JPH0214496B2 - - Google Patents
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- JPH0214496B2 JPH0214496B2 JP59252005A JP25200584A JPH0214496B2 JP H0214496 B2 JPH0214496 B2 JP H0214496B2 JP 59252005 A JP59252005 A JP 59252005A JP 25200584 A JP25200584 A JP 25200584A JP H0214496 B2 JPH0214496 B2 JP H0214496B2
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-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/38—Connections for building structures in general
- E04B1/58—Connections for building structures in general of bar-shaped building elements
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E04—BUILDING
- E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
- E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
- E04B1/38—Connections for building structures in general
- E04B1/388—Separate connecting elements
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Joining Of Building Structures In Genera (AREA)
- Foundations (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は鉄骨建築物の鉄骨柱をベースプレート
を介して基礎コンクリートに固着した鉄骨柱脚に
関するものである。 〔従来の技術〕 従来から建築物の鉄骨柱脚は、第７図（基礎コ
ンクリートの断面を示す斜線を省略した。他の図
も同じ）に示すように、鉄骨柱２の下端部に溶接
した鋼板にてなるベースプレート１を基礎コンク
リート４中に定着させたアンカーボルト３に緊結
する、施工が簡単な露出型の柱脚が用いられてい
る。しかしこの柱脚は外力（柱脚に発生する曲げ
モーメント）に対して柱脚部の回転変形が大き
く、そのために建築物の上部架構で多大な応力を
負担しなければならないという欠陥があつた。 従つて最近は、この柱脚を改良した柱脚とし
て、第８図に示すようにアンカーボルト３の基礎
コンクリート４への定着は、アンカーボルト３の
最下端のフツク部３ｂ等で行ない、フツク部３ｂ
の上方の軸部３ａがコンクリート４との付着をな
くした軸方向不拘束部３ｃとなつているアンカー
ボルト３及び基礎コンクリート４上にベースプレ
ート１をセツトし、ナツト５によつてベースプレ
ート１を締め付け、アンカーボルト３に張力を導
入した鉄骨柱脚６が用いられるようになつてき
た。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、この鉄骨柱脚は多少固定度（回転剛
性）が増大し、建築物上部架構の負担応力は、あ
る程度軽減できるが、第９図に示すように以下の
欠点がある。 (1) 柱脚部に外力（曲げモーメントＭ）が作用し
た場合、ベースプレート１が局部的にしかも複
雑に変形する。 (2) アンカーボルト３に導入する張力の値が明確
にされておらず、各建築物において、導入張力
の効果を期待できず、勿論設計にも反映できな
い。また、場合によつては建築物の耐震性の低
下をまねく。 ここにおいて、第８図に示す従来の改良された
柱脚に、地震等による外力すなわち曲げモーメン
トＭが加わつたときの回転変形θとの関係は、柱
脚金物の局部変形とアンカーボルトの伸びとが複
雑にからみあつて、第１２図に示すように非線形
となる。従つて、柱脚の強度的性能および回転剛
性性能が不安定で、設計的にもどのレベルでこれ
らの性能を評価するかが実質的に困難であり、一
般的にこの種の柱脚は不採用の傾向にある。 しかし、従来の改良した柱脚に本発明に用いる
柱脚金物（すなわち、鉄骨柱と接する部分を突出
させ、該突出部分の基部から端部に向かつて漸次
肉厚を変化させた鋳鋼製または鍛鋼製の柱脚金
物。）を採用し、アンカーボルトに何等かの導入
張力を付与した柱脚のＭとθとの関係は、本発明
者らの実験によれば、第２図ａに示すような単純
