JP3681367B2 - 鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造 - Google Patents
鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築や土木等の分野における鉄骨柱と基礎コンクリートの接合に用いられるアンカー筋の接合金物を用いた鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄骨柱と基礎コンクリートの接合すなわち鉄骨柱脚は、図８に示すように、基礎コンクリート１中にアンカーボルト５１を複数本埋設し、このアンカーボルト５１が挿通できるボルト孔５３を有するベースプレート５２を鉄骨柱２の下端に溶接で固定し、基礎コンクリート１上にベースプレート５２を載置し、ボルト孔５３を貫通したアンカーボルト５１の上部にナット５４を螺合し、さらに緩み止めのナット５５を用いて、基礎コンクリート１と鉄骨柱２を接合一体化している。
【０００３】
また、アンカーボルト５１の定着力を基礎コンクリートに分布伝達させるため、複数本のアンカーボルト５１の周辺には、立上がり主筋６２とフープ筋６３からなる立上がり鉄筋籠６１を配置してコンクリートを打設し、アンカーボルト５１の定着機能を満足させている（以上、例えば、特許文献１の従来技術の欄及び図３４等参照）。
【０００４】
また、上記の特許文献１には、基礎コンクリート内に下部が埋設固定される複数の立上がり主筋にねじ部のない異形棒鋼を用い、鉄骨柱の下端接合部の周囲には、凹凸を内面に設けた挿通孔を有するスリーブ金物を固着し、基礎コンクリートから突出した異形棒鋼の上部をスリーブ金物内に挿通し、スリーブ金物内に高強度モルタルを充填固化させ、鉄骨柱と基礎コンクリートを接合一体化する技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４８２３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような従来のアンカーボルトとベースプレートによる接合構造の場合、次のような問題点がある。
【０００７】
(1) 図９に示すように、地震や暴風時に発生する柱脚の曲げモーメントＭに対し、片側のアンカーボルト５１が引張力を受けるが、他の側のアンカーボルト５１には圧縮力が伝わらず、ベースプレート５２と基礎コンクリート１の接触部分で接地圧縮力が生じて釣り合う。その合力はアンカーボルト５１の内側に生じ、引張力を受けるアンカーボルト５１との距離はＬ1 である。曲げ抵抗力は、この距離Ｌ1 が大きいほど強くなることは力学上の原理である。もし圧縮側のアンカーボルト５１が圧縮力を負担すれば、その距離はＬ2 となるが、従来のアンカーボルトの固定法は、ベースプレート５２の上からナットを螺合するので圧縮力は負担できない。そのため、柱材の曲げ断面性能を十分に発揮する条件である保有耐力接合（柱材下端が曲げ降伏して塑性ヒンジが生じても、柱下端とベースプレートの溶接部、ベースプレート自体、ナットで固定したアンカーボルトなどが破断しない）が困難となる。この保有耐力接合の条件を満たすためには、ベースプレート５２を大きくするか、アンカーボルト５１の高強度化や多数本化などが必要であるが、材料費や形状の大きさなどコストと設計の面から困難となる。
【０００８】
(2) アンカーボルト５１のねじ部は、断面積にして軸部の７０％〜９０％程度である。従って、図１０に示すように、アンカーボルト５１が大きい引張力を受けると、ねじ溝部が降伏して伸び、これが永久歪みとなる。地震は交番荷重であるから、左右のアンカーボルト５１は交互に引張力を受けるので、左右のアンカーボルト５１のねじ溝部の伸び歪みのため、基礎コンクリート１とベースプレート５２との間にがたが生じ、固定ではなく載置状態となる。
【０００９】
(3) 地震時の波動は柱脚を通じて上部架構に慣性力を与え、その上部架構の反力は柱脚を通じて基礎・地盤へと逸散する。従って、柱脚は地震動の通過点であるため、この部分に弛み・がたが生じると、地震エネルギーは柱脚で吸収されずに、上部架構に伝わり、揺れが大きくなる。なお、ダブルナットを用いてナットの弛み止めを施しても、ナット下部のねじ部の伸び歪みの発生は避けられず、その構造物の足元の性能は劣化する。
【００１０】
(4) 図８に示すように、鉄骨柱２の外周にアンカーボルト５１を配置するため、ベースプレート５２が大きくなり、さらにアンカーボルト５１の周囲に立上がり鉄筋籠６１を設けるため、基礎コンクリート１の立上がり基礎部分１Ａが大きくなる。そのため、基礎コンクリートを多量に必要とする。また、建物の外周では、鉄骨柱２の仕上面から柱脚部が外方に出るので、建物外周での仕上方法に大きな制約があった。
【００１１】
(5) また、工事現場では、立上がり鉄筋籠６１の組立作業、基礎梁の配筋、アンカーボルト５１の据え付け等の作業が錯綜し、作業の工数が増え、作業能率が低下し、作業コストが増加する。また、アンカーボルト５１をベースプレート５２のボルト孔５３に挿通させるためには、厳しい精度管理が必要である。
【００１２】
また、前述の特許文献１の異形棒鋼とスリーブ金物と高強度モルタルによる接合構造の場合、上記のアンカーボルトとベースプレートによる接合構造の問題点を解決することができるが、より簡単な構造の接合金物で異形棒鋼と鉄骨柱を強固に固定できる接合構造が望まれている。
【００１３】
さらに、立上がり主筋である異形棒鋼にはフープ筋を籠状に配置する必要がある。通常、鉄筋同士は、コンクリート打設の衝撃や流動する生コンクリートの圧力などで配筋が乱れたり移動しないように、針金などで結束したり、溶接で固定する方法が採られているが、針金などによる結束方法では、鉄筋同士は一点で接触し、滑りやすく、剛に固定することができない。溶接による方法では、鉄筋と鉄筋の側面を跨ぐブリッジ状の溶接となり、溶接部が割れやすく、またアークストライクにより鉄筋にノッチが生じるなど、鉄筋の材質を傷めるなどの問題がある。また、近年、鉄筋の組立を工場等で行い、プレハブ化した鉄筋を運搬して据え付ける省力化工法が行われているが、この場合、プレハブ鉄筋が運搬・据付け時に変形したり結束点がずれないように、形状を保持するための補助材が必要となり、この補助材はコンクリート打設前に撤去する必要があるため、コストが増加し、作業性が低下する。
【００１４】
本発明は、前述のような問題点を解消すべくなされたもので、鉄骨柱と基礎コンクリートの接合部において、地震動等によって接合部に弛みが生じることがなく、耐力が低下しない接合部を得ることができ、基礎コンクリートを小さくすることができ、作業工数の低減等を図ることができ、しかも、比較的簡単な構造の接合金物で基礎コンクリートの立上がり主筋である異形棒鋼と鉄骨柱を強固に固定でき、さらに、基礎コンクリートの鉄筋同士を比較的簡単な部材と簡易な方法で剛に接合することができるアンカー筋の接合金物を用いた接合構造を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、鉄骨柱の下端接合部における周囲に周方向に間隔をおいて複数固定され、基礎コンクリート内に下部が埋設固定された異形棒鋼からなるアンカー筋の上部が挿入され、内部に充填されるグラウト材（高強度モルタル等）により前記アンカー筋の上部を固着するスリーブ状の接合金物を用いた鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造であり、上下端が開口すると共に側面に上下方向に連続するスリット状の開放部が形成された断面略Ｕ字状の筒状体の内面に凹凸が設けられ、前記開放部を挟んで左右一対の脚部は、先端部に鉄骨柱の側面に当接する当接面が形成され、かつ、外面に上下方向に連続する溶接（隅肉溶接等）用の凹状溝が設けられた接合金物が冷間成形角形鋼管からなる鉄骨柱の各角部に配置され、角部の塑性域を挟むように配置された左右一対の脚部がその外面の凹状溝の溶接で鉄骨柱に固定されていることを特徴とする鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造である。
