专利名称：将部分桩用作柱的建筑结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及将部分桩用作柱的建筑结构，尤其涉及适用于低层的建筑结构，如库房、仓库等。
在JP特开平6-81342号文献中公开了此类普通建筑结构。此专利申请中公开了一种支承楼板的方法，伸出地面的混凝土桩上部支承楼板，其下部打入地下。用这种惯用方式可省去基础(基脚)。
根据这种方式，可不需要基脚，但必须设置连接桩的地下梁以保证建筑结构所需的强度。但因为地下梁应埋在地下，所以这种操作很复杂，并需要较长的工期。
由此提出了所要解决的技术问题，以保证有足够的强度以满足此类建筑结构的要求，并且缩短工期。因此，本发明的目的是解决这一技术问题。
本发明的目的是解决上述问题。
确切地说，本发明提供一种将部分桩用作柱的建筑结构，它包括整体式桩，其下部置于地基中，其上部突出于地面而作为柱；不设置任何地下梁而形成的楼板；放置在柱(即桩的上部)顶端的托梁；屋顶。
在将部分桩用作柱的建筑结构中，本发明按以下方式构成。
本发明另一方面公开了对地表层进行土体加固的方法。
本发明另一方面公开了使上述楼板与桩断开的方式。
本发明另一方面公开了一种首层楼板的支座结构，其中楼板由桩的顶端支承，每个所述桩在某一区域中心或临近该区域中心打入地下，此区域是根据前、后、左、右侧的桩部分(桩的地下部分)形成的。
本发明另一方面公开了一种楼板的支座结构，其中楼板由位于楼板中桩边缘的支座支承，该支座沿横向安在桩部分的上端外缘。
本发明另一方面公开了一种支承墙的支座结构，其中墙置于墙梁上，该墙梁由沿横向安在桩部分上端外缘的支座支承，且该墙梁架在多个支座之间。
本发明另一方面公开了一种桩的施工方法，它包括在地基中钻竖直孔，每个竖直孔的深度比相应桩的预定贯入深度稍深，每个竖直孔的直径比桩的直径稍大；将桩端的基脚护壁液和包裹桩的固定液注入竖直孔；将桩的下部(桩部分)穿过竖直孔打入地基中；在围绕竖直孔入口的地面设置钢件以形成支架；当将桩打入地基或把桩打入地基之后，将支承桩的弯曲件绕在柱上；将支架勾安到支承桩的弯曲件上，安装该支架勾的高度等于桩底到桩预定贯入深度的高度与支架厚度之和；把支架勾安到支架上以便竖直地起吊桩；当桩端基脚护壁液和包裹桩的固定液固化后，卸下支架和支承桩的弯曲件。
本发明另一方面公开了一种桩的施工方法，它包括在环形钢件的端面外缘突出多个彼此间隔的凸缘以形成立桩装置，该环形钢件的外径与桩的直径相同；将在立桩装置环形钢件上开设的孔叠置于螺纹孔上，该螺纹孔用于在每个桩顶端的桩帽上对预应力混凝土(PC)中的钢绞线进行张拉；将螺栓拧进对齐的孔中以使立桩装置固定于桩帽端面上；起吊桩以便将其下部(桩部分)打入竖直孔中；以卡口连接方式将驱动杆端部的夹持帽安在立桩装置的每个凸缘上；通过旋转和竖直移动夹持帽细调每个桩的竖直精度和贯入深度；从立桩装置上卸下夹持帽；从桩帽上卸下立桩装置。
本发明另一方面公开了一种调节托梁的安装高度的方法，它包括在每个桩的顶端安装锚板；将螺栓安在锚板顶面；用下螺帽调节托梁下翼缘的标高，该下翼缘上开设有可插入螺栓的螺栓孔，该下螺帽与螺栓相配合；将上述下翼缘夹在上、下螺帽之间以使托梁与螺栓固定，该螺帽与螺栓相配合；在桩的顶端安上托梁。
本发明另一方面公开了一种连接型钢与桩的方法，它包括当用离心压实法模制每个桩时，在柱部分的预定位置埋置钢制圆柱形件，以使钢制圆柱形件外表面暴露于桩中混凝土体之外，该钢制圆柱形件用纵向钢筋连在每个桩顶端桩帽上；当将桩打入地基之后，将型钢直接或通过支座与钢制圆柱形件连接。
本发明另一方面公开了安装支架的方法，将支架安在预定柱子之间，而不封闭由前、后、左、右柱子所形成的区域，使其可自由出入。
本发明另一方面公开了一种建筑结构中的直立桩和柱形成方法，它包括在左、右槽中设置锚固钢筋，该槽是由工字钢桩的腹板和上、下翼缘构成的；向槽中注入混凝土使其硬化；对所形成的桩进行施工以使这些桩可用于建筑结构中的桩和柱。
根据参照附图对最佳实施例进行详细描述，可以更好地理解本发明的目的和优点。
图1是将部分桩用作柱的建筑结构的透视图，它表示本发明的基本实施例；图2是研究在外力作用下桩的变形的分析模型示意图；图3是权利要求2所述的本发明的一个土体加固实施例的平面图；图4是权利要求2所述的本发明的另一个土体加固实施例的平面图；图5是权利要求3所述的本发明的实施例，该图是该实施例在地面附近的主要部分的纵向剖面图；图6表示权利要求4和5所述的本发明的实施例，该图是将部分桩用作柱的建筑结构的纵向剖面图；图7是在安装楼板之前沿图6中A-A剖线的横截面图；图8表示权利要求4所述的本发明的另一个实施例，该图是将部分桩用作柱的建筑结构的纵向剖面图；图9是图8中桩和附加桩的布置平面示意图；图10表示权利要求4所述的本发明的改进实施例，该图是将部分桩用作柱的建筑结构的纵向剖面图；图11是图8中桩和细桩的布置平面示意图；图12表示权利要求5所述的本发明的另一个实施例，图12(a)是在安装楼板之前，将桩打入地基中的地表层平面图，图12(b)是将桩打入地基中时地表层的纵向剖面图；图13表示权利要求6所述的本发明的实施例，该图是将部分桩用作柱的建筑结构的纵向剖面图；图14是安装图13中的承重墙板的实施例的平面示意图；图15表示权利要求7所述的本发明的实施例，该图是该实施例中桩的施工过程的纵剖面示意图，图15(a)表示形成竖直孔并拔出麻花钻的状态，图15(b)表示在地表的竖直孔入口处安装支架的状态，图15(c)表示向竖直孔中插入桩的状态，图15(d)表示在桩上安装支承桩用的弯曲件的状态，图15(e)表示在将桩打入竖直孔之后，桩端的基脚护壁液和包裹桩的固定液固化的状态，图15(f)表示桩施工完毕后的状态；图16是图15(d)的状态中地表的竖直孔入口处的透视图，其中点化线表示桩；图17表示权利要求8所述的本发明的实施例，该图表示桩的施工；
