(57)【要約】【課題】従来技術を再考察して、耐震性向上のためのブレースの採用が可能であり、しかも施工性が良好で、コスト的にも割高にならないブレース付き露出型柱脚構造を提供する。【解決手段】コンクリート８中に埋設して定着させたアンカーボルト１を用いて鉄骨柱１２の下部に固着したベースプレート２を締付け固定する露出型柱脚構造において、アンカーボルト１とベースプレート２に形成したボルト挿通孔との間に間隙を設けて、その間隙部に無収縮性固化材からなるグラウト材１３を充填する施工形態を積極的に採用するとともに、前記グラウト材１３の全ての面を拘束して圧縮強度を強化した状態において、鉄骨柱１２の下部又はベースプレート２の少なくともいずれか一方にブレース１０の一端部を連結する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート中に埋設して定着させたアンカーボルトを用いて鉄骨柱の下部に固着したベースプレートを締付け固定する露出型柱脚構造において、前記アンカーボルトとベースプレートに形成したボルト挿通孔との間に間隙を設けて、その間隙部に無収縮性固化材を充填するように構成するとともに、前記無収縮性固化材の全ての面を拘束して圧縮強度を強化した状態において、鉄骨柱の下部又はベースプレートの少なくともいずれか一方にブレースの一端部を連結したことを特徴とするブレース付き露出型柱脚構造。
【請求項２】
前記鉄骨柱がＨ形鋼からなる請求項１に記載のブレース付き露出型柱脚構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートに定着したアンカーボルトを用いて鉄骨柱の下部に固着されたベースプレートを締付け固定することにより鉄骨柱を立設する露出型柱脚においてブレースを採用したブレース付き露出型柱脚構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の露出型柱脚においては、図６に示したようにアンカーボルト１とベースプレート２に形成されたボルト挿通孔３との間に直径で５ｍｍ以下の間隙Ｓが設けられるのが一般的であり、この間隙Ｓによってアンカーボルト１の多少の設置誤差は吸収できるように構成されている。また、前記間隙Ｓに起因してアンカーボルト１とベースプレート２との間で生じる相対的な移動を防ぐため、同図に例示したようにアンカーボルト１に螺合したナット４と座金５との間、及び座金５とベースプレート２との間を溶接６，７することにより、アンカーボルト１とベースプレート２との間を一体的に連結するといった施工技術もよく採用されているところである。さらに、基礎コンクリート８に対するベースプレート２の水平方向の移動をより確実に阻止するため、図７に示したようにベースプレート２の下面にシアプレート９を一体的に設けて基礎コンクリート８中に突出させた状態に設置する施工技術も知られている。
【０００３】
ところで、この種の従来の露出型柱脚においてブレースを採用する場合には、図７に示したようにブレース１０を介してベースプレート２に垂直方向の分力Ｆvと水平方向の分力Ｆhが作用することになる。前記シアプレート９は、確かに前記水平方向分力Ｆhに基づくベースプレート２の水平方向の移動を防止する手段として有効に機能する。しかしながら、この従来技術の場合には、シアプレート９を設置するための面倒な作業が伴うだけでなく、そのシアプレート９がベースプレート２のレベル調整の障害にもなることから、施工がやりにくく手間がかかるとともに、コスト的にも割高となるといった施工上の問題があった。
【０００４】
