WO2015037094A1 - 柱脚構造 - Google Patents

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田中　秀宣
高橋　秀明
久美子 増田
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Definitions

  • a metal joint joined to a lower end portion of a pillar member in a building structure is arranged above the foundation concrete, and is fixed to a tip end portion of an anchor bolt protruding upward from the foundation concrete. This is also related to the column base structure where the anchor bolt yields first.
  • a plate-shaped column base metal 6 having both sides of a substantially square shape is provided above the foundation concrete 3 via a mortar 8.
  • This column base metal 6 is made of metal, and the lower end surface of a rectangular steel column 4 (column member) having a length in the vertical direction in the figure is joined to the upper surface 6a (surface) by welding. .
  • a male screw portion formed at the lower end portion of the anchor bolt 10 is screwed to a female screw portion of the nut member 14, and a fixing plate 18 is placed on the nut member 14. It was.
  • the upper end portion of the anchor bolt protruding upward from the foundation concrete is a bolt insertion hole that penetrates the thickness direction of the peripheral portion of the bottom plate portion of the column base hardware. Insert the male screw part formed on the anchor bolt into the female screw part of the nut member, and the steel column is fixed on the foundation concrete via the column base metal and mortar. It was.
  • the steel column 4 in the conventional column base structure 2 is rotated clockwise around the rotation center O of the joint portion of the steel column 4 with the column base metal 6 as shown in FIG.
  • the bending moment M acts to lift the left end of the column base 6 in FIG. .
  • the anchor bolt 10 fixed to the left side portion of the column base metal 6 from the rotation center O in FIG. 13 starts yielding without resisting the load that generates the bending moment M and moves upward in the figure.
  • energy due to a load that generates the bending moment M is absorbed.
  • FIG. 14 is a hysteresis diagram (history characteristic diagram) schematically showing a correspondence relationship with a rotation angle ⁇ from a one-dot chain line (see FIG. 13) passing in a direction.
  • the yield starting bending moment when the anchor bolt 10 starts yielding is the same as the yield starting bending moment when the steel column 4 starts yielding, and the force received from the anchor bolt 10. Is set smaller than the value of the yield start bending moment when the peripheral edge of the column base 6 starts yielding, and the anchor bolt 10 yields before the steel column 4 and the column base 6. It was.
  • the anchor bolt 10 on the right side in FIG. 13 is the same as the anchor bolt 10 on the left side in FIG. 13 in the process from state E to state I via F, G, H in FIG. A deformation similar to the deformation in the process from the state A to the E occurs.
  • the load that generates the bending moment M is not reduced at all, and the beam member or the column member constituting the upper structure may be damaged or broken by being suddenly applied, or the building structure may be collapsed. There was a risk.
  • the eight beam members 56 are arranged substantially horizontally with respect to the base surface 53 and arranged in series, two by two, vertically and vertically. These beam members 56 are rigidly joined to the column members 54 at joints 58 where both ends in the length direction are abutted against the side portions of the column members 54.
  • FIG. 10 and 11 are diagrams for comparing the column base absorbed energy index (W1 / W0) of the conventional column base structure 2 and the column base structure 40 according to the present embodiment.
  • FIG. 10 shows a comparison of the column base absorbed energy index in the case of the two-layer model 50
  • FIG. 11 shows a comparison of the column base absorbed energy index in the case of the four-layer model 52.
  • the column base absorbed energy index is the exposed column base absorbed energy W1 that can be absorbed by the conventional column base structure 2 or the column base structure 40 according to the present embodiment, and the column member 54 in the embedded column base.
  • the column base absorption energy that can be absorbed by the column base structure is increased as the value of the column base absorption energy index increases. The amount will be large.
  • the exposed-type column base absorbed energy W1 is calculated from the hysteresis diagram of the conventional column base structure 2 or the column base structure 40 according to the present embodiment as shown in FIGS. Yes.
  • the column base structure 40 does not cause the slip phenomenon as in the conventional column base structure 2, so that the bending moment M is applied to the lower end portion of the steel column 4, the column base bracket 42 and the anchor bolt 10. Since a part of the generated load is applied, the load that generates the bending moment M is not applied to the beam member, the column member, etc. constituting the upper structure above the column base structure 40, and the column base structure The superstructure above 40 need only bear part of the load.
  • the column base hardware 42 is a flat plate having both square front and back surfaces. It may be a rectangle.
  • the column base hardware may be configured by a bottom plate portion and a support base portion in which a central portion of the upper surface of the bottom plate portion protrudes upward from the peripheral edge portion thereof, like the column base hardware according to Patent Document 2. Also, other shapes may be used.
