JP2021102915A

JP2021102915A - Anchorage structure and construction method for exposure type leg pillar capable of dealing with epicentral earthquake

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Publication number: JP2021102915A
Application number: JP2021054302A
Authority: JP
Inventors: 角屋　治克; Harukatsu Kadoya; 治克角屋
Original assignee: Kadoya Harukatsu
Current assignee: Kadoya Harukatsu
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2021-07-15

Abstract

To provide an anchorage structure and a construction method for an exposure type leg pillar capable of dealing with an earthquake force of both a horizontal earthquake vibration and a vertical earthquake vibration of a seismic intensity of 7 class.SOLUTION: A infilled mortar 5 solidified in a plate shape is provided between a lower surface of a base plate 2 fixed to a lower end of a steel column 1 and an upper surface of base concrete 3, a washer for anchorage 7 and a flat washer 8 are inserted into an upper end of a plurality of anchor bolts 6 penetrating an insertion hole 2a formed around the base plate 2, these are fastened by two nuts 9 and further coating steel bar concrete 4 is laminated up to a height over an upper end position of the anchor bolt 6 on an upper surface of the base concrete 3. A peripheral surface of the infilled mortar 5 is entirely enclosed by the coating concrete 4, a restraining effect acts on the infilled mortar 5 and its compression bearing force, flexure bearing force and deformability are increased compared to conventional ones. Thus, earthquake-proof performance to a large-scaled earthquake having an impulsive compressive force due to the vertical earthquake vibration such as an epicentral earthquake of a seismic intensity of 7 class is enhanced.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ラーメン構造、ブレース併用ラーメン構造などの鉄骨建築物に設置される露出型柱脚に係り、特に、震度７クラスの水平動地震と直下型地震と呼ばれる上下地震動の両方に有効で耐震性能の向上した露出型柱脚の定着構造と、その施工方法に関するものである。 The present invention relates to exposed column bases installed in steel-framed buildings such as rigid frame structures and rigid frame structures with braces, and is particularly effective for both horizontal motion earthquakes with a seismic intensity of 7 class and vertical seismic motions called direct earthquakes. It relates to a fixed structure of exposed column bases with improved performance and its construction method.

鉄骨建築物の柱脚は、複数本のアンカーボルトによって基礎構造物（基礎コンクリート）と緊結接合されている。地震時において、アンカーボルトに破断が生じると柱脚の破壊になり、さらには建物の倒壊に繋がる。このようなことから、柱脚は建造物にとって重要な接合部となっている。 The column bases of steel-framed buildings are tightly joined to the foundation structure (foundation concrete) by multiple anchor bolts. In the event of an earthquake, if the anchor bolt breaks, the column base will be destroyed, which will lead to the collapse of the building. For this reason, the column base is an important joint for the building.

アンカーボルトを用いた柱脚と基礎コンクリートとの接合形式は、露出型柱脚と非露出型柱脚（埋込み柱脚、根巻き柱脚など）に大別される。地震等で柱脚に負荷される応力の種類としては、軸力、曲げモーメント及びせん断力があり、これらの応力に対して柱脚接合部材及び建築構造躯体が安全であるように設計される。露出型柱脚では、軸力と曲げモーメントとせん断力をアンカーボルトで負担させる。これに対して、非露出型柱脚は、アンカーボルトにせん断力等を負担させずに鉄筋やコンクリートなどの他の構造部材に負担させる設計になっている。このことから、露出型柱脚で使用されるアンカーボルトは、非露出型柱脚のものと比較して、地震力等での応力負担の役割は大きく、より安全で慎重な設計が要求される。特に、せん断力への対応に関しては十分な配慮が必要である。近年では、非露出型柱脚に比べて施工性等に優れる露出型柱脚の採用が拡大している。 The type of joining of column bases and foundation concrete using anchor bolts is roughly divided into exposed type column bases and non-exposed type column bases (embedded column bases, root-wrapped column bases, etc.). The types of stress applied to the column base due to an earthquake or the like include axial force, bending moment, and shear force, and the column base joining member and the building structure frame are designed to be safe against these stresses. In the exposed column base, the axial force, bending moment and shearing force are borne by the anchor bolts. On the other hand, the non-exposed column base is designed so that the anchor bolts do not bear the shearing force and the like, but other structural members such as reinforcing bars and concrete. For this reason, anchor bolts used in exposed column bases play a greater role in stress bearing due to seismic force, etc. than those used in non-exposed column bases, and safer and more careful design is required. .. In particular, sufficient consideration is required for dealing with shear forces. In recent years, the adoption of exposed column bases, which are superior in workability and the like compared to non-exposed column bases, has been increasing.

露出型柱脚の施工では、鉄骨柱の下端部に固着したベースプレートの下面とアンカーボルトの下部側が埋設されている基礎コンクリート上面との隙間に充填材として無収縮モルタルを注入し、その固化（凝固）によって形成される平板状のモルタル層（以下、充填モルタルという。）を介して柱脚と基礎との一体化が図られている。この露出型柱脚は、充填モルタルを挟んでベースプレート下面と基礎コンクリート上面とを密着させ、その摩擦抵抗等によりせん断力の伝達を行うもので、モルタルの注入、充填という比較的簡単な作業によりアンカーボルトとベースプレートとの一体化を確実に実現することができることから、強固な柱脚構造が得られる点で他の接合形式に比べて優れている。 In the construction of exposed column bases, non-shrink mortar is injected as a filler into the gap between the lower surface of the base plate fixed to the lower end of the steel column and the upper surface of the foundation concrete in which the lower side of the anchor bolt is embedded, and solidified (solidified). ) Is formed through a flat mortar layer (hereinafter referred to as “filled mortar”) to integrate the column base and the foundation. In this exposed column base, the lower surface of the base plate and the upper surface of the foundation concrete are brought into close contact with each other with the filled mortar sandwiched between them, and the shear force is transmitted by the frictional resistance, etc. Since the bolt and the base plate can be surely integrated, it is superior to other joint types in that a strong column base structure can be obtained.

１９９５年に発生した阪神・淡路大震災において、震源に近い神戸市市街地では震度７クラスの水平動地震と直下型地震が観測され、衝撃的な上下方向の地震動を伴うものであった。その当時、本発明者らが神戸市内の地震被害状況を調査した範囲内では、多くの埋込み柱脚がほとんど無被害であった一方で、在来の半固定式の露出型柱脚にはアンカーボルトの破断や基礎コンクリートに甚大な被害が生じていることが確認され、倒壊にまで至った建物も多く見られた。 In the Great Hanshin-Awaji Earthquake that occurred in 1995, horizontal motion earthquakes with a seismic intensity of 7 class and direct earthquakes were observed in the urban area of Kobe near the epicenter, accompanied by shocking vertical seismic motion. At that time, within the scope of the investigation of the earthquake damage situation in Kobe city, many embedded column bases were almost undamaged, while the conventional semi-fixed exposed column bases were used. It was confirmed that the anchor bolts were broken and the foundation concrete was severely damaged, and many buildings collapsed.

上記露出型柱脚の具体的な被害状況は、上下動地震の影響が多大であったと考えられ、全てのアンカーボルトが曲げ変形を生じることなく鉛直方向に抜け出すか、あるいは引張力により破断している事例が多く確認された。アンカーボルトのサイズに着目すると、Ｍ２２もしくはＭ２４を４本から６本を使用する露出型柱脚の大半において、明らかにアンカーボルトの引張断面強度不足と判断される。また、下方向の地震動は、建物の重量を背負った柱脚の衝撃的落下エネルギーになり、ベースプレート下面の充填モルタルや基礎コンクリートの全面破壊をもたらした。これらの要因は、これまで全く想定されていなかった上下動地震力の大きさと、上下地震動に対する柱脚部材の弱さが顕在化したものと推測される。特に、アンカーボルトの破断による柱脚の落下現象は、建物の重量も付加されるため、基礎コンクリート等に対して落下エネルギーによる衝撃的圧縮応力を与え、これが柱脚被害を大きくさせた要因であると推定できる。 It is considered that the specific damage situation of the exposed column base was greatly affected by the vertical earthquake, and all the anchor bolts came out in the vertical direction without bending deformation or were broken by the tensile force. Many cases were confirmed. Focusing on the size of the anchor bolts, it is clearly judged that the tensile cross-sectional strength of the anchor bolts is insufficient in most of the exposed column bases using 4 to 6 M22 or M24 bolts. In addition, the downward seismic motion became the impact energy of the column base carrying the weight of the building, and caused the total destruction of the filling mortar and foundation concrete on the underside of the base plate. It is presumed that these factors are the manifestation of the magnitude of the vertical seismic force and the weakness of the column base members against the vertical seismic motion, which had never been assumed so far. In particular, the fall phenomenon of column bases due to the breakage of anchor bolts adds the weight of the building, so it gives impact compressive stress due to the fall energy to the foundation concrete, etc., which is a factor that increased the damage to the column bases. Can be estimated.