上述のようにブレース１０を採用し、ベースプレート２に対して垂直方向の分力Ｆvと水平方向の分力Ｆhが作用すると、シアプレート９を具備しない一般的な露出型柱脚構造においては、その水平方向の分力Ｆhに基づいて図８に示したようにベースプレート２が基礎コンクリート８に対して水平方向に移動するという問題があった。さらに、このベースプレート２の水平方向移動に起因してアンカーボルト１に曲げモーメントが作用し、一部に曲げ変形１１が生じるといった問題もあった。図９はこの曲げモーメントの付加によるアンカーボルトの耐力への影響を示した耐力曲線図である。本耐力曲線図は、Ｍ３０のアンカーボルトと厚さが２４ｍｍのベースプレートを想定して算出したものである。そして、縦軸はアンカーボルトに作用する軸線方向の引張力であって、ナット４による締付け力や鉄骨柱１２を介して作用する引抜き力にブレース１０を採用した場合の垂直方向の分力Ｆvなどを合算した引張力が該当する。また、横軸はアンカーボルトに作用する剪断力であって、ブレース１０を採用した場合の水平方向の分力Ｆhなどに基づいてアンカーボルト１に作用する剪断力が該当する。
【０００５】
図９の耐力曲線図において、曲線Ａはアンカーボルトに対して引張力と剪断力のみが作用した場合の引張・剪断耐力を示したものであり、曲線Ｂはそれらの引張力及び剪断力に加えて曲げモーメントが作用した場合の曲げ・引張・剪断耐力を示したものである。これらの曲線Ａと曲線Ｂとの比較から明らかのように、引張力及び剪断力に加えて曲げモーメントが作用すると、アンカーボルトの耐力が大幅に低下することが判る。
【０００６】
ところで、アンカーボルト１とベースプレート２に形成されるボルト挿通孔３との間の間隙を更に大きく設定し、例えば直径で１５〜３０ｍｍ程度の間隙を設けて、その間隙部に無収縮性グラウト材を充填するように構成することにより、アンカーボルト１の設置精度を更に緩和して施工性を図った施工技術も知られている（特許文献１）。図１０はその従来の施工技術により施工した柱脚部に対して水平方向の外力Ｆhが作用した場合に想定される挙動を示した要部平面図である。図中１３はアンカーボルト１とベースプレート２に形成されるボルト挿通孔３との間の間隙部に充填された無収縮性固化材からなるグラウト材を示したものである。
【特許文献１】実開昭５７−４５０３号公報
【０００７】
図１０に示したように、ベースプレート２に対して水平方向の外力Ｆhが作用した場合に、アンカーボルト１の径に対してベースプレート２の厚さが小さい場合には、アンカーボルト１が所期の耐力を発揮する前に、充填された前記グラウト材１３が圧縮破壊を起して、ベースプレート２が基礎コンクリート８に対して水平方向に移動し、上述の曲げモーメントによるアンカーボルト１の耐力低下を招いてしまうという問題があった。したがって、前記グラウト材１３が圧縮破壊せずに、アンカーボルト１を剪断破断させる必要性があるが、この場合のアンカーボルト１の剪断耐力は、応力の組合わせ状況、すなわち引張応力と剪断応力との比率などにより変化し、その耐力は最大で、剪断破断耐力（Ｆu／√３）となる。よって、アンカーボルト１が剪断破断するように構成するために必要とされる、アンカーボルト１の引張強さ（abＦu）、アンカーボルト１の呼び径（Ｄ）、ベースプレート２の厚み（ｔ）、及びグラウト材１３の圧縮強度（gＦ）との間の関係は、次式のとおりとなる（なお、abＳuはアンカーボルト１の単体の剪断破断耐力を表す）。
【数１】
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【０００８】
因みに、例えばアンカーボルト１としてＳＤ４９０、Ｍ３０、abＦu＝６２０（Ｎ／ｍｍ２）の仕様のものを使用し、グラウト材の圧縮強度をgＦ＝４０（Ｎ／ｍｍ２）として上式を適用すると、アンカーボルト１が剪断破断するように構成するためには、ｔ／Ｄ≧７．０２の条件を満たす必要があることになる。すなわち、ベースプレート２の厚さに関して、ｔ＞７．０２×３０＝２１０．０６（ｍｍ）の条件を満たす必要がある。しかしながら、このベースプレート２の厚さ条件は、従来の一般的なベースプレートの厚さの数倍から十数倍にも達し、全く現実的ではない。
【０００９】
