JP6842846B2 - アンカー補強構造、アンカー補強方法およびアンカー補強部材 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、柱脚のベースプレート等を固定するアンカーボルトに対する、アンカー補強構造、アンカー補強方法およびアンカー補強部材に関するものである。

地震による構造体の倒壊等を防ぐため、柱等の構造体に対しては、所定以上の耐震強度が要求されている。しかし、現在の耐震基準となる前に建設された構造体には、現在のような厳しい耐震強度が要求されていなかったため、古い構造体は、現在の耐震基準を満たしていない場合がある。しかし、柱等の構造体のすべてを新たに再構築するのは時間もコストもかかる。

このような、構造体の補強方法として、例えば、既存柱の柱脚部の周囲にコンクリートを打設して、鉄筋コンクリート根巻き部を構築する方法がある。しかし、柱周りにコンクリートを施工するため、鉄筋、型枠工事といった施工手間が多く発生し、かつコンクリートの分だけ柱の寸法が大きくなるため、建物の利便性を阻害する。

一方、柱脚等の構造体は、通常、基礎や地盤に対してアンカーボルトによって固定されている（例えば特許文献１）。

特開２００６−１０４７８０号公報

アンカーボルトの強度や変形能力が十分でないと、早期にアンカーボルトの破断等によって構造体の転倒などのおそれがある。このため、構造体の補強には、アンカーボルトの補強が必要な場合がある。特に、古い年代の鉄骨造りの露出柱脚に使われているアンカーボルトは、アンカーボルトの軸部が十分に塑性変形する前に、ねじ部が破断を起こすものが多く、柱脚の変形能力が乏しいものが多い。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、効率よくアンカーボルトの補強が可能なアンカー補強構造、アンカー補強方法およびアンカー補強部材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、第１の発明は、アンカーボルトの破断により既設の構造体の変形能力が乏しくなることを防止することが可能なアンカーの補強構造であって、アンカーボルトと、前記アンカーボルトの上部に取り付けられた補強部材と、を具備し、前記補強部材は、ねじ部材と、前記ねじ部材を内部に収容可能な固定部材と、を具備し、前記ねじ部材は、一方の端部に形成される雌ねじ部と、他方の端部に形成される雄ねじ部と、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部の間の軸部と、を有し、前記固定部材は、一方の端部に、前記雄ねじ部および前記軸部を挿通可能な孔を有し、前記軸部は、前記アンカーボルトのねじ部が塑性変形を開始する荷重よりも大きく前記アンカーボルトのねじ部が破断する荷重よりも小さな荷重で塑性変形を開始し、前記ねじ部材と前記固定部材の固定面との間に隙間を空けて前記雌ねじ部が前記アンカーボルトと接続され、前記ねじ部材に前記固定部材を被せた状態で、前記固定部材の上部で前記雄ねじ部がナットで固定されることを特徴とするアンカー補強構造である。

前記構造体はベースプレートを有する柱脚であり、前記固定部材は、柱には接合されず、前記アンカーボルトは、前記ベースプレートを固定するものであってもよい。

前記ねじ部材は、前記雌ねじ部と、前記軸部および前記雄ねじ部と、が別体で構成され、前記軸部と前記雌ねじ部とが接合されてもよい。

第１の発明によれば、アンカーボルトの上部に補強部材が取り付けられ、補強部材のねじ部材の軸部の径が、ねじ部材の雄ねじ部の径よりも小さく、軸部が、アンカーボルトのねじ部が破断する荷重よりも小さな荷重で塑性変形を開始するため、地震等の際に、ねじ部が破断を起こす前に十分な変形量を確保することができる。

このような補強部材は、柱脚のベースプレートを固定するアンカーボルトを補強するのに対して特に有効である。

また、ねじ部材が、雌ねじ部の部材と、軸部および雄ねじ部の部材と、が別体で構成されて接合されれば、ねじ部材の製造が容易である。

なお、軸部が塑性変形を開始する荷重が、アンカーボルトのねじ部が塑性変形を開始する荷重よりも大きく、ねじ部が破断する荷重よりも小さければ、高い強度とアンカーの破断防止の効果を両立することができる。

