JPS595734B2 - 鉄骨構造の柱脚と基礎コンクリ−トとの接合方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は土木、建築に使用される鉄骨構造の柱脚を基礎
コンクリートに接合する方法に関するものである。

一般に鉄骨構造の柱脚は、鉄筋コンクリート構造の基盤
にアンカーボルトを予め埋設しておき、アンカーボルト
に遊嵌する穴を有する柱脚金物をナツトで固定し、一方
柱脚金物は溶接、ボルト接合等で柱脚と固定一体化させ
るのが一般である。

例えば第１図において基礎１内にアンカーボルト２を埋
設して柱脚金物３を載置し、ナツト４で固定し、第１図
は柱脚５を溶接６′により、第２図はボルトナツト６に
よって各々柱脚金物３と一体化させたものである。

而して柱脚には第３図に示すように、上部構造から伝達
される応力として軸方向圧縮力Ｎ、曲げモーメン）Ｍお
よびせん断力Ｑが作用する。

また上部架構が水平力を受ける場合には、軸方向圧縮力
Ｎは引張力Ｔとして作用することもある。

従来から柱脚の設計においては、日本建築学会制定の鋼
構造設計規準により、柱脚金物が充分に剛である場合に
は、柱脚金物とコンクリートとの接触底面を外形寸法と
し、アンカーボルトを引張鉄筋とする柱の設計に準じて
、軸方向圧縮力Ｎと曲げモーメン）Ｍまたは軸方向引張
力Ｔと曲げモーメントＭを同時に作用させて設計してい
る。

またせん断力に対しては、柱脚金物とコンクリートとの
接触圧に摩擦係数を乗じて、この値を作用せん断力と比
較して大であれば安全であるとしている。

しかし前記の値が小Ｃあれば、第１図および第２図に示
すアンカーボルト２にせん断力が伝達するように、ナツ
ト４を柱脚金物３との間に挿入した座金（図示せず）を
溶接したり、柱脚金物３に突起等を設ける等の対策を必
要とする。

しかしながら従来からの鉄骨柱の柱脚と基礎コンクリー
ト構造との接合においては、解決できな（・大きな問題
点があった。

すなわち鉄骨とコンクリートという異質材料と接合する
場合の個有の問題ともいうべき力学的な連続性を如何に
して達成すべきかということである。

設計計算上においては、前記のように設定した外力によ
り、境界部の仮定を設けて、例えば柱脚金物の底面を外
形寸法とし引張側のアンカーボ、ルトを鉄筋とする柱と
して計算することかできるが、実際には境界部が密着一
体とならず不連続となるので、不測の結果を生ずる。

すなわち第４図に示すように、曲げモーメントＭが作用
する場合には、耐力を発揮するまでに境界部に若干の回
転を生じて柱脚が破線で示すように傾斜することは避け
られないのである。

上記回転の程度を「柱脚の固定度」と呼称し、固定度が
低下することは、柱脚に曲げモーメントが作用した場合
に柱が傾斜し、単に上部架構に水平変位を与えるのみな
らず、上部架構に予想外の大なる応力を発生させる原因
となるのである。

上記に対する対策としては、次の３つの条件を満足させ
る必要があることが既往の研究結果によって開示されて
いる。

（１）柱脚金物３を充分に剛とすると共に、柱５と金物
３とを剛接する。

（２）柱脚金物３と基礎コンクリート１とを充分に締め
付けると共に、その締付効果が経年的に、まだ外力の作
用によっても低減しない手段を採る。

上記のうち、（１）は設計上解決可能であり、（２）に
関しては入念な施工によって解決し得ることである。

しかしながら、（３）はナツトを締め付けるのみでは到
底解決できない。

すなわちコンクリートに埋設したアンカーボルトにナツ
トを係合させて張力を付与しても、アンカーボルトとコ
ンクリートとの間に、ボルト表面性状、コンクリートの
性質等に起因する不安定な付着力が作用しているため、
アンカーボルトに作用する張力の長さ方向の分布が不明
確であり、しかも力学的な付着力が不安定であることに
よるのである。

第５図〜第７図は夫々アンカーボルト２に張力を付与し
た場合に、アンカーボルト２に発生する応力の分布を示
す概念図である。

基礎コンクリート１内に埋設したアンカーボルト２にナ
ツト４を係合して締付けた場合には、第５図に示すよう
にナツト４に近い方が応力大であり、下方に向かう程応
力が小になる傾向が知られている。