【００１７】
本発明は、鉄骨柱が冷間成形角形鋼管のように角部に塑性域（溶接部の割れや脆性破壊が発生しやすい）がある場合に適用されるものであり、角部の塑性域を跨いで接合金物を溶接する（図３（ａ）参照）。
【００１８】
本発明の請求項２は、請求項１に記載の接合構造において、複数本のアンカー筋（異形棒鋼）とこれを取り囲むフープ筋の交差部に、複数本の結束線（針金など）を巻き付け、端部同士を捩じって縛ることにより、平板状または棒状に束ねられた結束線で鉄筋同士を固縛し、かつ、結束線束の各結束線間の隙間、結束線束と鉄筋の接触部、鉄筋同士の接触点を含む周辺部に、金属接着材（エポキシ樹脂系やフェノール樹脂系の接着材あるいは瞬間接着材など）を注入し、硬化した金属接着材により、結束線同士、結束線束と鉄筋、鉄筋同士を一体化して、アンカー筋の上部を柱の接合金物内に精度良く挿入するために、鉄筋籠がコンクリートの打設による衝撃等に対して図１に示す形状を保持できるようにしたことを特徴とする鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造である。
【００１９】
鉄骨柱と基礎コンクリートの接合に際しては、基礎コンクリートの複数本のアンカー筋（異形棒鋼）とこれを取り囲むフープ筋の交差部を結束線（針金など）と金属接着剤（エポキシ樹脂系やフェノール樹脂系の接着材あるいは瞬間接着材など）で固定してなる鉄筋籠を基礎面上に設置し、前記アンカー筋の上部が基礎コンクリートから突出するようにコンクリートを打設して基礎コンクリートを構築し、請求項１に記載のアンカー筋の接合金物が下端接合部における周囲の各角部に固定された鉄骨柱を前記基礎コンクリート上に建て込んで前記アンカー筋の上部を前記接合金物内に挿通し、この接合金物の内部にグラウト材（高強度モルタル等）を充填して鉄骨柱と基礎コンクリートを一体化する。
【００２０】
請求項２において、結束線束は、交差部を一方向に跨ぐ片襷掛けで巻き付けられ（図５(a) 参照）、あるいは交差部を二方向に跨ぐ両襷掛けで巻き付けられる（図５(b) 〜(d) 参照) 。また、片襷掛けの結束線束の襷掛け方向が複数の交差部で互いに異なるようにしてもよい。
【００２１】
柱脚は、一般に軸方向力Ｎと曲げモーメントＭとせん断力Ｑを同時に受ける。これらの応力は柱断面を構成する板要素の面内力として作用する。従って、以上のような本発明によれば、下部が基礎コンクリート内に埋設固定された異形棒鋼の上部が、鉄骨柱の側面に沿って固定された断面略Ｕ字状の接合金物と柱板要素で形成された閉鎖状の孔に挿通され、グラウト材により接合金物及び鉄骨柱と一体化し、接合金物の内面には突起による凹凸が設けられており、異形棒鋼の表面にも節による凹凸が設けられており、これらの間に充填され固化したグラウト材が接合金物と異形棒鋼の凹凸に噛み合うことにより固定度が高まり、異形棒鋼と接合金物及び鉄骨柱とが確実に接合一体化することにより、地震動等によって接合部に弛みが生じることがなく、耐力が低下することがない。
【００２２】
接合金物を鉄骨柱の側面に沿って固定し、異形棒鋼を立上がり主筋として用いるため、ベースプレート及び二重構造の鉄筋籠が不要となり、基礎コンクリートを小さくすることができ、作業工数の低減を図ることができる。また、接合金物が鉄骨柱の側面に沿って固定されているため、柱脚の曲げ応力を直接基礎に伝えることができる。また、ベースプレートが不要となることで、定着筋に加わる応力は基礎深部に伝達できるので鉄骨柱と基礎コンクリートの連続的な接合が可能となる。また、異形棒鋼を接合金物内に隙間をおいて挿入できるため、精度管理が容易となる。
【００２３】
接合金物は、断面略Ｕ字状の筒状体の開放部を挟んで左右一対の脚部の先端当接面を鉄骨柱の側面に当接させ、かつ、脚部外面の溶接用凹状溝により十分な長さの溶接脚長を確保することができるため、接合金物を鉄骨柱の側面に強固に固定することができ、比較的簡単な構造の接合金物で異形棒鋼と鉄骨柱を強固に固定できる。また、断面略Ｕ字状の筒状体と鉄骨柱の側板により異形棒鋼の挿通孔が形成されるため、接合金物を鉄骨柱の側面に近接して配置することができ、応力を効率良く伝達することができ、また基礎コンクリートをよりコンパクトにすることができる。
【００２４】
異形棒鋼とそのフープ筋は、鉄筋同士を片襷掛けや両襷掛けで固縛した後、結束線間の隙間および鉄筋間の隙間に金属接着材を吐出注入させると、金属接着材が各結束線間の隙間に浸透すると共に、結束線束と鉄筋との隙間に充填され、また、鉄筋同士の接触点を中心とする周辺部に充填される。金属接着材が硬化すると、金属接着材により一体化した平板状や棒状の結束線束の剛性が向上すると共に、このような結束線束が鉄筋に強固に固定され、結束線束による固縛作用が大幅に増大し、さらに、鉄筋同士が金属接着材により強固に固定され、鉄筋同士が剛に接合される。これにより、コンクリートの打設の衝撃や生コンクリートの流れによる圧力で、配筋が乱れることがなく、信頼性の高い基礎コンクリート構造物が得られ、また、鉄筋のプレハブ化において補助材が不要となる。また、金属接着材を注入するだけの比較的簡単な部材と簡易な方法で熟練を要さずに鉄筋を傷めることなく鉄筋同士を剛に接合することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は、本発明を鉄骨柱脚に適用した例である。図１は、本発明に係る鉄骨柱脚の接合構造の一例を示したものである。図２は、本発明に係る接合金物の一例を示したものである。図３は、鉄骨柱と接合金物の配置の例を示したものである。図４、図５は、基礎コンクリートにおける異形棒鋼とフープ筋の固定方法を示したものである。
【００２６】
図１において、基礎コンクリート１は、立上がり基礎部分１Ａと基礎梁１Ｂからなり、立上がり基礎部分１Ａの上に鉄骨柱２が立設されている。このような鉄骨柱脚において、本発明では、アンカー筋３にナット締め付け用のねじのない異形棒鋼を用い、この異形棒鋼３を複数本（図示例では８本）上部が立上がり基礎部分１Ａの上面から所定長さだけ突出するように立上がり基礎部分１Ａ内に埋設固定し、鉄骨柱２の下端接合部における４つの外側面には、後述するような特殊な形状の接合金物４を異形棒鋼３の数と位置に合わせて鉄骨柱２の側面に沿うように隅肉溶接５で固定しておき、異形棒鋼３の上部を接合金物４内に挿通した後、この接合金物４内に高強度モルタル等のグラウト材６を充填して異形棒鋼３の上部と接合金物４および鉄骨柱２とを固着することで、基礎コンクリート１と鉄骨柱２とを接合一体化する。
【００２７】
複数本の異形棒鋼３は、基礎コンクリート１の立上がり主筋であり、これらを取り巻くフープ筋７が上下方向に間隔をおいて複数配設され、異形棒鋼３とフープ筋７により鉄筋籠が形成される。図示例の場合には、フープ筋７は平面視で八角形となる。また、各異形棒鋼３は、対応する各接合金物４の位置に合わせて配置し、組み立てることになる。なお、基礎梁１Ｂには、主筋８とスターラップ筋９が配筋される。
【００２８】
接合金物４は、図２に示すように、内面に突起１１による凹凸が形成された円筒状のスリーブ金物の側面に上下方向に連続するスリット状の開放部１２を設けた上下端が開口する断面略Ｕ字状の筒状体１０であり、平面視で半円状の本体１０ａと、開放部１２を挟んで左右一対の脚部１０ｂ，１０ｂから構成されている。
【００２９】
