JP5143526B2 - 建築物の柱脚構造 - Google Patents

Description

この発明は、建物の基礎と鉄骨柱との接続部分における構造、いわゆる建築物の柱脚構造に関するものである。

建物の基礎と鉄骨柱とを接続する構造として、例えば、図５に示すものがある。この柱脚構造は、地盤上に打設された鉄筋コンクリートからなる基礎１０に、上向きに突出するアンカーボルト４が埋め込まれている。

この基礎１０上に、中空の鉄骨からなる柱部１の下端部が接続される。その接続は、前記柱部１の下端部に水平方向のフランジ２が溶接固定されており、そのフランジ２に複数のボルト孔３が形成されている。
そのボルト孔３に前記アンカーボルト４を挿通しながら、基礎１０上に柱部１を立てて倒れないように支持しておき、アンカーボルト４の上端にワッシャ４ｂ等を介してナット４ａを締付けることにより、前記基礎１０と柱部１とを一体に固定するものである（例えば、特許文献１参照）。

なお、図６（ａ）に示す基礎１０は、建物下の地盤Ｇ全体にぐり石６を介してコンクリートを打設して底板部１１を構築し、その底板部１１から上方に向かって立ち上がる立上部１２を設けたいわゆる「ベタ基礎」を示している。
この種の「ベタ基礎」構造は、例えば、図６（ｂ）に示すような「単独基礎」「布基礎」と呼ばれる構造と比較して、相対的に地盤Ｇへの接触面積が大きいため、建物の荷重を地盤Ｇに対してより広い面積に分散して作用させることができる。
このため、一般的に、中規模、小規模の建物では、不等沈下に対して有利であるといえる。

また、基礎１０を構築するための現場打ちコンクリートの型枠組立て、鉄筋の配設、コンクリート打設、養生等の手間を簡略化する目的で、前記立上部１２をＨ型鋼２０で構成した技術も開示されている。
例えば、図７に示すように、コンクリートで打設した底板部１１の上面にＨ型鋼２０の下フランジ部２１の下面を全面に亘って密着させて、その状態で、前記アンカーボルト４を介して前記Ｈ型鋼２０を固定して前記立上部１２としたものである（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−３３９９９２号公報（第３頁、第５図〜第６図） 特開平１１−２１９１１号公報（第４頁、第１図〜第４図）

前記Ｈ型鋼２０により基礎１０の立上部１２を構築すると、その立上部１２と柱部１との接続構造（柱脚構造）をどのようにするのかが問題となる。
例えば、図７（ａ）に示すように、Ｈ型鋼２０の上フランジ部２２の幅方向両端縁に、上方に向かって伸びる接続板２５，２５を設け、その接続板２５，２５と柱部１の側面とを貫通する水平方向のボルト２６とで、Ｈ型鋼２０と柱部１とを一体化する手法がある。

この手法では、Ｈ型鋼２０に接続板２５を固定するための加工作業を伴う。Ｈ型鋼２０への接続板２５の固定は、例えば、工場溶接や現場溶接等により行うことができる。

しかし、このような加工の作業は煩雑であり、特に、工場溶接による手法を採用すると、Ｈ型鋼２０が嵩張るので、その運搬効率を低下させてしまう。また、現場溶接による手法を採用すると、溶接部の加工精度を維持するのが困難であるといえる。

また、接続板２５と上フランジ部２２との溶接箇所には、接続板２５が図７（ａ）中の矢印Ａで示す方向（Ｈ型鋼２０の幅方向）へ倒れようとする力に対し、充分な強度が求められる。しかし、接続板２５はフラットな板材であるため、上フランジ部２２との溶接箇所は、Ｈ型鋼２０の長さ方向Ｂに沿って直線状となる。このため、その溶接方向は、前記矢印Ａ方向の力に対し直交し、強度的に不利であるともいえる。

また、柱部１は上下方向に長いため、一旦、その柱部１をＨ型鋼２０上に載置すると、柱部１の内部においてナットを締付ける作業ができない。このため、柱部１のボルト孔に差し込む前記水平方向のボルト２６は、柱部１を反対側にまで貫通する長さを必要とし、その柱部１の反対側においてナットを締付けることとなる。このように、ボルトの長さが長くなることは柱脚構造の強度面では不利である。
このため、施工が容易で、より強度に優れた構成からなる柱脚構造が望まれる。