而して応力の分布範囲はナツト４からり。

の範囲に留まる。そして経年的あるいは構造物の存置期
間中に、アンカーボルト２に引張力が作用すると、アン
カーボルト２と基礎コンクリート１との付着力は、上方
から逐次下方に向かって消失し、応力分布は第６図のよ
うに変化し、アンカーボルト２に付加引張力が作用して
いるとみなされる等測長さは、第５図におけるり。

から、第６図におけるり。′のように長くなることが明
らかである。

換言すればＬｏてり。

′となるから、初期張力をＴとすれば、第６図における
方が第５図におけるよりも伸びに対するひずみ度が大き
くなるため、アンカーボルト２に作用する張力は、初期
の値Ｔよりも小になることは理論的にも明らかである。

すなわち柱脚の固定度を高めるために人なる初期張力を
付与しても、経年的にまた外力の作用によってその値が
低減し、結果としてアンカーボルト２とナツト４との締
付がゆるみ、固定度が低下することとなるのである。

本発明は上記のような従来の方法における諸欠点を解消
し、長期間に亘ってまた外力の作用によってもアンカー
ボルトのゆるみを防止し、柱脚の固定度を高い安定した
値に確保するような接合方法を提供することを目的とす
るものである。

第８図〜第１１図は本発明方法実施例におけるアンカー
ボルトを示す要部断面図である。

第８図に示すものは、アンカーボルト２の外表面にアス
ファルト等の軟質性材料により塗層７を設けて基礎コン
クリート１内に埋設したものであり、アンカーボルト２
の定着部２ａおよびねじ部２ｂには塗層を設けない。

このように形成することにより、定着部２ａは基礎コン
クリート１と強固に接合するが、アンカーボルト２の外
表面と基礎コンクリート１との間には塗層７が介在する
から、ナツト４によって接合金物３を圧接すれば、定着
部２ａまたは２ａ′に固定されたアンカーボルト２は基
礎コンクリート１に拘束されることなく、初期張力によ
る応力はアンカーボルト２の大部分に均等に分布する。

従ってナツト４と柱脚金物３との接触面、柱脚金物３の
底面と基礎コンクリートとの境界面、定着部２ａ、２ａ
’のゆるみによる初期張力の低下は少なく、長期間に亘
ってもナツト４のゆるみが殆んどなく、柱脚の固定度を
高い値で安定させ得るのである。

次に第９図に示すものは、アンカーボルト２を基礎コン
クリート１に設けた空孔８内に遊嵌させたものである。

この場合定着部２ａは前記第８図と同様基礎コンクリー
ト１内に接合状態で埋設する。

このように形成することにより、アンカーボルト２を固
定すると共に、軸方向の伸びに対して自由状態すなわち
不拘束状態を形成することができ、前記実施例と同一の
作用を呈するのである。

第１０図に示すものは、アンカーボルト２の外径寸法よ
りも大なる管９を基礎コンクリート１内に埋設して、ア
ンカーボルト２の不拘束状態を形成したものである。

また第１１図に示すものは、アンカーボルト２の外表面
にガムテープ、ビニールテープ、ビニールフィルム等の
可撓性材料からなる不拘束部材１０を巻装して不拘束状
態を形成したものである。

何れもその作用は前記実施例におけるものと同一である
。

次に本発明方法による柱脚部の復元力特性について説明
する。

第１２図および第１３図は各々従来方法および本発明方
法によるものの回転角θと曲げモーメントＭとの関係を
示す図である。

すなわち第４図に示す状態で柱脚に交番曲げモーメント
Ｍを加えると、第１２図に示す従来のものにおいては交
番曲げモーメン）ＭによってＯＡなる残留ひずみを生ず
る。

この残留ひずみＯＡを生じたことは、アンカーボルトに
生ずる応力分布が、初期における前記第５図に示す状態
であったものが、交番曲げモーメン）Ｍによってアンカ
ーボルトに張力変化を生じ、第６図のような状態になっ
たことを示す。

すなわちアンカーボルト２と基礎コンクリート１との接
合状態が破壊されて応力分布が広がると共に、導入張力
が初期のものより低減したことを示すのである。

一方策１３図に示す本発明方法によるものにおいては、
交番曲げモーメントＭを加えた後においても、履歴曲線
の終点は原点０に復し、残留ひずみを生じていないこと
を示す。

