(57)【要約】【課題】今までの付着方式あるいは定着板方式のいずれか一方の定着方式に従う従来型の設計手法や、アンカーボルトの配置、アンカーボルトの材質等と柱脚部の回転剛性との関連性などを見直し、アンカーボルトの埋込み長さを合理的に縮小することにより柱脚部の回転剛性を改善する。【解決手段】ベースプレート３の各隅部にアンカーボルト４，５を２本ずつ設置するとともに、それらのアンカーボルト４，５をＳＤ３９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用いた場合にはアンカーボルト４，５の埋込み長さを直径の１０倍から１５倍以下に設定し、ＳＤ４９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用いた場合にはアンカーボルト４，５の埋込み長さを直径の１２倍から１７倍以下に設定して、アンカーボルト４，５に対するコンクリートの付着作用と下端部に設けた定着板７，８による定着作用との組合わせにより引抜き耐力を確保する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎コンクリートに定着させた複数本のアンカーボルトを介して鉄骨柱の下端部に一体的に設けた略矩形状からなる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、前記アンカーボルトとしてＳＤ３９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用い、かつその下端部に定着板を設けた状態で前記ベースプレートの各隅部に２本ずつ設置するとともに、前記アンカーボルトの埋込み長さを直径の１０倍から１５倍以下に設定して、そのアンカーボルトの埋込み長さに基づくコンクリートの付着作用と下端部に設けた前記定着板による定着作用との組合わせにより必要な引抜き耐力を確保したことを特徴とする露出型柱脚構造。
【請求項２】
基礎コンクリートに定着させた複数本のアンカーボルトを介して鉄骨柱の下端部に一体的に設けた略矩形状からなる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、前記アンカーボルトとしてＳＤ４９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用い、かつその下端部に定着板を設けた状態で前記ベースプレートの各隅部に２本ずつ設置するとともに、前記アンカーボルトの埋込み長さを直径の１２倍から１７倍以下に設定して、そのアンカーボルトの埋込み長さに基づくコンクリートの付着作用と下端部に設けた前記定着板による定着作用との組合わせにより必要な引抜き耐力を確保したことを特徴とする露出型柱脚構造。
【請求項３】
前記ベースプレートの各隅部に２本ずつ設置するアンカーボルト相互間の間隔を、柱脚部の正面及び側面からみた軸心間の間隔が１００ｍｍ未満になるように設定した請求項１又は２に記載の露出型柱脚構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄骨造や充填鋼管コンクリート造などにおいて、鉄骨柱の下端部に一体的に設けた正方形ないし長方形からなる略矩形状のベースプレートを基礎コンクリートに定着されたアンカーボルトを用いて締付け固定することにより、鉄骨柱を基礎コンクリートに立設する露出型柱脚構造に関し、特にその回転剛性を改善した露出型柱脚構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の露出型柱脚の構造設計においては、設計柱脚耐力の範囲内ではベースプレートは剛体であると想定し、アンカーボルトの軸部がベースプレートよりも先に降伏するアンカーボルト降伏先行型に設計するのが主流である。この場合、柱脚部降伏耐力は、柱脚部に作用する回転モーメントの方向からみて手前側に位置する引張側アンカーボルトの降伏時の耐力で決まり、また柱脚部最大耐力は引張側アンカーボルトの破断時の耐力で決まることになる。そして、それらのアンカーボルトの耐力に対応して、アンカーボルトの基礎コンクリートに対する必要な定着力、すなわち保持すべき引抜き抵抗力の大きさが決まり、その定着力を確保し得るようにアンカーボルトの埋込み長さに関する設計が行われることになる。このアンカーボルトの定着力に関しては、従来から二つの基本的な考え方がある。一つは、たけ節鉄筋やねじ節鉄筋などの異形鉄筋等からなる外周面にリブや節を備えた異形鋼材をアンカーボルトとして用い、そのアンカーボルトの外周面に形成された凹凸とコンクリートとの付着力によって定着力を得る付着方式である。他は、丸鋼などをアンボンドタイプのアンカーボルトとして用い、そのアンカーボルトの下端部に定着板を装着して、該定着板の上方のコンクリートに対する圧縮作用の反力によって定着力を得る定着板方式である。なお、後者の定着板方式による場合にも、アンカーボルトの下端部に装着される定着板を中心に略４５度の円錐面上に発生するコーン割裂現象を補強するために、そのコーン割裂面に跨って設置される補強筋自体の外周面に作用するコンクリートの付着力によるところが大きい（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特公平８−１４１１０号公報
