JP5966643B2 - 杭と上部構造との接合構造及び接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、杭と上部構造との接合構造及び接合方法に関する。

逆打ち支柱等の鉄骨柱の下部が埋め込まれた杭と、その杭に支持される上部構造との接合構造として、地震時の水平力により杭頭部と上部構造との接合部に生じる曲げ応力を緩和する目的で杭頭半剛接合構法を採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１３８５７４号公報

特許文献１に記載の杭と上部構造との接合構造では、杭頭部と上部構造との接合部において鉄骨柱が、地震時の水平力に抵抗し、曲げモーメントを伝達することにより、当該接合部における曲げ応力の緩和が妨げられていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鉄骨柱の下部が埋め込まれた杭と、その杭に支持される上部構造との接合部において、地震時の水平力により生じる曲げ応力を、効果的に緩和することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る杭と上部構造との接合構造は、鉄骨柱の下部が埋め込まれた杭と、該杭に支持される上部構造とが、杭頭半剛接合構法を用いて接合された杭と上部構造との接合構造であって、前記鉄骨柱は、前記下部とその上側とが構造的に分割されていると共に、前記下部とその上側とを結合するのに用いる結合部を備え、前記下部とその上側との結合が解除されており、前記結合部は、前記鉄骨柱の前記下部とその上側との側面から夫々張り出した下フランジ及び上フランジを備え、前記下フランジの上端は、前記鉄骨柱の分割線より上側に配されていることを特徴とする。

前記杭と上部構造との接合構造において、前記上部構造は、逆打ち工法を用いて構築された地下躯体であってもよく、前記鉄骨柱は、前記地下躯体を支持する逆打ち支柱であってもよい。

また、本発明に係る杭と上部構造との接合方法は、鉄骨柱の下部を埋め込む杭と、該杭で支持する上部構造とを、杭頭半剛接合構法を用いて接合する杭と上部構造との接合方法であって、前記下部とその上側とが構造的に分割されている前記鉄骨柱を、前記下部とその上側とを結合した状態で建て込み、前記上部構造の施工を進めた後に、前記鉄骨柱の前記下部とその上側との結合を解除し、前記下部とその上側とを結合する結合部は、前記鉄骨柱の前記下部とその上側との側面から夫々張り出した下フランジ及び上フランジを備え、前記下フランジの上端は、前記鉄骨柱の分割線より上側に配されていることを特徴とする。

本発明によれば、鉄骨柱の下部が埋め込まれた杭と、その杭に支持される上部構造との接合部において、地震時の水平力により生じる曲げ応力を、効果的に緩和することができる。

一実施形態に係る杭と上部構造との接合構造を示す立断面図である。 一実施形態に係る杭と上部構造との接合構造を構築する手順を示す立面図である。 一実施形態に係る杭と上部構造との接合構造を構築する手順を示す立面図である。 他の実施形態に係る杭と上部構造との接合構造を示す立断面図である。 他の実施形態に係る杭と上部構造との接合構造を示す立断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る杭１２と上部構造１４との接合構造１０を示す立断面図である。この図に示すように、接合構造１０では、場所打ちコンクリート杭である杭１２に逆打ち支柱（構真柱）２０の下部が埋め込まれ、地下躯体である上部構造１４の底部（フーチングや基礎スラブや基礎梁等）に逆打ち支柱２０の下部２０Ｌが埋め込まれている。即ち、本実施形態に係る接合構造１０は、逆打ち工法を用いて施工される地下躯体と場所打ちコンクリート杭との接合部の構造である。

また、本実施形態に係る接合構造１０では、杭１２の頭部と上部構造１４の底部とを杭頭半剛接合構法を用いて接合することにより、地震の水平力により杭１２の頭部に生じる曲げ応力を緩和している。ここで、杭頭半剛接合構法を用いた接合構造としては、様々なものが存在するが、本実施形態では、杭１２の天端部と上部構造１４の底部とを離間させ、杭１２よりも小径の鋼管１６にコンクリートを充填したものを介して杭１２の頭部と上部構造１４とを接合する構造を採用している。

逆打ち支柱２０は、Ｈ形鋼を直角に組み合わせた十字型鋼であり、杭１２の頭部と上部構造１４の底部との接合部において上下に構造的に分割されており、その逆打ち支柱２０の下部２０Ｌとその上側部２０Ｕとの分割線は、鋼管１６の上端と同じ高さに配されている。また、逆打ち支柱２０の下部２０Ｌの上端と上側部２０Ｕの下端とには夫々、正方形状の鋼板であるフランジ２１Ｌ、２１Ｕが溶接されており、これらが当接している。このフランジ２１Ｌ、２１Ｕには、各辺に２個のボルト挿通用の孔が空けられており、ボルトＢが挿通されている。ここで、ボルトＢにナットは取り付けられておらず、ボルトＢは、孔に挿通されてフランジ２１Ｌ、２１Ｕの相対的な水平変位を制限しているのみである。

