JP7321923B2 - 構造体、およびその施工方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態の一つは、鉄筋コンクリートを含む構造体、およびその施工方法に関する。例えば本発明の実施形態の一つは、パイルキャップを有する構造体とその施工方法に関する。

マンションや学校、病院などに代表される、鉄筋コンクリートを使用して建設される大型の建築物では、基礎構造として杭基礎が採用されることが多い。このような建築物では、地中に固定される杭、および杭に連結される柱や基礎梁が基本的な構造体として用いられる。このような構造体を施工する際には、杭の上端部（杭頭）にはパイルキャップ、あるいはフーチング（以下、これらを総じてパイルキャップと記す）が設けられ、パイルキャップに基礎梁や柱が固定・接続される。パイルキャップは、平常時には建築物の重量や建物内の積載物によって生じる鉛直荷重を杭に伝達する役割を有するとともに、地震時には、地震動によって構造体に生じる応力を杭、基礎梁、柱の間で相互に伝達する役割を有する。特許文献１では、鋼管－コンクリート複合パイルを杭（以下、この杭をＳＣ杭と記す）として用い、ＳＣ杭上に円盤状の座板を介してパイルキャップを構成する工法が開示されている。

特許第３０８８３８５号公報

本発明の実施形態の一つは、新しい構造を有するパイルキャップ、およびそれを含む構造体を提供することを課題の一つとする。あるいは本発明の実施形態の一つは、施工性の向上と施工コストの削減が可能な構造を有するパイルキャップ、パイルキャップを含む構造体、ならびにパイルキャップと構造体の施工方法を提供することを課題の一つとする。

本発明の実施形態の一つは構造体である。この構造体は、少なくとも一本の杭、ベースプレート、およびパイルキャップを備える。ベースプレートは、少なくとも一本の杭上に位置し、少なくとも一本の杭に固定される。パイルキャップはベースプレート上に位置し、少なくとも一本の杭の軸に対して平行に延伸する複数の杭頭定着筋を有する。複数の杭頭定着筋の少なくとも一つは、杭が延伸する方向において杭と重ならないように配置される。

本発明の実施形態の一つは構造体の施工方法である。この施工方法は、第１の杭を埋設すること、第１の杭の上端にベースプレートを固定すること、およびベースプレート上にパイルキャップを形成することを含む。パイルキャップは、第１の杭の軸に対して平行に延伸する複数の杭頭定着筋を含む。複数の杭頭定着筋は、少なくとも一つが第１の杭が延伸する方向において第１の杭と重ならないようにベースプレート上に固定される。

本発明の実施形態により、新しい構造を有するパイルキャップ、およびそれを含む構造体が提供される。あるいは本発明の実施形態により、施工性の向上と施工コストの削減が可能な構造を有するパイルキャップ、パイルキャップを含む構造体、ならびにパイルキャップと構造体の施工方法が提供される。

本発明の実施形態の一つである構造体の模式的斜視図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的側面図と上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体のベースプレートの模式的上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的上面図と側面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的上面図と側面図。 本発明の実施形態の一つであるパイルキャップの一部の模式的上面図、および従来のパイルキャップの一部の模式的上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的上面図と側面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的上面図と側面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的斜視図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的斜視図。 本発明の実施形態の一つである構造体のベースプレートの模式的底面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的側面図と上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の模式的側面図と上面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的断面。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的上面図と断面。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的側面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的側面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的側面図。 本発明の実施形態の一つである構造体の施工方法を示す模式的側面図。

以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。符号が付された要素の一部を表記する際には、符号に小文字のアルファベットが添えられる。

以下、「ある構造体が他の構造体から露出するという」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。

以下、コンクリートとは、原料の一つであるセメントが水と反応して生成する水和物が硬化し、流動性を示さないものを指す。一方、セメントと水を含む混合物が完全に硬化せずに流動性を有する状態は生コンクリートと呼ばれ、以下、レディーミクストコンクリートと記す。

１．全体構造
本節では、本発明の実施形態の一つであるパイルキャップ１０４、およびそれを含む構造体１００の構造について説明する。添付される全ての図面には構造体１００の全体、または一部が示されており、以下、便宜上、水平な地表面をｘｙ平面とし、鉛直方向がｚ軸方向であるとして説明を行う。

