JP4733997B2 - 制震柱脚構造及びこれを用いた制震構造物 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、建築建物や橋梁等の建築構造物の柱脚部に制震構造を用いた、制震柱脚構造及びこれを用いた制震構造物に関するものである。

従来の建築建物や橋梁等の建築構造物の制震構造は、構造骨組の構面内に設けた、ブレース、間柱、壁等に取り付けた制震装置でエネルギーを吸収することにより、構造骨組に減衰力を付与して構造骨組に発生する応力や変形を低減し、構造物の損傷を軽減するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

また従来の建築建物や橋梁等の建築構造物の柱脚構造としては、柱下端部にベースプレート（柱脚金物）を溶接等で固定し、基礎コンクリート中に埋め込まれて上端部がベースプレート上に露出したアンカーボルトのその上端部とナットとの締結により、前記ベースプレートが基礎コンクリート上に露出した状態で固定され支持される、露出型の柱脚構造があった（例えば、特許文献２参照）。
特開２００１−２１４６３３号公報 特開２０００−２４８６３３号公報

しかしながら、このような従来の制震構造にあっては、建築構造物の構造骨組の構面内に制震装置が配置されるため、建物内部の空間を制限したり、建築構造物の開口部を塞ぐおそれがあるというような問題があった。

一方、従来の露出型の柱脚構造においては、建築構造物に地震等による非常に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、このような柱脚構造のアンカーボルトはエネルギー吸収能力が小さく、アンカーボルトのみのエネルギー吸収では建築構造物の構造骨組の損傷を防止するには不充分であった。

また、地震等による非常に大きな外力が加わった場合に、アンカーボルトがエネルギーを吸収するために塑性変形してしまうと、その後の柱脚構造の機能を損なうという問題があった。特にアンカーボルトは基礎コンクリート中に埋め込まれているので、その交換は非常に困難で、柱脚構造の機能を回復することができなくなるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、地震等の大きな外力のエネルギーを吸収して建築構造物の構造骨組の損傷を低減することができると共に、地震等の大きな外力を受けた場合にアンカーボルトが塑性変形してその後の柱脚構造の機能を損なうおそれを低減することができる、制震柱脚構造及びこ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、
柱下端部が、アンカーボルトとナットとのネジ締結により基礎コンクリート上に固定されたベースプレートに支持される柱脚構造において、
前記柱下端部の側面と、前記ベースプレート上に立設して前記柱下端部の側面に対向する対向面を有する取付部材の前記対向面とを、直接または間接的に接触させて、この接触する面の間をこの面と直角方向の力で互に加圧して所定の大きさの摩擦力が発生するよう構成し、
前記互に加圧されて接触させられた前記柱下端部の側面と前記取付部材の対向面は、地震等の外力が入力してこれらの面の間に前記摩擦力以上の力が作用すると、これらの面の間が互いに摩擦摺動することにより外力のエネルギーを吸収する摩擦ダンパを構成すると共に、
前記柱下端部と前記ベースプレート上面との間に回動手段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、
柱下端部が、アンカーボルトとナットとのネジ締結により基礎コンクリート上に固定されたベースプレートに支持される柱脚構造において、
前記柱下端部の側面と、前記ベースプレート上に立設して前記柱下端部の側面に対向する対向面を有する取付部材の前記対向面とを、直接または間接的に接触させて、この接触する面の間をこの面と直角方向の力で互に加圧して所定の大きさの摩擦力が発生するよう構成し、
前記互に加圧されて接触させられた前記柱下端部の側面と前記取付部材の対向面は、地震等の外力が入力してこれらの面の間に前記摩擦力以上の力が作用すると、これらの面の間が互いに摩擦摺動することにより外力のエネルギーを吸収する摩擦ダンパを構成すると共に、
前記柱下端部と前記ベースプレート上面との間に回動手段を設けた
制震柱脚構造を少なくとも１つ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これを用いた制震構造物によれば、柱脚部に制震ダンパとして摩擦ダンパを構成することにより、地震等の大きな外力が入力した場合、摩擦ダンパでそのエネルギーを吸収して構造骨組に減衰力を付与し、構造骨組に発生する応力を低減させて建築構造物の損傷を軽減することができる。
また、やはり地震等の大きな外力が入力した場合、アンカーボルトが降伏してその後の柱脚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。

