JP2006233488A - 制震柱脚構造及びこれを用いた制震構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】 地震等の外力のエネルギーを制震部材により吸収することによって、建築構造物の構造骨組に発生する応力を低減させ、その応力による構造骨組の損傷を軽減することができる制震柱脚構造及びこれを用いた制震構造物を提供する。
【解決手段】 柱支持構造１０１が、柱１０下端部に固定されたエンドプレート２２と、露出して基礎コンクリート１２上に固定されたベースプレート３２と、エンドプレート２２とベースプレート３２との間に設けられ柱１０下端部の垂直軸が傾くような回動を許容する回動許容手段２２ａ、３２ａ、４０と、エンドプレート２２とベースプレート３２との間に設けられ入力した外力のエネルギーを吸収する制震部材４５とを備えた。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、建物や橋梁等の建築構造物の柱下端部を基礎コンクリートに支持させる制震柱脚構造及びこれを用いた制震構造物に関するものである。

従来の建物や橋梁等の柱下端部を基礎コンクリートに支持させる柱支持構造としては、アンカーボルトとナットの締め付けにより基礎コンクリート上に固定されたベースプレート（柱脚金物）の上に、柱下端部が溶接等により固定されて支持されるようにした柱脚構造があった。

しかしながら、このような従来の柱脚構造においては、建物等の建築構造物に地震等の大きな外力が加わった場合は、ベースプレートを固定するのに用いられたアンカーボルトが伸びて塑性変形することにより、外力のエネルギーを吸収するような構造となっていた。

ところが、アンカーボルトはエネルギー吸収能力が小さいため、外力のエネルギーが非常に大きい場合は建築構造物の構造骨組に大きな応力が発生して、その応力によりその構造骨組が損傷を受けるおそれがあるという問題があった。

他方、アンカーボルトはその一端部が基礎コンクリート中に埋め込まれて定着されているため、アンカーボルトが塑性域まで変形してその後使用できなくなってしまうとその交換は非常に難しいので、柱脚構造の機能を回復することができなくなるおそれがあるという問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みて、地震等の外力のエネルギーを制震部材により吸収することによって、建築構造物の構造骨組に発生する応力を低減させ、その応力による構造骨組の損傷を軽減することができる制震柱脚構造及びこれを用いた制震構造物を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る制震柱脚構造は、
柱下端部に固定されたエンドプレートと、
露出して基礎コンクリート上に固定されたベースプレートと、
前記エンドプレートと前記ベースプレートとの間に設けられ柱下端部の垂直軸が傾くような回動を許容する回動許容手段と、
前記エンドプレートと前記ベースプレートとの間に設けられ入力した外力のエネルギーを吸収する制震部材とを備えたことを特徴とするものである。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る制震構造物は、
柱下端部に固定されたエンドプレートと、
露出して基礎コンクリート上に固定されたベースプレートと、
前記エンドプレートと前記ベースプレートとの間に設けられ柱下端部の垂直軸が傾くような回動を許容する回動許容手段と、
前記エンドプレートと前記ベースプレートとの間に設けられ入力した外力のエネルギーを吸収する制震部材と
を備えた制震柱脚構造を少なくとも１つ用いたことを特徴とするものである。

このような構成の制震柱脚構造及びこれを用いた制震構造物によれば、地震等の外力のエネルギーを制震部材により吸収することによって、建築構造物の構造骨組に発生する応力を低減させ、その応力による構造骨組の損傷を軽減することができる。

以下、本発明に係る制震柱脚構造及びこれを用いた制震構造物の実施の形態について、図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る制震柱脚構造１０１について説明するために参照する図である。

図１に示す制震柱脚構造１０１において、柱１０の根元部１０ａ（柱下端部）は、基礎コンクリート１２の上方に設けられたエンドプレート２２上に溶接により固定されている。また、エンドプレート２２の下方にはベースプレート３２が配置されており、このベースプレート３２は、その周部がアンカーボルト２４にネジ結合されたナット２６によって締め付けられることにより、基礎コンクリート１２上に固定されている。

