JP2012017577A - 鉄骨部材の固定構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ナットの締込量の調整が困難となるのを防止又は抑制しつつ、鉄骨部材の端部に生じる回転剛性を低下させる。
【解決手段】鉄骨柱に水平力が作用しても、張出部１５４とベースプレート１２０との間の隙間Ｓ分、ベースプレート１２０が基礎１０に対して傾くことができる。よって、ベースプレート１２０が傾く範囲において、ピン支持のような挙動となり、鉄骨柱におけるベースプレート１２０との接合部位及びその近傍の下端部の回転剛性が抑えられる。また、ナット３０Ａ，３０Ｂを締め込んでも大ワッシャー１５０及び小ワッシャー１６０は、ゴム等の弾性体のようには弾性変形しないので、ナット３０Ａ，３０Ｂを締めすぎる虞はなく、ナット３０Ａ，３０Ｂの締付量の調整は、通常のワッシャー等と同等又は略同等とされる。よって、ナット３０Ａ，３０Ｂの締込量の調整が困難となるのを防止又は抑制しつつ、鉄骨柱の下端部に生じる回転剛性が低下する。
【選択図】図４

Description

本発明は、鉄骨部材の固定構造に関する。

アンカーボルトによりコンクリート製の基礎に鋼構造物の柱脚が固定される柱脚固定構造が知られている。このような柱脚固定構造においては、鋼構造物に風や地震等により水平力が作用すると、柱脚にモーメントが作用し柱脚のベースプレートの端部が浮き上がろうとする。しかし、ベースプレートの浮き上がりは、ナット及び座金によってアンカーボルトにより押えられるため、ベースプレートは、アンカーボルトに作用する引張力によるアンカーボルトの伸び分、及びベースプレートの変形分しか浮き上がることができず、その結果、柱脚の下端にはモーメントが作用する。

したがって、柱脚固定構造における柱脚の締結部及び基礎が、モーメントに耐えるようにするためには、基礎を構成するコンクリートや鉄筋の物量を多くしたり、板厚の厚いベースプレートや大径のアンカーボルトを使用したりアンカーボルトの本数を多くする必要等が生じる。

そこで、特許文献１には、ベースプレート上面とナット下面との間に、アンカーボルトに外嵌された弾性変形する弾性座金体を介在させることで、柱脚に生じる回転剛性を低下させる柱脚固定構造が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００３−１６６２８８公報

しかし、ベースプレートとナットとの間に弾性変形する部材を介在させると、ナットを締め込みすぎる虞がある。よって、弾性変形する部材を介在させることによって、ナットの締込量の調整が困難となる。

本発明は、上記を考慮し、ナットの締込量の調整が困難となるのを防止又は抑制しつつ、鉄骨部材の端部に生じる回転剛性を低下させることが課題である。

請求項１の発明は、鉄骨部材の軸方向端部に設けられたベースプレートに穿設された孔に、取付部から突出するボルトが挿通されて前記ベースプレートが前記取付部に支持され、ナットが前記ボルトに螺合することにより前記鉄骨部材が前記取付部に締結された鉄骨部材の固定構造であって、前記ナットの座面と前記ベースプレートとの間に挟まれ、前記ボルトが挿通する孔が形成された基部と前記基部の外周部から前記ベースプレートとの間に隙間を持って張り出した張出部と有する挟部材を備える。

したがって、挟部材の張出部とベースプレートとの間に隙間が形成されるので、その隙間分、ベースプレートが取付部に対して傾くことができる。これにより、ベースプレートが傾く範囲において、ピン支持のような挙動となり、鉄骨部材の端部の回転剛性が抑えられる。

また、ナットを締め込んでも挟部材は、例えば、ゴムなどの弾性体のようには弾性変形しないので、ナットを締めすぎる虞はなく、ナットの締付量の調整は、通常のワッシャー等と略同等とされる。

よって、ナットの締込量の調整が困難となるのを防止又は抑制しつつ、鉄骨部材の端部に生じる回転剛性が低下する。

請求項２の発明は、前記挟部材は、前記ナットの座面側に配置された大ワッシャーと、前記ベースプレート側に配置され、前記大ワッシャーよりも小径の小ワッシャーと、で構成されている。