構造体１００の模式的斜視図を図１に、側面図と上面図を図２（Ａ）、図２（Ｂ）にそれぞれ示す。構造体１００は、地中に埋設されて固定される少なくとも一本の杭１０２、杭１０２上に設けられ、杭１０２に固定されるベースプレート１１０、ベースプレート１１０の上に設けられるパイルキャップ１０４を有する。杭１０２の端部には端板１０３が連結されていてもよい。この場合、端板１０３にベースプレート１１０が固定される。後述するように、少なくとも一本の杭１０２は複数の杭１０２を含んでもよい。構造体１００はさらに、パイルキャップ１０４の上に設けられ、鉛直方向に延伸する柱１０６や、パイルキャップ１０４に接続される梁（基礎梁）１０８を備えてもよい。一つのパイルキャップ１０４に接続される柱１０６の数や形状に制約はなく、例えば一つのパイルキャップ１０４上に複数の柱１０６が設けられてもよい。また、一つのパイルキャップ１０４に接続される梁１０８も一つでもよく、複数でもよい。梁１０８は地上に配置してもよく、地中に配置してもよい。図２（Ａ）では、隣接する二つのパイルキャップ１０４、パイルキャップ１０４の間に位置する梁１０８、パイルキャップ１０４上の柱１０６の一部も示されている。この構造体１００に壁や床を設置することで、種々の建築物を施工することができる。

杭１０２は構造体１００の基礎となるものであり、地中に埋め込まれ、固定される。杭１０２の上端（杭頭）は地表面から露出してもよく、地表面よりも低くてもよい。杭１０２は地中の支持層（岩盤）に固定されていてもよく、支持層には達しない摩擦杭でもよい。杭１０２は鉄筋コンクリートで構成されていてもよく、断面が円形若しくは角形の中空管構造を有する鋼材（鋼管）、あるいはＨ形鋼材などの鋼材で構成されていてもよい。あるいは鋼管とコンクリートの両者で構成されていてもよい。この場合、典型的には、断面が円形の鋼管の内表面に接する円筒状のコンクリートが設けられたＳＣ杭が使用される。

図１に示されるように、ベースプレート１１０は、長方形、正方形、菱形、平行四辺形、台形などに例示される四角形形状を有する鋼板である。ベースプレート１１０の厚さは任意に設定することができ、例えば１．６ｍｍ以上１００ｍｍ以下、２．０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、または５．０ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲から選択すればよい。大きさも任意に設定され、一つのパイルキャップ１０４に杭１０２が一つ設けられる場合、一辺の長さは杭の外径以上であり、外径の５倍以下の範囲から選択すればよい。具体的には、一辺の長さは０．３ｍ以上６ｍ以下、または０．５ｍ以上５ｍ以下、または１ｍ以上３ｍ以下の範囲から選択される。一つのパイルキャップ１０４に複数の杭１０２が設けられる場合には、一辺の長さは杭の外径以上であり、外径の１５倍以下の範囲から選択すればよい。具体的には、一辺の長さは０．３ｍ以上１８ｍ以下、１ｍ以上１５ｍ以下、または５ｍ以上１０ｍ以下の範囲から選択される。

ベースプレート１１０は、杭１０２の軸（長手方向に延びる中心軸）が鉛直になるように杭１０２を地中に埋設した際、上面が水平面（すなわち、ｘｙ平面）と平行になるよう、杭１０２の端部に固定される。固定方法に制約はなく、例えばボルトによる固定や溶接による固定でもよい。ＳＣ杭を用いる場合には、杭１０２の外周面を形成する鋼管と溶接してもよいが、後述するように端板１０３にねじ穴１０３ａ（後述）を設け、このねじ穴１０３ａを利用してねじ１０５で固定することで、ベースプレート１１０を杭１０２に容易に固定することができる。

図３（Ａ）に示すように、ベースプレート１１０は開口を持たない鋼板でもよいが、図３（Ｂ）に示すように、杭１０２と重なる開口１１０ａを有してもよい。この場合、鉛直方向において開口１１０ａの全体が杭１０２と重なることが好ましい。杭１０２がＳＣ杭である場合、開口１１０ａの全体がＳＣ杭のコンクリートの内表面に囲まれる中空部と重なることが好ましい。ベースプレート１１０が固定された杭１０２が地中に埋設されている場合、この開口１１０ａを通して捨てコンクリートを注入することができる。開口１１０ａを設ける場合、杭１０２の埋設後に開口１１０ａを塞ぐキャッピングプレート１１２を設けてもよい（図３（Ｃ））。キャッピングプレート１１２はベースプレート１１０の上に設けられ、パイルキャップ１０４内に配置される。キャッピングプレート１１２を設けることで、パイルキャップ１０４を施工する際、レディーミクストコンクリートがＳＣ杭の中空部へ流れ込むことを防ぐことができる。

パイルキャップ１０４は杭１０２とベースプレート１１０の上に設けられる。ベースプレート１１０が存在するため、杭１０２はパイルキャップ１０４内には挿入されないことになる。パイルキャップ１０４は鉄筋コンクリートで構成することができる。パイルキャップ１０４の形状に制約はなく、例えば、水平面に平行な断面形状がベースプレート１１０の形状と同一でもよい。あるいは、水平面に平行な断面はベースプレート１１０の上面よりも小さくてもよい。図示しないが、パイルキャップ１０４は一部が地表面の下に位置し、他の一部が地表面から露出するように配置してもよい。あるいは、パイルキャップ１０４を地表面上に直接設けてもよく、杭１０２を囲むように設けられる捨てコンクリート上に設けてもよい。

