JP2002004421A - 露出型柱脚の固定部 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡便な構造で柱脚の回転剛性を小さくするこ
とができる露出型柱脚の固定部を提供する。 【解決手段】 ウェブ１ａの両端部にフランジ１ｂ，１
ｂを有する柱脚１のベースプレート５が基礎２に埋設さ
れたアンカーボルト３により基礎に固定されて成る露出
型柱脚の固定部であって、アンカーボルトは柱脚の両フ
ランジ間に配置されるとともに、支持部材４がアンカー
ボルトに挿入され柱脚のベースプレートと基礎との間に
介在されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄骨造の露出型柱
脚の固定部に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、低層の鉄骨造の柱脚は、柱の下端
部にベースプレートを設けて、基礎に埋め込んだアンカ
ーボルトにより緊結する露出型柱脚とするのが一般的で
あり、基礎が回転変形することも考慮して柱脚はピン接
合として設計されてきた。しかし、１９９５年兵庫県南
部地震においてピン接合として設計された露出型柱脚の
被害が多くみられたことから、露出型柱脚においても柱
脚の回転剛性を評価した応力で柱脚、基礎を設計するよ
うになってきた。このため、特にスパンが大きいなどの
理由で基礎梁を設けない基礎の場合、柱脚の回転剛性を
考慮した応力で基礎を設計すると、柱脚をピン接合とし
た場合に比べて基礎の寸法が大きくなり、堀削土量や材
料、工数の増大につながっている。そこで、回転剛性の
小さな柱脚が求められている。

【０００３】露出型柱脚の回転剛性算定方法としては、
日本建築学会「鋼管構造設計施工指針・同解説」に示さ
れている下式が広く用いられている。

【０００４】

【数１】 Ｋ_BS＝（Ｅ・ｎ_t・Ａ_b（ｄ_t＋ｄ_c）²）／２ｌ_b ここで、Ｋ_BS：柱脚の回転剛性（Ｎ・ｃｍ／ｒａｄ） Ｅ：アンカーボルトのヤング係数（１０²×Ｎ／ｍｍ²） ｎ_t：引張側アンカーボルトの本数 Ａ_b：アンカーボルト１本の断面積（ｃｍ²） ｄ_t：柱断面図心より引張側アンカーボルト断面群の図
心までの距離（ｃｍ） ｄ_c：柱断面図心より圧縮側の柱フランジ外縁までの距
離（ｃｍ） ｌ_b：アンカーボルトの長さ（ｃｍ）

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、回転剛性の小さ
な柱脚としては、橋梁の支承部に用いられるようなピン
を用いた支承部がある。これは、完全なピン接合として
扱えるが、機構が複雑で製作に多大な工数を要する上に
柱を立てる際に自立しないため仮設の支持が必要となる
という問題がある。

【０００６】一方、特開平１０−２９２４８７号公報に
は、アンカーボルトのナットと柱脚のベースプレートと
の間にばね座金を介在させて柱の可撓性を確保するこ
と、つまり柱脚の回転剛性を小さくすることが提案され
ている。しかし、この構造では、アンカーボルトのナッ
トを締め付けすぎるとばね座金が変形しきってしまって
効果を失うという危険性があるため、ナットの締め付け
管理に手間がかかるという問題がある。

【０００７】また、特開平１０−２９９０８１号公報に
は、柱脚のベースプレートと基礎との間に弾性ばねを挿
入して柱脚の回転剛性を小さくすることが提案されてい
る。しかし、この方法では上部構造体の重量により弾性
ばねが圧縮されてしまい、期待するばね変形が得られな
いという欠点と、柱脚に働くせん断力を剛性の小さい弾
性ばねを介して基礎に伝えるため、水平方向の変形が過
大になる欠点がある。これら提案されている２つの方法
は、何れも上述の露出型柱脚の回転剛性算定方法におい
て、アンカーボルトのヤング係数を小さくするものであ
る。

【０００８】これら以外に柱脚の回転剛性を低くする方
法としては、アンカーボルトの長さを長くすること、柱
の成を小さくすること、アンカーボルトを柱図心に近づ
けて配置すること、あるいはアンカーボルトの断面積を
小さくすることが考えられるが、アンカーボルトの長さ
は基礎の寸法により限りがあり、また柱の成を柱脚部だ
け小さくしようとすると、柱に形鋼でなく溶接Ｈ形鋼な
どを用いる必要があり、製作に工数がかかるという問題
がある。また、アンカーボルトを柱図心に近づけても、
柱の成を小さくしない限りある程度以下には回転剛性を
下げることができない。また、アンカーボルト断面積を
小さくすると、柱脚に生じる応力に対してアンカーボル
トの耐力が不足するという問題がある。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、簡便な構造で柱脚の回転剛性を小さくすることがで
きる露出型柱脚の固定部を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の露出型柱脚の固定部は、ウェブの
両端部にフランジを有する柱脚のベースプレートが基礎
に埋設されたアンカーボルトにより前記基礎に固定され
て成る露出型柱脚の固定部であって、前記アンカーボル
トは前記柱脚の両フランジ間に配置されるとともに、支
持部材が該アンカーボルトに挿入され前記柱脚の前記ベ
ースプレートと前記基礎との間に介在されていることを
特徴とする。

