鉄骨柱脚部の固定構造
【課題】アンカーボルト貫通孔とアンカーボルトとの堅固な固着を維持することができる、鉄骨柱脚部の固定構造を提供する。
【解決手段】柱脚部の固定構造１は、基礎コンクリート９０に固定されたアンカーボルト１０と、アンカーボルト１０が貫通するアンカーボルト貫通孔２１が形成されたベースプレート２０と、ベースプレート２０の立上部２１に下端３０ａが固定された鉄骨柱３０と、アンカーボルト貫通孔２１を貫通した状態のアンカーボルト１０に螺合して、ベースプレート２０を挾持する上ナット４０ｂおよび下ナット４０ａと、アンカーボルト貫通孔２１の内周と、アンカーボルト１０の外周１１（雄ネジ部１２）の一部と、上ナット４０ｂおよび下ナット４０ａと、によって形成されたグラウト注入空間６０に注入されたグラウト材７０と、を有する。
【解決手段】柱脚部の固定構造１は、基礎コンクリート９０に固定されたアンカーボルト１０と、アンカーボルト１０が貫通するアンカーボルト貫通孔２１が形成されたベースプレート２０と、ベースプレート２０の立上部２１に下端３０ａが固定された鉄骨柱３０と、アンカーボルト貫通孔２１を貫通した状態のアンカーボルト１０に螺合して、ベースプレート２０を挾持する上ナット４０ｂおよび下ナット４０ａと、アンカーボルト貫通孔２１の内周と、アンカーボルト１０の外周１１（雄ネジ部１２）の一部と、上ナット４０ｂおよび下ナット４０ａと、によって形成されたグラウト注入空間６０に注入されたグラウト材７０と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄骨柱脚部の固定構造、特に、鉄鋼構造物を形成する鉄骨柱を基礎コンクリートに設置する鉄骨柱脚部の固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨柱を基礎コンクリートに固定する露出型柱脚工法において、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、が用いられ、ベースプレートに鉄骨柱が接続されている。このとき、アンカーボルト貫通孔を貫通するアンカーボルトにナットを螺合し、該ナットを締め付けることによって、ベースプレートを基礎コンクリートに押し付けている。
そして、アンカーボルト貫通孔の内径をアンカーボルトの外径よりも大きくして、アンカーボルト貫通孔へのアンカーボルトの挿入を容易にして作業性を向上させると共に、アンカーボルト貫通孔とアンカーボルトとの間隙にグラウト材を注入して、ベースプレートとアンカーボルトとを強固に固定しようとする発明が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公昭５８−５３３６５号公報（第１−２頁、図８）
【特許文献２】特開平７−１０２６３９号公報（第３−４頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に開示された発明は、アンカーボルト貫通孔とアンカーボルトとの間隙に注入されたグラウト材（固化している）は、円筒状で、上端面がナット（または座金）によって拘束され、下端面が基礎コンクリート（または、基礎コンクリートの上面とベースプレートの下面との間に充填された後詰めコンクリート）に当接しているため、以下のような問題があった。
【０００５】
（あ）すなわち、ベースプレートに水平方向の荷重が作用した際、アンカーボルトは単純梁（二点支持）的な変形と片持ち梁的な変形とが合わさった挙動をするため、アンカーボルトの荷重受け側の面は、軸方向に変位し、グラウト材との間に隙間が生じる。そして、この隙間によってグラウト材は下方に押し出されていた（または、グラウト材を下方に押し出そうとする力が作用していた）。
このため、グラウト材の形状変形や一部の崩壊等によって、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が弱くなるという問題があった。
【０００６】
（い）また、鉄骨柱を倒そうとする荷重が作用した際、ベースプレートの一方側は浮き上がろうとするため、一方側に配置されたアンカーボルトは軸方向に引き伸ばされることになる。一方、続いて、鉄骨柱を反対方向に倒そうとする荷重が作用すると、ベースプレートの一方側は基礎コンクリートに押し付けられるものの、前記アンカーボルトには軸方向の力が作用しないことになる。そうすると、グラウト材がアンカーボルト貫通孔の内面に対して摺動（剥離）したり、グラウト材自体が崩壊したりするため、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が弱くなるという問題があった。
【０００７】
（う）さらに、アンカーボルトが、鉄骨柱またはベースプレートよりも早期に降伏する構造において、鉄骨柱を倒そうとする大きな荷重が作用した際、一方側に配置されたアンカーボルトは軸方向に引き伸ばされて、永久変形することになる。一方、続いて、鉄骨柱を反対方向に倒そうとする荷重が作用すると、ベースプレートの一方側は基礎コンクリートに押し付けられるものの、前記アンカーボルトには軸方向の力が作用しないから、前記永久変形を残したままになっている。そうすると、当初対向していたアンカーボルト貫通孔の内面（たとえば、ベースプレートの上面に近い点）とアンカーボルトの外面（たとえば、最もナットに近い山）とは、かかる変形の後、軸方向で位相が異なるから、グラウト材がアンカーボルト貫通孔の内面に対して摺動（剥離）したり、グラウト材自体が崩壊したりするため、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が弱くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題を解決するものであって、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との堅固な固着を維持することができる、鉄骨柱脚部の固定構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係る柱脚部の固定構造は、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、
該アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、
該ベースプレートに下端が固定された鉄骨柱と、
前記アンカーボルト貫通孔を貫通した状態の前記アンカーボルトに螺合して、前記ベースプレートを挾持する上ナットおよび下ナットと、
前記アンカーボルト貫通孔の内周と、前記アンカーボルトの外周の一部と、前記上ナットおよび下ナットと、によって形成された空間に注入されたグラウト材と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