  • the male screw portion formed at the lower end portion of the anchor bolt 10 is screwed to the female screw portion of one nut member 14.
  • Two or more nut members 14 may be attached, or a fixing plate 18 may be provided between the two nut members 14.

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Abstract

　柱脚構造のエネルギー吸収能力を向上させて、建築構造物の損傷や破断、或いは倒壊を防止することができると共に、柱脚構造や建築構造物の大型化や重量化、高額化を防止することができる柱脚構造を提供する。　柱部材４の下端部に接合された接合金物４２の周縁部が基礎コンクリート３から上方に突出したアンカーボルト１０により固定され、柱部材４よりも先にアンカーボルト１０が降伏する柱脚構造４０であって、アンカーボルト１０が降伏を開始する第１曲げモーメントＭａが、接合金物４２の周縁部が降伏を開始する第２曲げモーメントＭｂよりも大きく、かつ第２曲げモーメントＭｂの１．５倍以下になるように設定された。

Description

柱脚構造
　本発明は、建築構造物における柱部材の下端部に接合された接合金物が、基礎コンクリートの上方に配置されて、基礎コンクリート中から上方に突出したアンカーボルトの先端部に固定され、柱部材よりも先にアンカーボルトが降伏する柱脚構造に関するものである。
　図１２から図１５は、従来の柱脚構造２について説明するために参照する図である。
　従来の柱脚構造２は、図１２に示すように、略正方形状の表裏両面を有する平板状の柱脚金物６が、基礎コンクリート３の上方にモルタル８を介して設けられていた。この柱脚金物６は、金属製であり、その上面６ａ（表面）に、図中上下方向に長さを有する角筒状の鉄骨柱４（柱部材）の下端面が溶接により接合されていた。
　そして、基礎コンクリート３中からその上方に突出するアンカーボルト１０の上端部が、柱脚金物６の周縁部のボルト挿通孔６ｂ及び座金１６の貫通孔を挿通していた。アンカーボルト１０の上端部に形成されたオネジ部が、ナット部材１２のメネジ部にねじ締結されることにより、鉄骨柱４は、柱脚金物６とモルタル８を介して基礎コンクリート３の上に立設して固定されていた（例えば、特許文献１参照）。
　また、基礎コンクリート３中において、アンカーボルト１０の下端部に形成されたオネジ部が、ナット部材１４のメネジ部にねじ締結されており、ナット部材１４の上には定着板１８が載置されていた。
　また、他の従来の柱脚構造としては、上記柱脚金物６の代わりに、底板部と、その底板部上面の中央部がその周縁部より上方に突出した支持台部により構成され、その支持台部の上面に鉄骨柱の下端面が溶接により接合された、平板状とは異なる柱脚金物を用いた柱脚構造があった（例えば、特許文献２参照）。
　この特許文献２に係る他の従来の柱脚構造は、基礎コンクリート中から上方に突出するアンカーボルトの上端部が、柱脚金物の底板部の周縁部の厚さ方向を貫通するボルト挿通孔に挿通して、アンカーボルトに形成されたオネジ部が、ナット部材のメネジ部にねじ締結することにより、鉄骨柱が、柱脚金物とモルタルを介して基礎コンクリートの上に立設して固定されていた。
　ところで、上記従来の柱脚構造２における鉄骨柱４に対して、例えば地震などにより、図１３に示すような、鉄骨柱４の柱脚金物６との接合部の回転中心Ｏの周りに時計回り方向に、鉄骨柱４を回転させようとする大きな曲げモーメントＭを発生させる荷重が加わった場合には、この曲げモーメントＭは、柱脚金物６の同図中左端部を浮き上がらせるように作用する。
　これに対して、柱脚金物６の図１３中回転中心Ｏより左側部分に固定されたアンカーボルト１０は、上記曲げモーメントＭを発生させる荷重に抗しきれず降伏を開始して、図中上方に自身の長さを伸ばす（塑性変形させる）ことにより、上記曲げモーメントＭを発生させる荷重によるエネルギーを吸収するようになっていた。
特開２００３－２３２０７８号公報 特開２００３－３３６２６６号公報
　しかしながら、上記従来の柱脚構造２は、図１４に示すように、塑性変形したアンカーボルト１０が、上記曲げモーメントＭを発生させる荷重が取り除かれた後も同図中上方に伸びた状態のままとなるため、ナット部材１２の下面と座金１６の上面との間に大きな隙間Ｓが生じたままとなる。
