JP5620165B2 - 露出型柱脚部接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数の鋼板を互いに重ね合わせ接合して構成したベースプレートに、面外への曲げ変形が作用しても、鋼板同士の間の横方向への相対的なズレを抑制することが可能で、これにより、基礎コンクリートの割裂破壊を生じ難くすることができる露出型柱脚部接合構造に関する。

建築構造物における露出型の柱脚部接合構造では、一般に鉄骨柱の外径が大きくなるほど、それに対応させて、鋼板製ベースプレートの板厚を厚くする必要がある。しかし、鋼板は、板厚が厚くなるほど、市場に流通している数が少なくなるため、利用しづらいのが実状である。板厚が１００ｍｍを超えるような鋼板は、構造材として見当たらない。そこで、外径が大きい鉄骨柱に対しては、市販されている一般的な板厚の鋼板に補強リブを溶接してベースプレートとするようにしているが、溶接品質やコストなどの面で問題がある。

この種の問題を解決する一つの方策として、特許文献１の「鉄骨柱脚構造」では、複数の鋼板を上下に重ね合わせ、高力ボルトの締結力によってこれら鋼板の面同士を摩擦接合するようにしている。

特開２００３−１９３５５９号公報

ベースプレートを構成する鋼板同士の接合に高力ボルトを用いた場合、鉄骨柱に生じる曲げモーメントなどに起因して鋼板に作用する面外曲げによって、鋼板間の接触状態が変化してしまうことに伴う接合性能の低下や、高力ボルトの耐力が低下することによる接合性能の低下が懸念される。

これらの点を考慮して、ベースプレートに用いる鋼板を、変形が殆ど生じない高剛性仕様にすると、高剛性の鋼板の端縁が基礎コンクリートのへりあき部分を押圧して、割裂破壊を生じさせるおそれがある。これを防ぐためには、へりあき部分を大きく確保するために、鋼板の外形寸法に対し基礎コンクリートの平面外形寸法を大きくする必要があり、このようにすると、建物設計に制約が生じることとなってしまう。

他方、高力ボルトの耐力低下を考慮して、高力ボルトの本数を増やすなどの方法で鋼板同士の接合強度を高くし、鋼板を重ね合わせたベースプレートを、面外に変形（降伏）可能な仕様にすることが考えられる。

しかし、ベースプレートを構成する鋼板には、高力ボルトを挿通するボルト孔や基礎コンクリートに埋設したアンカーボルトを挿通するボルト孔が形成されていて、これらボルト孔と高力ボルト及びアンカーボルトとの間には、必要的にクリアランスがあるため、曲げモーメントがベースプレートに作用すると、鋼板同士の間で横方向の相対的なズレが生じ得る。このズレにより、特に高力ボルトに局部的にせん断力が加わるばかりか、このズレのために、上側の鋼板から下側の鋼板の端縁が外方へ迫り出して基礎コンクリートが押圧されることによって、上述したと同様に、割裂破壊が起こり易くなってしまう。

さらに、鋼板同士を、ズレが生じないように、溶接接合する場合もある。しかし、溶接接合によって必ず、面外変形に抵抗し得る保証はなく、溶接接合箇所が破壊されることによって、依然として上記問題を生じるおそれがあった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、複数の鋼板を互いに重ね合わせ接合して構成したベースプレートに、面外への曲げ変形が作用しても、鋼板同士の間の横方向への相対的なズレを抑制することが可能で、これにより、基礎コンクリートの割裂破壊を生じ難くすることができる露出型柱脚部接合構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる露出型柱脚部接合構造は、基礎コンクリート上に鉄骨柱の下端部を、当該基礎コンクリートに埋設したアンカーボルトと締結されるベースプレートを介して、接合するようにした露出型柱脚部接合構造であって、上記ベースプレートを、上記鉄骨柱の下端部と接合される柱側鋼板及び上記基礎コンクリート上に設けられる基礎側鋼板を含む複数枚の鋼板を重ね合わせ接合して構成し、これら鋼板に一連に、上記アンカーボルトを挿通すると共に当該アンカーボルトとの間に充填空間を形成するアンカーボルト挿通孔を貫通形成し、上記充填空間内に、これら鋼板同士の間に作用するせん断力に抵抗するグラウト材を充填するようにし、前記ベースプレートは、前記柱側鋼板の外周縁が、前記基礎側鋼板の外回り端縁から迫り出していることを特徴とする露出型柱脚部接合構造。

前記ベースプレートは、前記柱側鋼板の外周縁が、前記アンカーボルト挿通孔の内径から前記アンカーボルトの外径を差し引いた寸法以上で、前記基礎側鋼板の外回り端縁から迫り出していることを特徴とする。

