JP4721722B2 - 制震柱脚構造及びそれを用いた制震構造物 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、建物や橋梁等の建築構造物の柱下端部を基礎コンクリートに支持させる制震柱脚構造及びそれを用いた制震構造物に関するものである。

従来の建物や橋梁等の柱下端部を基礎コンクリートに支持させる柱脚構造としては、基礎コンクリート上に露出して、アンカーボルトとナットの締め付けにより固定されたベースプレート（柱脚金物）の上に、柱下端部が溶接により固定されて支持されるようにした柱脚構造があった。

しかしながら、このような従来の柱脚構造においては、建築構造物に地震等による外力が加わった場合は、建物が建っている間に１度は起こる外乱による外力までは、その構成部材に発生する応力が降伏耐力以下となるような耐震構造で、稀に起こる大地震等の外乱でより大きな外力が加わった場合は、アンカーボルトが塑性変形して伸びることにより、エネルギーを吸収するような構造となっていた。ところが、従来の柱脚構造ではアンカーボルトのエネルギー吸収能力が小さく、また外力が大きい場合は、アンカーボルトが塑性変形して復元しないため、柱脚及び建物の機能が損なわれるおそれがあるという問題があった。

また、従来の柱脚構造においては、圧縮力はベースプレートから基礎コンクリートに伝達されるので、アンカーボルトはその長さ方向に引っ張られて塑性変形することによりエネルギーの吸収を行なうことはできるが、長さ方向に圧縮される方向にはエネルギーの吸収を行なうことはできない。この点からもアンカーボルトはエネルギー吸収能力が小さいということができる。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、ベースプレートと基礎コンクリートとの間に回動を許容する機構を設けて、柱下端部に発生する曲げ応力をすべてアンカーボルトに負担させ、アンカーボルトがその引張方向及び圧縮方向のいずれの方向においてもエネルギー吸収を行なえることにより、エネルギー吸収能力を増大させて、大きな外力によって建物やその上部構造の機能が損なわれるおそれを軽減することができる制震柱脚構造及びそれを用いた制震構造物を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る制震柱脚構造は、
基礎コンクリートの上方に露出して配置され柱下端部に固定されたベースプレートと、 前記ベースプレートを基礎コンクリートに連結するのに用いられるアンカーボルトと
を備えた柱脚構造において、
前記ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に、縦横又は径の大きさが前記ベースプレートより小さいと共に、所定の厚さを有するプレートを設け、
前記ベースプレートの中央部のみを前記プレートにより支持させることにより、前記ベースプレートの前記柱より径方向外側の周部は空中に張り出すように構成されると共に、
前記ベースプレートは、前記周部を前記アンカーボルトにより相対変位不能に固定して連結され、
前記ベースプレートの前記周部の前記アンカーボルトとの連結部と前記基礎コンクリートとの間に、前記連結部から前記基礎コンクリートまでの距離と同じ寸法の、前記連結部が変位可能な隙間を設けたことを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る制震構造物は、
基礎コンクリートの上方に露出して配置され柱下端部に固定されたベースプレートと、 前記ベースプレートを基礎コンクリートに連結するのに用いられるアンカーボルトと
を備えた柱脚構造において、
前記ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に、縦横又は径の大きさが前記ベースプレートより小さいと共に、所定の厚さを有するプレートを設け、
前記ベースプレートの中央部のみを前記プレートにより支持させることにより、前記ベースプレートの前記柱より径方向外側の周部は空中に張り出すように構成されると共に、
前記ベースプレートは、前記周部を前記アンカーボルトにより相対変位不能に固定して連結され、
前記ベースプレートの前記周部の前記アンカーボルトとの連結部と前記基礎コンクリートとの間に、前記連結部から前記基礎コンクリートまでの距離と同じ寸法の、前記連結部が変位可能な隙間を設けたことを特徴とする制震柱脚構造
を用いたことを特徴とするものである。

このような構成の制震柱脚構造及びそれを用いた制震構造物によれば、アンカーボルトがその引張方向及び圧縮方向のいずれの方向においてもエネルギー吸収を行なえることによりエネルギー吸収能力を増大させて、外力の大きなエネルギーによって構造骨組及び建物の機能が損なわれるおそれを軽減することができる。

以下、本発明に係る制震柱脚構造及びそれを用いた制震構造物の実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る制震柱脚構造１０１について説明するために参照する図である。