　このため、再度上記曲げモーメントＭを発生させる荷重が加わったときは、従来の柱脚構造２のエネルギー吸収能力が、初めに曲げモーメントＭを発生させる荷重が加わったときに比べて、著しく低下するという問題があった。
　このような従来の柱脚構造２の問題について、図１２から図１５を用いて詳しく説明する。ここで、図１５は、従来の柱脚構造２における、鉄骨柱４に加えられる曲げモーメントＭ（図１３参照）と、鉄骨柱４の、柱脚金物６との接合部の回転中心Ｏを上下方向に通る一点鎖線（図１３参照）からの回転角θとの対応関係を概略的に示す、ヒステリシス線図（履歴特性線図）である。
　従来の柱脚構造２は、アンカーボルト１０が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントの値が、鉄骨柱４が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントの値や、アンカーボルト１０から受ける力により柱脚金物６の周縁部が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントの値よりも小さく設定されており、鉄骨柱４や柱脚金物６よりも先にアンカーボルト１０が降伏するようになっていた。
　このため、図１２に示す柱脚構造２に上記曲げモーメントＭが作用すると、鉄骨柱４と柱脚金物６は図１３中左側が右側より上方になるように傾いて、同図中回転中心Ｏより左側のアンカーボルト１０は、曲げモーメントＭを発生させる荷重を柱脚金物６から受けて、図中上方に向かって伸びるようになっていた。
　ここで、図１３中左側のアンカーボルト１０は、図１５中状態ＡからＢにおいて弾性変形により伸びてその長さ寸法が大きくなっていたが、同図中状態ＢからＣにおいてはその弾性範囲を超えて降伏を開始し、塑性変形することにより伸びてその長さ寸法が大きくなっていた。
　上記曲げモーメントＭが小さくなってくると、図１３中左側のアンカーボルト１０は、図１５中状態ＣからＤにおいて弾性変形することにより伸びた分だけその長さ寸法が小さくなるが、同図中状態ＢからＣにおいて塑性変形することにより伸びた分は、状態ＣからＥにおいてもその長さは伸びたままであった。
　そして、上記曲げモーメントＭとは逆方向（図１３中反時計回り方向）の曲げモーメントが作用すると、図１５中状態ＥからＦ，Ｇ，Ｈを経由して状態Ｉに至る過程においては、曲げモーメントの作用方向が逆方向であること以外は、同図中状態ＡからＥに至る過程と同様であった。
　このため、図１３中右側のアンカーボルト１０は、図１５中状態ＥからＦ，Ｇ，Ｈを経由して状態Ｉに至る過程において、図１３中左側のアンカーボルト１０と同様の、図１５中状態ＡからＥに至る過程における変形と同様の変形が生じることになる。
　図１５中状態ＡからＥまでの軌跡により形成された四辺形の面積と、状態ＥからＩまでの軌跡により形成された四辺形の面積は、これらの状態の間に従来の柱脚構造２が吸収することができるエネルギー吸収量を示している。このため、従来の柱脚構造２は、状態ＡからＩまでにおいては、問題なくエネルギー吸収を行なうことができていた。
　しかしながら、一度図１５中状態Ｉに至ると、図１４に示すように、図中左右両側のアンカーボルト１０のそれぞれは、塑性変形することにより図中上方に伸びていたため、柱脚金物６はアンカーボルト１０に固定された状態ではなくなり、ナット部材１２の下面と座金１６の上面との間に大きな隙間Ｓが生じていた。
　そして、状態Ｉにおいて再度曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた場合には、状態ＩからＪにおいて、すなわち図１４中左側のナット部材１２の下面と、座金１６の上面とが接触するまでの間、鉄骨柱４及び柱脚金物６は図中左側が右側より上方になるように傾けられていた。
　この状態ＩからＪにおいて上記曲げモーメントＭを発生させる荷重は、鉄骨柱４の下端部及び柱脚金物６からアンカーボルト１０には伝達されないため、従来の柱脚構造２は状態ＩからＪにおいて、全くエネルギー吸収が行なわれないスリップ現象が生じていた。
　このとき、従来の柱脚構造２における鉄骨柱４の下端部、柱脚金物６及びアンカーボルト１０においてエネルギー吸収が行なわれないため、状態ＩからＪにおいて、上記曲げモーメントＭを発生させる荷重は、全く低減されることなく、柱脚構造２より上方の上部構造を構成する梁部材や柱部材などに急激にかかるようになっていた。
　このため、上記曲げモーメントＭを発生させる荷重が全く低減されることなく、急激にかかることにより上部構造を構成する梁部材や柱部材などに損傷や破断を生じたり、建築構造物が倒壊したりするおそれがあった。
