JP2007120232A - 杭頭免震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】杭頭免震構造において適正な杭頭回転を許容しつつ制御し、基礎と免震ピットの簡略化を実現する。
【解決手段】免震装置３を設置するための台座としての偏平な杭頭キャピタル２を杭頭部に一体に設けて、杭頭回転の発生に伴う杭頭曲げモーメントを杭頭部から杭頭キャピタルに伝達する。隣接設置した杭頭キャピタルどうしを偏平つなぎ梁４により連結し、杭頭部から各杭頭キャピタルに伝達された杭頭曲げモーメントを偏平つなぎ梁により曲げ戻すことによって杭頭回転を制御する。杭１として中空鋼管杭を用いてその杭頭部内に杭頭キャピタルと一体となる充填コンクリート５を充填し、杭頭部の内外にはシアキー６，１５を設ける。
【選択図】 図３

Description

本発明は積層ゴム等の免震装置により建築物を免震支持するための構造に関わり、特に免震装置を杭頭部に直接的に設置する杭頭免震構造に関する。

周知のように建築物を対象とする免震構造としては、免震ピット内の底部に下部構造としての免震基礎を設け、その免震基礎上に多数の免震装置を設置し、それら免震装置により上部構造全体を水平変位可能に免震支持するというものが最も一般的であるが、そのような従来一般の免震構造では実質的に下部構造と上部構造の双方に対して剛強な基礎を二重に設けることになるし、それに伴い免震ピットの所要深さが大きくなり、必然的に根切り量も多くなるので、通常の構造の建物に比べて基礎全体の構造およびその施工が格段に複雑化してしまい、かなりのコスト高となることが不可避である。

そのため、特に下部構造としての免震基礎の簡略化を目的として、例えば特許文献１に示されるような杭頭免震構造も提案されている。これは、下部構造としての免震基礎を実質的に独立の杭のみから形成して各杭の杭頭部に免震装置を直接的に設置するというものであり、これによれば従来一般の免震基礎における大断面かつ剛強な基礎梁を省略できることから免震基礎を大幅に簡略化でき、それに伴い免震ピットも浅くすることが可能であり、コストダウンを図ることができる。

また、従来一般の免震構造は地震時においても杭頭回転（杭頭面の水平面に対する傾斜）が生じないことが前提であり、そのために下部構造としての免震基礎は無条件に剛強とされていたのであるが、特許文献１に示される杭頭免震構造では逆に杭頭回転を拘束することなく許容することを前提としており、そのため杭頭部を地盤や免震装置に対してピン支承の形態で結合するものとしている。

結局のところ、特許文献１に示される杭頭免震構造は杭頭回転を許容することによって頑強な基礎梁の省略が可能となったものであるともいえるが、いずれにしてもこのような杭頭免震構造では、基礎梁の省略による下部構造と免震ピットの大幅な簡略化、合理化、コストダウンを実現できるばかりでなく、杭頭部に大きな杭頭モーメントが作用することがないので杭の曲げ剛性をも大幅に軽減でき、それによる杭自体の合理化も図ることができる点でも有効であり、今後広く普及する気運にある。
特許第３６６３５５７号公報

しかし、特許文献１に示される杭頭免震構造では、杭頭回転を許容するために底盤に設けた凸部を杭頭に対して単にダボ筋により連結する構造としていることから、そのような構造では杭頭回転がほぼ無条件に許容されるのみであり、したがって杭頭回転が生じた際の杭頭部応力やその変形量、回転角等を正確に評価したり制御することも必ずしも容易ではないし、過大な杭頭回転を抑制することも困難であり、そのため過大な杭頭回転が生じることが想定されるような液状化地盤への適用は不可能である。

上記事情に鑑み、本発明は免震基礎と免震ピットの合理化、簡略化を図りつつ、杭頭回転を単に許容するのみならず適正に評価し制御することが可能であって構造的にも合理的な杭頭免震構造を実現することを目的としている、