図１に示す制震柱脚構造１０１において、柱１０の根元部１０ａ（柱下端部）は、基礎コンクリート１２の上方に設けられたベースプレート２２（柱脚金物）上に溶接により固定され、このベースプレート２２の、柱１０の周面よりその幅や径方向外側に張り出した周部は、アンカーボルト２４にネジ結合された上下一対のナット２６，２７により挟み込まれて締め付けられることにより、アンカーボルト２４に相対変位不能に固定して連結されている。

アンカーボルト２４は、その円周面がその長さ方向にわたって基礎コンクリート１２と非接着の状態（アンボンド）で設けられており、その下端部は定着部材２９や定着板（図示せず）等を介して、基礎コンクリート１２中に定着されている。ベースプレート２２の中央部下面と基礎コンクリート１２の上面との間には、縦横又は径の大きさがベースプレート２２より小さく、所定の厚さを有する第１の板部材３２が挟まれて設けられている。この第１の板部材３２は、図１に示すように、スタッドボルト３３を介して基礎コンクリート１２に固定されている。

この第１の板部材３２は、柱１０の根元部１０ａの軸方向の力を、ベースプレート２２を介して基礎コンクリート１２に伝達することにより支持させるために設けられている。
また、このような第１の実施の形態においては、いうまでもなく、ベースプレート２２の中央部下面はその周部下面と同一平面状に形成されている。

また、このような第１の実施の形態においては、ベースプレート２２周部のアンカーボルト２４との固定部と、基礎コンクリート１２上面との間、すなわち、ナット２７の下面と基礎コンクリート１２上面との間には、第１の板部材３２の厚さからナット２７の高さを差し引いた寸法の隙間が設けられている。

このように構成された本発明の第１の実施の形態によれば、ベースプレート２２の中央部のみを基礎コンクリート１２により支持させ、中央部より外側の周部は空中に張り出すように構成すると共に、ベースプレート２２の前記周部とアンカーボルト２４間を相対変位不能に固定して連結し、ベースプレート２２の前記周部のアンカーボルト２４との連結部と基礎コンクリート１２との間に隙間を設けたため、上記連結部が上下方向に変位可能となる。

このため、上記連結部の上下変位によって、アンカーボルト２４が長さ方向に引っ張られて伸びることによりエネルギー吸収を行なうことができるだけでなく、長さ方向に押圧されて圧縮することによりエネルギー吸収を行なうこともできる。

このため、アンカーボルト２４がその引張方向及び圧縮方向のいずれの方向においてもエネルギー吸収を行なうことができるので、アンカーボルト２４によるエネルギー吸収能力を従来よりも増大させることができるため、外力の大きなエネルギーによって構造骨組及び建物の機能が損なわれるおそれを軽減することができる。

なお、このような第１の実施の形態に係る制震柱脚構造１０１においては、ベースプレート２２と第１の板部材３２が互いに別部材として構成されていたが、図２に示す制震柱脚構造１０１Ａのように、ベースプレート２２と第１の板部材３２は共に一個の同一部品として、同一材料により一体的に構成してもよいことはいうまでもない。この場合は、ベースプレート２２の中央部下面が、その周部下面より下方に突出するように、ベースプレート２２の中央部と周部との間に段部を形成することができる。

図３は、本発明の第２の実施の形態に係る制震柱脚構造１０２について説明するために参照する図である。前記第１の実施の形態と同じ部品には同じ符号を付して説明し、前記第１の実施の形態と同様の構成についての重複する説明は省略するものとする。

前記第１の実施の形態においては、ベースプレート２２と第１の板部材３２が互いに直接接触するよう構成されていたのに対して、この第２の実施の形態は、ベースプレート２２と第１の板部材３２との間に、縦横又は径の大きさが第１の板部材３２より小さく、所定の厚さを有する第２の板部材３４が、溶接により板部材３２に一体的に設けられている点において異なるものである。

なお、上記第２の板部材３４は、前記第１の実施の形態のように、第１の板部材３２に一体的に設けるのではなく、ベースプレート２２の方に、溶接により一体的に設けてもよい。

このような第２の実施の形態に係る制震柱脚構造１０２によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、次のような効果が得られる。

