JPH09158321A

JPH09158321A - 角形鋼管柱の柱脚構造

Info

Publication number: JPH09158321A
Application number: JP32192595A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Sugiyama; 武彦杉山; Toshiaki Miyao; 俊明宮尾
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-12-11
Filing date: 1995-12-11
Publication date: 1997-06-17

Abstract

(57)【要約】【課題】角形鋼管柱脚の角部分の増強および施工の簡
略化を図る。【解決手段】角形鋼管柱１の角部分に山形鋼２、３、
４、５を取付けたことを特徴とする。前記山形鋼２、
３、４、５、はワンサイドボルト１５またはワンサイド
ボルト型シャコネクタ１６で取付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木、建築分野等
に使用される構造物の柱脚構造に関し、特に、根巻型柱
脚または埋込み型柱脚に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】構造物の柱脚は、建物等の構造物と基礎
とを連結する重要な個所であり、鉄骨製の構造物柱脚
は、鉄とコンクリートという異種材料の接点であり、相
互の応力伝達メカニズムが構造物柱脚の上部構造に比べ
複雑である。

【０００３】従来の構造物柱脚は、柱材として角形鋼
管、円形鋼管、Ｈ形鋼等が使用されるが、柱脚の代表例
としては、根巻型柱脚と埋込み型柱脚がある。

【０００４】図８（立断面図）の前記根巻型柱脚Ａは、
基礎に立設された柱１の下部周囲を、頂部帯筋１６と通
常の帯筋１７および縦筋１８からなる鉄筋構造で補強
し、その外周をコンクリート１２で根巻し固定した構造
で横方向からの支圧力を支持する。

【０００５】前記根巻型柱脚Ａは、前記固定度を確保し
たいラーメン構造の工場や倉庫等の建物に多く、デザイ
ン上または機能上、腰高程度のコンクリートの立ち上が
りが柱周りで許容される建物に対して後述の埋込み型柱
脚に比べ施工性が良く、経済的との理由から数多く採用
されている。

【０００６】当該根巻型柱脚Ａは、柱１の応力が根巻コ
ンクリートを介して基礎に伝達され、柱１から根巻した
コンクリートへの曲げモーメントおよびせん断力の伝達
は、コンクリートの支圧作用によるとされているが、基
部にスタッドボルトを配設し、せん断力を受け持たせる
アイデアもある。

【０００７】また、図９（立断面図）の前記埋込み型柱
脚Ｂは、固定度を考慮したラーメン構造の建築物に多く
用いられており、柱１を基礎１３または基礎梁に埋込ん
で固定し横方向からの支圧力を支持する構造であり、柱
１の曲げモーメントおよびせん断力は、コンクリートと
の支圧作用で基礎に伝達される。この構造では、埋込み
部の支圧応力の大きい部位は、リブ補強やコンクリート
を充填し、補強を行っている。また、柱１の基部にスタ
ッドボルトを配設し、せん断力を受け持たせるアイデア
もある。

【０００８】尚、図８、図９において、各々右側の図
は、応力状態を示し、矢印は支圧力を示す。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述の根巻型柱脚Ａ
は、柱に地震時水平力が作用した場合、図１０に示すよ
うな破壊モードに到るケースが多い。

【００１０】即ち、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
（ｅ）（ｆ）は、根巻型柱脚の破壊モードを図示した立
面図であり、（ａ）柱が降伏、（ｂ）根巻コンクリート
頂部破壊、（ｃ）根巻コンクリートせん断亀裂、（ｄ）
根巻コンクリート主筋降伏、（ｅ）根巻コンクリート縦
亀裂、（ｆ）基礎付着破壊亀裂、等がある。

【００１１】前記根巻型柱脚Ａの破壊モードの中で、柱
に角形鋼管柱を用いる場合の設計上の問題となるケース
は、図１０（ａ）の柱が降伏したケースの場合であり、
角形鋼管柱にコンクリートが充填されていない場合、あ
るいは角形鋼管柱の径と柱板厚比が大きい場合に角形鋼
管柱が局部降伏を引き起こす例である。この場合は、角
形鋼管柱脚における角形鋼管柱内にダイヤフラムを、ま
た、角形鋼管柱外周に平板状の当て板を添設する等の補
強を行っており、コスト増をまねく問題がある。