したがって、大小二つのワッシャーを重ねることによって、容易に鉄骨部材の端部に生じる回転剛性が低下する。

請求項３の発明は、鉄骨部材の軸方向端部に設けられたベースプレートに穿設された孔に、取付部から突出するボルトが挿通されて前記ベースプレートが前記取付部に支持され、ナットが前記ボルトに螺合することにより前記鉄骨部材が前記取付部に締結された鉄骨部材の固定構造であって、前記ナットの座面と前記ベースプレートとの間に挟まれ、前記ボルトが挿通する孔が形成され、前記ボルトの軸方向から見て前記ナットの座面よりも外形が小さく構成された挟部材を有する。

したがって、ナットの縁端部とベースプレートとの間に隙間が形成されるので、その隙間分、ベースプレートが取付部に対して傾くことができる。これにより、ベースプレートが傾く範囲において、ピン支持のような挙動となり、鉄骨部材の端部の回転剛性が抑えられる。

また、ナットを締め込んでも挟部材は、例えば、ゴムなどの弾性体のようには弾性変形しないので、ナットを締めすぎることはなく、ナットの締付量の調整は、通常のワッシャー等と同等されている。

よって、ナットの締込量の調整が困難となるのを防止又は抑制しつつ、鉄骨部材の端部に生じる回転剛性が低下する。

本発明によれば、ナットの締込量の調整が困難となるのを防止又は抑制しつつ、鉄骨部材の端部に生じる回転剛性を低下させることができる。

本発明の第一実施形態に係る鉄骨部材の固定構造が適用され基礎に固定された鉄骨柱脚を示す斜視図である。 本発明の第一実施形態に係る鉄骨部材の固定構造が適用され基礎に固定された鉄骨柱脚を示し、図１のＡ−Ａ矢視図である。 （Ａ）は本発明の第一実施形態に係る鉄骨部材の固定構造が適用され基礎に固定された鉄骨柱脚における締結箇所（要部）を示す垂直断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のワッシャーの拡大断面図である。 ベースプレートが基礎に対して傾いた状態を示す図３に対応する垂直断面図である。 （Ａ）は第一変形例の挟部材を用いて基礎に固定された鉄骨柱脚における締結箇所（要部）を示す垂直断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の挟部材の拡大断面図である。 （Ａ）は第二変形例の挟部材の正面図であり、（Ｂ）は第三変形例の挟部材の正面図であり、（Ｃ）は第四変形例の挟部材の正面図であり、（Ｄ）は第五変形例の挟部材の正面図である。 本発明の第二実施形態に係る鉄骨部材の固定構造が適用され基礎に固定された鉄骨柱脚における締結箇所（要部）を示す垂直断面図である。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態に係る鉄骨部材の固定構造が適用され基礎に固定された鉄骨柱脚について、図１〜図４を用いて、説明する。

図１〜図３に示すように、アンカーボルト２０が、鉄筋コンクリート製の基礎１０に、先端部部分が突出するように複数埋め込まれている。なお、アンカーボルト２０は、軸方向（長手方向）を鉛直方向として配置されている。アンカーボルト２０の両端部分には螺子が切られ、この螺子が切られている部分をボルト部２２とする。なお、基礎１０に埋設されている下側のボルト部２２には、ナット３０Ｃと円板状の定着部材２４とが螺合されている（図１、図２参照）。

鉄骨柱脚１００は、角柱形状の鉄骨柱１１０と、鉄骨柱１１０の端部に溶接又はボルト接合された鋼板で構成されたベースプレート１２０と、を有している。なお、本実施形態では、鉄骨柱１１０は鉛直方向を軸方向（長手方向）として配置され、ベースプレート１２０は面外方向が鉄骨柱１１０の軸方向と一致又は略一致するように設けられている。

ベースプレート１２０には上下方向に貫通する孔１２２が穿設されている。なお、本実施形態では、ベースプレート１２０の四隅部分に、孔１２２が形成されている（図１参照）。

そして、基礎１０から突出するアンカーボルト２０が鉄骨柱脚１００のベースプレート１２０の四隅の孔１２２に挿通されることによって、ベースプレート１２０が基礎１０に支持され、鉄骨柱脚１００が基礎１０の上に立設されている。また、ナット３０Ａ，３０Ｂをアンカーボルト２０のボルト部２２に螺合し締結することにより鉄骨柱脚１００が基礎１０に固定されている。なお、本実施形態では、ナット３０Ａとナット３０Ｂとの二つのナットで締結したが、これに限定されない。一つのナットで締結してもよいし、三つ以上のナットで締結してもよい。

