(57)【要約】【課題】  安価で且つ柱脚の固定度を十分に確保できる鋼製基礎接合構造を含む基礎構造を提供する。【解決手段】  本発明の基礎構造は、鋼製基礎梁４と、少なくともこの鋼製基礎梁４との接合部近傍が閉鎖形断面である柱２とが、孔あきダイアフラム６を介して接合され、基礎を構成するコンクリート１５と柱２内のコンクリート１０とにわたって柱２の軸方向に延びる棒状金物８がダイアフラム６を貫通するように埋設されている。ダイアフラム６の孔径ｄとダイアフラム６の幅Ｄとの比率ｄ/Ｄは、０．５〜０．７の範囲に設定されている。【選択図】      図１
2006291555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製基礎梁と、少なくともこの鋼製基礎梁との接合部近傍が閉鎖形断面である柱とが、孔あきダイアフラムを介して接合され、基礎を構成するコンクリートと前記柱内のコンクリートとにわたって前記柱の軸方向に延びる棒状金物が前記ダイアフラムを貫通するように埋設されていることを特徴とする基礎構造。
【請求項２】
前記ダイアフラムの孔径ｄと前記ダイアフラムの幅Ｄとの比率ｄ/Ｄが０．５〜０．７の範囲に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼製基礎接合構造を含む基礎構造に関し、特に、鋼製基礎梁と柱およびフーチングとの接合部に特徴を有する基礎構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、埋め込み柱脚においては、基礎部の配筋と埋め込み部との取り合いが問題であり、施工性に課題がある。また、根巻き柱脚においては、根巻き部の配筋と柱部との取り合いが煩雑である。
【０００３】
そのため、これらの問題に対し、特許文献１ないし特許文献３は、鉄筋部との取り合いを簡略化するべく、基礎フーチングに定着された金属性の棒状金物を、柱脚部に設けられた孔あきベースプレートを介して、コンクリート充填された鋼管内部に埋設させることにより、鋼管柱と基礎とを固定する方法を提案している。
【０００４】
一方、特許文献４は、鋼製地中梁が接合された厚肉鋼管を、コンクリート基礎から立ち上げたアンカーが該厚肉鋼管内に位置するように配置し、厚肉鋼管内にコンクリートまたはモルタルを充填して、厚肉鋼管とコンクリート基礎とを結合している。
【０００５】
また、特許文献５には、ベースプレートをダイアフラムと兼用する構造が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２４１１０４号公報
【特許文献２】特開２０００−２９７４８０号公報
【特許文献３】特開平１１−２４７２９４号公報
【特許文献４】特開２００２−１１５３２３号公報
【特許文献５】特開平１１−３４３６６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１ないし特許文献３に開示された方法では、埋め込み柱脚や根巻き柱脚に比べて施工性が改善されるが、鋼管内部の金属性の棒状金物は柱脚の回転に対してはモーメントアームが短くなるので、柱脚の固定度が小さくなる傾向にある。
【０００８】
一方、特許文献４に開示された方法では、水平方向・鉛直方向の施工精度を容易に確保でき、かつ、基礎梁が柱に直接取り付くため柱脚の固定度も大きい。しかし、ダイアフラムを省略するために厚肉の角形鋼管を使用するので、鋼材重量が増加し、コストの増大を招く。また、梁フランジからの軸力を鋼管が直接負担するので、鋼材規格として板厚方向に割れが発生しないための規定が必要となる。さらに、柱継ぎ手において、厚肉鋼管と通常の角形鋼管とでは角部の形状が異なるので、目違いが生じる虞もある。
【０００９】
また、特許文献５では、ダイアフラムとベースプレートとがアンカーボルトで固定されているので、ダイアフラムを兼ねるベースプレートにはボルト孔が設けられる。そのため、ダイアフラムに孔欠損が生じる。また、ダイアフラムには梁からの引張り力が加わるので、孔の近傍に応力集中が生じ、前記孔欠損によってダイアフラムが早期に破断する虞もある。更に、ダイアフラムにはアンカーボルトからの引張り力も加わるので、ダイアフラムが面外方向に曲げられ、ダイアフラムの応力状態は相当厳しいものとなる。
【００１０】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、安価で且つ柱脚の固定度を十分に確保できる鋼製基礎接合構造を含む基礎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】
【００１１】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の基礎構造は、鋼製基礎梁と、少なくともこの鋼製基礎梁との接合部近傍が閉鎖形断面である柱とが、孔あきダイアフラムを介して接合され、基礎を構成するコンクリートと前記柱内のコンクリートとにわたって前記柱の軸方向に延びる棒状金物が前記ダイアフラムを貫通するように埋設されていることを特徴とする。