（２）また、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、
該アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、
該ベースプレートに下端が固定された鉄骨柱と、
前記アンカーボルト貫通孔を貫通した状態の前記アンカーボルトに螺合して、前記ベースプレートを挾持する上ナットおよび下ナットと、
前記アンカーボルトが貫通し、前記ベースプレートの上面と前記上ナットとの間に配置された上座金と、
前記アンカーボルト貫通孔の内周と、前記アンカーボルトの外周の一部と、前記上座金の一部と、前記下ナットの一部と、によって形成された空間に注入されたグラウト材と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
（３）さらに、前記（１）または（２）において、前記ベースプレートの上面に、前記空間に前記グラウト材を注入するための注入用凹溝が形成されていることを特徴とする。
（４）さらに、前記（１）乃至（３）の何れかにおいて、前記ベースプレートの上面に、前記空間に注入されたグラウト材が溢れ出すための排出用凹溝が形成されていることを特徴とする。
（５）さらに、前記（１）乃至（４）の何れかにおいて、前記鉄骨柱に横方向の荷重が作用した際、前記鉄骨柱に先行して前記アンカーボルトが降伏することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る柱脚部の固定構造は、アンカーボルト貫通孔の内周と、アンカーボルトの外周の一部と、上ナットおよび下ナットと、によって形成された空間（略円筒状の閉塞空間）に注入されたグラウト材とを有する、すなわち、固化した状態のグラウト材は、上端および下端が拘束されている。
（イ）したがって、ベースプレートに水平方向の荷重が作用した際、アンカーボルトの荷重受け側の面が軸方向に変位しても、グラウト材は前記空間に閉じ込められたままであるから、アンカーボルトとグラウト材との間に隙間が生じることがなく、グラウト材の変形や崩壊が防止され、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が維持される。
（ロ）また、鉄骨柱を一方側およびこれと反対の方向に倒そうとする荷重が作用した際、グラウト材が前記空間に閉じ込められたままであるから、グラウト材のアンカーボルト貫通孔の内面に対する摺動（剥離）やグラウト材自体の崩壊が防止され、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が維持される。
（ハ）さらに、アンカーボルトが、軸方向に引き伸ばされて永久変形した場合でも、グラウト材が前記空間に閉じ込められたままであるから、グラウト材のアンカーボルト貫通孔の内面に対する摺動（剥離）やグラウト材自体の崩壊が防止され、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造を説明する断面図。
【図２】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造を説明する平面図と底面図。
【図３】本発明の実施の形態２に係る柱脚部の固定構造を説明する平面図と断面図。
【図４】本発明の実施の形態３に係る柱脚部の固定構造を説明する一部の平面図。
【図５】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、（ａ）は本発明固定構造、（ｂ）は比較固定構造。
【図６】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、（ａ）は本発明固定構造、（ｂ）は比較固定構造。
【図７】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、（ａ）は本発明固定構造、（ｂ）は比較固定構造。
【図８】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、（ａ）は本発明固定構造、（ｂ）は比較固定構造。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施の形態１］
図１および図２は本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造を説明するものであって、図１の（ａ）は一部を断面にした側面図、図１の（ｂ）は一部を拡大して示す部分断面図、図２の（ａ）は平面図、図２の（ｂ）は一部を透視した底面図である。
【００１５】
（柱脚部の固定構造）
図１において、柱脚部の固定構造（以下「固定構造」と称す）１は、基礎コンクリート９０に固定されたアンカーボルト１０と、アンカーボルト１０が貫通するアンカーボルト貫通孔（以下、「アンカーボルト貫通孔」と称す）２１が形成されたベースプレート２０と、ベースプレート２０に下端３０ａが固定された鉄骨柱３０と、アンカーボルト貫通孔２１が貫通した状態のアンカーボルト１０に螺合して、ベースプレート２０を挾持する下ナット４０ａおよび上ナット４０ｂと、を有している。
また、アンカーボルト１０が貫通し、ベースプレート２０の上面２０ｂと上ナット４０ｂとの間に上座金５０ｂが配置されている。
さらに、アンカーボルト貫通孔２１の内周と、アンカーボルト１０の外周１１の一部（雄ネジ部１２の一部に同じ）と、下ナット４０ａの一部（外周側の範囲を除く）と、上座金５０ｂの一部（外周側の範囲を除く）と、によって形成されたグラウト材注入空間６０に、グラウト材７０（図１の（ａ）において、梨地状に描いている）が注入され、固化している。
【００１６】
（充填モルタル）
基礎コンクリート９０の上面にはベースプレート２０の鉛直方向のレベル（高さ位置）を調整するためのモルタル（以下、「据え込みモルタル」と称す）９１が設けられ、据え込みモルタル９１にベースプレート２０が載置されている。
また、据え込みモルタル９１、下ナット４０ａを包み込むように、基礎コンクリート９０の上面とベースプレート２０の下面との間にモルタル（以下、「充填モルタル」と称す）９２が設けられている。なお、平面視において、充填モルタル９２はベースプレート２０よりも広い範囲に設けられている。充填モルタル９２の充填要領は限定するものではなく、たとえば、ベースプレート２０を包囲する充填用枠（型）を基礎コンクリート９０の上面に設置して、かかる充填用枠にモルタルを注入する。
【００１７】
（ベースプレート）
ベースプレート２０は、平面視において略矩形であって、平面状の下面２０ａと、下面２０ａに平行で対角線状の略十字状（中央部を欠く）に形成された上面２０ｂと、上面２０ｂの中央部に形成された環状の立上部２２とを有している。