直下型地震のように大きな上下動を伴う地震力が露出型柱脚に負荷された場合、柱脚各部には、振動方向に応じて図７に示した４形態の応力状況が不規則に生じる。ところが、これまでの柱脚設計では基本的に水平動地震のみを対象とし、上下動地震への対応に関してほとんど考慮されていなかった。本発明者は、首都直下型地震の発生が懸念される近年の状況に鑑み、露出型柱脚のさらなる耐震性向上を目指し、上記知見を踏まえながら鋭意検討を重ねた。その結果、ベースプレート下面と基礎コンクリート上面との間隙に設置される平板状の充填モルタルが、上記衝撃的圧縮応力によって破壊され、その破壊が原因で直下の基礎コンクリートが損傷することや、構造フレームの応力バランスを崩し、構造フレームそのものの破断等に繋がるからであり、充填モルタルの補強が柱脚の耐震性に大きく影響していることを見出した。すなわち、アンカーボルトの破断を確実に回避することに加え、充填モルタルを圧縮応力に対して破壊させないことが、特に上下地震動に対してのみでなく、水平動地震によるアンカーボルトの引張力の反力となる充填モルタルの圧縮応力にも有効な手段であるとの結論に至ったのである。 When a seismic force accompanied by a large vertical movement is applied to the exposed column base as in a direct earthquake, the four types of stress conditions shown in FIG. 7 are irregularly generated in each part of the column base according to the vibration direction. .. However, the column base design so far basically targets only horizontal motion earthquakes, and hardly considers the response to vertical motion earthquakes. In view of the recent situation in which there is concern about the occurrence of an earthquake directly beneath the Tokyo metropolitan area, the present inventor has conducted diligent studies based on the above findings with the aim of further improving the earthquake resistance of the exposed column base. As a result, the flat plate-shaped filled mortar installed in the gap between the lower surface of the base plate and the upper surface of the foundation concrete is destroyed by the above-mentioned impact compressive stress, and the destruction causes damage to the foundation concrete directly underneath, and the structural frame. It was found that this is because the stress balance is lost and the structural frame itself is broken, and the reinforcement of the filled mortar has a great influence on the earthquake resistance of the column base. That is, in addition to surely avoiding the breakage of the anchor bolt, not breaking the filled mortar against the compressive stress is not only for the vertical earthquake motion but also for the reaction force of the tensile force of the anchor bolt due to the horizontal motion earthquake. We came to the conclusion that it is also an effective means for compressive stress of packed mortar.

ところで、露出型柱脚における充填モルタルの補強構造に関連する従来技術として、鉄骨柱がベースプレートを介して固定された基礎コンクリート上面に、さらに鉄骨柱下端のベースプレートを覆うように被覆鉄筋コンクリートを積層したものが知られている（特許文献１〜３）。特許文献１，２は同じ出願人によるものであるが、これらに記載された柱脚構造では、いずれも基礎コンクリート２８上面に設けたモルタル部材１００（レベルモルタル）上に鉄骨柱下端の柱脚金物２４（ベースプレート）を載置し、柱脚金物２４を貫通したアンカーボルト２６のオネジ部にナット部材４０を螺合することにより、鉄骨柱２２と柱脚金物２４をモルタル部材１００上に固定した後、基礎コンクリート２８の外周面に沿って上方に伸びる型枠部材内に生コンクリートを打設し、時間をかけて固化させることにより、被覆鉄筋コンクリート３２を形成する技術である。特許文献３は、本発明者によるものであって、予め基礎コンクリート３に対して、アンカーボルト４とフープ筋９を結合した立ち上がり筋７をそれぞれの上部を残して埋設し、鉄骨柱１を基礎コンクリート３上に接合した後、立ち上がり筋７を取り囲む型枠内に被覆鉄筋コンクリート８を打設し、硬化させる技術である。この柱脚構造では、立ち上がり筋７をアンカーボルトとして機能させることにより、アンカーボルトの本数を減らす点に技術的な特徴がある。 By the way, as a conventional technique related to the reinforcing structure of the filling mortar in the exposed column base, a coated reinforced concrete is laminated on the upper surface of the foundation concrete in which the steel column is fixed via the base plate so as to cover the base plate at the lower end of the steel column. Is known (Patent Documents 1 to 3). Patent Documents 1 and 2 are by the same applicant, but in the column base structures described therein, the column base hardware at the lower end of the steel column is placed on the mortar member 100 (level mortar) provided on the upper surface of the foundation concrete 28. After mounting 24 (base plate) and fixing the steel column 22 and the column base metal 24 on the mortar member 100 by screwing the nut member 40 into the male threaded portion of the anchor bolt 26 penetrating the column base metal 24. This is a technique for forming coated reinforced concrete 32 by placing ready-mixed concrete in a form member extending upward along the outer peripheral surface of the foundation concrete 28 and solidifying it over time. Patent Document 3 is based on the present inventor, and a rising bar 7 in which an anchor bolt 4 and a hoop bar 9 are connected is embedded in a foundation concrete 3 in advance, leaving the upper portion of each, and a steel frame column 1 is used as a foundation. This is a technique in which coated reinforced concrete 8 is cast and hardened in a formwork surrounding the rising bars 7 after joining onto the concrete 3. This column base structure has a technical feature in that the number of anchor bolts is reduced by making the rising bar 7 function as an anchor bolt.

しかしながら、上記特許文献１，２に記載の技術は充填モルタルを使用せずに被覆鉄筋コンクリートとなる生コンクリートを基礎コンクリート上面に打設する際に、その生コンクリートで柱脚金物（ベースプレート）の下面と基礎コンクリート上面の隙間を埋めることになる。しかるに、モルタル材に比べて流動性が低い生コンクリートでは、柱脚金物（ベースプレート）下面側において、モルタル部材（レベルモルタル）の周囲全体を確実に密実充填することは困難である。また特許文献３に記載の技術において、立ち上がり筋は、基礎コンクリート内に埋設する梁主筋及びスターラップ筋と同時に配筋作業を行うので、その位置精度がそもそも悪く、アンカーボルトから離れすぎた場合には、アンカーボルトを補完する機能が十分に発揮されない虞がある。しかも、立ち上がり筋（異形鉄筋）は、周面の付着力で引抜耐力を確保する関係から、十分な付着長さ、すなわち基礎コンクリート上面からの突出量が必然的に長くなり、被覆鉄筋コンクリート厚も大きくならざるを得ない。また、立ち上がり筋がベースプレートの側面に沿うか、もしくは僅かに間隔をあけた位置に設置されるため、ベースプレート下面へのモルタルの注入作業がやり難く、密実充填するには不都合な状況になっている。なお、特許文献１〜３に記載の従来技術は、いずれも上下地震動を伴う直下型地震への対応に関して特に考慮されていない。 However, the techniques described in Patent Documents 1 and 2 are used when placing ready-mixed concrete to be coated reinforced concrete on the upper surface of the foundation concrete without using filled mortar, the ready-mixed concrete is used as the lower surface of the column base metal fitting (base plate). It will fill the gap on the upper surface of the foundation concrete. However, with ready-mixed concrete, which has a lower fluidity than the mortar material, it is difficult to reliably fill the entire circumference of the mortar member (level mortar) on the lower surface side of the column base metal fitting (base plate). Further, in the technique described in Patent Document 3, since the rising bar performs the bar arrangement work at the same time as the beam main bar and the stirrup bar buried in the foundation concrete, its position accuracy is poor in the first place, and when it is too far from the anchor bolt. May not fully exhibit the function of complementing the anchor bolts. Moreover, since the rising bar (deformed bar) secures the pull-out resistance by the adhesive force of the peripheral surface, the sufficient adhesive length, that is, the amount of protrusion from the upper surface of the foundation concrete is inevitably long, and the thickness of the coated reinforced concrete is also large. I have no choice but to become. In addition, since the rising streaks are installed along the side surface of the base plate or at a position slightly spaced apart, it is difficult to inject the mortar into the lower surface of the base plate, which makes it inconvenient for solid filling. There is. In addition, none of the prior arts described in Patent Documents 1 to 3 is particularly considered for dealing with a direct earthquake accompanied by vertical earthquake motion.

特開２０１１−３２７２６号公報（図１、段落番号００３０〜００３３、特に００３３参照）Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-32726 (see FIG. 1, paragraphs 0030 to 0033, particularly 0033). 特開２０１１−３２７２４号公報（図１、段落番号００３０〜００３６、特に００３６参照）Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-32724 (see FIG. 1, paragraphs 0030 to 0036, especially 0036). 特開２０１３−３２６９０号公報（図１、段落番号００３８参照）Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-32690 (see FIG. 1, paragraph number 0038)

