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

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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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