JP5767032B2 - 鉄骨柱接合用アンカー部材 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート躯体に対する露出型の鉄骨柱接合構造を対象として、曲げ変形の発生を抑制し得ると共に、鉄筋コンクリート躯体のコンクリート等の局部的な圧壊も防止し得、さらに、鉄筋コンクリート躯体のコンクリート断面の欠損を生じさせることがなくて、十分な引張耐力を確保することが可能な鉄骨柱接合用アンカー部材に関する。

鉄骨柱を用いる建築物では、鉄骨柱とＲＣ造基礎との接合構造や鉄骨柱とＲＣ造柱との接合構造として、これらＲＣ造基礎等のＲＣ造躯体上に鉄骨柱の下端部を露出して接合する露出型の接合構造が知られている。露出型の鉄骨柱接合構造では、以下のような問題点が知られている。

露出型の接合構造のうち、ピン形式の接合構造を例にとって、当該問題点を説明する。ピン形式の接合構造は、必要せん断耐力及び必要引張耐力を確保しつつ、ＲＣ造躯体と鉄骨柱との間のモーメント伝達を極力抑えることを目的とした接合方式である。

通常、ピン形式による接合構造では、鉄骨柱とＲＣ造躯体とを接合するのに用いるアンカー部材としてのアンカーボルトの設置位置は、可能な限り、鉄骨柱のベースプレート中心付近に設定されている。このような設置位置に設定することで、アンカーボルトが負担する曲げモーメントを小さくすると共に、鉄骨柱に作用するせん断力や引張力に対し、アンカーボルトが大きな抵抗力を発揮できるようにしている。

露出型の鉄骨柱接合構造では、大きなせん断力が鉄骨柱に作用すると、これら鉄骨柱（ベースプレート）とＲＣ造躯体との接合部であるＲＣ造躯体上面付近に、応力が集中する。

応力集中が発生する接合部、特にピン形式による接合部では、上述したようにアンカーボルトはベースプレートの中心付近に接合されるのに対し、ＲＣ造躯体内部の鉄筋は、ベースプレートの外回りに配筋されているため、アンカーボルトの周囲は、鉄筋が存在しない無筋状態となっている。アンカーボルト周りが適切に補強されていないことから、せん断力を負担するアンカーボルトを介して、ＲＣ造躯体のコンクリートに局部的に圧壊が発生したり、また、それに伴って、アンカーボルト自体に曲げ変形が生じてしまうこととなっていた。

このような状況に至ると、鉄骨柱の水平変位が増大し、アンカーボルトには曲げモーメントに伴う負荷が加わってしまうため、結局、ピン形式の接合性能を十分に機能させることができなくなってしまうという問題点があった。

このような問題点は、ピン形式に限らず、多かれ少なかれ、露出型の鉄骨柱接合構造全般が抱えているものであった。

このような問題に対処し得る技術として、特許文献１が知られている。特許文献１の「補強管付アンカーボルト」は、アンカーボルトまわりの一体化された補強用鋼管によって、剪断力、曲げモーメントの耐力の増大によって、在来工法の盲点とされていた上下動に伴う地震耐力を著しく大きなものとすることができるなどの効果を有する補強管付アンカーボルトの提供を目的とし、耐力を有する補強用鋼管をアンカーボルトの外周部分に組み込んでいる。

実開平６−６７５４４号公報 特公平８−１０７９号公報

当該特許文献１は、ピン形式を含めた露出型の鉄骨柱接合構造全般に対応するものではないが、アンカーボルトの周囲に補強用鋼管を設けることで、アンカーボルト自体のせん断耐力を増大させ、曲げ変形を抑え得る。

しかし、特許文献１の開示構成では、アンカーボルトを介して、ＲＣ造躯体のコンクリートが局部的に圧壊する問題を解決することはできない。さらに、アンカーボルトの外径に対して大きな補強用鋼管を設ける構成であるため、アンカーボルト下端の定着部（側面Ｊ状部）と対抗するコンクリートの断面（いわゆるコーン状破壊に対する水平有効投影面積）が欠損し、引張耐力が低下することが懸念される。

なお、ＲＣ造躯体として、曲げモーメントが「０」になる高さまで立ち上げたＲＣ造柱に、鉄骨柱をピン形式で接合する露出型の接合構造が特許文献２で知られている。このような構造形式であっても、上述と同様の問題点が生じる。特許文献２の場合には、ＲＣ造柱の断面が基礎断面よりも小さいために、これら問題が顕著に発生するおそれがあった。