【０００４】
ところで、今までのアンカーボルトの埋込み長さに関する設計においては、以上の付着方式あるいは定着板方式のいずれか一方の定着方式に従って設計されるのが一般的であった。例えばＳＤ３９０の鋼種から形成した異形鉄筋を用いて付着方式を採用した場合には、アンカーボルトの埋込み長さは、一般の定着長として直径の３５〜４０倍程度必要とされている。なお、アンカーボルトとして異形鉄筋を用いて付着方式を採用しながら、そのアンカーボルトの下端部に定着板を付加した形態のものも使用されているが、この場合には、前記定着板による定着作用に関しては、付着作用に基づく定着作用として評価し直して、異形鉄筋の付着作用から得られる定着力に対して追加的な補強手段として加味する設計が行われている。すなわち、この形態の定着板に基づく定着作用は、必要な引抜き抵抗力を得るための追加的な補強手段として採用されていた。
【０００５】
一方、アンカーボルトの埋込み長さは、柱脚部の回転剛性に与える影響が大きい。すなわち、柱脚部の回転剛性は、柱脚部に作用する曲げモーメントを、アンカーボルトの伸び、ベースプレートの変形、及びコンクリートの圧縮変形によって生じる柱脚部の回転角で除した数値で表されるところ、ベースプレートの変形やコンクリートの圧縮変形に比べてアンカーボルトの伸びは遥かに大きいため、柱脚部の回転剛性に与えるところも大きい。そして、この回転剛性が小さい場合には、地震力等の外力により柱脚部に付加される曲げモーメントによって柱が傾く度合が大きくなり、耐震強度が弱く安定性のよくない建物となることから、これを補うために柱や梁の断面を大きくして鉄骨部材側の剛性を高めるなどの対策が必要とされ、建築コストが嵩む原因となり経済的ではなかった。なお、アンカーボルトの設置時に予め所定の張力を加えた状態で設置することにより、アンカーボルトの伸び量を抑制して回転剛性を高めることも理論的には可能であるが、その張力の付加作業に際して周囲に相当の作業空間が必要とされることから、実際の現場では適用が困難な場合が多かった。
【０００６】
【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、今までの付着方式あるいは定着板方式のいずれか一方の定着方式に従う従来型の設計手法や、アンカーボルトの配置、アンカーボルトの材質等と柱脚部の回転剛性との関連性などを見直し、アンカーボルトの埋込み長さを合理的に縮小することにより、柱脚部の回転剛性を改善することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題の解決へ向け幾多の実験を重ねて鋭意研究を進めた。この幾多の実験の中から、アンカーボルトとして、ＳＤ３９０及びＳＤ４９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用い、その下端部に定着板を設けた状態で、前記ベースプレートの各隅部に２本ずつアンカーボルトを設置した場合において、十分な耐力を保持しながらアンカーボルトの埋込み長さを従来より大幅に縮小して柱脚部の回転剛性を大幅に改善できることが判明した。すなわち、ＳＤ３９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用いた場合には、アンカーボルトの埋込み長さを直径の１０倍から１５倍以下に設定し、そのアンカーボルトの埋込み長さに基づくコンクリートの付着作用と、下端部に設けた定着板による定着作用を組合わせ、必要に応じてコーン割裂面に跨って設置する補強筋を適宜増強することにより、必要な引抜き耐力が得られるとともに、アンカーボルトの埋込み長さを従来より縮小して柱脚部の回転剛性を大幅に改善できることが判明した。また、ＳＤ４９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用いた場合には、アンカーボルトの埋込み長さを直径の１２倍から１７倍以下に設定することにより、同様にコンクリートの付着作用と定着板による定着作用との組合わせによってアンカーボルトの埋込み長さを従来より縮小して柱脚部の回転剛性を大幅に改善できることが判明した。