また、立上部２２の内側には、下面２０ａに平行な中央底面２４と、下面２０ａを包囲して立上部２２の内壁に繋がる中央傾面２３が形成されている。下面２０ａと中央底面２４との距離（中央厚さ）は、下面２０ａと上面２０ｂとの距離（ナット挾持部厚さ）よりも小さく（薄く）、下面２０ａと中央傾面２３との距離は立上部２２に近づく程、大きく（厚く）なっている。
【００１８】
また、外周２０ｃと上面２０ｂとに挟まれた平面視における略三角形の範囲は、中央から外周２０ｃに向かって除々に薄くなるように傾斜した傾斜面２５になっている。なお、傾斜面２５は、外周２０ｃに近い略台形状である傾斜が緩い緩斜面２５ａと、立上部２２に近い略三角形状である傾斜が緩斜面２５ａよりも大きな急斜面２５ｂと、から形成されているが、急斜面２５ｂが形成されないものであってもよい。
また、外周２０ｃを形成する各稜線の中点には、位置合わせのための突起２６が形成されている。
【００１９】
（注入用凹溝）
さらに、上面２０ｂには、アンカーボルト貫通孔２１にグラウト材７０（液状）を注入するための注入用凹溝２７が形成されている。注入用凹溝２７の底面はアンカーボルト貫通孔２１に向かって低くなるように傾斜し、液状のグラウト材７０が流れ易くなっているが、本発明はこれに限定するものではなく、水平であってもよい。また、注入用凹溝２７の断面形状は限定するものではなく、たとえば、円弧状、Ｕ字状等である。
なお、注入用凹溝２７はアンカーボルト貫通孔２１毎に、円周方向に分散された３条が形成されているが、本発明はその数量を限定するものではない。
たとえば、注入用凹溝２７が複数の場合、一方の注入用凹溝２７からグラウト材が注入されると、グラウト材注入空間６０内の空気は他方の注入用凹溝２７から排出され、さらに、グラウト材注入空間６０にグラウト材７０が満たされた後、他方の注入用凹溝２７から溢れたグラウト材が流出することになるため、他方の注入用凹溝２７は「排出用凹溝（グラウト材の充填を確認する凹溝に相当する）」に該当することになる。
【００２０】
また、注入用凹溝２７のアンカーボルト貫通孔２１の中心から遠い点（凹溝の始まる点に同じ）によって形成される仮想円の半径のうち最も大きな半径が、上座金５０ｂの半径よりも大きくなっている。したがって、全ての注入用凹溝２７が上座金５０ｂによって覆われることがない。特に、注入用凹溝２７が複数箇所に分散配置されているから、仮に、上座金５０ｂの位置が変動して、何れかの注入用凹溝２７が上座金５０ｂによって覆われたとしても、これを除く注入用凹溝２７は上座金５０ｂによって覆われることがない。
さらに、アンカーボルト１０が注入用凹溝２７に最も近接した場合（注入用凹溝２７が形成された位相において、アンカーボルト１０がアンカーボルト貫通孔２１の内周に当接した場合）でも、注入用凹溝２７の全長が上座金５０ｂによって覆われないだけの長さに、全ての注入用凹溝２７を形成してもよい。そうすると、仮に、上座金５０ｂの位置が如何様に変動しても、全ての注入用凹溝２７のうちの何れかをグラウト注入用にし、これを除く注入用凹溝２７のうちの何れかをグラウト流出用にすることができる。
【００２１】
一方、注入用凹溝２７が１条の場合、アンカーボルト貫通孔２１に連通する空気抜き用の細管を注入用凹溝２７に配置（挿入）して、注入用凹溝２７からグラウト材７０を注入すれば、グラウト材注入空間６０内の空気は当該細管を経由して排出され、やがて、グラウト材注入空間６０にグラウト材７０が充満することになる。このとき、上座金５０ｂの位置が変動しても、注入用凹溝２７は、その全域（全長）が上座金５０ｂによって覆われない大きさに形成しておく。
【００２２】
さらに、ベースプレート２０を鋳型によって形成するには、従来の注入用凹溝２７のないベースプレートを形成する鋳型を用いて、注入用凹溝２７を形成するための「入子」を当該鋳型に設置するだけで済む。したがって、所望の形状で所望の数量の注入用凹溝２７を有するベースプレート２０を、製造のための金型費用を抑えることで、安価に製造することができる。
【００２３】
（上座金）
上座金５０ｂは、円盤状のものを図示しているが、本発明はその形状を限定するものではなく、楕円状であってもよい。
また、上座金５０ｂの一方の面に、グラウト材を注入するための凹溝を形成し、注入用凹溝２７を上面２０ｂに形成しないようにしてもよい。あるいは、上座金５０ｂの一方の面に、空気抜きのための凹溝を形成し、上面２０ｂに形成する注入用凹溝２７の数量を少なくしたり、前記空気抜きのための細管を不要にしてもよい。
なお、以上は、ベースプレート２０の下面２０ａと下ナット４０ａとの間に下座金を配置していないが、本発明はこれに限定するものではなく、上座金５０ｂと同様に下座金を配置してもよい。このとき、下ナット４０ａの大きさに左右されることなく、アンカーボルト貫通孔２１の内径を決定することが可能になる。
さらに、下ナット４０ａの強度を上ナット４０ｂの強度よりも低くして、基礎コンクリート９０に作用する圧縮力を低減するようにしてもよい。
なお、本発明はアンカーボルト貫通孔２１（アンカーボルト１０）の数量や配置を限定するものではない。
たとえば、アンカーボルト貫通孔２１（アンカーボルト１０）を角部にそれぞれ２箇所設けてもよいし（実施の形態３に示す８本タイプに同じ）、あるいは、外周２０ｃを形成する各稜線の中央（位置合わせのための突起２６の位置）で立上部２２に近い位置に、それぞれ１箇または複数のアンカーボルト貫通孔２１を追加して形成してもよい。
【００２４】
［実施の形態２］
図３は本発明の実施の形態２に係る柱脚部の固定構造を説明するものであって、図３の（ａ）は一部（ベースプレート）を示す平面図、図３の（ｂ）は図３の（ａ）に示すＡ−Ａ断面における断面図である。実施の形態２に係る柱脚部の固定構造は、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）におけるベースプレート２０を、ベースプレート２２０に変更したものであって、これを除く形態は柱脚部の固定構造１（実施の形態１）に同じであるから、同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【００２５】
図３において、ベースプレート２２０は、上面２０ｂのアンカーボルト貫通孔２１の周囲に砲台状の座２８が形成されている。そして、座２８に注入用凹溝２７が形成されている。したがって、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）と同様に、グラウト材注入空間にグラウト材７０を注入することができる。
このとき、仮に、上座金５０ｂの位置が変動しても、注入用凹溝２７が上座金５０ｂによって覆われることがないから、グラウト材７０の注入経路を確保することができると共に、グラウト材７０の充填を確認することができる。なお、注入用凹溝２７の数量、形状あるいは配置（分布の形態）等は限定するものではない。
【００２６】
［実施の形態３］
