JP2011032724A - 柱脚構造 - Google Patents

Abstract

【課題】柱脚金物の軽量化を図ることができると共に、自身の大型化や高額化を防止することができる柱脚構造を提供する。
【解決手段】第１コンクリート２８中に埋設されたアンカーボルト２６の第１コンクリート２８上に突出した突出部に、柱部材２２の下端部に接合された柱脚金物２４を固定する柱脚構造２０において、前記柱脚金物２４をアンカーボルト２６に接合する接合金物４０の上面より突出したアンカーボルト２６の余長部に近接して設けられた水平力負担部材３０と、前記第１コンクリート２８上に形成され、少なくとも前記水平力負担部材３０よりも高い位置に上面を有する第２コンクリート３２とを備えた。
【効果】柱脚金物の軽量化を図ることができると共に、自身の大型化や高額化を防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、建築構造物における柱部材の下端部に接合された柱脚金物を、アンカーボルトの上端部とナットのネジ結合により、基礎コンクリート上に固定する柱脚構造に関するものである。

図９は、従来の柱脚構造２を示す側面図である。この従来の柱脚構造２は、その鉄骨柱４の下端面に溶接により接合される平板状の柱脚金物６を備えている。この柱脚金物６は、基礎コンクリート１０の上面に設けられるモルタル層１２上に載置されている。

基礎コンクリート１０中からモルタル層１２の上面よりも上方に突出するアンカーボルト１４の上端ネジ部が、柱脚金物６に形成されたボルト用孔８を貫通して、ナット部材１６とネジ結合することにより柱脚金物６が固定されるようになっている。このような従来の柱脚構造２に類する柱脚構造としては、例えば、特許文献１に記載されているようなものがある。

上記した従来の柱脚構造２の鉄骨柱４に対して、例えば地震等により、図９に示すような、柱脚金物６との接合部の周りに反時計回り方向に、曲げモーメントＭを発生させる荷重が作用した場合には、この曲げモーメントＭは、柱脚金物６における図中右端部を浮き上がらせるように作用する。

これに対して、上記ナット部材１６とのネジ結合により、柱脚金物６における図中右端部を固定するアンカーボルト１４には、図１０に示すように、このような浮き上がりを防ぐための反力として引張荷重Ｐを生じる。

このため、図９に示す柱脚金物６の厚さｔが十分な厚さを有していない場合には、図１０に示すように、柱脚金物６における、上記した引張り荷重Ｐを受けるアンカーボルト側の鉄骨柱４との接合部分、及びその近傍部分が浮き上がって一時的に変形したり、曲げモーメントＭが除去された後も塑性変形として残ってしまうおそれがあるので、このような事態を防ぐために、柱脚金物６の厚さｔが十分な厚さに設定されていた。

特許第４００６５０３号公報

しかしながら、上記従来の柱脚構造２においては、その柱脚金物６において、上記したような塑性変形等を生じないようにするために、その厚さｔが十分厚い厚さに設定されることにより、柱脚金物６が重量化してしまうと共に、その材料費や運搬費の高額化を招いてしまうという問題があった。

また、曲げモーメントＭに対抗して引張り荷重Ｐを増大させるために大きな径のアンカーボルトを採用した場合には、対応したナットも大きくなるばかりでなく、柱脚金物の厚さｔも大きくする必要があるため、柱脚構造２の大型化や高額化を招いてしまう。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、柱脚金物の軽量化を図ることができると共に、自身の大型化や高額化を防止することができる柱脚構造を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明による柱脚構造は、
第１コンクリート中に埋設されたアンカーボルトの第１コンクリート上に突出した突出部に、柱部材の下端部に接合された柱脚金物を固定する柱脚構造において、
前記柱脚金物をアンカーボルトに接合する接合金物の上面より突出したアンカーボルトの余長部に近接して設けられた水平力負担部材と、
前記第１コンクリート上に形成され、少なくとも前記水平力負担部材よりも高い位置に上面を有する第２コンクリートを備えたことを特徴とするものである。