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、ＲＣ造躯体に対する露出型の鉄骨柱接合構造を対象として、曲げ変形の発生を抑制し得ると共に、ＲＣ造躯体のコンクリート等の局部的な圧壊も防止し得、さらに、ＲＣ造躯体のコンクリート断面の欠損を生じさせることがなくて、十分な引張耐力を確保することが可能な鉄骨柱接合用アンカー部材を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄骨柱接合用アンカー部材は、鉄骨柱の下端部に締結する雄ネジ部が上端部に形成され、該雄ネジ部下の軸体部が鉄筋コンクリート躯体に埋設される棒鋼と、該棒鋼の上記軸体部に、その側方から少なくとも２枚一組で、それらの側縁同士が該軸体部を挟んで互いに向かい合わせで接合される四角形状のせん断プレート材と、上記棒鋼に挿入されて該棒鋼を取り囲み、かつこれらせん断プレート材の雄ネジ部側上縁に接合され、これらせん断プレート材同士を相互に連結する拘束プレート材とを備えることを特徴とする。

前記棒鋼には、その下端部に、前記軸体部を前記鉄筋コンクリート躯体に定着させる定着部が形成されていることを特徴とする。

前記せん断プレート材は、前記軸体部の軸長方向に当該軸体部外方へ延設した延設部を有し、これら延設部同士が互いに接合されることを特徴とする。

前記棒鋼として、異形鉄筋を用いると共に、該異形鉄筋に挿通されて一体的に接合されるパイプ材を用い、前記せん断プレートを、前記軸体部に接合することに代えて、上記パイプ材に接合することを特徴とする。

前記せん断プレート材には、これを前記鉄筋コンクリート躯体に定着させるプレート定着部が形成されていることを特徴とする。

前記せん断プレート材には、前記鉄筋コンクリート躯体を構築するコンクリートが流通する貫通孔が形成されていることを特徴とする。

本発明に係る鉄骨柱接合用アンカー部材にあっては、ＲＣ造躯体に対する露出型の鉄骨柱接合構造を対象として、曲げ変形の発生を抑制できると共に、ＲＣ造躯体のコンクリート等の局部的な圧壊も防止でき、さらに、ＲＣ造躯体のコンクリート断面の欠損を生じさせることがなくて、十分な引張耐力を確保することができる。詳細には、拘束プレート材は、棒鋼と接合されないので、棒鋼に生じる引張力を直接、せん断プレート材に伝達することができる。鉄骨柱に外力が加わったとき、鉄骨柱接合用アンカー部材は、棒鋼に加わるせん断力がせん断プレート材によってＲＣ造躯体に安定して伝達されることにより、鉄骨柱とＲＣ造躯体との間に作用するせん断力に対して十分に抵抗することができる。互いに接合した拘束プレート材とせん断プレート材とにより、ＲＣ造躯体のコンクリートを拘束することができるので、棒鋼周辺のコンクリートに生じる局部的な圧壊を防止できる。さらに、圧壊を防止できることにより、棒鋼に生じる水平変位や曲げ変形を抑制することができる。

本発明に係る鉄骨柱接合用アンカー部材の第１実施形態を示す斜視図である。 図１の鉄骨柱接合用アンカー部材を、鉄骨柱とＲＣ造躯体との接合部分に設置した様子を示す正面図である。 鉄骨柱にブレースが取り付けられる場合、図１の鉄骨柱接合用アンカー部材のせん断プレート材が配置される向きを示す概略平面図である。 露出型鉄骨柱接合構造におけるせん断力、水平変位及び圧壊の様子を説明するための説明図である。 図１の鉄骨柱接合用アンカー部材の変形例を示す斜視図である。 図１の鉄骨柱接合用アンカー部材の他の変形例を示す斜視図である。 本発明に係る鉄骨柱接合用アンカー部材の第２実施形態を示す斜視図である。 図７の鉄骨柱接合用アンカー部材の変形例を示す分解斜視図である。 本発明に係る鉄骨柱接合用アンカー部材の第３実施形態を示す分解斜視図である。

以下に、本発明にかかる鉄骨柱接合用アンカー部材の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図３には、第１実施形態に係る鉄骨柱接合用アンカー部材１が示されている。

鉄骨柱接合用アンカー部材１は主に、真直な丸鋼などの棒鋼２と、四角形状で平坦な複数枚のせん断プレート材３と、リング状で平坦な拘束プレート材４とから構成される。プレート材４の形状は一例であって、その他の形状であっても良い。これらプレート材３，４は、鋼板等の金属材によって形成される。

