JP6666675B2 - 構造物の柱脚構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の柱脚構造に関するものである。

図５に示すように、一般的な構造物１００は、柱体１０１、梁１０５等から構成される。柱体１０１は、基礎１０３と接合される。このような構造物１００に対して、側方からの力Ｘが付与されると、柱体１０１には曲げモーメントＭが生じる。この場合、柱体１０１と基礎１０３との接合部において、最も大きな曲げモーメントが生じる。このため、この曲げモーメントに耐えうる柱体１０１および基礎１０３の剛性が要求される。

このような柱体１０１の下部における基礎１０３との接合構造としては、柱脚に接合されたベースプレートを、基礎に対してアンカーボルトで固定する方法が一般的である（例えば特許文献１）。

特開２０１３−６４２４４号公報

ここで、中低層構造物では、鋼製の柱体１０１や梁１０５の剛性は十分であるが、コンクリート製の基礎１０３の剛性が不足する場合がある。より頑丈な基礎１０３を得るためには、より大きく深い基礎１０３が必要となる。例えば、柱体１０１に用いられる鋼材は規格品であるため、最も安価な柱体１０１を選択しても、中低層構造物に要求される剛性に対しては十分な余裕がある場合がある。これに対し、基礎１０３と柱体１０１との接合部における柱脚構造は、曲げモーメントに耐えうる十分な剛性を確保する必要があり、コスト増の要因となっていた。

これに対し、基礎１０３と柱体１０１との接合部をピン構造とする方法もある。ピン構造とすることで、柱脚に生じる曲げモーメントを小さくすることができる。したがって、より小さな基礎１０３とすることができる。

この場合には、外力によって生じる曲げモーメントに対し、柱体１０１および梁１０５の剛性によって対抗することになる。この際、前述した様に、ピン構造によって、柱体１０１および梁１０５にかかる曲げモーメントが増加しても、従来の柱体１０１および梁１０５は十分な剛性を有するため強度上の問題はない。しかし、ピン構造は、精密な加工が必要であり、一般的な鉄骨柱脚よりも高価となり、結果的にコスト増となる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、安価な、構造物の柱脚構造を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明は、柱体と、前記柱体の下端に接合されるベースプレートと、前記ベースプレートとコンクリート製の基礎との間に設けられるモルタルと、を具備し、平面視において、前記モルタルは、前記ベースプレートよりもサイズが小さく、前記ベースプレートと前記基礎との間には、少なくとも一部に隙間が形成され、前記モルタルと前記基礎との間には、金属板が設けられ、前記基礎に挿通されて固定され、かつ前記ベースプレートに固定されたアンカーボルトをさらに具備し、前記アンカーボルトが前記金属板を貫通していることを特徴とする構造物の柱脚構造である。

前記金属板は、前記モルタルのサイズ以上ベースプレートのサイズ以下であることが望ましい。

前記ベースプレートのいずれかの辺に平行な方向に対し、前記モルタルの長さが、前記ベースプレートの長さの１／５〜１／２の範囲であり、前記モルタルは前記ベースプレートの略中央に設けられることが望ましい。

前記ベースプレートの、前記柱体との接合部以外の部位において、前記ベースプレートを基礎に固定するためのアンカーボルトの近傍にスリットが形成されてもよい。
また、前記モルタルの外周部に金属製の枠部材を有さないことが望ましい。

本発明によれば、モルタルのサイズをベースプレートのサイズよりも小さくし、ベースプレートと基礎との間に隙間が形成されることで、柱脚が回転変形しやすくなる。このため、柱脚に生じる曲げモーメントを低減することができる。

また、通常、モルタルとコンクリート製の基礎とでは、材料の弾性剛性が大差なく、モルタルの強度がコンクリートの強度の２倍以上であるため、柱体に大きな圧縮軸力が作用した際には、モルタルと接触するコンクリートが破壊するおそれがある。これに対し、本発明では、モルタルとコンクリートとの間に、弾性剛性が高い金属板を挟み込むことで、局部支圧効果によってコンクリートの圧縮破壊強度が向上し、コンクリートの破壊を抑制することができる。このため、モルタルのサイズを小さくしても、コンクリートの破壊を抑制することができる。

この際、金属板のサイズをモルタルのサイズ以上ベースプレートのサイズ以下とすることで、金属板下のコンクリートの局部支圧効果を確実に得ることができる。すなわち、高いコンクリートの圧縮破壊強度を確保することができる。

