TWI554669B - 柱腳構造 - Google Patents

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TWI554669B
TWI554669B TW103102250A TW103102250A TWI554669B TW I554669 B TWI554669 B TW I554669B TW 103102250 A TW103102250 A TW 103102250A TW 103102250 A TW103102250 A TW 103102250A TW I554669 B TWI554669 B TW I554669B
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望月久智
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森科嘉股份有限公司
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Description

柱腳構造
本發明係關於一種柱腳構造者，其具備柱腳部及柱構件，其中，該柱腳部係於自基礎混凝土中朝向上方突出之底腳螺栓之前端部固定有配置於基礎混凝土之上方之接合五金，該柱構件之下端部係接合於上述接合五金之上表面。
圖4至圖6係為了對習知之柱腳構造2進行說明而供參照之圖。
如圖4所示，習知之柱腳構造2係構成為具備：設置於基礎混凝土3上之柱腳部5；及下端部接合於此柱腳部5之接合五金6之鋼柱4(柱構件)。柱腳部5具有：接合五金6；灰泥8；底腳螺栓10；螺母構件12、14；墊圈16；及錨板(anchor plate)18。
習知之柱腳構造2之柱腳部5係於基礎混凝土3之上方經由灰泥8設置有平板狀之接合五金6，該接合五金6係具有表裡兩面。此柱腳部5之接合五金6係金屬製，於其上表面6a(表面)藉由銲接接合有鋼柱4之下端部，該鋼柱4係於圖中上下方向具有長度。
在此，圖4中為了方便說明，雖於鋼柱4之圖中靠前側之面未繪製銲接部W，惟於此圖中靠前側之面及後側之面，與鄰接於這些面之2個側面同樣地，也形成有銲接部W。這點在圖5及 圖6等之其他圖式中也同樣。
並且，自基礎混凝土3中朝向其上方突出之底腳螺栓10之上端部，係插通於接合五金6之周緣部之螺栓插通孔6b及墊圈16之貫通孔。藉由將形成於底腳螺栓10上端部之陽螺紋部螺合固緊於2個螺母構件12之陰螺紋部，經由此銲接部W與柱腳部5之接合五金6及灰泥8將鋼柱4立設固定於基礎混凝土3上(例如，參照專利文獻1)。
此外，於基礎混凝土3中，藉由將形成於底腳螺栓10之下端部之陽螺紋部寬鬆地插通於貫通錨板18之厚度方向之貫通孔，且於錨板18之上表面側及下表面側螺合固緊於螺母構件14之陰螺紋部，將錨板18一體地固定於基礎混凝土3中之底腳螺栓10之下端部。
此外，作為其他習知之柱腳構造，還有使用僅與平板狀之接合五金不同的接合五金來取代上述接合五金6之柱腳構造，該接合五金係由底板部及支持台部所構成，該支持台部係藉由此底板部上表面之中央部比其周緣部突出於上方而形成為台狀，且於此支持台部之上表面藉由銲接接合有鋼柱之下端部(例如，參照專利文獻2)。