図４は本発明の実施の形態３に係る柱脚部の固定構造を説明する一部（ベースプレート）を示す平面図である。実施の形態３に係る柱脚部の固定構造は、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）におけるベースプレート２０を、ベースプレート３２０に変更したものであって、これを除く形態は柱脚部の固定構造１（実施の形態１）に同じであるから、同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【００２７】
図４において、ベースプレート３２０は、アンカーボルト貫通孔２１が各角部にそれぞれ一対、合計８箇所に形成されている。そして、上面２０ｂのアンカーボルト貫通孔２１の周囲には、十字状に注入用凹溝２７が形成されている。したがって、実施の形態３に係る柱脚部の固定構造はアンカーボルト１０が８本になるだけで、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）と同様に、グラウト材注入空間にグラウト材７０を注入することができるから、柱脚部の固定構造１と同様の作用効果が得られる。
なお、注入用凹溝２７の数量、形状あるいは配置（分布の形態）等は限定するものではなく、実施の形態２に準じて、上面２０ｂのアンカーボルト貫通孔２１の周囲に座２８を形成してもよい。
【００２８】
図４において、ベースプレート３２０の上面２０ｂ（下面２０ａに平行）は、角部が平面視において波状を呈し、該波状の角部から、ベースプレート３２０の外周２０ｃの角部に向かって傾斜した角部傾斜面２９が形成されている。したがって、ベースプレート３２０の軽量化を図りながら、ベースプレート３２０から基礎コンクリート９０（正確には、充填モルタル９２）に確実に荷重が伝達されるようになっている。
なお、本発明はアンカーボルト貫通孔２１（アンカーボルト１０）の数量や配置を限定するものではない。たとえば、外周２０ｃを形成する各稜線の中央（位置合わせのための突起２６の位置）で立上部２２に近い位置に、それぞれ１箇（合計１２箇所）またはそれぞれ２箇（合計１６箇所）のアンカーボルト貫通孔２１を形成してもよい。
【００２９】
［効果の確認］
（解析モデル）
次に、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）の挙動についてのＦＥＭ解析（弾性計算）の結果を簡単に示す。すなわち、下ナットおよび上ナットの両方を具備する本発明固定構造と、下ナットを欠き、上ナットのみ具備する比較固定構造と、について、解析モデルを作成した。
解析モデルは、形状の対称性を考慮して全体の２分の１をモデル化する。したがって、モデル化対象は、円板（外径４００ｍｍ、厚さ５０ｍｍ）を半分にした基礎コンクリート、円板（外径４００ｍｍ、厚さ６０ｍｍ）を半分にしたベースプレート、円柱（外径４８ｍｍ）を半分にしたアンカーボルト、円環（外径７５ｍｍ、内径４８ｍｍ、厚さ２９ｍｍ）を半分にした下ナット、円環（外径７５ｍｍ、内径４８ｍｍ、厚さ３８ｍｍ）を半分にした上ナット、および固化している円筒状（外径７５ｍｍ、内径４８ｍｍ、高さ６７ｍｍ）のグラウト材である。
【００３０】
（解析条件）
グラウト材とベースプレート間は、引張には抵抗せず圧縮のみに抵抗する接触条件を設定する。同様な接触条件を、グラウト材、アンカーボルト間およびグラウト材、ナット間にも設定する。なお、接触箇所での摩擦は考慮しない。
そして、アンカーボルト1本あたりの設計水平荷重２５０ｋＮをベースプレートに載荷しているから、解析モデル（２分の１モデル）については、１２５ｋＮの載荷になる。
このとき、アンカーボルト下端部を固定とし、一方、グラウト材の端面はスライド可能にし、アンカーボルトの軸力は考慮しない。
モデル規模（ソリッド要素（テトラ２次））は、本発明固定構造が、要素数５５４８３、節点数８９７７４であるのに対し、比較固定構造は要素数６１７８２、節点数９８５９８である。
また、アンカーボルト、ナット、およびベースプレートのヤング率は「２．１×１０Ｅ５（Ｎ／ｍｍ2）」、ポアソン比は「０．３」とし、グラウト材のヤング率は「２．１×１０Ｅ４（Ｎ／ｍｍ２）」、ポアソン比は「０．１９」とした。解析計算には「Solidworks simulation 2009 Sp3.0 （Dassault Systemes社製）」を使用した。
【００３１】
（解析結果）
（ｉ）水平方向の載荷によってアンカーボルトが略片持ち梁（カンチレバー）的な変形をすることから、グラウト材の上端面（上ナットに当接している）は上下方向（アンカーボルトの軸方向に同じ）に変位し、その変位量は、本発明固定構造では「０．０３６ｍｍ」と僅かであるのに対し、比較固定構造では「０．０５８ｍｍ」になっている。
また、グラウト材の下端面の上下方向（アンカーボルトの軸方向に同じ）の変位は、本発明固定構造では下ナットによって拘束されているから略「０．００ｍｍ」と変位を無視することができる。一方、比較固定構造では、アンカーボルト１０と基礎コンクリート９０との間に隙間が生じることから、グラウト材７０が基礎コンクリート９０に侵入する方向に、その下端面が「０．０７ｍｍ」変位している。
【００３２】
すなわち、本発明固定構造では、注入されて固化したグラウト材７０の両端面が下ナット４０ａおよび上ナット４０ｂによって拘束され、密閉状態にあることから、グラウト材７０のそれぞれの端面における変位が小さくなっている。すなわち、グラウト材７０の崩壊が抑えられるから、アンカーボルト１０とベースプレート２０との固定が、弱くなることなく継続することになる。
一方、比較固定構造では、グラウト材６０の両端面における変位が大きく、また、下端面が基礎コンクリート９０に侵入するように変位している。したがって、グラウト材７０は崩壊するおそれがあるから、アンカーボルト１０とベースプレート２０との固定が、弱くなるおそれが生じる。
【００３３】
（アンカーボルトの永久伸び変形）
図５〜図８は本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、それぞれ（ａ）は実施の形態１に係る柱脚部の固定構造、それぞれ（ｂ）は比較のための下ナットを具備しない柱脚部の固定構造である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【００３４】
図５の（ａ）に示す実施の形態１に係る柱脚部の固定構造（以下、「本発明固定構造」と称す）１、および図５の（ｂ）に示す下ナットを具備しない柱脚部の固定構造（以下、「比較固定構造」と称す）２において、鉄骨柱３０に図中、時計回りの曲げモーメントが作用した場合、ベースプレート２０は図中、下面２０ａの右側縁を支点にして、下面２０ａの左側縁が浮き上がるように回転する。
