鉄骨柱の露出型柱脚構造
【課題】柱脚部に作用する曲げモーメントに対し、大きな弾性回転剛性を確保し得、かつ引張側及び圧縮側双方で効率の良いエネルギー吸収性能を発揮させることが可能な鉄骨柱の露出型柱脚構造を提供する。
【解決手段】下端に接合されたベースプレート２を介して基礎コンクリート上面３ａに設置される角形鋼管柱１と、基礎コンクリートに、ベースプレートの外周を取り囲む配列で定着された複数のアンカーボルト７と、ベースプレートから上方に間隔Ｃを隔てて角形鋼管柱の隅角部１ｂに内端８ａを取り付けかつアンカーボルトに外端８ｂを取り付けて設けられ、角形鋼管柱に作用する曲げモーメントに対し、せん断変形されつつエネルギー吸収するエネルギー吸収部材８とを備えた。
【解決手段】下端に接合されたベースプレート２を介して基礎コンクリート上面３ａに設置される角形鋼管柱１と、基礎コンクリートに、ベースプレートの外周を取り囲む配列で定着された複数のアンカーボルト７と、ベースプレートから上方に間隔Ｃを隔てて角形鋼管柱の隅角部１ｂに内端８ａを取り付けかつアンカーボルトに外端８ｂを取り付けて設けられ、角形鋼管柱に作用する曲げモーメントに対し、せん断変形されつつエネルギー吸収するエネルギー吸収部材８とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱脚部に作用する曲げモーメントに対し、大きな弾性回転剛性を確保し得、かつ引張側及び圧縮側双方で効率の良いエネルギー吸収性能を発揮させることが可能な鉄骨柱の露出型柱脚構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄骨柱の露出型柱脚構造では、地震等のエネルギーを、アンカーボルトやベースプレートを塑性変形させて吸収するものと、鉄骨柱を塑性変形させて吸収するものとがある。
【０００３】
前者のアンカーボルト等で負担させてエネルギー吸収するものでは、アンカーボルト等が塑性変形してしまうと、ベースプレートが基礎コンクリートから浮き上がるなど、基礎コンクリートへの荷重伝達を殆どなし得ない状態に至る場合があり、エネルギー吸収能力が乏しい。アンカーボルトやベースプレートの塑性化を遅らせるために、ボルト径を太くしたりベースプレートを厚くすると、鉄骨柱の方が塑性変形してしまうため、それには限度がある。また、ボルト径を太くするなどすると、コストアップになってしまう。
【０００４】
他方、後者の鉄骨柱に負担させてエネルギー吸収するものでは、塑性変形した鉄骨柱を交換する必要があって、改修作業が大掛かりとなる。
【０００５】
以上のことから、前者の構成を前提として、アンカーボルト等に代わるエネルギー吸収部位を備えるようにした技術が特許文献１や特許文献２で開示されている。特許文献１の「柱脚部の制震構造」は、柱の脚部に制震機能を付与することにより地震時における構造物の安全性を容易に確保することが可能となる柱脚部の制震構造を提供することを課題とし、柱の脚部を、基礎部分に固定された案内支柱に水平方向の変位が拘束された状態で上下方向に変位可能に設けるとともに、上記脚部と基礎部分との間に、柱に引張力が作用した際に、曲げ降伏またはせん断降伏して上記引張力を吸収するベースプレートダンパを介装したものである。
【０００６】
詳細には、第１実施形態では、鉄骨柱を取り囲む配置で、鉄骨柱の柱脚部と基礎部分に固定した取付プレートとの間に、基礎部分に当接させた状態で、引張力を吸収する曲げパネルを設けている。第２実施形態では、第１実施形態と同様に鉄骨柱を取り囲む配置で、鉄骨柱の柱脚部と基礎部分上の支承プレートに固定した支持プレートとの間に、支承プレートに当接させた状態で、せん断パネルを設けている。
【０００７】
特許文献２の「鉄骨柱の柱脚固定構造」は、厚板のベースプレートや、鉄骨柱への突き合わせ溶接を不要とし、かつ、地震エネルギーを縦リブまたはアンカーボルトの降伏変形によって吸収するようにした鉄骨柱の柱脚固定構造を提供することを課題とし、鉄骨柱の脚部の周側面に、アンカーボルト挿通部を有する縦リブが前記鉄骨柱の周方向に間隔をおいて複数配置されていると共に、前記各縦リブの先端部が鉄骨柱に固定され、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトを、前記縦リブにおけるアンカーボルト挿通部に挿通してナットにより縦リブを固定することで、鉄骨柱の柱脚をこれに固定された縦リブと、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトを介して基礎コンクリートに定着し、鉄骨柱に作用する引張応力を、ベースプレートを介さずに縦リブとアンカーボルトを介して基礎コンクリートに伝達させるようにしている。
【０００８】
詳細には、第１〜３実施形態では、鉄骨柱は短尺芯材により水平方向の変位が拘束され、縦リブは、鉄骨柱の脚部とアンカーボルトとの間に、ベースプレートに当接させた状態で設けられている。第４実施形態では、短尺芯材で水平方向の変位を拘束した鉄骨柱を、基礎コンクリートから上方に間隔を隔てて、縦リブ及びアンカーボルトで支持するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−９２０９６号公報
【特許文献２】特開２００９−２４３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
いずれの特許文献も、鉄骨柱を引き抜く鉛直方向の力を吸収するためのエネルギー吸収構造であって、案内支柱や短尺芯材で鉄骨柱の水平変位を拘束するようにしており、このため、鉄骨柱に作用する曲げモーメントに対しては、案内支柱等が当該曲げモーメントに抵抗してしまって、これら特許文献のベースプレートダンパや縦リブは、曲げモーメントに対して効率良くエネルギー吸収し得るものではなかった。
【００１１】
仮に、特許文献１において、ベースプレートダンパである曲げパネルやせん断パネルが曲げモーメントを負担して変形するとしても、次のような課題があった。
【００１２】
鉄骨柱の柱脚部で曲げモーメントに対するエネルギー吸収を行って建築物の損傷を低減するためには、可能な限り、小さい回転変形の段階からエネルギー吸収すること、すなわち、柱脚部の弾性回転剛性を極力大きく設定することが望ましい。弾性回転剛性が小さいと、曲げモーメントを効率良くエネルギー吸収することができない。
【００１３】
特許文献１の曲げパネルは、面外曲げ降伏によって曲げモーメントに対するエネルギー吸収作用を発揮し得るが、面外曲げ降伏では、大きな弾性回転剛性を確保することはできない。大きな弾性回転剛性を得るには、板厚の厚い曲げパネルを使用しなければならず、コストアップになってしまう。
【００１４】
また、鉄骨柱の左右で見た場合、曲げモーメントによる引張側では、曲げパネルがエネルギー吸収作用を発揮し得るものの、圧縮側では、曲げパネルが基礎部分に突き当たってしまって、このため曲げパネルは機能し得ず、引張側と圧縮側双方でエネルギー吸収することはできない。
【００１５】
