JP3220827U

JP3220827U - 定着用ベースプレート

Info

Publication number: JP3220827U
Application number: JP2019000239U
Authority: JP
Inventors: 角屋　治克; 治克角屋
Original assignee: 株式会社Ｂ＆Ｂ技術事務所
Priority date: 2019-01-26
Filing date: 2019-01-26
Publication date: 2019-04-04
Anticipated expiration: 2029-01-26

Abstract

【課題】ボルト挿通孔内のアンカーボルト周囲の間隙やベースプレート下面の間隙をグラウト材で充填密着させて一体化を図り、柱脚の耐震性能が高まる定着用ベースプレートを提供する。【解決手段】鉄骨柱４の建て入れ後、プレート本体２の外周面に型枠材１１を設置し、グラウト充填用ロート１２をプレート本体２の注入孔２ｂに差し込み、グラウト材Ｇを流し入れる。グラウト材Ｇは、高低差Ｈに基づく注入圧でプレート本体２の下面と基礎コンクリート６との隙間を流動しながらＵ字状プレート３の開口端側から内部に流れ込み、凹状に湾曲した基端側の内壁面に突き当たると上方に向きを変え、ボルト挿通孔２ａに向けて流動し、Ｕ字状プレート３の上で開口するボルト挿通孔２ａの内部に送り込まれ、アンカーボルト５の外周面との間にある隙間を埋める。グラウト材Ｇをボルト挿通孔２ａに導くＵ字状プレート３はグラウト材Ｇ中に埋没し、シャーキーとして機能する。【選択図】図５

Description

本考案は、例えば鉄骨造、充填鋼管コンクリート造などの露出型柱脚構造において、鉄骨柱を基礎コンクリートに固定するための部材として鉄骨柱の下端部に固着される定着用ベースプレートに関する。

鉄骨建築物の柱脚は、複数本のアンカーボルトによって基礎構造物（基礎コンクリート）と緊結接合されている。地震時等において、アンカーボルトに破断が生じると柱脚の破壊になり、さらには建物の倒壊に繋がる。このようなことから、柱脚は建造物にとって重要な接合部である。

柱脚部にブレースが取り付く場合、柱脚部には引張力、剪断力および圧縮力(軸力)が付加される。一般に引張力と剪断力はアンカーボルトに付加され、改めてアンカーボルトの構造耐力の検討が必要になる。引張力に対しては、アンカーボルトの断面強度を増すことで対応されるが、剪断力に対しては、アンカーボルトが貫通している座金の全周を現場溶接でベースプレートに接合し、かつこの溶接作業を柱脚すべてのアンカーボルトに対して行う必要がある。その理由は、アンカーボルトとべースプレートのボルト挿通孔との間に間隙が必ず存在するからであって、剪断力をすべてのアンカーボルトに均等に伝えるためである。

ところが、アンカーボルトに剪断力が伝えられるとしても、アンカーボルトには、前述した引張力の負担などにより、剪断力を受け持つ余裕のないのが実情である。すなわち、引張力と剪断力の組合せ応力の検討で、引張力に余裕がなくなり、アンカーボルトの早期破断に繋がる。このことから、剪断力に対しては、ベースプレートの下面にシャーキーあるいはシャーコネクターと称されるプレート材などの突起物を設けて剪断力を受け持つことが推奨されている。

ベースプレートに取り付けるシャーキーの従来例としては、例えばベースプレートの下面中央部に立方体状の突出部を形成したものが知られている（特許文献１）。この場合、レベルモルタルを使用する建て方施工において、シャーキーがレベルモルタルと競合して作業の障害になるという問題点がある。また、シャーキーをベースプレート下面の四隅に設けることも提案されている（特許文献２）。この従来例では、略Ｖ字状に屈曲されたプレート（シャーキー）が、その開口端を外方に向けて起立状態で配置されることから、略Ｖ字状のプレートで囲まれているボルト挿通孔付近のモルタル（グラウト材の固化層）が、ベースプレートの下面全体のモルタルから隔離された状態となる。このため、モルタル層としての一体性に欠けることになり、この部分のモルタルの圧縮力負担能力が低下してしまうことが危惧される。しかも、モルタルの注入圧がプレート（シャーキー）で阻害され、ボルト挿通孔の内部でアンカーボルトの周囲にモルタルが十分に充填されない虞もある。