この脚部１０ｂの先端面は、鉄骨柱２の側面に当接する当接面１３が形成されるように加工され、十分な接触面積で接合金物４を鉄骨柱２の側面に取付けることができるようにされている。また、この脚部１０ｂの外面には、上下方向に連続する隅肉溶接用の凹状溝１４が形成されている。この凹状溝１４は、平面視で例えば三角形状に抉られて形成され、十分な溶接脚長Ｌを確保し、隅肉溶接５の十分な強度が得られるようにする。また、接合金物４の板厚ｔが必要隅肉サイズ（Ｌに相当）より小さいときは、板厚を溶接部に向かって漸増させ、Ｔ≧Ｌとする。当接面１３と凹状溝１４により接合金物４が鉄骨柱２の側面に強固に固定される。また、断面略Ｕ字状の筒状体１０と鉄骨柱２の側板とにより異形棒鋼３の閉鎖状の挿通孔が形成され、異形棒鋼３を鉄骨柱２の側面に近接して配置することができる。
【００３０】
また、本体１０ａの下部における鉄骨柱２の反対側の側面にはグラウト注入孔１５が設けられている。接合金物４の上面は開放されているため、グラウト材６の充填が目視できる。また、グラウト材６は上部からも注入することができ、作業性がよい。
【００３１】
このような接合金物４は、市販されている縞鋼板を縞突起が内側に位置するようにプレス成形して製造することができ、また鋼板を鍛造して成形することもでき、さらに鋳鋼製とすることもできる。突起１１は、異形棒鋼３の軸方向に対して直交する凸条が好ましい。縞鋼板のように異形棒鋼３の軸方向に対して傾斜しているものでもよい。なお、この接合金物４は、図示例では、円筒状とされているが、これに限らず、その他の形状でもよい。
【００３２】
従来の接合構造では、アンカーボルトのナット締め付けねじ部の伸びによって弛みが生じていたが、本実施形態では、異形棒鋼３の節（リブ）による凹凸と接合金物４の突起１１による凹凸に固化したグラウト材６が噛み合い、異形棒鋼３と接合金物４が確実に固定され、伸びが生じない。そして、立上がり主筋である異形棒鋼３に伝達された荷重は基礎コンクリート１内で鉄筋籠状のフープ筋７等を介して立上がり基礎部分１Ａ及び基礎梁１Ｂに確実に伝達される。従って、地震動等が生じても、接合部の弛みがなく、柱脚部の固定度が高まることで、良好なエネルギ吸収能力が得られる。
【００３３】
また、異形棒鋼３とフープ筋７からなる鉄筋籠に伝達された荷重は、立上がり基礎部分１Ａあるいは基礎梁１Ｂに伝達され、構造骨組全体が明快な力学的伝達機構となり、従来のようなアンカーボルトとその周辺に鉄筋籠を設けるといった二重構造を単純化することができ、基礎コンクリート１を小さくすることができ、また工事現場の作業を簡易化することができる。
【００３４】
また、接合金物４が鉄骨柱２の側面に沿って固定されているため、柱脚の曲げ応力を直接基礎コンクリート１に伝えることができる。また、ベースプレートが不要となることで、定着筋に加わる応力は基礎深部に伝達できるので鉄骨柱２と基礎コンクリート１の連続的な接合が可能となる。また、異形棒鋼３を接合金物４内に隙間をおいて挿入できるため、精度管理が容易となる。
【００３５】
接合金物４は、十分な接触面積の当接面１３と十分な溶接脚長Ｌの凹状溝１４により鉄骨柱２の側面に強固に固定することができる。また、断面略Ｕ字状の筒状体１０と鉄骨柱２の側板により異形棒鋼３の挿通孔が形成されるため、接合金物４を鉄骨柱２の側面に近接して配置することができ、応力を効率良く伝達することができ、また基礎コンクリート１をよりコンパクトにすることができる。
【００３６】
図３に示すように、鉄骨柱２が角形鋼管等の場合には、接合金物４を各角部に溶接で固定し、あるいは、各側板部に溶接で固定する。鉄骨柱２がＨ形鋼等の場合には、平行フランジの外面に溶接で固定する。
【００３７】
ここで、鉄骨柱に最も多用されている冷間成形角形鋼管の場合、その角部に冷間曲げ加工のため著しく塑性化した領域Ｅ（図の斜線部分）が存在する。この塑性域Ｅに溶接した場合、母材の衝撃値が低く、溶接部の割れや脆性破壊が発生しやすいため、建物が地震力や風圧力のような大きな外力を受けた時に、塑性域の溶接部を起点として崩壊する危険性がある。そのため、図３(a) の角形鋼管の各角部に接合金物４を固定する場合、塑性域Ｅを避けて溶接する。即ち、接合金物４の開放部１２が塑性域Ｅに位置するように左右一対の脚部１０ｂ，１０ｂで塑性域Ｅを挟み、隅肉溶接５が塑性域Ｅにかからないようにする。図３(b) の場合は、鉄骨柱２の各側板部に固定するため、塑性域Ｅを避けることができる。
【００３８】
次に、主筋としての異形棒鋼３とフープ筋７は、図４に示すように、複数本の針金（鈍し鉄線等の結束線）２０と、エポキシ樹脂系やフェノール樹脂系の接着材あるいは瞬間接着材などの金属接着材２１を用い、針金２０の結束状態や金属接着材２１の接着方法などを工夫することにより、異形棒鋼３とフープ筋７を剛に接合できるようにする。
【００３９】
図４の例では、複数本の針金２０を束ねて針金束２２とし、この針金束２２を異形棒鋼３とフープ筋７に対角状に襷掛けで巻き付け、端部同士を捩じって縛ることにより、捩じった部分以外で平板状あるいは棒状となった針金束２２により異形棒鋼３とフープ筋７を固縛する。針金２０は、２本以上を束ねて用いるのが好ましい。
【００４０】
次いで、金属接着材２１を針金束２２および異形棒鋼３とフープ筋７との隙間に吐出注入する。金属接着材２１は、図４(b) に示すように、針金２０, ２０間の隙間にその表面張力を利用して浸透していくと同時に、針金２０と異形棒鋼３・フープ筋７との間に充填される。また、図４(c) に示すように、異形棒鋼３ととフープ筋７の接触点Ｐを含む周辺部を埋めるように金属接着材２１が充填される。さらに、針金束２２の全体を覆うように金属接着材１１を塗布してもよい。また、針金束２２と異形棒鋼３・フープ筋７の間の空間にも充填し、一体化した金属接着材２１で結束部全体が覆われるようにしてもよい。
【００４１】
接着材が硬化すると、金属接着材２１により、針金束２２の剛性が向上する（後に詳述）と共に、このような針金束２２が異形棒鋼３・フープ筋７に強固に固定されることで、針金束２２による固縛作用が大幅に増大し、さらに、異形棒鋼３とフープ筋７とが金属接着材２１により強固に固定され、以上により、異形棒鋼３とフープ筋７とが剛に接合される。
【００４２】
図５は、針金束２２の種々の結束方法を示す正面図、裏面図、斜視図である。図５(a) は、１セットの針金束２２を用いた片襷掛けの例である。図５(b) は、２セットの針金束２２をそれぞれ正面・裏面ともに×字状となるように巻き付けた両襷掛けの例である。図５(c) は、１セットの針金束２２を裏面では平行に正面では×字状となるように連続的に巻き付けた両襷掛けの例である。図５(d) は、２セットの針金束２２を裏面では平行に巻き付け、正面でも平行となるようにそれぞれの端部を連結した両襷掛けの例である。なお、図示例は針金２０が２本１組の場合であるが、３本、４本、それ以上でもよい。
【００４３】
以上のような鉄筋同士の接合方法によれば、次に示す作用効果が得られる。
【００４４】
(1) 束ねた針金束２２を接着材２１で一体化した時の強さ
図６(a) は、平板状に束ねた針金束２２の例であり、針金群が接着材で一体化することで、平板に相当する曲げ強さを持ち、面内剛性が高い。一方、面外剛性は低いから、鉄筋の周面に密着しやすい。また、接着面積を大きくすることができる。以上のことから、鉄筋同士の接合を強固に行える。
【００４５】
図６(b) は、棒状（ロープ状）に束ねた針金束２２の例であり、針金群が接着材で一体となり、充実断面の鋼材と等価な剛性を持ち、鉄筋同士の接合を強固に行える。
【００４６】
なお、接着材により針金群の剛性が高まる理由は、以下の通りである。即ち、金属接着材１１のせん断剛性とせん断強さにより、針金群が一体化する。図６(c) に示すように、接着材が無いか弱いと、曲げ応力を受けた場合、２材間にずれが生じ、曲がりやすい。図６(d) に示すように、接着材１１が強いと、２材が一体化し、曲がりにくい。
【００４７】
