JP5864686B1 - Pile foundation - Google Patents
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Abstract
【課題】1基を複数の杭で支える杭基礎において、杭頭部をつなぐフーチングを経済的に設計でき、且つ水平力に対する抵抗力・剛性・杭頭部固定度が方向によって相違しない杭基礎を提供する。【解決手段】免震構造もしくは耐震構造の構造物の柱1本もしくは免震装置1基の鉛直荷重を複数杭で支持する杭基礎において、杭周囲地盤の支持層における隣接杭の杭先端の間隔は、杭直径もしくは杭先端部直径に応じて決まる必要離間距離以上を確保しており、杭頭部は、相隣接する杭の各杭芯間距離をDtc、杭頭部直径をDoとしたとき、1.0Do<Dtc≦1.5Doの範囲内に配置されており、且つ、杭は、鉛直軸に対する杭軸の傾斜角をθとしたとき、0<θ≦1/10(rad)の範囲内で、鉛直軸に近く僅かに傾斜した微傾斜杭とされている。【選択図】図4[PROBLEMS] To provide a pile foundation that can be economically designed for a footing that connects a pile head in a pile foundation that supports a single pile with a plurality of piles, and that does not differ in resistance, rigidity, and pile head fixing degree depending on the direction. provide. SOLUTION: In a pile foundation that supports a vertical load of a single pillar or a single seismic isolation device of a seismic isolation structure or a seismic structure with a plurality of piles, the distance between the pile tips of adjacent piles in the support layer of the ground around the pile Secures more than the necessary separation distance determined according to the pile diameter or the pile tip diameter, and the pile head is Dtc as the distance between each pile core of adjacent piles, and the pile head diameter is Do , 1.0Do <Dtc ≦ 1.5Do, and the pile is in the range of 0 <θ ≦ 1/10 (rad), where θ is the inclination angle of the pile axis with respect to the vertical axis. Among them, it is a finely inclined pile that is slightly inclined near the vertical axis. [Selection] Figure 4
Description
本発明は、耐震安全性能を飛躍的に高めることができる免震構造物や建築物を支持する杭基礎に関するものである。 The present invention relates to a pile foundation that supports a base-isolated structure and a building that can dramatically improve seismic safety performance.
免震構造は、構造物の基礎もしくは中間階に免震装置を配置して、構造物の固有周期を伸長させることによって地震応答を低減させることを基本原理としているので、免震構造が実用化された当初は、入力地震動の周期特性が長周期化すると考えられる軟弱地盤は避け、堅牢な地盤に建設することを前提として始まった。 The seismic isolation structure is based on the principle of reducing the seismic response by placing seismic isolation devices on the foundation or intermediate floor of the structure and extending the natural period of the structure. Initially, it started on the premise of building on solid ground, avoiding soft ground where the periodic characteristics of input ground motion would be longer.
我が国における実構造物への免震構造の適用は約30年前、1985年頃に本格化し始めたが、免震構造物の普及に伴い、またいくつかの地震経験を経るに伴い、免震構造の優れた耐震性能が認識されるようになり、多くの建築構造物が集中する都市部における建築物への適用例が増加してきたのは当然の流れと言える。 The application of seismic isolation structures to actual structures in Japan began about 30 years ago, around 1985, but with the widespread use of seismic isolation structures and with some seismic experiences, seismic isolation structures It can be said that it is natural that the excellent seismic performance has been recognized and the number of application examples to buildings in urban areas where many building structures are concentrated has increased.
東京・大阪・名古屋をはじめとする大都市圏は言うまでもなく、我が国における主要な都市は殆ど全て平野部に発達しており、その殆どは沖積平野であるので、都市部に建設される建築物の大半は杭基礎で支えざるをえない状況にある。更に最近では、計画地の立地条件として臨海部に建設せざるをえない場合も増えており、支持層の深い軟弱地盤においても免震構造建物を建設する事例が増加している。 Not to mention Tokyo, Osaka, Nagoya and other major metropolitan areas, almost all major cities in Japan are developed in plains, and most of them are alluvial plains. Most of them have to be supported by pile foundations. Furthermore, recently, there are increasing cases where construction is required in the coastal area as a location condition of the planned site, and there are increasing cases of building seismic isolation structures even in soft ground with deep support layers.
一方、昨今の社会的要請や経済的要請により、建築構造物はますます高層化し、大型化する傾向にある。その結果、免震建築物も非常に大型で重量の大きい建物が求められる傾向にあり、柱1本、あるいは免震装置1基が支える重量が非常に大きくなり、1柱の支持重量が2000トンを超え、中には数千トン近くになるものが出現している。 On the other hand, due to recent social and economic demands, building structures tend to be higher and larger. As a result, seismic isolation buildings tend to require very large and heavy buildings, and the weight supported by one pillar or one seismic isolation device is very large, and the support weight of one pillar is 2000 tons. Some of which are close to several thousand tons.
この状況に対して、その大重量を支えるために、既製杭、鋼管杭、場所打ち杭共に、許容支持荷重を大型化する技術開発が進んでいるが、経済性や施工性等の条件から、柱1本もしくは免震装置1基(以後、「一柱」と言う)の支持荷重を複数杭で支えざるを得ない例が増加している。 In order to support this heavy weight, technological development to increase the allowable support load is progressing for both ready-made piles, steel pipe piles and cast-in-place piles, but from conditions such as economy and workability, The number of cases in which the supporting load of one pillar or one seismic isolation device (hereinafter referred to as “one pillar”) must be supported by a plurality of piles is increasing.
一柱を複数杭で支持する方法としては、大きく分けて次のA,B2通りの方法がある。
方法Aは、鉛直の複数杭を所定の水平間隔をあけた位置に打設し、その複数杭の杭頭部を連結するフーチングを構成し、その平面中央の上部に柱もしくは免震装置を配置する方法である。
方法Bは、複数本の杭を傾斜させて打設する斜杭を構成し、その複数本の斜杭の杭頭部を一体化するフーチングを構成し、その上部に、柱もしくは免震装置を配置する方法である。この場合、複数の斜杭が集まる杭頭部が2箇所以上あり、それをフーチングで繋いで柱もしくは免震装置を載せる場合もある。
上記方法Aは、建築物の設計で昔から一般的に行われている方法であり、特に特許で特定されるような方法ではないので、方法Bに関する先行特許文献1〜6を以下に例示する。
As a method of supporting one pillar with a plurality of piles, there are the following two methods A and B.
Method A consists of placing a plurality of vertical piles at predetermined horizontal intervals, constructing a footing that connects the pile heads of the piles, and placing a column or seismic isolation device at the upper center of the plane It is a method to do.
Method B is to construct a slant pile that inclines a plurality of piles, and to construct a footing that integrates the pile heads of the slant piles, and to a column or seismic isolation device on the top. It is a method of arrangement. In this case, there are two or more pile heads where a plurality of oblique piles gather, and the pillars or seismic isolation devices may be placed by connecting them with footings.
The above-mentioned method A is a method that has been generally performed for a long time in the design of buildings, and is not a method that is particularly specified in patents, so prior patent documents 1 to 6 relating to method B are exemplified below. .
図1は上記の方法A、即ち建築物の設計において従来から行われている一柱を複数杭で支える場合の杭とフーチングの一般的な構成方法を示したものである。図1(1)は複数の場所打ち杭2をフーチング3で連結し、その上の中央部に柱62を載せた場合を示している。
図1(2)は複数の既製コンクリート杭2をフーチング3で連結し、その上の中央部に免震装置5を配置した場合の例である。
図1は、立面図ないし縦方向断面図として表現しているので、杭2は2本が表記されているが、杭本数が3本、4本、あるいはそれ以上の場合も同じである。
先ず、建物用の杭2は地盤(杭周囲地盤)1に鉛直に打設することが基本であり、且つ杭先端23は、支持地盤11における応力の重なりを避けるために、所定の間隔をあけることが必要である。具体的には、場所打ち杭、既製コンクリート杭共に通常、杭芯間距離を杭頭部直径の2倍以上、より正確に言えば、D1+D2以上、且つD2+1m以上(D1は杭軸径、D2は杭先端拡大部の径を示す。)離し、その杭頭部21をフーチング3で繋いで上部躯体の柱62や免震装置5をその上に載せることになる。符号7は杭基礎全体に上部から作用する鉛直荷重、71は各杭の負担する鉛直荷重を示している。
FIG. 1 shows a general configuration method of piles and footings in the case of the above-described method A, that is, one pillar conventionally supported in the design of a building by a plurality of piles. FIG. 1 (1) shows a case where a plurality of cast-in-place piles 2 are connected by a footing 3, and a column 62 is placed on the central portion thereon.
FIG. 1 (2) shows an example in which a plurality of ready-made concrete piles 2 are connected by a footing 3 and a seismic isolation device 5 is arranged in the center portion above the piles.
Since FIG. 1 is expressed as an elevation view or a longitudinal sectional view, two piles 2 are shown, but the same applies to the case where the number of piles is three, four, or more.
First, the building pile 2 is basically driven vertically on the ground (pile surrounding ground) 1, and the pile tip 23 is spaced a predetermined distance in order to avoid stress overlap in the support ground 11. It is necessary. Specifically, both cast-in-place piles and ready-made concrete piles usually have a distance between pile centers of at least twice the pile head diameter, more precisely D1 + D2 or more, and D2 + 1m or more (D1 is the pile shaft diameter, D2 is The diameter of the pile tip enlarged portion is shown.) The pile head 21 is connected with the footing 3 and the column 62 of the upper frame or the seismic isolation device 5 is placed thereon. Reference numeral 7 denotes a vertical load acting on the entire pile foundation from above, and 71 denotes a vertical load borne by each pile.
この場合、図1に示すとおり、杭頭部21を繋ぐ杭頭上部フーチング3は、柱の鉛直荷重7を梁として2本(以上)の杭に分配・伝達することになり、杭頭上部フーチング3には大きな曲げモーメントとせん断力が作用する。コンクリートのせん断強度はあまり高くないので、非常に大きなフーチング断面が必要となり、コンクリート内に鉄骨部材を埋め込むことさえあるが、地盤の掘削土量も大きくなり、経済的に非常に大きな負担になるという問題を有している。 In this case, as shown in FIG. 1, the pile head upper footing 3 that connects the pile heads 21 distributes and transmits the vertical load 7 of the column to two (or more) piles as a beam. 3 has a large bending moment and shearing force. Since the shear strength of concrete is not so high, a very large footing cross-section is required, and steel members may be embedded in the concrete, but the amount of excavated soil in the ground will also be large, which will be a very large burden economically Have a problem.
