JP2826445B2

JP2826445B2 - 鉄骨柱脚部構造

Info

Publication number: JP2826445B2
Application number: JP20391593A
Authority: JP
Inventors: 久哉加村; 茂樹伊藤; 千博安崎; 正美坂井; 昭男君島; 修小島
Original assignee: Nippon Chuzo Co Ltd; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Nippon Chuzo Co Ltd; JFE Engineering Corp
Priority date: 1993-08-18
Filing date: 1993-08-18
Publication date: 1998-11-18
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JPH0754351A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビルなどの鋼構造建
築物において、鉄骨柱に発生する軸力、曲げモ−メン
ト、剪断力を基礎梁に伝達するための鉄骨柱脚部の構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄骨柱の柱脚は鉄骨柱に加わる軸力、曲
げモ−メント、剪断力を基礎梁に伝達する役割を果す。
鉄骨柱脚部の構造の一つに埋め込み式柱脚がある。埋め
込み式柱脚のうち、鉄骨柱を建てる穴を基礎梁に残した
状態でコンクリ−トを打設し、その穴に鉄骨柱を差し込
み隙間にグラウトモルタルを充填するものが箱抜き型埋
め込み柱脚と呼ばれる。

【０００３】従来の箱抜き型埋め込み柱脚においては、
図５に示すように、まず箱抜き型枠（以下単に型枠と呼
ぶ）２を基礎梁７内の所定の位置に配置し、基礎梁を強
化する上端鉄筋８および下端鉄筋９を型枠２の周囲に配
筋し、上端鉄筋８および下端鉄筋９を型枠２にＵ字型配
筋あるいは溶接等により連結する。次に基礎梁７部分に
コンクリートを打設し、硬化したのち型枠２内に鉄骨柱
１を挿入する。次に鉄骨柱に取付けた仮止めボルト５を
用いて仮止めして、建て入れなおし等の調整をした後鉄
骨柱１と型枠２の間隙４にグラウトモルタルを充填し一
般的には鉄骨柱内部にコンクリートを充填硬化させる工
程をとる。

【０００４】しかし、鉄骨柱が中空の場合、箱抜き型埋
め込み柱脚構造を適用すると次のような問題点がある。
すなわち、中空の鉄骨柱に水平荷重が負荷されるとその
鉄骨柱の基礎梁上端鉄筋位置近傍に支圧力（型枠、グラ
ウトモルタルを介して基礎梁より受ける力であって鉄骨
柱表面に垂直な方向の力）を受け、その部分が窪み変形
（面外局部変形と呼ぶ）して柱の用を成さなくなる恐れ
があった。そのため、面外局部変形を防止する目的で、
特開平４−４９３２８にみられる如く専ら鉄骨柱内部に
コンクリートを充填する方法がとられるが、コンクリー
ト充填のための作業が煩雑になると共に鉄骨柱の重量が
著しく大きくなるという欠点がある。更に、コンクリー
トを充填したにしてもその鉄骨柱に大きい横荷重が負荷
されると充填されたコンクリートに亀裂が生じてコンク
リートの強度が劣化し面外局部変形防止効果が著しく低
下することも懸念される。

【０００５】また、鉄筋を型枠に連結するにあたり鉄筋
を型枠の外周を取り巻くようにＵ字型に配筋する必要が
あり、そのための鉄筋曲げ作業および配筋作業が極めて
煩雑であった。これを解決するため、特開平４−３５０
２２８、特開平４−４９３２８が提案されている。特開
平４−３５０２２８の例では鉄骨柱に鉄筋取付け金具を
設け、鉄筋をＵ字型に配筋せず真直なままの鉄筋を鉄骨
柱に取付けられる構造が提案されている。特開平４−４
９３２８の例では型枠に鉄筋取付け金具を設けることが
提案されており、この例でも鉄筋のＵ字型配筋は不要で
ある。

【０００６】これら２件の例では両者ともに鉄筋の配筋
作業の煩雑さは解決できるが、上に述べた面外局部変形
に対しては何等考慮されていない形状になっており、本
発明の目的とは明らかに異なる。

【０００７】さらにレベル出し作業において、仮止めボ
ルト５を取付けるための仮止めボルト取付け金具６は鉄
骨柱外周部に工場または現地にて溶接で取付けられる
が、建入れなおしが終了した後この金具およびボルトを
ガスなどで溶断するという手数を要していた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、箱抜き型埋
め込み柱脚において面外局部変形を防止できることを目
的とするものであり、鉄骨柱として鉄骨柱内部にコンク
リ−トを充填しない中空の鉄骨柱を用いても従来のコン
クリ−トを充填する鉄骨柱の場合と同等以上の面外局部
変形抵抗を有することを目的としている。更に、コンク
リ−トを充填する鉄骨柱に適用した場合従来構造以上に
大きい面外局部変形抵抗を持つことを目的としている。
また、鉄骨柱建方のときの鉄筋配筋、鉄骨柱仮止め金具
類の取付け取外しという煩雑な作業を簡易化することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題は、鉄骨柱のう
ち鋼製の型枠に埋め込まれる部分とその上部との間の基
礎梁上端鉄筋位置近傍に、平板状金属部材（以下ダイア
フラムと呼ぶ）をダイアフラムの面と鉄骨柱の横断面と
が平行になるように設けることにより解決される。

