説明

鋼管杭と鉄骨柱の接合構造および接合方法

【課題】容易で且つ簡略化された方法により杭頭部の施工誤差を吸収することができ、工期の短縮と工事費の低減を図ることができる。
【解決手段】鋼管杭1の杭頭部1aと、鋼管杭1の直上に配置された鉄骨柱2の柱脚部2aとを接合する接合構造は、杭頭部1a内に第1充填コンクリート3が充填され、その杭頭部1a上に厚さ調整可能な無収縮モルタル部4が設けられ、無収縮モルタル部4の上面に、ベースプレート5を下端に備えた柱脚部2aが載置され、その杭頭部1aと柱脚部2aを周囲から囲うようにして、杭頭部1a及び柱脚部2aよりも断面形状が大きい筒状のリングパネル6が配置され、杭頭部1a及び柱脚部2aと、リングパネル6との間に第2充填コンクリート7が充填されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼管杭と鉄骨柱の接合構造および接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、杭と柱とを直接接合してフーチングを省略する工法、すなわち杭の杭頭部内に柱の柱脚部を嵌装させてモルタルやコンクリート等で固定する工法が提案されており、この工法によれば、フーチングを省略することができ、工費の低減をはかることができるとともに工期の短縮を図ることができる。
さらに、建設材料の廃棄量を低減させるといった環境に配慮する目的から、基礎部を構成する材料を再利用(リユース)できるようにした杭頭部と柱脚部との接合構造について、例えば、特許文献1に提案されているものがある。
【0003】
特許文献1は、鋼管杭の杭頭部と、鋼管杭の直上に配置された鉄骨柱の柱脚部とを接合する鋼管杭と鉄骨柱との接合構造であって、杭頭部と柱脚部との間には、杭頭部及び柱脚部よりも断面形状が大きい筒状のリングパネルが介装され、リングパネル内には、杭頭部及び柱脚部がそれぞれ隙間をあけて挿嵌されているとともに、リングパネル内の杭頭部及び柱脚部をそれぞれ固定する充填材が充填された接合構造について開示したものである。
【特許文献1】特開2006−112109号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、打設された鋼管杭は、横方向(平面上の芯ずれ)又は上下方向の施工誤差、或いは傾斜による施工誤差が生じることになる。このような施工誤差がある場合には、杭頭部と柱脚部とがずれた状態となり、両者間の応力伝達が確実でない構造となり得るといった問題があった。そのため、杭頭部に生じる施工誤差を容易に吸収しつつ、杭頭部と柱脚部とを確実に接合できる方法が求められており、その点で改良の余地が残されていた。そして、杭頭部と柱脚部との接合作業時において、上述した鋼管杭の施工誤差に対応するために、杭頭部を切断して位置合わせする等の作業を施すと手間と時間がかかることになり、生産性が低下してコストがかかるといった問題があった。
【0005】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、容易で且つ簡略化された方法により杭頭部の施工誤差を吸収することができ、工期の短縮と工事費の低減を図ることができる鋼管杭と鉄骨柱の接合構造および接合方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係る鋼管杭と鉄骨柱の接合構造では、鋼管杭の杭頭部と、鋼管杭の直上に配置された鉄骨柱の柱脚部とを接合する鋼管杭と鉄骨柱との接合構造であって、杭頭部内に第1充填材が充填され、その杭頭部上に、厚さ調整可能な無収縮モルタル部が設けられ、無収縮モルタル部の上面に、ベースプレートを下端に備えた柱脚部が載置され、その杭頭部と柱脚部を周囲から囲うようにして、杭頭部及び柱脚部よりも断面形状が大きい筒状のリングパネルが配置され、杭頭部及び柱脚部と、リングパネルとの間に第2充填材が充填されていることを特徴とする特徴としている。
【0007】
また、本発明に係る鋼管杭と鉄骨柱の接合方法では、鋼管杭の杭頭部と、鋼管杭の直上に配置された鉄骨柱の柱脚部とを接合する鋼管杭と鉄骨柱との接合方法であって、杭頭部内に第1充填材を充填する工程と、その杭頭部上に、厚さ調整可能な無収縮モルタル部を設ける工程と、杭頭部及び柱脚部よりも断面形状が大きい筒状のリングパネルを、杭頭部に隙間をあけて囲うようにして配置させる工程と、鉄骨柱を鋼管杭の直上に配置し、無収縮モルタル部の上面に、下端にベースプレートを備えた柱脚部を載置させる工程と、杭頭部及び柱脚部と、リングパネルとの間に第2充填材を充填させる工程とを備えることを特徴としている。