また図1に示すように、2本の杭の頭部を杭頭上部フーチング3で繋ぎ一体化すると、杭頭部21と杭頭上部フーチング3は剛接合され、ラーメン構造骨組(剛接合骨組)を構成することになるので、杭頭部21の回転変形が拘束される「杭頭固定」条件となり、地震時に水平荷重が作用すると、杭頭部21には大きな曲げモーメントが発生する。その杭頭モーメントと釣り合うために、フーチングにも同じ値の曲げモーメントが発生し、且つそのモーメント勾配に対応する鉛直方向せん断力が杭頭上部フーチング3に付加されることになる。
一方、例えば杭本数が2本の場合には、フーチングで連結されたラーメン方向が杭頭固定の条件になるのに対して、その直交方向は単独で自立した杭状態のままであるので、その方向には杭頭部21の回転が拘束されておらず、杭頭部21の回転自由(杭頭ピン)の接合条件となる。その結果、この杭は方向によって杭頭部21の拘束条件が著しく異なり、そのため地震時の発生応力や水平剛性が方向によって大きく異なるという問題が発生する。
Moreover, as shown in FIG. 1, when the heads of two piles are connected and integrated by the pile head upper footing 3, the pile head 21 and the pile head upper footing 3 are rigidly joined to each other, so that a rigid frame (rigidly joined frame) is obtained. Therefore, when a horizontal load is applied during an earthquake, a large bending moment is generated in the pile head 21. In order to balance the pile head moment, a bending moment having the same value is generated in the footing, and a vertical shearing force corresponding to the moment gradient is applied to the pile head upper footing 3.
On the other hand, for example, when the number of piles is two, the ramen direction connected by the footing is a condition for fixing the head of the pile, whereas the orthogonal direction remains in a self-supported pile state, The rotation of the pile head 21 is not constrained in the direction, and the pile head 21 can be freely rotated (pile head pin). As a result, the constraint condition of the pile head 21 is significantly different depending on the direction of the pile, so that the problem is that the generated stress and the horizontal rigidity at the time of the earthquake differ greatly depending on the direction.
図2は、上記の方法B,即ち複数本の斜杭24を用いる場合を示したものである。なお、図1と共通する部分には同一符号を付している。
この場合の杭24の傾斜角は、鉛直軸に対して通常20°〜30°前後に打設される場合が多い。45°以上に傾けると水平力に対する抵抗力の効率は高まるが、鉛直支持力の抵抗効率が下がるし、杭軸体22の長さも長くなり、経済性、施工性の点で現実性が低下する。また逆に、傾斜角が15°未満になると、水平力に対する抵抗効率が極端に低下し、水平抵抗力および水平剛性の効果が出ないので、斜杭を用いるそもそもの目的が失われるからである。
FIG. 2 shows the above-mentioned method B, that is, the case where a plurality of slant piles 24 are used. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in FIG.
In this case, the inclination angle of the pile 24 is often driven around 20 ° to 30 ° with respect to the vertical axis. When tilted to 45 ° or more, the efficiency of the resistance force against the horizontal force increases, but the resistance efficiency of the vertical support force decreases, and the length of the pile shaft body 22 also increases, reducing the practicality in terms of economy and workability. . Conversely, when the inclination angle is less than 15 °, the resistance efficiency against the horizontal force is extremely lowered, and the effect of the horizontal resistance force and the horizontal rigidity is not obtained, so the original purpose of using the slant pile is lost. .
斜杭24は、杭軸体22を斜めに打設したことから、建築物におけるブレース材と同じく、水平力に対してその軸方向力で抵抗するので、高い軸剛性の効果で水平方向の剛性も高くなり、極めて効果的に水平力に抵抗することができる。そのため、軟弱地盤のように杭の周囲地盤1の抵抗力が極めて低い場合、あるいは海上構造物や水上構造物等のように周囲の抵抗力を全く期待できない場合にも水平方向の剛性および耐力の高い基礎を効率的に実現できる方法として提案されてきた。 Since the pile piles 22 are driven diagonally, the slant pile 24 resists the horizontal force with its axial force, like the brace material in a building. And can resist the horizontal force very effectively. Therefore, even when the resistance force of the surrounding ground 1 of the pile is extremely low, such as soft ground, or when the surrounding resistance force cannot be expected at all, such as an offshore structure or a floating structure, horizontal rigidity and proof stress It has been proposed as a method that can efficiently realize a high foundation.
この水平抵抗機構としては効果が極めて高いと考えられてきた斜杭24は、その抵抗効率が高いが故に、以下に示す大きな問題点を有している。
先ず、斜杭の課題第1点は、杭頭部21に水平力が作用した場合に、水平力により大きな軸抵抗力が発生し、その軸力が水平力と杭の傾斜方向に応じて圧縮力と引張力として作用することである。杭軸体22がコンクリート断面の場合、引張軸力の作用下では断面の曲げ耐力が著しく低下するし、逆に作用圧縮力が過大になり過ぎると杭長が長い場合には圧縮座屈の危険性が生じる。
The slant pile 24, which has been considered to be extremely effective as a horizontal resistance mechanism, has the following major problems because of its high resistance efficiency.
First of all, the first problem with diagonal piles is that when a horizontal force acts on the pile head 21, a large axial resistance force is generated by the horizontal force, and the axial force is compressed according to the horizontal force and the inclination direction of the pile. It acts as a force and a tensile force. When the pile shaft 22 has a concrete cross section, the bending strength of the cross section is significantly reduced under the action of the tensile axial force. Conversely, if the acting compressive force is excessive, the length of the pile is too long. Sex occurs.
課題第2点は、この時、斜杭の上端部が近接するフーチングには、上下方向に極めて大きなせん断力が作用することである。即ち、圧縮軸力が作用する斜杭24の上端部からは上向きの力が、引張力が作用する斜杭24の上端部からは下向きの力が作用するので、両杭の境界部にあたるフーチング3には鉛直方向に極めて厳しいせん断力が作用することになる。
また図2に示すように、上部の柱から作用する鉛直荷重によって、斜杭頭部21のフーチング3には大きな水平分力が発生するので、フーチングの設計においてはこの水平分力に対する設計も忘れてはいけない。
The problem second point is that, at this time, a very large shearing force acts in the vertical direction on the footing where the upper end portion of the diagonal pile is close. That is, since an upward force is applied from the upper end portion of the inclined pile 24 to which the compression axial force acts, and a downward force is applied from the upper end portion of the inclined pile 24 to which the tensile force is applied, the footing 3 corresponding to the boundary portion between the two piles is applied. An extremely severe shear force acts on the vertical direction.
In addition, as shown in FIG. 2, a large horizontal component force is generated in the footing 3 of the slant pile head 21 due to the vertical load acting from the upper column, so the design for the horizontal component force is forgotten in the footing design. must not.
図3は、水平地震力に対する斜杭の重大な問題点を示したものである。即ち、斜杭の問題点の第3は、地震時における水平力の分担率の大幅な相違および水平抵抗剛性の方向別による大幅な相違という問題である。なお、図2と共通する部分には同一符号を付している。
図3(1)は、3本の斜杭を120°方向に打設する場合の杭頭部21における平面図を示したものである。図3(1)の左側図は、杭頭部21にX方向の水平力8が作用した場合の、各杭の水平力8の負担割合を矢印でベクトル表示したものである。斜杭の軸方向の抵抗剛性は、軸直角方向によりも格段に高いため、水平力8は図下側の2本が抵抗し、図上側の杭の水平力負担は極めて小さく、杭3本の抵抗力のバランスがとれていない。この時、杭頭部21に作用する水平力8に対して杭は3本の内の2本しか有効でないので、経済的にも効率がわるく、水平抵抗の剛性も大きく違うので、杭頭部21での回転(ねじり)力が発生するという問題もある。符号81は杭の負担する水平力(および水平剛性)の大きさを示している。
FIG. 3 shows a serious problem of the inclined pile against the horizontal seismic force. That is, the third problem of the diagonal pile is that the horizontal force sharing ratio at the time of the earthquake is greatly different and the horizontal resistance rigidity is greatly different depending on the direction. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in FIG.
FIG. 3 (1) shows a plan view of the pile head 21 when three oblique piles are driven in a 120 ° direction. The left view of FIG. 3A is a vector display of the load ratio of the horizontal force 8 of each pile when the horizontal force 8 in the X direction is applied to the pile head 21 with an arrow. Since the resistance stiffness in the axial direction of the diagonal pile is significantly higher than the direction perpendicular to the axis, the horizontal force 8 is resisted by the two on the lower side of the figure, and the horizontal force load on the pile on the upper side of the figure is extremely small. The resistance is not balanced. At this time, since only two of the three piles are effective against the horizontal force 8 acting on the pile head 21, the efficiency is economical and the rigidity of the horizontal resistance is greatly different. There is also a problem that a rotational (torsion) force at 21 is generated. The code | symbol 81 has shown the magnitude | size of the horizontal force (and horizontal rigidity) which a pile bears.
図3(1)の右側図は、同じく3本の斜杭の頭部にY方向の水平力8が作用した場合である。この時、水平力8の作用方向が斜杭軸と一致している杭は大きな水平力を負担し、他の2本の杭にはあまり大きな抵抗力が作用しない。杭頭水平力8を3本の杭で等分するという仮定で設計を行っている場合には、1本の杭のみに設計値の2倍以上の軸力が作用し、この時もし杭先端23において地盤への潜り込みが発生すると、地震後には3本杭のバランスが崩れて杭頭部21での傾斜が発生する恐れもある。 The right side view of FIG. 3 (1) is a case where the horizontal force 8 in the Y direction acts on the heads of the three diagonal piles. At this time, the pile in which the direction of action of the horizontal force 8 coincides with the oblique pile axis bears a large horizontal force, and no great resistance force acts on the other two piles. If the design is based on the assumption that the pile head horizontal force 8 is equally divided by three piles, an axial force more than twice the design value will be applied to only one pile. If subsidence occurs in the ground at 23, the balance of the three piles may be lost after the earthquake, and the pile head 21 may be inclined.
図3(2)は、斜杭2本の場合の水平力8に対する抵抗力を示したものである。左側図は、杭頭水平力の方向が斜杭24の傾斜方向と一致している場合で、この時杭は軸剛性で抵抗するので、極めて効率的に水平力に抵抗するが、斜杭24の軸方向力は、圧縮力と引張力になるので、杭頭部21のフーチングには上下方向のせん断力が作用する。
図3(2)の右側図は、2本の斜杭に直交(Y)方向の水平力8が作用した場合で、この場合の水平剛性は極めて低く、水平力に対して有効な抵抗要素となっていない。
1建物内には多数の柱があり、その下に2本の斜杭が向きを変えて配置されていた場合には、柱の位置により、杭の負担する抵抗力および抵抗剛性が大きく異なってくるので、水平力の分担割合の設定や、基礎面全体のねじれ変形等に充分配慮する必要がある。
FIG. 3 (2) shows the resistance force against the horizontal force 8 in the case of two diagonal piles. The figure on the left shows the case where the direction of the pile head horizontal force coincides with the direction of inclination of the diagonal pile 24. At this time, the pile resists with axial rigidity, so it resists the horizontal force very efficiently. Since the axial force becomes a compressive force and a tensile force, a vertical shearing force acts on the footing of the pile head 21.
The right side view of FIG. 3 (2) shows the case where horizontal force 8 in the orthogonal (Y) direction acts on the two diagonal piles. In this case, the horizontal rigidity is extremely low, and the effective resistance element against the horizontal force is not.