【０００８】
そこで、本発明においては、アンカーボルトとしてＳＤ３９０又はＳＤ４９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用い、その下端部に定着板を設けた状態で前記ベースプレートの各隅部に２本ずつ設置することを条件として、アンカーボルトの埋込み長さを直径の１０倍から１５倍以下、あるいは１２倍から１７倍以下に設定して、そのアンカーボルトの埋込み長さに基づくコンクリートの付着作用と下端部に設けた定着板による定着作用との組合わせにより必要な引抜き耐力を確保するという技術手段を採用した。ここで、ＳＤ３９０は降伏点又は０．２％耐力が３９０〜５１０Ｎ／ｍｍ２の異形棒鋼、ＳＤ４９０は降伏点又は０．２％耐力が４９０〜６２５Ｎ／ｍｍ２の異形棒鋼をそれぞれ指す（ＪＩＳ  Ｇ  ３１１２）。また、アンカーボルトの埋込み長さを決める基準となる直径としては、一般的に通用している「呼び名Ｄ○○」（ＪＩＳ  Ｇ  ３１１２）を使用することが可能である。なお、ベースプレートの各隅部に２本ずつ設置するアンカーボルト相互間の間隔に関しては、柱脚部の正面及び側面からみた軸心間の間隔が１００ｍｍ未満になるように設定すればより効果的である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の露出型柱脚構造においては、アンカーボルトの素材として、前述のようにＳＤ３９０又はＳＤ４９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用いる。また、アンカーボルトの配置に関しては、正方形あるいは長方形からなる略矩形状のベースプレートの少なくとも四隅にそれぞれ２本ずつ設置する。すなわち、各隅部に２本ずつの少なくとも計８本のアンカーボルトが使用される。さらに、各辺の中間部に適数のアンカーボルトを追加的に設置してもよい。各隅部に２本ずつ設置されるアンカーボルト相互間の間隔に関しては、柱脚部の正面及び側面からみた軸心間の間隔が１００ｍｍ未満になるように設定することが好例であるがこれに限定されるものではない。
【００１０】
次に、実施の形態に関して観点別に考察する。先ず、図１〜図３に基づいてアンカーボルトの配置、すなわちベースプレートの各隅部に２本ずつ設置する点とアンカーボルトの埋込み長さとの関係に関して考察する。図１は本発明に係る実施形態Ａと従来の４本のアンカーボルトを使用した実施形態Ｂとを対比して示した比較検討図である。図中、１は基礎コンクリート、２は鉄骨柱、３は鉄骨柱２の下端部に設けられたベースプレート、４〜６はアンカーボルト、７〜９は定着板である。アンカーボルト４〜６としてはねじ節鉄筋を使用している。図示のように、本発明に係る実施形態Ａの場合にはアンカーボルト４，５をベースプレート３の各隅部に２本ずつ設置したことから、従来の４本配置の実施形態Ｂの場合に比べて、その埋込み長さをＬｂ−Ｌａの分だけ大幅に縮小することができる。すなわち、実施形態Ａにおいてはアンカーボルト４，５をベースプレート３の各隅部に２本ずつ設置することから、全体で同じ引抜き耐力が得られるように構成すれば、当然各アンカーボルト４，５の軸径は実施形態Ｂにおけるアンカーボルト６に比べて細くなり、また全体のアンカーボルト４，５の外周面積は、軸径が細くなる比率より大きな比率でアンカーボルト６の場合より増大する。したがって、全体のアンカーボルト４，５のコンクリートの付着作用が増大され、埋込み長さを大幅に縮小することができることから、柱脚部の回転剛性を大幅に改善できる。
【００１１】
図２は本発明に係る実施形態Ａと従来の８本のアンカーボルトを使用した均等配置による実施形態Ｃとを対比して示した比較検討図である。本比較例の場合には、使用するアンカーボルトの本数は同数である。図示のように、実施形態Ａにおいて柱脚部に曲げモーメントＭａが作用した場合は、引張側のアンカーボルトに引張力Ｔａが作用し、反対側の基礎コンクリート１に圧縮力Ｃａが作用する。その引張力Ｔａと圧縮力Ｃａとの力点の間隔をＪａとすると、Ｍａ＝Ｔａ・Ｊａの関係が成立する。同様に、実施形態Ｃにおいて柱脚部に曲げモーメントＭｃが作用した場合は、引張側のアンカーボルトに引張力Ｔｃが作用し、反対側の基礎コンクリート１に圧縮力Ｃｃが作用する。その引張力Ｔｃと圧縮力Ｃｃとの力点の間隔をＪｃとすると、Ｍｃ＝Ｔｃ・Ｊｃの関係が成立する。そして、実施形態Ａの場合は、引張側のアンカーボルトとして４本が関与し、従来の実施形態Ｃの３本に比べて１本分増大するとともに、ベースプレート３の各隅部に２本ずつ配置されるアンカーボルト４，５を統合した力点が従来の実施形態Ｃのアンカーボルト１０より多少内側へ移動することから、その分間隔が縮小する。その実用上の具体的な数値は、Ｔａ＝４／３・Ｔｃであり、Ｊａは略０．９Ｊｃ程度であるから、Ｍａは略１．２Ｍｃとなり、同じアンカーボルトを使用した場合にも、従来の均等配置の実施形態Ｃと比べて、柱脚部に作用する曲げモーメントに対して略１．２倍程度の耐力を有することになる。したがって、この観点からも、アンカーボルト４，５の埋込み長さを縮小することが可能である。
