JP2011256695A

JP2011256695A - 柱頭免震構造

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Publication number: JP2011256695A
Application number: JP2011007592A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Kawai; 廣樹川合
Original assignee: Irt Corp
Current assignee: Irt Corp
Priority date: 2011-01-18
Filing date: 2011-01-18
Publication date: 2011-12-22

Abstract

【課題】地震時に杭頭部に発生する曲げモーメントに対して免震装置への負担を軽減した高耐力、高靱性な柱頭免震構造を提供する。
【解決手段】柱頭免震構造１は、建物の上部構造１０を基礎部において支持し、上部構造を地震動から免震する免震装置２と、鋼管杭５の杭頭部を内部のコンクリート部に埋め込んで保持することで、免震装置２と鋼管杭５とを連結する短柱３と、短柱３に接続されることで、複数の杭の杭頭部を相互に連結する基礎梁４と、を備え、短柱３と基礎梁４とは柱梁架構を形成して地震時に鋼管杭５の柱頭部に発生する曲げモーメントに抵抗し、免震装置２への曲げモーメントの負担を軽減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、柱頭免震構造に係り、特に、建物の上部構造を支持し、上部構造を地震動から免震する免震装置を含む柱頭免震構造に関する。

免震装置は、地盤から建物への地震動入力を低減させ、地震時の建物の構造安全性を高める。そのために、建物の重量を支えて安定させ、かつ水平方向に大きく変形してゆっくり動くという特性が要求される。この特性を満たす免震装置として、例えば、積層ゴム支承、鉛プラグ入り積層ゴム支承などが採用されている。これらの免震装置は、複数のゴムシートと鋼板とが交互に積層された免震アイソレータである。

この免震装置を建物の基礎部に設置する方法として、杭の柱頭部に設けられたフーチング基礎などの上に免震装置を配設するのが一般的であった。一方、「杭頭免震」と称され、例えば鋼管杭などの杭頭部にフーチング基礎や基礎梁を設けずに免震装置を直接接合する構造が採用されている。

例えば、特許文献１には、建物基礎の施工手間や地盤掘削量を削減して短工期化およびコスト低減が図れる免震建物が開示されている。ここでは、免震装置を鋼管杭の杭頭部上に固定し、この免震装置上に上部構造であるフーチングや大梁が設置されている。また、鋼管杭の杭頭同士が基礎スラブで連結されている。この構成により、基礎梁や基礎フーチングに要する施工手間や地盤の掘削量を削減することが記載されている。

特許第３８９９３５４号

特許文献１に開示された杭頭免震構造は、杭頭に免震装置が直接固定され、鋼管杭の杭頭同士が基礎スラブで連結されている。このため、地震時に杭頭部に生じる曲げモーメントの多くが免震装置に伝達されてしまう虞がある。

免震装置は、高軸力を負担するには適しているが、曲げモーテントに対する抵抗要素としては向いていない。従って、免震装置に大きな曲げモーメントが発生すると免震装置としての機能が阻害される虞がある。

本願の目的は、かかる課題を解決し、地震時に杭頭部に発生する曲げモーメントに対して免震装置への負担を軽減した高耐力、高靱性な柱頭免震構造を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る柱頭免震構造は、建物の上部構造を基礎部において支持し、上部構造を地震動から免震する免震装置と、鋼管杭の杭頭部を内部のコンクリート部に埋め込んで保持することで、免震装置と鋼管杭とを連結する短柱と、短柱に接続されることで、複数の杭の杭頭部を相互に連結する基礎梁と、を備え、短柱と基礎梁とは柱梁架構を形成して地震時に鋼管杭の柱頭部に発生する曲げモーメントに抵抗し、免震装置への当該曲げモーメントの負担を軽減することを特徴とする。

上記構成により、柱頭免震構造は、免震装置を直接杭頭に接合することなく、免震装置と杭の杭頭部との間に短柱が設けられ、短柱には複数の杭の杭頭部相互を連結する基礎梁が接続される。これにより、免震装置と杭の杭頭部との間に短柱と基礎梁による柱梁架構が形成され、上部構造からの重量だけではなく地震時に杭頭部に発生する曲げモーメントをフレームとして安定的に抵抗し、免震装置への曲げモーメントの負担を軽減することができる。