また、本発明による柱脚構造は、
前記余長部の上端部に、この余長部の径より大きな径を有する拡径部材が固定されていることを特徴とするものである。

このような本発明の柱脚構造によれば、
第１コンクリート中に埋設されたアンカーボルトの第１コンクリート上に突出した突出部に、柱部材の下端部に接合された柱脚金物を固定する柱脚構造において、
前記柱脚金物をアンカーボルトに接合する接合金物の上面より突出したアンカーボルトの余長部に近接して設けられた水平力負担部材と、
前記第１コンクリート上に形成され、少なくとも前記水平力負担部材よりも高い位置に上面を有する第２コンクリートを備えたことにより、
柱脚金物の軽量化を図ることができると共に、柱脚構造の大型化や高額化を防止することができる。

また、本発明の柱脚構造によれば、
前記余長部の上端部に、この余長部の径より大きな径を有する拡径部材が固定されていることにより、
前記拡径部材と前記第２コンクリートとの間に作用する力によって、前記第１コンクリートと前記第２コンクリートとの定着力を向上させることができる。

本発明の一実施の形態に係る柱脚構造２０を示す側面図である。 図１における柱脚構造２０のＡ−Ａ線矢視断面図である。 柱脚構造２０の設置作業の手順を示す側面図である。 柱脚構造２０の設置作業の手順を示す側面図である。 柱脚構造２０の設置作業の手順を示す側面図である。 図１に示す柱脚構造２０のほぼ右側半分における要部を拡大して示す要部拡大図である。 本発明の一実施の形態に係る柱脚構造２０とは別の実施の形態に係る柱脚構造に用いられる、一対の棒部材からなる水平力負担部材５０を示す図であって、本図中の（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその側面図である。 本発明の一実施の形態に係る柱脚構造２０とは別の実施の形態に係る柱脚構造に用いられる、やはり一対の棒部材からなる水平力負担部材６０を示す図であって、本図中の（ａ）はその平面図であり、（ｂ）はその側面図である。 従来の柱脚構造２を示す側面図である。 従来の柱脚構造２の問題点を示す側面図である。

以下、本発明に係る柱脚構造の一実施の形態に係る柱脚構造２０について、図１から図６に基づいて具体的に説明する。

本実施の形態に係る柱脚構造２０は、図１及び図２に示すように、鉄骨柱２２（柱部材）の下端部に溶接により接合された平板状の柱脚金物２４を、８本のアンカーボルト２６を用いて、基礎コンクリート２８（第１コンクリート）上に固定するようにした構造である。そして、柱脚構造２０は、一対の棒部材４４，４６からなる水平力負担部材３０、及び被覆コンクリート３２（第２コンクリート）を備えている。

柱脚構造２０の柱脚金物２４は、平面形状が略正方形である板状に形成されている。柱脚金物２４の上面には、断面形状が略正方形である角筒状の鉄骨柱２２の下端面が、上記したように溶接により接合されている。柱脚金物２４は、基礎コンクリート２８の上面から、後述するモルタル部材１００の高さ分だけ上側に離れて水平に配置されている。

また、基礎コンクリート２８内には、その上下方向に伸びるように４本の主筋３４が配置されると共に、これら４本の主筋３４を水平に囲むように、かつ互いに上下方向に離れて並ぶ複数の帯筋３６が無端状に設けられている。

また、基礎コンクリート２８内には、計８本のアンカーボルト２６がそれぞれ上下方向に伸びるように配置されている。この８本のアンカーボルト２６のそれぞれは、その上端部（突出部に相当）が基礎コンクリート２８の上面から突出するように、この上端部以外の長さ部分が基礎コンクリート２８内に埋設されている。この８本のアンカーボルト２６のそれぞれの上端部にはオネジ部が形成されている。

また、８本のアンカーボルト２６は、図２に示すように、これら８本のうちの２本ずつのそれぞれが、柱脚金物２４における四辺のそれぞれの内側の位置に、この四辺それぞれの長さ方向に沿うように離れて並んで配置されている。これにより、８本のアンカーボルト２６は、その上端部が鉄骨柱２２の下端部を囲むように、水平方向に間隔を置いて並んで配置されている。