以上のように、複数本の針金２０を長さ方向に互いに金属接着材２１で接合することにより、曲げ強さが増加し、鉄筋同士を強固に接合することができ、また、前述したように平板状とロープ状とでそれぞれ曲げ強さの特性が生まれ、適宜選択して用いることができる。
【００４８】
(2) 鉄筋同士の接合メカニズム
図７(a) （両襷掛けの場合）に示すように、接着材２１が針金束２２を一体化し、かつ、針金束２２と接する異形棒鋼３，フープ筋７と接着一体化するため、異形棒鋼３，フープ筋７の交差角θを変えようとする曲げ応力Ｍに対して、その側面線部分２２ａが図７(b) に示すような力を受けることになる。
【００４９】
側面線部分２２ａの耐力をＰ1 ，Ｐ2 、鉄筋１、２間の接着材溜まりによる曲げ耐力をＰ3 とすると、両襷掛けの場合には、（Ｐ1 ＋Ｐ2 ＋Ｐ3 ）の抵抗要素による剛な接合となる。
【００５０】
片襷掛けの場合には、（Ｐ1 ＋Ｐ3 ）が抵抗要素になるため、両襷掛けの場合よりも耐力は低下し、かつ、正の曲げと負の曲げではその耐力に差が生じるので、各交差部の結束は、互いに襷掛けの方向を変え、交差部の耐力を補うようにする。
【００５１】
なお、以上は異形棒鋼３とフープ筋７の接合について説明したが、基礎梁１Ｂの主筋８とスターラップ筋９の接合にも適用できることは言うまでもない。
【００５２】
工場や現場において、鉄筋同士を前述の結束線と金属接着剤で固定して鉄筋籠を組立て、これを基礎面上に設置し、異形棒鋼３からなるアンカー筋の上部が基礎コンクリートから突出するようにコンクリートを打設して基礎コンクリート１を構築し、予め接合金物４が溶接固定された鉄骨柱２を基礎コンクリート１上に建て込んで異形棒鋼３の上部を接合金物４内に挿通し、この接合金物４の内部にグラウト材６を充填して鉄骨柱２と基礎コンクリート１を一体化する。
【００５３】
【発明の効果】
(1) 下部が基礎コンクリート内に埋設固定された異形棒鋼の上部を、鉄骨柱の側面に沿って固定された断面略Ｕ字状の接合金物と柱板要素で形成された閉鎖状の孔に挿通し、グラウト材により接合金物及び鉄骨柱と一体化するようにしたため、接合金物の内面の突起による凹凸と異形棒鋼の表面の節による凹凸に固化したグラウト材が噛み合うことにより固定度が高まり、異形棒鋼と接合金物及び鉄骨柱とが確実に接合一体化することにより、地震動等によって接合部に弛みが生じることがなく、耐力が低下することがない接合部を得ることができる。
【００５４】
(2) 接合金物を鉄骨柱の側面に沿って固定し、異形棒鋼を立上がり主筋として用いるため、ベースプレート及び二重構造の鉄筋籠が不要となり、基礎コンクリートを小さくすることができ、作業工数の低減を図ることができる。コンクリート量の削減によるコストの低減及び作業コストの低減が図られる。
【００５５】
(3) 接合金物が鉄骨柱の側面に沿って固定されているため、柱脚の曲げ応力を直接基礎に伝えることができる。
【００５６】
(4) ベースプレートが不要となることで、定着筋に加わる応力は基礎深部に伝達できるので鉄骨柱と基礎コンクリートの連続的な接合が可能となる。
【００５７】
(5) 異形棒鋼を接合金物内に隙間をおいて挿入できるため、精度管理が容易となる。
【００５８】
(6) 接合金物は、断面略Ｕ字状の筒状体の開放部を挟んで左右一対の脚部の先端当接面を鉄骨柱の側面に当接させ、かつ、脚部外面の溶接用凹状溝により十分な長さの溶接脚長を確保することができるため、接合金物を鉄骨柱の側面に強固に固定することができ、比較的簡単な構造の接合金物で異形棒鋼と鉄骨柱を強固に固定できる。
【００５９】
(7) 断面略Ｕ字状の筒状体と鉄骨柱の側板により異形棒鋼の挿通孔が形成されるため、接合金物を鉄骨柱の側面に近接して配置することができ、応力を効率良く伝達することができ、また基礎コンクリートをよりコンパクトにすることができる。
【００６０】
(8) 鉄骨柱が冷間成形角形鋼管のように角部に塑性域がある場合、角部の塑性域を跨いで接合金物を溶接し、あるいは側板部に接合金物を溶接して角部の塑性域を避けることにより、建物が地震力や風圧力のような大きな外力を受けた時に、溶接部を起点として崩壊する危険性を無くすことができる。
【００６１】
(9) 基礎コンクリートの鉄筋同士を片襷掛けや両襷掛けの結束線束で固縛した後、結束線束の各結束線間の隙間、結束線束と鉄筋の接触部、鉄筋同士の接触点を含む周辺部に、金属接着材を注入することで、金属接着材により一体化した平板状や棒状の結束線束の剛性が向上すると共に、このような結束線束が鉄筋に強固に固定され、結束線束による固縛作用が大幅に増大し、さらに、鉄筋同士が金属接着材により強固に固定され、鉄筋同士を剛に接合することができる。鉄筋同士が剛に接合されることにより、コンクリートの打設の衝撃や生コンクリートの流れによる圧力で、配筋が乱れることがなく、信頼性の高い鉄筋コンクリート構造物を得ることができる。鉄筋同士が剛に接合されることにより、鉄筋のプレハブ化において補助材が不要となり、コストの低減、作業性の向上を図ることができる。金属接着材を注入するだけの比較的簡単な部材と簡易な方法で熟練を要さずに鉄筋を傷めることなく鉄筋同士を剛に接合することができる。また、基礎コンクリートのアンカー筋の上部を柱の接合金物内に精度良く挿入することができ、アンカー筋の位置決め部材が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造の一実施形態を示したものであり、(a) は鉄骨柱の水平断面図、(b) は鉛直断面図、(c) は基礎コンクリートの水平断面図である。
【図２】本発明に係る接合金物の一例を示したものであり、(a) ，(b) は上面図、(c) は正面図、(d) は背面図、(e) は鉛直断面図である。
【図３】本発明の鉄骨柱と接合金物の配置の例を示す水平断面図及び正面図である。
【図４】本発明の基礎コンクリートにおける鉄筋接合部構造の例を示したものであり、(a) は斜視図、(b) は水平断面図、(c) は鉄筋交点部の斜視図である。
【図５】図４の鉄筋接合部構造における針金束の種々の結束方法を示す正面図、裏面図、斜視図である。
【図６】図４の鉄筋接合部構造における針金束であり、(a),(b) は、平板状および棒状の針金束を示す断面図および平面図、(c),(d) は、２材の曲がりを示す正面図である。
【図７】 (a) は、鉄筋接合部を示す正面図及び水平断面図、(b) は、その曲げ応力に対する耐力を示す正面図である。
【図８】従来の鉄骨柱脚を示したものであり、(a) は鉛直断面図、(b) は水平断面図である。
【図９】従来の鉄骨柱脚の地震や暴風時の挙動を示す正面図である。
【図１０】従来の鉄骨柱脚のアンカーボルトの伸びを示す部分断面図である。
【符号の説明】
１…基礎コンクリート
１Ａ…立上がり基礎部分
１Ｂ…基礎梁
２…鉄骨柱
３…異形棒鋼（アンカー筋、主筋）
４…接合金物
５…隅肉溶接
６…グラウト材
７…フープ筋
８…主筋
９…スターラップ筋
１０…断面略Ｕ字状の筒状体
１０ａ…本体
１０ｂ…脚部
１１…突起
１２…開放部
１３…当接面
１４…凹状溝
１５…グラウト注入孔
２０…針金
２１…金属接着材
２２…針金束
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築や土木等の分野における鉄骨柱と基礎コンクリートの接合に用いられるアンカー筋の接合金物を用いた鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄骨柱と基礎コンクリートの接合すなわち鉄骨柱脚は、図８に示すように、基礎コンクリート１中にアンカーボルト５１を複数本埋設し、このアンカーボルト５１が挿通できるボルト孔５３を有するベースプレート５２を鉄骨柱２の下端に溶接で固定し、基礎コンクリート１上にベースプレート５２を載置し、ボルト孔５３を貫通したアンカーボルト５１の上部にナット５４を螺合し、さらに緩み止めのナット５５を用いて、基礎コンクリート１と鉄骨柱２を接合一体化している。