特開平５−１１２９８５号公報（図１，２参照）特許第６３８２６６１号公報（図３，５参照）

本考案は、上記のような技術的状況に鑑みなされたもので、シャーキーの効果的な配置により、上記した作業性の問題点を解決するとともに、ボルト挿通孔内でのアンカーボルト周囲の間隙やベースプレート下面の間隙をモルタル等のグラウト材で完全に充填密着させ一体化を図ることで、柱脚の耐震性能を格段に高めることができる定着用ベースプレートの提供をその目的とする。

上記課題を解決するため、本願考案では、プレート本体の上面側に鉄骨柱等が固着され、該プレート本体の周辺部分に設けた複数のボルト挿通孔に基礎コンクリート表面から突出する複数本のアンカーボルトが周囲に隙間をもって挿通された状態で、これらアンカーボルトに対して座金を介した上方からのナットの締付けにより該鉄骨柱等を基礎コンクリート上に固定する定着用ベースプレートにおいて、プレート本体の下面側には、平面視で略Ｕ字状のプレート材が、その開口端側を該プレート本体の中心に向けた起立状態で各ボルト挿通孔を囲むように接合される、という構成を採用した点に特徴がある。

上記構成によれば、定着用ベースプレート（以下、単にベースプレートと称することもある。）の主体をなすプレート本体の表面あるいはその近辺の適宜場所から適度な注入圧をもって注入されたモルタル等のグラウト材は、プレート本体の下面側において、平面視で略Ｕ字状に形成されているプレート材（以下、Ｕ字状プレートと称することもある。）の開口端側からその内側空間に流れ込み、凹状に湾曲した基端側の内壁面に突き当たると、上方に向きを変えて流動を続ける。そして、Ｕ字状プレートで囲まれた部分に開口するプレート本体のボルト挿通孔の内周面とその内部を貫通しているアンカーボルトの外周面との隙間にグラウト材が入り込み、その隙間を密実状態に充填する。さらに、グラウト材は、その注入圧でＵ字状プレートの内側空間だけでなく、プレート本体の下面全域にくまなく充填されて固化し、プレート本体との十分な密着性が得られる。

上記のとおり、本考案に係るベースプレートでは、固化したグラウト材層とプレート本体下面との密着力が高く、しかもプレート本体の下面に起立状態で接合されているＵ字状プレートがグラウト材層に埋設されてシャーキーとして機能することにより、ベースプレートに大きな剪断力が作用した場合でもベースプレートとグラウト材層との間で滑り現象が発生することがなく、アンカーボルトに剪断力が伝わることを阻止できる。

本考案による定着用ベースプレートでは、Ｕ字状プレートがプレート本体の下面側に注入されたグラウト材を、その注入圧を有効に利用してプレート本体のボルト挿通孔に効果的に導くものであるから、ボルト挿通孔の内部において、アンカーボルト周囲の間隙を確実に埋めてアンカーボルトのねじ部をグラウト材で保護することができる。さらに、グラウト材とプレート本体下面との付着力が高く、ベースプレートに大きな剪断力が作用した場合にＵ字状プレートがシャーキーとなってベースプレートとグラウト材層の間での滑り現象を確実に阻止し、アンカーボルトに剪断力が伝わることがなくなり、その剪断力がアンカーボルトを介して基礎コンクリートへとスムーズに伝達されるようになるので、耐震性に優れた柱脚等を得ることができる。

本考案に係る定着用ベースプレートの底面図である。図１の定着用ベースプレートで使用するＵ字状プレートの斜視図である。図１の定着用ベースプレートが下端に溶接された鉄骨柱をレベルモルタル上に設置してアンカーボルトを締め付けた状態を示す正面図である。図３の平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、図４の次工程として、グラウト材の注入方法を示す断面図と平面図である。グラウト材充填後のアンカーボルトの締付部付近を拡大した平面図である。図６のＡ−Ａ線断面図である。図６のＢ−Ｂ線断面図である。本考案に係る定着用ベースプレートの他の使用状態を示す正面図である。（ａ）及び（ｂ）は、本考案に係る定着用ベースプレートのさらに異なる使用状態を示す平面図と正面図である。

