(57)【要約】【課題】ピン支承の回転を安定させ、基礎に作用する力を軽減する。【解決手段】凹凸状の嵌合球面１ａ，４ａを有する上部シュー１、下部シュー４を使用して、基礎Ｐに上部構造物Ａを支持するピン支承基礎構造である。上部シュー１は凸状の円錐台状を成してその底面から中抜きし、その中抜き部Ｓも先端に向かって小さくなる円錐台状とし、一方の下部シュー４は凹状を成す。シューに加わる外力は、中抜き部Ｓに係る側壁部１ｂを通って先端中心部へ向かって伝達方向が一定となり、前記嵌合球面１ａ中心部で応力を受けて、  回転し易い支承となる。この上部シュー１を上部構造物Ａの柱５下部に固定すればシューへの軸力が安定し、側壁部１ｂの横断面積を高さ方向に亘って同一とすれば、応力分布が均一となり応力伝達がスムースである。上記柱５を中空パイプ状として、柱５端面全周を中抜き部Ｓ周囲全周に接合すれば、さらに応力伝達がスムースとなり、支承の回転が安定する。【選択図】  図４
2004238812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎Ｐに下部シュー４を固定し、  上部構造物Ａは上部シュー１を固定し、前記両シュー４，１の嵌合球面４ａ，１ａを凹凸状の球面にして組み合わせた支承でもって、前記基礎Ｐに上部構造物Ａを支持したピン支承基礎構造において、
上記下部シュー４又は上部シュー１の嵌合球面４ａ，１ａのうち、凸状を成す一方を、その嵌合球面に向かって錐台状とすると共に、  その錐台状の下部シュー４又は上部シュー１を前記錐台状底面から中抜きし、その中抜き部Ｓは前記錐台状先端に向かってその横断面積が徐々に小さくなる錐台状としたことを特徴とするピン支承基礎構造。
【請求項２】
上記上部シュー１は、上記上部構造物Ａの柱５の下部に固定したこと特徴とする請求項１に記載のピン支承基礎構造。
【請求項３】
上記錐台状とした下部シュー４又は上部シュー１の中抜き部Ｓに係る部材の横断面積を、高さ方向全長に亘って同一としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のピン支承基礎構造。
【請求項４】
上記上部シュー１を円錐台状とするともに、上記柱５を中空パイプ状とし、その柱５の端面全周が上部シュー１の中抜き部Ｓ周囲全周に接合されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のピン支承基礎構造。
【請求項５】
上記下部シュー４の周りを上記基礎Ｐにボルト止めしたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のピン支承基礎構造。
【請求項６】
上記柱５に基礎梁８を設け、  その基礎梁８は地上に設けたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のピン支承基礎構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基礎と上部構造物とのピン支承した構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の建築構造物は、図２５に示すように、支持地盤Ｂまで埋め込む等して地盤Ｇに固定した杭形式の基礎Ｐの杭頭部に、上部構造物Ａの柱５下端の柱脚部を剛に接合する支持方法を採用している。この基礎構造では、通常の状態において、図中の矢印のように、上部構造物Ａの自重は、基礎Ｐを介して支持地盤Ｂ等に伝えられる。
【０００３】
この構造物において、地震により上部構造物Ａ及び地盤Ｇにそれぞれ異なる方向の水平力が加わると、上部構造物Ａと基礎Ｐは剛接合しているので、基礎Ｐに、大きな曲げモーメント、せん断力等が作用し、その力は一般的には、図２６に示すように、深度０となる杭頭部付近で最大となる。係る大きな力による基礎Ｐの破壊を防ぐため、杭を大断面としたり、あるいは、図２５に示すように、前記基礎Ｐを水平方向に連結する地中梁７を設けたりしている。