When there are many pillars in one building, and two slant piles are arranged under different orientations, the resistance force and resistance rigidity of the piles differ greatly depending on the position of the pillars. Therefore, it is necessary to give sufficient consideration to the setting of the sharing ratio of the horizontal force and torsional deformation of the entire foundation surface.
更に、軟弱地盤に斜杭基礎を採用した場合には、耐震設計上地震動の伝播および構造物の地震応答に関して大きな問題を誘発するという問題がある。即ち、従来は、軟弱地盤に斜杭を採用することは、杭基礎全体の水平剛性と耐力が上昇するので、耐震設計上有利な解決であると一般的に理解されてきたが、これは地震動伝播に関する動力学的問題を等閑視した解釈である。
軟弱な成層地盤では、地震動の短周期成分が地層を伝播する過程でフィルターされ除去されるので、構造物への加速度入力(短周期成分の入力)は低減されるという効果がある。しかし斜杭24を打設した構造物では、斜杭24の高い軸剛性により、杭先端23の硬い支持層11から地震動の短周期成分が直接構造物の基礎に伝達されるので、軟弱地盤での短周期成分除去効果が失われ、構造物に短周期成分が卓越した加速度の強い地震動が入力されることになるので、耐震設計上有利になるとは言えず、場合によっては非常に厳しい地震動入力を導入することになる。杭基礎自体の剛性と耐力が上昇するので、耐震安全性が高まるという従来の説明は、杭基礎の強さだけに着目した浅薄な理解と言わざるを得ない。
Furthermore, when a sloping pile foundation is used for soft ground, there is a problem that it induces a large problem with respect to propagation of ground motion and seismic response of structures due to seismic design. In other words, it has been generally understood that the use of diagonal piles on soft ground is an advantageous solution in terms of seismic design because the horizontal rigidity and proof strength of the entire pile foundation are increased. It is an interpretation that neglects the dynamical problems related to propagation.
In soft stratified ground, the short-period component of the ground motion is filtered and removed in the process of propagating through the formation, so that the acceleration input to the structure (input of the short-period component) is reduced. However, in the structure in which the inclined pile 24 is laid, the high axial rigidity of the inclined pile 24 allows a short period component of the earthquake motion to be transmitted directly from the hard support layer 11 of the pile tip 23 to the foundation of the structure. The effect of removing short-period components is lost, and strong strong ground motion with short-period components is input to the structure. Therefore, it cannot be said that it is advantageous in terms of seismic design, and in some cases, extremely severe ground motion input. Will be introduced. Since the rigidity and proof stress of the pile foundation itself are increased, the conventional explanation that the seismic safety is improved is a shallow understanding focusing only on the strength of the pile foundation.
更にまた、地震時における表層軟弱地盤の水平変位に着目した場合、地層には地震時に大きな水平変位が生じるが、この時、水平剛性の高い斜杭の杭頭は水平変位が小さいので、杭頭部レベルにおいて杭体と地盤間には大きな相対変位が生じることになり、斜杭は周囲地盤の水平変位によって非常に大きな水平荷重(強制変位応力)を背負うことになる。従来はこの周囲地盤による強制変位応力の問題まで理解が及ばなかったために、斜杭は耐震上有利との理解が一般的であったが、斜杭は水平力抵抗効果が高すぎるが故に、却って耐震設計上由々しき課題を抱えていると理解すべきである。 Furthermore, when attention is paid to the horizontal displacement of the soft soft ground during the earthquake, a large horizontal displacement occurs in the formation during the earthquake. At this time, the pile head of the diagonal pile with high horizontal rigidity has a small horizontal displacement. At the part level, a large relative displacement occurs between the pile body and the ground, and the diagonal pile bears a very large horizontal load (forced displacement stress) due to the horizontal displacement of the surrounding ground. In the past, because it was not possible to understand the problem of forced displacement stress due to the surrounding ground, it was generally understood that slant piles were advantageous in terms of earthquake resistance. It should be understood that there are serious problems in seismic design.
以上のとおり、建築物の柱1本もしくは免震装置1基の荷重を複数本の杭で支持する場合の課題を要約すると、以下のとおりである。
まず方法Aとして、複数の鉛直の杭を必要な離間距離を確保して打設する場合には、大きなフーチングが必要となり経済的に大きな負担となり、またフーチングによるラーメン架構発生の有無により水平方向剛性に方向別の大きな相違が生じるという課題が生じる。
また方法Bとして、斜杭を採用した場合には、地震時に過大な軸力が発生し、杭頭を接合するフーチングに上下方向の非常に大きなせん断力が発生する。また、杭頭における水平地震力の作用方向が斜杭の軸線方向と一致するかしないかで、杭の地震力負担に大幅な相違が発生し、杭頭部21のねじり力になる可能性がある。更に斜杭では、高い軸剛性のために、杭先端23の硬い地盤から強い加速度の短周期成分を構造物の基礎に直接伝達することになり、構造物の地震応答上不利な入力地震動を呼び込むことになり、また斜杭自体も表層軟弱地盤の水平変位により非常に大きな強制変位応力を背負うことなる等、杭と構造物両者にとって、耐震設計上重要な問題を有している。
As described above, the problems in the case where the load of one pillar of a building or one seismic isolation device is supported by a plurality of piles are summarized as follows.
First, as a method A, when placing a plurality of vertical piles with a necessary separation distance, a large footing is required, which is an economic burden, and the horizontal rigidity depends on the presence or absence of the frame structure due to the footing. There arises a problem that a large difference occurs in each direction.
Further, when the oblique pile is adopted as the method B, an excessive axial force is generated at the time of an earthquake, and a very large shear force in the vertical direction is generated in the footing that joins the pile heads. In addition, depending on whether or not the direction of horizontal seismic force acting on the pile head coincides with the axial direction of the oblique pile, there is a possibility that a significant difference occurs in the pile's seismic force load, resulting in the torsional force of the pile head 21. is there. In addition, because of the high axial rigidity of the inclined pile, a short period component of strong acceleration is transmitted directly from the hard ground of the pile tip 23 to the foundation of the structure, which invites input seismic motion that is disadvantageous in terms of the earthquake response of the structure. In addition, the slant pile itself has an important problem in terms of seismic design for both the pile and the structure, such as bearing a very large forced displacement stress due to the horizontal displacement of the surface soft ground.
本発明は、以上の問題点を解決するため次の構成を採用する。
〈構成1〉
免震構造もしくは耐震構造の構造物の柱1本もしくは免震装置1基の鉛直荷重を複数杭で支持する杭基礎であり、
支持層地盤における杭先端部の隣接杭との間隔は、杭軸部直径もしくは杭先端部直径に応じて決まる必要離間距離以上を確保しており、
杭頭部は、相隣接する杭の各杭芯間距離をDtc、杭頭部直径をDoとしたとき、1.0 Do < Dtc ≦1.5 Do の範囲内に配置されており、
且つ、杭は、鉛直軸に対する杭軸の傾斜角をθとしたとき、
0<θ≦1/10(rad)の範囲内で、且つ前記の杭先端部と杭頭部の両条件の範囲内でできる限り鉛直軸に近づけた僅かに傾斜した微傾斜杭とされていることを特徴とする杭基礎。
The present invention adopts the following configuration in order to solve the above problems.
<Configuration 1>
It is a pile foundation that supports the vertical load of one pillar or one seismic isolation device of seismic isolation structure or earthquake resistant structure with multiple piles,
The distance between the pile head and the adjacent pile at the support layer ground is more than the necessary separation distance determined according to the pile shaft diameter or pile tip diameter,
The pile heads are arranged within a range of 1.0 Do <Dtc ≦ 1.5 Do, where Dtc is the distance between each pile core of adjacent piles and Do is the pile head diameter.
And, when the pile has an inclination angle of the pile axis with respect to the vertical axis as θ,
Within the range of 0 <θ ≦ 1/10 (rad) and within the range of both the conditions of the above-mentioned pile tip and pile head, it is a slightly inclined finely inclined pile that is as close to the vertical axis as possible. Pile foundation characterized by that.
〈構成2〉
構成1に記載した杭基礎において、
地震時の各杭頭部変位が同一水平変位となるように相隣接する杭頭部の水平位置を連結・一体化し、且つ杭頭部の回転変形は拘束しない杭頭位置水平連結部材を各杭頭部上端の直下付近に配置しており、
各杭頭部の上部に杭頭部の回転変形を許容できる杭頭接合装置を配置しており、
その上部に前記複数杭を一体化する杭頭上部フーチングを構成しており、
前記杭頭上部フーチングを上部躯体もしくは前記免震装置と連結し一体化していることを特徴とする杭基礎。
<Configuration 2>
In the pile foundation described in Configuration 1,
The pile head horizontal connection members that connect and integrate the horizontal positions of adjacent pile heads so that the pile head displacement during an earthquake is the same horizontal displacement, and that do not restrict the rotational deformation of the pile heads. Located near the top of the head,
A pile head joining device that allows rotational deformation of the pile head is arranged at the top of each pile head,
A pile head upper footing that integrates the plurality of piles at the top is configured,
A pile foundation characterized in that the pile head upper footing is connected to and integrated with an upper frame or the seismic isolation device.
〈構成3〉
構成1または構成2に記載した杭基礎において、
前記杭頭接合装置がゴム層単体もしくは積層ゴム体を内蔵することで杭頭部の回転変形を吸収可能としており、
前記杭頭接合装置は、僅かに傾斜した前記杭の頭部上面を高強度モルタル、高強度コンクリート、もしくは高強度のセルフレベリング材料のいずれかにより水平に補修された上に配置されていることを特徴とする杭基礎。
<Configuration 3>
In the pile foundation described in Configuration 1 or Configuration 2,
The pile head joining device can absorb the rotational deformation of the pile head by incorporating a rubber layer alone or a laminated rubber body,
The pile head joining device is disposed on the top surface of the pile head that is slightly inclined and is repaired horizontally with either high strength mortar, high strength concrete, or high strength self-leveling material. A featured pile foundation.
〈構成4〉
構成1または構成2に記載した杭基礎において、
前記杭頭接合装置として、前記杭頭部上面に載置される水平鋼板の外周部に固定され、前記杭頭部外周面の周囲に僅かの隙間を有して囲う円筒形状の水平ストッパー、もしくは杭頭部上面に逆凹型形状に整形された薄鋼板製杭頭キャップ、あるいは杭頭周囲に嵌合する鉢巻き形状のリング型接合部材を使用していることを特徴とする杭基礎。
<Configuration 4>
In the pile foundation described in Configuration 1 or Configuration 2,
As the pile head joining device, a cylindrical horizontal stopper fixed to the outer peripheral portion of a horizontal steel plate placed on the upper surface of the pile head and surrounding with a slight gap around the outer peripheral surface of the pile head, or A pile foundation characterized by using a thin steel plate pile head cap shaped into an inverted concave shape on the top surface of the pile head or a headband shaped ring-shaped joining member fitted around the pile head.
