(57)【要約】【課題】柱脚部の破壊に関する紡錘型の履歴性状を確実に実現してスリップ型の弱点を排除し、しかも地震エネルギの吸収量を向上するとともに、塑性化部材と柱材との接続部に作用する負荷を低減し得る建築構造物の柱脚部施工方法を提供し、もって地震による建物の倒壊を防止する。【解決手段】ベースプレート１０と柱材１２の下端部との間に、柱材１２に作用する曲げモーメントに対してアンカーボルトより先に降伏して塑性化する塑性化部材１１を介在させるとともに、その塑性化部材１１として柱材１２の下端部の断面形状と同じ断面形状からなる部材を用い、かつベースプレート１０の上面から塑性化部材１１と柱材１２との接続部１３までの高さＨを柱材１２の直径ないし一辺の長さＤの１．５倍以上、２倍以下に設定する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎コンクリート中に定着したアンカーボルトにより固定されるベースプレートに対して柱材の下部を固定することにより柱材を立設する建築構造物の柱脚部施工方法において、前記ベースプレートと柱材の下端部との間に前記柱材に作用する曲げモーメントに対して前記アンカーボルトより先に降伏して塑性化する塑性化部材を介在させるとともに、その塑性化部材として前記柱材の下端部の断面形状と略同一の断面形状からなる部材を用い、かつ前記ベースプレートの上面から前記塑性化部材と柱材との接続部までの高さを柱材の直径ないし一辺の長さの１．５倍以上、２倍以下に設定することを特徴とする建築構造物の柱脚部施工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築構造物の柱脚部の施工方法に関する。より詳しくは、建築構造物の柱脚構造として露出型柱脚構造を採用した場合において、大地震を受けた際に、アンカーボルトの降伏より先に柱材と柱脚金物との結合部近傍にて塑性化が確実に始り、地震エネルギを効果的かつ安定的に吸収し得る安全な建築構造物を構築し得る施工方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
建築構造物の耐震設計においては、いずれかの構造部材の塑性変形によって地震エネルギを吸収することにより、稀に発生する大地震に対して建物の倒壊を防ぐという構造設計が行われている。建築構造物の柱脚構造として露出型柱脚構造を採用した場合に、地震時に最初に塑性化して地震エネルギを吸収させる構造部材として選定可能な構造部材は、アンカーボルト、柱脚金物あるいは柱材のいずれかである。図５は地震時にアンカーボルトが先に降伏して塑性化する形態を採用した露出型柱脚構造に関する地震時の挙動を例示した説明図であり、図６はその柱脚部の履歴特性を概略的に示した説明図である。なお、図６において縦軸にとった曲げモーメントＭと横軸にとった回転角θとの関係は、図７の概念図に示したとおりである。
【０００３】
しかして、図５の場合において、地震時に柱材１を介して柱脚部２に大きな曲げモーメントＭａが作用すると、状態Ａから状態Ｂで示したようにアンカーボルト３が弾性変形をして柱材１は傾斜することになる。更に状態Ｃで示したようにアンカーボルト３の変形が続くと、やがて弾性領域を超えてアンカーボルト３は降伏し塑性化して長さ方向に伸びることになる。しかる後、逆向きの曲げモーメントＭｂが作用すると、先ずアンカーボルト３の弾性変形分が復帰して状態Ｄに至る。しかる後、状態Ｅに示したように柱材１が垂直状態に復帰することになるが、この状態Ｄから状態Ｅに移行する過程では荷重の伝達は行われず、状態Ｅに示したようにアンカーボルト３のナット４がベースプレート５の表面から浮上がって間隙が形成されるだけで、地震エネルギの吸収は行われない。しかる後、更に曲げモーメントＭｂの作用が継続すると、状態Ｆで示したように他方のアンカーボルト６が弾性変形を始め、状態Ｆ〜状態Ｉにおいて、アンカーボルト３に関して以上に説明した状態Ｂ〜状態Ｅと同様の変形がアンカーボルト６にも生じることになる。この結果、状態Ｉに示したように、アンカーボルト３，６の双方のナット４，７がベースプレート５の表面から浮上がってしまい、柱材１に対する固定力が失われることになる。