なものとなる。 すなわち、この柱脚のＭとθとの関係は、原点
０からＡ点まで・Ａ点からＢ点まで・Ｂ点より先
の領域に分けられ、Ａ点は曲げモーメントによつ
て引張られる側のアンカーボルト近傍の柱脚金物
底面が基礎コンクリート上面から離間する点であ
り、Ｂ点はアンカーボルトを降伏する点である。 また、柱脚の回転剛性（Ｍ／θ）はＡ点までは
Ｋ（OAの傾き）、Ｂ点まではK′となる。さらに、
Ａ点の曲げモーメント（離間モーメント）の値
Msは、アンカーボルトの導入張力の大小によつ
て変動するという一般的認識は少なく、アンカー
ボルトの導入張力と離間モーメントMsとの関係
が定量的に不明確である。 第２図ａ中の一点鎖線は、この柱脚にアンカー
ボルトの導入張力を付与しないときのＭとθの関
係を示すものであり、このときの柱脚の回転剛性
はK0となる。これは前述柱脚の第２図ａのAB間
の回転剛性とほぼ一致することが本発明者らの実
験により判明した。 従つて、アンカーボルトへの導入張力の付与に
より柱脚の回転剛性を向上させるという本来の効
果は、第２図ａ中のOA間に限られる。 ここで、柱脚を設計するときの許容曲げモーメ
ントはアンカーボルトが降伏するときの値Myま
でとることが、一般的に認められている。ところ
が、この柱脚の強度的な性能をMyまでとるよう
に設計すると、柱脚の剛性は、原点０からＢ点を
結ぶ直線の傾きすなわちK′としてしか評価でき
ない。すなわち、本来のアンカーボルトの導入張
力の効果であるＫなる値を期待できない。 また、逆に、柱脚の回転剛性をＫとして設計す
ると、柱脚の許容曲げモーメントをMyからMsに
下げねばならない。この理由から従来の柱脚で
は、導入張力の効果を期待できず、設計にも反映
できない。 ところで、建築物設計時に、柱脚の許容曲げモ
ーメントをMyからMsに低くし、柱脚の回転剛性
をＫとして設計することは、安全側の設計とな
る。しかし実際には、基礎コンクリートの乾燥使
縮によりアンカーボルトの導入張力が解除され
て、第２図ａ中のＡ点がなくなり一点鎖線のよう
になつて回転剛性がK0となる可能性もあり、こ
の場合はアンカーボルトの導入張力の効果が発揮
できない。 さらに、基礎コンクリートの乾燥収縮量が初期
に入れたアンカーボルトの導入張力の弾性歪量を
越えると、アンカーボルトのゆるみさえ発生し、
柱脚に曲げモーメントが繰り返し作用したときの
復元力特性は第３図に示すようなスリツプ型とな
り、建物の耐震性を極端に低下させることにな
る。 従つて、アンカーボルトの導入張力によつて変
動するのだろうと考えられている離間モーメント
Msが適切に設定されなければ、アンカーボルト
の導入張力の効果を期待できず、また建築物の耐
震性能の低下をまねくことになる。 上述の理由により、従来の改良型の鉄骨柱脚は
アンカーボルトの強度的性能を最大限活かした状
態で高い固定度が得られないばかりか、建築物の
安全性確保という点においても、大きな不安を残
したものである。 本発明は、これらの問題点を解決するためのも
のであり、アンカーボルトの強度的性能を発揮で
きる固定度の高い鉄骨柱脚を提供し、建築物の安
全性を確保することを目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の鉄骨柱脚は、第１図に示すように以下
の点が大きな特徴である。 (a) ベースプレート１は、鉄骨柱２と接合する突
出部１ａを突出させ、基部１ｂから端部１ｃに
かけて勾配を設けて基部１ｂを中高にし、柱２
と溶接またはボルト接合できる剛性の高い鋳造
または鍛造製の柱脚金物を用いた。 (b) アンカーボルト７の基礎コンクリート４への
定着は、アンカーボルト７の軸部７ａとコンク
リートとの付着をなくした不拘束部７ｂのある
不拘束状態で、アンカーフレームまたはアンカ
ープレート８を用いて行なつた。 (c) ベースプレート１の基礎コンクリート４への
固着は、ベースプレート１をアンカーボルト７
にセツトした後、柱脚に離間モーメントが存在
するようにするため、アンカーボルト７に降伏
値の0.15〜1.2倍の張力を導入した。 〔作 用〕 本発明における鉄骨柱脚は、ベースプレート１
の剛性が非常に高いので、その変形を極端に小さ
くすることができ、ベースプレート１に起因する
柱脚の回転変形をほぼ０にすることができる。ま
た剛性の高いベースプレート１を用いると同時
に、アンカーボルト７の所定の張力を導入するこ
とによつて、柱脚の力学的メカニズムを単純化で
き、柱脚の回転剛性に関する評価を正確に把握で
きるようにしたものである。 実験によれば、本発明による鉄骨柱脚の外力
（曲げモーメントＭ）と回転変形θとの関係は、
第２図ａ中に実線で示すような単純化された形体
となる。 すなわち、柱脚の回転剛性（Ｍ／θ）は、第２
図ｂにおけるベースプレート１の引張側アンカー
ボルト位置の底面１ｅと基礎コンクリート上面４
ａとが離間する点Ａ（第２図ａ）までと、引張側
アンカーボルト７が降伏する点Ｂ（第２図ａ）ま
でと、さらにその後との３区分に別れて変化す