上記のとおり、露出型柱脚における充填モルタルに関しては、上記特許文献１〜３に記載の従来技術も含め、直下型地震に伴う上下地震動による衝撃的圧縮力に対して、これまでまったく検討されてこなかったのが実情である。近年、首都直下型地震の発生確率が上昇するに伴い、防災対策に大きな関心が高まっている。首都圏では、震度７クラスの水平動地震と直下型地震である上下動地震が想定されている。このような水平動地震と上下動地震はまったく異質な地震動であり、過去の阪神・淡路大地震においても水平動地震と上下地震動による建物の被害は甚大なものがあった。前述のとおり、鉄骨建築物の柱脚において、埋込み柱脚の被害はほとんど見られず、露出型柱脚には多大な被害が発生した。本発明者は、これら柱脚の被害状況の原因をさまざまな観点から追究した結果、水平動地震と上下動地震の両方の地震に対して耐震性能を高める設計と施工に関する新たな知見を得た。すなわち、本発明は充填モルタルの強度とその補強構造に着目してなされたもので、震度７クラスの水平地震動と上下地震動の両方の地震力に対応可能な露出型柱脚の定着構造及び施工方法の提供をその目的とする。 As described above, regarding the filling mortar in the exposed column base, the impact compressive force due to the vertical seismic motion accompanying the direct earthquake, including the prior art described in Patent Documents 1 to 3 above, has been completely studied so far. The reality is that it wasn't there. In recent years, as the probability of an earthquake directly beneath the Tokyo metropolitan area has increased, there has been a great deal of interest in disaster prevention measures. In the Tokyo metropolitan area, horizontal earthquakes with a seismic intensity of 7 class and vertical earthquakes, which are direct earthquakes, are assumed. Such horizontal motion earthquakes and vertical motion earthquakes are completely different seismic motions, and even in the past Hanshin-Awaji earthquakes, the damage to buildings due to horizontal motion earthquakes and vertical motion earthquakes was enormous. As mentioned above, there was almost no damage to the embedded column bases in the column bases of steel-framed buildings, and great damage occurred to the exposed column bases. As a result of investigating the causes of the damage to these column bases from various viewpoints, the present inventor has obtained new knowledge on design and construction to improve seismic performance against both horizontal and vertical earthquakes. .. That is, the present invention has been made by paying attention to the strength of the filled mortar and its reinforcing structure, and the fixing structure and construction method of the exposed column base capable of dealing with both the horizontal seismic motion and the vertical seismic motion of the seismic intensity 7 class. The purpose is to provide.

上記課題を解決するため、本願の請求項１に係る発明では、基礎コンクリート中に下部が埋設された降伏比が７０％以下の複数のアンカーボルトに対して、アンカーボルトの挿通孔を周辺部に備え、降伏比が８０％以下の鉄骨柱の下端に固着されたベースプレートを、基礎コンクリートの上面にレベルモルタルを介して載置し、アンカーボルトの上部に螺合するナットの締付けにより固定した状態で、基礎コンクリートの上面とベースプレートの下面との間に生じる隙間にモルタル材を注入し、固化した充填モルタルを介して鉄骨柱を基礎コンクリートに定着する直下型地震対応露出型柱脚の定着構造であって、アンカーボルトの曲げ降伏耐力が鉄骨柱の全塑性モーメントよりも大きく、充填モルタルの周面が基礎コンクリートの上面に積層状態で一体化した被覆鉄筋コンクリートで覆われる、という構成を採用した点に特徴がある。この場合、柱脚の降伏曲げ耐力は、ベースプレートの大きさを断面とし、引張側のアンカーボルトを鉄筋とみなした鉄筋コンクリート断面柱の降伏曲げ耐力とする。なお、請求項１に係る定着構造において、被覆鉄筋コンクリートがアンカーボルトの上端位置を超える厚さで積層された構成、すなわちアンカーボルトの上端部が被覆鉄筋コンクリート内に埋没するように積層されることが好ましい（請求項２）。 In order to solve the above problem, in the invention according to claim 1 of the present application, an insertion hole for an anchor bolt is provided in a peripheral portion for a plurality of anchor bolts whose lower part is embedded in the foundation concrete and whose yield ratio is 70% or less. A base plate fixed to the lower end of a steel pillar with a yield ratio of 80% or less is placed on the upper surface of the foundation concrete via a level mortar, and fixed by tightening a nut screwed onto the upper part of the anchor bolt. , Anchor bolt base bolts for direct earthquakes that inject mortar material into the gap between the upper surface of the foundation concrete and the lower surface of the base plate and fix the steel pillars to the foundation concrete via solidified filled mortar. The feature is that the bending yield resistance of the anchor bolt is larger than the total plastic moment of the steel pillar, and the peripheral surface of the filled mortar is covered with the coated reinforced concrete integrated with the upper surface of the foundation concrete in a laminated state. There is. In this case, the yield strength of the column base is the yield strength of the reinforced concrete cross-section column in which the size of the base plate is regarded as the cross section and the anchor bolt on the tension side is regarded as the reinforcing bar. In the fixing structure according to claim 1, it is preferable that the coated reinforced concrete is laminated with a thickness exceeding the upper end position of the anchor bolt, that is, the upper end portion of the anchor bolt is laminated so as to be buried in the coated reinforced concrete. (Claim 2).

また、本願の請求項３に係る直下型地震対応露出型柱脚の施工方法では、基礎コンクリート中に下部が埋設された降伏比が７０％以下の複数のアンカーボルトに対して、アンカーボルトの挿通孔を周辺部に備え、アンカーボルトの曲げ降伏耐力よりも全塑性モーメントが小さい降伏比が８０％以下の鉄骨柱の下端に固着されたベースプレートを、基礎コンクリートの上面にレベルモルタルを介して載置し、アンカーボルトの上部に螺合するナットの締付けにより固定した状態でベースプレートの各側面に沿って型枠材を設置し、基礎コンクリートの上面とベースプレートの下面との間に生じる隙間にモルタル材を自重圧で注入し、固化した充填モルタルを介して鉄骨柱を基礎コンクリートに定着した後、基礎コンクリートの上面に鉄筋を配設し、充填モルタルの周面を覆うようにコンクリートを打設して被覆鉄筋コンクリートを積層する点に特徴がある。さらに、請求項３に係る施工方法において、基礎コンクリートの上面に差し筋を配置した状態でコンクリートを打設して被覆鉄筋コンクリートを積層することが好ましい（請求項４）。 Further, in the method for constructing an exposed column base for direct earthquakes according to claim 3 of the present application, the anchor bolts are inserted into a plurality of anchor bolts whose lower part is embedded in the foundation concrete and whose yield ratio is 70% or less. A base plate fixed to the lower end of a steel column with a hole in the periphery and a total plastic moment smaller than the bending yield strength of anchor bolts and a yield ratio of 80% or less is placed on the upper surface of the foundation concrete via a level mortar. Then, install the mold material along each side of the base plate while fixing it by tightening the nut screwed on the upper part of the anchor bolt, and put the mortar material in the gap generated between the upper surface of the foundation concrete and the lower surface of the base plate. After injecting under its own weight and fixing the steel pillars to the foundation concrete via the solidified filled mortar, the reinforcing bars are placed on the upper surface of the foundation concrete, and concrete is cast and covered so as to cover the peripheral surface of the filled mortar. It is characterized by laminating reinforced concrete. Further, in the construction method according to claim 3, it is preferable to place concrete in a state where the reinforcing bars are arranged on the upper surface of the foundation concrete and laminate the coated reinforced concrete (claim 4).

これまでの一般的な露出型柱脚の定着構造では、ベースプレート下面と基礎コンクリート上面との間隙で平板状に固化した充填モルタルが、施工後でもその周面（各側面）が露出した状態に置かれる。これに対して、本発明に係る定着構造では充填モルタルの周面が被覆鉄筋コンクリートで完全に包囲されることから、充填モルタルにコンファインド効果（以下、拘束効果という。）が働く。ベースプレート直下に位置する平板状の充填モルタルに上下地震動（軸圧縮力）が作用したとき、充填モルタルは内部の微細ひび割れの進展により周面方向に拡散しようとするが、被覆鉄筋コンクリートで外側から拘束されているので、その圧縮耐力、曲げ耐力、変形性能が従来の側面が露出した状態の充填モルタルに比べて格段に高まる。
さらに、本発明における充填モルタルは、ベースプレートの周囲に沿って型枠材を設置した状態で流動性のあるモルタル材を自重圧により注入して形成される（請求項３）ものであるから、開放状態で加圧されることなく注入・充填する場合に比べて、モルタル凝固（硬化）時に拘束されることで充填モルタル自体が緻密な固化状態になり、その圧縮強度が一段と向上する。
このような充填モルタル自体の圧縮強度向上と被覆鉄筋コンクリートによる拘束効果に加え、引抜力に抵抗するアンカーボルトの曲げ降伏耐力が、鉄骨柱の全塑性モーメントより大きいため、鉄骨柱が先行して降伏するまでは、水平地震動でも上下地震動でもアンカーボルトの破断が回避される。これにより、震度７クラスの上下地震動による衝撃的圧縮力を伴う大地震に対する耐震性能が向上する。In the conventional fixed structure of exposed column bases, the filled mortar solidified into a flat plate in the gap between the lower surface of the base plate and the upper surface of the foundation concrete is placed in a state where its peripheral surface (each side surface) is exposed even after construction. Be taken. On the other hand, in the fixing structure according to the present invention, since the peripheral surface of the filled mortar is completely surrounded by the coated reinforced concrete, a confined effect (hereinafter referred to as a restraining effect) acts on the filled mortar. When vertical seismic motion (axial compressive force) acts on the flat plate-shaped filling mortar located directly under the base plate, the filling mortar tries to diffuse in the circumferential direction due to the growth of fine cracks inside, but it is restrained from the outside by the coated reinforced concrete. Therefore, its compressive strength, bending strength, and deformation performance are significantly improved as compared with the conventional filled mortar with exposed side surfaces.
Further, the filled mortar in the present invention is formed by injecting a fluid mortar material by its own weight pressure in a state where the mold material is installed along the periphery of the base plate (claim 3), and thus is open. Compared with the case of injecting and filling without pressurizing in the state, the filled mortar itself becomes a dense solidified state by being restrained at the time of solidification (hardening) of the mortar, and its compressive strength is further improved.
In addition to improving the compressive strength of the filled mortar itself and the restraining effect of the coated reinforced concrete, the bending yield strength of the anchor bolt that resists the pulling force is larger than the total plastic moment of the steel column, so the steel column yields first. Until then, breakage of anchor bolts is avoided in both horizontal and vertical seismic motions. As a result, seismic performance against large earthquakes accompanied by shocking compressive force due to vertical seismic motion of seismic intensity 7 class is improved.