エンドプレート２２の中央下面には球面凹部２２ａ（凹状部）が形成され、ベースプレート３２の中央上面には、その先端部が上記球面凹部２２ａと摺接する球面凸部４０ａが形成された、球面凸状部材４０が溶接により固定されている。これらの、球面凹部２２ａ及び球面凸状部材４０は、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾くような回動を許容する回動許容手段を構成している。
なお、上記球面凹部をベースプレート３２側に形成し、上記球面凸状部材をエンドプレート２２側に設けるようにしてもよい。

エンドプレート２２及びベースプレート３２のそれぞれには、球面凸状部材４０の半径方向外側の周囲部に、球面凸状部材４０の周方向に沿って間隔をおいて、複数の（例えば、４本、８本、１２本等の）制震部材４５が配置されている。これらの制震部材４５それぞれの両端部は、エンドプレート２２及びベースプレート３２に、ネジ結合や溶接などにより取り付けられている。

この制震部材４５としては、例えば、棒形状の鋼材履歴ダンパを用いることができる。この鋼材履歴ダンパは、大きな外力が入力した場合は、塑性変形することによりエネルギーを吸収する。またこの鋼材履歴ダンパは、アンカーボルト２４より先に降伏して塑性変形するように設定されている。

このような構成の制震柱脚構造１０１においては、地震等の大きな外力が加わって、柱１０の根元部１０ａにその垂直軸が傾くように回動するような力が働いたときには、エンドプレート２２の球面凹部２２ａは、ベースプレート３２側の球面凸状部材４０の球面凸部４０ａ先端部と摺接され、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾いて回動することを許容し易くなっている。

このように、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾いて回動することを許容し易くなっていることにより、地震等の大きな外力によって柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾いて回動しようとしたときに、その回動による変形を制震部材４５にすべて負担させることができる。

そして、複数の制震部材４５の一方はその軸方向に引っ張られ、柱１０を挟んで反対側の他方の制震部材４５は圧縮されて塑性変形する。このように制震部材４５が塑性変形することにより、外力によるエネルギーを吸収して、建築構造物の構造骨組に減衰力を付加することができるため、その構造骨組に発生する応力を低減することができ、その応力による構造骨組の損傷を軽減することができる。

また、制震部材４５がアンカーボルト２４より先に降伏することにより、アンカーボルト２４が塑性変形して柱脚構造の機能を回復することができなくなることを防止することができる。すなわち、前述のようにアンカーボルトは基礎コンクリート中に埋め込まれて定着されているため、その交換が非常に困難であるが、これに対して制震部材４５は基礎コンクリート１２の外部に露出して配置されているので、アンカーボルト２４に比べてその交換が容易であるということができる。

また、制震部材４５の長さを変えることにより塑性変形の進行速度を調整することもでき、例えば、制震部材４５の長さを短くすることにより、その塑性変形の進行速度を速くしてエネルギー吸収の効率を向上させることができる。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係る制震柱脚構造１０２について説明するために参照する図である。

同図において、エンドプレート２２の中央下面には球面凹部２２ａが形成され、ベースプレート３２の中央上面には球面凹部３２ａが形成されている。また、エンドプレート２２とベースプレート３２との間には、これらの球面凹部２２ａ、３２ａに各々の先端部が摺接する球面凸部４１ａ、４１ｂが表裏両面に形成された、両面凸状部材４１が挟まれて設けられている。

これらの球面凹部２２ａ、３２ａ、及び、両面凸状部材４１の球面凸部４１ａ、４１ｂは、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾くような回動を許容する回動許容手段を構成している。

エンドプレート２２及びベースプレート３２のそれぞれには、両面凸状部材４１の半径方向外側の周囲部に、両面凸状部材４１の周方向に沿って間隔をおいて、前記第１の実施の形態と同様の、複数の（例えば、４本、８本、１２本等の）制震部材４５が配置されている。これらの制震部材４５それぞれの両端部は、エンドプレート２２及びベースプレート３２に、ネジ結合や溶接などにより取り付けられている。

このような構成の制震柱脚構造１０２においては、地震等の大きな外力が加わって、柱１０の根元部１０ａにその垂直軸が傾くように回動するような大きな力が働いたときには、エンドプレート２２及びベースプレート３２の球面凹部２２ａ、３２ａは、両面凸状部材４１の球面凸部４１ａ、４１ｂの各先端部と摺接され、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾いて回動することをさらに許容し易くなっている。