る。 第２図ａ中に一点鎖線で示した回転剛性は、ベ
ースプレート１を完全剛体とし、アンカーボルト
７には張力を導入しない場合の回転剛性の理論値
であり、幾何的に(1)式で与えられる。 K0＝Ｅ・AB・l2／Ｌ ……(1) K0：アンカーボルトに張力を導入しない場合
の柱脚の回転剛性（tm／rad） Ｅ：アンカーボルトのヤング係数（ｔ／cm2） AB：引張側アンカーボルト群の総断面積（cm2） ｌ：アンカーボルト間距離（cm） Ｌ：アンカーボルト有効埋込深さ（cm） 本発明者らの実験によれば本発明鉄骨柱脚の０
〜Ａ間での回転剛性Ｋは引張接合と同様の理論(2)
式に示すようにアンカーボルトに張力を導入しな
い場合のほぼ（１＋α）倍のものが得られる。こ
の場合、αはアンカーボルトと基礎コンクリート
とのバネ定数比であり、(3)式で与えられる値に近
似することが判明した。 Ｋ＝（１＋α）K0 ……(2) α＝Ac／ｎ・Ab ……(3) Ac：基礎コンクリートの有効断面積（cm2） Ab：アンカーボルトの断面積（cm2） ｎ：アンカーボルトと基礎コンクリートとのヤ
ング係数比 （１＋α）の値は、一般に使用されるSS41材
等のアンカーボルト７では、約５〜６となり、Ｏ
〜Ａ間ではアンカーボルト７に張力を導入するこ
とで、大幅に高い回転剛性が得られることにな
る。ところが、Ａ〜Ｂ間では、ベースプレート１
の底面が基礎コンクリート上面４ａより離間する
と、アンカーボルトは張力を導入しない場合と同
じ単純引張りの状態に変化するので、回転剛性は
(1)式のK0と同値となりＯ〜Ａ間の値を下まわる。 ここで前述したように建築業界では一般に、柱
脚の許容曲げモーメントは柱脚全体の降伏値をも
つて定めているので、本発明の柱脚の許容曲げモ
ーメントは第２図ａ中のMy（アンカーボルト７
が降伏する曲げモーメント）の値となる。従つて
柱脚の許容曲げモーメントがMyであり、離間モ
ーメントMsがMyを下まわる場合は、柱脚の回転
剛性をK′としてしか設計せざるをえず、高い回
転剛性Ｋを確保することが困難となる。また、逆
に高い回転剛性Ｋを保証するためには、柱脚の許
容曲げモーメントをMyからMsに下げて設計せざ
るを得なくなり、耐力的なデメリツトが生じる。 それゆえに高い回転剛性Ｋを保証し、柱脚が保
有する高い許容曲げモーメントMyの値を確保す
るためには、MsとMyと同値とすればよい。 ところで、コンクリート中に軸部を不拘束状態
にしたアンカーボルトと溶接により柱と連結した
柱脚金物とをナツトにより固定して柱脚を構成
し、この柱脚に曲げモーメントを作用させて柱脚
金物の回転変形の軌跡を追求した本発明者らの実
験によれば、離間モーメントMsは、アンカーボ
ルトへの導入張力の値に関係し、ほぼ(4)式で与え
られることが判明した。 Ms＝T0・ｌ ……(4) T0：アンカーボルトの導入張力の値（ｔ／cm2） ｌ：アンカーボルト間距離（cm） また柱脚の許容曲げモーメントMyは、(5)式に
よつて与えられる。 My＝Ty・ｌ＝σy・AB・ｌ ……(5) Ty：アンカーボルト降伏引張力（ｔ／cm2） σy：アンカーボルト降伏応力度（ｔ／cm2） それゆえに、Ms＝Myとするためには T0＝
Ty＝σy・ABとすればよく、これがアンカーボル
トの性能を許容曲げモーメント的にもまた回転剛
性的にも最大限に発揮する方法である。 このときの柱脚の外力の曲げモーメントと回転
変形との関係を第１３図の実線にて示す。なお、
同図における破線はMs＜Myの場合である。 従つて基本的には、アンカーボルトへの導入張
力を付与する効果は、アンカーボルトの降伏応力
度σyの１以下（０を含まず）倍で発生する。 ところが、アンカーボルトの導入張力はコンク
リートの乾燥収縮およびクリープによつて解除さ
れることが従来からわかつている。 本発明者らが行なつたアンカーボルト張力除荷
試験結果を第１０図に示す。 第１０図の試験はアンカーボルトの張力の経時
変化（所定時間経過後の張力と初期導入張力との
比＝Ｔ／T0）を調査したもので、柱脚金物、鉄
骨柱、基礎コンクリート、アンカーボルトで構成
された、第１１図に示すような実際の鉄骨建築物
の鉄骨柱脚に相当する供試体（後記第１表のNo.５
の供試体）により行なつたものである。 この実験により、アンカーボルトの応力解除に
一定の規則性があることを発見した。すなわち、
通常使用される打設後４週間以上経過した基礎コ
ンクリートのアンカーボルトに張力を導入した場
合、応力解除が約４日で安定し、約20％になる。
このことは、本発明者らが通常経験している、基
礎コンクリートを打設し上記期間経過後、アンカ
ーボルトを増締めする量とよく合致している。 従つて、上記実験結果から、アンカーボルトに
σyの20％増の1.2σyの応力度が発生する導入張力
を付与しておけば、経時変化後最終的にその値が
1.0σyとなり理想的である。 従つて、本発明においては1.2σyを導入張力に
よる応力度の上限値とした。 しかしながら、日本建築センター昭和56年２月