以下、本発明に係る制震柱脚構造及びこ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から図４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は、ベースプレート２２上に立設された取付部材１５の取付板部１５ｂの内側に配置されて、複数組のボルト１７とナット１９とのネジ締結により、柱１０と取付板部１５ｂの厚さ方向に互いに加圧されて取り付けられている。

すなわち、柱１０の根元部１０ａ（柱下端部）の側面１０ｂに対向して、取付部材１５の取付板部１５ｂの内側面１５ｄ（対向面）が配置され、これらの側面１０ｂと内側面１５ｄは、これらの面と直角方向の力で互に加圧されて所定の大きさの摩擦力が発生するような摩擦ダンパを構成している。

また、柱１０の根元部１０ａの側面１０ｂと、取付板部１５ｂの内側面１５ｄとの間には、摩擦板部材２１が挟まれて設けられ、上記側面１０ｂと内側面１５ｄは間接的に接触する状態となっている。そして、図３に示すように、柱１０の根元部１０ａの側面１０ｂと、取付部材１５の内側面１５ｄとの間で、摩擦板部材２１の図中下方には、柱１０下端部の回動を許容する隙間Ｈが設けられている。

図２に示すように、柱１０は水平断面において四角形状の筒状部材により形成されており、取付部材１５も水平断面において四角形状の略筒状部材に形成されている。そして取付部材１５は、図２及び図４に示すように、四隅部に、上端から下端に向って伸びる切り欠き部１５ａが途中まで形成されていて、取付部材１５の各辺はそれぞれ独立した取付板部１５ｂに形成されている。取付部材１５の取付板部１５ｂには、ボルト１７が挿通するボルト挿通孔１５ｃが、上下方向に長い長孔に形成されている。

取付部材１５の取付板部１５ｂのボルト挿通孔１５ｃは上下方向に長い長孔に形成されることにより、取付部材１５は摩擦板部材２１に対して間接的に上下方向に摺動することができる。そのことにより、地震等の大きな外力により柱１０の根元部１０ａが回動したり、引き抜かれるときに、所定の摩擦力を上回ると、柱１０の根元部１０ａと取付部材１５とは上下方向に摩擦摺動して、大きな外力のエネルギーを吸収するようになっている。

また、取付板部１５ｂは取付部材１５の四面の各面においてそれぞれ独立しているため、柱１０の根元部１０ａが回動しようとしたとき、取付板部１５ｂがその板厚方向に曲げ変形することにより、摩擦板部材２１に対して容易に摩擦摺動することができるようになっている。

図３に示すように、柱１０の下端面は、ベースプレート２２の上面に接触した状態で載置されていて、固定されてはいない。柱１０の下端をベースプレート２２に固定しないで縁を切った状態にすることにより、柱の垂直軸が傾いて柱１０の下端が回動したり、柱１０が引き抜かれてその下端部が浮き上がるような変形を許容できるようになっている。

その上端部以外が基礎コンクリート１２中に埋め込まれたアンカーボルト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と非接触の状態（アンボンド）で設けられているが、その下端部だけは埋め込みナットや定着板（図示せず）等を介して、基礎コンクリート１２中に固定されている。

柱１０の根元部１０ａを回動及び引き抜きに対して変形を許容することにより、地震等の大きな外力によって柱１０の根元部が回動したり引き抜かれようとしたときに、その力を前記摩擦ダンパに全て負担させて外力のエネルギーを吸収することができる。このことにより構造骨組に減衰力を与えて、構造骨組に発生する応力を低減することができるため、建築構造物の損傷を軽減することができる。

