JP2005113481A - 免震柱脚構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンクリート基礎に対する鉄骨柱等の柱脚構造を、従来の積層ゴム式免震装置のような高価な部品を新たに使用することなく、安価で、高強度で、かつ、耐用年数の長い免震機能を持たせる。
【解決手段】 コンクリート基礎１の上側に柱２のベースプレート４を水平方向滑動可能に載置し、ばね鋼製の複数の線材３８を棒状に束ねてなるアンカー部材２７を、コンクリート基礎１内のアンカーフレーム１０に連結すると共に撓み可能にコンクリート基礎から上方に突出させ、アンカー部材２７の上端部を、アンカー部材２７の弾性力に抗してベースプレート４と一体的に移動可能にベースプレート４に連結する。ばね鋼線材３８としては、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス鋼線等が含まれる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コンクリート基礎の上に鉄骨柱又は鉄筋コンクリート柱等の柱の底部を結合する柱脚構造に関し、特に免震機構を備えた柱脚構造に関する。

コンクリート基礎の上に柱を設置する柱脚構造において、従来、耐震構造を持たせるために、コンクリート基礎に埋め込まれたアンカー鉄筋を上方に突出させ、該アンカー鉄筋の上端部を柱のベースプレートにボルト等で結合した構造が一般に採用されている（特許文献１等）。

前記のように剛直にコンクリート基礎に柱を結合する構造に対して、昨今では、地震等による倒壊をより効果的に防ぐために免震機構を備えた柱脚構造が多く採用されてきており、コンクリート基礎の上に振動を減衰するための特別の免震装置を設置し、該免震装置の上に柱の底部を設置してある。免震装置としては、たとえば、鉛柱と積層ゴムを組み合せ、ゴムの弾性を利用して振動を吸収する構成（特許文献２等）あるいはシリンダ及びピストン等からなる減衰器を利用した構成（特許文献３等）がある。
特開平９−３１０３５３号公報 特開２００２−３７１７２３号公報 特開２００３−１７６６４０号公報

柱底部とコンクリート基礎の間に、積層ゴムを利用した免震装置を配置する場合には、耐用年数の長い高価なゴム材料を使用する必要があるが、コスト高の要因になると共に、耐用年数にも限界があり、メンテナンスにも手間がかかる。シリンダ及びピストンからなる減衰器等を利用した免震装置を新たに設置する場合にも、部品コストが高くなると共に、メンテナンスにも手間がかかる。

本発明の目的は、コンクリート基礎に柱底部を結合するためのアンカー部材を工夫することにより、従来の積層ゴム式免震装置のような高価な部品を新たに使用することなく、安価で、高強度で、かつ、耐用年数の長い免震機能を持たせるようにすることである。

上記課題を解決するために本願請求項１記載の免震柱脚構造は、コンクリート基礎の上に柱底部を水平方向滑動可能に載置し、ばね鋼製の複数の線材を束ねてなるアンカー部材を、コンクリート基礎内のアンカーフレームに連結すると共に撓み可能にコンクリート基礎から上方に突出させ、アンカー部材の上端部を、アンカー部材の弾性力に抗して柱と一体的に水平方向移動可能に柱底部に連結してある。ばね鋼線材としては、ピアノ線、硬鋼線、ステンレス鋼線又はオイルテンパー線等、ばね性能を高めたものが利用される。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の免震柱脚構造において、相対的に滑動可能に重ねた上下一対の滑り支承部材を、コンクリート基礎の上面と柱底部との間に介在させ、上側滑り支承部材を柱底部に、下側滑り支承部材をコンクリート基礎に固着し、両滑り支承部材には、前記アンカー部材が撓み可能に挿通される空間を形成してある。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の免震柱脚構造において、円錐面を有する締付金具の挿通孔にアンカー部材の上端部を挿通してナットにより締結し、柱底部には円錐受面を有する受け台を設け、締付金具の円錐面を前記受け台の円錐受面に当接し、アンカー部材のナットを締め付けることにより前記円錐面を円錐受面に押し付けてある。