【００１２】
図３は本発明に係る実施形態Ａと従来のベースプレートの各辺に２本ずつ、計８本のアンカーボルトを使用した実施形態Ｄとを対比して示した比較検討図である。本比較例の場合には、使用するアンカーボルトの本数は同数である。前述のように、実施形態Ａにおいて柱脚部に曲げモーメントＭａが作用した場合は、引張側のアンカーボルトに引張力Ｔａが作用し、反対側の基礎コンクリート１に圧縮力Ｃａが作用する。その引張力Ｔａと圧縮力Ｃａとの力点の間隔をＪａとすると、Ｍａ＝Ｔａ・Ｊａの関係が成立する。同様に、実施形態Ｄにおいて柱脚部に曲げモーメントＭｄが作用した場合は、引張側のアンカーボルトに引張力Ｔｄが作用し、反対側の基礎コンクリート１に圧縮力Ｃｄが作用する。その引張力Ｔｄと圧縮力Ｃｄとの力点の間隔をＪｄとすると、Ｍｄ＝Ｔｄ・Ｊｄの関係が成立する。そして、両実施形態Ａ，Ｄにおいて、引張側のアンカーボルトとして機能するアンカーボルトは共に４本であるから、この点の差異はない。しかしながら、本発明に係る実施形態Ａにおいてベースプレート３の各隅部に２本ずつ配置されるアンカーボルト４，５を統合した力点に比べて、従来の実施形態Ｄにおいて各隅部を挟んで配置された２本のアンカーボルト１１，１２を統合した力点は、多少内側へ移動することから、その分間隔も縮小する。その実用上の具体的な数値は、間隔Ｊｄが略０．９Ｊａ程度に縮小することから、Ｍａは略１．１Ｍｄとなり、同じアンカーボルトを使用した場合にも、従来の実施形態Ｄと比べて、柱脚部に作用する曲げモーメントに対して略１．１倍程度の耐力を有することになる。したがって、この観点からも、本発明に係る実施形態Ａのアンカーボルト４，５の埋込み長さを縮小することが可能である。なお、ベースプレートの各隅部に２本ずつ設置するアンカーボルト４，５相互間の間隔に関しては、図示のように柱脚部の正面からみた軸心間の間隔Ｓｘ、及び側面からみた軸心間の間隔Ｓｙがそれぞれ１００ｍｍ未満、例えば８５ｍｍになるように設定すると、より効果的である。
【００１３】
次に、アンカーボルトの埋込み長さに応じて外周面に生じるコンクリートの付着作用とアンカーボルトの下端部に設けた定着板による定着作用とを組合わせた実施形態とアンカーボルトの埋込み長さとの関係に関して考察する。図４は、アンカーボルトの外周面に生じるコンクリートの付着作用だけを採用した実施形態と、その付着作用にアンカーボルトの下端部に設けた定着板による定着作用を組合わせた実施形態との、アンカーボルトの埋込み長さに関する違いを例示した比較検討図である。本比較例では、前述のようにねじ節鉄筋からなるアンカーボルトをベースプレート３の各隅部に２本ずつ配置して基礎コンクリート１中に埋設することを前提に、図示のようにアンカーボルト１３，１４の外周面に生じるコンクリートの付着作用だけを採用した実施形態Ｅと、前記アンカーボルト４，５の下端部に定着板７，８を設置し、前記付着作用に定着板７，８に基づく定着作用を加えた前述の実施形態Ａの定着状態を比較した。
【００１４】
図示のように、実施形態Ｅにおいては、柱脚部に作用する曲げモーメントＭｅに基づいて引張側のアンカーボルト１３，１４に引張力Ｔｅが作用すると、この引張力Ｔｅに対してアンカーボルト１３，１４の外周面に付着したコンクリートの付着力が引抜き抵抗力として作用する。このコンクリートの付着作用ａは上部から徐々に縮小しながら、図示のように引張力Ｔｅの大きさに応じて、例えば定着長Ｌｅａ間で発生する。これに対して、実施形態Ａにおいては、図示のようにアンカーボルト４，５の埋込み長さＬａに対して、コンクリートの付着作用ａと定着板７，８に基づく定着作用ｐとが合成された状態で作用する。したがって、実施形態Ｅにおいて柱脚部に作用する曲げモーメントＭｅと、実施形態Ａにおいて柱脚部に作用する曲げモーメントＭａが等しい場合には、実施形態Ａにおけるアンカーボルト４，５の埋込み長さＬａは、実施形態Ｅのアンカーボルト１３，１４の埋込み長さＬｅに比べて大幅に縮小できることから、柱脚部の回転剛性を大幅に改善することができる。
【００１５】
