(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート造基礎コンクリート中に軸部を埋め込み、ネジ部がコンクリート面上に突設されたアンボンド型アンカーボルト及びナットを用いて、同基礎コンクリート上に鉄骨柱のベースプレートを固定する露出型柱脚の定着部構造において、
鉄骨柱とベースプレート及び基礎コンクリートの各強度と、アンボンド型アンカーボルトの強度との関係が、地震などによる過大応力負荷に際して、鉄骨柱、ベースプレート及び基礎コンクリート内の引張鉄筋が降伏する以前に、アンボンド型アンカーボルトの軸部が降伏する強度比に設定して構成されていることを特徴とする、露出型柱脚の定着部構造。
【請求項２】
アンボンド型アンカーボルトの強度に対して、鉄骨柱及びベースプレートの強度が１．０倍超〜２．０倍の範囲内に設定して構成されていることを特徴とする、請求項１に記載した露出型柱脚の定着部構造。
【請求項３】
アンボンド型アンカーボルトのネジ部強度が、軸部の強度の１／０．７５〜１／０．９倍の範囲内に設定して構成され、同アンボンド型アンカーボルトの軸部有効長さが、鉄骨柱の外径の０．６７〜４．０倍の範囲内に設定して構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した露出型柱脚の定着部構造。
【請求項４】
アンボンド型アンカーボルトのネジ部と軸部が同一材料の構成であり、同ネジ部の有効径断面積が、軸部の断面積の１／０．７５〜１／０．９倍の範囲内に設定して構成され、同アンボンド型アンカーボルトの軸部有効長さが、鉄骨柱の外径の０．６７〜４．０倍の範囲内に設定して構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した露出型柱脚の定着部構造。
【請求項５】
アンボンド型アンカーボルトのネジ部の有効径断面積と軸部の断面積が同一であり、同ネジ部の強度が軸部の強度の１／０．７５〜１／０．９倍の範囲内に設定して構成され、同アンボンド型アンカーボルトの軸部有効長さが、鉄骨柱の外径の０．６７〜４．０倍の範囲内に設定して構成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した露出型柱脚の定着部構造。
【請求項６】
鉄筋コンクリート造基礎コンクリート中に軸部を埋め込み、ネジ部がコンクリート面上に突設されたアンボンド型アンカーボルト及びナットを用いて、同基礎コンクリート上に鉄骨柱のベースプレートを固定して構成される露出型柱脚の定着部構造において、
鉄骨柱とベースプレート及び基礎コンクリートの各強度と、アンボンド型アンカーボルトの強度との関係を、地震などによる過大応力負荷に際して、鉄骨柱、ベースプレート及び基礎コンクリート内の引張鉄筋が降伏する以前に、アンボンド型アンカーボルトの軸部が降伏する強度比に設定すること、
地震などによる過大応力負荷が構造物に加えられ、同構造物の上部架構の立て入れ直しを行った後に、鉄骨柱のベースプレートと基礎コンクリート間のモルタル欠損部を修復してから、アンボンド型アンカーボルトのナットを増し締め施工して鉄骨柱のベースプレートを再定着することを特徴とする、露出型柱脚の定着部構造の復旧工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、構造物の鉄骨柱のベースプレートをアンボンド型アンカーボルト及びナットを用いて定着する露出型柱脚の定着部構造、及びその復旧工法の技術分野に属する。さらに云えば、地震などによる過大応力負荷によって、アンボンド型アンカーボルトの軸部のみを降伏させ、同アンカーボルトのネジ部及び鉄骨柱、ベースプレート、鉄筋コンクリート造基礎コンクリート内の補強鉄筋（引張鉄筋）は降伏させずに健全性を維持させる露出型柱脚の定着部構造、並びに健全に維持されたネジ部を利用して過大応力負荷後の復旧をナットの増し締めによって行う露出型柱脚の定着部構造の復旧工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
露出型柱脚の定着部構造は、構造物の鉄骨柱の柱脚部定着手段として知られている。
本出願人も、先の特願平１０−１９６１９９号において、アンボンド型アンカーボルトの塑性変形能力を十分に発揮できるように、ネジ部の強度を軸部の強度よりも大きく設定して、地震などによる過大応力負荷が加えられたとき、軸部が降伏しても、ネジ部は降伏せず、同ネジ部へのナットの増し締めを可能にしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記先願発明のアンボンド型アンカーボルトは、ボルト自体に塑性変形能力を発揮させ、ネジ部の健全性を維持することは明快であっても、このアンボンド型アンカーボルトを採用する露出型柱脚の定着部構造を構成する各要素との強度比及び寸法比関係にまで目が行き届いていない。