图18是桩顶端和立桩装置的分解透视图；图19是图17中的立桩装置与夹持帽以卡口方式相配合的局部剖开的立面图，图20表示权利要求9所述的本发明的实施例，该图是桩顶端主要部分的侧视图；图21表示权利要求10所述的本发明的桩的局部剖开的透视图；图22表示权利要求10所述的本发明的实施例，该图是将部分桩用作柱的建筑结构的纵向剖面图；图23表示权利要求11所述的本发明的实施例，该图是将部分桩用作柱的建筑结构的纵向剖面图；图24表示权利要求11所述的本发明的平面示意图，该图表示支架总体布局的一个实施例；图25表示权利要求12所述的本发明的实施例，该图是将部分桩用作柱的建筑结构的纵向剖面图；图26是图25中用作桩的工字钢主要部分的透视图，图26(a)表示在凹槽中设锚固钢筋的步骤，图26(b)表示在凹槽中浇注混凝土的步骤；图27是工字钢强轴和弱轴的横截面图；图28是图25中桩的平面布置的平面示意图。
下面参照附图1～28详细描述本发明的实施例。图1表示在施工现场建成的建筑结构框架。在地基G中用钻孔机如麻花钻等钻孔而形成竖直孔2，2…。竖直孔的顶端伸至持力层Gb。然后向竖直孔2，2…中灌注水泥浆，分别向孔中投入桩4，4…。此类桩可以是、但不仅仅限于混凝土桩，如PHC桩、PRC桩、钢套管PC桩等，也可以由钢管，工字钢等制成。(在本发明的实施例中，除指出特殊种类或材料外均采用预制PC桩。)桩4自身直接落入地基中的，而不是被击入竖直孔中的。
这样，每个桩的总长并未全部打入地基中，而仅是桩下部打入地基中，其余部分即桩上部伸出地面，此时，其顶端伸至建筑结构1的天花板的位置，从而桩的上部构成建筑结构1的柱。在下面的描述中，每个桩4中的在地面以下的桩下部用4P表示，伸出地面的桩上部用4C表示。因为将部分桩用作柱的建筑结构1无地下梁，所以可大大缩短工期并减少工程费用。
当将作为建筑结构基础的桩用作柱时，保证桩(柱)有足够强度以承受建筑结构的自重和水平地震力等荷载是很重要的。
由此，本发明人通过图2所示的模型对外力作用下桩的变形情况进行了分析。在图中，杆L在分析中代表桩(柱)。在此分析中，杆L总长为1300mm。杆L中埋入地基中的与桩部分对应的部分Lp长为9000mm，伸出地面的与柱部分对应的部分Lc长为4000mm。杆L的端部(底端)由销轴支座支承。对应于桩的部分Lp与间距为1000mm的弹簧K1，K2…K9水平连接。这些弹簧与由地基产生的，由桩承受的阻尼力对应。轴力P和水平力H作为外力作用在杆L的顶端。
结果发现顶部弹簧对杆L变形的影响比其它弹簧对杆的影响大很多，其它弹簧K2…K9仅对变形产生较小影响。现己对杆L的变形如何随弹簧K1，K2…K9的弹簧常数变化而变化作了研究。弹簧常数K1的变化使杆L产生很大变形，但弹簧常数K2，K3…K9的变化并没使杆L产生很大变形。
由此可知，仅仅靠正确了解地表层的性质就可控制柱的变形。鉴于此事实，可很简单地对整个体系进行评价。如果在施工现场采用此分析模型，需要以下过程第一，在现场地基中钻孔以分别设定各种深度的弹簧常数。其次，将这些弹簧常数用于上述弹簧的弹簧常数K1，K2…K9上。在这种情况下，因为在钻孔数据中存在误差，所以很难得到准确值。但只有位于地表层的弹簧1的弹簧常数应当是准确的，而位于比弹簧K1较深位置的其它弹簧的弹簧常数K2，K3…K9就不需那样准确了。
根据上述情况，如图1所示，通过将包裹桩的固定液注入从地面延伸至如图点划线所示深度的地表层中，可以对地基G的表层(土体加固层R)进行土体加固。通过进行土体加固，可增加地表层的刚度，同时由于可以人工方式控制地基的性质，所以可精确计算出弹簧K1的弹簧常数。(应注意在某些场地情况下，不需土体加固。)结果是可得出可靠的评价，柱4C的变形程度是可控制的。因比尽管建筑结构1无地下梁，但仍可充分保证其所需的强度。
土体加固层R的深度约为1m，但其也可根据建筑结构1的高度、柱4C上的荷载、固定液的材料参数(如刚度等)和其它因素来调节。最好对整个地基表面都进行土体加固。但如图3所示，从经济方面考虑，对按成网格状布置的桩4，4…所形成的区域进行土体加固是较合适的。另外，这种桩的排列方式可作为地下梁。因此，按照上述方式对土体进行加固是很有效的。如图4所示，对桩4，4…周边的土进行土体加固是可能的。
可以确信通过进行土体加固可提高地表层的刚度，土体加固层R仍比由地下梁支承的土层有弹性。另外，在土体加固层R中，由于地震力而在地面引起桩4，4…的变形很大。为解决这个问题，如图5所示，当将首层楼板5铺设在地表层时，因楼板5与桩4未接触，在每个桩附近有几毫米到几厘米的间隙(未接触部分)。这样，即使在地震过程中桩4产生变形，但由于桩4与楼板5未接触，所以不会损坏桩4和楼板5。
由此如图1所示，在桩4，4…和柱4C，4C…的顶端安装托梁7，7…。此外，例如在托梁7，7…上盖折板屋顶8，从而完成建筑结构1。