〈構成5〉
構成3または構成4に記載した杭基礎において、
前記杭頭接合装置は、その上部に多数の孔を有する鋼板を2方向に設けたPBLジベルプレートを有しており、
前記杭頭接合装置により杭頭部と杭頭上部フーチングを連結・一体化していることを特徴とする杭基礎。
<Configuration 5>
In the pile foundation described in Configuration 3 or Configuration 4,
The pile head joining apparatus has a PBL dowel plate provided with a steel plate having a number of holes in two directions in two directions,
A pile foundation in which a pile head and a pile head upper footing are connected and integrated by the pile head joining device.
本発明の効果第1点は、1本の柱もしくは1基の免震装置を支える複数杭の杭頭部が近接して配置されているため、柱もしくは免震装置からの鉛直荷重がその直下の杭頭部フーチングのコンクリートを介して各杭に直接圧縮力として伝達されることである。フーチングが複数杭の上部を繋ぐ梁として鉛直荷重を杭に伝達する場合、フーチングには曲げ応力およびせん断応力が発生するのでそれに耐える大きな断面が必要になるのに対して、圧縮応力として荷重を伝達する場合は最も効率的な荷重伝達が可能であり、フーチングの部材断面を小さくすることができる。フーチングのコンクリート断面や鉄筋量を大幅に削減できると同時に、地盤の掘削土量を削減することができるので、基礎の工事費を大幅に低減し、基礎を経済的に設計することが可能となる。 The first effect of the present invention is that the pile heads of a plurality of piles supporting one column or one seismic isolation device are arranged close to each other, so that the vertical load from the column or the seismic isolation device is directly below it. It is transmitted as a compressive force directly to each pile through concrete of the pile head footing. When the footing transmits a vertical load to the pile as a beam connecting the tops of multiple piles, the footing generates bending stress and shear stress, so a large cross section is required to withstand it, but the load is transmitted as compressive stress. In this case, the most efficient load transmission is possible and the footing member cross section can be reduced. The concrete section of the footing and the amount of reinforcing bars can be greatly reduced, and at the same time the amount of excavated soil in the ground can be reduced, so the construction cost of the foundation can be greatly reduced and the foundation can be designed economically. .
本発明の効果第2点は、本発明の微傾斜杭は、僅かに傾斜しているものの、その傾きは僅かで殆ど鉛直の杭と同様である。そのため、杭頭部に作用する水平力に対して斜杭のように大きな軸抵抗力を発生することがなく、水平力による圧縮および引張の大きな軸力変動が生じないので、杭の地震時安全性が脅かされることがない。
具体的に言えば、本微傾斜杭は、鉛直軸に対する杭の傾斜角θを最大でもθ=1/10(rad)以下に制限しているため、杭に付加される軸力は杭頭に作用する水平力の1/10以上にはならない。本微傾斜杭の傾斜角は標準的には1/30〜1/40(rad)程度であり、杭傾斜に起因する軸力変動は無視できるレベルと言える。
The second effect of the present invention is that although the slightly inclined pile of the present invention is slightly inclined, the inclination is slight and almost the same as that of a vertical pile. Therefore, it does not generate a large axial resistance force like a slanted pile against the horizontal force acting on the pile head, and large axial force fluctuations due to compression and tension due to the horizontal force do not occur. Sex is not threatened.
Specifically, since this finely inclined pile restricts the inclination angle θ of the pile with respect to the vertical axis to θ = 1/10 (rad) or less at the maximum, the axial force applied to the pile is applied to the pile head. It will not be more than 1/10 of the applied horizontal force. The inclination angle of this finely inclined pile is typically about 1/30 to 1/40 (rad), and it can be said that the axial force fluctuation due to the pile inclination is negligible.
本発明の効果第3点は、第2点と同様の理由により、杭頭部に作用する水平力に対して、斜杭のように高い軸剛性で抵抗することがないので、杭の水平剛性は鉛直杭とほぼ同じである。その結果、斜杭のように水平力の作用する方向によって杭の水平剛性や抵抗力が大幅に異なるという問題も発生しない。
また、一建物において鉛直の単独杭の基礎と複数杭(微傾斜)基礎が混用された場合においても、杭基礎や地震力の作用方向によって、各杭の抵抗力や剛性が種々に変化するという設計上のアンバランスや複雑な問題も発生せず、全ての杭がほぼ均等に水平荷重に抵抗するという無理のないバランスのとれた耐震設計が可能となる。
The third effect of the present invention is that, for the same reason as the second point, the horizontal force acting on the pile head does not resist with high axial rigidity like a slant pile. Is almost the same as a vertical pile. As a result, the problem that the horizontal rigidity and resistance force of the pile greatly differ depending on the direction in which the horizontal force acts as in the case of the oblique pile does not occur.
In addition, even when a vertical single pile foundation and multiple pile (slightly inclined) foundations are mixed in one building, the resistance force and rigidity of each pile will vary depending on the direction of the pile foundation and seismic force. There is no unbalanced design or complicated problems, and it is possible to design a seismic design that is reasonably balanced, with all piles resisting horizontal loads almost equally.
本発明の効果第4点は、支持地盤における地震動の短周期成分を斜杭の高い軸剛性によって基礎まで直接伝達することがないので、軟弱地盤による短周期成分のフィルタリング(除去)効果を阻害することなく、構造物への加速度入力を引き上げるという斜杭のマイナス効果を生みだすことがない。従って、構造物の耐震安全性を不利にする悪影響を避けることができる。 The fourth effect of the present invention is that the short-period component of the ground motion on the supporting ground is not directly transmitted to the foundation by the high axial rigidity of the slant pile, so that the filtering (removal) effect of the short-period component by the soft ground is obstructed. Without the negative effect of sloping piles that increase the acceleration input to the structure. Therefore, adverse effects that adversely affect the seismic safety of the structure can be avoided.
また、上記以外にも斜杭の問題として指摘した全ての課題、例えば杭基礎が打設される表層軟弱地盤の地震時水平変位と高い水平剛性を有する斜杭の水平変位の差により、地盤の強制変位によって極めて大きな水平荷重を背負い込むことになる問題も発生しない。
また、杭頭部の固定度を方向に関係なく一定に制御することができ、また適切な杭頭部剛性を実現できるという効果も有している。
In addition to the above, all the problems pointed out as the problem of inclined piles, for example, the difference between the horizontal displacement of the surface soft ground where the pile foundation is placed during earthquake and the horizontal displacement of the inclined pile with high horizontal rigidity, There is no problem of carrying an extremely large horizontal load due to forced displacement.
In addition, the fixing degree of the pile head can be controlled to be constant regardless of the direction, and an appropriate pile head rigidity can be realized.
更に、本発明の微傾斜杭は、杭軸体がほぼ鉛直であるので、大きく傾いた斜杭のように杭長が長くならないため経済性にも優れており、施工上も杭体を大きく傾ける必要がないため、施工性にも優れているという効果・利点も有している。
Furthermore, since the pile shaft body of the present invention has a substantially vertical pile shaft body, the pile length does not become longer as in the case of a slanted pile, which is highly inclined. Since it is not necessary, it has the effect and advantage of being excellent in workability.
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。なお、各実施例において共通する部分には同一符号を付している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is common in each Example.
図4は、本発明の構成1および構成2を1基礎2本杭に適用した実施例1を示している。図4(1)は、2本杭立面を正面方向から見た場合、図4(2)は、2本杭立面を側面方向(図4(1)の直交方向)から見た場合で、それぞれ(A)杭頭部21の平面図、(B)立面構成図、(C)杭先端23の平面図である。
図4の免震装置5は、回転機構付きすべり支承の場合を例示しているが、積層ゴム支承に置き換えても同じである。
FIG. 4 shows Example 1 in which Configuration 1 and Configuration 2 of the present invention are applied to two 1 foundation piles. 4 (1) shows the case where the two pile erection surfaces are viewed from the front direction, and FIG. 4 (2) shows the case where the two pile erection surfaces are viewed from the side surface direction (orthogonal direction of FIG. 4 (1)). These are (A) a plan view of the pile head 21, (B) an elevational configuration diagram, and (C) a plan view of the pile tip 23.
The seismic isolation device 5 of FIG. 4 illustrates the case of a sliding bearing with a rotating mechanism, but the same is true if it is replaced with a laminated rubber bearing.
まず図4(1)および(2)の(A)に示すとおり、2本の杭頭部21は近接して打設されており、相隣接する両杭頭部21の杭芯間距離Dtcは、杭頭部直径Doに対して、1.0Do<Dtc≦1.5Doの範囲に制限されており、標準的にはDtc≒1.2Do程度に配置されている。
2本の杭頭部21が近接しているので、免震装置5からの鉛直荷重は、杭頭上部フーチング3を介して圧縮応力として2本の杭に直接伝達できるため、在来工法における杭頭上部フーチングのように大きな曲げモーメントとせん断力が発生せず、杭頭上部フーチング3をコンパクトに経済的に設計することができる。
First, as shown in FIGS. 4A and 4A, the two pile heads 21 are driven close to each other, and the distance Dtc between the pile cores of the two adjacent pile heads 21 is as follows. The pile head diameter Do is limited to a range of 1.0 Do <Dtc ≦ 1.5 Do, and is typically arranged at about Dtc≈1.2 Do.
Since the two pile heads 21 are close to each other, the vertical load from the seismic isolation device 5 can be directly transmitted to the two piles as a compressive stress via the pile head upper footing 3. A large bending moment and shearing force are not generated unlike the head top footing, and the pile head top footing 3 can be designed compactly and economically.
図4(1)および(2)の(B)は、免震装置上部フーチング61から地盤1の支持層11に到達している杭先端23までの鉛直方向の縦断面(立面)構成を示している。上部建物の重量はまず免震装置上部フーチング61に伝達され、これを1基の免震装置5が支持している。その免震装置5の直下には杭頭部21を連結する杭頭上部フーチング3が設けられており、これを2本の杭軸体25で支持している。この杭軸体25は、できるだけ鉛直軸に近く僅かに傾斜した「微傾斜杭」となっている。杭先端23は地盤1の支持層11に到達し、必要深さ分が支持層11内に貫入している。
この微傾斜杭25の鉛直軸に対する傾斜角θは、0<θ≦1/10(rad)の範囲内に制限されている。標準的には本実施例に図示されているように、θ≒1/30〜1/40(rad)程度で、ほぼ鉛直に近い状態で打設されている。この杭の傾斜角は、杭頭部21と杭先端23における杭芯間距離の差と杭長(支持層11の深さ)によって決定される。
4 (1) and (B) in FIG. 4 show a vertical longitudinal section (elevation) configuration from the seismic isolation device upper footing 61 to the pile tip 23 reaching the support layer 11 of the ground 1. ing. The weight of the upper building is first transmitted to the seismic isolation device upper footing 61, which is supported by one seismic isolation device 5. A pile head upper footing 3 that connects the pile head 21 is provided directly below the seismic isolation device 5, and is supported by two pile shaft bodies 25. The pile shaft body 25 is a “slightly inclined pile” that is slightly inclined as close to the vertical axis as possible. The pile tip 23 reaches the support layer 11 of the ground 1, and a necessary depth penetrates into the support layer 11.