また、柱頭免震構造は、短柱がコンクリート充填鋼管からなり、基礎梁が鋼管部に接続されることが好ましい。これにより、短柱をコンクリート充填鋼管とすることで軸圧縮力や曲げモーメントに対して耐力や靱性が向上するコンファインド効果により高耐力、高靱性な柱頭免震構造が確保できる。

また、柱頭免震構造は、短柱内部のコンクリート部が、鋼棒により上下方向に締め付けられることが好ましい。これにより、短柱内部のコンクリート部に初期軸圧縮力が導入され、地震時に杭頭部に発生する曲げモーメントによりコンクリート部に引張力が卓越することが防止できる。

また、柱頭免震構造は、短柱が免震構造を支持する第１の短柱と、鋼管杭の杭頭部を短柱内部のコンクリート部に埋め込んで保持する第２の短柱とが上下方向に積層されて構成され、第１の短柱及び第２の短柱が、鋼棒により上下方向に締め付けられることが好ましい。これにより、第１の短柱と第２の短柱とを一体的に挙動させることができる。

さらに、柱頭免震構造は、鋼管杭の柱頭部には、短柱内部のコンクリート部に埋め込まれる板状の突起が鋼管杭の鋼管の外周に設けられることが好ましい。これにより、杭頭が短柱から抜けることを防止することができる。

以上のように、本発明に係る柱頭免震構造によれば、地震時に杭頭部に発生する曲げモーメントに対して免震装置への負担を軽減した高耐力、高靱性な柱頭免震構造を提供することができる。

本発明に係る柱頭免震構造の１つの実施形態の概略構成を示す部分断面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。短柱の構成を示す分解した斜視図である。短柱の側面の凹部及び凸部を拡大して示す断面図である。短柱の凹部及び凸部を曲面の一部とした実施例を示す断面図である。

以下に、図面を用いて本発明に係る柱頭免震構造の実施形態につき、詳細に説明する。

図１に、本発明に係る柱頭免震構造１の１つの実施形態の概略構成を部分断面図で示す。また、図２に、図１のＡ−Ａ断面を示す。柱頭免震構造１は、免震装置２、短柱３、及び基礎梁４から構成され、免震装置２の上部に設けられる柱１５や大梁１４などの上部構造１０と、短柱３の下部に設けられる鋼管杭５との間の基礎部９に設置される。

免震装置２は、本実施形態では一般的な積層ゴム支承、或いは鉛プラグ入り積層ゴム支承である。すなわち、複数のゴムシートと鋼板とが交互に積層された免震アイソレータである。この免震装置２には、免震アイソレータの上下フランジ間に固定された鋼材ダンパーが設けられても良い。また、この免震装置２は、積層ゴム支承或いは鉛プラグ入り積層ゴム支承に限らず弾性滑り支承、曲面滑り支承であるフリクション・ペンデュラム・システム（ＦＰS）などの免震システムであっても良い。本免震装置２は、建物の上部構造１０を基礎部９において支持し、上部構造１０を地震動から免震する。すなわち、この免震装置２は、鉛直方向に高い剛性を有して上部構造１０の鉛直荷重を支持して鋼管杭５に伝達させるとともに、水平方向の剛性が小さいゴムシートのせん断変形により、地震動による上部構造１０と地盤との水平方向の相対変位に追従する。

基礎梁４は、本実施形態では鉄筋コンクリートからなり、幅広で厚みが薄い梁である。この基礎杭４は、建物の複数の鋼管杭５の杭頭部１６を相互に連結する。このように、基礎梁４により複数の鋼管杭５の杭頭部１６を相互に連結することで、地震動により建物の鋼管杭５が相互にほぼ一体となって挙動するとともに、基礎梁４と短柱３とが柱梁架構を形成し、上部構造１０からの自重だけではなく地震時に杭頭部１６に発生する曲げモーメントをフレームとして安定的に抵抗する。なお、基礎梁４は、鉄筋コンクリート梁に限らず、鉄骨梁や鉄骨鉄筋コンクリート梁などの他の構造であっても良い。