【００１０】ここでダイアフラムを設置する力学上の目
的は、支圧力によって生じる鉄骨柱の面外局部変形に対
する抵抗を高めることであり、そのためダイアフラムは
鉄骨柱横断面に蓋をするような形式（以下内側ダイアフ
ラムと呼ぶ）であっても、ダイアフラム外周部が鉄骨柱
外周部から突き出した、いわば刀の鍔のような形式（以
下外側ダイアフラムと呼ぶ）であっても面外局部変形に
対する効果は変らない。また、ダイアフラムの厚みは不
均一であっても支障なく、内面ダイアフラムにおいては
中心付近に孔をもつド−ナツ状の形状でもよい。また、
その取り付け位置は、型枠の上端から上下に鉄骨柱半径
の一倍以内であれば面外局部変形に対する効果を発揮す
る。

【００１１】ダイアフラムの取付け方法は、鉄骨柱を切
断してその切断部分にダイアフラムを挿入し、切断され
た鉄骨柱をダイアフラムを介して再び突き合わせて周囲
を溶接し取付ける。あるいは、鉄骨柱とは別に製造した
中空管体をダイアフラムを介して鉄骨柱に継ぎ足すよう
なかたちで取付けてもかまわない。

【００１２】また、外側ダイアフラムの場合は、鉄骨柱
の断面寸法より大きい板状の鋼材の中央部にその鉄骨柱
の断面寸法に等しい孔を設け、その孔に鉄骨柱を所定の
位置まで差し込んだうえで周囲を溶接する取付け方法も
可能である。外側ダイアフラムの場合、該ダイアフラム
に仮止めボルトを取付ける孔を設けることによりボルト
取付け金具と兼用することができる。外側ダイアフラム
面を基礎梁上面に一致するように取付けることにより、
鉄骨柱脚部構造が完成した後も邪魔にならないため、こ
れを切断除去する必要が無くなる。

【００１３】さらに、鋼製の型枠上端外周部分に基礎梁
上端鉄筋接続用の板状金具を設ける。この金具は金具自
体を鉄筋との鉄筋接続部としてもよいし、金具に溶接等
で接続部材をさらに取付けてもよい。

【００１４】なお、特開平４−３５０２２８にも鉄筋接
続用板状金具が記述されているがこれは鋼管柱本体に金
具を取付けることを特徴とし、かつ、コンクリ−ト充填
鋼管柱を対象としており、本発明は特開平４−３５０２
２８とは明らかに異なる。

【００１５】

【作用】上記のように構成された鉄骨柱脚部構造におい
て、鉄骨柱に横荷重が負荷されても、ダイアフラムを取
付けることによって鉄骨柱の面外局部変形に対する抵抗
が大きくなるため、面外局部変形は防止できる。

【００１６】また、外側ダイアフラムを取付け、これを
仮止めボルト取付け金具と兼用することることによっ
て、鉄骨柱の面外局部変形防止と共に、現地での仮止め
ボルト取付け金具の取付け取外し作業が省略できる。

【００１７】さらに、鋼製の型枠上端外周部分に基礎梁
上端鉄筋を連結するための板状金具を設けたことによ
り、基礎梁上端鉄筋のＵ字型曲げおよび型枠を取り巻く
ように配筋するという複雑な配筋作業が著しく簡略化さ
れる。

【００１８】

【実施例】次に実施例について説明する。（実施例１）図１は鉄骨柱に内側ダイアフラムを適用した実施例の側
断面図である。角型鋼管からなる鉄骨柱１は型枠２に埋
め込まれており、型枠に埋め込まれた部分１ａと地上部
分１ｂの境界に内側ダイアフラム３ａが溶接で取付けら
れている。ここで内側ダイアフラム３ａは鉄の鋳造品
で、鉄骨柱の面外局部変形に対する抵抗を高めるためダ
イアフラムが鉄骨柱と接触する部分の厚みを厚くしてい
る。鉄骨柱１の埋め込み部分１ａは型枠２との間隙４に
充填されたグラウトモルタルで固定されている。型枠２
にはＵ字型に曲げられた基礎梁上端鉄筋８および下端鉄
筋９が取付けられており、鉄骨柱１に外部から負荷され
た荷重は間隙４に充填されたグラウトモルタル、型枠
２、上端鉄筋８および下端鉄筋９を介して基礎梁７に伝
達される。本実施例においては、１ａには外面リブ付き
鋼管を用い、また、型枠２には内面リブ付き鋼管を用い
たが、これは型枠２および鉄骨柱における埋め込み部分
１ａの壁面と間隙部４のグラウトモルタルとの接着性を
向上させることが目的である。しかし、リブ付きである
ことが本発明の要件ではなく、リブのない鋼管を用いて
も支障は無い。なお、図１では、鉄骨柱内部にコンクリ
ートは充填されていないが、面外局部変形に対する抵抗
を更にあげるためにコンクリートを充填してもよい。

