JP2000273951A - 耐震性能の高い露出型固定柱脚 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ベースプレートをアンカーボルトで固定する
露出型固定柱脚において、比較的簡単な部材をアンカー
ボルトに付加するだけで、柱脚の耐震性能の向上を図る
ことができるようにする。 【解決手段】鉄骨柱１が溶接接合されたベースプレート
２をアンカーボルト３によりコンクリート基礎４に定着
してなる露出型固定柱脚において、コンクリート基礎中
に埋設されるアンカーボルト据付用架台５の上部テンプ
レート１４とベースプレート２との間に、アンカーボル
ト３が貫通する柱受けリング１０を設け、この柱受けリ
ング１０を柱レベル調整部材として使用すると共に、柱
受けリンク１０によりアンカーボルト３の曲げ変形を拘
束して柱脚最大曲げ耐力を増大させ、基礎部のせん断耐
力を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建造物の鉄骨柱を
コンクリート基礎に固定するために用いられる耐震性能
の高い露出型固定柱脚に関するものである。

【０００２】

【従来技術と発明が解決しようとする課題】露出型固定
柱脚は、鉄骨柱の下部にベースプレートを溶接接合し、
このベースプレートをアンカーボルトを介してコンクリ
ート基礎に定着させる構造であり、その工法には、ハイ
ベース工法、ＮＣベース工法、ベースパック工法などが
ある。これらの工法は、それぞれ特有の固定方法を持つ
柱脚である。

【０００３】このような露出型固定柱脚において、図５
(a) に示すように、鉄骨柱１のベースプレート２に曲げ
モーメントが作用すると、アンカーボルト３の破断で柱
脚最大曲げ耐力が決定される場合、柱脚最大曲げ耐力時
にアンカーボルト３により引張力を受ける側のベースプ
レート２ｂが局部的に面外変形し、アンカーボルト３の
上部に局所的な曲げ変形が生じる問題点があった。

【０００４】このアンカーボルト３の局所的な曲げ変形
の開始点（折れ点）ａは、図５(c)に示すように、アン
カーボルト３のねじ部あるいは基礎コンクリート天端付
近に生じており、折れ点ａがアンカーボルト３の上部に
あると、アンカーボルト３の破断時荷重が低くなり、柱
脚最大曲げ荷重が低下する。

【０００５】なお、本発明者らは、先に、平板形状のベ
ースプレートの４隅にアンカーボルトを配置し、アンカ
ーボルトのねじ部がベースプレートの下面から下方へ突
出しないようにアンカーボルトを設置し、ベースプレー
トのボルト孔のボルトクリアランスを埋めるインサート
金物を用いてアンカーボルトのベースプレート板厚内で
の曲げ変形を拘束し、前記平板形状のベースプレートが
つま先立ち変形を起こさない条件式に基づいて、アンカ
ーボルトの配置位置、アンカーボルトの剛性・耐力、ベ
ースプレートの板厚を決定することにより、コストの安
価な平板形状のベースプレートでもつま先立ち状態を防
止することができ、アンカーボルトの耐力を有効に活用
でき、柱脚全体の耐震性能を向上させることのできる露
出型固定柱脚を提案し、既に出願している（特願平１０
−１８６１２９号）。

【０００６】この露出型固定柱脚においては、アンカー
ボルト据付用架台の上部テンプレートとベースプレート
との間に、アンカーボルトが貫通するレベル調整用鋼管
を設けてアンカーボルトを拘束しているが、このレベル
調整用鋼管は、通常使用するレベルモルタル（通称、ま
んじゅう）の代替えとして、施工精度の向上・工期短縮
を目的としたものであり、このレベル調整用鋼管が柱脚
構造特性に与える効果については不明であった。

【０００７】本発明は、前述した従来の問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、比較的簡単な部材を
アンカーボルトに付加するだけで、柱脚の耐震性能の向
上を図ることができる耐震性能の高い露出型固定柱脚を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、鉄骨柱が溶接
接合されたベースプレートをアンカーボルトによりコン
クリート基礎に定着してなる露出型固定柱脚において、
コンクリート基礎中に埋設されるアンカーボルト据付用
架台の上面（上部テンプレート）とベースプレートとの
間に、アンカーボルトが貫通する柱受けリングを設けた
ことを特徴とする。

【０００９】柱受けリングは、鋼管から構成し、この鋼
管とアンカーボルトの間に無収縮モルタル等を充填する
ようにしてもよいし、アンカーボルトに嵌合可能な厚肉
鋼管を用いるなどしてもよい。また、ベースプレートの
アンカーボルト孔とアンカーボルトとの間にはインサー
ト金物を挿入し、アンカーボルト孔の隙間を埋めるのが
好ましい。

