(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱型部に、アンカーボルト、該アンカーボルトの下端部に設けられた定着板、及び立上筋を備え、
基礎梁部に基礎梁上端筋、基礎梁下端筋及びスタラップ筋を備え、
前記基礎梁上端筋及び前記基礎梁下端筋を前記柱型部まで延設した隅柱又は側柱における露出型柱脚の基礎部の構造において、
露出型柱脚の基礎部における仮想的なコーン破壊面内に、前記立上筋、前記基礎梁上端筋の折曲後の余長部、前記基礎梁下端筋の折曲後の余長部、前記スタラップ筋をそれぞれ配置し、
前記基礎梁上端筋の余長部を、前記定着板よりも下部まで延出して配置し、
前記基礎梁下端筋の余長部を、前記定着板よりも上部まで延出して配置し、
当該立上筋の断面積に基づいて求められる当該立上筋の引張耐力、前記定着板よりも下部に配置した前記基礎梁上端筋の余長部の付着力、前記定着板よりも上部に配置した前記基礎梁下端筋の余長部の付着力、及び当該スタラップ筋の断面積に基づいて求められる当該スタラップの引張耐力を算出し、
当該立上筋の引張耐力、当該基礎梁上端筋の余長部の付着力、当該基礎梁下端筋の余長部の付着力、及び当該スタラップ筋の引張耐力の和が前記アンカーボルトの引張力よりも大きくなるように、前記コーン破壊面内に配置される当該立上筋の本数を決定したことを特徴とする隅柱又は側柱における露出型柱脚の基礎部の構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露出型柱脚の基礎部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１３は従来の露出型柱脚の基礎部の断面図である。従来の露出型柱脚における基礎部は、図１３に示すように、柱型部５ａ、基礎梁部５ｂ及び基礎部５に埋設されたアンカーボルト７とを有している。そして、鉄骨柱１の下端部に溶接されたベ−スプレート３をアンカーボルト７にナット締めすることにより、鉄骨柱１を柱型部５ａ上に固定している。
【０００３】
鉄骨柱１に作用する力は、ベ−スプレート３を介してアンカーボルト７に引張力として伝達される。この引張力は基礎コンクリート５に定着されたアンカーボルト７を介して基礎部５に伝達される。そして、この伝達は、アンカーボルト７がアンボンドタイプの場合にはアンカーボルト７の下端部に取り付けられた定着板９を介して行われる。
【０００４】
アンカーボルト７に引張力が作用した場合に、基礎部を構成するコンクリートの耐力が不十分な場合には、図１３に破線で示すように、定着板９を起点として基礎コンクリート５が円錐状に割れる（これをコーン状破壊という）ことが知られている。
このコーン状破壊を防止して、アンカーボルト引張力を基礎部５で保持させる方法としては、現在、以下の２つの方法が知られている。
第１の方法は基礎部５を構成するコンクリート自体にコーン破壊耐力Ｔａを確保する方法であり、基礎部５の面積を大きくとることで、コーン状破壊が起こらないようにするというものであり、具体的には以下のようにする。
【０００５】
コーン破壊耐力Ｔａは次式で求められる。
Ｔａ  ＝  0.6√Ｆｃ・Ａｃ（短期設計時）
Ｔａ  ＝  0.8√Ｆｃ・Ａｃ（終局設計時）
ここで、Ｆｃ：コンクリートの設計基準強度
Ａｃ：コンクリートのコーン状破壊面の有効水平投影面積
【０００６】
ここで、コーン状破壊面の有効水平投影面積とは、定着板９を頂点とする円錐の母線が基礎コンクリート部５の表面と交ってできる線で囲まれた部分の面積をいう。
この有効水平投影面積Ａｃを模式的に示すと、隅柱では図１４、側柱では図１５、中柱では図１６の斜線で示す部分になる。
【０００７】
コーン状破壊を防止するには、アンカーボルトの引張力をＴとすれば、Ｔａ＞Ｔを満たすように上式のＡｃを定める。
【０００８】
コーン状破壊を防止する第２の方法は、基礎コンクリート部内に立上筋を必要量設置するというものである。
図１７、図１８は第２の方法の説明図であり、図１７は隅柱の側面断面を、図１８は平面断面をそれぞれ示している。
【０００９】
この方法においては、アンカーボルト７の引張力を負担できる本数の立上筋１１を定着板９の近傍に配置すると共に定着板９の上下に、それぞれ必要定着長さをとるようにしている。これによって、アンカーボルト７の引張力を立上筋１１に伝達し、立上筋１１に引張力を負担させるとともに立上筋１１が引き抜かれないようにしている。
