特許 7473174 杭の免震構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-15

(45)【発行日】2024-04-23

(54)【発明の名称】杭の免震構造

(51)【国際特許分類】

   E02D 27/34 20060101AFI20240416BHJP

   E02D 27/12 20060101ALI20240416BHJP

   E02D 5/28 20060101ALI20240416BHJP

【ＦＩ】

E02D27/34 A

E02D27/12 Z

E02D5/28

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020095209

(22)【出願日】2020-06-01

(65)【公開番号】P2021188379

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-05-29

(73)【特許権者】

【識別番号】595067442

【氏名又は名称】システム計測株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】240000327

【弁護士】

【氏名又は名称】弁護士法人クレオ国際法律特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】久保 豊

(72)【発明者】

【氏名】増田 昌生

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０８１０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０９６７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－００２６２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－３３２００８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０９０７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－０７３３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８６１５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－００７２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０４５７９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ２７／３４

Ｅ０２Ｄ ２７／１２

Ｅ０２Ｄ ５／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

杭と基礎部との間に設けられる杭の免震構造であって、
前記基礎部側に下向きの凹状に形成される皿部と、
前記杭の杭頭に設けられて前記皿部の下面に接触させる杭頭接触部とを備え、
前記皿部の下面には、中央に平面状の平坦部と、その周囲に下がり勾配の曲面部とが設けられており、前記杭頭接触部は、前記皿部の下面に対して、滑面接触、線接触又は点接触することを特徴とする杭の免震構造。

【請求項2】

前記平坦部は平面視円形に形成されており、前記曲面部は前記平坦部の周囲を囲む環状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の杭の免震構造。

【請求項3】

前記曲面部は、指数関数によって表される曲面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の杭の免震構造。

【請求項4】

前記杭頭接触部は、前記杭頭の外縁付近に環状に形成されるとともに、上端面が滑面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の杭の免震構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼管杭などの杭と基礎梁やフーチングンなどの基礎部との間に設けられる杭の免震構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

基礎梁やフーチングなどの基礎部と杭頭とを接続する際に、一方の接触面を凹状に成形し、他方の接触面を凸状に成形して、凹凸を嵌め合わせることで杭頭に免震構造を設けることが知られている（特許文献１など参照）。この特許文献１に開示された免震用杭頭部材は、小規模の一般住宅用として、杭頭と基礎部とに設けられた凹凸を嵌合させる構造となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－２７５０２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示された免震用杭頭部材は、凹凸の曲率が合致しているため、水平方向のすべりは起きないものと考えられる。このため、免震の接続構造となっているかは疑問が残る。

【0005】

そこで、本発明は、簡単な構造で確実に免震機能を発揮させることができるうえに、地震の規模に応じて変位を制御することが可能な杭の免震構造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】

前記目的を達成するために、本発明の杭の免震構造は、杭と基礎部との間に設けられる杭の免震構造であって、前記基礎部側に下向きの凹状に形成される皿部と、前記杭の杭頭に設けられて前記皿部の下面に接触させる杭頭接触部とを備え、前記皿部の下面には、中央に平面状の平坦部と、その周囲に下がり勾配の曲面部とが設けられており、前記杭頭接触部は、前記皿部の下面に対して、滑面接触、線接触又は点接触することを特徴とする。

【0007】

ここで、前記平坦部は平面視円形に形成されており、前記曲面部は前記平坦部の周囲を囲む環状に形成されている構成とすることができる。また、前記曲面部は、指数関数によって表される曲面に形成されていることが好ましい。
さらに、前記杭頭接触部は、前記杭頭の外縁付近に環状に形成されるとともに、上端面が滑面に形成されている構成とすることができる。

【発明の効果】

【0008】

このように構成された本発明の杭の免震構造は、杭頭に設けられた杭頭接触部を、基礎部側に下向きの凹状に形成された皿部の中央の平坦部に接触させる。また、この平坦部の周囲には、下がり勾配の曲面部が設けられている。そして、杭頭接触部は、皿部の下面に対して、滑面接触、線接触又は点接触するように形成されている。

【0009】

このように皿部の平面状の平坦部に滑面接触、線接触又は点接触した状態の杭頭接触部は、静的摩擦力を超えない小さな水平力に対しては相対的な移動をせず、地震力が大きくなるに従って、スムーズに水平方向のすべりが発生して免震機能を発揮させることができる。