柱１０６はパイルキャップ１０４を介して杭１０２に接続される。柱１０６は鉄筋コンクリートで構成されてもよく、鉄筋を含まないコンクリート、または鉄骨で構成されてもよい。杭１０２と柱１０６がそれぞれ一本の場合、柱１０６の中心軸は杭１０２やパイルキャップ１０４の中心軸と一致するように設けられることが好ましい。柱１０６の形状にも制約はなく、例えば円柱や四角柱であってよい。

梁１０８はパイルキャップ１０４の側面に接続され、柱１０６と交差する。梁１０８は水平方向に延伸してもよく、水平方向から傾くように延伸してもよい。梁１０８も鉄筋コンクリートで構成することができる。

２．鉄筋ユニット
上述したように、パイルキャップ１０４や柱１０６、梁１０８は、鉄筋コンクリートで形成することができる。本節では、鉄筋コンクリートで形成されるパイルキャップ１０４や柱１０６、梁１０８に組み込まれる鉄筋ユニットの一例を図４（Ａ）から図６（Ａ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）を用いて説明する。これらの図では、鉄筋ユニット以外の構成の一部は省略される、または点線で示されている。

図４（Ａ）と図４（Ｂ）に、それぞれ構造体１００の上面模式図と側面模式図を示す。これらの図では、パイルキャップ１０４を構成する鉄筋の一部、および柱１０６と梁１０８を構成する鉄筋が示されており、後述するパイルキャップ１０４内の一部の鉄筋は、見やすさを考慮して図示されていない。

パイルキャップ１０４内部には、複数の杭頭定着筋１２０が設けられる。杭頭定着筋１２０により、構造体１００に対して水平方向に力が加えられた際、杭頭に作用する曲げモーメントをパイルキャップ１０４や梁１０８に効果的に伝達することができる。図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、複数の杭頭定着筋１２０は、杭１０２が延伸する方向において（すなわち、ｘｙ平面において）、少なくとも一つ（例えば図４（Ａ）における杭頭定着筋１２０ｃ）が杭１０２と重ならないように設けられる。柱筋１３０や梁筋１４０は杭頭の上方に配置されることが多いため、上記配置によって杭頭定着筋１２０が柱筋１３０や梁筋１４０と干渉することを防ぐことができる。その結果、杭頭定着筋１２０の配置の自由度が向上し、構造体１００の設計や施工が容易となる。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示すように、全ての杭頭定着筋１２０が杭１０２と重ならずにｘｙ平面において杭１０２を囲むように設けてもよい。ｘｙ平面において杭１０２を囲むように設けることにより、ベースプレート１１０の外周により近い位置に杭頭定着筋１２０を配置することができる。このため、応力中心間距離を大きくすることができ、少ない杭頭定着筋１２０で大きな曲げモーメントを負担することが可能となる。

杭頭定着筋１２０は、杭１０２の軸に平行な方向（杭１０２が鉛直方向に埋設された際には、鉛直方向）に延伸し、杭１０２ではなく、ベースプレート１１０に溶接によって固定される。溶接方法に制約はなく、アーク溶接でもガス溶接でもよい。杭頭定着筋１２０はベースプレート１１０の上面に溶接固定されるため、アーク溶接を利用するスタッド溶接（アークスタッド溶接）が簡便で好ましい。具体的には、スタッドとして機能する杭頭定着筋１２０とベースプレート１１０の間に大電流を供給してアークを発生させ、このアークで発生した熱で杭頭定着筋１２０の下端部とベースプレート１１０の表面を溶融する。溶融した金属が杭頭定着筋１２０とベースプレート１１０の間で凝固することで、杭頭定着筋１２０とベースプレート１１０が固定される。杭頭定着筋１２０は、構造体１００を施工する現場においてベースプレート１１０に固定されるが、この方法は、短時間で溶接ができ、作業者の技量によって大きな影響を受けない点が特徴である。杭１０２に杭頭定着筋１２０を直接溶接する場合には、フレア溶接を利用して杭１０２の側面に杭頭定着筋１２０溶接する必要があり、作業者の技量に大きく左右され、また、長い作業時間が要求される。したがって、ベースプレート１１０を杭１０２の上に設け、杭頭定着筋１２０をスタッド溶接によってベースプレート１１０の上面に固定することで、構造体１００、および構造体１００を含む建築物の施工時間の短縮やコストの削減が可能である。