せん断パネルであっても、その一端が支持プレートを介して支承プレートに固定されているため、曲げパネルと同様に、面外変形が生じ易く弾性回転剛性が小さいと共に、圧縮側となるせん断パネルは、曲げモーメントを効果的に吸収することはできず、引張側と圧縮側双方でエネルギー吸収することはできない。
【００１６】
特許文献２について、第１〜第３実施形態の構成では、縦リブにより大きな弾性回転剛性を確保することはできるものの、縦リブがベースプレートと当接状態にあるため、特許文献１と同様に、圧縮側では曲げモーメントを効率良く吸収することはできない。
【００１７】
第４実施形態の構成では、静的状態で、縦リブは鉄骨柱に作用する建築物の鉛直荷重を負担している。この状態で鉄骨柱に曲げモーメントが作用して、圧縮側の縦リブに圧縮荷重が、引張側の縦リブに引張荷重が作用すると、圧縮側の縦リブは、鉛直荷重に加えて圧縮荷重を負担する一方、引張側の縦リブには、鉛直荷重から引張荷重を減殺した力が作用することとなり、曲げモーメントに対し、鉄骨柱の引張側と圧縮側とでエネルギー吸収作用に大きな差が生じ、鉄骨柱の左右両側で効率の良いエネルギー吸収性能を確保することができない。
【００１８】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、柱脚部に作用する曲げモーメントに対し、大きな弾性回転剛性を確保し得、かつ引張側及び圧縮側双方で効率の良いエネルギー吸収性能を発揮させることが可能な鉄骨柱の露出型柱脚構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造は、下端に接合されたベースプレートを介して基礎コンクリート上面に設置される鉄骨柱と、上記基礎コンクリートに、上記ベースプレートの外周を取り囲む配列で定着された複数のアンカーボルトと、上記ベースプレートから上方に間隔を隔てて上記鉄骨柱の側部に内端を取り付けかつ上記アンカーボルトに外端を取り付けて設けられ、該鉄骨柱に作用する曲げモーメントに対し、せん断変形されつつエネルギー吸収するエネルギー吸収部材とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
前記ベースプレートは、前記鉄骨柱の柱芯からその外周縁部までのモーメントアームを小さくするために、該鉄骨柱の下端に接合し得る外形寸法で形成されることを特徴とする。
【００２１】
前記基礎コンクリート上面と向かい合う前記ベースプレートの下面は、三次元曲面で形成されることを特徴とする。
【００２２】
前記エネルギー吸収部材は、前記アンカーボルトに取り付けられるボルト側取付部と、前記鉄骨柱の側部に取り付けられる柱側取付部と、これらボルト側取付部と柱側取付部との間に鉄骨柱の柱軸方向に沿って縦向きに設けられ、せん断変形されつつエネルギー吸収する変形吸収部とから構成されることを特徴とする。
【００２３】
前記変形吸収部には、エネルギー吸収能力を調整する欠損部が形成されることを特徴とする。
【００２４】
前記ボルト側取付部は、前記アンカーボルトが挿通される中空筒体状に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造にあっては、柱脚部に作用する曲げモーメントに対し、大きな弾性回転剛性を確保できると共に、引張側及び圧縮側双方で効率の良いエネルギー吸収性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の好適な一実施形態を示す一部破断側面図である。
【図２】図１に示した露出型柱脚構造を、基礎コンクリートを省略して示す斜視図である。
【図３】図１に示した露出型柱脚構造の作用を模式的に説明する側面図である。
【図４】本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の変形例を示す側面図である。
【図５】図４に示した変形例の作用を説明する側面図である。
【図６】本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の他の変形例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の一部破断側面図、図２は、図１に示した露出型柱脚構造を、基礎コンクリートを省略して示す斜視図、図３は、図１に示した露出型柱脚構造の作用を説明する側面図である。
【００２８】
本実施形態にあっては、鉄骨柱として、平断面四角形状であって、上下端が開放された中空筒体状の角形鋼管柱１が例示されている。角形鋼管柱１の柱脚部１ａ下端にはこれを塞いで、鋼板製のベースプレート２が溶接等によって接合される。ベースプレート２には、角形鋼管柱１の柱芯位置に、ボルト挿通孔２ａが形成される。
【００２９】
鉄骨柱は、平断面四角形状の角形鋼管柱１に限らず、平断面多角形状や円形状の鋼管柱であっても、あるいはＨ形鋼柱であっても良い。Ｈ形鋼柱の場合には、ベースプレート２に形成されるボルト挿通孔２ａは、ウエブを挟む位置に一対形成される。
【００３０】
他方、角形鋼管柱１を設置する基礎コンクリート３には、当該基礎コンクリート上面３ａから突出させて、主アンカーボルト４が定着される。基礎コンクリート上面３ａに施工したグラウトＧ上に、主アンカーボルト４をベースプレート２のボルト挿通孔２ａに挿通しつつ、当該ベースプレート２を介して角形鋼管柱１を設置し、その後、角形鋼管柱１に設けた作業穴（図示せず）から主アンカーボルト４の上端ネジ部にワッシャ５を介してナット６を締結することで、角形鋼管柱１は基礎コンクリート３の上面３ａに設けられる。
【００３１】
主アンカーボルト４は、鉛直方向上向きに作用する力に抵抗して、角形鋼管柱１の引き抜きを阻止する。同時に、角形鋼管柱１は、主アンカーボルト４による基礎コンクリート３へのピン接合で、柱脚部１ａに作用する曲げモーメントＭ（図３参照）に起因する前後左右方向への傾動が許容される。なお、主アンカーボルト４については、特段設けなくても良く、後述するアンカーボルト７のみで角形鋼管柱１と基礎コンクリート３とを接合しても良い。
【００３２】
そしてまた、外力が作用しない静的状態において、角形鋼管柱１が伝達する建築物の鉛直荷重はすべて、ベースプレート２を介して、基礎コンクリート３に伝達され、この基礎コンクリート３で支持負担するようになっている。
【００３３】
ベースプレート２は、曲げモーメントＭで角形鋼管柱１の柱脚部１ａが僅かながら前後左右に傾動する際、柱芯からの大きなモーメントアームでその外周下縁部が基礎コンクリート上面３ａやグラウトＧと干渉して突き当たらないように、すなわちモーメントアームを小さくするために、角形鋼管柱１の平面外形寸法よりも僅かに大きな平面外形寸法で形成される。好ましくは、ベースプレート２は、角形鋼管柱１の下端に溶接等によって接合し得る最小限の平面外形寸法に設定される。
【００３４】