【0008】
本発明では、打設された鋼管杭に生じる横方向の施工誤差を、杭頭部及び柱脚部とリングパネルとの間に設けられる隙間の範囲内で吸収することができ、また上下方向の施工誤差を無収縮モルタル部の厚さ寸法を変えて調整することで吸収することができることから、鋼管杭の傾斜による施工誤差に対応することができる。そして、無収縮モルタル部の上面を設置する鉄骨柱の中心軸線に直交する平面となるように形成することで、鉄骨柱を所定の位置で、所定の軸方向となるように無収縮モルタル部上に載置することができる。そして、柱脚部に作用する軸力は、ベースプレート、無収縮モルタル部、第1充填材を介して杭頭部に伝達させることができる。このように、杭頭部の施工誤差を接合構造として吸収できると共に、現場で溶接することなく杭頭部と柱脚部とを一体に接合することができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明の鋼管杭と鉄骨柱の接合構造および接合方法によれば、杭頭部及び柱脚部より大きな断面形状をなすリングパネルを杭頭部と柱脚部とに隙間をあけて囲うとともに、杭頭部上に厚さ調整した無収縮モルタル部を設けるといった容易で且つ簡略化された方法により、打設された鋼管杭における横方向及び上下方向の施工誤差を吸収することができる。そのため、無収縮モルタル部上に柱脚部を載置させることで、鉄骨柱を所定位置に高精度で設置することができる。
このように、鋼管杭の施工誤差を吸収しつつ、杭頭部と柱脚部とを接合することができる方法であることから、基礎工事の工期を短縮させることができ、工事費の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
以下、本発明の実施の形態による鋼管杭と鉄骨柱の接合構造および接合方法について、図1乃至図6に基づいて説明する。
図1は本発明の実施の形態による鋼管杭と鉄骨柱の接合構造および接合方法を示す斜視図、図2は図1に示すA−A線断面図、図3は鋼管杭と鉄骨柱との軸力の伝達状態を示す図、図4(a)、(b)は地震時における応力伝達状態を示す図、図5(a)〜(d)は鋼管杭と鉄骨柱の接合工程を示す図、 図6は鋼管杭の施工誤差を調整する状態を示す図であって、図2に対応する図である。
【0011】
図1に示すように、本実施の形態による鋼管杭1は、例えば回転圧入工法や中掘工法によって地盤G内に鉛直に打設された円形鋼管からなる基礎杭であり、この鋼管杭1の直上には、鋼管杭1の軸線延長線上に配置された円形鋼管からなる鉄骨柱2が配置されている。
【0012】
図2に示すように、鋼管杭1と鉄骨柱2との接合構造は、杭頭部1aに第1充填コンクリート3(第1充填材)が充填された鋼管杭1上に、無収縮モルタル4を介してベースプレート5を下端に備えた鉄骨柱2を立設し、それら杭頭部1a及び鉄骨柱2の柱脚部2aを周囲からリングパネル6で囲って、杭頭部1a及び柱脚部2aとリングパネル6との間に第2充填コンクリート7(第2充填材)を充填させた構造をなしている。
また、リングパネル6の外周面には、H形鋼等からなる鉄骨地中梁10が端部材11を介して複数設けられている。
【0013】
無収縮モルタル4には、プレミックスタイプを採用することができる。そして、ベースプレート5は、鉄骨柱2の外周径より大きく、無収縮モルタル4の外径と同径又は小さい円形平板からなり、鉄骨柱2の下端部に溶接等の固着手段によって固定されている。なお、ベースプレート5は、無収縮モルタル4に対して固定されずに、載置された状態となっている。
【0014】
リングパネル6は、杭頭部1aおよび柱脚部2aよりも断面形状が大きく、鋼管杭1および鉄骨柱2と略同方向に延在する円筒状の鋼管からなる。リングパネル6は、上端部6aがスラブ8内に埋設されているとともに、それ以外の部分が地盤G内に埋設されている。リングパネル6の下部6b内には、杭頭部1aが挿入された状態で配置されているとともに、リングパネル6の上部6c内には、柱脚部2aが挿入された状態で配置されている。杭頭部1aおよび柱脚部2aは、リングパネル6の中央にそれぞれ配置されており、リングパネル6の下部6bの内周面と杭頭部1aの外周面との間、およびリングパネル6の上部6cの内周面と柱脚部2aの外周面との間には、適当な幅の隙間があけられている。
【0015】
