(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
芯鉄骨の周囲に鉄筋コンクリートからなる被覆コンクリートを一体に形成してなる鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を対象として、該柱の柱脚を基礎に対してピン接合するための柱脚用ピン構造であって、
前記柱における前記芯鉄骨の下端部を挿入可能なソケット鋼管を、その軸線が上下方向となりかつ上端が前記基礎の上面において開口する状態で前記基礎に一体に埋設し、
前記ソケット鋼管内の底部を前記芯鉄骨の最下端部を固定するための固定部として該固定部に固定用コンクリートを充填することにより、該固定用コンクリートを介して前記芯鉄骨の最下端部を前記ソケット鋼管および前記基礎に対して固定するとともに、
前記ソケット鋼管内の上部を前記芯鉄骨を周囲から支持するための支持部として該支持部に低抵抗材を充填することによって、該低抵抗材により前記芯鉄骨を周囲より支持するとともに該芯鉄骨の回転剛性を調整可能とし、
前記柱における前記被覆コンクリートを前記基礎に対して絶縁して前記被覆コンクリートと前記基礎との間に、前記基礎に対する前記被覆コンクリートの鉛直面内における相対回転を許容するための弾性材を介装してなることを特徴とする柱脚用ピン構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建物の構造に関連し、特に鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の柱の柱脚を基礎に対してピン接合するための柱脚用ピン構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物の耐震性能を向上させる構造システムとして、特許文献１に示されるように１階の柱の柱脚を基礎に対してピン接合として建物全体で効率良くエネルギーを吸収するという制振構造（いわば全体崩壊形構造システム）が提案されている。
【０００３】
このような構造システムでは、柱脚を基礎に対して確実にピン接合することが前提であり、そのために重要なピン構造の具体的な構成としては、たとえば特許文献２〜４において提案されているものが適用可能であると考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１２４７７７号公報
【特許文献２】特開平１０−２８０５３２号公報
【特許文献３】特開２０００−８６４６号公報
【特許文献４】特開２００１−１１５４６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この種のピン構造に求められる性能としては、柱脚の良好な回転性能を確保しながらせん断力の伝達性能を十分に確保する必要があることから、現時点ではそのための有効適切なピン構造は確立していない。
【０００６】
特に、小規模な低層の建物の場合はともかくとしても、中層以上の規模の建物を対象として上記のような特殊な構造システムを適用することを検討した場合には、柱脚をピン接合とすべき柱が大断面の鉄骨鉄筋コンクリート造の柱（すなわちＳＲＣ柱）とされる場合もあるので、そのような柱の回転性能とせん断力伝達性能（中層以上の建物では2000kN以上のせん断力伝達性能が必要とされる）を両立させることは必ずしも容易ではない。
【０００７】
したがってそのような場合には、柱脚をピン接合とするための特殊な接合金物や複雑な接合治具を用いたり、あるいは柱脚部にオイルダンパーを設置する等の必要も生じるが、そのようなことでは柱脚部の構造が徒に複雑化してしまうし、施工性やコストの面においても好ましくなく、現実的ではない。
【０００８】
上記事情に鑑み、本発明は特に鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を対象としてその柱脚を基礎に対して合理的にピン接合することが可能であり、しかも単純な構造であって容易にかつ安価に施工することも可能な有効適切な柱脚用ピン構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、芯鉄骨の周囲に鉄筋コンクリートからなる被覆コンクリートを一体に形成してなる鉄骨鉄筋コンクリート造の柱を対象として、該柱の柱脚を基礎に対してピン接合するための柱脚用ピン構造であって、前記柱における前記芯鉄骨の下端部を挿入可能なソケット鋼管を、その軸線が上下方向となりかつ上端が前記基礎の上面において開口する状態で前記基礎に一体に埋設し、前記ソケット鋼管内の底部を前記芯鉄骨の最下端部を固定するための固定部として該固定部に固定用コンクリートを充填することにより、該固定用コンクリートを介して前記芯鉄骨の最下端部を前記ソケット鋼管および前記基礎に対して固定するとともに、前記ソケット鋼管内の上部を前記芯鉄骨を周囲から支持するための支持部として該支持部に低抵抗材を充填することによって、該低抵抗材により前記芯鉄骨を周囲より支持するとともに該芯鉄骨の回転剛性を調整可能とし、前記柱における前記被覆コンクリートを前記基礎に対して絶縁して前記被覆コンクリートと前記基礎との間に、前記基礎に対する前記被覆コンクリートの鉛直面内における相対回転を許容するための弾性材を介装してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ＳＲＣ造の柱における芯鉄骨の下端部を基礎に埋設したソケット鋼管内に挿入し、ソケット鋼管内に固定用コンクリートおよび低抵抗材を充填することによって、芯鉄骨の最下端部を基礎に対して固定したうえで、その上部では低抵抗材によって芯鉄骨を周囲から支持し、かつ被覆コンクリートを基礎に対して絶縁してそれらの間に弾性材を介装したことにより、柱と基礎との間でせん断力を確実に伝達しつつ柱全体と基礎との間の相対回転を許容し、以て、柱の回転性能とせん断力伝達性能を両立させることが可能であって理想的な柱脚用ピン構造を合理的に実現できる。
特に本発明においては、芯鉄骨を支持するための低抵抗材の充填密度やその高さ寸法の調整により芯鉄骨の回転剛性を調整可能であり、それにより柱全体としての所望の回転性能を適切に設計することが可能である。
また、本発明においては、基礎の施工の際にソケット鋼管を予め埋設し、その内部に芯鉄骨の下端部を挿入して固定用コンクリートと低抵抗材を順次充填するだけで良いから、複雑な接合金物や接合治具等の機構を必要とせず、何ら面倒な手間や格別の精度が要求されることもなく、容易にかつ安価に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の柱脚用ピン構造の実施形態を示す図であって、（ａ）は側断面図、（ｂ）は平断面図である。
【図２】同、他の実施形態を示す図であって、（ａ）は側断面図、（ｂ）は平断面図である。
【図３】同、具体的な設計例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１（ａ）,（ｂ）に本発明の実施形態である柱脚用ピン構造を示す。
本実施形態の柱脚用ピン構造は、芯鉄骨２の周囲に鉄筋コンクリートからなる被覆コンクリート３（鉄筋の図示は省略している）を一体に形成してなる鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の柱１を対象として、その柱１の柱脚を鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）の基礎４に対してピン接合するための構造である。
なお、本実施形態における柱１は、（ｂ）に示すようにその断面形状が厚さ寸法に比べて幅寸法が数倍程度大きくされた壁柱とされている。壁柱としての柱１の形状・寸法は任意であるが、本実施形態では柱１全体の断面形状をたとえば幅2500mm×厚さ550mm程度と想定しており、その柱１における芯鉄骨２はH−400mm×400mm程度のものとして柱１全体の幅方向中心位置に設置している。
【００１３】
本実施形態の柱脚用ピン構造は、上記の柱１の柱脚を基礎４に対して軸力を伝達可能に接合することはもとより、水平せん断力も確実に伝達可能としたうえで、柱脚を支点とする鉛直面内における回転（基礎４に対する相対回転）を許容する状態で接合することにより、柱脚の基礎４に対する接合形式を構造的には曲げ力を伝達しないピン接合としたものである。
【００１４】
具体的には、本実施形態では、基礎４に埋設したソケット鋼管５に対して柱１における芯鉄骨２の下端部を挿入して、そのソケット鋼管５を介して芯鉄骨２の下端部を基礎４に対して定着することを主眼とする。
【００１５】
本実施形態におけるソケット鋼管５は、芯鉄骨２の下端部を挿入可能な径寸法を有する円形鋼管であって、軸線が上下方向に沿うように縦置きされて上端が基礎４の上面において開口する状態で基礎４に一体に埋設されたものである。
【００１６】
そして、そのソケット鋼管５内の底部（ソケット鋼管５の全高のうちのほぼ下半部）を芯鉄骨２の最下端部を固定するための固定部５ａとして機能せしめて、その固定部５ａに固定用コンクリート６を充填することによって、芯鉄骨２の最下端部を固定用コンクリート６を介してソケット鋼管５および基礎４に対して固定している。