【００１０】以上のような構成において、アンカーボル
ト据付用架台の上部テンプレート上に配置した柱受けリ
ングの上部がコンクリート基礎から突出し、この柱受け
リングの上に鉄骨柱のベースプレートをセットすること
で、柱レベルの調整が簡単になされ、施工性が向上す
る。鉄骨柱の設置固定後は、柱受けリングがアンカーボ
ルトの曲げ変形を拘束し、アンカーボルトの折れ点が柱
受けリング下端よりも下方に形成され、ゆるやかな曲げ
変形となるため、アンカーボルトの破断時荷重が高くな
り、柱脚最大曲げ耐力が増大する。さらに、柱脚に作用
するせん断力をアンカーボルトに負担させる場合、柱受
けリングによってアンカーボルト単体の場合に比べて基
礎部への伝達領域が拡大し、基礎部せん断耐力を高く評
価できる。

【００１１】

【発明の実施の態様】以下、本発明を図示する実施の形
態に基づいて説明する。図１、図２は、本発明の露出型
固定柱脚の１例を示したものであり、図１は鉄骨柱の設
置固定後の状態、図２は基礎コンクリート打設時の状態
を示す。図３は本発明で用いるインサート金物の１例を
示したものである。

【００１２】図１において、鉄骨柱１の下部にはベース
プレート２が溶接接合され、コンクリート基礎４内に埋
設されるアンカーボルト据付用架台５に例えば４本のア
ンカーボルト３が取付けられており、アンカーボルト３
の上部をベースプレート２のボルト孔２ａに挿通し、ア
ンカーボルト３の上部に特殊座金６・座金７・ダブルナ
ット８，８を取付け、ダブルナット８を締め付けること
で初期張力をアンカーボルト３に導入し、これによりベ
ースプレート２がコンクリート基礎４に固定される。

【００１３】このような露出型固定柱脚において、ベー
スプレート２とアンカーボルト据付用架台５の上部テン
プレート１４との間に、アンカーボルト３が挿通される
柱受けリング１０を介在させ、この柱受けリング１０
を、コンクリート基礎４上に設置される鉄骨柱１のレベ
ル調整部材として使用すると同時に、後述するように耐
震性能を向上させる部材として使用する。この柱受けリ
ング１０は、鋼管から構成し、この鋼管とアンカーボル
ト３の隙間に無収縮レルタル１１を充填してもよいし、
厚肉鋼管を用いて隙間を無くすようにしてもよい。柱受
けリング１０の長さは、コンクリート基礎４の上面から
所定長さだけ突出するようにする。

【００１４】さらに、図１(b) 、図３に示すように、ア
ンカーボルト３の上部のねじ部３ａはベースプレート２
の下面から下方へ突出しないようにし、ベースプレート
２のボルト孔２ａにはボルトクリアランスを埋めるイン
サート金物１２を挿入する。このインサート金物１２
は、偏心度合いの異なるいくつかの偏心金物を適宜嵌入
使用すればよい。この場合、アンカーボルト３の位置が
若干ずれていても、インサート金物１２をベースプレー
ト２のボルト孔２ａに挿入することができ、ボルトクリ
アランスを埋めることができる。

【００１５】このインサート金物１２は、例えば、図３
に示すように、ベースプレート２の板厚より多少薄い板
厚の円柱金物１２ａにボルト挿通孔１２ｂを偏心させて
穿設した構成とし、偏心度合いの異なるいくつかの偏心
金物を数種類用意しておけばよい。このような偏心金物
であれば、ベースプレート２のボルト孔２ａの中心線と
アンカーボルト３の中心軸とがずれていても、ボルトク
リアランスを簡単に埋めることができる。取り付けに際
しては、アンカーボルト３の上部のねじ部３ａに取付け
た円柱金物１２ａを水平面内で適宜回転させてボルト孔
２ａ内に嵌め込む。次いで、偏心していてもボルト孔２
ａを十分カバーできる径の大きな特殊座金６を取り付
け、この上に通常の座金７を取り付け、ナット８をダブ
ルで螺着する。

【００１６】アンカーボルト据付用架台５は、例えば、
図１(a) に示すように、アングル材からなる支持架台１
３と、支持架台１３の上端に固定される上部テンプレー
ト１４と、支持架台１３の下部に支持固定される下部テ
ンプレート１５等から構成され、コンクリート基礎４の
コンクリート打設前に捨てコンクリート１６上に設置さ
れる。アンカーボルト３の軸部には、塗料を塗布するな
どのアンボンド処理１７を施しておく。なお、このアン
カーボルト据付用架台５は、図示例に限らず、上部テン
プレート１４と下部テンプレート１５をアンボンドスリ
ーブ鋼管で連結した構成のもの等でもよい。