本発明は杭頭部に設置した免震装置により上部構造体を免震支持する杭頭免震構造であって、免震装置を設置するための台座としての偏平な杭頭キャピタルを杭頭部に一体に設けるとともに、杭頭回転の発生に伴う杭頭曲げモーメントを杭頭部から杭頭キャピタルに伝達可能とし、かつ隣接設置した杭頭キャピタルの間には、それら杭頭キャピタルどうしを相互に連結することによって、各杭頭部から各杭頭キャピタルに伝達された杭頭曲げモーメントを曲げ戻すことによって各杭の杭頭回転を制御するための偏平つなぎ梁を設けてなることを特徴とする。

本発明の杭頭免震構造においては、中空鋼管杭の杭頭内部に杭頭キャピタルと一体となる充填コンクリートを充填し、かつ該中空鋼管杭の杭頭部内周面には、免震装置から杭頭キャピタルおよび充填コンクリートを介して中空鋼管杭に軸力を伝達するためのシアキーを設けることが好ましい。

また、本発明の杭頭免震構造においては、免震装置を杭頭キャピタルに固定するためのアンカーを中空鋼管杭の杭頭部の外側周囲に配置して埋設し、かつ該中空鋼管杭の杭頭部外周面には、アンカーに対するコーン破壊耐力を増強するためのシアキーを設けることが好ましい。

本発明の杭頭免震構造によれば、杭頭部に偏平な杭頭キャピタルを設け、杭頭キャピタル間に偏平つなぎ梁を設け、その偏平つなぎ梁によって杭頭回転を制御する構造としたことにより、大断面かつ剛強な基礎によって杭頭回転を無条件に拘束している従前の免震構造に比べて下部構造としての基礎を大幅に簡略化でき、免震ピットも充分に浅くすることができ、根切り量の削減を含めて施工コスを大きく削減することができる。また、杭頭回転をほぼ無条件で許容している従来の杭頭免震構造に比べれば、地震時における杭頭部の挙動が明解かつ適正に評価可能であって構造的により合理的であり、免震構造としての信頼性や安全性を一層向上させることができるし、液状化地盤を含めて様々な地盤条件に幅広く適用することも可能となる。

特に、杭頭の内部や外部にシアキーを設ければ、それらシアキーにより杭頭部と杭頭キャピタルとを構造的に確実強固に一体化し得て曲げモーメントをより確実に伝達することができる。その場合、杭頭内部のシアキーは杭頭部と充填コンクリートとの間での確実な軸力伝達にも寄与する。杭頭外部のシアキーはアンカー廻りのコーン破壊耐力を高めてアンカー強度の増強に寄与するとともに、杭頭部から杭頭キャピタルへの曲げモーメントの伝達にも寄与する。

本発明の一実施形態を図１〜図３に示す。本実施形態の杭頭免震構造は、基本的には特許文献１に示されている従来の杭頭免震構造と同様に、積層ゴム等の免震装置を杭頭部に直接的に設置して大断面かつ剛強な基礎梁を省略したものであるが、本実施形態では図１〜図２に示すように、杭１の杭頭部に偏平な杭頭キャピタル２を一体に設けてそれを免震装置３を設置するための台座とし、かつ隣接している杭頭キャピタル２どうしを基礎梁に代わる偏平つなぎ梁４により連結するようにしている。

杭頭部の詳細を図３に示す。図３（ａ）は右半部が偏平つなぎ梁部分の断面を示し、左半部が土間スラブ部分の断面を示す図（図３（ｂ）におけるａ−ａ線視図）であり、図３（ｂ）は平断面図（図３（ａ）におけるｂ−ｂ線視図）である。

