(57)【要約】【課題】優れた力学的性能を有する柱脚部構造を提供する。【解決手段】円形鋼管の内部にコンクリートを充填したコンクリート充填円形鋼管柱とコンクリート基礎を接合する柱脚部の構造において、（ｉ）少量の断面積で強度を確保できる高強度異形鉄筋を、コンクリート内部の同一円周上に等間隔に配置し、長さ方向にて、一定の間隔で、せん断補強鉄筋で締結し、（ii）高強度異形鉄筋の上端部を柱内充填コンクリート内部に、下端部をコンクリート基礎に定着せしめることを特徴とする柱脚部構造。【選択図】図１
2010248702.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円形鋼管の内部にコンクリートを充填したコンクリート充填円形鋼管柱とコンクリート基礎を接合する柱脚部の構造において、
（ｉ）少量の断面積で強度を確保できる高強度異形鉄筋を、コンクリート内部の同一円周上に等間隔に配置し、長さ方向にて、一定の間隔で、せん断補強鉄筋で締結し、
（ii）高強度異形鉄筋の上端部を柱内充填コンクリート内部に、下端部をコンクリート基礎に定着せしめる、
ことを特徴とする柱脚部構造。
【請求項２】
前記高強度異形鉄筋と充填コンクリートで構成される柱脚部鉄筋コンクリートの断面における終局耐力を、高強度異形鉄筋の総断面積、総本数、配置、及び、降伏強さのいずれか一つ又は二つ以上で調整することを特徴とする請求項１に記載の柱脚部構造。
【請求項３】
前記終局耐力が、コンクリート充填円形鋼管柱の終局耐力と同等となるように、高強度異形鉄筋を配置することを特徴とする請求項２に記載の柱脚部構造。
【請求項４】
前記円形鋼管の下部内面に、鋼管と充填コンクリートのずれを防止するとともに、鋼管から充填コンクリートに力を伝達するリング状の鋼板を、少なくとも１段、片側又は両側隅肉溶接で取り付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の柱脚部構造。
【請求項５】
前記円形鋼管の下端面とコンクリート基礎上面にすき間を設けることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の柱脚部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形鋼管の内部にコンクリートを充填したコンクリート充填円形鋼管柱の柱脚部の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管内にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管柱は、圧縮力に強いコンクリートと、曲げ、引張に強い鋼管から構成される、力学的に合理的な複合構造体であり、変形性能に優れた部材であることは一般的に知られている。その柱脚部は、柱から伝達される曲げモーメント、軸力、せん断力を、確実に、コンクリート基礎部に伝達する重要な役目を担っており、柱脚部の保有する耐力、剛性、変形性能によって、構造物の性能は大きく左右される。
【０００３】
コンクリート充填鋼管柱の柱脚部の構造としては、コンクリート充填鋼管柱をコンクリート基礎に埋込む埋込み柱脚構造や、コンクリート充填鋼管柱の周囲を根巻きコンクリートで覆う根巻き柱脚構造を採用するのが一般的である。特許文献１及び２には、鋼管柱内部に鉄筋を配置し、コンクリートを充填した柱脚部構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２０７２０号公報
【特許文献２】特開平１１−２４７２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的な工法として採用されている埋込み柱脚構造では、鋼管柱を基礎コンクリート打設時に先行して建て込む必要があり、建て方工程に影響を及ぼし、かつ、埋込みを必要とする鋼管柱とコンクリート基礎部に配置される鉄筋が干渉する問題がある。また、根巻き柱脚構造では、鋼管柱と外側に配置する根巻きコンクリート部分が利用可能な床面積を減少させ、スペースの有効利用の妨げとなる。
【０００６】
一方、鋼管柱内部に鉄筋を配置しコンクリートを充填した柱脚部構造で、通常の降伏強さを有する鉄筋を配置して柱脚部を構成した場合、例えば、コンクリート充填鋼管柱断面と同等の終局耐力を有する柱脚部構造を実現するには、鉄筋を大径にし、かつ、多数配置する必要がある。鉄筋量が増えると、コンクリート基礎部の鉄筋との干渉が問題となる。場合によっては、鋼管柱内部のスペースが不足して配筋できず、部材構成が不可能となる場合も考えられる。
【０００７】
以上から、コンクリート充填円形鋼管柱においては、従来の一般的な工法の問題点を解消し、かつ、優れた力学的性能を有する柱脚部の構造が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは上記課題を解決する手段について、鋭意検討した。その結果、円形鋼管の内部にコンクリートを充填したコンクリート充填円形鋼管柱とコンクリート基礎を接合する柱脚部の構造において、コンクリート内部に配筋される鉄筋に、少量の断面積で強度を確保できる高強度異形鉄筋を用いると、優れた力学的性能を有する柱脚部の構造を構成することができることを見い出した。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨は、以下のとおりである。