【００１１】請求項１の発明においては、アンカーボル
トを柱脚の両フランジ間に配置し、支持部材をアンカー
ボルトに挿入して柱脚のベースプレートと基礎との間に
介在させたので、柱脚の両フランジ直下のベースプレー
トと基礎との間に空間を形成することができるため、圧
縮反力の作用位置を圧縮側フランジ外縁でなく、圧縮側
アンカーボルト群図心付近にして柱脚中心に近づけるこ
とができ、これにより柱脚の回転剛性を小さくすること
ができる。したがって、大幅な材料や工数の増加なし
に、簡便な構造で柱脚の回転剛性の小さい露出型柱脚の
固定部を製作・施工することができる。また、ばねなど
の弾性体を用いないため、アンカーボルトのナット締め
付け管理が容易である。

【００１２】ここで、支持部材としては、鋼製金物を使
用すれば安価に製作することができるが、これに限ら
ず、この支持部材に働く圧縮反力に対して十分な剛性・
強度を持つものであればよく、例えば、各種合金や炭素
繊維等により形成することができる。また、支持部材
は、各アンカーボルト毎に用意するようにしてもよい
し、あるいは数本のアンカーボルト毎に用意するように
してもよいし、あるいは１つの支持部材ですべてのアン
カーボルトを挿通させるようにしてもよい。

【００１３】請求項２に記載の露出型柱脚の固定部は、
請求項１の発明において、前記支持部材は、上面および
／または下面のアンカーボルト群図心の外側に傾斜面ま
たは円弧面を有していることを特徴とする。請求項２の
発明においては、ベースプレートおよび／または基礎と
支持部材との間に、アンカーボルト群図心より外側にお
いて間隙が生じるので、柱脚が回転する際の圧縮反力位
置をアンカーボルトの図心に近づけることができるた
め、支持部材の端部による圧縮反力位置の外側への移動
によって回転剛性が上昇するのを抑制することができ
る。ここで、支持部材の上面および／または下面のアン
カーボルト群図心より外側のすべてを傾斜面または円弧
面に形成すれば、支持部材の端部による圧縮反力位置の
外側への移動によって回転剛性が上昇するのを防止する
ことができるが、外側すべてではなく外周部のみを傾斜
面または円弧面に形成しても、支持部材の端部による圧
縮反力位置の外側への移動によって回転剛性が上昇する
のを抑制することができる。なお、製作上の都合等のた
めに、支持部材の上面および／または下面のアンカーボ
ルトボルト群図心の内側にも傾斜面または円弧面を形成
してもよい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。なお、各図において同一構成要素
には同一符号を付してその説明を簡略化する。図１は、
本発明の第１の実施の形態に係る露出型柱脚の固定部を
示す断面図、図２はその要部の拡大断面図である。この
露出型柱脚の固定部は、鉄骨造の柱脚１と、基礎２に埋
設された複数本のアンカーボルト３と、柱脚１と基礎２
との間に介在された複数個の平板状の鋼製支持金物（支
持部材）４とを備えている。柱脚１は、Ｈ形鋼からなる
ものであって、ウェブ１ａとこの両側のフランジ１ｂ，
１ｂとを備えており、これらの下端には平板状のベース
プレート５が溶接により固着されている。複数本のアン
カーボルト３は、柱脚１の両フランジ１ｂ，１ｂ間に配
置されており、各アンカーボルト３は、ベースプレート
５の貫通孔に挿通され、そして上端部にワッシャー６が
挿入され、さらにナット７が螺合されている。また、各
鋼製支持金物４は、それぞれ各アンカーボルト３に挿入
され、柱脚１のベースプレート５と基礎２との間に介在
されている。柱脚１は、ナット７が締め付けられること
により、アンカーボルト３を介して基礎２に固定されて
いる。アンカーボルト３を埋め込む前にアンカーボルト
位置決め用の型板を兼ねて鋼製支持金物４を設置するこ
ともできる。