また前記摩擦ダンパは、アンカーボルト２４の降伏よりも先に静止摩擦が切れて摺動するように摩擦ダンパの摩擦力を設定しておくことにより、アンカーボルト２４が降伏してその後の柱脚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。

アンカーボルト２４の下端部は基礎コンクリート中に埋め込まれて定着されているため、その交換が非常に困難であるが、これに対して前記摩擦ダンパを構成する柱１０の根元部１０ａや取付部材１５は基礎コンクリート１２の外部に露出して配置されているので、アンカーボルト２４に比べてその交換及び調整が容易であるということができる。このため、アンカーボルト２４が降伏して制震柱脚構造１０１の機能を回復することができなくなるおそれを低減することができる。

図５から図７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。
この制震柱脚構造１０２は、図５、図６に示すように、取付板部材２５は柱１０の根元部１０ａの周囲４つの各側面１０ｂ毎に、４つに分割されて独立しており、その下端部は溶接によりベースプレート２２の上面に固定されている。

また、柱１０の根元部１０ａの下端面には、図中下方に突出する凸面２７ａを有する凸面部材２７（回動手段）が設けられ、この凸面２７ａがベースプレート２２の上面と接触する状態で、柱１０の根元部１０ａはベースプレート２２上に支持されている。
そして、柱１０の根元部１０ａと取付板部材２５との間には、前記実施の形態と同様に、摩擦板部材２１が挟まれて設けられている。

この第２の実施の形態においても、柱１０の根元部１０ａ（柱下端部）の側面１０ｂに対向して、取付部材２５の内側面２５ｄ（対向面）が配置され、これらの側面１０ｂと内側面２５ｄは、これらの面と直角方向の力で互に加圧されて所定の大きさの摩擦力が発生するような摩擦ダンパを構成している。

このような制震柱脚構造１０２に、地震等による大きな外力が加わった場合、柱１０の根元部１０ａに、垂直軸が傾くように回動したり、引き抜かれる力が作用して、摩擦ダンパに所定値以上の力が作用した場合は、上記側面１０ｂと内側面２５ｄとの間の静止摩擦が切れて、摩擦板部材２１を介して間接的に摩擦摺動することにより外力のエネルギーを吸収することができる。

この第２の実施の形態においては、柱１０の下端とベースプレート２２との間に、回動手段としての凸面部材２７が設けられている。このため、柱１０の根元部１０ａが傾いて回動した場合、回動による力を前記摩擦ダンパに集中することができ、また前記摩擦ダンパは上下両方向に摩擦摺動できるため、第１の実施の形態に対して、より効率よくエネルギーの吸収を行なうことができる。

上記摩擦ダンパにより、制震柱脚構造１０２に入力した外力のエネルギーを吸収することができ、またアンカーボルト２４の降伏よりも先に静止摩擦が切れて摺動するように摩擦ダンパの摩擦力を設定しておくことにより、アンカーボルト２４が降伏することなく、外力のエネルギーの吸収を行うことができる。

図８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。
同図に示すように、この第３の実施の形態においては、取付部材３５がＬ字形に形成されており、この取付部材３５の下端折曲部３５ｂがベースプレートの一部の機能を有している。

このため、その取付部材３５の下端折曲部３５ｂは、アンカーボルト２４にネジ結合されたナット２６により締め付けられることによって、基礎コンクリート１２のベースモルタル１２ａ上に配置された下部ベースプレート３６の上に固定されている。

また、この第３の実施の形態においては、前記実施の形態と異なり、柱１０の根元部１０ａ下端と中間プレート３６の上面との間に隙間Ｈを設けた状態で、取付部材３５の取付板部３５ａの内側に柱１０の根元部１０ａが取り付けられている。
そして、前記実施の形態と同様に、柱１０の根元部１０ａと取付部材３５の取付板部３５ａとの間には摩擦板部材２１が挟まれて設けられている。