The inclination angle θ of the finely inclined pile 25 with respect to the vertical axis is limited to a range of 0 <θ ≦ 1/10 (rad). Typically, as shown in the present embodiment, it is placed in a state of approximately θ in the vicinity of θ≈ 1/30 to 1/40 (rad). The inclination angle of the pile is determined by the difference in the distance between the pile cores at the pile head 21 and the pile tip 23 and the pile length (depth of the support layer 11).
図4(1)および(2)の(C)は、杭先端23の平面図である。図示のとおり、本発明では、支持地盤に到達している杭先端23における杭の離間距離を、支持力確保のために必要となる杭芯間距離の最小値に近い距離で隣接させて打設することを前提条件とする。これは、杭の傾斜角をできるだけ鉛直に近づけることを重要条件としているためである。 FIGS. 4C and 4C are plan views of the pile tip 23. FIG. As shown in the figure, in the present invention, the pile separation distance at the pile tip 23 reaching the support ground is placed adjacent to the minimum distance between the pile cores necessary for securing the support force. This is a prerequisite. This is because it is an important condition that the inclination angle of the pile is as close to vertical as possible.
図5は、本発明の構成1および構成2を1基礎3本杭に適用した実施例2を示している。図5(1)は、3本杭立面を正面方向から見た場合、図5(2)は、その直交方向から見た場合で、それぞれ(A)杭頭部21の平面図、(B)立面構成図、(C)杭先端部23の平面図である。
図5の免震装置5は、回転機構付きすべり支承の場合を例示しているが、積層ゴム支承に置き換えても同じである。
FIG. 5 shows Example 2 in which Configurations 1 and 2 of the present invention are applied to a three-stake foundation. FIG. 5 (1) shows a case where three pile erection surfaces are viewed from the front direction, and FIG. 5 (2) shows a case where they are viewed from the orthogonal direction. FIG. 4 is an elevation configuration diagram, and FIG.
The seismic isolation device 5 of FIG. 5 illustrates the case of a sliding bearing with a rotating mechanism, but the same is true if it is replaced with a laminated rubber bearing.
まず図5(1)および(2)の(A)に示すとおり、3本の杭頭部21が近接して打設されているので、免震装置5からの鉛直荷重を、杭頭上部フーチング3を介して圧縮応力により3本の杭25に直接伝達できる。このため、杭頭上部フーチング3が極めてコンパクトに経済的に設計可能となっている。
尚、各杭頭部21の杭芯間距離Dtcは、実施例1の2本杭の場合と同条件である。
First, as shown in FIGS. 5 (1) and (2) (A), since the three pile heads 21 are driven in close proximity, the vertical load from the seismic isolation device 5 is applied to the pile head upper footing. 3 can be directly transmitted to the three piles 25 by compressive stress. For this reason, the pile head upper footing 3 can be designed extremely economically and economically.
The pile core distance Dtc of each pile head 21 is the same as that of the two piles of the first embodiment.
図5(1)および(2)の(B)は、免震装置上部フーチング61から杭先端23までの鉛直方向の縦断面(立面)構成を示しており、免震装置5の直下には杭頭部21を連結する杭頭上部フーチング3が設けられており、これを3本の杭軸体で支持している。実施例1と同様に、これらの杭軸体25は、僅かに傾斜した「微傾斜杭」となっており、杭先端23は地盤の支持層11に到達し、必要深さ分が支持層11内に貫入している。
この微傾斜杭25の鉛直軸に対する傾斜度θの制限値および実際の傾斜度は、実施例1と同様であり、鉛直杭に近い状態で打設されている。
(B) of FIG. 5 (1) and (2) has shown the vertical longitudinal cross-section (elevation) structure from the seismic isolation apparatus upper footing 61 to the pile tip 23, A pile head upper footing 3 for connecting the pile heads 21 is provided and supported by three pile shafts. Similar to Example 1, these pile shaft bodies 25 are “slightly inclined piles” that are slightly inclined, and the pile tips 23 reach the support layer 11 of the ground, and the necessary depth is the support layer 11. It penetrates inside.
The limit value of the inclination θ with respect to the vertical axis and the actual inclination of the finely inclined pile 25 are the same as those in the first embodiment, and are placed close to the vertical pile.
図5(1)および(2)の(C)は、杭先端23の平面図であり、図示のとおり、杭先端23における杭の離間距離を、支持力確保のために必要となる杭芯間距離の最小値に近い距離で隣接させており、杭軸体の傾斜角は僅かで、ほぼ鉛直に近い杭となっている。 (C) of FIGS. 5 (1) and (2) is a plan view of the pile tip 23. As shown in the drawing, the distance between the piles at the pile tip 23 is the distance between the pile cores that is necessary for securing the supporting force. The piles are adjacent to each other at a distance close to the minimum value of the distance, and the pile shaft has a slight inclination angle and is almost a vertical pile.
図6は、本発明の微傾斜杭25について、1基礎2本杭、1基礎3本杭、1基礎4本杭とした場合のそれぞれについて、杭頭部レベルと杭先端レベルでの杭配置の平面図を示したものである。
いずれの杭本数でも、杭頭部21の高さレベルでの杭配置は近接しているため、杭頭部フーチングはコンパクトで且つ経済的に設計することができる。杭頭位置の各図、即ち図6(2T)、(3T)、(4T)において、杭頭21の外周を囲む破線の輪郭が杭頭上部フーチング3の平面形状の大きさを示している。これに対して、従来の鉛直杭では、杭先端23を囲む大きさの平面形状が必要であり、非常に大きな平面形状の杭頭上部フーチングが必要であったことが分かる。平面形状が大きくなると、フーチングに発生する曲げモーメントも大きくなるので、フーチングの高さ(深さ)も大きくする必要があり、従来の鉛直の複数杭の杭頭上部フーチングは本発明の杭頭上部フーチング3よりも遙かに巨大なものにならざるを得なかった。
一方、地盤の支持層に貫入する杭先端23位置の平面配置は、従来の鉛直杭と同様に支持力上必要な隣接杭間の杭芯間距離が確保されているので、杭の先端支持力は充分に確保することができている。
FIG. 6 is a view of pile arrangement at a pile head level and a pile tip level for each of the case of a slightly inclined pile 25 of the present invention, which is a 1 foundation 2 pile, 1 foundation 3 pile, 1 foundation 4 pile. A plan view is shown.
In any number of piles, pile placement at the height level of the pile head 21 is close, so the pile head footing can be designed compactly and economically. In each figure of the pile head positions, that is, FIGS. 6 (2T), (3T), and (4T), the outline of the broken line surrounding the outer periphery of the pile head 21 indicates the size of the planar shape of the pile head upper footing 3. On the other hand, in the conventional vertical pile, the planar shape of the magnitude | size surrounding the pile front-end | tip 23 is required, and it turns out that the very big planar shape pile head upper footing was required. As the planar shape increases, the bending moment generated in the footing also increases, so it is necessary to increase the height (depth) of the footing. The conventional pile head upper footing of multiple vertical piles is the upper part of the pile head of the present invention. It had to be much larger than Footing 3.
On the other hand, the planar arrangement at the position of the pile tip 23 penetrating into the support layer of the ground secures the distance between the pile cores between adjacent piles necessary for the bearing force as in the case of the conventional vertical pile, so the tip bearing capacity of the pile Is sufficiently secured.
本発明では、杭は僅かに傾斜しているものの、その傾斜角は標準的には1/30〜1/40(rad)程度とほぼ鉛直であるため、従来の斜杭のように杭頭水平力によって、杭の軸抵抗力が発生することがなく、水平荷重に起因する杭軸力の変動や杭先端荷重の増加という問題が発生しない。 In the present invention, although the pile is slightly inclined, the inclination angle is typically about 1/30 to 1/40 (rad) and is almost vertical, so the pile head is horizontal like a conventional inclined pile. The axial resistance force of the pile is not generated by the force, and the problem of fluctuation of the pile axial force due to the horizontal load and increase of the pile tip load does not occur.
また、従来の斜杭は傾斜角が大きいために、杭軸体の長さが鉛直杭よりもかなり長くなる(傾斜角30°〜45°で杭長が15%〜40%アップ)という面があったが、本発明の微傾斜杭25はほぼ鉛直であるため、杭軸体の長さは鉛直杭とほぼ同じであり、経済的にも従来の斜杭よりも格段に有利になっている。 Moreover, since the conventional inclined pile has a large inclination angle, the length of the pile shaft body is considerably longer than that of the vertical pile (the inclination angle is 30 ° to 45 ° and the pile length is increased by 15% to 40%). However, since the slightly inclined pile 25 of the present invention is almost vertical, the length of the pile shaft body is almost the same as that of the vertical pile, which is economically more advantageous than the conventional oblique pile. .
従来の鉛直杭では、杭頭部21に作用する鉛直荷重Pの位置が杭芯からδだけずれると、杭頭部21にはP−δモーメントが作用することになり、杭単独(地中梁なし)では杭に大きな水平変位が発生するなど、不安定な構造骨組みとなり、杭頭部21を繋ぐ地中梁なしでは安定な杭基礎になり得ないという問題があった。
これに対して本発明の微傾斜杭25の基礎は、複数の杭がその先端を外側に拡げた末広がりの安定した形状で打設されており、その頂部の杭頭部21が杭頭上部フーチング3により一体化されているため、鉛直荷重に対して安定した架構形状を構成しており、施工誤差等により鉛直荷重の作用位置に在る程度のずれが生じた場合にも、杭基礎自体でその負担軸力を自動調節して杭芯ずれに対応することが可能で、地中梁なしでも安定した構造システム(骨組み)を構成しているという安全性の極めて高い杭基礎を実現している。
In the conventional vertical pile, when the position of the vertical load P acting on the pile head 21 is deviated by δ from the pile core, the P-δ moment acts on the pile head 21 and the pile alone (underground beam) None) has an unstable structural framework, such as a large horizontal displacement of the pile, and there is a problem that it cannot be a stable pile foundation without an underground beam connecting the pile head 21.
On the other hand, the foundation of the slightly inclined pile 25 of the present invention has a plurality of piles which are driven in a stable shape with a widening end with the tips widened outward, and the pile head 21 at the top is the pile head upper footing. 3 because it is integrated with the vertical load, it forms a stable frame shape against the vertical load. Even if there is a deviation of the vertical load acting position due to construction errors, etc., the pile foundation itself It is possible to cope with pile core misalignment by automatically adjusting the load axial force, realizing a highly safe pile foundation that constitutes a stable structural system (framework) without underground beams. .