關於此專利文獻2之其他習知之柱腳構造，係藉由將自基礎混凝土中突出於上方之底腳螺栓之上端部，插通於貫通接合五金之底板部之周緣部之厚度方向的螺栓插通孔，將形成於底腳螺栓之陽螺紋部螺合固緊於螺母構件之陰螺紋部，而經由此銲接部與柱腳部之接合五金及灰泥將鋼柱立設固定於基礎混凝土上。
另外，具備上述習知之柱腳構造2(參照圖4)之建築 構造物，於朝向圖5所示之繞一對銲接部W間的中央部之旋轉中心O順時針旋轉之方向施加產生欲使鋼柱4旋轉之較大彎曲力矩M之負荷之情況下，會造成柱腳構造2之鋼柱4及柱腳部5中之保證應力(proof stress)較弱者先降伏而塑性變形，其中，該一對銲接部W係鋼柱4之兩側面與接合五金6之銲接部。
於此種具備上述習知之柱腳構造2之建築構造物中，為了使柱腳部5比鋼柱4先降伏而塑性變形，需要使柱腳部5之對彎曲力矩M之保證應力比鋼柱4之該保證應力更小。
其中，鋼柱4之保證應力(包含後述之彎曲保證應力Mp及軸保證應力Np)，係根據鋼柱4之設計基準強度F2而確定者，鋼柱4之設計基準強度F2越大，鋼柱4之保證應力也越大。
相對於此，柱腳部5之保證應力(包含後述之彎曲保證應力Mu及軸保證應力Nu)，並不是根據接合五金6之設計基準強度F1而確定者，其是藉由接合五金6之強度、底腳螺栓10之強度、及接合五金6之經由灰泥8、底腳螺栓10、螺母構件12、14、墊圈16及錨板18而與基礎混凝土3之錨定性能所確定者。
此外，若將習知之柱腳構造2分類成柱腳構造2A及柱腳構造2B之2種類，其中柱腳構造2A中，接合五金6之設計基準強度F1為鋼柱4之設計基準強度F2以上，柱腳構造2B中，接合五金6之設計基準強度F1小於鋼柱4之設計基準強度F2，則過去普遍採用柱腳構造2A。
這是因為如圖6所示，於朝向繞鋼柱4與接合五金6之一對銲接部W間的中央部之旋轉中心O順時針旋轉之方向，對上述習知之柱腳構造2B中之鋼柱4施加產生欲使鋼柱4旋轉之較 大彎曲力矩M的負荷之情況下，恐有連結鋼柱4與柱腳部5之接合五金6之銲接部W局部發生降伏，造成銲接部W破壞斷裂，致使鋼柱4與柱腳部5之接合五金6相互分離之虞。
另一方面，如圖5所示，於朝向繞鋼柱4與接合五金6之一對銲接部W間的中央部之旋轉中心O順時針旋轉之方向，對上述習知之柱腳構造2A中之鋼柱4施加產生欲使鋼柱4旋轉之較大彎曲力矩M的負荷之情況下，由於鋼柱4在比銲接部W上方之部分被朝順時針方向折彎，代替了鋼柱4之連結接合五金6之銲接部W之降伏，因而不會有銲接部W發生破壞斷裂以致造成鋼柱4與柱腳部5之接合五金6相互分離之擔憂。
因此，習知之柱腳構造2中，接合五金6之設計基準強度F1係為鋼柱4之設計基準強度F2以上。
此外，具備上述習知之柱腳構造2之建築構造物，藉由使用結構計算程式之結構計算裝置進行其構造計算。
在此，結構計算程式係基於建築構造物之規模及形狀、建築構造物中之柱腳構造及其上方之構成上部構造的樑及柱之材料、尺寸、固定負荷‧積載負荷等之各種負荷資料等之輸入資料，連續地進行各種之保證應力判斷、允許應力度等之計算及界限保證應力計算等之建築基準法等所規定之計算、及這些之合格與否之判斷，且將這些之結果全部於結構計算裝置中顯示及/或印刷者。
