JP3990504B2

JP3990504B2 - 露出型柱脚構造

Info

Publication number: JP3990504B2
Application number: JP32977298A
Authority: JP
Inventors: 茂平川; 倫夫伊藤; 秀宣田中; 満信岩田
Original assignee: Senqcia Corp
Current assignee: Senqcia Corp
Priority date: 1998-11-19
Filing date: 1998-11-19
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2018-11-19
Also published as: JP2000154592A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨構造および鋼管コンクリート構造における建築物の柱をベースプレートを介し基礎コンクリートに固着した露出型柱脚構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨構造および鋼管コンクリート構造における露出型柱脚構造においては、その柱脚性能を存分に発揮させるために、アンカーボルトが破断するまでアンカーボルトが基礎コンクリートから抜け出さないようにアンカーボルトを十分に定着させる必要がある。
【０００３】
その方法として従来より次の二つの方法が用いられている。まず、第１の方法について図６を用いて説明するが、詳細は発明の実施の形態の欄に後述する。図６は、基礎コンクリートに埋込まれた定着板付きのアンカーボルトに引張力が作用した図である。図６において、基礎コンクリート１中のアンカーボルト２に引張力Ｔが作用すると、アンカーボルト２の下端部に固定させた定着板３を介して基礎コンクリート１に応力がかかる。そして、この応力が基礎コンクリート１の耐力を超えると定着板３から４５°上方向に基礎コンクリート１が破壊するコーン状破壊を生じる。４はコーン状破壊面を表す。そこで、第１の方法として、コーン状破壊を防ぐために基礎コンクリート１のボリュームを大きくすることによりアンカーボルト２の定着を確保していた。
【０００４】
次に、第２の方法について図７を用いて説明するが、詳細は発明の実施の形態の欄に後述する。図７は、立上り主筋を配筋した露出型柱脚構造の概略断面図を示す。図７において、鉄骨柱８はベースプレート９の上部に溶接またはボルト締めにより接合される。ベースプレート９は鋼板、鋳造あるいは鍛造製からなるもので、基礎コンクリート１中に埋込まれた複数本のアンカーボルト２にナット１０により固定される。アンカーボルト２の下端部には鋼板製などの定着板３がナット１１により固定される。ベースプレート９の底面と基礎コンクリート１との間にはモルタル１２が設けられる。
【０００５】
特に隅柱や側柱においては、図７に示すように、柱脚部５より下方に位置する基礎柱形部６の基礎コンクリート１のボリュームがコーン状破壊面４の領域より小さくなる場合がある。このように基礎コンクリート１のボリュームを十分に大きくできない場合、第２の方法として、基礎柱形部６にアンカーボルト２の強度に見合うように通常１６〜４０本の立上り主筋７を設けることにより、アンカーボルト２の定着耐力を確保していた。この方法は特公平８−１４１１０号に開示されている。
【０００６】
第１の方法および第２の方法のいずれの場合でも、基礎柱形部６を鉄筋コンクリート柱と仮定して、立上り主筋量を設計していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の露出型柱脚構造では、アンカーボルトの定着を十分に確保するために、柱脚部より下方に位置する基礎コンクリートのボリュームを大きくする必要がある。このため施工コストが高くなったり、建物の意匠性が悪くなるといった問題があった。また、基礎コンクリートのボリュームを大きくできない場合でも、アンカーボルトの周りに多くの立上り主筋を設ける必要があるため施工が煩雑となる問題があった。
【０００８】
したがって、本発明の目的はこれらの問題を解決するために、基礎コンクリートのボリュームが小さくてもアンカーボルトの定着を十分に確保できる、また、立上り主筋の本数が従来より少なくてもアンカーボルトの定着を十分に確保できる露出型柱脚構造を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従来のアンカーボルトの定着を確保する第１および第２の方法は、基礎コンクリート中に埋め込まれたアンカーボルト単体に引張力が作用していることに基づいて対処されたものである。これに対し、本発明は柱脚部の全体の挙動を考慮することによりアンカーボルトの定着確保を図った。そして、本発明の露出型柱脚構造の性能を実大実験により確認し、本発明を完成した。
【００１０】
本発明の考え方を図１を用いて説明する。図１は、露出型柱脚の柱脚部に曲げモーメントが作用した図を示す。柱脚部５に曲げモーメントＭが作用すると、アンカーボルト２に引張力Ｔが生じる。同時に、ベースプレート９の底面に圧縮力Ｓおよび定着板３に圧縮反力Ｒが発生する。この際、基礎コンクリート１部分では、定着板３とベースプレート９との間に斜めに発生する圧縮力が作用する。いわゆる圧縮ストラッドＤが形成される。