首层楼板5可以由地面板构成，该地面板是将混凝土浇注在单层钢筋上形成的。作为替换方式，首层楼板还可由构造楼板构成，该构造楼板根据预先设定的钢筋标号浇注，由此在该楼板中可加入具有预定强度的元件。但在这两种情况中仍存在一些问题。确切地说，因为建筑结构1在地下没有任何支承楼板5的托梁，所以地面板可能发生不均匀沉降，同时，构造楼板可能发生挠曲变形。通过在土密度和深度方面进行土体加固可以控制这种沉降和变形。但土体加固需耗费一些资金，而象这样大面积地进行土体加固又与本发明减少工程费用的最初目的相悖。
因此，如图6和7所示，在四个桩4，4…所形成的区域中心另附加桩9，该四个桩的前、后、左、右侧都彼此相对。该附加桩9可以是预制桩或现浇桩。作为预制桩的类型为，但不仅仅限于PHC桩，钢管桩和型钢如H型钢桩，U型钢桩等。在本实施例中用的是预制桩，附加桩9以与桩4相同的方式施工。具体说，钻竖直孔2；向竖直孔2中灌注水泥浆；将附加桩9设置于竖直孔2中。作为替换方式可锤击附加桩9的顶端以便将附加桩9打入地下。于是附加桩9端部(下端)由持力层Gb支承。另一方面，附加桩9的顶端插到地表层以下，从而在附加桩9的顶端和地面之间形成凹坑10，该凹坑的直径大于附加桩的直径。应注意附加桩9底端的打入深度取决于所加的荷载，这样在某些情况下，桩底端在到达持力层Gb之前便停止了附加桩9的打入。
在制作桩4时，位于桩4的桩部分4P上端外缘表面中预先埋置箱形螺帽11，11…。(该上端为柱部分4C与桩部分4P之间的边界部分，即与地面接触的部分)。随后，在每个桩部分4P的上端由右至左装上裂环支座12，12，将螺栓13，13端部…从外侧插入支座12，12…内侧，拧入箱形螺帽11，11…，使支座12，12与桩4固定。支座12可由预制混凝土或钢制成。将水泥浆3灌入放置有桩部分4P的竖直孔2中，灌浆深度为支座12底面标高。这样可防止水泥浆堵塞支座12。
当在首层楼板5上浇注混凝土时，混凝土也填入凹坑10中，从而形成支座14。由此楼板5由附加桩9支承，该附加桩9位于四个前、后、左、右桩4，4…所形成的区域中心。另外，楼板还由支座12，12…在该区域的四角(即楼板5中桩的外缘)支承，从而形成四点支座。这样可以低造价并以简单方式防止楼板5的不均匀沉降和挠曲变形。另外，由于楼板5可通过支座14由附加桩9支承，所以可分散从楼板5传到附加桩9上的应力。
如果沉降和变形过大而位于中心的单个附加桩9不能承受时，则可增加附加桩9的数量。例如如图8和9所示，在临近中心处打入两根附加桩9，9。如果单根桩或多根附加桩9，9…足以防止沉降和变形，则不需支座12，12…。
如图10所示，细桩9a可用来代替附加桩9。该细桩9a具有较小直径并由直径为几厘米到十几厘米的钢管制成。它可轻易地用较小尺寸的落锤等打入地基G中。在本实施例中，采用直径约为8cm的小尺寸钢管。如果以与设置附加桩9的相同方式在由四个前、后、左、右桩4，4…所形成的区域中打入一根细桩9a或多根细桩9a，9a…，则从楼板5传下的应力过大以至细桩9a不能承受。由此，如图11所示，将大量细桩9a，9a…排成网格状以整个覆盖四个前、后、左、右桩4，4…所形成的区域。这样传至每根细桩9a上的应力就足够小而可以承受。另外，因为细桩9a，9a的支座反力可以平均分散到整个楼板5中，所以可有效防止楼板5的不均匀沉降和挠曲变形。
如图10所示，将细桩9a，9a…打入地基中以使它们的顶端位于地面平面内，位于细桩顶端外缘的地表面分别形成凹坑10a，10a…。因此每个细桩9a的顶端在每个凹坑10a的中心处伸出地表面。锚杆15，15…从每个顶端的侧面沿径向伸出。当往楼板5上浇注混凝土时，混凝土也填入每个凹坑10a中。每个细桩9a的顶端和锚杆15，15埋在混凝土中，从而形成与细桩9a顶端成整体的支座14a。也可采用与附加桩9和支座14之间相同的连接结构。
上述支座12也可用现浇混凝土以与支座14相同的方式制成。如图12所示，在桩4施工完毕之后，在地基中，每个桩4中的桩部分4P上端外缘处形成凹坑16，从而凹坑朝向地表面开口。在凹坑16中露出箱形螺帽11，11…。在箱形螺帽11，11…中设有锚杆螺栓17，17…。该凹坑构成现浇支座的模具。如果地基G为自立型，则仅用手挖就可形成凹坑16。如果地基G不是自立型，则用木制或钢制工具形成凹坑16。
当在地面浇注混凝土时，混凝土也填入凹坑16中，上述锚杆17，17…作为锚固钢筋使混凝土与每个桩部分4P的上端外缘固定。这样，现浇模形成了包在每个桩部4P上端外缘的环形支座18。于是，该支座18以与上述支座12相同的方式支承首层楼板5，以防止楼板5的沉降。
在此类建筑结构中，就其抗震性能而言，不再需要地下梁。如果首层楼板5由上述附加桩或支座等支承，则不需设置地下梁以支承首层楼板。例如，当墙作为建筑物外墙时，就需如地下梁这样的结构支承墙。但仅为此目的而添加地下梁是不经济的。具体说，如果在此类建筑结构中不省去如地下梁等的基础结构，则不能达到最初缩短工期和降低造价的目的。
在这里，可采用类似上述支座等简单便宜的结构支承建筑物外墙等。如图13和14所示，将桩4打入建筑物和每个桩4的外侧地基中；将桩4a打入墙23(下述)所在位置的地基中。随后，以与前述相同的方式，当形成桩4a时，在桩部分4P的上端外缘面埋置箱形螺帽19，19…。(该上端为桩部分4P与柱部分4C之间的边界部分，即与地面接触的部分。)在桩4施工完毕之后，对于每个桩4a，通过在桩部分4P上端安装支座20和从支座20外侧向内侧插入锚杆21，21…的端部而使支座20与桩部分4P固定，从而使该支座20与上述箱形螺帽19，19…相配合。