そこで、柱部１の下端部にフランジ２を備えた従来の柱脚構造を、例えば、図７（ｂ）に示すように、Ｈ型鋼２０からなる立上部１２に適用する手法が考えられる。柱部１がフランジ２を備えていれば、Ｈ型鋼２０に接続板２５を設ける必要はない。

しかし、この手法によると、図７（ｂ）に示すように、フランジ２の幅Ｌは柱部１の幅Ｂよりも広いので、そのままでは、柱部１のフランジ２がＨ型鋼２０の上フランジ部２２からはみ出してしまう場合が想定される。フランジ２がＨ型鋼２０の上フランジ部２２からはみ出すと、柱部１の荷重が適正にＨ型鋼２０及び基礎１０全体に伝達されないので、好ましくない。

このため、フランジ２の１辺の長さＬ（Ｈ型鋼２０の幅方向に対応する長さ）に応じて、例えば、図７（ｃ）に示すように、上フランジ部２２の幅Ｗを充分に確保しなければならない。すなわち、Ｈ型鋼２０は、柱部１の断面やその柱部１に作用する荷重に基づいて本来要求される断面よりも、より大断面のものを用いなければならないこととなる。

また、上フランジ部２２の幅Ｗが広くなり、柱部１のフランジ２から上フランジ部２２への荷重の作用点がウェブ２３の中心線から前記Ｈ型鋼２０の幅方向外側へ離れると、ウェブ２３や下フランジ部２１を含むＨ型鋼２０全体の断面を大きくせざるを得なくなる。Ｈ型鋼２０の断面が大きくなることは不経済である。

そこで、この発明は、施工が容易で、より強度に優れ、且つ基礎を大型化させない柱脚構造とすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、この発明は、コンクリートを打設して形成したベタ基礎の底板部上に、上下フランジ部とその上下フランジ部を結ぶウェブとからなるＨ型鋼を前記上フランジ部が上向きになるように固定し、その上フランジ部に垂直方向の柱部の下端部を固定する建築物の柱脚構造において、前記柱部の下端部と前記上フランジ部との間に柱脚金具を介在させ、その柱脚金具は、前記柱部の下端部に固定される水平な上部プレートと、前記上フランジ部の上面に固定される水平な下部プレート、及び前記上下プレート間を結ぶ平面視十字状を成す連結プレートとで構成され、前記下部プレートと前記上フランジ部とは、その下部プレートと前記上フランジ部とを上下方向に貫通するボルトを介して固定されることを特徴とする建築物の柱脚構造を採用した。

この構成によれば、柱脚金具の連結プレートは十字状を成すため、その連結プレートと上下プレートとの接合箇所は一方向への直線状ではなく、十字状に交差した方向に沿った接合となる。また、その上部プレートと柱部、あるいは、下部プレートと上フランジ部との接合箇所も同様に、一方向への直線状の接合でなく、面的な接合あるいは柱部を囲む環状の接合とし得る。このため、その接合箇所は、柱部が倒れようとするいずれの方向への力に対しても、より強固に対抗することができる。すなわち、より強度に優れた構造とすることができる。
また、この構成によれば、柱部から上フランジ部への荷重の作用点がウェブの中心線から前記Ｈ型鋼の幅方向外側へ大きく離れない。このため、ウェブや下フランジ部を含むＨ型鋼全体の断面を大きくする必要がない。このため、基礎を大型化させることがない。
なお、連結プレートは十字状を成すため、ボルトが挿通される下部プレートは、その上面が外部から手の届く位置となる。このため、ボルト、ナット等の締付けは容易に行うことができる。

この構成において、前記ボルトは、前記ウェブを挟んで両側で固定される構成とすることが望ましい。また、前記の各構成において、前記十字状を成す連結プレートの構成部材は、その板面の面方向が、前記Ｈ型鋼の長さ方向及び幅方向に配置された板材であり、前記ボルトは、前記連結プレートを挟んで前記長さ方向及び幅方向にそれぞれ並列して設けられる構成とすることができる。
このようにすれば、柱脚金具から上フランジ部への荷重の伝達が、下部プレートの全面に亘ってより均等に近いものとなるので好ましい。
また、連結プレートの構成部材を、その板面の面方向が、前記Ｈ型鋼の長さ方向及び幅方向に向くように配置すれば、柱部が基礎のＨ型鋼の長さ方向に倒れようとする際の力、及び、柱部が基礎のＨ型鋼の幅方向に倒れようとする際の力に対して、最大限の対抗力を有するようにし得る。