短柱３は、免震装置２と鋼管杭５の杭頭部１６とを連結する。すなわち、短柱３の上側のコンクリート１３部分にはアンカーボルト（図示せず）が埋め込まれ、図１に示す免震装置２の下端のベースプレート２５の孔に貫通されてボルト止めされる。また、鋼管杭５の杭頭部１６は、短柱３の内部のコンクリート１３部分に挿入される。図１に示すように、短柱３は、円形の断面を有する円筒状の柱部材であるが、これに限らず、四角形や多角形の柱部材であっても良い。

この短柱３は本実施形態ではコンクリート充填鋼管であり、円形或いは四角形や多角形の円形鋼管１２内部にはコンクリート１３或いはモルタルが打設される。このようにコンクリート充填鋼管とすることで、圧縮力や曲げモーメントに対して耐力や靱性が向上するコンファインド効果により高耐力、高靱性な柱頭免震構造１が確保できる。また、短柱３は、複数のＰＣ鋼棒８により上下方向に締め付けられる。これにより、短柱３内部のコンクリート１３に初期軸圧縮力が導入され、地震時に杭頭部に発生する曲げモーメントによりコンクリート１３に引張力が卓越することが防止できる。

柱頭部１６には、第２短柱７のコンクリート１３内に埋め込まれる板状の突起であるずれ止め板１１が設けられる。このずれ止め板１１は、円環状に鋼管杭５の鋼管２４を囲むように取り付けられ、杭頭が短柱３から抜けることを防止する。

図３に、短柱３の構成を示す分解した斜視図を示す。また、図４に、短柱３の拡大した断面図を示す。本実施形態では、短柱３は免震装置２に接続する第１短柱６と、第１短柱６と略同断面を有して上下方向に積層され、杭頭部１６を保持する第２短柱７とから構成される。そして、第１短柱６の下面に設けられた凹部２０と、第２短柱７の上面に設けられた凸部２１とが係合する。この凹部２０と凸部２１との構成は、逆であっても良い。すなわち、短柱３は免震装置２に接続する第１短柱６と、第１短柱６と略同断面を有して上下方向に積層され、杭頭部１６を保持する第２短柱７とから構成され、第１短柱６の下面に設けられた凸部２１と、第２短柱７の上面に設けられた凹部２０とが係合してもよい。

このように、短柱３を第１短柱６と第２短柱７に分離することで、地震時に杭頭部１６に発生する曲げモーメントＭ（図４参照）により、圧縮側（Ｙ）を支点として引張側（Ｘ）が離間し、１／５０ラジアン程度の回転角Θが生じる場合がある。この回転角Θが生じることで、地震時に杭頭部１６に発生する曲げモーメントＭが消滅する。また、第１短柱６と第２短柱７とは、複数のＰＣ鋼棒８により相互に固定される。これにより、第１短柱６と第２短柱７とが離間したとしてもＰＣ鋼棒８の復元力により、第１短柱６と第２短柱７は元の状態に戻る。

図４に示すように、第１短柱６及び第２短柱７が対向するそれぞれの端面のコンクリート１３面にはステンレス板２２が貼り付けられる。これにより、第１短柱６及び第２短柱７が係合する接触面が滑りやすくなり、第１短柱６と第２短柱７との間の回転角が容易に発生する。この対向するステンレス板２２は、充填材１９を介して接触しても良い。

図４に示すように、第１短柱６又は第２短柱７には、円形又は四角形の箱状の突起又は窪みである凹部２０又は凸部２１が設けられる。この１組の凹部２０及び凸部２１が上下方向で重なる重複部２３により、第１短柱６及び第２短柱７は、相互にずれることなく地震時に発生するせん断力（Ｓ）に抵抗する。また、ＰＣ鋼棒８で第１短柱６及び第２短柱７を締め付けることでも地震時に発生するせん断力（Ｓ）に抵抗する。

