JP7194405B1 - 露出型柱脚の定着構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨造建物の隅柱あるいは側柱となる鉄骨柱に適用したときに効果的な露出型柱脚の定着構造を提供する。【解決手段】鉄骨柱１の下端に固着されたベースプレート２の下面と基礎コンクリート３の上面との間に、平板状に固化した充填モルタル６を介在させ、ベースプレート２を貫通する複数のアンカーボルト７をナット９で締め付けた露出型柱脚の定着構造において、ベースプレート２の外周面に形成したネジ孔２ａに、雄ネジ部５ａを端部に備える水平アンカー材５を螺合した後、基礎コンクリート３の上面に被覆コンクリート４を水平アンカー材５が被覆コンクリートに定着するのに十分な高さまで積層する。建物の外側に向けたせん断力が作用したときには、せん断力とは反対の方向に設けられている水平アンカー材５がせん断力に抵抗する。被覆コンクリートの支圧によるせん断抵抗と併せて、各柱に作用するせん断力に抵抗する構造とすることができる。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨造の建物に設置される露出型柱脚に係り、特に、建物の隅柱あるいは側柱となる鉄骨柱に適用したときに効果的な露出型柱脚の定着構造に関するものである。

鉄骨建築物（建物）の柱脚は、複数本のアンカーボルトによって基礎構造物（基礎コンクリート）と緊結接合されているが、柱脚には地震や風によりせん断力が生じる。斯かる柱脚は、露出型柱脚、埋込型柱脚及び根巻型柱脚に大別される。埋込型柱脚と根巻型柱脚に関しては、特別な措置がなくても柱脚周りのコンクリートにせん断力が伝達されるが、露出型柱脚では、せん断力を伝達させるために何らかの措置が必要となる。

露出型柱脚において、地震等で生じるせん断力は、図７（ａ）～（ｃ）にそれぞれ対応する以下の機構（ａ）～（ｃ）により処理（伝達）されるのが一般的である。
（ａ）ベースプレート底面の摩擦
ベースプレート底面（ベースプレート２と充填モルタル６の接触面）での摩擦は、露出型柱脚におけるせん断力伝達機構の基本である。この摩擦力Ｑｆでせん断力Ｑに抵抗できる場合は問題ないが、応力状態によっては摩擦力が不足することがあり、この場合には別の方法で設計を行うことになる。
（ｂ）アンカーボルトのせん断耐力
アンカーボルト７のせん断耐力Ｑａは、柱脚に必須の構造部材として確保されているが、ベースプレート２のボルト挿通孔が過大に形成されていることにより、一般的な施工精度ではアンカーボルト周囲の隙間が大きくなるので、せん断力伝達のための措置が別途必要となる。
（ｃ）柱脚周りのコンクリートによる支圧
コンクリートによる支圧は、被覆コンクリートに埋め込まれたベースプレート２と鉄骨柱１の側面の支圧抵抗によるせん断耐力である。一般的な建築ではアンカーボルト７を隠すために、スラブコンクリート等のコンクリート層４（以下、「被覆コンクリート」という。）で完全に埋没した状態になることが多く、その支圧力をせん断耐力として利用するものである。基礎コンクリート３上に積層される被覆コンクリート４が、せん断力Ｑに対して抵抗できる構造となっていることが重要である。

図７は、上記（ａ）～（ｃ）の各伝達機構において、せん断力Ｑに対する抵抗状態を示した説明図である。(ａ) ベースプレート底面の摩擦と、（ｂ）アンカーボルトのせん断耐力は、いずれも露出型柱脚では代表的な手段である。然るに、あまり指摘されてはいないが、それぞれ次のような問題点が想定される。

すなわち、（ａ）の機構で使用する充填モルタル６は、建築基準法での指定建築材料ではないため、構造上で重要な箇所に使用することができないとの解釈がある。また、（ｂ）の機構ではアンカーボルト７とベースプレート２のボルト挿通孔のクリアランス部分には曲げ変形に伴う曲げモーメントが生じ、その曲げモーメントによりせん断耐力の低下が生じる。また、建築の構造設計においては、アンカーボルト、鉄筋のような線材にせん断力を負担させることは少ない。

