JP5486269B2 - 柱脚用アンカーボルト - Google Patents

Description

本発明は、建築物における柱部材下端部に接合された柱脚金物と基礎コンクリートとを連結する柱脚用アンカーボルトに関するものである。

従来の柱脚用アンカーボルトとしては、例えば、図４に示すように、異形棒鋼（異形鉄筋）により形成された柱脚用アンカーボルト２があった。この従来の柱脚用アンカーボルト２は、建築物の一部を構成する柱部材４の下端部に接合された柱脚金物６と基礎コンクリート８とを連結する柱脚構造１に用いられていた。

すなわち、この従来の柱脚用アンカーボルト２は、基礎コンクリート８中に埋設されると共に、基礎コンクリート８から上方に突出する上端側の長さ部分に形成された、オネジ部１０にネジ結合したナット１２が座金１４を介して柱脚金物６の上面を抑え付けることにより、柱脚金物６と基礎コンクリート８とを連結するようになっていた。

また、柱脚用アンカーボルト２は、その下端部にオネジ部１６が形成され、このオネジ部１６に、ナット２０の径より大きく水平に張り出した定着板１８を嵌合した後、ナット２０をネジ結合するようになっていた。また、柱脚金物６は、基礎コンクリート８上にモルタル部１５を介して配置されるようになっていた。

上記した従来の柱脚用アンカーボルト２におけるオネジ部１０とオネジ部１６との間の中央部分２２は、公称直径ＤＫ（図５参照）を有しているものとして扱うことができる。また、従来の柱脚用アンカーボルト２のオネジ部１０とオネジ部１６間の中央部分２２としての異形棒鋼の周部には、節２３とリブ２４の凸部が形成されている。

ここで、図５に示す、中央部分２２の公称直径ＤＫとは、上記中央部分２２としての異形棒鋼の質量と同じ質量により、この中央部分２２の長さと同じ長さの丸棒を形成したと仮想した場合に、このような丸棒が有するような直径をいう。また、この公称直径ＤＫに基づいて算出される仮想丸棒の断面積を、有効断面積ＡＫと呼ぶこととする。

公称直径ＤＫは、上記中央部分２２としての異形棒鋼から節２３やリブ２４を取り除いた直径Ｄ２よりも大きい径になると共に、この中央部分２２における断面の直径方向において節２３やリブ２４の高さ中央部（一対の）それぞれの間に設定されるようになっている。

図４に示すように、上記した異形棒鋼により形成された従来の柱脚用アンカーボルト２は、弱い地震等により、建築物がその損壊を生じるおそれが無い程度の小さな揺れを生じた場合に、この建築物の居住性等を損なわないようにするために、その節やリブが基礎コンクリート８に引掛って柱脚用アンカーボルト２の伸びを抑え、建築物の揺れを小さく抑えるように作用するのに適していた。

一方、従来のアンカーボルト２は、大地震等により、建築物にその損壊を生じるおそれが有る程の大きな揺れを生じた場合には、建築物に損壊が生じるのを防止するために、自身に作用する引張荷重により塑性変形を伴って伸びることにより、振動エネルギーを吸収するようになっていることが望ましい。

上記した従来のアンカーボルト２のように、異形棒鋼から形成された従来のアンカーボルトとしては、例えば、特許文献１，２に記載されているようなものがあった。

特開２００６−１２５１５７号公報 特開２００６−２９１６２７号公報

しかしながら、上記した従来の柱脚用アンカーボルト２においては、図５に示すように、そのオネジ部１０をネジ切削加工により形成すると、このオネジ部１０の外径Ｄ１が、中央部分２２の異形棒鋼における節２３とリブ２４を取り除いた場合の径Ｄ２よりも小さくなる。したがって、オネジ部１０の外径Ｄ１は、必然的に、中央部分２２の公称直径ＤＫよりも小さくなるため、上記従来の柱脚用アンカーボルト２には、以下に説明するような問題があった。

すなわち、従来の柱脚用アンカーボルト２のオネジ部１０は、上記のように、その外径寸法Ｄ１が中央部分２２の公称直径ＤＫよりも小さくなるように形成されるので、その外径寸法Ｄ１よりも小さいネジの谷の径Ｄ３を有効径とすると、その有効径に基づいて定まる有効断面積Ａ３が、中央部分２２の上記有効断面積ＡＫよりも小さくなってしまう。