図５に、短柱３の凹部及び凸部を曲面の一部とした実施例を断面図で示す。第１短柱１６の下面には、曲面の一部である凹曲面部２７が設けられる。また、第２短柱１７の上面には、凹曲面部２７と略同じ曲率半径を有する凸曲面部２８が設けられる。そして、凹曲面部２７と凸曲面部２８は相互に接触して係合する。これにより、方向性をなくして第１短柱１６と第２短柱１７との間の回転角を全角度方向にわたって滑らかに発生させるとともに、対向する球面同士により係合させ、基礎部９に発生するせん断力に抵抗させることができる。

１柱頭免震構造、２免震装置、３短柱、４基礎梁、５鋼管杭、６,１６第１短柱、７，１７第２短柱、８ＰＣ鋼棒、９基礎部、１０上部構造、１１ずれ止め板、１２円形鋼管、１３コンクリート、１４大梁、１５柱、１９充填材、２０凹部、２１凸部、２２ステンレス板、２３重複部、２４鋼管、２５ベースプレート、２７凹曲面部、２８凸曲面部。

上記目的を達成するため、本発明に係る柱頭免震構造は、建物の上部構造を基礎部において支持し、上部構造を地震動から免震する免震装置と、免震装置と鋼管杭とを連結する短柱と、短柱に接続されることで、複数の杭の杭頭部を相互に連結する基礎梁と、を備え、鋼管杭の杭頭部が短柱内部のコンクリート部に埋め込んで保持され、かつ、鋼管杭の柱頭部には、短柱内部のコンクリート部に埋め込まれ、円環状に鋼管杭の鋼管を囲むように取り付けられたずれ止め板が設けられ、鋼管杭の杭頭部が短柱から抜けることを防止することで、免震装置と杭の杭頭部との間に短柱と基礎梁とによる柱梁架構を形成することを特徴とする。

上記構成により、柱頭免震構造は、免震装置を直接杭頭に接合することなく、免震装置と杭の杭頭部との間に短柱が設けられ、短柱には複数の杭の杭頭部相互を連結する基礎梁が接続される。そして、ずれ止め板により杭頭が短柱から抜けることを防止することができる。これにより、免震装置と杭の杭頭部との間に短柱と基礎梁による柱梁架構が形成され、上部構造からの重量だけではなく地震時に杭頭部に発生する曲げモーメントをフレームとして安定的に抵抗し、免震装置への曲げモーメントの負担を軽減することができる。

Claims

建物の上部構造を基礎部において支持し、上部構造を地震動から免震する免震装置と、
鋼管杭の杭頭部を内部のコンクリート部に埋め込んで保持することで、免震装置と鋼管杭とを連結する短柱と、
短柱に接続されることで、複数の杭の杭頭部を相互に連結する基礎梁と、を備え、
短柱と基礎梁とは柱梁架構を形成して地震時に鋼管杭の柱頭部に発生する曲げモーメントに抵抗し、免震装置への当該曲げモーメントの負担を軽減することを特徴とする柱頭免震構造。
請求項１に記載の柱頭免震構造であって、短柱は、コンクリート充填鋼管からなり、基礎梁は、鋼管部に接続されることを特徴とする柱頭免震構造。
請求項１又は２に記載の柱頭免震構造であって、短柱内部のコンクリート部は、鋼棒により上下方向に締め付けられることを特徴とする柱頭免震構造。
請求項１乃至３のいずれか１に記載の柱頭免震構造であって、短柱は、免震構造を支持する第１の短柱と、鋼管杭の杭頭部を短柱内部のコンクリート部に埋め込んで保持する第２の短柱とが上下方向に積層されて構成され、第１の短柱及び第２の短柱は、鋼棒により上下方向に締め付けられることを特徴とする柱頭免震構造。
請求項１乃至４のいずれか１に記載の柱頭免震構造であって、鋼管杭の柱頭部には、短柱内部のコンクリート部に埋め込まれる板状の突起が鋼管杭の鋼管の外周に設けられることを特徴とする柱頭免震構造。