下側のナット３０Ｂの座面３２Ｂ（図２、図３を参照）とベースプレート１２０との間には、円板状の大ワッシャー（座金）１５０と、大ワッシャー１５０よりも外径が小径の円板状の小ワッシャー（座金）１６０と、が上下に重ねられ挟まれている。なお、大ワッシャー１５０及び小ワッシャー１６０は、鋼製等の剛体とされている。また、大ワッシャー１５０及び小ワッシャー１６０の種類は問わない。例えば、平ワッシャー（平座金）であってもよいし、ばねワッシャー（ばね座金）であってもよい。

図３に示すように、大ワッシャー１５０及び小ワッシャー１６０の中心部には孔１５２、１６２が形成され、これらの孔１５２、１６２にアンカーボルト２０が挿通されている。大ワッシャー１５０はナット３０Ｂの座面３２Ｂ側（上側）に配置され、小ワッシャー１６０はベースプレート１２０側（下側）に配置されている。

図３（Ｂ）に示すように、大ワッシャー１５０における小ワッシャー１６０の外周面１６４よりも径方向外側の部分を張出部１５４とする。そして、大ワッシャー１５０における張出部１５４とベースプレート１２０との間には隙間（クリアランス）Ｓが形成されている。なお、小ワッシャー１６０と大ワッシャー１５０における小ワッシャー１６０と重なっている部位１５６とが基部１８０とする。

つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。
大ワッシャー１５０を上側に配置し、小ワッシャー１６０を下側に配置して重ねることによって、大ワッシャー１５０の張出部１５４とベースプレート１２０との間に隙間Ｓが形成される。

ここで、図２の矢印Ｒで示すように、風や地震等により鉄骨柱１１０に水平力（軸方向と交差する方向の力）が作用した際、図４に示すように、張出部１５４とベースプレート１２０との間の隙間Ｓ分、ベースプレート１２０が基礎１０に対して傾くことができる（なお、図４は判りやすくする為に、実際よりも極端に傾けて図示している）。これにより、ベースプレート１２０が傾く範囲において、ピン支持のような挙動となり、鉄骨柱１１０におけるベースプレート１２０との接合部位及びその近傍の下端部１１２（図１、図２参照）の回転剛性が抑えられる。

また、ナット３０Ａ，３０Ｂを締め込んでも、大ワッシャー１５０及び小ワッシャー１６０は、ゴム等の弾性体のようには弾性変形しないので、ナット３０Ａ，３０Ｂを締めすぎる虞はなく、ナット３０Ａ，３０Ｂの締付量（締付力）の調整は、通常のワッシャー等と同等又は略同等とされる。言い換えると、ナット３０Ａ，３０Ｂの過大な締め付けが、ゴムなどの弾性体を挟む場合と比較し、抑制又は防止される。

よって、ナット３０Ａ，３０Ｂの締込量の調整が困難となるのを防止又は抑制しつつ、鉄骨柱１１０に水平力（軸方向と交差する方向の力）が作用した際の、鉄骨柱１１０の下端部１１２に生じる回転剛性が低下する。

また、本構造が適用されていない構造と比較し、ベースプレート１２０が傾く範囲において、アンカーボルト２０に作用する引張応力が低減される。よって、本構造が適用されていない構造と比較し、アンカーボルト２０の小径化や本数削減を行なうことができる。或いは、基礎１０を構成するコンクリートや鉄筋の物量を少なくしたり、ベースプレート１２０の板厚を薄くしたりすることができる。

ここで、隙間Ｓ（ｍｍ）の大きさは、以下の式で決定することができる。
Ｓ≧Ｊ×α
なお、図２に示すように、Ｊ（ｍｍ）は、圧縮側（傾き側）の鉄骨柱１１０の側面１１０Ａから引張応力がかかる引張側のアンカーボルト２０までの距離である。また、α（ｒａｄ）は、図４に示す鉄骨柱１１０の想定される層間変形角度である。