したがって、従来の柱脚用アンカーボルト２は、その長さ方向に沿って引張荷重Ｐが一様に伝達されるものとみなした場合に、オネジ部１０の有効断面積Ａ３の単位面積当たりに働く引張応力（Ｐ／Ａ３）が、中央部分２２の異形棒鋼の有効断面積ＡＫの単位面積当たりに働く引張応力（Ｐ／ＡＫ）よりも常に大きくなる。

このため、従来の柱脚用アンカーボルト２は、その素材となった異形棒鋼の材質（以下、柱脚用アンカーボルト２の材質ということがあるものとする。）についての応力と歪との相関を示す図６の歪−応力線図に基づいて考察すると、図５中の引張荷重Ｐが増大していった場合に、オネジ部１０の引張応力（Ｐ／Ａ３）が、中央部分２２の引張応力（Ｐ／ＡＫ）よりも先に、順次、図６中の降伏応力σｙ、引張強さσｕのそれぞれに達するようになる。

ここで、従来の柱脚用アンカーボルト２の材質の特性の一つとして降伏応力σｙと引張強さσｕに基づいて定まる降伏比（σｙ／σｕ）が、仮に、オネジ部１０と中央部分２２との間の断面積比（Ａ３／ＡＫ）よりも高い数値であるとすると、この降伏比（σｙ／σｕ）と断面積比（Ａ３／ＡＫ）との間の関係は下記の数式１のように表すことができる。また、この数式１は、数式２のように変形することもできる。

従来の柱脚用アンカーボルト２における上記降伏比（σｙ／σｕ）と断面積比（Ａ３／ＡＫ）との間にこのような関係がある場合において、この従来の柱脚用アンカーボルト２に加わる引張荷重Ｐが増大していくことにより、オネジ部１０の引張応力（Ｐ／Ａ３）が引張強さσｕに達したとき（図６中、点Ｕ）、すなわち、（Ｐ／Ａ３）＝σｕとなったときには、上記した数式２のσｕは（Ｐ／Ａ３）と置き換えることができるので、数式２は下記の数式３のように変形することができる。

上記数式３は、オネジ部１０の引張応力（Ｐ／Ａ３）が引張強さσｕ（図６中、点Ｕ）に達したときでも、中央部分２２の引張応力（Ｐ／ＡＫ）がまだ降伏応力σｙに達していないことを意味する（図６中、点Ｘ）。

そうすると、従来の柱脚用アンカーボルト２は、そのオネジ部１０の引張応力（Ｐ／Ａ３）が引張強さσｕに達して破断するまでの間に、中央部分２２は全く塑性変形を伴って伸びないことになる。このような場合には、従来の柱脚用アンカーボルト２は、大地震等の際に振動エネルギーを吸収する機能を発揮できないことになる。

このため、柱脚用アンカーボルト２は、実際には、上述したような大地震等の際に振動エネルギーを吸収する機能を発揮できるようにするために、市販されている一般的な材質ではなく、断面積比（Ａ３／ＡＫ）の数値よりも小さい降伏比（σｙ／σｕ）となるように特別に製造した材質を用いる必要があった。

したがって柱脚用アンカーボルト２は、例えば、その素材となる異形棒鋼として呼び径がＤ２９，Ｄ３２，Ｄ３５，Ｄ３８であるものを用い、これら異形棒鋼としての呼び径のそれぞれに対応して、呼び径がＭ２７，Ｍ３０，Ｍ３３，Ｍ３６であるオネジ部１０を形成するような場合においては、下記の表１中に示す断面積比（Ａ３／ＡＫ）の数値よりも小さい降伏比（σｙ／σｕ）となるように特別に製造した材質を用いる必要があった。

このため、従来の柱脚用アンカーボルト２は、その降伏比（σｙ／σｕ）が表１中に示した断面積比（Ａ３／ＡＫ）よりも小さくなるように特別に製造した材質の異形棒鋼により形成する必要があるので、製造費が高額化してしまうという問題があった。

また、上記した従来の柱脚用アンカーボルト２は、図４に示すように、オネジ部１０とは反対側端部のオネジ部１６についても、オネジ部１０と同様にネジ切削加工により形成すると、やはり、大地震等における振動エネルギーを吸収する機能を発揮できないことになってしまう。それを解決するために、上記のように特別に製造した材質の異形棒鋼により形成すると、やはりその製造費が高額化してしまう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、中小地震時においては建物の揺れを小さくでき、大地震時においてはオネジ部が破断する前に長さ中央部分が塑性変形を伴って伸びることにより地震エネルギーを吸収することができると共に、製造費を低減することができる柱脚用アンカーボルト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、本発明による柱脚用アンカーボルトは、
周面に節やリブ等の凸部を有する異形棒鋼により形成された中央部分と、
前記中央部分の少なくとも一方の端部に形成されたオネジを有するオネジ部とを備える柱脚用アンカーボルトであって、
前記中央部分の断面の直径方向において前記凸部の高さ中央部間に設定された公称直径に基づいて定まる前記中央部分の有効断面積に対する、前記オネジ部の谷の径に基づいて定まる前記オネジ部の有効断面積の比が、前記柱脚用アンカーボルトの降伏比よりも大きくなるように形成され、
前記オネジ部は、前記公称直径よりも小さい直径の丸棒に加工後に、前記公称直径よりも大きい直径のネジに転造加工して形成されたことを特徴とするものである。