【０００３】
また、アンカーボルト５１の定着力を基礎コンクリートに分布伝達させるため、複数本のアンカーボルト５１の周辺には、立上がり主筋６２とフープ筋６３からなる立上がり鉄筋籠６１を配置してコンクリートを打設し、アンカーボルト５１の定着機能を満足させている（以上、例えば、特許文献１の従来技術の欄及び図３４等参照）。
【０００４】
また、上記の特許文献１には、基礎コンクリート内に下部が埋設固定される複数の立上がり主筋にねじ部のない異形棒鋼を用い、鉄骨柱の下端接合部の周囲には、凹凸を内面に設けた挿通孔を有するスリーブ金物を固着し、基礎コンクリートから突出した異形棒鋼の上部をスリーブ金物内に挿通し、スリーブ金物内に高強度モルタルを充填固化させ、鉄骨柱と基礎コンクリートを接合一体化する技術が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４８２３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述のような従来のアンカーボルトとベースプレートによる接合構造の場合、次のような問題点がある。
【０００７】
(1) 図９に示すように、地震や暴風時に発生する柱脚の曲げモーメントＭに対し、片側のアンカーボルト５１が引張力を受けるが、他の側のアンカーボルト５１には圧縮力が伝わらず、ベースプレート５２と基礎コンクリート１の接触部分で接地圧縮力が生じて釣り合う。その合力はアンカーボルト５１の内側に生じ、引張力を受けるアンカーボルト５１との距離はＬ1 である。曲げ抵抗力は、この距離Ｌ1 が大きいほど強くなることは力学上の原理である。もし圧縮側のアンカーボルト５１が圧縮力を負担すれば、その距離はＬ2 となるが、従来のアンカーボルトの固定法は、ベースプレート５２の上からナットを螺合するので圧縮力は負担できない。そのため、柱材の曲げ断面性能を十分に発揮する条件である保有耐力接合（柱材下端が曲げ降伏して塑性ヒンジが生じても、柱下端とベースプレートの溶接部、ベースプレート自体、ナットで固定したアンカーボルトなどが破断しない）が困難となる。この保有耐力接合の条件を満たすためには、ベースプレート５２を大きくするか、アンカーボルト５１の高強度化や多数本化などが必要であるが、材料費や形状の大きさなどコストと設計の面から困難となる。
【０００８】
(2) アンカーボルト５１のねじ部は、断面積にして軸部の７０％〜９０％程度である。従って、図１０に示すように、アンカーボルト５１が大きい引張力を受けると、ねじ溝部が降伏して伸び、これが永久歪みとなる。地震は交番荷重であるから、左右のアンカーボルト５１は交互に引張力を受けるので、左右のアンカーボルト５１のねじ溝部の伸び歪みのため、基礎コンクリート１とベースプレート５２との間にがたが生じ、固定ではなく載置状態となる。
【０００９】
(3) 地震時の波動は柱脚を通じて上部架構に慣性力を与え、その上部架構の反力は柱脚を通じて基礎・地盤へと逸散する。従って、柱脚は地震動の通過点であるため、この部分に弛み・がたが生じると、地震エネルギーは柱脚で吸収されずに、上部架構に伝わり、揺れが大きくなる。なお、ダブルナットを用いてナットの弛み止めを施しても、ナット下部のねじ部の伸び歪みの発生は避けられず、その構造物の足元の性能は劣化する。
【００１０】
(4) 図８に示すように、鉄骨柱２の外周にアンカーボルト５１を配置するため、ベースプレート５２が大きくなり、さらにアンカーボルト５１の周囲に立上がり鉄筋籠６１を設けるため、基礎コンクリート１の立上がり基礎部分１Ａが大きくなる。そのため、基礎コンクリートを多量に必要とする。また、建物の外周では、鉄骨柱２の仕上面から柱脚部が外方に出るので、建物外周での仕上方法に大きな制約があった。
【００１１】
(5) また、工事現場では、立上がり鉄筋籠６１の組立作業、基礎梁の配筋、アンカーボルト５１の据え付け等の作業が錯綜し、作業の工数が増え、作業能率が低下し、作業コストが増加する。また、アンカーボルト５１をベースプレート５２のボルト孔５３に挿通させるためには、厳しい精度管理が必要である。
【００１２】
また、前述の特許文献１の異形棒鋼とスリーブ金物と高強度モルタルによる接合構造の場合、上記のアンカーボルトとベースプレートによる接合構造の問題点を解決することができるが、より簡単な構造の接合金物で異形棒鋼と鉄骨柱を強固に固定できる接合構造が望まれている。
【００１３】
さらに、立上がり主筋である異形棒鋼にはフープ筋を籠状に配置する必要がある。通常、鉄筋同士は、コンクリート打設の衝撃や流動する生コンクリートの圧力などで配筋が乱れたり移動しないように、針金などで結束したり、溶接で固定する方法が採られているが、針金などによる結束方法では、鉄筋同士は一点で接触し、滑りやすく、剛に固定することができない。溶接による方法では、鉄筋と鉄筋の側面を跨ぐブリッジ状の溶接となり、溶接部が割れやすく、またアークストライクにより鉄筋にノッチが生じるなど、鉄筋の材質を傷めるなどの問題がある。また、近年、鉄筋の組立を工場等で行い、プレハブ化した鉄筋を運搬して据え付ける省力化工法が行われているが、この場合、プレハブ鉄筋が運搬・据付け時に変形したり結束点がずれないように、形状を保持するための補助材が必要となり、この補助材はコンクリート打設前に撤去する必要があるため、コストが増加し、作業性が低下する。
【００１４】
本発明は、前述のような問題点を解消すべくなされたもので、鉄骨柱と基礎コンクリートの接合部において、地震動等によって接合部に弛みが生じることがなく、耐力が低下しない接合部を得ることができ、基礎コンクリートを小さくすることができ、作業工数の低減等を図ることができ、しかも、比較的簡単な構造の接合金物で基礎コンクリートの立上がり主筋である異形棒鋼と鉄骨柱を強固に固定でき、さらに、基礎コンクリートの鉄筋同士を比較的簡単な部材と簡易な方法で剛に接合することができるアンカー筋の接合金物を用いた接合構造を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１は、鉄骨柱の下端接合部における周囲に周方向に間隔をおいて複数固定され、基礎コンクリート内に下部が埋設固定された異形棒鋼からなるアンカー筋の上部が挿入され、内部に充填されるグラウト材（高強度モルタル等）により前記アンカー筋の上部を固着するスリーブ状の接合金物を用いた鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造であり、上下端が開口すると共に側面に上下方向に連続するスリット状の開放部が形成された断面略Ｕ字状の筒状体の内面に凹凸が設けられ、前記開放部を挟んで左右一対の脚部は、先端部に鉄骨柱の側面に当接する当接面が形成され、かつ、外面に上下方向に連続する溶接（隅肉溶接等）用の凹状溝が設けられた接合金物が冷間成形角形鋼管からなる鉄骨柱の各角部に配置され、角部の塑性域を挟むように配置された左右一対の脚部がその外面の凹状溝の溶接で鉄骨柱に固定されていることを特徴とする鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造である。
【００１７】
本発明は、鉄骨柱が冷間成形角形鋼管のように角部に塑性域（溶接部の割れや脆性破壊が発生しやすい）がある場合に適用されるものであり、角部の塑性域を跨いで接合金物を溶接する（図３（ａ）参照）。
【００１８】
