JP5841887B2 - 柱脚用ピン構造 - Google Patents

Description

本発明は建物の構造に関連し、特に鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の柱の柱脚を基礎に対してピン接合するための柱脚用ピン構造に関する。

建物の耐震性能を向上させる構造システムとして、特許文献１に示されるように１階の柱の柱脚を基礎に対してピン接合として建物全体で効率良くエネルギーを吸収するという制振構造（いわば全体崩壊形構造システム）が提案されている。

このような構造システムでは、柱脚を基礎に対して確実にピン接合することが前提であり、そのために重要なピン構造の具体的な構成としては、たとえば特許文献２〜４において提案されているものが適用可能であると考えられる。

特許第４１２４７７７号公報 特開平１０−２８０５３２号公報 特開２０００−８６４６号公報 特開２００１−１１５４６４号公報

しかし、この種のピン構造に求められる性能としては、柱脚の良好な回転性能を確保しながらせん断力の伝達性能を十分に確保する必要があることから、現時点ではそのための有効適切なピン構造は確立していない。

特に、小規模な低層の建物の場合はともかくとしても、中層以上の規模の建物を対象として上記のような特殊な構造システムを適用することを検討した場合には、柱脚をピン接合とすべき柱が大断面の鉄骨鉄筋コンクリート造の柱（すなわちＳＲＣ柱）とされる場合もあるので、そのような柱の回転性能とせん断力伝達性能（中層以上の建物では2000kN以上のせん断力伝達性能が必要とされる）を両立させることは必ずしも容易ではない。

したがってそのような場合には、柱脚をピン接合とするための特殊な接合金物や複雑な接合治具を用いたり、あるいは柱脚部にオイルダンパーを設置する等の必要も生じるが、そのようなことでは柱脚部の構造が徒に複雑化してしまうし、施工性やコストの面においても好ましくなく、現実的ではない。

上記事情に鑑み、本発明は特に鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を対象としてその柱脚を基礎に対して合理的にピン接合することが可能であり、しかも単純な構造であって容易にかつ安価に施工することも可能な有効適切な柱脚用ピン構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、芯鉄骨の周囲に鉄筋コンクリートからなる被覆コンクリートを一体に形成してなる鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を対象として、該柱の柱脚を基礎に対してピン接合するための柱脚用ピン構造であって、前記柱における前記芯鉄骨の下端を前記基礎に対してアンカーボルトにより固定し、前記柱における前記被覆コンクリートを前記基礎に対して絶縁して該被覆コンクリートの下部と前記基礎との間に跨るようにせん断筋を配筋するとともに、前記被覆コンクリートの下面と前記基礎との間に弾性材を介装してなり、前記基礎に対する前記柱の水平方向の相対変位を前記せん断筋のせん断耐力によって拘束するとともに、前記基礎に対する前記柱の鉛直面内における相対回転を前記弾性材の厚さ方向の弾性変形性能によって許容する構成としてなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の柱脚用ピン構造であって、前記柱を断面形状が厚さ寸法に比べて幅方向の寸法が大きい壁柱として、該壁柱の幅方向中心位置に前記芯鉄骨を設置し、前記芯鉄骨の両側の位置において前記被覆コンクリートの下部と前記基礎との間に前記せん断筋を配筋し、かつ前記芯鉄骨の両側の位置において前記被覆コンクリートの下面と前記基礎の上面との間に前記弾性材としての硬質ゴムシートを介装してなることを特徴とする。

本発明によれば、せん断筋のせん断耐力によって柱と基礎との間のせん断力伝達性能を確保することが可能であり、かつ弾性材の弾性変形性能によって基礎に対する柱の相対回転を支障なく許容可能であり、したがって柱脚の回転性能とせん断力伝達性能を両立させることが可能であって、理想的な柱脚用ピン構造を合理的に実現できるものである。
しかも、本発明の構造は、柱と基礎との間に単にせん断筋と弾性材を介装するのみであるから、面倒な手間や格別の精度が要求されることはないし、さしたるコストアップを必要とせず、容易にかつ効率的に施工可能である。

本発明の実施形態である柱脚用ピン構造の施工手順を示すもので、アンカーボルトおよびせん断筋を設置した状態を示す図である。 同、芯鉄骨および弾性材を設置した状態を示す図である。 同、完成状態を示す図である。