図３に示すように、杭頭キャピタル２は平面視正方形状をなす偏平な形状の鉄筋コンクリート造のもので、杭頭部を中心としてその周囲に張り出す状態で杭頭部に対して一体に形成されている。一方、本実施形態における杭１は中空鋼管杭であって、その杭頭レベルは杭頭キャピタル２の上面よりやや下がった位置（たとえば−５０ｍｍ程度）とされ、かつ杭頭内部には杭頭キャピタル２と一体をなす充填コンクリート５が充填されており、これにより杭頭部は杭頭キャピタル２の中心位置に埋設された状態で杭頭キャピタル２に対して構造的に一体に接合されている。したがって、このような構造により杭頭部に対して杭頭キャピタル２を一体に形成したことにより、地震時に杭頭回転が生じた際にはそれに伴う杭頭曲げモーメントが杭頭部から杭頭キャピタル２に対して支障なく伝達されるようになっている。

なお、杭１の杭頭部内周面には環状のシアキー６が３段にわたって設けられて、これらのシアキー６によっても杭１と充填コンクリート５との一体化が図られており、特に免震装置３に作用する軸力が杭頭キャピタル２および充填コンクリート５を介して杭１に対して確実に伝達されるものとなっている。

杭頭キャピタル２の上部中心位置には下部ベースプレート７が固定され、その下部ベースプレート７に対して免震装置３の下部フランジプレート３ａが締結されて固定されている。免震装置３の上部フランジプレート３ｂは、上部構造体８の底部（最下階の大梁９と柱１０の柱脚部の接合部）に一体に設けられている上部台座１１の下面に固定されている上部ベースプレート１２に対して締結されて固定されている。そのような構造により、免震装置３は杭頭キャピタル２を介して杭頭部に対して強固に固定され、かつその免震装置３によって上部構造体８の全体が免震ピット１３内において水平変位可能に免震支持されている。

免震装置３を杭頭キャピタル２および上部台座１１に対して固定するための下部ベースプレート７および上部ベースプレート１２はいずれも円盤状の鋼板であって、それらの周縁部が多数（図示例では各１２本）のアンカー１４によって杭頭キャピタル２および上部台座１１に対して定着されている。そのアンカー１４の強度は、杭頭回転に伴う曲げモーメントを杭頭キャピタル２から免震装置３を介して上部構造体８に対して伝達可能なように（つまり、そのような曲げモーメントが免震装置３に作用した際にもアンカー１４が破壊されることのないように）、また、免震装置３の最大変形時にも免震装置３に発生する曲げモーメント応力を伝達可能なように設定されており、本実施形態のアンカー１４としては、予め埋設した支圧板付きの袋ナット１４ａにＭ３６程度の太径のアンカーボルト１４ｂを螺着する構造のものが用いられている。

なお、杭頭キャピタル２に対するアンカー１４の埋設位置は杭１の外周面に近接しているので、本実施形態では杭１の上端部外周面にも環状のシアキー１５を設けてそこでのコーン破壊耐力を高めるようにしており、それによりアンカー強度を増強できるものとなっている。そのシアキー１５は杭頭部から杭頭キャピタル２に対する曲げモーメントの伝達にも寄与し得るものである。さらに、杭頭部外周面には、全周にわたってスタッドボルト１６が溶接されている。それらスタッドボルト１６は、杭１の弾性沈下に対して杭頭キャピタル２および土間スラブ１８のずれの防止に寄与するものである。

そして、各杭１の杭頭部に一体に設けられた上記構造の杭頭キャピタル２の間には、図１〜図２に示したように偏平つなぎ梁４が設けられてる。すなわち、互いに隣り合う杭頭キャピタル２どうしはそれぞれ偏平つなぎ梁４により相互に連結されたものとなっていて、これにより免震ピット１３の底部には多数の偏平つなぎ梁４が全体として格子状をなすように設けられている。