パイルキャップ１０４と柱１０６の内部には、鉛直方向に柱１０６内部を延伸する複数の柱筋１３０が配置される。図示しないが、構造体１００は、複数の柱筋１３０と交差し、柱筋１３０を囲む補強筋を柱１０６内、および／またはパイルキャップ１０４内に有していてもよい。柱筋１３０の配置は任意であり、四角形の外周上に、かつ柱１０６から露出しないように配置すればよい（図４（Ａ）、図５（Ａ）参照）。柱のｘｙ断面形状が円の場合には、円周上に、かつ柱１０６から露出しないように配置すればよい。

梁１０８は複数の梁筋１４０を有しており、各梁筋１４０は柱筋１３０や杭頭定着筋１２０と交差する。梁筋１４０は、一部が隣接する二つの杭頭定着筋１２０の間を通過するように配置される。構造体１００はさらに、複数の梁筋１４０と交差し、梁筋１４０を囲む補強筋１４２を備えてもよい。梁筋１４０は、構造体１００に作用する荷重を杭１０２や柱１０６へ伝達する機能を有する。図４（Ｂ）、図５（Ｂ）では梁筋１４０が水平方向に梁１０８内部を延伸する例が示されているが、梁１０８が水平方向から傾くように設けられる場合には、梁筋１４０も水平方向から傾く。

ここで、図４（Ａ）、図５（Ａ）に示すように、複数の杭頭定着筋１２０は、任意に選択される少なくとも三つ（例えば隣接する三つの杭頭定着筋１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ）がベースプレート１１０の上面において一つの直線上に配列されるように配置することができる。この場合、複数の杭頭定着筋１２０は、四角形または実質的に四角形の輪郭を形成するように、すなわち、鎖線Ｌ₁で示された四角形の外周上に配列するように設けることができる。この四角形は、正方形、長方形、菱形、台形、平行四辺形のいずれでもよく、ベースプレート１１０の上面形状に対して相似でもよい。複数の杭頭定着筋１２０は、等間隔に配置してもよく、隣接する杭頭定着筋１２０の間隔はパイルキャップ１０４内で異なっていてもよい。また、図示しないが、複数の杭頭定着筋１２０はジグザグ状に配置されてもよい。

上述したように、梁筋１４０は、一部が隣接する二つの杭頭定着筋１２０の間を通過するように配置される。このため、例えば図６（Ａ）に示すように、四角形の外周上に配列するように複数の杭頭定着筋１２０を等間隔で設けることにより、梁筋１４０が延伸する方向に垂直な方向（図６（Ａ）に示すｘ方向に延伸する梁筋１４０にとってはｙ方向）において、隣接する杭頭定着筋１２０の間隔ｄ₁がパイルキャップ１０４内においてすべて同一となる。これにより、梁筋１４０の配置設計が容易となり、梁筋１４０を一定の間隔ｄ₂で梁１０８内に配置することが可能となる。

これに対し、図６（Ｂ）に示すように、例えばベースプレート１１０を円盤形状または円形とし、複数の杭頭定着筋１２０を円周上に配置した場合には、杭頭定着筋１２０を円周方向で同じ間隔ｄ₃で配置しても、梁筋１４０が延伸する方向に垂直な方向（図６（Ｂ）に示す梁筋１４０にとってはｙ方向）においては、隣接する杭頭定着筋１２０間の間隔は同一にならない。例えば図６（Ｂ）の例では、ｙ方向における杭頭定着筋１２０ｄと１２０ｅの間の間隔ｄ₄と杭頭定着筋１２０ｅと１２０ｆの間の間隔ｄ₅は異なる。このため、梁筋１４０を配置するための設計の自由度が大きく低下する。また、梁筋１４０が配置可能な数が制限される、あるいは梁筋１４０を配置できない空間が生じる。これは、パイルキャップ１０４の側面に近づくにつれて隣接する杭頭定着筋の間隔は小さくなるからである。例えば図６（Ｂ）に示した例では、ｙ方向においてパイルキャップ１０４の側面の近くで互いに隣接する杭頭定着筋１２０ｈと１２０ｇの間隔ｄ₆は、間隔ｄ₄やｄ₅よりも小さい。したがって、ｘ方向に延伸する梁筋１４０は、杭頭定着筋１２０ｈと１２０ｇの間に配置できない、あるいは杭頭定着筋１２０ｈと１２０ｇと干渉する。このことは、パイルキャップ１０４内の配筋計画や配筋作業が困難となる原因である。

したがって、本実施形態のように、ベースプレート１１０の表面において四角形の外周上に配列するように複数の杭頭定着筋１２０を固定することで、高い強度を有するパイルキャップ１０４や梁１０８、およびパイルキャップ１０４を含む構造体１００を施工することができ、かつ、鉄筋ユニットの設計のための高い自由度を確保することができる。

