JP4943747B2 - 鋼管柱の柱脚構造及び建方方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管柱の柱脚構造及び建方方法に関するものであり、より詳細には、傾斜した円形断面の鋼管柱を支持する柱脚構造及び該鋼管柱の建方方法に関するものである。

鋼構造建築物又は土木構造物として、Ｈ形鋼、構造用角形鋼管又は構造用円形鋼管（鋼製丸パイプ材）を柱として使用した構造のものが知られている。円形鋼管は、円形断面を有し、曲げモーメント及び剪断力等の外力に対して等方性の性能又は剛性を有することから、Ｈ形鋼材又は角形鋼管と比べて部材断面積を低減し得る点において一般に有利である。他方、通常の構造物の通り芯は直交座標系を構成するので、等方性断面（円形断面）を有する円形鋼管は、角形鋼管や、Ｈ形鋼材等に比べ、位置、方向及び角度の施工精度を所望の如く確保し難く、施工性の点において難点がある。

従来の円形鋼管柱の建方は、円形鋼管をベースプレート上の所定位置に位置決めし、円形鋼管の柱脚部をベースプレートに溶接する方法を採用したものであるが、円形鋼管の軸芯部を直に目視することができないことから、ベースプレート上に予めケガキした指標に対して円形鋼管の柱脚部を外側から目視調整しながら位置決めし、柱脚部をベースプレートに溶接する方法が一般に採用されている。

角形鋼管又は円形鋼管の柱の建方方法として、十字形鋼材をコンクリート基礎に予め埋込み、十字形鋼材の上部をコンクリート基礎の上面から所定長だけ鉛直上方に突出させ、十字形鋼材を鋼管の柱脚部に挿入して鋼管柱をコンクリート基礎上に建込む建方方法が、実用新案登録第３０３１７８０号公報に記載されている。

また、相対的に傾斜角を有する円形鋼管同士の接合方法として、段差部を備えた継手板を予め各鋼管の仕口端に溶接し、段差部が互いに整合するように鋼管の継手板同士を突付けて鋼管同士を接合する鋼管接合方法が特開平１１−１９００６２号公報に記載されている。

更に、円形断面の鋼管の仕口端に予めスリットを形成し、ブラケット等の平板をスリット内に挿入して鋼管及び平板を接合する鋼管接合方法が知られている（特開昭６３−２５１６１０号公報、特開平８−３３３８０３号公報）。
実用新案登録第３０３１７８０号公報 特開平１１−１９００６２号公報 特開昭６３−２５１６１０号公報 特開平８−３３３８０３号公報

近年、立体トラス構造又は単層ラチス構造の中規模又は大規模シェルが、比較的多くの鋼構造建築物において採用される傾向がある。この種の建築物では、構造用円形鋼管の柱を傾斜方向に設置した設計例が比較的多く観られる。

しかしながら、上記特許文献１（実用新案登録第３０３１７８０号公報）に記載された如く、予めコンクリート基礎に突設した鉛直鋼材を鋼管の柱脚部に挿入する方式の柱脚構造及び建方方法は、傾斜した円形鋼管柱の建方には採用することができない。

また、上記特許文献２（特開平１１−１９００６２号公報）に記載された鋼管の仕口端同士の接合方法は、傾斜した鋼管同士の接合には採用し得たとしても、鋼管とベースプレートとの接合には適用し難い。

更に、上記特許文献３及び４（特開昭６３−２５１６１０号公報、特開平８−３３３８０３号公報）に記載されたように、鋼管の仕口端にスリットを形成する方法は、柱及び梁の接合部の如く、軸組部材同士の接合構造において採用される鋼管の接合方法であるにすぎず、円形鋼管柱の柱脚構造及び建方方法として使用されるものではない。

このため、傾斜した円形鋼管柱の施工には、前述の如く、ベースプレート上にケガキ線等の指標をマーキングし、指標に対して円形鋼管の柱脚部を目視調整しながら所望の位置に位置決めし、柱脚部をベースプレートに溶接する建方方法が一般に採用されてきた。