並且，習知之結構計算裝置係藉由習知之結構計算程式，且根據所輸入之資料，計算鋼柱4之彎曲保證應力Mp及軸保證應力Np、柱腳部5之彎曲保證應力Mu及軸保證應力Nu等之值，並將鋼柱4之彎曲保證應力Mp及柱腳部5之彎曲保證應力Mu中 的較小之值者作為柱腳構造2之最終彎曲保證應力Ms，並將此最終彎曲保證應力Ms用於合格與否判斷之基準，進行建築構造物之構造計算。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開2003-232078號公報
專利文獻2：日本專利特開2003-336266號公報
近年來，隨著鋼柱4之高強度化之進步，作為鋼柱4之材料，已發展到可採用設計基準強度F2之值較大之高強度材料。因此，為了使接合五金6之設計基準強度F1大於鋼柱4之設計基準強度F2，作為接合五金6之材料，必須使用設計基準強度F1之值較大之高強度材料，而與接合五金6之製造費用變得高價之同時，亦有使用此接合五金6之習知之柱腳構造2之製造費用也變得高價之問題。
因此，本發明係鑑於上述問題，其目的在於提供一種柱腳構造，當因地震等而被施加有產生彎曲力矩之負荷時，可防止接合五金與柱構件之接合部局部發生降伏而造成此接合部破壞斷裂之情況，並可防止接合五金及柱腳構造之製造費用之高價化。
為了解決上述課題，本發明之柱腳構造，其具備有：將配置於基礎混凝土上方之接合五金，藉由自上述基礎混凝土
朝向上方突出之底腳螺栓而加以固定之柱腳部；及其下端部接合於上述接合五金之上表面之柱構件，其特徵在於：上述接合五金之設計基準強度，係小於上述柱構件之設計基準強度，且上述柱腳部之彎曲保證應力，係小於上述柱構件之指標彎曲保證應力，而該柱構件之指標彎曲保證應力係將上述接合五金之設計基準強度除以上述柱構件之設計基準強度而所得到之值再乘以上述柱構件之彎曲保證應力而加以算出，隨著被施加於上述柱腳構造之負荷產生增加，而上述柱腳部係比上述柱構件先產生降伏。
此外，本發明之柱腳構造，其特徵在於：上述接合五金係形成為具有表裡兩面及均等厚度之板狀。
此外，本發明之柱腳構造，其特徵在於：上述接合五金係具有，形成為具有表裡兩面及均等厚度之板狀的底板部、及比此底板部上表面之周緣部靠內側且朝上方而具有高度之支持台部，且上述柱構件之下端部係接合於此支持台部之上表面。
根據此種本發明之柱腳構造，該柱腳構造係具備將配置於基礎混凝土上方之接合五金固定於自上述基礎混凝土朝上方突出之底腳螺栓之柱腳部、及下端部接合於上述接合五金之上表面之柱構件者，其中，上述接合五金之設計基準強度，係比上述柱構件之設計基準強度小，且 上述柱腳部之彎曲保證應力，係比上述柱構件之指標彎曲保證應力小，上述柱構件之指標彎曲保證應力係將以上述柱構件之設計基準強度除上述接合五金之設計基準強度而得之值乘以上述柱構件之彎曲保證應力而算出，隨著被施加於上述柱腳構造之負荷增加，上述柱腳部比上述柱構件先降伏，藉此，當因地震等而被施加有產生彎曲力矩之負荷時，可防止接合五金與柱構件之接合部局部發生降伏而造成此接合部破壞斷裂之情況，並可防止接合五金及柱腳構造之製造費用之高價化。
2、2A、2B、40、70‧‧‧柱腳構造
3‧‧‧基礎混凝土
4‧‧‧鋼柱
5、41、71‧‧‧柱腳部
6、42、72‧‧‧接合五金
6a、42a、72b‧‧‧上表面
6b、42b、72c‧‧‧螺栓插通孔
8‧‧‧灰泥
10‧‧‧底腳螺栓
12、14‧‧‧螺母構件
16‧‧‧墊圈
18‧‧‧錨板
72a‧‧‧底板部
72d‧‧‧支持台部
72e‧‧‧上表面