パイルキャップ１０４内には、杭頭定着筋１２０以外の鉄筋もさらに設けられる。例えば上面模式図（図７（Ａ））と側面模式図（図７（Ｂ））に示すように、パイルキャップ１０４内には、複数の横補強筋１２２、複数のはかま筋１２６、および任意の構成として複数の基礎筋（以下、ベース筋）１２４が配置される。なお、図７（Ａ）と図７（Ｂ）では、見やすさを考慮し、梁筋１４０または柱筋１３０は図示されていない。

複数のはかま筋１２６は、それぞれＵ字形状を有する鉄筋であり、Ｕ字形状の開いた部分が下になるように配置される（図７（Ｂ））。複数のはかま筋１２６の一部はｘ方向に延伸し、他の一部はｙ方向に延伸する。これらは互いに交差し、ｘｙ平面において杭１０２と重なる格子形状を形成するように配置される（図７（Ａ）、図７（Ｂ））。図示しないが、柱筋１３０（図４（Ｂ）参照）の少なくとも一部は、複数のはかま筋１２６によって形成される格子を貫通する。はかま筋１２６を設けることで、パイルキャップ１０４のひび割れを抑制することができる。

はかま筋１２６と同様、複数のベース筋１２４もそれぞれＵ字形状を有する鉄筋であり、Ｕ字形状の開いた部分が上になるように配置される（図７（Ｂ））。複数のベース筋１２４の一部はｘ方向に、他の一部はｙ方向に延伸する。これらも互いに交差し、ｘｙ平面において杭１０２と重なる格子形状を形成するように配置される（図７（Ａ）、図７（Ｂ））。ベース筋１２４もパイルキャップのひび割れを防止する機能を有する。

梁筋１４０と同様、はかま筋１２６やベース筋１２４も、少なくとも一部は隣接する杭頭定着筋１２０の間を通るように配置することができる。上述した理由から理解されるように、ベースプレート１１０の表面において四角形の外周上に配列するように杭頭定着筋１２０を固定することで、はかま筋１２６やベース筋１２４の一部が隣接する杭頭定着筋１２０の間を通るように配置される場合でも、はかま筋１２６やベース筋１２４の配置の自由度が確保される。

横補強筋１２２は杭頭定着筋１２０やはかま筋１２６、ベース筋１２４を囲むように設けられ、はかま筋１２６やベース筋１２４によって構築される鉄筋ユニットの構造を維持する。

上述した鉄筋によって鉄筋ユニットが構築される。コンクリートは横補強筋１２２、杭頭定着筋１２０、柱筋１３０の一部、梁筋１４０の一部、はかま筋１２６を埋め込むように設けられ、これらによってパイルキャップ１０４が構成される。ベース筋１２４を設ける場合、ベース筋１２４もコンクリート内に埋め込まれる。一方、柱１０６は、柱筋１３０の他の一部とこれを埋め込むように打設されるコンクリートを含み、梁１０８は梁筋１４０の他の一部とこれを埋め込むように打設されるコンクリートを含む。

３．変形例
３－１．変形例１
上述した例では、ｘｙ平面におけるベースプレート１１０とパイルキャップ１０４の断面形状は同一である。したがって、ベースプレート１１０とパイルキャップ１０４の側面は同一平面上に位置することができる。一つの実施形態では、ｘｙ平面における断面形状は同一である必要は無く、例えば図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、ｘｙ平面におけるベースプレート１１０の断面形状はパイルキャップ１０４のそれよりも小さくてもよい。この場合、パイルキャップ１０４の底面の一部はベースプレート１１０と接触せず、ベースプレート１１０から露出する。図示しないが、逆にｘｙ平面におけるパイルキャップ１０４の断面形状はベースプレート１１０のそれよりも大きくてもよい。この場合には、ベースプレート１１０の上面の一部がパイルキャップ１０４から露出する。
３－２．変形例２
上述した例では、一本の杭１０２に一つのベースプレート１１０が固定されるが、図９に示すように、構造体１００の一つのパイルキャップ１０４にはさらに一つ以上の杭１０２が固定されていてもよい。換言すると、各々のパイルキャップ１０４において、複数の杭１０２の全てが一つのベースプレート１１０に固定されていてもよい。開口１１０ａを設ける場合には、一つのベースプレート１１０に固定される杭１０２と同数の開口１１０ａを設ければよい。各開口１１０ａは、対応する一つの杭１０２と重なるように配置される（図１０）。