図９は、このような建方方法に従って鋼管１１、１２をベースプレート１に固定した従来の柱脚構造が示されている。

鋼管１１、１２の仕口部（柱脚部）１５は、全周に亘ってベースプレート１の水平面３に接触する小口面（切断面）を有し、仕口部１５は、水平面３に隅肉溶接され、溶接金属２０によってベースプレート１に一体的に接合される。このような柱脚構造の鋼管１１、１２の施工においては、ベースプレート１にケガキ線等をマーキングし、ケガキ線等に対して仕口部１５のＸ方向位置及びＹ方向位置を位置決めした後、鋼管１１、１２の方向及び角度を定め、建ち精度を調整した上で仕口部１５をベースプレート１に隅肉溶接する。しかしながら、このような柱脚構造では、仕口部１５を位置決めする基準がベースプレート１の水平面３のみであるので、傾斜した柱１０（鋼管１１、１２）の位置、方向及び角度に誤差が生じ易い。

図１０は、円形鋼管柱の他の柱脚構造を概略的に示す斜視図、平面図及び側面図である。

図１０に示す柱脚構造では、方形の治具プレート２がベースプレート１上に垂直に固定される。治具プレート２は、平面視において鋼管１１、１２の中心軸線Ｃ１、Ｃ２と直交する方向（Ｙ方向）に配向され、ベースプレート１の幅方向（Ｙ方向）に延在する。治具プレート２の下端部は、ベースプレート１に隅肉溶接され、ベースプレート１に固定される。ベースプレート１及び治具プレート２は、鋼管１１、１２の仕口端を突付け可能な水平面３及び垂直面４を形成する。鋼管１１、１２の仕口部（柱脚部）１５は、全周に亘ってベースプレート１及び治具プレート２の水平面３及び垂直面４に接触可能な小口面（切断面）を有する。仕口部１５は、ベースプレート１及び治具プレート２に隅肉溶接され、溶接金属２０によってベースプレート１及び治具プレート２に一体的に接合される。

このような柱脚構造では、鋼管１１、１２の方向及び仕口部１５のＸ方向位置を治具プレート２によって比較的精度良く位置決めすることができるので、鋼管１１、１２の方向及び仕口部１５のＸ方向位置は、建ち精度調整時に微調整を要するにすぎず、従って、図９に示す柱脚構造に比べ、柱１０の方向及び建ち精度に誤差が生じ難い。しかし、仕口部１５のＹ方向位置については、図９に示す柱脚構造の施工方法と同じく、ベースプレート１及び治具プレート２にケガキ線等をマーキングし、ケガキ線等に対して仕口部１５のＹ方向位置を位置決めした後、鋼管１１、１２の建ち精度を調整し、仕口部１５をベースプレート１及び治具プレート２に隅肉溶接しなければならず、柱１０（鋼管１１、１２）の建ち精度に誤差が生じ易い。

従って、図９及び図１０に示す柱脚構造及び建方方法では、傾斜した円形鋼管柱を高精度に建込むことが困難であり、しかも、このような柱脚構造及び建方方法は、ケガキ線等のマーキングや、建方時の建ち調整作業に依存したものであった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ケガキ線等のマーキングや、建方時の建ち調整作業に依存することなく、傾斜した円形鋼管柱を高精度且つ効率的に所望の建込み位置、角度及び方向に建込むことができる円形鋼管柱の柱脚構造及び建方方法を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究を重ねた結果、近年の三次元レーザー切断技術の進歩により、鋼管柱の仕口端を高精度に切断するとともに、鋼管柱の柱脚部に上記構成のスリット（溝）を高精度に加工することが可能となった点に着目し、本発明を達成したものである。

本発明は、傾斜した円形鋼管柱をベースプレート上に固定する鋼管柱の柱脚構造において、
前記ベースプレート上に垂直に固定され且つ互いに交差する方向に延びる第１鋼製プレート及び第２鋼製プレートと、
前記第１鋼製プレートの垂直面及び前記ベースプレートの水平面に突付け可能な仕口端を形成した前記鋼管柱の柱脚部とを有し、
前記仕口端に開口し且つ前記第２鋼製プレートと平行に延びるスリットが前記柱脚部に形成され、
該スリットは、前記第２鋼製プレートの板厚と実質的に同一の幅を有し、
前記第２鋼製プレートを前記スリットに挿入するとともに、前記仕口端を前記垂直面及び水平面に突付け、前記垂直面、水平面及び第２鋼製プレートによって前記鋼管柱を位置決めし且つ該鋼管柱の角度及び方向を設定するようにしたことを特徴とする鋼管柱の柱脚構造を提供する。

