(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱材の下方に設けた略矩形状のベースプレートをアンカーボルトにより締付けることによって基礎コンクリートに対して固定する柱脚構造において、前記アンカーボルトは、焼き入れ処理を施していない非調質高張力鋼により形成し、かつ前記ベースプレートより遅れて降伏するように構成したことを特徴とする柱脚構造。
【請求項２】
前記アンカーボルトが柱材より遅れて降伏するように構成して保有耐力接合としたことを特徴とする請求項１に記載の柱脚構造。
【請求項３】
前記アンカーボルトは、７ｔ／ｃｍ２以上の引張強さを有し、かつ降伏比が７５％以下の非調質高張力鋼を用いて形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の柱脚構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベースプレートを介して柱材を基礎コンクリートに対して固定するための柱脚構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に柱材をベースプレートを介してアンカーボルトにより基礎コンクリート側に固定した場合に、その柱脚部に作用する曲げモーメントによってアンカーボルトが降伏すると伸び量が増大するため、アンカーボルトの降伏直後にベースプレートの反対側の縁部に圧縮力が集中する、いわゆる爪先立ち現象が生じ、これにより基礎コンクリート側に割裂が生じて耐力があまり増加されないまま最大耐力に達してしまうという問題がある。従来の柱脚用アンカーボルトとしては一般構造用圧延鋼材（ＳＳ材）や鉄筋コンクリート用棒鋼（ＳＲ材、ＳＤ材）などが使用されており、以上の問題に対しては、アンカーボルトの断面積や本数を増やして降伏耐力を高めることにより対応するのが一般的であった。しかしながら、この対応の仕方は、アンカーボルトの軸径や本数が増す分、コンクリート側の柱型のサイズが大きくなり、基礎コンクリートが基礎梁より突出して納りを悪くするばかりでなく、重量の増加による作業性の低下の問題もあることから、意匠上からも施工上からも多くの難点があった。
【０００３】
そこで、以上の意匠上及び施工上の問題を解決するため、高強度のアンカーボルトを使用して細径化を図ることも試みられている。そして、その高強度のアンカーボルトの素材として、焼き入れや焼き戻し等の熱処理により調質した調質鋼を採用することも一つの方法である。しかしながら、この調質鋼は、熱処理を伴うことから、製品の厚さや太さが大きくなると、特に焼き入れ処理における表面と内部との間に生じる冷却速度の差が材質の不均一を起す原因となり、焼き戻し等によっても確実に均質化することは技術的に困難であった。しかも、この熱処理により調質する高強度の調質鋼の場合には、良好な靭性を得ることは技術的に難しく、７５％以下の降伏比を実現することは一般的に困難である。したがって、以上の調質鋼からなる高張力鋼を用いてアンカーボルトを形成した場合には、想定以上の外力が作用して降伏状態に達すると、その降伏後の耐力があまり増加されないまま急激に破断してしまうという事態が生じやすいため、耐震安全性に関する特段の注意が必要とされる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、アンカーボルトの細径化により従来の意匠上及び施工上の問題を解消し得るとともに、降伏後の耐力増加を実現して耐震安全性も向上し得る柱脚構造を提供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】
前記課題を解決するため、請求項１の発明では、柱材の下方に設けた略矩形状のベースプレートをアンカーボルトにより締付けることによって基礎コンクリートに対して固定する柱脚構造において、前記アンカーボルトは、焼き入れ処理を施していない非調質高張力鋼により形成し、かつ前記ベースプレートより遅れて降伏するように構成するという技術手段を採用した。このように本発明においては、素材として非調質高張力鋼を採用したので、柱脚用のアンカーボルトの細径化が可能であるとともに、焼き入れ処理を施していないことから、高強度でありながら降伏比の低い均質な素材の使用が可能になる。