通过将墙梁22的两端支在支座20的端面，可分别将每个墙梁22安在左、右桩部分4a，4a的支座20和20之间。这样可很容易地形成支承墙23的墙支承结构。
首先，分析墙23的轴与桩部分4a的轴重合的情况。在建筑物外侧，位于图14左侧设置有纵向排列的桩部分4a，4a，4a。在建筑物之内，位于图14的中心和右侧设置有桩部分4a，4a。当墙23沿上述轴砌筑时，每个支座20与每个桩部分4a的安装方向与墙梁22的安装方向相同。而在此方向上与桩部分4a邻接的一对支座20彼此相对。由此，墙梁22以简支梁方式由一对支座20，20支承。
其次，分析墙23沿桩部分4a的轴线向外倾斜的情况。在建筑物外侧，位于图14下部有排成横行的桩部分4a，4a。当墙23支在桩部分4a外侧时，每个支座20与每个桩部分4a的安装方向与墙梁22的安装方向垂直。即每个支座20与桩部分4a外切(图中下侧)。于是，横行排列的桩部分4a，4a，4a的支座20，20，20彼此平行。由此，墙梁22作为连续梁由三个(多于三个)支座20，20，20支承。
支座20和墙梁22由预制混凝土或钢制成。作为替换方式，它们还可现浇PC混凝土形成。在这种情况下，当在首层楼板浇注混凝土时，首层楼板、支座20和墙梁22可浇注成整体。支座20以与上述支座18相同的方式通过现浇法形成。
在此类将部分桩用作柱的建筑结构中，当立桩时，桩的下部分(桩部分)应垂直击入柱的设计贯入深度，以满足桩基所需的水平和垂直方向的承载力。另外，在此类建筑结构中，保证柱的竖直精度和保证伸出地面的柱部分顶端标高的精确度是必要的。具体说，在本发明中，每根桩都应分别满足桩基和支柱的要求。该要求可根据图15和16中所示的桩的施工方法得以满足。
首先，如图15(a)所示，用麻花钻24钻具有比桩4直径稍大，比桩预定的贯入深度稍深的竖直孔2。形成竖直孔2之后，在拔出麻花钻24的同时，向竖直孔最深部分注入保护桩顶端的基脚护壁液。如图15(b)所示，在上述最深部分注入包裹桩的固定液3B。
随后，如图15(c)设置支架25以使其围位地面入口，将桩4的下部打入竖直孔2中。在这种情况下，可根据桩4与两个临时桩(未示出)的距离调节桩4不稳定的重心，该临时桩设置在与竖直孔2中心线垂直的两个方向上并与竖直孔2的中心线间隔有预定的距离。桩4的竖直精度由垂直于竖直孔2中心线方向的两个经纬仪(未示出)控制。尽管这种调节轴线倾斜度和控制垂直度的方法很典型，但并不仅限于此种方法。
如图16所示，上述支架25由四个下述简单构形的工字钢25x，25x，25y，25y构成。在竖直孔2地面入口的左、右外侧沿从前至后的方向(沿Y轴方向)设置两个工字钢25y，25y。另一方面，在竖直孔2地面入口的前、后外侧沿从左至右的方向(沿X轴方向)设置两个工字钢25x，25x，由此将两工字钢25x，25x置于两工字钢25y，25y的上表面，并在它们前后端之间穿过。也可以在桩4打入之前或在桩4打入的过程中预先设置支架25。
如图15(d)所示，支承桩的弯曲件26箍在桩4上，从而从桩4端部(底端)到弯曲件26底端的高度等于桩贯入深度D与支架厚度h之和D+h。可以在桩4打入的同时或之后装上弯曲件。如果在桩打入的同时安装弯曲件，在弯曲件设置的位置降低到宜于在地面上操作时再安装弯曲件将便于操作。可考虑弯曲件在桩打入之前己预先安在桩4上。但弯曲件上需带有以后将描述的法兰盘和从弯曲件上伸出的凸缘。另外，如果预先安装好弯曲件，暂时将桩4放平会很麻烦。而且如果预先安装弯曲件，将一个弯曲件26安到一个桩4上所用时间会很长，减少了弯曲件26再次用在其它桩4上的次数，从而导致低效率。
支承桩的弯曲件26由两个半圆环钢件27，27组成，该半圆环钢件以圆环的形式彼此面对，将两半圆环钢件27，27从前、后侧包位桩4。从每个半圆环钢件27的圆周两端沿径向向外突出有法兰盘28，28。即因为两半圆环钢件27，27彼此面对，所以一个半圆环钢件27的法兰盘28面对另一相反的半圆环钢件27的法兰盘28。随后用螺栓29，29连接两彼此面对的法兰盘27，27，旋紧螺栓29，29，支承桩的弯曲件26便可紧压在桩上。
从半圆环钢件27，27外缘面的中心沿径向分别向外突出矩形凸缘30，30。这样如图15(e)所示，当桩4完全打入到桩的预定贯入深度D之后，凸缘30，30的下部停在所述工字钢25x，25x上表面。在这种情况下，法兰盘28，28，28，28与工字钢25y，25y之间留有空间，从而法兰盘浮在工字钢之上。即桩4由两点支座支承并悬吊在所述竖直孔2中。
随后，用所述经纬仪确定桩4的竖直精度，如果倾斜于Y轴，则在倾斜方向上的凸缘30与工字钢25x之间设套管，以修正倾斜度。用这种方法保证Y轴方向的竖直，桩4本身便自动垂直于X轴方向。其原因是桩4由前、后两点支承在Y轴方向，因而桩4可相对于前、后两点所确定的的摆轴在X轴方向自由摆动以与Y轴平行。此两点的标高比整个桩4的纵向中点高。(因为桩部分4P比柱部分4C长)。即桩4的重心在摆轴之下。由于重力作用，重心趋近于摆轴的正下方，如果桩4倾斜于X轴，则桩4本身向减小倾斜度方向摆动以保持竖直。借此方式可很容易地确保桩4的竖直精度。
如图15(f)所示，当桩端部的基脚护壁液3A和桩周围固定液3B固化后，移开支承桩的弯曲件26和支架25，再将它们用于打入其它桩。在这种情况下，对于支承桩的弯曲件26，如果卸下法兰盘28，28，28，28的螺栓29，29，29，29，弯曲件26将分成两部分，由此它可很容易地拆卸下来，而不需将弯曲件26移到桩4的顶端卸下。对于支架25，因为它是由工字钢25x，25x，25y，25y在地面组成格子形状，也很容易拆卸下来。