すなわちアンカーボルトにはゆるみを生じていないこと
を示すのであり、これはアンカーボルトを基礎コンクリ
ートと不拘束状態で埋設した結果である。

第１４図は、柱脚に作用する曲げモーメン）Ｍと軸方向
圧縮力Ｎとの関係を示す図である。

同図は日本建築学金輪、鋼構造設計規準の規定に従って
作図したものであり、一定の大きさの柱脚金物に対して
張力を導入していないアンカーボルトで固定した場合に
曲げモーメントＭと軸方向圧縮力Ｎを作用させた場合の
柱脚の許容耐力を図示したものである。

同図から明らかなように、柱に作用する軸方向圧縮力Ｎ
が小なるＯＮｏ間においては、アンカーボルトに引張力
が作用して許容曲げモーメントが小になる。

しかし本発明におけるようにアンカーボルトに軸方向の
力を導入すれば、柱脚底面と基礎上面とは圧着されるか
ら、柱脚の軸方向力を大にしたと同様の原理により、横
座標ＯＸはＯＸ′に平行移動したことになり、柱脚の許
容曲げモーメントはＯＣからＯＢに増大するのである。

次に柱脚の摩擦抵抗力すなわち許容せん断力は、日本建
築学金輪の鋼構造設計規準によれば、次式％式％ ） ここで Ｑ：許容せん断力 ２：アンカーボルトに作用する引張力 Ｎ：柱脚の軸方向力 従ってアンカーボルトに軸力を導入すれば、上式の右辺
のＮの値が大となるから、必然的に許容せん断力を大と
することができるのである。

第１５図〜第１１図および第１８図〜第２０図は各々従
来方法におけるものと本発明方法におけるものと柱脚と
基礎面との圧着力の分布を示す図である。

第１５図〜第１７図に示す従来方法によるものでは、曲
げモーメントが存在しない場合稀においては、第１５図
に示すように圧着力は発生しない。

そして僅かな曲げモーメントＭ１ が作用した場合には
、第１６図に示すような圧着力分布となり、アンカーボ
ルトには矢印Ｐ１ で示されるように直ちに引張力が発
生し、更に大なる曲げモーメントＭ２が作用した場合に
は、第１７図に示すようにアンカーボルトに非常に大な
る引張力Ｐ２が発生する。

従って柱脚に繰返し曲げモーメントが作用すると直ちに
アンカーボルトに付加引張力が作用する。

これに対して本発明方法によるものは第１８図〜第２０
図に示すような圧着力分布となるから、小なる曲げモー
メントＭ１が作用しても、第１９図に示すようにアンカ
ーボルトには付加引張力は発生せず、大なる曲げモーメ
ントＭ２が作用して初めて付加引張力Ｐが発生する（第
２０図）。

しかし付加引張力Ｐは従来のものに比較して小なる値で
あると共に、柱脚に繰返し曲げモーメントが作用しても
、第１８図〜第２０図に示すように圧着力の変化で吸収
し得るため、アンカーボルトに作用する付加応力は小さ
く、疲労破壊に対する抗力が人となるのである。

本実施例においては、アンカーボルトとして下端を曲げ
て定着部を形成したものを示したか、このようなフック
状のものの他、アンカ−ポル１下端部に支圧突起若しく
は支圧板を設けたもの（第２２図）、隣接するアンカー
ボルトをアンカーフレームで接続若しくは連結したもの
（第２１図）等にも適用できることは勿論である。

また柱脚金物を圧着する手段は、ボルトナツト以外の締
結手段でもよく、要するにアンカ一部材とその締結部材
若しくは固着部材一般に適用可能である。

本発明は以上記述のように、アンカ一部材を基礎コンク
リートに不拘束状態で埋設して、アンカ一部材の所定長
さ区間の導入張力を確保したことを要旨とするものであ
るから、下記の効果を奏し得る。