１日発行の「構造計算指針・同解説」によると安
全性を高度に保持する見地から、アンカーボルト
の許容応力度は、JIS規格の材質のアンカーボル
トを使用する場合は、1.1σyを上限の許容値とし
て定めている。 従つて、上記指針の上限許容値が改定されない
限り実際の施工は、アンカーボルトの性能を効率
よくかつ安全に発揮させるため、アンカーボルト
に1.1σyまでの応力度が発生する導入張力を付与
することが望ましい。 また本発明によるアンカーボルト導入張力によ
る応力度の下限値は以下の理由によつて、0.15σy
とした。 すなわち、アンカーボルトの導入張力による応
力度が０の場合は、柱脚は第３図に示すようなス
リツプ型となることは数多くの実験結果から明ら
かであり、柱脚に発生する曲げモーメントが正負
逆転するところでは、柱脚に大きな曲げモーメン
トが発生しなくても、柱脚が大巾に回転変形を起
こす形態となる。そしてこれが上部構造に悪影響
を及ぼすことにつながることは周知の事実であ
る。 ここで柱脚を第４図に示すような良好な性能
（紡錘形の復元力特性）を有するものにするため
には、アンカーボルトに導入張力の完全な解除を
起こさせないことが必要条件である。 すなわち、アンカーボルトの導入張力による応
力度が、0.1〜0.2σyの低いレベルでは、アンカー
ボルトの応力解除は、コンクリートの乾燥収縮に
よるものが約0.05σy、コンクリートのクリープに
よるものが約0.02σyとなり、合計約0.07σyの応力
解除が起こることを本発明者らは実験により発見
した。 従つて安全率を約２とし導入張力による応力度
を最低0.15σyに設定すれば、経時的にアンカーボ
ルトの導入張力による応力度は完全に解除されず
（0.08σy残る）、柱脚部の性能も第４図に示す良好
な性能を確保できる。 従つて本発明は、アンカーボルトの導入張力に
よる応力度の下限値を0.15σyとした。これによつ
て、アンカーボルトのゆるみによつて生じる建築
物の耐震性能の低下を防止できるのである。 〔実施例〕 第１１図ａ，ｂおよび第１表に示す各部寸法の
鉄骨柱脚の回転剛性を測定し、その結果を同じく
第１表中に示す。 第１表中のK0はアンカーボルトに張力を導入
しない場合、すなわち、従来の鉄骨柱脚の回転剛
性であり、Ｋはアンカーボルトに張力を導入した
本発明による鉄骨柱脚の回転剛性である。 第１表からわかるように、本発明による鉄骨柱
脚の回転剛性Ｋは、従来のものの回転剛性K0の
５〜６倍であり、極めて高いものである。
を介して基礎コンクリートに固着した鉄骨柱脚に
関するものである。 〔従来の技術〕 従来から建築物の鉄骨柱脚は、第７図（基礎コ
ンクリートの断面を示す斜線を省略した。他の図
も同じ）に示すように、鉄骨柱２の下端部に溶接
した鋼板にてなるベースプレート１を基礎コンク
リート４中に定着させたアンカーボルト３に緊結
する、施工が簡単な露出型の柱脚が用いられてい
る。しかしこの柱脚は外力（柱脚に発生する曲げ
モーメント）に対して柱脚部の回転変形が大き
く、そのために建築物の上部架構で多大な応力を
負担しなければならないという欠陥があつた。 従つて最近は、この柱脚を改良した柱脚とし
て、第８図に示すようにアンカーボルト３の基礎
コンクリート４への定着は、アンカーボルト３の
最下端のフツク部３ｂ等で行ない、フツク部３ｂ
の上方の軸部３ａがコンクリート４との付着をな
くした軸方向不拘束部３ｃとなつているアンカー
ボルト３及び基礎コンクリート４上にベースプレ
ート１をセツトし、ナツト５によつてベースプレ
ート１を締め付け、アンカーボルト３に張力を導
入した鉄骨柱脚６が用いられるようになつてき
た。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、この鉄骨柱脚は多少固定度（回転剛
性）が増大し、建築物上部架構の負担応力は、あ
る程度軽減できるが、第９図に示すように以下の
欠点がある。 (1) 柱脚部に外力（曲げモーメントＭ）が作用し
た場合、ベースプレート１が局部的にしかも複
雑に変形する。 (2) アンカーボルト３に導入する張力の値が明確
にされておらず、各建築物において、導入張力
の効果を期待できず、勿論設計にも反映できな
い。また、場合によつては建築物の耐震性の低
下をまねく。 ここにおいて、第８図に示す従来の改良された
柱脚に、地震等による外力すなわち曲げモーメン
トＭが加わつたときの回転変形θとの関係は、柱
脚金物の局部変形とアンカーボルトの伸びとが複
雑にからみあつて、第１２図に示すように非線形
となる。従つて、柱脚の強度的性能および回転剛
性性能が不安定で、設計的にもどのレベルでこれ
らの性能を評価するかが実質的に困難であり、一
般的にこの種の柱脚は不採用の傾向にある。 しかし、従来の改良した柱脚に本発明に用いる
柱脚金物（すなわち、鉄骨柱と接する部分を突出
させ、該突出部分の基部から端部に向かつて漸次
肉厚を変化させた鋳鋼製または鍛鋼製の柱脚金
