JPH08184061A - 鉄骨柱の柱脚金物 - Google Patents

鉄骨柱の柱脚金物

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JPH08184061A
JPH08184061A JP6325763A JP32576394A JPH08184061A JP H08184061 A JPH08184061 A JP H08184061A JP 6325763 A JP6325763 A JP 6325763A JP 32576394 A JP32576394 A JP 32576394A JP H08184061 A JPH08184061 A JP H08184061A
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JP6325763A
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Shogo Matsumura
昭吾 松村
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Nippon Steel Metal Products Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄骨柱をコンクリート基礎の上に締結するた
めに使用される柱脚金物を提供する。 【構成】 各アンカーボルトを通す複数のボルト孔を設
けられた鋼板製の底板と、鉄骨柱の横断面に準ずる平面
形状の柱支持部、及び該柱支持部の外周部に突設され前
記底板の各ボルト孔と一致する位置にボルト孔が設けら
れたアンカーボルト支持部から成る鋳鋼製の柱支承部材
との2個の部材で構成されている。 【効果】 柱支承部材と底板との2個の部材で構成され
ているから、各部材は要求される機能を分担して柱脚金
物の働きを達成する。柱支承部材の種類を少なくして生
産の集約化をしても、底板の選択、組み合わせを変える
ことによって、存在応力に対して無駄を少なくした経済
設計を実現可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、土木建築構造物の露
出型固定柱脚部を構成するに際し、鉄骨柱をコンクリー
ト基礎の上に締結するために使用される柱脚金物に関す
る。
【0002】
【従来の技術】現在、鉄骨柱をコンクリート基礎の上に
締結する柱脚金物としては、例えば特公昭56−304
25号、特公平2−14496号公報にそれぞれ記載さ
れているように、アンカーボルト台座を含む柱支承部と
底板部とを一体物として鋳造した柱脚金物が開示され実
用に供されている。
【0003】
【本発明が解決しようとする課題】従来技術には以下の
様な問題点があるため、コストの低減をはかり難い難点
がある。即ち、従来の上記柱脚金物は通常は一品ずつ生
産される上に、通常の鋳造又は鍜造で形成したままでは
表面の局部的な凹凸や歪み、その他の変形が存在し製品
としては直ちに使用できず、柱支承部の上面及び底板部
下面に全面切削等の仕上げ加工を施し、所定の寸法精度
や粗面粗度を確保する必要があった。従って、前記仕上
げ加工の時間が多大に必要であり、加工コストの増加は
避けられない。また、突出している柱支承部の存在が製
品重量を著しく増大させると共に、製品形状を複雑にす
るので、取扱い、運搬等の煩雑さが増し、梱包、運搬コ
ストの増大を招いている。
【0004】次に、特開平2−256739号公報に開
示された柱脚金物は、鋳造後の仕上げ加工の切削面積を
減縮する構成に改良しているが、依然として柱支承部が
突出しており、基本的に切削加工が必要なことに変わり
がなく、さほどのコストダウン効果を期待できない。更
に、特開平2−256740号公報に開示された柱脚金
物は、柱支承部を突出させない構成で上記問題の解決を
試みているが、当該柱脚部の原理は突出部を設けること
により剛性を確保すると共に、鉄骨造柱の下端との突き
合わせ溶接により底板部が溶接歪みを起こすことを避け
る狙いがあるから、当該発明の構成では剛性の確保、溶
接歪みの回避の面での性能低下は否めない。また、取扱
いや輸送、運搬の面から見れば、突出部が無くなったも
のの、底面側が均一な平面ではないので問題点が全面的
に改善されたとは言いがたい。
【0005】以上のことから製作面の特質により、大幅
