(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管柱の下端部に一体的に設けられたベースプレートを基礎コンクリートに定着したアンカーボルトにより締付け固定する鋼管構造の柱脚部において、前記ベースプレートに鋼管柱の内方に張出した内鍔部を残した状態に中央開口部を形成し、該中央開口部を介して前記鋼管柱の下部内方に内部アンカーを挿通し、かつ該内部アンカーの上端部近傍に定着部材を設置するとともに、その定着部材を頂部とし前記内部アンカーとの間の円錐角を略４５度とする円錐台状の円錐面からなるコーン破壊面が、少なくとも前記ベースプレートの内鍔部にかかるように、それらの定着部材とベースプレートの内鍔部との位置関係を保持した状態に、前記内部アンカーを設置することを特徴とする鋼管構造における柱脚部の補強構造。
【請求項２】
前記定着部材の中心を頂点とし、前記内部アンカーとの間の円錐角を略４５度とする円錐面が、前記内鍔部と鋼管柱との接合部より上方に越えないように、定着部材とベースプレートの内鍔部との位置関係を保持した状態に、前記内部アンカーを設置することを特徴とする請求項１に記載の鋼管構造における柱脚部の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨柱として鋼管自体やコンクリート充填鋼管などを使用した鋼管構造における柱脚部の補強技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄骨構造の柱脚部を基礎コンクリートに固定するアンカーボルトなどが地震の際に受ける引張及び圧縮の繰返し荷重によって破断され、これが建物の倒壊の原因になるといった技術的問題が近時注目されている。このような被害をなくすべく、アンカーボルトの本数を増やすなどの対応策もとられているが、この対応策の場合には、増やしたアンカーボルトにより基礎コンクリート中の配筋状態が入組み配筋作業が煩雑になり、施工性が阻害されるだけでなく、コストアップにもつながるといった技術的難点があった。また、アンカーボルトの設置に関しては、非常に高い据付精度が要求されることから、その施工には高度の技術レベルと大きな作業負担が必要とされた。
【０００３】
そこで、鋼管構造の柱脚部の補強技術として、鋼管柱の下端部に一体的に設けたベースプレートを基礎コンクリートに固定するアンカーボルトのほかに、鋼管柱の下部内方に鉄筋を挿入設置して、その定着力を利用して柱脚部を補強するという技術手段が開示されている（特開２０００−２９７４８０号公報）。この従来技術によれば、鋼管の内方の空間を活用して鉄筋等からなる内部アンカーを設置するように構成したので、ベースプレートの周辺部のみに多数のアンカーが密集することなく、締付用のアンカーボルトと内部アンカーとに設置位置が分散されることから、その設置に関する作業性が改善されるとともに、基礎コンクリート部分の配筋作業が阻害される程度も大幅に軽減される。しかしながら、内部アンカーは、鋼管柱の下部内方に鉄筋を単に挿入しただけであるため、あまり大きな定着作用は期待できず、鋼管内の設置長さも大きくとる必要があり、鉄筋の直径の少なくとも２０倍程度はとる必要があった。
【０００４】
【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、鋼管柱の内部空間を活用して鉄筋等からなる内部アンカーを設置することにより鋼管構造の柱脚部を補強することを前提に、その場合の補強作用をより効果的かつ合理的に実現し得るように改良することを目的とするものである。
【０００５】
【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、アンカー材の破壊形態に着目した。アンカー材の破壊形態はおおよそ次の三つ形態に大別できる。すなわち、基礎コンクリートに対する定着力が弱くアンカー材が抜出して破壊する破壊形態、基礎コンクリートとの定着力が強くアンカー材の途中が破断して破壊する破壊形態、アンカー材の強度が強く基礎コンクリートが定着部材を頂部とする略４５度の円錐面からコーン破壊する破壊形態に大別できる。本発明は、その最後のコーン破壊する破壊形態がこの場合の定着力の強化に有効である点に着目して、前記鋼管柱の下部内方に挿通設置する内部アンカーの補強作用をより効果的かつ合理的に実現し得るように構成したものである。