棒鋼２は、上下に立てて用いられるもので、上端部には雄ネジ部２ａが形成される。雄ネジ部２ａは、鉄骨柱５の下端部に接合したベースプレート６の挿通孔に挿入されてナット７が螺着され、これにより棒鋼２が鉄骨柱５と締結される。棒鋼２は、雄ネジ部２ａ下の軸体部２ｂがＲＣ造基礎やＲＣ造柱などのＲＣ造躯体８に埋設されることにより、ＲＣ造躯体８の上面８ａから突出される。

図２には、中空筒体状の鉄骨柱５のベースプレート６中央部分（柱芯）に棒鋼２を締結したピン形式の露出型鉄骨柱接合構造が示されている。棒鋼２をベースプレート６の周縁側に締結する他形式の露出型鉄骨柱接合構造であっても良いことはもちろんである。

せん断プレート材３は、雄ネジ部２ａ下方の軸体部２ｂに接合される。せん断プレート材３は、２枚一組で接合される。せん断プレート材３は、軸体部２ｂの側方から、軸体部２ｂに面する側縁３ａ同士が当該軸体部２ｂを挟んで互いに向かい合う配置で、軸体部２ｂに接合される。せん断プレート材３は、複数組を接合しても良く、図示例では、二組接合されている。複数組接合する場合、これらせん断プレート材３は、軸体部２ｂを中心に、放射状の配列で棒鋼２に接合されることになる。

特に、図３に示すように、鉄骨柱５にブレース９が取り付けられる場合、ブレース９の取り付け方向に沿って鉄骨柱５に作用するせん断力をせん断プレート材３で効果的に負担するために、棒鋼２に接合するせん断プレート材３のうち、いずれかの２枚一組のせん断プレート材３は、ブレース９に対し直交するように位置付けられて、ＲＣ造躯体８中に埋設される。

せん断プレート材３は軸体部２ｂに溶接接合によって接合される。溶接接合に限らず、ガス圧接など、その他の接合方法を用いても良いことはもちろんである。

リング状の拘束プレート材４は、棒鋼２に雄ネジ部２ａ側から挿入され、複数枚のせん断プレート材３の雄ネジ部側上縁３ｂに接合される。拘束プレート材４は、せん断プレート材３同士を相互に連結する。すなわち、拘束プレート材４は、棒鋼２周りに沿って複数のせん断プレート材３を繋ぐ。拘束プレート材４の外形寸法は、鉄骨柱５の外径よりも小さく、かつせん断プレート材３の上縁３ｂの長さよりも僅かに小さく設定することが好ましい。拘束プレート材４の穴径は、棒鋼２へ挿入し得るように、棒鋼２の外径よりも僅かに大きく形成される。

拘束プレート材４はせん断プレート材３に溶接接合によって接合される。溶接接合に限らず、ガス圧接など、その他の接合方法を用いても良いことはもちろんである。拘束プレート材４は、棒鋼２と接合させないほうが、棒鋼２に生じる引張力が直接、せん断プレート材３や後述する定着部に伝達されるので好ましい。

拘束プレート材４は図２に示すように、せん断プレート材３を含む軸体部２ｂをＲＣ造躯体８に埋設したとき、ＲＣ造躯体８の上面８ａを押さえ込むために、当該ＲＣ造躯体８の上面８ａに対し上から当接する位置に位置付けられる。詳細には、棒鋼２の軸体部２ｂは、せん断プレート材３の上縁３ｂがＲＣ造躯体８の上面８ａと面一となり、かつせん断プレート材上縁３ｂの拘束プレート材４がＲＣ造躯体８の上面８ａに上方から被さって接するような位置に埋設される。

第１実施形態に係る鉄骨柱接合用アンカー部材１にはさらに、軸体部２ｂをＲＣ造躯体８に定着させるための定着部が形成される。定着部は、棒鋼２の下端に形成される。図示例にあっては、棒鋼２の下端部に形成した下部雄ネジ部２ｃに定着板付のナット１０を螺合して形成される。定着部の形態はこれに限らず、棒鋼２を曲げ返した形態のフック部など、周知の各種定着構造を採用することができる。

また、第１実施形態に係る鉄骨柱接合用アンカー部材１には、せん断プレート材３をＲＣ造躯体８に定着させるためのプレート定着部が形成される。図示例にあっては、プレート定着部は、せん断プレート材３の表裏面から多数立設したスタットボルト１１で構成されている。スタッドボルト１１に代えて、せん断プレート材３を貫通して締結したボルト・ナットであっても良い。プレート定着部の形態は、この他凹凸形態など、周知の各種定着構造を採用することができる。