以下、本考案の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本考案に係る定着用ベースプレートの一例であって、露出型柱脚に使用するベースプレートを底面図として示している。図示のベースプレート１は、正方形状の鋼板からなるプレート本体２の四隅に、適用するアンカーボルト（図示せず。）の外径より過大な内径のボルト挿通孔２ａ（一般的にはアンカーボルト径プラス１０〜２０ｍｍ程度）が形成され、さらにプレート本体２の底面側（下面側）に、これらボルト挿通孔２ａを囲むようにＵ字状プレート３が接合された構成である。なお、プレート本体２の一辺で両端側に位置するボルト挿通孔２ａ，２ａ間の中央部において、後述するグラウト材の注入孔２ｂが板厚方向に貫通し、プレート本体２の反対側の面（上面）には、鉄骨柱４の下端部が溶接などにより接合される。

図２は、Ｕ字状プレート３を拡大した斜視図である。Ｕ字状プレート３は、平面視で略Ｕ字状に成形されたプレート材からなり、例えば鋼板を略Ｕ字状に屈曲するなどして形成したものである。図１に示すように、それぞれの開口端３ａ側がプレート本体２の中心（正方形の中心位置）に向けて起立状態で各ボルト挿通孔２ａを囲むような配置状態、すなわち凹状に湾曲している基端側部分３ｂがボルト挿通孔２ａに近い位置でプレート本体２に対して溶接等により接合されている。なお、本考案で云う略Ｕ字状とは、図１に記載したように、Ｖ字状のように開口端３ａ側が徐々に開いているような形態のものも含む。

次に、露出型柱脚を対象とした上記ベースプレート１の使用方法について、図３〜８を参照しながら説明する。図３，４は、鉄骨柱４の建て入れ作業として、それぞれ図１のベースプレート１をレベルモルタル上に設置してアンカーボルトを締め付けた状態を示す正面図と平面図である。図３に示すように、複数本のアンカーボルト５が突出する基礎コンクリート６の所定位置にレベルモルタル７を敷設し、鉄骨柱４の下端部に固着されているベースプレート１のボルト挿通孔２ａにアンカーボルト５を挿入しながら、レベルモルタル７上にベースプレート１を載置し、水平方向の位置調整を行う。次に、アンカーボルト５に対して、略台形状に成形された大きな座金８と、小さな丸座金９をこの順番で重ねた後、２個のナット１０，１０で締め付ける。この場合、レベルモルタル７の高さは、２０〜５０ｍｍ程度とし、その大きさは、一般的にベースプレート１を取り付ける鉄骨柱４の寸法の２／３程度とするのが好ましい。

上記座金８は、図４に示すように、表面と裏面が同じ略台形状からなる座金本体のほぼ中央にアンカーボルト５を受け入れる挿通孔８１（図７，８参照）が形成されるとともに、座金本体の肉厚方向に貫通する３個の切り溝状の空気排出溝８ａ，８ｂ，８ｃが、挿通孔８１を中心にして放射状（１２０°間隔）に設けられた形状をなしている。これらの空気排出溝８ａ，８ｂ，８ｃは、グラウト材をその開口部分から外部に漏出させることなく、座金本体の内部に留めるものであって、アンカーボルト５に挿通されナット１０，１０が螺合した状態で、ナット１０，１０の外周縁を越えてその先端側部分が露出する長さに設定されている。なお、挿通孔８１の内径は、使用するアンカーボルト５の外径より５〜１０ｍｍ程度大きく形成されている。また、この実施形態ではナット１０と座金８の間に、ナット１０の対角距離よりやや大きい外径の一般的な丸座金９が挿入されているが、丸座金９は設けなくともよい。

上記座金８において、空気排出溝８ａ，８ｂ，８ｃは、充填時における空気の排出が目的であり、グラウト材（無収縮モルタル等）を座金８の内部に留め、その漏出がないものとしているが、ほんのわずかなセメントミルクが漏れ出る程度では、その効果に大差がないので、この条件に含まれる。具体的には、空気排出溝の幅は２〜３ｍｍ、空気排出溝の露出長さはナット１０の外周縁から１０ｍｍ以下が好ましい。この範囲を超えると、空気排出溝８ａ，８ｂ，８ｃからグラウト材が漏れ出し、それ以降の注入圧力が大きく低下するので、必要な箇所に隙間なく充填することが困難になる。

