JP5808981B2 - 鉄骨造露出型柱脚構造 - Google Patents

Description

本発明は、半剛接合形式でありながら、角形鋼管柱を基礎部分上に支持するベースプレートの大きさや当該基礎部分の断面を小さくすることが可能で、限られた敷地面積を有効に活用して内部空間の広い鉄骨造建築物を構築することができる鉄骨造露出型柱脚構造に関する。

狭小地に建築物を構築する際、限られた敷地面積を有効に活用し、建築物の内部空間を広く確保することが望まれる。鉄骨造の建築物を構築する場合、柱脚部は施工性等の観点から、露出型柱脚構造が多く採用されている。

露出型柱脚構造では、基礎柱型に埋設するアンカーボルトを鉄骨柱の外回りに配置して接合を固定状態に近づけるようにした、所謂「半剛接合（半固定）」形式にすることが好ましい。半剛接合形式とすれば、柱頭部で負担する曲げモーメントを小さくすることができ、柱材及びこれに接合される梁材双方の断面を小さくして、建築物の内部空間を広く確保することが可能である。

しかしながら、半剛接合形式では、鉄骨柱の外側に当該鉄骨柱を取り囲むようにアンカーボルトを配列するため、ベースプレートの外形寸法が大きくなり、従ってまた、基礎柱型の断面も大きくなってしまう。このため、建築面積が狭められてしまい、敷地面積を有効活用することが難しい。特に、鉄骨柱が角形鋼管柱である場合、角形鋼管柱にはコーナー部があることから、それに応じて、ベースプレートの大きさ、そしてまた基礎柱型の断面が大きくなってしまうという問題があった。

この種の問題を解決し得る露出型柱脚構造として、特許文献１〜３が知られている。特許文献１の「角鋼管柱の柱脚金物」は、柱脚部の構造特性を損なうことなしに柱脚部のアンカーボルトや底板を柱外形寸法内に収めることを目的とし、４隅にアンカーボルト孔を有する略正方形状の底板と、この底板の周縁部近傍から上方へ立ち上がり、上端では上方に接続される角鋼管柱に対応する断面形状を有するフランジ部とから構成される角鋼管柱の柱脚金物であって、前記フランジ部の前記底板に接続する部分が、アンカーボルト孔付近においてはアンカーボルト孔よりも内側まで陥入した陥入部を形成して構成している。

特許文献２の「角型鋼管を用いた建築物のボルト接合構造」は、接合プレートの外形寸法を小さくして、鋼材重量の減少と材料コストの削減が可能であり、また意匠上の納まりも容易となる、角型鋼管を用いた建築物のボルト接合構造を提供することを目的とし、角型鋼管の対角線が接合プレートの対角線に対して４５度偏位するように配置して、接合プレートを角型鋼管の端部に接合し、角型鋼管の腹板部が底辺部をなす三角形状の接合プレートの四隅部にボルト孔を設けるようにしている。

特許文献３の「鉄骨柱の柱脚構造」は、基礎コンクリートと鉄骨柱脚とを連結する柱脚構造であって、この連結部にベースプレートやアンカーボルトが露出せず、かつ鉄骨柱脚の応力を分散して基礎コンクリートに伝達することが出来る柱脚構造を目的とし、上部プレートと下部プレートとの間に中空穴を有する十字形支柱が一体的に介在された台座を、鉄骨柱脚と基礎との間に介在させると共に、アンカーボルトを介して台座を基礎に取付固定し、かつ台座の周りにスリーブ枠を設け、該スリーブ枠及び台座内にグラウト材を充填して構成した柱脚構造としている。

実開平７−１１０２号公報 特開平７−２２９２１０号公報 特開平８−４９２９９号公報

これら特許文献１〜３はいずれも、アンカーボルトを鉄骨柱の平面外形輪郭の内側に配置してピン接合に近づけるようにした、所謂「ピン接合」形式の柱脚として構成されている。ピン接合形式は、半剛接合形式に比べて、アンカーボルトを鉄骨柱の直下へ寄せて配置することができるため、鉄骨柱を基礎柱型上に支持するベースプレートの外形寸法、そしてまた基礎柱型の断面を小さくすることが可能である。