【００１７】施工に際しては、図２(i) に示すように、
アンカーボルト据付用架台５の上部テンプレート１４・
下部テンプレート１５の挿入孔に挿通させて位置決めし
たアンカーボルト３の下部を下部固定用のナット１８，
１８で下部テンプレート１５に固定し、アンカーボルト
３の上部は上部テンプレート１４に柱受けリング１０・
仮設金物１９を介して座金７とナット８で仮固定してお
き、このアンカーボルト据付用架台５を捨てコンクリー
ト１６上の柱設置位置にセットし、アンカーボルト・ナ
ット等で固定する。仮設金物１９は、柱受けリング１０
の上に配置され、柱受けリング１０と同じ外径のリング
であり、コンクリート打設時にアンカーボルト３のねじ
部３ａにコンクリートが付着するのを防止するものであ
る。

【００１８】図２(i) において、柱受けリング１０の中
間部までコンクリートを打設してコンクリート基礎４を
形成し、コンクリートが硬化すると、図２(ii)に示すよ
うに、仮設金物１９を取り外し、ベースプレート２を柱
受けリング１０の上にセットし、次いで、図１(a) に示
すように、ボルト孔２ａ内にインサート金物１２を挿入
し、特殊座金６・座金７を介してダブルナット８，８を
取付け、ナット８を締め付けることでアンカーボルト３
に初期張力を導入してベースプレート２を固定する。コ
ンクリート基礎４の天端とベースプレート２の下面との
間には無収縮モルタル２０を充填する。

【００１９】以上のような構成の露出型固定柱脚の実大
実験を実施し、載荷後に基礎部を解体してアンカーボル
トの変形を調査した。載荷は、正負交番繰り返しとして
いるので、最終加力工程において引張力が生じるアンカ
ーボルト３において、図４に示すように、曲げ変形の開
始点（折れ点）ａが柱受けリング１０の下方に確認され
た。この実験結果の検討から、以下に示すような、柱受
けリングが柱脚構造性能に与える効果が判明した。

【００２０】 柱脚最大曲げ耐力が増大する 柱脚最大曲げ耐力は、アンカーボルトの破断で決定され
る場合と、基礎部コンクリートの圧壊で決定される場合
（柱軸力が大きい）とがあるが、通常の設計応力下では
アンカーボルトの破断で決定される場合が多い。このと
き、図５(a) に示すように、柱脚最大曲げ耐力時にアン
カーボルト３による引張力を受ける側のベースプレート
２ｂは局部的に面外変形するため、アンカーボルト３の
上部に局所的な曲げ変形が生じる。

【００２１】柱受けリングの無い従来の柱脚では、図５
(c) に示すように、アンカーボルトの局所的な曲げ変形
の開始点（折れ点）ａがねじ部または基礎コンクリート
天端付近に生じる。これに対して、柱受けリングのある
本発明の柱脚は、図５(b) に示すように、柱受けリング
下端の下方１〜２Ｄ（Ｄ：アンカーボルト軸部直径）に
折れ点ａが生じている。これは、柱受けリング（アンカ
ーボルトと柱受けリングの隙間は無収縮モルタル等で充
填されている）がアンカーボルトの曲げ変形を拘束して
いること、およびベースプレートのアンカーボルト孔の
クリアランスが２ｍｍ程度（隙間を埋めるインサート金
物で例えば１８ｍｍのクリアランスを２ｍｍ程度に減少
させている）と小さいために、ねじ部近傍の曲げ変形も
拘束されていることによる。

【００２２】図５(b),(c) において、折れ点ａが下方に
移行するほど、ベースプレートの局部的な面外変形に伴
うアンカーボルトの局所的な曲げ変形がゆるやかなもの
となるので、アンカーボルトの破断時荷重が高くなり、
柱脚最大曲げ耐力が増大する。

【００２３】なお、図７に示すように、引張側のアンカ
ーボルト３において、従来のアンカーボルトのねじ部３
ａがベースプレート２の下面から下方へ突出し、またイ
ンサート金物が無い状態では、ねじ部３ａが局所的な曲
げ引張変形を受けるため、柱脚の最大耐力が低下する問
題があるが、本発明では、柱脚の曲げ回転に伴いアンカ
ーボルト３が伸びた状態でも、ねじ部３ａがベースプレ
ート２の下面から突出することがなく、かつアンカーボ
ルト３の曲げ変形がインサート金物１２および柱受け金
具１０で拘束されているため、アンカーボルト３の耐力
を十分に活用することができる。