すなわち、第２の板部材３４は第１の板部材３２より縦横又は径の大きさが小さいので、ベースプレート２２の、柱１０の根元部１０ａ近傍の下面と、第１の板部材３２の上面との間に隙間ができる。また、地震等の大きな外力が加えられた場合に、柱１０の根元部１０ａにその垂直軸が傾くように回動するような力が働いたとき、ベースプレート２２が第２の板部材３４に押圧する面積が、前記第１の実施の形態における第１の板部材３２に押圧する面積に比べて少なくなるので、それだけ抵抗が少なくなって、柱１０の根元部１０ａが傾くように回動することを許容し易くなる。

このように柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾くように回動する場合は、柱１０の両側のアンカーボルト２４の一方が伸びて、他方のアンカーボルト２４が圧縮されるので、従来のようにアンカーボルト２４が伸びるだけの場合に比べてエネルギーの吸収量を増大することができるため、柱１０の根元部１０ａにかかる外力のエネルギーを低減させることができる。このため、外力の大きなエネルギーにより柱１０の根元部１０ａが塑性変形して構造骨組及び建物の機能が損なわれるおそれを軽減することができる。

図４は、本発明の第３の実施の形態に係る制震柱脚構造１０３について説明するために参照する図である。
前記第２の実施の形態においては、ベースプレート２２と第１の板部材３２との間に、縦横又は径の大きさが第１の板部材３２より小さい第２の板部材３４が設けられていたのに対して、この第３の実施の形態は、ベースプレート２２と第１の板部材３２との間に、半球状に形成された凸状部材３６が、その半球形状の先端部を第１の板部材３２に接触させるように配置されて設けられている点において異なるものである。

なおこの第３の実施の形態においては、凸状部材３６を逆さまにして第１の板部材３２の側に設け、その凸状部材３６の半球形状の先端部をベースプレート２２の下面に接触させるように構成してもよい。

このような第３の実施の形態に係る制震柱脚構造１０３によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、次のような効果が得られる。

すなわち、このような制震柱脚構造１０３の構成によれば、前記第２の実施の形態と同様に、ベースプレート２２の柱１０の根元部１０ａ近傍の下面と、第１の板部材３２の上面との間に隙間ができる。また、地震等の大きな外力が加えられた場合に、柱１０の根元部１０ａにその垂直軸が傾くように回動するような力が働いたとき、ベースプレート２２が凸状部材３６を介して第１の板部材３２の上面に接触する面積が、前記第２の実施の形態における第２の板部材３４に接触する面積に比べて著しく少なくなるので、抵抗が著しく少なくなって、柱１０の根元部１０ａが傾くように回動することをさらに許容し易くなる。

この場合も、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾くように回動する場合は、柱１０の両側のアンカーボルト２４の一方と他方は引っ張りと圧縮の互いに反対の方向に変形して、大きなエネルギーを吸収することができるので、柱１０の根元部１０ａが外力の大きなエネルギーにより塑性変形して構造骨組及び建物の機能が損なわれるおそれを軽減することができる。

図５は、本発明の第４の実施の形態に係る制震柱脚構造１０４について説明するために参照する図である。
この第４の実施の形態は、ベースプレート２２の下面に球面凹部２２ａ（凹状部）が形成されていると共に、ベースプレート２２と第１の板部材３２との間に、半球状に形成された凸状部材３８が、その半球形状の先端部をベースプレート２２の球面凹部２２ａに摺接させるように配置されていると共に、溶接により第１の板部材３２と一体的に設けられている。

なお、この第４の実施の形態においては、凸状部材３８を逆さまにしてベースプレート２２側に設け、第１の板部材３２（凹状部材）側に、その凸状部材３８の半球形状の先端部が摺接する球面凹部を形成してもよい。

このような第４の実施の形態に係る制震柱脚構造１０４によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、次のような効果が得られる。

すなわち、このような制震柱脚構造１０４の構成によれば、前記第３の実施の形態と同様に、ベースプレート２２の柱１０の根元部１０ａ近傍の下面と、第１の板部材３２の上面との間に隙間ができると共に、地震等の大きな外力が加えられて、柱１０の根元部１０ａにその垂直軸が傾くように回動するような力が働いたときでも、ベースプレート２２と凸状部材３８は凹凸の各球面を介して摺接されているので、柱１０の根元部１０ａが傾くように回動することをさらに許容し易くなっている。

また、前記のような、柱１０の根元部１０ａ（柱下端部）の垂直軸が傾くような回動を許容する構造によれば、柱１０にかかる水平方向の剪断力を確実に基礎コンクリート１２に伝達することができる。