【００１２】また、前述の埋込み型柱脚Ｂは、角形鋼管
柱の場合、地震時に曲げモーメントとせん断力が作用す
ると、柱とコンクリートの接触面における柱の角部の支
圧反力が大となり、図１１に示す破壊モードに到るケー
スが多い。

【００１３】即ち、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）
（ｅ）（ｆ）（ｇ）は、埋込み型柱脚Ｂの破壊モードを
図示した立面図であり、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は角
形鋼管柱の降伏モードで、（ａ）角形鋼管柱の局部座
屈、（ｂ）せん断降伏、（ｃ）クリップリング（crippl
ing)、である。また、（ｄ）コンクリート上部圧壊、
（ｅ）端部コンクリートせん断破壊、（ｆ）端部主筋降
伏、（ｇ）コンクリート局部せん断破壊、等がある。

【００１４】前記埋込み型柱脚Ｂの破壊モードの中で、
柱を角形鋼管柱とした場合の設計上問題となるケース
は、図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）の角形鋼管柱が降伏した
ケースの場合であり、角形鋼管柱にコンクリートが充填
されていない場合、あるいは角形鋼管柱の径と柱板厚比
が大きい場合に角形鋼管柱が局部座屈を引き起こす他
に、コンクリートとの支圧面でもクリップリングを引き
起こすことが特徴である。この場合は、前述の根巻型角
形鋼管柱Ａと同様に、角形鋼管柱脚における角形鋼管柱
内にダイヤフラムを、また、角形鋼管柱外周に当て板を
添設する等の補強を行っており、コスト増をまねく問題
がある。

【００１５】さらに、前述の柱脚１０にスタッドボルト
を溶植するアイデアは、角形鋼管柱とコンクリートとの
付着破壊に有効と考えられているが、あらかじめ、角形
鋼管柱にスタッドボルトを溶接する必要があり、そのた
めの特殊な溶接技能を要求され、また、角形鋼管柱に当
て板を添設した場合はスタッドボルトは、該当て板に溶
植する必要があり、施工は２工程となり、不便性があ
る。

【００１６】本発明は、角形鋼管柱脚における角部分の
補強および補強のための施工の簡略化を図ることを目的
とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決する第
一の手段は、角形鋼管柱の角部分に山形鋼を取り付けた
ことを特徴とする角形鋼管柱の柱脚構造である。

【００１８】山形鋼が有する剛性により柱脚部の補強が
図られ、角部分への応力集中が緩和され、柱脚内部にコ
ンクリートを充填しなくても曲げ変形、局部支圧変形に
対する性能を保証する。

【００１９】前述の課題を解決する第二の手段は、角形
鋼管柱の角部分に山形鋼を取り付けるに際し、ワンサイ
ドボルトで取付けたことを特徴とする前記第一の手段に
記載の角形鋼管柱の柱脚構造である。

【００２０】前述の山形鋼の補強効果の向上の他、山形
鋼および該角形鋼管柱に開けられた孔にワンサイドボル
トを挿入し、ワンサイドボルトのスリーブの塑性変形に
より、角形鋼管柱の外面側から溶接技能を持たない作業
者でも容易に取付けられる。

【００２１】前述の課題を解決する第三の手段は、ワン
サイドボルトの一部をシヤコネクタとして用いたことを
特徴とする前記第二手段に記載の角形鋼管柱の柱脚構造
である。

【００２２】ワンサイドボルトをシヤコネクタとするこ
とにより、山形鋼の角形鋼管柱への固定、さらに、柱脚
のスタッドボルトの作用を発揮し、耐せん断の向上がも
たらされる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明にかかる角形鋼管
柱の柱脚構造の第一の実施の形態を示す平断面図であ
る。