【０００４】
また、この杭頭部に作用する曲げモーメントを低減するため、基礎Ｐに対し上部構造物Ａをピン支承した種々の構造が提案されている。
【０００５】
例えば、図２７に示すように、基礎Ｐの杭頭に凸状の嵌合球面を有する下部シュー１１が設けられ、上部構造物Ａの下面には、その凸状の嵌合球面に嵌まる凹状の嵌合球面を有する上部シュー１２が設けられ、前記下部シュー１１に上部シュー１２が重ねられて、前記両シュー１１，１２の球面には、その球面に対して共通する軸線１４に沿ってストッパピン１３が貫通している。
【０００６】
この構造では、中規模の地震に対しては、ストッパピン１３の強度と球面同士の摩擦により基礎Ｐと上部構造物Ａとが剛に結合し、大規模な地震に対しては、前記ストッパピン１３の強度を超える地震力によりストッパピン１３が破断し、その結果、基礎Ｐと上部構造物Ａとの接触面に滑りが生じるので、杭頭及び杭の地中部での大きな曲げモーメントの発生を防ぐものである（特許文献１参照。）。
【０００７】
また、他のピン支承構造は、図２８に示すように、基礎Ｐの杭頭に凸状の嵌合球面を有する下部シュー１１が設けられ、上部構造物Ａの下面には、その凸状の嵌合球面に嵌まる凹状の嵌合球面を有する上部シュー１２が設けられ、前記下部シュー１１に上部シュー１２が重ねられて、前記両シュー１１，１２を、その周方向の適宜間隔の位置で、周縁の対面距離よりも長い連結部材１５で接合したものである。
【０００８】
この構造では、激しい上下動を伴う地震があった場合等、杭頭部の軸力変動が大きい場合にも、連結部材１５により、両シュー１１，１２が浮き離れしてしまうのを防止する。また、連結部材１５は両シュー１１，１２の対面距離よりも長いので、両球面部材が球面に沿ってすべり移動又は相対回転できるようにしたものである（特許文献２参照。）。
【０００９】
また、図２９に示す構造においては、前記基礎Ｐの杭頭に設ける下部シュー１１の嵌合球面を中心角１８０°以上の球面とし、上部構造物Ａの下面に設ける上部シュー１２の嵌合球面も、それに対応する中心角１８０°以上の球面としている。このように、球面の中心角を大きくすることにより、軸力が小さい場合にも水平力（せん断力）を基礎に伝達できるようになっている（特許文献３参照。）。
【００１０】
上記のようなピン支承の基礎構造を用いることにより、基礎Ｐ等への力の負担を軽減している。
【００１１】
【特許文献１】
特開２００１−７３３９０号公報
【特許文献２】
特開２００１−７３３９１号公報
【特許文献３】
特開２００２−２１３０１９号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のピン支承の基礎構造において、上部構造物Ａの挙動に応じて、基礎Ｐと上部構造物Ａとの間に介在する前記両シュー１１，１２の嵌合球面の摺動面が動いて、その位置や面積が変化する。このため、嵌合球面同士の摺動状況が変化して、基礎Ｐに作用する応力が変動するので、上部構造物Ａから基礎Ｐへの応力伝達が安定しないことがある。
【００１３】
また、上部構造物Ａから上部シュー１２への軸力伝達が必ずしも一様でないため、嵌合球面全体に対して均等に軸力が伝わらず、支承の回転作用、ピン作用が有効に行われないことがある。このため、上記基礎構造においては、支承を介して基礎Ｐに曲げモーメント等の大きな応力が作用する場合がある。
【００１４】
そこで、この発明は、ピン支承の回転作用を円滑にして基礎に作用する力を軽減し、基礎の断面を小さくすることを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明は、基礎と上部構造物とをピン支承した基礎構造において、凹凸状にそれぞれ球面仕上げを行った一対の嵌合球面を有する下部シュー、上部シューのうち、凸状を成すいずれか一方のシューを、その凸状の嵌合球面に向かって錐台状とすると共に、  その錐台の底面から中抜きし、その中抜き部も前記円錐台状先端に向かって徐々にその横断面積が小さくなる錐台状としたのである。