第１実施形態に係る鉄骨柱接合用アンカー部材１の作用について説明する。鉄骨柱接合用アンカー部材１は、せん断プレート材３を含む棒鋼２の軸体部２ｂがＲＣ造基礎やＲＣ造柱などのＲＣ造躯体８に埋設され、棒鋼２の雄ネジ部２ａがＲＣ造躯体８の上面８ａ上方へ突出されると共に、拘束プレート材４が当該ＲＣ造躯体８の上面８ａに棒鋼２を取り囲んで当接される。

鉄骨柱接合用アンカー部材１の棒鋼２の雄ネジ部２ａは、上方から建て込まれる鉄骨柱５のベースプレート６にナット７で締結される。ベースプレート６とＲＣ造躯体上面８ａとの間には、必要に応じて、グラウト材Ｇが充填される。

そして、鉄骨柱５に外力が加わったとき、鉄骨柱接合用アンカー部材１は、棒鋼２に加わるせん断力がせん断プレート材３によってＲＣ造躯体８に安定して伝達されることにより、図４に示すような鉄骨柱５とＲＣ造躯体８との間に作用するせん断力Ｑに対して十分に抵抗することができる。特に、ブレース９が鉄骨柱５に取り付けられる場合、せん断プレート材３を、ブレース９の取り付け向きと直交する向きに配置するようにしたので、効果的にせん断力に抵抗することができる。

また、互いに接合した拘束プレート材４とせん断プレート材３とにより、ＲＣ造躯体上面８ａ及びその近傍のコンクリートを拘束することができるので、同じく図４に示すような棒鋼２周辺のコンクリートに生じる局部的な圧壊Ｃを防止できる。さらに、圧壊を防止できることにより、棒鋼２に生じる水平変位Ｘや曲げ変形を抑制することができる。

以上により、露出型の鉄骨柱接合構造における鉄骨柱５とＲＣ造躯体８との接合部で曲げ変形が生じることを確実に抑制することができる。

加えて、せん断プレート材３の配置が、棒鋼２を中心として、放射状の配列となるので、棒鋼２の下端に形成した定着部（定着板付きのナット１０）と対抗するＲＣ造躯体８のコンクリートの断面（いわゆるコーン状破壊に対する水平有効投影面積）の欠損が最小限で済み、高い引張耐力を確保することができる。

以上説明したように、第１実施形態に係る鉄骨柱接合用アンカー部材１にあっては、ＲＣ造基礎やＲＣ造柱などのＲＣ造躯体８に対する露出型の鉄骨柱接合構造を対象として、曲げ変形の発生を抑制することができると共に、ＲＣ造躯体８のコンクリート等の局部的な圧壊も防止でき、さらに、ＲＣ造躯体８のコンクリート断面の欠損を生じさせることがなくて、十分な引張耐力を確保することができる。

さらに、第１実施形態では、棒鋼２に定着部を形成し、また、せん断プレート材３にプレート定着部（スタッドボルト１１）を形成したので、ＲＣ造躯体８のコンクリートと棒鋼２及びせん断プレート材３の一体化を増強することができ、引張性能を向上することができる。

図５には、第１実施形態の変形例が示されている。この変形例は、プレート定着部を省略したものである。

図６には、他の変形例が示されている。この変形例は、図５に示した鉄骨柱接合用アンカー部材１のせん断プレート材３に、ＲＣ造躯体８を構築するコンクリートの充填性を向上するために、その表裏面に向かって貫通する貫通孔１６が形成されている。

貫通孔１６を介して、せん断プレート材３周りにコンクリートが流通するので、鉄骨柱接合用アンカー部材１の定着性能を向上することができる。この貫通孔１６は、第１実施形態のプレート定着部を有するせん断プレート材３に形成しても良いことはもちろんである。これら変形例にあっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図７には、第２実施形態に係る鉄骨柱接合用アンカー部材１が示されている。第２実施形態では、棒鋼２の下端部に形成される定着部が省略されている。第２実施形態の各せん断プレート材３は、第１実施形態のせん断プレート材３のプレート面を拡張するために、軸体部２ｂの軸長方向に当該軸体部２ｂ外方へ延設した延設部３ｄを有する。そしてこれら延設部３ｄ同士が互いに接合されて、せん断プレート材３同士が一体化される。

具体的には、第２実施形態に用いられるせん断プレート材３は、軸体部２ｂに面する側縁が当該軸体部２ｂよりも長く形成され、この側縁の上部に、軸体部２ｂに嵌め合わされる切り欠き部３ｅが形成される。各せん断プレート材３は、それらの切り欠き部３ｅで軸体部２ｂと接合されると共に、切り欠き部３ｅ下の側縁下部３ｆ同士が互いに接合される。接合方法は、上述と同様である。