なお、立上筋１１を囲むようにフープ筋１５が設置されている。
【００１０】
立上筋の引張耐力Ｔａ’は次式で求められる。
Ｔａ’＝  ｎＦ・Ａ1（短期設計時）
Ｔａ’＝  ｎＦ1.1Ａ1（終局設計時）
ここで、ｎ  ：定着板の近傍の立上筋の本数
Ｆ  ：立上筋の強度
Ａ1：立上筋の断面積
【００１１】
アンカーボルト７の引張力を負担できるようにするには、アンカーボルト７の引張力をＴとすれば、Ｔａ’＞Ｔを満たすように上式のｎ（定着板の近傍の立上筋の本数）を決定すればよい。この例では、ｎ＝６に設定している。以下、ｎ＝６に設定することで、Ｔａ’＞Ｔを満たすことを確認する。
【００１２】
なお、上記の例ではＭ27のアンカーボルトを４本用いたものであり、引張耐力は、
Ｔｙ＝225.06kN（短期設計時）
Ｔｕ＝280.76kN（終局設計時）
である。
また、立上筋としては、Ｄ１９（ＳＤ３４５）を用いている。
【００１３】
右曲げの場合には、図１８に黒塗りで示した６本の立上筋が引張力に抵抗することになる。この６本の引張耐力をＴａ’とすれば、
Ｔａ’＝（６本）×（降伏耐力）×1.1×（立上筋の断面積）で求まり、具体的な数値を代入すると、
Ｔａ’＝  6×34.32×1.1×2.87＝650.1kN
となる。
この値は、アンカーボルト７の引張耐力：2×280.76＝561.52kNを上回っており、Ｔａ’＞Ｔを満たすことが確認された。
なお、逆に言えば、上記の従来例においては、アンカーボルトの引張耐力561.52kNを上回るにはアンカーボルトが片側に６本（合計で１２本）必要な構造である。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
第１の方法ではコーン状破壊を起こさないように有効水平投影面積を確保しなければならず、基礎部が大きく、重くなるという問題がある。
また、第２の方法では立上筋の本数が多くなり（上記の例では１２本）、配筋が煩雑になり配筋作業効率が悪くなるという問題がある。
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、立上筋の本数を減らして配筋が容易な露出型柱脚の基礎部の構造を得ることを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る隅柱又は側柱における露出型柱脚の基礎部の構造は、柱型部にアンカーボルト、アンカーボルトの下端部に設けられた定着板、及び立上筋を備え、基礎梁部に基礎梁上端筋、基礎梁下端筋及びスタラップ筋を備え、基礎梁上端筋及び基礎梁下端筋を柱型部まで延設した隅柱又は側柱における露出型柱脚の基礎部の構造において、露出型柱脚の基礎部における仮想的なコーン破壊面内に、立上筋、基礎梁上端筋の折曲後の余長部、基礎梁下端筋の折曲後の余長部、スタラップ筋をそれぞれ配置し、基礎梁上端筋の余長部を定着板よりも下部まで延出して配置し、基礎梁下端筋の余長部を定着板よりも上部まで延出して配置し、立上筋の断面積に基づいて求められる立上筋の引張耐力、定着板よりも下部に配置した基礎梁上端筋の余長部の付着力、定着板よりも上部に配置した基礎梁下端筋の余長部の付着力、及びスタラップ筋の断面積に基づいて求められるスタラップの引張耐力を算出し、立上筋の引張耐力、基礎梁上端筋の余長部の付着力、基礎梁下端筋の余長部の付着力、及びスタラップ筋の引張耐力の和がアンカーボルトの引張力よりも大きくなるように、コーン破壊面内に配置される立上筋の本数を決定したものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の一実施の形態の側面断面図、図２は平面断面図である。この例は、隅柱の基礎部の構造に関するものである。なお、図において、従来例を示した図１７、図１８と同一部分には同一の符号を付している。
この例は、250mm角の角形鋼管柱を、アンカーボルト４本で基礎部５に定着させるものである。
【００１８】