【００１６】
シューを錐台状にすることにより、シューに加わる応力を嵌合球面の中心に導くことができ、また、その錐台を中抜きすることにより、その中抜きした凸状のシューに加わる外力は、中抜きされた部分の側壁部を通って嵌合球面の先端中心部へ向かって、応力の伝達方向が一定となる。このため、嵌合球面の中心部で応力を受けることができるので、  その受け点は小さくし得て、  回転し易いピン支承となる。
【００１７】
このとき、前記上部シューを前記上部構造物の柱の下部に直接固定すれば、上部構造物から上部シューへ軸力が安定するので、ピン支承の回転機能をさらに有効に作用させることができる。
【００１８】
また、錐台状とした前記シューの中抜き部に係る部材の横断面積を、高さ方向全長に亘って同一とした手段も採用し得る。このようにすれば、シューに作用する応力分布が高さ方向に均一となるので、前記嵌合球面中心部への応力の伝達がスムースである。
【００１９】
さらに、上記柱を中空パイプ状とし、その柱の端面全周がシューの中抜き部周囲全周に接合した手段も採用し得る。柱を中空パイプ状にすることにより、シューの錐台状の周縁に応力を均一に与えるので、柱からシューへの軸力の伝達がさらにスムースである。
【００２０】
また、上記下部シューの周りを上記基礎にボルト止めするようにした構成も採用し得る。このようにすれば、建付け時のシューの固定が容易であり、また、上部構造物構築後は、そのボルトが、軸力に対する抗力を担保するので、シューを簡素化できる。
【００２１】
上記の手段において、柱に基礎梁を設ければ、上部構造物全体の剛性が高まるので、その柱に作用する軸力が安定してシューへの軸力伝達がさらにスムースになり、また、  その基礎梁を地上に設ければ、前記基礎同士を地中で連結する地中梁等が不要となるので、施工がし易い。
【００２２】
【発明の実施の形態】
一実施形態のピン支承基礎構造を、図１乃至図４に示し、この実施形態の基礎構造は、図３に示すように、地盤Ｇに固定された杭形式またはフーチング形式の基礎Ｐ上に、上部構造物Ａを固定する建築構造物において、上部構造物Ａの下端に凸状の嵌合球面１ａを有する上部シュー１を設け、前記基礎Ｐの上部に、凹状の嵌合球面４ａを有する下部シュー４を設け、前記両シュー１，４の嵌合球面１ａ，４ａを介して、基礎Ｐと上部構造物Ａをピン支承する建築構造物の基礎構造である。
【００２３】
上部構造物Ａの骨組は、図３に示すように複数の柱５からなり、その柱５上端及び中程において、柱５同士を水平な梁９によって相互に連結し、柱５下端の柱脚部においては、柱５同士を水平な基礎梁８により相互に連結している。その基礎梁８は、梁端部において、柱５に剛接してもよいが、鉛直変位のみを拘束したヒンジ結合とし得る。
【００２４】
上部構造物Ａと基礎Ｐとの支承部の詳細は、図４に示すように、凸状に球面仕上げを行った嵌合球面１ａを有する上部シュー１を、その嵌合球面１ａが下向きになるよう前記柱脚部の下面に取り付け、その嵌合球面１ａに合う凹状に球面仕上げを行った嵌合球面４ａを有する下部シュー４を、前記基礎Ｐの上面に取り付ける。この嵌合球面１ａを嵌合球面４ａに収納するように重ねて組み合わせ、嵌合球面１ａ，４ａが相互に摺動できる状態とする。この状態で、前記上部シュー１周辺部の適宜位置において、連結ボルト６により基礎Ｐと連結し、下部シュー４は、別のアンカーボルトなどにより基礎Ｐに固定し、両シュー１，４を介して基礎Ｐと上部構造物Ａとを接合する。
【００２５】
上部シュー１は、図１に示すように、そのベースプレート部２から円錐台状に形成されたシュー１の先端に前記嵌合球面１ａが位置し、その錐台状のシュー１の底面から先端に向かって中抜きし、その中抜き部Ｓも前記円錐台状先端に向かって徐々にその横断面積を小さくしている。一方、下部シュー４は、図１及び図２に示すように、その中央部をくり抜いて、前記凸状の嵌合球面１ａに合う、凹状の嵌合球面４ａを設けたものである。