【0010】

さらに、地震の規模が大きくなって杭頭接触部が平坦部の端縁まで移動すると、下がり勾配の曲面部と接触することになって抵抗が増加し、すべり変位の増加が大きくなり過ぎないように制限することができる。すなわち、簡単な構造で確実に免震機能を発揮させることができるうえに、地震の規模に応じて変位を制御することができる。

【0011】

また、平坦部が平面視円形に形成されて、曲面部が平坦部の周囲を囲む環状に形成されていれば、地震波がいずれの方向から伝搬してきても、適切に免震機能を発揮させることができる。

【0012】

さらに、曲面部が指数関数によって表される曲面に形成されていれば、外縁に近づくほどすべりが減速されて、設定以上の相対変位の発生を防ぐことができる。また、杭頭接触部を、杭頭の外縁付近に環状に上端面が滑面となるように形成することで、耐久性に優れた安定したすべり構造を簡単に設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施の形態の杭の免震構造の構成を示した説明図である。

【図2】杭の免震構造を構成する皿部を見上げて示した斜視図である。

【図3】皿部の曲面部を形成する曲線を例示した説明図である。

【図4】杭の免震構造を構成する杭頭接触部を説明する図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は底面図である。

【図5】本実施の形態の杭の免震構造の目標性能を説明する図であって、（ａ）は絶対加速度応答スペクトルを使った説明図、（ｂ）は相対変位応答スペクトルを使った説明図である。

【図6】実施例１の杭の免震構造の構成を示した説明図である。

【図7】実施例２の杭の免震構造の構成を示した説明図である。

【図8】実施例３の杭の免震構造の構成を示した説明図である。

【図9】実施例３の杭の免震構造の性能を図解するための説明図である。

【図10】実施例３の杭の免震構造を構成する杭頭接触部を示した平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の杭の免震構造１の構成を説明するための図である。また、図２－図４は、杭の免震構造１を構成する皿部２と杭頭接触部４の詳細を説明するための図である。

【0015】

本実施の形態の杭の免震構造１が頭部に設けられる杭としての鋼管杭Ｐは、円筒形の鋼製管材によって形成される。また、鋼管杭Ｐの杭頭Ｐ１は、基礎梁やフーチングや建物の床版などの基礎部Ｍに接続される。鋼管杭Ｐは、中空であってもよいが、内空にコンクリートを充填することもできる。

【0016】

基礎部Ｍは、鋼管杭Ｐの上に載せられて下方から支持されることになるが、鋼管杭Ｐと基礎部Ｍとの間には、本実施の形態の杭の免震構造１が杭頭接続構造として設けられる。杭の免震構造１を介して鋼管杭Ｐ上に設置された基礎部Ｍは、地震時に鋼管杭Ｐとの間で相対変位（水平移動）が生じることになる。この相対変位を生じさせることによって、免震機能を発揮させることができる。

【0017】

この杭の免震構造１は、図１に示すように、基礎部Ｍ側に固定されて下向きの凹状に形成される皿部２と、鋼管杭Ｐの杭頭Ｐ１に設けられる杭頭接触部４とによって主に構成される。この杭頭接触部４は、皿部２の下面２０に接触した状態になる。

【0018】

皿部２には、図１及び図２に示すように、中央に平面状に形成される平坦部２１と、その周囲に形成される下がり勾配の曲面部２２とが設けられる。平坦部２１は平面視円形に形成されており、曲面部２２は平坦部２１の周囲を囲む環状に形成される。

【0019】

皿部２は、鋼板を椀状に成形加工したり、鋳物によって所望の形状に成型したりすることができる。また、皿部２の下面２０は、四フッ化樹脂などのフッ素樹脂塗料を塗布するなどして滑面に加工する。

【0020】

曲面部２２は、様々な形状の曲面によって形成することができる。図３には、曲面部２２の曲面の断面となる曲線を例示した。図示した曲面部２２の断面を示す曲線は、いずれも以下の指数関数の式によって表される。
v = ae^bu
ここで、uは平坦部２１と曲面部２２との境界からの水平距離(cm)、vは平坦部２１の高さを基準とした下向きの鉛直距離(cm)、aとbは定数を示す。また、実際に適用する際には、次式のように原点を修正することもできる。
v = ae^bu - a