なコストダウンは望めず、近年高まっている安価な柱脚
金物の出現に対する要請に充分応える事が出来ない状況
である。次に、安い柱脚金物を提供する妨げになってい
るもう一つの要因について言及する。一般に柱脚部に発
生する諸応力(曲げモーメント、軸力、せん断力)の大
きさ及びその組合せは、建物固有のものである。部材の
材料面の経済性の観点からは、上記建物固有の応力に過
不足なく対応した部材(各部寸法、形状)が最も無駄の
ないものとなるのが当然である。しかし、現実に鋳造等
で柱脚金物を生産し供給するとなると、金型の設計・製
作、その保管管理、生産性、製品の梱包、発送、在庫管
理等の面から見て出来るだけ種類数が少ない方が直接製
造コスト、金型等の設備費、輸送コスト、管理コスト
(在庫管理費、出庫管理費等)から見て有利である。こ
の二点のバランスによりコストが左右される。従来品は
形状と製造法の特性により、応力に最適な金物を提供し
ようとすると種類数が増え、種類を集約して減らそうと
すると、必然的に想定される最大応力に見合った部材寸
法となり、存在応力に過不足なく対応したものとはなり
難い。その結果、場合によっては強度的にかなり余裕の
ある、過大な柱脚金物とならざるを得なかった。上記い
ずれの要因も製品コスト低減にとって障害となり、その
限界をもたらしていた。
【0006】本発明の目的は上記二点の問題点を解決し
ようとするものである。即ち、柱下端部の突き合せ溶接
に起因する溶接歪みの問題を完全に解決しつつ、生産性
に優れ、その上コスト削減の障害であった切削仕上げ工
程を一切必要とせず、それを排除し得る構成としたこと
により、従来品に比べて大幅なコストダウンを達成する
と共に部材種類を増やすことなく、応力への対応を従来
品に比較してより無駄なく行えるようにすることによ
り、種類数を必要最小限にでき、それによって金型費及
び在庫管理費等の直接費以外のコストも低減し得て結果
として全体コストの大幅な低減を図れる鉄骨柱の柱脚金
物を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として、請求項1の発明は、基礎コンクリート
とその上に建てられる鉄骨柱とを締結する柱脚金物にお
いて、基礎コンクリート中に埋設され同基礎コンクリー
トの上端面に突き出された各アンカーボルトを通す複数
のボルト孔を設けられた鋼板製の底板と、鉄骨柱の横断
面に準ずる平面形状の柱支持部、及び該柱支持部の外周
部に突設され前記底板の各ボルト孔と一致する位置にボ
ルト孔が設けられたアンカーボルト支持部から成る鋳鋼
製の柱支承部材との2個の部材で構成されていることを
特徴とする。
【0008】請求項1の発明における柱支承部材の横断
面形状は、その軸線方向に同一断面形状が連続する均等
断面の構成であることを特徴とする。請求項1又は2の
発明における柱支承部材は、所要長さに鋳造された均等
断面の鋳鋼製品を軸線と直角方向に必要な厚さに切断し
て形成されていることを特徴とする。
【0009】
【作用】まず、柱脚金物の働きについて略述する。一般
に鉄骨柱の柱脚に生ずる応力は、図10に示したよう
に、下向きの軸方向圧縮力Nと曲げモーメントM及びせ
ん断力Qである。柱脚金物(ベースプレート)は、基礎
コンクリートの上面から上向きの反力を受ける。基礎コ
ンクリートの反力の作用状態は前記の外力M、N、Qの
組合せにより図11A、B、Cのように種々変化する。
図11Aは鉄骨柱に作用する曲げモーメント(M=N×
e,eは柱の中心からの圧縮力Nの偏位量)が小さく、
コンクリート基礎の反力は比較的平均した分布になって
いる。左端のアンカーボルトに対して引き抜き力Tは生
じない状態である。図11Bは曲げモーメントが大きく
作用し、その結果大きな偏芯圧縮力(N×e)が作用
し、基礎コンクリートの反力は三角形状に偏った分布状
態になっているが、まだ左端のアンカーボルトに引抜力
は発生していない状態を示す。図11Cは曲げモーメン
トが大きいため圧縮力Nの偏位量eがさらに拡大して、
コンクリート基礎の反力は柱の右側部分に極端に偏って
分布し、左端のアンカーボルトに大きな引き抜き力Tが
発生した状態を示している。柱脚部の設計はこの状態を
想定してなされるのが一般的である。図11Cの場合に
は前記アンカーボルトの引き抜き力Tにより柱脚金物に
は左端のボルト孔近傍に大きな力が作用すると共に大き