この場合も、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾くように回動する場合は、柱１０の両側のアンカーボルト２４の一方と他方は引っ張りと圧縮の互いに反対の方向に変形して、大きなエネルギーを吸収することができるので、柱１０の根元部１０ａが外力の大きなエネルギーにより塑性変形して構造骨組及び建物の機能が損なわれるおそれを軽減することができる。

図６は、本発明の第５の実施の形態に係る制震柱脚構造１０５について説明するために参照する図である。
この第５の実施の形態は、ベースプレート２２の下面に球面凹部２２ａ（凹状部）が形成されており、かつ、第１の板部材３２（凹状部材）の上面にも球面凹部３２ａが形成されていると共に、ベースプレート２２と第１の板部材３２の間に、これらの球面凹部２２ａ，３２ａの各々と摺接する球面凸部４０ａ，４０ｂが表裏両面に形成された、両面凸状部材４０が挟まれて設けられている。

このような第５の実施の形態に係る制震柱脚構造１０５によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、次のような効果が得られる。

すなわち、このような制震柱脚構造１０５の構成によれば、前記第４の実施の形態と同様に、ベースプレート２２の柱１０の根元部１０ａ近傍の下面と、第１の板部材３２の上面との間に隙間ができると共に、地震等の大きな外力が加えられて、柱１０の根元部１０ａにその垂直軸が傾くように回動するような力が働いたときでも、ベースプレート２２及び第１の板部材３２と両面凸状部材４０は、凹凸の各球面を介して摺接されているので、柱１０が傾いて倒れることを許容し易くなる。

この場合も、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾くように回動する場合は、柱１０の両側のアンカーボルト２４の一方と他方は引っ張りと圧縮の互いに反対の方向に変形して、大きなエネルギーを吸収することができるので、柱１０の根元部１０ａが外力の大きなエネルギーにより塑性変形して構造骨組及び建物の機能が損なわれるおそれを軽減することができる。

図７は、本発明の第６の実施の形態に係る制震柱脚構造１０６について説明するために参照する図である。
この第６の実施の形態は、ベースプレート２２の中央部下面に、縦横又は径の大きさが、柱１０の断面の縦横又は径の大きさより小さく、所定の厚さを有する第３の板部材３５が設けられ、この第３の板部材３５の図中下面には、ゴム支承を構成するピストンゴム４４（弾性体）が設けられている。

また、基礎コンクリート１２の上には、その縦横又は径の大きさが第３の板部材３５より大きい受け部材４２が、スタッドボルト３３を介して設けられており、この受け部材４２の周部より内側には、板部材３５に設けられたピストンゴム４４がその板部材３５と共に嵌合し、その底面にピストンゴム４４が圧接する、凹部４２ａが形成されている。そして、板部材３５はピストンゴム４４を介してその凹部４２ａ内で、受け部材４２に対して図中上下方向に相対移動できるようになっている。

このような第６の実施の形態に係る制震柱脚構造１０６によれば、前記第１の実施の形態と同様の効果が得られると共に、次のような効果が得られる。

すなわち、このような制震柱脚構造１０６の構成によれば、前記第１の実施の形態と同様に、ベースプレート２２周部のアンカーボルト２４との固定部と、基礎コンクリート１２上面との間には隙間が設けられているので、アンカーボルト２４は長さ方向に引っ張られて伸びることによりエネルギー吸収を行なうことができるだけでなく、長さ方向に押圧されて圧縮することによりエネルギー吸収を行なうこともできる。

そしてさらに、第３の板部材３５と受け部材４２の凹部４２ａの底面との間には、ピストンゴム４４が設けられているので、抵抗が著しく少なくなって柱１０が傾いて倒れることを許容し易くなる。このため、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾くように回動する場合は、柱１０の両側のアンカーボルト２４の一方と他方は引っ張りと圧縮の互いに反対の方向に変形して、大きなエネルギーを吸収することができるので、柱１０の根元部１０ａが外力の大きなエネルギーにより塑性変形して構造骨組及び建物の機能が損なわれるおそれを軽減することができる。

なお、前記各実施の形態においては本発明が制震柱脚構造に適用されたものの場合について説明してきたが、本発明は、制震柱脚構造を用いた制震構造物についても適用することができる。

以上、本発明に係る制震柱脚構造及びそれを用いた制震構造物の各実施の形態について具体的に述べてきたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて、その他にも各種の変更が可能なものである。