由此，将桩4的下部打入地基中以形成达到预定贯入深度的竖直桩部分4P，并产生所需的垂直力和水平力。另外，具有预定高度H的桩4上部分竖直立在地面上形成柱部分4C。测定桩4的总长为D+H，从而预定高度H为柱顶端标高，柱部分4C的顶端标高即为柱顶端标高。这样，可保证竖直精度和桩顶端的标高精确度。然后再将托梁7水平架在柱部分12C，12C…的顶端。
如图15(c)所示，在立桩过程中，如果如图17进行操作，可更有效地保证桩的竖直精度和顶端标高精确度。
在打桩机31的前侧设置桩架32，通过该打桩机可挖掘竖直孔2并打入桩4。为了钻竖直孔2，如图5(a)所示在桩架32上配有麻花钻24。为了将桩4打入竖直孔2，在桩架32上吊有吊索(未示出)，在桩部分临近顶点处系上吊桩用的吊索，从而可将桩插入竖直孔2中。
在吊装桩4之前，如图18所示将立桩装置33安在暂时平放在地面上的桩4顶部。立桩装置33包括环形钢件34和四个焊在钢件34上的钢杆35，35，35，35，从而钢件34通过钢杆35，35，35，35平均分成四部分。钢杆外端(突出部分35a，35a，35a，35a)从环形钢件34的端面外缘处伸出。环形钢件34的外径与桩4直径相同。在钢件34圆周上按等间距处形成有八个自钢件上表面贯穿到下表面的通孔36，36…。
在桩4的顶端设置桩帽37以便固定和张拉桩中的预应力钢筋。当张拉预应力钢筋时，为了将该钢筋与张拉千斤顶连接，在临近桩帽的端面外缘，沿桩帽外缘按等间距设有八个螺纹孔38，38…。当上述通孔36，36…与螺纹孔38，38…一一对应时，便可将立桩装置33安到桩帽37的端面。这要求通孔36，36…分别与螺纹孔38，38…完全对应。将螺栓39，39插入对角线上的两相对通孔36，36，该螺栓39，39与具有螺纹较深的螺纹孔38，38…内缘面上的内螺纹38a，38a对应。这样便很容易将立桩装置33安到桩4的顶端。在桩帽37端面中心开设有与桩4内侧通气的圆孔40。
上述吊索先起吊桩4，立桩装置33再将桩插入。如图17所示，在打桩机31的桩架32前面安有驱动装置41，该驱动装置41可在钢丝索42上、下卷动过程中竖直移动。在驱动装置41的下部悬有作为外伸轴的驱动杆43，在驱动杆43的端部安有夹持帽44。首先，用上述吊索将桩4的下部插入竖直孔2一定深度。然后，将高空作业车45的操作平台46升起，操作平台46上的工人47解开吊索并将上述夹持帽44插入桩4的顶端，从而将夹持帽44与立桩装置33以卡口方式连接。
如图19所示，夹持帽44为底面开口的圆柱形，。在其内圆周表面含有阶面48。阶面48以下的圆周内径比阶面上部圆周内径大。在阶面以上的圆周中，形成有倒L形槽49，49，49，49。在圆周表面上相邻的两槽成直角。槽49，49，49，49的纵向槽部分下端49a，49a，49a，49a与阶面48的下部分对应。在夹持帽44的上部外缘面上开设有方孔50，50，50，50，以将上述通气孔40排出的废气排出。
夹持帽44直接安在桩4上。当上述立桩装置33的钢杆35，35，35，35的外缘滑至阶面48下部内圆周中时，桩4的顶端插入夹持帽44的内部。随后，钢杆35，35，35，35的突出部分35a，35a，35a，35a置于阶面48处。然后慢慢旋转夹持帽44，使纵向槽部分49a，49a，49a，49a与突出部分35a，35a，35a，35a对应。将突出部分35a，35a，35a，35a插入槽49，49，49，49。这样，每个突出部分的外缘和圆周侧面滑至槽49，49，49，49底面和侧面。同时，环形钢件的外圆表面和桩帽37的圆周表面滑至截面48上部圆周表面。在这种状态下，可调整该装置直到突出部分35a，35a，35a，35a装到纵向槽部分49a，49a，49a，49a的上端。然后，按此图顺时针方向轻微旋转夹持帽44，将突出部分35a，35a，35a，35a置于槽49，49，49，49的横向槽部分49b，49b，49b，49b中，这样便完成了卡口式的连接。
此后，如图17所示，用驱动装置41将驱动杆43按顺时针方向旋转以旋转夹持帽44。这样便可以旋转桩4。桩4处于稳定状态并自动趋于竖直。同时，为了精确调节桩的贯入深度以达到预定值，可上、下卷动上述钢丝索42，以竖直移动桩4。随后，尽可能地提高桩4的竖直精度，并将桩下部(桩部分4P)精确地插入地下预定的贯入深度。即可确保桩基所需的竖直和水平承载力。同时也可保证伸出地面的柱部分4C的竖直精度和顶端标高精度。
当按此方法对桩施工完毕后，按本图逆时针方向轻微旋转夹持帽44。将突出部分35a，35a，35a，35a移到纵向槽部分49a，49a，49a，49a的上端。然后，提起夹持帽44，拆下夹持帽44的卡口装置和立桩装置33。随后，工人47用棘轮扳手等卸下螺栓39，39以从桩帽37上卸下立桩装置33。尽管立桩装置33位于几米到十几米的高度，但因工人站在高空作业车的操作平台46上，所以很容易进行操作。然后，再将立桩装置33用于其它桩。这样可很精确地安装建筑结构1的所有桩4，4…，也可使柱部分4C，4C…的顶端标高与墙的标高彼此一致。由此，可在各柱顶之间水平放置托梁7，7…。