【００１１】
一般に、コンクリートは引張りおよびせん断力に対しては弱いが、圧縮力に対しては強度が強い性質を持っている。そこで、この性質を利用して圧縮力によりアンカーボルトの定着を図るようにした。つまり、圧縮ストラッドの剛体回転を抑えればアンカーボルトの定着を確保できると考えた。そのためには、柱脚部の強度に対して、柱脚部の下方に位置する基礎柱形部が柱・はり接合部におけるパネルゾーンとして十分な強度を持たせることが必要である。この考え方で設計したものが本発明の露出型柱脚構造である。
【００１２】
本発明の柱脚構造は、基礎柱形部と基礎はり間を通る基礎はり主筋によって、柱脚部の強度に対して基礎柱形部が柱・はり接合部におけるパネルゾーンとして十分な強度を持たすことによりアンカーボルトの定着を確保した。基礎はり主筋は、基礎柱形部の上端側を通るはり上端筋と、下端側を通るはり下端筋とから構成され、はり上端筋がベースプレートの底面より下方近傍を通り、はり下端筋がアンカーボルトの下端部に固定した定着板より上方を通る、もしくは定着板より下方近傍を通るように配筋することにより、圧縮ストラッドの剛体回転が抑えられる。
【００１３】
ただし、ベースプレートが載置された位置の基礎コンクリート天端から基礎はり天端までの高さが５００ｍｍを超える立上り基礎に固着される柱脚の場合、はり上端筋をベースプレートの底面より下方近傍に配筋できないので本発明の効果が十分に得られない。この場合、従来の方法を用いて基礎柱形部を鉄筋コンクリート柱と仮定して設計し立上り主筋を設ける。
【００１４】
すなわち、本発明の柱脚構造は、建築物の柱をベースプレートとアンカーボルトとを基礎コンクリートに固着した露出型柱脚構造において、基礎柱形部に圧縮ストラットが形成される露出型柱脚構造であって、アンカーボルトの表面をアンボンド処理しその下端部に定着板を固定したアンカーボルトを具備し、基礎はり主筋のはり上端筋がベースプレートの底面より下方近傍を通り、基礎はり主筋のはり下端筋が定着板より上方を通り、もしくは定着板より下方近傍を通るように配筋することによりアンカーボルトの定着を確保したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の露出型柱脚構造は、基礎柱形部に圧縮ストラットが形成される露出型柱脚構造であって、引張側の基礎はり主筋の総断面積ａｔと基礎はり主筋の引張許容応力度ｆｔの積が、圧縮ストラットの水平方向成分により基礎はり主筋に生じる引張力Ｔより大きくなるようにしてアンカーボルトの定着を確保したことを特徴とする。
【００１７】
本発明の露出型柱脚構造において、基礎柱形部に圧縮ストラットが形成される露出型柱脚構造であって、基礎柱形部の立ち上がり主筋が 4 本以上 8 本以下であることを特徴とする。
【００１９】
本発明の露出型柱脚構造において、基礎柱形部に圧縮ストラットが形成される露出型柱脚構造であって、ベースプレートが載置された位置の基礎コンクリート天端から基礎はり天端までの高さが５００ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
曲げ・せん断実験用として鉄骨造柱脚部の試験体を２体作製した。図２は、本発明の柱脚構造例である鉄骨柱脚の試験体を示す。図３は、従来の柱脚構造例である鉄骨柱脚の試験体を示す。図２および図３において、上が概略上断面図であり、下が概略側断面図である。本発明の柱脚構造例（試験体No.１）と従来の柱脚構造例（試験体No.２）の両試験体は、アンカーボルトの定着を基礎コンクリートのボリュームにより確保できない隅柱をモデルとした。また、両試験体とも基礎コンクリート天端と基礎はり天端の高さを同じとした。
【００２１】
図２および図３において、図７と同じ部材には図７と同じ符号を付している。両試験体において、一辺が２０cmの角形鋼管からなる鉄骨柱８をベースプレート９の上面に溶接した後、ベースプレート９を基礎コンクリート１中から露出した４本のアンカーボルト２の上端ねじ部にナット１０により固定した。アンカーボルト２は、表面をアンボンド処理し、０.５ｔｆ／ｃｍ²程度の初期張力を導入した。
【００２２】
基礎柱形部６と基礎はり２０を通るように、基礎はり主筋のはり上端筋２１および基礎はり主筋のはり下端筋２２を配筋した。立上り主筋７を本発明例（試験体No.１）は４本、従来例（試験体No.２）は１６本、アンカーボルト２の周囲に設けた。立上り主筋７の周囲には帯筋２４を均等間隔に設けた。また、はり上端筋２１とはり下端筋２２を取り巻くようにスターラップ２５を設けた。形板２６により４本のアンカーボルト２を固定した。
【００２３】
各寸法として、_cｂは基礎柱形部の幅、_Bｂは基礎はりの幅、_mcｄは最外縁のアンカーボルトの間隔、_mBｄははり上端筋とはり下端筋との間の距離を表す。
【００２４】
従来例の試験体No.２は、アンカーボルトの定着を基礎コンクリートのボリュームによって確保できない隅柱モデル形状であり、前述した第２の方法に基づいて配筋設計した。ここで、従来のアンカーボルトの定着確保方法である第１および第２の方法について詳細に説明する。
【００２５】
第１の方法は、基礎コンクリートのボリュームを大きくすることにより、アンカーボルトの定着を確保する方法であり、(1)式を満足させる必要がある。
【００２６】
【数１】