　このような問題に対して、従来の柱脚構造２より上方の上部構造は、梁部材や柱部材の径や太さなどの寸法を大きくして上記曲げモーメントＭを発生させる荷重に耐え得るようにしていたが、その反面上部構造の大型化や重量化、高額化を招くという問題があった。
　また、従来の柱脚構造２において、アンカーボルト１０が吸収することができる上記曲げモーメントＭを発生させるエネルギーを増加するために、外径寸法を増加させたアンカーボルト１０を採用した場合には、対応するナット部材１２の寸法も大きくなるだけでなく、柱脚金物６の厚さ寸法も大きくする必要があるため、柱脚構造２の大型化や重量化、高額化を招くという問題があった。
　そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、柱脚構造のエネルギー吸収能力を向上させて、建築構造物の損傷や破断、或いは倒壊を防止することができると共に、柱脚構造や建築構造物の大型化や重量化、高額化を防止することができる柱脚構造を提供することを課題とするものである。
　上記課題を解決するために、本発明による柱脚構造は、
　柱部材の下端部に接合された接合金物の周縁部が基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトにより固定され、前記柱部材よりも先に前記アンカーボルトが降伏する柱脚構造であって、
　前記アンカーボルトが降伏を開始する第１曲げモーメントが、前記接合金物の周縁部が降伏を開始する第２曲げモーメントよりも大きく、かつ前記第２曲げモーメントの１．５倍以下になるように設定されたことを特徴とするものである。
　このような本発明の柱脚構造によれば、
　柱部材の下端部に接合された接合金物の周縁部が基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトにより固定され、前記柱部材よりも先に前記アンカーボルトが降伏する柱脚構造であって、
　前記アンカーボルトが降伏を開始する第１曲げモーメントが、前記接合金物の周縁部が降伏を開始する第２曲げモーメントよりも大きく、かつ前記第２曲げモーメントの１．５倍以下になるように設定されたことにより、
　柱脚構造のエネルギー吸収能力を向上させて、建築構造物の損傷や破断、或いは倒壊を防止することができると共に、柱脚構造や建築構造物の大型化や重量化、高額化を防止することができる。
本発明の一実施の形態に係る柱脚構造４０を示す一部断面側面図である。 図１に示す柱脚構造４０に曲げモーメントＭが加えられた状態を説明するための概略一部断面側面図である。 図１に示す柱脚構造４０に曲げモーメントＭが加えられてアンカーボルト１０が降伏した状態を説明するための概略一部断面側面図である。 図１における鉄骨柱４の曲げモーメントＭと回転角θとの関係を概略的に示す、ヒステリシス線図である。 ２層モデル５０の概略図である。 ４層モデル５２の概略図である。 図１２における鉄骨柱４の曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すヒステリシス線図である。 図１における鉄骨柱４の曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すヒステリシス線図である。 図１及び図１２における鉄骨柱４を埋め込み柱脚型により基礎コンクリート３と接合した場合の鉄骨柱４の曲げモーメントＭと回転角θとの関係を概略的に示す、ヒステリシス線図である。 従来の柱脚構造２と本発明の柱脚構造４０の２層モデル５０における柱脚吸収エネルギー指標の比較図である。 従来の柱脚構造２と本発明の柱脚構造４０の４層モデル５２における柱脚吸収エネルギー指標の比較図である。 従来の柱脚構造２を示す一部断面側面図である。 図１２に示す柱脚構造２に曲げモーメントＭが加えられた状態を説明するための概略一部断面側面図である。 図１２に示す柱脚構造２に曲げモーメントＭが加えられてアンカーボルト１０が降伏した状態を説明するための概略一部断面側面図である。 図１２における鉄骨柱４の曲げモーメントＭと回転角θとの関係を概略的に示すヒステリシス線図である。
　以下、本発明に係る柱脚構造を実施するための形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
　図１から図１１は、本発明の一実施の形態に係る柱脚構造４０について説明するために参照する図である。以下、前記従来の柱脚構造２と同様の部分には同じ符号を付して説明し、従来と同様の構成についての重複する説明は一部を除き省略する。