【０００４】
以上の状態Ａ〜状態Ｉにおける曲げモーメントＭと回転角θとの関係は、図６に示した履歴特性のとおりである。この履歴特性は、一般的にスリップ型と称され、状態Ｄから状態Ｅ、状態Ｈから状態Ｉ、再度曲げモーメントＭａが作用した場合の状態Ｉすなわち状態Ａから状態Ｄにおいては、荷重の伝達が行われず、地震エネルギの吸収は行われない。したがって、地震エネルギの吸収量が乏しく、大地震に対して建物の倒壊を防ぐという構造物の耐震性能の観点からは効果的なものではなかった。
【０００５】
次に、大地震時の地震エネルギをより効果的かつ安定的に吸収するため、先に降伏して塑性化する構造部材として柱材１の根元部分を選定した場合に関して説明する。図８はこの形態の露出型柱脚構造に関する地震時の挙動を例示した説明図であり、図９はその柱脚部の履歴特性を概略的に示した説明図である。なお、図９において縦軸にとった曲げモーメントＭと横軸にとった回転角θとの関係は、図１０の概念図に示したとおりである。しかして、本形態の露出型柱脚構造の場合には、地震時に柱材１を介してその根元部分、すなわち柱材１とベースプレート５との結合部分近傍に曲げモーメントＭａが作用すると、状態Ａから状態Ｂに示したように柱材１の根元部分が大きく変形して、アンカーボルト３，６が塑性化する前に柱材１の根元部分が塑性化することになる。すなわち、曲げモーメントＭａの作用により柱材１の根元部分が変形を始めると、図９に示したように、先ず前半では弾性変形をし、やがて弾性領域を超えると塑性化して状態Ｂに至る。次に、逆向きの曲げモーメントＭｂが作用すると、柱材１は反対方向に変形することになる。この変形の過程を図９を用いて説明すると、前半は先ず状態Ｂで示した変形状態から弾性変形分が復帰し、引続いて曲げモーメントＭｂによる弾性変形に移行する。そして、後半で弾性領域を超えると塑性化し、塑性変形しながら状態Ａの垂直状態を過ぎて反対側に傾斜した状態Ｃに至ることになる。
【０００６】
以上のように、柱材１の根元部分が先に塑性化する本形態の場合には、図５の状態Ｄから状態Ｅや状態Ｈから状態Ｉの場合のように、アンカーボルト３，６のナット４，７がベースプレート５から浮上がり、荷重が伝達されずに地震エネルギが吸収されない行程は介在しないことから、図８と図５との比較からも明らかなように地震エネルギの吸収が良好である。したがって、地震エネルギを吸収することにより大地震に対して建物の倒壊を防ぐという構造物の耐震性能の観点からは、地震時に先に塑性化する構造部材として、柱材１の根元部分を選定する方が、アンカーボルト３，６を選定するよりはるかに有効である。しかも、柱材１の根元部分の方が地震時にアンカーボルト３，６より先に塑性化する本形態の場合には、アンカーボルト３，６のナット４，７がベースプレート５から浮上がって柱材１に対する固定力が失われるといった事態は回避できる。
【０００７】
以上のように、大地震時に先に塑性化する構造部材として、アンカーボルトより柱材の根元部分を選定する方が、地震による建物の倒壊を防ぐ観点から有利である。ところで、柱材としては、冷間圧延材、溶接組立材、形鋼等、様々な材料が用いられている。一般的によく使用されている冷間圧延材では、加工硬化によるばらつきがあるため、設計で用いられる柱材の設計基準強度（いわゆる基準強度「Ｆ値」）より実際の耐力の方が１０Ｋｇｆ／ｍｍ２前後も上回ることがあり、その個々の機械的性質の差によって次のような問題が生じた。すなわち、柱材の実際の耐力が想定した以上に高すぎると、柱材が先に塑性化するように設計したとしても、実際には柱材の変形が弾性範囲内にとどまり、余裕のない柱脚部に過大な荷重がそのまま伝達されてしまい、露出柱脚構造に生じる履歴性状がスリップ型に移行して、最悪の場合には、アンカーボルトの破断や基礎コンクリートの破壊等により、建物の倒壊を引き起こしかねないという問題があった。そこで、確実に図９に示したいわゆる紡錘型の履歴性状にするためには、柱脚部の塑性耐力を十分に大きくとる必要があることから、アンカーボルトなどが必要以上に過大化される傾向にあった。