柱脚金物２４には、図１に示すように、この８本のアンカーボルト２６のそれぞれに対応する位置に、その厚さ方向に貫通するボルト用孔３８が形成されている。柱脚金物２４は、そのボルト用孔３８のそれぞれにアンカーボルト２６を貫通させた状態で、このアンカーボルト２６の上端部のオネジ部に、第１ナット部材４０（接合金物）が柱脚金物２４の上面に接触するまでねじ込まれて堅くネジ結合することにより、基礎コンクリート２８上にモルタル部材１００を介して固定されるようになっている。

また、アンカーボルト２６は、オネジ部が形成されたその上端部に、第１ナット部材４０の上面からアンカーボルト２６の上端までの長さの余長部２６ａを有し、この余長部２６ａの上端部には第２ナット部材４２（拡径部材）がネジ結合されている。このとき、第２ナット部材４２はその高さ全体が余長部２６ａにネジ結合されていることが望ましい。

一方、水平力負担部材３０は、図１及び図２に示すように、互いに対称に形成され、互いに開口側が対向して組み合わされることにより、略八角形の平面形状を形成するようになる一対の棒部材４４，４６から構成されている。この一対の棒部材４４，４６は、互いに対向する両端部のそれぞれの一定長さ部分同士が、互いに高さ方向に段違いに重なり合うように配置されている。棒部材４４，４６の素材としては、例えば、鉄筋等を用いることができる。

水平力負担部材３０の棒部材４４，４６のそれぞれは、図１に示すように、アンカーボルト２６の余長部２６ａの周りに水平に配置され、図２に示すように、その略八角形の平面形状が、８本のアンカーボルト２６全部を囲むように配置されている。

ところで、水平力負担部材３０の棒部材４４，４６のそれぞれは、８本のアンカーボルト２６の余長部２６ａのそれぞれ、若しくはいずれかに接触するように配置されてもよいし、或は、余長部２６ａのいずれにも接触しないように配置されてもよい。

図１に示すように、基礎コンクリート２８上には被覆コンクリート３２が所定の高さに形成されている。被覆コンクリート３２は、基礎コンクリート２８上に形成され、アンカーボルト２６の余長部２６ａを有する上端部よりも高い上面を有するよう形成されることにより、鉄骨柱２２の下端部、柱脚金物２４、アンカーボルト２６の余長部２６ａ、水平力負担部材３０、第１ナット部材４０、及び第２ナット部材４２等の各部材を埋設するようになっている。

次に、柱脚構造２０の設置作業の手順について説明する。
柱脚構造２０を設置するには、まず、図３に示すように、基礎コンクリート２８及び８本のアンカーボルト２６の設置を行なう。

すなわち、主筋３４や帯筋３６等を配筋すると共に、８本のアンカーボルト２６を不図示の架台により支持して所定の位置に設置した後、これらを埋設するように、不図示の型枠部材内に生コンクリートを充填して固化させることにより、基礎コンクリート２８及び８本のアンカーボルト２６を設置する。

次に、基礎コンクリート２８を一定期間養生させて十分固化させた後、図３に示すように、その基礎コンクリート２８の上面上に、柱脚金物２４の高さや角度調整用のモルタル部材１００を載置する。

そして、図４に示すように、柱脚構造２０の設置現場に搬入される前段階の接合作業により既に一体化された状態の鉄骨柱２２と柱脚金物２４を、この柱脚金物２４のボルト用孔３８に、アンカーボルト２６の上端部を貫通させながら、完全に固化する手前のモルタル部材１００上に載置する。

モルタル部材１００上において、鉄骨柱２２と柱脚金物２４の高さ調整及び角度調節等を行なった後、アンカーボルト２６上端部の余長部２６ａ下側のオネジ部に、第１ナット部材４０をネジ結合することにより、鉄骨柱２２と柱脚金物２４をモルタル部材１００上に固定する。