【００２７】
第２の方法は、基礎コンクリートのボリュームを十分に大きくできない、つまり(1)式を満足できない場合、ベースプレート下の基礎柱形部に十分な量の立上り主筋、基礎はり主筋、帯筋などの鉄筋を配筋して、定着板に生ずる応力が鉄筋を介して、基礎または基礎はりへ十分に伝わるようにする方法である。このとき、各鉄筋量は［１］〜［３］に示すように、基礎柱形部を鉄筋コンクリート柱と見なして設計する。
【００２８】
［１］基礎柱形部の立上り主筋量
基礎柱形部の立上り主筋量については、短期時および終局時の立上り主筋量をそれぞれ算出し、鉄筋量の多い方を選定する。
【００２９】
短期時の立上り主筋量は、日本建築学会発行「鉄筋コンクリート構造計算基準・同解説」の付１６．長方形柱の断面算定図表に示されるＭ／（ｂ・Ｄ²）およびＮ／（ｂ・Ｄ）より長方形柱の引張鉄筋比Ｐtを算出し、引張鉄筋の断面積ａtを求め、立上り主筋量を決定する。
【００３０】
【数２】

【００３１】
終局時の立上り主筋量は、保有水平耐力計算時の基礎立上り部の終局曲げ強度に関する(3)式、(4)式および(5)式を用いて求める。
【００３２】
【数３】

【００３３】
また、基礎柱形部の立上り主筋を用いてアンカーボルトの定着を確保するため、(6)式および(7)式を満足させる必要がある。
【００３４】
【数４】

【００３５】
［２］基礎柱形部の基礎はり主筋量
基礎柱形部の基礎はり主筋量は（8）式により求める。
【００３６】
【数５】

【００３７】
［３］基礎柱形部の帯筋量
基礎柱形部の帯筋（せん断補強筋）量については、短期時および終局時の帯筋量をそれぞれ算出し、鉄筋量の多い方を選定する。
【００３８】
短期時の帯筋量は、柱の短期許容せん断力Ｑ_ASを（9）式により検討し決定する。
【００３９】
【数６】

【００４０】
終局時の帯筋量は、柱の立上り部のせん断終局強度を(11)式または(12)式により検討し、帯筋量を決定する。
【００４１】
【数７】

【００４２】
次に、本発明例の試験体No.１の設計について説明する。本発明例の試験体No.１は、柱脚部の強度に対して基礎柱形部が柱・はり接合部におけるパネルゾーンとして十分な強度を持たせるために以下の［Ａ］および［Ｂ］に基づいて設計した。
【００４３】
［Ａ］基礎柱形部の基礎はり主筋量
中柱の場合には、基礎はりの曲げモーメントに抵抗するのに必要な基礎はり主筋量があれば、アンカーボルトの定着に対して十分である。
【００４４】
隅柱（試験体No.１はこれに該当する）または側柱の場合には、(15)式および(16)式により基礎柱形部の基礎はり主筋量を決定する。(15)式により基礎はり主筋のはり上端筋量を、(16)式により基礎はり主筋のはり下端筋量を求めた。
【００４５】
【数８】

【００４６】
［Ｂ］基礎柱形部の帯筋量
基礎柱形部の帯筋（せん断補強筋）量は(17)式により求めた。
【００４７】
【数９】

【００４８】
【表１】

【００４９】
次に、試験体No.１およびNo.２に使用した各部材について説明する。試験体No.１およびNo.２に使用した鋼材の機械的性質を表２に示す。
【００５０】
【表２】

【００５１】
試験体No.１およびNo.２に使用したコンクリートの素材試験結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】