【００２６】
上部シュー１は、前記中抜き部Ｓに係る部分の側壁部１ｂが、図中に示すように、嵌合球面１ａの裾を延長して放射状に広げた形態を成し、この放射状の側壁部１ｂの基部１ｃの適宜の箇所を、前記ベースプレート部２に溶接、又はボルト接合等することにより構成している。
【００２７】
このようにすれば、シューの機能低下を招くことなく、中抜きによりシューの重量を軽くすることができるので、経済的である。また、この中抜き部Ｓの介在により、上部シュー１が上下方向の圧縮力を受けた際に、弾性域の範囲で変形しやすい形状になるので、前記柱５からの変動軸力によってピン支承の固定度が変化しにくくなる。
【００２８】
また、前記側壁部１ｂは、その部材厚さが先端の嵌合球面に向かうにつれて肉厚として、前記中抜き部Ｓに係る部材の水平方向横断面積が、高さ方向（図１（ｂ）の矢印の方向）全長に亘って同一となっている。このため、上部シュー１の前記側壁部１ｂに加わる応力分布が均一となるので、下部シュー４への応力の伝達がスムースである。
【００２９】
但し、この横断面積は必ずしも高さ方向全長に亘って同一である必要はないが、同一に近いほどその応力分布が均一になるので、前記応力伝達への効果は高い。また、設計上の観点から、シューの強度を上げる必要がある場合には、この断面積を先端に行くほど徐々に大きくする構成としてもよい。この横断面積が同一とは、前記部材の応力分布の均一さを担保でき得る限りにおける範囲をいう。
【００３０】
上記の両シュー１，４において、この実施形態では、嵌合球面１ａ，４ａそれぞれの球面半径を６５ｍｍ，６５．５ｍｍとしており、嵌合球面１ａが４ａに嵌まって受け止めることができるようになっている。この両半径は等しくしてもよいが、この実施形態のように、凹状の嵌合球面の半径を凸状の嵌合球面の半径に対して僅かに大きくすると、凸状の球面が凹状の球面に収納されやすく、また、両者の接触部分が球面の軸芯付近に集中するので、ピン支承としては望ましい接合状態となる。
【００３１】
また、この球面の半径（曲率）は、前記嵌合球面１ａ，４ａ同士の回転が、ピン支承として円滑に機能するために必要な範囲内で決定するのが望ましい。すなわち、球面の半径が小さくなれば、その球面同士の摺動点が小さくなり、摩擦抵抗（動摩擦）が極力小さくできるので、有効にピン支承として機能できる。また、球面の半径を充分小さくすれば、圧縮反力の作用点が常に柱脚心（前記球面の軸芯）近傍となり、柱５に作用する軸力の変動が柱脚の剛性に影響を及ぼしにくい。このため、柱５の変動軸力によるピンの固定度が変化が少ないので、さらに有効にピン支承として機能できる。
【００３２】
ただし、凸状の嵌合球面１ａが摺動して、凹状の嵌合球面４ａ内を駆け上がる場合があるので、この場合には、駆け上がらない程度の曲率とする。
【００３３】
このように、ピン支承が安定的に機能することにより、基礎Ｐに曲げモーメント等の大きな応力を発生させにくいので、基礎Ｐの断面を小さいものとすることができる。
【００３４】
なお、両シュー１，４には、高硬度の材質を使用し、例えば、クロム鋳鉄などを用いるが、所定の機械的強度を有していれば、材質、組成は問わない。また、嵌合球面１ａ，４ａの摺動面に、摩擦抵抗を低減する表面処理を施せば、両者が接触してさらに円滑に回転するので、ピン支承が安定的に作用する。
【００３５】
さらに、図４に示す、この上部シュー１を取り付ける柱５は、中空パイプ状としており、その柱５の柱脚部端面全周が、前記中抜き部Ｓ周囲の側壁部１ｂの基部１ｃ全周に、前記ベースプレート部２の裏面（上面）において接合する。柱５が「パイプ状」であるため、円錐台状の前記上部シュー１の周縁に対して、応力を均一に与えることができる。このため、柱５からの軸力が、シュー１の前記基部１ｃから先端の嵌合球面１ａに向かって、そのシュー１の全周に亘って均一に伝わるので、前記下部シュー４とのピン支承がさらに安定的に作用する。なお、この図においては、下部シュー４の底面にベースプレート３を固定させている。