【0021】

また、図３に「極小」、「小」、「中」、「大」と示した凡例は、曲面部２２の大きさ（サイズ）を示している。本実施の形態の杭の免震構造１は、戸建て住宅などの小規模建物からビルなどの中規模建物や大規模建物にも適用することができるが、その際に使用される皿部２及び曲面部２２の大きさや形状は、それらの建物の設計に合わせて決定される。例えば杭径で言えば、直径40mmから1000mm程度の鋼管杭Ｐに対して適用することができる。

【0022】

例えば、「極小」は直径が90mm未満の鋼管杭Ｐに対して用いられる皿部２の曲面部２２の曲線を表している。また、「小」、「中」、「大」は、直径が90mm以上の鋼管杭Ｐに対して用いられる皿部２の曲面部２２の曲線を表している。

【0023】

さらに図示していないが、直径が800mm以上の鋼管杭Ｐに対しては、水平距離uが60cm程度、鉛直距離vが20cm程度となる「極大」の曲線を、曲面部２２の曲面として設定することができる。一般の免振構造であるゴム支承が適用されるようなビルなどの大規模建物であれば、最大水平変位が60cm程度まで許容されるので、このような「極大」の曲面部２２が形成された皿部２を使用することもできる。

【0024】

指数関数の曲線で表される曲面部２２は、平坦部２１との境界から皿部２の外縁に向けて、皿部２の外縁にいくほど勾配が大きくなる。このように皿部２の外縁に近づくほど曲面の傾きが大きくなるということは、皿部２の中心側から外縁に向けて徐々に下がり勾配が大きくなっていくということである。

【0025】

一方、杭頭接触部４は、図１及び図４に示すように、杭頭Ｐ１に載せられる蓋状部材で、鋼管杭Ｐの上端面に沿って設けられる鍔部４１と、鋼管杭Ｐの開口に挿入される凹部４２とを備えている。また、必要に応じて、凹部４２の周面から複数のヒレ部４３が張り出される。

【0026】

詳細には、図４（ａ）に示すように、鍔部４１は平板の円環状に形成されて、上端面４１１は、四フッ化樹脂などによって滑面に加工される。凹部４２は、鍔部４１と一体に製作される部分で、底のある逆截頭円錐形状に形成される。

【0027】

一方、ヒレ部４３は、図４（ｂ）の杭頭接触部４の底面図に示すように、凹部４２の周面下部に、周方向に間隔を置いて例えば３つ設けられる。平面視円弧状に形成されるヒレ部４３は、張出量が凹部４２の周面と鋼管杭Ｐの内周面との離隔より大きくなっていて、図１に示すようにヒレ部４３の先端は鋼管杭Ｐの内周面に接触する。この接触によって、凹部４２の中心が杭軸Ｃと一致しやすくなって、杭頭接触部４に水平力が作用してもぶれるの抑えることができる。

【0028】

このように形成された杭頭接触部４の鍔部４１の上端面４１１は、皿部２の下面２０との間で円環帯状の滑面同士の接触をすることになる。すなわち鍔部４１によって、杭頭Ｐ１の外縁付近に環状に連なる帯状滑面の接触部が形成される。

【0029】

そして、地震などによって皿部２と杭頭接触部４との間に水平力が作用すると、杭頭接触部４は平坦部２１の外縁まで相対的な水平移動をした後に、曲面部２２の曲面に沿って移動することになる。

【0030】

その曲面部２２の断面を表す曲線（図３参照）に沿った移動の周期Ｔは、曲線の曲率半径をr、重力加速度をgとすると、以下の式で示すことができる。
Ｔ = 2π√(r/g) （１）
また、固有周波数ωは、以下の式で示される。
ω = √(g/r) （２）

【0031】

図５は、本実施の形態の杭の免震構造１に設定される性能を説明するための図である。いずれも代表する地震波であるエルセントロ波を用いて作成した図で、図５（ａ）には絶対加速度応答スペクトルを示し、図５（ｂ）には相対変位応答スペクトルを示した。