リングパネル6内に充填される第2充填コンクリート7は、リングパネル6内で杭頭部1a及び柱脚部2aをそれぞれ固定させるものである。第2充填コンクリート7は、リングパネル6の内周面と、杭頭部1a及び柱脚部2aの外周面との間、すなわち上述した隙間に充填されている。
【0016】
また、リングパネル6の外周面には、リングパネル6の変形を防ぐ平面視八角形状のダイアフラム12、12が付設されている(図1参照)。ダイアフラム12は、端部材11の上下のフランジ11a位置にそれぞれ対応する位置に設けられており、リングパネル6の下部6bおよび上部6cの外周面にそれぞれ溶接接合されている。そして、端部材11の基端11bは、リングパネル6の外周面に垂直に溶接接合されており、端部材11はリングパネル6の軸線方向に直交する方向に突設されている。
【0017】
端部材11の先端11cは、鉄骨地中梁10に図示しない接合板を介してそれぞれボルト接合されている。なお、鉄骨地中梁10は、地盤Gの水平抵抗力が低い場合に複数の鋼管杭1にそれぞれ外装されたリングパネル6間を繋ぐものであり、鉄骨材を用いることで軽量化および工期の短縮を図ることができる。
【0018】
また、リングパネル6の内周面、リングパネル6内に挿入された杭頭部1aの内外周面、およびリングパネル6内に挿入された柱脚部2aの外周面には、帯状の複数の支圧プレート9(支圧材)が周方向に沿って溶接接合によって接合されている。そして、支圧プレート9は、原則として製作工場で取り付けておくが、施工現場において、リングパネル6を杭頭部1aに被せて配置する前にリングパネル6の内周面や杭頭部1aに取り付けてもよく、柱脚部2aをリングパネル6内に配置させる前に取り付けてもよい。
支圧プレート9は、充填コンクリート3、7の付着力を高め、引き抜き力に対抗することができるとともに、詳しくは後述するが、鉄骨柱2にかかる応力を鋼管杭1に確実に伝達する作用を有する構成となっている。
【0019】
このように構成される鋼管杭1と鉄骨柱2との接合構造では、フーチングが省略されるとともに、現場で溶接することなく杭頭部1aと柱脚部2aとを一体に接合することができる構造をなしている。
【0020】
次に、上述した構成からなる鋼管杭1と鉄骨柱2の接合構造における応力の伝達作用について図3および図4などを用いて説明する。
図3に示すように、鉄骨柱2に作用する軸力Fは、ベースプレート5、無収縮モルタル部4、第1充填コンクリート3を介して鋼管杭1に直接伝達される。さらに、支圧プレート9による圧力ストラットにより鉄骨柱2から鋼管杭1に軸力Fが伝達される。具体的に軸力Fは、柱脚部2aの外周面に固定される支圧プレート9(図3で符号9aとする)からリングパネル6の内周面に固定される支圧プレート9(同じく符号9bとする)に伝達され、さらに符号9bの支圧プレート9から杭頭部1aの外周面に固定されている支圧プレート9(同じく符号9cとする)に伝達されることになっている。
【0021】
また、地震時に生じる荷重(図4(a)、(b)の符号M、鉄骨柱2の中心軸線O2が傾く方向に作用する荷重)の伝達は、図4(a)に示す柱脚部2aのてこの作用と、図4(b)に示す圧縮ストラットとにより行われる。つまり、本接合構造による鋼管杭1と鉄骨柱2との接合部の抵抗は、杭頭部1aに生じるてこの反力および支圧プレート9による支圧抵抗となっている。要するに、図4(a)に示すように、リングパネル6内に埋設されている柱脚部2aは、リングパネル6内に充填されている第2充填コンクリート7によって押さえられた状態(図4(a)の符号P1、P2に示す力)となっていることから、その第2充填コンクリート7が荷重Mの抵抗となっている。
また、図4(b)に示すように、荷重Mは、柱脚部2a下端に備えたベースプレート5の周部5aと、リングパネル6の上端内周面に固定される支圧プレート9(符号9dとする)との間の圧力ストラットでも抵抗することになる。
【0022】
次に、上記した構成からなる鋼管杭1と鉄骨柱2の接合方法について図5、図6などに基づいて説明する。
まず、図5(a)に示すように、例えば回転圧入工法によって地盤Gに複数の鋼管杭1を打設する。具体的には、鋼管杭1を回転させつつ地盤Gに圧入させていく。このとき、鋼管杭1の杭頭部1aが地盤G内に埋設されて鋼管杭1の上端面が地盤面よりも下方になる深さまで鋼管杭1を打設する。鋼管杭1は、所定の間隔をあけて複数本打設する。
【0023】