【００１５】このような露出型柱脚の固定部にあって
は、柱脚１のフランジ２ｂ，２ｂ直下のベースプレート
５と基礎２との間に空間があるので、ベースプレート５
下面と基礎２との間に挟まれた鋼製支持金物４上面の接
触面を中心にして柱脚１が回転し、圧縮反力は鋼製支持
金物４とベースプレート５下面の接触面に作用する。こ
れにより、上述の露出型柱脚の回転剛性算定式中の柱図
心からの圧縮反力の作用位置を示すｄ_cの寸法が、柱図
心から柱フランジ外縁の距離ではなく、柱図心から圧縮
側アンカーボルト図心付近の距離となって小さくなり、
その結果柱脚１の回転剛性が低くなる。

【００１６】表１は、スパン１５ｍ、軒高６ｍ、大梁勾
配１／２５、柱梁断面Ｈ−３５０×１７５×７×１１の
山形ラーメン架構について、従来技術による露出型柱脚
と、図１の本発明の露出型柱脚の場合の応力計算結果を
まとめたものである。従来技術は、鋼製支持金物４が介
在されておらず、柱脚１のベースプレート５の下面が基
礎２に直接接触している点で、図１の本発明と相違して
いるものである。従来技術および本発明とも、アンカー
ボルトは鋼棒とし、本数は全部で４本、径はＭ１６（軸
断面積１．６４ｃｍ²）、アンカーボルト長さは５０ｃ
ｍ、圧縮側と引張側アンカーボルト群の中心間の距離は
７ｃｍとした。荷重は柱頭水平方向に１０ｋＮを作用さ
せた。

【００１７】

【表１】

【００１８】本発明による柱脚は、柱脚の回転剛性が従
来技術の１割程度に、また柱脚に働く曲げモーメントが
従来技術の２割程度に、それぞれ小さくなることが分か
る。

【００１９】図３は、本発明の第２の実施の形態に係る
露出型柱脚の固定部を示す断面図である。この露出型柱
脚の固定部では、溶接により固定されたベースプレート
５の代わりに、アングル形状のベースプレート５Ａが柱
脚１の下端部にボルトにより固定されている点で、図１
の固定部と異なっている。すなわち、この露出型柱脚の
固定部では、ベースプレート５Ａが柱脚１のウェブ１ａ
の両側に高力ボルト８により取り付けられ、これらのベ
ースプレート５Ａの水平部にアンカーボルト３が挿通さ
れている。

【００２０】図４は、本発明の第３の実施の形態に係る
露出型柱脚の固定部の要部を示す断面図である。この露
出型柱脚の固定部では、図２の複数個の鋼製支持金物４
の代わりに、１個の平板状の鋼製支持金物（支持部材）
１４が用いられ、これにすべてのアンカーボルト３が挿
入されている点で、図２の固定部と異なっている。すな
わち、この１個の鋼製支持金物１４に圧縮側アンカーボ
ルト群および引張側アンカーボルト群が挿入されてい
る。

【００２１】図１〜図４のように、鋼製支持金物４，１
４上面が平面の場合は製作が容易であるが、柱脚１が回
転すると実際には圧縮反力位置は鋼製支持金物端部にな
り、アンカーボルト群の図心より若干外側に移動し、回
転剛性が大きくなる。そこで、図５〜図８に示すよう
に、図２または図４の鋼製支持金物４，１４の上面端部
に円弧面２０または傾斜面２１が形成された鋼製支持金
物（支持部材）４Ａ，１４Ａ，４Ｂ，１４Ｂを用いるの
が望ましい。これらの鋼製支持金物４Ａ，１４Ａ，４
Ｂ，１４Ｂは、これらの上面の少なくともアンカーボル
ト群図心より外側のすべてが円弧面２０または傾斜面２
１に形成されているので、鋼製支持金物の端部による圧
縮反力位置の外側への移動によって回転剛性が上昇する
ことがない。

【００２２】鋼製支持金物としては、例えば、図９に示
すように鋼棒に孔をあけた鋼製支持金物（支持部材）２
４、図１０に示すように図２の鋼製支持金物４の基礎２
側の面の端部に円弧面２０を有する鋼製支持金物（支持
部材）４Ｃ、あるいは図１１に示すように上下両面の端
部に傾斜面２１を設けた鋼製支持金物（支持部材）４Ｄ
のほか、角座金、丸座金などを用いることができる。鋼
製支持金物は、この金物に働く圧縮反力に対して十分な
剛性・強度を持つものであればよく、形状は特に限定さ
れない。また、鋼製支持金物は、上面および／または下
面のアンカーボルト群図心の外側に円弧面２０または傾
斜面２１が形成されていれば、鋼製支持金物の端部によ
る圧縮反力位置の外側への移動によって回転剛性が上昇
するのを抑制することができる。