これに対して（ｃ）の機構は、せん断力Ｑをコンクリートの支圧力Ｑｐで直接受けることから、鉄筋コンクリート造の設計思想に適っている。意匠上の観点から、一般的にスラブコンクリートを兼ねた被覆コンクリート４でアンカーボルト７を覆うことがよく行われている。この場合、被覆コンクリート４は、アンカーボルト７の上部に螺合しているナット９の戻り止め機能があり、ダブルナットに代えてシングルナットにできる利点がある。ところが、上記被覆コンクリート４による支圧機構では、図８の伏せ図に示した建物の隅柱Ａと側柱Ｂに対応する柱脚において、建物の外側方向にせん断力Ｑが働いたとき、図７（ｃ）に示すように建物の外側に被覆コンクリート４の広がりがないため、せん断力Ｑに抵抗できないという問題があった。なお、斯かる問題は上記のような建物の隅柱Ａと側柱Ｂとなる外柱に限らず、図に例示したエレベーターピット近くの中柱Ｃでも柱の一面側（図では中柱Ｃの左側）に被覆コンクリート４の広がりが存在しないことから、同様な問題が生じる。

上記（ｃ）の伝達機構に関連し、露出型柱脚の上部を被覆コンクリートで覆うことによって柱脚全体を補強する従来技術として、特許文献１，２に記載のものが知られている。特許文献１に記載の鉄骨柱脚は、基礎柱形の鉄筋コンクリートの外形寸法よりも大きく設定した鉄筋コンクリートを、鉄骨柱下端部とベースプレートとアンカーボルトの突出部分を取り囲むように設け、この鉄筋コンクリートよりも下方の柱脚部分を基礎コンクリート（地中はりの鉄筋コンクリート）中に埋設させた形式とすることにより、建物に作用するせん断力に抵抗するせん断耐力を増強したものである。しかしながら、図面からも明らかなように、鉄骨柱下端部を囲む鉄筋コンクリートが、基礎コンクリート（地中はりの鉄筋コンクリート）の側面に対して外側に大きく突出することから、この鉄骨柱脚は、建物の外壁が鉄骨柱の近くに設置される隅柱や側柱への適用には不向きである。

特許文献２に記載の柱脚構造は、露出型柱脚において、ベースプレート上面からのアンカーボルトの突出長を通常よりも長く設定し、その突出した余長部分に対して、全てのアンカーボルトを囲むように略矩形状に屈曲した鉄筋（水平力負担部材）を取り付け、さらにアンカーボルトの突出部と、前記鉄筋（水平力負担部材）が埋没する高さまで被覆コンクリート（第２コンクリート）を基礎コンクリート（第１コンクリート）上に積層した構成である。この構成によれば、柱脚の側面方向に被覆コンクリートを突出させることなくせん断耐力を増強できるが、この場合には、通常よりも長いアンカーボルトが必要になると共に、鉄筋からなる水平力負担部材の取付作業も必要になるなど、部材コストや作業コストの点で改善の余地がある。