【０００４】
この発明の目的は、アンボンド型アンカーボルトの強度と、露出型柱脚の定着部構造を構成する各要素との強度比を、地震などによる過大応力負荷に十分対応できる設定とし、各要素との寸法比を復旧後の性能が確保できる設定とすることで過大応力負荷後の定着部構造の復旧を容易に行えるように改良した露出型柱脚の定着部構造及びその復旧工法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る露出型柱脚の定着部構造は、
鉄筋コンクリート造基礎コンクリート中に軸部を埋め込み、ネジ部がコンクリート面上に突設されたアンボンド型アンカーボルト及びナットを用いて、同基礎コンクリート上に鉄骨柱のベースプレートを固定する露出型柱脚の定着部構造において、
鉄骨柱とベースプレート及び基礎コンクリートの各強度と、アンボンド型アンカーボルトの強度との関係が、地震などによる過大応力負荷に際して、鉄骨柱、ベースプレート及び基礎コンクリート内の引張鉄筋が降伏する以前に、アンボンド型アンカーボルトの軸部が降伏する強度比に設定して構成されていることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、請求項１の露出型柱脚の定着部構造において、
アンボンド型アンカーボルトの強度に対して、鉄骨柱およびベースプレートの強度が１．０倍超〜２．０倍の範囲内に設定して構成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２の露出型柱脚の定着部構造において、
アンボンド型アンカーボルトのネジ部強度が、軸部の強度の１／０．７５〜１／０．９倍の範囲内に設定して構成され、同アンボンド型アンカーボルトの軸部有効長さが、鉄骨柱の外径の０．６７〜４．０倍の範囲内に設定して構成されていることを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載した発明は、請求項１又は２の露出型柱脚の定着部構造において、
アンボンド型アンカーボルトのネジ部と軸部が同一材料の構成であり、同ネジ部の有効径断面積が、軸部の断面積の１／０．７５〜１／０．９倍の範囲内に設定して構成され、同アンボンド型アンカーボルトの軸部有効長さが、鉄骨柱の外径の０．６７〜４．０倍の範囲内に設定して構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載した発明は、請求項１又は２の露出型柱脚の定着部構造において、
アンボンド型アンカーボルトのネジ部の有効径断面積と軸部の断面積が同一であり、同ネジ部の強度が軸部の強度の１／０．７５〜１／０．９倍の範囲内に設定して構成され、同アンボンド型アンカーボルトの軸部有効長さが、鉄骨柱の外径の０．６７〜４．０倍の範囲内に設定して構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載した発明に係る露出型柱脚の定着部構造の復旧工法は、
鉄筋コンクリート造基礎コンクリート中に軸部を埋め込み、ネジ部がコンクリート面上に突設されたアンボンド型アンカーボルト及びナットを用いて、同基礎コンクリート上に鉄骨柱のベースプレートを固定して構成される露出型柱脚の定着部構造において、
鉄骨柱とベースプレート及び基礎コンクリートの各強度と、アンボンド型アンカーボルトの強度との関係を、地震などによる過大応力負荷に際して、鉄骨柱、ベースプレート及び基礎コンクリート内の引張鉄筋が降伏する以前に、アンボンド型アンカーボルトの軸部が降伏する強度比に設定すること、地震などによる過大応力負荷が構造物に加えられ、同構造物の上部架構の立て入れ直しを行った後に、鉄骨柱のベースプレートと基礎コンクリート間のモルタル欠損部を修復してから、アンボンド型アンカーボルトのナットを増し締め施工して鉄骨柱のベースプレートを再定着することを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１〜５の発明に係る露出型柱脚の定着部構造の実施形態を示す断面図であり、図２Ａ，Ｂは、同露出型柱脚を構成する鉄骨柱及びベースプレートに作用する力の関係を示す説明図、図３は、同定着部構造を構成する角部の強度の関係を示す説明図である。なお、図３中の符号１０が鉄筋コンクリート造基礎コンクリート１１の補強鉄筋であり、そのうち柱脚曲げＭの引張り側に位置して引張りを受ける鉄筋を引張鉄筋と称する。