（１）アンカ一部材と締結部材とによる柱脚の締付力を
長期間に亘って安定した値に確保し得る。

（２）柱脚の固定度が大であり、外力の作用によっても
安定した値を確保し得るため、信頼性が大である。

（３）軸方向圧縮力の小なる柱脚に対しては、許容曲げ
応力を大とし得る。

（４）柱脚力の摩擦抵抗力すなわち許容せん断力を増大
し得る。

（５） リラクゼーションの主因であるアンカ一部材
軸部とコンクリートとが広範囲に付着されていないので
、従来から行なわれているアンボンド７”Ｌ／ストレス
工法と同様にリラクゼーションを小にし得る。

（６）導入張力の施工管理に当り、アンカ一部材の伸び
能力が大きいため、導入張力はアンカ一部材締付時の伸
び、すなわち締付部材の回転角若しくは移動距離でコン
トロールすることができ、施工管理が容易である。

（カ アンカ一部材の軸部が長く、伸び能力が人である
ので、柱脚の回転容量が大きくなり、構造物全体の地震
エネルギーの吸収能力すなわち耐震性能を向上し得る。

（８）繰り返し曲げ応力が作用しても、柱脚と基礎との
圧着応力の変化によって吸収し得るため、アンカ一部材
に対する付加応力が小さく、アンカ一部材の疲労破壊を
防止し得る。

（９）ならしモルタル上面に凹凸がある場合に、従来の
ものでは凸部近傍のアンカ一部材には過大な締付力が、
四部近傍のそれには過小な締付力が作用し、柱脚全体と
して圧縮力が不均等になるのに対し、本発明方法では、
ならしモルタル上面の凹凸にあまり影響されず、アンカ
一部材の何れもが均等な張力が導入されるので、柱脚の
固定度を増大し、安定である。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は何れも従来の柱脚部を示す一部断
面正面図、第３図は柱脚部に作用する外力を示す説明図
、第４図は柱脚部に曲げモーメントが作用した場合の変
位を示す説明図、第５図〜第７図は夫々アンカーボルト
に発生する応力分布を示す説明図、第８図〜第１１図は
本発明方法実施例における要部断面図、第１２図および
第１３図は各々従来方法と本発明方法との回転角と曲げ
モーメン１との関係を示す線図、第１４図は柱脚に作用
する曲げモーメントと軸方向圧縮力との関係を示す線図
、第１５図〜第１７図および第１８図〜第２０図は各々
従来方法と本発明方法とにおける柱脚と基礎面との圧着
力の分布を示す説明図、第２１図および第２２図は各々
本発明方法の他の実施例を示す要部断面図である。 １：基礎コンクリート、２：アンカーボルト、５：柱脚
、７：塗層、８：空孔、９：管、１０：不拘束部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄骨構造物の柱脚先端を基礎コンクリートに定着せ
   しめたアンカ一部材を介して基礎コンクリートと接合ス
   る方法において、アンカ一部材外表面の柱脚底面より所
   定の区間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、柱脚底部に固着した接合金物と遊嵌させかつ
   アンカ一部材上部を突出させた状態で柱脚を基礎コンク
   リート上に載置し、アンカー上部に締結部材を装着し、
   アンカ一部材に所定の引張力を付与すると共に柱脚金物
   と基礎コンクリートとの境界部に圧縮力を付与すること
   を特徴とする鉄骨構造の柱脚と基礎コンクリートとの接
   合方法。 ２ アンカ一部材の外表面にアスファルト等の軟質性塗
   層を設けて不拘束状態を形成した特許請求の範囲第１項
   記載の鉄骨構造の柱脚と基礎コンクリートとの接合方法
   。 ３ アンカ一部材先端を基礎コンクリート中に定着し、
   かつ基礎コンクリート中に設けた空孔内にアンカ一部材
   を遊嵌させて不拘束状態を形成した特許請求の範囲第１
   項記載の鉄骨構造の柱脚と基礎コンクリートとの接合方
   法。 ４ アンカ一部材外表面に可撓性材料からなるテープ等
   の不拘束部材を巻装して不拘束状態を形成した特許請求
   の範囲第１項記載の鉄骨構造の柱脚と基礎コンクリート
   との接合方法。 ５ 空孔をアンカ一部材が遊嵌する管によって形成した
   特許請求の範囲第１項記載の鉄骨構造の柱脚と基礎コン
   クリートとの接合方法。 ６ アンカ一部材がボルトであり締結部材がナツトであ
   る特許請求の範囲第１項〜第５項何れかに記載の鉄骨構
   造の柱脚と基礎コンクリートとの接合方法。