以上のような技術的状況から、アンカーボルト１とベースプレート２に形成されるボルト挿通孔３との間の間隙を大きく設定して、その間隙部に無収縮性のグラウト材を充填する、図１０に示した従来の露出型柱脚構造においては、前述のようにベースプレートの厚さが非常に大きくなり対応が困難なことから、水平方向の外力Ｆhを生じるブレース１０の採用は敬遠され、実用化が全く図られていないのがこれまでの実状である。すなわち、ブレース１０を採用する場合には、施工性には問題があるが、前記シアプレート９等を採用した他の形態の露出型柱脚構造によって対応しているのがこれまでの実状である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、以上のような従来の技術的状況に鑑みて開発したものであり、これまでの従来技術を再考察して、耐震性向上のためのブレースの採用が可能であり、しかも施工性が良好で、コスト的にも割高にならないブレース付き露出型柱脚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】
本発明では、前記課題を解決するため、幾多の実験を重ねた結果、アンカーボルトとベースプレートに形成したボルト挿通孔との間に間隙を設けて、その間隙部に無収縮性固化材を充填する施工形態であっても、その無収縮性固化材の全ての面を的確に拘束するように構成すれば、その拘束効果によって無収縮性固化材の圧縮強度を数倍から１０倍以上にも強化し得ることが確認された。すなわち、前記拘束効果によって無収縮性固化材の圧縮強度を無拘束状態における圧縮破壊時の単位面積当りの圧縮強度（gＦ）の数倍から１０倍以上にも強化し得ることが確認された。本発明では、この拘束効果による無収縮性固化材の圧縮強度の強化に関する実験結果を踏まえ、コンクリート中に埋設して定着させたアンカーボルトを用いて鉄骨柱の下部に固着したベースプレートを締付け固定する露出型柱脚構造において、前記アンカーボルトとベースプレートに形成したボルト挿通孔との間に間隙を設けて、その間隙部に無収縮性固化材を充填する施工形態を積極的に採用するとともに、前記無収縮性固化材の全ての面を拘束して圧縮強度を強化した状態において、鉄骨柱の下部又はベースプレートの少なくともいずれか一方にブレースの一端部を連結するという技術手段を採用した。前記鉄骨柱としては、Ｈ形鋼からなるものや角形のものなどに適用が可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、次の効果を得ることができる。
（１）アンカーボルトとベースプレートに形成したボルト挿通孔との間の間隙部に充填した無収縮性固化材の全ての面に対する拘束効果から無収縮性固化材の圧縮強度が大幅に強化されることから、ベースプレートの厚さの増大を抑制しながらブレースの採用が可能となる。
（２）アンカーボルトとベースプレートに形成したボルト挿通孔との間に間隙を設けて、その間隙部に無収縮性固化材を充填するという施工形態を積極的に採用したので、アンカーボルトの設置精度を緩和することができ、施工性がきわめて良好である。
（３）ブレースの採用が可能なことから、施工性の良好な上記施工形態によって耐震性を向上することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、コンクリート中に埋設して定着させたアンカーボルトを用いて鉄骨柱の下部に固着したベースプレートを締付け固定する露出型柱脚構造であれば、その鉄骨柱がＨ形鋼からなるものや角形のものなどに広く適用することができる。また、ブレースの具体的構成に関しては問うところではなく、その柱脚部との連結の仕方に関しても、鉄骨柱の下部又はベースプレートの少なくともいずれか一方にブレースの一端部を連結するものであれば、鉄骨柱又はベースプレートのどちらか一方に連結する形態でも双方に連結する形態でもよい。さらに、鉄骨柱がＨ形鋼からなる場合には、そのフランジ部相互間に連結してもよいし、フランジ部の外側面に連結してもよい。要は、アンカーボルトとベースプレートに形成したボルト挿通孔との間に間隙を設けて、その間隙部に無収縮性固化材を充填するという施工形態において、無収縮性固化材の全ての面を拘束して圧縮強度を強化した状態において、鉄骨柱の下部とベースプレートとの接合部分にブレースの一端部を連結するものであればよい。因みに、拘束効果に基づく無収縮性固化材の圧縮強度に係る大幅な強化が判明したことから、その強化に応じたブレースの設定が可能となり、延いてはより大きな断面性能を有するブレースを選択することも可能になった。
