(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の鉄骨柱の下端部に溶接されるベースプレートの前記鉄骨柱の周囲に張出した張出し部に８個以上のボルト挿通孔を形成し、それらの各ボルト挿通孔に基礎コンクリートに定着したアンカーボルトを挿通して締付け固定する柱脚用ベースプレート固定装置において、前記張出し部の各角部に配設されるボルト挿通孔の位置を、鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔を通り、それらの鉄骨柱の各辺に平行な直線より内側にずらして、前記各ボルト挿通孔と前記鉄骨柱の外面との間の間隔を略同一に設定したことを特徴とする柱脚用ベースプレート固定装置。
【請求項２】
矩形状の鉄骨柱の下端部に溶接されるベースプレートの前記鉄骨柱の周囲に張出した張出し部に８個以上のボルト挿通孔を矩形状に配設し、それらの各ボルト挿通孔に基礎コンクリートに定着したアンカーボルトを挿通して締付け固定する柱脚用ベースプレート固定装置において、前記鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔と同鉄骨柱の外面との間の領域の平均板厚を、各角部に配設されるボルト挿通孔と同鉄骨柱の外面との間の領域の平均板厚より小さく設定したことを特徴とする柱脚用ベースプレート固定装置。
【請求項３】
矩形状の鉄骨柱の下端部に溶接されるベースプレートの前記鉄骨柱の周囲に張出した張出し部に８個以上のボルト挿通孔を矩形状に配設し、それらの各ボルト挿通孔に基礎コンクリートに定着したアンカーボルトを挿通して締付け固定する柱脚用ベースプレート固定装置において、前記鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるアンカーボルトの耐力を各角部に配設されるアンカーボルトの耐力より大きく設定したことを特徴とする柱脚用ベースプレート固定装置。
【請求項４】
前記鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるアンカーボルトの径を各角部に配設されるアンカーボルトの径より太くして耐力を大きく設定したことを特徴とする請求項３記載の柱脚用ベースプレート固定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨造や鉄骨鉄筋コンクリート造の柱脚構造に関する。より詳しくは、矩形状からなる鉄骨柱の下部に溶接される柱脚用ベースプレートを８本以上のアンカーボルトを使用して基礎コンクリートに対して固定するための柱脚用ベースプレート固定装置の改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１０及び図１１はこの種の８本以上のアンカーボルトを使用して矩形状の鉄骨柱を基礎コンクリートに対して固定する場合に用いられる従来の柱脚用ベースプレートを示したもので、図１０はその平面図、図１１はＣ−Ｃ縦断面図を示したものである。図示のように、この種の矩形状の鉄骨柱に用いられるベースプレートとして、ベースプレート１０１と鉄骨柱１０２との溶接用の立上がり部１０３の周囲に張出し部１０４を張出し、その張出し部１０４にそれぞれのアンカーボルトに対応して例えば８本のボルト挿通孔１０５を立上がり部１０３、すなわち前記鉄骨柱１０２の外面に沿って矩形状に配列したものが従来から広く使われている。なお、図中、１０６は軽量化を図るため、ベースプレート１０１の周囲の板厚を落して形成した段差部である。
【０００３】
ところで、以上の矩形状の鉄骨柱においては、その鉄骨柱の形状及び躯体との配置関係から前記鉄骨柱１０２に作用する外力によって生じる曲げモーメントＭに対する強度が重要な問題になる。図１０及び図１１に示した従来例を用いて説明すると、例えば図１１に示したように矢印方向に曲げモーメントＭが作用した場合には、図１０の左側に直線上に配設したボルト挿通孔１０５のうちのａ〜ｃに挿通される各アンカーボルトに引張力が作用することになる。その場合、鉄骨柱の左側の辺の中間部側方に配列されたボルト挿通孔ｂと鉄骨柱の外面との間の間隔Ｌｂは、角部に配設されたボルト挿通孔ａ，ｃと鉄骨柱の外面との間の間隔Ｌａ，ｃより小さいことから、板厚が同じであるとすると、前者の鉄骨柱の辺の中間部側方に配列されたボルト挿通孔ｂと鉄骨柱の外面との間の領域の剛性の方が後者の角部の場合の剛性より大きくなるため、引張応力もそのボルト挿通孔ｂに挿通される鉄骨柱の辺の中間部側方に設置されるアンカーボルトに偏ることになる。したがって、これらの各アンカーボルトに作用する引張応力のバラツキの結果、鉄骨柱に作用する曲げモーメントＭが大きくなると、ボルト挿通孔ｂに挿通される鉄骨柱の辺の中間部側方に設置されたアンカーボルトが先に降伏することになる。