図7は、本発明の杭頭部21の付近の構成を詳細に示したものであり、図7(1)は杭頭部21および杭頭上部フーチング3の上に回転機構付すべり支承51と上部躯体6とを設置した構成を示す縦断面図、図7(2)は杭頭部21および杭頭上部フーチング3の上に積層ゴム支承52と上部躯体6とを設置した構成を示す縦断面図、図7(3)は図7(1)(2)におけるA矢視位置の水平断面図、図7(4)はB矢視位置の水平断面図、図7(5)はC矢視位置の水平断面図を示したものである。 FIG. 7 shows the configuration in the vicinity of the pile head 21 of the present invention in detail. FIG. 7 (1) shows a sliding bearing 51 with a rotation mechanism on the pile head 21 and the pile head upper footing 3. FIG. 7B is a longitudinal cross-sectional view showing a configuration in which the laminated rubber support 52 and the upper housing 6 are installed on the pile head 21 and the pile head upper footing 3. 7 (3) is a horizontal sectional view at the position indicated by the arrow A in FIGS. 7 (1) and 7 (2), FIG. 7 (4) is a horizontal sectional view at the position indicated by the arrow B, and FIG. The horizontal sectional view of a position is shown.
図7(1)および(2)に示すとおり、近接して打設された杭頭部の上端直下には杭頭部21の水平位置を均等に保ち且つ地震時の水平変位を同一に保つための杭頭位置水平連結部材31が配置されている。この杭頭位置水平連結部材31が杭頭部21の側面に接触する部分は、水平力を伝達するが杭頭部21の回転変形は拘束しないようにテーパー(図10(2B)拡大部参照)が設けられている。
また杭頭部21の上面には杭頭接合装置4が配置されており、その回転性能により杭頭部21と杭頭上部フーチング3の接合の固定度が調節可能であり、杭頭接合装置4の回転性能により、杭頭部ピン乃至杭頭部半剛接合が実現されている。
杭頭部21の上部には杭頭上部フーチング3が配置されているが、2本の杭頭部21が近接しているため、回転機構付すべり支承免震装置51もしくは積層ゴム支承免震装置52からの鉛直荷重が2本の杭頭部に杭頭上部フーチング3内の圧縮応力として伝達され、杭頭上部フーチング3には大きな曲げモーメントやせん断力が発生しないので、杭頭上部フーチング3は極めてコンパクトに設計されている。
更にその免震装置51もしくは52の上部は、免震装置上部フーチング61を介して上部躯体6と一体化されている。
As shown in FIGS. 7 (1) and (2), in order to keep the horizontal position of the pile head 21 evenly below the upper end of the pile head placed in close proximity and to keep the horizontal displacement at the time of an earthquake the same. The pile head position horizontal connection member 31 is arranged. The portion of the pile head position horizontal connecting member 31 that contacts the side surface of the pile head 21 is tapered so as to transmit a horizontal force but does not restrain the rotational deformation of the pile head 21 (see FIG. 10 (2B) enlarged portion). Is provided.
Moreover, the pile head joining apparatus 4 is arrange | positioned on the upper surface of the pile head 21, The fixed degree of joining of the pile head 21 and the pile head upper footing 3 is adjustable with the rotational performance, and the pile head joining apparatus 4 The pile head pin or the pile head semi-rigid joint is realized by the rotational performance of
The pile head upper footing 3 is arranged on the upper part of the pile head 21, but since the two pile heads 21 are close to each other, the sliding bearing isolator 51 with rotating mechanism or the laminated rubber bearing isolator The vertical load from 52 is transmitted to the two pile heads as compressive stress in the pile head upper footing 3, and the pile head upper footing 3 does not generate a large bending moment or shearing force. Designed extremely compact.
Furthermore, the upper part of the seismic isolation device 51 or 52 is integrated with the upper housing 6 via the seismic isolation device upper footing 61.
図7(3)〜図7(5)は、図7(1)(2)におけるA矢視、B矢視、C矢視の水平断面図を示している。特に図7(5)に明示されているとおり、免震装置5の水平断面とその下に位置する2本の杭頭部の平面が近接して重なり合っているために、免震装置5の鉛直荷重が無理なく2本の杭に伝達されることが分かる。
また、杭頭部21の上面には、杭頭接合装置4が配置されているために、この装置の効果(回転剛性)により、杭頭部21の回転剛性が方向によらず一定値に保たれている。従って、全ての杭の水平荷重の負担率が方向によらず均等になり、建物全体の水平力に対して全ての杭が均等に抵抗するようになり、杭の耐震設計が合理化されている。
FIGS. 7 (3) to 7 (5) show horizontal sectional views taken along arrows A, B, and C in FIGS. 7 (1) and 7 (2). In particular, as clearly shown in FIG. 7 (5), since the horizontal section of the seismic isolation device 5 and the planes of the two pile heads located below are closely overlapping, the vertical of the seismic isolation device 5 It can be seen that the load is transmitted to the two piles without difficulty.
Further, since the pile head joining device 4 is arranged on the upper surface of the pile head 21, the rotational rigidity of the pile head 21 is kept constant regardless of the direction due to the effect (rotational rigidity) of this device. I'm leaning. Therefore, the load ratio of the horizontal load of all the piles becomes equal regardless of the direction, and all the piles evenly resist the horizontal force of the entire building, and the seismic design of the piles is rationalized.
図8は、本発明の杭頭部21に設置される杭頭接合装置4Aと4Bの実施例を示している。
図8(1A)は、杭頭部回転変位吸収用のゴム体41を内蔵する杭頭接合装置4Aの上部からみた平面図であり、図8(1B)は、杭頭接合装置4Aと杭頭部21の位置関係を示す縦断面図である。
本実施例は既製杭を採用した場合を示しているが、既製杭頭部の平面中央部の空洞部210には高強度モルタルもしくは高強度コンクリートを充填している。その杭頭の上端部は杭体の微傾斜に応じて少し傾斜しているため、高強度モルタル、高強度コンクリート、高強度のセルフレベリング材のいずれかにより上面を水平且つ平坦に仕上げておき、その上に杭頭接合装置4Aを設置している。高強度のセルフレベリング材とは、硬化前施工時のフロー値で250mm以上の流動性を有し、硬化後は30N/mm2以上の圧縮強度を有する石膏系セルフレベリング材料、高性能AE減衰剤あるいは流動化剤を充填してスランプフロー500mm以上の高流動性を備え、硬化後の圧縮強度30N/mm2以上の高強度コンクリートもしくは高強度モルタルを含むものとする。
この杭頭接合装置4Aには水平ストッパー42が僅かの隙間を有して杭頭部21の外周面を囲っており、ゴム体41に水平変形が生じると杭頭部21の外周面と接触することにより、この隙間以上の水平変位は拘束し、且つゴム体の回転変形を邪魔しないようになっている。
このゴム体41の働きにより、地震動の短周期成分はフィルター除去されるので、ある程度の免震効果も発揮されるようになっている。
FIG. 8 shows an embodiment of the pile head joining devices 4A and 4B installed on the pile head 21 of the present invention.
FIG. 8 (1A) is a plan view seen from the top of the pile head joining device 4A incorporating the rubber body 41 for absorbing pile head rotational displacement, and FIG. 8 (1B) shows the pile head joining device 4A and the pile head. 3 is a longitudinal sectional view showing a positional relationship of a part 21.
Although the present Example has shown the case where a ready-made pile is employ | adopted, the cavity part 210 of the plane center part of a ready-made pile head is filled with high-strength mortar or high-strength concrete. Since the upper end of the pile head is slightly inclined according to the slight inclination of the pile body, the upper surface is finished horizontally and flatly with either high-strength mortar, high-strength concrete, or high-strength self-leveling material, On top of that, the pile head joining device 4A is installed. A high-strength self-leveling material is a gypsum-based self-leveling material, a high-performance AE damping agent or a high-performance AE damping agent having a flow value of 250 mm or more as a flow value at the time of construction before curing, and a compressive strength of 30 N / mm 2 or more after curing. It is filled with a fluidizing agent, has a high fluidity of a slump flow of 500 mm or more, and includes high-strength concrete or high-strength mortar with a compressive strength of 30 N / mm 2 or more after curing.
In this pile head joining device 4A, a horizontal stopper 42 has a slight gap and surrounds the outer peripheral surface of the pile head 21. When horizontal deformation occurs in the rubber body 41, it comes into contact with the outer peripheral surface of the pile head 21. As a result, the horizontal displacement beyond this gap is constrained and the rotational deformation of the rubber body is not disturbed.
Due to the function of the rubber body 41, the short-period component of the ground motion is removed by a filter, so that a certain amount of seismic isolation effect is also exhibited.
杭頭接合装置4Aの上部には井型形状2方向せん断力(水平+鉛直)伝達用PBLジベルプレート43が配置されている。PBLジベルとは、鋼板に直径40φ〜50φ程度の孔を多数配置した鋼板であり、この中にコンクリートが充填されることにより、コンクリートとの界面で2面せん断機構が構成され、この孔数と鋼板プレート厚さおよびコンクリート強度の組合せにより、非常に大きなせん断力を伝達できる。しかも従来のスタッドボルトは変形が生じないと耐力が発揮されないのに対して、PBLジベルはその剛性が極めて高く、変形が殆ど発生しないという優れた性能を有している。
更に、図8(1B)に示されているとおり、本発明のPBLジベルプレート(鋼板)43に設けられている孔の高さは、PBLジベルのX方向孔44XとY方向孔44Yとで30〜40mm程度高さを違えており、この孔に上部フーチングの鉄筋を貫通させ、交差させて配筋できるようになっている。PBLジベルプレート(鋼板)43の孔に鉄筋を貫通させることにより、ジベルとしての塑性変形性能が向上すると同時に、フーチングとの一体化が無理なく合理的に行えるようになっている。
A well-shaped two-way shear force (horizontal + vertical) transmission PBL dowel plate 43 is disposed on the top of the pile head joining device 4A. A PBL dowel is a steel plate in which a large number of holes having a diameter of about 40φ to 50φ are arranged in a steel plate. By filling the inside with concrete, a two-surface shearing mechanism is formed at the interface with the concrete. A combination of steel plate thickness and concrete strength can transmit very large shear forces. Moreover, the conventional stud bolt does not exhibit the proof strength unless it is deformed, whereas the PBL gibber has an extremely high rigidity and hardly deforms.
Further, as shown in FIG. 8 (1B), the height of the hole provided in the PBL dowel plate (steel plate) 43 of the present invention is 30 for the X-direction hole 44X and the Y-direction hole 44Y of the PBL dowel. The height is different by about 40 mm, and the rebar of the upper footing is penetrated through this hole and can be arranged by crossing. By penetrating the reinforcing bar through the hole of the PBL dowel plate (steel plate) 43, the plastic deformation performance as the dowel is improved, and at the same time, the integration with the footing can be reasonably performed.