柱として使用される構造用鋼管の肉厚は、約２０ｍｍ程度に達するので、スリット幅と実質的に同じ板厚の鋼製プレートをスリット内に挿入することにより、鋼管を鋼製プレートによって位置決めし且つ配向することができる。また、高精度に切断し又は加工した柱脚部仕口端をベースプレート及び第１鋼製プレートの水平面及び垂直面に当接させることより、鋼管を位置決めし且つ配向することができる。即ち、鋼管の建込み位置、角度及び方向は、スリットと第２鋼製プレートとの係合又は嵌合、柱脚部仕口端とベースプレート上面との当接、柱脚部仕口端と第１鋼製プレートとの当接という三要素によって一意的に定められる。

従って、鋼管柱の建込み位置及び方向は、第１及び第２鋼製プレートの位置によって定まり、鋼管柱の角度（傾斜角度）は、柱脚部仕口端と上記垂直面及び水平面との突付けによって定まるので、ケガキ線等のマーキングや、建方時の建ち調整作業に依存することなく、鋼管柱を高精度且つ効率的に所望の建込み位置、角度及び方向に建込むことができる。なお、スリットの幅は、第２鋼製プレートと嵌合する寸法に設定され、或いは、建ち精度を微調整するためのクリアランスを第２鋼製プレートとの間に確保した寸法に設定される。

本発明は又、上記構成の柱脚構造を用いた鋼管柱の建方方法であって、
前記第２鋼製プレートの案内により前記柱脚部を前記ベースプレート上に設置し且つ前記垂直面に突付け、
前記仕口端を前記ベースプレート及び前記第１鋼製プレートに溶接するとともに、前記スリットの縁部に沿って前記鋼管柱を前記第２鋼製プレートに溶接することを特徴とする鋼管柱の建方方法を提供する。

このような建方方法によれば、第１及び第２鋼製プレートを予め固定したベースプレートを正確に位置決めした後、第２鋼製プレートを柱脚部のスリットに挿入しながら鋼管柱をベースプレート上に設置し、これにより、鋼管柱をベースプレート上に建込むことができる。鋼管柱の建込み位置、方向及び角度は、第１及び第２鋼製プレートの位置、鋼管の小口面と上記垂直面及び水平面との突付けによって定まるので、鋼管柱をベースプレート上に設置すると同時に鋼管柱の建方を実質的に完了することができる。

本発明の柱脚構造及び建方方法によれば、ケガキ線等のマーキングや、建方時の建ち調整作業に依存することなく、傾斜した円形鋼管柱を高精度且つ効率的に所望の建込み位置、角度及び方向に建込むことができる。

本発明の好適な実施形態によれば、第１及び第２鋼製プレートは、互いに直交する方向に延び、鋼管柱の中心軸線（軸芯）は、平面視において第１鋼製プレートと直交する。２本の鋼管柱の中心軸線が柱脚部付近で交差するＶ形の柱を建込むための十字形治具を第１及び第２鋼製プレートによって形成することができる。

本発明の好適な実施形態においては、一対の前記スリットが前記柱脚部に形成される。鋼管柱の柱脚部は、ベースプレート及び第１鋼製プレートに隅肉溶接され、スリットの縁部は、第２鋼製プレートに隅肉溶接される。スリット及び第２鋼製プレートを用いることにより、鋼管柱を固定するための溶接長が増大することから、隅肉溶接によって十分な柱脚強度を確保することができる。