次に、アンカーボルトの外周面に生じるコンクリートの付着作用とアンカーボルトの下端部に設けた定着板による定着作用とを組合わせる際の基準に関して考察する。図５はアンカーボルトの埋込み深さとアンカーボルトに生じる歪度との関係、すなわちアンカーボルトの埋込み深さ方向の歪度分布を調べるための実験方法を示した概略説明図であり、図６はその実験結果を示した歪度の分布に関するグラフである。本実験では、ＳＤ３９０の鋼種からなる呼び名がＤ３８のねじ節鉄筋にて構成したアンカーボルト１５を用い、図５に示したようにそのアンカーボルト１５の埋設深さがゼロの表面位置、５Ｄ（１９０ｍｍ）の位置、１０Ｄ（３８０ｍｍ）の位置、１５Ｄ（５７０ｍｍ）の位置、１９Ｄの位置（７２２ｍｍ）のそれぞれの位置に歪ゲージ１６〜２０を貼付した上、コンクリート２１中に３０Ｄ（１１４０ｍｍ）の深さまで埋込み、その状態でアンカーボルト１５の上端部に油圧シリンダ等を用いた加負荷装置２２を連結して徐々に引張力を付加し、そのときどきの各埋設深さの歪度を歪ゲージ１６〜２０により計測した。なお、図６においては、１９６ｋＮ、２９４ｋＮ、３９２ｋＮ、５３０ｋＮ、５８８ｋＮ、６３７ｋＮの引張力を付加した場合のそれぞれの歪度をμ＝１０−６単位で表した。
【００１６】
以上のようにして求めた図６のグラフによると、５８８ｋＮの引張力を付加した場合には、５Ｄの位置までの歪度は計測可能であったが、表面位置の歪度は計測不可であった。同様に、６３７ｋＮの引張力を付加した場合には、１０Ｄの位置までの歪度は計測可能であったが、５Ｄの位置と表面位置の歪度は計測不可であった。因みに、これらの計測不可の部分は、アンカーボルト１５の外周面に付着したコンクリートの破壊が始り付着作用が大幅に減少し、歪度が増大してスケールアウトしたものと推測される。したがって、本例の場合には、１０Ｄより少ない埋込み深さの領域は、付着作用の採用にはあまり適さない。また、１５Ｄより大きい埋込み深さの領域は歪度が小さく付着作用も小さいことから、結局ＳＤ３９０の鋼種を採用した本例の場合には、定着板による定着作用と組合わせる付着作用としては、１０Ｄから１５Ｄ以下の領域を採用することが効率的かつ実用的で望ましい。
【００１７】
図７は他の鋼種を用いたアンカーボルトの埋込み深さとアンカーボルトに生じる歪度との関係を調べるための実験方法を示した概略説明図であり、図８はその実験結果を示した歪度の分布に関するグラフである。本実験では、ＳＤ４９０の鋼種からなる呼び名がＤ３８のねじ節鉄筋にて構成したアンカーボルト２３を用い、図７に示したようにそのアンカーボルト２３の埋設深さがゼロの表面位置、７Ｄ（２６６ｍｍ）の位置、１２Ｄ（４５６ｍｍ）の位置、１７Ｄ（６４６ｍｍ）の位置、２１Ｄの位置（７９８ｍｍ）、３０Ｄ（１１４０ｍｍ）の位置のそれぞれの位置に歪ゲージ２４〜２９を貼付した上、コンクリート３０中に３０Ｄ（１１４０ｍｍ）の深さまで埋込み、その状態でアンカーボルト２３の上端部に油圧シリンダ等を用いた加負荷装置３１を連結して徐々に引張力を付加し、そのときどきの各埋設深さの歪度を歪ゲージ２４〜２９により計測した。なお、図８においては、２９４ｋＮ、３９２ｋＮ、４９０ｋＮ、５９８ｋＮ、６３７ｋＮ、６８７ｋＮの引張力を付加した場合のそれぞれの歪度をμ＝１０−６単位で表した。
【００１８】
以上のようにして求めた図８のグラフによると、６３７ｋＮの引張力を付加した場合には、７Ｄの位置までの歪度は計測可能であったが、表面位置の歪度は計測不可であった。同様に、６８７ｋＮの引張力を付加した場合には、１２Ｄの位置までの歪度は計測可能であったが、７Ｄの位置と表面位置の歪度は計測不可であった。因みに、これらの計測不可の部分は、アンカーボルト２３の外周面に付着したコンクリートの破壊が始り付着作用が大幅に減少し、歪度が増大してスケールアウトしたものと推測される。したがって、本例の場合には、１２Ｄより少ない埋込み深さの領域は、付着作用の採用にはあまり適さない。また、１７Ｄより大きい埋込み深さの領域は歪度が小さく付着作用も小さいことから、結局ＳＤ４９０の鋼種を採用した本例の場合には、定着板による定着作用と組合わせる付着作用として、１２Ｄから１７Ｄ以下の領域を採用することが効率的かつ実用的で望ましい。因みに、以上のＳＤ３９０とＳＤ４９０の実験結果からすれば、将来、ＳＤ４９０より強度の大きい新しい鋼種ができた場合には、例えば降伏点又は０．２％耐力が１００Ｎ／ｍｍ２増すごとに２Ｄ程度上乗せして付着作用の採用領域とすれば対応が可能である。
【００１９】