【００１２】
図１の定着部構造において、捨てコンクリート１０上に構築された鉄筋コンクリート造の基礎コンクリート１１には、下端のネジ部２３を保持金具１によって支持した複数本のアンボンド型アンカーボルト２の各軸部２２が埋め込まれ、上端のネジ部２１を基礎コンクリート１１の上面１１ａ上に突出させている。また、同上面１１ａの中心部にレベル出しのための基準モルタル層３を設け、構造物の鉄骨柱４は、下端のベースプレート５を基準モルタル層３の上に載せてレベル出しを行った上で、各アンボンド型アンカーボルト２のネジ部２１へナット６をねじ込んで仮固定し、更にモルタル７を施工した後、ナット６を本締めして定着が行われている。
【００１３】
請求項１に記載した発明は、上記のように構成される露出型柱脚の定着部構造において、鉄骨柱４とベースプレート５及び基礎コンクリート１１の各強度と、アンボンド型アンカーボルト２の強度との関係を、地震などによる過大応力負荷に際し、鉄骨柱４、ベースプレート５及び基礎コンクリート１１内の引張鉄筋が降伏する以前に、アンボンド型アンカーボルト２の軸部２２が降伏する強度比に設定して構成されている。
【００１４】
つまり、アンカーボルト２の軸部２２のみを降伏させて、他の各構成要素は降伏させずに健全な状態を維持させるもので、この結果、アンカーボルト２の上端ネジ部２１及び下端ネジ部２３も降伏されずに健全な弾性状態を維持しており、そのネジピッチが変化されないので、ナット６の増し締めによって露出型柱脚の定着部構造の全体を簡単かつ確実に修復できるのである。
【００１５】
なお、この発明における強度比とは、ベースプレート５を含む鉄骨柱４又は基礎コンクリート１１の曲げ耐力の柱脚曲げ耐力に対する比を意味する。この請求項１の発明では、前記の強度比が１倍超以上であり、これによってベースプレート５を含む鉄骨柱４及び基礎コンクリート１１内の引張鉄筋は降伏しないことを示している。
【００１６】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１の発明に係る前記強度比を具体的に示したもので、アンボンド型アンカーボルト２の軸部２２の強度に対して、鉄骨柱４及びベースプレート５の強度比が、最小は１倍超以上、最大は経済性を考慮して２倍までの範囲内に設定して構成する。
【００１７】
ところで、鉄骨柱４が降伏しないための条件は、柱脚の曲げ耐力ｂＭｕが鉄骨柱４の曲げ耐力ｃＭｙ（＝鉄骨柱の断面係数ｃＺ×鉄骨柱の降伏点ｃＦｙ）を下回ることが必要である。請求項２記載の発明の構成要件を考慮すると、鉄骨柱４の断面性能としては、下記の［数１］に示す範囲内に設定すればよい。
【００１８】
【数１】
0003747273.tif 000002
【００１９】
なお、柱脚の曲げ耐力ｂＭｕを算定する下記の［数２］〜［数４］は、（財）日本建築センターの「建築物の構造規定」による技術慣行式を利用している（図２及び図３を参照）。
【００２０】
【数２】
0003747273.tif 000003
【００２１】
【数３】
0003747273.tif 000004
【００２２】
【数４】
0003747273.tif 000005
【００２３】
次に、基礎コンクリート１１内の引張鉄筋が降伏しないための条件は、上記柱脚の曲げ耐力ｂＭｕが、基礎コンクリート１１の曲げ耐力ｋＭｙを下回ることが必要である。ここでも請求項２記載の発明の構成要件を考慮すると、下記の［数５］に示す範囲内になる。
【００２４】
【数５】
0003747273.tif 000006
【００２５】
更に、アンカーボルト２の軸部２２のみが降伏し、ベースプレート５が降伏しないための条件は、引張側および圧縮側の両面においての検討が必要である。塑性化しないためのベースプレート５の板厚は、下記の［数６］及び［数７］によって算出する。［数６］はベースプレート５の引張側断面が塑性化しないための条件であり、［数７］は圧縮側断面が塑性化しないための条件である。これらの式において、ルート項以上が必須であるが、その上限は安全率と経済性を考慮して２倍程度に定めた。
【００２６】
【数６】
0003747273.tif 000007
【００２７】
【数７】
0003747273.tif 000008
【００２８】
以上の各設定を行うことにより、地震などによる過大応力負荷時において、アンカーボルト２の軸部２２以外は降伏せず、弾性状態を保持することが可能である。
【００２９】