そうすると、左側に配置されたアンカーボルト１０Ｌには上ナット４０ｂを経由して引っ張り力が作用する。このとき、かかる引っ張り力が大きいとき、アンカーボルト１０Ｌは降伏して永久伸び変形が生じる。
【００３５】
次に、図６の（ａ）および（ｂ）において、図５の（ａ）および（ｂ）において作用した曲げモーメントとは反対方向の曲げモーメントが作用したとすると、ベースプレート２０は図中、下面２０ａの右側縁を支点にして、下面２０ａの左側縁がベースプレート２０に近づくように回転する。
そうすると、図６の（ａ）に示す本発明固定構造１では、左側に配置されたアンカーボルト１０Ｌには下ナット４０ａを経由して圧縮力が作用する。このとき、かかる圧縮が大きいとき、アンカーボルト１０Ｌは降伏して、先に生じた永久伸び変形を打ち消すように永久変形する。
一方、図６の（ｂ）に示す比較固定構造２では、左側に配置されたアンカーボルト１０Ｌには下ナット４０ａが設置されていないから、アンカーボルト１０Ｌに圧縮力が作用することがない。そうすると、ベースプレート２０の上面２０ｂから上ナット４０ｂが離れることになる。
【００３６】
さらに、図７の（ａ）および（ｂ）において、 図５の（ａ）および（ｂ）とは反対の方向に曲げモーメント（図６の（ａ）および（ｂ）において作用した曲げモーメントとよりも大きな曲げモーメント）が作用したとすると、今度は、ベースプレート２０は図中、下面２０ａの左側縁を支点にして、下面２０ａの右側縁がベースプレート２０が浮き上がるように回転する。
そうすると、図７の（ａ）に示す本発明固定構造１および図７の（ｂ）に示す比較固定構造２では、左側に配置されたアンカーボルト１０Ｌには下ナット４０ａを経由して圧縮力が作用する。このとき、かかる圧縮が大きいとき、アンカーボルト１０Ｒは降伏して永久伸び変形が生じる。
【００３７】
さらに、図８の（ａ）および（ｂ）において、図７の（ａ）および（ｂ）に作用していた曲げモーメントが無くなると、ベースプレート２０は図中、下面２０ａの左側縁を支点にして、下面２０ａの右側縁がベースプレート２０に近づくように回転する。
そうすると、図８の（ａ）に示す本発明固定構造１では、右側に配置されたアンカーボルト１０Ｒには下ナット４０ａを経由して圧縮力が作用する。このとき、かかる圧縮が大きいとき、アンカーボルト１０Ｒは降伏して、先に生じた永久伸び変形を打ち消すように永久変形する。
一方、図８の（ｂ）に示す比較固定構造２では、右側に配置されたアンカーボルト１０Ｒには下ナット４０ａが設置されていないから、アンカーボルト１０Ｒに圧縮力が作用することがない。そうすると、ベースプレート２０の上面２０ｂから上ナット４０ｂが離れることになる。
【００３８】
以上のように、鉄骨柱３０に方向が相違する曲げモーメントが作用して、アンカーボルト１０が降伏した場合でも、本発明固定構造１ではベースプレート２０が下ナット４０ａと上ナット４０ｂとによって挾持され続けるから、注入された固化したグラウト材７０はグラウト材注入空間に密閉された状態に維持される。
一方、比較固定構造２ではベースプレート２０から上ナット４０ｂが離れるから、注入されて固化したグラウト材７０が、アンカーボルト１０の方により堅固に固着した場合には、かかるグラウト材７０はアンカーボルト貫通孔２１から剥離して、一部がアンカーボルト貫通孔２１の外部に抜け出すことになる。
【００３９】
あるいは、グラウト材７０がアンカーボルト１０とアンカーボルト貫通孔２１の両方に堅固に固着した場合には、かかるグラウト材７０は崩壊して、アンカーボルト貫通孔２１から脱落することになる。
よって、特に、アンカーボルト１０が降伏するような場合には、本発明固定構造１ではアンカーボルト１０とベースプレート２０と固定が堅固に維持されるのに対し、比較固定構造２ではアンカーボルト１０とベースプレート２０と固定が維持されないことが如実に示されるから、前者の顕著の効果が鮮明になる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は以上であって、アンカーボルトとベースプレートと固定が堅固に維持されるから、ベースプレートのアンカーボルト貫通孔とアンカーボルトとの間にグラウト材を注入する各種形態の鉄骨柱脚部の固定構造として広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１ アンカーボルトの固定構造
２ 比較固定構造
１０ アンカーボルト
１１ 外周
１２ 雄ネジ部
２０ ベースプレート
２０ａ 下面
２０ｂ 上面
２０ｃ 外周
２１ アンカーボルト貫通孔
２２ 立上部
２３ 中央傾面
２４ 中央底面
２５ 傾斜面
２５ａ 緩斜面
２５ｂ 急斜面
２６ 突起
２７ 注入用凹溝
２８ 座
２９ 角部傾斜面
３０ 鉄骨柱
３０ａ 下端
４０ａ 下ナット
４０ｂ 上ナット
５０ｂ 上座金
６０ グラウト材注入空間
７０ グラウト材
９０ 基礎コンクリート
９１ 据え込みモルタル
９２ 充填モルタル
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄骨柱脚部の固定構造、特に、鉄鋼構造物を形成する鉄骨柱を基礎コンクリートに設置する鉄骨柱脚部の固定構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄骨柱を基礎コンクリートに固定する露出型柱脚工法において、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、が用いられ、ベースプレートに鉄骨柱が接続されている。このとき、アンカーボルト貫通孔を貫通するアンカーボルトにナットを螺合し、該ナットを締め付けることによって、ベースプレートを基礎コンクリートに押し付けている。
そして、アンカーボルト貫通孔の内径をアンカーボルトの外径よりも大きくして、アンカーボルト貫通孔へのアンカーボルトの挿入を容易にして作業性を向上させると共に、アンカーボルト貫通孔とアンカーボルトとの間隙にグラウト材を注入して、ベースプレートとアンカーボルトとを強固に固定しようとする発明が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実公昭５８−５３３６５号公報（第１−２頁、図８）
【特許文献２】特開平７−１０２６３９号公報（第３−４頁、図５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に開示された発明は、アンカーボルト貫通孔とアンカーボルトとの間隙に注入されたグラウト材（固化している）は、円筒状で、上端面がナット（または座金）によって拘束され、下端面が基礎コンクリート（または、基礎コンクリートの上面とベースプレートの下面との間に充填された後詰めコンクリート）に当接しているため、以下のような問題があった。
【０００５】