（１）コンクリート基礎に柱底部を連結するアンカー部材として、複数のばね鋼製線材を束ねた部材を用い、該アンカー部材の弾性を利用して柱に免震機能を付与しているので、従来のように積層ゴム等を内蔵した特別の免震装置が不要となり、免震機能を備えるための部品コストが安くなると共に、柱施工時の工期も短くなる。

（２）複数のばね鋼製線材を束ねてアンカー部材としているので、振動により柱の移動と共にアンカー部材が撓んだ場合、単一の棒材等を利用する場合に比べて、荷重が各線材に分散することにより、アンカー部材全体として無理なく変形し（撓み）、強度を高めることができると共に、大きな振動に対して十分な免震機能を発揮できる。

（３）相対的に滑動可能に重ねた上下一対の滑り支承部材により、コンクリート基礎と柱底部との間を滑り支承していると、簡素な構造で高い耐圧性を維持でき、施工作業も簡単である。また、撓み可能なアンカー部材の撓み空間を簡単に確保することもできる。

（４）アンカー部材の上端部に連結した締付金具の円錐面とベースプレート等の柱底部に設けた受け台の円錐受面とのテーパー嵌合により、アンカー部材と柱底部を連結していると、アンカー部材を締付金具に締結することにより、柱載置位置に多少の誤差があっても、ナット締付時に自動的に位置修正できる。

（５）締付金具に複数の挿通孔を形成して、各挿通孔にそれぞれアンカー部材の線材を挿通すると、アンカー部材と締付金具との間で高い結合強度を得ることができる。

[柱脚の全体構造]
図１は、コンクリート基礎１の上に建築物の鉄骨柱２を設置する柱脚構造に本発明を適用した例であり、鉄骨柱２の下端には裏当て金３等を介してベースプレート４が溶接されている。コンリート基礎１は、捨てコンクリート５上に地中梁（図示せず）と一体にコンクリート成形されており、成形後は地中に埋め戻される。コンクリート基礎１の上面にはモルタル層（後詰めモルタル層）７が形成され、該モルタル層７の上側には上下一対の厚い鉄板製の滑り支承部材１０、１１を介してベースプレート４が載置されている。

上下の滑り支承部材１０、１１は相対的に水平方向滑動可能に重ねられており、下側の滑りプレート１１はボルト（図１では中心線で表示）１３によりコンクリート基礎１の上側にモルタル層７を介して固着され、上側滑り支承部材１０は溶接により柱鉄骨２のベースプレート４に固着されている。

各滑り支承部材１０、１１には、それぞれ上下に対応する位置に複数のアンカー部材挿通空間１５、１６が形成されており、上側滑り支承部材１０のアンカー部材挿通空間１５は下方に行くに従いテーパー状に拡張し、下側滑り支承部材１１のアンカー部材挿通空間１６は上方に行くに従いテーパー状に拡張している。

コンリート基礎１内には、捨てコンクリート５上に固定されたアンカーフレーム２０が埋め込まれており、アンカーフレーム２０は、４本あるいはそれ以上の脚部材２１と、該脚部材２１の上端部に井桁状に溶接された複数本の水平部材２２等から構成されており、水平部材２２には定着金具２５を介して複数束のアンカー部材（線材結束体）２７が固着されると共に、該アンカー部材２７を収納するアンカー部材保護管２６が固着されている。

アンカー部材２７及び保護管２６はコンクリート基礎１内を略垂直上方に延び、保護管２６はモルタル層７の上端まで至り、アンカー部材２７は保護管２６の上端開口からさらに上方に延び、下側滑り支承部材１１の挿通空間１６、上側滑り支承部材１０の挿通空間１５、ベースプレート４の挿通孔３０及び受け台３２の挿通孔を通過してベースプレート４の上方に突出し、締付金具３１に連結されている。締付金具３１はベースプレート４に溶接された前記受け台３２に当接し、ベースプレート４を下方に押え付けている。

コンクリート基礎１の外周面には、複数の付着鉄筋３５を突設した補強鉄板３６が貼り付けられており、これによりコンクリート基礎１の強度を高めると共に、コンクリート基礎１のコンパクト化を図っている。

[免震に関する詳細構造］
図２はアンカー部材２７の上部付近の拡大縦断面図であり、地震等によりコンクリート基礎１に対して鉄骨柱２が一定水平距離Ｌ１だけ相対的に滑った時の状態を示している。