本発明の請求項２は、請求項１に記載の接合構造において、複数本のアンカー筋（異形棒鋼）とこれを取り囲むフープ筋の交差部に、複数本の結束線（針金など）を巻き付け、端部同士を捩じって縛ることにより、平板状または棒状に束ねられた結束線で鉄筋同士を固縛し、かつ、結束線束の各結束線間の隙間、結束線束と鉄筋の接触部、鉄筋同士の接触点を含む周辺部に、金属接着材（エポキシ樹脂系やフェノール樹脂系の接着材あるいは瞬間接着材など）を注入し、硬化した金属接着材により、結束線同士、結束線束と鉄筋、鉄筋同士を一体化して、アンカー筋の上部を柱の接合金物内に精度良く挿入するために、鉄筋籠がコンクリートの打設による衝撃等に対して図１に示す形状を保持できるようにしたことを特徴とする鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造である。
【００１９】
鉄骨柱と基礎コンクリートの接合に際しては、基礎コンクリートの複数本のアンカー筋（異形棒鋼）とこれを取り囲むフープ筋の交差部を結束線（針金など）と金属接着剤（エポキシ樹脂系やフェノール樹脂系の接着材あるいは瞬間接着材など）で固定してなる鉄筋籠を基礎面上に設置し、前記アンカー筋の上部が基礎コンクリートから突出するようにコンクリートを打設して基礎コンクリートを構築し、請求項１に記載のアンカー筋の接合金物が下端接合部における周囲の各角部に固定された鉄骨柱を前記基礎コンクリート上に建て込んで前記アンカー筋の上部を前記接合金物内に挿通し、この接合金物の内部にグラウト材（高強度モルタル等）を充填して鉄骨柱と基礎コンクリートを一体化する。
【００２０】
請求項２において、結束線束は、交差部を一方向に跨ぐ片襷掛けで巻き付けられ（図５(a) 参照）、あるいは交差部を二方向に跨ぐ両襷掛けで巻き付けられる（図５(b) 〜(d) 参照) 。また、片襷掛けの結束線束の襷掛け方向が複数の交差部で互いに異なるようにしてもよい。
【００２１】
柱脚は、一般に軸方向力Ｎと曲げモーメントＭとせん断力Ｑを同時に受ける。これらの応力は柱断面を構成する板要素の面内力として作用する。従って、以上のような本発明によれば、下部が基礎コンクリート内に埋設固定された異形棒鋼の上部が、鉄骨柱の側面に沿って固定された断面略Ｕ字状の接合金物と柱板要素で形成された閉鎖状の孔に挿通され、グラウト材により接合金物及び鉄骨柱と一体化し、接合金物の内面には突起による凹凸が設けられており、異形棒鋼の表面にも節による凹凸が設けられており、これらの間に充填され固化したグラウト材が接合金物と異形棒鋼の凹凸に噛み合うことにより固定度が高まり、異形棒鋼と接合金物及び鉄骨柱とが確実に接合一体化することにより、地震動等によって接合部に弛みが生じることがなく、耐力が低下することがない。
【００２２】
接合金物を鉄骨柱の側面に沿って固定し、異形棒鋼を立上がり主筋として用いるため、ベースプレート及び二重構造の鉄筋籠が不要となり、基礎コンクリートを小さくすることができ、作業工数の低減を図ることができる。また、接合金物が鉄骨柱の側面に沿って固定されているため、柱脚の曲げ応力を直接基礎に伝えることができる。また、ベースプレートが不要となることで、定着筋に加わる応力は基礎深部に伝達できるので鉄骨柱と基礎コンクリートの連続的な接合が可能となる。また、異形棒鋼を接合金物内に隙間をおいて挿入できるため、精度管理が容易となる。
【００２３】
接合金物は、断面略Ｕ字状の筒状体の開放部を挟んで左右一対の脚部の先端当接面を鉄骨柱の側面に当接させ、かつ、脚部外面の溶接用凹状溝により十分な長さの溶接脚長を確保することができるため、接合金物を鉄骨柱の側面に強固に固定することができ、比較的簡単な構造の接合金物で異形棒鋼と鉄骨柱を強固に固定できる。また、断面略Ｕ字状の筒状体と鉄骨柱の側板により異形棒鋼の挿通孔が形成されるため、接合金物を鉄骨柱の側面に近接して配置することができ、応力を効率良く伝達することができ、また基礎コンクリートをよりコンパクトにすることができる。
【００２４】
異形棒鋼とそのフープ筋は、鉄筋同士を片襷掛けや両襷掛けで固縛した後、結束線間の隙間および鉄筋間の隙間に金属接着材を吐出注入させると、金属接着材が各結束線間の隙間に浸透すると共に、結束線束と鉄筋との隙間に充填され、また、鉄筋同士の接触点を中心とする周辺部に充填される。金属接着材が硬化すると、金属接着材により一体化した平板状や棒状の結束線束の剛性が向上すると共に、このような結束線束が鉄筋に強固に固定され、結束線束による固縛作用が大幅に増大し、さらに、鉄筋同士が金属接着材により強固に固定され、鉄筋同士が剛に接合される。これにより、コンクリートの打設の衝撃や生コンクリートの流れによる圧力で、配筋が乱れることがなく、信頼性の高い基礎コンクリート構造物が得られ、また、鉄筋のプレハブ化において補助材が不要となる。また、金属接着材を注入するだけの比較的簡単な部材と簡易な方法で熟練を要さずに鉄筋を傷めることなく鉄筋同士を剛に接合することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は、本発明を鉄骨柱脚に適用した例である。図１は、本発明に係る鉄骨柱脚の接合構造の一例を示したものである。図２は、本発明に係る接合金物の一例を示したものである。図３は、鉄骨柱と接合金物の配置の例を示したものである。図４、図５は、基礎コンクリートにおける異形棒鋼とフープ筋の固定方法を示したものである。
【００２６】
図１において、基礎コンクリート１は、立上がり基礎部分１Ａと基礎梁１Ｂからなり、立上がり基礎部分１Ａの上に鉄骨柱２が立設されている。このような鉄骨柱脚において、本発明では、アンカー筋３にナット締め付け用のねじのない異形棒鋼を用い、この異形棒鋼３を複数本（図示例では８本）上部が立上がり基礎部分１Ａの上面から所定長さだけ突出するように立上がり基礎部分１Ａ内に埋設固定し、鉄骨柱２の下端接合部における４つの外側面には、後述するような特殊な形状の接合金物４を異形棒鋼３の数と位置に合わせて鉄骨柱２の側面に沿うように隅肉溶接５で固定しておき、異形棒鋼３の上部を接合金物４内に挿通した後、この接合金物４内に高強度モルタル等のグラウト材６を充填して異形棒鋼３の上部と接合金物４および鉄骨柱２とを固着することで、基礎コンクリート１と鉄骨柱２とを接合一体化する。
【００２７】
複数本の異形棒鋼３は、基礎コンクリート１の立上がり主筋であり、これらを取り巻くフープ筋７が上下方向に間隔をおいて複数配設され、異形棒鋼３とフープ筋７により鉄筋籠が形成される。図示例の場合には、フープ筋７は平面視で八角形となる。また、各異形棒鋼３は、対応する各接合金物４の位置に合わせて配置し、組み立てることになる。なお、基礎梁１Ｂには、主筋８とスターラップ筋９が配筋される。
【００２８】
接合金物４は、図２に示すように、内面に突起１１による凹凸が形成された円筒状のスリーブ金物の側面に上下方向に連続するスリット状の開放部１２を設けた上下端が開口する断面略Ｕ字状の筒状体１０であり、平面視で半円状の本体１０ａと、開放部１２を挟んで左右一対の脚部１０ｂ，１０ｂから構成されている。
【００２９】
この脚部１０ｂの先端面は、鉄骨柱２の側面に当接する当接面１３が形成されるように加工され、十分な接触面積で接合金物４を鉄骨柱２の側面に取付けることができるようにされている。また、この脚部１０ｂの外面には、上下方向に連続する隅肉溶接用の凹状溝１４が形成されている。この凹状溝１４は、平面視で例えば三角形状に抉られて形成され、十分な溶接脚長Ｌを確保し、隅肉溶接５の十分な強度が得られるようにする。また、接合金物４の板厚ｔが必要隅肉サイズ（Ｌに相当）より小さいときは、板厚を溶接部に向かって漸増させ、Ｔ≧Ｌとする。当接面１３と凹状溝１４により接合金物４が鉄骨柱２の側面に強固に固定される。また、断面略Ｕ字状の筒状体１０と鉄骨柱２の側板とにより異形棒鋼３の閉鎖状の挿通孔が形成され、異形棒鋼３を鉄骨柱２の側面に近接して配置することができる。
【００３０】
また、本体１０ａの下部における鉄骨柱２の反対側の側面にはグラウト注入孔１５が設けられている。接合金物４の上面は開放されているため、グラウト材６の充填が目視できる。また、グラウト材６は上部からも注入することができ、作業性がよい。
【００３１】
