JP5135034B2 - 露出型柱脚構造 - Google Patents

Description

本発明は、露出型の柱脚構造に関する。より詳しくは、アンカーボルトによる制振機能を改善して地震時に柱脚部に作用する振動エネルギの吸収能力を向上した露出型柱脚構造に関する。

露出型柱脚構造においては、地震時に柱脚部に作用する振動エネルギの吸収能力を向上して地震に対する制振作用を改善する開発が試みられている。例えば、柱材の下端部に固着されるベースプレートの周辺部にアンカーボルトを挿通して上下からナットにより締付け固定するとともに、前記ベースプレートと基礎コンクリートとの間に間隙を設け、その間隙部によって柱脚部に作用する曲げモーメントを吸収するという従来技術が知られている（特許文献１）。また、基礎コンクリートに対してアンカーボルトを非接着状態に埋設し、アンカーボルトによる振動エネルギの吸収能力を増大させた従来技術も知られている（特許文献２）。さらに、基礎コンクリートの上方に形成される間隙部に位置するアンカーボルトの露出部分に対してスリーブを外嵌することにより座屈が起らないように拘束したり、アンカーボルトの一部に強度が小さく先に塑性変形を起す弱小部分を形成して、その弱小部分において他の部分に先行して塑性変形を起させることにより振動エネルギを吸収するといった従来技術も知られている（特許文献３、特許文献４）。
特開平４−３１２６５８号公報 特開２００６−２３３４４４号公報 特開平９−１３３８８号公報 特開平７−３１７０８０号公報

ところで、特許文献１に記載の従来技術は、アンカーボルトの全体が異形鉄筋からなるため、アンカーボルトが降伏する荷重レベルでは、上下のナット間においてもアンカーボルトが降伏することから、それらの上下のナット間にガタ（隙間）が生じ、エネルギ吸収能力が低下するという問題があった。また、特許文献２に記載の従来技術は、アンカーボルトの全体が非接着状態からなり変形量が大きくなるため、回転剛性が小さいという問題があった。すなわち、アンカーボルトが降伏する荷重レベルでは、建物の変形量（層間変位角）が大きくなるという問題があった。回転剛性を大きくする方法として、アンカーボルトの全長を短くすることも考えられるが、コンクリートの定着耐力の不足、基礎コンクリートの破壊につながるので、短縮による対応には限界がある。また、アンカーボルトとコンクリートが非接着状態であっても、アンカーボルトの周囲に十分な隙間が確保されないと、アンカーボルトの圧縮変形が阻害され、圧縮側アンカーボルトでのエネルギ吸収能力の低下につながる。さらに、アンカーボルトのねじ部と軸部（塑性化部）が同断面であるため、アンカーボルトが降伏する荷重レベルでは、上下のナット間においてアンカーボルトが降伏し、前記特許文献１の場合と同様に上下のナット間にガタ（隙間）が生じて、エネルギ吸収能力が低下するという問題があった。また、特許文献３に記載の従来技術は、アンカーボルトのねじ部と軸部（塑性化部）が同断面であるため、前記特許文献２の場合と同様の問題があり、特許文献４に記載の従来技術は、アンカーボルトのねじ部が降伏する以前に弱小部分が降伏するが、ベースプレートの下側にナットが存在しないため、アンカーボルトに圧縮力が伝達できず、エネルギ吸収能力が期待できないものであった。

