広島工業大学紀要研究編
第 51 巻（2017）157-167

論

文

露出柱脚付低層鋼構造物の地震時応答性状と柱脚挙動について― その１

地震応答解析結果 ―山西央朗＊（平成28年11月１日受付）

A SEISMICRESPONSE OF FRAME & COLUMN-BASE FOR
LOW-RISE STEEL STRUCTURE WITH EXPOSED COLUMN-BASE― part 1 Results of seismic response analysis ―Teruaki YAMANISHI（Received Nov. 1, 2016）

Abstract
Resistance characteristics of exposed column-base varied column axial force, and it many used in
low-rise and middle-rise steel structures. Moreover, it is difﬁcult to estimate of exposed columnbase behaviour subjected to working stress of generally structure on ground motion.
The author discussed exposed column-base behaviour and structure response on ground motion,that uses seismic response analysis results obtain from low-rise steel structure with model that can
reproduce the column-base behaviour.
In this paper, shown seismic response of structure with exposed column-base.
Key Words: exposed column-base, collapse mechanism, joint factor, column-base working stress,

column-base rotational rigidity, frame response, shear-key

さ１），アンカーボルト自身の伸び能力に関する知見２），ベー

１．序論
1.1

スプレートと基礎コンクリートとの支圧状態を詳細に表現研究背景と目的するための評価法３～８）などの導出に注力しており，今日定

これまでの露出柱脚に関する研究の内容は，以下２つにめられている露出柱脚細部の構造規定を築く礎となってい大別できる。

る。後者は，構造規模や露出柱脚部の履歴形状を変数とし・部材実験等の結果から，接合部挙動の理解を深める研た結果を比較して，露出柱脚の履歴形状が構造物応答に与

究

１～８）

える影響は少なく，更に，柱脚の特性を表現する上で最大・露出柱脚をスリップ型履歴形状を持つ弾塑回転バネ（以耐力を表現することが重要である等，全体応答を議論する

後，回転バネと記す）で再現した構造物の時刻歴応答解時の柱脚の取り扱いやその影響に関する知見が得られてい析結果から，露出柱脚と架構との相互関係を紐解こうとる１，９，10）。また，回転バネの曲げ耐力・回転剛性を変数としする研究１，９～10）た応答解析結果から，接合部係数（柱と柱脚の耐力比）毎

前者は，露出柱脚の塑性変形能力を向上させることを目に確保すべきベースプレート回転角の値も示している11）。

的に，アンカーボルト抜出しを防止するための埋め込み深しかしながら，これら研究では，局所抵抗特性または全＊＊＊広島工業大学工学部建築工学科― 157 ―

山西央朗

体応答を効率よく議論するため，実際の挙動・境界条件を一部簡略化して実施している。具体的には，部材実験では
柱曲げモーメント反曲点高さを固定，柱軸力履歴を単純化し，更に，時刻歴応答解析では回転バネを用いることで柱軸力による付加曲げ抵抗等が精確には再現されない。このため，実構造物地震時における露出柱脚の存在応力や柱脚周辺の抵抗特性が十分には明らかにされていない。

図１

結果，これら知見のみでは露出柱脚ディテールを一定の露出柱脚の抵抗機構
表１条件下に収める等の慣例に基づいた設計を実施せざるを得

図2

スリップ型復元力特性

露出柱脚の支圧状態（正方向）ず，実務設計において露出柱脚の設計合理性を追求することは困難である。
一方，いくつかの研究では，露出柱脚挙動を再現するモ
デルを用いた時刻歴応答解析12～15）が実施しされているが，全体応答の議論や，全体応答を得るための回転バネの取り扱いに着目しているのみである。また，オンライン実験 16，17），
部分架構実験18）や大型実験19）による研究も実施されており，構造規模や露出柱脚接合部係数を変数とすることで露
出柱脚の実務設計に必要な諸量の一端は示せているが，各数値や知見が得られた論理的背景に対する追求は乏しい。
このような背景の下，本研究では，露出柱脚の詳細挙動を追跡できるモデルを設置した４層の低層構造物20）を対象とし，露出柱脚の接合部係数を変数とした時刻歴地震応答解析を実施する。本論“その１”では，得られた結果を用いて露出柱脚の局所応答，露出柱脚と架構との相互関係を