このような接合金物４は、市販されている縞鋼板を縞突起が内側に位置するようにプレス成形して製造することができ、また鋼板を鍛造して成形することもでき、さらに鋳鋼製とすることもできる。突起１１は、異形棒鋼３の軸方向に対して直交する凸条が好ましい。縞鋼板のように異形棒鋼３の軸方向に対して傾斜しているものでもよい。なお、この接合金物４は、図示例では、円筒状とされているが、これに限らず、その他の形状でもよい。
【００３２】
従来の接合構造では、アンカーボルトのナット締め付けねじ部の伸びによって弛みが生じていたが、本実施形態では、異形棒鋼３の節（リブ）による凹凸と接合金物４の突起１１による凹凸に固化したグラウト材６が噛み合い、異形棒鋼３と接合金物４が確実に固定され、伸びが生じない。そして、立上がり主筋である異形棒鋼３に伝達された荷重は基礎コンクリート１内で鉄筋籠状のフープ筋７等を介して立上がり基礎部分１Ａ及び基礎梁１Ｂに確実に伝達される。従って、地震動等が生じても、接合部の弛みがなく、柱脚部の固定度が高まることで、良好なエネルギ吸収能力が得られる。
【００３３】
また、異形棒鋼３とフープ筋７からなる鉄筋籠に伝達された荷重は、立上がり基礎部分１Ａあるいは基礎梁１Ｂに伝達され、構造骨組全体が明快な力学的伝達機構となり、従来のようなアンカーボルトとその周辺に鉄筋籠を設けるといった二重構造を単純化することができ、基礎コンクリート１を小さくすることができ、また工事現場の作業を簡易化することができる。
【００３４】
また、接合金物４が鉄骨柱２の側面に沿って固定されているため、柱脚の曲げ応力を直接基礎コンクリート１に伝えることができる。また、ベースプレートが不要となることで、定着筋に加わる応力は基礎深部に伝達できるので鉄骨柱２と基礎コンクリート１の連続的な接合が可能となる。また、異形棒鋼３を接合金物４内に隙間をおいて挿入できるため、精度管理が容易となる。
【００３５】
接合金物４は、十分な接触面積の当接面１３と十分な溶接脚長Ｌの凹状溝１４により鉄骨柱２の側面に強固に固定することができる。また、断面略Ｕ字状の筒状体１０と鉄骨柱２の側板により異形棒鋼３の挿通孔が形成されるため、接合金物４を鉄骨柱２の側面に近接して配置することができ、応力を効率良く伝達することができ、また基礎コンクリート１をよりコンパクトにすることができる。
【００３６】
図３に示すように、鉄骨柱２が角形鋼管等の場合には、接合金物４を各角部に溶接で固定し、あるいは、各側板部に溶接で固定する。鉄骨柱２がＨ形鋼等の場合には、平行フランジの外面に溶接で固定する。
【００３７】
ここで、鉄骨柱に最も多用されている冷間成形角形鋼管の場合、その角部に冷間曲げ加工のため著しく塑性化した領域Ｅ（図の斜線部分）が存在する。この塑性域Ｅに溶接した場合、母材の衝撃値が低く、溶接部の割れや脆性破壊が発生しやすいため、建物が地震力や風圧力のような大きな外力を受けた時に、塑性域の溶接部を起点として崩壊する危険性がある。そのため、図３(a) の角形鋼管の各角部に接合金物４を固定する場合、塑性域Ｅを避けて溶接する。即ち、接合金物４の開放部１２が塑性域Ｅに位置するように左右一対の脚部１０ｂ，１０ｂで塑性域Ｅを挟み、隅肉溶接５が塑性域Ｅにかからないようにする。図３(b) の場合は、鉄骨柱２の各側板部に固定するため、塑性域Ｅを避けることができる。
【００３８】
次に、主筋としての異形棒鋼３とフープ筋７は、図４に示すように、複数本の針金（鈍し鉄線等の結束線）２０と、エポキシ樹脂系やフェノール樹脂系の接着材あるいは瞬間接着材などの金属接着材２１を用い、針金２０の結束状態や金属接着材２１の接着方法などを工夫することにより、異形棒鋼３とフープ筋７を剛に接合できるようにする。
【００３９】
図４の例では、複数本の針金２０を束ねて針金束２２とし、この針金束２２を異形棒鋼３とフープ筋７に対角状に襷掛けで巻き付け、端部同士を捩じって縛ることにより、捩じった部分以外で平板状あるいは棒状となった針金束２２により異形棒鋼３とフープ筋７を固縛する。針金２０は、２本以上を束ねて用いるのが好ましい。
【００４０】
次いで、金属接着材２１を針金束２２および異形棒鋼３とフープ筋７との隙間に吐出注入する。金属接着材２１は、図４(b) に示すように、針金２０, ２０間の隙間にその表面張力を利用して浸透していくと同時に、針金２０と異形棒鋼３・フープ筋７との間に充填される。また、図４(c) に示すように、異形棒鋼３ととフープ筋７の接触点Ｐを含む周辺部を埋めるように金属接着材２１が充填される。さらに、針金束２２の全体を覆うように金属接着材１１を塗布してもよい。また、針金束２２と異形棒鋼３・フープ筋７の間の空間にも充填し、一体化した金属接着材２１で結束部全体が覆われるようにしてもよい。
【００４１】
接着材が硬化すると、金属接着材２１により、針金束２２の剛性が向上する（後に詳述）と共に、このような針金束２２が異形棒鋼３・フープ筋７に強固に固定されることで、針金束２２による固縛作用が大幅に増大し、さらに、異形棒鋼３とフープ筋７とが金属接着材２１により強固に固定され、以上により、異形棒鋼３とフープ筋７とが剛に接合される。
【００４２】
図５は、針金束２２の種々の結束方法を示す正面図、裏面図、斜視図である。図５(a) は、１セットの針金束２２を用いた片襷掛けの例である。図５(b) は、２セットの針金束２２をそれぞれ正面・裏面ともに×字状となるように巻き付けた両襷掛けの例である。図５(c) は、１セットの針金束２２を裏面では平行に正面では×字状となるように連続的に巻き付けた両襷掛けの例である。図５(d) は、２セットの針金束２２を裏面では平行に巻き付け、正面でも平行となるようにそれぞれの端部を連結した両襷掛けの例である。なお、図示例は針金２０が２本１組の場合であるが、３本、４本、それ以上でもよい。
【００４３】
以上のような鉄筋同士の接合方法によれば、次に示す作用効果が得られる。
【００４４】
(1) 束ねた針金束２２を接着材２１で一体化した時の強さ
図６(a) は、平板状に束ねた針金束２２の例であり、針金群が接着材で一体化することで、平板に相当する曲げ強さを持ち、面内剛性が高い。一方、面外剛性は低いから、鉄筋の周面に密着しやすい。また、接着面積を大きくすることができる。以上のことから、鉄筋同士の接合を強固に行える。
【００４５】
図６(b) は、棒状（ロープ状）に束ねた針金束２２の例であり、針金群が接着材で一体となり、充実断面の鋼材と等価な剛性を持ち、鉄筋同士の接合を強固に行える。
【００４６】
なお、接着材により針金群の剛性が高まる理由は、以下の通りである。即ち、金属接着材１１のせん断剛性とせん断強さにより、針金群が一体化する。図６(c) に示すように、接着材が無いか弱いと、曲げ応力を受けた場合、２材間にずれが生じ、曲がりやすい。図６(d) に示すように、接着材１１が強いと、２材が一体化し、曲がりにくい。
【００４７】
以上のように、複数本の針金２０を長さ方向に互いに金属接着材２１で接合することにより、曲げ強さが増加し、鉄筋同士を強固に接合することができ、また、前述したように平板状とロープ状とでそれぞれ曲げ強さの特性が生まれ、適宜選択して用いることができる。
【００４８】
(2) 鉄筋同士の接合メカニズム
図７(a) （両襷掛けの場合）に示すように、接着材２１が針金束２２を一体化し、かつ、針金束２２と接する異形棒鋼３，フープ筋７と接着一体化するため、異形棒鋼３，フープ筋７の交差角θを変えようとする曲げ応力Ｍに対して、その側面線部分２２ａが図７(b) に示すような力を受けることになる。
【００４９】
側面線部分２２ａの耐力をＰ1 ，Ｐ2 、鉄筋１、２間の接着材溜まりによる曲げ耐力をＰ3 とすると、両襷掛けの場合には、（Ｐ1 ＋Ｐ2 ＋Ｐ3 ）の抵抗要素による剛な接合となる。
【００５０】