次に、図５に示すように、アンカーボルト２６の余長部２６ａの上端部に、第２ナット部材４２をネジ結合して取り付けた後、水平力負担部材３０を設置する。水平力負担部材３０は、その一対の棒部材４４，４６のそれぞれを、前述したような所定の位置に配置した後、不図示の針金等により、一対の棒部材４４，４６のそれぞれをアンカーボルト２６や第２ナット部材４２等に縛り付けて固定する。

また、このような一対の棒部材４４，４６の固定作業の際には、それを構成する一対の棒部材４４，４６における互いに対応する端部同士の、高さ方向に互いに重なり合う長さ部分同士を、不図示の針金等により縛って互いに連結した状態で上記のように固定することが好ましい。

また、水平力負担部材３０の棒部材４４，４６は、針金等によりアンカーボルト２６や第２ナット部材４２等に縛り付けるようにする代わりに、基礎コンクリート２８上または柱脚金物２４上に載置する、不図示の支持部材等の上に載置して固定することにより、所定の高さに設置されるようにしてもよい。

第２ナット部材４２及び水平力負担部材３０の設置まで済んだら、基礎コンクリート２８の外周面に沿って上方に伸びる不図示の型枠部材内に生コンクリートを打設し、時間をかけて固化させることにより、図１に示すように、被覆コンクリート３２を形成する。

次に、図６に基づいて、このような本実施の形態に係る柱脚構造２０の作用や効果について説明する。
図６は、図１に示す柱脚構造２０のほぼ右側半分のうち、柱脚金物２４の図中右側部を含む要部を拡大して示す要部拡大図である。また、アンカーボルト２６は、説明の便宜上、図中右側の１本だけを図示して説明するものとする。

柱脚構造２０は、上述したとおり、そのアンカーボルト２６の上端部が、第１ナット部材４０の上面から突出して伸びる余長部２６ａを有し、この余長部２６ａの長さ部分に近接して設けられる水平力負担部材３０を有すると共に、これらを埋設するように被覆コンクリート３２が形成されている。

このため、柱脚構造２０に曲げモーメントＭが作用しても、後述するような、圧縮力に対する反力として作用する圧縮束（あっしゅくつか）としての荷重Ｆ（以下、単に圧縮束Ｆと呼ぶ）が生じるので、柱脚金物２４に曲げモーメントが生じても、この圧縮束Ｆによりアンカーボルト２６から柱脚金物２４に伝達される引張力が減少する。

このように、アンカーボルト２６から柱脚金物２４に伝達される引張力が減少すると、鉄骨柱２２からアンカーボルト２６に伝達される曲げモーメントも減少させることができるため、従来のように柱脚金物２４の厚さを厚くする必要がなくなるので、柱脚金物２４を薄型化してその軽量化を図ることができる。

すなわち、鉄骨柱２２に、図６に示すような、反時計回り方向の曲げモーメントＭを生ずるような荷重が作用した場合には、柱脚金物２４を介してアンカーボルト２６に発生する引張り荷重Ｐのうちの、余長部２６ａに発生する荷重Ｐ２と、水平力負担部材３０の棒部材４４に水平方向に発生する引張り力Ｒ（以下、水平力Ｒと呼ぶ）のそれぞれを分力とする、鉄骨柱２２と柱脚金物２４との接合部分と、棒部材４４と余長部２６ａの近接部との間にわたって存在する被覆コンクリート３２内に、合力としての圧縮束Ｆが図示するような対角線に沿って生じる。

このため、柱脚構造２０は、上記曲げモーメントＭが作用したときに、圧縮束Ｆが、鉄骨柱２２と柱脚金物２４との接合部分を押圧する作用をすることにより、上述したように、アンカーボルト２６から柱脚金物２４に伝達される引張力が減少して、鉄骨柱２２からアンカーボルト２６に伝達される曲げモーメントを減少させることができるため、柱脚金物２４の厚さを従来よりも薄くすることが可能となる。