【０００８】
なお、ベースプレートの上部に形成した立上がり部に断面欠損部を形成し、その断面欠損部の耐力を柱の設計耐力と等しくすることにより、地震時等における塑性化を柱脚金物を構成するベースプレートと柱材との間に確実に誘導するという技術手段も開示されている（実用新案登録第２５６７４３５号公報）。ところで、この従来技術では、柱脚金物の立上がり部に形成する断面欠損部として、幅８ｍｍ、深さ４ｍｍの溝部を形成した場合を例示している。しかしながら、地震エネルギを吸収するためには、柱脚部に作用する曲げモーメントによって生じる塑性化もかなり広い範囲にわたることが一般的であり、前記従来技術の溝部のように狭い塑性化領域の場合には、塑性化の始りを前記溝部に誘導することはできても、その塑性化領域が小さいため、地震の規模によっては地震エネルギを吸収しきれずに、返って応力集中により断面欠損部から破壊が生じるおそれもあった。さらに、前記従来技術における柱脚金物の立上がり部の高さ寸法はせいぜい柱材の幅の半分程度であり、柱材との溶接位置も低くなるため、柱脚部に作用する曲げモーメントの影響を大きく受けやすく、過大な応力集中により溶接接合部から破断する可能性も問題であった。因みに、柱脚金物は、鍛造あるいは鋳造による製作が一般的であるが、鍛造による場合には、ベースプレートの上方に突出する立上がり部を有する柱脚金物を製作することは技術的に困難であり、仮に製作が可能であっても、溝や孔からなる断面欠損部の形成は機械加工に頼らざるを得ないことから、コストが増大してしまうという技術的な問題があった。また、鋳造による場合には、鋳型から鋳物としての柱脚金物を抜くための勾配が必要であり、同様に溝や孔からなる断面欠損部の形成は機械加工に頼らざるを得ないことから、やはりコストが増大してしまうという技術的な問題があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来の技術的状況に鑑みて発明したもので、いわゆる紡錘型の履歴性状を確実に実現してスリップ型の弱点を排除し、しかも地震エネルギの吸収量を向上するとともに、塑性化部材と柱材との接続部に作用する負荷を低減し得る建築構造物の柱脚部施工方法を提供し、もって地震による建物の倒壊を防止することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明では、前記課題を解決するため、基礎コンクリート中に定着したアンカーボルトにより固定されるベースプレートに対して柱材の下部を固定することにより柱材を立設する建築構造物の柱脚部施工方法において、前記ベースプレートと柱材の下端部との間に前記柱材に作用する曲げモーメントに対して前記アンカーボルトより先に降伏して塑性化する塑性化部材を介在させるとともに、その塑性化部材として前記柱材の下端部の断面形状と略同一の断面形状からなる部材を用い、かつ前記ベースプレートの上面から前記塑性化部材と柱材との接続部までの高さを柱材の直径ないし一辺の長さの１．５倍以上、２倍以下に設定するという技術手段を採用した。因みに、振動負荷実験によると、ベースプレートの上面から柱材の直径ないし一辺の長さとほぼ同じ程度の高さ位置から塑性化が開始されることが多く、その塑性化開始位置を中心に上下にそれぞれ前記柱材の直径ないし一辺の長さの半分程度、すなわち前記塑性化開始位置を中心に合計で柱材の直径ないし一辺の長さとほぼ同じ程度の幅で塑性変形が拡がることが確認されている。したがって、ベースプレートの上面から前記塑性化部材と柱材との接続部までの高さを柱材の直径ないし一辺の長さの１．５倍以上、２倍以下に設定すれば、その接続部に大きな曲げモーメントが作用することが回避されるとともに、また該接続部の位置も必要以上にあまり高くなることもない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明は、基礎コンクリート中に埋設されるアンカーボルトにより固定されるベースプレートに対して柱材の下端部を固定することにより柱材を立設する形態の建築構造物の柱脚部の施工に広く適用することができる。