特許第２７１０７３７号公報（図６～１０、段落番号００１１～００１４参照） 特許第５４６４６８９号公報（図１～５、段落番号００１７～００３６参照）

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、鉄骨造建物の隅柱あるいは側柱となる鉄骨柱に適用したときに効果的な露出型柱脚の定着構造の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明では、建物を支持する基礎コンクリート中に下部が埋設された複数のアンカーボルトに対して、該アンカーボルトの挿通孔を周辺部に備えて鉄骨柱の下端に固着されるベースプレートを、基礎コンクリートの上面に間隔を空けて載置し、アンカーボルトの上部に螺合するナットの締付けにより固定した状態で、基礎コンクリートの上面とベースプレートの下面との間にモルタル材を注入し、固化した充填モルタル層を介して鉄骨柱を基礎コンクリートに定着した後、基礎コンクリートの上面に少なくともベースプレートが埋没するように被覆コンクリートを積層した露出型柱脚の定着構造において、被覆コンクリートの水平方向への広がりが、少なくとも一方向に形成されない設置場所に位置する鉄骨柱の下端に固着されているベースプレートに、被覆コンクリートの水平方向への広がりが形成されない方向とは反対の方向に向けて水平アンカー材を接合し、被覆コンクリートに埋設する、という構成を採用した点に特徴がある。なお、本発明における水平アンカー材とは、水平方向に配置されるアンカー材であって、例えば端部に雄ネジ部を形成した異形鉄筋やネジ節鉄筋などが好適に使用される。また、水平アンカー材は、被覆コンクリートの中で十分に付着力が確保できる高さにある必要がある。

上記構成によれば、例えば被覆コンクリートの水平方向への広がりが二方向に形成されない建物の隅柱、あるいは一方向に形成されない側柱など、被覆コンクリートの水平方向への広がりが少なくとも一方向に形成されない設置場所に位置する鉄骨柱下端のベースプレートには、建物の外側とは反対の方向にアンカー材が水平状態で接合し、被覆コンクリートに埋設されているので、建物の隅柱や側柱の柱脚に対して、地震等により建物の外側に向けたせん断力が作用したとき、当該せん断力に対して反対方向に延在するアンカー材の定着力で抵抗することになる。これにより、柱脚上部の被覆コンクリートが建物の外側に向けて広がっていない状態でもせん断抵抗力が得られる。

本発明では、上記構成において、水平アンカー材が端部に雄ネジ部を備え、その雄ネジ部を介してベースプレートの外周面に穿設したネジ孔に螺着される構成（請求項２）、あるいは前記ネジ孔に代えてベースプレートに接合したネジ孔金具に螺着される構成（請求項３）、さらにベースプレートに接合した孔付きプレートを貫通してナットで螺着する構成（請求項４）としてもよく、種々の部材・手段を用いることにより、水平アンカー材をベースプレートの特定箇所に対して水平状態に接合することができる。

本発明では、上記構成を採用することにより、以下の効果が得られる。
（１）地震等により建物の柱脚にせん断力が作用したとき、鉄骨柱下端のベースプレートに接合されているせん断力と反対方向の水平アンカー材がそのせん断力に抵抗するので、柱脚上部の被覆コンクリートが建物の外側に向けて広がっていない建物の隅柱や側柱などに対しても、被覆コンクリートによるせん断抵抗力が得られる。
（２）水平アンカー材として端部に雄ネジ部を形成した異形鉄筋やネジ節鉄筋などを使用し、ベースプレート側に設けたネジ部に螺着する構成とした場合には、施工現場での水平アンカー材の取付けが容易であり、鉄筋をベースプレートに溶接する等の他の方法に比べて、部材コスト及び作業コストの低減に大きく寄与する。
（３）施工現場で水平アンカー材を螺着する構成とした場合には、下端にベースプレートが固着された状態の鉄骨柱を施工現場まで運搬する際に、水平アンカー材が邪魔にならないので運搬作業が阻害されることがなく、また鉄骨柱を立設した後に水平アンカー材を取り付けるので、鉄骨柱の建て方作業も同様に阻害されない。

本発明に係る露出型柱脚の定着構造を示す断面図である。 被覆コンクリートを積層する前の段階で水平アンカー材の接合状態を示す斜視図である。 本発明の第２実施例に係る露出型柱脚の定着構造を示す断面図である。 本発明の第３実施例に係る露出型柱脚の定着構造を示す断面図である。 本発明の第４実施例に係る露出型柱脚の定着構造を示す断面図である。 本発明の第５実施例に係る露出型柱脚の定着構造を示す断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、露出型柱脚の定着構造におけるせん断力の伝達機構を示す説明図である。 被覆コンクリートが建物の外側に向けて広がっていない隅柱や側柱などにおいて、せん断力に対応できない方向を示した説明図である。

