JP4546619B2 - 柱脚部制震構造 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、建物の地震応答を鉄骨柱の柱脚部で低減させる柱脚部制震構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建物の制震構造としては、ブレース、間柱、壁等へエネルギー吸収部材を設置した構成が一般的であるが、開口部が塞がれるので、設計計画上の制限を受けてしまう。
【０００３】
但し、建物の開口部をほとんど塞がずに済み、設計の自由度を大きくした制震構造も、例えば、特開平４−１３７３号公報、特開平６−３４１２４６号公報、特許第２６６９７４０号公報等に開示され公知である。これらの制震構造はいずれも、建物の特に柱梁接合部を、普通鋼又は高張力鋼から成る構成部材（鉄骨柱又は鉄骨梁）に低降伏点鋼を複合化して構築し、前記低降伏点鋼の変形により地震エネルギーを吸収させる構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来公知の制震構造では、柱に鉄骨柱を使用して実施する場合、その柱脚部は、柱脚基礎コンクリート中にアンカーボルトを設置し、同アンカーボルトにより鉄骨柱下端部に取り付けたベースプレートを緊結した構成とされる。さらに、前記柱脚部は、露出型形式、埋込み型形式、及び根巻き型形式に大別されるが、いずれの形式の柱脚部でも、大地震時には、アンカーボルトの引き抜け又は破断、若しくは基礎コンクリートの破壊のうちの少なくとも１つが生じ、結局のところ損傷してしまう。特許第２６６９７４０号公報の図示例の如く、柱脚部にも低降伏点鋼を複合化し実施しても当該低降伏点鋼には小さな変形しか生じないので、地震エネルギーの吸収性能は低く、この問題点は緩和こそされ、解決はされない。
【０００５】
また、上記従来公知の制震構造では、柱脚部の固定度の評価は、アンカーボルトと基礎コンクリートとの間の付着、及び基礎コンクリートに発生する亀裂等が影響するため困難であり、実際には、前記柱脚部をピン接合或いは固定接合とみなして不正確な構造設計を行うしかなかった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、柱脚部に固定したベースプレートと鉄骨柱の下端面とを縁切りすることで、鉄骨柱の下端部を傾動可能とし、地震時に、エネルギー吸収部材を大きく変形させ、建物の柱脚部で高い地震エネルギー吸収性能を発揮する構成とし、柱脚部の損傷を防止することができる、柱脚部制震構造を提供することである。
【０００７】
本発明の次の目的は、柱脚部の固定度の評価が容易で、構造設計を正確に行える、柱脚部制震構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した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柱脚部制震構造は、
柱脚部に固定したベースプレートと鉄骨柱の下端面とを縁切りし、鉄骨柱は当接状態でベースプレート上に載置されて同ベースプレートに対して傾動可能とされており、前記ベースプレートと鉄骨柱とが低降伏点鋼パネル等のエネルギー吸収部材で連結されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した柱脚部制震構造において、エネルギー吸収部材は、平面的に見て、鉄骨柱の４側面に沿って鉛直に配置され、ベースプレートの上面と鉄骨柱の側面との間をそれぞれ連結していることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した柱脚部制震構造において、ベースプレートの上面に鞘管が立ち上げられており、同鞘管の平面形状は、鉄骨柱下端部の傾動を許容する隙間を確保した形状、大きさとされていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載した柱脚部制震構造において、エネルギー吸収部材は、平面的に見て、鉄骨柱の４側面に直角４方向に配置され、その内側端縁部が鉄骨柱の側面と、外側端縁部はベースプレートの上面に固定して立ち上げた取付け部材とそれぞれ接合されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施形態及び実施例】