次に、付着作用による定着作用と定着板による定着作用を組合わせた場合に関して説明する。図９は定着板を備えたアンカーボルトの埋込み深さとアンカーボルトに生じる歪度との関係を調べるための実験方法を示した概略説明図であり、図１０はその実験結果を示した歪度の分布に関するグラフである。図９に示したように、本例では、ＳＤ３９０の鋼種からなる呼び名がＤ３８のねじ節鉄筋にて構成したアンカーボルト３２を用い、埋込み長さを１５Ｄ（５７０ｍｍ）とし、その下端部に定着板３３を固着した状態でコンクリート３４中に埋設した場合の歪度の分布を調べた。図示のように、アンカーボルト３２の埋設深さがゼロの表面位置及び１５Ｄ（５７０ｍｍ）の定着板３３の上方位置に歪ゲージ３５，３６を貼付して、アンカーボルト３２の上端部にセットした加負荷装置３７を介して引張力を付加し、その引張力の値が１９６ｋＮ、２９４ｋＮ、３９２ｋＮ、５４９ｋＮ、５７２ｋＮのときの表面位置及び１５Ｄ（５７０ｍｍ）の位置の歪度を歪ゲージ３５，３６により計測した。なお、図１１はアンカーボルト３２と同種で埋込み長さだけを１９Ｄに延長したアンカーボルトを用いて同様の実験を行った結果を示した歪度の分布に関するグラフである。
【００２０】
図１０の実験結果を示したグラフによれば、前記アンカーボルト３２の１５Ｄ（５７０ｍｍ）の位置、すなわち定着板３３の上方位置における各引張力による歪度が適度に広がって分布されており、定着板３３による定着作用が良好に機能していることがわかる。そして、図６のグラフの１５Ｄより上方の領域における定着状態と比較すれば、本例に係るアンカーボルト３２の場合には埋込み長さを１５Ｄと縮小したにも係わらず、その埋込み長さの縮小は定着板３３による定着作用により有効に補完され、図６のグラフに示された実験結果とほぼ同等の定着性能が得られることがわかる。また、図１１のグラフに示した実験結果と比較すれば、アンカーボルトの埋込み長さを１９Ｄに延長しても特段の効果がないことがわかる。したがって、ＳＤ３９０の鋼種を採用した本例の場合には、アンカーボルトの埋込み長さとしては１５Ｄあれば十分であり、これにより柱脚部の回転剛性を大幅に改善することができる。
【００２１】
図１２は定着板を備えた他のアンカーボルトの埋込み深さとアンカーボルトに生じる歪度との関係を調べるための実験方法を示した概略説明図であり、図１３はその実験結果を示した歪度の分布に関するグラフである。図１２に示したように、本例では、ＳＤ４９０の鋼種からなる呼び名がＤ３８のねじ節鉄筋にて構成したアンカーボルト３８を用い、埋込み長さを１７Ｄ（６４６ｍｍ）とし、その下端部に定着板３９を固着した状態でコンクリート４０中に埋設した場合の歪度の分布を調べた。図示のように、アンカーボルト３８の埋設深さがゼロの表面位置及び１７Ｄ（６４６ｍｍ）の定着板３９の上方位置に歪ゲージ４１，４２を貼付して、アンカーボルト３８の上端部にセットした加負荷装置４３を介して引張力を付加し、その引張力の値が２９４ｋＮ、３９２ｋＮ、４９０ｋＮ、６０８ｋＮ、６２８ｋＮのときの表面位置及び１７Ｄ（６４６ｍｍ）の位置の歪度を歪ゲージ４１，４２により計測した。なお、図１４はアンカーボルト３８と同種で埋込み長さだけを２１Ｄに延長したアンカーボルトを用いて同様の実験を行った結果を示した歪度の分布に関するグラフである。
【００２２】
図１３の実験結果を示したグラフによれば、前記アンカーボルト３８の１７Ｄ（６４６ｍｍ）の位置、すなわち定着板３９の上方位置における各引張力による歪度が適度に広がって分布されており、定着板３８による定着作用が良好に機能していることがわかる。そして、図８のグラフの１７Ｄより上方の領域における定着状態と比較すれば、本例に係るアンカーボルト３８の場合には埋込み長さを１７Ｄと縮小したにも係わらず、その埋込み長さの縮小は定着板３９による定着作用により有効に補完され、図８のグラフに示された実験結果とほぼ同等の定着性能が得られることがわかる。また、図１４のグラフに示した実験結果と比較すれば、アンカーボルトの埋込み長さを２１Ｄに延長しても特段の効果がないことがわかる。したがって、ＳＤ４９０の鋼種を採用した本例の場合には、アンカーボルトの埋込み長さとしては１７Ｄあれば十分であり、これにより柱脚部の回転剛性を大幅に改善することができる。
【００２３】
【実施例】