基礎コンクリート３には、当該基礎コンクリート上面３ａから突出させて、ベースプレート２の外周を取り囲む配列で、互いに適宜間隔を隔てて複数のアンカーボルト７が定着される。従って、アンカーボルト７は、角形鋼管柱１の側方に配設される。図示例にあっては、平断面四角形状の角形鋼管柱１の隅角部１ｂ外方に位置させて、４本のアンカーボルト７が設けられている（図２参照）。
【００３５】
アンカーボルト７は、角形鋼管柱１の４つの側面部１ｃに面するように４本設けても良く、あるいは側面部１ｃ及び隅角部１ｂ双方に面するように８本設けるなど、配設位置及び本数は、適宜に設定して良い。もちろん、鉄骨柱が平断面多角形状や円形状の鋼管柱であっても、あるいはＨ形鋼柱であっても、適宜本数を適宜位置に設ければよい。好ましくは、アンカーボルト７は鉄骨柱の前後左右に対し、均等に配設される。アンカーボルト７としては、異形鉄筋や丸鋼など、従来周知のどのようなものを使用しても良い。
【００３６】
角形鋼管柱１と当該角形鋼管柱１の側方に位置する各アンカーボルト７との間には、エネルギー吸収部材８が設けられる。基礎コンクリート上面３ａにおける角形鋼管柱１とアンカーボルト７との平面配置において、エネルギー吸収部材８は、内端８ａが角形鋼管柱１の側部（隅角部１ｂ）に取付固定され、外端８ｂがアンカーボルト７に取付固定されて、角形鋼管柱１とアンカーボルト７との間に設けられる。
【００３７】
詳細には、エネルギー吸収部材８は、鋼板製であって、角形鋼管柱１の柱軸方向に沿って基礎コンクリート３に対し縦向きの変形吸収部８ｃを主体として構成され、変形吸収部８ｃの外端８ｂがアンカーボルト７に取付固定されるボルト側取付部として、内端８ａが角形鋼管柱１の側部に取付固定される柱側取付部として構成され、これら柱側取付部とボルト側取付部との間に、変形吸収部８ｃが備えられる。
【００３８】
本実施形態にあっては、柱側取付部は、角形鋼管柱１の隅角部１ｂに面して、当該隅角部１ｂに対し突き合わせ溶接される変形吸収部８ｃの縦方向端縁（内端８ａ）で構成され、当該溶接接合によりエネルギー吸収部材８は角形鋼管柱１に取付固定される。
【００３９】
柱側取付部は、変形吸収部８ｃの当該端縁に、角形鋼管柱１の隅角部１ｂあるいは側面部１ｃに沿う形態のＬ字状もしくは平板状のブラケットを接合して構成しても良い。ブラケットで取り付けを行う場合には、溶接接合に代えて、高力ボルトによるボルト接合としても良い。
【００４０】
ボルト側取付部は、変形吸収部８ｃの外端８ｂに縦向きに接合され、アンカーボルト７がこれに挿通される中空筒体状のスリーブ９で構成される。スリーブ９に挿通するアンカーボルト７には、当該スリーブ９を上下方向から挟むように、上下一対でナット１０，１１が締結される。下方のナット１１を予めアンカーボルト７に螺合しておき、アンカーボルト７にスリーブ９を挿通した後、上方のナット１０をアンカーボルト７に締結しつつ下方のナット１１をスリーブ９に突き当てるように締結することで、エネルギー吸収部材８はアンカーボルト７に取付固定される。
【００４１】
スリーブ９は、変形吸収部８ｃを曲げ加工することにより、当該変形吸収部８ｃに一体的に形成するようにしても良い。ボルト側取付部は、スリーブ９で取り付けることに代えて、柱側取付部と同様に、アンカーボルト７に対し直接溶接接合するようにしても良い。
【００４２】
さらに、エネルギー吸収部材８は、全体がベースプレート２から上方に間隔Ｃを隔てて設けられる。エネルギー吸収部材８の下端とベースプレート２の上面と間の当該間隔Ｃは、後述するように変形吸収部８ｃが変形する際に、当該変形吸収部８ｃが基礎コンクリート３やグラウトＧと干渉してその変形が妨げられることがないように設定される。
【００４３】
エネルギー吸収部材８の変形吸収部８ｃの降伏強度は、角形鋼管柱１やアンカーボルト７、スリーブ９のいずれの降伏強度よりも小さく設定され、露出型柱脚構造において当該変形吸収部８ｃに変形が集中するように設定される。変形吸収部８ｃの降伏強度は、板厚や高さ寸法、幅寸法により適宜に設定される。
【００４４】
静的状態においては、建築物の鉛直荷重はすべて、ベースプレート２を介して基礎コンクリート３で負担するようになっていて、エネルギー吸収部材８はほぼ無負荷状態であるように設定される。
【００４５】
次に、本実施形態に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の作用について説明する。施工に際しては、角形鋼管柱１に予め、ベースプレート２及びエネルギー吸収部材８を取り付けておく。また、基礎コンクリート３には、主アンカーボルト４及びエネルギー吸収部材８を取り付けるアンカーボルト７を定着しておく。
【００４６】
次いで、角形鋼管柱１を基礎コンクリート３上に吊り込み、ベースプレート２のボルト挿通孔２ａに主アンカーボルト４を挿通すると共に、エネルギー吸収部材８のスリーブ９にアンカーボルト７を挿通し、基礎コンクリート上面３ａに設けたレベルモルタルを介して、基礎コンクリート３上に角形鋼管柱１を設置する。
【００４７】
次いで、主アンカーボルト４及びアンカーボルト７にナット６，１０，１１を締結し、ベースプレート２と基礎コンクリート上面３ａとの隙間にグラウトＧを充填して、ベースプレート２を介して基礎コンクリート３上に角形鋼管柱１を固定支持する。以上により、角形鋼管柱１の設置作業が完了される。
【００４８】
外力が作用しない静的状態では、角形鋼管柱１の柱軸方向に沿って作用する建築物の鉛直荷重は、基礎コンクリート２が負担している。
【００４９】
建築物に外力が加わって、角形鋼管柱１の柱脚部１ａに曲げモーメントＭが発生すると、エネルギー吸収部材８は図３に示すように、当該曲げモーメントＭに対し、主としてせん断変形されつつ、場合によっては曲げ変形を伴って、エネルギーを吸収する。
【００５０】
具体的には、エネルギー吸収部材８の変形吸収部８ｃは、曲げモーメントＭによって傾動し得る角形鋼管柱１の柱脚部１ａの引張側（図中、矢印ｔで示す）においては、引き上げ作用でせん断変形等し、また圧縮側（図中、矢印ｃで示す）においては、相対的な押し下げ作用でせん断変形等して、この変形作用でエネルギー吸収を行う。この際、エネルギー吸収部材８は、ベースプレート２から上方に間隔Ｃを隔てて設けられているので、変形吸収部８ｃが基礎コンクリート３やベースプレート２に当接されて、変形によるエネルギー吸収作用が阻害されるようなことはない。
【００５１】
また、角形鋼管柱１に上方への引き抜き荷重が作用した場合には、主アンカーボルト４がこれを阻止すると共に、すべてのエネルギー吸収部材８が補助的に、変形吸収部８ｃの変形作用を伴って抵抗する。
【００５２】
以上説明した本実施形態に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造にあっては、角形鋼管柱１の隅角部１ｂや側面部１ｃに内端８ａを取り付けかつアンカーボルト７に外端８ｂを取り付けて、角形鋼管柱１に作用する曲げモーメントＭに対し、せん断変形されつつエネルギー吸収するエネルギー吸収部材８を設けるようにしたので、せん断変形してエネルギー吸収するエネルギー吸収部材８により大きな弾性回転剛性を確保することができて、角形鋼管柱１の柱脚部１ａにおける小さい回転変形の段階からエネルギー吸収させることができ、建築物の損傷を適切に低減することができる。