偏平つなぎ梁４は鉄筋コンクリート造のものであって、図３（ｂ）に示すようにその幅は杭頭キャピタル２の１辺の長さよりもやや小さく、その高さは図３（ａ）に示すように杭頭キャピタル２の高さよりも小さくされており、その偏平つなぎ梁４は梁筋１７が杭頭キャピタル２内に通し配筋として通され、あるいは梁筋１７の先端部が差し込まれて定着された状態で、杭頭キャピタル２の側面下部に対して一体に接合されている。なお、偏平つなぎ梁４の側面上部には免震ピット１３の底面を形成している土間スラブ１８が一体化されており、その土間スラブ１８中のスラブ筋１９の先端部も杭頭キャピタル２に対して差し込まれて定着されている。

この偏平つなぎ梁４は杭頭キャピタル２を介して杭頭回転を制御する機能を有するものであり、その剛性は所定の杭頭回転を許容しつつ許容範囲を超える過大な杭頭回転を拘束するように適正に設定されるものである。すなわち、上記のように地震時に杭頭回転が生じてその曲げモーメントが杭頭部から杭頭キャピタル２に伝達された際には、杭頭キャピタル２はそれに接合されている偏平つなぎ梁４によって曲げ戻されるような逆方向の曲げモーメントを受けることになるから、その偏平つなぎ梁４の剛性によって各杭１の杭頭回転を制御できるのであり、それにより杭頭回転角や杭頭応力、杭頭変形量を規制したり適正に評価することも可能となる。

なお、杭１や杭頭キャピタル２、偏平つなぎ梁４、その他各部の具体的な構造や寸法は、地盤状況をはじめとする様々な条件を考慮し、かつ相互に関連づけて適正に設計する必要があることは当然であるが、一設計における具体的な寸法例を挙げれば、杭１が１０００ｍｍφの中空鋼管杭の場合には、杭頭キャピタル２は１辺の長さが３２００ｍｍ程度、高さが６５０ｍｍ程度で良く、偏平つなぎ梁４は幅が２２００ｍｍ程度、高さが４００ｍｍ程度で充分であることが確認されている。

上記構造による杭頭部の施工手順の一例を図４に示す。（ａ）に示すように適宜工法により杭１を設置した後、免震ピット１３の根切りと同時にその底面に杭頭キャピタル２および偏平つなぎ梁４を施工するための溝を形成し、砕石転圧、捨てコンの施工を行う。杭１には予めシアキー６と、充填コンクリート５を止めるための蓋２０を取り付けておき、杭施工後にシアキー１５とスタッドボルト１６を取り付ける。

杭頭キャピタル２や偏平つなぎ梁４，土間スラブ１８に対する配筋を行い、（ｂ）に示すようにアンカー１４の袋ナット１４ａを予め溶接した下部ベースプレート７を設置した後、まず杭頭部および杭頭キャピタル２に対してそれらの最上層部を若干（たとえば２００ｍｍ程度）残すレベルまで普通コンクリートを打設する。

短時間（３０〜６０分程度）の経過後に、（ｃ）に示すようにさらにコンクリートを一体に打ち継いで杭頭キャピタル２を完成させる。そのコンクリートとしては高流動コンクリートが好ましく、杭頭中心位置から外側へ押し出すようにして打設すると良く、そのためには下部ベースプレート７の中心位置にコンクリート打設孔および空気抜きのための空気孔を予め設けておくと良い。また、偏平つなぎ梁４および土間スラブ１８に対してもコンクリート（普通コンクリートで良い）を打設してそれらを施工する。

以上により杭頭部および免震ピット１３の施工が完了したので、以降は通常の免震構造建物の施工法に準じて上部構造体８を施工し、適当な段階で免震装置３を設置して上部構造体を免震支持すれば良い。