柱材の形状に関しても円形や角形のものに適用可能である。また、アンカーボルト自体の形態や定着の仕方に限定されることもない。前記塑性化部材としては、柱材に作用する曲げモーメントに対してアンカーボルトより先に降伏して塑性化し得るもので、所定の強度を備える部材であればよい。例えば、柱材と同じ材質の素材を用いて熱間加工により円形や角形のパイプ状に形成したものや、柱材と同じ材質の素材を用いて冷間加工により形成した後に熱処理を施して加工硬化を除去したものなどが可能である。また、加工硬化が生じない鋳造により所定形状に形成したものでもよい。この鋳造による場合には、ベースプレートと一体的に形成してもよい。因みに、塑性化部材は、熱間圧延材などの伸びが大きく降伏棚をもった変形能力の優れたものから構成すれば、地震エネルギの吸収能力をより大きく構成することができる。また、塑性化部材の形状に関しては、前記柱材の下端部の断面形状と略同一の断面形状からなるものであればよく、隅々まで完全に一致する必要性はない。例えば角形の柱材及び塑性化部材を使用する場合などでは、それぞれのメーカーにより角部にアールがないものや、角部に付与されるアールの大きいもの、小さいものなど、種々の形態のものがあるが、その程度の角部の形状の違いは問題にする必要性がない。
【００１２】
【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は本発明の第１実施例を示した正面図であり、図２はその縦断面図である。図示のように、本実施例では、ベースプレート１０に対して別体からなる塑性化部材１１を溶接して一体化し、その塑性化部材１１の上端部に柱材１２の下端部を溶接する形態を採用した。塑性化部材１１は、柱材１２と同じ断面形状を有する円形や角形のパイプ状に形成したものを用いる。したがって、塑性化部材１１としては、柱材１２と同じ製造工程で作成された素材を所定長さに切断するなどして共通に使用することも可能なことから、コストの削減にも有効である。さらに、その柱材と同じ材質の素材を用いて、熱間加工により所定の断面形状に形成したものや、冷間加工による形成後に熱処理を施して加工硬化を除去したものなどを使用することにより、従来の冷間加工時の加工硬化による強度のバラツキに関する問題を解消できる。したがって、従来のように、その強度のバラツキを見込んで必要以上に強度の大きいアンカーボルトを使用する必要性もなくなる。なお、加工硬化が生じない鋳造製の塑性化部材１１を用いる場合には、ベースプレート１０と一体的に形成することも可能である。
【００１３】
図示のように、本実施例においては、ベースプレート１０の上面から塑性化部材１１と柱材１２との接続部１３までの高さＨを柱材１２の直径ないし一辺の長さＤの１．５倍の寸法に設定した場合を例示した。すなわち、本実施例では、塑性化部材１１の高さＨを柱材１２すなわち塑性化部材１１自体の直径ないし一辺の長さＤの１．５倍の寸法に設定し、溶接により柱材１２の下端部に接続した場合を示した。因みに、本発明では、前述のように、前記接続部１３までの高さＨを柱材１２すなわち塑性化部材１１の直径ないし一辺の長さＤの１．５倍以上、２倍以下に設定することを特徴としている。したがって、塑性化部材１１と柱材１２との接続部１３の下方には、柱材１２の直径ないし一辺の長さＤの１．５倍以上という従来に比べて格段に大きい塑性化領域が形成されることから、大地震時おける地震エネルギを十分吸収することが可能である。また、塑性化部材１１と柱材１２との接続部１３をベースプレート１０の上面から大きく離したので、その接続部１３に作用する曲げモーメントが低減されることから、該接続部１３からの破壊の回避にも有効である。
【００１４】