【００５３】
エネルギー吸収部材８を、ベースプレート２から上方に間隔Ｃを隔てて設けるようにしたので、すなわち両者が当接状態にないので、変形作用で曲げモーメントＭのエネルギーを吸収する際、引張側であっても圧縮側であっても、エネルギー吸収部材８がベースプレート２や基礎コンクリート３と干渉してその変形が妨げられることがなく、曲げモーメントＭに対し、引張側及び圧縮側双方で効率の良いエネルギー吸収作用を確保することができる。
【００５４】
ベースプレート２を、角形鋼管柱１の下端に接合し得る外形寸法で形成するようにしたので、ベースプレート２におけるモーメントアームを小さくすることができて、曲げモーメントＭに伴ってベースプレート２から基礎コンクリート３へ伝達され得る力を極力小さくすることができ、これにより基礎コンクリート３から角形鋼管柱１に作用する抵抗力を低減することができる。また、ベースプレート２のコンパクト化により、コストダウンを達成できる。
【００５５】
エネルギー吸収部材８を、アンカーボルト７に取り付けられるボルト側取付部（外端８ｂ側）と、角形鋼管柱１の隅角部１ｂ等に取り付けられる柱側取付部（内端８ａ側）と、これらボルト側取付部と柱側取付部との間に設けられ、せん断変形されつつエネルギー吸収する変形吸収部８ｃとから構成したので、簡単な構成で角形鋼管柱１及びアンカーボルト７に容易に取り付けることができる。
【００５６】
変形吸収部８ｃを、角形鋼管柱１の柱軸方向に沿って縦向きに設けるようにしたので、簡単かつ確実に変形吸収部８ｃをせん断変形主体で変形させてエネルギー吸収することができる。
【００５７】
ボルト側取付部を、アンカーボルト７が挿通される中空筒体状のスリーブ９で構成したので、角形鋼管柱１を基礎コンクリート３上へ設置する作業と並行して、エネルギー吸収部材８をアンカーボルト７に取り付けることができ、施工性を向上することができる。
【００５８】
図４及び図５には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例が上記実施形態と異なる点は、基礎コンクリート上面３ａと向かい合うベースプレート２の下面２ｂを、三次元曲面で形成したことにある。本変形例にあっては、基礎コンクリート３上に施工させるグラウトＧ上面には、ベースプレート２の三次元曲面に沿って、三次元曲面形態の凹部１２が形成されている。
【００５９】
ベースプレート下面２ｂの三次元曲面は例えば、球面であるが、曲率半径が一定の球面に限らず、ベースプレート２の中央から周縁に向かって曲率半径が次第に大きくなるような三次元曲面であっても良い。
【００６０】
ベースプレート２の下面２ｂを三次元曲面で形成すると、角形鋼管柱１の柱脚部１ａに曲げモーメントＭが作用した際、引張側で柱軸方向に迫り上がり変位（図中、ｕで示す）が生じると同時に、圧縮側で明らかに沈み込み変位（図中、ｄで示す）が生じることとなり、これにより圧縮側においても変形吸収部８ｃに十分な変形を生じさせることができ、圧縮側及び引張側双方のエネルギー吸収部材８にほぼ均等なエネルギー吸収作用を発揮させることができ、効率の良いエネルギー吸収性能を確保することができる。
【００６１】
また、ベースプレート２が基礎コンクリート上面３ａでほぼ転動する態様なので、ベースプレート２から基礎コンクリート３への荷重伝達をさらに確実に抑えることができる。
【００６２】
図６には、上記実施例の他の変形例が示されている。この変形例が上記実施形態と異なる点は、変形吸収部８ｃに、エネルギー吸収能力を調整するために、欠損部を形成したことにある。
【００６３】
図６（ａ）は、横向きのスリット１３ａを柱軸方向に間隔を隔てて複数形成したもの、図６（ｂ）は、柱軸方向に沿って縦向きのスリット１３ｂを配設したもの、図６（ｃ）は、上端及び下端に湾曲させた形態で切り欠き部１３ｃを形成したものである。これら欠損部により、鋼板製の変形吸収部８ｃの変形性能もしくは降伏強度を設定して、エネルギー吸収能力を容易に調整することができる。
【００６４】
以上の変形例にあっても、上記実施形態と同様の作用を奏することはもちろんである。
【００６５】
上記実施形態にあっては、スリーブ９によりエネルギー吸収部材８をアンカーボルト７に取り付けるようにしたが、スリーブ９に代えて、内周面に雌ネジが形成されたカプラーを用いるようにしても良い。この場合は、カプラーに螺合する追加のボルトを用意し、アンカーボルト７の上端に追加のナットを介して連結すればよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 角形鋼管柱
２ ベースプレート
２ｂ ベースプレートの下面
３ 基礎コンクリート
３ａ 基礎コンクリート上面
７ アンカーボルト
８ エネルギー吸収部材
８ａ エネルギー吸収部材の内端
８ｂ エネルギー吸収部材の外端
８ｃ 変形吸収部
９ スリーブ
１３ａ 横向きのスリット
１３ｂ 縦向きのスリット
１３ｃ 切り欠き部
Ｃ 間隔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱脚部に作用する曲げモーメントに対し、大きな弾性回転剛性を確保し得、かつ引張側及び圧縮側双方で効率の良いエネルギー吸収性能を発揮させることが可能な鉄骨柱の露出型柱脚構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄骨柱の露出型柱脚構造では、地震等のエネルギーを、アンカーボルトやベースプレートを塑性変形させて吸収するものと、鉄骨柱を塑性変形させて吸収するものとがある。
【０００３】
前者のアンカーボルト等で負担させてエネルギー吸収するものでは、アンカーボルト等が塑性変形してしまうと、ベースプレートが基礎コンクリートから浮き上がるなど、基礎コンクリートへの荷重伝達を殆どなし得ない状態に至る場合があり、エネルギー吸収能力が乏しい。アンカーボルトやベースプレートの塑性化を遅らせるために、ボルト径を太くしたりベースプレートを厚くすると、鉄骨柱の方が塑性変形してしまうため、それには限度がある。また、ボルト径を太くするなどすると、コストアップになってしまう。
【０００４】
他方、後者の鉄骨柱に負担させてエネルギー吸収するものでは、塑性変形した鉄骨柱を交換する必要があって、改修作業が大掛かりとなる。
【０００５】
以上のことから、前者の構成を前提として、アンカーボルト等に代わるエネルギー吸収部位を備えるようにした技術が特許文献１や特許文献２で開示されている。特許文献１の「柱脚部の制震構造」は、柱の脚部に制震機能を付与することにより地震時における構造物の安全性を容易に確保することが可能となる柱脚部の制震構造を提供することを課題とし、柱の脚部を、基礎部分に固定された案内支柱に水平方向の変位が拘束された状態で上下方向に変位可能に設けるとともに、上記脚部と基礎部分との間に、柱に引張力が作用した際に、曲げ降伏またはせん断降伏して上記引張力を吸収するベースプレートダンパを介装したものである。