な面外曲げ応力が発生する。従って、柱脚金物は、上述
した各種の応力に対して十分安全な状態で抵抗出来るよ
うその形体と大きさ(広さ、厚さ)が決定される。具体
的には、基礎コンクリートの反力(応力)が同コンクリ
ートの許容応力度以下となるように広い面積で接触して
圧縮応力を緩やかに伝達する機能と、前記引き抜き力T
による面外曲げ応力に対して十分な強度、剛性をもって
抵抗出来る機能の2機能が要求される。
【0010】本発明によれば、鉄骨柱は、基礎コンクリ
ート上に、底板と柱支承部材との2部材で構成される柱
脚金物により、同2部材のボルト孔に通したアンカーボ
ルトにより締結して固定される。柱支承部材は、鉄骨柱
下端と完全突き合わせ溶接され、アンカーボルト引き抜
き力に起因して発生する面外曲げ応力に抵抗する。底板
は鉄骨柱の圧縮応力を広い面積に分散して基礎コンクリ
ートの圧縮許容応力度以下になるようにコンクリート基
礎面へゆるやかに伝達する。
【0011】本発明は柱支承部材と底板の二部材から構
成されているのが特徴であり、それによりさらに以下の
ような、作用上の長所が付加される。即ち、柱支承部材
の形状が同一でも、これと組合せる底板の大きさを変え
ることにより柱脚部の耐力をかなり変化させることが可
能となる。図9にその耐力差の一例を示した。図9は3
0cm角鋼管柱用の柱支承部材に、50cm角の底板又は5
5cm角の底板をそれぞれ組合せて使用した際の軸力
(N)、モーメント(M)耐力曲線の例で、曲線Pは5
0cm角底板、Sは55cm角底板それぞれの性能を表して
いる。この例示によれば、底板の辺長を10%変化させ
ると15%以上の耐力変化が見られる。このことは鋳造
部品の種類を増やすことなく、底板寸法のみを変化させ
ることにより耐力にバリエーションが得られるので、応
力に出来るだけ見合った底板との組合せの選択が可能で
あることを意味し、形状の種類の集約化による鋳造部品
のコストダウンと共に底板の材料費の低減にも貢献す
る。
【0012】また、柱支承部材は、底板と別体であるか
ら、鉄骨柱の下端を柱支承部材へ突き合わせ溶接する際
に、底板に溶接歪みを発生させることがない。高価では
あるが鋳造に適した形体の柱支承部材のみを鋳鋼の鋳造
製品とし、底板は一般圧延鋼板から切り出した加工製品
としたから、生産コストの引き下げが大巾に可能であ
る。とりわけ、請求項3のように柱支承部材を長い均等
断面の鋳造製品からバンドソー、コールドソーなど一般
性の高い切断機で所要の厚さに切り出して製造する方法
を容易に適用出来るので、一品づつ鋳込む方法に比べて
生産性がはるかに高いものとなる。しかも切断機による
切断面は通常の建築用鉄骨部材に要求される寸法精度、
面の粗度、直角精度等の諸要求を十分満足させるので、
従来のように一品毎の切削仕上げ加工は一切無用であ
り、その分の大巾なコストダウンを期待できる。
【0013】
【実施例】次に、図示した本発明の実施例を説明する。
図1は本発明の第1実施例である柱脚金物を構成する柱
支承部材1と底板2とを示し、図2は両者の組み合わせ
状態を例示している。鉄骨柱は横断面が正方形の角形鋼
管で、その外形寸法が一例として300×300mm、肉
厚が19mmである場合に、柱支承部材1の平面形状は、
前記鉄骨柱の横断面形状に準ずるべく外寸が300mmの
正方形とされている。肉厚は強度要求に従って調整され
るが、鉄骨柱の突き合わせ溶接の際、内側に厚さ9mm程
度の裏当て材を設置することを考慮して、図1の実施例
では30mmの肉厚とされている。かくして柱支承部材1
の本体部分の平面形状は鉄骨柱の横断面形状と略同一の
管状体になっている。この柱支承部材1の四隅位置に
は、直角2方向に突き出るアンカーボルト支持部4が合
計8個、半円形状の丸みを持つ突起として付設されてい
る。各アンカーボルト支持部4には1個づつ30mmのア
ンカーボルトを通すためのボルト孔5が口径36mmの大
きさで貫通されている。こうして柱支承部材1の横断面
形状は、軸線方向に同一断面形が連続する均等断面の構
成であり、高さ寸法は必要な強度、剛性で決定される
が、本実施例では60mmとなっている。この柱支承部材
1は、鋳造された鋳鋼製品である。そこで前記のように
高さ方向に均等断面の柱支承部材1を鋳造するに際して
は、例えば10〜20個分の長さで鋳込み、鋳造後にバ
ンドソー、コールドソーなど一般性の高い切断機で軸線