【0032】

図５（ａ）を見ると、周期Ｔが0.2 - 0.6(s)となるあたりに、絶対加速度応答スペクトルのピークＴＰが発生していることがわかる。低層建築物の固有周期は0.2 - 0.3(s)程度、中層建築物の固有周期は0.6(s)程度となるので、免震構造１を設けることによって、建築物の固有周期をピークＴＰからずらすことを目指す。例えば、絶対加速度応答スペクトルがピークＴＰの1/2 - 1/5程度に低下する1.0 - 2.0(s)を、目標周期ＴＣに設定する。

【0033】

要するに、一般戸建て住宅などの小規模建物の固有周期を、本実施の形態の杭の免震構造１を設けることによって、1.0 - 2.0(s)の目標周期ＴＣの範囲内に収めるような設計を行う。図５（ｂ）に示すように、目標周期ＴＣ（1.0 - 2.0(s)）の相対変位応答スペクトルは、10(cm)程度となる。

【0034】

そして、図３を参照しながら上述した「極小」、「小」、「中」、「大」、「極大」の曲線によって形成された曲面部２２を有する皿部２を使用することで、周期Ｔを1.0 - 2.0(s)の範囲内に設定することができる。

【0035】

例えば「極小」の曲線はv = 0.0064e^0.7796uで周期Ｔは1.0 - 2.0(s)となり、「小」の曲線はv = 0.0147e^0.5104uで周期Ｔは1.0 - 2.0(s)となり、「中」の曲線はv = 0.0422e^0.2845uで周期Ｔは1.2 - 2.0(s)となり、「大」の曲線はv = 0.0759e^0.2012uで周期Ｔは1.4 - 2.0(s)となり、「極大」の曲線はv = 0.6985e^0.0564uで周期Ｔは約2.0(s)となる。

【0036】

本実施の形態の杭の免震構造１は、図１に示すように、常時においては、皿部２の中心と杭頭接触部４の中心は杭軸Ｃと一致して、杭頭接触部４が平坦部２１の範囲内に位置することになる。この平坦部２１の範囲内では、地震が発生して水平力が作用しても、皿部２の下面２０と杭頭接触部４との間の静的摩擦力を超えない限りは、皿部２と杭頭接触部４との間で相対変位が生じない。

【0037】

そして地震の揺れが大きくなって、作用する水平力が上記静的摩擦力を超えると、皿部２の下面２０と鍔部４１の上端面４１１との滑面接触ですべりが生じて、免震機能が発揮されるようになる。要するに、建築物の本来の固有周期（0.2 - 0.6(s)程度）に関わらず、皿部２と杭頭接触部４との相対変位が大きくなっていく。

【0038】

さらに地震の揺れが大きくなっていくと、鍔部４１の上端面４１１は曲面部２２に接触することになる。この曲面部２２の下がり勾配の曲面に差し掛かることで、皿部２と杭頭接触部４との相対変位の増加は平坦部２１よりも抑えられる方向に推移するが、目標周期ＴＣを維持できる範囲に留めることができる。

【0039】

一方、地震の揺れがさらに大きくなる大規模地震になると、鍔部４１の上端面４１１の位置が指数関数の曲線の勾配が大きくなる領域に移動していき、皿部２と杭頭接触部４との相対変位（横移動）は大幅に制限されることになる。要するに、建築物の本来の固有周期に近づくことになる。

【0040】

このようにして地震が起きている間は、固有周期が目標周期ＴＣの範囲内に収まるように免震機能が発揮されて、地震の揺れが収まり始めると、杭頭接触部４の中心が皿部２の中心と一致するように振幅が徐々に収束していき、杭軸Ｃと中心とが一致する当初の皿部２と杭頭接触部４との位置関係に自然に戻る。

【0041】

次に、本実施の形態の杭の免震構造１の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の杭の免震構造１は、杭頭Ｐ１に設けられた杭頭接触部４を、基礎部Ｍ側に下向きの凹状に形成された皿部２の中央の平坦部２１に接触させる。また、この平坦部２１の周囲には、下がり勾配の曲面部２２が設けられている。そして、杭頭接触部４は、鍔部４１の上端面４１１が皿部２の下面２０に対して滑面接触するように形成されている。

【0042】

このように皿部２の平面状の平坦部２１に滑面接触した状態の杭頭接触部４は、静的摩擦力を超えない小さな水平力に対しては相対的な移動をせず、地震力が大きくなるに従って、スムーズに水平方向のすべりが発生して免震機能を発揮させることができる。