図１〜図３は本発明の実施形態である柱脚用ピン構造をその施工手順とともに示すものである。なお、図１〜図３において（ａ）は側断面図、（ｂ）は平面図である。
本実施形態の柱脚用ピン構造は、図３に完成状態を示しているように、芯鉄骨２の周囲に鉄筋コンクリートからなる被覆コンクリート３（鉄筋の図示は省略している）を一体に形成してなる鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の柱１を対象として、その柱１の柱脚を鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）の基礎４に対してピン接合するための構造であるが、本実施形態における柱１は図３（ｂ）に示すようにその断面形状が厚さ寸法に比べて幅寸法が数倍程度大きくされた壁柱とされている。
なお、本実施形態における柱１（本例ではＳＲＣ造の壁柱）の形状・寸法は任意であるが、本実施形態では柱１全体の断面形状をたとえば幅2500mm×厚さ550mm程度と想定しており、その柱１における芯鉄骨２はH−400mm×400mm程度のものとして柱１全体の幅方向中心位置に設置している。

本実施形態の柱脚用ピン構造は、上記の柱１の柱脚を基礎４に対して軸力を伝達可能に接合することはもとより、水平せん断力も確実に伝達可能としたうえで、柱脚を支点とする鉛直面内における回転（基礎４に対する相対回転）は許容する状態で接合するものであり、これにより柱脚の基礎４に対する接合形式は構造的には曲げ力を伝達しない実質的なピン接合となっている。

具体的には、柱１の幅方向の中心位置に設置されている芯鉄骨２は通常のようにその下端のベースプレート２ａを複数本（図示例では４本）のアンカーボルト５により定着することで基礎４に対して締結されて固定されており、これにより柱１全体と基礎４との間での所要の軸力伝達を支障なく確保し得るものとなっている。
なお、これらのアンカーボルト５は通常の鉄骨造の場合と同程度のせん断耐力を有するものであれば良く、したがってその所要本数は上記のように４本程度で良いし、各アンカーボルトもたとえば36mmφ程度のもので十分である。

一方、芯鉄骨２の周囲に一体に形成されている壁状の被覆コンクリート３は基礎４に対して接合されることなく構造的に絶縁されたうえで、芯鉄骨２の両側の位置においてこの被覆コンクリート３の下部と基礎４との間に跨るように多数（図示例では芯鉄骨２の両側にそれぞれ４本×２列ずつ、全１６本）のせん断筋６が設置されている。
そして、それらせん断筋６のせん断耐力によって（すなわちせん断筋６によるダボ効果によって）、基礎４に対する柱１全体の水平方向の相対変位が確実に拘束されるようになっており、したがってそれらのせん断筋６を介して柱１の柱脚と基礎４との間で確実にせん断力を伝達し得るものとなっている。

さらに、芯鉄骨２の両側の位置には、被覆コンクリート３の下面と基礎４との間に弾性材７が介装されていて、その弾性材７の厚み方向の弾性変形性能によって基礎４に対する柱１の相対回転が芯鉄骨２の下端（基礎４に対する固定点）を支点として支障なく許容され、かつ、回転時に被覆コンクリート３の下面が基礎４に衝突したり、それらが損傷してしまうことが防止されるようになっている。

なお、せん断筋６の素材や形状・寸法、所要本数は、必要とされるせん断耐力が得られるように適宜設計すれば良いが、図示例のように16本のせん断筋６を用いる場合には、それぞれのせん断筋６としてたとえば丸鋼16-D36を用いることで十分であり、それにより全体としてたとえば4800kNものせん断力を伝達可能である。

また、せん断筋６はせん断耐力は必要であるものの曲げ耐力は必要とせず、寧ろ基礎４に対する柱１の相対回転を支障なく許容するためには曲げ耐力は不要であるし、被覆コンクリート３および基礎４に対して強固に定着されない方が有利であるから、その点からもせん断筋６としては上記のように36mmφ程度の丸鋼が好適に採用可能である。

さらに、弾性材７の素材や厚み寸法は、所望の弾性変形性能を有して柱脚に必要とされる回転性能を確保し得るように設定すれば良いが、たとえば厚さ25mm程度の硬質ゴムシートが好適に採用可能である。

上記の柱脚用ピン構造の施工手順を以下に示す。
基礎４の施工時には、図１に示すように、従来工法と同様にアンカーボルト５を所定位置に精度良く位置決めして設置しておく。
また、せん断筋６もその下半部を基礎４中に埋設した状態で所定位置に設置しておくが、せん断筋６は後施工する柱１の被覆コンクリート３の断面形状の範囲内であれば任意の位置でその被覆コンクリート３と基礎４との間に跨るように設置すれば良いので、せん断筋６については厳密な位置決めは不要であり、したがってその設置作業は何ら面倒なく簡易に行い得る。

次に、図２に示すように、基礎４上に芯鉄骨２を建て込んでアンカーボルト５をベースプレート２ａに対して締結して固定する。
また、相前後して基礎４の上面に弾性材７を設置する。