以下、図１５〜図１８を用いて本発明に係る実施例に関して説明する。図１５は本発明の一実施例の配筋状態を正面からみた場合を示した正面配筋状態図であり、図１６はその平面配筋状態図である。また、図１７は基礎コンクリート打設後の状態を示した平面図であり、図１８はその基礎コンクリート上にベースプレートを固定して鉄骨柱を立設した状態を示した平面図である。本実施例では、ベースプレートの各隅部に設置する２本ずつのアンカーボルト４４，４５として、ＳＤ３９０の鋼種からなる呼び名がＤ４１のねじ節鉄筋を採用し、それぞれの隅部に２本ずつ計８本設置した。それらのアンカーボルト４４，４５の基礎コンクリート４６中への埋込み長さＬｇは１５Ｄの６１５ｍｍとし、それぞれの下端部に定着板４７，４８を挿通してナット４９，５０により下部から支持するように装着した。なお、それぞれのアンカーボルト４４，４５の上端部は、ベースプレートを締付け固定するため、基礎コンクリート４６上へ突出させている。各アンカーボルト４４，４５の周りには、適宜離間した状態に、コーン割裂面に跨って設置する補強筋として、ＳＤ３４５の鋼種からなる呼び名がＤ２５の異形鉄筋で構成した立上がり筋５１を必要本数設置するとともに、その立上がり筋５１の周囲をＳＤ２９５鋼種からなる呼び名がＤ１３の異形鉄筋で構成したフープ筋５２によって囲むことにより、定着板４７，４８による必要な定着作用を確保するように構成している。図中、５３はＳＤ３９０の鋼種からなるＤ２９の異形鉄筋で構成される梁主筋、５４はＳＤ３９０の鋼種からなるＤ１９の異形鉄筋で構成されるスターラップである。なお、本実施例においては、図１７に示した柱脚部の正面からみたアンカーボルト４４，４５の軸心間の間隔Ｓｘ、及び側面からみた軸心間の間隔Ｓｙはそれぞれ８５ｍｍに設定し、また隣接する隅部のアンカーボルト４４，４４相互間、及びアンカーボルト４５，４５相互間の距離はそれぞれ４００ｍｍに設定した。そして、固化した基礎コンクリート４６上には、図１８に示したように、その基礎コンクリート４６の上方に突出したそれぞれのアンカーボルト４４，４５の上端部をベースプレート５５に形成した挿通孔に挿通しながら載置し、ナット５６により締付け固定することにより、鉄骨柱５７を立設することになる。
【００２４】
次に、以上の実施例の定着状態に関する実験結果について説明する。図１９は本実施例の定着状態を調べるための実験方法を示した概略説明図であり、図２０はその実験結果を示した本実施例の定着状態に関するグラフである。図１９に示したように、本実験では、前記鉄骨柱５７に対して水平方向の外力Ｆを大きさを変えながら付加し、そのときどきの引張側のアンカーボルト４４，４５の基礎コンクリート４６の表面位置に作用する総引張力Ｔｆと、それらのアンカーボルト４４，４５の下端部に設置した定着板５８，５９の直ぐ上方の位置に作用する下部引張力Ｔｇを、表面位置に設置した歪ゲージ６０，６１及び定着板５８，５９の上方位置に設置した歪ゲージ６２，６３にて計測した歪から換算して求めて、図２０のグラフに記入した。また、それらのアンカーボルト４４，４５に作用する総引張力Ｔｆから定着板５８，５９の上方位置に作用する下部引張力Ｔｇすなわち定着板５８，５９に基づく定着作用を引いた残りを、アンカーボルト４４，４５の外周面に作用する付着作用に基づく付着耐力Ｆｈとして示した。なお、本グラフで表した引張力又は付着耐力の値は、引張側として機能するアンカーボルト全体としての値を示した。また、本実験では、鉄骨柱５７に付加する外力Ｆの方向を変えて同様の実験を実施し、実験結果の再現性を確認をした。
【００２５】
ところで、図２０のグラフの横軸は、前記鉄骨柱５７に付加した水平方向の外力Ｆの大きさに対応しており、例えば、点イの総引張力Ｔｆとしての具体値である略１８５０ｋＮは、柱材短期許容モーメント（ｃＭａ）に対応した外力Ｆを付加したときの引張側のアンカーボルト全体に作用する総引張力に相当する。同様に、点ロの総引張力Ｔｆは柱材全塑性モーメント（ｃＭｐ）に対応した外力Ｆを付加したときの、点ハの総引張力Ｔｆは保有耐力接合時の耐力として使用される１．３×柱材全塑性モーメント（１．３ｃＭｐ）に対応した外力を付加したときの、点ニの総引張力Ｔｆは柱脚部終局モーメント（ｂＭｕ）に対応した外力を付加したときの、引張側のアンカーボルト全体に作用する総引張力にそれぞれ相当する。そして、これらの図２０のグラフに示された総引張力Ｔｆ、下部引張力Ｔｇ、及び付着耐力Ｆｈからみて、本実施例の場合には、アンカーボルト４４，４５として呼び名がＤ４１のねじ節鉄筋を採用し、その基礎コンクリート４６中への埋込み長さＬｇが１５Ｄの６１５ｍｍと、従来の露出型柱脚構造の場合より大幅に短いにも拘らず、定着状態は良好であり、従来の露出型柱脚構造の定着状態と比べてなんら遜色はない。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る露出型柱脚構造においては、アンカーボルトをベースプレートの各隅部に２本ずつ設置したので、地震等の外力により柱脚部に作用する曲げモーメントに対する耐力が増大することから、アンカーボルトの埋込み長さを縮小することが可能である。