JP2005256424A - 鉄骨露出型柱脚構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨露出型柱脚構造において、柱脚の耐震性能を向上させ、かつ施工を簡略化し工期、コストを低減する。
【解決手段】本発明の固定構造は、基礎コンクリート１内に基礎梁下端筋２、基礎梁上端筋３、あばら筋４を埋設し、柱型部５にＵ字形のフープ筋結束用建方筋６、フープ筋７、アンカーボルト８を配筋し、このアンカーボルト８の上端を柱材９に接続されたベースプレート１０の挿通孔１１に挿通し、アンカーボルト８の上部にナット１２、１３を取付け、この両ナット１２、１３を締め付けることで初期張力をアンカーボルト８に導入し、これによりベースプレート１０を基礎コンクリート１に固定する。ベースプレート１０と基礎コンクリート１の間には、無収縮性グラウト材１４が充填されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は鉄骨露出型柱脚構造に関するものである。

阪神大震災で多くの鋼構造建築物に倒壊、大破といった被害が生じ、そのうち、鉄骨露出型柱脚部における被害によるものもあった。これらの被害には、鉄骨露出型柱脚部のアンカーボルト自体の破断、基礎コンクリートからの抜け出し等のアンカーボルト製品ならびにそれに関連する設計・施工の不良によると思われるものが報告されている。この被害を受けて国土交通省（旧建設省）では、1995年12月に鉄骨造建築物の柱脚の設計に関して告示を出し（非特許文献１を参照）、その詳細な設計法については、日本建築センター刊行の「2001年版建築物の構造関係技術基準解説書」に記述されている。このような状況を背景として、鉄骨露出型柱脚構造の応力伝達性状況及び耐力などに関する基礎的研究が進められてきた。

従来の鉄骨露出型柱脚構造は図３に示すように、ベースプレート３０の上面隅部はナット３１を締め付けることによりアンカーボルト３２の上端部と連結される。アンカーボルト３２の下端部には板状の定着板３３が、２つのナット３４、３５の間に挟まれて締め付け固定されている。

柱材３６には、図４に示すとおり、曲げ応力Ｍ、柱の軸方向圧縮力Ｎ、せん断力Ｑの外力が加えられる。せん断力Ｑは、ベースプレート３０の下面と基礎コンクリート３７の天端面との間の摩擦抵抗によって基礎コンクリート３７に伝達される。

柱材３６に曲げ応力Ｍが加わると、ベースプレート３０の片側下面は圧縮領域となり、基礎コンクリート３７からベースプレート３０に向かって圧縮反力ＱＰが作用する。そして、ベースプレートの反対側端部に連結するアンカーボルトには引き抜こうとする引張力ＱＲに抵抗する引張反力ＱＦが作用し、互いに反対向きの圧縮反力ＱＰと引張反力ＱＦとによって、曲げ応力Ｍは基礎コンクリート３７に伝達される。

アンカーボルト３２に作用する引張反力ＱＦは、柱材３６の軸方向圧縮力Ｎの大小によって変化する。地震時や暴風時のように、建築構造物全体が水平力を受けることによって柱材３６には大きな曲げ応力Ｍが加わり、引張側のアンカーボルト３２には大きな引張反力ＱＦが作用する。

したがって、アンカーボルトは、柱脚の塑性変形能力を左右する重要な要因であることから塑性変形能力を有するＪＩＳ規格の一般構造用圧延鋼材のＳＳ４００、ＳＳ４９０等が使用されている。さらに、アンカーボルト３２を設置後、アンカーボルトの断面積とその強度との積が同等となる断面積と強度を有する鉄筋を主筋３８として配筋して鉄筋コンクリート柱断面としていた。

また、アンカーボルト３２の引張力ＱＲが増加してあまりに大きくなると、定着板３３が基礎コンクリート３７の一部を上方に引き剥そうとする力が生じ、図４の点線で示すように、基礎コンクリート３７にコーン状の剥離破壊を起こす可能性が発生する。