次に、請求項３に記載した発明は、上記請求項１及び２に記載した発明の露出型柱脚における復旧後の性能を確保するために必要な条件を具体的に示したものである。即ち、アンボンド型アンカーボルト２の上端ネジ部２１及び下端ネジ部２３の強度を軸部２２の強度の１／０．７５〜１／０．９倍の範囲内に設定し、同アンボンド型アンカーボルト２の軸部２２の有効長さを、鉄骨柱４の外径の０．６７〜４．０倍の範囲内に設定して構成する。
【００３０】
構造物の設計は、構造物の構造及び規模に応じて、使用予想期間中にその区域に発生する確率が高いと推定される強い地震に対しては使用限界設計と称される短期設計（１次設計）を、そして、地震学的に発生可能な極めて大きい地震に対しては終局設計（２次設計）を行うことになっている。終局時（終局設計時）になったときの露出型柱脚の変形状態を回転角で示すと、最大で１／５０〜１／２５ラジアン程度と言われている。この部位を構造実験するときもこれに基いている。
【００３１】
つまり、柱脚部においては、応力負荷に対して１／５０〜１／２５ラジアン程度の回転角θを許容することが必要である。そして、復旧後も再び同程度の性能を発揮させるためには、当初と同等の回転角θを許容することが必要である。
【００３２】
本出願人の先願発明では、アンボンド型アンカーボルトが塑性変形能力を十分に発揮できるように、ネジ部の強度を軸部の強度よりも大きくし、ネジ部が降伏応力度以下（弾性状態）に維持されることを目指して、ネジ部と軸部との強度範囲を定めたが、請求項３に記載した発明においては、前記の強度範囲と、上記復旧後の回転角θの確保とを目的にしたアンカーボルトボルトの軸部長さの範囲を定めたのである。
【００３３】
下記の［表１］には、この発明に係る露出型柱脚における各構成要素の弾塑性状態を示している。
【００３４】
【表１】
0003747273.tif 000009
［表１］によって明らかなように、終局時の軸部２２は、１度降伏して塑性変形を生じている。このとき軸部２２は、最大で回転角θ＝１／２５ラジアンに相当する残留伸び変形を受けている。このため再び終局状態になった時点では、さらに最大で回転角θ＝１／２５ラジアンに相当する伸びに対して破断しないことが必要で、累積の回転角θは、最大で１／１２．５ラジアンとなる。
【００３５】
一方、構造物の設計は、公共性及び経済性なども考慮しなければならない。よって、請求項３記載の発明においては、最大の累積回転角θからみて１／２５×２回分＝１／１２．５ラジアンに対して、安全率を２倍程度考慮した１／５ラジアン相当の伸長を期待できるアンカーボルトにし、最小は１／５０×２回分＝１／２５ラジアンに安全率を約２倍程度考慮した１／１２．５ラジアン相当の伸びを期待できるアンカーボルトボルトにする必要がある。
【００３６】
ここで、回転角θは、下記の［数８］に示す範囲内に設定すればよい（図２及び図３を参照）。
【００３７】
【数８】
0003747273.tif 000010
【００３８】
上記のδに関する一様な伸びとは、図４Ａ、Ｂに示した「ＪＩＳ  Ｚ  ２２４１」金属材料引張試験方法に基いた引張試験を行ったときの最大引張時までの
伸びである。なお、ＫσのＫ値は０．９９または０．９８が一般的である。
【００３９】
この一様な伸びδについては、下記の［数９］に示す範囲内が経済的で十分実用に耐え得る限界点である。これ以下では脆いアンカーボルトになり、これ以上ではコストが高くなる。
【００４０】
【数９】
0003747273.tif 000011
【００４１】
また、上記ｄｔ＋ｄｃまたはｄｔ＋ｄｅを鉄骨柱の外径Ｃで示すと、下記の［数１０］の範囲が経済的で実用に耐え得る範囲である。これ以下では施工が面倒になり、これ以上では柱脚部が大きくなってコスト高を招く。
【００４２】
【数１０】
0003747273.tif 000012
【００４３】
ところで、上記した［数８］〜［数１０］から、Ｌｂについて示すと、下記の［数１１］の範囲内になる。
【００４４】
【数１１】
0003747273.tif 000013
【００４５】
従って、請求項３に記載した発明の構成要件の性能を備えるアンボンド型アンカーボルト２を用いた露出型柱脚では、あらかじめ構造設計の時点で鉄骨柱４の許容回転角θを設定することが可能であるため、復旧時にアンボンド型アンカーボルト２の伸びに基いて使用した回転角θを確認して、残りの許容回転角θ’を算定できる。地震などによる過大応力負荷の程度によっては、２回目の終局状態後においても復旧させて使用できる可能性がある。
【００４６】
次に、請求項４及び５に記載した発明は、上記請求項３に記載した発明の露出型柱脚の定着構造において、アンボンド型アンカーボルト２の上端ネジ部２１及び下端ネジ２３を降伏させずに、軸部２２のみを降伏させるために必要な条件として、それぞれの断面積及び材料強度に着目して具体的に示したものである。