本発明は、以上のような従来の技術的状況に鑑み、更にアンカーボルトによる制振機能を改善して地震時に柱脚部に作用する振動エネルギの吸収能力を向上するとともに、柱脚構造としての基礎コンクリートに対して、より安定した継続性のある定着作用が簡便かつ的確に得られる、使い勝手の良好な露出型柱脚構造を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するため、請求項１の発明では、柱材の下端部に固着されたベースプレートを基礎コンクリート中に埋設された複数本のアンカーボルトによって固定する露出型柱脚構造において、前記ベースプレートの周辺部に設けた複数の挿通孔に対してそれぞれアンカーボルトを挿通して、それらのアンカーボルトの上方に形成したねじ部に螺合した上下のナットにより前記ベースプレートを締付け固定するように構成するとともに、基礎コンクリート中に埋設された前記アンカーボルトの下部に周囲のコンクリートと付着する定着領域を形成し、さらに前記定着領域と前記アンカーボルトの上方に形成した前記ねじ部との中間部に、それらの定着領域及びアンカーボルトの上方に形成した前記ねじ部より外径を縮小した振動エネルギの吸収領域を形成するとともに、その振動エネルギの吸収領域を包囲し、かつ両端部分が該振動エネルギの吸収領域に隣接する隣りの境界部分に一部重なるように、前記振動エネルギの吸収領域部分のアンカーボルトの外径より若干大径の内径からなる座屈拘束用スリーブを設置するという技術手段を採用した。本発明は、この技術手段の採用により、基礎コンクリート中に埋設されたアンカーボルトの下部に形成した定着領域によって安定した継続性のある定着作用が簡便かつ的確に得られるとともに、その定着領域の上部に形成した座屈拘束用スリーブによって包囲される振動エネルギの吸収領域内のアンカーボルトの外径を縮小したので変形がし易くなり、地震時の振動エネルギを効果的に吸収し得ることから、それらが相俟って振動エネルギの吸収能力が大きく、しかも前記座屈拘束用スリーブによってアンカーボルトの座屈の発生が抑制された、定着耐力の大きいより安定した使い勝手のきわめて良好な露出型柱脚構造を提供することができる。因みに、下部の定着領域によって定着耐力が確保されることから、建物の種類等に応じて所期の回転剛性やエネルギの吸収能力に適合し得るように上部の吸収領域の長さを自由に設定することが可能である。前記定着領域は、例えばアンカーボルトの下部を異形鉄筋状に形成することにより構成される（請求項２）。アンカーボルトの下部を異形鉄筋状に形成した場合には、付着による定着耐力を大きくとれるので、柱型の縮小にも有効である。さらに、前記ベースプレートを基礎コンクリートの上面から離間した状態に締付け固定して、そのベースプレート下面と基礎コンクリート上面との間隙部に位置するアンカーボルトの部分を振動エネルギの吸収領域として活用することも可能である（請求項３）。また、前記座屈拘束用スリーブを基礎コンクリートの上方へ露出するように延設すれば（請求項４）、アンカーボルトのベースプレートと基礎コンクリートとの間に位置する部分の座屈についても発生を抑制できるばかりでなく、基礎コンクリートなどの打設時においてそのノロ等がアンカーボルトと座屈拘束用スリーブとの隙間に浸入して上述のアンカーボルトの振動エネルギ吸収機能を害する事態を防ぐことも可能である。