しかる後に、芯鉄骨２の周囲に柱配筋を行ったうえで柱型枠を組み立て、コンクリートを打設して芯鉄骨２と一体をなす壁状の被覆コンクリート３を形成する。
これにより、図３に示すようにせん断筋６の上半部が自ずと被覆コンクリート３中に埋設され、かつその被覆コンクリート３の下面と基礎４の上面との間に弾性材７が自ずと介装されるから、以上により本実施形態の柱脚用ピン構造の施工完了となる。

以上の説明から明らかなように、本発明の構造によれば、ＳＲＣ造の柱１における被覆コンクリート３の下部と基礎４との間にせん断筋６と弾性材７を介装することにより、せん断筋６のせん断耐力によって柱１と基礎４との間で優れたせん断力伝達性能を確保することが可能であり、かつ弾性材７の弾性変形性能によって基礎４に対する柱１の相対回転を支障なく許容可能であり、したがって柱１の回転性能とせん断力伝達性能を両立させることが可能である。

しかも、本発明の構造は、柱１と基礎４との間に単にせん断筋６と弾性材７を介装するのみであるから、従来においてこの種のピン接合を実現する場合には必要とされる特殊な接合金物や複雑な接合治具等の複雑な機構を必要とせず、またその施工も単純であって何ら面倒な手間や格別の精度が要求されることもない。
そのため、本発明の構造は容易にかつ効率的に実施し得るものであるし、その採用にあたってさしてコストアップを必要としない。

以上のことから、本発明によれば理想的な柱脚用ピン構造を合理的に実現できるものであり、特に大規模な建物における大断面のＳＲＣ造の柱１であってもその柱脚を基礎４に対して確実にピン接合することが可能となる。
したがって本発明の柱脚用ピン構造は、たとえば特許文献１に示されるように柱脚をピン接合としつつ水平方向のせん断力を十分に確保できるというような特殊な構造システムの建物に適用して好適であり有効である。

なお、上記実施形態は壁柱への適用例であるが、本発明は壁柱を対象とすることに限るものではなく、上記実施形態のようにＳＲＣ造の柱１における被覆コンクリート３と基礎４との間にせん断筋６と弾性材７を介装可能である場合には、壁柱のみならず通常の矩形断面や正方形断面、円形断面をはじめとして任意の断面形状のＳＲＣ柱に対しても同様に適用可能である。

また、上記実施形態におけるせん断筋６および弾性材７の構成はあくまで壁柱を対象とする場合の一例であって、本発明は上記実施形態における構成に限定されるものでは勿論なく、本発明におけるせん断筋６および弾性材７の具体的な設計については、柱全体の断面形状やその柱脚に要求される回転性能とせん断力伝達性能その他の諸条件を考慮したうえでそのつど最適設計すれば良い。
たとえば、せん断筋６としては上述したように丸鋼が好適に採用可能であるが、同等のせん断耐力と回転性能が得られるものであれば丸鋼に限るものでもない。
弾性材７としては硬質ゴムシートが好適に採用可能ではあるが、同等の回転性能が得られるような弾性を有するものであれば他の素材でも良いし、その形態も上記実施形態のように被覆コンクリート３の下面全体の大きさに相当するシート状とすることに限らず、帯状やブロック状その他の形態とすることも考えられる。

１ 柱（壁柱）
２ 芯鉄骨
２ａ ベースプレート
３ 被覆コンクリート
４ 基礎
５ アンカーボルト
６ せん断筋
７ 弾性材（弾性ゴムシート）

Claims (2)

1. 芯鉄骨の周囲に鉄筋コンクリートからなる被覆コンクリートを一体に形成してなる鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を対象として、該柱の柱脚を基礎に対してピン接合するための柱脚用ピン構造であって、
   前記柱における前記芯鉄骨の下端を前記基礎に対してアンカーボルトにより固定し、
   前記柱における前記被覆コンクリートを前記基礎に対して絶縁して該被覆コンクリートの下部と前記基礎との間に跨るようにせん断筋を配筋するとともに、前記被覆コンクリートの下面と前記基礎との間に弾性材を介装してなり、
   前記基礎に対する前記柱の水平方向の相対変位を前記せん断筋のせん断耐力によって拘束するとともに、前記基礎に対する前記柱の鉛直面内における相対回転を前記弾性材の厚さ方向の弾性変形性能によって許容する構成としてなることを特徴とする柱脚用ピン構造。
2. 請求項１記載の柱脚用ピン構造であって、
   前記柱を断面形状が厚さ寸法に比べて幅方向の寸法が大きい壁柱として、該壁柱の幅方向中心位置に前記芯鉄骨を設置し、
   前記芯鉄骨の両側の位置において前記被覆コンクリートの下部と前記基礎との間に前記せん断筋を配筋し、かつ前記芯鉄骨の両側の位置において前記被覆コンクリートの下面と前記基礎の上面との間に前記弾性材としての硬質ゴムシートを介装してなることを特徴とする柱脚用ピン構造。

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