（あ）すなわち、ベースプレートに水平方向の荷重が作用した際、アンカーボルトは単純梁（二点支持）的な変形と片持ち梁的な変形とが合わさった挙動をするため、アンカーボルトの荷重受け側の面は、軸方向に変位し、グラウト材との間に隙間が生じる。そして、この隙間によってグラウト材は下方に押し出されていた（または、グラウト材を下方に押し出そうとする力が作用していた）。
このため、グラウト材の形状変形や一部の崩壊等によって、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が弱くなるという問題があった。
【０００６】
（い）また、鉄骨柱を倒そうとする荷重が作用した際、ベースプレートの一方側は浮き上がろうとするため、一方側に配置されたアンカーボルトは軸方向に引き伸ばされることになる。一方、続いて、鉄骨柱を反対方向に倒そうとする荷重が作用すると、ベースプレートの一方側は基礎コンクリートに押し付けられるものの、前記アンカーボルトには軸方向の力が作用しないことになる。そうすると、グラウト材がアンカーボルト貫通孔の内面に対して摺動（剥離）したり、グラウト材自体が崩壊したりするため、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が弱くなるという問題があった。
【０００７】
（う）さらに、アンカーボルトが、鉄骨柱またはベースプレートよりも早期に降伏する構造において、鉄骨柱を倒そうとする大きな荷重が作用した際、一方側に配置されたアンカーボルトは軸方向に引き伸ばされて、永久変形することになる。一方、続いて、鉄骨柱を反対方向に倒そうとする荷重が作用すると、ベースプレートの一方側は基礎コンクリートに押し付けられるものの、前記アンカーボルトには軸方向の力が作用しないから、前記永久変形を残したままになっている。そうすると、当初対向していたアンカーボルト貫通孔の内面（たとえば、ベースプレートの上面に近い点）とアンカーボルトの外面（たとえば、最もナットに近い山）とは、かかる変形の後、軸方向で位相が異なるから、グラウト材がアンカーボルト貫通孔の内面に対して摺動（剥離）したり、グラウト材自体が崩壊したりするため、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が弱くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、以上のような問題を解決するものであって、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との堅固な固着を維持することができる、鉄骨柱脚部の固定構造を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係る柱脚部の固定構造は、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、
該アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、
該ベースプレートに下端が固定された鉄骨柱と、
前記アンカーボルト貫通孔を貫通した状態の前記アンカーボルトに螺合して、前記ベースプレートを挾持する上ナットおよび下ナットと、
前記アンカーボルト貫通孔の内周と、前記アンカーボルトの外周の一部と、前記上ナットおよび下ナットと、によって形成された空間に注入されたグラウト材と、
を有することを特徴とする。
【００１０】
（２）また、基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、
該アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、
該ベースプレートに下端が固定された鉄骨柱と、
前記アンカーボルト貫通孔を貫通した状態の前記アンカーボルトに螺合して、前記ベースプレートを挾持する上ナットおよび下ナットと、
前記アンカーボルトが貫通し、前記ベースプレートの上面と前記上ナットとの間に配置された上座金と、
前記アンカーボルト貫通孔の内周と、前記アンカーボルトの外周の一部と、前記上座金の一部と、前記下ナットの一部と、によって形成された空間に注入されたグラウト材と、
を有することを特徴とする。
【００１１】
（３）さらに、前記（１）または（２）において、前記ベースプレートの上面に、前記空間に前記グラウト材を注入するための注入用凹溝が形成されていることを特徴とする。
（４）さらに、前記（１）乃至（３）の何れかにおいて、前記ベースプレートの上面に、前記空間に注入されたグラウト材が溢れ出すための排出用凹溝が形成されていることを特徴とする。
（５）さらに、前記（１）乃至（４）の何れかにおいて、前記鉄骨柱に横方向の荷重が作用した際、前記鉄骨柱に先行して前記アンカーボルトが降伏することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る柱脚部の固定構造は、アンカーボルト貫通孔の内周と、アンカーボルトの外周の一部と、上ナットおよび下ナットと、によって形成された空間（略円筒状の閉塞空間）に注入されたグラウト材とを有する、すなわち、固化した状態のグラウト材は、上端および下端が拘束されている。
（イ）したがって、ベースプレートに水平方向の荷重が作用した際、アンカーボルトの荷重受け側の面が軸方向に変位しても、グラウト材は前記空間に閉じ込められたままであるから、アンカーボルトとグラウト材との間に隙間が生じることがなく、グラウト材の変形や崩壊が防止され、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が維持される。
（ロ）また、鉄骨柱を一方側およびこれと反対の方向に倒そうとする荷重が作用した際、グラウト材が前記空間に閉じ込められたままであるから、グラウト材のアンカーボルト貫通孔の内面に対する摺動（剥離）やグラウト材自体の崩壊が防止され、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が維持される。
（ハ）さらに、アンカーボルトが、軸方向に引き伸ばされて永久変形した場合でも、グラウト材が前記空間に閉じ込められたままであるから、グラウト材のアンカーボルト貫通孔の内面に対する摺動（剥離）やグラウト材自体の崩壊が防止され、アンカーボルト貫通孔の内面とアンカーボルトの外面との固着が維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造を説明する断面図。
【図２】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造を説明する平面図と底面図。
【図３】本発明の実施の形態２に係る柱脚部の固定構造を説明する平面図と断面図。
【図４】本発明の実施の形態３に係る柱脚部の固定構造を説明する一部の平面図。