さらに、前記Ｈ型鋼の前記柱脚金具の直下において、前記上フランジ部と下フランジ部とを結ぶ補強リブを設ければ、柱脚金具を設けた部分の直下において、Ｈ型鋼の剛性を高めることができる。補強リブが、連結プレートの直下にあれば、さらに好ましい。

また、前記Ｈ型鋼の前記柱脚金具の直下において、前記ウェブを挟んで少なくとも一方の側に、前記上フランジ部と下フランジ部との間の空間を隙間無く埋めるコンクリートを打設すれば、上記と同様、柱脚金具を設けた部分の直下において、Ｈ型鋼の剛性を高めることができる。

この発明は、以上のように、柱部の下端部と、基礎のＨ型鋼の上フランジ部との間に、水平な上下プレートとその上下プレート間を結ぶ平面視十字状を成す連結プレートとで構成される柱脚金具を介在させたので、施工が容易で、より強度に優れ、且つ基礎を大型化させない柱脚構造とすることができる。

一実施形態を図面に基づいて説明する。この実施形態は、地盤Ｇ上にぐり石６を介して鉄筋コンクリートからなる「ベタ基礎」構造の基礎１０が打設され、その基礎１０上に、断面正方形の鉄骨の柱部１を建てて建物を構築する際における、その基礎１０と柱部１との接続部分における柱脚構造に関するものである。

基礎１０の構成は、地盤Ｇに沿って面的に設けられるコンクリートからなる底板部１１と、その底板部１１から立ち上がる立上部１２とからなる。
底板部１１には鉄筋ａが配筋されている。また、その底板部１１には、上向きに突出するアンカーボルト４が埋め込まれており、そのアンカーボルト４上端が底板部１１の上面から突出している。

前記立上部１２は、前記底板部１１上に固定されるＨ型鋼２０によって構成される。Ｈ型鋼２０は、上下フランジ部２２，２１とその上下フランジ部２２，２１を結ぶウェブ２３とからなるＨ型断面を有している。

Ｈ型鋼２０を底板部１１に固定する際には、前記アンカーボルト４の上端を、前記Ｈ型鋼２０の下フランジ部２１に設けられたボルト孔に挿通させながら、上フランジ部２２が上向きになるようにＨ型鋼２０を底板部１１上に載置する。そのアンカーボルト４にナット４ａを締付けることにより、底板部１１の上面と前記Ｈ型鋼２０の下フランジ部２１の下面とを密着させて、Ｈ型鋼２０を底板部１１上に固定する。
なお、建物の用途、構造に応じて、Ｈ型鋼２０の下フランジ部２１の下面を全面に亘って底板部１１に密着させる場合と、その一部のみ、例えば、アンカーボルト４に近い部分のみを密着させる場合とが考えられる。

そのＨ型鋼２０上に、図１に示すように、柱脚金具３０を介して前記柱部１を固定する。なお、図１に示す符号８はガセットプレートであり、符号９は、柱部１同士を繋ぐ斜材である。

柱脚金具３０は、前記柱部１の下端部に溶接固定される水平な上部プレート３２と、前記上フランジ部２２の上面にボルト固定される水平な下部プレート３１、及び前記上下プレート３２，３１間を結ぶ平面視十字状を成す上下方向の連結プレート３３とで構成される。

前記上部プレート３２は、柱部１の下端部においてその柱部１の外周面よりもわずかに外径側に突出し、その上部プレート３２と柱部１の下端部とが、柱部１の全周に亘って隅肉溶接で接合される。また、前記連結プレート３３は、前記上下各プレート３２，３１に対して、その全長に亘って隅肉溶接で接合される（図４参照）。なお、いずれの溶接箇所においても、溶接位置、溶接長さ、溶接深さ等は、適宜設定できる。

これらの溶接は、すべて現場溶接とすることもでき、また、すべて工場溶接とすることもできる。また、柱部１との溶接のみを現場施工とすることもできる。
なお、上下プレート３２，３１と連結プレート３３との溶接のみを工場溶接として、柱脚金具３０と柱部１との溶接を現場溶接とすれば、柱部１の運搬効率を阻害することがない。柱部１の下端部に柱脚金具３０を取付けると、その柱脚金具３０が邪魔になって運搬しづらいからである。
また、柱脚金具３０を工場溶接とすれば、現場溶接の場合と比較して相対的に精度を高めることができるという利点もある。このように、柱脚金具３０を工場溶接とすれば、その柱脚金具３０を、いわば汎用的な建材として各種建物の柱脚構造に適用することもできる。