複数の杭１０２を設ける場合も、杭１０２が延伸する方向において少なくとも一つの杭頭定着筋１２０が全ての杭１０２と重ならないように設けられる。ベースプレート１１０の上面において杭頭定着筋１２０を四角形の外周上に配列するように配置する場合、単一の四角形の外周上に配置してもよく、あるいは図１０に示すように、一部の杭頭定着筋１２０（図１０における杭頭定着筋１２０ｉ）は、ベースプレート１１０の上面において、この四角形（図１０の鎖線Ｌ₁）を複数の四角形の領域に分割する一つまたは複数の直線（図１０の二点鎖線Ｌ₂）上に配列するように固定されていてもよい。各領域は、対応する一つの杭１０２と重なるよう杭頭定着筋１２０が配置される。あるいは、一つの領域は、複数の杭１０２から選択される少なくとも一つの杭１０２と重なるように杭頭定着筋１２０が配置される。このように杭頭定着筋１２０を配置することで、梁筋１４０が延伸する方向に垂直な方向（すなわちｘ方向とｙ方向）において、梁筋１４０の配置の自由度を確保することができる。

３－３．変形例３
図１１の斜視図に示すように、構造体１００はさらに、ベースプレート１１０を支持する少なくとも一つの補強板１１４を有していてもよい。補強板１１４も鋼板として形成することができ、一辺が杭１０２の外周に固定され、一辺がベースプレート１１０の底面に固定されるように設けることができる。補強板１１４の固定はボルト留めによって行ってもよく、あるいは溶接で行ってもよい。補強板１１４を設けることで、杭頭定着筋に曲げモーメントが作用した際、ベースプレートが曲がってしまうことを防ぐことができる。

補強板１１４の配置も任意に選択することができる。例えば図１２（Ａ）から図１２（Ｄ）の模式的底面図に示されるように、補強板１１４は、一つの角がベースプレート１１０の辺や角に到達するように構成してもよく（図１２（Ａ）、図１２（Ｂ））、辺や角に到達しないように構成してもよい（図１２（Ｃ））。補強板１１４の数にも制約はなく、一つでもよく、あるいは図１２（Ｄ）に示すように、放射状に配置される八つの補強板１１４を設けてもよい。

３－４．変形例４
上述した例では、梁１０８は鉄筋コンクリートによって構成される、いわゆるＲＣ造と呼ばれる構造を有するが、梁１０８は鉄筋コンクリートと鉄骨を組み合わせたハイブリッド構造を有してもよい。この構成の一例を図１３（Ａ）から図１４（Ｂ）に示す。図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）はそれぞれ構造体１００の模式的側面図と上面図であり、内部に配置される鉄筋ユニットを示す模式的側面図と上面図を図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示す。なお、図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）では、見やすさを考慮し、一部の鉄筋は図示されていない。

図１３（Ａ）、図１３（Ｂ）に示すように、ハイブリッド構造を有する梁１０８は、パイルキャップ１０４に接続される鉄筋コンクリート部（以下、ＲＣ部）１０８ａ、およびＲＣ部１０８ａに接続され、隣接する二つのＲＣ部１０８ａに挟まれる鉄骨部（Ｓ部とも呼ばれる）１０８ｂを有する。

図１４（Ａ）、図１４（Ｂ）に示すように、梁１０８はパイルキャップ１０４に接続される鉄骨１０８ｃを有する。鉄骨１０８ｃは、図１３（Ａ）に示すようにＨ形の断面を有する鋼（Ｈ形鋼）でもよく、図示しない中空管構造を有する鋼管でもよい。鉄骨１０８ｃはパイルキャップ１０４を貫通しない。一方、梁筋１４０は鉄骨１０８ｃの一部と重なり、さらにパイルキャップ１０４内にも配置される。パイルキャップ１０４を介して二つの鉄骨１０８ｃが隣接する場合は、梁筋１４０はパイルキャップ１０４を貫通する（図１４（Ｂ））。梁筋１４０と鉄骨１０８ｃの少なくとも一部は、杭頭定着筋１２０の間を通過するように設けられる。

梁１０８はさらに、複数の梁筋１４０と重なり、かつ梁筋１４０を取り囲む補強筋１４２を備える。補強筋１４２、および補強筋１４２に囲まれた鉄骨１０８ｃはコンクリートで一体化されてＲＣ部１０８ａを構成し、これにより鉄骨１０８ｃがパイルキャップ１０４と強固に固定される。補強筋１４２の配置密度はＲＣ部１０８ａにおいて均一である必要は無く、ＲＣ部１０８ａの両端部の配置密度が高くなるよう、補強筋１４２を配置してもよい。

４．構造体の施工方法
本節では、構造体１００の施工方法の一例を図１５（Ａ）から図２０（Ｂ）を用いて説明する。図１５（Ａ）から図１５（Ｃ）と図１６（Ｂ）はｘｚ平面の断面図であり、図１６（Ａ）はｘｙ平面図である。図１７から図２０（Ｂ）はｘｚ平面の側面図であり、図２（Ａ）に対応する。これらの側面図では見やすさを考慮し、鉄筋の一部は省略されている場合がある。ここでは、管状に設けられたコンクリート１０２ａを取り囲む鋼管１０２ｂを有するＳＣ杭を杭１０２として用いる例を用いて説明する。