F1‧‧‧接合五金6之設計基準強度
F1’‧‧‧接合五金42之設計基準強度
F2‧‧‧鋼柱4之設計基準強度
M‧‧‧彎曲力矩
Mp‧‧‧鋼柱4之彎曲保證應力
Mp’‧‧‧鋼柱4之指標彎曲保證應力
Mu‧‧‧柱腳部5之彎曲保證應力
Mu’‧‧‧柱腳部41之彎曲保證應力
Ms‧‧‧設計上之最終彎曲保證應力
Np‧‧‧鋼柱4之軸保證應力
Np’‧‧‧鋼柱4之指標軸保證應力
Nu‧‧‧柱腳部5之軸保證應力
Nu’‧‧‧柱腳部41之軸保證應力
O‧‧‧旋轉中心
W‧‧‧銲接部
圖1為顯示本發明之第一實施形態之柱腳構造40之部分側面剖視圖。
圖2為用以說明在圖1所示之柱腳構造40上被施加有產生彎曲力矩M之負荷的狀態之側面示意圖。
圖3為顯示本發明之第二實施形態之柱腳構造70之部分側面剖視圖。
圖4為顯示習知之柱腳構造2、2A、2B之部分側面剖視圖。
圖5為用以說明在圖4所示之習知之柱腳構造2A上被施加有產生彎曲力矩M之負荷的狀態之側面示意圖。
圖6為用以說明在圖4所示之習知之柱腳構造2B上被施加有產生彎曲力矩M之負荷的狀態之側面示意圖。
以下，根據圖式，對用以實施本發明之柱腳構造之形 態具體進行說明。
圖1及圖2係為了對本發明之第一實施形態之柱腳構造40進行說明而供參照之圖。以下，對與上述習知之柱腳構造2類似之部分，賦予相同之符號並進行說明，並省略一部分與上述習知構造同樣之構成的重複說明。
如圖1所示，本實施形態之柱腳構造40係構成為具備：設置於基礎混凝土3上之柱腳部41；及下端部接合於此柱腳部41之接合五金42之鋼柱4(柱構件)。柱腳部41具有：接合五金42；灰泥8；底腳螺栓10；螺母構件12、14；墊圈16；及錨板18。
本實施形態之柱腳構造40之柱腳部41，係於基礎混凝土3之上方經由灰泥8設置有平板狀之接合五金42。接合五金42係金屬製，且具有正方形形狀之表裡兩面。
柱腳部41之接合五金42係藉由將鋼柱4之下端部抵接於其上表面42a，且彼此於銲接部W藉由銲接而接合。鋼柱4係於圖1中上下方向具有長度，且形成為中空之角筒狀。
並且，自基礎混凝土3中朝向其上方突出之底腳螺栓10之上端部，係插通於形成在接合五金42之周緣部之螺栓插通孔42b。
藉由將自接合五金42朝上方突出之形成於底腳螺栓10之上端部的陽螺紋部插通於墊圈16之貫通孔，且與螺母構件12之陰螺紋部螺合固緊，經由鋼柱4之銲接部W與柱腳部41之接合五金42及灰泥8將鋼柱4立設固定於基礎混凝土3上。
本實施形態之柱腳構造40中，接合五金42之設計基準強度F1’係比鋼柱4之設計基準強度F2小。
並且，本實施形態之柱腳構造40中，柱腳部41之彎曲保證應力Mu’係比鋼柱4之指標彎曲保證應力Mp’小。
在此，柱腳部41之彎曲保證應力Mu’係與習知之柱腳構造2之柱腳部5之彎曲保證應力Mu類似，為藉由接合五金42之強度、底腳螺栓10之強度、及接合五金42之經由灰泥8、底腳螺栓10、螺母構件12、14、墊圈16及錨板18而與基礎混凝土3之錨定性能而確定者。
相對於此，鋼柱4之指標彎曲保證應力Mp’係將以鋼柱4之設計基準強度F2除接合五金42之設計基準強度F1’而得之值乘以鋼柱4之彎曲保證應力Mp而算出者。