図３

議論する。

露出柱脚の代表的な履歴形状

緊結材にアンカーボルトを用いたエンドプレート形式とし
1.2

本論文の構成て基礎上面に設置したものである。基礎部材より上の構造

２章では，先ず，中柱および側柱の柱軸力を再現するた物自重が作用するため，曲げモーメントが作用すると軸力め定型化した作用応力に対する露出柱脚の履歴形状を吟味による付加曲げ抵抗，アンカーボルトの弾性伸びによるする。露出柱脚で想定される状態変化を簡潔に延べること

ベースプレートの回転離間が生じ，その抵抗機構と復元力

で，後の議論を理解するための助けとする。

特性履歴形状は図１，２となる。また，側柱で生じる変動

３章では，露出柱脚の挙動を再現するモデルの構成およ

軸力に対して付加曲げ抵抗は比例的に増減し，更に，引張び設定法を示す。また，再現精度を吟味するため，既報の軸力領域に達するとベースプレートと基礎との支圧状態に5 層鋼構造物のオンライン実験，圧縮・引張の一定柱軸力

影響を与える。
なお，アンカーボルトに導入される初期軸力は降伏軸力を入力した部材実験を，本論で取り扱う露出柱脚のモデルの 10～20% 程度であり，復元力特性上における影響は小で再現し，各々の整合性を確認する。
４章では，本論文で対象とする４層鋼構造物の諸元，露さいと判断し，ここでは議論しない。

出柱脚の詳細とその特性，入力加速度等の各種解析変数と表記方法を示す。

本節では，４章以後に取扱う一般的な露出柱脚挙動の理解を助けるため，下記仮定を設けて代表的な支圧状態と履

５章では，時刻歴応答解析結果の一部を用いて，露出柱歴形状を説明する。

脚付鋼構造物の露出柱脚部挙動，第一層の応答，柱脚を変・定常振幅繰返しの曲げ変形を与える。

数としたときの全体応答の変化等を議論する。

・アンカーボルト列数は３列とし，うち１列は柱図心位置

６章では，本論文で得られた知見を示す。

を通る。
・アンカーボルトには曲げ載荷による塑性伸びが生じている。

２．露出柱脚の基本的な挙動と履歴形状

・柱軸力は，中柱を想定した一定圧縮軸力１，10，12，21），側露出柱脚は，柱下端部に溶接接合したベースプレートを，― 158 ―柱を想定してベースプレート回転角に対して線形で柱軸露出柱脚付低層鋼構造物の地震時応答性状と柱脚挙動について

図４

露出柱脚のモデル化

図５

図６

F-model と回転バネの差異

図７

オンライン実験対象架構概要

オンライン実験結果

力が増減する変動軸力22～25），同じく側柱を想定して更に梁の塑性化を加味した完全弾塑性型の軌跡（後述の５章

３. 露出柱脚挙動再現モデル参照）を採用し，計３種の柱軸力を与える。

本章では，過去の研究知見に基づき構築した露出柱脚挙動を再現するモデルの説明と，既報の研究結果を用いて整表１に記号と支圧状態を，図３に M-θ 関係上の履歴形
状をそれぞれ示す。尚，図３右下のアンカーボルト名称は合性の検証を行う。
3.1

モデルの構成露出柱脚の挙動を再現するため，ビーム要素，バネ要素

表１のボルト名称に対応する。また，図３中には軸力の軌を用いて図４に示すモデルを構築する。柱下端部に剛と見跡を赤線で併記する。
図１（a）では，付加曲げ抵抗は一定値となり，正負でのなせるビーム要素を設けてこれをベースプレートに見立

履歴形状の差異は小さく，更に，最大耐力は同一である。

て，その先端に基礎との接触離間，アンカーボルトとの接図１（b）では，ベースプレート回転角の増減に対して線触離間を再現したバネを設置する。また，柱直下に水平変

形的に柱軸力が増減するため，曲げ耐力が正方向回転では位を拘束するためのピンローラー支持を設ける。以後，本低下，負方向回転では増大する。また，正方向回転では引モデルを F-model と記す。

張軸力領域に達するため，除荷時にはベースプレートと基礎とが離間する。

F-model であれば柱軸力による付加曲げ抵抗が現われ，例えば，柱軸力が圧縮一定の時に図２のフラッグシップ型

図１（c）
では，
（b）と類似した履歴形状を示す。但し，軸を示す。更に，図５に示す変動する柱軸力（赤線）に対し力が完全弾塑性型の軌跡を描くので，同一回転角であってて，露出柱脚と同様に逐次柱軸力による付加曲げ抵抗が変も載荷時と除荷時とで軸力の大きさが異なり，正方向では化する。同図中には，回転バネの履歴（青色破線）も示し