この図２において、前記下側滑り支承部材１１を固定するボルト１３は、コンクリート基礎１の上端部にラッパ状のボス１７を介して上方突出状に植設されており、上端部に螺着したナット１４により下側滑り支承部材１１を固定している。上側滑り支承部材１０の下端面と、下側滑り支承部材１１の上端面には、たとえばオイルレスメタルプレート又はテフロン（登録商標）加工プレート等の摩擦係数の小さい滑りプレート４０、４１がそれぞれ貼り付けられており、上側の滑りプレート４０は上側滑り支承部材１０の下端面よりも少し下方に張り出し、下側の滑りプレート４１は下側滑り支承部材１１の上端面よりも少し上方に張り出し、両滑りプレート４０、４１同志が滑り可能に接触している。また、上側の滑りプレート４０はアンカー延び吸収用のゴム板４２を介して上側滑り支承部材１０に貼り付けられており、上記ゴム板４２の圧縮により、ベースプレート４の急激な移動時におけるアンカー部材２７への衝撃を吸収するようになっている。

アンカー部材２７は、複数（たとえば数本〜数十本）のばね鋼製の線材３８を複数の拘束金物３９あるいは帯鋼により束ね、棒状に構成したものであり、自然状態ではばね鋼の復元力により図１のように垂直な直線状に維持されており、所定以上の横荷重（水平荷重）に対しては線材３８自体の弾性変形範囲内で図２のように撓み、横荷重を除くことにより元の直線状態に復元するようになっている。拘束金物３９はアンカー部材２７の長さ方向に間隔をおいて複数個配設されている。

アンカー部材２７のばね鋼製線材３８としては、たとえばピアノ線、硬鋼線、ステンレス鋼線、オイルテンパー線等が含まれ、好ましくは冷間加工及び熱処理によってばね性能を高めたもの等が用いられ、線材３８の弾性力はその弾性変形能によるもので、負荷が除去された時に一切の永久変形または塑性変形を示すことなしに、たとえば図２のＬ１より大きな一定の範囲内で負荷を与えることができるものである。

締付金具３１は上端面が部分球面状に形成されると共に、下面部分には円錐面３１ａが形成されており、該円錐面３１ａは前記受け台３２に形成された円錐受面３２ａに当接し、テーパー嵌合している。締付金具３１内には図３に示すように線材３８の数に対応した数の線材挿通孔３３が形成されており、各線材挿通孔３３に、図２に示すように各線材３８が挿通されている。各線材挿通孔３３は上方に行くにしたがい互いに離れるように分散しており、各線材３８の上端部は線材挿通孔３３から上方に突出すると共にそれぞれナット３４が螺着されている。各ナット３４を締め付けることにより、円錐面３１ａを円錐受面３２ａに圧接し、それによりベースプレート４を滑り支承部材１０、１１を介してコンクリート基礎１の上面に押付固定するようになっている。

保護管２６とアンカー部材２７の間にはグリース４３が充填されている。

図１に戻り、アンカー部材２７の下端も、前記上端の締付金具３１と同様に、定着金具２５に形成された線材挿通孔に各線材３８を挿通し、それぞれナットにより固定してあり、定着金具２５自体は溶接によりアンカーフレーム２０の水平部材２２に固着されている。

[柱脚工法の例]
図１〜図３に示す柱脚を構築するための工法の一例を説明する。
（１）図１において、コンクリート基礎１のコンクリート成形前に、アンカーフレーム２０を設置しておき、該アンカーフレーム２０にアンカー部材保護管２６を固着し、該保護管２６内に挿通されたアンカー部材２７の下端部を、アンカーフレーム２０の定着金具２５に締結しておく。

（２）付着鉄筋３５を有する補強鉄板３６を型枠代わりに組み立て、補強鉄板３６内にコンクリートを流し込むことにより、地中梁（図示せず）と一体にコンクリート基礎１を成形する。

（３）コンクリート基礎１の上端面（天端面）の略中央に、鏡餅形状の中央モルタル層７ａを形成する。そして、中央モルタル層７ａの上側に滑り支承部材１０、１１を載せると共に、各アンカー部材２７の上端部を各空間１６、１５に挿通して上方に突出させる。