さらに、被覆鉄筋コンクリートをアンカーボルトの上端位置を超える厚さで基礎コンクリート上に積層した場合（請求項２）には、上記した充填モルタルに対する拘束効果のさらなる増大とともに、アンカーボルトの上端部が被覆鉄筋コンクリート内に埋没するので、鉄骨柱の下端部付近に突起物がなくなり、美観の向上にもつながる。また、本発明に係る施工方法において、基礎コンクリートの上面に差し筋を配置した状態でコンクリートを打設した場合（請求項４）には、被覆鉄筋コンクリートと基礎コンクリートが差し筋によって連結されるので両コンクリート層の一体化がより高まる。 Further, when the coated reinforced concrete is laminated on the foundation concrete with a thickness exceeding the upper end position of the anchor bolt (claim 2), the upper end portion of the anchor bolt is covered with the coated reinforced concrete together with the further increase in the restraining effect on the filling mortar described above. Since it is buried inside, there are no protrusions near the lower end of the steel column, which leads to an improvement in aesthetics. Further, in the construction method according to the present invention, when concrete is placed with the reinforcing bars arranged on the upper surface of the foundation concrete (claim 4), the coated reinforced concrete and the foundation concrete are connected by the reinforcing bars. The integration of the concrete layer is enhanced.

本発明に係る直下型地震対応露出型柱脚の定着構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fixing structure of the direct type earthquake correspondence exposed type column base which concerns on this invention. 本発明の別の実施例に係る直下型地震対応露出型柱脚の定着構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fixing structure of the direct type earthquake correspondence exposure type column base which concerns on another Example of this invention. 本発明に係る直下型地震対応露出型柱脚の施工において、基礎コンクリート上でのレベルモルタルの設置状態を示す正面図である。It is a front view which shows the installation state of the level mortar on the foundation concrete in the construction of the direct type earthquake-responsive exposed column base which concerns on this invention. 図３の次工程として、鉄骨建て方作業でのアンカーボルトの締付け状態を示す正面図である。As the next step of FIG. 3, it is a front view which shows the tightening state of the anchor bolt in the steel frame construction work. （ａ）及び（ｂ）は、図４の次工程としてベースプレートの周囲に型枠を設置した状態でモルタルの充填方法を示す平面図と断面図である。(A) and (b) are a plan view and a cross-sectional view showing a method of filling mortar in a state where a mold is installed around a base plate as a next step of FIG. 図１の定着構造における基礎コンクリートと被覆鉄筋コンクリートの配筋状態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the reinforcement arrangement state of the foundation concrete and the coated reinforced concrete in the fixing structure of FIG. 上下動を伴う地震力が露出型柱脚に負荷された場合の応力状況を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the stress state when the seismic force accompanied by the vertical movement is applied to the exposed column base.

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、直下型地震対応露出型柱脚の定着構造に係る第１実施例であって、その要部を示す断面図である。本発明に係る直下型地震対応露出型柱脚の定着構造とは、従来の露出型柱脚の定着構造において、鉄骨柱１がベースプレート２を介して固定された状態の基礎コンクリート３の上面に、鉄骨柱１の下端部を包囲するように被覆鉄筋コンクリート４を適宜厚さで積層した構成である。この定着構造では、鉄骨柱１の下端に固着されたベースプレート２の下面と基礎コンクリート３の上面との間に、平板状に固化した充填モルタル５が設けられるとともに、ベースプレート２の周辺部に形成された挿通孔（過大孔）２ａを貫通する複数のアンカーボルト６の上端部に後述する定着用座金７と平座金８が挿通され、これらを２個のナット９，９（シングルナットでもよい。）で締め付ける構成は、基本的に従来のものと大差はない。本発明の重要な特徴点は、さらに被覆鉄筋コンクリート４を基礎コンクリート３の上面側に積層したことにあり、この実施形態ではアンカーボルト６の上端位置をやや超えた高さ（厚さ）で設けられている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a first embodiment relating to a fixing structure of a direct earthquake-responsive exposed column base, and is a cross-sectional view showing a main part thereof. The fixing structure of the direct earthquake-responsive exposed column base according to the present invention is the fixing structure of the conventional exposed column base, in which the steel frame column 1 is fixed to the upper surface of the foundation concrete 3 via the base plate 2. The coated reinforced concrete 4 is laminated with an appropriate thickness so as to surround the lower end of the steel frame column 1. In this fixing structure, a flat-solidified filled mortar 5 is provided between the lower surface of the base plate 2 fixed to the lower end of the steel frame column 1 and the upper surface of the foundation concrete 3, and is formed around the base plate 2. A fixing washer 7 and a flat washer 8, which will be described later, are inserted into the upper ends of a plurality of anchor bolts 6 penetrating the insertion holes (excessive holes) 2a, and these are two nuts 9, 9 (single nuts may be used). The configuration of tightening with is basically not much different from the conventional one. An important feature of the present invention is that the coated reinforced concrete 4 is further laminated on the upper surface side of the foundation concrete 3, and in this embodiment, it is provided at a height (thickness) slightly exceeding the upper end position of the anchor bolt 6. ing.

本発明における上記アンカーボルト６とは、例えば断面積の増加や高強度素材の選択などにより引張断面の高強度化を図り、その曲げ降伏耐力が鉄骨柱１の全塑性モーメントより大きいものを使用すること、換言すれば、柱材が降伏するまではアンカーボルト６等の柱脚部材が弾性範囲内に維持されていることが重要な要件である。具体例としては、例えば降伏比が７０％以下の熱間成形棒鋼が好適である。このような物性を備えたアンカーボルトであれば、大きな水平地震動及び上下動地震動に対してアンカーボルト破断を回避することができる。また、鉄骨柱１の具体例としては、例えば冷間成形角形鋼管（ＢＣＲ２９５）や熱間成形角形鋼管（４００Ｎ／ｍｍ^２級鋼）などが挙げられ、地震エネルギーの吸収能力の点から降伏比が８０％以下のものが好ましい。
上記鉄骨柱１（鋼管柱）の全塑性モーメント（ｃＭｙ）は、柱素材の降伏点または耐力（ｃＦｙ）と柱の塑性断面係数（ｃＺｐ）で決定される。すなわち、ｃＭｙ＝ｃＦｙ・ｃＺｙとなる。また、上記アンカーボルト６の曲げ降伏耐力（ａＭｙ）とは、柱脚の降伏モーメントであり、ａＭｙ＝Ａ・ａＦｙ・Ｌとなる。ここで、Ａは引張側アンカーボルトの断面積、ａＦｙはアンカーボルト素材の降伏点または耐力、Ｌはアンカーボルトから基礎コンクリート断面の反極点までの距離である。
そして、全塑性モーメントから終局モーメントまで、いわゆる塑性化領域が大きいほど地震エネルギーの吸収量が増え、耐震性に有利に働く。したがって、これら部材を適切に組み合わせることにより、柱材（鉄骨柱１）の塑性ヒンジが先行し、地震エネルギーの吸収能力が高い直下型地震対応露出型柱脚とすることができる。
しかるに、降伏比が８０％を超える柱材では明確な全塑性モーメントに至らず、変形能力は極端に悪くなり、地震エネルギーの吸収能力が低下する。これは、アンカーボルトの早期降伏と地震エネルギーの集中を招き、さらにはアンカーボルトの破断に至りやすくなる。それゆえ、柱材（鉄骨柱１）の降伏比８０％以下、かつアンカーボルト６の降伏比７０％以下の条件で、アンカーボルト６の曲げ降伏耐力（柱脚の降伏モーメント）＞柱材（鉄骨柱１）の全塑性モーメントの関係は、柱脚の終局耐力が柱材自身の保有する終局モーメントを上回り、震度７クラスの地震に堪えられるのである。As the anchor bolt 6 in the present invention, for example, an anchor bolt 6 whose tensile yield strength is larger than the total plastic moment of the steel column 1 is used in order to increase the strength of the tensile cross section by increasing the cross-sectional area or selecting a high-strength material. In other words, it is an important requirement that the column base members such as the anchor bolts 6 are maintained within the elastic range until the column material yields. As a specific example, for example, a hot-formed steel bar having a yield ratio of 70% or less is suitable. Anchor bolts having such physical properties can avoid breakage of anchor bolts against large horizontal and vertical ground motions. Specific examples of the steel column 1 include a cold-formed square steel pipe (BCR295) and a hot-formed square steel pipe (400 N / mm ^{grade 2} steel), and the yield ratio is high in terms of seismic energy absorption capacity. 80% or less is preferable.
The total plastic moment (cMy) of the steel column 1 (steel pipe column) is determined by the yield point or proof stress (cFy) of the column material and the plastic cross-sectional coefficient (cZp) of the column. That is, cMy = cFy · cZy. The bending yield strength (aMy) of the anchor bolt 6 is the yield moment of the column base, and aMy = A · aFy · L. Here, A is the cross-sectional area of the anchor bolt on the tension side, aFy is the yield point or proof stress of the anchor bolt material, and L is the distance from the anchor bolt to the antipolar point of the cross section of the foundation concrete.
From the total plastic moment to the final moment, the larger the so-called plasticized region, the greater the amount of seismic energy absorbed, which is advantageous for seismic resistance. Therefore, by appropriately combining these members, the plastic hinge of the column material (steel frame column 1) precedes, and a direct earthquake-responsive exposed column base having a high seismic energy absorption capacity can be obtained.
However, for column materials with a yield ratio of more than 80%, a clear total plastic moment is not reached, the deformation capacity becomes extremely poor, and the seismic energy absorption capacity decreases. This leads to premature yielding of anchor bolts and concentration of seismic energy, and is also prone to breakage of anchor bolts. Therefore, under the condition that the yield ratio of the column material (steel column 1) is 80% or less and the yield ratio of the anchor bolt 6 is 70% or less, the bending yield strength of the anchor bolt 6 (yield moment of the column base)> the column material (steel frame). Regarding the relationship of the total plastic moment of the column 1), the ultimate strength of the column base exceeds the ultimate moment possessed by the column material itself, and it can withstand an earthquake of seismic intensity 7 class.