物。）を採用し、アンカーボルトに何等かの導入
張力を付与した柱脚のＭとθとの関係は、本発明
者らの実験によれば、第２図ａに示すような単純
なものとなる。 すなわち、この柱脚のＭとθとの関係は、原点
０からＡ点まで・Ａ点からＢ点まで・Ｂ点より先
の領域に分けられ、Ａ点は曲げモーメントによつ
て引張られる側のアンカーボルト近傍の柱脚金物
底面が基礎コンクリート上面から離間する点であ
り、Ｂ点はアンカーボルトを降伏する点である。 また、柱脚の回転剛性（Ｍ／θ）はＡ点までは
Ｋ（OAの傾き）、Ｂ点まではK′となる。さらに、
Ａ点の曲げモーメント（離間モーメント）の値
Msは、アンカーボルトの導入張力の大小によつ
て変動するという一般的認識は少なく、アンカー
ボルトの導入張力と離間モーメントMsとの関係
が定量的に不明確である。 第２図ａ中の一点鎖線は、この柱脚にアンカー
ボルトの導入張力を付与しないときのＭとθの関
係を示すものであり、このときの柱脚の回転剛性
はK0となる。これは前述柱脚の第２図ａのAB間
の回転剛性とほぼ一致することが本発明者らの実
験により判明した。 従つて、アンカーボルトへの導入張力の付与に
より柱脚の回転剛性を向上させるという本来の効
果は、第２図ａ中のOA間に限られる。 ここで、柱脚を設計するときの許容曲げモーメ
ントはアンカーボルトが降伏するときの値Myま
でとることが、一般的に認められている。ところ
が、この柱脚の強度的な性能をMyまでとるよう
に設計すると、柱脚の剛性は、原点０からＢ点を
結ぶ直線の傾きすなわちK′としてしか評価でき
ない。すなわち、本来のアンカーボルトの導入張
力の効果であるＫなる値を期待できない。 また、逆に、柱脚の回転剛性をＫとして設計す
ると、柱脚の許容曲げモーメントをMyからMsに
下げねばならない。この理由から従来の柱脚で
は、導入張力の効果を期待できず、設計にも反映
できない。 ところで、建築物設計時に、柱脚の許容曲げモ
ーメントをMyからMsに低くし、柱脚の回転剛性
をＫとして設計することは、安全側の設計とな
る。しかし実際には、基礎コンクリートの乾燥使
縮によりアンカーボルトの導入張力が解除され
て、第２図ａ中のＡ点がなくなり一点鎖線のよう
になつて回転剛性がK0となる可能性もあり、こ
の場合はアンカーボルトの導入張力の効果が発揮
できない。 さらに、基礎コンクリートの乾燥収縮量が初期
に入れたアンカーボルトの導入張力の弾性歪量を
越えると、アンカーボルトのゆるみさえ発生し、
柱脚に曲げモーメントが繰り返し作用したときの
復元力特性は第３図に示すようなスリツプ型とな
り、建物の耐震性を極端に低下させることにな
る。 従つて、アンカーボルトの導入張力によつて変
動するのだろうと考えられている離間モーメント
Msが適切に設定されなければ、アンカーボルト
の導入張力の効果を期待できず、また建築物の耐
震性能の低下をまねくことになる。 上述の理由により、従来の改良型の鉄骨柱脚は
アンカーボルトの強度的性能を最大限活かした状
態で高い固定度が得られないばかりか、建築物の
安全性確保という点においても、大きな不安を残
したものである。 本発明は、これらの問題点を解決するためのも
のであり、アンカーボルトの強度的性能を発揮で
きる固定度の高い鉄骨柱脚を提供し、建築物の安
全性を確保することを目的とするものである。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の鉄骨柱脚は、第１図に示すように以下
の点が大きな特徴である。 (a) ベースプレート１は、鉄骨柱２と接合する突
出部１ａを突出させ、基部１ｂから端部１ｃに
かけて勾配を設けて基部１ｂを中高にし、柱２
と溶接またはボルト接合できる剛性の高い鋳造
または鍛造製の柱脚金物を用いた。 (b) アンカーボルト７の基礎コンクリート４への
定着は、アンカーボルト７の軸部７ａとコンク
リートとの付着をなくした不拘束部７ｂのある
不拘束状態で、アンカーフレームまたはアンカ
ープレート８を用いて行なつた。 (c) ベースプレート１の基礎コンクリート４への
固着は、ベースプレート１をアンカーボルト７
にセツトした後、柱脚に離間モーメントが存在
するようにするため、アンカーボルト７に降伏
値の0.15〜1.2倍の張力を導入した。 〔作 用〕 本発明における鉄骨柱脚は、ベースプレート１
の剛性が非常に高いので、その変形を極端に小さ
くすることができ、ベースプレート１に起因する
柱脚の回転変形をほぼ０にすることができる。ま
た剛性の高いベースプレート１を用いると同時
に、アンカーボルト７の所定の張力を導入するこ
とによつて、柱脚の力学的メカニズムを単純化で
き、柱脚の回転剛性に関する評価を正確に把握で
きるようにしたものである。 実験によれば、本発明による鉄骨柱脚の外力
（曲げモーメントＭ）と回転変形θとの関係は、
第２図ａ中に実線で示すような単純化された形体
となる。 すなわち、柱脚の回転剛性（Ｍ／θ）は、第２
図ｂにおけるベースプレート１の引張側アンカー