先ず、請求項１〜３に記載した発明に係る柱脚部制震構造の実施形態を、図１〜図４により説明する。
【００１３】
この柱脚部制震構造は、図１、図２に示したように、柱脚部の基礎コンクリート１の上面へアンカーボルト２でベースプレート３が固定され、当該ベースプレート３の上面と鉄骨柱４の下端面との縁を切った状態にして、前記鉄骨柱４はベースプレート３に対して傾動可能とされており、さらに前記ベースプレート３と鉄骨柱４とがエネルギー吸収部材としての低降伏点鋼パネル５により連結されている（請求項１記載の発明）。
【００１４】
さらに具体的には、合計４枚の低降伏点鋼パネル５が、図２に示したように、平面的に見て、角形鋼管から成る鉄骨柱４の４側面に沿って鉛直に配置され、ベースプレート３の上面と鉄骨柱４の側面との間をそれぞれ連結しており、その上下端部は溶接等の手段でそれぞれ接合されている（請求項２記載の発明）。
【００１５】
前記ベースプレート３の上面には、鋼製の鞘管６が立ち上げられている。この鞘管６の平面形状は、鉄骨柱４下端部の傾動を許容する隙間Ｃを確保した形状、大きさとされており、鉄骨柱４の下端部の剪断ずれを防止し、且つ低降伏点鋼パネル５の面外変形を拘束して、建物の構造的な安全性を確保すると共に、図３に示したように、柱脚部の外観をすっきりとしたものにしている（請求項３記載の発明）。
【００１６】
したがって、地震時に、建物の水平剪断力に起因して鉄骨柱４の柱脚部へ水平力が作用すると、ベースプレート３と鉄骨柱４の下端面とは縁切りされているので、図４に示した如く、当該鉄骨柱４の下端部は傾動し、これに伴い、エネルギー吸収部材としての低降伏点鋼パネル５に引張・圧縮の塑性変形を交互に生じて地震エネルギーが効果的に吸収される。
【００１７】
また、鉄骨柱４の柱脚部の固定度は、使用されるエネルギー吸収部材としての低降伏点鋼パネル５の弾塑性性状と変形断面をもとに容易に評価できるので、構造設計を正確に行うことができる。
【００１８】
図５は、上記図１〜図４に示した柱脚部制震構造を応用し、鉄骨柱４とベースプレート３を、柱脚部の基礎コンクリート１中に埋め込んだ実施形態を示している。なお、この図５の実施形態では、基礎コンクリート１を２度打ちして構築しており、ベースプレート３が鞘管６と共に当該基礎コンクリート１中に固定されているので、アンカーボルトは設置されていない。
【００１９】
次に、請求項４に記載した発明に係る柱脚部制震構造の実施形態を、図６、図７に基いて説明する。
【００２０】
この柱脚部制震構造も、上記図１〜図４に示した柱脚部制震構造と同様、柱脚部の基礎コンクリート１の上面へアンカーボルト２でベースプレート３が固定され、当該ベースプレート３の上面と鉄骨柱４の下端面との縁を切った状態にして、鉄骨柱４はベースプレート３に対して傾動可能とされ、前記ベースプレート３と鉄骨柱４とがエネルギー吸収部材としての低降伏点鋼パネル５により連結された構成である。具体的には図６、図７に示したように、４枚の低降伏点鋼パネル５は、平面的に見て、角形鋼管から成る鉄骨柱４の４側面の各中央位置から直角４方向（直交する４方向）に配置され、その内側端縁部が鉄骨柱４の側面と、外側端縁部はベースプレート３の上面に固定して垂直に立ち上げた板状の取付け部材７の側面へそれぞれ溶接等の手段で接合されている。従って、鉄骨柱４の傾動に伴い低降伏点鋼パネル５が塑性変形を生じて地震エネルギーを吸収する。
【００２１】
前記取付け部材７としては普通鋼又は高張力鋼が好適に使用される。当該取付け部材７は、上記した他の実施形態における鞘管６と同様、鉄骨柱４の下端部の剪断ずれを防止し、且つ低降伏点鋼パネル５の面外変形を拘束する役割も担う。
【００２２】
なお、本発明の鉄骨柱としては、図示した角形鋼管柱４に限定されず、円形鋼管柱、Ｈ形鋼柱その他を使用しても実施できる。エネルギー吸収部材も、図示した低降伏点鋼パネル５に限定されず、同じくエネルギー（地震エネルギー）を吸収し低減するのに好適な弾塑性材であればよい。