図8(2A)は、ゴム体41を内蔵しないタイプの杭頭接合装置4Bの上部からみた平面図、図8(2B)は、杭頭接合装置4Bと杭頭部21の位置関係を示す縦断面図である。この装置では、ゴム体41を省略しているので、杭頭接合装置の回転剛性が高くなり、回転変形性能も小さくなり、杭頭部の固定度が上昇するが、水平荷重が増大すると杭頭部からの抜けだしが生じることにより固定度が低下して、半剛接合としての機能を発揮するようになる。杭頭部回転性能は図8(1B)の接合装置4Aに比較して低下するものの、低コストの装置となるので、経済性では有利さを有している。
また図8(1B)の接合装置4Aと同様に、上部にはPBLジベルプレート43を有しており、フーチングとの一体化が合理的に行え、両杭頭接合装置共に、杭のフーチングへの定着鉄筋を不要としているので、現場溶接も不要であり、配筋も簡素化されており、杭頭部21の施工性が極めて優れている。杭頭の内部空洞部210を高強度コンクリート等で充填しており、その上面201を水平に仕上げていることは杭頭接合装置4Aと同様である。
FIG. 8 (2A) is a plan view seen from the top of a pile head joining device 4B of a type that does not contain a rubber body 41, and FIG. 8 (2B) is a longitudinal section showing the positional relationship between the pile head joining device 4B and the pile head 21. FIG. In this apparatus, since the rubber body 41 is omitted, the rotational rigidity of the pile head joining apparatus is increased, the rotational deformation performance is also reduced, and the fixing degree of the pile head is increased. However, when the horizontal load is increased, the pile head is increased. When the part comes out, the fixing degree is lowered and the function as a semi-rigid joint is exhibited. Although the pile head rotation performance is lower than that of the joining device 4A of FIG. 8 (1B), it is a low-cost device, and thus has an advantage in terms of economy.
Moreover, like the joining device 4A of FIG. 8 (1B), it has a PBL dowel plate 43 in the upper part, and it can be rationally integrated with the footing. Since no fixed reinforcing bars are required, on-site welding is also unnecessary, the arrangement of bars is simplified, and the workability of the pile head 21 is extremely excellent. The inner cavity portion 210 of the pile head is filled with high-strength concrete or the like, and the upper surface 201 is horizontally finished, as in the pile head joining device 4A.
図9は、既存の簡易型杭頭接合装置を本微傾斜杭25の上端部に適用した実施例であり、図9(1A)は、逆凹型形状の簡易型杭頭キャップ4Cを上面から見た平面図、図9(1B)は杭頭接合装置4Cと杭頭部21の位置関係を示す縦断面図である。
実施例5と同様に,既製杭頭部の平面中央部の空洞部210には高強度モルタルもしくは高強度コンクリートを充填し、その杭頭の上端部は高強度のセルフレベリング材等により上面を水平且つ平坦に仕上げた上で、杭頭接合装置4Cを設置し、その周囲と上部に本接合装置4Cを囲うように杭頭上部フーチング3のコンクリートを打設している。
この杭頭接合装置は極めて簡便な杭頭を囲うキャップ状の薄鋼板でできており、杭頭の固定度はかなり高い半剛接合となるが、施工性と経済性において優れている。
FIG. 9 shows an example in which an existing simple pile head joining device is applied to the upper end of the slightly inclined pile 25. FIG. 9 (1A) shows a reverse pile-shaped simple pile head cap 4C as viewed from above. 9B is a longitudinal sectional view showing the positional relationship between the pile head joining device 4C and the pile head 21. FIG.
As in Example 5, the cavity 210 at the center of the plane of the pre-made pile head is filled with high-strength mortar or high-strength concrete, and the upper end of the pile head is leveled with a high-strength self-leveling material or the like. And after finishing flat, the pile head joining apparatus 4C is installed, and the concrete of the pile head upper footing 3 is placed so as to surround the main joining apparatus 4C around and above the pile head joining apparatus 4C.
This pile head joining device is made of a cap-shaped thin steel plate that encloses an extremely simple pile head. The pile head is fixed with a semi-rigid joint with a considerably high degree of fixing, but is excellent in workability and economy.
図9(2A)は、杭頭の周囲を鉢巻き状に囲うリング型杭頭接合装置4Dを上面から見た平面図、図9(2B)は杭頭接合装置4Dと杭頭部21の位置関係を示す縦断面図である。
本実施例も既製杭頭部の平面中央部の空洞部210には高強度モルタルもしくは高強度コンクリートを充填しその上面を平坦に仕上げているが、その杭頭上端部を水平にする補修は省略している。この杭頭接合装置4Dの原理は、杭頭ぶ外周に配置し、杭頭上部フーチングと一体化されたドーナツ形状のリングが杭頭21から抜け出ることによってみかけの等価剛性が低下することを方式であるので、リング体4Dで囲われた内部における杭体上面の若干の傾斜(水平度)は問題にならないからである。
この杭頭接合装置による杭頭の固定度もかなり高い半剛接合となる。
尚、符号29は杭頭上端部付近における水平線を示している。
FIG. 9 (2A) is a plan view of the ring-type pile head joining device 4D that surrounds the periphery of the pile head in a headband shape, and FIG. 9 (2B) is a positional relationship between the pile head joining device 4D and the pile head 21. FIG.
In this embodiment, the cavity 210 at the center of the plane of the ready-made pile head is filled with high-strength mortar or high-strength concrete and the upper surface is finished flat, but the repair of leveling the upper end of the pile head is omitted. doing. The principle of this pile head joining device 4D is that the apparent equivalent rigidity is lowered by the donut-shaped ring which is arranged on the outer periphery of the pile head and integrated with the upper footing of the pile head comes out of the pile head 21. This is because a slight inclination (levelness) of the upper surface of the pile body inside the ring body 4D is not a problem.
Semi-rigid joining with a considerably high pile head fixing degree by this pile head joining device.
Reference numeral 29 indicates a horizontal line in the vicinity of the upper end of the pile head.
図10は、本発明の杭頭部21に配置される「杭頭位置水平連結部材」の実施例を示しており、図10(1A)(1B)は、鋼板で構成した1基礎2本杭の杭頭位置水平連結部材31、図10(2A)(2B)は、鉄筋コンクリートで構成した1基礎2本杭の杭頭位置水平連結部材32、図10(3A)(3B)は、鋼板で構成した1基礎3本杭の杭頭位置水平連結部材31をそれぞれ示している。 FIG. 10 shows an example of a “pile head position horizontal connecting member” arranged on the pile head 21 of the present invention, and FIGS. 10 (1A) and (1B) are one foundation two piles made of steel plates. Pile head position horizontal connecting member 31, FIGS. 10 (2 A) and (2 B) are pile foundation position horizontal connecting members 32 of two foundations made of reinforced concrete, and FIGS. 10 (3 A) and (3 B) are made of steel plates. The pile head position horizontal connection member 31 of the 1 foundation 3 pile which was done is shown, respectively.
この杭頭位置水平連結部材31、32は、1基礎内の複数の杭が同一の水平位置を保つようにその位置を一定に保持し、水平力を均等に負担するように保持するホルダーの役割を果たすものである。但し、水平力は伝達するが杭頭部21の回転変形は拘束しないようにするため、図10(2B)の円内拡大部に示すように、この部材31、32が杭頭部21の側面に接触する部分には、テーパーが設けられている。
この杭頭位置水平連結部材31、32は、杭打設後の杭頭部21周りの施工時に設置してもよいが、杭打設時に杭頭部位置を目標どおりに保つテンプレートとして利用すれば、杭頭部位置および杭頭部間隔を精度よく施工することが可能となる。特に図10(3A)に示した3本杭の場合の杭頭部21の位置決めにはテンプレート兼用の杭頭部間連結部材31が効果的である。
This pile head position horizontal connection member 31, 32 is a role of a holder that holds the position constant so that a plurality of piles within one foundation maintain the same horizontal position, and holds the horizontal force evenly. To fulfill. However, in order to transmit the horizontal force but not restrain the rotational deformation of the pile head 21, the members 31 and 32 are the side surfaces of the pile head 21 as shown in the enlarged portion in a circle of FIG. 10 (2 B). A taper is provided in a portion that contacts the.
Although this pile head position horizontal connection member 31 and 32 may be installed at the time of construction around the pile head 21 after pile driving, if it uses as a template which keeps a pile head position as a target at the time of pile driving It becomes possible to construct the pile head position and the pile head interval with high accuracy. In particular, the pile-head connecting member 31 also serving as a template is effective for positioning the pile head 21 in the case of the three piles shown in FIG. 10 (3A).
図10(2A)(2B)に示した、鉄筋コンクリート製の1基礎2本杭の杭頭位置水平連結部材32の場合、杭頭部21にまずこの杭頭位置水平連結部材32を構築し、その後、杭頭接合装置4を設置し、その上に杭頭部フーチング3を構築すればよい。 In the case of the pile head position horizontal connection member 32 of 1 foundation 2 piles made of reinforced concrete shown in FIGS. 10 (2A) and (2B), the pile head position horizontal connection member 32 is first constructed on the pile head 21, and then The pile head joining device 4 may be installed, and the pile head footing 3 may be constructed thereon.
以上のとおり、本発明による微傾斜杭を採用すれば、従来の1基礎に複数の鉛直杭を採用する場合に較べて杭頭フーチングを大幅に小型化・合理化できるばかりでなく、杭の水平剛性および杭頭固定度が地震力の作用する方向によって大幅に相違するという従来の不合理も解消することができる。
また、従来の斜杭は、杭頭部に作用する水平地震力によって杭軸体に大きな軸力の増減が発生すること、地震力の方向により杭の水平剛性・抵抗力が大幅に相違すること(特に2本杭の場合)等の構造力学的に大きな不合理(斜杭が水平力に対して効き過ぎるための不合理)と問題点を有していたが、この力学的問題を解決できるだけでなく、杭軸長が長くなる経済性の問題、杭打設時に杭を大きく傾けるための施工上の難しさも解消することができる。
本工法は全ての建築構造物に適用可能であるが、特に1柱当たりの鉛直荷重が非常に大きい免震構造物に適用するとその効果が極めて顕著である。
As described above, the use of the slightly inclined pile according to the present invention not only greatly reduces the size and rationalizes the pile head footing, but also the horizontal rigidity of the pile compared to the case where a plurality of vertical piles are used on a single foundation. And the conventional unreasonableness that pile head fixing degree varies greatly depending on the direction in which the seismic force acts can be eliminated.
In addition, the conventional slant pile has a large axial force increase / decrease in the pile shaft body due to the horizontal seismic force acting on the pile head, and the horizontal rigidity / resistance force of the pile varies greatly depending on the direction of the seismic force. There was a problem with a large unreasonable structural mechanics such as (especially in the case of two piles) (an unreasonable reason for oblique piles being too effective against horizontal force), but this mechanical problem can only be solved In addition, the economical problem that the pile shaft length becomes long, and the difficulty in construction for tilting the pile at the time of pile driving can be solved.
This construction method can be applied to all building structures, but the effect is particularly remarkable when applied to seismic isolation structures with a very high vertical load per column.