【図５】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、（ａ）は本発明固定構造、（ｂ）は比較固定構造。
【図６】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、（ａ）は本発明固定構造、（ｂ）は比較固定構造。
【図７】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、（ａ）は本発明固定構造、（ｂ）は比較固定構造。
【図８】本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、（ａ）は本発明固定構造、（ｂ）は比較固定構造。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［実施の形態１］
図１および図２は本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造を説明するものであって、図１の（ａ）は一部を断面にした側面図、図１の（ｂ）は一部を拡大して示す部分断面図、図２の（ａ）は平面図、図２の（ｂ）は一部を透視した底面図である。
【００１５】
（柱脚部の固定構造）
図１において、柱脚部の固定構造（以下「固定構造」と称す）１は、基礎コンクリート９０に固定されたアンカーボルト１０と、アンカーボルト１０が貫通するアンカーボルト貫通孔（以下、「アンカーボルト貫通孔」と称す）２１が形成されたベースプレート２０と、ベースプレート２０に下端３０ａが固定された鉄骨柱３０と、アンカーボルト貫通孔２１が貫通した状態のアンカーボルト１０に螺合して、ベースプレート２０を挾持する下ナット４０ａおよび上ナット４０ｂと、を有している。
また、アンカーボルト１０が貫通し、ベースプレート２０の上面２０ｂと上ナット４０ｂとの間に上座金５０ｂが配置されている。
さらに、アンカーボルト貫通孔２１の内周と、アンカーボルト１０の外周１１の一部（雄ネジ部１２の一部に同じ）と、下ナット４０ａの一部（外周側の範囲を除く）と、上座金５０ｂの一部（外周側の範囲を除く）と、によって形成されたグラウト材注入空間６０に、グラウト材７０（図１の（ａ）において、梨地状に描いている）が注入され、固化している。
【００１６】
（充填モルタル）
基礎コンクリート９０の上面にはベースプレート２０の鉛直方向のレベル（高さ位置）を調整するためのモルタル（以下、「据え込みモルタル」と称す）９１が設けられ、据え込みモルタル９１にベースプレート２０が載置されている。
また、据え込みモルタル９１、下ナット４０ａを包み込むように、基礎コンクリート９０の上面とベースプレート２０の下面との間にモルタル（以下、「充填モルタル」と称す）９２が設けられている。なお、平面視において、充填モルタル９２はベースプレート２０よりも広い範囲に設けられている。充填モルタル９２の充填要領は限定するものではなく、たとえば、ベースプレート２０を包囲する充填用枠（型）を基礎コンクリート９０の上面に設置して、かかる充填用枠にモルタルを注入する。
【００１７】
（ベースプレート）
ベースプレート２０は、平面視において略矩形であって、平面状の下面２０ａと、下面２０ａに平行で対角線状の略十字状（中央部を欠く）に形成された上面２０ｂと、上面２０ｂの中央部に形成された環状の立上部２２とを有している。
また、立上部２２の内側には、下面２０ａに平行な中央底面２４と、下面２０ａを包囲して立上部２２の内壁に繋がる中央傾面２３が形成されている。下面２０ａと中央底面２４との距離（中央厚さ）は、下面２０ａと上面２０ｂとの距離（ナット挾持部厚さ）よりも小さく（薄く）、下面２０ａと中央傾面２３との距離は立上部２２に近づく程、大きく（厚く）なっている。
【００１８】
また、外周２０ｃと上面２０ｂとに挟まれた平面視における略三角形の範囲は、中央から外周２０ｃに向かって除々に薄くなるように傾斜した傾斜面２５になっている。なお、傾斜面２５は、外周２０ｃに近い略台形状である傾斜が緩い緩斜面２５ａと、立上部２２に近い略三角形状である傾斜が緩斜面２５ａよりも大きな急斜面２５ｂと、から形成されているが、急斜面２５ｂが形成されないものであってもよい。
また、外周２０ｃを形成する各稜線の中点には、位置合わせのための突起２６が形成されている。
【００１９】
（注入用凹溝）
さらに、上面２０ｂには、アンカーボルト貫通孔２１にグラウト材７０（液状）を注入するための注入用凹溝２７が形成されている。注入用凹溝２７の底面はアンカーボルト貫通孔２１に向かって低くなるように傾斜し、液状のグラウト材７０が流れ易くなっているが、本発明はこれに限定するものではなく、水平であってもよい。また、注入用凹溝２７の断面形状は限定するものではなく、たとえば、円弧状、Ｕ字状等である。
なお、注入用凹溝２７はアンカーボルト貫通孔２１毎に、円周方向に分散された３条が形成されているが、本発明はその数量を限定するものではない。
たとえば、注入用凹溝２７が複数の場合、一方の注入用凹溝２７からグラウト材が注入されると、グラウト材注入空間６０内の空気は他方の注入用凹溝２７から排出され、さらに、グラウト材注入空間６０にグラウト材７０が満たされた後、他方の注入用凹溝２７から溢れたグラウト材が流出することになるため、他方の注入用凹溝２７は「排出用凹溝（グラウト材の充填を確認する凹溝に相当する）」に該当することになる。
【００２０】
また、注入用凹溝２７のアンカーボルト貫通孔２１の中心から遠い点（凹溝の始まる点に同じ）によって形成される仮想円の半径のうち最も大きな半径が、上座金５０ｂの半径よりも大きくなっている。したがって、全ての注入用凹溝２７が上座金５０ｂによって覆われることがない。特に、注入用凹溝２７が複数箇所に分散配置されているから、仮に、上座金５０ｂの位置が変動して、何れかの注入用凹溝２７が上座金５０ｂによって覆われたとしても、これを除く注入用凹溝２７は上座金５０ｂによって覆われることがない。
さらに、アンカーボルト１０が注入用凹溝２７に最も近接した場合（注入用凹溝２７が形成された位相において、アンカーボルト１０がアンカーボルト貫通孔２１の内周に当接した場合）でも、注入用凹溝２７の全長が上座金５０ｂによって覆われないだけの長さに、全ての注入用凹溝２７を形成してもよい。そうすると、仮に、上座金５０ｂの位置が如何様に変動しても、全ての注入用凹溝２７のうちの何れかをグラウト注入用にし、これを除く注入用凹溝２７のうちの何れかをグラウト流出用にすることができる。
【００２１】
一方、注入用凹溝２７が１条の場合、アンカーボルト貫通孔２１に連通する空気抜き用の細管を注入用凹溝２７に配置（挿入）して、注入用凹溝２７からグラウト材７０を注入すれば、グラウト材注入空間６０内の空気は当該細管を経由して排出され、やがて、グラウト材注入空間６０にグラウト材７０が充満することになる。このとき、上座金５０ｂの位置が変動しても、注入用凹溝２７は、その全域（全長）が上座金５０ｂによって覆われない大きさに形成しておく。