さらに、従来の露出型柱脚の定着構造で外部に露出していた充填モルタル５の周面が、鉄筋で補強された被覆鉄筋コンクリート４で完全に覆われた状態になることから、上記のような充填モルタル５に対する拘束効果が働く。この拘束効果と、後述する充填モルタル５自体の高い圧縮強度とが相俟って、特にベースプレート２の直下に位置する平板状の充填モルタル５に上下地震動による軸圧縮力が作用したときでも圧壊する現象が効果的に阻止され、震度７クラスの直下型地震のような上下地震動による衝撃的圧縮力を伴う大地震に対する耐震性能が向上する。なお、本発明に係る直下型地震対応露出型柱脚の定着構造は、直下型の有無に関係なく震度７クラスの水平動地震にも適用できる。 Further, the peripheral surface of the filled mortar 5 exposed to the outside in the conventional fixing structure of the exposed column base is completely covered with the coated reinforced concrete 4 reinforced with reinforcing bars, as described above. The restraining effect on the filling mortar 5 works. Combined with this restraining effect and the high compressive strength of the filling mortar 5 itself, which will be described later, the flat filling mortar 5 located directly below the base plate 2 is crushed even when an axial compressive force due to vertical seismic motion acts. The phenomenon is effectively prevented, and the seismic performance against a large earthquake accompanied by a shocking compressive force due to vertical seismic motion such as a direct earthquake of seismic intensity 7 class is improved. The anchoring structure of the exposed column base for a direct earthquake according to the present invention can be applied to a horizontal motion earthquake having a seismic intensity of 7 class regardless of the presence or absence of the direct type.

図２は、直下型地震対応露出型柱脚の定着構造に係る第２実施例であり、第１実施例と共通する部分については同一符号で表示し、重複した説明は省略する。この場合、被覆鉄筋コンクリート４の厚さが、ベースプレート２の上面位置の高さであることが前記実施例と異なる。このような積層状態であっても充填モルタル５の周面が被覆鉄筋コンクリート４で包囲されるため、第１実施例と同様な耐震効果が期待できる。なお、被覆鉄筋コンクリート４の厚さは、少なくとも充填モルタル５の周面が露出しない状態であればよい。 FIG. 2 shows a second embodiment relating to the fixing structure of the exposed column base for a direct earthquake, and the parts common to the first embodiment are indicated by the same reference numerals, and duplicated description will be omitted. In this case, the thickness of the coated reinforced concrete 4 is different from that of the above embodiment in that it is the height of the upper surface position of the base plate 2. Even in such a laminated state, since the peripheral surface of the filled mortar 5 is surrounded by the coated reinforced concrete 4, the same seismic effect as in the first embodiment can be expected. The thickness of the coated reinforced concrete 4 may be at least as long as the peripheral surface of the filled mortar 5 is not exposed.

次に、本発明による直下型地震対応露出型柱脚の定着構造について、図３〜６を参照しながらその施工方法を説明する。図３に示すように、アンカーフレームなどの公知の手段により、複数本のアンカーボルト６を基礎コンクリート３の所定位置に突出状態で設置し、基礎コンクリート３が硬化した後、テンプレート１０を取り外し、レベルモルタル１１を適宜の場所に敷設する。レベルモルタル１１の高さは２０〜５０ｍｍ程度、好ましくは３０ｍｍ程度とし、その大きさはベースプレート２を取り付ける鉄骨柱１の寸法の２／３程度とし、モルタルが充填されるアンカーボルト６の周囲に１０ｍｍ以上の間隙が確保されていることを確認する。 Next, the construction method of the fixing structure of the exposed column base for direct earthquakes according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6. As shown in FIG. 3, a plurality of anchor bolts 6 are installed at predetermined positions of the foundation concrete 3 in a protruding state by a known means such as an anchor frame, and after the foundation concrete 3 is cured, the template 10 is removed and the level is removed. The mortar 11 is laid in an appropriate place. The height of the level mortar 11 is about 20 to 50 mm, preferably about 30 mm, the size of which is about 2/3 of the size of the steel frame column 1 to which the base plate 2 is attached, and 10 mm around the anchor bolt 6 filled with the mortar. Confirm that the above gap is secured.

これに続く鉄骨建て方作業として、図４に示すように、鉄骨柱１の下端部に固着されているベースプレート２のアンカーボルト挿通用の過大孔２ａにアンカーボルト６を挿入しながら、レベルモルタル１１上にベースプレート２を載置し、水平方向の位置調整を行う。さらに、定着用座金７の上面に平座金８を重ねた後、２個のナット９で締め付けてベースプレート２を所定の位置に固定する。 As a subsequent steel frame construction work, as shown in FIG. 4, the level mortar 11 is inserted into the oversized hole 2a for inserting the anchor bolt of the base plate 2 fixed to the lower end of the steel frame column 1. The base plate 2 is placed on the base plate 2 and the position is adjusted in the horizontal direction. Further, after the flat washer 8 is placed on the upper surface of the fixing washer 7, the base plate 2 is fixed at a predetermined position by tightening with two nuts 9.

図５（ａ）、（ｂ）は、次工程であるモルタルＧの充填方法を示す平面図と断面図である。定着用座金７は、本発明者が開発したもので、図に示すように、表面と裏面が同じ略台形状からなる座金本体７ａのほぼ中央にアンカーボルト６の挿通孔７ｂが形成されるとともに、座金本体７ａの肉厚方向に貫通する３個の切り溝状の空気排出溝７ｃが、挿通孔７ｂを中心にして放射状（１２０°間隔）に設けられた形状をなしている（特許第６４９７４２２号公報参照）。これらの空気排出溝７ｃは、露出型柱脚の定着構造において、モルタルＧをその開口部分から外部に漏出させることなく、座金本体７ａの内部に留めるものであって、アンカーボルト６に挿通されナット９が螺合した状態で、ナット９の外周縁を越えてその先端側部分が露出する長さに設定されている。なお、アンカーボルト６の挿通孔７ｂの内径は、使用するアンカーボルト６の外径より５〜１０ｍｍ程度大きく形成されている。 5 (a) and 5 (b) are a plan view and a cross-sectional view showing a method of filling the mortar G, which is the next step. The fixing washer 7 was developed by the present inventor, and as shown in the figure, an insertion hole 7b for an anchor bolt 6 is formed at substantially the center of a washer body 7a having the same substantially trapezoidal shape on the front surface and the back surface. , Three cut groove-shaped air discharge grooves 7c penetrating the washer body 7a in the wall thickness direction are provided radially (at intervals of 120 °) around the insertion holes 7b (Patent No. 6497422). See Gazette). These air discharge grooves 7c are used to fasten the mortar G inside the washer body 7a without leaking the mortar G from the opening portion to the outside in the fixing structure of the exposed column base, and are inserted into the anchor bolt 6 to form a nut. The length is set so that the tip end side portion of the nut 9 is exposed beyond the outer peripheral edge of the nut 9 in a screwed state. The inner diameter of the insertion hole 7b of the anchor bolt 6 is formed to be about 5 to 10 mm larger than the outer diameter of the anchor bolt 6 to be used.

鉄骨柱１の建て入れが完了した後、ベースプレート２の外周面に木製、鋼製等の型枠材１２を密着させて取り付ける。なお、充填する無収縮モルタル等のモルタルＧが型枠材１２の上部や下部から流出しないようにシールを行う。これは、モルタルＧの注入圧を保持するためでもある。ベースプレート２には、あらかじめモルタルＧの注入孔２ｂが形成されている。そして、グラウト充填用ロート１３を注入孔２ｂに差し込み、モルタルＧをゆっくりと流し入れる。モルタルＧは、ベースプレート２の下面と基礎コンクリート３との隙間を満たし、この場所で固化（凝結）したモルタルＧは、平板状の充填モルタル５として形成される。さらに、モルタルＧはベースプレート２の挿通孔（過大孔）２ａを上昇して定着用座金７の挿通孔７ｂにまで到達し、アンカーボルト６の周囲の隙間を確実に埋めることができる。 After the construction of the steel frame column 1 is completed, the formwork material 12 made of wood, steel, etc. is closely attached to the outer peripheral surface of the base plate 2. The mortar G such as the non-shrink mortar to be filled is sealed so as not to flow out from the upper part or the lower part of the formwork material 12. This is also to maintain the injection pressure of the mortar G. The base plate 2 is formed with an injection hole 2b for mortar G in advance. Then, the grout filling funnel 13 is inserted into the injection hole 2b, and the mortar G is slowly poured into the injection hole 2b. The mortar G fills the gap between the lower surface of the base plate 2 and the foundation concrete 3, and the mortar G solidified (condensed) at this location is formed as a flat plate-shaped filled mortar 5. Further, the mortar G can ascend the insertion hole (excessive hole) 2a of the base plate 2 to reach the insertion hole 7b of the fixing washer 7 and can surely fill the gap around the anchor bolt 6.