次に、地盤Gを掘削する。具体的には、杭頭部1a廻りを掘削して杭頭部1aを完全に露出させるとともに、鉄骨地中梁10(図1参照)が形成される箇所を掘削して床付けを行う。そして、掘削した地盤Gに、リングパネル6を設置するための基礎をなすコンクリート13(いわゆる捨てコン)を打設しておく。
その後、杭頭部1aにコンクリート等の第1充填コンクリート3を充填する工程を行う。このときの第1充填コンクリート3は、杭頭部1aの上端部まで打設する。
【0024】
次に、図5(b)に示すように、杭頭部1aの上端部に無収縮モルタル部4を設ける工程を行う。このとき、図6に示すように、無収縮モルタル部4は、その中心を後続施工される鉄骨柱2の中心軸線O2にほぼ一致するようにして配置されるとともに、鉄骨柱2の下端に固定したベースプレート5を設計した高さとなる厚さ寸法に調整した状態で設置される。
【0025】
そして、リングパネル6を杭頭部1aの外周側に隙間をあけて周囲から囲うようにして配置させる工程を行う。具体的には、リングパネル6を鋼管杭1の上端から杭頭部1aに被せ、上端面が略水平になるようにリングパネル6を先に打設したコンクリート13上に配置する。このとき、リングパネル6の下部6bの内周面と杭頭部1aの外周面との間には隙間が設けられているため、リングパネル6の位置調整が可能となる。
つまり、図6に示すように、杭頭部1aの中心軸線O1が鉄骨柱2の中心軸線O2とずれている場合に、リングパネル6をその中心軸線を鉄骨柱2の中心軸線O2に一致させて配置することができる。
【0026】
ここで、図6に示すように、打設された鋼管杭1に施工誤差が生じる場合には、横方向の施工誤差を杭頭部1a及び柱脚部2aとリングパネル6との間に設けられる隙間の範囲内で吸収することができ、また上下方向の施工誤差を無収縮モルタル部4の厚さ寸法を変えて調整することで吸収することができる。したがって、鋼管杭1の傾斜による施工誤差に対応することができる。具体的に上下方向の施工誤差は、無収縮モルタル部4の厚さ寸法を調整しつつ、無収縮モルタル部4の上面を設置する鉄骨柱2の中心軸線O2に直交する平面となるように形成することで、鉄骨柱2を所定の位置で、所定の軸方向となるように無収縮モルタル部4上に載置することができる。
【0027】
次に、図5(b)に示すように、このリングパネル6の外周面には、予め端部材11およびダイアフラム12をそれぞれ溶接接合させておく。
【0028】
その後、複数(図5では1つのみを表示)の鋼管杭1にそれぞれ配置されたリングパネル6間を繋ぐ鉄骨地中梁10を組み立てる。具体的には、複数のリングパネル6にそれぞれ付設された端部材11間に配置し、図示しない接合板を介してそれぞれボルト接合する。なお、地盤Gの水平抵抗力が高く、鉄骨地中梁10を省略する場合には、端部材11およびダイアフラム12は不要であり、鉄骨地中梁10を組み立てる工程は省略される。
【0029】
続いて、図5(c)に示すように、鉄骨柱2を鋼管杭1の直上に配置し、柱脚部2aをリングパネル6の上部6c内に隙間をあけて配置させる工程を行う。具体的には、柱脚部2aをリングパネル6の上端からリングパネル6内に挿入し、鉄骨柱2の下端に固定されているベースプレート5を無収縮モルタル部4上に載置させる。このとき、リングパネル6の上部6cの内周面と柱脚部2aの外周面との間には隙間があけられているため、上述したように鉄骨柱2の位置調整が可能である。
【0030】
次に、図5(d)に示すように、杭頭部1a及び柱脚部2aが挿嵌されたリングパネル6内に第2充填コンクリート7を充填する工程を行う。具体的には、リングパネル6と鉄骨柱2の柱脚部2aとの間の上部開口から第2充填コンクリート7を充填する。
その後、リングパネル6および鉄骨地中梁10を埋め戻し、スラブ8を形成する工程を行う。
【0031】
上述のように本実施の形態による鋼管杭1と鉄骨柱2の接合構造および接合方法では、杭頭部1a及び柱脚部2aより大きな断面形状をなすリングパネル6を杭頭部1aと柱脚部2aとに隙間をあけて囲うとともに、杭頭部1a上に厚さ調整した無収縮モルタル部4を設けるといった容易で且つ簡略化された方法により、打設された鋼管杭1における横方向及び上下方向の施工誤差を吸収することができる。そのため、無収縮モルタル部4上に柱脚部2aを載置させることで、鉄骨柱2を所定位置に高精度で設置することができる。
このように、鋼管杭1の施工誤差を吸収しつつ、杭頭部1aと柱脚部2aとを接合することができる方法であることから、基礎工事の工期を短縮させることができ、工事費の低減を図ることができる。
【0032】