【０００６】
詳細には、第１実施形態では、鉄骨柱を取り囲む配置で、鉄骨柱の柱脚部と基礎部分に固定した取付プレートとの間に、基礎部分に当接させた状態で、引張力を吸収する曲げパネルを設けている。第２実施形態では、第１実施形態と同様に鉄骨柱を取り囲む配置で、鉄骨柱の柱脚部と基礎部分上の支承プレートに固定した支持プレートとの間に、支承プレートに当接させた状態で、せん断パネルを設けている。
【０００７】
特許文献２の「鉄骨柱の柱脚固定構造」は、厚板のベースプレートや、鉄骨柱への突き合わせ溶接を不要とし、かつ、地震エネルギーを縦リブまたはアンカーボルトの降伏変形によって吸収するようにした鉄骨柱の柱脚固定構造を提供することを課題とし、鉄骨柱の脚部の周側面に、アンカーボルト挿通部を有する縦リブが前記鉄骨柱の周方向に間隔をおいて複数配置されていると共に、前記各縦リブの先端部が鉄骨柱に固定され、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトを、前記縦リブにおけるアンカーボルト挿通部に挿通してナットにより縦リブを固定することで、鉄骨柱の柱脚をこれに固定された縦リブと、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトを介して基礎コンクリートに定着し、鉄骨柱に作用する引張応力を、ベースプレートを介さずに縦リブとアンカーボルトを介して基礎コンクリートに伝達させるようにしている。
【０００８】
詳細には、第１〜３実施形態では、鉄骨柱は短尺芯材により水平方向の変位が拘束され、縦リブは、鉄骨柱の脚部とアンカーボルトとの間に、ベースプレートに当接させた状態で設けられている。第４実施形態では、短尺芯材で水平方向の変位を拘束した鉄骨柱を、基礎コンクリートから上方に間隔を隔てて、縦リブ及びアンカーボルトで支持するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−９２０９６号公報
【特許文献２】特開２００９−２４３６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
いずれの特許文献も、鉄骨柱を引き抜く鉛直方向の力を吸収するためのエネルギー吸収構造であって、案内支柱や短尺芯材で鉄骨柱の水平変位を拘束するようにしており、このため、鉄骨柱に作用する曲げモーメントに対しては、案内支柱等が当該曲げモーメントに抵抗してしまって、これら特許文献のベースプレートダンパや縦リブは、曲げモーメントに対して効率良くエネルギー吸収し得るものではなかった。
【００１１】
仮に、特許文献１において、ベースプレートダンパである曲げパネルやせん断パネルが曲げモーメントを負担して変形するとしても、次のような課題があった。
【００１２】
鉄骨柱の柱脚部で曲げモーメントに対するエネルギー吸収を行って建築物の損傷を低減するためには、可能な限り、小さい回転変形の段階からエネルギー吸収すること、すなわち、柱脚部の弾性回転剛性を極力大きく設定することが望ましい。弾性回転剛性が小さいと、曲げモーメントを効率良くエネルギー吸収することができない。
【００１３】
特許文献１の曲げパネルは、面外曲げ降伏によって曲げモーメントに対するエネルギー吸収作用を発揮し得るが、面外曲げ降伏では、大きな弾性回転剛性を確保することはできない。大きな弾性回転剛性を得るには、板厚の厚い曲げパネルを使用しなければならず、コストアップになってしまう。
【００１４】
また、鉄骨柱の左右で見た場合、曲げモーメントによる引張側では、曲げパネルがエネルギー吸収作用を発揮し得るものの、圧縮側では、曲げパネルが基礎部分に突き当たってしまって、このため曲げパネルは機能し得ず、引張側と圧縮側双方でエネルギー吸収することはできない。
【００１５】
せん断パネルであっても、その一端が支持プレートを介して支承プレートに固定されているため、曲げパネルと同様に、面外変形が生じ易く弾性回転剛性が小さいと共に、圧縮側となるせん断パネルは、曲げモーメントを効果的に吸収することはできず、引張側と圧縮側双方でエネルギー吸収することはできない。
【００１６】
特許文献２について、第１〜第３実施形態の構成では、縦リブにより大きな弾性回転剛性を確保することはできるものの、縦リブがベースプレートと当接状態にあるため、特許文献１と同様に、圧縮側では曲げモーメントを効率良く吸収することはできない。
【００１７】
第４実施形態の構成では、静的状態で、縦リブは鉄骨柱に作用する建築物の鉛直荷重を負担している。この状態で鉄骨柱に曲げモーメントが作用して、圧縮側の縦リブに圧縮荷重が、引張側の縦リブに引張荷重が作用すると、圧縮側の縦リブは、鉛直荷重に加えて圧縮荷重を負担する一方、引張側の縦リブには、鉛直荷重から引張荷重を減殺した力が作用することとなり、曲げモーメントに対し、鉄骨柱の引張側と圧縮側とでエネルギー吸収作用に大きな差が生じ、鉄骨柱の左右両側で効率の良いエネルギー吸収性能を確保することができない。
【００１８】
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、柱脚部に作用する曲げモーメントに対し、大きな弾性回転剛性を確保し得、かつ引張側及び圧縮側双方で効率の良いエネルギー吸収性能を発揮させることが可能な鉄骨柱の露出型柱脚構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造は、下端に接合されたベースプレートを介して基礎コンクリート上面に設置される鉄骨柱と、上記基礎コンクリートに、上記ベースプレートの外周を取り囲む配列で定着された複数のアンカーボルトと、上記ベースプレートから上方に間隔を隔てて上記鉄骨柱の側部に内端を取り付けかつ上記アンカーボルトに外端を取り付けて設けられ、該鉄骨柱に作用する曲げモーメントに対し、せん断変形されつつエネルギー吸収するエネルギー吸収部材とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
前記ベースプレートは、前記鉄骨柱の柱芯からその外周縁部までのモーメントアームを小さくするために、該鉄骨柱の下端に接合し得る外形寸法で形成されることを特徴とする。
【００２１】
前記基礎コンクリート上面と向かい合う前記ベースプレートの下面は、三次元曲面で形成されることを特徴とする。
【００２２】
前記エネルギー吸収部材は、前記アンカーボルトに取り付けられるボルト側取付部と、前記鉄骨柱の側部に取り付けられる柱側取付部と、これらボルト側取付部と柱側取付部との間に鉄骨柱の柱軸方向に沿って縦向きに設けられ、せん断変形されつつエネルギー吸収する変形吸収部とから構成されることを特徴とする。
【００２３】
前記変形吸収部には、エネルギー吸収能力を調整する欠損部が形成されることを特徴とする。
【００２４】
