JP2023034840A - 柱脚接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】柱の回動の際の倒れ防止が保証された、ピン接合の柱脚接合構造を提供すること。【解決手段】鉄筋コンクリート製の柱１０及び基礎２０の柱脚接合構造１００であり、柱１０が、基礎２０に対して回動自在に縁切りされた状態で基礎２０の上に載置され、基礎２０に固定されている複数の押さえ材３０もしくは連続した一つの押さえ材が、柱１０の下方の側面１１の複数箇所もしくは全周を押さえている。【選択図】図１

Description

本発明は、柱脚接合構造に関する。

鉄筋コンクリート製（造）の建築物において、基礎底盤やフーチング、基礎梁、杭等の基礎と柱を剛接合することにより、柱脚と基礎の接合部の変形が抑制される効果が奏される一方で、剛接合故に柱脚と基礎の接合部に生じる曲げモーメントが一般に大きくなり、この曲げモーメントに抗し得る鉄筋を過密に配筋する必要が生じる等、施工性と施工コスト（材料コスト）の観点での課題が存在する。

この剛接合による柱脚接合構造の課題に対して、柱脚と基礎をピン接合することにより、柱脚と基礎の接合部における回転が許容されることに起因して曲げモーメントが生じないことから、接合部における過密配筋が解消され、剛接合構造が内包する施工性と施工コストにおける上記課題を解消することが可能になる。ピン接合の柱脚接合構造を有する建物架構においては、ブレース構造やトラス構造が一般に適用されている。

ここで、特許文献１，２には、最下層への応力集中を回避するために曲げ耐力を減少させ、かつ他の耐力の減少が抑制された複数層を有する建築物の柱脚接合構造が提案されている。特許文献１に記載の柱脚接合構造は、鉄筋コンクリート造の基礎構造物と、基礎構造物上に立設され、基礎構造物に連結されて鉛直方向に延在する第１柱筋と、基礎構造物に連結されずに鉛直方向に延在する第２柱筋を有する鉄筋コンクリート造の柱と、基礎構造物と柱の間の少なくとも一部に配置される薄膜又は板状の縁切り部材とを備えている。

一方、特許文献２に記載の柱脚接合構造は、鉄筋コンクリート造の基礎構造物と、基礎構造物上に立設され、基礎構造物に連結されて鉛直方向に延在する第１柱筋と、基礎構造物に連結されずに鉛直方向に延在する第２柱筋を有する鉄筋コンクリート造の柱と、基礎構造物と柱の間の少なくとも一部に配置される納まり部材とを備え、納まり部材がゴム及び鋼板の複合構造により形成されている。

特開２０１６－１７３００７号公報 特開２０１８－１３０１２号公報

特許文献１，２に記載の柱脚接合構造はいずれも、柱筋の一部が基礎に埋設されて接合されることから、ピン接合（もしくは完全ピン接合）の柱脚接合構造を形成することはできず、所謂半剛接合の柱脚接合構造となることから、柱脚と基礎の接合部には少なからず曲げモーメントが生じることになり、ピン接合の柱脚接合構造に比べて接合部における鉄筋量は増加し、施工性と施工コストの双方において相対的に不利にならざるを得ない。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ピン接合であって、柱の回動の際の倒れ防止が保証された柱脚接合構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による柱脚接合構造の一態様は、
鉄筋コンクリート製の柱及び基礎の柱脚接合構造であって、
前記柱が、前記基礎に対して回動自在に縁切りされた状態で前記基礎の上に載置され、
前記基礎に固定されている複数の押さえ材もしくは連続した一つの押さえ材が、前記柱の下方の側面の複数箇所もしくは全周を押さえていることを特徴とする。

本態様によれば、柱が基礎に対して回動自在に縁切りされた状態で基礎の上に載置されていることにより、ピン接合（完全ピン接合）の柱脚接合構造を形成することができる。ピン接合の柱脚接合構造により、柱脚と基礎の接合部に曲げモーメントが発生せず、従って柱脚や基礎における過密配筋を防止でき、さらには、柱筋の基礎への定着もないことから、良好な施工性を享受できる。

さらに、基礎に固定されている複数の押さえ材が柱の下方の側面の複数箇所を押さえている、もしくは連続した一つの押さえ材が柱の下方の側面の全周を押さえていることにより、基礎に対して回動自在な柱の側方への倒れを防止することができる。また、ピン支持点に生じる水平反力を、押さえ材が負担する（受ける）ことができる。