すなわち、本発明では、鋼管柱の下端部に溶接等により一体的に設けられたベースプレートを基礎コンクリートに定着したアンカーボルトを用いて締付け固定する鋼管構造の柱脚部において、前記ベースプレートに鋼管柱の内方に張出した内鍔部を残した状態に中央開口部を形成し、該中央開口部を介して前記鋼管柱の下部内方に内部アンカーを挿通し、かつ該内部アンカーの上端部近傍に定着部材を設置するとともに、その定着部材を頂部とし前記内部アンカーとの間の円錐角を略４５度とする、定着部材により上方が截断された円錐台状の円錐面からなるコーン破壊面が、少なくとも前記ベースプレートの内鍔部にかかるように、つまりその円錐面からなるコーン破壊面と内鍔部とが少なくとも交わるように、それらの定着部材とベースプレートの内鍔部との位置関係を保持した状態に、前記内部アンカーを設置するという技術手段を採用した。これにより、内部アンカーは、そのコーン破壊面が、少なくとも前記ベースプレートの内鍔部にかかる位置関係に設置されるので、内部アンカーに設けた定着部材に基づく定着力を鋼管の内方に張出した前記内鍔部を介して鋼管側へ効果的に伝達することができるとともに、前記内部アンカーの鋼管内へ突出する挿入量が必要以上に長くなることが抑制され、鋼管構造における柱脚部をより効果的かつ合理的に補強することが可能である。
【０００６】
また、請求項２の発明のように、前記定着部材の中心を頂点とし、前記内部アンカーとの間の円錐角を略４５度とする円錐面が、前記内鍔部と鋼管柱との接合部、すなわちベースプレートと鋼管柱との接合部の内側の縁部より上方に越えないように、定着部材とベースプレートの内鍔部との位置関係を保持した状態に、前記内部アンカーを設置するようにすれば、内部アンカーの長さをより簡便かつ的確に縮小することができる。なぜなら、定着部材による定着作用に関しては、少なくとも定着部材の中心から定着部材の外周部に至る間のいずれかの部位から発生するコーン破壊を想定して、前記内鍔部により支持されるように設定しておけば十分であり、それ以上に内部アンカーを長くして、定着部材の中心から発生するコーン破壊の境界面としての円錐面が前記内鍔部と鋼管柱との接合部を越えるように設定しても、あとは付着力による増加だけで、内部アンカーの定着力を効果的に増大させることはできないからである。すなわち、前述のように、定着部材の中心を頂点とし、前記内部アンカーとの間の円錐角を略４５度とする円錐面が、前記内鍔部と鋼管柱との接合部より上方に越えないように設定すれば、内部アンカーの長さをより合理的に縮小することが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、鉄骨柱として鋼管自体やコンクリート充填鋼管などを使用した鋼管構造に広く適用できる。鋼管柱の形状は、角形でも丸形でも他の形状のものでも広く適用できる。アンカーボルトは、基礎コンクリート中に埋設され、その定着力を用いて、鋼管柱の下端部に一体的に設けられたベースプレートを締付け固定し得るものであればよく、その具体的な外面形状や材質は問うところではない。また、内部アンカーは、鋼管柱の下部内方に挿通設置して柱脚部を補強し得るものであればよく、一般的な異形鉄筋や外周面がネジ状に形成されたネジ鉄筋などが使用可能である。その内部アンカーの設置の仕方に関しては、鋼管柱の下部中央部に１本のアンカー材を設置する形態や、その周囲に複数本のアンカー材を配設する形態など、種々の設置形態が可能であるが、基礎コンクリート中の他の配筋状態との関係を勘案して配筋作業に支障を来さないように設定する。また、内部アンカーは、予め工場等において鋼管柱の下部内方に挿通して内部コンクリートにより固定した状態で現場に搬入するようにしてもよいし、現場においてアンカーボルトと共に内部アンカーを基礎コンクリートの所定位置に定着し、鋼管柱を設置した後、鋼管柱の内部に内部コンクリートを打設するようにしてもよい。なお、内部アンカーの上端部近傍に設置する定着部材は、定着板をナットと一体的に構成したものや、ナットと別体に構成して上下のナットの間に挟み込んで支持するようにしたもの、あるいはナット自体を定着手段として用いるものなど、適宜の形態のものが可能である。
【０００８】
【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及び図２は本発明の第１実施例を示したものであり、図１はその柱脚部を示した縦断面図、図２は平面図である。図中、１は角形の鋼管柱であり、その下端部にはベースプレート２が溶接等により一体的に設けられている。ベースプレート２の周辺部は、本実施例では８本のアンカーボルト３を用いて締付け固定される。アンカーボルト３は基礎コンクリート４中に埋設され、上端部はベースプレート２の周辺部に形成された挿通孔５に挿通される。施工に際しては、調整用モルタル等を用いてベースプレート２の高さレベルや垂直性を出した上、基礎コンクリート４との間にグラウト材等の充填物６を充填して固化させた後、アンカーボルト３に螺合した締付けナット７により所定の締付力で締付け、その締付け状態をロックナット８でロックする。これにより、鋼管柱１は、各アンカーボルト３の基礎コンクリート４に対する定着力を介して締付け固定されることになる。なお、図中、９はワッシャである。