本発明にかかる露出型柱脚部接合構造にあっては、複数の鋼板を互いに重ね合わせ接合して構成したベースプレートに、面外への曲げ変形が作用しても、鋼板同士の間の横方向への相対的なズレを抑制することができ、これにより、基礎コンクリートの割裂破壊を生じ難くすることができる。また、ベースプレートにおいて、柱側鋼板の外周縁が、基礎側鋼板の外回り端縁から迫り出すように設定したので、グラウト材が圧縮変形されて潰れるような破壊に到り、ベースプレート全体がせん断方向にズレるような事態が生じても、基礎側鋼板が柱側鋼板から外方へ迫り出すことを抑制でき、その外回り端縁により基礎コンクリートに割裂破壊が生じることを防ぐことができる。

本発明に係る露出型柱脚部接合構造の好適な一実施形態を示す側面図である。 図１の露出型柱脚部接合構造のベースプレート周辺を示す平面図である。 図１に示した露出型柱脚部接合構造のベースプレート周辺を上方から見た斜視図である。 図１に示した露出型柱脚部接合構造のベースプレート周辺を下方から見た斜視図である。 図１に示した露出型柱脚部接合構造の要部拡大側断面図である。 図１に示した露出型柱脚部接合構造によって防止し得る割裂破壊の様子を示す説明図である。 本発明に係る露出型柱脚部接合構造の変形例を示すベースプレート周辺を上方から見た斜視図である。 図７に示した変形例のベースプレート周辺を下方から見た斜視図である。 図７の変形例のベースプレート周辺を示す平面図である。 図９中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。

以下に、本発明に係る露出型柱脚部接合構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図５に示すように、本実施形態に係る露出型柱脚部接合構造は概略的には、鉄骨柱１の下端部１ａにベースプレート２が接合され、この下端部１ａに接合した当該ベースプレート２が基礎コンクリート３上に設置されると共に、基礎コンクリート３に埋設されてそれらの上端部が当該基礎コンクリート３上に突出する複数本のアンカーボルト４に、ベースプレート２がナット５で締結されることにより、ベースプレート２を介して、鉄骨柱１が基礎コンクリート３上に接合されるようになっている。

ベースプレート２は、複数枚の平板状の鋼板を、それらの表裏面が接するように、互いに重ね合わせて一体的に接合することで構成される。ベースプレート２を構成する複数枚の鋼板には、鉄骨柱１の下端部１ａと接合される柱側鋼板６と、基礎コンクリート３上に設けられる基礎側鋼板７が含まれる。

これら基礎側鋼板７及び柱側鋼板６の二枚は必須である一方で、これら基礎側鋼板７と柱側鋼板６の間には、必要に応じて、例えば鉄骨柱１の外径に応じた剛性を確保する目的で、中間鋼板として、一枚から複数枚の鋼板が挟み込まれる。本実施形態にあっては、ベースプレート２は、基礎側鋼板７と柱側鋼板６の二枚を互いに重ね合わせて接合して構成されている。

図示例にあっては、ベースプレート２、すなわちこれを形作る基礎側鋼板７及び柱側鋼板６は、平面外形輪郭が正方形状で形成されている。これら鋼板６，７の平面外形輪郭は、多角形状であっても、円形状であっても良い。中間鋼板も同様である。正方形状など、角部のある平面外形輪郭の鋼板の場合には、上下の鋼板同士で角部がずれて外方へ突き出さないように、それら角部を揃えて重ね合わせることが好ましい。

基礎コンクリート３上に設置される基礎側鋼板７と、当該基礎側鋼板７の上に重ね合わされる柱側鋼板６とは、基礎側鋼板７の外回り端縁７ａ全周から、柱側鋼板６の外周縁６ａ全周が外方へ迫り出すように、基礎側鋼板７が柱側鋼板６よりも一回り小さな外形寸法で形成される。中間鋼板を用いる場合は、それらの外形寸法を柱側鋼板６もしくは基礎側鋼板７の外形寸法と一致させ、小さな外形寸法の中間鋼板を基礎側鋼板７側に寄せて重ね合わせ、大きな外形寸法の中間鋼板を柱側鋼板６側に寄せて重ね合わせればよい。

互いに重ね合わされる柱側鋼板６と基礎側鋼板７を一体化する接合は、溶接接合であっても、高力ボルトによる接合であっても良く、またこれらを併用しても良い。高力ボルトは、ベースプレート２の周縁部に沿って鉄骨柱１の下端部１ａ回りに適宜間隔で設けられる。溶接接合は、外形寸法が一回り小さな基礎側鋼板７の外回り端縁７ａ全周に沿って、連続的もしくは間隔を空けて不連続で施される。