このコーン状破壊を抑止するためには、定着板３３に対する基礎コンクリート３７の支圧耐力、すなわちアンカーボルト３２の引張力反力ＱＦの強度を向上させる必要がある。

そこで、アンカーボルト３２の長さを長くして、定着板３３を設置する位置となる定着長さをアンカーボルト直径の２０倍以上としている（非特許文献２を参照）。
平１２年建築基準法関係告示第１４５６条 鋼管構造設計施工指針同解説、日本建築学会

しかしながら、従来から行われてきたアンカーボルトと柱主筋とを両方配置する場合においては、鉛直方向の柱主筋に太い径の鉄筋を多量に配筋するために地中梁の配筋作業が困難となり施工の手間がかかるという問題点があった。

また、アンカーボルトの長さが長過ぎると柱に引張力が作用してアンカーボルトを引き抜こうとする力が作用した際に、アンカーボルトの伸びが大きくなり締め付ナット部に緩みを生じ、柱材固定度が低くなるという問題点があった。

そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、鉄骨露出型柱脚構造において、柱脚の耐震性能を向上させ、かつ施工を簡略化し工期を短縮し、コストを低減する定着構造を提供する。

上記問題を解決する本発明の鉄骨露出型柱脚構造は、柱の土台となる柱型部の基礎コンクリート内に埋設されその上方が該基礎コンクリートの頂面から突出するアンカーボルトと、該アンカーボルトに挿通されて前記基礎コンクリート上に配置されその上部に建築物の柱が一体化されたベースプレートと、前記ベースプレートを前記基礎コンクリートとの間で締め付け固定するためのナットと、前記基礎コンクリート内に水平に配設されるフープ筋とを備え、前記基礎コンクリート上に前記ベースプレートを介して前記建築物の柱を固着する鉄骨露出型柱脚構造であって、前記フープ筋を束ねる支持体となるフープ筋結束用建方筋を前記アンカーボルトの外方にこれと平行に配置し、前記フープ筋結束用建方筋を囲うように前記フープ筋を前記柱型部の外周端部に配置することを特徴とする（第１の発明）。

第２の発明の鉄骨露出型柱脚構造は、第１の発明において、前記フープ筋結束用建方筋を前記柱型部の外周端部に配置することを特徴とする。

第３の発明の鉄骨露出型柱脚構造は、第１又は第２の発明において、前記フープ筋結束用建方筋にＵ字形筋を用いることを特徴とする。

本発明によれば、鉄骨露出型柱脚構造において、柱脚の耐震性能を向上させ、かつ施工を簡略化し工期、コストを低減することが可能となる。
本発明において、フープ筋を柱型部の外周端部に配置することによってアンカーボルトの定着耐力が大きくなるために柱主筋を配置する必要が無くなる。したがって、従来の柱脚部で行われていた柱主筋の複雑な配筋が無くなり、配筋作業が省力化され、使用する鉄筋量を低減でき、かつ施工時間が短縮でき、コンクリートの充填性が容易になり品質を高くすることが可能となる。

また、フープ筋結束用建方筋は細い径の物を使用するために、地中梁の配筋作業が容易となり、工期の短縮、コストの低減が可能となる。
そして、Ｕ字形のフープ筋結束用建方筋を使用することにより、アンカーボルトの柱型部コンクリートへの定着力を向上させることが可能となる。
さらに、Ｕ字形のフープ筋結束用建方筋は容易に入手でき安い単価のため経済的で、他の資材と混在しないので管理が容易であるという利点がある。

以下に本発明の好ましい実施例について図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例に係る露出型固定柱脚の固定構造の全体側面図である。図１に示すとおり、本実施例の固定構造は、基礎コンクリート１内に基礎梁下端筋２、基礎梁上端筋３、あばら筋４を埋設し、柱型部５にＵ字形のフープ筋結束用建方筋６、フープ筋７、アンカーボルト８を配筋し、このアンカーボルト８の上端を柱材９に接続されたベースプレート１０の挿通孔１１に挿通し、アンカーボルト８の上部にナット１２、１３を取付け、この両ナット１２、１３を締め付けることで初期張力をアンカーボルト８に導入し、これによりベースプレート１０を基礎コンクリート１に固定する。ベースプレート１０と基礎コンクリート１の間には、無収縮性グラウト材１４が充填されている。