ここで、鉄筋コンクリート製の基礎には、基礎底盤や基礎土台、フーチング、基礎梁等、様々な形態の基礎が含まれる。また、柱は、断面が正方形や長方形の矩形断面や矩形以外の多角形断面の角柱状の柱、円柱状の柱、楕円柱状の柱など、様々な形態の柱が含まれる。

押さえ材は、溝形鋼やＨ形鋼等の形鋼材、複数の形鋼材によるフレーム体、鉄筋コンクリート部材等、柱を側方から支持できる剛性を備えた部材であり、アンカーボルト等を介して基礎の例えば上面に固定される。例えば、多角形断面の角柱状の柱の各側面に対応する位置に固有の押さえ材が配設されて、対応する側面を側方から押さえている形態や、円柱状の柱の全周を、その周囲に配設された円環状の連続した押さえ材が側方から押さえている形態等が挙げられる。

また、本発明による柱脚接合構造の他の態様は、
前記柱よりも平面視寸法が小さく、かつ前記柱よりも高強度なコンクリートにより形成されている支持ブロックが、前記基礎の上面に固定され、
前記支持ブロックの上に前記柱が載置されていることを特徴とする。

本態様によれば、柱よりも平面視寸法が小さい支持ブロックが基礎の上面に固定され、支持ブロックの上に柱が載置されていることにより、例えば地震時の水平力が柱に作用した際の柱のスムーズな回動を実現できる。また、支持ブロックが柱に比べて小寸法であることから、支持ブロックが柱よりも高強度（高圧縮強度）なコンクリートにて形成されていることにより、常時や地震時に柱から支持ブロックに作用する軸力に対して、支持ブロックの圧壊等を防止することができる。

また、本発明による柱脚接合構造の他の態様において、
前記支持ブロックは角柱状であり、
前記支持ブロックの上方の角部が面取りされていることを特徴とする。

本態様によれば、角柱状の支持ブロックにおいて、その上方の隅角部を含む角部が面取りされていることにより、柱の回動の際に支持ブロックの角部に柱から集中荷重が作用して角部が破損することを抑制することができる。ここで、面取りの形態としては、テーパー面状の形態や、湾曲面状の形態、テーパー面と湾曲面が連続した形態等が含まれる。

また、本発明による柱脚接合構造の他の態様において、
前記支持ブロックの上面と前記柱の下面の少なくとも一方に、滑り材が取り付けられていることを特徴とする。

本態様によれば、支持ブロックの上面と柱の下面の少なくとも一方に滑り材が取り付けられていることにより、柱のより一層スムーズな回動を実現できる。ここで、「支持ブロックの上面と柱の下面の少なくとも一方」とは、支持ブロックの上面と柱の下面の双方と、支持ブロックの上面のみと、柱の下面のみを含んでいる。

また、本発明による柱脚接合構造の他の態様において、
鋼製で被回動面を備えた球座が、前記基礎の上面に載置されている、もしくは前記基礎の上面から内部に埋設されており、
前記柱の下面には、前記被回動面に相補的形状の回動面を備えた鋼製の回動体が取り付けられており、
前記球座に対して前記回動体が回動自在に嵌まり込んで、前記球座の上に前記柱が載置されていることを特徴とする。

本態様によれば、鋼製で被回動面を備えた球座が基礎の上面に載置等され、柱の下面に取り付けられていて被回動面に相補的形状の回動面を備えた鋼製の回動体が、球座に対して回動自在に嵌まり込んでいることにより、鉄筋コンクリート製の柱と基礎との直接的な摺動を解消して、双方の摺動部の耐久性を高めながら、基礎に対するスムーズな柱の回動を実現することができる。

また、本発明による柱脚接合構造の他の態様は、
前記押さえ材に弾性体が取り付けられ、前記弾性体が前記柱の前記側面を押さえていることを特徴とする。

本態様によれば、押さえ材に取り付けられている弾性体が柱の側面を直接押さえていることにより、水平力が柱に作用して柱が回動した際に、弾性体の変形性能により、柱に作用する押さえ反力が緩和されることから、柱の側面が硬質な押さえ材から押さえ反力を受けて破損することを防止できる。

また、本発明による柱脚接合構造の他の態様は、
前記柱が平面視矩形で四つの側面を備えており、
それぞれの前記側面に対応する位置、もしくは前記側面の全周位置に前記押さえ材が配設されて、前記四つの側面を押さえていることを特徴とする。