【０００９】
次に、本発明の特徴部分に関して説明する。図示のように、前記ベースプレート２には、鋼管柱１の内方に張出した内鍔部１０を残した状態に中央開口部１１を形成する。この中央開口部１１は、本実施例のように角形のほか、丸形でも他の形状でもよい。該中央開口部１１を介して内部アンカー１２を挿通設置する。内部アンカー１２の下部は基礎コンクリート４中に定着される。また、内部アンカー１２の上端部近傍には、定着部材１３が設置される。本実施例では、角形の平板からなる定着部材１３を使用し、内部アンカー１２の上部に形成した雄ネジに螺合した固定ナット１４により支持されるように構成している。定着部材１３とベースプレート２の内鍔部１０との位置関係に関しては、図３の要部拡大図で示したように、定着部材１３を頂部とし内部アンカー１２との間の円錐角θを略４５度とする円錐台状の円錐面からなるコーン破壊面１５が、少なくとも前記ベースプレート２の内鍔部１０にかかるように、つまりその円錐面からなるコーン破壊面１５と内鍔部１０とが少なくとも交わる位置関係に設定される。
【００１０】
しかして、地震時に図示のように鋼管柱１に引張力Ｆが作用した場合には、アンカーボルト３の引抜き抵抗力に、内部アンカー１２の引抜き抵抗力が加わるので、柱脚部が補強される。すなわち、鋼管柱１の内方に張出した内鍔部１０の内部コンクリート１６に対する支圧力、及び鋼管柱１の内面や内部アンカー１２の外面と内部コンクリート１６との摩擦力を介して、内部アンカー１２に前記引張力Ｆに対する引抜き抵抗力が発生する。この場合、本発明によれば、前記コーン破壊面１５が少なくとも前記内鍔部１０にかかる位置関係に設定されることから、内鍔部１０と定着部材１３間、従って鋼管柱１と内部アンカー１２との間のより効果的な定着力の伝達が可能になる。因みに、前記中央開口部１１が大きく、コーン破壊面１５の下端部が内鍔部１０にかからない場合には、定着部材１３の定着作用が有効に働かずに、より小さな引張力によって内部アンカー１２が内部コンクリート１６から抜出てしまうことになる。なお、鋼管柱１に圧縮力が作用した場合には、その圧縮力はベースプレート２を介して基礎コンクリート４に伝達されて支持されるとともに、鋼管柱１の内面と摩擦接合した内部コンクリート１６を介して基礎コンクリート４に伝達されて支持されることから、ベースプレート２に中央開口部１１を設けたことによる耐力低下はない。また、鋼管柱１に剪断力が作用した場合に対しても、内部アンカー１２により補強される。
【００１１】
図４は本発明の第２実施例の柱脚部を示した縦断面図である。本実施例は、前記第１実施例の変形例であり、前記定着部材１３を頂部とし内部アンカー１２との間の円錐角θを略４５度とする円錐面によって表される前記コーン破壊面１５がベースプレート２の内鍔部１０上に若干でもかかるように、その内鍔部１０の内縁部１７間の内幅、すなわち中央開口部１１の幅をコーン破壊面１５より若干小さく設定した場合を示したものである。なお、コーン破壊面１５の下部と内鍔部１０との位置関係は、定着部材１３、すなわち内部アンカー１２の設定高さにも関わる。本実施例は、定着部材１３の高さを最小に設定した場合を例示したものであり、前記第１実施例の場合を含めてこれ以上の高さに設定すれば、コーン破壊するまで内部アンカー１２の引抜き抵抗力を鋼管柱１に有効に伝達することができる。逆に、これより定着部材１３の高さが低く、コーン破壊面１５の下部全体が中央開口部１１内に位置する場合には、円錐台状のコーン部分がベースプレート２の内鍔部１０によって支持されないため、より小さな引張力によって中央開口部１１を抜出して早期にコーン破壊してしまうことになる。
【００１２】