また、逆打ち支柱２０の下部２０Ｌの側面上部と上側部２０Ｕの側面下部には、夫々複数のＬ型の鋼板である下フランジ２２Ｌ及び上フランジ２２Ｕが溶接されている。各下フランジ２２Ｌは、逆打ち支柱２０の下部２０Ｌにおける各フランジ２０Ｌｆに溶接されている。各下フランジ２２Ｌは、上方に直角に屈曲するように配されている。ここで、各下フランジ２２Ｌの上端は、逆打ち支柱２０の分割線よりも上側に配されており、各下フランジ２２Ｌの上部が、上側部２０Ｕ下端のフランジ２１Ｕと隙間を空けて水平方向に対向している。

また、上フランジ２２Ｕは、逆打ち支柱２０の上側部２０Ｕにおける各フランジ２０Ｕｆに溶接されている。各上フランジ２２Ｕは、下方に直角に屈曲し、下フランジ２２Ｌに対して上下反対向きに配されており、夫々の縦長の長方形状の部位が、上下に並んでいる。ここで、下フランジ２２Ｌと上フランジ２２Ｕの上下に並んだ長方形状の部位は、複数のボルト挿通孔Ｈが形成された被締結部２３Ｌ、２３Ｕとなっており、当該部位が杭１２や上部構造１４や鋼管１６内のコンクリートに埋め込まれる前は、ボルト挿通孔が形成された鋼板２４を被締結部２３Ｌ、２３Ｕに当ててこれらをボルトとナットとで締結することにより、下フランジ２２Ｌ及び上フランジ２２Ｕを結合することができるようになっている（図２参照）。

図２及び図３は、接合構造１０を構築する手順を示す立面図である。まず、図示は省略するが、上部構造１４を構築する位置の周囲に山留め壁を施工し、杭１２を、上部構造１４の構築位置の深部に打設する。そして、図２に示すように、逆打ち支柱２０をその先端が杭１２に挿入されるように建て込む。ここで、逆打ち支柱２０の分割線が杭１２の天端よりも上側に位置するように逆打ち支柱２０を杭１２に建て込む。

ここで、予め、逆打ち支柱２０の下部２０Ｌのフランジ２１Ｌと上側部２０Ｕのフランジ２１ＵとをボルトＢ及びナットＮで締結しておく。また、下フランジ２２Ｌと上フランジ２２Ｕとを、ボルト挿通孔が形成された長方形状の一対の鋼板２４で挟み込み、これらをボルトＢ及びナットＮで締結することにより、予め、下フランジ２２Ｌと上フランジ２２Ｕとを結合しておく。即ち、逆打ち支柱２０を、予め下部２０Ｌと上側部２０Ｕとが結合された状態にして、杭１２に建て込む。

また、予め、逆打ち支柱２０を鋼管１６に挿通し、鋼管１６を逆打ち支柱２０の下部２０Ｌに緊結材等により一体化しておき、この状態で、逆打ち支柱２０を、杭１２に建て込む。

ここで、本実施形態では、複数の逆打ち支柱２０で上部構造１４の施工済みの部分を支持した状態で、当該部分の下方へ掘削を進めながら、上部構造１４の下層側の施工を進めていくところ、上部構造１４の施工が下層側へ進むにつれて、複数の逆打ち支柱２０が下層側まで梁やスラブ等により強固に結合されるようになり、各逆打ち支柱２０は他の逆打ち支柱や梁やスラブ等により水平方向に支えられるようになる。即ち、上部構造１４の施工の初期段階では、逆打ち支柱２０の梁やスラブ等による水平方向の支えが少ないため、逆打ち支柱２０を自立可能な状態にする必要があるが、上部構造１４の施工の後期段階では、逆打ち支柱２０の梁やスラブや他の逆打ち支柱２０等による水平方向の支えが多くなるため、逆打ち支柱２０を自立させる必要がなくなる。

そこで、上部構造１４の施工が後期段階まで進み、上部構造１４の底部の深さまで掘削されるまでの間、逆打ち支柱２０の下部２０Ｌと上側部２０Ｕとを結合した状態に維持することにより、上部構造１４が施工の初期段階で自立するようにする。そして、図３に示すように、上部構造１４の底部の深さまで掘削が完了して接合構造１０が表出した後、杭１２の頭部のコンクリートのはつり作業を実施し、鋼板２４と下フランジ２２Ｌ及び上フランジ２２Ｕとの締結、フランジ２１Ｌ、２１Ｕの締結を解除することにより、逆打ち支柱２０の下部２０Ｌと上側部２０Ｕとの結合を解除する。また、鋼管１６を杭１２の頭部に設置する。ここで、フランジ２１Ｌ、２１Ｕのボルト挿通孔に挿通されていたボルトＢは、そのまま残置する。