　本実施の形態に係る柱脚構造４０は、図１に示すように、平板状の柱脚金物４２（接合金物）が、基礎コンクリート３の上方にモルタル８を介して設けられている。柱脚金物４２は、金属製で、正方形状の表裏両面を有している。
　この柱脚金物４２は、その上面４２ａに鉄骨柱４（柱部材）の下端面が突き当てられて、互いが溶接により接合されている。鉄骨柱４は、図１中上下方向に長さを有すると共に、中空の角筒状に形成されている。
　そして、基礎コンクリート３中からその上方に突出するアンカーボルト１０の上端部が、柱脚金物４２に形成されたボルト挿通孔４２ｂに挿通している。
　柱脚金物４２より上方に突出した、アンカーボルト１０の上端部に形成されたオネジ部が、座金１６の貫通孔を挿通して、ナット部材１２のメネジ部にねじ締結されることにより、鉄骨柱４は柱脚金物４２とモルタル８を介して基礎コンクリート３の上に立設して固定されている。
　本実施の形態における柱脚金物４２は、アンカーボルト１０から受ける力により柱脚金物４２の周縁部が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭｂ（第２曲げモーメント）が、従来の柱脚構造２における、アンカーボルト１０から受ける力により柱脚金物６の周縁部が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントよりも小さくなるように、その厚さが従来の柱脚金物６の厚さより薄く設定されている。
　また、本実施の形態における柱脚構造４０は、アンカーボルト１０が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭａ（第１曲げモーメント）が、アンカーボルト１０から受ける力により柱脚金物４２の周縁部が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭｂよりも大きく、かつ降伏開始曲げモーメントＭｂの１．５倍以下の値になるように設定されている。
　このため、曲げモーメントを発生させる荷重が増大していくと、アンカーボルト１０よりも柱脚金物４２の周縁部の方が先に降伏を開始するようになっている。
　もし反対に、アンカーボルト１０が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭａが、柱脚金物４２の周縁部が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭｂの値以下の場合には、曲げモーメントを発生させる荷重が増大していくと、柱脚金物４２より先にアンカーボルト１０が降伏して、前記従来の柱脚構造２が有していた問題を解決することはできない。
　また、アンカーボルト１０が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭａが、柱脚金物４２の周縁部が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭｂの１．５倍の値より大きい場合には、アンカーボルト１０が降伏して塑性変形する前に柱脚金物４２の塑性変形が進み過ぎて、柱脚金物４２のアンカーボルト１０により固定された部分とその周辺が必要以上に折れ曲がって、アンカーボルト１０をその伸長方向ではない方向に向かって押圧して、アンカーボルト１０を破断させるおそれがある。
　また、アンカーボルト１０や柱脚金物４２より先に柱部材４が降伏して塑性変形することがないように、柱部材４が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントは、アンカーボルト１０が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭａの値や、アンカーボルト１０から受ける力により柱脚金物４２の周縁部が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭｂの値や、柱脚金物４２の周縁部以外が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントよりも大きい値に設定されている。
　また、柱脚金物４２より先に基礎コンクリート３やモルタル８が圧縮降伏して塑性変形することがないように、基礎コンクリート３やモルタル８が圧縮降伏を開始するときの圧縮降伏開始曲げモーメントは、アンカーボルト１０から受ける力により柱脚金物４２の周縁部が降伏を開始するときの降伏開始曲げモーメントＭｂの値よりも大きい値に設定されている。