載荷時より除荷時の付加曲げ曲げ抵抗力が高く，負方向でているが，回転バネは軸力に対して独立しているので，露はこの逆となる。

出柱脚の挙動を再現しない。
― 159 ―

山西央朗

図９

部材実験の柱脚曲げモーメント M- ベースプレート回転角 θ 関係
図８

表２

図 10

部材実験試験体概要

解析対象部材リスト

図 11

解析対象構造物

尚，F-model の各種バネ特性の算定手法については付録

FEM 解析モデル

メント M-θ 関係，第 1 層層せん断力 Q1 - 層間変形角 r1 関
係，最大層間変形角 ri max 分布，左側柱及び中柱の θ 時刻歴，

A に示す。

r1 時刻歴を示す。
3.2
3.2.1

露出柱脚挙動の再現性検証

図 7（a），（b）より，左側柱柱脚の柱軸力は圧縮軸力領軸力変動が生じる露出柱脚（オンライン実験）域で回転角に対して正の相関性を示し柱脚 M-θ 関係の履

18）

図６に既報のオンライン実験 に採用した構造物概要を

歴形状は正，負の載荷方向で異なる。中柱の柱軸力はほぼ示す。５層鋼構造物に El Centro NS 波（最大速度が 50 kine

一定となり，柱脚 M-θ 関係は正負の差異が無い履歴形状となるように基準化）を入力し，側柱の挙動を実験で再現が得られている。これら，露出柱脚周りの挙動，（c）～（f）したものである。

の第一層履歴形状や全体の最大応答，そして，柱脚および

図６に示す架構，並びに露出柱脚の弾塑性挙動を再現す

第一層の変形時刻歴は，F-model により精度良く再現できるようにモデルを構築し，これに地震動を入力して得られている。

た結果の整合性を見る。架構および露出柱脚の詳細は，文

3.2.2

引張軸力を受ける露出柱脚（部材実験）

図８に既報の部材実験試験体25）を示す。露出柱脚付片持献 18）参照。
整合性確認のため，図７に側柱左柱脚の柱軸力 N- ベー
スプレート回転角 θ 関係，左側柱及び中柱の柱脚曲げモー

ち柱に一定圧縮・引張の柱軸力と曲げモーメントを与えたものである。

― 160 ―

露出柱脚付低層鋼構造物の地震時応答性状と柱脚挙動について
表３

表４

露出柱脚の接合部係数，モデル諸量，最大耐力と各種回転剛性

図８の試験体形状・境界条件を満足するようにモデルを

加速度リストが，ここでは，柱脚以外の部材は文献 20）と同一の部材を構築し，同じく，柱上部に鉛直力，水平変位を入力し，得使用する。

られた結果の整合性を見る。

4.1

整合性確認のため，図９に柱脚曲げモーメント M- ベー

解析対象の基本情報

図10，表２に解析対象とする構造物の概要を示す。
対象架構は４層ラーメン架構であり，梁中立軸を構造階

スプレート回転角 θ 関係を示す。また，各図中の右下には，高とするフレームモデルへ置換し，表２に示す部材の断面

実験終了時の履歴吸収エネルギー量を併記している。
図８より，引張軸力領域では軸力の大きさにより M-θ 関

諸量を入力する。尚，各部材は断面諸量を加味した M-N係の履歴形状は変化する。（b）ではフラッグシップ型を示

耐力相関関係，２次勾配を 1/100 とする移動効果則が再現しているが（d）では完全弾塑性型を示し，これは，アンカー

されている。また，床スラブの合成効果を再現するために

25）

ボルトが柱軸力を負担することに基因 する。F-model は，梁のヤング係数を 1.5 倍とし，各質量は柱梁接合部に集約

引張軸力領域で現われる特異な履歴形状も再現でき，更に，して配置する。

最終時のエネルギー吸収量もほぼ整合が取れいている。
以上より，各種バネ特性を適切に設定すれば，図４に示4.2

露出柱脚の設定

すモデルで露出柱脚の構造特性を再現できることが示され

図 10（d）に示す形状を露出柱脚の基本とし，アンカーボ

た。４章以降の考察では，F-model による解析結果が実際

ルト断面を変数とした FEM 解析モデル（図 11 参照）をの挙動であるとして議論する。

構築する。FEM 解析から得られた最大耐力を指標に，各４.