グラウト充填用ロート１３は、モルタルＧの注入時にモルタルの自重による高い注入圧（自重圧）を発生させる方法として合理的な注入方法である。ベースプレート２の下面側に注入されたモルタルＧの凝結開始時点まで注入圧を維持することが重要であり、ベースプレート２の周囲などに開放部が存在する状況、あるいは何らかの原因でモルタルＧの流失があると注入圧を維持できず、硬化後に所要の圧縮強度が得られない。注入時において、モルタルＧは、ベースプレート２と基礎コンクリート３によって上下方向で拘束される。側面を拘束する型枠材１２は、モルタルＧの注入圧で破壊され、あるいは隙間が拡大してモルタルＧが流失しないように堅牢に設置する必要がある。 The grout filling funnel 13 is a rational injection method as a method of generating a high injection pressure (self-weight pressure) due to the weight of the mortar when the mortar G is injected. It is important to maintain the injection pressure until the start of condensation of the mortar G injected into the lower surface side of the base plate 2, and there is a situation where there is an open portion around the base plate 2 or the like, or the mortar G is washed away for some reason. And the injection pressure cannot be maintained, and the required compressive strength cannot be obtained after curing. At the time of injection, the mortar G is vertically restrained by the base plate 2 and the foundation concrete 3. The formwork material 12 that restrains the side surface needs to be firmly installed so that the mortar G is not destroyed by the injection pressure of the mortar G or the gap is expanded and the mortar G is not washed away.

上記モルタルＧ（無収縮モルタル）の配合例としては、無収縮セメントと骨材（珪砂）の重量比が５０％、水セメント比は３０％以下、骨材（珪砂）のサイズは２〜３ｍｍ以下である。このような配合の無収縮モルタルを狭小空間（３ｍｍ以上）に充填させることは、適度な注入圧と空気排出孔があれば可能である。ところが、２〜３ｍｍ以下の間隙では、無収縮モルタルの骨材サイズよりも狭くなることから、その入り口で骨材が止まり、セメントミルクだけが流れ出る状態になる。しばらくすると、その場所に骨材が集積して堰の状態になり、セメントミルクの流出も完全に止まる。このような無収縮モルタルの特性により、定着用座金７の空気排出溝７ｃの内部にもセメントミルクを注入できることから、定着用座金７の挿通孔７ｂとアンカーボルト６の間隙にモルタルＧ（無収縮モルタル）が充填されたことを確認できる。なお、無収縮モルタルの圧縮強度仕様としては６０Ｎ／ｍｍ^２以上が好ましく、プレミックスタイプが作業性及び品質の面から好都合である。As a compounding example of the above mortar G (non-shrink mortar), the weight ratio of the non-shrink cement and the aggregate (silica sand) is 50%, the water cement ratio is 30% or less, and the size of the aggregate (silica sand) is 2-3 mm or less. Is. It is possible to fill a narrow space (3 mm or more) with a non-shrink mortar having such a composition if there is an appropriate injection pressure and an air discharge hole. However, in a gap of 2 to 3 mm or less, the size of the aggregate is smaller than that of the non-shrink mortar, so that the aggregate stops at the entrance and only cement milk flows out. After a while, aggregates accumulate at that location and become a weir, and the outflow of cement milk stops completely. Due to such characteristics of the non-shrink mortar, cement milk can be injected into the air discharge groove 7c of the fixing washer 7, so that the mortar G (non-shrinking) is formed in the gap between the insertion hole 7b of the fixing washer 7 and the anchor bolt 6. It can be confirmed that the mortar) has been filled. The compressive strength specification of the non-shrink mortar ^{is preferably 60 N / mm 2} or more, and the premix type is convenient in terms of workability and quality.

ところで、上記プレミックスモルタルの圧縮強度は、モルタル凝結時の配慮がないと得られない。すなわち、カタログなどに表示された数値は、標準圧縮試験法によるものであって、鋼製容器内にモルタルを注入し、容器の天端側に鋼製の重しを置いて完全な拘束（密閉）状態で凝結させた試験体の圧縮試験データである。したがって、在来の露出型柱脚で広く行われている開放状態でのモルタル注入方法では、凝結したモルタル（充填モルタル）の圧縮強度がこの数値には届かず、カタログ値よりも低い圧縮強度に止まざるを得ないのである。一般的には、高くても３０Ｎ／ｍｍ^２程度である。なお、プレミックスモルタルには、モルタル凝結時に膨張を促進させる薬剤が添加されているので、所定の圧縮強度（カタログ記載値）を得るためには、実質的に密閉された空間に対してモルタルを加圧状態で注入すること、すなわち拘束状態でのモルタル凝結が必須の条件となる。このように拘束状態で凝結させた充填モルタルの圧縮強度は６０Ｎ／ｍｍ^２以上と十分に高く、大きな水平地震動と上下地震動のいずれに対しても破壊されることがなく、有効に機能する。By the way, the compressive strength of the premixed mortar cannot be obtained without consideration at the time of mortar condensation. That is, the numerical values displayed in catalogs and the like are based on the standard compression test method. Mortar is injected into a steel container, and a steel weight is placed on the top side of the container to completely restrain (seal). ) It is the compression test data of the test piece condensed in the state. Therefore, in the open mortar injection method widely used in conventional exposed column bases, the compressive strength of the condensed mortar (filled mortar) does not reach this value, and the compressive strength is lower than the catalog value. There is no choice but to stop. Generally, it is about ^{30 N / mm 2 at the highest.} Since a chemical that promotes expansion during mortar condensation is added to the premix mortar, in order to obtain a predetermined compressive strength (value described in the catalog), the mortar is placed in a substantially enclosed space. Injection under pressure, that is, mortar condensation in a restrained state, is an essential condition. The compressive strength of the packed mortar condensed in the restrained state is as ^{high as 60 N / mm 2} or more, and it functions effectively without being destroyed by either a large horizontal ground motion or a vertical ground motion.

無収縮モルタル等のモルタルＧは、流動性の優れたもの使用することが重要である。ベースプレート２の下面全域と平座金８の直下まで完全に充填させるには、適度なモルタルＧの流動速度と適度な注入圧力が必要である。これを満足する方法として、図５（ｂ）に示すように、ある程度の高さと２０ｍｍ程度の注入孔を有するグラウト充填用ロート１３を使用する。モルタルＧの注入作業は，グラウト充填用ロート１３の頂部近くまでモルタルＧで満たす。モルタルＧを満たす高さは、アンカーボルト６の上端位置の高さまでを目安とする。このような条件により、グラウト充填用ロート１３中のモルタルＧの質量が適度な注入圧力（自重圧）となって継続的な充填が可能になり、モルタルＧですべての隙間を埋めることができる。なお、モルタルＧの充填に際して、グラウト充填用ロート１３を用いる理由は充填圧を発生させ、その圧力をベースプレート２の外周を囲った型枠材１２で確実に維持することで、モルタルＧの凝固時の拘束効果を高め、モルタルの圧縮強度を高めることにつながる。 It is important to use a mortar G having excellent fluidity, such as a non-shrink mortar. In order to completely fill the entire lower surface of the base plate 2 and just below the flat washer 8, an appropriate flow rate of mortar G and an appropriate injection pressure are required. As a method for satisfying this, as shown in FIG. 5B, a grout filling funnel 13 having a certain height and an injection hole of about 20 mm is used. The injection work of the mortar G is filled with the mortar G up to the vicinity of the top of the grout filling funnel 13. As a guide, the height that fills the mortar G is up to the height of the upper end position of the anchor bolt 6. Under such conditions, the mass of the mortar G in the grout filling funnel 13 becomes an appropriate injection pressure (self-weight pressure), and continuous filling becomes possible, and all the gaps can be filled with the mortar G. The reason for using the grout filling funnel 13 when filling the mortar G is that the filling pressure is generated and the pressure is surely maintained by the formwork material 12 surrounding the outer circumference of the base plate 2, so that the mortar G is solidified. It leads to increase the compressive strength of mortar by enhancing the restraining effect of.

上下地震動を伴う場合は、図７に示す４つの場面が不規則に生じるため、露出型柱脚の設計に際しては、水平動地震と上下動地震の地震力がほぼ同等であると仮定し、それぞれの場面での最大耐力時を想定して柱脚部材の破断や圧縮破壊を防ぐ対策が必要である。水平地震動及び上下地震動に対するそれぞれの好ましい設計条件は、以下の通りである。 When vertical seismic motion is involved, the four scenes shown in FIG. 7 occur irregularly. Therefore, when designing the exposed column base, it is assumed that the seismic forces of the horizontal motion earthquake and the vertical motion earthquake are almost the same, respectively. It is necessary to take measures to prevent breakage and compression failure of the column base member assuming the maximum yield strength in the above situation. The preferred design conditions for horizontal ground motion and vertical ground motion are as follows.