　このような本実施の形態に係る柱脚構造４０は、鉄骨柱４に対して、図２に示すような、柱脚金物４２との接合部の回転中心Ｏの周りに時計回り方向に、大きな曲げモーメントＭを発生させる荷重が加わった場合には、図４中の状態ＢからＣにおいて、柱脚金物４２の図２中左側のボルト挿通孔４２ｂ近傍の周縁部が、アンカーボルト１０に取付けられたナット部材１２から受ける力により降伏して塑性変形し、この塑性変形した部分より図２中左側の柱脚金物４２の左端部が、その塑性変形した部分より下側に位置するように、への字状に折り曲げられる。
　この柱脚金物４２のへの字状の折れ曲がり部は、図４中の状態ＦからＧにおいて、上記曲げモーメントＭとは反対側の反時計回り方向の曲げモーメントを発生させる荷重が加えられた際に、水平方向に略直線状に折り返される。
　また、上記時計回り方向の曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた柱脚金物４２は、図２中右側の部分が、基礎コンクリート３上のモルタル８の上面に押し付けられる力により降伏して塑性変形し、この塑性変形した部分より図中右側の、柱脚金物４２の右端部が上側に位置するように、逆への字状に折り曲げられる。
　また、図２中左側のアンカーボルト１０は、図４中状態ＢからＣにおいてその弾性範囲を超えて降伏し、塑性変形により伸びてその長さ寸法が大きくなっている。
　図４中の状態ＥからＦ，Ｇ，Ｈを経由して状態Ｉに至る過程においては、曲げモーメントの作用方向が逆方向であること以外は、同図中の状態ＡからＥに至る過程と同様である。
　このため、図２中の右側のアンカーボルト１０は、図４中の状態ＥからＦ，Ｇ，Ｈを経由して状態Ｉに至る過程において、図２中の左側のアンカーボルト１０の図４中の状態ＡからＢ，Ｃ，Ｄを経由して状態Ｅに至る過程における変形と同様の変形が生じることになる。
　そして、柱脚金物４２は、図４中の状態ＥからＦ，Ｇ，Ｈを経由して状態Ｉに至る過程において、図２中左側の部分が、基礎コンクリート３上のモルタル８の上面に押し付けられる力により降伏して塑性変形して、この塑性変形した部分より図中左側の、柱脚金物４２の左端部が上側に位置するように、逆への字状に折り曲げられる。
　図３は、図４における状態Ｉ及びＪの柱脚構造４０を示しているが、柱脚金物４２の図中左右両端部のそれぞれに図中上方に折れ曲がった屈曲部４２ｃが形成されているため、ナット部材１２の下面と、柱脚金物４２の屈曲部４２ｃ上の座金１６の上面との間の隙間Ｓ１は、従来の柱脚構造２における隙間Ｓに比べて著しく小さくなっている。
　このため、状態Ｉにおいて再度曲げモーメントＭを発生させる荷重が加えられた場合には、図３中左側のナット部材１２の下面と、柱脚金物４２の屈曲部４２ｃ上の座金１６の上面とが略直ちに接触するので、従来の柱脚構造２のようなスリップ現象が生じ難くなっている。
　このように、上記曲げモーメントＭを発生させる荷重を、鉄骨柱４の下端部及び柱脚金物４２からアンカーボルト１０に略直ちに伝達させることができるので、柱脚構造４０は、図４中の状態ＪからＫに沿って、略弾性変形に近似した軌跡を辿ることにより、鉄骨柱４の下端部、柱脚金物４２及びアンカーボルト１０にエネルギー吸収を行なわせることができる。
　このため、柱脚構造４０より上方の上部構造を構成する梁部材や柱部材に、上記曲げモーメントＭを発生させる荷重が全てかかるようなことはなく、柱脚構造４０より上方の上部構造はその荷重の一部だけを負担するだけでよい。
　すなわち、本実施の形態に係る柱脚構造４０は、図４中状態ＪからＫ，Ｌを経由して状態Ｎに至る軌跡により形成された三角形（斜線部）の面積Ｑ分だけエネルギー吸収を行ない、上記曲げモーメントＭを発生させる荷重を、鉄骨柱４の下端部及び柱脚金物４２からアンカーボルト１０が負担することができる。
　以下、従来の柱脚構造２と本実施の形態に係る柱脚構造４０に対して行なった試験について図５から図１１を用いて説明する。上記試験においては、図５に示す２層モデル５０及び図６に示す４層モデル５２に対して、所定の重量を負荷した状態で、地震波（エルセントロＮＳ波）を加えて試験をしている。
　２層モデル５０は、図５に示すように、３本の柱部材５４が図中左右方向に互いに間隔を置いて配置されており、それらの柱部材５４が基礎面５３上に柱脚部６０を介して立設している。
　そして、４本の梁部材５６が基礎面５３に対して略水平に、かつ２本ずつ直列に並べられて上下２段に分かれて配置されている。それらの梁部材５６は、その長さ方向の両端部が柱部材５４の側部に突き当てられた接合部５８において柱部材５４に剛接合されている。