以下に、施工方法を示す。まず、コーン状破壊を防ぐために定着板１５をアンカーボルト８に螺合して、定着板１５の下面レベルが基礎コンクリート１の天端レベルから所定の定着長になる位置に移動する。

本実施例では、アンカーボルトとして、例えば、材質ＳＤ490のねじ節鉄筋を使用している。アンカーボルトの伸び能力について「2001年版建築物の構造関係技術基準解説書」によると、「ねじ部の有効断面積が軸部と同等以上であれば、素材の降伏比によらず伸び能力のあるアンカーボルトといえ、（以下略）」と記述されている。したがって、ねじ節鉄筋は、ねじ部と軸部の断面積が略等しいので伸び能力があり、アンカーボルトとして有効である。
また、本実施例では、定着板として、例えば、プレートナット（東京鉄鋼株式会社商品名、(財)日本建築センターの一般評定を取得済み）を使用している。

そして、図１に示すように、アンカーボルトとしてのねじ節鉄筋８の下端を、下部位置決めガイド１６の端部に溶接固定されたナット１７に螺合させ固定し、次に、ねじ節鉄筋８の上端側を、上部位置決めガイド（図示せず）の挿入孔に挿通し座金とナットで仮固定して、ねじ節鉄筋８の垂直度、水平度を確認し調整する。
そして、ねじ節鉄筋８を基礎底（捨て）コンクリート上の柱設置位置にセットし、下部位置決めガイド１６をボルト１８、ナット１９で基礎底（捨て）コンクリートに固定する。
Ｕ字形のフープ筋結束用建方筋６は、Ｕ字形の両端部が上方を向き、かつＵ字形のそれぞれの鉛直線部が柱型部５の柱型部断面の角部になるようにそれぞれ配置し、Ｕ字形のフープ筋結束用建方筋６がねじ節鉄筋より外周側に位置し、かつ対向するように配筋する。
そして、柱型部５の四隅のＵ字形のフープ筋結束用建方筋６を囲むようにフープ筋７を所定の数だけ配筋する。

ねじ節鉄筋８、フープ筋７を基礎底（捨て）コンクリート上に固定した後、プレートナット１５の下面レベルが基礎コンクリート１の天端レベルから所定の定着長の位置にあることを確認し、プレートナット１５とねじ節鉄筋８の間に無収縮性グラウト材を充填してプレートナット１５を固定する。

その後、所定のレベルまでコンクリートを打設して基礎コンクリート１を形成し、コンクリートが硬化すると、上部位置決めガイドを取り外し、モルタル（通称饅頭）で水平レベルを出す。モルタル（通称饅頭）が硬化した後に柱材の建て方を行う。
ベースプレート１０が接続された柱材９を搬入し、ベースプレート１０の挿通孔１１をねじ節鉄筋８に挿入して立設する。
柱材は、例えば角形鋼管、円形鋼管、Ｈ形鋼等で、ベースプレート１０は鋳鋼、鍛鋼、鋼板等で構成される。
柱材９の建入れ後、ベースプレート１０と基礎コンクリート１の間に無収縮性グラウト材１４を充填する。さらに、ねじ節鉄筋８とベースプレート１０の挿通孔との隙間、ベースプレートとナットとの隙間に無収縮性グラウト材１４を充填する。

そして、両ナット１２、１３によりベースプレート１０を締め付け、ベースプレート１０とナット１２との隙間から無収縮性グラウト材１４が溢れ出てくることにより、ベースプレート１０と基礎コンクリート１の隙間、ねじ節鉄筋８とベースプレート１０の挿通孔との隙間、ベースプレート１０とナット１２との隙間の充填が十分にできたことを確認し、ねじ節鉄筋８に初期張力を導入してベースプレート１０を基礎コンクリート１に固定する。

