JP6842895B2 - ベースプレートおよび鉄骨部を有する柱の柱脚構造 - Google Patents

Description

本発明は、基礎等に対する鉄骨部を有する柱の柱脚の下部構造に用いられるベースプレート等に関するものである。

鉄骨部を有する柱の露出型柱脚としては、通常、柱体の下部にベースプレートが接合され、ベースプレートが基礎等のコンクリートに対してアンカーボルトで固定される（例えば特許文献１）。

特開２０１６−１０８８１０号公報

近年、例えば、地震等によって、柱脚に大きな曲げモーメントが生じる場合などにおいて、エネルギーの吸収能力を大きくするため、アンカーボルトよりもベースプレートを先行させて降伏させる方法が検討されている。ベースプレートを降伏させやすくするためには、ベースプレートの厚みを薄くする方法がある。

しかし、ベースプレートの厚みを薄くすると、ベースプレートが変形しやすくなるため柱脚部の剛性が低下するという問題がある。

これに対し、柱脚部の剛性は一般的に下式によって表されるため、ベースプレートの幅を大きくし、アンカーボルト同士の距離を長くすることで、ベースプレートを降伏させやすくしつつ、柱脚部の剛性を高めることが出来る。
Ｋ＝Ｅ・ｎｔ・Ａｂ（ｄｔ＋ｄｃ）^２／２ｌ
Ｋ：柱脚部の剛性
Ｅ：アンカーボルトのヤング係数
ｎｔ：引張側アンカーボルトの本数
Ａｂ：アンカーボルトの軸部断面積
ｄｔ：柱断面図心より引張側アンカーボルト群図心までの距離
ｄｃ：柱断面図心より圧縮側の柱フランジ外縁までの距離
ｌ：アンカーボルトの長さ

しかし、この方法では、ベースプレート下部の基礎のサイズが大きくなり、他部材や敷地との収まりが悪くなる。また、ベースプレートのサイズを大きくすることで、ベースプレートの使用材料量が増加する。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、柱脚部の剛性を確保しつつ、ベースプレートを降伏しやすくして柱脚におけるエネルギー吸収能力を大きくし、コンパクトな鉄骨部を有する柱の柱脚構造等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、鉄骨部を有する柱が接合される略矩形状のベースプレートであって、四隅近傍に設けられたアンカーボルトが挿通される孔と、前記孔の近傍であって、外側面から形成される一対のスリットと、を具備し、前記一対のスリットは、隣り合う辺のそれぞれの外側面から、互いに略直交する方向、または略直交より前記一対のスリットの先端同士が互いに向き合う方に傾いた方向に形成されることを特徴とするベースプレートである。

第１の発明によれば、ベースプレートに外側面からスリットが形成されるため、スリットによって、ベースプレートを降伏させやすくすることができる。したがって、柱脚部に曲げモーメント等が生じた際に、ベースプレートの変形によってエネルギーを吸収することができる。

また、スリットがない場合と比較して、同等の降伏耐力とするために、ベースプレートの厚みを薄くする必要がないため、柱脚部の剛性が低下することを抑制することができる。また、スリットによって降伏させやすくするため、ベースプレートのサイズを大きくする必要がない。

また、アンカーボルトで固定される孔が、ベースプレートの四隅近傍に形成されることで、スリットのレイアウト自由度が高く、スリット先端同士の間で、選択的にベースプレートを降伏させることができる。

第２の発明は、鉄骨部を有する柱の下部構造であって、鉄骨部を有する柱と、前記鉄骨部を有する柱の下端に接合されるベースプレートと、を具備し、前記ベースプレートの四隅近傍には、アンカーボルトが挿通される孔が設けられ、前記孔の近傍には、外側面から一対のスリットが形成され、前記アンカーボルトが前記ベースプレートに固定され、前記一対のスリットは、隣り合う辺のそれぞれの外側面から、互いに略直交する方向、または略直交より前記一対のスリットの先端同士が互いに向き合う方に傾いた方向に形成されることを特徴とする鉄骨部を有する柱の柱脚構造である。

柱脚部のエネルギー吸収力を大きくするために、前記アンカーボルトの降伏耐力よりも前記ベースプレートにおける前記スリットの先端同士の間の降伏耐力が小さいことが望ましい。