このような本発明の第２の実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

図３は、本発明の第３の実施の形態について説明するために参照する図である。
同図において、エンドプレート２２の中央下面とベースプレート３２の中央上面との間には、ゴム支承４３（回動許容手段）が設けられている。このためやはり、柱１０の根元部１０ａの垂直軸が傾いて回動することを許容し易くなっている。

このような本発明の第３の実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、前記実施の形態においては、制震部材４５として、棒形状の鋼材履歴ダンパを用いた場合について説明してきたが、本発明は、棒形状の鋼材履歴ダンパに限定する必要はなく、円筒形状や板形状の鋼材履歴ダンパ、さらには板を折り曲げた形状の鋼材履歴ダンパを用いてもよい。
また、本発明は、鋼材履歴ダンパに限定する必要はなく、その他の、オイルダンパ等の粘性ダンパ、粘弾性ダンパ、摩擦ダンパ等、どのような種類の制震部材を用いてもよい。

また、前記実施の形態においては、エンドプレート２２とベースプレート３２との間に設けられた、柱下端部の垂直軸が傾くような回動を許容する回動許容手段として、第１から第３の実施の形態について説明してきたが、本発明は、それらに限定する必要はなく、柱下端部の回動を許容して柱を支持するものであれば、他のどのような実施の形態を用いてもよい。
例えば、エンドプレート及びベースプレートの中央部に板状部材を配置してもよい。また、エンドプレート及びベースプレートのいずれかに、その中央部に段差部を設けてもよい。

また、前記実施の形態においては、本発明の制震柱脚構造に係る実施の形態について説明してきたが、本発明は、上記のような制震柱脚構造が用いられた制震構造物についても適用することができる。

以上、本発明に係る制震柱脚構造及びこれを用いた制震構造物の各実施の形態について具体的に述べてきたが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて、その他にも各種の変更が可能なものである。

本発明の第１の実施の形態に係る制震柱脚構造１０１を示す一部断面側面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制震柱脚構造１０２を示す一部断面側面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る制震柱脚構造１０３を示す一部断面側面図である。

符号の説明

１０ 柱
１０ａ 根元部
１２ 基礎コンクリート
２２ エンドプレート
２２ａ 球面凹部
２４ アンカーボルト
２６ ナット
２９ 定着部材
３２ ベースプレート
３２ａ 球面凹部
４０ 両面凸状部材
４０ａ，４０ｂ 球面凸部
４１ 両面凸状部材
４１ａ、４１ｂ 球面凸部
４３ ゴム支承
４５ 制震部材
１０１、１０２，１０３ 制震柱脚構造

Claims (6)

1. 柱下端部に固定されたエンドプレートと、
   露出して基礎コンクリート上に固定されたベースプレートと、
   前記エンドプレートと前記ベースプレートとの間に設けられ柱下端部の垂直軸が傾くような回動を許容する回動許容手段と、
   前記エンドプレートと前記ベースプレートとの間に設けられ入力した外力のエネルギーを吸収する制震部材と
   を備えたことを特徴とする制震柱脚構造。
2. 前記回動許容手段として、前記エンドプレートと前記ベースプレートの間に、曲面を有する凸状部材と、前記曲面に摺接する凹状部又は凹状部材とを配置し、前記凸状部材及び前記凹状部又は凹状部材のそれぞれを、前記エンドプレート及び前記ベースプレートのそれぞれの中央部に一体に設けたことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
3. 前記回動許容手段として、前記エンドプレートと前記ベースプレートの各中央部間に、表裏両面側に凸状部が形成された両面凸状部材を配置し、前記エンドプレートと前記ベースプレートの各中央部に、前記両面凸状部材の各凸状部の先端部が摺接する凹部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
4. 前記エンドプレートと前記ベースプレートの各中央部間にゴム支承を設けたことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
5. 前記制震部材として、鋼材履歴ダンパを用いたことを特徴とする請求項１に記載の制震柱脚構造。
6. 柱下端部に固定されたエンドプレートと、
   露出して基礎コンクリート上に固定されたベースプレートと、
   前記エンドプレートと前記ベースプレートとの間に設けられ柱下端部の垂直軸が傾くような回動を許容する回動許容手段と、
   前記エンドプレートと前記ベースプレートとの間に設けられ入力した外力のエネルギーを吸収する制震部材と
   を備えた制震柱脚構造を少なくとも１つ用いたことを特徴とする制震構造物。

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