前記ボルト側取付部は、前記アンカーボルトが挿通される中空筒体状に形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造にあっては、柱脚部に作用する曲げモーメントに対し、大きな弾性回転剛性を確保できると共に、引張側及び圧縮側双方で効率の良いエネルギー吸収性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の好適な一実施形態を示す一部破断側面図である。
【図２】図１に示した露出型柱脚構造を、基礎コンクリートを省略して示す斜視図である。
【図３】図１に示した露出型柱脚構造の作用を模式的に説明する側面図である。
【図４】本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の変形例を示す側面図である。
【図５】図４に示した変形例の作用を説明する側面図である。
【図６】本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の他の変形例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、本発明に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の一部破断側面図、図２は、図１に示した露出型柱脚構造を、基礎コンクリートを省略して示す斜視図、図３は、図１に示した露出型柱脚構造の作用を説明する側面図である。
【００２８】
本実施形態にあっては、鉄骨柱として、平断面四角形状であって、上下端が開放された中空筒体状の角形鋼管柱１が例示されている。角形鋼管柱１の柱脚部１ａ下端にはこれを塞いで、鋼板製のベースプレート２が溶接等によって接合される。ベースプレート２には、角形鋼管柱１の柱芯位置に、ボルト挿通孔２ａが形成される。
【００２９】
鉄骨柱は、平断面四角形状の角形鋼管柱１に限らず、平断面多角形状や円形状の鋼管柱であっても、あるいはＨ形鋼柱であっても良い。Ｈ形鋼柱の場合には、ベースプレート２に形成されるボルト挿通孔２ａは、ウエブを挟む位置に一対形成される。
【００３０】
他方、角形鋼管柱１を設置する基礎コンクリート３には、当該基礎コンクリート上面３ａから突出させて、主アンカーボルト４が定着される。基礎コンクリート上面３ａに施工したグラウトＧ上に、主アンカーボルト４をベースプレート２のボルト挿通孔２ａに挿通しつつ、当該ベースプレート２を介して角形鋼管柱１を設置し、その後、角形鋼管柱１に設けた作業穴（図示せず）から主アンカーボルト４の上端ネジ部にワッシャ５を介してナット６を締結することで、角形鋼管柱１は基礎コンクリート３の上面３ａに設けられる。
【００３１】
主アンカーボルト４は、鉛直方向上向きに作用する力に抵抗して、角形鋼管柱１の引き抜きを阻止する。同時に、角形鋼管柱１は、主アンカーボルト４による基礎コンクリート３へのピン接合で、柱脚部１ａに作用する曲げモーメントＭ（図３参照）に起因する前後左右方向への傾動が許容される。なお、主アンカーボルト４については、特段設けなくても良く、後述するアンカーボルト７のみで角形鋼管柱１と基礎コンクリート３とを接合しても良い。
【００３２】
そしてまた、外力が作用しない静的状態において、角形鋼管柱１が伝達する建築物の鉛直荷重はすべて、ベースプレート２を介して、基礎コンクリート３に伝達され、この基礎コンクリート３で支持負担するようになっている。
【００３３】
ベースプレート２は、曲げモーメントＭで角形鋼管柱１の柱脚部１ａが僅かながら前後左右に傾動する際、柱芯からの大きなモーメントアームでその外周下縁部が基礎コンクリート上面３ａやグラウトＧと干渉して突き当たらないように、すなわちモーメントアームを小さくするために、角形鋼管柱１の平面外形寸法よりも僅かに大きな平面外形寸法で形成される。好ましくは、ベースプレート２は、角形鋼管柱１の下端に溶接等によって接合し得る最小限の平面外形寸法に設定される。
【００３４】
基礎コンクリート３には、当該基礎コンクリート上面３ａから突出させて、ベースプレート２の外周を取り囲む配列で、互いに適宜間隔を隔てて複数のアンカーボルト７が定着される。従って、アンカーボルト７は、角形鋼管柱１の側方に配設される。図示例にあっては、平断面四角形状の角形鋼管柱１の隅角部１ｂ外方に位置させて、４本のアンカーボルト７が設けられている（図２参照）。
【００３５】
アンカーボルト７は、角形鋼管柱１の４つの側面部１ｃに面するように４本設けても良く、あるいは側面部１ｃ及び隅角部１ｂ双方に面するように８本設けるなど、配設位置及び本数は、適宜に設定して良い。もちろん、鉄骨柱が平断面多角形状や円形状の鋼管柱であっても、あるいはＨ形鋼柱であっても、適宜本数を適宜位置に設ければよい。好ましくは、アンカーボルト７は鉄骨柱の前後左右に対し、均等に配設される。アンカーボルト７としては、異形鉄筋や丸鋼など、従来周知のどのようなものを使用しても良い。
【００３６】
角形鋼管柱１と当該角形鋼管柱１の側方に位置する各アンカーボルト７との間には、エネルギー吸収部材８が設けられる。基礎コンクリート上面３ａにおける角形鋼管柱１とアンカーボルト７との平面配置において、エネルギー吸収部材８は、内端８ａが角形鋼管柱１の側部（隅角部１ｂ）に取付固定され、外端８ｂがアンカーボルト７に取付固定されて、角形鋼管柱１とアンカーボルト７との間に設けられる。
【００３７】
詳細には、エネルギー吸収部材８は、鋼板製であって、角形鋼管柱１の柱軸方向に沿って基礎コンクリート３に対し縦向きの変形吸収部８ｃを主体として構成され、変形吸収部８ｃの外端８ｂがアンカーボルト７に取付固定されるボルト側取付部として、内端８ａが角形鋼管柱１の側部に取付固定される柱側取付部として構成され、これら柱側取付部とボルト側取付部との間に、変形吸収部８ｃが備えられる。
【００３８】
本実施形態にあっては、柱側取付部は、角形鋼管柱１の隅角部１ｂに面して、当該隅角部１ｂに対し突き合わせ溶接される変形吸収部８ｃの縦方向端縁（内端８ａ）で構成され、当該溶接接合によりエネルギー吸収部材８は角形鋼管柱１に取付固定される。
【００３９】
柱側取付部は、変形吸収部８ｃの当該端縁に、角形鋼管柱１の隅角部１ｂあるいは側面部１ｃに沿う形態のＬ字状もしくは平板状のブラケットを接合して構成しても良い。ブラケットで取り付けを行う場合には、溶接接合に代えて、高力ボルトによるボルト接合としても良い。
【００４０】
ボルト側取付部は、変形吸収部８ｃの外端８ｂに縦向きに接合され、アンカーボルト７がこれに挿通される中空筒体状のスリーブ９で構成される。スリーブ９に挿通するアンカーボルト７には、当該スリーブ９を上下方向から挟むように、上下一対でナット１０，１１が締結される。下方のナット１１を予めアンカーボルト７に螺合しておき、アンカーボルト７にスリーブ９を挿通した後、上方のナット１０をアンカーボルト７に締結しつつ下方のナット１１をスリーブ９に突き当てるように締結することで、エネルギー吸収部材８はアンカーボルト７に取付固定される。
【００４１】
スリーブ９は、変形吸収部８ｃを曲げ加工することにより、当該変形吸収部８ｃに一体的に形成するようにしても良い。ボルト側取付部は、スリーブ９で取り付けることに代えて、柱側取付部と同様に、アンカーボルト７に対し直接溶接接合するようにしても良い。