【００２４】図１において、１は角形鋼管柱で、該角形
鋼管柱１の基部（柱脚）には、補強のための山形鋼２、
３、４、５が四隅に添設されており、山形鋼２、３、
４、５は前記角形鋼管柱１の基部（柱脚）と溶接６、
７、８、９により固着を図る。

【００２５】また、必要により山形鋼２、３、４、５、
の互いの隙間ａ、ｂ、ｃ、ｄも溶接を行う。

【００２６】図２（ａ）は、本発明の前記第一の実施の
形態を、根巻型柱脚に適用した立断面図である。

【００２７】図２（ａ）において、角形鋼管柱１の四隅
に添設された柱脚１０は、Ｇ．Ｌ１１に下部１′を固定
（詳細省略）し、周囲を根巻コンクリート１２で打設す
る。尚、内部には主筋、帯筋からなる鉄筋構造がある
が、従来と同様であるので図示を省略した。

【００２８】図２（ｂ）は、本発明の前記第一の実施の
形態を、埋込み型柱脚に適用した立断面図である。

【００２９】図２（ｂ）において、角形鋼管柱１の四隅
に添設された柱脚１０は、地中内に下部１′を固定（詳
細省略）し、周囲をコンクリート１３′で打設した基礎
１３内に埋込む。尚、内部には主筋、帯筋からなる鉄筋
構造があるが、従来と同様であるので図示を省略した。
また、１１はＧ．Ｌを示す。

【００３０】図３は、本発明にかかる角形鋼管の柱脚構
造の第二の実施の形態を示す平断面図である。

【００３１】図３において、１は角形鋼管柱で、該角形
鋼管柱１の基部（柱脚）には、補強のための山形鋼２、
３、４、５が四隅に添設されており、山形鋼２、３、
４、５は前記角形鋼管柱１の基部（柱脚）とワンサイド
ボルト１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４
ｅ、１４ｆ、１４ｇ、１４ｈ）により固定する。

【００３２】図４は、公知のワンサイドボルト１４を一
例として図示した断面図で、ワンサイドボルト１４は、
ピンａとスリーブｂとを被締結材イ、ロに穿かれた孔に
挿入した後、ピンａを右方向に引っ張ることにより、ス
リーブｂの左端部を変形させて締結を図るものであり、
図３における本発明の構造物の柱脚構造に適用する。

【００３３】図５（ａ）は、本発明の前記第二の実施の
形態を根巻型柱脚に適用した立断面図で、角形鋼管柱１
の下部四隅に、山形鋼２、３、４、５を添設し、複数の
ワンサイドボルト１４・・で固定する。尚、１１はＧ．
Ｌ、１２は根巻コンクリートであり、該根巻コンクリー
ト１２内の鉄筋構造は図示を省略した。

【００３４】図５（ｂ）は、本発明の前記第二の実施の
形態を埋込み型柱脚に適用した立断面図で、角形鋼管柱
１の下部四隅に、山形鋼２、３、４、５を添設し、複数
のワンサイドボルト１４・・で固定する。尚、１１は
Ｇ．Ｌであり、内部の基礎内の鉄筋構造は図示を省略し
た。

【００３５】図６は、本発明にかかる角形鋼管柱の柱脚
構造の第三の実施の形態を示す平断面図である。

【００３６】図６において、１は角形鋼管柱で、該角形
鋼管柱１の基部（柱脚）には、補強のための山形鋼２、
３、４、５が四隅に添設されており、山形鋼２、３、
４、５は前記角形鋼管柱１の基部（柱脚）とワンサイド
ボルト形式のシヤコネクタ１５（１５ａ、１５ｂ、１５
ｃ、１５ｄ、１５ｅ、１５ｆ、１５ｇ、１５ｈ）により
固定する。通常前記図４のワンサイドボルトの締結は、
ピンテールｃに切欠部が設けられ、該切欠部の破断によ
りスリーブｂの変形（ボルトの締結）を確認するように
なっているが、当該シヤコネクタ１５は、前記のワンサ
イドボルト１４のピンテールｃ（ネジ部分）を除去しな
いで、そのまま残しても良く、または、必要な長さを残
した後端部に切欠部を設け、その位置で破断させるよう
にしても良い。