第２の発明は、アンカーボルトの破断により既設の構造体の変形能力が乏しくなることを防止することが可能な既設アンカーの補強方法であって、ねじ部材と、前記ねじ部材を内部に収容可能な固定部材と、を具備するアンカー補強部材を用い、アンカーボルトのナットを外す工程と、前記ねじ部材の一方の端部に形成された雌ねじ部を、前記アンカーボルトに取り付ける工程と、前記固定部材を、前記ねじ部材に被せて、前記ねじ部材の他方の端部に形成される雄ねじ部と、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部の間の軸部とを前記固定部材に設けられた孔に挿通する工程と、前記ねじ部材に前記固定部材を被せた状態で、前記固定部材の上部で前記雄ねじ部をナットで固定する工程と、を具備し、前記ねじ部材と前記固定部材の固定面との間には隙間が空いており、前記軸部は、前記アンカーボルトのねじ部が塑性変形を開始する荷重よりも大きく前記アンカーボルトのねじ部が破断する荷重よりも小さい荷重で塑性変形を開始することを特徴とするアンカー補強方法である。

第２の発明によれば、既設のアンカーボルトを容易に補強することができる。

本発明によれば、効率よくアンカーボルトの補強が可能なアンカー補強構造、アンカー補強方法およびアンカー補強部材を提供することができる。

アンカー補強構造１を示す側面図。 アンカー補強構造１の拡大断面図。 補強部材１１の分解図。 他のねじ部材１３を示す図。 既設の柱脚３を示す図。 ナット２７を外した状態を示す図。 ねじ部材１３を取り付けた状態を示す図。 固定部材１５を配置して、ナット１７を取り付ける状態を示す図。 柱脚３が変位した状態を示す図。 図９のＦ部の拡大断面図。 荷重と変形量の関係を示す図。

以下、本発明の実施の形態にかかるアンカー補強構造１について説明する。図１は、アンカー補強構造１を示す側面図である。なお、以下の説明では、アンカー補強構造１は、柱脚３のベースプレート７を固定するアンカーボルト９に対する補強構造を示すが、本発明はこれに限られず、アンカーで固定される構造体であれば適用可能である。

柱脚３は、床５（例えば基礎）上に構築される。床５上には、ベースプレート７がアンカーボルト９で固定される。アンカーボルト９の上部には、補強部材１１が固定される。

図２は、図１のＡ部拡大断面図であり、図３は、補強部材１１の分解断面図である。補強部材１１は、ねじ部材１３と固定部材１５とからなる。図３に示すように、ねじ部材１３は、一方の端部に雌ねじ部１９が設けられ、他方の端部に雄ねじ部２１が設けられる。雌ねじ部１９と雄ねじ部２１との間が軸部２３となる。なお、軸部２３の径は、雄ねじ部２１の谷部の径よりも小さい。

なお、ねじ部材１３は、雌ねじ部１９、雄ねじ部２１、および軸部２３が一体で形成されてもよいが、別体であってもよい。例えば、図４（ａ）に示すように、雌ねじ部１９を具備する部材と、雄ねじ部２１および軸部２３を具備する部材とが別体であってもよい。

この場合には、雌ねじ部１９の逆側に雌ねじ部１９ａが形成され、雄ねじ部２１の逆側に雄ねじ部２１ａが形成される。図４（ｂ）に示すように、雄ねじ部２１ａと雌ねじ部１９ａとを接合することで、ねじ部材１３が形成される。

固定部材１５は、内部にねじ部材１３を収容可能である。固定部材１５の一方の端部には、雄ねじ部２１および軸部２３を挿通可能な孔２５が形成される。

図２に示すように、雌ねじ部１９は、アンカーボルト９のねじ部９ａと接続される。この状態で、ねじ部材１３を覆うように固定部材１５が配置され、固定部材１５の孔２５から、雄ねじ部２１が上方に突出する。さらに、雄ねじ部２１にはナット１７が設けられ、固定部材１５の上部に固定される。

この際、ねじ部材１３（雌ねじ部１９）の先端と、固定部材１５の固定面であるベースプレート７の上面との間には隙間が形成される。すなわち、ねじ部材１３は、固定部材１５の固定面とは接触しない。

なお、ねじ部材１３および固定部材１５は、例えば鋼製である。ねじ部材１３は、棒状の素材の端部にタップ加工によって雄ねじ部２１が形成され、軸部２３は、例えば、棒状の素材に対して切削等によって径を細くすればよい。

次に、補強部材１１を用いた、既設の柱脚の補強方法について説明する。図５は、既設の柱脚３を示す図である。前述したように、柱脚３は、床５上に設置される。柱脚３のベースプレート７は、床５に対してアンカーボルト９およびナット２７によって固定される。