このような本発明の柱脚用アンカーボルトによれば、
周面に節やリブ等の凸部を有する異形棒鋼により形成され、その断面の直径方向において前記凸部の高さ中央部間に設定された公称直径よりも大きい外径のオネジを有するネジ部が少なくとも一方の端部に形成されていることにより、
中小地震時においては建物の揺れを小さくでき、大地震時においてはオネジ部が破断する前に長さ中央部分が塑性変形を伴って伸びることにより地震エネルギーを吸収することができると共に、製造費を低減することができる。

また、本発明の柱脚用アンカーボルトによれば、
前記オネジは転造加工法によりその外径が前記設定された公称直径よりも大きくなるように形成されたことにより、
オネジ部の外径を従来の柱脚用アンカーボルトのオネジ部の外径より大きくして、引張力が掛かったときに、オネジ部が破断するまでの間に中央部分で塑性変形を伴って伸びることができ、大地震時における地震エネルギーを吸収することが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る柱脚用アンカーボルト３０を示す側面図である。 図１に示す柱脚用アンカーボルト３０のオネジ部３２側端部の部分拡大側面図である。 図１に示す柱脚用アンカーボルト３０のオネジ部３２形成の途中一過程を示す部分拡大側面図である。 従来の柱脚構造１を示す側面図である。 図４中の柱脚用アンカーボルト２のオネジ部１０側端部の部分拡大側面図である。 アンカーボルトに引張力が加わったときのその歪と応力の相関関係を示す歪−応力線図である。

以下、本発明に係る柱脚用アンカーボルトを実施するための形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
図１から図３は、本発明の一実施の形態に係る柱脚用アンカーボルト３０について説明するために参照する図である。

本実施の形態に係る柱脚用アンカーボルト３０は、図１に示すように、その長さ方向の両端部にオネジ部３２，３３が形成されている。この柱脚用アンカーボルト３０は、その両端部のオネジ部３２，３３の間の中央部分３４の外周に、この柱脚用アンカーボルト３０の素材となった異形棒鋼としての形状が形成されている。

すなわち、柱脚用アンカーボルト３０の中央部分３４の外周には、ボルトの長さ方向に沿って形成されたリブ３６と、このリブ３６を挟んでボルトの長さ方向において互い違いになるように配置され、円周方向に半周分の長さ分だけ形成された複数の節（ふし）３８が形成されている。

柱脚用アンカーボルト３０のオネジ部３２は、図２に示すように、その外径Ｄ１が、上記中央部分３４の公称直径ＤＫよりも大きくなるように形成されている。この公称直径ＤＫは、前記従来の柱脚用アンカーボルト２の説明で用いたものと同じ意味のものである。

オネジ部３２は、この柱脚用アンカーボルト３０の素材となる不図示の異形棒鋼の端部のリブ３６及び節３８と、それら以外の場所の周面を少し削り落とすことにより、図３に示すように、オネジ部３２の長さとほぼ同じ長さを有する丸棒形状部４０を形成した後に、この丸棒形状部４０にネジ転造加工を施すことにより形成される。

図２に示すように、オネジ部３２は、上記ネジ転造加工を用いて形成されることにより、ネジ山の谷が凹むように形成される分だけ、ネジ山の頂部が外側に隆起するように形成されて、その外径Ｄ１が、上記中央部分３４の公称直径ＤＫよりも大きくなるように転造される。また、図１に示すように、オネジ部３２と反対側端部のオネジ部３３も同様にして形成される。

このようにしてオネジ部３２，３３が形成された柱脚用アンカーボルト３０は、例えば、その素材となる異形棒鋼としての呼び径がＤ２５，Ｄ２９，Ｄ３２，Ｄ３５であるものを用いた場合に、これらの呼び径のそれぞれに対応して、オネジ部としての呼び径がＭ２７，Ｍ３０，Ｍ３３，Ｍ３６であるオネジ部３２，３３を形成することができる。このような場合について、その断面積比（Ａ３／ＡＫ）を下記の表２に示す。