【0043】

さらに、地震の規模が大きくなって杭頭接触部４が平坦部２１の端縁まで移動すると、下がり勾配の曲面部２２と接触することになって抵抗が増加し、すべり変位の増加が大きくなり過ぎないように制限することができる。すなわち、皿部２とそれに接触させる杭頭接触部４という簡単な構造で確実に免震機能を発揮させることができるうえに、地震の規模に応じて変位を制御することができる。

【0044】

また、平坦部２１が平面視円形に形成されて、曲面部２２が平坦部２１の周囲を囲む環状に形成されていれば、地震波が建築物の３６０°のいずれの方向から伝搬してきても、適切に免震機能を発揮させることができる。

【0045】

さらに、曲面部２２が指数関数によって表される曲面に形成されていて、下がり勾配が皿部２の外縁にいくほど大きくなっていれば、外縁に近づくほど減速効果が大きくなって、設定以上の相対変位の発生を防ぐことができる。

【0046】

要するに指数関数の曲線によって、徐々に曲率が増えていくようにすることで、急激に曲率が変化した場合に起こり得る衝突などによる衝撃力の発生を抑えることでき、スムーズに減衰機能を変化させていくことができる。なお、このような曲面部２２の断面曲線を特定する指数関数の式は、皿部２や杭の直径などに応じて任意に設定することができる。

【実施例1】

【0047】

以下、前記した実施の形態の杭の免震構造１とは別の実施形態について、図６を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。

【0048】

この実施例１では、蓋状の杭頭接触部３Ａを使用した杭の免震構造１Ａについて説明する。この杭の免震構造１Ａは、基礎部Ｍ側に下向きの凹状に形成される皿部２と、鋼管杭Ｐの杭頭Ｐ１に設けられる杭頭接触部３Ａとによって主に構成される。

【0049】

杭頭接触部３Ａは、杭頭Ｐ１に載せられる蓋状部材で、鋼管杭Ｐの上端面に沿って設けられる円環部３７と、鋼管杭Ｐの開口を塞ぐ平蓋部３８とを備えている。例えば円形の鋼板の縁部を折り曲げ加工によって立ち上げることで、円環部３７と平蓋部３８とを一体に製作することができる。

【0050】

円環部３７及び平蓋部３８の上面には、四フッ化樹脂などのフッ素樹脂塗料が塗布される。特に、円環部３７の最も上方に突出した頂部分（上端面）は、すべりやすい滑面に仕上げられる。この円環部３７の円形に形成される頂部分が、皿部２の下面２０に線接触することになる。すなわち円環部３７によって、杭頭Ｐ１の外縁付近に環状に連なる線状の接触部が形成される。

【0051】

このような構成となる杭の免震構造１Ａは、鋼管杭Ｐの上端開口を塞ぐ蓋状の杭頭接触部３Ａを設けるだけで、簡単に皿部２の下面２０に対してすべりやすい構成にすることができる。
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

【実施例2】

【0052】

以下、前記した実施の形態及び実施例１の杭の免震構造１，１Ａとは別の実施形態について、図７を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。

【0053】

この実施例２では、半球体３６を使用した杭の免震構造１Ｂについて説明する。この杭の免震構造１Ｂは、基礎部Ｍ側に下向きの凹状に形成される皿部２と、鋼管杭Ｐの杭頭Ｐ１に設けられる杭頭接触部３Ｂとによって主に構成される。

【0054】

杭頭接触部３Ｂは、杭頭Ｐ１に載せられる平面視円形の基板３２と、基板３２の下面から下方に延伸されて鋼管杭Ｐの内部に挿入されるジョイント部３３と、基板３２の上面に固定される複数の半球体３６とを備えている。

【0055】

基板３２は、鋼管杭Ｐより直径が大きくなるように鋼板などを円形に切断加工することによって形成することができる。また、ジョイント部３３は、鋼管杭Ｐの内径よりわずかに外径の小さい鋼管などによって形成することができる。ジョイント部３３は、基板３２の下面に溶接等によって固定される。

【0056】

半球体３６は、鋼球などの球体を半分に分割することで形成されていて、頂点が上方に突出するように配置される。この半球体３６の突出した頂点が、皿部２の下面２０に点接触することになる。