また、アンカーボルトとして、ＳＤ３９０又はＳＤ４９０の鋼種から形成されたねじ節鉄筋を用い、かつその下端部に定着板を設けた状態で基礎コンクリートに埋設し、そのアンカーボルトの埋込み長さを、実験に基づいてＳＤ３９０の鋼種を採用した場合には直径の１０倍から１５倍以下に、ＳＤ４９０の鋼種を採用した場合には直径の１２倍から１７倍以下に絞ったので、アンカーボルトに対するコンクリートの付着作用と下端部に設けた定着板による定着作用との組合わせにより効率的かつ実用的に必要な引抜き耐力を確保することができる。したがって、この点からもアンカーボルトの埋込み長さを大幅に縮小することが可能であり、前記アンカーボルトの配置による埋込み長さの縮小とも相俟って、アンカーボルトの埋込み長さを更に大幅に縮小することが可能なことから、柱脚部の回転剛性を大幅に改善することができる。なお、ベースプレートの各隅部に２本ずつ設置するアンカーボルト相互間の間隔を、柱脚部の正面及び側面からみた軸心間の間隔が１００ｍｍ未満になるように設定すれば、アンカーボルトの配置による埋込み長さの縮小をより的確かつ効果的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態Ａと従来の４本のアンカーボルトを使用した実施形態Ｂとを対比して示した比較検討図である。
【図２】本発明に係る実施形態Ａと従来の８本のアンカーボルトを使用した均等配置による実施形態Ｃとを対比して示した比較検討図である。
【図３】本発明に係る実施形態Ａと従来のベースプレートの各辺にアンカーボルト２本ずつ使用した実施形態Ｄとを対比して示した比較検討図である。
【図４】定着板の有無によるアンカーボルトの埋込み長さに関する違いを例示した比較検討図である。
【図５】引張力の大きさ別によるアンカーボルトの埋込み深さ方向の歪度分布を調べるための実験方法を示した概略説明図である。
【図６】同上実験の結果を示した歪度の分布に関するグラフである。
【図７】他の鋼種を用いたアンカーボルトの引張力の大きさ別による埋込み深さ方向の歪度分布を調べるための実験方法を示した概略説明図である。
【図８】同上実験の結果を示した歪度の分布に関するグラフである。
【図９】定着板を備えたアンカーボルトの埋込み深さとアンカーボルトに生じる歪度との関係を調べるための実験方法を示した概略説明図である。
【図１０】同上実験の結果を示した歪度の分布に関するグラフである。
【図１１】埋込み長さを延長したアンカーボルトを用いて行った実験結果を示した歪度の分布に関するグラフである。
【図１２】定着板を備えた他のアンカーボルトの埋込み深さとアンカーボルトに生じる歪度との関係を調べるための実験方法を示した概略説明図である。
【図１３】同上実験の結果を示した歪度の分布に関するグラフである。
【図１４】埋込み長さを延長したアンカーボルトを用いて行った実験結果を示した歪度の分布に関するグラフである。
【図１５】本発明の実施例の配筋状態を正面からみた場合を示した正面配筋状態図である。
【図１６】同実施例の平面配筋状態図である。
【図１７】同実施例の基礎コンクリート打設後の状態を示した平面図である。
【図１８】同基礎コンクリート上にベースプレートを固定して鉄骨柱を立設した状態を示した平面図である。
【図１９】同実施例の定着状態を調べるための実験方法を示した概略説明図である。
【図２０】同上実験の結果を示した同実施例の定着状態に関するグラフである。
【符号の説明】
１…基礎コンクリート、２…鉄骨柱、３…ベースプレート、４〜６…アンカーボルト、７〜９…定着板、１０…アンカーボルト、１１，１２…アンカーボルト、１３〜１５…アンカーボルト、１６〜２０…歪ゲージ、２１…コンクリート、２２…加負荷装置、２３…アンカーボルト、２４〜２９…歪ゲージ、３０…コンクリート、３１…加負荷装置、３２…アンカーボルト、３３…定着板、３４…コンクリート、３５，３６…歪ゲージ、３７…加負荷装置、３８…アンカーボルト、３９…定着板、４０…コンクリート、４１，４２…歪ゲージ、４３…加負荷装置、４４，４５…アンカーボルト、４６…基礎コンクリート、４７，４８…定着板、４９，５０…ナット、５１…立上がり筋、５２…フープ筋、５３…梁主筋、５４…スターラップ、５５…ベースプレート、５６…ナット、５７…鉄骨柱、５８，５９…定着板、６０〜６３…歪ゲージ、Ｓｘ…柱脚部の正面からみたアンカーボルトの軸心間の間隔、Ｓｙ…柱脚部の側面からみたアンカーボルトの軸心間の間隔
【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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