具体的には、各定着板９の近傍に立上筋１１を各１本ずつ合計４本配置すると共に、基礎梁部５ｂの上端筋１７及び下端筋１９の折曲後の余長部を定着板９のそれぞれ下側上側まで200mm延出させて配置している。さらに、基礎梁部５ｂのスタラップ筋２１が露出型柱脚の基礎部における仮想的なコーン破壊面内に配置されている。ここに言う仮想的なコーン破壊面とは、図１で破線で示す部分であり、定着板９を頂点とする円錐形の側面のことをいう。
なお、立上筋１１の下端部については、図面上記載を省略しているが、基礎梁部５ｂ側に折曲して定着されている。そして、この点は以下の図３、図５、図７、図９、図１１においても同様である。
【００１９】
図３〜図６は本実施の形態の作用の説明図であり、図３、図４は右曲げの場合を、図５、図６は左曲げの場合をそれぞれ示している。
右曲げの場合には、図３、図４において黒く塗りつぶした立上筋１１（２本）、基礎梁主筋１７，１９の折曲後の余長部１７ａ，１９ａ、スタラップ筋２１（２本）が協同してアンカーボルト７の引張力：Ｔに抵抗する。
また、左曲げの場合は、図５、図６において黒く塗りつぶした立上筋１１（２本）、スタラップ筋２１（５本）が協同して、アンカーボルト７の引張力Ｔに抵抗する。
【００２０】
次に、上記の構造において、実際に、立上筋１１、基礎梁主筋１７，１９の折曲後の余長部１７ａ，１９ａ、スタラップ筋２１によってアンカーボルト７の引張力に抵抗できるかどうかについて考察する。
【００２１】
上記の例における具体的な仕様を次に示す。なお、従来例との比較を明確にするために、アンカーボルト７、立上筋１１は従来例と同様のものを使用している。）
アンカーボルト７はネジ部がＭ27であり、その引張耐力は、
Ｔｙ＝225.06kN（短期設計時）
Ｔｕ＝280.76kN（終局設計時）
【００２２】
立上筋１１、スタラップ筋２１、基礎梁主筋１７，１９、フープ筋１５の各仕様は以下の通りである。
立上筋      ：Ｄ１９（ＳＤ３４５）
スタラップ筋：Ｄ１３（ＳＤ２９５）
基礎梁主筋  ：Ｄ２５（ＳＤ３４５）
フープ筋    ：Ｄ１３（ＳＤ２９５）
フープ筋の間隔（図１のＸ）：100mm
基礎梁主筋の間隔（図２のＹ）：62mm
基礎梁主筋の最小かぶり厚さ（図２のＺ）：66.9mm
【００２３】
上記の仕様を前提として、以下検討する。まず、右曲げについて検討する。
終局設計時のアンカーボルト７の耐力は、アンカーボルト７が片側に２本配置されているので、280.76×2=561.52kNとなる。
一方、右曲げの場合にアンカーボルト７の引張力に抵抗するのは、立上筋１１（２本）、スタラップ筋２１（２本）と、基礎梁主筋１７，１９の余長部１７ａ，１９ａ（３本）である。なお、基礎梁上端筋１７及び基礎梁下端筋１９の余長部１７ａ，１９ａ（図４において黒塗りしていない部分）についてもアンカーボルト７の引張力に抵抗することが考えられるが、この実施の形態においては安全側に考慮して、これらの余長部１７ａ，１９ａの抵抗力については無視している。
そして、立上筋１１は一般に全断面の引張力をカバ一できるだけの定着長さが確保されているので全断面の引張力を、基礎梁下端筋１９は定着板９より上部の余長部１９ａにおける付着力分を、基礎梁上端筋１７は定着板９より下部の余長部１７ａの付着力分を、スタラップ筋２１は全断面の引張力を考える。
なお、上記の基礎梁上端筋１７及び基礎梁下端筋１９に直交する側の基礎梁上端筋１７及び基礎梁下端筋１９の余長部１７ａ，１９ａ（図４において黒塗りしていない部分）についてもアンカーボルト７の引張力に抵抗することが考えられるが、この実施の形態においては安全側に考慮して、これらの余長部１７ａ，１９ａについては無視している。
【００２４】
立上筋１１とスタラップ筋２１の引張耐力はそれぞれ以下の通りである。
立上筋：         2×34.32×1.1×2.87=216.7kN
スタラップ筋：   2×29.42×1.1×1.27×2=164.4kN
【００２５】
基礎梁主筋１７，１９の余長部１７ａ，１９ａについては、付着力を求める必要がある。
ところで、日本建築学会の鉄筋コンクリート構造計算基準によると、必要付着長さはｌabは次式で与えられる。
ｌab＝σtＡs／Ｋｆbψ          （１）
σt：付着検定断面位置における短期、長期荷重時の鉄筋存在応力度とし、
鉄筋端に標準フックを設ける場合にはその値の2/3倍とする。
Ａs：当該鉄筋の断面積
ψ：当該鉄筋の周長
ｆb：許容付着応力度