Ｉ．水平地震動
震度７クラスの水平動地震に対する適切なガイドラインは、現時点で存在しないので、本発明に係る露出型柱脚では、柱材（鉄骨柱１）が保有する終局曲げモーメントを超える柱脚の終局曲げ耐力（設計用）とすることで、震度７クラスの地震に耐えうると仮定している。さらに、本発明に係る露出型柱脚は、門型ラーメン構造での使用を前提とする。門型ラーメン構造で耐震性を確保するには、保有水平耐力とする設計が有効になる。保有水平耐力は、門型ラーメン構造において、２次水平荷重時に柱端部、梁端部を順次降伏させ、地震時のエネルギーをフレーム全体に吸収されることで耐震性を高める設計法である。この場合、柱下部を先行降伏させる柱脚部にすることで保有水平耐力とする設計が可能になる。
また、露出型柱脚の水平動地震対策（柱脚の終局耐力）として、柱材（鉄骨柱１）の降伏比（降伏強度／引張強度）が８０％以下、且つアンカーボルト６の降伏比が７０％以下の条件で、アンカーボルト６の曲げ降伏モーメント（ａＭｙ）が柱材（鉄骨柱１）の全塑性モーメント（ｃＭｙ）を上回るものとする。このことは、震度７クラスの水平動地震を本発明に係る露出型柱脚が曲げモーメントとして受けたとき、アンカーボルト６の降伏後は、アンカーボル６と柱材（鉄骨柱１）は、それぞれの曲げモーメントの合力の効果により柱材自身が保有する最大曲げモーメントを上回る柱脚の最大曲げモーメントになり、耐震性をより高める効果になる。
なお、柱下部を含む柱脚部をアンカーボルトの曲げ降伏を先行とする構造では、アンカーボルト軸部だけで地震エネルギーを吸収せざるを得ないので、保有水平耐力となる設計が不可能である。この場合の柱脚は、ブレースに地震エネルギーの吸収を期待するブレース併用ラーメン構造が適する。
さらに、柱材（鉄骨柱１）に対するアンカーボルト６の断面比（全アンカーボルト引張強度／柱材断面の引張強度）は０．６以上とするのが好適である。水平動地震力（設計用）は、建物重量、地盤条件等で決まるが、設計する建物の詳細が確定しないと設計用地震力は明確にならない。それ故、建築の構造設計では、あらかじめ推定した構造形式や、柱や梁材、さらに柱脚を想定して暫定的な設計をするのが一般であり、その作業の繰り返しで、最適構造を決めることになる。０．６は設計用の暫定値として目安とする数値ではあるが、阪神・淡路大地震において無被害であった建物のアンカーボルトと柱材の断面比から求めたものある。I. Horizontal seismic motion Since there is no appropriate guideline for horizontal motion earthquakes of seismic intensity 7 class at present, in the exposed column base according to the present invention, the ultimate bending moment of the column material (steel column 1) is exceeded. It is assumed that the bending strength (for design) can withstand an earthquake of seismic intensity 7 class. Further, the exposed column base according to the present invention is premised on use in a portal rigid frame structure. In order to ensure seismic resistance in the gantry rigid frame structure, it is effective to design it with the possessed horizontal strength. The possessed horizontal strength is a design method in which the column end and the beam end are sequentially yielded at the time of the secondary horizontal load in the gantry rigid frame structure, and the energy at the time of the earthquake is absorbed by the entire frame to improve the seismic resistance. In this case, by making the lower part of the column a column base that yields in advance, it is possible to design the column to have a horizontal bearing capacity.
In addition, as a countermeasure against horizontal motion earthquakes of exposed column bases (ultimate strength of column bases), the yield ratio (yield strength / tensile strength) of the column material (steel column 1) is 80% or less, and the yield ratio of the anchor bolt 6 is It is assumed that the bending yield moment (aMy) of the anchor bolt 6 exceeds the total plastic moment (cMy) of the column material (steel column 1) under the condition of 70% or less. This means that when the exposed column base according to the present invention receives a horizontal motion earthquake of seismic intensity 7 class as a bending moment, after the anchor bolt 6 yields, the anchor bolt 6 and the column material (steel column 1) are respectively. Due to the effect of the resultant force of the bending moments, the maximum bending moment of the column base exceeds the maximum bending moment possessed by the column material itself, which is an effect of further improving the earthquake resistance.
In addition, in the structure in which the bending yield of the anchor bolt precedes the column base including the lower part of the column, the seismic energy must be absorbed only by the anchor bolt shaft, so it is impossible to design the column base to have the retained horizontal strength. .. In this case, a rigid frame structure combined with a brace, which is expected to absorb seismic energy in the brace, is suitable for the column base.
Further, it is preferable that the cross-sectional ratio of the anchor bolt 6 to the column material (steel frame column 1) (total anchor bolt tensile strength / tensile strength of the column member cross section) is 0.6 or more. The horizontal seismic force (for design) is determined by the weight of the building, the ground conditions, etc., but the seismic force for design is not clear unless the details of the building to be designed are determined. Therefore, in the structural design of buildings, it is common to make a provisional design assuming a pre-estimated structural form, columns and beam materials, and column bases, and the optimum structure is determined by repeating the work. It will be. Although 0.6 is a guideline value as a provisional value for design, it is obtained from the cross-sectional ratio of anchor bolts and pillars of buildings that were not damaged by the Great Hanshin-Awaji Earthquake.

ＩＩ．上下地震動
上下動地震力は、上記の設計用地震力として求めた水平動地震力に対する鉛直度地震係数として対処される。鉛直度地震係数は、０．３〜０．５の範囲で用いられ、特殊な構造（超高層建築物、ロングスパン構造）において適用されるが、阪神・淡路大地震での鉛直度係数は１．０であったと考えられ、神戸市内での露出型柱脚の甚大な被害は、上下動地震力であったとされている。
上方向地震動では、全アンカーボルトで引張力を負担する。この場合、（１）アンカーボルトが破断もしくは伸び降伏（塑性変形）することによってベースプレートと充填モルタルが離間した状態、（２）アンカーボルトが引張弾性範囲内でベースプレートと充填モルタルに離間が生じない状態に分けられる。
下方向地震力では、ベースプレートは落下挙動になる。上記（１）の状態では、落下による衝撃的圧縮荷重が負荷され充填モルタルが破壊するので許容できない。（２）の状態では、衝撃荷重であるが充填モルタルとベースプレートが離間していないため、静荷重の２倍の衝撃荷重となることが知られている（材料工学によるひずみエネルギー法）。静荷重時でのベースプレート下面の静的圧縮荷重が３０Ｎ／ｍｍ^２として、その２倍の６０Ｎ／ｍｍ^２以上を確保することで、ベースプレートから受ける衝撃的圧縮荷重による充填モルタルの破壊を防ぐことが可能になる。この場合の条件として、上方向地震力に対し、全アンカーボルトの引張応力は完全に弾性範囲内とする。II. Vertical seismic motion The vertical seismic force is dealt with as a vertical seismic coefficient with respect to the horizontal seismic force obtained as the above design seismic force. The vertical seismic coefficient is used in the range of 0.3 to 0.5 and is applied to special structures (skyscrapers, long span structures), but the verticality coefficient for the Great Hanshin-Awaji Earthquake is 1. It is thought that it was 0.0, and it is said that the great damage to the exposed column base in Kobe city was the vertical seismic force.
In the upward seismic motion, all anchor bolts bear the tensile force. In this case, (1) the base plate and the filling mortar are separated from each other due to the anchor bolt breaking or stretching or yielding (plastic deformation), and (2) the base plate and the filling mortar are not separated from each other within the tensile elasticity range of the anchor bolt. It is divided into.
Under downward seismic force, the base plate behaves like a fall. In the state of (1) above, a shocking compressive load due to dropping is applied and the filling mortar is destroyed, which is unacceptable. In the state of (2), it is known that the impact load is twice the static load because the filling mortar and the base plate are not separated from each other (strain energy method by material engineering). As the base plate static compression load 30 N / mm ² on the lower surface at the time of static load, by securing the double 60N / mm ² or more thereof, it can prevent the destruction of the filling mortar by impact compression load received from the base plate It will be possible. As a condition in this case, the tensile stress of all anchor bolts is completely within the elastic range with respect to the upward seismic force.

本発明による露出型柱脚の定着構造では、ベースプレート２の下面と基礎コンクリート３で挟まれた平板状の充填モルタル５の周面を被覆鉄筋コンクリート４で隙間なく包囲しているので、充填モルタル５に拘束効果が生じ、特に上下地震動を伴う直下型地震で充填モルタル５が圧壊するのが効果的に阻止され、耐震性能を高めることができる。さらに、ベースプレート２の挿通孔２ａの内部においてもアンカーボルト６の周囲が拘束された空間になっているので、無収縮モルタルが密実充填状態で凝結することにより同様な拘束効果が発揮される。 In the fixing structure of the exposed column base according to the present invention, the peripheral surface of the flat plate-shaped filled mortar 5 sandwiched between the lower surface of the base plate 2 and the foundation concrete 3 is surrounded by the coated reinforced concrete 4 without any gaps. A restraining effect is produced, and in particular, the filling mortar 5 is effectively prevented from being crushed by a direct earthquake accompanied by vertical earthquake motion, and the seismic performance can be improved. Further, since the circumference of the anchor bolt 6 is also a constrained space inside the insertion hole 2a of the base plate 2, the same restraining effect is exhibited by condensing the non-shrink mortar in a densely filled state.