まず、杭１０２を地面に埋設する（図１５（Ａ））。例えば、杭１０２を全体が地表（図１５（Ａ）における鎖線ＧＬ）よりも低くなるように埋設し、その後杭１０２の周囲を掘削し、露出した地面に捨てコンクリート１５４を打設する（図１５（Ｂ））。捨てコンクリート１５４を打設する際、杭１０２内部の一部をコンクリート１５２で充填してもよい。

この後、ベースプレート１１０を杭１０２の上端に固定する（図１５（Ｃ））。固定方法は任意に選択でき、例えば溶接やねじで固定してもよい。溶接で固定する場合には、工場で杭を製造する際にあらかじめ端板１０３にベースプレート１１０を溶接しておく、あるいは端板１０３を設けずにベースプレート１１０を直接鋼管１０２ｂに溶接しておいてもよい。あるいは、杭１０２を地中に埋設したあとにベースプレート１１０を端板１０３または鋼管１０２ｂに溶接してもよい。ねじ留めによって固定する場合には、固定用のねじ穴１０３ａを有する端板１０３（図１６（Ａ）参照）を杭１０２の上端に設け、このねじ穴を利用してねじ（またはボルト）１０５で接合固定してもよい（図１６（Ｂ））。端板１０３は杭１０２の埋設前に取り付ければよい。

ベースプレート１１０に開口１１０ａが設けられる場合には、杭１０２の埋設後、開口１１０ａを塞ぐようにキャッピングプレート１１２を設ける（図１７）。キャッピングプレート１１２はベースプレート１１０とボルト留めや溶接によって固定される。

次に、杭頭定着筋１２０をベースプレート１１０に固定する（図１７）。杭頭定着筋１２０は、ベースプレート１１０の上面において、少なくとも一つが杭１０２と重ならないように固定され、例えば四角形の外周上に配列するように固定される。上述したように、スタッド溶接によって杭頭定着筋１２０を固定することで、構造体１００、および構造体１００を含む建築物の施工時間の短縮が可能であり、溶接品質の向上と施工コストの削減を図ることができる。スタッド溶接によって固定する場合には、ベースプレート１１０の上面と杭頭定着筋１２０の間にアークを発生させ、アークによってベースプレート１１０と杭頭定着筋１２０の一部が溶融することで形成される溶融池の中に杭頭定着筋１２０を押し付ければよい。溶融池が凝固することで、溶接継手部１２８を介し、杭頭定着筋１２０が強固にベースプレート１１０に固定される（図１７中の拡大図参照）。

次に、構造体１００を構成する鉄筋ユニットを構築する。すなわち、ベースプレート１１０上に上述した鉄筋（ベース筋１２４、横補強筋１２２、柱筋１３０、梁筋１４０、はかま筋１２６、補強筋１４２など）を組み立て、固定する（図１８（Ａ））。梁１０８が鉄骨１０８ｃを含むハイブリッド構造である場合には、鉄骨１０８ｃを所定の位置に設置した後、梁筋１４０を有する鉄筋ユニットを構築する。鉄筋ユニットの構築は公知の方法を適宜利用することで行うことができるので、詳細な説明は割愛する。

引き続き、鉄筋ユニットとベースプレート１１０を取り囲むように型枠１５０を形成する（図１８（Ｂ））。型枠１５０も公知の方法を適宜利用することで形成される。図１８（Ｂ）に示すように、型枠１５０をベースプレート１１０の側面に接するように形成することで、後に形成されるパイルキャップ１０４の側面とベースプレート１１０の側面が同一平面上に位置することができる。ただし、型枠１５０は、ベースプレート１１０を取り囲まず、ベースプレート１１０上にベースプレート１１０と重なるように設けてもよい（図１９（Ａ））。このように型枠１５０を設けることで、変形例１で述べたように、パイルキャップ１０４のｘｙ平面に平行な断面形状をベースプレート１１０の上面よりも小さくすることができる。

この後、型枠１５０内にレディーミクストコンクリート１５６を流し込む（図１９（Ｂ））。これにより、鉄筋ユニットのすべて、あるいは一部がレディーミクストコンクリート１５６によって覆われる。必要に応じ、レディーミクストコンクリート１５６が型枠１５０内で均一に充填されるよう、バイブレータなどを用いて振動を与える。梁１０８がハイブリッド構造である場合には、鉄筋ユニットと鉄骨１０８ｃを配置した後、鉄骨１０８ｃと補強筋１４２の一部が覆われるようにレディーミクストコンクリート１５６を型枠１５０内に流し込む。