第２の発明によれば、エネルギー吸収能力および剛性の高い鉄骨部を有する柱の柱脚構造を得ることができる。

また、アンカーボルトの降伏耐力よりもベースプレートにおけるスリットの先端同士の間の降伏耐力が小さければ、アンカーボルトよりもベースプレートを先行させて降伏させることができる。

本発明によれば、柱脚部の剛性を確保しつつ、ベースプレートを降伏しやすくして柱脚部におけるエネルギー吸収能力を大きくし、コンパクトな鉄骨部を有する柱の柱脚構造等を提供することができる。

鉄骨部を有する柱の柱脚構造１を示す側面図。 鉄骨部を有する柱の柱脚構造１のベースプレート３の平面図。 鉄骨部を有する柱の柱脚構造１ａのベースプレート３ａの平面図。 鉄骨部を有する柱の柱脚構造１ｂのベースプレート３ｂの平面図。 鉄骨部を有する柱の柱脚構造１ｃのベースプレート３ｃの平面図。

以下、本発明の実施の形態にかかる鉄骨部を有する柱の柱脚構造１について説明する。図１は、設置された状態の鉄骨部を有する柱の柱脚構造１を示す側面図である。鉄骨部を有する柱の柱脚構造１は、ベースプレート３、アンカーボルト５等から構成される。

ベースプレート３は、板状の部材であり、上面に柱体である鉄骨柱１５が接合される。ベースプレート３の四隅近傍には、貫通孔である孔７が設けられ、複数のアンカーボルト５が、それぞれの孔７に挿通されて、ナット１３によってベースプレート３に固定される。なお、ベースプレート３の形状や、アンカーボルト５の配置および本数、鉄骨部を有する柱は、図示した例には限られない。

アンカーボルト５の下端近傍には、図示を省略した定着部が設けられる。定着部は、例えば貫通孔を有する板状部材であり、アンカーボルト５の下端が定着部の貫通孔に挿通されてナットで固定される。

なお、複数のアンカーボルト５の周囲には、鉛直方向および水平方向に図示を省略した鉄筋が配置される。鉄筋、アンカーボルト５、定着部等は、コンクリート１９によって埋設されて固定される。なお、コンクリート１９とベースプレート３の間には、必要に応じてモルタル１１が充填される。

次に、鉄骨部を有する柱の柱脚構造１の施工方法について説明する。まず、地盤に架台等を設置し、アンカーボルト５の端部に定着部を固定し、アンカーボルト５および定着部を架台上に設置する。

次に、アンカーボルト５の上端部に、アンカーボルト５の設置形態に応じた略矩形の形板を配置して、形板にアンカーボルト５の上部を仮固定する。また、それぞれのアンカーボルト５について、芯出しを行う。

次に、アンカーボルト５の周囲に、鉄筋を組み立てる。鉄筋の設置後、型枠を設置して、アンカーボルト５および鉄筋等に対してコンクリート１９を打設する。コンクリート１９は、形板の下部まで打設される。したがって、コンクリート１９によって、定着部、鉄筋およびアンカーボルト５の一部が埋設される。

コンクリート１９の打設後、形板を外して、コンクリート１９の上部に露出するアンカーボルト５にベースプレート３（鉄骨部を有する柱１５）を固定する。また、ベースプレート３とコンクリート１９との隙間には、モルタル１１を注入する。モルタル１１が固化すると、鉄骨部を有する柱の柱脚構造１の施工が完了する。

次に、ベースプレート３の詳細について説明する。図２は、鉄骨部を有する柱の柱脚構造１のベースプレート３の平面図であり、図１のＡ−Ａ線断面図である。ベースプレート３は略矩形であり、前述したように、四隅近傍には貫通孔が形成される。貫通孔には、アンカーボルト５が挿通される。

ベースプレート３の略中央には、例えば角形鋼管である鉄骨部を有する柱１５の下端が接合される。アンカーボルト５（孔７）は、鉄骨部を有する柱１５の外部に配置される。

アンカーボルト５（孔７）の近傍には、スリット９が設けられる。すなわち、ベースプレート３の四隅近傍には、スリット９が設けられる。なお、本発明のスリット９は、図示したように略矩形の切れ込みのみではなく、半円、長円、三角形などの他の形状の切れ込みも含むものである。