これにより、固定用コンクリート６を介して固定される芯鉄骨２の最下端部は、固定用コンクリート６およびソケット鋼管５の固定部５ａを介して基礎４に対して確実に剛接合され、芯鉄骨２と基礎４との間では軸力および水平方向のせん断力を支障なく伝達し得るものとなっている。
【００１７】
また、ソケット鋼管５内の上部（ソケット鋼管５の全高のうちのほぼ上半部）は、芯鉄骨２を周囲から支持するための支持部５ｂとして機能せしめ、その支持部５ｂにはたとえば砂や粘弾性材等の低抵抗材７を充填することにより、ここでは芯鉄骨２をその周囲から低抵抗材７によって支持するのみとしている。
したがって、ソケット鋼管５内に挿入された芯鉄骨２の下端部のうち低抵抗材７によって支持される部分では水平変形や曲げ変形が許容され、そこでは芯鉄骨２と基礎４との間で曲げ力は伝達されず、これにより芯鉄骨２の下端部（ソケット鋼管５への挿入部）は基礎４に対して構造的には実質的にピン接合とされたものとなる。
【００１８】
さらに、柱１における被覆コンクリート３は、基礎４の上部において芯鉄骨２に対して一体に形成されているが、この被覆コンクリート３の下部は基礎４に対して接合されることなく構造的に絶縁されていて、被覆コンクリート３の下面と基礎４の上面との間にはたとえば硬質ゴムシートからなる弾性材８が介装されている。
【００１９】
なお、本実施形態におけるソケット鋼管５の具体的な構成は特に限定されないが、上記のように芯鉄骨２がH−400mm×400mmであり、被覆コンクリート３が幅2500mm×厚さ550mmである壁柱を対象とする場合の一設計例としては、ソケット鋼管５として円形鋼管○−800mmφ×19mmを用いてその全高を1100mm程度とし、そのうちの下部600mm程度を固定部５ａとし、上部500mm程度を支持部５ｂとすることが好ましい。
但し、ソケット鋼管５としては円形鋼管に限るものではなく、芯鉄骨２の下端部を挿入できるものであれば通常の角形鋼管や任意の断面形状の鋼管も採用可能である。
【００２０】
また、ソケット鋼管５の外面および内面には適宜のシアーキー９を設けておくことが好ましく、たとえば図示例のように、ソケット鋼管５の外面に対してその上端部と中間部と下端部の３段にわたってフラットバー（たとえばFB-9×25）等からなるシアーキー９を設けて基礎４との一体化を図り、またソケット鋼管５の内面に対してその中間部に２段にわたって同様のシアーキー９を設けて固定用コンクリート６との一体化を図ることが考えられる。
【００２１】
以上の構成のもとに、本実施形態の構造では、芯鉄骨２の最下端部を固定用コンクリート６およびソケット鋼管５の固定部５ａを介して基礎４に対して剛接合しているので、柱１全体と基礎４との間での軸力伝達およびせん断力伝達を支障なく確保し得る。
この場合、芯鉄骨２と基礎４との間の軸力伝達を確保するためには、通常のように芯鉄骨２の下端部にベースプレート２ａを設けておくことで十分であるが、必要であれば固定用コンクリート６の上面の位置にリブプレート２ｂを設けておいて、そのリブプレート２ｂから固定用コンクリート６を介して基礎４に対して軸力伝達を行うようにしても良い。
また、固定用コンクリート６の材料としては被覆コンクリート３と同等のコンクリートを用いれば良く、通常は普通コンクリートで十分であるが、必要であれば高強度コンクリートを用いても良い。
いずれにしても、固定用コンクリート６はソケット鋼管５により拘束されるため、固定部５ａの高さを低く抑えても芯鉄骨２に対して十分な固定効果が得られる。
【００２２】
また、本実施形態の構造では、上記のように芯鉄骨２の最下端部を基礎４に対して剛接合したうえで、その上部を低抵抗材７により支持するのみとしているので、そこでは芯鉄骨２の水平変位や曲げ変形が拘束されることはなく、したがって芯鉄骨２の最下端部を支点とする鉛直面内における回転（基礎４に対する相対回転）が支障なく許容され、これにより水平せん断力の伝達性能を確保しつつ優れた回転性能も得られるものであって、合理的なピン接合が実現される。
【００２３】
しかも、ソケット鋼管５内の支持部５ｂに充填する低抵抗材７の素材やその変形性能、充填密度、支持部５ｂの高さ寸法等を調整することによって、芯鉄骨２の下端部における回転剛性を調整可能であり、以て、芯鉄骨２の鉛直面内における回転性能を適切に調整することも可能である。この観点からは、ソケット鋼管５の上部に設定した支持部５ｂは芯鉄骨２の回転剛性を調整するための剛性調整部としても機能するものである。
【００２４】
なお、支持部５ｂに充填する低抵抗材７としては砂や粘弾性材が好適に採用可能であるが、芯鉄骨２の曲げ変形を拘束せずかつ芯鉄骨２の回転剛性を調整可能なものであれば良く、その限りにおいて適宜の素材を採用可能である。
