JP2000240071A - 杭基礎と基礎スラブとの連結方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】剛接合の長所とピン接合の長所とを生かして杭
基礎と基礎スラブとを連結し、地震時における杭基礎の
崩壊を防止する。 【解決手段】建屋の基礎スラブ２に貫通させた杭基礎１
の杭頭に、上方に向けて凸となる鋼製の半球５を設置
し、基礎スラブ２から立ち上げられた杭架台６に、半球
５に移動可能に被せ付けられた凹型の球座１０を設置し
て、半球５と球座１０とを介して基礎スラブ２と杭基礎
１とをピン接合し、杭基礎１の杭頭３の回りに、地震時
における建屋の水平方向の慣性力が杭頭を降伏する直前
の上限曲げモーメントまで抗する大容量摩擦装置１５を
配置して、大容量摩擦装置１５を介して基礎スラブ２と
杭基礎１とを剛接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は杭基礎にて支持され
た建屋における杭基礎と建屋の基礎スラブとの連結方法
に関するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】１９９５年１月に発生
した阪神淡路大震災では、多くの建屋における杭基礎が
地震により被害を受けたが、その杭基礎の被害は一般的
には杭頭が降伏状態に達して崩壊したケースである。こ
のような地震時に生じる建屋の慣性力は基礎に対して水
平力として現れるものであって、図６に示すように建屋
ａを支持する杭基礎ｂと建屋ａの基礎スラブｃとの接合
状態が剛である場合、前記水平力ｄにより杭基礎ｂに生
じる曲げモーメントＭは杭頭ｅで最大となり、地震時に
おいてその杭頭が最初に崩壊する。図６において（イ）
は通常時を示し、（ロ）は地震時を示し、（ハ）は地震
時に杭基礎に加わる曲げモーメントＭの分布を示してい
る。また、図においてｆは地表を示し、ｇは地盤を示
し、ｈは地盤中の支持地層上面位置を示している。一
方、杭基礎と基礎スラブの接合をピンとすれば、図７に
示すように杭基礎ｂの剛性が低くなり、地震時に建屋ａ
と地盤ｇとの相対変形が増幅され易くなり、建屋に取り
合う配管やその他の埋設管に対してズレが生じる可能性
もあり、一般的な杭基礎にはあまり採用されていない。
なお、図７も図６と同様に（イ）は通常時を示し、
（ロ）は地震時を示し、（ハ）は地震時に杭基礎に加わ
る曲げモーメントＭの分布を示している。また、ピン接
合の場合、図７（ハ）に示すように杭基礎ｂに生じる曲
げモーメントＭは杭中間部で最大（Ｍｙ）となり、その
杭基礎が崩壊した場合の修復がほとんど不可能に近いも
のとなる。そして、杭基礎と基礎スラブの接合をピンに
すれば、逆に建屋に生じる加速度が小さくなるメリット
があり、この場合、建屋の前記慣性力は必然的に小さく
なる。このようなことから建屋の杭基礎と基礎スラブと
の結合に際し杭頭において剛接合とピン接合との場合の
地震荷重による杭頭水平力Ｑと杭頭水平変位δの関係を
図８（イ）のグラフに示し、変形性能を図８（ロ）に示
す。（イ）（ロ）から分かるように、杭頭剛接合Ａの場
合、杭基礎の水平抵抗は大きいが、大きな変形性能はあ
まり期待できないものとなっている。一方、杭頭ピン接
合Ｂでは、水平抵抗はあまり大きくないが、変形性能は
大きいものとなっていて、杭頭剛接合と杭頭ピン接合と
はそれぞれ短所と長所とを併せ持っているものである。
図８（イ）において、Ｑ１は杭頭が最大モーメントとな
る水平力のレベル（剛接合の場合）であり、Ｑ２は杭中
間部で最大モーメントとなる水平力のレベル（ピン接合
の場合）を示している。一般的には、杭頭の接合条件を
ピン状態のものとする手法があるが、実際の施工におい
ては杭頭をピンにすることは難しく、半剛状態とならざ
るを得ないものとなっている。この結果、地震時におい
てもやはり杭頭の接合部で崩壊することになる。このた
め、杭頭においての接合をピンにする施工法は一般的に
は採用されていないのが実状である。そこで本発明は上
記事情に鑑み、剛接合の長所とピン接合の長所とを生か
して杭基礎と基礎スラブとを連結することを課題とし、
地震時における杭基礎の崩壊を防止することを目的とす
るものである。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を考慮
してなされたもので、建屋の基礎スラブに貫通させた杭
基礎の杭頭に、上方に向けて凸となる鋼製の半球を設置
し、かつ、前記基礎スラブから立ち上げられた杭架台
に、前記半球に移動可能に被せ付けられた凹型の球座を
設置して、半球と球座とを介して基礎スラブと杭基礎と
をピン接合し、前記杭基礎の杭頭の回りに、地震時にお
ける建屋の水平方向の慣性力が杭頭を降伏する直前の上
限曲げモーメントまで抗する大容量摩擦装置を配置し
て、該大容量摩擦装置を介して基礎スラブと杭基礎とを
剛接合することを特徴とする杭基礎と基礎スラブとの連
結方法を提供して、上記課題を解消するものである。