しかしながら、ピン接合形式では、柱脚部が基礎柱型に対してピン接合されるため、柱脚部に作用する曲げモーメントは小さくなるけれども、柱頭部で大きな曲げモーメントを負担する必要があり、柱材及びこれに接合される梁材双方の断面が大きくなってしまい、その分、建築物の内部空間を狭めてしまうという問題があった。

また個別的には、特許文献１の柱脚金物は、鋳造によって一体成形されるものであり、製造コストが嵩むという欠点があった。特許文献２では、角型鋼管を４５度回転させるため柱頭部への梁材の取付が複雑になったり、あるいは、基礎柱型の方を斜めにすると基礎部分が拡幅されてしまって、アンカーボルトを内側に寄せて配置しても、敷地面積を効率良く活用することができなかった。

特許文献３では、グラウト材を台座内等に充填することにより柱脚部で負担する曲げモーメントを大きくし、これによりピン接合形式の弱点を補うようにしているが、グラウト材を充填する空間を形成したり、当該空間へグラウト材を充填する作業が必要であって、施工性が良くなかった。

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、半剛接合形式でありながら、角形鋼管柱を基礎部分上に支持するベースプレートの大きさや当該基礎部分の断面を小さくすることが可能で、限られた敷地面積を有効に活用して内部空間の広い鉄骨造建築物を構築することができる鉄骨造露出型柱脚構造を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄骨造露出型柱脚構造は、角形鋼管柱を支持する基礎部分に当該角形鋼管柱の隅角部位置に合わせて定着したアンカーボルトを挿通するためのボルト挿通孔が形成されたベースプレートを、該アンカーボルトにナットを締結して該基礎部分上に固定し、当該ベースプレートで該基礎部分上に該角形鋼管柱を固定支持するようにした鉄骨造露出型柱脚構造であって、上記角形鋼管柱の下端に接合用プレートを接合し、該接合用プレートと上記ベースプレートとの間にこれらに接合して、部分的にその外周面が該角形鋼管柱の側面部に一致するように、外径寸法が上記角形鋼管柱の柱幅寸法の中空円筒状の鋼管部材を設けると共に、前記鋼管部材の断面性能は、前記角形鋼管柱の断面性能とほぼ等価に設定することを特徴とする。

前記鋼管部材の高さ寸法は、当該鋼管部材と前記接合用プレートとの接合箇所で破断が発生することを抑制するために、前記角形鋼管柱の柱幅寸法の１．０〜２．０倍であることを特徴とする。

本発明に係る鉄骨造露出型柱脚構造にあっては、半剛接合形式でありながら、角形鋼管柱を基礎部分上に支持するベースプレートの大きさや当該基礎部分の断面を小さくすることができ、限られた敷地面積を有効に活用して内部空間の広い鉄骨造建築物を構築することができる。詳細には、中空円筒状の鋼管部材の外径寸法を、部分的にその外周面が角形鋼管柱の側面部に一致するように、角形鋼管柱の柱幅寸法としたので、角形鋼管柱の隅角部直下の鋼管部材周りに、当該角形鋼管柱の中央寄りに向かうスペースを確保することができ、半剛接合形式を対象として、角形鋼管柱の隅角部位置に合わせてアンカーボルト、そしてまた、ベースプレートに形成するボルト挿通孔を、角形鋼管柱の隅角部に干渉することなく、角形鋼管柱の平面外形輪郭の縁辺近傍、すなわち角形鋼管柱の隅角部ぎりぎりまで寄せることができ、そしてまた、鋼管部材と角形鋼管柱との間での力の伝達をスムーズにすることができると共に、鋼管部材の断面性能を、角形鋼管柱の断面性能とほぼ等価に設定したので、これらを一連の構造材として取り扱うことができ、通常の角形鋼管柱一本と同様にして設計することができる。さらに、鋼管部材は、円筒状であるため、安価に製作することができ、廉価な量産品を使用することもできる。鋼管部材と接合用プレートの接合箇所は、角部のない円形状であるため、角形鋼管柱に作用する曲げモーメントに起因して当該接合箇所に応力が集中することを抑制することができる。