＜変形例＞
上記実施形態では、図３等に示すように、挟部材として大ワッシャー１５０と小ワッシャー１６０とを用いたが、これに限定されない。よって、以下に挟部材の変形例（バリエーション）について説明する。なお、いずれの挟部材も鋼製等の剛体とされ、ゴムなどの弾性体のようには弾性変形しない材料で構成されている。

例えば、図５に示す第一変形例のように垂直断面（アンカーボルト２０の軸方向に沿った断面）が略Ｔ字形状の挟部材２００であってもよい。挟部材２００は、アンカーボルト２０が挿通する孔２０２が中心部に形成された基部２１０と基部２１０の外周部からベースプレート１２０との間に隙間Ｓを持って径方向外側に張り出した張出部２２０とで構成されている。つまり、上記実施形態の大ワッシャー１５０と小ワッシャー１６０とが一体的に構成された形状とされている。

或いは、図６（Ａ）に示す第二変形例のように、大ワッシャー３０６、中ワッシャー３０４、小ワッシャー３０２の三つのワッシャーを外径が小さい順番に下から重ねてもよい。この場合の、大ワッシャー３０６及び中ワッシャー３０４における小ワッシャー３０２の外周部よりも径方向外側に張り出した部位が張出部３０７となる。また、小ワッシャー３０２と、大ワッシャー３０６及び中ワッシャー３０４における小ワッシャー３０２と重なっている部位と、が孔３０１が形成された基部３０９となる。なお、図示は省略するが、４枚以上のワッシャーを重ねる構成であってもよい。なお、３枚以上のワッシャーを重ねる場合、同じ外径のワッシャーが含まれていてもよい。

或いは、図６（Ｂ）に示す第三変形例のように、垂直断面（軸方向に沿った断面）が、逆台形状の挟部材３１０であってもよい。挟部材３１０は、アンカーボルト２０が挿通する孔３１２が中心部に形成された基部３１４と基部３１４の外周部からベースプレート１２０との間に隙間を持って径方向外側に張り出した張出部３１６とで構成されている。

更に、図６（Ｃ）に示す第四変形例のように、中ワッシャー３０４と小ワッシャー３０２との間に大ワッシャー３０６を挟むように重ねてもよい。この場合、大ワッシャー３０６における小ワッシャー３０２の外周部よりも径方向外側に張り出した部位が張出部３０３となる。また、小ワッシャー３０２と、大ワッシャー３０６における小ワッシャー３０２と重なっている部位と、が、孔３０１が形成された基部３０５となる。

なお、この第四変形例では、小ワッシャー３０２がベースプレート１２０側に配置されているが、中ワッシャー３０４がベースプレート１２０側に配置されていてもよい。また、図示は省略するが、４枚以上のワッシャーを重ねる構成であってもよい。なお、３枚以上のワッシャーを重ねる場合、同じ外径のワッシャーが含まれていてもよい。

或いは、図６（Ｄ）に示す第五変形例のように、垂直断面（軸方向に沿った断面）が、軸方向の中央部分が外側に張り出した形状の挟部材３２０であってもよい。挟部材３２０は、アンカーボルト２０が挿通する孔３２２が中心部に形成された基部３２４と基部３２４の外周部からベースプレート１２０との間に隙間を持って径方向外側に張り出した張出部３２６と構成されている。

なお、挟部材は上記実施形態及び変形例に限定されない。どのような形状であってもよい。要は、ベースプレート１２０との間に隙間を持って径方向外側に張り出した張出部を有する挟部材、或いは、外径が異なるワッシャーを重ねて径方向外側に張り出した張出部を有する構成であればよい。

＜第二実施形態＞
つぎに、本発明の第二実施形態に係る鉄骨部材の固定構造について、図７を用いて、説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図７に示すように、下側のナット３０Ｂの座面３２Ｂとベースプレート１２０との間には、アンカーボルト２０のボルト部２２が挿通する孔５０２が中心部に形成された円筒状のリング５００が挟まれている。リング５００は、ナット３０Ｂの座面３２Ｂよりも小径とされている。したがって、ナット３０におけるリング５００の外周部よりも径方向外側の縁端部３４Ｂとベースプレート１２０との間に隙間（クリアランス）Ｓが形成される。なお、リング５００は、鋼製等の剛体とされ、ゴムなどの弾性体のようには弾性変形しない材料で構成されている。

つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。
ナット３０Ｂの縁端部３４Ｂとベースプレート１２０との間に隙間Ｓが形成され、その隙間Ｓ分、ベースプレート１２０が基礎１０に対して傾くことができる。これにより、ベースプレート１２０が傾く範囲において、ピン支持のような挙動となり、鉄骨柱１１０に水平力が作用した際の、鉄骨柱１１０の下端部１１２（図１、図２参照）の回転剛性が抑えられる。

また、ナット３０Ａ，３０Ｂを締め込んでも、リング５０はゴムなどの弾性体のようには弾性変形しないので、ナット３０Ａ，３０Ｂを締めすぎることはなく、ナット３０Ａ，３０Ｂの締付量（締付力）の調整は、通常のワッシャー等と同等又は略同等されている。

よって、ナット３０Ａ，３０Ｂの締込量の調整が困難となるのを防止又は抑制しつつ、鉄骨柱１１０に水平力（軸方向と交差する方向の力）が作用した際の、鉄骨柱１１０の下端部１１２（図１、図２参照）に生じる回転剛性が低下する。

＜その他＞
上記実施形態では、鉄骨柱脚のベースプレートが固定される取付部は基礎であったが、これに限定されない。基礎以外の取付部にベースプレートが固定されてもよい。

また、上記実施形態では、鉄骨柱脚を基礎に固定する柱脚固定構造に適用したが、これに限定されない。例えば、柱と梁の結合部位にも本発明を適用することが可能である。なお、梁を鉄骨部材とした場合は、軸方向は水平方向であり、柱が取付部となる。

尚、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されない。例えば、上述の複数の実施形態及び変形例は、適宜、組み合わされて実施可能である。例えば、第二実施形態のリング５００の下に、第一実施形態の各ワッシャーや挟部材を配置してもよい。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

１０ 基礎（取付部）
２０ アンカーボルト（ボルト）
３０Ｂ ナット
３２Ｂ 座面
１１０ 鉄骨柱（鉄骨部材）
１２０ ベースプレート
１２２ 孔
１５０ 大ワッシャー（挟部材）
１５２ 孔
１５４ 張出部
１６０ 小ワッシャー（挟部材）
１６２ 孔
１８０ 基部
２００ 挟部材
２０２ 孔
２１０ 基部
２２０ 張出部
３０１ 孔
３０２ 小ワッシャー（挟部材）
３０３ 張出部
３０５ 基部
３０６ 大ワッシャー（挟部材）
３０７ 張出部
３０９ 基部
３１４ 基部
３１６ 張出部
３２０ 挟部材
３２２ 孔
３２４ 基部
３２６ 張出部
５００ リング（挟部材）
５０２ 孔
Ｓ 隙間

Claims (3)

1. 鉄骨部材の軸方向端部に設けられたベースプレートに穿設された孔に、取付部から突出するボルトが挿通されて前記ベースプレートが前記取付部に支持され、ナットが前記ボルトに螺合することにより前記鉄骨部材が前記取付部に締結された鉄骨部材の固定構造であって、
   前記ナットの座面と前記ベースプレートとの間に挟まれ、前記ボルトが挿通する孔が形成された基部と前記基部の外周部から前記ベースプレートとの間に隙間を持って張り出した張出部と有する挟部材を備える鉄骨部材の固定構造。
2. 前記挟部材は、
   前記ナットの座面側に配置された大ワッシャーと、
   前記ベースプレート側に配置され、前記大ワッシャーよりも小径の小ワッシャーと、
   で構成されている、
   請求項１に記載の鉄骨部材の固定構造。
3. 鉄骨部材の軸方向端部に設けられたベースプレートに穿設された孔に、取付部から突出するボルトが挿通されて前記ベースプレートが前記取付部に支持され、ナットが前記ボルトに螺合することにより前記鉄骨部材が前記取付部に締結された鉄骨部材の固定構造であって、
   前記ナットの座面と前記ベースプレートとの間に挟まれ、前記ボルトが挿通する孔が形成され、前記ボルトの軸方向から見て前記ナットの座面よりも外形が小さく構成された挟部材を有する鉄骨部材の固定構造。

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