図５（ａ），（ｂ）は、それぞれ露出型柱脚でグラウト材の充填方法を示す断面図と平面図である。鉄骨柱４の建て入れが完了した後、ベースプレート１（プレート本体２）の外周面に型枠材１１を密着させて取り付ける。なお、充填する無収縮モルタル等のグラウト材Ｇが型枠材１１の上部や下部から流出しないように適宜のシール処理を行う。そして、グラウト充填用ロート１２をベースプレート１の注入孔２ｂに差し込み、グラウト材Ｇをゆっくりと流し入れる。グラウト材Ｇは、高低差Ｈに基づく注入圧によってプレート本体２の下面と基礎コンクリート６との隙間を流動しながらＵ字状プレート３の開口端３ａ側からその内部空間に流れ込み、凹状に湾曲している基端３ｂ側の内壁面に突き当たると上方に向きを変え、プレート本体２のボルト挿通孔２ａに向けて流動を続ける。

図６〜８は、グラウト材Ｇを充填した後のアンカーボルトの締付部付近を拡大したものであり、図６はその平面図、図７および図８は図６のＡ−Ａ線断面図とＢ−Ｂ線断面図である。図６に示すように、本考案に係るベースプレート１では、Ｕ字状プレート３がアンカーボルト５を取り巻くようにしてその開口端３ａ側をプレート本体２の中心に向けて取り付けられているので、注入されたグラウト材Ｇの流れを効率的に内部空間に取り込み、プレート本体２のボルト挿通孔２ａへと導くことができる。

すなわち、Ｕ字状プレート３の内壁面に当たって上方に向きを変えたグラウト材Ｇは、図７，８に示すように、Ｕ字状プレート３のすぐ上に開口しているボルト挿通孔２ａの内部に注入圧によって送り込まれ、その内部を貫通しているアンカーボルト５の外周面との間にある隙間に入り込む。さらに、グラウト材Ｇはボルト挿通孔２ａを上昇して座金８の挿通孔８１にまで到達し、アンカーボルト５の周囲の隙間を確実に埋めることができる。また、グラウト材ＧはＵ字状プレート３の内側空間だけでなく、その注入圧でプレート本体２の下面の全域にくまなく充填されるので、簡単な作業でベースプレート１との十分な密着性が得られる。この場合、Ｕ字状プレート３は、グラウト材Ｇの固化層中に埋没していることにより、シャーキーとしての機能を発揮する。なお、プレート本体２にグラウト材の注入孔を設けることに代えて、型枠材１１に注入孔を形成し、型枠材１１の側面からグラウト充填用ロート１２でグラウト材Ｇを充填することも可能である。

本考案のベースプレート１を使用する際には、無収縮モルタル等のグラウト材Ｇとして、流動性の優れたもの使用することが重要である。プレート本体２の下面全域とナット１０の直下まで完全に充填させるには、適度なグラウト材Ｇの流動速度と適度な注入圧力が必要である。これを満足する方法として、図５に示すように、ある程度の高さと２０ｍｍ程度の注入孔を有するグラウト充填用ロート１２を使用する。グラウト材Ｇの注入作業は，グラウト充填用ロート１２の頂部近くまでグラウト材Ｇで満たす。グラウト材Ｇを満たす高さＨは、アンカーボルト５の頂部高さまでを目安とする。このような条件により、グラウト充填用ロート１２中のグラウト材Ｇの質量が適度な注入圧力となって継続的な充填が可能になり、グラウト材Ｇですべての隙間を埋めることができる。

このように、無収縮性、高強度および高流動性備えた無収縮モルタルからなるグラウト材Ｇでプレート本体２の下面からアンカーボルト５とプレート本体２のボルト挿通孔２ａおよび座金８との間隙まで確実に充填し、アンカーボルト５のナット１０より下方向に現れるねじ部分５ａをすべて無収縮モルタルで被覆状態にすることにより、ねじ部に発生する応力集中を抑制し、また柱脚単位で各アンカーボルト５に均等なせん断力を負担させることで、建築物の耐震性能を向上する。また、座金８の挿通孔８１、プレート本体２のボルト挿通孔２ａをアンカーボルト５の外径よりやや広くすることで、無収縮モルタル等のグラウト材Ｇの充填性を改善し、さらには、鉄骨工事への合理化に繋がる。