【００５３】
試験体No.１およびNo.２の配筋状況を表４に示す。
【００５４】
【表４】

【００５５】
試験体の配筋については、本発明例の試験体No.１では前述の(15)〜(17)式により、基礎はり主筋量および帯筋量を算出し決定した。本発明の柱脚構造の特徴は、基本的に立上り主筋を省略してもアンカーボルトの定着を十分確保できることである。しかしながら、帯筋を省略することはできないため、帯筋をアンカーボルトの周りに枠状に巻付けられるように、少なくとも立上り主筋を四隅に各１本設ける必要がある。
【００５６】
試験体No.１およびNo.２を用いて曲げ・せん断実験を行った。実験は、試験体を反力床上に固定した状態で、油圧ジャッキにより鉄骨柱頭部に徐々に増加する水平の力を作用させ、柱脚部に正負繰り返しの曲げモーメントとせん断力を同時に作用させた。荷重はロードセルで測定し、柱脚回転量は変位をダイヤルゲージで測定した。
【００５７】
この曲げ・せん断実験による実験結果を説明する。図４および図５は、試験体No.１（本発明例）および試験体No.２（従来例）の柱脚部モーメントＭと回転角Ｒの関係を示す。両試験体とも、裁荷を終了したＲ＝１／２０radまで耐力低下は認められない。したがって、本発明の柱脚構造は、基礎はり主筋によりアンカーボルトが十分に定着されることが確認できた。
【００５８】
本発明例の試験体No.１および従来例の試験体No.２における柱脚部の曲げ耐力ならびに弾性剛性の結果を表５に示す。表５より、基礎はり主筋によりアンカーボルトを定着した本発明例の柱脚構造は、立上り主筋を介してアンカーボルトの定着を確保した従来の柱脚構造と同等の結果が得られることが確認できた。
【００５９】
【表５】

【００６０】
【発明の効果】
本発明の露出型柱脚構造においては、基礎コンクリートのボリュームを小さくしても基礎はり主筋によりアンカーボルトの定着を確保できるので次の効果がある。
（１）建物の意匠性が良くなる。
（２）施工が簡便になる。
（３）コンクリートのボリュームおよび鉄筋量が少なくなりコスト低減が可能になる。
（４）柱脚の設計が簡便になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】露出型柱脚の柱脚部に曲げモーメントが作用した図である。
【図２】本発明の柱脚構造例である鉄骨柱脚の試験体を示す図である。
【図３】従来の柱脚構造例である鉄骨柱脚の試験体を示す図である。
【図４】本発明の柱脚構造例における柱脚部モーメントＭと回転角Ｒの関係を示す図である。
【図５】従来の柱脚構造例における柱脚部モーメントＭと回転角Ｒの関係を示す図である。
【図６】基礎コンクリートに埋込まれた定着板付きのアンカーボルトに引張力が作用した図である。
【図７】立上り主筋を配筋した露出型柱脚構造の概略断面図である。
【符号の説明】
１基礎コンクリート、２アンカーボルト、３定着板、
４コーン状破壊面、５柱脚部、６基礎柱形部、７立上り主筋、
８鉄骨柱、９ベースプレート、１０ナット、１１ナット、
１２モルタル、２０基礎はり、２１基礎はり主筋のはり上端筋、
２２基礎はり主筋のはり下端筋、２４帯筋、２５スターラップ、
２６形板

Claims

建築物の柱をベースプレートとアンカーボルトとを介し基礎コンクリートに固着した露出型柱脚構造において、基礎柱形部に圧縮ストラットが形成される露出型柱脚構造であって、アンカーボルトの表面をアンボンド処理しその下端部に定着板を固定したアンカーボルトを具備し、基礎はり主筋のはり上端筋がベースプレートの底面より下方近傍を通り、基礎はり主筋のはり下端筋が定着板より上方を通り、もしくは定着板より下方近傍を通るように配筋することによりアンカーボルトの定着を確保したことを特徴とする露出型柱脚構造。
建築物の柱をベースプレートとアンカーボルトとを介し基礎コンクリートに固着した露出型柱脚構造において、基礎柱形部に圧縮ストラットが形成される露出型柱脚構造であって、引張側の基礎はり主筋の総断面積ａｔと基礎はり主筋の引張許容応力度ｆｔの積が、圧縮ストラットの水平方向成分により基礎はり主筋に生じる引張力Ｔより大きくなるようにしてアンカーボルトの定着を確保したことを特徴とする請求項 1 に記載の露出型柱脚構造。
建築物の柱をベースプレートとアンカーボルトとを介し基礎コンクリートに固着した露出型柱脚構造において、基礎柱形部に圧縮ストラットが形成される露出型柱脚構造であって、基礎柱形部の立ち上がり主筋が 4 本以上 8 本以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の露出型柱脚構造。
建築物の柱をベースプレートとアンカーボルトとを介し基礎コンクリートに固着した露出型柱脚構造において、基礎柱形部に圧縮ストラットが形成される露出型柱脚構造であって、ベースプレートが載置された位置の基礎コンクリート天端から基礎はり天端までの高さが５００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３に記載の露出型柱脚構造。