【００４２】
さらに、エネルギー吸収部材８は、全体がベースプレート２から上方に間隔Ｃを隔てて設けられる。エネルギー吸収部材８の下端とベースプレート２の上面と間の当該間隔Ｃは、後述するように変形吸収部８ｃが変形する際に、当該変形吸収部８ｃが基礎コンクリート３やグラウトＧと干渉してその変形が妨げられることがないように設定される。
【００４３】
エネルギー吸収部材８の変形吸収部８ｃの降伏強度は、角形鋼管柱１やアンカーボルト７、スリーブ９のいずれの降伏強度よりも小さく設定され、露出型柱脚構造において当該変形吸収部８ｃに変形が集中するように設定される。変形吸収部８ｃの降伏強度は、板厚や高さ寸法、幅寸法により適宜に設定される。
【００４４】
静的状態においては、建築物の鉛直荷重はすべて、ベースプレート２を介して基礎コンクリート３で負担するようになっていて、エネルギー吸収部材８はほぼ無負荷状態であるように設定される。
【００４５】
次に、本実施形態に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造の作用について説明する。施工に際しては、角形鋼管柱１に予め、ベースプレート２及びエネルギー吸収部材８を取り付けておく。また、基礎コンクリート３には、主アンカーボルト４及びエネルギー吸収部材８を取り付けるアンカーボルト７を定着しておく。
【００４６】
次いで、角形鋼管柱１を基礎コンクリート３上に吊り込み、ベースプレート２のボルト挿通孔２ａに主アンカーボルト４を挿通すると共に、エネルギー吸収部材８のスリーブ９にアンカーボルト７を挿通し、基礎コンクリート上面３ａに設けたレベルモルタルを介して、基礎コンクリート３上に角形鋼管柱１を設置する。
【００４７】
次いで、主アンカーボルト４及びアンカーボルト７にナット６，１０，１１を締結し、ベースプレート２と基礎コンクリート上面３ａとの隙間にグラウトＧを充填して、ベースプレート２を介して基礎コンクリート３上に角形鋼管柱１を固定支持する。以上により、角形鋼管柱１の設置作業が完了される。
【００４８】
外力が作用しない静的状態では、角形鋼管柱１の柱軸方向に沿って作用する建築物の鉛直荷重は、基礎コンクリート２が負担している。
【００４９】
建築物に外力が加わって、角形鋼管柱１の柱脚部１ａに曲げモーメントＭが発生すると、エネルギー吸収部材８は図３に示すように、当該曲げモーメントＭに対し、主としてせん断変形されつつ、場合によっては曲げ変形を伴って、エネルギーを吸収する。
【００５０】
具体的には、エネルギー吸収部材８の変形吸収部８ｃは、曲げモーメントＭによって傾動し得る角形鋼管柱１の柱脚部１ａの引張側（図中、矢印ｔで示す）においては、引き上げ作用でせん断変形等し、また圧縮側（図中、矢印ｃで示す）においては、相対的な押し下げ作用でせん断変形等して、この変形作用でエネルギー吸収を行う。この際、エネルギー吸収部材８は、ベースプレート２から上方に間隔Ｃを隔てて設けられているので、変形吸収部８ｃが基礎コンクリート３やベースプレート２に当接されて、変形によるエネルギー吸収作用が阻害されるようなことはない。
【００５１】
また、角形鋼管柱１に上方への引き抜き荷重が作用した場合には、主アンカーボルト４がこれを阻止すると共に、すべてのエネルギー吸収部材８が補助的に、変形吸収部８ｃの変形作用を伴って抵抗する。
【００５２】
以上説明した本実施形態に係る鉄骨柱の露出型柱脚構造にあっては、角形鋼管柱１の隅角部１ｂや側面部１ｃに内端８ａを取り付けかつアンカーボルト７に外端８ｂを取り付けて、角形鋼管柱１に作用する曲げモーメントＭに対し、せん断変形されつつエネルギー吸収するエネルギー吸収部材８を設けるようにしたので、せん断変形してエネルギー吸収するエネルギー吸収部材８により大きな弾性回転剛性を確保することができて、角形鋼管柱１の柱脚部１ａにおける小さい回転変形の段階からエネルギー吸収させることができ、建築物の損傷を適切に低減することができる。
【００５３】
エネルギー吸収部材８を、ベースプレート２から上方に間隔Ｃを隔てて設けるようにしたので、すなわち両者が当接状態にないので、変形作用で曲げモーメントＭのエネルギーを吸収する際、引張側であっても圧縮側であっても、エネルギー吸収部材８がベースプレート２や基礎コンクリート３と干渉してその変形が妨げられることがなく、曲げモーメントＭに対し、引張側及び圧縮側双方で効率の良いエネルギー吸収作用を確保することができる。
【００５４】
ベースプレート２を、角形鋼管柱１の下端に接合し得る外形寸法で形成するようにしたので、ベースプレート２におけるモーメントアームを小さくすることができて、曲げモーメントＭに伴ってベースプレート２から基礎コンクリート３へ伝達され得る力を極力小さくすることができ、これにより基礎コンクリート３から角形鋼管柱１に作用する抵抗力を低減することができる。また、ベースプレート２のコンパクト化により、コストダウンを達成できる。
【００５５】
エネルギー吸収部材８を、アンカーボルト７に取り付けられるボルト側取付部（外端８ｂ側）と、角形鋼管柱１の隅角部１ｂ等に取り付けられる柱側取付部（内端８ａ側）と、これらボルト側取付部と柱側取付部との間に設けられ、せん断変形されつつエネルギー吸収する変形吸収部８ｃとから構成したので、簡単な構成で角形鋼管柱１及びアンカーボルト７に容易に取り付けることができる。
【００５６】
変形吸収部８ｃを、角形鋼管柱１の柱軸方向に沿って縦向きに設けるようにしたので、簡単かつ確実に変形吸収部８ｃをせん断変形主体で変形させてエネルギー吸収することができる。
【００５７】
ボルト側取付部を、アンカーボルト７が挿通される中空筒体状のスリーブ９で構成したので、角形鋼管柱１を基礎コンクリート３上へ設置する作業と並行して、エネルギー吸収部材８をアンカーボルト７に取り付けることができ、施工性を向上することができる。
【００５８】
図４及び図５には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例が上記実施形態と異なる点は、基礎コンクリート上面３ａと向かい合うベースプレート２の下面２ｂを、三次元曲面で形成したことにある。本変形例にあっては、基礎コンクリート３上に施工させるグラウトＧ上面には、ベースプレート２の三次元曲面に沿って、三次元曲面形態の凹部１２が形成されている。
【００５９】
ベースプレート下面２ｂの三次元曲面は例えば、球面であるが、曲率半径が一定の球面に限らず、ベースプレート２の中央から周縁に向かって曲率半径が次第に大きくなるような三次元曲面であっても良い。
【００６０】
ベースプレート２の下面２ｂを三次元曲面で形成すると、角形鋼管柱１の柱脚部１ａに曲げモーメントＭが作用した際、引張側で柱軸方向に迫り上がり変位（図中、ｕで示す）が生じると同時に、圧縮側で明らかに沈み込み変位（図中、ｄで示す）が生じることとなり、これにより圧縮側においても変形吸収部８ｃに十分な変形を生じさせることができ、圧縮側及び引張側双方のエネルギー吸収部材８にほぼ均等なエネルギー吸収作用を発揮させることができ、効率の良いエネルギー吸収性能を確保することができる。