【0057】

複数の半球体３６は、杭頭Ｐ１の外縁付近に環状に連なるように並べられて配置される。環状に並べられた半球体３６は、後述する実施例３の図１０で参照できるように、環状に並べられた配置状態になる。

【0058】

このような構成となる杭の免震構造１Ｂは、複数の半球体３６を基板３２上に環状に並べて取り付けるだけで、ボールベアリングのような安定したすべり機能を発揮させることができる。
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

【実施例3】

【0059】

以下、前記した実施の形態の杭の免震構造１及び実施例１，２とは別の実施形態について、図８－図１０を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１，２で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語又は同一符号を付して説明する。

【0060】

この実施例３では、球体３１を使用した杭の免震構造１Ｃについて説明する。この杭の免震構造１Ｃでは、皿部２Ｃの曲面部２２Ｃが、曲率の異なる複数の環状によって形成されている。本実施例３では、４つの異なる曲率の曲面部が、第１曲面部２２１、第２曲面部２２２、第３曲面部２２３、第４曲面部２２４として設けられる。

【0061】

第１曲面部２２１は、平坦部２１Ｃに隣接して設けられ、そこから皿部２Ｃの外縁に向けて第２曲面部２２２と第３曲面部２２３と第４曲面部２２４とが設けられる。第１曲面部２２１から第４曲面部２２４までの曲率は、皿部２Ｃの外縁にいくほど大きくなる。すなわち、皿部２Ｃの外縁の曲面部ほど曲率半径が小さく、曲がり具合がきつくなる。

【0062】

このように皿部２Ｃの外縁に近づくほど曲率半径によって形成される曲面の接線の傾きが大きくなるということは、皿部２Ｃの中心側から外縁に向けて徐々に下がり勾配が大きくなっていくということである。

【0063】

一方、杭頭接触部３Ｃには、図８及び図１０に示すように、杭頭Ｐ１の外縁付近に環状に連なるように並べられた複数の球体３１が配置される。本実施例３の杭頭接触部３Ｃは、杭頭Ｐ１に載せられる平面視円形の基板３２と、基板３２の下面から下方に延伸されて鋼管杭Ｐの内部に挿入されるジョイント部３３とを備えている。

【0064】

基板３２の上面には、杭軸Ｃ側に環状に内ガイド部３４が設けられるとともに、そこから外縁に向けて間隔を置いて環状の外ガイド部３５が設けられる。内ガイド部３４及び外ガイド部３５は、例えばそれぞれの大きさに適した径の鋼管を、球体３１の直径より短くなるように切断することで形成できる。

【0065】

内ガイド部３４と外ガイド部３５との間隔（内寸）は、その間に収容される球体３１の直径と同程度か、それよりも広い間隔に設定される。そして、内ガイド部３４と外ガイド部３５との間には、図１０に示すように、複数の球体３１が収容される。すなわち、内ガイド部３４と外ガイド部３５との間には、ベアリング状に複数の球体３１が並べられる。

【0066】

球体３１は、鋼球などによって形成されていて、内ガイド部３４及び外ガイド部３５の高さより直径が大きく、少なくとも頂点が上方に突出することになる。この球体３１の突出した頂点が、皿部２Ｃの下面２０に点接触することになる。

【0067】

例えば、直径50mm程度の鋼管杭Ｐに対して、円形鋼板製の基板３２の上に、14個の直径10mm程度の球体３１を環状に連なるように並べることで、杭頭接触部３Ｃを構成することができる。

【0068】

次に、本実施例３の杭の免震構造１Ｃの性能について、図９を参照しながら説明する。
図９には、上側に皿部２Ｃを下から見た平面図の半分を寸法とともに示し、下側には皿部２Ｃの断面図を寸法とともに示した。

【0069】

ここでは一例として、皿部２Ｃの平面視円形の平坦部２１Ｃの直径をD（＝1.0D）に設定する。そして、第１曲面部２２１の平面視円形の外円直径を1.5D、第２曲面部２２２の平面視円形の外円直径を2.0D、第３曲面部２２３の平面視円形の外円直径を2.5D、第４曲面部２２４の平面視円形の外円直径を3.0Dに設定する。