本発明によれば、次の効果を得ることができる。
（１）アンカーボルトの基礎コンクリート中に埋設された部分を、下部に形成した定着領域と、その定着領域の上部に形成した座屈拘束用スリーブを遊嵌してなる振動エネルギの吸収領域とに機能を振分けるように構成したので、安定した継続性のある定着機能を備え、しかも地震時の振動エネルギの吸収能力の大きい、使い勝手のきわめて良好な露出型柱脚構造を簡便かつ的確に実現することができる。
（２）また、上記振動エネルギの吸収領域のアンカーボルトの外径を上記定着領域及び該アンカーボルトの上方に形成したベースプレート締付け用のねじ部より積極的に縮小して変形し易く構成したので、アンカーボルトのベースプレートに対する締付け部や上記定着領域から生じる、従来技術に関して指摘した上下のナット間のガタ（段落０００３参照）などの支障や破壊をより的確に予防することができる。
（３）さらに、下部の定着領域によって定着耐力が確保されることから、建物の種類等に応じて所期の回転剛性やエネルギの吸収能力に適合し得るように上部の吸収領域の長さを自由に設定することが可能である。
（４）しかも、前記座屈拘束用スリーブによって、少なくとも基礎コンクリート中に埋設された前記吸収領域におけるアンカーボルトの座屈の発生を的確に抑制することができる。
（５）とりわけ、その座屈拘束用スリーブを両端部分が振動エネルギの吸収領域に隣接する隣りの境界部分に一部重なるように設置する結果、座屈拘束用スリーブの両端部分をより安定的に支持し得ることから、前記吸収領域内で生じる座屈をより的確に抑制することができる。
（６）ベースプレートを基礎コンクリートの上面から離間させることにより、そのベースプレート下面と基礎コンクリート上面との間隙部に位置するアンカーボルトの部分を振動エネルギの吸収領域として有効に活用して、地震時の振動エネルギの吸収能力を更に向上することも可能である。
（７）さらに、前記座屈拘束用スリーブを基礎コンクリートの上方へ露出するように延設すれば、ベースプレートと基礎コンクリートとの間に位置するアンカーボルトの座屈についても発生を抑制できるだけでなく、基礎コンクリートなどの打設時においてそのノロ等がアンカーボルトと座屈拘束用スリーブとの隙間に浸入してアンカーボルトの振動エネルギ吸収機能を害する事態を防ぐことができる。

本発明は、柱材の下端部に固着されたベースプレートを基礎コンクリート中に埋設された複数本のアンカーボルトによって固定する露出型柱脚構造であれば、広く適用することができる。ベースプレートは、その周辺部に設けた複数の挿通孔に対してそれぞれアンカーボルトを挿通して、それらのアンカーボルトに螺合した上下のナットによって、基礎コンクリートの上面から離間した状態に締付け固定される。なお、アンカーボルトの設置本数や設置位置に関しては、具体的な露出型柱脚構造に応じて設定されることになる。さらに、後述の第５実施例や第６実施例のように、軸力負担用として中央アンカーボルトを追加することも可能である。また、ベースプレートと基礎コンクリートとの間に間隙を設ける場合には、その間隙の大きさに関して場合に応じた自由な設定が可能である。このベースプレートと基礎コンクリートとの間隙部に、実質的に圧縮力を負担せず、アンカーボルトの振動エネルギの吸収能力に実用上の影響のない、圧縮性を備える断熱材等を介在させることも可能である。さらに、建物の変形が小さい領域においてもエネルギを吸収したい場合には、総エネルギ吸収量は低下するが、ベースプレートと基礎コンクリートとの間にグラウト層を設け、圧縮側アンカーボルトの変形を拘束して回転剛性をより大きくすることも可能である。アンカーボルトに関しては、基礎コンクリート中に埋設される下部に対して周囲のコンクリートと付着する定着領域が異形鉄筋や定着板などにより形成されるとともに、その定着領域の上部に、アンカーボルトの外径を該定着領域の外径より縮小することにより変形し易く構成した振動エネルギの吸収領域を形成し、前記アンカーボルトの外径より若干大径の内径からなる座屈拘束用スリーブを遊嵌するようにした。それらの領域は、一体の部材から構成したものでもよいし、別体の部材を連結して構成したものでもよい。この場合、アンカーボルトの下部に形成される定着領域や、その定着領域の上部に形成される振動エネルギの吸収領域の設置長さに関しては、具体的な露出型柱脚構造の仕様に応じて設定されることになる。また、前記座屈拘束用スリーブを基礎コンクリートの上方へ露出するように延設することも可能であり、この場合には、アンカーボルトのベースプレートと基礎コンクリートとの間に位置する部分の座屈についても発生を抑制できるとともに、基礎コンクリートなどの打設時においてそのノロ等がアンカーボルトと座屈拘束用スリーブとの隙間に浸入してアンカーボルトの振動エネルギ吸収機能を害する事態を防ぐことも可能である。

