみ図１に示した擬似鋼管断面とし，それ以外をＨ形断面のままとすることで，曲げ加工部分を最小限とし，加工費を最小化することが可能である。

すなわち、柱部材（図示しない）との接合を重視する杭頭部５ａにおいては，柱部材がＨ形断面であることが多いことからＨ形断面形状のままとし，地表面（Ｇ．Ｌ．）より下方で２方向に対する断面剛性の均一性が要求される部分は，擬似鋼管断面とする。断面剛性が重要でない部分については，地表面よりも下部であってもＨ形断面形状のままで良い。

図示した擬似鋼管断面は断面が円状のため，Ｉｘ≒Ｉｙであるが、フランジ２の厚みが一定のため，フランジ２を湾曲させて円状にしたとしても，フランジ先端２ａ同士が離れている部分は断面が欠損しているため，わずかにＩｘがＩｙよりも大きい。

図２に、フランジ先端同士の不連続部によるＸＹ方向の断面２次モーメントの相違を解決した擬似鋼管断面（ａ）と改良Ｈ形鋼の断面形状（ｂ）を示す。改良Ｈ形鋼１のフランジ２はフランジ先端２ａにかけて先端部が厚くなるようにテーパー部２ｂを有する。テーパ部２ｂの形状はＩｘとＩｙが等しくなるように適宜決定する。

本発明では、Ｈ形鋼の断面２次モーメントをＸＹの２方向で等価にする断面形状を擬似鋼管断面に限定しない。断面２次モーメントがＸＹの２方向で等価となるようにフランジを相対するフランジの先端の距離が近づくように湾曲させた形状であれば良く、図３に示す角型断面、図４に示す多角形断面とすることが可能である。

なお，フランジを湾曲させる方法は，冷間でプレス加工するのが最も安価であると考えられる。鋼管のコストは一般的にはＨ形鋼よりも高いこと，鋼管杭を用いた場合にはＨ形断面の柱部材との間に接続部材が必要になることから，本発明によれば基礎工事の低コスト化が可能である。

本発明にかかるＨ形鋼杭を地中において縦方向に接続する場合は，ボルト接合や溶接接合を用る。ボルトを用いる場合は，その接続部分のみ通常のＨ形鋼の形状とし，途中からフランジを湾曲させた形状とする。通常のＨ形鋼の断面部を有する長さは，Ｈ形鋼のフランジ幅程度あるいは接続時にボルトが締められるほどの空間を保てる程度でよい．
ソイルセメント柱として本発明にかかるＨ形鋼杭を用いる場合，プレボーリング工法によりソイルセメント柱を造成し，その中に湾曲したＨ形鋼杭を建て込む。先端部を根固めすることで、大きな先端支持力が得られる。

根固めの際，湾曲したＨ鋼杭先端のフランジ内外側に突起などを設け一体化を図ることができる。Ｈ形鋼先端部付近では，曲げモーメントの影響はないため，通常のＨ形鋼の形状で十分となる場合では，根固め球根内に設置されるＨ形鋼のフランジ外面や内面，ウェブに突起等を設け一体化を図れば，より大きな支持力が得られる。

１ Ｈ形鋼フランジ
２ フランジ
２ａ フランジ先端
２ｂ テーパ部
３ ウェブ
５ 杭体
５ａ 杭頭部
５ｂ 杭本体
５ｃ 杭先端

Claims (2)

1. Ｈ形鋼杭であって、杭長において水平力による曲げ剛性を必要とする部分は、フランジを相対するフランジの先端の距離が近づくように内側に湾曲させてＸＹの２方向の断面２次モーメントを略等価とすることを特徴とするＨ形鋼杭。
2. フランジ先端同士の不連続部による断面２次モーメントのＸＹ方向における不等をフランジにテーパ部を設けて解消させることを特徴とする請求項１記載のＨ形鋼杭。

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