すなわち、以上の各アンカーボルトに作用する引張応力のバラツキが原因で、所期の耐力性能を満たす前に鉄骨柱の辺の中間部側方に位置するアンカーボルトが先に降伏してしまい、アンカーボルトの径が全て同じであれば、その鉄骨柱の辺の中間部側方に位置するアンカーボルトの耐力により性能が左右されてしまうという問題が判った。なお、以上の現象は実験的にも確認されているところである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のベースプレートとアンカーボルトの耐力は、基礎コンクリートからの引抜耐力も含めて、鋼管等からなる鉄骨柱の耐力より大きく設定し、躯体が崩壊しても柱脚部は保持されるように各部の強度を設定しているのが一般的である。そして、鉄骨柱が座屈等により壊れる際には、ベースプレートに曲げ変形が生じて全てのアンカーボルトに引張応力が生じる可能性があるが、その場合、前述のように鉄骨柱の辺の中間部側方に配設されるアンカーボルトに引張応力が集中することになるため、角部のアンカーボルトより先に降伏状態に陥ってしまう。そのため、従来においては、全体として柱脚部が破壊されないようにするためには、過大な設計が余儀なくされていた。本発明は、以上のような観点から、従来の過大な設計から解放され、従来に比べてより合理的かつ経済的な設計を可能にする柱脚用ベースプレート固定装置を供給することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１の発明では、矩形状の鉄骨柱の下端部に溶接されるベースプレートの前記鉄骨柱の周囲に張出した張出し部に８個以上のボルト挿通孔を形成し、それらの各ボルト挿通孔に基礎コンクリートに定着したアンカーボルトを挿通して締付け固定する柱脚用ベースプレート固定装置において、前記張出し部の各角部に配設されるボルト挿通孔の位置を、鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔を通り、それらの鉄骨柱の各辺に平行な直線より内側にずらして、前記各ボルト挿通孔と前記鉄骨柱の外面との間の間隔を略同一に設定するという技術手段を採用した。また、請求項２の発明では、前記ボルト挿通孔を矩形状に配設することを前提として、前記鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔と同鉄骨柱の外面との間の領域の平均板厚を、各角部に配設されるボルト挿通孔と同鉄骨柱の外面との間の領域の平均板厚より小さく設定するという技術手段を採用した。以上の請求項１又は２の技術手段の採用により、それぞれのボルト挿通孔に挿通される各アンカーボルトに作用する引張力の均等化が改善されるので、従来のような過大な設計ではなく、合理的かつ経済的な設計が可能になる。
【０００６】
さらに、請求項３の発明では、前記ボルト挿通孔を矩形状に配設することを前提として、前記鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるアンカーボルトの耐力を各角部に配設されるアンカーボルトの耐力より大きく設定するという技術手段を採用した。また、請求項４の発明では、前記鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるアンカーボルトの径を各角部に配設されるアンカーボルトの径より太くすることにより耐力を大きく設定するという技術手段を採用した。以上の請求項３又は４の技術手段の採用により、従来のような過大な設計ではなく、それぞれのアンカーボルトに作用する引張力に応じた合理的かつ経済的な設計が可能になる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施に当っては、矩形状の鉄骨柱の周囲に張出す張出し部に８個以上のボルト挿通孔を有し、鉄骨柱の角部のほかに辺の中間部側方にもボルト挿通孔を形成する柱脚用ベースプレートであれば、そのボルト挿通孔、すなわちアンカーボルトの本数を更に増加したものや、ベースプレートの上面あるいは下面に必要に応じて軽量化などのために凹凸を形成したものにも適用が可能である。また、ベースプレートの具体的な製造方法に関しても限定されず、鋳造や鍛造等により製造されるものにも好適である。なお、ベースプレートと鉄骨柱との結合部の構造に関しては、前記従来例のように立上がり部を形成して張出し部より上方の位置で溶接するものでも、立上がり部を設けず、張出し部と同じ高さの位置に溶接するものでもよい。
【０００８】