柱脚の接合部係数 α を定める21）。

時刻歴地震応答解析概要（1）

解析には「任意平面骨組みの複合非線形解析プログラム

ここに，Mu : 柱脚の最大曲げ耐力，CMPC : M-N 耐力相

CLAP.f」を用い，時間刻み 0.005 秒，減衰定数はレーリー

関関係を考慮した柱の全塑性モーメント，α : 柱脚の接合型で h=0.02 とする。

部係数である。

解析の対象は，文献 20）に示されている例題建物（低層）FEM 解析は，柱材を弾性部材，柱軸力を一定（C2 ではの Y3 通りの構面とする。但し，柱脚は固定端として取り-1,541kN，C3 では -802kN として，長期の柱軸力を与える）

扱われており，露出柱脚のディテールは定められていない。

として実施し，露出柱脚の接合部係数 α を 0.7，0.8，0.9，

ここでは，試設計の後に FEM 解析を実施して柱脚性能を

1.0，1.1，1.2，1.4 とするためのディテールを決定する。更

定め，その結果を用いて F-model を構築する。

に，付録 A に示した手法により，図12（a）のモデルに置換

尚，柱脚降伏型となる場合は，一般的には第一層上梁のするための諸量を得る。表３に各柱脚の性能，ディテール

断面を大きくして第一層保有水平耐力の低減を回避するを，図12（b）に表３中の 割線弾性回転剛性 KS の定義を，― 161 ―

山西央朗

4.3

解析変数

架構は，
柱脚を 4.2 節に記した露出柱脚（F-model，α = 0.7～ 1.4），または固定端（Fixed）とした８体を用意し，表４（a）に示す水平加速度（記録波については，最大速度が50kine となるように加速度を基準化したもの）を入力す(a) F-model 諸量
図 12る。当該，計 32 ケースを主な解析変数とする。更に，Ai(b) 回転剛性の定義
露出柱脚の定義

分布による静的荷重増分解析も実施する。尚，各解析には鉛直方向加速度として，表４（a）最下段に記した重力加速度（G）を同時に入力し，露出柱脚にて柱軸力による付加曲
げ抵抗力を発現させる。
また，表４（a）の波では，終局状態に到達していないケースもある。終局状態を議論するため，表４（b）に示す El

Centor NS，Hachinohe EW を最大速度が 75kine となるよ
うに基準化した波も入力する。ここでも，鉛直方向には重図 13

力加速度（G）を入力する。

柱脚回転剛性 － 接合部係数関係

最後に，建築構造物の地震時応答を議論する場合，鉛直方向の加速度による影響は小さいとして水平加速度のみを入力するのが一般的である。一方，序論にも述べたように露出柱脚の弾塑性挙動は柱軸力に大きく依存するため，鉛直加速度による柱軸力の変動が全体・局所応答に与える影響を吟味すべきである。そこで，表４（c）に示す水平・鉛
直地震動の組合せを F-model で露出柱脚を再現した架構
図 14に入力した解析も実施する。当該結果については，次報

FEM 解析結果と F-model の比較（その２）で議論する。
図 16 に，上述の解析変数の表記方法例を記す。

５．露出柱脚付鋼構造物の基本挙動
本章では，露出柱脚を有する構造物の基本的な挙動を検討する。先ず，図17 に F-model の静的荷重増分解析時の層 せ ん 断 力 Qi - 層 間 変 形 角 ri 関 係 を 示 す。 次 い で，
図 15

柱・梁部材に用いる移動硬化則モデル

F-model，Fixed に表４（a），（b）に示す波を入力した時刻
歴地震応答解析結果について議論する。
解析結果として，図 18 に F-model の各接合部係数毎のベースプレート最大回転角 θmax を，図19 に露出柱脚の正方向および負方向塑性率 η+，η－を，図20～23 に第一層柱

図 16下端部，第一層上梁端部の最大塑性率および累積塑性変形

解析変数の表記方法例

倍率を，図 24～30 に代表的な変数の柱脚部曲げモーメン

図13 に各接合部係数 - 柱脚回転剛性の分布を，それぞれ

ト M- 柱軸力 N 耐力相関関係，M- ベースプレート回転角示す。また，図14 に FEM 解析と F-model の M-θ 関係のθ 関係，柱軸力 N–θ 関係，M- 柱下端変形角 Qc 関係，第一例を示すが，ほぼ整合が取れていることが分かる。

一層上梁端曲げモーメント m- 梁端変形角 Qb 関係，第一尚，柱軸力の変動により接触反力の最大値が変化し，結層の層せん断力 Q1- 層間変形角 r1 関係，第一層各柱の果，柱軸力と共に圧縮合力点位置が増減する。図12（a）にQC - r1 関係を，図31 に任意時刻の架構の変形状態（地盤示すモデルでは，これを再現し得ないが，露出柱脚の最大からの相対変位）を，図32 に最大変形角 rimax の分布と地耐力の推移は概ね追跡できることを確認している。