以下、本発明の実施形態について、実施例に関わる図面を参照しながら詳細に説明するが、いずれも建物の隅柱あるいは側柱など、建物の外側に位置する鉄骨柱に適用される柱脚を対象としている。なお、前記のような建物の外柱に限らず、被覆コンクリートが少なくとも一方向に形成されない設置条件の中柱にも適用は可能である。

図１は、露出型柱脚の定着構造に係る第１実施例であって、その要部を示す断面図である。本発明に係る露出型柱脚の定着構造とは、鉄骨柱１がベースプレート２を介して固定された状態の基礎コンクリート３の上面に、鉄骨柱１の下端部を包囲するように被覆コンクリート４を積層し、この被覆コンクリート４の内部に異形鉄筋からなる水平アンカー材５を、ベースプレート２に接合した状態で、建物の外側（図１では鉄骨柱１の右側）とは反対の方向に向けて埋設した構成である。水平アンカー材５は、異形鉄筋の端部に雄ネジ部５ａを形成したもので、建物の外側（図示せず）から見て鉄骨柱１の背面側に位置するベースプレート２の外周面（側面）に穿設したネジ孔２ａに螺合し、基礎コンクリート３及び被覆コンクリート４に対して平行となるように水平状態に設置されている。なお、端部に雄ネジ部を形成した異形鉄筋に代えてネジ節鉄筋や全ネジボルトなどの使用も可能である。

さらに、上記定着構造では鉄骨柱１の下端に固着されたベースプレート２の下面と基礎コンクリート３の上面との間に、平板状に固化した充填モルタル６（無収縮モルタル）が設けられるとともに、ベースプレート２の周辺部に形成された挿通孔（過大孔）２ｂを貫通する複数のアンカーボルト７の上端部に座金８が挿通され、これらを２個のナット９，９（シングルナットでもよい。）で締め付けている。被覆コンクリート４は、アンカーボルト７の上端位置をやや超えた高さ（厚さ）で設けられている。

上記構成によれば、地震等により建物にせん断力Ｑが作用したとき、鉄骨柱１の下端のベースプレート２に設けられている水平アンカー材５が、その付着力Ｔでせん断力Ｑに抵抗するので、柱脚上部の被覆コンクリート４が建物の外側に向けて広がっていない状態でも十分なせん断抵抗力が得られる。なお、後述する他の実施例も同様であるが、水平アンカー材５の反対側の端部に雄ネジ部を形成し、別途定着板を設けることで水平アンカー材５の定着力を増強することも可能である。

図２は、鉄骨柱１の建て入れが完了し、ベースプレート２の下面に平板状の充填モルタル６が形成された後、水平アンカー材５の雄ネジ部５ａをベースプレート２のネジ孔２ａに螺合することにより、その外周面（側面）に接合した状態を示す斜視図である。すなわち、被覆コンクリート４を積層する前の状態を示すものである。この実施例１は、建物の外隅部に位置する鉄骨柱１に適用した場合であり、建物の一方の面に対して、鉄骨柱１を挟んで反対方向に２本の水平アンカー材５Ａ，５Ａを接合すると共に、一方の面とは直角の位置関係にある他方の面に対して、同じように鉄骨柱１を挟んで反対方向に２本の水平アンカー材５Ｂ，５Ｂを接合している。この後、基礎コンクリート３の上面に適宜方法で被覆コンクリート４をアンカーボルト７の上端を越える高さまで打設して水平アンカー材５Ａ，５Ａ，５Ｂ，５Ｂ、ベースプレート２及びアンカーボルト７を埋設する。