Ｋ：鉄筋配置と横補強筋による以下の修正係数であり、2.5以下とする。
長期荷重時  Ｋ＝0.3Ｃ／ｄb＋0.4            （２）
短期荷重時  Ｋ＝0.3（Ｃ＋Ｗ）／ｄb＋0.4    （３）
ここで、Ｃ：鉄筋間のあき、もしくは最小かぶり厚さの３倍のうち小さいほうで、鉄筋径の５倍を超える値としてはならない。
Ｗ：付着割裂面を横切る横補強筋効果を表す換算長さで、次式により与えられる。鉄筋径の2.5倍を超える値としてはならない。
Ｗ＝80Ａst／sＮ                              （４）
ここで、Ａst：当該鉄筋列の想定される付着割裂面を横切る１組の横補強筋全断面積
s：  １組の横補強筋（断面積Ａst）の間隔
Ｎ：当該鉄筋列の想定される付着割裂面における鉄筋本数
ｄb：曲げ補強筋径
【００２６】
（１）式を変形して、
σtＡs＝ｌabＫｆbψ          （５）
とすると、この式によって求まるσtＡsが基礎梁主筋１７，１９の付着力に相当する。そこで、（５）式に各値を代入してσtＡsを求める。
まず、付着長さ：ｌabは設定値であり、この例では200mmである。
【００２７】
Ｋを（３）式に基づいて求める。
まず、（３）式における、Ｃの値を求める。Ｃの値は前述のように、鉄筋間のあき、もしくは最小かぶり厚さの３倍のうち小さいほうで、鉄筋径の５倍を超える値としてはならない、と規定される。本実施の形態において、鉄筋間のあき寸法は62mmに設定している。また、最小かぶり厚さは66.9mmに設定しており、この３倍は66.9×3＝200.7mmである。鉄筋径は25mmであり、これの５倍は25×5＝125mmである。したがって、Ｃの値としては、これらの値中の最小値である62mmを採用する。
【００２８】
次に、Ｗの値を求める。Ｗ＝80Ａst／sＮ（上記（４）式）である。Ａstは、前述のように、当該鉄筋列の想定される付着割裂面を横切る１組の横補強筋全断面積である。
ここで、当該鉄筋列とは、立上筋１１と上端筋１７の余長部１７ａ、下端筋１９の余長部１９ａが相当する。横補強筋にはフープ筋１５が相当する。フープ筋１５は輪になっているので割裂面に対して２断面が交わる。したがって、Ａst＝2×127となる。
ｓは１組の横補強筋（フープ筋）（断面積Ａst）の間隔であり、この例では100mmである。
また、Ｎは当該鉄筋列の想定される付着割裂面における鉄筋本数であり、２本の立上筋１１と３本の上端筋１７の余長部１７ａ、下端筋１９の余長部１９ａ（各１本の組を１本としてカウントする）であり、本数としては５本になる。
よって、Ｗ＝80×2×127／(5×100)＝40.64
この値は、鉄筋径の2.5倍である25×2.5＝62.5を超えていない。よって、Ｗ＝40.64となる。
【００２９】
ｄbを求める。ｄbは曲げ補強筋径であり、曲げ補強筋としては基礎梁主筋が相当し、この例では、ｄb＝25mmである。
【００３０】
鉄筋コンクリート構造計算基準においては、付着力に関して終局時設計という概念が示されていないので、上記の短期荷重時を示した（３）式を用いる。（３）式を用いたとしても、設計上は安全側に作用するので問題はない。
（３）式に上記で求めた各値を代入することによって、Ｋ＝1.632となる。
【００３１】
許容付着応力度ｆbは、Ｆc＝20.6N/mm2のコンクリートの場合には鉄筋コンクリート構造計算基準によると、ｆb＝1.415N/mm2となる。
また、基礎梁主筋の周長はψは80mmである。
【００３２】
以上のようにして求まった各値を（５）式に代入してσtＡsを求める。
σtＡs＝200×2×3×1.632×1.415×80＝221690.88Nとなる。単位をkNに統一して、小数点第３位以下を四捨五入すると、221.69kNになる。
したがって、立上筋１１、スタラップ筋２１、基礎梁主筋の余長部１７ａ，１９ａの合計の耐力は、=216.7kN＋164.4kN＋221.69kN＝602.79kNとなる。そして、この値はアンカーボルトの引張耐力である561.52kNを上回っており、要件を満たす。
【００３３】
次に、左曲げの場合について検討する。