震後残留変形 rR（地震動による振動がほぼ終了している，

柱および梁には図 15 に示す移動硬化則と M-N 相関関係を与える。

70 秒時点の層間変形角とする。但し，B-L2 は地震継続時
間が 120 秒であるので，150 秒時点の層間変形角とする。）― 162 ―

露出柱脚付低層鋼構造物の地震時応答性状と柱脚挙動についての分布を示す。

右縦軸は MU と柱の全塑性曲げ耐力 cMPC で，図 29 右縦軸

但し，図26，27，30 については，中柱の代表値として X3は層に作用する重量 w1 で除した軸を設けている。また，のみを示し，更に図 30 については，履歴が重複すること

図18 には各柱脚の降伏回転角を併記している。

による見難さを回避するため，X1，X5 の結果を 0.025（rad）

5.1

露出柱脚の挙動

平行移動して描画している。また，図19～23 の各塑性率，

図18，19 より，中柱に位置する X2～X4 のベースプレー塑性変形倍率は図25，図27，図28 に示す局所の応力 - 変

ト回転角はほぼ一致しているが，側柱に位置する X1 およ

形角関係の履歴から算出している。

び X5 の θmax は差異が生じている。後者の結果は，以下二尚，無次元化軸として，図24 上横軸は柱脚最大耐力 MU（長期荷重による軸力で算定），右縦軸はアンカーボルト降つの挙動に基因したものである。
①

伏軸力の総和 ΣTY で，図25 上横軸は柱脚降伏回転角 θY，

図 17

露出柱脚では，N の圧縮方向への増減に比例し付加曲げ抵抗力も増減する。図 26 より，N-θ 関係の履歴が

静的荷重増分解析時の層せん断力 Qi- 層間変形角 ri 関係

図 19

図 18

接合部係数毎のベースプレート
最大回転角

接合部係数毎の露出柱脚の正方向および負方向塑性率 η+，η－

図 20

接合部係数毎の柱下端部の最大塑性率 ηmax

図 21

接合部係数毎の柱下端部の累積塑性変形倍率 ηaccumlation

図 22

接合部係数毎の第一層上梁の最大塑性率 ηmax

図 23

接合部係数毎の第一層上梁の累積塑性変形倍率 ηaccumlation― 163 ―

山西央朗

図 24

柱脚部の M-N 耐力相関関係

図 25

柱脚曲げモーメント M- ベースプレート回転角 θ 関係

図 26 N-θ 関係

図 30 第一層各柱の Qc-r1 関係（F-model - 1.2 - E-L3 - G）

図 27

M- 柱下端変形角 Qc 関係

図 28

図 32

m- 梁端変形角 Qb 関係

図 29

第一層の Q1-r1 関係

時刻歴地震応答解析の最大層間変形角，残留変形角分布― 164 ―

図 31 架構の変形状態（F-model - 1.4 - E-L3 - G（with Fixed））

露出柱脚付低層鋼構造物の地震時応答性状と柱脚挙動について力して，第一層の層間変形角が最大で 0.02（rad）程度であるとき，その θmax は中柱で 0.02（rad），側柱で 0.025（rad）
は生じうることが分かる。
5.2

全体応答

図 29 より，第一層の Q1- r1 関係は α =0.8 では柱脚の復元力特性により除荷点指向型に近い履歴形状を，α =1.2 ではほぼ bi-linear 型の復元力特性を示している。図 30 に示
すよう，側柱の X1 と X5 には前節で議論した①，②の影
図 33

軸力変動による露出柱脚部の降伏要素の変化（柱脚位置 :X5）

回転角に対して正または負の相関性が得られている場

響が現われているが，本解析の対象構造物のようにスパンが多く，中柱が層の挙動をほぼ支配するときには，接合部係数による設計思想が実現できていると言える。

合，M-θ 関係においては弾性回転剛性が増減することに等しい結果が現われ，具体的には，正方向ではまた，最大層間変形角の分布より，③

図 29（b）の α =1.2 においても Fixed に比較すると明X1 に比較して X5 の弾性回転剛性は高い。これに基らかに剛性が低い。これは図17 の静的荷重増分解析