しかも、前記アンカーボルトは、前記ベースプレートより遅れて降伏するように構成したので、ベースプレートの降伏が開始されるまでの間に加えて、ベースプレートの降伏が開始された後も、アンカーボルトが弾性領域に留まる間は伸びが微少なことから、その間のベープレートの隅部や辺部の爪先立ち現象が低減されるとともに、それらのベースプレートの隅部や辺部の塑性変形と相俟って基礎コンクリートに対する圧壊現象が軽減される。また、そのアンカーボルトが降伏した後においても、非調質高張力鋼の採用により、従来の調質高張力鋼を用いた場合に比べて靭性が高く引張強さすなわち最大荷重までの間の耐力の増加が可能なことから、耐震安全性にもきわめて有効である。以上のように、本発明によれば、非調質高張力鋼の採用によって、爪先立ち現象の回避及び降伏後の耐力の増加が同時に可能となった点で大きな特徴を有する。さらに、請求項２の発明のように、前記アンカーボルトが柱材より遅れて降伏するように構成したり、請求項３の発明のように、前記アンカーボルトを、７ｔ／ｃｍ２以上の引張強さを有し、かつ降伏比が７５％以下の非調質高張力鋼を用いて形成するようにすれば、保有耐力接合方式の柱脚構造として、耐震安全性の向上にも更に有効である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明は、アンカーボルトの使用数には限定されずに広い適用が可能である。また、本発明に係る前記非調質高張力鋼としては、焼き入れ処理等の熱処理を伴わない他の強化方法によって必要な強度を確保した均質で降伏比の低いものが使用される。例えば、ニッケル等の合金を適量加えると鋼の結晶構造が変化する変態温度を変えることが可能な点に着目して、冷却速度に関わらずに高強度のベイナイト組織を得ることが可能である。また、近時、他の用途であるが、添加する合金の種類や添加量を変えることによりベイナイト組織の強度を調整することも可能となり、高い強度と高い靭性とを合せ持つ溶接性に優れた鋼材を非調質にて作製できるようになっている。本発明に係るアンカーボルトは、以上のような焼き入れ処理によらない適宜の非調質手段にて作製された素材から必要な引張強さと適当な降伏比を具備するものを選定して形成されることになる。なお、その引張強さ及び降伏比の具体的な値は柱脚の形態によっても左右されるが、例えば８本のアンカーボルトを使用する８本タイプの柱脚において保有耐力接合方式を採用する場合には、引張強さが８〜１０ｔ／ｃｍ2前後で、かつ伏応力度が６〜７．５ｔ／ｃｍ2前後あるいはそれ以下のもの、すなわち降伏比が７５％以下のものが、前述の爪先立ち現象の回避及び降伏後の耐力の増加の可能性の観点から好適である。因みに、以上のような仕様のアンカーボルトの選定は、素材として非調質高張力鋼を採用したことによって初めて可能となったものであり、従来の調質鋼では技術的に困難である。さらに、非調質鋼の場合には、焼き入れ処理等の熱処理を行わず、素材中に含まれる高硬度のセメンタイト組織が少ないことから、機械加工性に優れており加工コストの低減にも有効である。なお、焼き入れ処理以外の降伏比の上昇を伴わない熱処理手段を補助的に使用することまで制限されるものではない
【０００７】
【実施例】
図１〜図３は本発明を適用して形成したアンカーボルトを使用した柱脚に関する力学的特性を解明するために行った負荷実験の方法を概略的を示したものであり、図１は実験方法（１）を示した概略説明図、図２はその平面図、図３は実験方法（２）を示した概略説明図である。実験方法（１）では、柱材１を基礎コンクリート２に定着させるために８本のアンカーボルト３を使用した８本タイプの柱脚に対して実験を行った。すなわち、本実験方法（１）においては、図１に示したように、柱材１の下方に設けた略矩形状のベースプレート４を８本のアンカーボルトにより締付けることにより基礎コンクリート２に対して固定し、その柱材１の適宜の高さに水平方向の外力Ｆを正負交番荷重として両側から繰返し付加することによって所定の正負曲げモーメントＭを付与し、その時の全体変位δを変位計５によって検出するほか、図示しない他の適宜の検出手段によりアンカーボルト２やベースプレート４等の柱脚の各構成要素の変位や歪みを検出することにより各部の解析を行った。なお、図中、６は定着板である。
【０００８】