また、鉄骨柱の角部の外面が直角に形成されたものでもアールをとったものでも適用が可能である。その場合、請求項１の発明の実施に当って、例えば、角部の外面が直角に形成されたものを基準にベースプレートの各角部のボルト挿通孔の位置を設定すれば、同ベースプレートをそのままアールをとったものに適用した場合にも、その角部のボルト挿通孔と鉄骨柱の外面との間隔が鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔と鉄骨柱の外面との間隔より小さくなって強度が低くなることはなく、しかも少なくとも矩形状に配設された従来例に比べて、それらの間隔の差を小さくできる分だけ、各アンカーボルトに作用する引張応力のバラツキを軽減できる効果がある。なお、他の請求項２〜４の発明においては、それぞれのボルト挿通孔が矩形状に配設されることを前提としていることから、その鉄骨柱の角部の外面が直角に形成されたものか、あるいはアールをとったものかによる適用上の影響は少なく、同じベースプレートを共用しやすい。さらに、鉄骨柱自体の板厚如何、例えば９〜１６ｍｍ程度の板厚の鉄骨柱を用いる場合に対しても、同じベースプレートを共用することが可能である。
【０００９】
さらに、それぞれのアンカーボルトの強度の設定を介して対応することも可能である。すなわち、前記鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるアンカーボルトの耐力を各角部に配設されるアンカーボルトの耐力より大きく設定することにより、それぞれのアンカーボルトに作用する引張力に応じた合理的な設計を実施することが可能となる。なお、アンカーボルトの耐力を大きくする手段としては、アンカーボルトの径を太くしたり、材質の選定や焼入れ等の調質による強度アップなどが可能である。
【００１０】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例に関して説明する。図１〜図３は請求項１に係る本発明の実施例を示したもので、図１はその第１実施例の平面図、図２は同部分拡大図、図３はその変形例を示した部分拡大図である。また、図４は第２実施例の平面図を示したものである。図示のように、第１実施例に係るベースプレート１は、前述の従来例と同様に、矩形状の鉄骨柱２の周囲に張出した張出し部３にアンカーボルトに対応して８個のボルト挿通孔４ａ〜ｈを有している。しかしながら、本実施例においては、図２に示したように、それぞれのボルト挿通孔４ａ〜ｈと鉄骨柱２の外面との間の間隔Ｌを全て略同一に設定した点で全く相違している。すなわち、本実施例では前記張出し部３の各角部に配設されるボルト挿通孔４ａ，４ｃ，４ｅ，４ｇの位置を、鉄骨柱２の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔４ｂ，４ｄ，４ｆ，４ｈを通り、それらの鉄骨柱の各辺に平行な直線より内側にずらして、ボルト挿通孔４ａ〜ｈと鉄骨柱２の外面との間の間隔Ｌを全て略同一に設定するという技術手段を採用している。以上のように、従来技術においては、各ボルト挿通孔と鉄骨柱の外面との間隔Ｌａ，Ｌｂの不一致による耐力状態に与える影響に関しては全く考慮されていなかったのに対して、本発明では、種々の実験から得られたその間隔のバラツキによる全体の耐力に与える欠点に着目して、各ボルト挿通孔４ａ〜ｈと鉄骨柱２の外面との間の間隔Ｌの均等化を図った点で特徴を有するものである。そして、これにより各ボルト挿通孔４ａ〜ｈに挿通されたそれぞれのアンカーボルトには略同一の引張力が作用するようになることから、従来のように過大な設計ではなく、より合理的かつ経済的な設計が可能になる。なお、本実施例では、図２に示したようにベースプレート１の各角部のボルト挿通孔４ａ，ｃ，ｅ，ｇの位置を鉄骨柱２の角部が直角の場合を基準に間隔Ｌを設定したが、前述のように、図３に示した鉄骨柱２の角部のアールをとったものに対して前記ベースプレート１をそのまま適用した場合にも、前記間隔の差を低減できる分、有効である。
【００１１】
図４に示した第２実施例に係るベースプレート５は、矩形状の鉄骨柱６の周囲に矩形状の張出し部７を張出し、その張出し部７に１６個のボルト挿通孔８を形成する場合に本発明を適用したもので、前記第１実施例と同様に、各ボルト挿通孔８と鉄骨柱６の外面との間の間隔が略同一に設定され、同様の作用効果を奏するように構成されている。なお、本実施例では、ボルト挿通孔８の位置を鉄骨柱６の角部のアール面を基準に設定した場合を例示している。
【００１２】