如前所述，图15～19表示两种调节桩4竖直精度和地基贯入深度的方法，这样可使各桩4(柱部分4C)的顶点标高一致，并使托梁可水平地设置在桩顶端之间。另一方面，图20表示将托梁7水平安到桩顶端的方法，即使在桩竖直精度和贯入深度方面有误差或不同也没关系。
托梁7可按下述方法水平安装。
首先如图20所示，利用螺纹孔(在此图未示出)用螺栓将锚板51固定在桩帽37的端面，以便对固定于桩4顶端(柱部分4C)的桩帽37上的高强钢绞线进行张拉。然后，在锚板51的端面划上修正轴挠曲度的贯穿轴线，并且在标准轴的前、后、左、右侧设定双头螺栓20的四个标准位置。然后，将双头螺栓焊在标准位置上。分别拧上与双头螺栓52，52，52，52对应的下螺帽，从而可调节每个下螺帽的顶端标高，使其与托梁底面的标准标高相同。
当对每个桩4完成操作后，沿双头螺栓52移动工字钢托梁7的下翼缘54上的螺栓孔55，使每个双头螺栓都插入一个螺栓孔中。然后，拧紧与双头螺栓52的突出顶端对应的上螺帽56，使下翼缘54夹在上螺帽56和下螺帽53之间，由此托梁7与双头螺栓52紧密连接。这样，可迅速简单地沿水平方向在标准标高处将托梁7安装在多个桩4，4…的顶端，而不用考虑桩4，4…顶端的精确度(竖直和贯入深度)。为达到同样目的，可在桩4的顶端叠置垫板。但是，与采用垫板比较，图20所示的方法较简单，因为所要做的只是调节下螺帽的位置55而己。
当选用预制混凝土，如钢筋混凝土作桩的材料时，可利用安在桩顶端的钢桩帽连接架在桩顶端的型钢托梁。在这种情况下，型钢构件除安在桩顶之外，还可安在桩部分中。在此装配中，如果不经任何处理而将混凝土体暴露在外，将很难使这种型钢构件与桩连接，并支承它。
为解决这个问题，如图21所示，在桩4的柱部分4C预定位置设置有钢制圆柱形件57。这里，钢制圆柱形件57和顶端桩帽37由多根纵向钢筋58，58，58连成整体。具体说，桩帽37和钢制圆柱形件57以预定距离彼此间隔设置，然后将纵向钢筋58，58，58的上端焊在桩帽37的内圆周表面，同时将纵向钢筋58，58，58的下端焊在钢制圆柱形件57的内圆周表面。
然后，移动钢制圆柱形件57以包住钢筋支座(未示出)的顶端，该支座插入到纵向钢筋58，58，58的内部，桩帽37盖在钢筋支座的顶端。沿钢筋支座内缘面设有高强钢绞线(未示出)，钢绞线顶端置于桩帽37的顶板内表面上。
另一方面，在钢筋支座底面盖有底盖59，高强钢绞线下端就置于底盖59的底板内表面上。
此后，将钢筋支座插入模具(未示出)，在桩帽37的顶板外侧连有压力驱动装置(未示出)。给每个高强钢绞线加载，此时钢绞线的顶点作为受力端，底端作为固定端。随后，向模具中浇注混凝土，并绕轴旋转钢筋支座。这样可用离心压实法模制出桩4，从而将钢筋支座、高强钢绞线和纵向钢筋58，58，58均埋入混凝土中，此时，桩帽37的外表面，底盖59和钢制圆柱形件57暴露于混凝土体之外。
如图22所示，将桩4，4…打入地基中，在桩顶端放置托梁7，为了将桩置于建筑物之外，可将支座60焊在暴露于临近桩4的顶点部分外表面的钢制圆柱形件57上。然后象安装托梁一样，将型钢61以简支方式安在相邻桩4，4的支座60，60之间。此处安装具有H横截面的型钢61，以使支座向上抵到横向放置的型钢61的腹板上。
如上所述，当制造桩4时，需预先将钢制圆柱形件57埋在安装型钢61的位置。这样在立好桩4之后，不必设置与上述钢制圆柱形件57对应的钢件。由此，既可简化操作过程又可很容易地保证连接精度。在这种情况下，因为钢制圆柱形件57由纵向钢筋58，58，58与桩帽37连接，所以它们足以承受型钢61上的荷载。
随后，在桩4，4…外侧的墙23之中，型钢61支承墙23的下部，所述每一墙都在托梁7和型钢61之间。另一方面，每个在桩4，4，…外侧的墙23都位于地面，尽管在图中未示出，但该墙23按下述方式支承。如图13和14所示，分别将支座20，20沿横向设在作为桩部分4P的桩上部外缘面(这一部分是桩部分4P和柱部分4C的边界，即与地面接触的部分)。然后，在支座20，20…之间安装墙梁22。这样，墙粱22支承位于地面的每个墙23的底端。
图2所示的分析是主要针对具有轻屋顶的单层建筑进行的。在该建筑中，为使建筑物适用于库房、仓库等，可将地面板作为首层地板。这里没考虑适用于汽车库等的重屋顶建筑物，但如果考虑的话，此类建筑结构的存储量或可利用空间将会倍增，因为屋顶的可利用空间扩大了。为达到此目的，需要使桩的柱部分从地面伸出成为悬臂结构，以承受水平地震力，并增加水平刚度和强度。
具体说，如图23所示，在前、后、左、右侧彼此相邻的柱部分4C，4C之间安装支架62，62。在柱部分4C，4C的预定位置，用于连接的环形钢板63，63以向外延伸的方式包在支架接头处。在此实施例中，每一钢板63与每个柱部分4C的下端邻接。当用离心压实法模制桩4时，也可将环形钢板63埋在柱部分中。作为替换方式，可在模制桩时或在桩施工完毕后设置环形钢板63。环形钢板63由两个裂隙钢管组成。从每个裂隙钢管两圆周末端突出有法兰盘，从而一个裂隙钢管的每个法兰盘都面对相反裂隙钢管的法兰盘。然后，用螺栓连接彼此面对的法兰盘以成整体。
将缀板64，64焊在用于连接的钢板63上，通过缀板64，64在柱部分4C，4C的预定位置安装简支工字钢托梁65。然后，将支架62，62的底端与分别从简支托粱两端端面伸出的支座66，66连接。在托梁7底面中心处(由柱部分4C和4C的预定位置所确定的跨度中点)向下突出有支座67，支架62，62上端与支座67连接。相对于只由单根桩4承受水平地震力的情况比较，该结构可提高水平刚度和强度。在进行这样处理时，如果将楼板8A置于托梁7之上，并且是重屋顶结构，则可扩大此类将部分桩用作柱的建筑结构的应用范围，由此可高效地采用此类建筑结构。