本発明に係る鉄骨造露出型柱脚構造の好適な一実施形態を示す側面図である。 図１中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。 図１中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図である。 図１の鉄骨造露出型柱脚構造における角形鋼管柱と鋼管部材の寸法関係の概略説明図である。 本発明に係る鉄骨造露出型柱脚構造の変形例を示す、図２に対応する断面図である。

以下に、本発明にかかる鉄骨造露出型柱脚構造の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る鉄骨造露出型柱脚構造１の側面図、図２は、図１中、Ａ−Ａ線矢視断面図、図３は、図１中、Ｂ−Ｂ線矢視断面図、図４は、図１の鉄骨造露出型柱脚構造１における角形鋼管柱２と鋼管部材３の寸法関係の概略説明図である。

角形鋼管柱２は、四隅に隅角部（コーナー部）２ａを有する断面四角形状であって、上下端部が開放された中空筒体状に形成され、下端（柱脚部）２ｂが基礎４上に設置され、上端（柱頭部）には梁材が接合される。

基礎４は鉄筋コンクリート製であって、縦横に構築される基礎梁４ａと、基礎梁４ａ同士が交差する位置に構築され、直上に角形鋼管柱２を支持する基礎部分となる基礎柱型４ｂとから構成される。図示例にあっては、基礎柱型４ｂが基礎梁４ａの上端よりも嵩高に形成されている。

基礎柱型４ｂにはアンカーボルト５が定着され、アンカーボルト５の上端は基礎柱型４ｂ上に突出される。アンカーボルト５は、角形鋼管柱２の隅角部２ａ位置に合わせて配設される。具体的には、アンカーボルト５は、角形鋼管柱２の対角線（図４中、矢印Ｔ参照）の延長方向におおよそ合わせて、配置される。図示例にあっては、角形鋼管柱２の４つの隅角部２ａに合わせて、４本のアンカーボルト５が基礎柱型２ｂに定着されている。

基礎柱型２ｂ上には、グラウトＧを介して、鋼板製のベースプレート６が設置される。ベースプレート６には、基礎柱型４ｂから突出するアンカーボルト５をそれぞれ挿通させるためのボルト挿通孔７が形成される。ボルト挿通孔７を介してベースプレート６上に突出するアンカーボルト５には、ナット８がダブルで締結され、これによりベースプレート６は基礎柱型４ｂ上に固定される。

ベースプレート６は、角形鋼管柱２の平面外形輪郭に沿う平面四角形状に形成される。ベースプレート６の平面外形寸法は、角形鋼管柱２の隅角部２ａ位置にボルト挿通孔７を形成し得る程度で、角形鋼管柱２の平面外形寸法よりも大きく形成される。

角形鋼管柱２の下端２ｂには、鋼板製の接合用プレート９が溶接接合される。接合用プレート９も、角形鋼管柱２の平面外形輪郭に沿う平面四角形状に形成される。接合用プレート９には、角形鋼管柱２の下端２ｂを塞がないように、開口部を形成しても良い。接合用プレート９の平面外形寸法は、当該接合用プレート９を角形鋼管柱２の下端２ｂに隅肉溶接等で溶接接合し得る程度で、角形鋼管柱２の平面外形寸法よりも僅かに大きく設定される。

接合用プレート９とベースプレート６との間には、上下端部が開放された中空円筒状の鋼管部材３が縦向きに設けられる。鋼管部材３の上端は接合用プレート９の下面に、下端はベースプレート６の上面にそれぞれ溶接接合される。

鋼管部材３の高さ寸法は、ベースプレート６上におけるアンカーボルト５へのナット８の締結作業が可能な高さであればよい。鋼管部材３の塑性変形を考慮した場合、角形鋼管柱２の柱幅寸法Ｄの１．０〜２．０倍程度であることが好ましい。このようにすれば、鋼管部材３が十分に塑性変形するまでの間、当該鋼管部材３と接合用プレート９との接合箇所で破断等が発生することを抑制することができる。