図３は本発明の第２実施例を示した正面図であり、図４はその縦断面図である。本実施例においては、図示のように塑性化部材１４の上端部と柱材１５の下端部との接合部１６の上下近傍の内外面に接続用当て板１７，１８を当てて、所要数のボルト１９とナット２０を用いて両側から挟持することにより、前記両部材を接続するように構成した場合を例示したものである。そして、本実施例の場合には、接続用当て板１７，１８の有する補強作用に基づいて、それらの接続用当て板１７，１８によって挟持された塑性化部材１４の部分の塑性化が大きく制限されることから、接続用当て板１７，１８により挟持された部分全体を接続部とし、ベースプレート２１の上面から接続用当て板１７，１８の下端部までの高さを塑性化部材１４の塑性化領域の高さＨとして、柱材１２すなわち塑性化部材１４の直径ないし一辺の長さＤの１．５倍とした場合を例示した。その他の点では第１実施例と異なるところはない。なお、塑性化部材１４と柱材１５とは同じ断面形状を有することから、接続用当て板１７，１８等により接合部１６を内外からガタを生じることなく的確に挟持することができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、次の効果を得ることができる。
（１）ベースプレートと柱材の下端部との間に柱材に作用する曲げモーメントに対してアンカーボルトより先に降伏して塑性化する塑性化部材を介在させたことから、従来のいわゆるスリップ型に伴う地震エネルギの吸収量が少ないといった弱点を改善することができ、大地震に対する建物の倒壊防止機能を向上することができる。
（２）しかも、ベースプレートの上面から塑性化部材と柱材との接続部までの高さを柱材の直径ないし一辺の長さの１．５倍以上、２倍以下に設定したので、地震時に最も大きな曲げモーメントが作用する柱材の根元部分にエネルギ吸収量の大きな塑性化領域が形成されることから、耐震性能を大幅に向上することができる。
（３）さらに、塑性化部材と柱材との接続部をベースプレートの上面から大きく離して、その接続部を地震時に最も大きな曲げモーメントが作用する柱材の根元部分から外すように設定したので、前記柱脚に加わる曲げモーメント勾配に従って塑性化部材と柱材との接続部に作用する負荷が低減されることから、接続部からの破壊を回避することができる。また、その塑性化部材と柱材との接続部に作用する負荷の低減により、該接続部の固定手段等を縮小してコストの削減を図ることも可能である。
（４）また、塑性化部材として、柱材の下端部の断面形状と略同一の断面形状からなる部材を用いたことから柱材との接触面における接合性がよい。さらに、柱材と同じ円形ないし角形の素材を共通に用いて熱処理等により加工硬化を除去したものを塑性化部材として使用することも可能なことからコストの低減にも有効である。塑性化部材と柱材との接続部を内外から挟持する形態の場合には、ガタを生じることなく的確に挟持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示した正面図である。
【図２】同実施例の縦断面図である。
【図３】本発明の第２実施例を示した正面図である。
【図４】同実施例の縦断面図である。
【図５】地震時にアンカーボルトが先に降伏して塑性化する形態の露出型柱脚構造に関する地震時の挙動を例示した説明図である。
【図６】前記柱脚部の履歴特性を概略的に示した説明図である。
【図７】図６において縦軸にとった曲げモーメントＭと横軸にとった回転角θとの関係を示した概念図である。
【図８】地震時に柱材が先に降伏して塑性化する形態の露出型柱脚構造に関する地震時の挙動を例示した説明図である。
【図９】前記柱脚部の履歴特性を概略的に示した説明図である。
【図１０】図９において縦軸にとった曲げモーメントＭと横軸にとった回転角θとの関係を示した概念図である。
【符号の説明】
１０…ベースプレート、１１…塑性化部材、１２…柱材、１３…接続部、１４…塑性化部材、１５…柱材、１６…接合部、１７，１８…接続用当て板、１９…ボルト、２０…ナット、２１…ベースプレート
【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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