つぎに、前記下部プレート３１と前記上フランジ部２２とは、その下部プレート３１と前記上フランジ部２２とを上下方向に貫通するボルト３４を介して固定される。ボルト３４の本数は自由に設定できるが、この実施形態では４本のボルト３４を使用し、それらのボルト３４は、前記ウェブ２３を挟んでＨ型鋼２０の幅方向両側に２本ずつ配置されている。

また、前記十字状を成す連結プレート３３の構成部材は、その板面の面方向が、前記Ｈ型鋼２０の長さ方向に配置される板材３３ａ、及び幅方向に配置される板材３３ｂ，３３ｂで構成され（図４参照）、前記ボルト３４は、前記連結プレート３３を挟んで、前記Ｈ型鋼２０長さ方向及び幅方向にそれぞれ並列して設けられる。すなわち、連結プレート３３の板材３３ａ，３３ｂで４つの区画に仕切られた下部プレート３１の各領域に、ボルト３４が１本ずつ配置される（図３参照）。
このため、柱部１からＨ型鋼２０への荷重の伝達が、下部プレート３１の全面に亘って均等に作用しやすくなっている。

なお、ボルト３４を挿通するために、Ｈ型鋼２０の上フランジ部２２に形成されるボルト孔３２ａは、柱脚金具３０の下部プレート３１のボルト孔３１ａの孔位置に合わせて、現場で穿孔することができる。
また、下部プレート３１に形成されるボルト孔３１ａは、現場で穿孔してもよいし、使用する柱脚でのボルト間隔が予め決定している場合は工場で穿孔してもよい。

このように取付けた柱脚金具３０の直下において、図１及び図３に示すように、前記上フランジ部２２と下フランジ部２１とを結ぶ補強リブ２４が設けられている。
補強リブ２４は、図１（ｃ）に示すように、ウェブ２３を挟んでＨ型鋼２０の幅方向両側に設けられ、図１（ａ）（ｂ）に示すように、それぞれ、下部プレート３１の端縁部（Ｈ型鋼２０の長さ方向への端縁部）直下、及びその中央の合計３箇所に設けられている。

このため、下部プレート３１から伝達される荷重によって、Ｈ型鋼２０の上フランジ部２２が、ウェブ２３に対して水平状態からやや傾いた状態へとねじれようとする力が作用すると、補強リブ２４は、その力に対して上フランジ部２２がねじれないように対抗することができる。したがって、柱部１と立上部１２との支持がより強固なものとなっている。

この補強リブ２４の数量は自由に設定でき、その位置は、前記下部プレート３１の直下であるか、あるいは、その下部プレート３１にできる限り近い位置であることが望ましい。
特に、補強リブ２４は、連結プレート３３の直下にあることがさらに望ましく、この実施形態のように、連結プレート３３の十字状の構成部材（前記板材３３ａ，３３ｂ）が、Ｈ型鋼２０の長さ方向及びその長さ方向に直交する方向に配置されている場合は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、前記補強リブ２４を、前記長さ方向に直交する方向の構成部材（前記板材３３ｂ，３３ｂ）の直下に設けることがさらに有効である。図１（ａ）（ｂ）では、長さ方向に直交する方向の構成部材（前記板材３３ｂ，３３ｂ）の全長に亘って、その直下に補強リブ２４を配置している。

このようにＨ型鋼２０上に柱部１を固定した後、前記Ｈ型鋼２０の前記柱脚金具３０の直下において、前記ウェブ２３を挟んで建物の外側に当たる部分に、前記上フランジ部２２と下フランジ部２１との間の空間を隙間無く埋めるコンクリートを打設している。
このコンクリートは、Ｈ型鋼２０の全長のうち少なくとも前記柱脚金具３０の直下に設ければ、前述の補強リブ２４の効果と同様の効果を発揮することができるが、この実施形態のようにＨ型鋼２０の長さ方向全長に亘って設けることもできる。このようにすれば、立上部１２全体の剛性を高めることができる。

また、このコンクリートの打設において、Ｈ型鋼２０に、前記上フランジ部２２と下フランジ部２１とを結ぶ鉄筋ｂを溶接固定しているので、立上部１２の強度をさらに高めることができる。