因して X1 と X5 では柱脚と柱の変形負担比が異なり，の結果からも読みとれる。α =1.4 として柱脚に十分な

正方向では X1，負方向では X5 の θmax，η が大きい値

耐力を付与しても，第一層の層剛性は Fixed と比較しを示す。これは，柱脚が弾性挙動に留まる場合（図て８割程度であり，図 32 の最大層間変形角の分布，

19 の α =1.4）にも明瞭に現われている。

図 31 の架構の変形状態からも本解析で採用した接合② 側柱では柱軸力の変動により，図 24（a）では α =0.8 と部係数の範囲では，Fixed と整合の取れる結果は得らいう指標値に対して X5 の正方向は柱の全塑性耐力曲

れていない。従って，露出柱脚付鋼構造物においては，

線に接触，図 24（b）では α =1.2 に対して X1 の正方向接合部係数によらず露出柱脚の変形に伴う第一層層剛は柱脚の最大耐力直線に接触する。このため，図 25，

性の軟化を再現することが重要である。

27 の X1 と X5 は柱，柱脚共に塑性化している。柱軸④一方，図 31（a）～（e）に着目すると，各接合部係数の力の変動による柱および柱脚の最大耐力の増減により応答値に大きな違いはない。図 31（f）のように一部に降伏要素が変化する当該現象は，図 19～21 より α = 0.8

差異が現われるものもあるが，基本的に本解析で扱っ～1.2 の間で生じていることが分かる。

ている範囲の接合部係数の変化が最大層間変形角の分

この柱脚周りの挙動を図 33 にまとめる。正負に同一布に与える影響は，大きくないと判断できる。

の層間変形角が作用する時の X5 を想定すると，先ず，正方向では柱が降伏・塑性化するので回転角 θ < θY と5.3

第一層上梁の局所応答なる。その後，負方向では柱脚の降伏・塑性化による

図 22，23 より，本解析の範囲では接合部係数が増大す

回転角に加え，正方向で生じた柱塑性曲げ変形に伴うる程，梁の最大塑性率・累積塑性変形倍率も増大する傾向

回転角が累加されるので，正方向に比較して大きな回にある。これは，

転角 θ が生じる。従って，X1 と X5 の θmax の差異は，⑤④に記述したように接合部係数に対して最大層間変形

α =0.7 よりも図 33 の挙動が発現する α =0.8 の方が大角は大きく変化しない。一方，柱脚の回転剛性は接合きくなる可能性がある。その傾向は，本解析では図部係数に比例的に増大（図 13 参照）し，任意変形角19（a），（b），（e），（f）に現われている。

下での梁の変形負担率は高くなるため，梁の塑性率等が増大したと考える。

以上，側柱の露出柱脚には，その弾塑性挙動に影響を与柱降伏型（α > 1.0）として第一層の履歴形状を bi-

える程の柱軸力の変動が生じている。従って，柱軸力の変liner 型へと近づけてエネルギー吸収効率を確保して動は現在の接合部係数で定めた設計思想の実現を阻害する

いても，上述のように梁の変形は寧ろ増大する可能性要因となる。また，①および②の挙動から，付加曲げ抵抗がある。更に，図 23 から，Fixed に比較して柱降伏力を再現しない解析モデルでは，側柱露出柱脚の局所応答型の累積塑性変形倍率はほぼ等しいか高い。従って，を表現できないことは明らかである。

露出柱脚を設置する場合は，柱降伏型として設計して応答量としては，柱脚降伏型（0.7< α <1.0）とした低層鋼構造物に対して最大速度が 50kine クラスの地震動が入― 165 ―

も，第一層上梁には塑性変形能力を確保することが重
要である。

山西央朗

最後に，履歴形状に着目すると，⑥

に関する実験的研究，日本建築学会構造系論文集，第図28 に示す梁の履歴形状を見ると，側柱直上の 01 と433 号，pp.3₉-₄9，1992.3.

08 とはほぼ整合が取れている。また，図22，23 の 01

５）九谷和秀，増田貫志：鉄骨構造露出柱脚部の耐荷機構と 08 結果もほぼ整合が取れている。従って，①，②に関する実験的研究，日本建築学会構造系論文集，第のような露出柱脚の側柱柱脚の弾塑性挙動に対して，

440 号，pp.11₃-124，1992.10.