　４層モデル５２は、図６に示すように、２層モデル５０と同様に、３本の柱部材５４が図中左右方向に互いに間隔を置いて配置されており、それらの柱部材５４が基礎面５３上に柱脚部６０を介して立設している。
　そして、８本の梁部材５６が基礎面５３に対して略水平に、かつ２本ずつ直列に並べられて上下４段に分かれて配置されている。それらの梁部材５６は、その長さ方向の両端部が柱部材５４の側部に突き当てられた接合部５８において柱部材５４に剛接合されている。
　図７は、２層モデル５０の柱脚部６０に従来の柱脚構造２を用いて試験した結果得られた、図１３に示す鉄骨柱４の曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すヒステリシス線図である。図７に示すように、従来の柱脚構造２においては、図１５中の状態ＩからＪに示すようなスリップ現象が生じている。
　これに対して、図８は、２層モデル５０の柱脚部６０に本実施の形態に係る柱脚構造４０を用いて試験した結果得られた、図２に示す鉄骨柱４の曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すヒステリシス線図である。図８に示すように、本実施の形態に係る柱脚構造４０においては、従来の柱脚構造２とは異なり、図１５中の状態ＩからＪに示すようなスリップ現象は生じていない。
　ここで、図８は、アンカーボルト１０が降伏を開始する降伏開始曲げモーメントＭａが、柱脚金物４２の周縁部が降伏を開始する降伏開始曲げモーメントＭｂの１．５倍に設定されたものを示しているが、降伏開始曲げモーメントＭａが降伏開始曲げモーメントＭｂより大きく、かつ降伏開始曲げモーメントＭｂ未満の範囲に設定されたものについては、図８と同様の傾向を示した。
　また、上記試験に用いた柱脚構造４０は、柱脚金物４２の周縁部の降伏開始曲げモーメントＭｂを上記設定範囲内に、かつ従来の柱脚構造２における柱脚金物６の周縁部の降伏開始曲げモーメントの値よりも小さく変更したこと以外は、従来の柱脚構造２と同様の条件においてなされている。
　また、４層モデル５２についても、図７及び図８に示す２層モデル５０と同様の傾向を示した。
　図１０及び図１１は、従来の柱脚構造２と本実施の形態に係る柱脚構造４０の柱脚吸収エネルギー指標（Ｗ１／Ｗ０）を比較するための図である。図１０は２層モデル５０の場合における柱脚吸収エネルギー指標の比較を、図１１は４層モデル５２の場合における柱脚吸収エネルギー指標の比較を示している。
　ここで柱脚吸収エネルギー指標は、従来の柱脚構造２又は本実施の形態に係る柱脚構造４０が吸収することができる露出型の柱脚吸収エネルギーＷ１を、埋め込み型柱脚における柱部材５４が吸収することができる埋め込み型の柱脚吸収エネルギーＷ０で除して無次元化したものであり、柱脚吸収エネルギー指標の値が大きいほど、柱脚構造が吸収することができる柱脚吸収エネルギー量が多いことになる。
　図９は、埋め込み型柱脚における柱部材５４、すなわち柱脚部６０を用いずに柱部材５４の下端部を基礎面５３より下方に埋設させた場合の柱部材５４の曲げモーメントＭと回転角θとの関係を示すヒステリシス線図である。
　埋め込み型柱脚における柱部材５４は、同図中状態ＢからＣ，Ｄ，Ｅ，Ｆを経由して再び状態Ｂに至る軌跡により形成された四辺形の面積分だけエネルギー吸収を行なうことができ、これが埋め込み型の柱脚吸収エネルギーＷ０となる。
　これに対して、露出型の柱脚吸収エネルギーＷ１は、図７及び図８に示すような、従来の柱脚構造２又は本実施の形態に係る柱脚構造４０のヒステリシス線図から算出されている。
　図１０に示す２層モデル５０の場合には、従来の柱脚構造２の３つの建物ａ，ｂ，ｃそれぞれは、柱脚吸収エネルギー指標の値が０．２５以下であるのに対して、本実施の形態に係る柱脚構造４０の３つの建物ａ，ｂ，ｃのそれぞれは、柱脚吸収エネルギー指標の値が０．５以上になっている。
　ここで、３つの建物ａ，ｂ，ｃのそれぞれは、柱部材及び梁部材の強度を他の建物とは異なるように設定されている。
　図１１に示す４層モデル５２の場合には、従来の柱脚構造２の３つの建物ａ，ｂ，ｃそれぞれは、柱脚吸収エネルギー指標の値が０．１５以下であるのに対して、本実施の形態に係る柱脚構造４０の３つの建物ａ，ｂ，ｃのそれぞれは、柱脚吸収エネルギー指標の値が０．３以上になっている。
　図１０及び図１１に示すように、本実施の形態に係る柱脚構造４０は、従来の柱脚構造２に比べて、その柱脚吸収エネルギー量を大きくすることができる。
　このような本実施の形態に係る柱脚構造４０は、図３に示すように、柱脚金物４２の左右両端部に屈曲部４２ｃが形成されることにより、アンカーボルト１０に取付けられたナット部材１２の下面と柱脚金物４２の屈曲部４２ｃ上の座金１６の上面との間の隙間Ｓ１を小さくすることができる。