此種本實施形態之柱腳構造40，藉由將其柱腳部41之彎曲保證應力Mu’設定為比鋼柱4之指標彎曲保證應力Mp’小，如圖2所示，於朝向繞與接合五金42之一對銲接部W間的中央部之旋轉中心O順時針旋轉之方向對鋼柱4施加產生較大彎曲力矩M之負荷之情況下，不會有接合鋼柱4與接合五金42之銲接部W局部發生降伏而造成銲接部W破壞斷裂之情況，而成為接合五金42發生降伏而塑性變形。
此外，具備本實施形態之柱腳構造40之建築構造物，係藉由使用結構計算程式之結構計算裝置進行其構造計算。
亦即，使用於具備本實施形態之柱腳構造40之建築構造物之結構計算裝置，係藉由結構計算程式且根據輸入的資料，計算鋼柱4之彎曲保證應力Mp及軸保證應力Np、將以鋼柱4之設計基準強度F2除接合五金42之設計基準強度F1’而得之值乘以這些保證應力而算出之鋼柱4之指標彎曲保證應力Mp’及指標軸保證 應力Np’、柱腳部41之彎曲保證應力Mu’及軸保證應力Nu’等之值。
並且，上述結構計算裝置係藉由結構計算程式，將鋼柱4之指標彎曲保證應力Mp’及柱腳部41之彎曲保證應力Mu’中的較小之值者作為柱腳構造40之最終彎曲保證應力Ms，並將此最終彎曲保證應力Ms用於合格與否判斷之基準，進行建築構造物之構造計算。
藉由使用此種結構計算程式之結構計算裝置，將比鋼柱4之指標彎曲保證應力Mp’小之柱腳部41之彎曲保證應力Mu’作為最終彎曲保證應力Ms進行構造計算，進而對具有柱腳構造40之建築構造物之各個構件之尺寸等進行決定。
因此，本實施形態之柱腳構造40，即使其接合五金42之設計基準強度F1’小於鋼柱4之設計基準強度F2，當如圖2所示因上述地震等而被施加有產生彎曲力矩M之負荷時，仍可防止連結鋼柱4與接合五金42之銲接部W局部發生降伏而造成銲接部W破壞斷裂之情況。
此外，由於可將接合五金42之設計基準強度F1’設為小於鋼柱4之設計基準強度F2，故即使使用設計基準強度F2之值較大之高強度材料作為鋼柱4之材料，仍不需要使用設計基準強度F1’之值較大之高強度材料作為接合五金42之材料。
因此，本實施形態之柱腳構造40，可防止接合五金42之製造費用之高價化，並可防止使用接合五金42之柱腳構造40之製造費用之高價化。
如以上說明，根據本發明之第一實施形態之柱腳構造 40，當因地震等而被施加有產生彎曲力矩M之負荷時，可防止接合五金42與鋼柱4之接合部(銲接部W)局部發生降伏而造成接合部破壞斷裂之情況，並可防止接合五金42及柱腳構造40之製造費用之高價化。
圖3係為了對本發明之第二實施形態之柱腳構造70進行說明而供參照之圖。
本實施形態之柱腳構造70，係於具備圖3所示之具有底板部72a及支持台部72d之接合五金72，以取代上述第一實施形態之柱腳構造40中之接合五金42之點，與上述第一實施形態之柱腳構造40不同。
亦即，本實施形態之柱腳部71之接合五金72係金屬製，如圖3所示，其包含：形成為具有大致正方形之表裡兩面的板狀之底板部72a；及此底板部72a之上表面72b之中央部比其周緣部朝圖中上方突出而具有高度之支持台部72d。
此接合五金72係於其支持台部72d之上表面72e抵接有鋼柱4之下端部，且彼此於銲接部W藉由銲接而接合。
並且，自基礎混凝土3中朝向其上方突出之底腳螺栓10之上端部，係插通於形成在接合五金72之底板部72a之周緣部之螺栓插通孔72c。
藉由將自接合五金72之底板部72a之周緣部朝向上方突出之形成於底腳螺栓10之上端部的陽螺紋部插通於墊圈16之貫通孔，且與螺母構件12之陰螺紋部螺合固緊，經由銲接部W與柱腳部71之接合五金72及灰泥8將鋼柱4立設固定於基礎混凝土3上。