鋼管部材３の外径寸法Ｒは、接合プレート９及びベースプレート６の平面外形寸法よりも小さく、角形鋼管柱２の柱幅寸法Ｄ以上でかつ当該角形鋼管柱２の対角線の長さ寸法Ｔ未満に設定される。従って、鋼管部材３は外径寸法Ｒを最大に設定したとき、角形鋼管柱２の隅角部２ａよりも内側であって、当該角形鋼管柱２の４つの各側面部２ｃから外側へ一部がはみだす関係となる。また、鋼管部材３は外径寸法Ｒを最小に設定したとき、角形鋼管柱２の平面外形輪郭以内に収まる関係となる（図４参照）。

鋼管部材３の外径寸法Ｒを、角形鋼管柱２の柱幅寸法Ｄ未満とすると、鋼管部材３の断面性能が角形鋼管柱２の断面性能よりも相当低下し、角形鋼管柱２の性能がほとんど発揮されないまま、曲げモーメントが小さい段階で鋼管部材３にヒンジが発生してしまうという問題がある。他方、鋼管部材３の外径寸法Ｒを、上記対角線の長さ寸法Ｔ以上とすると、ボルト挿通孔７を有するベースプレート６が大型化してしまうという問題がある。

鋼管部材３の外径寸法Ｒを最小にすると、部分的に鋼管部材３の外周面を角形鋼管柱２の側面部２ｃにほぼ一致させることができ、鋼管部材３と角形鋼管柱２との間での力の伝達をスムーズにすることができる。

これら角形鋼管柱２と鋼管部材３との寸法関係から、角形鋼管柱２の隅角部２ａ直下では、鋼管部材３周りに、ベースプレート６の中央寄りに向かう、すなわち角形鋼管柱２の中央寄りに向かうスペースが確保される。これにより、アンカーボルト５及びこれに締結されるナット８の位置、そしてまたボルト挿通孔７の形成位置を、鋼管部材３を用いない場合よりも、角形鋼管柱２の平面外形輪郭の縁辺に向かって寄せることができる。

本実施形態に係る鉄骨造露出型柱脚構造１では、アンカーボルト５を鉄骨柱の平面外形輪郭の内側に配置する「ピン接合」形式を対象としないので、ボルト挿通孔７は、角形鋼管柱２の隅角部２ａ位置よりも外側に形成される。

また、鋼管部材３の断面性能は、角形鋼管柱２の断面性能とほぼ等価に設定される。断面性能は例えば、断面係数や断面積、材料強度などで規定され、これらを用いて算出される数値が鋼管部材３と角形鋼管柱２でおおよそ同程度になるように設定される。

次に、本実施形態に係る鉄骨造露出型柱脚構造１の作用について説明する。施工するに際しては、角形鋼管柱２の下端２ｂに接合用プレート９を接合し、接合用プレート９の下面に鋼管部材３を接合し、鋼管部材３の下端にベースプレート６を接合した柱部材１０を作製する。また、基礎柱型４ｂには、角形鋼管柱２の隅角部２ａ位置に合わせてアンカーボルト５を定着しておく。

次いで、柱部材１０を基礎柱型４ｂ上に吊り込んで、ベースプレート６のボルト挿通孔７にアンカーボルト５を挿通し、基礎柱型４ｂ上面に設けたレベルモルタルを介して、基礎柱型４ｂ上に柱部材１０を設置する。次いで、アンカーボルト５にナット８を締結し、ベースプレート６と基礎柱型４ｂ上面との間隙にグラウトＧを充填して、ベースプレート６で基礎柱型４ｂ上に角形鋼管柱２を含む柱部材１０を固定支持する。これにより、本実施形態に係る鉄骨造露出型柱脚構造１が完成される。