したがって、本発明の実施例の構造によれば、専門の柱脚施工会社がＵ字形のフープ筋結束用建方筋、フープ筋の立上げを行うほどの精巧さを必要としない。また、基礎部配筋時やコンクリート打設時にも、精度確保のための専門の柱脚施工会社による立合い、手直しを必要としない。よって、各工種の技能者が必要なくなり、工程管理を簡素化することが可能である。

図２は本発明の実施例に係るＵ字形フープ筋結束用建方筋の配置方法を示し、（ａ）Ｈ型柱の場合、（ｂ）角形柱の場合の配置例図である。

図２に示すとおり、Ｕ字形のフープ筋結束用建方筋６はねじ節鉄筋８の相対する軸に加わる軸方向を考慮して、力の作用する方向に対しＵ字形の底板部分が抵抗できるような配置とすることが可能である。

図２（ａ）に示すとおり、Ｈ型柱を使用する場合においては、複数本のＵ字形のフープ筋結束用建方筋をＨ型柱のフランジの向きとフープ筋結束用建方筋の両端部を結ぶ直線とが垂直になるように設置することにより、基礎コンクリートと柱脚との付着力を向上させることが可能となる。

また、図２（ｂ）に示すとおり、角形柱を使用する場合においては、２本のＵ字形のフープ筋結束用建方筋を角形柱の対角線の延長上に交差させて設置したり、４本のＵ字形のフープ筋結束用建方筋にて角形柱を囲うように設置角をすることにより、基礎コンクリートと柱脚との付着力を向上させることが可能となる。

本実施例では図２（ａ）及び図２（ｂ）にてＵ字形のフープ筋結束用建方筋の設置例として３例のみ示したが、柱の形状、構造物の必要強度等によって配筋数、配筋箇所は変更可能である。

本発明の実施例に係る露出型固定柱脚の固定構造の全体側面図である。 本発明の実施例に係るＵ字形フープ筋結束用建方筋の配置方法を示し、（ａ）Ｈ型柱の場合、（ｂ）角形柱の場合の配置例図である。 従来の鉄骨露出型柱脚構造図である。 柱脚に作用する外力と反力を示す図である。

符号の説明

１、３７ 基礎コンクリート
２ 基礎梁下端筋
３ 基礎梁上端筋
４ あばら筋
５ 柱型部
６ Ｕ字形のフープ筋結束用建方筋
７ フープ筋
８ アンカーボルト（＝ねじ節鉄筋）
９、３６ 柱材
１０、３０ ベースプレート
１４ 無収縮性グラウト材
１５ 定着板（＝プレートナット）
３２ アンカーボルト
３３ 定着板
３８ 主筋

Claims (3)

1. 柱の土台となる柱型部の基礎コンクリート内に埋設されその上方が該基礎コンクリートの頂面から突出するアンカーボルトと、該アンカーボルトに挿通されて前記基礎コンクリート上に配置されその上部に建築物の柱が一体化されたベースプレートと、前記ベースプレートを前記基礎コンクリートとの間で締め付け固定するためのナットと、前記基礎コンクリート内に水平に配設されるフープ筋とを備え、前記基礎コンクリート上に前記ベースプレートを介して前記建築物の柱を固着する鉄骨露出型柱脚構造であって、
   前記フープ筋を束ねる支持体となるフープ筋結束用建方筋を前記アンカーボルトの外方にこれと平行に配置し、前記フープ筋結束用建方筋を囲うように前記フープ筋を前記柱型部の外周端部に配置することを特徴とする鉄骨露出型柱脚構造。
2. 前記フープ筋結束用建方筋を前記柱型部の外周端部に配置することを特徴とする請求項１に記載の鉄骨露出型柱脚構造。
3. 前記フープ筋結束用建方筋にＵ字形筋を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄骨露出型柱脚構造。
   

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