本實施形態之柱腳構造70係與上述第一實施形態之柱腳構造40同樣地，其接合五金72之設計基準強度係比鋼柱4之設計基準強度F2小。
並且，本實施形態之柱腳構造70，其柱腳部71之彎曲保證應力Mu’係比鋼柱4之指標彎曲保證應力Mp’小。
若藉由此種本實施形態之柱腳構造70，與上述第一實施形態之柱腳構造40同樣地，當因地震等而被施加有產生彎曲力矩M之負荷時，可防止接合五金72與鋼柱4之接合部(銲接部W)局部發生降伏而造成接合部破壞斷裂之情況，並由於不需要將設計基準強度之值較大之高強度材料用於接合五金72，故可防止接合五金72及具備此接合五金72之柱腳構造70的製造費用之高價化。
再者，本發明不限於上述實施形態，只要在能達成本發明之目的之範圍內，也可對柱腳構造實施各種變更。
例如，於上述第一實施形態之柱腳構造40中，對接合五金42為具有大致正方形狀之表裡兩面之平板狀之情況進行了說明，但也可為表裡兩面是縱橫之長度不同之正方形狀以外之四方形。
此外，接合五金42也可為四方形以外之多邊形及圓形的具有表裡兩面之板狀。關於這點，上述第二實施形態之接合五金72之底板部72a也同樣。
此外，於上述第一實施形態之柱腳構造40中，下端部接合於接合五金42之鋼柱4係形成為角筒狀，但不限於此形狀，例如也可形成為圓筒狀。此外，鋼柱4也可形成為實心。
此外，具備上述第一實施形態之柱腳構造40之建築 構造物，係藉由使用結構計算程式之結構計算裝置進行其構造計算，而決定各構件之尺寸等，惟若接合五金42之設計基準強度F1’比鋼柱4之設計基準強度F2小，且柱腳部41之彎曲保證應力Mu’比鋼柱4之指標彎曲保證應力Mp’小，則亦可不使用結構計算程式及結構計算裝置。
3‧‧‧基礎混凝土
4‧‧‧鋼柱
8‧‧‧灰泥
10‧‧‧底腳螺栓
12‧‧‧螺母構件
14‧‧‧螺母構件
16‧‧‧墊圈
18‧‧‧錨板
40‧‧‧柱腳構造
41‧‧‧柱腳部
42‧‧‧接合五金
42a‧‧‧上表面
42b‧‧‧螺栓插通孔
W‧‧‧銲接部

Claims (3)

  1. 一種柱腳構造，其具備有：將配置於基礎混凝土上方之接合五金，藉由自上述基礎混凝土朝向上方突出之底腳螺栓而加以固定之柱腳部；及其下端部藉由銲接而接合於上述接合五金之上表面之柱構件，其特徵在於：上述接合五金之設計基準強度，係小於上述柱構件之設計基準強度，且上述柱腳部之彎曲保證應力(proof stress)，係小於上述柱構件之指標彎曲保證應力，而該柱構件之指標彎曲保證應力係將上述接合五金之設計基準強度除以上述柱構件之設計基準強度而所得到之值再乘以上述柱構件之彎曲保證應力而加以算出，隨著被施加於上述柱腳構造之負荷產生增加，而上述柱腳部係比上述柱構件先產生降伏。
  2. 如申請專利範圍第1項之柱腳構造，其中，上述接合五金係形成為具有表裡兩面及均等厚度之板狀。
  3. 如申請專利範圍第1項之柱腳構造，其中，上述接合五金係具有，形成為具有表裡兩面及均等厚度之板狀的底板部、及比此底板部上表面之周緣部靠內側且朝上方而具有高度之支持台部，且上述柱構件之下端部係接合於此支持台部之上表面。
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