と直角方向に必要な高さ(長さ)に所謂輪切り状に切断
して製品化する方法を採用すると、寸法精度、切断面の
粗度、直角精度等の製品要求が満たされるとともに、従
来の一品づつ鋳込む方法に比較して量産効果が格別高い
ものとなる。
【0014】次に、底板2の厚さは、その応力に応じて
決められるが、ここでは30mm程度の鋼板(構造用圧延
鋼板)を裁断加工して作られている。この底板2には、
前記柱支承部材1が載置される部位を前提として、同柱
支承部材の各ボルト孔5と一致する同心位置にボルト孔
6が同数設けられている。上記構成の2部品で構成され
る柱脚金物を使用して鉄骨柱3の建て方を行う施工法
は、状況に応じて以下のいずれを採用してもよい。先ず
図3に示した例では鉄骨柱3の下端に柱支承部材1が品
質管理を行い易い工場加工として完全突き合わせ溶接に
より先付けされる。底板2は、基礎コンクリートの上面
に載置し、この底板2の上に鉄骨柱3の建て方とともに
柱支承部材1を載置する方法が実施される。なお、工場
加工として、柱支承部材1のみならず、底板2も鉄骨柱
3の下端に先付けする施工法を採用することもできる。
勿論、鉄骨柱3と柱支承部材1との突き合わせ溶接を現
場で行なう方法を実施することもできる。
【0015】上記のように柱脚金物を使用して鉄骨柱の
建て方を行った柱脚部構造を図4に示した。所要数のア
ンカーボルト7は、前記柱支承部材1及び底板2のボル
ト孔5、6と同一の配置で予め基礎コンクリート中に埋
設し同基礎コンクリート8の上端面に突き出されてい
る。基礎コンクリート8の上端面にレベル調整用のモル
タル9が敷かれ、その上に底板2、柱支承部材1の順に
各々のボルト孔にアンカーボルト7を通しつつ載置して
鉄骨柱3が建てられている。
【0016】地震力等による水平力に起因する柱支承部
1と底板2との接触面間のズレ発生の防止は、以下の方
法で容易に対処出来る。一般に柱脚部において水平力を
基礎コンクリートへ伝達する働きは、ベースプレートと
基礎コンクリート上面との間に発生する柱の鉛直力に起
因する摩擦力により伝達されるとするのが通念である。
その場合、鋼板製のベースプレート底面とコンクリート
又はモルタル間の摩擦係数は0.4とされている。
【0017】本発明の場合、底板と柱支承部材とが別部
品で構成されているので、両部品の接触面において上記
と類似な力の伝達が必要となる。本発明の力の伝達原理
は以下の如くである。前記ベースプレートと基礎コンク
リート上面の場合と全く同一の原理で、柱支承部材と底
板の接触面に発生する柱鉛直力による摩擦力により水平
力が伝達される。その場合、日本建築学会編の「高力ボ
ルト接合設計施工指針」にある如く、両部材の接触面を
鉄骨加工工場でごく一般に行われているショットブラス
ト処理や発錆処理をすれば、容易に摩擦係数0.45の
条件を達成出来る。この摩擦係数0.45は底板と基礎
コンクリートとの接触面における摩擦係数0.4より大
である。従って発生する摩擦力は必要にして充分である
と云える。
【0018】柱支承部材1と底板2とを隅肉溶接等の方
法で接合しても前記水平力の伝達は可能である。また、
ボルト接合その他の機械的方法で接合しても水平力の伝
達が可能である。この場合、通常の柱に発生する水平力
に対しては、軽微な接合で十分用が足りる。そして、前
記のような接合方法を利用すると、柱支承部材1、底板
2及び鉄骨柱3の三者が一体で建設現場に搬入されるの
で、従来と全く変わらない現場施工法を採用出来る。な
お、接合面を発錆させた上で溶接又は機械的方法で接合
してもよい。
【0019】次に、図5〜図8はその他の実施例を示
す。図5は柱支承部材1の四隅にアンカーボルト支持部
4が1個づつ45°方向に設けられた構成の柱脚金物の
実施例を示している。図6に示した柱脚金物の柱柱支承
部材1の基本的構成は上記各実施例と変わらないが、柱
支承部材1の中空部内に補強用の中間壁10が形成され
ている。前記中間壁10は柱支承部材の補強効果だけで
なく、底板2のコンクリート反力による曲げ応力をも軽
減するので、底板を薄く経済的に構成できる効果もあ
る。底板2の構成は上記各実施例と同じである。
【0020】図7は、図5に示した実施例のバリエーシ
ョンとして、中空部内にアンカーボルト支持部4と共通
な対角線方向に補強壁10を設けた実施例を示してい
る。図8は、アンカーボルトの本数が増えその配列が異