（４）次に、鉄骨柱２をたとえばクレーン等で吊り下げ、ベースプレート４の各挿通孔３０にアンカー部材２７を挿通させると共に、図２のように各線材３８を締付金具３１の線材挿通孔３３に挿通し、それぞれナット３４を螺着する。

（５）各鉄骨柱２に地上梁を組み付け、鉄骨柱２の垂直度及び梁鉄骨の水平度を調節し、ナット３４をきつく固定する。この時、締付金具３１の円錐面３１ａを受け台３２の円錐受面３２ａに圧接するので、鉄骨柱２の載置位置に多少の誤差があっても、テーパー嵌合によるガイド作用により、鉄骨柱２を所定の位置に正確に固定できる。

（６）上記調節後、コンクリート基礎１と下側滑り支承部材１１の隙間に無収縮モルタルを充填し、モルタル層７を完成させる。

[作用]
通常、図１のようにアンカー部材２７は自らの弾性復元力により直線状態（直立状態）となっており、アンカー鉄筋と同様の役割を果たしている。地震等により相対的にコンクリート基礎１に対して鉄骨柱２に荷重がかかると、鉄骨柱２及び上側滑り支承部材１０は、アンカー部材２７の弾性力に抗し、コンクリート基礎１及び下側滑り支承部材１１に対して相対的に水平方向に移動する。アンカー部材２７は複数のばね鋼製線材３８を互いに並行状態に結束してあるので、前記横荷重による線材３８の撓みは、図２に示すように緩やかなＳ字形となり、全線材３８の撓み量は略同程度となり、各線材３８に生じる張力は略同じ大きなとなる。

アンカー部材２７は、ベースプレート４がいずれの方角に移動知る場合でも、それに応じて前記のように撓み可能であり、コンクリート基礎１に対する鉄骨柱２の連結状態を維持しつつ、鉄骨柱２の倒壊を防ぐ。

横荷重が除かれると、アンカー部材２７の弾性復元力により、図１のように鉄骨柱２はコンクリート基礎１に対して正常な位置に復帰する。

[その他の実施の形態]
前記実施の形態は、鉄骨柱の柱脚構造を説明したが、鉄筋コンクリート柱あるいは鉄骨鉄筋コンクリート柱等の柱脚構造に適用することも可能である。

本発明を適用した鉄骨柱の柱脚部分の縦断面図である。 図１の矢印II部分の拡大図である。 締付金具の平面図である。

符号の説明

１ コンクリート基礎
２ 柱鉄骨
４ ベースプレート
１０、１１ 滑り支承部材
１５、１６ アンカー部材挿通用空間
２０ アンカーフレーム
２７ アンカー部材
３１ 締付金具
３８ ばね鋼線材
３９ 拘束金具

Claims (4)

1. コンクリート基礎の上に柱を水平方向滑動可能に載置し、ばね鋼製の複数の線材を束ねてなるアンカー部材を、コンクリート基礎内のアンカーフレームに連結すると共に撓み可能にコンクリート基礎から上方に突出させ、アンカー部材の上端部を、アンカー部材の弾性力に抗して柱と一体的に水平方向移動可能に柱底部に連結してあることを特徴とする免震柱脚構造。
2. 相対的に滑り可能に重ねた上下一対の滑り支承部材を、コンクリート基礎の上面と柱底部との間に介在させ、上側滑り支承部材を柱底部に、下側滑り支承部材をコンクリート基礎に固着し、両滑り支承部材には、前記アンカー部材が撓み可能に挿通される空間を形成してあることを特徴とする請求項１記載の免震柱脚構造。
3. 円錐面を有する締付金具の挿通孔にアンカー部材の上端部を挿通し、柱底部には円錐受面を有する受け台を設け、締付金具の円錐面を受け台の円錐受面に当接し、アンカー部材の上端部に螺着したナットを締め付けることにより、前記円錐面を円錐受面に押し付けていることを特徴とする請求項１又は２記載の免震柱脚構造。
4. 前記締付金具の挿通孔は、アンカー部材の各線材に対応して複数形成され、各挿通孔にそれぞれアンカー部材の線材を挿通してあることを特徴とする請求項３記載の免震柱脚構造。
   

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