以上で説明した杭頭免震構造は、杭頭部に設けた杭頭キャピタル２に免震装置３を設置し、かつ杭頭キャピタル２どうしを偏平つなぎ梁４により連結することによって杭頭回転を制御するようにしたものであるから、杭頭回転が拘束することを前提としている従前の単なる免震構造に比べれば、杭を含めて下部構造としての基礎を大幅に簡略化できることは言うに及ばず、杭頭回転をほぼ無条件で許容するものとしている従来の杭頭免震構造に比べれば、地震時における杭頭部の挙動が明解かつ適正に評価可能となって構造的により合理的であり、免震構造としての信頼性や安全性を一層向上させることができる。また、杭頭キャピタル２や偏平つなぎ梁４を適正に設計することのみで様々な地盤条件に幅広く適用できるものであり、従来の杭頭免震構造を適用することが困難とされていた液状化地盤に対しても支障なく適用することが可能となる。

勿論、本実施形態の杭頭免震構造において設ける杭頭キャピタル２は充分に偏平なもので良いし、その杭頭キャピタル２どうしを偏平つなぎ梁４により連結することで杭頭回転を充分に制御することが可能であるから、基礎自体を充分に簡略化できるのみならず、免震ピット１３を従来よりも充分に浅くすることができ、したがって根切り量を大きく削減することもできて施工コスト削減に大きく寄与することができる。

特に、上記実施形態の構造では杭頭部の内外にシアキー６，１５を設けたので、それらシアキー６，１５により杭頭部と杭頭キャピタル２とを構造的に確実強固に一体化し得て曲げモーメントの伝達をより確実なものとできるし、杭頭内部のシアキー６は杭１とその内部の充填コンクリート５との間での確実な軸力伝達にも寄与し、杭頭外部のシアキー１５はアンカー１４の廻りのコーン破壊耐力を高めてアンカー強度の増強にも寄与することができる。

本発明の杭頭免震構造の実施形態を示す基礎部の断面図である。 同、平面図である。 同、詳細図である。 同、杭頭部の施工手順を示す図である。

符号の説明

１ 杭（中空鋼管杭）
２ 杭頭キャピタル
３ 免震装置
３ａ 下部フランジプレート
３ｂ 上部フランジプレート
４ 偏平つなぎ梁
５ 充填コンクリート
６ シアキー
７ 下部ベースプレート
８ 上部構造体
９ 大梁
１０ 柱
１１ 上部台座
１２ 上部ベースプレート
１３ 免震ピット
１４ アンカー
１４ａ 袋ナット
１４ｂ アンカーボルト
１５ シアキー
１６ スタッドボルト
１７ 梁筋
１８ 土間スラブ
１９ スラブ筋
２０ 蓋

Claims (3)

1. 杭頭部に設置した免震装置により上部構造体を免震支持する杭頭免震構造であって、
   免震装置を設置するための台座としての偏平な杭頭キャピタルを杭頭部に一体に設けるとともに、杭頭回転の発生に伴う杭頭曲げモーメントを杭頭部から杭頭キャピタルに伝達可能とし、
   かつ隣接設置した杭頭キャピタルの間には、それら杭頭キャピタルどうしを相互に連結することによって、各杭頭部から各杭頭キャピタルに伝達された杭頭曲げモーメントを曲げ戻すことによって各杭の杭頭回転を制御するための偏平つなぎ梁を設けてなることを特徴とする杭頭免震構造。
2. 請求項１記載の杭頭免震構造であって、
   中空鋼管杭の杭頭内部に杭頭キャピタルと一体となる充填コンクリートを充填し、かつ該中空鋼管杭の杭頭部内周面には、免震装置から杭頭キャピタルおよび充填コンクリートを介して中空鋼管杭に軸力を伝達するためのシアキーを設けてなることを特徴とする杭頭免震構造。
3. 請求項２記載の杭頭免震構造であって、
   免震装置を杭頭キャピタルに固定するためのアンカーを中空鋼管杭の杭頭部の外側周囲に配置して埋設し、かつ該中空鋼管杭の杭頭部外周面には、アンカーに対するコーン破壊耐力を増強するためのシアキーを設けてなることを特徴とする杭頭免震構造。

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