左曲げの場合には、図５、図６に示すように、立上筋２本とスタラップ筋５本が引張力に抵抗する。なお、右曲げの場合と同様に、基礎梁上端筋１７及び基礎梁下端筋１９の余長部１７ａ，１９ａ（図４において黒塗りしていない部分）についてもアンカーボルト７の引張力に抵抗することが考えられるが、この実施の形態においては安全側に考慮して、これらの余長部１７ａ，１９ａの抵抗力については無視している。
立上筋２本の引張耐力は  2×34.32×1.1×2.87=216.7kN
スタラップ筋５本の引張耐力は  5×29.42×1.1×1.27×2=411kN
これらの合計は216.7kN＋411kN＝627.7kNとなり、アンカーボルトの引張耐力である561.52kNを上回っており、この場合にも要件を満たしている。
以上のように、右曲げ、左曲げのいずれの場合であっても、要件を満たすことが確認できた。
【００３４】
本実施の形態によれば、従来であれば１２本必要であった立上筋を４本に減らすことができ、露出型柱脚の基礎部の構造を単純化でき、配筋効率を大きく高めることができる。
【００３５】
実施の形態２．
図７〜図１０は本発明の他の実施の形態の説明図であり、側柱の構造に関するものである。なお、図７、図８が右曲げの場合の説明図であり、図９、図１０が左曲げの場合の説明図である。
右曲げの場合には、図７、図８において黒く塗りつぶした立上筋１１、基礎梁主筋１７，１９の余長部１７ａ，１９ａ、スタラップ筋２１が協同してアンカーボルトの引張力Ｔに抵抗する。
また、左曲げの場合は、図９、図１０において黒く塗りつぶした立上筋１１、スタラップ筋２１が協同して、アンカーボルトの引張力Ｔに抵抗する。
【００３６】
実施の形態３．
図１１、図１２は本発明の他の実施の形態の説明図であり、中柱の構造に関するものである。
右曲げの場合には、図１１、図１２において黒く塗りつぶした立上筋１１、スタラップ筋２１が協同して、アンカーボルトの引張力Ｔに抵抗する。
また、左曲げの場合も同様に、立上筋１１、スタラップ筋２１が協同して、アンカーボルトの引張力Ｔに抵抗する。
【００３７】
【発明の効果】
本発明においては、露出型柱脚の基礎部における仮想的なコーン破壊面内に、立上筋、スタラップ筋、基礎梁主筋の余長部を配置し、これらによってアンカーボルトの引張力に抵抗するようにしたので、立上筋の本数を減らすことが可能となり、露出型柱脚の基礎部の構造を単純化でき、配筋効率を大きく高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１の側面断面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１の平面断面図である。
【図３】  本発明の実施の形態１の作用の説明図である（右曲げ）。
【図４】  本発明の実施の形態１の作用の説明図である（右曲げ）。
【図５】  本発明の実施の形態１の作用の説明図である（左曲げ）。
【図６】  本発明の実施の形態１の作用の説明図である（左曲げ）。
【図７】  本発明の実施の形態２の作用の説明図である（右曲げ）。
【図８】  本発明の実施の形態２の作用の説明図である（右曲げ）。
【図９】  本発明の実施の形態２の作用の説明図である（左曲げ）。
【図１０】  本発明の実施の形態２の作用の説明図である（左曲げ）。
【図１１】  本発明の実施の形態３の作用の説明図である（右曲げ）。
【図１２】  本発明の実施の形態３の作用の説明図である（右曲げ）。
【図１３】  露出型柱脚の基礎部の構造の説明図である。
【図１４】  コーン状破壊面の有効水平投影面積の説明図である（隅柱）。
【図１５】  コーン状破壊面の有効水平投影面積の説明図である（側柱）。
【図１６】  コーン状破壊面の有効水平投影面積の説明図である（中柱）。
【図１７】  従来の露出型柱脚の基礎部の側面断面図である。
【図１８】  従来の露出型柱脚の基礎部の平面断面図である。
【符号の説明】
５  基礎コンクリート部
７  アンカーボルト
９  定着板
１１  立上筋
１５  フープ筋
１７  上端筋
１７ａ  上端筋の余長部
１９  下端筋
１９ａ  下端筋の余長部
２１  スタラップ筋
【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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