【００３６】
上記のピン支承基礎構造を有する前記上部構造物Ａに、図３に矢印ｐで示す水平方向の力が作用すると、前記柱脚部には、図中に矢印ｑで示す水平力が作用し、この水平力が前記支承を介して基礎Ｐに伝わる。
【００３７】
このとき、前記上部構造物Ａにおいては、柱５の下部を繋ぐ水平部材である基礎梁８が、柱５に作用する曲げモーメント及びせん断力を負担するので、この基礎梁８を設けない場合と比較すると、柱脚部に作用する曲げモーメント、せん断力が小さくなる。また、  この基礎梁８の剛性を高めることにより、構造物全体の剛性をさらに高め、基礎Ｐの不動沈下等を抑える効果もある。
【００３８】
このため、前記基礎Ｐに求められる強度が小さくなるので、図２５に示す基礎Ｐの上部相互間を水平方向に連結する前記地中梁７を省略することもできる。さらに、その基礎梁８を地上に設ければ、地盤の掘削量が削減できるので、施工が容易となり工期も短縮される。
【００３９】
上記の実施形態においては、前記柱５を構成する前述の中空パイプは、その断面形状が、円形のものを使用したが、この実施形態には限定されず、四角形、  多角形、丸などその形状は自由である。また、  鉄骨や鋼管の中にコンクリートなどを詰めたものでもその効果は同様である。ただし、円形パイプの柱５を使用する際には、前記上部シュー１は円錐台状が望ましく、また、柱５が四辺形の角パイプ状のものを使用する際には、例えば、図５に示すような角錐台状のものが望ましい。角錐台状のシューの効果は、前記円錐台状のシューの場合と同様である。
【００４０】
もちろん、この中空パイプを使用した柱による応力伝達の効果を望まない場合には、他の構造の柱を使用することもでき、ＲＣ、ＦＲＣ、ＳＲＣなど各種の構造の柱が使用できる。
【００４１】
さらに、前記嵌合球面１ａ，４ａの摺動部の摩擦係数は、例えば、表面に溝を設けたり、表面を粗くするなどして、構造物の設計状況に応じて変更することができる。
【００４２】
この摩擦係数を所定の数値以上に大きく設定することにより、例えば、一定規模以下の地震に対しては、この嵌合球面１ａ，４ａの摺動面に滑り、回転を生じさせないようにして、前記嵌合球面の摺動部を剛の支承として作用させ、その一定規模を越える大規模地震においてはピン支承として作用し得るようにすることができる。
【００４３】
なお、このピン支承に使用するシューの形状は、上記の実施形態に限定されず、例えば、前述の図５に示す角錐台状のものも使用できるほか、図６乃至図１１に示す上部シュー１、下部シュー４も使用できる。図６乃至図１１に示す上部シュー１、下部シュー４は、前記中抜き部Ｓに係る側壁部１ｂの部材の断面積は等しくないが、すべて、この図１及び図２に示すプレートと同様の効果をもつものである。
【００４４】
例えば、図６に示す上部シュー１及び下部シュー４は、嵌合球面１ａ，４ａの球面半径をそれぞれ、図１及び図２と同じく６５ｍｍ，６５．５ｍｍとし、前記側壁部１ｂが、図６（ａ）に示すように、角錐台状の外形を成したものである。
【００４５】
また、図７及び図８に示す上部シュー１及び下部シュー４は、前記半径をそれぞれ、図７は４５ｍｍ，４６ｍｍとし、図８は７５ｍｍ，７６ｍｍとし、両者とも前記側壁部１ｂが角錐台状の外形を成したものである。図９乃至図１１に示す上部シュー１は、上記のシュー形態において、嵌合球面１ａをベースプレート部２に対して垂直に支持する垂直材１ｄを加えて、前記側壁部１ｂを垂直方向に補強したものである。
【００４６】
上記の実施形態においては、上部シュー１が凸状の嵌合球面１ａを、下部シュー４が凹状の嵌合球面４ａを有するものとしたが、この実施形態には限定されず、図１２に示すように、上部シュー１に嵌合球面１ａを凹状に、下部シュー４が嵌合球面４ａを凸状にした構成も採用し得る。
【００４７】