また、図６に示すような、反時計回り方向の曲げモーメントＭを生ずるような荷重が鉄骨柱２２に作用した場合には、アンカーボルト２６に発生する引張り荷重Ｐのうちの荷重Ｐ１により、柱脚金物２４を固定するようになっている。このときの荷重Ｐ１は、上記のように、鉄骨柱２２からアンカーボルト２６に伝達される曲げモーメントが減少することにより、従来のアンカーボルト２６に発生する引張り荷重よりも小さくすることができる。

一方、仮に、被覆コンクリート３２及び水平力負担部材３０が設置されないとしたら、被覆コンクリート３２そのものはコンクリート製であるため、コンクリートは圧縮荷重に対する耐力は大きいが、引張り荷重に対する耐力が小さいので、上記曲げモーメントＭが作用したときに、被覆コンクリート３２内に発生する水平力Ｒに耐えられず、鉄骨柱２２とアンカーボルト２６の余長部２６ａとの間の被覆コンクリート３２にひび割れを生じるおそれがある。このように被覆コンクリート３２にひび割れを生じると、従来のように、柱脚金物２４に大きな曲げモーメントが作用して、柱脚金物２４が塑性変形してしまう。

ところが本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、鉄骨柱２２とアンカーボルト２６の余長部２６ａとの間に水平力負担部材３０が設置されているため、上記曲げモーメントＭが作用したときには、この水平力負担部材３０が、鉄骨柱２２とアンカーボルト２６の余長部２６ａとの間に発生する水平力Ｒの大部分を負担（水平力Ｒに低抗）できるので、鉄骨柱２２とアンカーボルト２６の余長部２６ａとの間の被覆コンクリート３２にひび割れが生じることを、防止できるようになっている。

このとき、もしアンカーボルト２６の余長部２６ａと水平力負担部材３０の棒部材４４が離れていても（直接接触していなくとも）、両者の間に被覆コンクリート３２が介在されているので、その被覆コンクリート３２を介して水平力負担部材３０は、その機能を発揮することができるようになっている。

そして、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、鉄骨柱２２や柱脚金物２４と基礎コンクリート２８及び被覆コンクリート３２の外周面が比較的近い位置にあるため、上記のような位置の被覆コンクリート３２にひび割れが生じ易い状況にあるが、柱脚構造２０においては上記水平力負担部材３０が設置されているので、上記のようなひび割れの発生を防止することができる。

他方、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、アンカーボルト２６の余長部２６ａの上端部に第２ナット部材４２（拡径部材）が固定されていることにより、アンカーボルト２６に引張り荷重Ｐが発生したときに、第２ナット部材４２の下面が被覆コンクリート３２の段差上面に引っ掛かるため、そのときに被覆コンクリート３２に作用する下向きの荷重Ｐ２が定着力として作用するので、基礎コンクリート２８と被覆コンクリート３２との定着力を確実に向上させることができる。

また、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、アンカーボルト２６の余長部２６ａの上端部にネジ結合する拡径部材として、第２ナット部材４２が用いられているので、アンカーボルト２６の余長部２６ａに拡径部材としての第２ナット部材４２を簡単に固定することができる。

このような本実施の形態に係る柱脚構造２０によれば、水平力負担部材３０を設置したことにより柱脚金物２４に作用する引張力が減少するため、柱脚金物２４を小さく（薄く）することができる。

このため、本実施の形態に係る柱脚構造２０によれば、柱脚金物２４の軽量化を図ることができると共に、柱脚構造２０の大型化や高額化を防止することができる。

なお、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、その水平力負担部材３０を構成する棒部材４４，４６の素材として、鉄筋が用いられていたが、鉄筋の代わりに、丸鋼、平鋼、形鋼、炭素繊維材などを用いるようにしてもよい。

また、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、その水平力負担部材３０が、互いに組み合わされることにより略八角形の平面形状を形成するようになる２本の棒部材４４，４６で構成されていたが、このような水平力負担部材３０の代わりに、図７に示すように、互いに組み合わされることにより略四角形の平面形状を形成するようになる２本の棒部材５４，５６で構成される水平力負担部材５０を用いるようにしてもよい。