本実施形態に係る鉄骨造露出型柱脚構造１にあっては、角形鋼管柱２の下端２ｂに接合用プレート９を接合すると共に、接合用プレート９とベースプレート６との間に円筒状の鋼管部材３を設けたので、角形鋼管柱２の隅角部２ａ直下の鋼管部材３周りに、当該角形鋼管柱２の中央寄りに向かうスペースを確保することができ、半剛接合形式を対象として、角形鋼管柱２の隅角部２ａ位置に合わせて基礎柱型４ｂに定着させるアンカーボルト５、そしてまた、ベースプレート６に形成するボルト挿通孔７を、角形鋼管柱２の隅角部２ａに干渉することなく、角形鋼管柱２の平面外形輪郭の縁辺近傍、すなわち角形鋼管柱２の側面部２ｃや隅角部２ａぎりぎりまで寄せることができる。

このように、アンカーボルト５を角形鋼管柱２の平面外形輪郭の縁辺近傍に寄せて配設できることにより、ベースプレート６の平面外形寸法や基礎柱型４ｂの断面をできるだけ小さくすることができ、これによって敷地面積を有効活用することができる。また、アンカーボルト５を角形鋼管柱２の平面外形輪郭の外側に配設していて、すなわちピン接合形式ではなく、半剛接合形式の露出型柱脚構造であるので、柱脚部でも曲げモーメントを負担することができて、柱頭部に大きな曲げモーメントが作用することはなく、従って、角形鋼管柱２やそれに接合する梁材の断面サイズを小さくすることができて、鉄骨造建築物の内部空間も広く確保することができる。

鋼管部材３は、円筒状であるため、安価に製作することができ、廉価な量産品を使用することもできる。鋼管部材３と接合用プレート９の接合箇所は、角部のない円形状であるため、角形鋼管柱２に作用する曲げモーメントに起因して当該接合箇所に応力が集中することを抑制することができる。

接合用プレート９は、溶接接合可能な程度で、角形鋼管柱２の平面外形寸法よりも僅かに大きな寸法に設定すればよく、建築物の外壁に対する納まりも良好に確保することができる。アンカーボルト５を角形鋼管柱２に近づけて配置できることで、アンカーボルト５と鋼管部材３との距離も狭まり、これにより両者間に生じるモーメントを小さくできて、当該モーメントを負担するベースプレート６の板厚を薄くすることもできる。

鋼管部材３の断面性能を、角形鋼管柱２の断面性能とほぼ等価に設定するようにしたので、柱部材１０を一連の構造材として取り扱うことができ、通常の角形鋼管柱一本と同様にして設計することができる。

図５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、四隅の隅角部２ａ位置に合わせて配置されるアンカーボルト５を、１本の場合に代えて、２本一組とした場合である。従って、変形例では、アンカーボルト５は８本配設される。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 鉄骨造露出型柱脚構造
２ 角形鋼管柱
２ａ 角形鋼管柱の隅角部
２ｂ 角形鋼管柱の下端
３ 鋼管部材
４ｂ 基礎柱型
５ アンカーボルト
６ ベースプレート
７ ボルト挿通孔
８ ナット
９ 接合用プレート
Ｄ 角形鋼管柱の柱幅寸法
Ｒ 鋼管部材の外径寸法
Ｔ 角形鋼管柱の対角線の長さ寸法

Claims (2)

1. 角形鋼管柱を支持する基礎部分に当該角形鋼管柱の隅角部位置に合わせて定着したアンカーボルトを挿通するためのボルト挿通孔が形成されたベースプレートを、該アンカーボルトにナットを締結して該基礎部分上に固定し、当該ベースプレートで該基礎部分上に該角形鋼管柱を固定支持するようにした鉄骨造露出型柱脚構造であって、
   上記角形鋼管柱の下端に接合用プレートを接合し、該接合用プレートと上記ベースプレートとの間にこれらに接合して、部分的にその外周面が該角形鋼管柱の側面部に一致するように、外径寸法が上記角形鋼管柱の柱幅寸法の中空円筒状の鋼管部材を設けると共に、前記鋼管部材の断面性能は、前記角形鋼管柱の断面性能とほぼ等価に設定することを特徴とする鉄骨造露出型柱脚構造。
2. 前記鋼管部材の高さ寸法は、当該鋼管部材と前記接合用プレートとの接合箇所で破断が発生することを抑制するために、前記角形鋼管柱の柱幅寸法の１．０〜２．０倍であることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨造露出型柱脚構造。

Images