なお、図６から図１１において、上部シュー１と下部シュー４を連結ボルト６を用いて連結しているが、両シュー１，４を別のボルトを用いて基礎Ｐに固定することができる。また、柱の下部にベースプレートを設けずに、溶接などにより上部シュー１を直接柱に固定してもよい。さらに、下部シュー４のベースプレート３を省くことができる。
【００４８】
【実験例】
この構成によるピン接合の支承構造において、上部構造物Ａからの荷重により影響を受ける接合部の性能を以下の実験により検証した。
【００４９】
実験の内容は、上部構造物の柱脚を鉄骨基礎梁により連結し、全体をピン支持し、その鉄骨基礎梁を地上に配置することを想定したものである。なお、終局限界状態では、引張力を受ける支点は浮き上がりを許容し、せん断力は圧縮力を受ける支点を介して伝達することを基本とする。
【００５０】
特に、全方向に回転するピン柱脚の球座（嵌合球面）部分を鋼管柱との応力伝達が円滑となり得る形状に鋳造し、球座の圧縮試験、並びに鉄骨基礎梁を有し、基礎とピン接合された骨組構造の載荷実験を行い、構造物の支点としての性能を検証した。
【００５１】
図１３に示すように、基礎柱をピンで支持する構造では、基礎梁剛比ｋＦ  の変化は基礎柱応力分布に殆ど影響を及ぼさない。したがって、鉄骨基礎梁の剛性は、必要に応じて適宜決定されるべきものと考えられる。また、この場合の構造解析は、基礎柱を含む上部構造と杭を含む下部構造に分割できる。
【００５２】
一方、固定では、剛比ｋＦ  の減少に応じて基礎柱応力は増大する傾向にある。なお、この場合には、基礎柱−基礎接合部の適切な剛性評価並びに基礎や杭を一体とする構造解析が要求される。
【００５３】
（実験概要）
鋼管柱との軸力の伝達が円滑となるよう、図１４に示すような円型と角型の２種類の鋳鋼製球座（ＳＣＷ４８０、球凸部  ｒ＝６５）を製作した。軸力に対する耐荷性能を確認するため、ベースプレート（ＳＳ４００，２５０×２５０×２２）と隅肉溶接（Ｓ＝９）し、図１５に示すような単調圧縮実験を計画した。
【００５４】
骨組構造の実験に用いる試験体は、図１６に示すように鉄骨柱（ＳＴＫＲ４００，□−２００×２００×１２）と基礎梁（ＳＳ４００，Ｈ−３００×１５０×６．５×９）及び基礎柱（鉄骨柱と同材）からなる骨組構造を基礎（実験では鉄骨構造の剛体とした）とピン接合する構造とした。ピン接合部（柱脚部）の詳細は、図１７に示すように鋳造により加工された球凸部とＸ字形のベースプレート（ＳＳ４００）を隅肉溶接（Ｓ＝９）し、アンカーボルト（ＳＳ４００，４Ｍ２４）を四隅に有する形式（試験体名ＳＲＢ５〜ＳＲＢ８）とした。なお、全てのアンカーボルトはアンボンドとし、かつ導入張力の値は限りなく０とした。
【００５５】
使用鋼材の機械的性質を図１８に示す。
【００５６】
骨組構造実験における載荷状況および試験体各部変位の計測位置を図１６に示す。柱頭は自由端とし、梁端部は鉛直変位のみを拘束し、一定柱軸力Ｎｃ、柱せん断力Ｑｃおよび梁せん断力ＱＢ  は、ロードセルを用いて計測した。水平加力点は、基礎梁心から反曲点高さｈｃ＝１２００の位置とした。除荷点は、加力点と基礎梁心位置における柱の相対水平変位δｃをｈｃで除した値Ｒｃ＝±０．２５，±０．５，±１，±２，±５％を目標とした。なお、一定柱軸力Ｎｃは圧縮を正とし、試験体ＳＲＢ５〜ＳＲＢ８の順に、Ｎｃ＝０，１２７，５１０，５１０ｋＮとした。
【００５７】
（球座の圧縮耐力）
本球座は、回転用の球台、鋼管柱への軸力伝達用の中空の台及びスラストに抵抗する裾から構成されている。円型の台は、高さ方向に断面積一定の円錐台である。角型の台は、円錐台と角錐台の複合体であり、断面積は小円部と円型と等しく、裾部に向かって大きくなり、裾部で円型の４／π倍となる。球台を剛体と仮定すると、圧縮軸力を受ける円型の台は、図１９に示す円錐殻構造と見なせ、頂点から距離ｓの位置における直径および板厚をそれぞれｄｓ、ｔｓとすると、降伏耐力ＰＹ  及び終局耐力ＰＵ  はそれぞれ図中に示す式のように表される。角型の台の耐力は、最小断面積が円型の台の一定断面積に等しいことから、円型の台と同等と考える。
【００５８】