ボルト位置の底面１ｅと基礎コンクリート上面４
ａとが離間する点Ａ（第２図ａ）までと、引張側
アンカーボルト７が降伏する点Ｂ（第２図ａ）ま
でと、さらにその後との３区分に別れて変化す
る。 第２図ａ中に一点鎖線で示した回転剛性は、ベ
ースプレート１を完全剛体とし、アンカーボルト
７には張力を導入しない場合の回転剛性の理論値
であり、幾何的に(1)式で与えられる。 K0＝Ｅ・AB・l2／Ｌ ……(1) K0：アンカーボルトに張力を導入しない場合
の柱脚の回転剛性（tm／rad） Ｅ：アンカーボルトのヤング係数（ｔ／cm2） AB：引張側アンカーボルト群の総断面積（cm2） ｌ：アンカーボルト間距離（cm） Ｌ：アンカーボルト有効埋込深さ（cm） 本発明者らの実験によれば本発明鉄骨柱脚の０
〜Ａ間での回転剛性Ｋは引張接合と同様の理論(2)
式に示すようにアンカーボルトに張力を導入しな
い場合のほぼ（１＋α）倍のものが得られる。こ
の場合、αはアンカーボルトと基礎コンクリート
とのバネ定数比であり、(3)式で与えられる値に近
似することが判明した。 Ｋ＝（１＋α）K0 ……(2) α＝Ac／ｎ・Ab ……(3) Ac：基礎コンクリートの有効断面積（cm2） Ab：アンカーボルトの断面積（cm2） ｎ：アンカーボルトと基礎コンクリートとのヤ
ング係数比 （１＋α）の値は、一般に使用されるSS41材
等のアンカーボルト７では、約５〜６となり、Ｏ
〜Ａ間ではアンカーボルト７に張力を導入するこ
とで、大幅に高い回転剛性が得られることにな
る。ところが、Ａ〜Ｂ間では、ベースプレート１
の底面が基礎コンクリート上面４ａより離間する
と、アンカーボルトは張力を導入しない場合と同
じ単純引張りの状態に変化するので、回転剛性は
(1)式のK0と同値となりＯ〜Ａ間の値を下まわる。 ここで前述したように建築業界では一般に、柱
脚の許容曲げモーメントは柱脚全体の降伏値をも
つて定めているので、本発明の柱脚の許容曲げモ
ーメントは第２図ａ中のMy（アンカーボルト７
が降伏する曲げモーメント）の値となる。従つて
柱脚の許容曲げモーメントがMyであり、離間モ
ーメントMsがMyを下まわる場合は、柱脚の回転
剛性をK′としてしか設計せざるをえず、高い回
転剛性Ｋを確保することが困難となる。また、逆
に高い回転剛性Ｋを保証するためには、柱脚の許
容曲げモーメントをMyからMsに下げて設計せざ
るを得なくなり、耐力的なデメリツトが生じる。 それゆえに高い回転剛性Ｋを保証し、柱脚が保
有する高い許容曲げモーメントMyの値を確保す
るためには、MsとMyと同値とすればよい。 ところで、コンクリート中に軸部を不拘束状態
にしたアンカーボルトと溶接により柱と連結した
柱脚金物とをナツトにより固定して柱脚を構成
し、この柱脚に曲げモーメントを作用させて柱脚
金物の回転変形の軌跡を追求した本発明者らの実
験によれば、離間モーメントMsは、アンカーボ
ルトへの導入張力の値に関係し、ほぼ(4)式で与え
られることが判明した。 Ms＝T0・ｌ ……(4) T0：アンカーボルトの導入張力の値（ｔ／cm2） ｌ：アンカーボルト間距離（cm） また柱脚の許容曲げモーメントMyは、(5)式に
よつて与えられる。 My＝Ty・ｌ＝σy・AB・ｌ ……(5) Ty：アンカーボルト降伏引張力（ｔ／cm2） σy：アンカーボルト降伏応力度（ｔ／cm2） それゆえに、Ms＝Myとするためには T0＝
Ty＝σy・ABとすればよく、これがアンカーボル
トの性能を許容曲げモーメント的にもまた回転剛
性的にも最大限に発揮する方法である。 このときの柱脚の外力の曲げモーメントと回転
変形との関係を第１３図の実線にて示す。なお、
同図における破線はMs＜Myの場合である。 従つて基本的には、アンカーボルトへの導入張
力を付与する効果は、アンカーボルトの降伏応力
度σyの１以下（０を含まず）倍で発生する。 ところが、アンカーボルトの導入張力はコンク
リートの乾燥収縮およびクリープによつて解除さ
れることが従来からわかつている。 本発明者らが行なつたアンカーボルト張力除荷
試験結果を第１０図に示す。 第１０図の試験はアンカーボルトの張力の経時
変化（所定時間経過後の張力と初期導入張力との
比＝Ｔ／T0）を調査したもので、柱脚金物、鉄
骨柱、基礎コンクリート、アンカーボルトで構成
された、第１１図に示すような実際の鉄骨建築物
の鉄骨柱脚に相当する供試体（後記第１表のNo.５
の供試体）により行なつたものである。 この実験により、アンカーボルトの応力解除に
一定の規則性があることを発見した。すなわち、
通常使用される打設後４週間以上経過した基礎コ
ンクリートのアンカーボルトに張力を導入した場
合、応力解除が約４日で安定し、約20％になる。
このことは、本発明者らが通常経験している、基
礎コンクリートを打設し上記期間経過後、アンカ
ーボルトを増締めする量とよく合致している。 従つて、上記実験結果から、アンカーボルトに
σyの20％増の1.2σyの応力度が発生する導入張力