スリット９は、ベースプレート３の平面視において、それぞれの辺に二か所ずつ設けられ、外側面から所定の長さ（鉄骨部を有する柱１５との接合部にかからない位置の近傍まで）で直線状に形成される。それぞれの角部近傍において、隣り合う各辺の一対のスリット９は、互いに略直交する。また、スリット９は、ベースプレート３の中心に対して、略対称に形成される。

それぞれの角部に形成される一対のスリット９は、それぞれのアンカーボルト５（孔７）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一対のスリット９によって、アンカーボルト５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５は、隣り合う辺のそれぞれのスリット９（スリット９およびスリット９の先端を結ぶ仮想線）で囲まれる領域内に配置される。

このように、アンカーボルト５が、異なる方向に設けられる少なくとも２方向のスリット９の間に配置されることで、アンカーボルト５で固定されるベースプレート３に、降伏容易部が（例えば図中Ｂ）が形成される。降伏容易部は、鉄骨部を有する柱１５に外力が生じた際にベースプレート３が優先的に降伏する部位である。図示した例では、四隅のそれぞれの一対のアンカーボルト５に対して、それぞれ降伏容易部が形成される。

なお、スリット９の先端同士を結ぶ降伏容易部は、スリット９がないとした際に、鉄骨部を有する柱１５に外力が生じた際にベースプレート３に付与される応力の集中部近傍の位置と一致する。すなわち、鉄骨部を有する柱１５に外力が生じた際に、ベースプレート３の最も応力がかかる部位の近傍に降伏容易部（スリット９先端）が形成される。

このように、降伏容易部が形成されることで、鉄骨部を有する柱１５に外力が生じた際に、当該部位が降伏し、エネルギーを吸収することができる。また、降伏容易部を形成することで、ベースプレート３の厚みを厚くしても、局所的にベースプレート３を降伏させることができる。

ここで、ベースプレート３が降伏する場合において、降伏部位（最も応力の高くなる部位）の断面係数（厚み×厚み×幅÷６）が同じであれば、厚みが厚い方が柱脚下部構造の剛性が高くなる。また、スリット９がない場合には、降伏部位の幅は、二つの辺を略４５°の角度で結ぶ直線長さとなる。このため、スリット９を設けることで、スリットがない場合と比較して、スリット９の長さ分だけ降伏部位の幅を狭くすることができる。したがって、降伏部位の断面係数を同一とすれば、スリット９がない場合に対し、スリット９を形成することで、ベースプレート３をより厚くすることができる。

また、ベースプレートの降伏部位に対して生じる応力は、外力によって生じる曲げモーメントを断面係数で除したものとなる。このため、断面係数が変わらなければ、外力に対してベースプレート３に付与される応力は同一となり、降伏応力を超えると、ベースプレート３は塑性変形を開始する。このため、スリット９を設けることで、エネルギー吸収（降伏）のためにベースプレート３の厚みを薄くする必要がなく、このため、ベースプレート３（鉄骨部を有する柱の柱脚構造１）の剛性を高くすることができる。

ここで、アンカーボルト５の降伏力よりもベースプレート３におけるスリット９の先端同士の間の降伏耐力が小さいことが望ましい。すなわち、鉄骨部を有する柱１５に外力が生じた際に、アンカーボルト５が降伏して塑性変形を開始するのに先行して、ベースプレート３が塑性変形を開始して、エネルギーを吸収することが望ましい。このようにすることで、より大きなエネルギーを吸収することができる。

以上、本実施の形態によれば、ベースプレート３の厚みを厚くして、ベースプレート３の剛性を高めても、スリット９によって降伏容易部が形成されるため、外力によってベースプレート３を降伏させてエネルギーを吸収することができる。

また、スリットがない場合と比較して、同等の剛性を確保するために、ベースプレート３のサイズを大きくする必要がない。

また、アンカーボルト５で固定される孔７が、ベースプレート３の四隅近傍に形成され、アンカーボルト５（孔７）を囲むようにスリット９を設けることで、鉄骨部を有する柱１５とスリット９とが干渉することがなく、スリット９等のレイアウト自由度が高い。

以下、その他の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、鉄骨部を有する柱の柱脚構造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。