片襷掛けの場合には、（Ｐ1 ＋Ｐ3 ）が抵抗要素になるため、両襷掛けの場合よりも耐力は低下し、かつ、正の曲げと負の曲げではその耐力に差が生じるので、各交差部の結束は、互いに襷掛けの方向を変え、交差部の耐力を補うようにする。
【００５１】
なお、以上は異形棒鋼３とフープ筋７の接合について説明したが、基礎梁１Ｂの主筋８とスターラップ筋９の接合にも適用できることは言うまでもない。
【００５２】
工場や現場において、鉄筋同士を前述の結束線と金属接着剤で固定して鉄筋籠を組立て、これを基礎面上に設置し、異形棒鋼３からなるアンカー筋の上部が基礎コンクリートから突出するようにコンクリートを打設して基礎コンクリート１を構築し、予め接合金物４が溶接固定された鉄骨柱２を基礎コンクリート１上に建て込んで異形棒鋼３の上部を接合金物４内に挿通し、この接合金物４の内部にグラウト材６を充填して鉄骨柱２と基礎コンクリート１を一体化する。
【００５３】
【発明の効果】
(1) 下部が基礎コンクリート内に埋設固定された異形棒鋼の上部を、鉄骨柱の側面に沿って固定された断面略Ｕ字状の接合金物と柱板要素で形成された閉鎖状の孔に挿通し、グラウト材により接合金物及び鉄骨柱と一体化するようにしたため、接合金物の内面の突起による凹凸と異形棒鋼の表面の節による凹凸に固化したグラウト材が噛み合うことにより固定度が高まり、異形棒鋼と接合金物及び鉄骨柱とが確実に接合一体化することにより、地震動等によって接合部に弛みが生じることがなく、耐力が低下することがない接合部を得ることができる。
【００５４】
(2) 接合金物を鉄骨柱の側面に沿って固定し、異形棒鋼を立上がり主筋として用いるため、ベースプレート及び二重構造の鉄筋籠が不要となり、基礎コンクリートを小さくすることができ、作業工数の低減を図ることができる。コンクリート量の削減によるコストの低減及び作業コストの低減が図られる。
【００５５】
(3) 接合金物が鉄骨柱の側面に沿って固定されているため、柱脚の曲げ応力を直接基礎に伝えることができる。
【００５６】
(4) ベースプレートが不要となることで、定着筋に加わる応力は基礎深部に伝達できるので鉄骨柱と基礎コンクリートの連続的な接合が可能となる。
【００５７】
(5) 異形棒鋼を接合金物内に隙間をおいて挿入できるため、精度管理が容易となる。
【００５８】
(6) 接合金物は、断面略Ｕ字状の筒状体の開放部を挟んで左右一対の脚部の先端当接面を鉄骨柱の側面に当接させ、かつ、脚部外面の溶接用凹状溝により十分な長さの溶接脚長を確保することができるため、接合金物を鉄骨柱の側面に強固に固定することができ、比較的簡単な構造の接合金物で異形棒鋼と鉄骨柱を強固に固定できる。
【００５９】
(7) 断面略Ｕ字状の筒状体と鉄骨柱の側板により異形棒鋼の挿通孔が形成されるため、接合金物を鉄骨柱の側面に近接して配置することができ、応力を効率良く伝達することができ、また基礎コンクリートをよりコンパクトにすることができる。
【００６０】
(8) 鉄骨柱が冷間成形角形鋼管のように角部に塑性域がある場合、角部の塑性域を跨いで接合金物を溶接し、あるいは側板部に接合金物を溶接して角部の塑性域を避けることにより、建物が地震力や風圧力のような大きな外力を受けた時に、溶接部を起点として崩壊する危険性を無くすことができる。
【００６１】
(9) 基礎コンクリートの鉄筋同士を片襷掛けや両襷掛けの結束線束で固縛した後、結束線束の各結束線間の隙間、結束線束と鉄筋の接触部、鉄筋同士の接触点を含む周辺部に、金属接着材を注入することで、金属接着材により一体化した平板状や棒状の結束線束の剛性が向上すると共に、このような結束線束が鉄筋に強固に固定され、結束線束による固縛作用が大幅に増大し、さらに、鉄筋同士が金属接着材により強固に固定され、鉄筋同士を剛に接合することができる。鉄筋同士が剛に接合されることにより、コンクリートの打設の衝撃や生コンクリートの流れによる圧力で、配筋が乱れることがなく、信頼性の高い鉄筋コンクリート構造物を得ることができる。鉄筋同士が剛に接合されることにより、鉄筋のプレハブ化において補助材が不要となり、コストの低減、作業性の向上を図ることができる。金属接着材を注入するだけの比較的簡単な部材と簡易な方法で熟練を要さずに鉄筋を傷めることなく鉄筋同士を剛に接合することができる。また、基礎コンクリートのアンカー筋の上部を柱の接合金物内に精度良く挿入することができ、アンカー筋の位置決め部材が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造の一実施形態を示したものであり、(a) は鉄骨柱の水平断面図、(b) は鉛直断面図、(c) は基礎コンクリートの水平断面図である。
【図２】本発明に係る接合金物の一例を示したものであり、(a) ，(b) は上面図、(c) は正面図、(d) は背面図、(e) は鉛直断面図である。
【図３】本発明の鉄骨柱と接合金物の配置の例を示す水平断面図及び正面図である。
【図４】本発明の基礎コンクリートにおける鉄筋接合部構造の例を示したものであり、(a) は斜視図、(b) は水平断面図、(c) は鉄筋交点部の斜視図である。
【図５】図４の鉄筋接合部構造における針金束の種々の結束方法を示す正面図、裏面図、斜視図である。
【図６】図４の鉄筋接合部構造における針金束であり、(a),(b) は、平板状および棒状の針金束を示す断面図および平面図、(c),(d) は、２材の曲がりを示す正面図である。
【図７】 (a) は、鉄筋接合部を示す正面図及び水平断面図、(b) は、その曲げ応力に対する耐力を示す正面図である。
【図８】従来の鉄骨柱脚を示したものであり、(a) は鉛直断面図、(b) は水平断面図である。
【図９】従来の鉄骨柱脚の地震や暴風時の挙動を示す正面図である。
【図１０】従来の鉄骨柱脚のアンカーボルトの伸びを示す部分断面図である。
【符号の説明】
１…基礎コンクリート
１Ａ…立上がり基礎部分
１Ｂ…基礎梁
２…鉄骨柱
３…異形棒鋼（アンカー筋、主筋）
４…接合金物
５…隅肉溶接
６…グラウト材
７…フープ筋
８…主筋
９…スターラップ筋
１０…断面略Ｕ字状の筒状体
１０ａ…本体
１０ｂ…脚部
１１…突起
１２…開放部
１３…当接面
１４…凹状溝
１５…グラウト注入孔
２０…針金
２１…金属接着材
２２…針金束
Claims (2)
- 鉄骨柱の下端接合部における周囲に周方向に間隔をおいて複数固定され、基礎コンクリート内に下部が埋設固定された異形棒鋼からなるアンカー筋の上部が挿入され、内部に充填されるグラウト材により前記アンカー筋の上部を固着するスリーブ状の接合金物を用いた鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造であり、上下端が開口すると共に側面に上下方向に連続するスリット状の開放部が形成された断面略Ｕ字状の筒状体の内面に凹凸が設けられ、前記開放部を挟んで左右一対の脚部は、先端部に鉄骨柱の側面に当接する当接面が形成され、かつ、外面に上下方向に連続する溶接用の凹状溝が設けられた接合金物が冷間成形角形鋼管からなる鉄骨柱の各角部に配置され、角部の塑性域を挟むように配置された左右一対の脚部がその外面の凹状溝の溶接で鉄骨柱に固定されていることを特徴とする鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造。
- 請求項１に記載の接合構造において、複数本のアンカー筋とこれを取り囲むフープ筋の交差部に、複数本の結束線を巻き付け、端部同士を捩じって縛ることにより、平板状または棒状に束ねられた結束線で鉄筋同士を固縛し、かつ、結束線束の各結束線間の隙間、結束線束と鉄筋の接触部、鉄筋同士の接触点を含む周辺部に、金属接着材を注入し、硬化した金属接着材により、結束線同士、結束線束と鉄筋、鉄筋同士を一体化してなることを特徴とする鉄骨柱と基礎コンクリートの接合構造。
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