また、実験方法（２）では、図３に示したように、中央の箱部７を中心に左右に柱材１をセットして、それらの別々のベースプレート４を前記箱部７を貫通したアンカーボルト３によって固定するとともに、両柱材１の下面の所定位置を適宜の支持部材８，９により支持し、さらにそれらの両柱材１の上方に配設した負荷部１０を介して双方の所定位置に所定の外力を付与することによって、それぞれの柱材１に対して一定の曲げモーメントＭを作用させて各部の状態を解析し得るように構成している。なお、本実験においては、アンカーボルト３として非調質高張力鋼により所定の引張強さ及び降伏比に形成したアンカーボルトを用いることにより、保有耐力接合の場合を中心に解析を進めた。また、前記箱部７やアンカーボルト３、ベースプレート４などの必要部位に変位計１１を配設するほか、それらの各アンカーボルト３の軸部やベースプレート４の各隅角部や各辺部などの必要部位の表面や底面に多数の歪みゲージを設置して、柱脚部に作用する曲げモーメントに基づく各部の挙動を克明に検出し得るように構成されている。なお、左右の実験体を種類を変えてセットすれば、それぞれの実験体に対して並行的に実験を進行できるので作業効率を向上できる。
【０００９】
しかして、以上の実験方法（１）及び（２）において、柱材１を介して柱脚部に付与する曲げモーメントＭを徐々に増やしながら各部の変位や歪みを検出するとともにそれらの挙動を観察して、ベースプレート４の隅角部が降伏を開始した際に柱材１に作用している曲げモーメントＭの値、同ベースプレート４の辺部が降伏を開始した際に柱材１に作用している曲げモーメントＭの値、及びアンカーボルト３が降伏を開始した際に柱材１に作用している曲げモーメントの値をそれぞれ読取れば、隅角部降伏モーメントＭ1、辺部降伏モーメントＭ2、及びアンカーボルト降伏モーメントＭ3を容易に知ることができる。また、それぞれの実験方法（１）及び（２）による実験結果を照合すれば、その結果の信頼性に関してもチェックすることが可能である。因みに、以上の両実験による実験結果はほぼ一致しており、さらに試験体の仕様及び材料の機械的性質に基づくＦＥＭ解析によってもほぼ一致することが確認されている。
【００１０】
図４は前記アンカーボルト３として引張強さ及び降伏比を選定して使用することにより柱脚部を保有耐力接合に構成した場合の解析結果を示したものである。因みに、柱脚部が保有耐力接合を満足するには、柱材１の設計基準強度が３．３ｔ／ｃｍ2のときにはＭ3≧１．２ｃＭｐの条件を、また柱材１の設計基準強度が２．４ｔ／ｃｍ2のときにはＭ3≧１．３ｃＭｐの条件を充足することが必要とされている。そこで、以上の実験においては、それらの条件とともに、さらにｃＭｐ≦Ｍ2＜Ｍ3という条件及びＭ1≦Ｍ2という条件を加え、それらの全ての条件を充足することを前提に、柱材１の寸法や、ベースプレート４の材質及びその隅角部や辺部等の寸法、アンカーボルト３の軸径や本数など変えて繰返し実験を行ったところ、定性的にほぼ一致する特性が確認された。図４はその結果をまとめて示したものである。
【００１１】
図４の実験結果により次の点が確認された。すなわち、（１）ベースプレート４の隅角部が降伏を開始する前記隅角部降伏モーメントＭ1までは、それぞれの部材が弾性限界内にあることから、全体変位δは柱材１に作用する曲げモーメントＭに応じて直線的に変化する。すなわち、アンカーボルト３やベースプレート４の隅角部や辺部が弾性変形を起し、その結果として全体変位δが直線的に変化することになる。なお、この状態においては、曲げモーメントＭが比較的小さく、その曲げモーメントＭの内側に当るベースプレート４の隅角部や辺部を介して基礎コンクリート２に付加される圧縮作用も小さいことから基礎コンクリート２の圧壊はまだ問題とならない。（２）前記隅角部降伏モーメントＭ1から同ベースプレート４の辺部が降伏を開始する前記辺部降伏モーメントＭ2の間では、同図中の（ｃ）に示したように、ベースプレート４の隅角部で降伏が開始して塑性変形が始ることから、全体変位δも増え特性線が少し水平方向に傾き、建築物の変位も多少大きくなる。この場合、アンカーボルト３は同図中の（ｂ）から明かのように未だ弾性限界内にあるので伸び量が小さく、ベースプレート４の隅角部や辺部の爪先立ち現象による圧縮作用は問題にならないとともに、ベースプレート４の隅角部が塑性変形を起すことから基礎コンクリート２の圧壊作用が軽減されることになる。（３）前記辺部降伏モーメントＭ2からアンカーボルト３が降伏を開始する前記アンカーボルト降伏モーメントＭ3の間では、同図中の（ｃ）に示したように、ベースプレート４の隅角部に加えて辺部でも降伏が開始して塑性変形が始るので、全体変位δが更に増え、特性線も更に水平方向に傾き、建築物の変位も大きくなる。しかしながら、この場合にも、同図中の（ｂ）から明かなように、アンカーボルト３は未だ弾性限界内にあるので伸び量が小さく、ベースプレート４の隅角部や辺部の爪先立ち現象による圧縮作用は小さくて済むとともに、ベースプレート４の隅角部と辺部が塑性変形を起すことから基礎コンクリート２の圧壊現象の軽減が図られることになる。すなわち、ベースプレート４がアンカーボルト３より先に降伏して、ベースプレート４の隅角部や辺部の変形により基礎コンクリート２との接触面が増えて前記爪先立ち現象が緩和されることから、基礎コンクリート２の圧壊が軽減されることになる。