図３は、鉄骨部を有する柱の柱脚構造１ａを示す図である。鉄骨部を有する柱の柱脚構造１ａは、鉄骨部を有する柱の柱脚構造１と略同様の構成であるが、ベースプレート３ａが用いられる点で異なる。ベースプレート３ａは、ベースプレート３と異なり、略矩形の４隅に、一か所ずつアンカーボルト５（孔７）が設けられる。

この場合でも、それぞれの角部に形成される一対のスリット９は、それぞれのアンカーボルト５を囲むように形成される。このように、アンカーボルト５は、ベースプレート３ａの四隅近傍に配置されれば、本数は限定されない。

また、図４は、鉄骨部を有する柱の柱脚構造１ｂを示す図である。鉄骨部を有する柱の柱脚構造１ｂは、鉄骨部を有する柱の柱脚構造１と略同様の構成であるが、ベースプレート３ｂが用いられる点で異なる。ベースプレート３ｂは、ベースプレート３と異なり、それぞれの辺に対して、スリット９が垂直に設けられない。すなわち、それぞれの角部に形成される一対のスリット９が、互いに垂直な向きに形成されない。

ベースプレート３ｂは、それぞれの角部における一対のスリット９同士が、互いに向き合う方向に傾いて形成される。したがって、スリット９の延長線における交差角度は鈍角、または一対のスリット９が同一直線上に配置される。

この場合でも、それぞれの角部に形成される一対のスリット９は、それぞれのアンカーボルト５を囲むように形成される。このように、スリット９の向きは互いに垂直な向きでなくてもよい。

また、図５は、鉄骨部を有する柱の柱脚構造１ｃを示す図である。鉄骨部を有する柱の柱脚構造１ｃは、鉄骨部を有する柱の柱脚構造１と略同様の構成であるが、ベースプレート３ｃが用いられる点で異なる。ベースプレート３ｃは、ベースプレート３と異なり、それぞれの角部に形成される一対のスリット９が、直線状ではなく、屈曲して形成される。

図示した例では、スリット９は、各辺に対して垂直な向きに所定の長さ形成され、先端部近傍が、隣り合う他の辺の方向に向けて屈曲する。

この場合でも、それぞれの角部に形成される一対のスリット９は、それぞれのアンカーボルト５を囲むように形成される。このように、スリット９は、直線状に形成されるのではなく、屈曲または湾曲してもよい。

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。

例えば、鉄骨部を有する柱１５は、断面が略矩形のものに限られず、円形であってもよく、または、Ｈ型であってもよい。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ………鉄骨部を有する柱の柱脚構造
３、３ａ、３ｂ、３ｃ………ベースプレート
５………アンカーボルト
７………孔
９………スリット
１１………モルタル
１３………ナット
１５………鉄骨部を有する柱
１９………コンクリート

Claims (5)

1. 鉄骨部を有する柱が接合される略矩形状のベースプレートであって、
   四隅近傍に設けられたアンカーボルトが挿通される孔と、
   前記孔の近傍であって、外側面から形成される一対のスリットと、
   を具備し、
   前記一対のスリットは、隣り合う辺のそれぞれの外側面から、互いに略直交する方向、または略直交より前記一対のスリットの先端同士が互いに向き合う方に傾いた方向に形成されることを特徴とするベースプレート。
2. 前記スリットは、各スリットが設けられる前記ベースプレートの各辺に対して、略垂直方向に形成されていることを特徴とする請求項１記載のベースプレート。
3. 前記スリットの先端部近傍が、隣り合う他の辺の方向に向けて屈曲していることを特徴とする請求項２記載のベースプレート。
4. 鉄骨部を有する柱の下部構造であって、
   鉄骨部を有する柱と、
   前記鉄骨部を有する柱の下端に接合されるベースプレートと、
   を具備し、
   前記ベースプレートの四隅近傍には、アンカーボルトが挿通される孔が設けられ、前記孔の近傍には、外側面から一対のスリットが形成され、前記アンカーボルトが前記ベースプレートに固定され、
   前記一対のスリットは、隣り合う辺のそれぞれの外側面から、互いに略直交する方向、または略直交より前記一対のスリットの先端同士が互いに向き合う方に傾いた方向に形成されることを特徴とする鉄骨部を有する柱の柱脚構造。
5. 前記アンカーボルトの降伏力よりも前記ベースプレートにおける前記スリットの先端同士の間の降伏耐力が小さいことを特徴とする請求項４記載の鉄骨部を有する柱の柱脚構造。

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