【０００４】

【作用】本発明において、杭基礎の杭頭に設置した鋼製
の半球と杭架台に設置した凹型の球座とを介して基礎ス
ラブと杭基礎とをピン接合し、また、地震時における建
屋の水平方向の慣性力により生じる曲げモーメントに抗
する装置であって、杭頭を降伏する直前の曲げモーメン
トを限界としてその上限曲げモーメントまで抗する大容
量摩擦装置を介して基礎スラブと杭基礎とを剛接合して
いるため、図４に示すように地震時に建屋ａの慣性力に
よる水平力ｄ１によって生じる曲げモーメントで杭頭ｅ
が降伏する直前までは杭基礎ｂと基礎スラブｃとは剛接
合になっている（図４の段階）。そして、それ以上の
地震力が発生してより大きい水平力ｄ２によって生じる
杭頭ｅの曲げモーメントが上限曲げモーメントに達する
と、杭基礎ｂは基礎スラブｃに対して一定の曲げモーメ
ント（≒Ｍｙ）を保持して回転を生じ、よって、さらに
大きい水平力ｄ３が加わっても杭頭ｅが崩壊しなくな
る。その結果、杭基礎ｂ全体で曲げモーメントＭが上昇
し、上述したごとく杭頭ｅをピン接合とした場合と同様
に杭基礎の中間部の曲げモーメント（Ｍｙ）で終局に達
する。そのため、図５の地震荷重による杭頭水平力Ｑと
杭頭水平変位δの関係に示すように、本発明の方法によ
る結合Ｃでは、杭頭剛接合Ａの特徴である大きな水平抵
抗を保持したまま、杭頭ピン接合Ｂの特徴である大きな
変形性能を有する杭基礎となる。

【０００５】

【発明の実施の形態】つぎに本発明を図示の実施の形態
に基づいて詳細に説明する。図は杭基礎１と基礎スラブ
２との連結状態を示しているもので、この連結は二つの
機構から構成されている。まず、鋼管杭からなる杭基礎
１の杭頭３が、基礎スラブ２に開口した透孔４を貫通し
てその基礎スラブ２の上面より上方に突出している。前
記透孔４は杭基礎１の径より大径として杭基礎１が透孔
４の内周に接触することのないようにして配置されてい
る。基礎スラブ２を貫通して上方に突出している前記杭
頭３の上端には鋼製の半球５が上方に向けて凸となるよ
うにして設置固定されている。また、基礎スラブ２の上
面には剛材からなり前記杭基礎１の杭頭３を跨ぐように
門型状とした杭架台６が配置されている。この杭架台６
は基礎スラブ２の平面方向において例えば直角二方向に
配置されているものであり、それぞれの方向において前
述したように杭頭３を跨ぐように門型とされているもの
であって、説明を容易にするために図においては一方向
に跨ぐ杭架台６を表している。前記杭架台６の脚部７は
基礎スラブ２に対してアンカーボルト８により固定され
ている。そして、この杭架台６において、前記杭頭３の
上方に位置する横架部９には上記半球５の曲率に対応す
る凹面を備えた鋼製の凹型の球座１０が設置固定されて
いて、この球座１０が半球５に移動可能に被せ付けられ
ている。このように上下方向から相対して移動可能に接
している半球５と球座１０とを介して前記杭基礎１と基
礎スラブ２とがピン接合している。このピン接合が連結
における一つの機構である。なお、上述したように杭架
台６は複数方向に架け渡されているものであるが、交叉
部分に上記球座１０が位置しており、複数の杭架台６で
一つの球座１０を支持するようにしている。