采用螺栓或焊接都可将支架62与支座66和67连接。支架的结构也不限于上述结构，可以是X型，折线型等任何类型。
如果在所有前、后、左、右邻近的柱部分4C，4C之间都安装此类支架62，则支架62将前、后、左、右侧四个柱部分4C，4C，4C，4C所形成的区域封闭，即任何人、物等都不可以进出这一区域。为避免这种情况，仅在“指定”的柱部分4C，4C之间安装支架62，而其它柱部分4C，4C之间的空间是开放的。如上所述，需注意应确定整体结构以得到足够的水平刚度和强度，以适用于汽车库等重屋顶结构。
图24表示建筑结构中的支架62组成的形状的具体实例，其中室内(首层)和屋顶都用作汽车库。在室内汽车库中，汽车穿过没安装支架62的两个柱部分4C，4C形成的开口。汽车还可顺利地绕过所有区域ε，ε…，每一区域都由前、后、左、右相邻的柱部分4C，4C，4C，4C形成。而且在这种将部分桩用作柱的建筑结构中，汽车不仅可停在室内(首层)，也可停在屋顶。由此，此类将部分桩用作柱的建筑结构的存储量倍增。在这种情况下，因为建筑结构用作汽车库，所以可暴露出地表面。作为替换方式，也可在地表面上铺筑地沥青路面。(如图1所示，如果室内用作库房、仓库等，需在地面上铺混凝土地面板，以便在首层地板上铺楼板5)。
图24示出的支架62的构形只是一个实施例。可以考虑多种构形方式，只要此类建筑可以满足所需的水平刚度和强度，并在此基础上可使汽车等顺利行进即可。
在前面的描述中，桩可选用混凝土桩，如PC桩。在“参照实施例详细描述”的开始，可用工字钢作桩(在图25所示的将桩作为柱的建筑结构1H中，用4H表示的桩由工字钢68制成)。但是，若不作任何处理，很难保证有足够的刚度以满足此类建筑结构的桩所需的要求。
为解决这个问题，如图26(a)所示，在作为桩部分4HP的工字钢68上(图中前侧)，锚固钢筋72，72…焊在槽71，71中，每个槽由腹板69和位于腹板两端的翼缘70，70构成。然后如图6(b)所示，向槽71，71中灌入混凝土73直至硬化。此后，工字钢68便形成为建筑结构1H的桩4H。
经过这样处理，可尽可能地提高工字钢68的桩4H的桩部分4HP的刚度，由此桩部分可满足桩基要求。如果工字钢具有足够的刚度以便用作支柱，则可通过调节锚固钢筋的数量和混凝土73的刚度来保证工字钢具有作为支柱所需的足够的刚度。当采用混凝土桩如PC桩时，因为必须根据桩基所需刚度设定桩的刚度，所以作为柱所形成的刚度会很大。但在图26的情况中，上述处理过程不会产生这种超刚度的情况，这样可产生高效能。在图25和26中，4HC代表桩4H的柱部分。
在工字钢68中，几何惯性矩的强度取决于它的方向。如图27中虚线x-x轴为强轴，虚线y-y轴为弱轴。如图28所示，相同数量的桩4HA和桩4HB这样形成，从而每个桩4HA的强轴和每个桩4HB的弱轴的方向与建筑结构1的X向或Y向(在此图为X向)相同。在本实施例中，形成有两个桩4HA和两个桩4HB。
至少有两个桩4H在X向或Y向连续形成，它们的强轴方向与建筑结构的X向或Y向一致。图中，在左、右内侧形成有两列桩4HA，它们的强轴方向与X向一致，并且四个桩4HA在X向是连续的。另一方面，在左、右外侧形成有两列桩4HB，它们的强轴方向与Y向一致，并且四个桩4HB在Y向是连续。
在图28中，点化线表示托梁7、其中一些与X向平行，另一些与Y向平行，并且都安在桩4H顶端。当将托梁7在连接处沿其强轴方向安在桩4H上时，此处为刚性连接(图28中黑三角所示)。另一方面，除上述连接处以外的连接位置可用销栓连接(图28中白三角所示)。图28中点划线表示角钢支架74，它们装在彼此平行或垂直的托架7，7之间。
这样在此建筑结构中的变形是均匀的。另外，对于其两端部都为刚性连接的每个托架7的跨度来说，此跨与其两端的桩4H，4H构成刚性框架结构，这样可增加刚度并减小工字钢68的截面尺寸。
如前所述，在本发明的将部分桩用作柱的建筑结构中，可以保证有足够的强度来满足此类建筑结构的要求，这样可大大缩短工期并降低工程费用。
对于权利要求2的本发明，对地表层的土质进行加固可增加地表层的刚度，同时可精确估算地质的性能，由此可控制作为柱的桩上部的变形量。另外，因为仅估测表层土，所以仅对地表层进行土体加固，从而简化结构的设计与施工。
对于权利要求3的本发明，因桩与置于地面的楼板之间断开，即使桩在地震中产生变形，桩也不会与楼板接触，可防止桩和楼板发生裂断。
对于权利要求4的本发明，首层楼板均由桩支承，在将部分桩用作柱的建筑结构中，每个桩包括桩部分和柱部分。在该建筑结构中，可以低造价，容易有效地防止楼板下陷和弹性变形。
对于权利要求5的本发明，因为桩上的支座支承首层楼板，所以不用借助土体加固就能防止楼板下陷。
对于权利要求6的本发明，通过在桩之间的横向形成支座，可非常容易地形成支承墙的结构，该墙板支承于支座之间。对于将部分桩用作柱的建筑结构，采用这种支承墙的结构，可进一步缩短工期，并减少工程费用。
对于权利要求7的本发明，通过结构简单的用于支承桩的弯曲件和支架，可将桩的下部打入桩的预定贯入深度，并且竖直支承着桩直到桩端的基脚护壁液和包裹桩的固定液固化为止。另外，在桩的地下部分，即桩部分可具有满足桩基要求的垂直和水平承载力。同时，可保证伸出地面的桩上部，即柱部分的垂直度和顶端标高精度。