図５〜図８は請求項２に係る本発明の実施例を示したもので、図５は第３実施例の平面図、図６はそのＡ−Ａ拡大断面図、図７はＢ−Ｂ拡大断面図、図８は第４実施例の平面図を示したものである。図示のように、第３実施例に係るベースプレート９は、矩形状の鉄骨柱１０の周囲に張出した張出し部１１にアンカーボルトに対応して８個のボルト挿通孔１２ａ〜ｈを矩形状に配設している。本実施例においては、図示のように、張出し部１１を板厚の大きい部分１１ａと小さい部分１１ｂとから構成している。図５に示したように、板厚の大きい部分１１ａには角部に配設されるボルト挿通孔１２ａ，ｃ，ｅ，ｇが含まれ、また板厚の小さい部分１１ｂには鉄骨柱１０の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔１２ｂ，ｄ，ｆ，ｈが含まれるように形成されている。したがって、図６及び図７の比較から明らかのように、鉄骨柱１０の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔１２ｂ，ｄ，ｆ，ｈと鉄骨柱１０の外面との間の領域Ｓ2の平均板厚が、各角部に配設されるボルト挿通孔１２ａ，ｃ，ｅ，ｇと鉄骨柱１０の外面との間の領域Ｓ1の平均板厚より小さく設定されることになる。すなわち、本実施例においては、以上のように、鉄骨柱１０との間隔が小さい、鉄骨柱１０の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔１２ｂ，ｄ，ｆ，ｈとの間の領域Ｓ2の曲げ剛性を平均板厚を介して小さく設定し、当該アンカーボルトに作用する引張力に応じて適度に抑えることにより、各角部のアンカーボルトに作用する引張応力との均等化を図り、これによって従来のように一部のアンカーボルトが先に降伏するため全体として過大な設計をするという問題を解消したものである。
【００１３】
図８に示した第４実施例に係るベースプレート１３は、矩形状の鉄骨柱１４の周囲に矩形状の張出し部１５を張出し、その張出し部１５に１６個のボルト挿通孔１６を形成する場合に本発明を適用したもので、前記第３実施例と同様に、鉄骨柱１４との間隔の小さい鉄骨柱１４の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔１６との間の平均板厚を調整して曲げ剛性を小さく設定することにより、それぞれのアンカーボルトに作用する引張応力の均等化を図り、同様の作用効果を奏するように構成したものである。
【００１４】
図９は請求項４に係る本発明の第５実施例を示した平面図である。図示のように、本実施例に係るベースプレート１７の場合には、その張出し部１８に矩形状に配設されたボルト挿通孔のうち、より大きな引張力が作用する鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるボルト挿通孔１９のボルト径を各角部に配設されるボルト挿通孔２０のボルト径より大きく設定している。そして、これらのボルト挿通孔１９，２０に挿通するアンカーボルトも、それらのボルト挿通孔１９，２０のボルト径に応じて、鉄骨柱の各辺の中間部側方に配設されるアンカーボルトとして、各角部に配設されるアンカーボルトより径の太いものを使用し、各アンカーボルト間の耐力の均等化を図ることにより、合理的かつ経済的な設計を可能にしている。なお、前述のように、アンカーボルトの径による調整に代えて、その材質の選定や焼入れ等の調質により強度を調整することも可能である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、ベースプレートに形成される各ボルト挿通孔と鉄骨柱の外面との間の間隔又はそれらの間の平均板厚を調整することにより、あるいはアンカーボルト側の耐力を調整することにより、従来の過大な設計から解放され合理的な設計が可能となり、柱脚構造全体としての耐力をより経済的に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例の平面図である。
【図２】  図１の部分拡大図である。
【図３】  第１実施例の変形例を示した部分拡大図である。
【図４】  本発明の第２実施例の平面図である。
【図５】  本発明の第３実施例の平面図である。
【図６】  図５中のＡ−Ａ拡大断面図である。
【図７】  図５中のＢ−Ｂ拡大断面図である。
【図８】  本発明の第４実施例の平面図である。
【図９】  本発明の第５実施例の平面図である。
【図１０】  従来の柱脚用ベースプレートを示した平面図である。
【図１１】  図１０中のＣ−Ｃ縦断面図である。
【符号の説明】
１…ベースプレート、２…鉄骨柱、３…張出し部、４…ボルト挿通孔、５…ベースプレート、６…鉄骨柱、７…張出し部、８…ボルト挿通孔、９…ベースプレート、１０…鉄骨柱、１１…張出し部、１２…ボルト挿通孔、１３…ベースプレート、１４…鉄骨柱、１５…張出し部、１６…ボルト挿通孔、１７…ベースプレート、１８…張出し部、１９，２０…ボルト挿通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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