本態様によれば、柱の平面視形状（断面形状）として最も一般的な平面視矩形の柱において、四つの側面のそれぞれに対応する固有の押さえ材や、四つの側面の全周に亘って連続する押さえ材によって各側面が側方から押さえられていることにより、柱が平面視で３６０度のいずれの方向へ回動する場合でも、押さえ材にて押さえられることによって、柱の倒れを防止することができる。

以上の説明から理解できるように、本発明の柱脚接合構造によれば、ピン接合であって、柱の回動の際の倒れ防止が保証された柱脚接合構造を提供することができる。

第１実施形態に係る柱脚接合構造の一例の縦断面図である。 図１のII－II方向矢視図である。 第１実施形態に係る柱脚接合構造を形成する柱に水平力が作用し、柱が回動している状態を説明する図である。 第２実施形態に係る柱脚接合構造の一例の縦断面図である。 図４のV方向矢視図である。 第３実施形態に係る柱脚接合構造の一例の縦断面図である。 図６のVII方向矢視図である。

以下、各実施形態に係る柱脚接合構造の一例について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［第１実施形態に係る柱脚接合構造］
はじめに、図１乃至図３を参照して、第１実施形態に係る柱脚接合構造の一例について説明する。ここで、図１は、第１実施形態に係る柱脚接合構造の一例の縦断面図であり、図２は、図１のII－II方向矢視図である。また、図３は、第１実施形態に係る柱脚接合構造を形成する柱に水平力が作用し、柱が回動している状態を説明する図である。

鉄筋コンクリート製の柱１０と基礎２０の柱脚接合構造１００は、柱１０の下面１２が基礎２０の上面２１の平面視３６０度方向に対して、図示するように鉛直面内においてＸ１方向に回動自在に縁切りされた状態で載置されることにより、形成されている。この構成により、ピン接合（完全ピン接合）の柱脚接合構造となり、柱１０の下面１２と基礎２０の上面２１の接合部には曲げモーメントが発生しない。

図示例の柱１０は平面視正方形（矩形の一例）であり、柱主筋１５の下端は、柱１０の下面１２から所定のかぶりが確保された位置に位置決めされている。また、複数の柱主筋１５の周囲には、柱１０の長手方向に所定のピッチで複数の帯筋１６が配筋されている。

図示例の基礎２０は例えば基礎底盤であり、相互に直交する複数の上端主筋２５を上方に備え、同様に相互に直交する複数の下端主筋２６を下方に備えている。ここで、基礎は、図示例の底板の他にも、フーチングや基礎梁等であってもよい。

基礎２０の上面２１には、平面視正方形の柱１０よりも平面視寸法が小さく、かつ柱１０よりも圧縮強度の高い高強度なコンクリートにより形成されている、支持ブロック５０が固定されている。例えば、柱１０の設計基準強度が２４Ｎ／ｍｍ２に対して、設計基準強度が例えば２７Ｎ／ｍｍ２や３０Ｎ／ｍｍ２等で、望ましくは５０Ｎ／ｍｍ２以上の支持ブロック３０を適用することにより、相対的に平面視寸法の小さな支持ブロック３０の圧壊等を防止できる。

支持ブロック５０は角柱状を呈しており、その上方の角部（四つの端辺と四つの隅角部）が面取りされている。ここで、図示例の面取り部５４はテーパー面にて形成されているが、湾曲面に形成されていてもよい。

さらに、支持ブロック５０の平坦な頂面には滑り材５８が取り付けられている。ここで、滑り材５８には、ステンレス（ＳＵＳ）製のプレートや、ＰＴＦＥ繊維（polytetrafluoroethylene、ポリテトラフルオロエチレン）等の織物等が適用できる。

図示例では、支持ブロック５０の頂面にのみ滑り材５８が取り付けられているが、例えば柱１０の下面１２に滑り材が取り付けられていてもよいし、支持ブロック５０の頂面と柱１０の下面１２の双方に滑り材が取り付けられていてもよい。

基礎２０には、その上面２１から内部に亘る定着孔２３が設けられている。そして、支持ブロック５０の内部に埋設されて下面から下方へ突出する定着筋５２が定着孔２３に配設され、定着孔２３に無収縮モルタル５３（充填材の一例）が充填されることにより、基礎２０の上面２１に対して支持ブロック５０が強固に固定される。

支持ブロック５０の頂面にある滑り材５８の上に、柱１０の下面１２が載置される。このように、滑り材５８の上に柱１０が載置されることにより、図３に示すように柱１０に地震時の水平力Ｈが作用した際に、支持ブロック５０の上で柱１０はスムーズにＸ２方向へ回動することができる。ここで、水平力Ｈは、一般規模の地震や大地震の他、台風等の強風の際にも作用する。