を付与しておけば、経時変化後最終的にその値が
1.0σyとなり理想的である。 従つて、本発明においては1.2σyを導入張力に
よる応力度の上限値とした。 しかしながら、日本建築センター昭和56年２月
１日発行の「構造計算指針・同解説」によると安
全性を高度に保持する見地から、アンカーボルト
の許容応力度は、JIS規格の材質のアンカーボル
トを使用する場合は、1.1σyを上限の許容値とし
て定めている。 従つて、上記指針の上限許容値が改定されない
限り実際の施工は、アンカーボルトの性能を効率
よくかつ安全に発揮させるため、アンカーボルト
に1.1σyまでの応力度が発生する導入張力を付与
することが望ましい。 また本発明によるアンカーボルト導入張力によ
る応力度の下限値は以下の理由によつて、0.15σy
とした。 すなわち、アンカーボルトの導入張力による応
力度が０の場合は、柱脚は第３図に示すようなス
リツプ型となることは数多くの実験結果から明ら
かであり、柱脚に発生する曲げモーメントが正負
逆転するところでは、柱脚に大きな曲げモーメン
トが発生しなくても、柱脚が大巾に回転変形を起
こす形態となる。そしてこれが上部構造に悪影響
を及ぼすことにつながることは周知の事実であ
る。 ここで柱脚を第４図に示すような良好な性能
（紡錘形の復元力特性）を有するものにするため
には、アンカーボルトに導入張力の完全な解除を
起こさせないことが必要条件である。 すなわち、アンカーボルトの導入張力による応
力度が、0.1〜0.2σyの低いレベルでは、アンカー
ボルトの応力解除は、コンクリートの乾燥収縮に
よるものが約0.05σy、コンクリートのクリープに
よるものが約0.02σyとなり、合計約0.07σyの応力
解除が起こることを本発明者らは実験により発見
した。 従つて安全率を約２とし導入張力による応力度
を最低0.15σyに設定すれば、経時的にアンカーボ
ルトの導入張力による応力度は完全に解除されず
（0.08σy残る）、柱脚部の性能も第４図に示す良好
な性能を確保できる。 従つて本発明は、アンカーボルトの導入張力に
よる応力度の下限値を0.15σyとした。これによつ
て、アンカーボルトのゆるみによつて生じる建築
物の耐震性能の低下を防止できるのである。 〔実施例〕 第１１図ａ，ｂおよび第１表に示す各部寸法の
鉄骨柱脚の回転剛性を測定し、その結果を同じく
第１表中に示す。 第１表中のK0はアンカーボルトに張力を導入
しない場合、すなわち、従来の鉄骨柱脚の回転剛
性であり、Ｋはアンカーボルトに張力を導入した
本発明による鉄骨柱脚の回転剛性である。 第１表からわかるように、本発明による鉄骨柱
脚の回転剛性Ｋは、従来のものの回転剛性K0の
５〜６倍であり、極めて高いものである。
以上述べてきたように、本発明の鉄骨柱脚は、
アンカーボルトへの導入張力による応力度を0.15
〜1.2σyの値に設定したので、アンカーボルトの
強度的な性能を揮することができ、しかも柱脚の
回転剛性も高く評価できる。 また、地震時等の正負繰り返し応力（柱脚に発
生する曲げモーメント）に対しても、良好な性能
（紡錘形復元力特性）を確保でき、建築物の耐震
性の低下を防止できる。
アンカーボルトへの導入張力による応力度を0.15
〜1.2σyの値に設定したので、アンカーボルトの
強度的な性能を揮することができ、しかも柱脚の
回転剛性も高く評価できる。 また、地震時等の正負繰り返し応力（柱脚に発
生する曲げモーメント）に対しても、良好な性能
（紡錘形復元力特性）を確保でき、建築物の耐震
性の低下を防止できる。
第１図は本発明の一実施例を示す鉄骨柱脚の断
面図、第２図ａは本発明による鉄骨柱脚の外力の
曲げモーメントと回転変形との関係を示す図、第
２図ｂは同じく回転変形の模式図、第３図はアン
カーボルトに張力を導入した従来の鉄骨柱脚の復
元力特性図、第４図は同じく本発明による鉄骨柱
脚の復元力特性図、第５図は本発明による鉄骨柱
脚のベースプレート部分の拡大図、第６図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第７図は従来の鉄
骨柱脚の一例を示す断面図、第８図はアンカーボ
ルトに張力を導入した従来の鉄骨柱脚の断面図、
第９図ａ，ｂはアンカーボルトに張力を導入した
従来の鉄骨柱脚に外力（曲げモーメント）が作用
した時の状態を示す正面断面図および側面断面
図、第１０図はアンカーボルトの張力の経時変化
を示す図、第１１図ａ，ｂは本発明の実施例にお
ける供試体の平面図および側面断面図、第１２図
および第１３図はそれぞれ鉄骨柱脚の外力の曲げ
モーメントと回転変形との関係を説明するための
図である。 １：ベースプレート、１ａ：突出部、１ｂ：基
部、１ｃ：端部、２：鉄骨柱、４：基礎コンクリ
ート、６：鉄骨柱脚、７：アンカーボルト、７
ａ：軸部、７ｂ：不拘束部、８：アンカーフレー
ム（アンカープレート）。
面図、第２図ａは本発明による鉄骨柱脚の外力の
曲げモーメントと回転変形との関係を示す図、第
２図ｂは同じく回転変形の模式図、第３図はアン