以上、本発明による鋼管杭と鉄骨柱の接合構造および接合方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では、鉄骨柱2は円形鋼管からなるものが使用されているが、本発明は、角形鋼管からなる鉄骨柱でもよく、H形鋼等のその他の鉄骨材からなる鉄骨柱でもよい。
また、上記した実施の形態では、リングパネル6は、円筒状の鋼管からなるものが使用されているが、本発明は、角形鋼管からなるものでもよく、筒状の鋼管であればよい。
【0033】
また、本実施の形態ではベースプレート5の平面形状を円形としているが、これに限定されることはなく、鉄骨柱の断面形状を考慮し、四角形状などの多角形としてもよい。
さらに、杭頭部1a内、リングパネル6内に充填される第1、第2充填コンクリート3、7をコンクリートとしているが、充填材の材料はとくに限定されることはなく、モルタルなどの充填材であってもかまわない。
【0034】
また、地盤Gの水平抵抗力が高い場合は、鉄骨地中梁10(端部材11、ダイアフラム12)を省略することも可能である。
また、本実施の形態では帯状の支圧プレート9をリングパネル6の内周面、鉄骨柱2の外周面、鋼管杭1の内外周面のそれぞれの周方向に沿って設けているが、これに限定されることはなく、例えばスタッドや棒鋼等を溶接することで形成させるようにしてもよい。この場合、第1、第2充填コンクリート3、7に接する範囲内に等間隔に配設され、その充填コンクリート3、7内に埋設された状態で設けるようにすればよい。
さらにまた、支圧プレート9の設置箇所、数量は特に制限されることはなく、リングパネル6の内周面、杭頭部1aの内外周面若しくは柱脚部2aの外周面のうち少なくとも一方に支圧プレート9が設けられていればよい。
【図面の簡単な説明】
【0035】
【図1】本発明の実施の形態による鋼管杭と鉄骨柱の接合構造および接合方法を示す斜視図である。
【図2】図1に示すA−A線断面図である。
【図3】鋼管杭と鉄骨柱との軸力の伝達状態を示す図である。
【図4】(a)、(b)は地震時における応力伝達状態を示す図である。
【図5】(a)〜(d)は鋼管杭と鉄骨柱の接合工程を示す図である。
【図6】鋼管杭の施工誤差を調整する状態を示す図であって、図2に対応する図である。
【符号の説明】
【0036】
1 鋼管杭
1a 杭頭部
2 鉄骨柱
2a 柱脚部
3 第1充填コンクリート(第1充填材)
4 無収縮コンクリート部
5 ベースプレート
6 リングパネル
7 第2充填コンクリート(第2充填材)
10 鉄骨地中梁

【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼管杭の杭頭部と、該鋼管杭の直上に配置された鉄骨柱の柱脚部とを接合する鋼管杭と鉄骨柱との接合構造であって、
前記杭頭部内に第1充填材が充填され、
その杭頭部上に、厚さ調整可能な無収縮モルタル部が設けられ、
前記無収縮モルタル部の上面に、ベースプレートを下端に備えた前記柱脚部が載置され、
その杭頭部と柱脚部を周囲から囲うようにして、前記杭頭部及び柱脚部よりも断面形状が大きい筒状のリングパネルが配置され、
前記杭頭部及び柱脚部と、前記リングパネルとの間に第2充填材が充填されていることを特徴とする特徴とする鋼管杭と鉄骨柱との接合構造。
【請求項2】
鋼管杭の杭頭部と、該鋼管杭の直上に配置された鉄骨柱の柱脚部とを接合する鋼管杭と鉄骨柱との接合方法であって、
前記杭頭部内に第1充填材を充填する工程と、
その杭頭部上に、厚さ調整可能な無収縮モルタル部を設ける工程と、
前記杭頭部及び柱脚部よりも断面形状が大きい筒状のリングパネルを、前記杭頭部に隙間をあけて囲うようにして配置させる工程と、
前記鉄骨柱を前記鋼管杭の直上に配置し、前記無収縮モルタル部の上面に、下端にベースプレートを備えた前記柱脚部を載置させる工程と、
前記杭頭部及び柱脚部と、前記リングパネルとの間に第2充填材を充填させる工程と、
を備えることを特徴とする鋼管杭と鉄骨柱との接合方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2009−13602(P2009−13602A)
【公開日】平成21年1月22日(2009.1.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−173828(P2007−173828)
【出願日】平成19年7月2日(2007.7.2)
【出願人】(000002299)清水建設株式会社 (2,433)
【Fターム(参考)】