【００２３】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜４に記載した発明に係る柱脚部制震構造は、柱脚部に固定したベースプレートと鉄骨柱の下端面とが縁切りされているので、地震時には、前記鉄骨柱の下端部が大きく傾動し、これに伴い、低降伏点鋼パネル等のエネルギー吸収部材が大きく変形するので、建物の柱脚部に高い地震エネルギー吸収性能を発揮して、柱脚部の損傷を防止することができる。
【００２４】
また、本発明に係る柱脚部制震構造によれば、柱脚部の固定度は、使用される低降伏点鋼パネル等のエネルギー吸収部材の弾塑性性状と変形断面をもとに容易に評価できるので、構造設計を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る柱脚部制震構造の実施形態を示した縦断面図である。
【図２】図１の柱脚部制震構造の横断面図である。
【図３】図１の柱脚部制震構造の外観を示した斜視図である。
【図４】図１の柱脚部制震構造の地震時における変形状態を示した図である。
【図５】本発明に係る柱脚部制震構造の異なる実施形態を示した縦断面図である。
【図６】本発明に係る柱脚部制震構造の更に異なる実施形態を示した縦断面図である。
【図７】図６の柱脚部制震構造の横断面図である。
【符号の説明】
１ 基礎コンクリート
３ ベースプレート
４ 鉄骨柱
５ 低降伏点鋼パネル（エネルギー吸収部材）
Ｃ （鉄骨柱と鞘管との間の）隙間
６ 鞘管
７ 取付け部材
【発明の属する技術分野】
この発明は、建物の地震応答を鉄骨柱の柱脚部で低減させる柱脚部制震構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、建物の制震構造としては、ブレース、間柱、壁等へエネルギー吸収部材を設置した構成が一般的であるが、開口部が塞がれるので、設計計画上の制限を受けてしまう。
【０００３】
但し、建物の開口部をほとんど塞がずに済み、設計の自由度を大きくした制震構造も、例えば、特開平４−１３７３号公報、特開平６−３４１２４６号公報、特許第２６６９７４０号公報等に開示され公知である。これらの制震構造はいずれも、建物の特に柱梁接合部を、普通鋼又は高張力鋼から成る構成部材（鉄骨柱又は鉄骨梁）に低降伏点鋼を複合化して構築し、前記低降伏点鋼の変形により地震エネルギーを吸収させる構成である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来公知の制震構造では、柱に鉄骨柱を使用して実施する場合、その柱脚部は、柱脚基礎コンクリート中にアンカーボルトを設置し、同アンカーボルトにより鉄骨柱下端部に取り付けたベースプレートを緊結した構成とされる。さらに、前記柱脚部は、露出型形式、埋込み型形式、及び根巻き型形式に大別されるが、いずれの形式の柱脚部でも、大地震時には、アンカーボルトの引き抜け又は破断、若しくは基礎コンクリートの破壊のうちの少なくとも１つが生じ、結局のところ損傷してしまう。特許第２６６９７４０号公報の図示例の如く、柱脚部にも低降伏点鋼を複合化し実施しても当該低降伏点鋼には小さな変形しか生じないので、地震エネルギーの吸収性能は低く、この問題点は緩和こそされ、解決はされない。
【０００５】
また、上記従来公知の制震構造では、柱脚部の固定度の評価は、アンカーボルトと基礎コンクリートとの間の付着、及び基礎コンクリートに発生する亀裂等が影響するため困難であり、実際には、前記柱脚部をピン接合或いは固定接合とみなして不正確な構造設計を行うしかなかった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、柱脚部に固定したベースプレートと鉄骨柱の下端面とを縁切りすることで、鉄骨柱の下端部を傾動可能とし、地震時に、エネルギー吸収部材を大きく変形させ、建物の柱脚部で高い地震エネルギー吸収性能を発揮する構成とし、柱脚部の損傷を防止することができる、柱脚部制震構造を提供することである。
【０００７】
本発明の次の目的は、柱脚部の固定度の評価が容易で、構造設計を正確に行える、柱脚部制震構造を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した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柱脚部制震構造は、