【０００６】また、もう一つの機構は剛接合を構成する
ようにしたものである。図示するように、杭基礎１の杭
頭３の周面には上記杭架台６の脚部７に向けて鋼製のプ
レート１１が張り出されており、上述したように杭架台
６が基礎スラブ平面方向において直交する二方向に配置
されている場合には直交する二方向に向けて四枚のプレ
ート１１が張り出されているものである。このプレート
１１それぞれは杭架台６の脚部７に直接突き当てられた
り溶接されたりするものではなく、張り出し長さとして
はその脚部７に達しない長さに設定されているととも
に、後述の脚部７側との連結を図るためのボルト１２が
上下方向に移動することができるようにした縦長のボル
ト挿入孔１３が設けられている。そして、前記脚部７そ
れぞれには図２と図３に示すように、上記杭頭３から張
り出されたプレート１１を挟み込むＬ型のプレート１４
が一対にしてボルト止めされていて、この一対のプレー
ト１４で前記プレート１１を挟み込み、上記ボルト挿入
孔１３を通して三枚のプレート１１、１４をボルト止め
している。この三枚のプレートをボルト止めした構造に
よって大容量摩擦装置１５が構成されているものであ
り、杭頭３の回りにこの大容量摩擦装置１５を配置し
て、該大容量摩擦装置１５を介して杭基礎１と基礎スラ
ブ２とを剛接合しているものである。この大容量摩擦装
置１５では、地震時における建屋の水平方向の慣性力に
よる曲げモーメントであって、杭頭が降伏する直前の曲
げモーメントを限界としてその上限曲げモーメントまで
抗する働きをするものであり、その上限曲げモーメント
になるまで上記プレート１４の間で杭頭のプレート１１
が滑らないように確実に支持する。そして、前記慣性力
による曲げモーメントが上限曲げモーメントに達したと
きには、その上限曲げモーメントを保持してプレート１
４に対するプレート１１の滑りを生じさせ、基礎スラブ
２に対する杭基礎１の回転を可能にして杭頭３を崩壊さ
せないようにしている。なお、この回転は上記ピン接合
の下で行われる。上述のごとく杭頭の降伏モーメントの
直前の状態であるモーメントを保持するように、即ち、
プレート１１と１４との間の摩擦力を一定にするため
に、この大容量摩擦装置１５ではプレート１１、１４の
対向面それぞれには、図示していない特殊な表面処理
（例えば、モリブデンの粉体による表面処理が挙げられ
る）を施している。

【０００７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の杭基礎と
基礎スラブとの連結方法によれば、建屋の基礎スラブに
貫通させた杭基礎の杭頭に、上方に向けて凸となる鋼製
の半球を設置し、かつ、前記基礎スラブから立ち上げら
れた杭架台に、前記半球に移動可能に被せ付けられた凹
型の球座を設置して、半球と球座とを介して基礎スラブ
と杭基礎とをピン接合し、前記杭基礎の杭頭の回りに、
地震時における建屋の水平方向の慣性力が杭頭を降伏す
る直前の上限曲げモーメントまで抗する大容量摩擦装置
を配置して、該大容量摩擦装置を介して基礎スラブと杭
基礎とを剛接合することを特徴とするものである。この
ように、杭頭の鋼製の半球と杭架台の凹型の球座とを介
して基礎スラブと杭基礎とをピン接合し、水平方向の慣
性力による杭頭の上限曲げモーメントに抗する大容量摩
擦装置を介して基礎スラブと杭基礎とを剛接合している
ため、地震時に建屋の慣性力によって生じる曲げモーメ
ントで杭頭が降伏する直前までは杭基礎と基礎スラブと
は剛接合になり、それ以上の地震力が発生して慣性力に
よって生じる曲げモーメントが上限曲げモーメントに達
すると、杭基礎は基礎スラブに対して回転を生じ、よっ
て、杭頭が崩壊しなくなり、従来の杭基礎に比べて地震
時に大きな水平抵抗を生じるようになるとともに良好な
変形性能も備えるようになって、地震時の杭基礎の被害
を最小限にすることができるなど、実用性に優れた効果
を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る杭基礎と基礎スラブとの連結方法
による連結部分を示す説明図である。

【図２】本発明の方法における大容量摩擦装置の一例を
側方から見た状態で示す説明図である。

【図３】同じく大容量摩擦装置の一例を平断面で示す説
明図である。

【図４】本発明の連結方法を実施した場合の水平荷重増
加に伴う杭基礎のモーメントの推移を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の連結方法を実施した場合の杭頭水平力
と杭頭水平変位との関係を示す説明図である。

【図６】従来の剛接合における杭基礎の地震時挙動と地
震時の杭基礎の曲げモーメントを示す説明図である。

【図７】従来のピン接合における杭基礎の地震時挙動と
地震時の杭基礎の曲げモーメントを示す説明図である。

【図８】従来の剛接合とピン接合の杭頭水平力と杭頭水
平変位との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１…杭基礎 ２…基礎スラブ ３…杭頭 ５…半球 ６…杭架台 ７…脚部 ９…横架部 １０…球座 １１…プレート １４…プレート １５…大容量摩擦装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 誠 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 Ｆターム(参考） 2D046 CA01 DA11

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建屋の基礎スラブに貫通させた杭基礎の杭
   頭に、上方に向けて凸となる鋼製の半球を設置し、か
   つ、前記基礎スラブから立ち上げられた杭架台に、前記
   半球に移動可能に被せ付けられた凹型の球座を設置し
   て、半球と球座とを介して基礎スラブと杭基礎とをピン
   接合し、前記杭基礎の杭頭の回りに、地震時における建
   屋の水平方向の慣性力が杭頭を降伏する直前の上限曲げ
   モーメントまで抗する大容量摩擦装置を配置して、該大
   容量摩擦装置を介して基礎スラブと杭基礎とを剛接合す
   ることを特徴とする杭基礎と基礎スラブとの連結方法。