本発明の第１の実施の形態に係る制震柱脚構造１０１を示す一部断面側面図である。 制震柱脚構造１０１と異なる他の実施例に係る制震柱脚構造１０１Ａを示す一部断面側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制震柱脚構造１０２を示す一部断面側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る制震柱脚構造１０３を示す一部断面側面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る制震柱脚構造１０４を示す一部断面側面図である。 本発明の第５の実施の形態に係る制震柱脚構造１０５を示す一部断面側面図である。 本発明の第６の実施の形態に係る制震柱脚構造１０６を示す一部断面側面図である。

符号の説明

１０ 柱
１０ａ 根元部
１２ 基礎コンクリート
２２ ベースプレート
２２ａ 球面凹部
２４ アンカーボルト
２６，２７ ナット
２９ 埋め込みナット
３２ 第１の板部材
３２ａ 球面凹部
３４ 第２の板部材
３６ 凸状部材
３８ 凸状部材
４０ 両面凸状部材
４０ａ，４０ｂ 球面凸部
１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１０６ 制震柱脚構造

Claims (10)

1. 基礎コンクリートの上方に露出して配置され柱下端部に固定されたベースプレートと、 前記ベースプレートを基礎コンクリートに連結するのに用いられるアンカーボルトと
   を備えた柱脚構造において、
   前記ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に、縦横又は径の大きさが前記ベースプレートより小さいと共に、所定の厚さを有するプレートを設け、
   前記ベースプレートの中央部のみを前記プレートにより支持させることにより、前記ベースプレートの前記柱より径方向外側の周部は空中に張り出すように構成されると共に、
   前記ベースプレートは、前記周部を前記アンカーボルトにより相対変位不能に固定して連結され、
   前記ベースプレートの前記周部の前記アンカーボルトとの連結部と前記基礎コンクリートとの間に、前記連結部から前記基礎コンクリートまでの距離と同じ寸法の、前記連結部が変位可能な隙間を設けたことを特徴とする制震柱脚構造。
2. 前記アンカーボルトは、下端部が定着部材により基礎コンクリートに定着され、下端部を除く長さ部分の円周面が基礎コンクリートに対して非接着（アンボンド）の状態で設けられたことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
3. 前記ベースプレートの中央部と基礎コンクリートとの間に、柱下端部の垂直軸が傾くような回動を許容する構造を設けたことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
4. 前記ベースプレートの中央部下面に下方に突出する突出部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
5. 前記ベースプレートと前記プレートとの間に、ベースプレートの中央部のみを支持する突出部をベースプレートの下面又は前記プレートの上面のいずれか一方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
6. 前記ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に、ベースプレートの中央部のみを支持する、曲面を有した凸状部材をベースプレートの下面又は前記プレートの上面のいずれか一方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
7. 前記ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に、一方に曲面を有した凸状部材と他方に前記凸状部材に摺接する凹状部又は凹状部材とを設けたことを特徴とする請求項３に記載の制震柱脚構造。
8. 前記ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に、上下両面に凸部を曲面に形成した両面凸状部材と、前記両面凸状部材のそれぞれの曲面に摺接する凹状部又は凹状部材をベースプレートの下面及び基礎コンクリート上面のそれぞれに設けたことを特徴とする請求項３に記載の制震柱脚構造。
9. 前記ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に弾性体を設けたことを特徴とする請求項３に記載の制震柱脚構造。
10. 基礎コンクリートの上方に露出して配置され柱下端部に固定されたベースプレートと、 前記ベースプレートを基礎コンクリートに連結するのに用いられるアンカーボルトと
    を備えた柱脚構造において、
    前記ベースプレートと前記基礎コンクリートとの間に、縦横又は径の大きさが前記ベースプレートより小さいと共に、所定の厚さを有するプレートを設け、
    前記ベースプレートの中央部のみを前記プレートにより支持させることにより、前記ベースプレートの前記柱より径方向外側の周部は空中に張り出すように構成されると共に、
    前記ベースプレートは、前記周部を前記アンカーボルトにより相対変位不能に固定して連結され、
    前記ベースプレートの前記周部の前記アンカーボルトとの連結部と前記基礎コンクリートとの間に、前記連結部から前記基礎コンクリートまでの距離と同じ寸法の、前記連結部が変位可能な隙間を設けたことを特徴とする制震柱脚構造
    を用いたことを特徴とする制震構造物。

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