被覆コンクリート４の高さ（厚さ）は、ベースプレート２が少しでも埋没すれば、計算上支圧によるせん断耐力は得られるが、柱脚に生じるせん断力を処理するには、ある程度柱部分の支圧が必要になるので、実施例のようにアンカーボルト７の上部が完全に埋没しないまでも、それに近い高さまで積層することが好ましい。また、水平アンカー５Ａ，５Ａ，５Ｂ，５Ｂに対する被覆コンクリート４の必要条件は、定着がとれることであり、被覆コンクリート４と同じかぶり厚が確保できればよい。

図３～６は、それぞれ本発明に係る露出型柱脚の定着構造であって、水平アンカー材の接合形態が異なる実施例である。なお、前記第１実施例と重複する部分については、同一符号で示し説明を省略する。図３に示す第２実施例では、長ナット２０（ネジ孔金具）がその端面でベースプレート２の外周面に溶接され、水平アンカー材５は、長ナット２０のネジ孔（図示せず）と雄ネジ部５ａの螺合により接合されている。図４に示す第３実施例では長ナット２０がベースプレート２の上面に溶接され、さらに図５に示す第４実施例では長ナット２０がベースプレート２の下面に溶接されている。そして、図６に示す第５実施例では、ベースプレート２の外周面に孔付きプレート２１を起立状態で溶接し、孔付きプレート２１の貫通孔２１ａに水平アンカー材５を挿通し、反対側のナット９，９で固定している。これら第２実施例ないし第５実施例では、第１実施例に比べて、ネジ孔の穿設に伴うベースプレート２の断面欠損がないという利点がある。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、水平アンカー材の種類や使用本数、柱脚構造など、本発明の技術思想内でさまざまな変更実施が可能である。

本発明に係る露出型柱脚の定着構造は、鉄骨造の柱脚部、特に建物の隅柱あるいは側柱に位置する鉄骨柱に使用された場合に経済性の面からその優位性が発揮され、さらなる展開が期待される。

１…鉄骨柱、２…ベースプレート、２ａ…ネジ孔、２ｂ…挿通孔、２ｃ…注入孔、３…基礎コンクリート、４…被覆コンクリート、５，５Ａ，５Ｂ…水平アンカー材、６…充填モルタル、７…アンカーボルト、８…座金、８ａ…空気抜き溝、９…ナット、１０…テンプレート、１１…レベルモルタル、１２…型枠材、１３…グラウト充填用ロート、２０…ネジ孔金具（長ナット）、２１…孔付きプレート

Claims (4)

1. 基礎コンクリート中に下部が埋設された複数のアンカーボルトに対して、該アンカーボルトの挿通孔を周辺部に備えて鉄骨柱の下端に固着されるベースプレートを、前記基礎コンクリートの上面に間隔を空けて載置し、前記アンカーボルトの上部に螺合するナットの締付けにより固定した状態で、前記基礎コンクリートの上面と前記ベースプレートの下面との間にモルタル材を注入し、固化した充填モルタルを介して前記鉄骨柱を前記基礎コンクリートに定着した後、該基礎コンクリートの上面に少なくとも前記ベースプレートが埋没するように被覆コンクリートを積層した露出型柱脚の定着構造であって、前記被覆コンクリートの水平方向への広がりが、少なくとも一方向に形成されない設置場所に位置する前記鉄骨柱の下端に固着されている前記ベースプレートに、前記被覆コンクリートの水平方向への広がりが形成されない方向とは反対の方向に向けて水平アンカー材を接合し、該被覆コンクリートに埋設したことを特徴とする露出型柱脚の定着構造。
2. 前記水平アンカー材が端部に雄ネジ部を備え、前記ベースプレートの外周面に穿設したネジ孔に螺着されている請求項１に記載の露出型柱脚の定着構造。
3. 前記水平アンカー材が端部に雄ネジ部を備え、前記ベースプレートに接合したネジ孔金具に螺着されている請求項１に記載の露出型柱脚の定着構造。
   
4. 前記水平アンカー材が端部に雄ネジ部を備え、前記ベースプレートに接合した孔付きプレートを貫通してナットで螺着されている請求項１に記載の露出型柱脚の定着構造。

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