对于权利要求8的本发明，因为在立桩过程中桩是旋转的，所以可以尽可能增加桩的竖直度。另外，竖直移动桩，将桩下部精确地打入预定的贯入深度，这样可提高安装精度，从而保证满足桩基要求的竖直和水平承载力，并保证伸出地面柱部分的垂直度和端点标高精确度。可很容易地用螺栓将立桩装置安在桩顶端。因为立桩装置和夹持帽之间的连接是卡口式的，所以非常容易进行拆装。在桩施工完毕后，尽管桩顶点标高从几米到十几米，但利用作为脚手架的高空作业车平台，可很容易从桩顶端卸下立桩装置，再用于其它桩。这样可高效地进行安装并缩短工期。
对于权利要求9的本发明，通过设置与螺栓配合的下螺帽并调节下螺帽的相对位置，可容易并迅速地调节托梁的标高。
对于权利要求10的本发明，当制造桩时，将钢制圆柱形件预先埋在桩中安装型钢的位置，从而暴露出钢制圆柱形件的外表面。另外，型钢可与钢制圆柱形件直接连接或通过撑杆连接。由此，在桩施工完毕后不需在桩上安装与钢制圆柱形件对应的钢件，从而减少此处的工作量，还可很容易地保证连接精度。另外，因为钢制圆柱形件和桩帽由纵向钢筋连接，所以可保证有足够的强度以承担型钢传下的荷载。
对于权利要求11的本发明，通过在指定柱间设置支架，相对于由单根桩承受水平地震力的情况，该结构可增加水平刚度和强度。因为可采用重屋顶结构，所以可高效地利用屋顶，如用作汽车库。支架按照不封闭由前、后、左、右侧的柱形成的进出空间的方式设置，因此不影响可利用的室内空间(在首层)。
对于权利要求12的本发明，通过将混凝土灌注于工字钢桩的槽内，可使桩部分的刚度增加到预定值。这样足以满足桩基和柱基的要求。
可在不偏离本发明构思的基础上对本发明作某些变化。显然这些变化在本发明的保护范围中。
权利要求
1.一种将部分桩用作柱的建筑结构，它包括其下部置于地基中，其上部伸出地面作为柱的整体式桩；不设置任何地下梁而形成的楼板结构；安装在所述柱顶端的托梁；屋顶。
2.根据权利要求1所述的建筑结构，其特征在于对所述地基的地表层进行土体加固。
3.根据权利要求1所述的建筑结构，其特征在于所述楼板与所述桩之间断开
4.一种支承权利要求1建筑结构中的楼板的支座结构，其特征在于楼板由桩的顶端支承，每个所述桩在某一区域中心或临近该区域中心打入地下，此区域由前、后、左、右侧的桩形成。
5.根据权利要求4所述的支座结构，其特征在于楼板由位于楼板中桩外缘的支座支承，该支座沿横向安在桩部分的上端外缘。
6.一种支承权利要求1建筑结构中的墙的支座结构，其特征在于墙置于墙梁上，该墙梁由沿横向安在桩部分上端外缘的支座支承，且该墙梁架在多个支座之间。
7.一种权利要求1所述建筑结构中的桩的施工方法，它包括在地基中钻竖直孔，每个竖直孔的深度比相应桩的预定贯入深度稍深，每个竖直孔的直径比桩的直径稍大；将桩端的基脚护壁液和包裹桩的固定液注入竖直孔；将桩的下部穿过竖直孔打入地基中；在围绕竖直孔入口的地面设置钢件以形成支架；当将桩打入地基中时或将桩打入地基中之后，将支承桩的弯曲件安在柱上；将支架勾安到支承桩的弯曲件上，安装该支架勾的高度等于桩底到桩预定贯入深度的高度与支架厚度之和；把支架勾安到支架上以便竖直地起吊桩；当桩端基脚护壁液和包裹桩的固定液固化后，卸下支架和支承桩的弯曲件。
8.一种权利要求1所述建筑结构中的桩的施工方法，它包括在环形钢件的端面外缘突出多个彼此间隔的凸缘以形成立桩装置，该环形钢件的外径与桩的直径相同；将在立桩装置中的环形钢件上开设的孔叠置于螺纹孔上，该螺纹孔在每个桩顶端的桩帽上对高强钢绞线进行张拉；将螺栓拧进对齐的孔中并拧紧以便使立桩装置固定于桩帽端面上；起吊桩以便将其下部打入竖直孔中；以卡口连接方式将驱动杆端部的夹持帽安在立桩装置的每个凸缘上；通过旋转和竖直移动夹持帽细调每个桩的竖直精度和贯入深度；从立桩装置上卸下夹持帽；从桩帽上卸下立桩装置。
9.一种权利要求1所述的建筑结构中托梁的调节方法，它包括在每个桩的顶端安装锚板；将螺栓安在锚板顶面；用下螺帽调节托梁下翼缘的标高，该下翼缘上开设有可插入螺栓的螺栓孔，该下螺帽与螺栓相配合；将上述下翼缘夹在上、下螺帽之间以使托梁与螺栓固定，该螺帽与螺栓相配合；在桩的顶端安上托梁
10.一种将型钢与权利要求1所述建筑结构中的桩连接的方法，它包括当用离心压实法模制每个桩时，在柱部分的预定位置埋置钢制圆柱形件，以使钢制圆柱形件外表面暴露于桩中混凝土体之外，该钢制圆柱形件用纵向钢筋连在每个桩顶端桩帽上；当将桩打入地基中之后，将型钢直接或通过支座与钢制圆柱形件连接。
11.根据权利要求1所述的建筑结构，其特征在于将支架安在指定柱子之间，而不封闭由前、后、左、右侧的柱子所形成的区域，使其可自由出入。
12.根据权利要求1所述的建筑结构，其特征在于将工字钢用作桩，并在左、右槽中设置锚固钢筋，该槽是由工字钢桩的腹板和上、下翼缘构成的，再向槽中注入混凝土使其硬化。
全文摘要
将每个整体式桩的下部置于地下,其上部伸出地面作为柱。然后不设置任何地下梁的情况下安装楼板结构并在桩顶端安装托梁。另外在托梁上安装屋顶。最后形成建筑结构。如果需要,则在地表层进行土体加固。这样,尽管该建筑结构无地下梁,但仍可确保该建筑结构所需的足够强度,并且还可以大大缩短工期,减少施工费用。
文档编号E02D5/50GK1186140SQ9712274
公开日1998年7月1日 申请日期1997年10月15日 优先权日1996年10月17日
发明者坂本清敏, 泽边繁克, 司马势也 申请人:株式会社熊谷组