そして、杭１２の頭部、及び鋼管１６の中詰めコンクリートの打設や、上部構造１４の底部の配筋やコンクリートの打設を実施し、接合構造１０の施工を完了させる。

以上のようにして構築された接合構造１０では、逆打ち支柱２０が、杭１２の頭部と上部構造１４の底部との接合部において、上下に構造的に分割されているため、逆打ち支柱２０が、地震時の水平力に抵抗せず、曲げモーメントを伝達しない。従って、杭頭半剛接合構法を用いて杭１２の頭部と上部構造１４の底部とを接合することによる、地震の水平力により杭１２の頭部に生じる曲げ応力を緩和するという効果が、逆打ち支柱２０により妨げられることを防止できる。

また、本実施形態に係る接合構造１０の構築方法では、上部構造１４の施工の初期段階では、逆打ち支柱２０の下部２０Ｌと上側部２０Ｕとを結合し、上部構造１４の施工の後期段階になって、逆打ち支柱２０の下部２０Ｌと上側部２０Ｕとを構造的に分割する。これにより、梁やスラブ等による水平方向の支えが少ない施工の初期段階において、逆打ち支柱２０を自立可能にして上部構造１４を支持することができると共に、梁やスラブや他の逆打ち支柱２０等による水平方向の支えが多い施工の後期段階において、上部構造１４を支持するのに支障をきたすことなく逆打ち支柱２０の下部２０Ｌと上側部２０Ｕとを構造的に分割することができる。

また、本実施形態に係る接合構造１０では、Ｌ型の下フランジ２２Ｕが、逆打ち支柱２０の下部２０Ｌのフランジ２０Ｌｆに溶接されており、その上部が、上側部２０Ｕの下端のフランジ２１Ｕの近傍にその高さに配されている。これにより、逆打ち支柱２０の上側部２０Ｕが下部２０Ｌに対して相対的に水平方向に変位した場合に、当該水平変位が下部２０Ｌの下フランジ２２Ｕにより制限される。なお、逆打ち支柱２０の水平方向の支えが十分であり、逆打ち支柱２０の上側部２０Ｕの下部２０Ｌに対する水平方向の相対変位が微小である場合には、下フランジ２２Ｌにより逆打ち支柱２０の上側部２０Ｕの下部２０Ｌに対する水平方向の相対変位を制限することは必須ではない。

また、逆打ち支柱２０の上下のフランジ２１Ｕ、２１Ｌのボルト挿通孔にボルトＢを挿通させた状態で残置していることにより、当該ボルトＢによっても、逆打ち支柱２０の上側部２０Ｕの下部２０Ｌに対する水平方向の相対変位が制限される。なお、逆打ち支柱２０の水平方向の支えが十分であり、逆打ち支柱２０の上側部２０Ｕの下部２０Ｌに対する水平方向の相対変位が微小である場合には、ボルトＢを残置しなくてもよい。

図４は、他の実施形態に係る接合構造１００を示す立断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る接合構造１００では、逆打ち工法に替えて順打ち工法により上部構造１４が施工され、上述の十字形鋼である逆打ち支柱２０に替えて鋼管柱１２０が杭１２に建て込まれている。また、本実施形態に係る接合構造１００では、杭頭半剛接合構法を用いた接合構造として、ＰＣリング１１６を上部構造１４の底部に埋設し、そのＰＣリング１１６に杭１２の頭部を挿入し、ＰＣリング１１６の内周下端部と杭１２の頭部とを非接触にした構造を採用している。

鋼管柱１２０は、杭１２の頭部と上部構造１４の底部との接合部において上下に構造的に分割されており、その鋼管柱１２０の下部１２０Ｌと上側部１２０Ｕとの分割線は、ＰＣリング１１６の上端と同じ高さに配されている。また、鋼管柱１２０の下部１２０Ｌの上端と上側部１２０Ｕの下端とには夫々、正方形状のフランジ１２１Ｌ、１２１Ｕが溶接されており、これらが当接している。このフランジ１２１Ｌ、１２１Ｕには、各辺に２個のボルト挿通用の孔が空けられており、ボルトＢが挿通されている。ここで、ボルトＢにナットは取り付けられておらず、ボルトＢは、孔に挿通されてフランジ１２１Ｌ、１２１Ｕの相対的な水平変位を制限しているのみである。