1 :地盤(杭周囲地盤)
11:支持層
2 :杭
201:杭頭上端部の水平補修部
21:杭頭部
210:杭頭内部の充填部
22:杭軸体
23:杭先端
24:斜杭
25:微傾斜杭
29:杭頭上端部付近における水平線
3 :杭頭上部フーチング
31:杭頭位置水平連結部材(鋼製)
32:杭頭位置水平連結部材(鉄筋コンクート製)
4 :杭頭接合装置
4A:杭頭接合装置(杭頭部回転変位吸収用ゴム体内蔵型)
4B:杭頭接合装置(4A同型でゴム体省略型)
4C:杭頭接合装置(逆凹型形状の簡易型杭頭キャップ)
4D:杭頭接合装置(鉢巻形状の杭頭周囲リング型)
41:杭頭回転変位吸収用ゴム体
42:水平ストッパー
43:2方向せん断力(水平+鉛直)伝達用PBLジベルプレート
44X:PBLジベルのX方向孔
44Y:PBLジベルのY方向孔
5 :免震装置
51:回転機構付すべり支承
52:積層ゴム支承
6 :上部躯体
61:免震装置上部フーチング
62:上部躯体−柱
63:上部躯体−梁
7 :杭基礎(上部)に作用する鉛直荷重
71:各杭の負担する鉛直荷重
8 :杭頭部に作用する水平力
81:杭の負担する水平力(および水平剛性)の大きさ
1: Ground (Pile surrounding ground)
11: Support layer 2: Pile
201: Horizontal repair part of pile head upper end part 21: Pile head 210: Filling part inside pile head 22: Pile shaft 23: Pile tip 24: Slope pile 25: Slightly inclined pile 29: Horizontal line in the vicinity of pile head upper part
3: Pile head upper footing 31: Pile head position horizontal connecting member (steel)
32: Pile head position horizontal connecting member (made of reinforced concrete)
4: Pile head joining device 4A: Pile head joining device (pile head rotational displacement absorbing rubber body built-in type)
4B: Pile head joining device (4A same type and rubber body omitted type)
4C: Pile head joining device (reverse concave shape simple pile head cap)
4D: Pile head joining device (ring-shaped pile head surrounding ring type)
41: Pile head rotational displacement absorbing rubber body 42: Horizontal stopper 43: Two-direction shearing force (horizontal + vertical) transmission PBL gibber plate 44X: PBL diver X-direction hole 44Y: PBL diver Y-direction hole
5: Seismic isolation device 51: Sliding bearing with rotating mechanism 52: Laminated rubber bearing
6: Upper frame 61: Seismic isolation device upper footing 62: Upper frame-column 63: Upper frame-beam
7: Vertical load acting on the pile foundation (upper part) 71: Vertical load borne by each pile 8: Horizontal force acting on the pile head 81: Magnitude of horizontal force (and horizontal rigidity) borne by the pile
Claims (6)
支持層地盤における杭先端部の隣接杭との間隔は、杭軸部直径をD1、杭先端部直径をD2としたとき、各杭芯間距離でD1+D2以上、且つD2+1m以上を確保しており、
杭頭部は、相隣接する杭の各杭芯間距離をDtc、杭頭部直径をDoとしたとき、1.0 Do < Dtc ≦1.5 Do の範囲内に配置されており、
且つ、杭は、鉛直軸に対する杭軸の傾斜角をθとしたとき、θ≦1/10(rad)で、且つ前記の杭先端部と杭頭部の両条件の範囲内で傾斜した微傾斜杭とされている杭基礎において、
地震時の各杭頭部変位が同一水平変位となるように相隣接する杭頭部の水平位置を連結・一体化し、且つ杭頭部の回転変形は拘束しない杭頭位置水平連結部材を各杭頭部上端の直下付近に配置していることを特徴とする杭基礎。 It is a pile foundation that supports the vertical load of one pillar or one seismic isolation device of seismic isolation structure or earthquake resistant structure with multiple piles,
The distance from the adjacent pile at the tip of the pile in the supporting layer ground is D1 + D2 or more and D2 + 1m or more at each pile core distance when the pile shaft diameter is D1 and the pile tip diameter is D2.
The pile heads are arranged within a range of 1.0 Do <Dtc ≦ 1.5 Do, where Dtc is the distance between each pile core of adjacent piles and Do is the pile head diameter.
And when the inclination of the pile axis with respect to the vertical axis is θ, the pile is θ ≦ 1/10 (rad), and the fine inclination is inclined within the range of both conditions of the pile tip and the pile head. In pile foundations that are considered piles,
The pile head horizontal connection members that connect and integrate the horizontal positions of adjacent pile heads so that the pile head displacement during an earthquake is the same horizontal displacement, and that do not restrict the rotational deformation of the pile heads. A pile foundation characterized by being placed near the top of the head .
支持層地盤における杭先端部の隣接杭との間隔は、杭軸部直径をD1、杭先端部直径をD2としたとき、各杭芯間距離でD1+D2以上、且つD2+1m以上を確保しており、
杭頭部は、相隣接する杭の各杭芯間距離をDtc、杭頭部直径をDoとしたとき、1.0 Do < Dtc ≦1.5 Do の範囲内に配置されており、
且つ、杭は、鉛直軸に対する杭軸の傾斜角をθとしたとき、θ≦1/10(rad)で、且つ前記の杭先端部と杭頭部の両条件の範囲内で傾斜した微傾斜杭とされている杭基礎において、
各杭頭部の上部に杭頭部の回転変形を許容できる杭頭接合装置を配置しており、
その上部に前記複数杭を一体化する杭頭上部フーチングを構成しており、
前記杭頭上部フーチングを上部躯体もしくは前記免震装置と連結し一体化していることを特徴とする杭基礎。 It is a pile foundation that supports the vertical load of one pillar or one seismic isolation device of seismic isolation structure or earthquake resistant structure with multiple piles,
The distance from the adjacent pile at the tip of the pile in the supporting layer ground is D1 + D2 or more and D2 + 1m or more at each pile core distance when the pile shaft diameter is D1 and the pile tip diameter is D2.
The pile heads are arranged within a range of 1.0 Do <Dtc ≦ 1.5 Do, where Dtc is the distance between each pile core of adjacent piles and Do is the pile head diameter.
And when the inclination of the pile axis with respect to the vertical axis is θ, the pile is θ ≦ 1/10 (rad), and the fine inclination is inclined within the range of both conditions of the pile tip and the pile head. In pile foundations that are considered piles,
A pile head joining device that allows rotational deformation of the pile head is arranged at the top of each pile head,
A pile head upper footing that integrates the plurality of piles at the top is configured,
A pile foundation characterized in that the pile head upper footing is connected to and integrated with an upper frame or the seismic isolation device.
支持層地盤における杭先端部の隣接杭との間隔は、杭軸部直径をD1、杭先端部直径をD2としたとき、各杭芯間距離でD1+D2以上、且つD2+1m以上を確保しており、
杭頭部は、相隣接する杭の各杭芯間距離をDtc、杭頭部直径をDoとしたとき、1.0 Do < Dtc ≦1.5 Do の範囲内に配置されており、
且つ、杭は、鉛直軸に対する杭軸の傾斜角をθとしたとき、θ≦1/10(rad)で、且つ前記の杭先端部と杭頭部の両条件の範囲内で傾斜した微傾斜杭とされている杭基礎において、
地震時の各杭頭部変位が同一水平変位となるように相隣接する杭頭部の水平位置を連結・一体化し、且つ杭頭部の回転変形は拘束しない杭頭位置水平連結部材を各杭頭部上端の直下付近に配置しており、
各杭頭部の上部に杭頭部の回転変形を許容できる杭頭接合装置を配置しており、
その上部に前記複数杭を一体化する杭頭上部フーチングを構成しており、
前記杭頭上部フーチングを上部躯体もしくは前記免震装置と連結し一体化していることを特徴とする杭基礎。 It is a pile foundation that supports the vertical load of one pillar or one seismic isolation device of seismic isolation structure or earthquake resistant structure with multiple piles,
The distance from the adjacent pile at the tip of the pile in the supporting layer ground is D1 + D2 or more and D2 + 1m or more at each pile core distance when the pile shaft diameter is D1 and the pile tip diameter is D2.
The pile heads are arranged within a range of 1.0 Do <Dtc ≦ 1.5 Do, where Dtc is the distance between each pile core of adjacent piles and Do is the pile head diameter.
And when the inclination of the pile axis with respect to the vertical axis is θ, the pile is θ ≦ 1/10 (rad), and the fine inclination is inclined within the range of both conditions of the pile tip and the pile head. In pile foundations that are considered piles,
The pile head horizontal connection members that connect and integrate the horizontal positions of adjacent pile heads so that the pile head displacement during an earthquake is the same horizontal displacement, and that do not restrict the rotational deformation of the pile heads. Located near the top of the head,
A pile head joining device that allows rotational deformation of the pile head is arranged at the top of each pile head,
A pile head upper footing that integrates the plurality of piles at the top is configured,
A pile foundation characterized in that the pile head upper footing is connected to and integrated with an upper frame or the seismic isolation device .
前記杭頭部の上面に、ゴム層単体もしくは積層ゴム体を内蔵することで前記杭頭部の回転変形を吸収可能とする杭頭接合装置が設置されており、
前記杭頭接合装置は、僅かに傾斜した前記杭の頭部上面を高強度モルタル、高強度コンクリート、もしくは高強度のセルフレベリング材料のいずれかにより水平に補修された上に配置されていることを特徴とする杭基礎。 In the pile foundation according to any one of claims 1 to 3,
On the upper surface of the pile head, a pile head joining device that can absorb rotational deformation of the pile head by incorporating a rubber layer alone or a laminated rubber body is installed,
The pile head joining device is disposed on the top surface of the pile head that is slightly inclined and is repaired horizontally with either high strength mortar, high strength concrete, or high strength self-leveling material. A featured pile foundation.
前記杭頭部の上面に、ゴム層単体もしくは積層ゴム体を内蔵することで前記杭頭部の回転変形を吸収可能とする杭頭接合装置が設置されており、
前記杭頭接合装置として、前記杭頭部上面に載置される水平鋼板の外周部に固定され、前記杭頭部外周面の周囲に僅かの隙間を有して囲う円筒形状の水平ストッパー、もしくは杭頭部上面に逆凹型形状に整形された薄鋼板製杭頭キャップ、あるいは杭頭周囲に嵌合する鉢巻き形状のリング型接合部材を使用していることを特徴とする杭基礎。 In the pile foundation according to any one of claims 1 to 3,
On the upper surface of the pile head, a pile head joining device that can absorb rotational deformation of the pile head by incorporating a rubber layer alone or a laminated rubber body is installed,
As the pile head joining device, a cylindrical horizontal stopper fixed to the outer peripheral portion of a horizontal steel plate placed on the upper surface of the pile head and surrounding with a slight gap around the outer peripheral surface of the pile head, or A pile foundation characterized by using a thin steel plate pile head cap shaped into an inverted concave shape on the top surface of the pile head or a headband shaped ring-shaped joining member fitted around the pile head .
前記杭頭接合装置は、その上部に多数の孔を有する鋼板を2方向に設けたPBLジベルプレートを有しており、
前記杭頭接合装置により杭頭部と杭頭上部フーチングを連結・一体化していることを特徴とする杭基礎。 In the pile foundation according to claim 4 or claim 5,
The pile head joining apparatus has a PBL dowel plate provided with a steel plate having a number of holes in two directions in two directions,
A pile foundation in which a pile head and a pile head upper footing are connected and integrated by the pile head joining device .
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