以上のように、本発明によれば、図４に示した第２実施例のように、定着部材１３の外径をｄとし、内鍔部１０の内縁部１７間の内幅、すなわち中央開口部１１の幅をＢとすると、ベースプレート２の内鍔部１０と定着部材１３との間の内部アンカー１２の定着長さＬａ＞（Ｂ−ｄ）／２の条件を満たすように設定することにより、柱脚部に対する効果的な補強が可能である。因みに、図３に示した第１実施例のように、鋼管柱１の内径をＤとし、Ｌｂ＝（Ｄ−ｄ）／２の条件を満たすように設定した場合には、コーン破壊面１５の下部が鋼管柱１の内面に丁度達して、強度が大きく、より合理的な補強が可能である。例えば、鋼管柱１として５００×５００×２２ｍｍ、内径Ｄ＝４５６ｍｍの角形鋼管を使用し、外径ｄ＝８０ｍｍの定着部材１３を用いた場合には、内部アンカー１２の定着長さＬｂは１８８ｍｍとなり、内部アンカー１２の直径を３６ｍｍとすれば、その直径の５〜６倍程度に相当することから、アンカー材の直径の少なくとも２０倍程度の定着長をとる必要があった従来技術に比較して、内部アンカー１２の定着長さＬｂを大幅に縮小できるため、施工も容易になり柱脚部に対するきわめて合理的な補強作業が可能になる。
【００１３】
図５は本発明の第３実施例の要部を示した縦断面図である。図示のように、本実施例は、前記ベースプレート２の内鍔部１０の内縁上部をテーパ状に面取りして傾斜部１８を設けたものであり、これにより前記円錐台状のコーン部分を支持する内鍔部１０側の支圧面積を拡大して、鋼管柱１の柱脚部に対する補強効果の増大を図ったものである。図６は本発明の第４実施例の要部を示した縦断面図である。本実施例では、図示のように、定着部材１３の外縁下部をテーパ状に面取りをして傾斜部１９を設けたものであり、これにより前記円錐台状のコーン部分を支持する定着部材１３側の支圧面積を拡大して、鋼管柱１の柱脚部に対する補強効果の増大を図ったものである。これらの傾斜部１８，１９は、いずれか一方を採用してもよいし、双方を採用してもよい。
【００１４】
図７及び図８は複数本の内部アンカー材を用いる他の形態の柱脚部を示したものであり、本発明はこの形態にも適用が可能である。図７はその柱脚部を示した縦断面図、図８は平面図である。図示のように、本例では、鋼管柱１の内方に、ベースプレート２に形成した中央開口部１１を介して、４本の内部アンカー２０を設置した場合を示したものである。なお、図中、２１は４本のそれぞれの内部アンカー２０の上端部を挿通してナットにより固定される定着部材で、それらの間の位置関係を保持する機能も奏する。その中央部に内部コンクリート１６の打設時にコンクリートや空気の通路となる開口部２２を形成してもよい。
【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）請求項１の発明では、鋼管柱の内方に設置する内部アンカーの上端部近傍に定着部材を設け、しかもその定着部材を頂部とし内部アンカーとの間の円錐角を略４５度とする円錐台状の円錐面からなるコーン破壊面が、少なくともベースプレートの内鍔部にかかるように構成したので、定着部材の設置により内部アンカーの定着作用が向上し、鋼管柱の柱脚部に対する内部アンカーによる補強作用をより効果的に行うことが可能である。しかも、内部アンカーに設けた定着部材に基づく前記コーン破壊面とベースプレートの内鍔部との位置関係が、前者のコーン破壊面が少なくとも後者の内鍔部にかかる位置関係に規制されることから、内部アンカーの鋼管柱内部に突出する定着長さを合理的かつ的確に縮小することが可能である。
（２）請求項２の発明では、前記定着部材の中心を頂点とし、前記内部アンカーとの間の円錐角を略４５度とする円錐面が、前記内鍔部と鋼管柱との接合部より上方に越えないように、定着部材とベースプレートの内鍔部との位置関係を保持した状態に、前記内部アンカーを設置するように構成したので、内部アンカーの長さをより合理的に縮小することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例に係る柱脚部を示した縦断面図である。
【図２】  同実施例の平面図である。
【図３】  図１の要部拡大図である。
【図４】  本発明の第２実施例に係る柱脚部を示した縦断面図である。
【図５】  本発明の第３実施例の要部を示した縦断面図である。
【図６】  本発明の第４実施例の要部を示した縦断面図である。
【図７】  他の形態の柱脚部を示した縦断面図である。
【図８】  同柱脚部を示した平面図である。
【符号の説明】
１…鋼管柱、２…ベースプレート、３…アンカーボルト、４…基礎コンクリート、５…挿通孔、６…充填物、７…締付けナット、８…ロックナット、９…ワッシャ、１０…内鍔部、１１…中央開口部、１２…内部アンカー、１３…定着部材、１４…固定ナット、１５…コーン破壊面、１６…内部コンクリート、１７…内縁部、１８，１９…傾斜部、２０…内部アンカー、２１…定着部材、２２…開口部
【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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