【実施例】
【００１４】
図１及び図２は本発明に係るブレース付き露出型柱脚構造に関する一実施例を示したもので、図１はアンカーボルトの中心位置で断面にして示した要部断面図、図２はその要部拡大断面図である。図中１はアンカーボルト、２はベースプレート、３はボルト挿通孔であり、アンカーボルト１の上部に螺合したナット４により座金５を介してベースプレート２を締付け固定することにより、ベースプレート２に一体的に固着された鉄骨柱１２を基礎コンクリート８に対して立設し得るように構成されている。図示のように、アンカーボルト１とベースプレート２に形成されたボルト挿通孔３との間の間隙部には無収縮性固化材からなるグラウト材１３が充填され固化している。グラウト材１３の全ての面は、アンカーボルト１の外周面、ボルト挿通孔３の内周面、座金５の下面、及びレベル調整用のベースグラウト材１４の上面によって完全に包囲され、その拘束効果によってグラウト材１３の圧縮強度が大幅に強化されるように構成されている。本実施例は、Ｈ形鋼からなる鉄骨柱１２を使用した場合を例示したものであり、図１に示したように、そのＨ形鋼のフランジ部相互間に設置した連結板１５を介してブレース１０の一端部を連結している。
【００１５】
図３は本実施例に係る柱脚部が水平方向の外力Ｆhを受けた場合に想定される挙動を示した要部拡大断面図である。上述のように、本実施例におけるグラウト材１３は、全ての面が、アンカーボルト１の外周面、ボルト挿通孔３の内周面、座金５の下面、及びレベル調整用のベースグラウト材１４の上面によって完全に包囲され、その拘束効果によって圧縮強度が大幅に強化されていることから、ブレース１０を介してベースプレート２に対して大きな水平方向の外力Ｆhが作用したとしても、図３に示したように、アンカーボルト１に曲げモーメントが作用することはなく、本来の剪断破断耐力abＳuに応じた挙動を示すことになる。すなわち、アンカーボルト１の軸線方向の引張力も考慮に入れると、図９に示した曲線Ａの引張・剪断耐力特性に従うことになり、曲げモーメントによる耐力の低下は回避することが可能となる。したがって、本発明に係る柱脚構造によれば、ブレース１０を採用しても、その水平方向の分力Ｆhに派生する曲げモーメントによる耐力低下の問題は解消されるので、アンカーボルト１の本来の引張・剪断耐力特性を発揮させることができる。
【００１６】
図４は無収縮性固化材の拘束効果を調べるための実験装置の概要を示した要部説明図である。図示のように、本実験装置では、平板状の治具金物１６と注入座金１７とを対向させ、それらの治具金物１６と注入座金１７に形成したボルト挿通孔１８，１９にアンカーボルト２０を挿通して、両側に螺合させたナット２１〜２４により締付け状態を保持し得るように構成している。また、治具金物１６と注入座金１７との間には、前記アンカーボルト２０が挿通可能なボルト挿通孔２５を備えたベースプレートに相当する負荷部材２６が昇降可能な状態に嵌合されており、この負荷部材２６を介して負荷の大きさを変化できるように構成するとともに、そのボルト挿通孔２５と前記治具金物１６及び注入座金１７によって囲まれた拘束空間に対して、注入座金１７に形成した注入口２７から無収縮性固化材としてのグラウト材２８を充填し得るように構成されている。さらに、負荷部材２６には変位計２９，３０を配設して、負荷部材２６の上下方向の変位を計測できるように構成している。
【００１７】