上記グラウト材Ｇ（無収縮モルタル）の配合例としては、無収縮セメントと骨材（珪砂）の重量比が５０％、水セメント比は３０％以下、骨材（珪砂）のサイズは２〜３ｍｍ以下である。このような配合の無収縮モルタルを狭小空間（３ｍｍ以上）に充填させることは、適度な注入圧と空気排出孔があれば可能である。ところが、２〜３ｍｍ以下の間隙では、無収縮モルタルの骨材サイズよりも狭くなることから、その入り口で骨材が止まり、セメントミルクだけが流れ出る状態になる。しばらくすると、その場所に骨材が集積して堰の状態になり、セメントミルクの流出も完全に止まる。このような無収縮モルタルの特性により、座金８の空気排出溝８ａ，８ｂ，８ｃの内部にもセメントミルクを注入できることから、座金８の挿通孔８１とアンカーボルト５の間隙にグラウト材Ｇ（無収縮モルタル）が充填されたことを確認できる。本考案では、特に、堅牢で拘束された空間になっているアンカーボルト５の周囲において、無収縮モルタルが密実充填状態で凝結することにより拘束効果（コンファインド効果）が発揮され、通常得られる圧縮強度の数倍の強度になり、またその他の隙間も無収縮モルタルで充填されて柱脚が一体化し、耐震性能を高めることができる。

上記のとおり、グラウト材ＧとＵ字状プレート３のシャーキーとしての機能によりベースプレート１の下面と基礎コンクリート６との付着定着力を高めるとともに、アンカーボルト５のねじ部の周辺、特に谷部５ａまでも含めてグラウト材Ｇで保護することで、柱脚に作用するせん断力が、アンカーボルト５を介して基礎コンクリート６へとスムーズに伝達させ、建築設計者が意図する柱脚の固定性能を確保し、アンカーボルト５のねじ部において、谷部５ａへの応力集中によるアンカーボルト５の脆性的破断を効果的に抑制し、建物の倒壊を防ぐことが可能になる。

図９は、図１に示すベースプレート１をブレース付きの露出型柱脚に適用した事例である。なお、前記実施形態と同一部分については同一符号で表示し、重複する説明は省略する。この場合、ガセットプレート１３が鉄骨柱４の側面とベースプレート１の上面に跨るようにして溶接され、ガセットプレート１３にブレース１４が接合されている。なお、図示はしないがプレート本体２の下面側にはＵ字状プレート３が図１等と同じような配置形態で接合され、グラウト材Ｇの固化層中に埋設されている。

図１０（ａ），（ｂ）に示すベースプレート２０は、鉄骨柱が上面側に接合される柱脚用としての用途ではなく、ブレースの一端側を基礎コンクリートに定着するためのものである。すなわち、プレート本体２１の上面側には、平面視で十字状に鋼板２２，２３が起立状態で溶接されるとともに、図示はしないが、下面側に図１，２などに記載されるＵ字状プレート３が、同じようにプレート本体２１の中心にその開口端を向けて接合されている。そして、ベースプレート２０は、座金８，９とナット１０，１０により基礎コンクリート６に固定され、Ｕ字状プレート３がグラウト材Ｇの固化層中に埋設される。そして、一方の鋼板２２に開設されたピン孔２２ａを介してブレース１４の一端側が結合され、ブレース１４の他端側（不図示）は、柱と梁の交差部に設けられたガセットプレートに結合される。

なお、本考案は上記実施形態に限定されるものではなく、プレート本体の上面側に接合する部材を他のものに変えるなど、本考案の技術思想内でさまざまな変更実施が可能である。

本考案に係る定着用のベースプレートは、鉄骨造の柱脚部やブレース端部の接合などに使用することができることから、構造躯体の耐震性能、施工性、経済性を向上させる手段としてさらなる展開が期待される。

１，２０…ベースプレート、２，２１…プレート本体、２ａ…ボルト挿通孔、２ｂ…注入孔、３…プレート材（Ｕ字状プレート）、３ａ…開口端、４…鉄骨柱、５…アンカーボルト、６…基礎コンクリート、７…レベルモルタル、８，９…座金、１０…ナット、１１…型枠、１２…グラウト充填用ロート、１３…ガセットプレート、１４…ブレース、２２，２３…鋼板

Claims

プレート本体の上面側に鉄骨柱等が固着され、該プレート本体の周辺部分に設けた複数のボルト挿通孔に基礎コンクリート表面から突出する複数本のアンカーボルトが周囲に隙間をもって挿通された状態で、これらアンカーボルトに対して座金を介した上方からのナットの締付けにより該鉄骨柱等を基礎コンクリート上に固定する定着用ベースプレートにおいて、前記プレート本体の下面側には、平面視で略Ｕ字状のプレート材が、その開口端側を該プレート本体の中心に向けた起立状態で各ボルト挿通孔を囲むように接合されていることを特徴とする定着用ベースプレート。