本発明の更に好適な実施形態によれば、ベースプレートは、コンクリート基礎の上面から上方に突出する鋼製支持部材又は鋼製支持架台に固定される。本発明の柱脚構造においては、ベースプレートの施工精度は、鋼管柱の建込み位置、角度及び方向の精度に大きく影響する。このため、ベースプレートをコンクリート基礎面に直に設置せず、鋼製支持部材又は鋼製支持架台に固定することより、コンクリート基礎の打設に起因して生じ得るベースプレートの誤差をなくし、ベースプレートを精度良く設置することができる。所望により、ベースプレートは、建方完了後にコンクリートに埋設される。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施例について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る円形鋼管柱の柱脚構造を概略的に示す斜視図、平面図及び側面図であり、図２は、図１に示す柱脚構造の分解平面図、分解側面図及び分解斜視図であり、図３は、図１のＩ−Ｉ線における断面図である。

図１、図２及び図３には、V字形の柱１０の柱脚構造が示されている。柱１０は、鉛直方向に対して傾斜した一対の構造用円形鋼管１１、１２からなる。鋼管１１、１２は、ベースプレート１に固定され、ベースプレート１は、コンクリート基礎（図示せず）によって支持される。ベースプレート１は、平面視方形の厚肉鋼鈑からなり、基礎レベルに水平に配置される。

ベースプレート１上には、方形の治具プレート２が垂直に固定される。治具プレート２は、平面視において鋼管１１、１２の中心軸線Ｃ１、Ｃ２と直交する方向（Ｙ方向）に配向され、ベースプレート１の全幅（Ｙ方向寸法）に亘って延在する。治具プレート２の下端部は、ベースプレート１に隅肉溶接され、ベースプレート１に固定される。

方形の治具プレート５がベースプレート１上に更に固定される。治具プレート５は、治具プレート２の両側に垂直に配置され、図１（Ｂ）及び図２（Ａ）に示すように、平面視において鋼管１１、１２の中心軸線Ｃ１、Ｃ２と平行な方向（Ｘ方向）に配向される。治具プレート５の一端は、治具プレート２に突付けられ、治具プレート２に隅肉溶接される。治具プレート５の他端は、ベースプレート１の縁部において終端する。

治具プレート２、５は、直交する垂直な十字形治具をベースプレート１上に一体的に形成する。ベースプレート１及び治具プレート２は、鋼管１１、１２の仕口端を突付け可能な水平面３及び垂直面４を形成する。図２に示す如く、鋼管１１、１２の仕口部（柱脚部）１５は、三次元レーザー加工機によって予めレーザー切断されており、全周に亘って水平面３及び垂直面４に接触可能な小口面（切断面）１６を仕口端に有する。仕口部１５には又、治具プレート５を概ね嵌合状態に挿入可能な上下一対のスリット４０が形成される。スリット４０の一端は、鋼管１１、１２の小口面１６に開口する。スリット４０は、所定寸法に亘って中心軸線Ｃ１、Ｃ２と平行に延び、奥壁４１（図２（Ｃ））において終端する。スリット４０は、全長に亘って均一なスリット幅を有し、治具プレート２、５は、全域において均一な板厚を有する。

図３は、鋼管１１、１２の仕口部１５をベースプレート１上にセットした状態を示す断面図である。

鋼管１１、１２の建方は、スリット４０を治具プレート５に整合させ、スリット４０内に治具プレート５を挿入するようにベースプレート１上に鋼管１１、１２を載置することにより、概ね完了する。仕口部１５は、治具プレート５の垂直面６に摺接し又は遊嵌め状態に嵌装し、ベースプレート１上に案内される。鋼管１１、１２の小口面１６は、水平面３及び垂直面４に突付けられ、スリット４０の奥壁４１は、治具プレート５の上縁及び端縁に近接し又は当接する。所望により、スリット幅は、治具プレート５の板厚よりも約１mm程度大きな寸法に設定され、スリット４０の縁と治具プレート５との間には、僅かなクリアランス(片側約０．５mm程度)が形成される。このようなクリアランスを確保することにより、建方時に建ち精度を微調整することができる。所望により、スリット４０及び治具プレート５が嵌合するようにスリット幅を設定しても良い。