【００１２】
この請求項１に記載された発明においては、鋼製基礎梁と柱との接合にダイアフラムを設けているので、柱に厚肉鋼管を使用する必要がなくなり、鋼材重量の低減を図ることができる。また、梁（梁フランジなど）からの軸力をダイアフラムが受けるので、柱には板厚方向の規定が不要である。更に、応力の流れも明確であり、また、柱継ぎ手において柱は互いに同一断面のものを使用できるので、目違いの問題がない。また、前述した特許文献５とは異なり、アンカーボルト孔がダイアフラムに設けられていないので、応力集中の影響も小さい。このように、この発明は、接合加工工数の削減や掘削土量の効果の他に、力学にも良好な構造性能を有する。
【００１３】
また、請求項２に記載された基礎構造は、請求項１に記載された発明において、前記ダイアフラムの孔径ｄと前記ダイアフラムの幅Ｄとの比率ｄ/Ｄが０．５〜０．７の範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１４】
この請求項２に記載された発明においては、ダイアフラムの孔径ｄとダイアフラムの幅Ｄとの比率ｄ／Ｄの範囲がｄ／Ｄ＝０．５〜０．７に限定されているので、鋼製基礎接合構造の最適形状を実現できる。これについて具体的に説明すると、本発明の構成において、ダイアフラムは、２つの機能、すなわち、鋼製基礎梁から柱へ応力を伝達する機能と、金属性の棒状金物の引き抜きに対して抵抗する機能とを発揮する。前述した特許文献１〜３では、孔あきベースプレート部が単に引き抜きに対する支圧抵抗としてのみ作用するに対し、本発明では、孔あきダイアフラムが鋼製基礎梁からの応力伝達と引き抜きに対するコンクリート支圧抵抗との２つの作用を持つ。孔あきダイアフラムは、通常、ＣＦＴ柱と梁との接合部に使用される。この場合、ダイアフラムの孔径は、充填コンクリートの１５％以上とし、１００ｍｍ以上かつトレミー管の大きさ以上とされている。例えば、幅６００ｍｍの角形鋼管に対しては孔径が３００ｍｍ程度であり、ダイアフラムの幅は柱の幅より５０ｍｍ程度増えるので、ｄ／Ｄ=３００／６５０＝０．４６となる。しかし、本発明では、ダイアフラムの孔径ｄとダイアフラムの幅Ｄとの比率ｄ／Ｄの最適範囲を、（１）鋼製基礎梁からの応力伝達（２）コンクリートの支圧抵抗（３）施工性の３つの観点から、ｄ／Ｄを０．５〜０．７の範囲に制限することにより、実用的に最適な形態を実現できる。このように、本発明においては、施工誤差吸収が容易で且つ柱脚の固定度を十分に確保できる安価な鋼製基礎接合構造を含む基礎構造を提供することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、安価で且つ柱脚の固定度を十分に確保できる鋼製基礎接合構造を含む基礎構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態に係る基礎構造は、鋼製基礎梁と柱およびフーチングとの接合部に特徴があるものである。ここで、鋼製基礎梁とは、基礎梁に通常使用される鉄筋コンクリート梁を鉄骨梁に置き換えたものである。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態を示している。上部構造は鉄骨造であり、柱２は角形鋼管柱であり、基礎梁４はＨ形鋼である。鋼製基礎梁４と柱２はダイアフラム６を介して溶接接合されている。ダイアフラム６には孔６ａが設けられ、孔６ａを通して金属性の丸棒８が基礎を構成するコンクリート（基礎コンクリート）１５から柱２の内部まで貫通している。
【００１８】
基礎梁４との接合部近傍の柱２の内部にはコンクリート１０が打設され、コンクリート１０と金属性の丸棒８とが一体化している。柱２は、閉鎖形断面であれば、円形、角形、多角形などのものでも良い。あるいは、柱２は、接合部近傍が閉鎖形断面であれば良いので、Ｈ形柱のフランジ部を塞いだ「日」の字形の断面のものとしても良い。また、基礎梁４は、その断面形状が角形、円形、ダブルウェブＨなどのものでも良い。
【００１９】
金属性棒状金物８の断面形状としては、図２の（ａ）〜（ｈ）に示すように、丸棒（８ａ）に限らず、多角形棒、角棒（８ｂ）、角形鋼管、円形鋼管（８ｃ）、多角形鋼管（８ｄ）、極太鉄筋、十字型断面材（８ｅ）、クロスＨ形断面材（８ｆ）、鉄筋籠いずれを用いても良い。また、１本の金属性の棒状金物とは、単一断面の金属性の棒状だけに限らず、複数の鉄筋、複数の多角形棒、複数の丸棒を１本に束ねたもの（８ｇ）を用いても良い。
【００２０】
なお、図３は、柱２と同一断面形状の角形鋼管からなる基礎柱１１が、柱２とコンクリート１５との間に設けられた本発明の他の例を示しており、また、図４は、基礎柱１１の下部にベースプレートを設けた本発明のさらに他の例を示している。
また、本発明は、構造形式としては、コンクリート充填鋼管構造や鉄骨構造に適用できる。
【００２１】
次に、ダイアフラム６の孔径ｄとダイアフラム６の幅Ｄとの比率ｄ／Ｄの最適範囲について考察する。
最適範囲は以下の３点を考慮して決める。
（１）鋼製基礎梁４から柱２への応力伝達
（２）引き抜きに対するダイアフラム６の位置でのコンクリート１０の支圧抵抗