【００４７】
即ち、請求項４に記載した発明は、アンボンド型アンカーボルト２の上端ネジ部２１及び下端ネジ部２３と軸部２２とを同一材料とし、同ネジ部の有効径断面積を軸部２２の断面積の１／０．７５〜１／０．９倍の範囲内に設定し、軸部２２の有効長さを鉄骨柱４の外径の０．６７〜４．０倍の範囲内に設定して構成する。また、請求項５に記載した発明は、アンボンド型アンカーボルト２の上端ネジ部２１及び下端ネジ部２３の有効径断面積と軸部２２の断面積とを同一にした上で、同ネジ部の強度が軸部２２の強度の１／０．７５〜１／０．９倍の範囲内に設定し、軸部２２の有効長さを鉄骨柱４の外径の０．６７〜４．０倍の範囲内に設定して構成する。
【００４８】
次に、請求項６に記載した発明は、上記請求項１〜５の発明に係る露出型柱脚の定着部構造に関して、地震などによる過大応力負荷後の復旧工法について述べたものである。この復旧工法の実施形態を図５Ａ、Ｂ及び図６Ａ〜Ｃに基いて
説明する。
【００４９】
図５Ａは、過大応力負荷前での露出型柱脚の定着部構造の有様を示す。図５Ｂは、大規模な地震時における鉄骨柱４及びベースプレート５並びにアンカーボルト２の挙動を示し、鉄骨柱４とベースプレート５が右方へ傾いて、左右両側の各アンボンド型アンカーボルト２の軸部２２に伸びを生じている。図６Ａ〜Ｃは、復旧を完了するまでの段階を順に示す。
【００５０】
即ち、先ず最初に、構造物の上部架構（図示省略）の立て入れを直すことで、鉄骨柱４及びベースプレート５を定着位置となし（図６Ａ）、超音波探傷などの手法や目視などによって、アンボンド型アンカーボルト２の上端ネジ部２１、ナット６、その他の各部の損傷の有無や軸部２２の伸び量を確認する。そして、圧壊もしくは破断されたモルタル層７を除去した上で（図６Ｂ）、ナット６を増し締めして仮固定を行う。
【００５１】
続いて、外側周囲に堰板９を設置してから、同部分へモルタルを再充填して補修し、同補修モルタル層８の硬化後にアンボンド型アンカーボルト２に対するナット６の本締めを施工することにより（図６Ｃ）、露出型柱脚の定着部構造を過大応力負荷前の性能に復旧させることができる。
【００５２】
【発明が奏する効果】
請求項１〜５に記載した発明に係る露出型柱脚の定着部構造によれば、構造物に過大応力負荷が加えられても、アンボンド型アンカーボルトの軸部のみが降伏し、他の鉄骨柱、ベースプレート及び基礎コンクリートは健全性を維持する。
【００５３】
従って、請求項６に記載した発明に係る復旧工法により、アンボンド型アンカーボルトに対するナットの増し締めのみを行うことで、露出型柱脚の定着部構造を簡単かつ確実に復旧させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１〜５の発明に係る露出型柱脚の定着部構造の実施形態を示す断面図である。
【図２】露出型柱脚を構成する鉄骨柱及びベースプレートに作用する力の関係を示すもので、Ａは柱脚部の正面図、Ｂは平面図である。
【図３】定着部構造を構成する各部の強度の関係を示す説明図である。
【図４】アンボンド型アンカーボルトの引張試験結果を示す図表であり、Ａは試験体中央付近で破断した場合の例、Ｂは中央から試験体の掴みの間で破断した場合の例である。
【図５】Ａは過大応力負荷前の露出型柱脚の定着部構造の有様を示す断面図、Ｂは過大応力負荷時の露出型柱脚各部の挙動を示す断面図である。
【図６】Ａは立て入れを直しを行って鉄骨柱及びベースプレートを定着位置に戻した状態を示す断面図、Ｂはモルタル欠損部を除去して仮締めを行った状態を示す断面図、Ｃは欠損部にモルタルを再充填して本締めを行った状態を示す断面図である。
【符号の説明】
１１          基礎コンクリート
１１ａ        コンクリート上面
２            アンボンド型アンカーボルト
２１          ネジ部
２２          軸部
３            基準モルタル層
４            鉄骨柱
５            ベースプレート
６            ナット
７            モルタル層
８            補修モルタル層
【図１】
0003747273.tif 000014
【図２】
0003747273.tif 000015
【図３】
0003747273.tif 000016
【図４】
0003747273.tif 000017
【図５】
0003747273.tif 000018
【図６】
0003747273.tif 000019