このような柱脚構造によれば、ケガキ線等のマーキングを行うことなく、治具プレート２、５によって鋼管１１、１２の位置、方向及び角度を定め、鋼管１１、１２をベースプレート１上に精度良く位置決めすることができる。

鋼管１１、１２の仕口端は、ベースプレート１及び治具プレート２に隅肉溶接され、スリット４０の縁は、治具プレート５に隅肉溶接される。かくして、鋼管１１、１２は、溶接金属２０によってベースプレート１及び治具プレート２、５に剛接される。所望により、溶接金属２０には、適当な余盛がなされる。スリット４０及び治具プレート５の接合により、溶接長が大きく増大するので、十分な柱脚強度を隅肉溶接によって確保することができる。

図４、図５及び図６は、上記構成の柱脚構造を備えた建築物の基礎及び柱脚部を示す側面図、正面図及び平面図であり、図７は、図４〜図６に示す柱脚構造の斜視図である。また、図８（Ａ）は、図４〜図７に示すベースプレートの平面図であり、図８（Ｂ）は、図４のII−II線におけるベースプレート支持架台の断面図である。

杭５１及びコンクリート基礎５２が施工され、水平鋼鈑５３及び垂直鋼鈑５４、５５が基礎５２内に埋設される。垂直鋼鈑５４、５５は、基礎５２の上面から所定長だけ鉛直上方に突出し、鋼製支持部材又は鋼製支持架台を基礎５２上に形成する。基礎５２のコンクリートが打設され、垂直鋼鈑５４、５５は基礎５２に堅固に支持される。治具プレート２、５を一体化したベースプレート１は、垂直鋼鈑５４、５５の上端に溶接される。鋼管１１、１２の建ち精度は、ベースプレート１の精度に概ね依存するので、垂直鋼鈑５４、５５に対するベースプレート１の位置及び方向を厳密に管理し、高い精度でベースプレート１を垂直鋼鈑５４、５５に固定することが望ましい。

前述の如く、鋼管１１、１２のスリット４０を治具プレート５に整合させ、スリット４０内に治具プレート５を挿入するように鋼管１１、１２をベースプレート１上に載置することにより、建込み作業は、概ね完了する。鋼管１１、１２の建ち精度は、スリット４０及び治具プレート５のクリアランスの範囲内で微調整される。柱脚廻りにコンクリートが打設され、柱脚は、コンクリート基礎５６内に埋設される。なお、コンクリート基礎５６の上方には、例えば、床構造体５７が施工される。

以上説明したとおり、傾斜した円形鋼管柱を構成する鋼管１１、１２は、治具プレート２、５を垂直に固定したベースプレート１上に設置される。治具プレート２、５は直交し、十字形治具をベースプレート１上に形成する。ベースプレート１及び治具プレート２は、鋼管１１、１２の柱脚部小口面１６を突付け可能な水平面３及び垂直面４を形成する。鋼管１１、１２は、スリット４０を備えた仕口部１５を有する。スリット４０は、小口面１６に開口するとともに、治具プレート５と平行に延びる。スリット４０は、治具プレート５の板厚と実質的に同一のスリット幅を有する。治具プレート５をスリット４０に挿入し且つ小口面１６を水平面３及び垂直面４に突付けることにより、鋼管１１、１２をベースプレート１上に位置決めするとともに、鋼管１１、１２の角度及び方向を設定することができる。

鋼管１１、１２の建込み位置及び方向は、治具プレート２、５の位置によって一意的に定まり、鋼管１１、１２の角度（傾斜角度）は、小口面１６と水平面３及び垂直面４との突付けによって一意的に定まる。従って、ケガキ線等のマーキングや、建方時の建ち調整作業に依存することなく、鋼管１１、１２を高精度且つ効率的に所望の建込み位置、角度及び方向に建込むことができる。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内で種々の変形又は変更が可能であり、このような変形例又は変更例も又、本発明の範囲内に含まれるものであることは、いうまでもない。