図１は本発明の第１実施例の施工状態を示した施工状態図である。図中１はベースプレートで、柱材２の下端部に溶接等により固着されている。ベースプレート１は、図示のように下部が基礎コンクリート３に定着した複数本のアンカーボルト４によって基礎コンクリート３の上面から離間した状態に設置される。本実施例では、ベースプレート１の周辺部に形成されたボルト挿通孔を介して挿通したアンカーボルト４の頭部に対して螺合した上下のナット５，６を用いて、ベースプレート１をそれぞれ座金を介在させて上下から挟むように固定している。なお、図中のＭは柱脚部に作用する曲げモーメント、Ｆａはアンカーボルト４に作用する圧縮力、Ｆｂは他のアンカーボルトに作用する引張力を示したもので、地震時に柱材２を介して柱脚部に曲げモーメントＭが作用すると、その曲げモーメントＭの方向に応じてアンカーボルト４に対して圧縮力Ｆａや引張力Ｆｂの繰返し荷重が作用することになる。

本実施例に係る前記アンカーボルト４では、図１に示したように、基礎コンクリート３に埋設された部分の下部に周囲のコンクリートと付着する全埋設長の約半分程度の長さで両端部にねじ部が設けられた異形鉄筋からなる定着領域４ａを形成し、その定着領域４ａの上部の残りの部分に、中間部分がやや細く両端部にねじ部が設けられた丸鋼からなり、その丸鋼にアンカーボルト４の外径より若干大径の内径からなる座屈拘束用スリーブ７を遊嵌してなる振動エネルギの吸収領域４ｂを形成している。なお、定着領域４ａと吸収領域４ｂとの境界部には、図示のように座屈拘束用スリーブ７の下端部を支持する長ナットからなる支持部材８が設けられ、前記異形鉄筋と丸鋼とを連結している。また、アンカーボルト４の下端部には、ナット９により定着板１０が固定されており、この定着板１０による定着力と前記定着領域４ａにおける周囲のコンクリートとの付着力にとによってアンカーボルト４の定着力を確保するように構成されている。このようにアンカーボルト４の基礎コンクリート３に埋設された部分を２分割して、下部を定着領域４ａ、その定着領域４ａの上部を振動エネルギの吸収領域４ｂに振分けるように構成したので、安定した継続性のある定着機能を実現できるとともに、地震時の振動エネルギをより効果的に吸収できる、吸収能力の大きい、使い勝手のきわめて良好な露出型柱脚構造を的確に実現することができる。

図２は本発明の第２実施例の施工状態を示した施工状態図であり、図３はその平面図である。図示のように、本実施例は、前記第１実施例における前記ベースプレート１の下面に対して、板状のシアキー１１を下部が基礎コンクリート３中に埋設された状態に設けたものであり、そのシアキー１１によって柱脚部に作用するせん断力を負担することにより、アンカーボルト４に対するせん断力の影響を軽減した点で特徴を有し、その余の点では前記第１実施例と同様の機能を奏するものである。また、図４は本発明の第３実施例の施工状態を示した施工状態図である。本実施例は、第２実施例の変形例であり、前記シアキー１１の代りに球座１２を採用したものであり、同様にアンカーボルト４に対するせん断力の軽減を図ったものである。

図５は本発明の第４実施例の施工状態を示した施工状態図である。本実施例の場合は、前記第２実施例におけるシアキー１１の下端部に対して水平方向に板材１３を付設したものであり、シアキー１１によるアンカーボルト４に対するせん断力の軽減に加えて、板材１３によりアンカーボルトに４に作用する軸力を負担させることによって、前記アンカーボルト４には曲げモーメントのみを負担させるように構成したものである。本実施例によれば、アンカーボルト４は、曲げモーメントのみを負担するものとして取扱えば済むことから、そのアンカーボルト４に関する設計を簡略化することが可能となり、延いては鋼材の性能を十分発揮させることが容易になる。