いずれにしても、低抵抗材７による芯鉄骨２の変形に対する抵抗力はゼロではないので座屈に対する拘束効果は期待することができる。
また、低抵抗材７として高減衰材料を使用すれば、柱１に対する制振効果を発揮するダンパーとしての機能も期待することができる。
【００２５】
さらに、本実施形態の構造では、被覆コンクリート３と基礎４とを構造的に絶縁してそれらの間に弾性材８を介装しているので、その弾性材８の弾性変形性能によって基礎４に対する柱１全体の相対回転は拘束されることはないし、そのような相対回転が生じた際に被覆コンクリート３と基礎４とが衝突したりそれらが損傷を受けることも防止される。
なお、上記の弾性材８としては、たとえば厚さ20mm程度の硬質ゴムシートが好適に採用可能であるが、基礎４に対する被覆コンクリート３の相対回転を許容し得る弾性変形性能を有するものであれば適宜の素材が使用可能であるし、弾性材８の形状も必ずしもシート状とすることはなく、たとえばブロック状とする等、その形状や寸法は最適に設計すれば良い。
【００２６】
そして本実施形態の構造は、基礎４の施工の際にソケット鋼管５を予め埋設し、芯鉄骨２の建方時にはソケット鋼管５の内部に芯鉄骨２の下端部を挿入して、固定用コンクリート６と低抵抗材７を順次充填するだけで容易に施工が可能である。
したがって、従来においてこの種のピン接合を実現する場合には必要とされる特殊な接合金物や複雑な接合治具等の機構を必要とせず、またその施工も単純であって何ら面倒な手間や格別の精度が要求されることもなく容易にかつ効率的に実施し得るものであるし、その採用にあたってさしてコストアップを必要としない。
【００２７】
以上のことから、本発明の構造によれば、理想的な柱脚用ピン構造を合理的に実現できるものであり、特に大規模な建物における大断面のＳＲＣ造の柱１であってもその柱脚を基礎４に対して確実にピン接合することが可能となるし、しかも低抵抗材７によって柱１全体の回転性能を適切に調整することも可能である。
したがって本発明の柱脚用ピン構造は、たとえば特許文献１に示されるように柱脚をピン接合とすることで制振効果を得るというような特殊な構造システムの建物に適用して好適であり有効である。
【００２８】
なお、上記実施形態は壁柱への適用例であるが、本発明はＳＲＣ造の柱であれば壁柱に限らず、通常の矩形断面や正方形断面の柱はもとより、円形断面や任意の異形断面の柱に対しても同様に適用可能である。
図２（ａ）,（ｂ）は、柱１を正方形断面とした場合（芯鉄骨２をH−400mm×400mmとし、被覆コンクリート３を800mm×800mmとした場合）の適用例であって、被覆コンクリート３の断面形状と弾性材８の面積が変更された以外は上記実施形態と全く同様に構成され、同様に機能するものである。
【００２９】
以下、本発明の柱脚用ピン構造の具体的な設計例を図３に示す。
(1)設計目標
芯鉄骨としてのＨ形鋼の弱軸方向をピン構造として設計する。
水平せん断力：rQy＝2000kN
曲げ性能：芯鉄骨（Ｈ形鋼）が曲げ降伏してピンとして回転する。コンクリートは                損傷しないものとする。
(2)水平せん断耐力の確認
芯鉄骨：H−400×400×36×32、SN490
弱軸方向：cQy＝400×32×2×325/(√3)×10-3＝4804kN
固定用コンクリート：Fc36N/mm2
fQy＝400×600×1/3×36×10-3＝2880kN
min(cQy,fQy)＝2270＞rQy＝2000kN  →OK
(3)曲げ性能の確認
柱脚固定部の降伏曲げモーメントの算定
（清水建設株式会社「杭頭リングソケット構法」の評価式を準用（図３参照））
階高4000mmとして、ｌ2＝4000＋500＝4500mm
固定用コンクリート高さl1＝600mm
ソケット鋼管：○-800×19、SN490
tMy＝36×400×6002×4500/(2×(2×600＋3×4500))×10-6＝793kN・m
Ｈ形鋼の降伏曲げモーメント
弱軸cZ＝1713cm3
cMy＝1713×103×325×10-6＝557kN・m
tMy＞cMyより、芯鉄骨Ｈ形鋼の先行曲げ降伏を確保  →OK
【符号の説明】
【００３０】
１  柱
２  芯鉄骨
２ａ  ベースプレート
２ｂ  リブプレート
３  被覆コンクリート
４  基礎
５  ソケット鋼管
５ａ  固定部
５ｂ  支持部
６  固定用コンクリート
７  低抵抗材
８  弾性材
９  シアーキー
【図１】
0005841888.tif 000002
【図２】
0005841888.tif 000003
【図３】
0005841888.tif 000004