図５は実験結果を示したグラフである。本実験では、呼び径Ｄが４１ｍｍのアンカーボルト２０を用い、ベースプレートに相当する負荷部材２６の厚さｔを変化させながら、それぞれの厚さｔにおいてアンカーボルト２０が剪断破断に至るまで負荷を増やす実験を行い、それらの剪断破断時の負荷から求めた厚さｔに対応したアンカーボルト２０の最大耐力Ｐuに基づいて、グラウト材２８の拘束効果による圧縮強度に関する上昇率αを求めた。すなわち、非拘束状態における無収縮性のグラウト材２８の圧縮強度gＦを４０Ｎ／ｍｍ２として、Ｐu／（Ｄ・ｔ・gＦ）に基づいて圧縮強度に関する上昇率αを求めた。図５に示したグラフは、そのグラウト材２８の拘束効果による圧縮強度に関する上昇率αを縦軸とし、横軸にベースプレートに相当する負荷部材２６の厚さｔをとって実験結果を表したものである。
【００１８】
しかして、図５の実験結果によって、ベースプレートの厚さｔが例えば４０〜５２ｍｍ程度の範囲においては、無収縮性のグラウト材の拘束効果による圧縮強度の上昇率αは１０倍以上にもなることが確認できた。これに基づき、図１に示した前記実施例において、アンカーボルト１とベースプレート２に形成されたボルト挿通孔３との間の間隙部に充填したグラウト材１３の全ての面を、アンカーボルト１の外周面、ボルト挿通孔３の内周面、座金５の下面、及びレベル調整用のベースグラウト材１４の上面によって完全に包囲して、拘束効果を確保するように構成すれば、ブレース１０を採用しても、ベースプレート２の厚さｔを一般的に使用されている範囲に抑えながら強度的にも充分対応できることが判明したのである。因みに、本実験ではベースプレートに相当する厚さｔとほぼ同じである呼び径Ｄが４１ｍｍのアンカーボルトを用いたことから、ベースプレートに相当する厚さｔがアンカーボルトの呼び径Ｄより小さくなる４０ｍｍ未満の領域に関しては、アンカーボルトの破断とベースプレートの変形との関係が混在する可能性があるため実験から割愛したが、前記実験結果を敷衍することは可能である。また、ベースプレートに相当する厚さｔが５２ｍｍより大きい領域に関しては、実験を行っても、呼び径Ｄが４１ｍｍのアンカーボルトが剪断破断する結果になることが推測されるため、本実験から割愛したところである。なお、前記実験では呼び径Ｄが４１ｍｍのアンカーボルトを用いて実験を行った場合を示したが、同様の手法で呼び径Ｄの異なるアンカーボルトを用いた実験を順次行うことにより、それぞれの呼び径Ｄに対応した実験結果を得ることが可能なことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に関する実施例をアンカーボルトの中心位置で断面にして示した要部断面図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】同実施例に係る柱脚部が水平方向の外力を受けた場合に想定される挙動を示した要部拡大断面図である。
【図４】無収縮性固化材の拘束効果を調べるための実験装置の概要を示した要部説明図である。
【図５】実験結果を示したグラフである。
【図６】従来の露出型柱脚をアンカーボルトの中心位置で断面にして示した要部断面図である。
【図７】従来の施工技術を示した正面図である。
【図８】従来の柱脚部が水平方向の外力を受けた場合に想定される挙動を示した要部拡大断面図である。
【図９】曲げモーメントの付加によるアンカーボルトの耐力への影響を示した耐力曲線図である。
【図１０】従来の柱脚部が水平方向の外力を受けた場合に想定される挙動を示した要部平面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１…アンカーボルト、２…ベースプレート、３…ボルト挿通孔、４…ナット、５…座金、６，７…溶接、８…基礎コンクリート、９…シアプレート、１０…ブレース、１１…曲げ変形、１２…鉄骨柱、１３…グラウト材、１４…ベースグラウト材、１５…連結板、１６…治具金物、１７…注入座金、１８，１９…ボルト挿通孔、２０…アンカーボルト、２１〜２４…ナット、２５…ボルト挿通孔、２６…負荷部材、２７…注入口、２８…グラウト材、２９，３０…変位計
【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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