第一層上梁は影響を受けないことが分かる。

６）河野昭雄，田中秀宣，伊藤倫夫：露出型柱脚の回転剛性を考慮したラーメン骨組の水平剛性の評価につい

６．結論て，日本鋼構造協会，鋼構造論文集，第 10 巻第 40 号，

露出柱脚を有する低層鋼構造物の時刻歴応答解析を実施
し，露出柱脚挙動が鋼構造物に及ぼす影響等を明らかにしpp.45-52，2003.12.
７）宮坂博信，新井聡，内山政彦，山田丈富，橋本篤秀：

た。以下に，得られた知見をまとめる。

露出型固定柱脚構成要素の弾塑性挙動解析手法に関す

なお，ここでは，２章に示した露出柱脚再現モデル

る研究―その 1 曲げモーメントのみが作用する柱脚（F-model）による解を実際の挙動として記述する。

―，日本建築学会構造系論文集，第 550 号，pp.167-

１．側柱では柱軸力の変動が生じ，これに伴って付加曲げ

174，2001.12.

抵抗力も変動するため，M-θ 関係上において弾性回

８）角屋治克，川口淳，森野捷輔：曲げモーメントを受け転剛性が増減するに等しい結果が現われる。更に，柱る露出型固定柱脚の弾塑性挙動及び終局耐力に関するおよび柱脚の最大耐力も増減するため，接合部係数が研 究， 日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集， 第 583 号，

1.0 に近い領域では，載荷方向によって降伏要素が変pp.12₃-130，2004.9.

化する。

９）山田哲，秋山宏：柱脚の固定度が鋼構造多層骨組の終従って，側柱では設計思想が確保されない可能性があ

局耐震性能に与える影響，日本建築学会構造系論文集，

るので，設計思想によらず，側柱柱脚では柱，アンカー

第 496 号，pp.11₃-118，1997.6.

ボルト共に塑性変形能力を確保しておくことが重要で

10）河野昭雄，松井千秋：柱脚の復元力特性の違いがはりある。

降伏型鉄骨ラーメンの地震応答性状に与える影響につ２．柱脚降伏型（0.7< α <1.0）とした低層鋼構造物に対しいて，日本建築学会構造系論文集，第 507 号，pp.13₉-て最大速度 50kine クラスの地震動を入力し，第一層

146，1998.5.

の層間変形角が最大で 0.02（rad）程度であるとき，ベー11）長谷川隆，露出柱脚を有する鉄骨造骨組の地震応答性

スプレート最大回転角は中柱で 0.02（rad），側柱で状，日本建築学会 構造工学論文集，Vol.46 B，pp.657-

0.025（rad）生じる。

₆65，2000.3.

３．露出柱脚を設置した場合，接合部係数を 1.4 程度とし

12）Kuniaki SATO : A research on the a seismic behaviourても固定端と見なせる結果は得られない。また，露出of steel column base, PSSC, 1986.

柱脚の耐力変化に対して，層剛性の変化は緩慢である。

13）佐藤邦昭：柱脚の性能と構造設計（特集：耐震工学か

４．露出柱脚を設置する場合は，柱降伏型として設計してら 学 ぶ 鉄 骨 柱 脚 の 設 計・ 施 工 ）， 建 築 技 術（668），も固定端と比べて第一層層剛性は８割程度となり，第一層に変形集中が生じる傾向にあるため，第一層上梁

pp122-131, 2005.5.
14）鎌形修一，前田祥三，西村功：柱脚固定度を考慮したには塑性変形能力を確保することが重要である。

骨組み構造の地震時挙動の研究

一方，側柱の露出柱脚などで生じる特異な挙動に対しモデルの提案，日本建築学会大会学術講演梗概集，構て，第一層上梁が受ける影響は小さい。

造，pp.871-₈72，1986.8.

露出型柱脚の復元力

15）加藤勉，佐藤邦昭等：鋼構造露出柱脚の復元力特性が

参考文献

上部構造物に与える影響について （その 1：スリッ

１）秋山宏：鉄骨柱脚の耐震設計，技報堂出版，1985.3.

プ型モデルの応答解析）（その 2：完全弾塑性型モデ

２）日本鋼構造協会：建築構造用アンカーボルトを用いた

ルの応答解析），日本建築学会大会学術講演梗概集，構造，pp.867-₈70，1986.8.

露出柱脚設計施工指針・同解説，第１版，2009.10.
３）増田貫志：鉄骨柱脚部の力学性状に関する実験的研究

16）玉井宏章，高松隆夫，山西央朗，多田元英，松蔭知明：（その 1）曲げモーメントを受ける柱脚の変形挙動，日分散型実験システムによる統合化耐震性能評価法に関

本建築学会論文報告集，第 297 号，pp.11-22，1980.11.