カーボルトに張力を導入した従来の鉄骨柱脚の復
元力特性図、第４図は同じく本発明による鉄骨柱
脚の復元力特性図、第５図は本発明による鉄骨柱
脚のベースプレート部分の拡大図、第６図は本発
明の他の実施例を示す断面図、第７図は従来の鉄
骨柱脚の一例を示す断面図、第８図はアンカーボ
ルトに張力を導入した従来の鉄骨柱脚の断面図、
第９図ａ，ｂはアンカーボルトに張力を導入した
従来の鉄骨柱脚に外力（曲げモーメント）が作用
した時の状態を示す正面断面図および側面断面
図、第１０図はアンカーボルトの張力の経時変化
を示す図、第１１図ａ，ｂは本発明の実施例にお
ける供試体の平面図および側面断面図、第１２図
および第１３図はそれぞれ鉄骨柱脚の外力の曲げ
モーメントと回転変形との関係を説明するための
図である。 １：ベースプレート、１ａ：突出部、１ｂ：基
部、１ｃ：端部、２：鉄骨柱、４：基礎コンクリ
ート、６：鉄骨柱脚、７：アンカーボルト、７
ａ：軸部、７ｂ：不拘束部、８：アンカーフレー
ム（アンカープレート）。
Claims (1)
- １ 鉄骨柱と接合する部分を突出させ、該突出部
分の基部から端部に向かつて漸次肉厚を変化させ
た鋳造または鍛造製の柱脚金物に、前記鉄骨柱を
溶接またはボルトにより接合するとともに、前記
柱脚金物を軸方向不拘束状態で基礎コンクリート
中に埋設固定したアンカーボルトに緊結し、柱脚
に離間モーメントが存在するようにするため、前
記アンカーボルトに降伏応力度の0.15〜1.2倍の
応力度が発生するように導入張力を付与して緊結
したことを特徴とする鉄骨柱脚。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59252005A JPS61130536A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 鉄骨柱脚 |
| KR1019850007752A KR930002646B1 (ko) | 1984-11-30 | 1985-10-21 | 철골주각(鐵骨柱脚) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59252005A JPS61130536A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 鉄骨柱脚 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61130536A JPS61130536A (ja) | 1986-06-18 |
| JPH0214496B2 true JPH0214496B2 (ja) | 1990-04-09 |
Family
ID=17231239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59252005A Granted JPS61130536A (ja) | 1984-11-30 | 1984-11-30 | 鉄骨柱脚 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61130536A (ja) |
| KR (1) | KR930002646B1 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100346960B1 (ko) * | 1999-04-20 | 2002-07-31 | (주)씨.에스 구조 엔지니어링 | 철골기둥 정착장치 및 정착방법 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5120425A (ja) * | 1974-08-12 | 1976-02-18 | Hitachi Metals Ltd | Tetsukotsukumibashirayochukyakukanamono oyobi chukyakubukozo |
| JPS595734B2 (ja) * | 1979-10-29 | 1984-02-07 | 日立金属株式会社 | 鉄骨構造の柱脚と基礎コンクリ−トとの接合方法 |
-
1984
- 1984-11-30 JP JP59252005A patent/JPS61130536A/ja active Granted
-
1985
- 1985-10-21 KR KR1019850007752A patent/KR930002646B1/ko not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR930002646B1 (ko) | 1993-04-07 |
| JPS61130536A (ja) | 1986-06-18 |
| KR860004221A (ko) | 1986-06-18 |
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