また、モルタルの長さを、ベースプレートの長さの１／５〜１／２の範囲とし、モルタルをベースプレートの略中央に配置することで、柱脚が回転変形しやすくなる。このため、柱脚に生じる曲げモーメントを確実に低減することができる。

また、ベースプレートにスリットを入れることで、ベースプレートが変形しやすく、また、ベースプレートにスリットを入れるだけであるので、従来のピン構造のように、構造が複雑になることがなく、安価である。

本発明によれば、安価な、構造物の柱脚構造を提供することができる。

柱脚構造１を示す正面図。 図１のＡ−Ａ線断面図であって、柱脚構造１を示す断面図。 柱脚構造１の他の実施形態を示す断面図。 柱脚構造１ａを示す断面図。 構造物１００を示す概念図。

以下、本発明の実施の形態にかかる柱脚構造１について説明する。図１は、柱脚構造１を示す正面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。柱脚構造１は、柱体３、ベースプレート５、基礎７、アンカーボルト９等から構成される。

柱体３は、例えばＨ鋼柱である。柱体３の下端にはベースプレート５が接合される。ベースプレート５は鋼製の板状部材である。ベースプレート５には孔が設けられ、孔にはアンカーボルト９が挿通される。

ベースプレート５と基礎７との間には、部分的にモルタル１１が設けられる。平面視において、モルタル１１のサイズは、ベースプレート５のサイズよりも小さい。したがって、ベースプレート５と基礎と７の間には、少なくとも一部に隙間が形成される。

図２に示すように、モルタル１１はベースプレート５の略中央に設けられることが望ましい。また、ベースプレート５のいずれかの辺に平行な方向（図では、左右方向）に対し、モルタル１１の長さＬ２は、ベースプレートの長さＬ１の１／５〜１／２の範囲であることが望ましい。モルタル１１のサイズが小さすぎると、柱体３からの圧縮軸力に対して、モルタル１１からの基礎７に対する支圧面積が小さくなりすぎるため望ましくない。また、モルタル１１のサイズが大きすぎると、柱脚の回転変形の効果が小さくなる。

モルタル１１とコンクリート製の基礎７との間には、金属板１９が設けられる。金属板１９は、例えば鋼板やステンレス板である。金属板１９サイズは、モルタル１１のサイズ以上であり、ベースプレート５のサイズ以下である。

アンカーボルト９は、基礎７に挿通されて固定される。また、アンカーボルト９は、ベースプレート５の上下から、ナット１５ａ、１５ｂによって挟み込まれて、ベースプレート５に固定される。なお、モルタル１１によってベースプレート５の高さを保持することができ、ベースプレート５を基礎７に対して確実に固定可能であれば、ナット１５ｂは、必ずしも必要ではない。

ここで、図２に示すように、柱体３の一方の幅（図中Ｄ）に対して、アンカーボルト９は、その幅の内部に位置する（図中Ｃ）。同様に、柱体３の他方の幅（図中Ｆ）に対して、アンカーボルト９は、その幅の内部に位置する（図中Ｅ）。すなわち、柱体３の幅に対して、アンカーボルト９が幅の外側にはみ出すことがない。例えば、アンカーボルト９は、ベースプレート５の中央近傍に配置される。なお、図示した例では、アンカーボルト９は、柱体３のいずれの方向の幅に対してもはみ出すことがないが、少なくとも一方の幅に対して、アンカーボルト９が柱体３の幅の内側に配置されればよい。

モルタル１１は、アンカーボルト９が配置される範囲よりもわずかに大きな範囲に形成されることが望ましい。このようにすることで、モルタル１１は、ベースプレート５の中央部近傍にのみ配置され、ベースプレート５の外周側において、ベースプレート５と基礎７との間に隙間が形成される。なお、アンカーボルト９は、モルタル１１の外側に配置されてもよい。

また、モルタル１１は、ベースプレート５のサイズよりも小さければ、必ずしも中央のみに配置されなくてもよい。例えば、図３に示すように、モルタル１１を、一方の方向（図中上下方向）をベースプレート５と同一のサイズとし、他方の方向（図中左右方向）に対して、モルタル１１の長さＬ２を、ベースプレートの長さＬ１の１／５〜１／２の範囲としてもよい。このようにしても、ベースプレート５と基礎７との間に確実に隙間を形成することができる。