なお、前記補強リブ２４や、前記Ｈ型鋼２０の側方に打設されるコンクリートは、設計上許される場合は、省略することもできる。また、柱部１は、上記実施形態のように断面正方形を成す中空の鉄骨に限定されず、他の形状を成す鉄骨柱、例えば、断面円形の中空の鉄骨においても適用することができる。

また、上記実施形態では、連結プレート３３の十字状の構成部材（前記板材３３ａ，３３ｂ）が、Ｈ型鋼２０の長さ方向及びその長さ方向に直交する方向に向くように配置したが、柱脚金具３０の向きはその実施形態には限定されず、例えば、前記各構成部材の向きをＨ型鋼２０の長さ方向に対して４５度を成す方向とした実施形態も考えられる。
ボルト３４を挿通するスペースが確保できる限りにおいて、このような実施形態を採用することも可能であり、また、前述のように、下部プレート３１を上フランジ部２２に溶接接合する場合は、ボルト３４のスペースを考慮する必要がないので、自由な向きに設定できる。

一実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）背面図、（ｃ）は（ａ）の右側面図 同実施形態の要部拡大図 同実施形態の斜視図 同実施形態の要部分解斜視図 従来例の斜視図 建築物の基礎構造を示し、（ａ）はべた基礎の説明図、（ｂ）は単独基礎の説明図 （ａ）は従来例の斜視図、（ｂ）（ｃ）は、Ｈ型鋼からなる基礎にフランジ付き柱部を固定することを想定した参考図

符号の説明

１ 柱部
２ フランジ
３，２２ａ，３１ａ ボルト孔
４ アンカーボルト
１０ 基礎
１１ 底板部
１２ 立上部
２０ Ｈ型鋼
２１ 下フランジ部
２２ 上フランジ部
２３ ウェブ
２４ 補強リブ
２５ 接続板
２６，３４ ボルト
３０ 柱脚金具
３１ 下部プレート
３２ 上部プレート
３３ 連結プレート
３３ａ，３３ｂ 板材

Claims (3)

1. コンクリートを打設して形成したベタ基礎の底板部１１上に、上下フランジ部２２，２１とその上下フランジ部２２，２１を結ぶウェブ２３とからなるＨ型鋼２０を前記上フランジ部２２が上向きになるように固定し、その上フランジ部２２に垂直方向の柱部１の下端部を固定する建築物の柱脚構造において、
   前記柱部１の下端部と前記上フランジ部２２との間に柱脚金具３０を介在させ、その柱脚金具３０は、前記柱部１の下端部に固定される水平な上部プレート３２と、前記上フランジ部２２の上面に固定される水平な下部プレート３１、及び前記上下プレート３２，３１間を結ぶ平面視十字状を成す連結プレート３３とで構成され、前記下部プレート３１と前記上フランジ部２２とは、その下部プレート３１と前記上フランジ部２２とを上下方向に貫通するボルト３４を介して固定され、
   前記平面視十字状を成す連結プレート３３の構成部材は、その板面の面方向が、前記上フランジ部２２に垂直で且つ前記Ｈ型鋼２０の長さ方向及び幅方向に配置された板材３３ａ，３３ｂであり、連続する一枚の前記長さ方向に配置される板材３３ａの表裏両側に、それぞれ前記幅方向に配置される板材３３ｂが接合されて平面視十字状を成しており、前記ボルト３４は、前記連結プレート３３の前記長さ方向に配置される板材３３ａ及び前記幅方向に配置される板材３３ｂを挟んで前記長さ方向及び幅方向にそれぞれ並列して設けられ、前記ボルト３４は、前記ウェブ２３を挟んで両側に配置されることを特徴とする建築物の柱脚構造。
2. 前記Ｈ型鋼２０の前記柱脚金具３０の直下において、前記上フランジ部２２と下フランジ部２１とを結ぶ補強リブ２４を設け、前記補強リブ２４は、前記下部プレート３１の前記長さ方向への両端縁部の直下、及び、前記連結プレート３３の前記幅方向に配置される板材３３ｂの直下に設けられることを特徴とする請求項１に記載の建築物の柱脚構造。
3. 前記Ｈ型鋼２０の前記柱脚金具３０の直下において、前記ウェブ２３を挟んで少なくとも一方の側に、前記上フランジ部２２と下フランジ部２１との間の空間を隙間無く埋めるコンクリートを打設したことを特徴とする請求項１又は２に記載の建築物の柱脚構造。

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