する研究―露出柱脚を有する 5 層鉄骨建物の評価―，

４）九谷和秀，増田貫志：鉄骨構造露出柱脚部の終局耐力

日 本 建 築 学 会 構 造 系 論 文 集， 第 73 巻 第 631 号，― 166 ―

露出柱脚付低層鋼構造物の地震時応答性状と柱脚挙動について

pp.1665-1671，2008.9.

27）日本建築学会，鋼構造接合部設計指針，第３版，2012.3．

17）玉井宏章，高松隆夫，山西央朗，白木剛，多田元英：
統合化評価法を用いた実大ノンスリップ型露出柱脚の付録

仮動的実験，鋼構造年次論文報告集，第 14 巻，pp.26₉-

特性の算定手法

276，2006.11．

A

露出柱脚挙動再現モデル（F-model）各種バネ

図１に示す露出柱脚の抵抗機構の柱断面図心位置に着目

18）田中秀宣，三谷勲，嶋村洋子，伊藤倫夫：変動軸力をした曲げモーメントの釣合いを利用して，柱断面図心から受ける露出柱脚を有する鋼構造骨組の弾塑性挙動，日接触反力（ベースプレートが基礎を圧縮する力）の合力 C

本鋼構造協会，鋼構造論文集，第 12 巻第 45 号，pp.171-

までのモーメントアーム dc を定義すると，以下の式とな

184，2005.3.

る。

19）山田哲，吹田啓一郎，松岡祐一，島田侑子：震動台実（A.１）

験における弾塑性応答特性と崩壊メカニズムの形成，
日本建築学会構造系論文集，第 74 巻 第 644 号，pp.18511859，2009.10.

また，図４に示すように，F-model では dc の位置にア
ンカーボルトを設ける。アンカーボルトの抵抗による曲げ

20）日本免震構造協会，パッシブ制振構造設計・施工マニュ

耐力を再現するため，以下の式を用いて，アンカーボルトの降伏応力度を調整する。尚，F-model のために調整した

アル，第２版，2007.7.
21）山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，松村高良，松尾彰：

諸量にはトップバーを振る。

一定引張軸力を受ける露出柱脚の抵抗機構と復元力特

性モデル，日本建築学会構造系論文集，第 74 巻 第637 号，pp.561-567，2009.3．

（A.２）

ここに，ΣT・i dt i : 柱断面図心周りのアンカーボルト軸力22）玉井宏章：変動軸力と繰返し曲げを受ける露出柱脚のに基因した曲げモーメント総和，ΣTi : アンカーボルト軸

載荷実験：変動軸力下の半剛接特性，日本建築学会構

力の総和，MA Y i : アンカーボルト降伏軸力による柱脚曲げ

造系論文集，第 567 号，pp.14₉-156，2003.5.
23）玉井宏章：変動軸力の影響を考慮した露出柱脚付骨組

耐力，ni : i 列のアンカーボルト本数，AA i : アンカーボル―: アンカーボルトの降伏応力度である。
ト断面積，σの弾塑性解析法，日本建築学会構造系論文集，第 571

次いで，基礎からの抵抗を再現したバネ（基礎バネ）と，号，pp.127-135, 2003.9．

Yi

アンカーボルトの抵抗を再現したバネは，図２に示す露出

24）山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，松村高良，松尾彰：
引張軸力領域を含む変動軸力を受けるノンスリップ型

柱脚の M-θ 関係上で得られる諸量を用い，以下の式を用
いてバネ特性を定めるための各値を定義する。

露出柱脚の抵抗特性，日本建築学会構造系論文集，第74 巻 第 642 号，pp.1495-1502，2009.8．
25）山西央朗，高松隆夫，玉井宏章，澤田樹一郎，松尾彰：
引張軸力領域を含む変動軸力と曲げを受けるアンカー

（A.３）



（A.４）

― ―
ここに，AF ，LF : 基礎バネの断面積と長さ，Kn，θn : 付

ボルト多数配列型露出柱脚に関する研究，日本建築学
会構造系論文集，第 76 巻 第 660 号，pp.397-₄05，2011.2.

26）玉井宏章，山西央朗，白木剛，高松隆夫，松尾彰：ア

加曲げ抵抗域の回転剛性と付加曲げ抵抗力到達時回転角，―N : 柱脚に作用する柱軸力（長期），LA : アンカーボルトのンカーボルト初期張力や柱軸力の効果を考慮した平面

抵抗を再現したバネの長さ，KA i : アンカーボルトの弾性露出柱脚簡易解析モデル，日本建築学会構造系論文集，

伸びに基因した柱脚回転剛性である。

第 73 巻 第 628 号，pp.991-₉97，2008.6．

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