（３）施工性
日本建築学会「コンクリート充填鋼管構造設計指針」によれば、コンクリート充填形鋼管柱梁接合部の短期許容耐力Ｐａは、以下のように与えられる。
Ｐａ＝（Ｄ−ｄ）２・Ｂｆ・ｔｓ・ｓｆｔ／ｄ２      ・・・（１）
Ｄ：ダイアフラム幅
ｄ：ダイアフラム孔径
Ｂｆ：鋼製基礎梁の梁フランジ幅
ｔｓ：ダイアフラム板厚
ｓｆｔ：ダイアフラムの降伏応力度
ここで、以下のように各パラメータを定義すると、
Ｂｆ＝α・Ｄ
ｔｓ＝β・ｔｆ
ｄ＝γ・Ｄ
（１）式は、以下のように書き換えられる。
Ｐａ＝（１−γ）２・α・β・Ｄ・ｔｆ・ｓｆｔ／γ２    ・・・（２）
【００２２】
一方、鋼製基礎梁の降伏耐力Ｐｆは、以下のように与えられる。
Ｐｆ＝Ｂｆ・ｔｆ・ｂｆｔ＝α・Ｄ・ｔｆ・ｂｆｔ  ・・・（３）
ｔｆ：鋼製基礎梁のフランジ厚
ｂｔ：鋼製基礎梁の降伏応力度
接合部の降伏と鋼製基礎梁の降伏とが等しいとして、（２）式と（３）式とを等値する。ここで、ダイアフラムと鋼製基礎梁の降伏応力は等しいものとすると、βとγの関係は以下のように与えられる。
β＝γ２／（１−γ）２      ・・・（４）
ダイアフラム６の板厚は、（４）式で与えられるβ以上を確保すればよい。
【００２３】
次に、水平方向の施工誤差を考慮した接合部形状で、柱とフーチングの接合に用いる鉄筋の引き抜きに対する試験結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
2006291555.tif 000003
【００２５】
この試験は、図４に示す試験体を用いて行った。鉄筋８の引き抜きに対してダイアフラム６の下面のコンクリート圧縮耐力の確認を行なった。パラメータはダイアフラム孔径ｄである。鉄筋８は、ダイアフラム孔径ｄに応じて水平方向の施工誤差（実大で±１００ｍｍ。試験体は２／３スケールなので±６０ｍｍ。）を考慮して、鉄筋配置径φを決定している。実大で±１００ｍｍの誤差は、主に、くい基礎に対応するものであるが、一般的に施工誤差の大きいくい基礎で検討しておけば、直接基礎にも対応できる。鉄筋本数は所定の鉄筋配置径φに対して必要鉄筋ピッチを満足する最大本数を配置している。ダイアフラム６の板厚は、（４）式より得られる値を使用する。ここで、梁フランジは１００ｍｍ×９ｍｍを想定した。
【００２６】
この試験は、柱２に引き抜き力が加わった場合を想定して柱２を単純に引き抜く試験である。表１に示すように、ダイアフラム孔径が大きい試験体ＮＯ５（γ＝０．７２）は、ダイアフラム６とコンクリート１０の支圧部Ａｃのコンクリートが破壊し、鉄筋降伏に至らなかった。このようにダイアフラム孔径が極端に大きくなると、鉄筋８の引き抜き耐力を保障できなくなる。一方、ダイアフラム孔径の小さい試験体ＮＯ１（γ＝０．４５）は、コンクリートの支圧部Ａｃが大きくなるので、構造的な問題はないが、鉄筋８の本数が２本と極端に少なく、実用には適さない。
【００２７】
以上より、構造面および実用性から試験体ＮＯ２〜ＮＯ４、すなわち、γ＝０．５〜０．７が本接合部の適用範囲といえる。
【００２８】
図５は、角形鋼管柱と鋼鉄基礎梁との接合部におけるダイアフラム板厚とダイアフラム孔径との関係を示したもので、実線が（４）式に対応し、鋼製基礎梁からの応力伝達には実線より上のβが必要とされる。一方、図中の黒塗り部は、施工性および鉄筋の引き抜き耐力の確保の観点で決められた範囲Ｈを示し、γ＝０．５〜０．７が本発明による最適範囲であることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、鋼製基礎接合構造に関与する様々な基礎構造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る基礎構造の概略図であって、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）はＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図２】金属性棒状金物の断面形状の幾つかの例を示す横断面図である。
【図３】図１の変形例に係る基礎構造の概略図であって、縦断面図である。
【図４】図１の他の変形例に係る基礎構造（表１の試験体形状）の概略図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】角形鋼管柱と鋼鉄基礎梁との接合部におけるダイアフラム板厚とダイアフラム孔径との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
２    柱
４    鋼製基礎梁
６    ダイアフラム
６ａ    孔
８    棒状金物
１０    コンクリート
１５    コンクリート
【図１】
2006291555.tif 000004
【図２】
2006291555.tif 000005
【図３】
2006291555.tif 000006
【図４】
2006291555.tif 000007
【図５】
2006291555.tif 000008