この状態から、図６に示すように、ナット２７をアンカーボルト９から取り外す（図中矢印Ｃ）。したがって、アンカーボルト９のねじ部９ａがベースプレート７上に突出した状態となる。

次に、図７に示すように、ベースプレート７から突出するアンカーボルト９にねじ部材１３を取り付ける。すなわち、アンカーボルト９のねじ部９ａとねじ部材１３の雌ねじ部１９とを接合する。この際、前述したように、ねじ部材１３（雌ねじ部１９）の下端とベースプレート７の上面との間には隙間が形成される。

次に、図８に示すように、ねじ部材１３に固定部材１５を被せる。この際、ねじ部材１３の雄ねじ部２１が、固定部材１５の孔２５に挿通され、固定部材１５の上方に突出する。さらに、固定部材１５の上方から、雄ねじ部２１にナット１７を取り付けて固定することで（図中矢印Ｄ）、アンカー補強構造１が構築される。

なお、複数のアンカーボルト９が隣接する場合には、それぞれのアンカーボルト９に対してねじ部材１３を取り付けた後、複数の孔２５が設けられた一つの固定部材１５を、複数のねじ部材１３に一括して被せて、それぞれのねじ部材１３をナット１７で固定してもよい。

次に、アンカー補強構造１の機能について説明する。図９は、地震の際に、柱脚３が傾いた状態（図中矢印Ｅ）を示す図であり、図１０は、図９のＦ部の拡大断面図である。地震によってベースプレート７が浮き上がろうとすると、アンカーボルト９および補強部材１１のねじ部材１３には引張応力が付与される。

この際、ねじ部材１３の軸部２３の径は、雄ねじ部２１の谷部の径よりも小さいため、雄ねじ部２１が塑性変形を開始するよりも小さな荷重で軸部２３が塑性変形（伸び変形）する（図１０の矢印Ｈ）。

また、軸部２３は、アンカーボルト９のねじ部９ａが破断する荷重よりも小さな荷重で塑性変形を開始する。図１１は、各部の荷重と変形量との関係を示す図である。図中Ｉはアンカーボルト９（ねじ部９ａ）の挙動を示す図である。ねじ部９ａは、所定の荷重（図中Ｌ）で塑性変形を開始する。しかし、アンカーボルトの強度や変形能力が十分でないため、アンカーボルトの軸部が十分に塑性変形する前に、ねじ部が破断を起こす（図中Ｍ）。

これに対し、ねじ部材１３の軸部２３は、例えば図中Ｋのような挙動を示す。すなわち、軸部２３は、アンカーボルト９のねじ部９ａの破断する荷重よりも小さな荷重で塑性変形を開始する。このため、軸部２３が塑性変形可能な変形量範囲であれば、ねじ部９ａには、ねじ部９ａが破断するのに必要な荷重が付与されることがない。

このように、本実施形態では、軸部２３が優先的に塑性変形することで、アンカーボルト９が破断することを防止することができる。また、軸部２３が塑性変形を開始する荷重が、ねじ部９ａの破断する荷重よりもわずかに小さいのみであるため、小さな荷重で軸部２３が容易に塑性変形してしまうことを抑制することができる。このように、軸部２３が塑性変形を開始する荷重は、アンカーボルト９のねじ部９ａが塑性変形を開始する荷重よりも大きく、ねじ部９ａが破断する荷重よりも小さいことが望ましい。

ここで、柱脚３に許容される傾きは、１／３０ｒａｄ程度である。このため、ベースプレート７のサイズと、この傾きとから、必要な伸び量があらかじめ設定される。また、この際、ねじ部材１３とベースプレート７との隙間を、必要な伸び量以上としておくことで、確実に、軸部２３の伸びを許容することができる。

なお、ねじ部材１３の軸部２３は、例えば図中Ｊのような挙動であってもよい。すなわち、軸部２３は、アンカーボルト９のねじ部９ａが塑性変形を開始する荷重よりも小さな荷重で塑性変形を開始させてもよい。このようにしても、軸部２３が塑性変形可能な変形量範囲において、ねじ部９ａには、ねじ部９ａが破断するのに必要な荷重が付与されることがない。また、アンカーボルト９のねじ部９ａが塑性変形を開始する荷重よりも小さな荷重で塑性変形を開始させるための軸部２３の強度設計が容易である。

この場合には、前述した例と比較して、より小さ荷重で軸部２３が塑性変形を開始することとなるが、アンカーボルト９のねじ部９ａの塑性変形を防止することができるため、地震後に、ねじ部材１３を交換するのみで補修を完了することができる。

以上、本実施の形態によれば、簡易な作業でアンカー補強構造１を得ることができる。したがって、既設の柱脚３の補強も容易である。また、アンカー補強構造１は、柱脚３を固定するアンカーボルト９の破断を防止することができるため、柱脚３の転倒などを防止することができる。

また、地震後には、ねじ部材１３を交換することで、容易に補修を行うことができる。

また、ねじ部材１３の軸部２３を塑性変形させるため、ねじ部の塑性変形を制御する場合と比較して設計が容易である。

また、ねじ部材１３を雄ねじ部側と雌ねじ部側の二つの部材を接合して形成することで、それぞれの部材の製造が容易である。

また、軸部２３の塑性変形開始荷重が、アンカーボルト９のねじ部９ａが塑性変形を開始する荷重よりも大きく、ねじ部９ａが破断する荷重よりも小さければ、アンカーボルト９の破断の防止と、高い強度とを両立することができる。

軸部２３の塑性変形開始荷重が、アンカーボルト９のねじ部９ａが塑性変形を開始する荷重よりも小さければ、地震後にアンカーボルト９のねじ部９ａが変形することを防止することができる。

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………アンカー補強構造
３………柱脚
５………床
７………ベースプレート
９………アンカーボルト
９ａ………ねじ部
１１………補強部材
１３………ねじ部材
１５………固定部材
１７………ナット
１９、１９ａ………雌ねじ部
２１、２１ａ………雄ねじ部
２３………軸部
２５………孔
２７………ナット

Claims (4)

1. アンカーボルトの破断により既設の構造体の変形能力が乏しくなることを防止することが可能なアンカーの補強構造であって、
   アンカーボルトと、
   前記アンカーボルトの上部に取り付けられた補強部材と、
   を具備し、
   前記補強部材は、ねじ部材と、前記ねじ部材を内部に収容可能な固定部材と、を具備し、
   前記ねじ部材は、一方の端部に形成される雌ねじ部と、他方の端部に形成される雄ねじ部と、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部の間の軸部と、を有し、
   前記固定部材は、一方の端部に、前記雄ねじ部および前記軸部を挿通可能な孔を有し、
   前記軸部は、前記アンカーボルトのねじ部が塑性変形を開始する荷重よりも大きく前記アンカーボルトのねじ部が破断する荷重よりも小さな荷重で塑性変形を開始し、
   前記ねじ部材と前記固定部材の固定面との間に隙間を空けて前記雌ねじ部が前記アンカーボルトと接続され、前記ねじ部材に前記固定部材を被せた状態で、前記固定部材の上部で前記雄ねじ部がナットで固定されることを特徴とするアンカー補強構造。
2. 前記構造体はベースプレートを有する柱脚であり、
   前記固定部材は、柱には接合されず、
   前記アンカーボルトは、前記ベースプレートを固定するものであることを特徴とする請求項１記載のアンカー補強構造。
3. 前記ねじ部材は、前記雌ねじ部と、前記軸部および前記雄ねじ部と、が別体で構成され、前記軸部と前記雌ねじ部とが接合されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンカー補強構造。
4. アンカーボルトの破断により既設の構造体の変形能力が乏しくなることを防止することが可能な既設アンカーの補強方法であって、
   ねじ部材と、前記ねじ部材を内部に収容可能な固定部材と、を具備するアンカー補強部材を用い、
   アンカーボルトのナットを外す工程と、
   前記ねじ部材の一方の端部に形成された雌ねじ部を、前記アンカーボルトに取り付ける工程と、
   前記固定部材を、前記ねじ部材に被せて、前記ねじ部材の他方の端部に形成される雄ねじ部と、前記雌ねじ部と前記雄ねじ部の間の軸部とを前記固定部材に設けられた孔に挿通する工程と、
   前記ねじ部材に前記固定部材を被せた状態で、前記固定部材の上部で前記雄ねじ部をナットで固定する工程と、
   を具備し、
   前記ねじ部材と前記固定部材の固定面との間には隙間が空いており、前記軸部は、前記アンカーボルトのねじ部が塑性変形を開始する荷重よりも大きく前記アンカーボルトのねじ部が破断する荷重よりも小さい荷重で塑性変形を開始することを特徴とするアンカー補強方法。

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