このように、モルタル１１サイズを小さくし、ベースプレート５の一部（外周側）と、基礎７との間に隙間が形成することで、ベースプレート５の回転変形量を大きくすることができる。なお、隙間には、スポンジなどの弾性部材を配置してもよい。

ここで、モルタル１１と基礎７を構成するコンクリートは、ほぼ同様の弾性剛性を有する。また、通常、コンクリートの強度に対して、モルタル１１の強度が大きい。また、本発明では、モルタル１１のサイズが小さく、支圧面積が小さくなるため、コンクリートには大きな圧縮応力が付与される。このため、柱体３に作用した圧縮軸力が、モルタル１１を介してコンクリートに伝達された際、コンクリートが破壊するおそれがある。

これに対し、本発明のように、モルタル１１と基礎７のコンクリートとの間に金属板１９を配置することで、局部支圧効果によって、コンクリートの圧縮破壊強度を向上させることができる。

ここで、局部支圧効果とは、支圧面積（コンクリートに力を与える面積）が支承面積（支圧面積からの力がおよぶ範囲のコンクリート面積）よりも小さく、コンクリートが局部圧縮を受ける場合に、周りのコンクリートからの拘束効果によって、支圧面積から直接力を受けるコンクリートに、本来の数倍のコンクリート強度が発生することである。このような局部支圧効果を効果的に得るためには、コンクリートに力を付する部材が、コンクリートよりも十分に大きな弾性剛性を有する必要がある。

本発明では、モルタル１１とコンクリートとの間に金属板１９が配置されるため、効率よく局部支圧効果を得ることができ、モルタル１１のサイズを小さくしても、コンクリートが破壊することを抑制することができる。なお、金属板１９は、少なくともモルタル１１と同一のサイズであればよいが、金属板１９の厚み分程度、モルタル１１よりも大きくしてもよい。但し、金属板１９のサイズをこれ以上大きくしても、局部支圧効果は変わらない。

なお、モルタル１１の厚みは例えば５０ｍｍ程度であり、金属板１９の厚みは、５〜３０ｍｍ程度であればよい。

以上、本実施の形態によれば、ベースプレート５の下方に隙間（弾性部材含む）を形成することができるため、ベースプレート５を、容易に変形させることができる。このため、柱体３に外力が付与されると、柱脚の回転変形を許容することができる。このため、柱脚の回転剛性を小さくすることができる。したがって、基礎７を小さく、浅くすることができ、基礎の鉄筋量を減らすこともできる。このため、安価な柱脚構造１を得ることができる。

なお、柱脚構造１の剛性を小さくしても、柱体３および梁の剛性に十分余裕があれば、構造物として必要な剛性を確保することができる。前述した様に、中低層構造物であれば、柱体３等の剛性には余裕がある場合が多いため、本発明の柱脚構造１を適用した場合でも、従来の柱体３等をそのまま使用することができる。

また、アンカーボルト９をベースプレート５の中央部に寄せて配置し、柱体３の接合範囲からはみ出さないようにすることで、ベースプレート５の回転変形量を大きくすることができる。

また、モルタル１１と基礎７のコンクリートとの間に金属板１９を配置することで、局部支圧効果を得ることができる。このため、モルタル１１を小さくしても、コンクリートが破壊することを抑制することができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図４は、第２の実施形態にかかる柱脚構造１ａを示す断面図である。なお、以下の説明において、柱脚構造１と同様の機能を奏する構成については、図１〜図２と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

柱脚構造１ａは、柱脚構造１と略同様であるが、ベースプレート５にスリット１３ａ、１３ｂが形成される点で異なる。

ベースプレート５には、スリット１３ａ、１３ｂが設けられる。スリット１３ａ、１３ｂは、互いに異なる方向に向けて形成される。スリット１３ａは、ベースプレート５の平面視の片側において、幅方向の略中央に一本、外側面１７から所定の長さ（柱体３との接合部にかからない位置まで）直線状に形成される。スリット１３ｂは、スリット１３ａと略直交し、スリット１３ａの先端と交差するように一本形成される。すなわち、スリット１３ａ、１３ｂは、互いに連続し、スリット１３ａとスリット１３ｂとで、略Ｔ字状となる。