【００３７】図７（ａ）は、本発明の前記第三の実施の
形態を根巻型柱脚に適用した立断面図で、角形鋼管柱１
の下部四隅に、山形鋼２、３、４、５を添設し、複数の
シヤコネクタ１５・・で固定する。尚、１１はＧ．Ｌ、
１２は根巻コンクリートであり、該根巻コンクリート１
２内の鉄筋構造は図示を省略した。

【００３８】図７（ｂ）は、本発明の前記第三の実施の
形態を埋込み型柱脚に適用した立断面図で、角形鋼管柱
１の下部四隅に、山形鋼２、３、４、５を添設し、複数
のシヤコネクタ１５・・で固定する。尚、１１はＧ．
Ｌ、１２は根巻コンクリートであり、該根巻コンクリー
ト１２内の鉄筋構造は図示を省略した。

【００３９】図６、図７（ａ）（ｂ）にかかる本発明の
実施例では、ワンサイドボルト形式のシヤコネクタ１５
が角形鋼管柱１に山形鋼２、３、４、５、を添設し固定
する作用を有するとともにコンクリートとの付着力を向
上させ、耐せん断力を向上させる作用がある。

【００４０】

【発明の効果】本発明は以上のとおり、角形鋼管柱の四
隅に山形鋼を取付けた柱脚であるので、角形鋼管柱の角
部分に作用する応力集中が緩和され、柱脚内部にコンク
リートを充填しなくても剛性により柱脚の補強効果が得
られ、角形鋼管柱は製造および加工が容易な径厚比が大
きい鋼管が使用できる。

【００４１】また、ワンサイドボルト若しくはワンサイ
ドボルト式のシヤコネクタにより山形鋼の角形鋼管柱へ
の取付けが容易となり、さらには、コンクリートとの付
着力が増大し柱脚の耐せん断力が向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる角形鋼管柱の柱脚構造の第一の
実施の形態を示す平断面図。

【図２】（ａ）本発明の第一の実施の形態を、根巻型柱
脚に適用した立断面図。（ｂ）本発明の第一の実施の形態を、埋込み型柱脚に適
用した立断面図。

【図３】本発明にかかる角形鋼管柱の柱脚構造の第二の
実施の形態を示す平断面図。

【図４】公知のワンサイドボルトの断面図。

【図５】（ａ）本発明の第二の実施の形態を、根巻型柱
脚に適用した立断面図。（ｂ）本発明の第二の実施の形態を、埋込み型柱脚に適
用した立断面図。

【図６】本発明にかかる角形鋼管柱の柱脚構造の第三の
実施の形態を示す平断面図。

【図７】（ａ）本発明の第三の実施の形態を、根巻型柱
脚に適用した立断面図。（ｂ）本発明の第三の実施の形態を、埋込み型柱脚に適
用した立断面図。

【図８】従来技術における根巻型柱脚の立断面図。

【図９】従来技術における埋込み型柱脚の立断面図。

【図１０】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）従来
技術における根巻型柱脚の破壊モードを示す立断面図。

【図１１】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）（ｆ）
（ｇ）従来技術における埋込み型柱脚の破壊モードを示
す立断面図。

【符号の説明】

１柱（角形鋼管柱）２山形鋼３山形鋼４山形鋼５山形鋼６溶接７溶接８溶接９溶接１０柱脚１１Ｇ．Ｌ１２コンクリト１３地中１４ワンサイドボルト１５ワンサイドボルト式シヤコネクタ１６頂部帯筋１７帯筋１８縦筋

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【手続補正書】

【提出日】平成８年３月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】角形鋼管柱の角部分に山形鋼を取り付けた
ことを特徴とする角形鋼管柱の柱脚構造。
【請求項２】角形鋼管柱の角部分に山形鋼を取り付ける
に際し、ワンサイドボルトで取付けたことを特徴とする
請求項１に記載の角形鋼管柱の柱脚構造。
【請求項３】ワンサイドボルトの一部をシヤコネクタと
して用いたことを特徴とする請求項２に記載の角形鋼管
柱の柱脚構造。