球座の単調圧縮実験結果を図２０に示す。図中に、計算値の長期軸力０．２５ＮＹ  、降伏耐力ＰＹ  及び終局耐力ＰＵ  を破線で示す。ここで、ＮＹ  はＦ値に基づく鋼柱の降伏耐力、ＰＹ  、ＰＵ  は円型の球座に対する計算値である。
【００５９】
降伏耐力の実験値は、円型、角型ともに長期軸力の２倍程度を示すことから、軸力の変動を考慮しても十分な値と考えられる。さらに、実験値と計算値が近似していることから、設計は比較的容易と言える。また、最大耐力の実験値は、ＰＹ  ／ＰＵ  ≒ＹＲ  （ＹＲ  ＝０．６０，ＳＣＷ４８０）となり、円型と比べて角型の耐力が若干低いもののいずれも余力がある。なお、上記の構成により、ベースプレートを省き、鋼柱と球座を直結する工法も可能である。
【００６０】
（球座の摩擦抵抗）
骨組の破壊実験に先立ち、本ピン柱脚部における球座部分の摩擦抵抗の実態を調査するため、梁端およびアンカーボルトの拘束を解放し、一定軸力Ｎｓを受ける片持ち柱として弾性域における水平両振加力実験を行った。ピン柱脚自体の曲げモーメントＭｓと回転角θｓの関係を図２１に示す。
【００６１】
ここで、μ、ｒをそれぞれ摩擦係数、球の半径とすると、摩擦モーメントＭＲ  は、ＭＲ  ＝μ・Ｎｓ・ｒで与えられる。Ｍｓ＝ＭＲ  の関係から、摩擦係数μは概ね０．５（図中に破線で示す）程度と推察される。
【００６２】
（柱と梁のせん断力の関係）
骨組の破壊実験時の柱せん断力Ｑｃと梁せん断力ＱＢ  の関係を図２２に示す。ただし、梁に局部座屈を生じたＲｃ＝±５％の載荷サイクルについては除外した。なお、図中にピン柱脚と仮定した場合の理論値（Ｑｃ／ＱＢ  ＝１／１．５５）を破線で示す。
【００６３】
試験体ＳＲＢ５〜８には、基礎柱に変動軸力Ｎｃ＋ＱＢ  が作用している。この軸力の領域では、球座の摩擦の影響等が若干窺われるもののＱｃ−ＱＢ  関係の実験値は理論値と良く一致している。
【００６４】
これは、本柱脚が、球座により圧縮反力の作用点が柱心近傍に確定されるため軸力の変動が剛性に影響しないこと、球面の半径が十分小さいため摩擦抵抗が殆ど無視できること、またベースプレート等が変形し易い形状に加工されていることによるものである。
【００６５】
（柱の曲げモーメントと部材角の関係）
破壊実験時の柱の曲げモーメントＭｃと柱の部材角Ｒｃの関係を図２３に示す。ここで、曲げモーメントＭｃはＭｃ＝Ｑｃ・ｈｃ＋Ｎｃ・δｃとした。なお、図中に弾性剛性および梁崩壊（Ｍｐ）時の終局耐力の計算値を、それぞれ点線および破線で示す。
【００６６】
柱脚をピン支点と仮定し、柱、梁および接合パネル部のせん断変形を考慮した弾性剛性の計算値は、実験値と良く一致している。
【００６７】
また、本骨組の終局耐力は鉄骨基礎梁の局部座屈により決定され、実験値と計算値は概ね一致した。終局耐力は、局部座屈の発生位置が柱外面から遠いもの程大きくなる傾向にあり、本実験では載荷装置の都合により極端に梁が短いため、その影響がより一層強く現れたものと考えられる。
【００６８】
なお、骨組実験では、球座の形状の相違による影響は特に認められず、円型、角型の球座ともピン支点として十分機能し得ることが検証された。
【００６９】
上記の結果から、本柱脚は変動軸力の影響を受けることなく、固定度が殆どピンの状態に保たれることが検証された。
【００７０】
（柱脚のせん断力と水平変位の関係）
柱脚に作用するせん断力Ｑｓと球座回転中心の水平変位δＨ  、鉛直変位δｖの関係を図２４に示す。
【００７１】
試験体ＳＲＢ７、８及びＱｓ＞０におけるＳＲＢ５、６の柱脚に作用する変動軸力Ｎｓは圧縮領域にあり、この場合の変位は、｜δＨ  ｜、｜δｖ｜ともに１ｍｍ以下であり、無視できる。
【００７２】