【００１２】
さらに、前述のように、アンカーボルト３に関する降伏モーメントＭ3を柱材１の全塑性モーメントｃＭｐの例えば１．２あるいは１．３倍以上に設定して保有耐力接合を採用した場合には、地震等により柱脚部が先に降伏して建築物の崩壊が柱脚部から始るような事態は回避されることになる。すなわち、柱材１が柱脚部より先に降伏するが、柱材１は降伏後の塑性変形能力が大きいとともに、アンカーボルトの降伏耐力も大きく設定されていることから、建築物としての崩壊が遅延され、避難するための時間的な余裕を確保することが可能になる。特に、梁の降伏耐力を柱材１の降伏耐力より更に小さく設定して梁降伏型に設計すれば、地震時の安全性を確保する上で更に有効である。
【００１３】
以上に詳述したように、本発明においては、アンカーボルト３の素材として焼き入れ処理を施していない非調質高張力鋼を採用した結果、近時の非調質鋼の改良とも相俟って引張強さや降伏比に関する選定の自由度が大幅に改善されたことから、前述のように保有耐力接合に必要な、高強度でかつ低降伏比の条件を兼ね備えた素材を入手することが可能になった点に着目して、所要の保有耐力接合方式の柱脚を実現して耐震安全性のよい柱脚を確実かつ安定的に提供できるようにしたところにも重要な特徴を有するものである。
【００１４】
【発明の効果】
本発明によれば、柱脚用のアンカーボルトの素材として焼き入れ処理を施していない非調質高張力鋼を採用し、かつベースプレートより遅れて降伏するように構成したので、次の効果を得ることができる。
（１）ベースプレートの降伏が開始されるまでの間に加えて、ベースプレートの降伏の開始後も、アンカーボルトが弾性領域に留まる間は伸びが微少なことから、その間のベープレートの隅部や辺部の爪先立ち現象が低減されるとともに、それらのベースプレートの隅部や辺部の塑性変形と相俟って基礎コンクリートに対する圧壊現象が軽減される。
（２）また、アンカーボルトが降伏した後においても、非調質高張力鋼の採用により、従来の調質高張力鋼を用いた場合に比べて靭性が高く引張強さすなわち最大荷重までの間の耐力の増加が可能なことから、耐震安全性の向上にもきわめて有効である。
（３）以上のように、アンカーボルトの素材として非調質高張力鋼を採用したことから、爪先立ち現象の回避と降伏後の耐力の増加による耐震安全性の向上とを同時に実現することが可能となった。
（４）アンカーボルトの軸径の細径化を図ることにより従来の意匠上及び施工上の問題を解消し得る。
（５）焼き入れ処理を施していない非調質高張力鋼を使用しているので、素材の均質性が良好なことから、耐震安全性が安定し信頼性が向上する。
（６）アンカーボルトが柱材より遅れて降伏するように構成して保有耐力接合とすれば、柱材の降伏後の塑性変形能力が大きいとともに、アンカーボルトの降伏耐力が大きく設定されることから、建築物としての崩壊が遅延され、避難するための時間的な余裕の確保が可能になり、耐震安全性が更に向上される。
（７）７ｔ／ｃｍ２以上の引張強さを有し、かつ降伏比が７５％以下の非調質高張力鋼により形成したアンカーボルトを使用して柱脚部を保有耐力接合方式に構成すれば、耐震安全性のきわめて良好な柱脚を確実かつ安定的に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実験方法（１）を示した概略説明図である。
【図２】  図１の平面図である。
【図３】  実験方法（２）を示した概略説明図である。
【図４】  実験結果をまとめて示した特性図である。
【符号の説明】
１…柱材、２…基礎コンクリート、３…アンカーボルト、４…ベースプレート、５…変位計、６…定着板、７…箱部、８，９…支持部材、１０…負荷部、１１…変位計
【図１】
0004004159.tif 000002
【図２】
0004004159.tif 000003
【図３】
0004004159.tif 000004
【図４】
0004004159.tif 000005