この後、レディーミクストコンクリート１５６を硬化させ、硬化後に型枠１５０を除去する。これにより、構造体１００が施工される。ベース筋１２４や横補強筋１２２、杭頭定着筋１２０などのパイルキャップ１０４を構成する鉄筋のみだけでなく、梁筋１４０や柱筋１３０も埋め込むように型枠１５０内にレディーミクストコンクリート１５６を流し込み硬化させることで、パイルキャップ１０４と柱筋１３０、梁１０８が一体化された構造体１００を施工することができる。

ｘｙ平面におけるパイルキャップ１０４の断面形状をベースプレート１１０のそれよりも大きくする場合には（変形例１参照）、図２０（Ａ）に示すように、型枠１５０のうちｚ方向に延伸する部分がベースプレート１１０から離隔するように型枠１５０を形成し、その後レディーミクストコンクリート１５６を型枠１５０内に流し込めばよい（図２０（Ｂ））。これにより、ベースプレート１１０がｘ方向またはｙ方向においてＲＣ部１０８ａから離隔した構造を得ることができる。

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、または、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと理解される。

１００：構造体、１０２：杭、１０２ａ：コンクリート、１０２ｂ：鋼管、１０２ｃ：溶接継手部、１０３：端板、１０３ａ：ねじ穴、１０４：パイルキャップ、１０５：ねじ、１０６：柱、１０８：梁、１０８ａ：ＲＣ部、１０８ｂ：鉄骨部、１０８ｃ：鉄骨、１１０：ベースプレート、１１０ａ：開口、１１２：キャッピングプレート、１１４：補強板、１２０：杭頭定着筋、１２０ａ：杭頭定着筋、１２０ｂ：杭頭定着筋、１２０ｃ：杭頭定着筋、１２０ｄ：杭頭定着筋、１２０ｅ：杭頭定着筋、１２０ｆ：杭頭定着筋、１２０ｇ：杭頭定着筋、１２０ｈ：杭頭定着筋、１２０ｉ：杭頭定着筋、１２２：横補強筋、１２４：ベース筋、１２６：はかま筋、１２８：溶接継手部、１３０：柱筋、１４０：梁筋、１４２：補強筋、１５０：型枠、１５２：コンクリート、１５４：捨てコンクリート、１５６：レディーミクストコンクリート

Claims (9)

1. 少なくとも一本の杭、
   前記少なくとも一本の杭上に位置し、前記少なくとも一本の杭に固定されるベースプレート、および
   前記ベースプレート上のパイルキャップを備え、
   前記パイルキャップは、前記少なくとも一本の杭の軸に対して平行に延伸する複数の杭頭定着筋を有し、
   前記複数の杭頭定着筋の少なくとも一つは、前記杭が延伸する方向において前記杭と重ならないように配置され、
   前記複数の杭頭定着筋のうち少なくとも三つは、前記ベースプレートの上面において直線上に配列し、
   前記複数の杭頭定着筋のうち少なくとも一部は、前記ベースプレートの前記上面において四角形の外周上に配列し、他の一部は前記ベースプレートの前記上面において、前記四角形を複数の四角形の領域に分割する複数の直線上に配列する、構造体。
2. 前記ベースプレートは四角形形状を有する、請求項１に記載の構造体。
3. 前記ベースプレートは、前記少なくとも一本の杭と重なる開口を有する、請求項１に記載の構造体。
4. 前記開口を覆うキャッピングプレートを前記パイルキャップ内にさらに備える、請求項３に記載の構造体。
5. 前記少なくとも一本の杭は複数の杭を含み、
   前記複数の領域の一つは、前記複数の杭のうち少なくとも一つと重なる、請求項１に記載の構造体。
6. 前記複数の領域の数と前記複数の杭の数は同一であり、
   前記複数の領域の各々は、前記複数の杭のうち対応する一つと重なる、請求項５に記載の構造体。
7. 前記ベースプレートと前記少なくとも一本の杭に固定される補強板をさらに備える、請求項１に記載の構造体。
8. 前記パイルキャップに接続される梁と柱をさらに含む、請求項１に記載の構造体。
9. 第１の杭を埋設すること、
   前記第１の杭の上端にベースプレートを固定すること、および
   前記ベースプレート上にパイルキャップを形成することを含み、
   前記パイルキャップは、前記第１の杭の軸に対して平行に延伸する複数の杭頭定着筋を含み、
   前記複数の杭頭定着筋は、少なくとも一つが前記第１の杭が延伸する方向において前記第１の杭と重ならないように前記ベースプレート上に固定され、
   前記複数の杭頭定着筋は、
   少なくとも三つは、前記ベースプレートの上面において直線上に配列し、
   少なくとも一部は、前記ベースプレートの前記上面において四角形の外周上に配列し、他の一部は前記ベースプレートの前記上面において、前記四角形を複数の四角形の領域に分割する複数の直線上に配列するように配置される、構造体の施工方法。

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