【００１９】その施工法を以下に示す。基礎梁７の所定
位置に型枠２を配置し、上端鉄筋８と下端鉄筋９を配筋
した後基礎梁７にコンクリ−トを流し込む。配筋は、上
端鉄筋８と下端鉄筋９をＵ字型に曲げ、型枠２の周囲に
配列することによっておこなう。コンクリ−トが硬化
後、ダイアフラム３ａをもつ中空の鉄骨柱１を型枠２に
内挿し、間隙部４にグラウトモルタルを充填、硬化させ
る。その間、仮止めボルト取付け金具６および仮止めボ
ルト５を用いて仮止めおよび調整を行う。

【００２０】つぎに、実施例１における面外局部変形に
対する効果を説明する。実験に用いた鉄骨柱脚の詳細を
以下に示す。鉄骨柱：埋め込み部：外面リブ付き角型鋼管で１辺の長さ４５０ｍｍ、厚さ１６ｍｍ、管長９００ｍｍ地上部：リブ無しの平滑角型鋼管で埋め込み部と同一寸法鉄骨柱内部へのコンクリート充填：なし（実験１）、あり（実験２）型枠：内面リブ付き角型鋼管で１辺の長さ５００ｍｍ、厚さ９ｍｍ、管長１１５０ｍｍ内側ダイアフラム：平均厚み２２ｍｍまた、面外局部変形に対する効果は固定度で評価し、固
定度は次のように定義した。

【００２１】すなわち、両端を固定した鉄骨柱の長さ中
央に実際に横荷重を負荷しその時の荷重点変位Ｙを測定
した。荷重の大きさは本鉄骨柱の短期設計荷重である４
０トンとし、鉄骨柱両端の固定のための構造は本発明の
鉄骨柱脚部構造あるいは従来の脚部構造とした。次にこ
の鉄骨柱の理論変位Ｙ１を計算し、Ｙ１をＹで除した値
を固定度と定義した。理論変位Ｙ１は、基礎梁に埋め込
まれている鉄骨柱が基礎梁上面から４５０ｍｍ下がった
位置で完全固定されている条件で計算した。この定義に
よれば面外局部変形が起こらなければ固定度はほぼ１と
なるが、面外局部変形が起こればその程度に応じて荷重
点変位Ｙが大きくなり固定度の数値は小さくなる。

【００２２】実験の結果を示した表１から判るように、
本発明の場合は固定度０．９５以上で、しかも鉄骨柱表
面に面外局部変形の痕跡は認められなかった。一方、内
側ダイアフラムを取り外し、かつ鉄骨柱内にコンクリー
トを充填しない構造のもの（比較例１）は固定度０．７
２で、しかも鉄骨柱表面に面外局部変形が認められた。
また、内側ダイアフラムを取り外し、かつ鉄骨柱内にコ
ンクリートを充填した構造のもの（比較例２）は固定度
０．９３で本発明のコンクリートを充填しない場合（実
験例１の実験１）の固定度とほぼ同じとなった。しかし
鉄骨柱表面に面外局部変形が認められなかったものの、
充填されたコンクリートに無数の亀裂が観察され再度荷
重を負荷された場合面外局部変形が生じ固定度が低下す
ることが懸念された。この実験結果から、実施例１の構
造のものはいずれも従来の構造のものに比較して、同等
もしくはそれ以上の負荷に耐えることがわかった。

【００２３】（実施例２）図２は内側ダイアフラムのか
わりに外側ダイアフラム３ｂを用いた実施例で鉄骨柱内
部にコンクリ−トを充填していない。この実施例では外
側ダイアフラム３ｂは圧延鋼材を用い、その厚みは均一
である。図において、外側ダイアフラム３ｂに仮止めボ
ルト５が取付けられていることが特徴である。外側ダイ
アフラム３ｂには、グラウトモルタルを間隙部４に充填
するためのグラウトモルタル充填孔１０が設けられてい
る。