この第３の実施の形態においても、柱１０の根元部１０ａ（柱下端部）の側面１０ｂに対向して、取付部材３５の内側面３５ｄ（対向面）が配置され、これらの側面１０ｂと内側面３５ｄは、これらの面と直角方向の力で互に加圧されて所定の大きさの摩擦力が発生するような摩擦ダンパを構成している。

このような制震柱脚構造１０３によっても、地震等による大きな外力が加わった場合に、柱１０の根元部１０ａに、垂直軸が傾くように回動したり、引き抜かれる力が作用して、摩擦ダンパに所定値以上の摩擦力が作用した場合は、上記側面１０ｂと内側面３５ｄとの間の静止摩擦が切れて、摩擦板部材２１を介して間接的に摩擦摺動することにより外力のエネルギーを吸収することができる。

上記摩擦ダンパにより、制震柱脚構造１０３に入力した外力のエネルギーを吸収することができ、またアンカーボルト２４の降伏よりも先に静止摩擦が切れて摺動するように摩擦ダンパの摩擦力を設定しておくことにより、アンカーボルト２４が降伏することなく、外力のエネルギーの吸収を行うことができる。

図９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。
同図に示すように、この第４の実施の形態においては、取付部材４５が逆さＴ字形に形成されており、この取付部材４５下端部の両側水平張出部４５ｂがベースプレートの一部の機能を有している。

このため、その取付部材４５の下端折り曲げ部４５ｂは、アンカーボルト２４にネジ結合されたナット２６により締め付けられることによって、基礎コンクリート１２のベースモルタル１２ａ上に配置された下部ベースプレート３６の上に固定されている。

また、この第４の実施の形態においても、柱１０の根元部１０ａ下端と中間プレート３６の上面との間に隙間Ｈを設けた状態で、取付部材４５の取付板部４５ａの内側に柱１０の根元部１０ａが取り付けられている。
そして、前記実施の形態と同様に、柱１０の根元部１０ａと取付部材４５の取付板部４５ａとの間には摩擦板部材２１が挟まれて設けられている。

この第４の実施の形態においても、柱１０の根元部１０ａ（柱下端部）の側面１０ｂに対向して、取付部材４５の内側面４５ｄ（対向面）が配置され、これらの側面１０ｂと内側面４５ｄは、これらの面と直角方向の力で互に加圧されて所定の大きさの摩擦力が発生するような摩擦ダンパを構成している。

このような制震柱脚構造１０４によっても、地震等による大きな外力が加わった場合に、柱１０の根元部１０ａに、垂直軸が傾くように回動したり、引き抜かれる力が作用して、摩擦ダンパに所定値以上の摩擦力が作用した場合は、上記側面１０ｂと内側面４５ｄとの間の静止摩擦が切れて、上下方向に摩擦摺動することにより外力のエネルギーを吸収することができる。

なお、前記実施の形態においては、柱１０の根元部１０ａと取付部材１５，２５，３５，４５との間に摩擦板部材２１が設けられた摩擦ダンパーについて説明したが、摩擦板部材２１は必ずしも設ける必要はなく、柱１０の根元部１０ａと取付部材１５，２５，３５，４５との互いに摺動する面を、所定の摩擦係数とする表面処理等を行なって、直接接触させて摩擦ダンパを構成することもできる。

また前記実施の形態において、柱下端部とベースプレートの関係が、柱下端部をベースプレートに接触して載置する場合と、柱下端部とベースプレートの間に回動手段を設ける場合と、柱下端部とベースプレートの間に隙間を設ける場合の各々について説明したが、これらの各場合と前記取付部材のそれぞれとを適宜組み合わせて制震柱脚構造を構成することもできる。

また、前記実施の形態においては、取付部材１５のボルト挿通孔１５ｃを長孔にした場合について説明したが、柱の方のボルト挿通孔を長孔にしてもよく、柱及び取付部材の少なくともいずれか一方を長孔とすればよい。