【００１０】
（１）円形鋼管の内部にコンクリートを充填したコンクリート充填円形鋼管柱とコンクリート基礎を接合する柱脚部の構造において、
（ｉ）少量の断面積で強度を確保できる高強度異形鉄筋を、コンクリート内部の同一円周上に等間隔に配置し、長さ方向にて、一定の間隔で、せん断補強鉄筋で締結し、
（ii）高強度異形鉄筋の上端部を柱内充填コンクリート内部に、下端部をコンクリート基礎に定着せしめる、
ことを特徴とする柱脚部構造。
【００１１】
（２）前記高強度異形鉄筋と充填コンクリートで構成される柱脚部鉄筋コンクリートの断面における終局耐力を、高強度異形鉄筋の総断面積、総本数、配置、及び、降伏強さのいずれか一つ又は二つ以上で調整することを特徴とする前記（１）に記載の柱脚部構造。
【００１２】
（３）前記終局耐力が、コンクリート充填円形鋼管柱の終局耐力と同等となるように、高強度異形鉄筋を配置することを特徴とする前記（２）に記載の柱脚部構造。
【００１３】
（４）前記円形鋼管の下部内面に、鋼管と充填コンクリートのずれを防止するとともに、鋼管から充填コンクリートに力を伝達するリング状の鋼板を、少なくとも１段、片側又は両側隅肉溶接で取り付けることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の柱脚部構造。
【００１４】
（５）前記円形鋼管の下端面とコンクリート基礎上面にすき間を設けることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の柱脚部構造。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、高強度異形鉄筋と充填コンクリートから成る柱脚部鉄筋コンクリート断面で柱脚部構造を構成するため、根巻き柱脚構造にあるような鋼管柱外側への根巻きコンクリートは不要となる。円形鋼管の下端部とコンクリート基礎部上面にすき間を設けることで、埋込み柱脚構造のようなコンクリート基礎部への鋼管柱の埋込みが省略できる。
【００１６】
また、コンクリート充填円形鋼管柱とコンクリート基礎部を接合する柱脚部構造に高強度異形鉄筋を使用することで、通常の降伏強さを有する鉄筋を配置する場合と比べ、鉄筋量を大幅に減らすことが可能となり、一般的に鉄筋が入り組んだコンクリート基礎部の鉄筋との干渉を最小限に抑えた柱脚部構成が可能である。
【００１７】
更には、高強度異形鉄筋の断面積、本数、配置、降伏強さを変化させることによって、コンクリート充填円形鋼管柱の耐力、剛性に依存することなく、柱脚部構造の耐力、剛性を調整することが可能であり、設計の自由度が高まることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態に係る柱脚部構造を示す図であり、図１（Ａ）は、柱の断面を示す図であり、図１（Ｂ）は、柱の正面断面を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る異なる鉄筋配置を示す柱の断面を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係る柱脚部構造のリング状の鋼板の取付け態様を示す図である。図３（Ａ）は、円形鋼管とリング状の鋼板を、片側隅肉溶接で取付けた態様を示し、図３（Ｂ）は、円形鋼管とリング状の鋼板を、両側隅肉溶接で取付けた態様を示す。
【図４】本発明の実施形態に係る柱脚部構造の円形鋼管下端部のすき間部分を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る柱脚部構造の性能確認試験体の断面を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る柱脚部構造の性能確認試験結果である、柱脚部曲げモーメントと変形角の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、図を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る柱脚部構造を示す図である。図中の鉄筋の本数、配置は一例である。図１（Ａ）は、コンクリート充填円形鋼管柱４を水平に切断し、上部から見た状態を示す図である。図１（Ｂ）は、柱脚部構造１のコンクリート充填円形鋼管柱４を鉛直に切断し、正面から見た状態を示す図である。
【００２０】
柱脚部構造１は、円形鋼管２と、その内部にコンクリートを充填したコンクリート充填円形鋼管柱４を有する、例えば、建築物などの構造物に適用され、コンクリート充填円形鋼管柱４とコンクリート基礎部９を接合する構造である。
【００２１】
柱脚部構造１の内部に配置される高強度異形鉄筋は、例えば、降伏強さが５００Ｎ／ｍｍ2から７００Ｎ／ｍｍ2の高強度の異形鉄筋である。高強度異形鉄筋５の降伏強さが、通常の鉄筋の２倍あれば、通常の鉄筋で構成される柱脚部と同耐力を有する柱脚部構造１を構成する高強度異形鉄筋５の本数は、通常の鉄筋と同断面積であれば半分で済み、コンクリート基礎部９に配置される鉄筋との干渉が抑えられる。
【００２２】