以上のような構成の接合構造１００を施工する際には、鋼管柱１２０を、その下部１２０Ｌと上側部１２０ＵとをボルトＢ及びナットでフランジ１２１Ｌ、１２１Ｕを締結することにより結合した状態で杭１２に建て込み、上部構造１４の底部を施工する前に、ボルトＢ及びナットによるフランジ１２１Ｌ、１２１Ｕの締結を解除して、鋼管柱１２０の下部１２０Ｌと上側部１２０Ｕとの結合を解除すればよい。

図５は、他の実施形態に係る接合構造２００を示す立面図である。この図に示すように、本実施形態に係る接合構造２００では、下フランジ２２Ｌ及び上フランジ２２Ｕを備えない以外は上述の逆打ち支柱２０と同様の構成の逆打ち支柱２２０が杭１２に建て込まれている。また、本実施形態に係る接合構造２００では、杭頭半剛接合構法を用いた接合構造として、上面２１６Ａから下側の開口部へかけて半径が拡大する円錐台形状の鋼板２１６を、上部構造１４の底部に埋設し、その鋼板２１６に杭１２の頭部を挿入した構造を採用している。なお、鋼板２１６の上面２１６Ａには、逆打ち支柱２２０が貫通する孔が空けられている。また、逆打ち支柱２２０の下部２２０Ｌと上側部２２０Ｕとの分割線は、鋼板２１６の上面２１６Ａと同じ高さに配されている。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、ボルト及びナットによりフランジ２１Ｌ、２１Ｕや下フランジ２２Ｌ、上フランジ２２Ｕを締結することにより逆打ち支柱２０の下部２０Ｌと上側部２０Ｕとを結合し、締結を解除することにより結合を解除したが、例えば、下フランジ２２Ｌと上フランジ２２Ｕとを一体で形成することにより逆打ち支柱２０の下部２０Ｌと上側部２０Ｕとを結合し、下フランジ２２Ｌと上フランジ２２Ｕとを破断することにより結合を解除する等してもよい。

１０ 接合構造、１２ 杭、１４ 上部構造、１６ 鋼管、２０ 逆打ち支柱（鉄骨柱）、２０Ｌ 下部、２０Ｕ 上側部、２０Ｌｆ、２０Ｕｆ フランジ、２１Ｌ、２１Ｕ フランジ（結合部）、２２Ｌ 下フランジ（結合部）、２２Ｕ 上フランジ（結合部）、２３Ｌ、２３Ｕ 被締結部、２４ 鋼板、１００ 接合構造、１１６ ＰＣリング、１２０ 鋼管柱（鉄骨柱）、１２０Ｌ 下部、１２０Ｕ 上側部、１２１Ｌ、１２１Ｕ フランジ（結合部）、２００ 接合構造、２１６ 鋼板、２１６Ａ 上面、２２０ 逆打ち支柱（鉄骨柱）、２２０Ｌ 下部、２２０Ｕ 上側部

Claims (3)

1. 鉄骨柱の下部が埋め込まれた杭と、該杭に支持される上部構造とが、杭頭半剛接合構法を用いて接合された杭と上部構造との接合構造であって、
   前記鉄骨柱は、前記下部とその上側とが構造的に分割されていると共に、前記下部とその上側とを結合するのに用いる結合部を備え、前記下部とその上側との結合が解除されており、
   前記結合部は、
   前記鉄骨柱の前記下部とその上側との側面から夫々張り出した下フランジ及び上フランジを備え、
   前記下フランジの上端は、前記鉄骨柱の分割線より上側に配されていることを特徴とする杭と上部構造との接合構造。
2. 前記上部構造は、逆打ち工法を用いて構築された地下躯体であり、
   前記鉄骨柱は、前記地下躯体を支持する逆打ち支柱であることを特徴とする請求項１に記載の杭と上部構造との接合構造。
3. 鉄骨柱の下部を埋め込む杭と、該杭で支持する上部構造とを、杭頭半剛接合構法を用いて接合する杭と上部構造との接合方法であって、
   前記下部とその上側とが構造的に分割されている前記鉄骨柱を、前記下部とその上側とを結合した状態で建て込み、前記上部構造の施工を進めた後に、前記鉄骨柱の前記下部とその上側との結合を解除し、
   前記下部とその上側とを結合する結合部は、前記鉄骨柱の前記下部とその上側との側面から夫々張り出した下フランジ及び上フランジを備え、前記下フランジの上端は、前記鉄骨柱の分割線より上側に配されていることを特徴とする杭と上部構造との接合方法。

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