【００２３】基礎２は、一般的な鉄筋コンクリート構造
の他、鉄骨造や鉄骨と鉄筋コンクリート造の複合構造、
あるいは鉄骨鉄筋コンクリート造などが考えられる。基
礎２は、アンカーボルト３が定着でき、鋼製支持金物か
らの圧縮反力に耐えられる構造であればよく、特に構造
は限定されない。

【００２４】本発明の柱脚について、実大曲げ試験によ
り構造特性を確認した。すなわち、鋼製支持金物の形状
が図２に示す上下平面のものと図５に示す上面に半径１
２０ｍｍの円弧面を持つものの２種類について実験し
た。試験体と試験装置を図１２、図１３に示す。図１４
に示すように、加力は回転角１／６０，１／３０，１／
１５にて２回ずつ正負交番繰り返し戴荷を行った後、単
調に一方向戴荷した。試験結果を表２に示す。また、曲
げモーメントＭ（ｋＮ・ｍ）と回転角θ（ｒａｄ）との
関係を図１５および図１６に示す。図１５は図２に示す
鋼製支持金物、図１６は図５に示す鋼製支持金物につい
てのものである。

【００２５】

【表２】 ここで、 ｅＫｂ：実験回転剛性 Ｋｂ：計算回転剛性 ｅＭｙ：実験降伏曲げモーメントで、実験回転剛性と実
験回転剛性の１／３の勾配の接線の交わる点の値とし
た。 Ｍｙ：アンカーボルトの引張試験による降伏荷重を用い
た計算降伏曲げモーメント ｄＭｙ：アンカーボルトの基準強度による降伏荷重を用
いた設計降伏曲げモーメント ｅＭｕ：実験最大曲げモーメント、柱フランジが反力梁
に接触する直前の値とした。 Ｍｕ：計算最大曲げモーメントで、Ｍｙのアンカーボル
ト降伏荷重を最大荷重に置き換えた値

【００２６】本発明による柱脚は計算値に近い低い回転
剛性を持っている。また、繰り返し荷重に対しても安定
した性状を示し、強度的にも問題がない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の露出型柱
脚の固定部によれば、簡便な構造で柱脚の回転剛性を小
さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る露出型柱脚の
固定部を示す断面図である。

【図２】図１の要部の拡大断面図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係る露出型柱脚の
固定部を示す断面図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係る露出型柱脚の
固定部の要部を示す断面図である。

【図５】鋼製支持金物の例を示す断面図である。

【図６】同じく、鋼製支持金物の例を示す断面図であ
る。

【図７】同じく、鋼製支持金物の例を示す断面図であ
る。

【図８】同じく、鋼製支持金物の例を示す断面図であ
る。

【図９】同じく、鋼製支持金物の例を示す断面図であ
る。

【図１０】同じく、鋼製支持金物の例を示す断面図であ
る。

【図１１】同じく、鋼製支持金物の例を示す断面図であ
る。

【図１２】試験体を示す正面図である。

【図１３】試験体および試験装置を示す正面図である。

【図１４】試験方法を説明するための図である。

【図１５】図２の鋼製支持金物を用いた試験体の曲げモ
ーメントと回転角との関係を示す図である。

【図１６】図５の鋼製支持金物を用いた試験体の曲げモ
ーメントと回転角との関係を示す図である。

【符号の説明】

１…柱脚、 １ａ…ウェブ、 １ｂ…フランジ、 ２…基礎、 ３…アンカーボルト、 ４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，１４，１４Ａ，１４Ｂ，
２４…鋼製支持金物（支持部材）、 ５，５Ａ…ベースプレート、 ６…ワッシャー、 ７…ナット、 ８…高力ボルト、 ２０…円弧面、 ２１…傾斜面

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2D046 AA14 2E125 AA04 AA48 AB01 AB11 AC15 AG03 AG12 AG43 AG57 BB01 BD01 BE04 BF04 CA04

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェブの両端部にフランジを有する柱脚
   のベースプレートが基礎に埋設されたアンカーボルトに
   より前記基礎に固定されて成る露出型柱脚の固定部であ
   って、 前記アンカーボルトは前記柱脚の両フランジ間に配置さ
   れるとともに、支持部材が該アンカーボルトに挿入され
   前記柱脚の前記ベースプレートと前記基礎との間に介在
   されていることを特徴とする露出型柱脚の固定部。
2. 【請求項２】 前記支持部材は、上面および／または下
   面のアンカーボルト群図心の外側に傾斜面または円弧面
   を有していることを特徴とする請求項１に記載の露出型
   柱脚の固定部。