スリット１３ａ、１３ｂは、それぞれのアンカーボルト９（ベースプレート５の孔）を囲むように形成される。より具体的には、異なる複数方向に向けて形成されたスリット１３ａ、１３ｂによって、アンカーボルト９が複数方向から囲まれる。図示した例では、アンカーボルト９は、互いに連続するスリット１３ａ、１３ｂおよび外側面１７の３方向から囲まれている。なお、スリット１３ａ、１３ｂおよび外側面１７で囲まれる一つの領域には、一つのアンカーボルト９が配置される。

このように、アンカーボルト９が、異なる方向に連続する少なくとも２方向のスリット１３ａ、１３ｂまたは外側面１７との間に配置されることで、アンカーボルト９で固定されるベースプレート５に、変形容易部が（例えば図中Ｂ）が形成される。変形容易部は、柱体３に外力が生じた際にベースプレート５が変形し、柱体３の回転変形を許容する部位である。図示した例では、変形容易部は、スリット１３ｂの先端と、外側面１７との間（またはスリット１３ｂとスリット１３ａの先端同士の間）に形成される。また、４本のアンカーボルト９に対して、それぞれ変形容易部が形成される。

なお、変形容易部が形成されるためには、アンカーボルト９が、複数方向の連続したスリットによって複数方向から囲まれればよい。または、アンカーボルト９が、少なくとも一方向に向けて形成されたスリットと、このスリットと連続し、スリットとは異なる方向のベースプレートの外側面１７とによって複数方向から囲まれればよい。このように、スリットのみ、またはスリットと外側面１７とで、少なくとも２方向（望ましくは３方向以上）からアンカーボルト９を囲むことで、変形容易部を形成することができる。

なお、スリットの形態は図示した例には限られない。柱体３を支持し、変形容易部が設けられれば、スリットの位置や本数、形態は図示した例には限られない。すなわち、アンカーボルト９が、少なくとも２方向の連続するスリット等で囲まれれば、変形容易部が形成される。

また、例えば、変形容易部とスリット等とで囲まれる領域が、矩形である必要はなく、また、スリットは、外側面１７に対して、平行又は垂直な方向である必要はない。また、スリットは、直線状である必要はなく、円弧状でもよい。この場合であっても、１本の円弧状スリットは、互いに異なる方向の連続したスリットとする。すなわち、異なる複数方向の連続した１本の円弧状スリットによって、アンカーボルトが複数方向から囲まれればよい。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、ベースプレート５にスリット１３ａ、１３ｂが形成されるため、ベースプレート５が容易に変形し、柱脚の回転変形が容易となる。

また、ベースプレート５にスリット１３ａ、１３ｂを形成するのみであり、スリット１３ａ、１３ｂや外側面１７によって、アンカーボルトを囲むことで、変形容易部を形成することができる。このため、安価であり、従来のピン構造などと比較しても、簡易な構造とすることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ………柱脚構造
３………柱体
５………ベースプレート
７………基礎
９………アンカーボルト
１１………モルタル
１３ａ、１３ｂ………スリット
１５ａ、１５ｂ………ナット
１７………外側面
１９………金属板
１００………構造物
１０１………柱
１０３………基礎
１０５………梁

Claims (5)

1. 柱体と、
   前記柱体の下端に接合されるベースプレートと、
   前記ベースプレートとコンクリート製の基礎との間に設けられるモルタルと、
   を具備し、
   平面視において、前記モルタルは、前記ベースプレートよりもサイズが小さく、前記ベースプレートと前記基礎との間には、少なくとも一部に隙間が形成され、
   前記モルタルと前記基礎との間には、金属板が設けられ、
   前記基礎に挿通されて固定され、かつ前記ベースプレートに固定されたアンカーボルトをさらに具備し、
   前記アンカーボルトが前記金属板を貫通していることを特徴とする構造物の柱脚構造。
2. 前記金属板は、前記モルタルのサイズ以上ベースプレートのサイズ以下であることを特徴とする請求項１記載の構造物の柱脚構造。
3. 前記ベースプレートのいずれかの辺に平行な方向に対し、
   前記モルタルの長さが、前記ベースプレートの長さの１／５〜１／２の範囲であり、前記モルタルは前記ベースプレートの略中央に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の構造物の柱脚構造。
4. 前記ベースプレートの、前記柱体との接合部以外の部位において、前記ベースプレートを基礎に固定するためのアンカーボルトの近傍にスリットが形成されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の構造物の柱脚構造。
5. 前記モルタルの外周部に金属製の枠部材を有さないことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の構造物の柱脚構造。

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