一方、Ｑｓ≦０におけるＳＲＢ５、６のＮｓは引張領域にあり、Ｒｃ＝−５％のときそれぞれ｜δｖ｜＝２３，１０ｍｍ、｜δＨ  ｜＝２９，１４ｍｍ程度となる。しかし、実構造物におけるδＨ  は基礎梁を介して圧縮領域にある支点の水平抵抗により拘束され、殆ど生じないものと推察される。また、引張軸力を受ける場合については、使用限界状態に対する適用範囲を明示し、終局限界状態に対しては支点の浮き上がりを許容する設計法を採り入れるべきであろう。なお、実用設計では、せん断力の伝達を確実にするため、球座の一部を基礎に埋め込むべきである。
【００７３】
以上のようなことから、本柱脚の回転抵抗は無視できる程度であり、本形状の鋳鋼製球座は、使用範囲を弾性域に限定しかつ作用軸力に対し余力ある設計とすることで、上部構造物と基礎とのピン支承に使用できる。
【００７４】
【発明の効果】
この発明は、以上のように、曲げモーメント、せん断力の伝達を極力抑制し、基礎の断面を小さくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の上部シューと下部シューを示し、（ａ）は上部シューの平面図、（ｂ）は上部シューと下部シューの切断正面図
【図２】同実施形態の下部シューの平面図
【図３】同実施形態の建築構造物の概略図
【図４】同実施形態の柱脚部を示す詳細図
【図５】他の実施形態の上部シューと下部シューを示し、（ａ）は上部シューの平面図、（ｂ）は上部シューと下部シューの切断正面図
【図６】他の実施形態の上部シューと下部シューを示し、（ａ）は上部シューの平面図、（ｂ）は上部シューと下部シューの切断正面図
【図７】他の実施形態の上部シューと下部シューを示し、（ａ）は上部シューの平面図、（ｂ）は上部シューと下部シューの切断正面図
【図８】他の実施形態の上部シューと下部シューを示し、（ａ）は上部シューの平面図、（ｂ）は上部シューと下部シューの切断正面図
【図９】他の実施形態の上部シューと下部シューを示し、（ａ）は上部シューの平面図、（ｂ）は上部シューと下部シューの切断正面図
【図１０】他の実施形態の上部シューと下部シューを示し、（ａ）は上部シューの平面図、（ｂ）は上部シューと下部シューの切断正面図
【図１１】他の実施形態の上部シューと下部シューを示し、（ａ）は上部シューの平面図、（ｂ）は上部シューと下部シューの切断正面図
【図１２】他の実施形態の柱脚部を示す詳細図
【図１３】基礎梁剛比と柱応力分布の関係を示す模式図
【図１４】実験例の球座への単調圧縮実験に使用するピン支承部の詳細図
【図１５】図１４の載荷状況を示す詳細図
【図１６】実験例の骨組構造実験に使用する試験体を示す正面図
【図１７】図１６の試験体のピン支承部の詳細図
【図１８】実験例の試験体の使用鋼材の機械的性質を示す表
【図１９】球座への軸力伝達状況を示す模式図
【図２０】図１５の球座への単調圧縮実験結果を示すグラフ
【図２１】図１６の試験体による水平両振加力実験の試験結果（ピン柱脚の曲げモーメントと回転角の関係）を示すグラフ
【図２２】図１６の試験体による破壊実験の試験結果（柱せん断力と梁せん断力の関係）を示すグラフ
【図２３】図１６の試験体による破壊実験の試験結果（曲げモーメントと柱の部材角の関係）を示すグラフ
【図２４】図１６の試験体による破壊実験の試験結果（柱脚に作用するせん断力と球座回転中心の水平変位、鉛直変位の関係）を示すグラフ
【図２５】従来の建築構造物の構造を示す概略図
【図２６】従来の建築構造物の基礎に作用するモーメント及びせん断力の一例を示す説明図
【図２７】従来のピン支承構造を示す切断正面図
【図２８】従来のピン支承構造を示す切断正面図
【図２９】従来のピン支承構造を示す切断正面図
【符号の説明】
１，１２  上部シュー
１ａ，４ａ  嵌合球面
１ｂ  側壁部
１ｃ  基部
１ｄ  垂直材
２，３  ベースプレート
４，１１  下部シュー
５  柱
６  連結ボルト
７  地中梁
８  基礎梁
９  梁
Ａ  上部構造物
Ｐ  基礎
Ｓ  中抜き部
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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