さらに、支持ブロック５０の上方の角部が面取りされていることにより、図３に示すように柱１０がＸ２方向に回動した際に、支持ブロック５０の角部に柱１０の下面１２から集中荷重が作用して角部が破損することを防止できる。

支持ブロック５０の上面に柱１０が載置されることにより、柱１０と基礎２０の接合部をピン接合とできるものの、この構成のみでは支持ブロック５０に支持されている柱１０の安定姿勢を保持できない。

そこで、柱脚接合構造１００では、複数の押さえ材３０が柱１０の下方の側面１１の複数箇所を押さえていることにより、基礎２０に対して回動自在な柱１０の側方への倒れを防止するようにしている。

押さえ材３０は、側面視Ｌ形の鋼製ブロックもしくは鉄筋コンクリート製ブロックであり、基礎２０の上面２１にその一片が載置され、アンカーボルト３５を介して基礎２０に固定される。

図２に明りょうに示すように、平面視正方形の柱１０の四つの側面１１のそれぞれに対応する位置に押さえ材３０が配設され、四つの押さえ材３０にて柱１０の四つの側面１１が押さえられている。ここで、図示例の他にも、正方形枠状に連続した押さえ材が柱１０の全周の側面１１を押さえる形態等であってもよい。

また、図示例では、押さえ材３０が柱１０の側面１１を直接押さえる代わりに、弾性体４０を介して柱１０の側面１１を押さえている。ここで、弾性体４０は、ゴム等の樹脂部材や、織物、布などにより形成できる。

このように、押さえ材３０に取り付けられている弾性体４０が柱１０の側面１１を直接押さえていることにより、図３に示すように水平力Ｈが柱１０に作用して柱１０がＸ２方向へ回動した際に、柱１０の側面１１から作用する押し込み力Ｐ１，Ｐ２に対して硬質な押さえ材３０から押さえ反力を側面１１が受けて破損することを防止できる。すなわち、このように柱１０の側面１１から作用する押し込み力Ｐ１，Ｐ２は、弾性体４０の変形性能にて吸収されることにより、柱１０の側面１１には過大な押さえ反力が作用しない。

さらに、変形性能のある弾性体４０が柱１０の側面１１を押さえていることから、柱１０の回動を阻害しない態様で柱１０の側面１１を押さえながらその倒れを防止できる。

図３に示すように、柱１０に地震時の水平力Ｈが作用し、基礎２０の上面２１にある支持ブロック５０を支点として柱１０がＸ２方向へ回動した際に、押し込み力Ｐ１，Ｐ２を受ける押さえ材３０を介し、押さえ材３０を基礎２０に固定するアンカーボルト３５を介して、水平反力Ｓが基礎へ伝達されることになる。

柱脚接合構造１００によれば、柱１０が基礎２０に対して回動自在に縁切りされた状態で基礎２０の上に支持ブロック５０を介して載置されていることにより、ピン接合（完全ピン接合）の柱脚接合構造１００を形成することができる。ピン接合の柱脚接合構造１００により、柱脚と基礎の接合部には曲げモーメントが発生せず、従って柱脚や基礎における過密配筋を防止でき、さらには、柱主筋１５の基礎２０への定着もないことから、施工性が良好になる。

さらに、基礎２０に固定されている複数の押さえ材４０が柱１０の下方の側面１１の複数箇所を押さえていることにより、柱１０と基礎２０の接合部における完全ピン接合を形成しながら、基礎２０に対して回動自在な柱１０の側方への倒れを効果的に防止することができる。

［第２実施形態に係る柱脚接合構造］
次に、図４及び図５を参照して、第２実施形態に係る柱脚接合構造の一例について説明する。ここで、図４は、第２実施形態に係る柱脚接合構造の一例の縦断面図であり、図５は、図４のV方向矢視図である。

柱脚接合構造１００Ａは、鋼製で被回動面６２を備えた球座６０が、基礎２０の上面２１からその内部に埋設され、柱１０の下面１２には、被回動面６２に相補的形状の回動面７２を備えた鋼製の回動体７０が取り付けられ、球座６０に対して回動体７０がＸ２方向に回動自在に嵌まり込んで、球座６０の上に柱１０が載置されている。