図６は、モルタルの充填が完了した後、被覆鉄筋コンクリート４を積層する際の配筋状態の一例を示す断面図である。基礎コンクリート３の内部には、基礎梁下端筋３１、基礎梁上端筋３２、あばら筋３３が埋設され、鉄骨柱１が設置される柱型部５０には、複数のアンカーボルト６を囲むようにフープ筋結束用のＵ字形の建方筋５１とフープ筋５２が配筋されている。さらに、基礎梁上端筋３２には、予め複数の差し筋３４が直立状に結合され、基礎コンクリート３の施工に際しては、差し筋３４の上部側が突出するようにコンクリートが打設される。そして、基礎コンクリート３の上面に突出する複数の差し筋３４とメッシュ筋３５を埋設するように被覆鉄筋コンクリート４が打設され、両コンクリート層３，４が一体化される。なお、差し筋３４に代えて、あと施工タイプである差し筋アンカーを使用することも可能である。この場合には、被覆鉄筋コンクリート４を打設する前の基礎コンクリート３の上面を平坦状にすることができる。また、被覆鉄筋コンクリート４は、地震力でアンカーボルト６に引張力が生じたときに、被覆鉄筋コンクリート４でアンカーボルト６の引張力を低減させる効果も期待できる。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of a bar arrangement state when the coated reinforced concrete 4 is laminated after the filling of the mortar is completed. Inside the foundation concrete 3, the foundation beam lower end reinforcement 31, the foundation beam upper end reinforcement 32, and the stirrups 33 are embedded, and the column mold portion 50 on which the steel frame column 1 is installed surrounds a plurality of anchor bolts 6. U-shaped construction muscles 51 and hoop muscles 52 for bundling hoop muscles are arranged. Further, a plurality of reinforcing bars 34 are connected in advance to the upper end bar 32 of the foundation beam in an upright shape, and when the foundation concrete 3 is constructed, concrete is cast so that the upper side of the reinforcing bars 34 protrudes. Then, the coated reinforced concrete 4 is cast so as to bury a plurality of reinforcing bars 34 and mesh bars 35 protruding from the upper surface of the foundation concrete 3, and both concrete layers 3 and 4 are integrated. It is also possible to use a post-construction type insert bar anchor instead of the insert bar 34. In this case, the upper surface of the foundation concrete 3 before the coated reinforced concrete 4 is cast can be flattened. Further, the coated reinforced concrete 4 can be expected to have an effect of reducing the tensile force of the anchor bolt 6 in the coated reinforced concrete 4 when a tensile force is generated in the anchor bolt 6 due to the seismic force.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば配筋構造、柱脚構造の変更など、本発明の技術思想内でさまざまな変更実施が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various changes can be made within the technical idea of the present invention, such as changes in the bar arrangement structure and the column base structure.

本発明に係る直下型地震対応露出型柱脚の定着構造は、鉄骨造の柱脚部に使用された場合にその優位性が発揮され、震度７クラスの直下型地震に対応するものとしてさらなる展開が期待される。 The anchoring structure of the exposed column base for direct earthquakes according to the present invention demonstrates its superiority when used for a steel-framed column base, and is further developed as a structure corresponding to a direct earthquake of seismic intensity 7 class. There is expected.

１…鉄骨柱、２…ベースプレート、２ａ…挿通孔、２ｂ…注入孔、３…基礎コンクリート、４…被覆鉄筋コンクリート、５…充填モルタル、６…アンカーボルト、７…定着用座金、７ａ…座金本体、７ｂ…挿通孔、７ｃ…空気排出溝、８…平座金、９…ナット、１０…テンプレート、１１…レベルモルタル、１２…型枠材、１３…グラウト充填用ロート、３４…差し筋1 ... steel pillar, 2 ... base plate, 2a ... insertion hole, 2b ... injection hole, 3 ... foundation concrete, 4 ... coated reinforced concrete, 5 ... filling mortar, 6 ... anchor bolt, 7 ... fixing washer, 7a ... washer body, 7b ... Insertion hole, 7c ... Air exhaust groove, 8 ... Flat washer, 9 ... Nut, 10 ... Template, 11 ... Level mortar, 12 ... Mold material, 13 ... Grout filling funnel, 34 ... Reinforcement

Claims

基礎コンクリート中に下部が埋設された降伏比が７０％以下の複数のアンカーボルトに対して、該アンカーボルトの挿通孔を周辺部に備え、降伏比が８０％以下の鉄骨柱の下端に固着されたベースプレートを、前記基礎コンクリートの上面にレベルモルタルを介して載置し、前記アンカーボルトの上部に螺合するナットの締付けにより固定した状態で、前記基礎コンクリートの上面と前記ベースプレートの下面との間に生じる隙間にモルタル材を注入し、固化した充填モルタルを介して前記鉄骨柱を前記基礎コンクリートに定着する直下型地震対応露出型柱脚の定着構造であって、前記アンカーボルトの曲げ降伏耐力が前記鉄骨柱の全塑性モーメントよりも大きく、前記充填モルタルの周面が、前記基礎コンクリートの上面に積層状態で一体化した被覆鉄筋コンクリートで覆われていることを特徴とする直下型地震対応露出型柱脚の定着構造。 For a plurality of anchor bolts whose lower part is buried in the foundation concrete and whose yield ratio is 70% or less, an insertion hole for the anchor bolt is provided in the peripheral portion and fixed to the lower end of a steel pillar having a yield ratio of 80% or less. The base plate is placed on the upper surface of the foundation concrete via a level mortar, and fixed by tightening a nut screwed onto the upper part of the anchor bolt, between the upper surface of the foundation concrete and the lower surface of the base plate. It is a fixing structure of a direct earthquake-responsive exposed column base that injects a mortar material into the gap generated in the above and fixes the steel column to the foundation concrete through the solidified filled mortar, and the bending yield resistance of the anchor bolt is high. Direct-installed earthquake-responsive exposed pillars that are larger than the total plastic moment of the steel pillars and that the peripheral surface of the filled mortar is covered with coated reinforced concrete that is integrated with the upper surface of the foundation concrete in a laminated state. Anchored structure of the legs.

前記被覆鉄筋コンクリートが、前記アンカーボルトの上端位置を超える厚さで積層されていることを特徴とする請求項１に記載の直下型地震対応露出型柱脚の定着構造。 The fixing structure for a direct earthquake-responsive exposed column base according to claim 1, wherein the coated reinforced concrete is laminated with a thickness exceeding the upper end position of the anchor bolt.

基礎コンクリート中に下部が埋設された降伏比が７０％以下の複数のアンカーボルトに対して、該アンカーボルトの挿通孔を周辺部に備え、前記アンカーボルトの曲げ降伏耐力よりも全塑性モーメントが小さい降伏比が８０％以下の鉄骨柱の下端に固着されたベースプレートを、前記基礎コンクリートの上面にレベルモルタルを介して載置し、前記アンカーボルトの上部に螺合するナットの締付けにより固定した状態で前記ベースプレートの各側面に沿って型枠材を設置し、前記基礎コンクリートの上面と前記ベースプレートの下面との間に生じる隙間にモルタル材を自重圧で注入し、固化した充填モルタルを介して前記鉄骨柱を前記基礎コンクリートに定着した後、前記基礎コンクリートの上面に鉄筋を配設し、前記充填モルタルの周面を覆うようにコンクリートを打設して被覆鉄筋コンクリートを積層することを特徴とする直下型地震対応露出型柱脚の施工方法。 For a plurality of anchor bolts whose lower part is embedded in the foundation concrete and whose yield ratio is 70% or less, an insertion hole for the anchor bolt is provided in the peripheral portion, and the total plastic moment is smaller than the bending yield strength of the anchor bolt. A base plate fixed to the lower end of a steel column having a yield ratio of 80% or less is placed on the upper surface of the foundation concrete via a level mortar, and fixed by tightening a nut screwed onto the upper part of the anchor bolt. A mold material is installed along each side surface of the base plate, the mortar material is injected under its own weight into the gap formed between the upper surface of the foundation concrete and the lower surface of the base plate, and the steel frame is injected through the solidified filled mortar. After fixing the pillars to the foundation concrete, a reinforcing bar is arranged on the upper surface of the foundation concrete, concrete is placed so as to cover the peripheral surface of the filled mortar, and the coated reinforced concrete is laminated. Construction method of exposed bolt base for earthquakes.

前記基礎コンクリートの上面に差し筋を配置した状態でコンクリートを打設して前記被覆鉄筋コンクリートを積層することを特徴とする請求項３に記載の直下型地震対応露出型柱脚の施工方法。 The method for constructing a direct earthquake-responsive exposed column base according to claim 3, wherein concrete is placed on the upper surface of the foundation concrete and the coated reinforced concrete is laminated.