溶接長を長く確保する場合は図示するように、基礎側鋼板７の中央に穴部８を形成し、この穴部８の内周に沿って適宜に溶接を施せばよい。穴部８の形成範囲は、鉄骨柱１から伝達される軸力等を適切に支持し得るように、当該鉄骨柱１の平面外形輪郭内方に納まるように設定することが好ましい。

中間鋼板を用いる際も、同様であって、高力ボルトで接合する場合には、柱側鋼板６及び基礎側鋼板７と一括して締結するようにし、溶接接合の場合には、上下に重なり合う鋼板同士で、それらの外周縁に沿って適宜に溶接を施す。中間鋼板にも穴部を形成して、溶接長を延長するようにしても良い。

ベースプレート２を構成する基礎側鋼板７及び柱側鋼板６には、中間鋼板も含めて、基礎コンクリート３上に突出する複数本のアンカーボルト４をそれぞれ挿通するためのアンカーボルト挿通孔９が上下方向に一連に貫通形成される。図示例にあっては、アンカーボルト４は、正方形状の鋼板６，７（ベースプレート２）の４つの角部に位置するように配設されていて、アンカーボルト挿通孔９は、これらアンカーボルト４位置に対応させて、４つ形成されている。

各アンカーボルト挿通孔９の内径寸法は、アンカーボルト４の外径寸法よりも大きく設定され、これらアンカーボルト挿通孔９内には、アンカーボルト４との間に充填空間Ｓが形成される。充填空間Ｓ内には、互いに接合した基礎側鋼板７と柱側鋼板６、そして中間鋼板も含めて、それら鋼板同士の間にせん断力が作用した場合に、当該せん断力に抵抗し、鋼板の表面に沿う鋼板同士の横方向への相対的な位置ズレ（具体的には、アンカーボルト挿通孔９のズレとして現れる）を阻止するために、無収縮モルタル等のグラウト材Ｇが充填される（図５参照）。

さらに詳細には、図５に示すように、ベースプレート２を基礎コンクリート３上に設置する際には、予め基礎コンクリート３上面に設けたレベルモルタル（まんじゅう）上に、鉄骨柱１の下端部１ａに接合したベースプレート２を、アンカーボルト挿通孔９にアンカーボルト４を挿通しつつ建て込み、ベースプレート２の周辺を取り囲むようにして型枠（図示せず）を設置し、型枠とベースプレート２の間からグラウト材Ｇを流し込む。

これにより、グラウト材Ｇは、基礎側鋼板７より外方に迫り出している柱側鋼板６の外周縁６ａ下面から、基礎側鋼板７の底面へ回り込むと共に、充填空間Ｓ内に進入する。また、必要に応じて、柱側鋼板６の上面側から充填空間Ｓへグラウト材Ｇを流し込んでも良い。

このようにして設置されるベースプレート２に関し、図５に示すように、鋼板６，７同士のせん断方向に沿う充填空間Ｓの寸法Ｘと、上述した基礎側鋼板７からの柱側鋼板６の迫り出し寸法Ｙとの関係が、以下のように設定される。アンカーボルト４はおおよそ、アンカーボルト挿通孔９の中央に挿通されるが、図５では、理解を容易にするために、アンカーボルト４はアンカーボルト挿通孔９内の一方側へ寄せて示されている。

充填空間Ｓの寸法Ｘは、アンカーボルト挿通孔９の内径からアンカーボルト４の外径を差し引いた寸法である。迫り出し寸法Ｙは、柱側鋼板６と基礎側鋼板７とを重ね合わせたときに、ベースプレート２全周に関し、柱側鋼板６の外周縁６ａが基礎側鋼板７の外回り端縁７ａから迫り出す寸法である。そして、仮にグラウト材Ｇが破壊して、基礎側鋼板７に対し柱側鋼板６が最大限、充填空間Ｓの寸法Ｘ分、せん断方向へ位置ズレしたとしても、基礎側鋼板７が柱側鋼板６の外側へ迫り出さないように、迫り出し寸法Ｙが、充填空間Ｓの寸法Ｘ以上（Ｙ≧Ｘ）に設定される。

次に、本実施形態に係る露出型柱脚部接合構造の作用について説明する。鉄骨柱１は、その下端部１ａが基礎コンクリート３上に、ベースプレート３を介して強固に接合され、鉄骨柱１の軸力や曲げ力は適切に基礎コンクリート３で支持される。

ベースプレート２は、鉄骨柱１の下端部１ａと接合される柱側鋼板６及び基礎コンクリート３上に設けられる基礎側鋼板７を含み、必要に応じて中間鋼板を挟み込んだ、複数枚の鋼板を重ね合わせて一体的に接合して構成されていて、大きな外径の鉄骨柱１に対し、相当の剛性を確保することができる。