コンクリート充填円形鋼管柱４の終局耐力と同等の終局耐力を有する柱脚部構造１を構成する場合には、高強度異形鉄筋５を、鉄筋の断面積、本数、配置、降伏強さと充填コンクリート３の圧縮強度、断面積から決定する柱脚部鉄筋コンクリート断面の終局耐力が、同等になるように、同一円周上に均等配置することで実現する。均等配置することで、図１（Ａ）に示すように、方向性が無くなり、構造的に有利となる。
【００２３】
図２は、本発明の実施形態に係る異なる鉄筋配置を示す柱の断面を示す図である。要求される終局耐力が大きい場合や、円形鋼管２が小さく、内部の充填コンクリート断面が小さくなる場合には、高強度異形鉄筋５を同一円周上のみでは配置できない場合が予想される。その場合、図２に示すように、高強度異形鉄筋５を２段に配置する。なお、図中に示される高強度異形鉄筋５の本数、配置は、一例である。
【００２４】
但し、コンクリート基礎部の鉄筋との干渉を極力抑えることを考えると、同一円周上のみに配置する図１（Ａ）の方が望ましい。
【００２５】
高強度異形鉄筋５の上端部は充填コンクリート３に、下端部はコンクリート基礎部９に定着され、長さ方向は、一定間隔のせん断補強鉄筋６で締結される。コンクリート円形鋼管柱４内のせん断補強筋６は、主に、高強度異形鉄筋５を据付けた時に、据付形状が崩れないための形状保持の役割を果たす。
【００２６】
図３は、本発明の実施形態に係る柱脚部構造のリング状の鋼板の取付け態様を示す図である。図３（Ａ）は、円形鋼管２とリング状の鋼板７を、円形鋼管２の下端側のみを片側隅肉溶接１０して取付けた態様を示す図である。リング状の鋼板７は、コンクリート充填円形鋼管柱４の円形鋼管２から充填コンクリート３に確実に力を伝達し、鋼管とコンクリートのずれを防止するずれ止めの役割を果たす。
【００２７】
力を確実に伝達するためには、リング状の鋼板７と円形鋼管２は、強固に接合される必要がある。伝達すべき力の大きさによって、片側の溶接のみで伝達可能であれば、円形鋼管２の内側での溶接施工性、品質確保の点から考えて、片側隅肉溶接が好ましい。しかし、図３（Ｂ）に示すように、下端側とその逆側からの溶接が可能であれば、両側隅肉溶接１１でも構わない。
【００２８】
リング状の鋼板７を取付ける段数は、円形鋼管２から充填コンクリート３に確実に力を伝達するために、少なくとも一段は必要である。伝達すべき力に応じて、段数を追加する。図１（Ｂ）では、２段の場合を示している。
【００２９】
図４は、本発明の実施形態に係る柱脚部構造の円形鋼管２の下端部に設けるすき間部分を示す図である。すき間８を、円形鋼管２の下端部とコンクリート基礎部９の間に設けることで、コンクリート充填円形鋼管柱４が、地震荷重等の水平力を受け曲げ変形した際、円形鋼管２の下端部の圧縮側で、円形鋼管２がコンクリート基礎部９に食い込むことを防止できる。そのため、柱の大変形時のコンクリート基礎部９の圧壊を軽減することができる。
【００３０】
柱脚部構造１の性能確認試験では、円形鋼管柱２の直径３９０ｍｍに対して、すき間を１０ｍｍ程度設けた際、良好な結果が得られている。そのことから、少なくとも１０ｍｍ程度のすき間を設けることが好ましい。
【００３１】
図５は、本発明の実施形態に係る柱脚部構造の性能確認を行った試験体の断面を示す図で、コンクリート充填円形鋼管柱４を鉛直に切断し、正面から見た図である。
【００３２】
実験では、試験体のコンクリート充填円形鋼管柱４の柱頭部分に一定の圧縮軸力をかけた状態を保ちながら、水平力を繰り返し漸増載荷した。図６は、性能確認試験結果を示す図であり、横軸は、水平力載荷点の柱頭部分の水平変形を柱長さで除した変形角である。
【００３３】
縦軸は、コンクリート充填円形鋼管柱４の柱脚部分に発生する曲げモーメントを示す。図６から、変形角が大きくなっても、柱脚部の曲げモーメントは低下しておらず、本柱脚部構造が充分な耐力と変形性能を有していることが解る。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
前述したように、本発明によれば、（ａ）根巻き柱脚構造にあるような鋼管柱外側への根巻きコンクリートは不要となる、（ｂ）埋込み柱脚構造のようなコンクリート基礎部への鋼管柱の埋込みが省略できる、（ｃ）鉄筋量を大幅に減らすことが可能となり、コンクリート基礎部の鉄筋との干渉を最小限に抑えた柱脚部構成が可能である、（ｄ）コンクリート充填円形鋼管柱の耐力、剛性に依存することなく、柱脚部構造の耐力、剛性を調整することが可能であり、設計の自由度が高まる。よって、本発明は、建築土木産業において、利用可能性が高いものである。
【符号の説明】
【００３５】
１    柱脚部構造
２    円形鋼管
３    充填コンクリート
４    コンクリート充填円形鋼管柱
５    高強度異形鉄筋
６    せん断補強鉄筋
７    リング状の鋼板
８    円形鋼管とコンクリート基礎とのすき間
９    コンクリート基礎部
１０    片面隅肉溶接
１１    両面隅肉溶接
【図１】
2010248702.tif 000003
【図２】
2010248702.tif 000004
【図３】
2010248702.tif 000005
【図４】
2010248702.tif 000006
【図５】
2010248702.tif 000007
【図６】
2010248702.tif 000008