また、前記実施の形態においては柱１０が、その水平断面が四角形状の筒状部材の場合について説明したが、柱はこのような断面が四角形状の筒状部材に限定する必要はなく、その側面に摩擦摺動をする面を有するものであれば、Ｈ型断面等の、他のどのような断面形状の柱についても本発明は適用することができる。

また、前記実施の形態においては、本発明の制震柱脚構造に係る実施の形態について説明してきたが、本発明は、上記のような制震柱脚構造が用いられた建築構造物（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こ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。 図１における制震柱脚構造１０１のＡ−Ａ線断面矢視図である。 図２における制震柱脚構造１０１のＢ−Ｂ線断面矢視図である。 図１における制震柱脚構造１０１から柱１０と摩擦板部材２１を省略した状態を示す側面図である。 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。 図５における制震柱脚構造１０２の縦断面図である。 図５における制震柱脚構造１０２の柱１０の根元部１０ａにおける摩擦板部材２１の位置を示す側面図である。 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。

符号の説明

１０ 柱
１０ａ 根元部
１２ 基礎コンクリート
１２ａ ベースモルタル
１５ 取付部材
１５ａ 切り欠き部
１５ｂ 取付板部
１７ ボルト
１９ ナット
２１ 摩擦板部材
２２ ベースプレート
２４ アンカーボルト
２５ 取付部材
２６ ナット
３５ 取付部材
３５ａ 取付板部
３５ｂ 下端折曲部
３６ 下部ベースプレート
４５ 取付部材
４５ａ 取付板部
４５ｂ 両側水平張出部
１０１，１０２，１０３，１０４ 制震柱脚構造

Claims (5)

1. 柱下端部が、アンカーボルトとナットとのネジ締結により基礎コンクリート上に固定されたベースプレートに支持される柱脚構造において、
   前記柱下端部の側面と、前記ベースプレート上に立設して前記柱下端部の側面に対向する対向面を有する取付部材の前記対向面とを、直接または間接的に接触させて、この接触する面の間をこの面と直角方向の力で互に加圧して所定の大きさの摩擦力が発生するよう構成し、
   前記互に加圧されて接触させられた前記柱下端部の側面と前記取付部材の対向面は、地震等の外力が入力してこれらの面の間に前記摩擦力以上の力が作用すると、これらの面の間が互いに摩擦摺動することにより外力のエネルギーを吸収する摩擦ダンパを構成すると共に、
   前記柱下端部と前記ベースプレート上面との間に回動手段を設けた
   ことを特徴とする制震柱脚構造。
2. 前記柱下端部と前記取付部材とをそれぞれの厚さ方向に互いに加圧するために、ボルトとナットとのネジ締結を用いたことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
3. 前記柱下端部と前記取付部材とのそれぞれの厚さ間に摩擦力を生じさせる摩擦板部材の厚さを挟んで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. 前記取付部材と前記ベースプレートをそれぞれ複数の同じ数に分割し、各１対１の取付部材とベースプレート同士を一体的に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. 柱下端部が、アンカーボルトとナットとのネジ締結により基礎コンクリート上に固定されたベースプレートに支持される柱脚構造において、
   前記柱下端部の側面と、前記ベースプレート上に立設して前記柱下端部の側面に対向する対向面を有する取付部材の前記対向面とを、直接または間接的に接触させて、この接触する面の間をこの面と直角方向の力で互に加圧して所定の大きさの摩擦力が発生するよう構成し、
   前記互に加圧されて接触させられた前記柱下端部の側面と前記取付部材の対向面は、地震等の外力が入力してこれらの面の間に前記摩擦力以上の力が作用すると、これらの面の間が互いに摩擦摺動することにより外力のエネルギーを吸収する摩擦ダンパを構成すると共に、
   前記柱下端部と前記ベースプレート上面との間に回動手段を設けた
   制震柱脚構造を少なくとも１つ用いたことを特徴とする制震構造物。

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