【００２４】実施例２の構造のものの固定度は１．０１
と測定され，また面外局部変形は観察されなかった。な
お実験に用いた中空鉄骨柱は、ダイフラムが幅８０ｍ
ｍ，厚み２２ｍｍの外側ダイアフラムである以外は実施
例１と同じである。

【００２５】また、実施例２では、ダイアフラム３ｂが
仮止めボルト取付け金具を兼ねるため、あらためて仮止
めボルト取付け金具６を工事現場で取付ける作業が省略
でき、施工の簡略化が確認された。

【００２６】

【表１】

【００２７】以上の結果より、本発明の必須要件である
ダイアフラムの効果、すなわち、中空の鉄骨柱にダイア
フラムを設けることにより鉄骨柱内部にコンクリ−トを
充填しなくても面外局部変形が起こらないこと、およ
び、コンクリ−トを充填した場合には従来以上の面外局
部変形に対する抵抗が大きくなることが確認された。

【００２８】（実施例３）図３は鋼製の型枠２の上端外
周部分に上端鉄筋を連結するための鉄筋接続金具１１を
設け、内側ダイアフラムをもつ中空の鉄骨柱１と組合せ
た実施例である。実施例３では、真直なままの上端鉄筋
８の端部が、鉄筋接続金具１１に直接取付けられるた
め、鉄筋をＵ字型に曲げたり、曲げた鉄筋を型枠２の周
囲に配筋する煩雑な作業が無くなっている。

【００２９】本実施例では上端鉄筋８は鉄筋接続金具１
１に直接溶接で取付けたが、図４（ａ）のように溶接取
付けするかわりに鉄筋接続金具１１に鉄筋接続ネジ孔１
２を設け端部にネジを切った鉄筋をねじ込む方式、図４
（ｂ）のように鉄筋接続金具１１に予め跳ね出し鉄筋１
３を取付けておき、跳ね出し鉄筋１３と上端鉄筋８とを
溶接接着してもよい。

【００３０】また下端鉄筋については、実施例３では上
端鉄筋と同じ方式に配筋し、型枠２の下端に取付けた鉄
筋接続金具１１を介して真直ぐなままの下端鉄筋９を型
枠２に接続したが、実施例１と同じようにＵ字型に曲げ
た下端鉄筋を配筋してもかまわない。

【００３１】

【発明の効果】本発明では鉄骨柱脚構造において鉄骨柱
にダイアフフラムが設けられているので、鉄骨柱内にコ
ンクリ−トを充填する必要がなく、軽量の鉄骨柱脚構造
を提供できる。また、また、コンクリ−トを充填した場
合には従来以上に面外局部変形に対する抵抗を大きくで
きる。

【００３２】更に、外側ダイアフラム、基礎梁の鉄筋接
続金具と併用することにより、それぞれレベル出し金具
取付けの省略、配筋作業の簡略化という施工の省力化、
工期の短縮が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図。

【図２】本発明の第２の実施例を示す図。

【図３】本発明の第３の実施例を示す図。

【図４】鋼製型枠の鉄筋接続金具のその他の実施例で、
（ａ）はネジ結合方式、（ｂ）は跳ねだし鉄筋方式を示
す図。

【図５】従来の鉄骨柱脚部構造を示す図。

【符号の説明】

１鉄骨柱２箱抜き型
枠３ａ内側ダイアフラム３ｂ外側ダイ
アフラム４１と２との間隙５仮止めボ
ルト６仮止めボルト取付け金具７基礎梁８上端鉄筋９下端鉄筋１０グラウトモルタル充填孔１１鉄筋接続
金具１２鉄筋接続ネジ孔１３跳ね出し
鉄筋１４充填コンクリ−ト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安崎千博東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者坂井正美神奈川県川崎市川崎区白石町２番１号日本鋳造株式会社内 (72)発明者君島昭男神奈川県川崎市川崎区白石町２番１号日本鋳造株式会社内 (72)発明者小島修神奈川県川崎市川崎区白石町２番１号日本鋳造株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E02D 27/00 E04B 1/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基礎梁に設置した箱抜き型枠と、下部が箱
抜き型枠内に埋め込まれ、上部が箱抜き型枠から突き出
している鉄骨柱と、鉄骨柱の上部と下部との間に鉄骨柱
横断面に沿って取り付けられた平板状金属部材とを具備
した鉄骨柱脚部構造。
【請求項２】平板状金属部材は、その外周部が鉄骨柱外
周より突き出しており、この平板状金属部材突き出し外
周部にレベル出し用ボルトを取り付け可能としている請
求項１記載の鉄骨柱脚部構造。
【請求項３】鉄筋で補強された基礎梁に設置した箱抜き
型枠において、鉄筋と連結するための鉄筋接続用金具を
箱抜き型枠の上端外周部分に設けた請求項１または２記
載の鉄骨柱脚部構造。