回動体７０の上面７４には複数の定着ジベル７６が溶接接合されており、複数の定着ジベル７６が柱１０の下面１２からその内部に定着されている。

柱脚接合構造１００Ａによれば、鋼製の球座６０の被回動面６２に対して、同様に鋼製の回動体７０の回動面７２が回動自在に嵌まり込み、被回動面６２と回動面７２が相補的形状であることから、鉄筋コンクリート製の柱１０と基礎２０との直接的な摺動を解消して、双方の摺動部の耐久性を高めることができる。さらに、基礎２０に対してスムーズでかつ安定的な柱１０の回動を実現することができる。

尚、図示を省略するが、球座が上方に凸に湾曲した被回動面を備え、鋼製の回動体の回動面が上方に窪んでいる形態、すなわち、図示例と凹凸状態が反対の球座と回動体を備えた形態であってもよい。

［第３実施形態に係る柱脚接合構造］
次に、図６及び図７を参照して、第３実施形態に係る柱脚接合構造の一例について説明する。ここで、図６は、第３実施形態に係る柱脚接合構造の一例の縦断面図であり、図７は、図６のVII方向矢視図である。

柱脚接合構造１００Ｂは、鋼製で被回動面６２を備えた球座６０Ａが、基礎２０の上面２１に載置されている点において、柱脚接合構造１００Ａと相違する。

球座６０Ａは、押さえ材３０とともにアンカーボルト３５により基礎２０に固定される。また、柱１０の下面１２には、球座６０Ａの被回動面６２と相補的形状の回動面７２を備えた回動体７０Ａが、複数の定着ジベル７６を介して固定されている。

柱脚接合構造１００Ｂによっても、鋼製の球座６０Ａの被回動面６２に対して、同様に鋼製の回動体７０Ａの回動面７２が回動自在に嵌まり込み、被回動面６２と回動面７２が相補的形状であることから、鉄筋コンクリート製の柱１０と基礎２０との直接的な摺動を解消して、双方の摺動部の耐久性を高めることができる。さらに、基礎２０に対してスムーズでかつ安定的な柱１０の回動を実現することができる。

上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０：柱
１１：側面
１２：下面
１５：柱主筋
１６：帯筋
２０：基礎
２１：上面
２３：定着孔
２５：上端主筋
２６：下端主筋
３０：押さえ材
３５：アンカーボルト
４０：弾性体
５０：支持ブロック
５２：定着筋
５３：無収縮モルタル
５４：面取り部
５８：滑り材
６０，６０Ａ：球座
６２：被回動面
７０，７０Ａ：回動体
７２：回動面
７４：上面
７６：定着ジベル
１００，１００Ａ，１００Ｂ：柱脚接合構造
Ｈ：水平力
Ｓ：水平反力
Ｐ１，Ｐ２：押し込み力

Claims (7)

1. 鉄筋コンクリート製の柱及び基礎の柱脚接合構造であって、
   前記柱が、前記基礎に対して回動自在に縁切りされた状態で前記基礎の上に載置され、
   前記基礎に固定されている複数の押さえ材もしくは連続した一つの押さえ材が、前記柱の下方の側面の複数箇所もしくは全周を押さえていることを特徴とする、柱脚接合構造。
2. 前記柱よりも平面視寸法が小さく、かつ前記柱よりも高強度なコンクリートにより形成されている支持ブロックが、前記基礎の上面に固定され、
   前記支持ブロックの上に前記柱が載置されていることを特徴とする、請求項１に記載の柱脚接合構造。
3. 前記支持ブロックは角柱状であり、
   前記支持ブロックの上方の角部が面取りされていることを特徴とする、請求項２に記載の柱脚接合構造。
4. 前記支持ブロックの上面と前記柱の下面の少なくとも一方に、滑り材が取り付けられていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の柱脚接合構造。
5. 鋼製で被回動面を備えた球座が、前記基礎の上面に載置されている、もしくは前記基礎の上面から内部に埋設されており、
   前記柱の下面には、前記被回動面に相補的形状の回動面を備えた鋼製の回動体が取り付けられており、
   前記球座に対して前記回動体が回動自在に嵌まり込んで、前記球座の上に前記柱が載置されていることを特徴とする、請求項１に記載の柱脚接合構造。
6. 前記押さえ材に弾性体が取り付けられ、前記弾性体が前記柱の前記側面を押さえていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の柱脚接合構造。
7. 前記柱が平面視矩形で四つの側面を備えており、
   それぞれの前記側面に対応する位置、もしくは前記側面の全周位置に前記押さえ材が配設されて、前記四つの側面を押さえていることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の柱脚接合構造。

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