或いは、本実施の形態に係る柱脚構造２０の水平力負担部材３０の代わりに、図８に示すように、略Ｌ字型の２本の棒部材６４，６６で構成され、この２本の棒部材６４，６６のそれぞれのＬ字の縦辺と横辺同士が、それらの長さ中間位置間で互いに交差するように配置される水平力負担部材６０を用いるようにしてもよい。

或いは、図示しないが、本実施の形態に係る柱脚構造２０の水平力負担部材３０の代わりに、略円環形状、又は略角環形状に形成される単一体の水平力負担部材を用いるようにしてもよい。

また、上記した水平力負担部材５０，６０、又は不図示の略円環形状若しくは角環形状に形成される単一体の水平力負担部材を用いる場合においては、これらの水平力負担部材は、８本のアンカーボルト２６の余長部２６ａを水平に囲むようになってさえいれば、任意の大きさで形成することができる。

また、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、アンカーボルト２６の余長部２６ａの上端部に第２ナット部材４２が取り付けられていたが、第２ナット部材４２を取り付けないようにしてもよい。アンカーボルト２６の余長部２６ａと、水平力負担部材３０と、被覆コンクリート３２があれば、上記圧縮束Ｆを発生させることができるからである。

また、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、アンカーボルト２６の余長部２６ａの上端部に第２ナット部材４２が取り付けられていたが、第２ナット部材４２の代わりに、厚いフランジ状の部材を拡径部材として溶接等により固定するようにしてもよい。

また、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、その設置作業時にモルタル部材１００が形成され、柱脚金物２４がモルタル部材１００上に載置されるようになっていたが、モルタル部材１００を形成せずに、柱脚金物２４を基礎コンクリート２８上に直接載置するようになっていてもよい。

また、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、図６に示すように、被覆コンクリート３２の上面が第２ナット部材４２の上面よりも高い位置に形成されるようになっていたが、このような構成に限定する必要は無く、例えば、被覆コンクリート３２の上面は、図６における第２ナット部材４２の下面と同じ高さ位置に形成されて、第２ナット部材４２は被覆コンクリート３２の上面から突出するようになっていてもよい。

また、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、アンカーボルト２６を８本備える構造になっていたが、８本以外の本数であってもよい。例えば、柱脚金物２４における四隅のそれぞれに対応してアンカーボルト２６が１本ずつ配置される構造とすることにより、アンカーボルト２６を４本備える構造となっていてもよい。

また、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、アンカーボルト２６を備える構造になっていたが、アンカーボルトの代わりに、丸棒鋼や異形棒鋼（異形鉄筋）等の他部材を用いてもよい。

また、本実施の形態に係る柱脚構造２０においては、平板状の柱脚金物２４を用いていたが、平板状以外の柱脚金物を用いてもよい。

２ 柱脚構造
４ 鉄骨柱
６ 柱脚金物
８ ボルト用孔
１０ 基礎コンクリート
１２ モルタル層
１４ アンカーボルト
１６ ナット部材
２０ 柱脚構造
２２ 鉄骨柱
２４ 柱脚金物
２６ アンカーボルト
２６ａ 余長部
２８ 基礎コンクリート
３０ 水平力負担部材
３２ 被覆コンクリート
３４ 主筋
３６ 帯筋
３８ ボルト用孔
４０ 第１ナット部材
４２ 第２ナット部材
４４，４６ 棒部材
５０，６０ 水平力負担部材
５４，５６，６４，６６ 棒部材
１００ モルタル部材

Claims (2)

1. 第１コンクリート中に埋設されたアンカーボルトの第１コンクリート上に突出した突出部に、柱部材の下端部に接合された柱脚金物を固定する柱脚構造において、
   前記柱脚金物をアンカーボルトに接合する接合金物の上面より突出したアンカーボルトの余長部に近接して設けられた水平力負担部材と、
   前記第１コンクリート上に形成され、少なくとも前記水平力負担部材よりも高い位置に上面を有する第２コンクリートを備えたことを特徴とする柱脚構造。
2. 前記余長部の上端部に、この余長部の径より大きな径を有する拡径部材が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の柱脚構造。

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