【００２４】 コンクリート基礎部のせん断耐力を高
く評価できる。柱脚の終局せん断耐力は、ベースプレー
ト下面とコンクリート基礎部上端との界面における摩擦
抵抗、またはアンカーボルトの終局せん断耐力のいずれ
か大きい方で評価され、柱軸力が小さい場合は、アンカ
ーボルトのせん断耐力で評価される。

【００２５】アンカーボルトのせん断耐力で評価する場
合、アンカーボルト上部の支圧力に対して基礎部コンク
リートが破壊されないことが条件（基礎部のせん断耐力
の確認）となる。基礎部せん断耐力の評価は、通常アン
カーボルト軸径に対して図６に示すように評価するが、
柱受けリング１０によって見掛けのアンカーボルト軸径
が増大するので、コンクリート基礎部せん断耐力を高く
評価できる。

【００２６】なお、以上はベースプレートの４隅にアン
カーボルトを１本づつ配設した例について説明したが、
これに限定されることなく、ベースプレート２の４隅に
アンカーボルト３をそれぞれ２本づつ、３本づつ、４本
づつ、あるいは５本づつ配設してもよい。

【００２７】また、ここで用いられるベースプレート２
・柱受けリング１０・インサート金物１２の材質は、同
種類の鋼板が用いられることが好ましい。また、特殊座
金６は用いられても座金７が用いられない場合のあるこ
とはいうまでもない。

【００２８】

【発明の効果】本発明の露出型固定柱脚は、以上のよう
な構成からなるので、次のような効果を奏することがで
きる。

【００２９】(1) 施工精度・工期短縮を目的とした柱レ
ベル調整用の簡単な柱受けリングを用いて耐震性能を向
上させることができる。 (2) 柱受けリングの拘束効果によりアンカーボルトの局
所的な曲げ変形の開始点を下方へ移行させることがで
き、アンカーボルト引張耐力を有効に柱脚曲げ耐力に利
用でき、柱脚最大曲げ耐力を増大させることができる。

【００３０】(3) 柱受けリングを設けることで、アンカ
ーボルトから伝達されるせん断力に対して、基礎コンク
リートのせん断耐力を高く評価できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露出型固定柱脚の１例であり、(a) は
正面図、(b) は部分拡大断面図である。

【図２】(i) は図１の露出型固定柱脚の基礎コンクリー
ト打設時の状態を示す正面図、(ii)は柱脚の取付時の状
態を示す正面図である。

【図３】本発明の露出型固定柱脚で用いるインサート金
物の偏心金物の例を示す平面図および断面図である。

【図４】本発明の露出型固定柱脚の実大試験体を示す正
面図である。

【図５】(a) は載荷後の柱脚の状態を示す正面図、(b)
は本発明におけるアンカーボルトの曲げ変形を示す正面
図、(c) は従来におけるアンカーボルトの曲げ変形を示
す正面図である。

【図６】基礎部のせん断耐力を示す(a) は平面図、(b)
は正面図、(c) は部分拡大正面図である。

【図７】(a) は露出型固定柱脚の終局耐力時の状態を示
す正面図、(b) は従来におけるアンカーボルトの曲げ変
形を示す断面図、(c) は本発明におけるアンカーボルト
の曲げ変形を示す断面図である。

【符号の説明】

１……鉄骨柱 ２……ベースプレート、２ａ…ボルト孔 ３……アンカーボルト、３ａ…ねじ部 ４……コンクリート基礎 ５……アンカーボルト据付用架台 ６……特殊座金 ７……座金 ８……上部固定用のナット（ダブルナット） １０……柱受けリング １１……無収縮モルタル １２……インサート金物 １３……支持架台 １４……上部テンプレート １５……下部テンプレート １６……捨てコンクリート １７……アンボンド処理 １８……下部固定用のナット １９……仮設金物 ２０……無収縮モルタル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中川 庸男 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内 (72)発明者 黒須 廣 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内 (72)発明者 内山 政彦 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内 (72)発明者 佐藤 浩幸 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内 (72)発明者 新井 聡 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内 (72)発明者 高橋 誠 東京都中央区銀座６丁目２番10号 株式会 社巴コーポレーション内 Ｆターム(参考） 2D046 AA17

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄骨柱が溶接接合されたベースプレート
   をアンカーボルトによりコンクリート基礎に定着してな
   る露出型固定柱脚において、 コンクリート基礎中に埋設されるアンカーボルト据付用
   架台の上面とベースプレートとの間に、アンカーボルト
   が貫通する柱受けリングを設けたことを特徴とする耐震
   性能の高い露出型固定柱脚。