第２実施形態にあっては、ＲＣ造躯体８に定着するせん断プレート材３のプレート面積を拡張することができ、さらに曲げ変形抑制作用及び引用耐力を増大することができる。

図８には、第２実施形態に係る鉄骨柱接合用アンカー部材１の変形例が示されている。この変形例は、せん断プレート材３の延設部３ｄ同士を互いに接合することに基づき、いずれかの２枚一組のせん断プレート材３を一体化するようにしたものである。すなわち、２枚分の大きさを有する拡張せん断プレート材３ｘに、軸体部２ｂを嵌め込み得るスリット１７を形成している。

拡張せん断プレート材３ｘはスリット１７で軸体部２ｂに接合される。その他のせん断プレート材３は、上記第２実施形態と同様に、切り欠き部３ｅで軸体部２ｂに接合されると共に、側縁下部３ｆが拡張せん断プレート材３ｘに突き合わされて接合される。この変形例にあっては、部品点数及び接合箇所数を削減することができる。このような変形例であっても、第２実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

図９には、第３実施形態に係る鉄骨柱接合用アンカー部材１が示されている。第３実施形態は、棒鋼２として、異形鉄筋を用いる場合である。異形鉄筋の場合、せん断プレート材３を適切に接合するために、パイプ材１８が用いられる。

パイプ材１８は、その中空内部に棒鋼２相当の異形鉄筋が挿通され、これと一体的に接合される。パイプ材１８と異形鉄筋の接合は、例えばナットで締結したり、あるいは上記と同様の接合方法が採用される。せん断プレート材３は、パイプ材１８の周側面に接合される。異形鉄筋に限らず、丸鋼に対してパイプ材１８を用いても良いことはもちろんである。このような第３実施形態にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

上記いずれの実施形態にあっても、鉄骨柱５が中空筒体状である場合について説明したが、Ｈ形鋼であっても良い。この場合、一般的に鉄骨柱接合用アンカー部材１は、ウエブを挟んで２つ設けられ、それぞれベースプレート６と締結される。

上記いずれの実施形態にあっても、拘束プレート材４は、棒鋼２を取り囲むリング状である場合について説明したが、隣接するせん断プレート材３を棒鋼２周りに取り囲む形態であれば、複数のピースを環状に接合して形成しても良い。

１ 鉄骨柱接合用アンカー部材
２ 棒鋼
２ａ 雄ネジ部
２ｂ 軸体部
３ せん断プレート材
３ａ 側縁
３ｂ 雄ネジ部側上縁
３ｄ 延設部
４ 拘束プレート材
５ 鉄骨柱
８ 鉄筋コンクリート躯体
１０ 定着板付きナット
１１ スタッドボルト
１６ 貫通孔
１８ パイプ材

Claims (6)

1. 鉄骨柱の下端部に締結する雄ネジ部が上端部に形成され、該雄ネジ部下の軸体部が鉄筋コンクリート躯体に埋設される棒鋼と、該棒鋼の上記軸体部に、その側方から少なくとも２枚一組で、それらの側縁同士が該軸体部を挟んで互いに向かい合わせで接合される四角形状のせん断プレート材と、上記棒鋼に挿入されて該棒鋼を取り囲み、かつこれらせん断プレート材の雄ネジ部側上縁に接合され、これらせん断プレート材同士を相互に連結する拘束プレート材とを備えることを特徴とする鉄骨柱接合用アンカー部材。
2. 前記棒鋼には、その下端部に、前記軸体部を前記鉄筋コンクリート躯体に定着させる定着部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨柱接合用アンカー部材。
3. 前記せん断プレート材は、前記軸体部の軸長方向に当該軸体部外方へ延設した延設部を有し、これら延設部同士が互いに接合されることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨柱接合用アンカー部材。
4. 前記棒鋼として、異形鉄筋を用いると共に、該異形鉄筋に挿通されて一体的に接合されるパイプ材を用い、前記せん断プレートを、前記軸体部に接合することに代えて、上記パイプ材に接合することを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載の鉄骨柱接合用アンカー部材。
5. 前記せん断プレート材には、これを前記鉄筋コンクリート躯体に定着させるプレート定着部が形成されていることを特徴とする請求項１〜４いずれかの項に記載の鉄骨柱接合用アンカー部材。
6. 前記せん断プレート材には、前記鉄筋コンクリート躯体を構築するコンクリートが流通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれかの項に記載の鉄骨柱接合用アンカー部材。

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