　また、本実施の形態に係る柱脚構造４０は、図４に示すように、アンカーボルト１０が降伏後においても柱脚構造４０が吸収することができるエネルギー量を大きなものにすることができる。
　すなわち、本実施の形態に係る柱脚構造４０は、従来の柱脚構造２のようなスリップ現象を生じないため、鉄骨柱４の下端部、柱脚金物４２及びアンカーボルト１０に曲げモーメントＭを発生させる荷重の一部がかかるので、柱脚構造４０より上方の上部構造を構成する、梁部材や柱部材などに上記曲げモーメントＭを発生させる荷重が全てかかるようなことはなく、柱脚構造４０より上方の上部構造はその荷重の一部だけを負担するだけでよい。
　このため、柱脚構造４０より上方の上部構造を構成する柱部材や梁部材等が損傷や破断したり、建築構造物が倒壊したりすることを防止することができると共に、上部構造を構成する柱部材や梁部材等の大型化、重量化、高価格化を防止することができる。
　また、本実施の形態に係る柱脚構造４０は、大きな外径寸法を有するアンカーボルト１０を採用しなくてもよいので、柱脚構造４０を構成するアンカーボルト１０や柱脚金物４２の大型化、重量化、高価格化を防止することができる。
　したがって、以上に説明したように、本実施の形態に係る柱脚構造４０によれば、柱脚構造４０のエネルギー吸収能力を向上させて、建築構造物の損傷や破断、或いは倒壊を防止することができると共に、柱脚構造４０や建築構造物の大型化や重量化、高額化を防止することができる。
　なお、本発明は、前記実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の目的を達成することができる範囲内であれば、柱脚構造について種々の変更が可能である。
　例えば、前記実施の形態に係る柱脚構造４０においては、柱脚金物４２が正方形状の表裏両面を有する平板状の場合について説明したが、表裏両面が縦横の長さが異なる、正方形状以外の四角形であっても構わない。
　また、柱脚金物は、前記特許文献２に係る柱脚金物のような、底板部と、その底板部上面の中央部がその周縁部より上方に突出した支持台部により構成されていてもよく、また、これら以外の他の形状のものであっても構わない。
　また、前記実施の形態に係る柱脚構造４０においては、柱脚金物４２にその下端面が接合される鉄骨柱４は、角筒状に形成されていたが、この形状に限定されず、例えば円筒状に形成されていてもよい。また、鉄骨柱は中実状に形成されていてもよい。
　また、前記実施の形態に係る柱脚構造４０においては、柱脚金物４２より上方に突出した、アンカーボルト１０の上端部に形成されたオネジ部が、１つのナット部材１２のメネジ部にねじ締結されていたが、２つ以上のナット部材１２（ダブルナットなど）が取付けられていてもよい。
　また、前記実施の形態に係る柱脚構造４０においては、基礎コンクリート３中において、アンカーボルト１０の下端部に形成されたオネジ部に、１つのナット部材１４のメネジ部にねじ締結されていたが、２つ以上のナット部材１４が取付けられていてもよいし、２つのナット部材１４の間に定着板１８が設けられていてもよい。
　２　柱脚構造
　３　基礎コンクリート
　４　鉄骨柱
　６　柱脚金物
　６ａ　上面
　６ｂ　ボルト挿通孔
　８　モルタル
　１０　アンカーボルト
　１２，１４　ナット部材
　１６　座金
　１８　定着板
　４０　柱脚構造
　４２　柱脚金物
　４２ａ　上面
　４２ｂ　ボルト挿通孔
　４２ｃ　屈曲部
　５０　２層モデル
　５２　４層モデル
　５３　基礎面
　５４　柱部材
　５６　梁部材
　５８　接合部
　６０　柱脚部
　Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｎ　状態
　ａ，ｂ，ｃ　建物
　Ｍ　曲げモーメント
　Ｍａ，Ｍｂ　降伏開始曲げモーメント
　Ｏ　回転中心
　Ｑ　面積
　Ｓ，Ｓ１　隙間
　θ　角度

Claims (1)

  1. 　柱部材の下端部に接合された接合金物の周縁部が基礎コンクリートから上方に突出したアンカーボルトにより固定され、前記柱部材よりも先に前記アンカーボルトが降伏する柱脚構造であって、
    　前記アンカーボルトが降伏を開始する第１曲げモーメントが、前記接合金物の周縁部が降伏を開始する第２曲げモーメントよりも大きく、かつ前記第２曲げモーメントの１．５倍以下になるように設定された
    　ことを特徴とする柱脚構造。
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