このような本実施の形態によれば、柱脚用アンカーボルト３０は、その中央部分３４の外周に異形棒鋼としてのリブ３６と節３８の凸部が形成されているので、中小地震時においては、自身に引張荷重が加わっても変形量が小さくて済むため、建物の揺れを小さくでき、大地震時においては、オネジ部３２，３３が破断する前に中央部分３４が塑性変形を伴って伸びることにより地震エネルギーを吸収することができる。

また、本実施の形態によれば、柱脚用アンカーボルト３０の素材となる異形棒鋼について、下記の理由により、その許容することができる降伏比（σｙ／σｕ）の範囲の上限を引き上げることができるので、柱脚用アンカーボルト３０を特別に製造した材質の異形棒鋼から形成しなくても、地震エネルギーを吸収することができるため、柱脚用アンカーボルト３０の製造費を低減することができる。

すなわち、本実施の形態に係る柱脚用アンカーボルト３０は、大地震等の際に、オネジ部３２，３３が破断する前に中央部分３４が塑性変形を伴って伸びることにより、地震エネルギーを吸収することができるようになるために、その降伏比（σｙ／σｕ）と有効断面積比（Ａ３／ＡＫ）とが下記の数式４の関係を満たしていなければならないところ、柱脚用アンカーボルト３０は、その有効断面積比（Ａ３／ＡＫ）の数値を増大させることができるので、これに伴って、許容できる降伏比（σｙ／σｕ）の範囲の上限を引き上げることができるようになっている。

したがって本実施の形態によれば、柱脚用アンカーボルト３０の素材となる異形棒鋼について、その降伏比（σｙ／σｕ）が上記した表２中の有効断面積比（Ａ３／ＡＫ）よりも小さい程度の材質のもので足りるようになるので、柱脚用アンカーボルト３０を、特別に製造した材質の異形棒鋼から形成しなくても、市販されている一般的な材質から形成することが可能となるため、柱脚用アンカーボルト３０の製造費を低減することができる。

なお、本実施の形態に係る柱脚用アンカーボルト３０は、その両端部にオネジ部３２，３３が形成されていたが、いずれか一方だけが形成されるようになっていてもよい。

また、本実施の形態に係る柱脚用アンカーボルト３０は、図１に示すように、その素材として、外周にリブ３６と節３８の凸部が形成されている異形棒鋼を用いるようにしていたが、外周にリブ３６や節３８とは異なる他の凸部を有する異形棒鋼を素材としてもよい。

また、本実施の形態に係る柱脚用アンカーボルト３０は、上記表２中において、呼び径がＤ２５，Ｄ２９，Ｄ３２，Ｄ３５である異形棒鋼から形成されるようになっていたが、これらの呼び径以外の他の呼び径の異形棒鋼から形成されてもよい。この場合には、柱脚用アンカーボルト３０の両端部に形成されるオネジ部３２，３３は、素材となった異形棒鋼の公称直径よりも大きい外径を有するようになるものが形成されることはいうまでもない。

また、本実施の形態に係る柱脚用アンカーボルト３０は、その両端部に形成されるオネジ部３２，３３がメートルネジであったが、メートルネジ以外の他の種類のネジが形成されてもよい。例えば、インチネジ等が形成されてもよい。

２ 柱脚用アンカーボルト
４ 柱部材
６ 柱脚金物
８ 梁コンクリート
１０ オネジ部
１２ ナット
１４ 座金
１５ モルタル部
１６ オネジ部
１８ 定着板
２０ ナット
２２ 中央部分
２３ 節（ふし）
２４ リブ
３０ 柱脚用アンカーボルト
３２，３３ オネジ部
３４ 中央部分
３６ リブ
３８ 節（ふし）
４０ 丸棒形状部

Claims (1)

1. 周面に節やリブ等の凸部を有する異形棒鋼により形成された中央部分と、
   前記中央部分の少なくとも一方の端部に形成されたオネジを有するオネジ部とを備える柱脚用アンカーボルトであって、
   前記中央部分の断面の直径方向において前記凸部の高さ中央部間に設定された公称直径に基づいて定まる前記中央部分の有効断面積に対する、前記オネジ部の谷の径に基づいて定まる前記オネジ部の有効断面積の比が、前記柱脚用アンカーボルトの降伏比よりも大きくなるように形成され、
   前記オネジ部は、前記公称直径よりも小さい直径の丸棒に加工後に、前記公称直径よりも大きい直径のネジに転造加工して形成された
   ことを特徴とする柱脚用アンカーボルト。

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