なる場合の例で、アンカーボルト支持部の配置及びボル
ト孔の位置を示している。更に、中空部内に補強壁10
を設ける場合の配置例をも示している。
【0021】以上、要するに柱支承部材の形体は、アン
カーボルトの本数と配置、強度上要求される補強壁の配
置、或いは鉄骨柱の大きさ、横断面形状などに応じて、
当業者がなし得る本発明の技術的思想の変形、応用又は
設計変更の限度に種々なバリエーションが成立すること
を付言する。
【0022】
【本発明が奏する効果】本発明に係る鉄骨柱の柱脚金物
は、別体である柱支承部材と底板との2個の部材で構成
されているから、各部材は要求される機能を分担して柱
脚金物の働きを達成する。柱支承部材の種類を少なくし
て生産の集約化をしても、底板の選択、組み合わせを変
えることによって、存在応力に対して無駄を少なくした
経済設計を実現可能である。
【0023】しかも鋳造に適した形状で、強度と剛性が
要求される柱支承部材は鋳造した鋳鋼製品とし、単純な
平板である底板は構造用圧延鋼板を切断加工して製作す
るから、生産コストの安い柱脚金物を提供出来る。特
に、柱支承部材は10〜20個分の長さの均等断面に鋳
造した鋳鋼製品を所要の厚さ(高さ)に切断して製造す
る方法を容易に採用出来るので、量産効果が上がる。の
みならず、前記の切断面は通常の建築用鉄骨部材に要求
される寸法精度、面の粗度、直角精度等の諸要求を満た
し、コストのかかる一品毎の切削仕上げ工程が無用とな
るので、この点でも生産コストの引下げに大きな効果が
上る。
【0024】また、底板とは別体の柱支承部材に鉄骨柱
を突き合わせ溶接するから、底板には溶接歪みを全く発
生させないで済む。施工法的な見地では、鉄骨柱の下端
に柱支承部材のみ完全な突き合わせ溶接により先付け
し、底板はコンクリート基礎の上へ単独で載置する施工
方法、あるいは柱支承部材のみならず底板も柱下端へ先
付けした施工法も実施可能であり、いずれの工法でも選
択は自由である。
【図面の簡単な説明】
【図1】柱脚金物を構成する柱支承部材と底板を示した
斜視図である。
【図2】前記2個の部材を組み合わせた状態の斜視図で
ある。
【図3】鉄骨柱の下端に柱支承部材のみ先付けした状態
の斜視図である。
【図4】鉄骨柱を柱脚金物で建てた柱脚部の立面図であ
る。
【図5】柱脚金物の異なる実施例の斜視図である。
【図6】柱脚金物の異なる実施例の斜視図である。
【図7】柱脚金物の異なる実施例の斜視図である。
【図8】柱脚金物の異なる実施例の斜視図である。
【図9】底板の寸法の大小と鉄骨柱の鉛直荷重及び柱脚
部モーメントの相関を示したグラフである。
【図10】柱脚に作用する応力の説明図である。
【図11】A、B、Cは柱脚金物に対するコンクリート
基礎の反力の異なる分布図である。
【符号の説明】
3 鉄骨柱 4 アンカーボルト支持部 1 柱支承部材 2 底板 5、6 ボルト孔 8 コンクリート基礎 7 アンカーボルト

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基礎コンクリートとその上に建てられる
    鉄骨柱とを締結する柱脚金物において、 基礎コンクリート中に埋設され同基礎コンクリートの上
    端面に突き出された各アンカーボルトを通す複数のボル
    ト孔を設けられた鋼板製の底板と、 鉄骨柱の横断面に準ずる平面形状の柱支持部、及び該柱
    支持部の外周部に突設され前記底板の各ボルト孔と一致
    する位置にボルト孔を設けられたアンカーボルト支持部
    から成る鋳鋼製の柱支承部材との2個の部材で構成され
    ていることを特徴とする、鉄骨柱の柱脚金物。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載した柱支承部材の横断面
    形状は、その軸線方向に同一断面形が連続する均等断面
    の構成であることを特徴とする、鉄骨柱の柱脚金物。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載した柱支承部材
    は、所要長さに鋳造された均等断面の鋳鋼製品を軸線と
    直角方向に必要な厚さに切断して形成されていることを
    特徴とする、鉄骨柱の柱脚金物。
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