柱脚部に固定したベースプレートと鉄骨柱の下端面とを縁切りし、鉄骨柱は当接状態でベースプレート上に載置されて同ベースプレートに対して傾動可能とされており、前記ベースプレートと鉄骨柱とが低降伏点鋼パネル等のエネルギー吸収部材で連結されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載した柱脚部制震構造において、エネルギー吸収部材は、平面的に見て、鉄骨柱の４側面に沿って鉛直に配置され、ベースプレートの上面と鉄骨柱の側面との間をそれぞれ連結していることを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した柱脚部制震構造において、ベースプレートの上面に鞘管が立ち上げられており、同鞘管の平面形状は、鉄骨柱下端部の傾動を許容する隙間を確保した形状、大きさとされていることを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載した柱脚部制震構造において、エネルギー吸収部材は、平面的に見て、鉄骨柱の４側面に直角４方向に配置され、その内側端縁部が鉄骨柱の側面と、外側端縁部はベースプレートの上面に固定して立ち上げた取付け部材とそれぞれ接合されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施形態及び実施例】
先ず、請求項１〜３に記載した発明に係る柱脚部制震構造の実施形態を、図１〜図４により説明する。
【００１３】
この柱脚部制震構造は、図１、図２に示したように、柱脚部の基礎コンクリート１の上面へアンカーボルト２でベースプレート３が固定され、当該ベースプレート３の上面と鉄骨柱４の下端面との縁を切った状態にして、前記鉄骨柱４はベースプレート３に対して傾動可能とされており、さらに前記ベースプレート３と鉄骨柱４とがエネルギー吸収部材としての低降伏点鋼パネル５により連結されている（請求項１記載の発明）。
【００１４】
さらに具体的には、合計４枚の低降伏点鋼パネル５が、図２に示したように、平面的に見て、角形鋼管から成る鉄骨柱４の４側面に沿って鉛直に配置され、ベースプレート３の上面と鉄骨柱４の側面との間をそれぞれ連結しており、その上下端部は溶接等の手段でそれぞれ接合されている（請求項２記載の発明）。
【００１５】
前記ベースプレート３の上面には、鋼製の鞘管６が立ち上げられている。この鞘管６の平面形状は、鉄骨柱４下端部の傾動を許容する隙間Ｃを確保した形状、大きさとされており、鉄骨柱４の下端部の剪断ずれを防止し、且つ低降伏点鋼パネル５の面外変形を拘束して、建物の構造的な安全性を確保すると共に、図３に示したように、柱脚部の外観をすっきりとしたものにしている（請求項３記載の発明）。
【００１６】
したがって、地震時に、建物の水平剪断力に起因して鉄骨柱４の柱脚部へ水平力が作用すると、ベースプレート３と鉄骨柱４の下端面とは縁切りされているので、図４に示した如く、当該鉄骨柱４の下端部は傾動し、これに伴い、エネルギー吸収部材としての低降伏点鋼パネル５に引張・圧縮の塑性変形を交互に生じて地震エネルギーが効果的に吸収される。
【００１７】
また、鉄骨柱４の柱脚部の固定度は、使用されるエネルギー吸収部材としての低降伏点鋼パネル５の弾塑性性状と変形断面をもとに容易に評価できるので、構造設計を正確に行うことができる。
【００１８】
図５は、上記図１〜図４に示した柱脚部制震構造を応用し、鉄骨柱４とベースプレート３を、柱脚部の基礎コンクリート１中に埋め込んだ実施形態を示している。なお、この図５の実施形態では、基礎コンクリート１を２度打ちして構築しており、ベースプレート３が鞘管６と共に当該基礎コンクリート１中に固定されているので、アンカーボルトは設置されていない。
【００１９】
次に、請求項４に記載した発明に係る柱脚部制震構造の実施形態を、図６、図７に基いて説明する。
【００２０】