【００６１】
また、ベースプレート２が基礎コンクリート上面３ａでほぼ転動する態様なので、ベースプレート２から基礎コンクリート３への荷重伝達をさらに確実に抑えることができる。
【００６２】
図６には、上記実施例の他の変形例が示されている。この変形例が上記実施形態と異なる点は、変形吸収部８ｃに、エネルギー吸収能力を調整するために、欠損部を形成したことにある。
【００６３】
図６（ａ）は、横向きのスリット１３ａを柱軸方向に間隔を隔てて複数形成したもの、図６（ｂ）は、柱軸方向に沿って縦向きのスリット１３ｂを配設したもの、図６（ｃ）は、上端及び下端に湾曲させた形態で切り欠き部１３ｃを形成したものである。これら欠損部により、鋼板製の変形吸収部８ｃの変形性能もしくは降伏強度を設定して、エネルギー吸収能力を容易に調整することができる。
【００６４】
以上の変形例にあっても、上記実施形態と同様の作用を奏することはもちろんである。
【００６５】
上記実施形態にあっては、スリーブ９によりエネルギー吸収部材８をアンカーボルト７に取り付けるようにしたが、スリーブ９に代えて、内周面に雌ネジが形成されたカプラーを用いるようにしても良い。この場合は、カプラーに螺合する追加のボルトを用意し、アンカーボルト７の上端に追加のナットを介して連結すればよい。
【符号の説明】
【００６６】
１ 角形鋼管柱
２ ベースプレート
２ｂ ベースプレートの下面
３ 基礎コンクリート
３ａ 基礎コンクリート上面
７ アンカーボルト
８ エネルギー吸収部材
８ａ エネルギー吸収部材の内端
８ｂ エネルギー吸収部材の外端
８ｃ 変形吸収部
９ スリーブ
１３ａ 横向きのスリット
１３ｂ 縦向きのスリット
１３ｃ 切り欠き部
Ｃ 間隔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端に接合されたベースプレートを介して基礎コンクリート上面に設置される鉄骨柱と、
上記基礎コンクリートに、上記ベースプレートの外周を取り囲む配列で定着された複数のアンカーボルトと、
上記ベースプレートから上方に間隔を隔てて上記鉄骨柱の側部に内端を取り付けかつ上記アンカーボルトに外端を取り付けて設けられ、該鉄骨柱に作用する曲げモーメントに対し、せん断変形されつつエネルギー吸収するエネルギー吸収部材とを備えたことを特徴とする鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項２】
前記ベースプレートは、前記鉄骨柱の柱芯からその外周縁部までのモーメントアームを小さくするために、該鉄骨柱の下端に接合し得る外形寸法で形成されることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項３】
前記基礎コンクリート上面と向かい合う前記ベースプレートの下面は、三次元曲面で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項４】
前記エネルギー吸収部材は、前記アンカーボルトに取り付けられるボルト側取付部と、前記鉄骨柱の側部に取り付けられる柱側取付部と、これらボルト側取付部と柱側取付部との間に鉄骨柱の柱軸方向に沿って縦向きに設けられ、せん断変形されつつエネルギー吸収する変形吸収部とから構成されることを特徴とする請求項１から３いずれかの項に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項５】
前記変形吸収部には、エネルギー吸収能力を調整する欠損部が形成されることを特徴とする請求項４に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項６】
前記ボルト側取付部は、前記アンカーボルトが挿通される中空筒体状に形成されることを特徴とする請求項４または５に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項１】
下端に接合されたベースプレートを介して基礎コンクリート上面に設置される鉄骨柱と、
上記基礎コンクリートに、上記ベースプレートの外周を取り囲む配列で定着された複数のアンカーボルトと、
上記ベースプレートから上方に間隔を隔てて上記鉄骨柱の側部に内端を取り付けかつ上記アンカーボルトに外端を取り付けて設けられ、該鉄骨柱に作用する曲げモーメントに対し、せん断変形されつつエネルギー吸収するエネルギー吸収部材とを備えたことを特徴とする鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項２】
前記ベースプレートは、前記鉄骨柱の柱芯からその外周縁部までのモーメントアームを小さくするために、該鉄骨柱の下端に接合し得る外形寸法で形成されることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項３】
前記基礎コンクリート上面と向かい合う前記ベースプレートの下面は、三次元曲面で形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項４】
前記エネルギー吸収部材は、前記アンカーボルトに取り付けられるボルト側取付部と、前記鉄骨柱の側部に取り付けられる柱側取付部と、これらボルト側取付部と柱側取付部との間に鉄骨柱の柱軸方向に沿って縦向きに設けられ、せん断変形されつつエネルギー吸収する変形吸収部とから構成されることを特徴とする請求項１から３いずれかの項に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項５】
前記変形吸収部には、エネルギー吸収能力を調整する欠損部が形成されることを特徴とする請求項４に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【請求項６】
前記ボルト側取付部は、前記アンカーボルトが挿通される中空筒体状に形成されることを特徴とする請求項４または５に記載の鉄骨柱の露出型柱脚構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−５７２０７（Ｐ２０１３−５７２０７Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６４２７（Ｐ２０１１−１９６４２７）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（００００００４４６）岡部株式会社 (277)
【出願人】（５９３０２９２８２）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（００００００４４６）岡部株式会社 (277)
【出願人】（５９３０２９２８２）
【Ｆターム（参考）】
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