図６は本発明の第５実施例の施工状態を示した施工状態図である。図示のように、本実施例の場合には、前記第１実施例におけるベースプレート１の下方に適宜の支持部材１４を介して設置した固定板１５に対して軸力負担用としての中央アンカーボルト１６を設置した点で特徴を有するものである。また、前記第１実施例における座屈拘束用スリーブ７より長い座屈拘束用スリーブ１７を用いて、アンカーボルト４に遊嵌した場合に、図示のようにその上端部が基礎コンクリート３の上方へ露出するように構成した点でも特徴を有し、これにより、ベースプレート１と基礎コンクリート３との間に位置するアンカーボルト４の座屈についても抑制できるだけでなく、基礎コンクリート３などの打設時においてそのノロ等がアンカーボルト４と座屈拘束用スリーブ１７との隙間に浸入してアンカーボルト４の振動エネルギ吸収機能を害する事態を防ぐことができる点でも大きな特徴を有するものである。因みに、その余の点では前記第１実施例と同様の機能を奏する。なお、図中１８はモルタル充填鋼管を示したものであり、前記中央アンカーボルト１６に外嵌した状態で、基礎コンクリート３と固定板１５との間隔を埋めるように設置される。図７は本発明の第６実施例の施工状態を示した施工状態図である。本実施例は、第５実施例の変形例であり、前記モルタル充填鋼管１８の代りに無収縮グラウト材１９を用いて基礎コンクリート３と固定板１５との間隔を埋めるように構成したものである。なお、図示しないが、上記実施例において、振動エネルギの吸収能力の低下は伴うものの、柱脚部の回転剛性を高めるために、ベースプレートの下面と基礎コンクリートの上面との間にグラウト材を充填するようにしてもよい。

本発明の第１実施例の施工状態を示した施工状態図である。 本発明の第２実施例の施工状態を示した施工状態図である。 同実施例の平面図である。 本発明の第３実施例の施工状態を示した施工状態図である。 本発明の第４実施例の施工状態を示した施工状態図である。 本発明の第５実施例の施工状態を示した施工状態図である。 本発明の第６実施例の施工状態を示した施工状態図である。

符号の説明

１：ベースプレート、２：柱材、３：基礎コンクリート、４：アンカーボルト、４ａ：定着領域、４ｂ：振動エネルギの吸収領域、５，６：ナット、７：座屈拘束用スリーブ、８：支持部材、９：ナット、１０：定着板、１１：シアキー、１２：球座、１３：板材、１４：支持部材、１５：固定板、１６：中央アンカーボルト、１７：座屈拘束用スリーブ、１８：モルタル充填鋼管、１９：無収縮グラウト材

Claims (4)

1. 柱材の下端部に固着されたベースプレートを基礎コンクリート中に埋設された複数本のアンカーボルトによって固定する露出型柱脚構造において、前記ベースプレートの周辺部に設けた複数の挿通孔に対してそれぞれアンカーボルトを挿通して、それらのアンカーボルトの上方に形成したねじ部に螺合した上下のナットにより前記ベースプレートを締付け固定するように構成するとともに、基礎コンクリート中に埋設された前記アンカーボルトの下部に周囲のコンクリートと付着する定着領域を形成し、さらに前記定着領域と前記アンカーボルトの上方に形成した前記ねじ部との中間部に、それらの定着領域及びアンカーボルトの上方に形成した前記ねじ部より外径を縮小した振動エネルギの吸収領域を形成するとともに、その振動エネルギの吸収領域を包囲し、かつ両端部分が該振動エネルギの吸収領域に隣接する隣りの境界部分に一部重なるように、前記振動エネルギの吸収領域部分のアンカーボルトの外径より若干大径の内径からなる座屈拘束用スリーブを設置したことを特徴とする露出型柱脚構造。
2. 前記アンカーボルトの下部が異形鉄筋状に形成された定着領域からなることを特徴とする請求項１に記載の露出型柱脚構造。
3. 前記ベースプレートを基礎コンクリートの上面から離間した状態に締付け固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載の露出型柱脚構造。
4. 前記座屈拘束用スリーブを基礎コンクリートの上方へ露出するように延設したことを特徴とする請求項３に記載の露出型柱脚構造。

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