この柱脚部制震構造も、上記図１〜図４に示した柱脚部制震構造と同様、柱脚部の基礎コンクリート１の上面へアンカーボルト２でベースプレート３が固定され、当該ベースプレート３の上面と鉄骨柱４の下端面との縁を切った状態にして、鉄骨柱４はベースプレート３に対して傾動可能とされ、前記ベースプレート３と鉄骨柱４とがエネルギー吸収部材としての低降伏点鋼パネル５により連結された構成である。具体的には図６、図７に示したように、４枚の低降伏点鋼パネル５は、平面的に見て、角形鋼管から成る鉄骨柱４の４側面の各中央位置から直角４方向（直交する４方向）に配置され、その内側端縁部が鉄骨柱４の側面と、外側端縁部はベースプレート３の上面に固定して垂直に立ち上げた板状の取付け部材７の側面へそれぞれ溶接等の手段で接合されている。従って、鉄骨柱４の傾動に伴い低降伏点鋼パネル５が塑性変形を生じて地震エネルギーを吸収する。
【００２１】
前記取付け部材７としては普通鋼又は高張力鋼が好適に使用される。当該取付け部材７は、上記した他の実施形態における鞘管６と同様、鉄骨柱４の下端部の剪断ずれを防止し、且つ低降伏点鋼パネル５の面外変形を拘束する役割も担う。
【００２２】
なお、本発明の鉄骨柱としては、図示した角形鋼管柱４に限定されず、円形鋼管柱、Ｈ形鋼柱その他を使用しても実施できる。エネルギー吸収部材も、図示した低降伏点鋼パネル５に限定されず、同じくエネルギー（地震エネルギー）を吸収し低減するのに好適な弾塑性材であればよい。
【００２３】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜４に記載した発明に係る柱脚部制震構造は、柱脚部に固定したベースプレートと鉄骨柱の下端面とが縁切りされているので、地震時には、前記鉄骨柱の下端部が大きく傾動し、これに伴い、低降伏点鋼パネル等のエネルギー吸収部材が大きく変形するので、建物の柱脚部に高い地震エネルギー吸収性能を発揮して、柱脚部の損傷を防止することができる。
【００２４】
また、本発明に係る柱脚部制震構造によれば、柱脚部の固定度は、使用される低降伏点鋼パネル等のエネルギー吸収部材の弾塑性性状と変形断面をもとに容易に評価できるので、構造設計を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る柱脚部制震構造の実施形態を示した縦断面図である。
【図２】図１の柱脚部制震構造の横断面図である。
【図３】図１の柱脚部制震構造の外観を示した斜視図である。
【図４】図１の柱脚部制震構造の地震時における変形状態を示した図である。
【図５】本発明に係る柱脚部制震構造の異なる実施形態を示した縦断面図である。
【図６】本発明に係る柱脚部制震構造の更に異なる実施形態を示した縦断面図である。
【図７】図６の柱脚部制震構造の横断面図である。
【符号の説明】
１ 基礎コンクリート
３ ベースプレート
４ 鉄骨柱
５ 低降伏点鋼パネル（エネルギー吸収部材）
Ｃ （鉄骨柱と鞘管との間の）隙間
６ 鞘管
７ 取付け部材
Claims (4)
- 柱脚部に固定したベースプレートと鉄骨柱の下端面とを縁切りし、鉄骨柱は当接状態でベースプレート上に載置されて同ベースプレートに対して傾動可能とされており、前記ベースプレートと鉄骨柱とが低降伏点鋼パネル等のエネルギー吸収部材で連結されていることを特徴とする、柱脚部制震構造。
- エネルギー吸収部材は、平面的に見て、鉄骨柱の４側面に沿って鉛直に配置され、ベースプレートの上面と鉄骨柱の側面との間をそれぞれ連結していることを特徴とする、請求項１に記載した柱脚部制震構造。
- ベースプレートの上面に鞘管が立ち上げられており、同鞘管の平面形状は、鉄骨柱下端部の傾動を許容する隙間を確保した形状、大きさとされていることを特徴とする、請求項１又は２に記載した柱脚部制震構造。
- エネルギー吸収部材は、平面的に見て、鉄骨柱の４側面に直角４方向に配置され、その内側端縁部が鉄骨柱の側面と、外側端縁部はベースプレートの上面に固定して立ち上げた取付け部材とそれぞれ接合されていることを特徴とする、請求項１に記載した柱脚部制震構造。
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2000
- 2000-06-22 JP JP2000188315A patent/JP4546619B2/ja not_active Expired - Fee Related
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