これら鋼板６，７にそれらの板厚方向に一連に、アンカーボルト４との間に充填空間Ｓを形成するアンカーボルト挿通孔９を貫通形成し、充填空間Ｓに、鋼板６，７同士の間に作用するせん断力に抵抗するグラウト材Ｇを充填するようにしていて、このグラウト材Ｇのアンカーボルト挿通孔９への充填により、高力ボルトや溶接による接合だけの場合とは異なり、面外曲げ変形に左右されることなく、ベースプレート２それ自体において、鋼板６，７同士の間に作用してズレを生じさせるせん断力に抵抗することができ、鉄骨柱１の基礎コンクリート３への接合性能を向上することができる。

充填空間Ｓへのグラウト材Ｇの充填により、鋼板６，７同士を一体に接合する溶接接合や高力ボルトによる接合が破壊に到るようなことがあっても、急に鋼板６，７同士のズレが生じないようにして、アンカーボルト４や高力ボルトに局部的に過大なせん断力が作用したり、図６に示すように、基礎側鋼板７の外回り端縁７ａによって基礎コンクリート３に割裂破壊Ｃが生じるような事態を抑制することができる。

グラウト材Ｇが圧縮変形されて潰れるような破壊に到り、ベースプレート２全体がせん断方向にズレるような事態が生じても、当該ベースプレート２において、柱側鋼板６の外周縁６ａが、基礎側鋼板７の外回り端縁７ａから迫り出すように設定したので、図５に示すように、基礎側鋼板７が柱側鋼板６から外方へ迫り出すことを抑制でき、その外回り端縁７ａにより基礎コンクリート３に割裂破壊が生じることを防ぐことができる。

加えて、上記迫り出し寸法Ｙを充填空間Ｓの寸法Ｘ以上に設定するようにしたので、基礎側鋼板７が柱側鋼板６から迫り出すことを確実に阻止することができ、基礎コンクリート３に割裂破壊が生じることをさらに確実に防止することができる。

従って、本実施形態に係る露出型柱脚部接合構造にあっては、複数の鋼板６，７を互いに重ね合わせ接合して構成したベースプレート２に、面外への曲げ変形が作用しても、鋼板６，７同士の間の横方向への相対的なズレを抑制することができ、これにより、基礎コンクリート３の割裂破壊を生じ難くすることができる。

図７から図１０には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例は、基礎側鋼板７を一枚板ではなく、分割した形態の複数の鋼板ピース１０で構成したもので、それ以外の構成は上記実施形態と同様である。

鋼板ピース１０は、４本の各アンカーボルト４それぞれと接合するように、４枚で基礎側鋼板７を構成している。分割したことにより、溶接可能な箇所を増やすことができ、溶接長を延長することができる。また、鋼材量を減少することができるとともに、各種外径寸法の柱側鋼板６に対し、基礎側鋼板７として汎用的に使用することも可能である。

変形例の場合、基礎側鋼板７の外回り端縁７ａとは、４枚の鋼板ピース１０を並べたときに、柱側鋼板６の外周縁６ａに沿う周縁部分１０ａを意味する。このような変形例にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

１ 鉄骨柱
１ａ 鉄骨柱の下端部
２ ベースプレート
３ 基礎コンクリート
４ アンカーボルト
６ 柱側鋼板
６ａ 柱側鋼板の外周縁
７ 基礎側鋼板
７ａ 基礎側鋼板の外回り端縁
９ アンカーボルト挿通孔
Ｇ グラウト材
Ｓ 充填空間

Claims (2)

1. 基礎コンクリート上に鉄骨柱の下端部を、当該基礎コンクリートに埋設したアンカーボルトと締結されるベースプレートを介して、接合するようにした露出型柱脚部接合構造であって、
   上記ベースプレートを、上記鉄骨柱の下端部と接合される柱側鋼板及び上記基礎コンクリート上に設けられる基礎側鋼板を含む複数枚の鋼板を重ね合わせ接合して構成し、
   これら鋼板に一連に、上記アンカーボルトを挿通すると共に当該アンカーボルトとの間に充填空間を形成するアンカーボルト挿通孔を貫通形成し、
   上記充填空間内に、これら鋼板同士の間に作用するせん断力に抵抗するグラウト材を充填するようにし、
   前記ベースプレートは、前記柱側鋼板の外周縁が、前記基礎側鋼板の外回り端縁から迫り出していることを特徴とする露出型柱脚部接合構造。
2. 前記ベースプレートは、前記柱側鋼板の外周縁が、前記アンカーボルト挿通孔の内径から前記アンカーボルトの外径を差し引いた寸法以上で、前記基礎側鋼板の外回り端縁から迫り出していることを特徴とする請求項１に記載の露出型柱脚部接合構造。

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