例えば、上記実施例では、真円形断面の構造用円形鋼管に関して説明したが、本発明は、楕円形断面の鋼管の柱脚構造についても適用し得るものである。

また、上記実施例では、左右一対の鋼管１１、１２の柱脚構造について説明したが、傾斜した単一の鋼管を支持する柱脚構造に本発明を適用しても良い。

本発明は、傾斜した円形鋼管柱をベースプレート上に固定する鋼管柱の柱脚構造及び建方方法に適用される。本発明の技術は、レーザー加工機によって高精度に柱脚部を加工する技術と併用することにより、鋼管柱の建込み作業を大幅に効率化するとともに、鋼管柱の建方精度を大きく向上させる。従って、本発明は、鋼管柱を有する鋼構造物の柱脚構造及び建方方法として極めて有利である。

本発明に係る円形鋼管柱の柱脚構造を概略的に示す斜視図、平面図及び側面図である。 図１に示す柱脚構造の分解平面図、分解側面図及び分解斜視図である。 図１のＩ−Ｉ線における断面図であり、鋼管の柱脚部をベースプレート上にセットした状態が示されている。 図１〜図３に示す柱脚構造を備えた建築物の基礎及び柱脚を示す側面図である。 図４に示す基礎及び柱脚の正面図である。 図４及び図５に示す基礎及び柱脚の平面図である。 図４〜図６に示す基礎及び柱脚の斜視図である。 図８（Ａ）は、図４〜図７に示すベースプレートの平面図であり、図８（Ｂ）は、図４のII−II線におけるベースプレート支持架台の断面図である。 従来の建方方法に従って円形鋼管柱をベースプレート上に固定した従来の柱脚構造が概略的に示す斜視図、平面図及び側面図である。 Ｙ方向の鋼製プレート（第１鋼製プレート）のみを立設したベースプレート上に円形鋼管柱を固定してなる柱脚構造を概略的に示す斜視図、平面図及び側面図である。

符号の説明

１：ベースプレート
２：治具プレート（第１鋼製プレート）
３：水平面
４：垂直面
５：治具プレート（第２鋼製プレート）
１０：柱
１１、１２：円形鋼管
１５：仕口部（柱脚部）
１６：小口面
４０：スリット

Claims (6)

1. 傾斜した円形鋼管柱をベースプレート上に固定する鋼管柱の柱脚構造において、
   前記ベースプレート上に垂直に固定され且つ互いに交差する方向に延びる第１鋼製プレート及び第２鋼製プレートと、
   前記第１鋼製プレートの垂直面及び前記ベースプレートの水平面に突付け可能な仕口端を形成した前記鋼管柱の柱脚部とを有し、
   前記仕口端に開口し且つ前記第２鋼製プレートと平行に延びるスリットが前記柱脚部に形成され、
   該スリットは、前記第２鋼製プレートの板厚と実質的に同一の幅を有し、
   前記第２鋼製プレートを前記スリットに挿入するとともに、前記仕口端を前記垂直面及び水平面に突付け、前記垂直面、水平面及び第２鋼製プレートによって前記鋼管柱を位置決めし且つ該鋼管柱の角度及び方向を設定するようにしたことを特徴とする鋼管柱の柱脚構造。
2. 前記第１及び第２鋼製プレートは、互いに直交する方向に延び、前記鋼管柱の中心軸線は、平面視において前記第１鋼製プレートと直交することを特徴とする請求項１に記載の柱脚構造。
3. 一対の前記スリットが前記柱脚部に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の柱脚構造。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載された柱脚構造を用いた円形鋼管柱の建方方法であって、
   前記第２鋼製プレートの案内により前記柱脚部を前記ベースプレート上に設置し且つ前記垂直面に突付け、
   前記仕口端を前記ベースプレート及び前記第１鋼製プレートに溶接するとともに、前記スリットの縁部に沿って前記鋼管柱を前記第２鋼製プレートに溶接することを特徴とする鋼管柱の建方方法。
5. 前記ベースプレートは、コンクリート基礎の上面から突出する鋼製支持部材又は鋼製支持架台に固定されることを特徴とする請求項４に記載の建方方法。
6. 前記スリットの縁部と前記第２鋼製プレートの垂直面との間にクリアランスを確保し、建方時に建ち精度を微調整することを特徴とする請求項４又は５に記載の建方方法。
   

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