【0070】

一方、第１曲面部２２１の曲率半径を7D、第２曲面部２２２の曲率半径を5D、第３曲面部２２３の曲率半径を3D、第４曲面部２２４の曲率半径を2Dに設定する。この際、第１曲面部２２１の円弧中央と杭軸Ｃとがなす角はθ_7D、第２曲面部２２２の円弧中央と杭軸Ｃとがなす角はθ_5D、第３曲面部２２３の円弧中央と杭軸Ｃとがなす角はθ_3D、第４曲面部２２４の円弧中央と杭軸Ｃとがなす角はθ_2Dとなる。

【0071】

ところで、円弧に沿って移動する粒体の周期Ｔは、円弧の曲率半径をr、円弧上の粒体の位置と垂線とがなす角をθ、重力加速度をgとすると、以下の式で示すことができる。
T = 2π√(rcosθ/g) （３）

【0072】

常時においては、皿部２Ｃの中心と杭頭接触部３Ｃの中心は杭軸Ｃと一致して、杭頭接触部３Ｃが平坦部２１Ｃの範囲内に位置することになる。この平坦部２１Ｃの範囲内では、地震が発生して水平力が作用しても、皿部２Ｃの下面２０と杭頭接触部３Ｃとの間の静的摩擦力を超えない限りは、皿部２Ｃと杭頭接触部３Ｃとの間で相対変位が生じない。

【0073】

そして地震の揺れが大きくなって、作用する水平力が上記静的摩擦力を超えると、皿部２Ｃの下面２０と球体３１との点接触ですべりが生じて、免震機能が発揮されるようになる。要するに、建築物の本来の固有周期（0.2 - 0.6(s)程度）に関わらず、皿部２Ｃと杭頭接触部３Ｃとの相対変位が大きくなっていく。

【0074】

さらに地震の揺れが大きくなっていくと、球体３１は曲面部２２の最初の第１曲面部２２１に接触することになる。上記式（３）に示したように、曲率半径rが7Dと大きく、θもθ_7Dと小さい第１曲面部２２１内では、周期Ｔを長くしておくことができるので、皿部２Ｃと杭頭接触部３Ｃとの相対変位は平坦部２１Ｃよりも抑えられる方向に推移するが、目標周期ＴＣを維持できる範囲に留めることができる。

【0075】

一方、地震の揺れがさらに大きくなる大規模地震になると、球体３１の位置が第２曲面部２２２、第３曲面部２２３、第４曲面部２２４と移動していき、皿部２Ｃと杭頭接触部３Ｃとの相対変位（横移動）は大幅に制限されることになる。要するに、建築物の本来の固有周期に近づくことになる。

【0076】

このようにして地震が起きている間は、固有周期が目標周期ＴＣの範囲内に収まるように免震機能が発揮されて、地震の揺れが収まり始めると、杭頭接触部３Ｃの中心が皿部２Ｃの中心と一致するように振幅が徐々に収束していき、杭軸Ｃと中心とが一致する当初の皿部２Ｃと杭頭接触部３Ｃとの位置関係に自然に戻る。

【0077】

また、杭頭接触部３Ｃを、杭頭Ｐ１の外縁付近に環状に連なるように並べられた複数の球体３１によって形成することで、耐久性に優れた安定したすべり構造を簡単に設けることができる。すなわち、球体３１であれば上部構造から作用する荷重に対しての耐力が高いうえに、転がりやすい形状であるため、ボールベアリングと同様に安定したすべり機能を発揮させることができる。

【0078】

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。また、本実施例３の皿部２Ｃに替えて、前記実施の形態で説明した皿部２を適用することもできる。

【0079】

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態及び実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態及び実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

【0080】

例えば、前記実施の形態又は実施例１－３では、杭として鋼管杭Ｐを例に説明したが、これに限定されるものではなく、既製のコンクリート杭や杭頭に鋼管が配置された耐震性のあるプレストレスト杭が杭であってもよい。また、場所打ちコンクリート杭の杭頭にも、本発明の杭の免震構造を設けることができる。さらに、円柱状の丸杭だけではなく、角柱状の角杭にも適用することができる。

【符号の説明】

【0081】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：杭の免震構造
２，２Ｃ：皿部
２０ ：下面
２１，２１Ｃ：平坦部
２２，２２Ｃ：曲面部
３Ａ，３Ｂ，３Ｃ：杭頭接触部
４ ：杭頭接触部
Ｍ ：基礎部
Ｐ ：鋼管杭（杭）
Ｐ１ ：杭頭

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】