【００２２】
さらに、ベースプレート２０を鋳型によって形成するには、従来の注入用凹溝２７のないベースプレートを形成する鋳型を用いて、注入用凹溝２７を形成するための「入子」を当該鋳型に設置するだけで済む。したがって、所望の形状で所望の数量の注入用凹溝２７を有するベースプレート２０を、製造のための金型費用を抑えることで、安価に製造することができる。
【００２３】
（上座金）
上座金５０ｂは、円盤状のものを図示しているが、本発明はその形状を限定するものではなく、楕円状であってもよい。
また、上座金５０ｂの一方の面に、グラウト材を注入するための凹溝を形成し、注入用凹溝２７を上面２０ｂに形成しないようにしてもよい。あるいは、上座金５０ｂの一方の面に、空気抜きのための凹溝を形成し、上面２０ｂに形成する注入用凹溝２７の数量を少なくしたり、前記空気抜きのための細管を不要にしてもよい。
なお、以上は、ベースプレート２０の下面２０ａと下ナット４０ａとの間に下座金を配置していないが、本発明はこれに限定するものではなく、上座金５０ｂと同様に下座金を配置してもよい。このとき、下ナット４０ａの大きさに左右されることなく、アンカーボルト貫通孔２１の内径を決定することが可能になる。
さらに、下ナット４０ａの強度を上ナット４０ｂの強度よりも低くして、基礎コンクリート９０に作用する圧縮力を低減するようにしてもよい。
なお、本発明はアンカーボルト貫通孔２１（アンカーボルト１０）の数量や配置を限定するものではない。
たとえば、アンカーボルト貫通孔２１（アンカーボルト１０）を角部にそれぞれ２箇所設けてもよいし（実施の形態３に示す８本タイプに同じ）、あるいは、外周２０ｃを形成する各稜線の中央（位置合わせのための突起２６の位置）で立上部２２に近い位置に、それぞれ１箇または複数のアンカーボルト貫通孔２１を追加して形成してもよい。
【００２４】
［実施の形態２］
図３は本発明の実施の形態２に係る柱脚部の固定構造を説明するものであって、図３の（ａ）は一部（ベースプレート）を示す平面図、図３の（ｂ）は図３の（ａ）に示すＡ−Ａ断面における断面図である。実施の形態２に係る柱脚部の固定構造は、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）におけるベースプレート２０を、ベースプレート２２０に変更したものであって、これを除く形態は柱脚部の固定構造１（実施の形態１）に同じであるから、同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【００２５】
図３において、ベースプレート２２０は、上面２０ｂのアンカーボルト貫通孔２１の周囲に砲台状の座２８が形成されている。そして、座２８に注入用凹溝２７が形成されている。したがって、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）と同様に、グラウト材注入空間にグラウト材７０を注入することができる。
このとき、仮に、上座金５０ｂの位置が変動しても、注入用凹溝２７が上座金５０ｂによって覆われることがないから、グラウト材７０の注入経路を確保することができると共に、グラウト材７０の充填を確認することができる。なお、注入用凹溝２７の数量、形状あるいは配置（分布の形態）等は限定するものではない。
【００２６】
［実施の形態３］
図４は本発明の実施の形態３に係る柱脚部の固定構造を説明する一部（ベースプレート）を示す平面図である。実施の形態３に係る柱脚部の固定構造は、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）におけるベースプレート２０を、ベースプレート３２０に変更したものであって、これを除く形態は柱脚部の固定構造１（実施の形態１）に同じであるから、同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【００２７】
図４において、ベースプレート３２０は、アンカーボルト貫通孔２１が各角部にそれぞれ一対、合計８箇所に形成されている。そして、上面２０ｂのアンカーボルト貫通孔２１の周囲には、十字状に注入用凹溝２７が形成されている。したがって、実施の形態３に係る柱脚部の固定構造はアンカーボルト１０が８本になるだけで、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）と同様に、グラウト材注入空間にグラウト材７０を注入することができるから、柱脚部の固定構造１と同様の作用効果が得られる。
なお、注入用凹溝２７の数量、形状あるいは配置（分布の形態）等は限定するものではなく、実施の形態２に準じて、上面２０ｂのアンカーボルト貫通孔２１の周囲に座２８を形成してもよい。
【００２８】
図４において、ベースプレート３２０の上面２０ｂ（下面２０ａに平行）は、角部が平面視において波状を呈し、該波状の角部から、ベースプレート３２０の外周２０ｃの角部に向かって傾斜した角部傾斜面２９が形成されている。したがって、ベースプレート３２０の軽量化を図りながら、ベースプレート３２０から基礎コンクリート９０（正確には、充填モルタル９２）に確実に荷重が伝達されるようになっている。
なお、本発明はアンカーボルト貫通孔２１（アンカーボルト１０）の数量や配置を限定するものではない。たとえば、外周２０ｃを形成する各稜線の中央（位置合わせのための突起２６の位置）で立上部２２に近い位置に、それぞれ１箇（合計１２箇所）またはそれぞれ２箇（合計１６箇所）のアンカーボルト貫通孔２１を形成してもよい。
【００２９】
［効果の確認］
（解析モデル）
次に、柱脚部の固定構造１（実施の形態１）の挙動についてのＦＥＭ解析（弾性計算）の結果を簡単に示す。すなわち、下ナットおよび上ナットの両方を具備する本発明固定構造と、下ナットを欠き、上ナットのみ具備する比較固定構造と、について、解析モデルを作成した。
解析モデルは、形状の対称性を考慮して全体の２分の１をモデル化する。したがって、モデル化対象は、円板（外径４００ｍｍ、厚さ５０ｍｍ）を半分にした基礎コンクリート、円板（外径４００ｍｍ、厚さ６０ｍｍ）を半分にしたベースプレート、円柱（外径４８ｍｍ）を半分にしたアンカーボルト、円環（外径７５ｍｍ、内径４８ｍｍ、厚さ２９ｍｍ）を半分にした下ナット、円環（外径７５ｍｍ、内径４８ｍｍ、厚さ３８ｍｍ）を半分にした上ナット、および固化している円筒状（外径７５ｍｍ、内径４８ｍｍ、高さ６７ｍｍ）のグラウト材である。
【００３０】
（解析条件）
グラウト材とベースプレート間は、引張には抵抗せず圧縮のみに抵抗する接触条件を設定する。同様な接触条件を、グラウト材、アンカーボルト間およびグラウト材、ナット間にも設定する。なお、接触箇所での摩擦は考慮しない。
そして、アンカーボルト1本あたりの設計水平荷重２５０ｋＮをベースプレートに載荷しているから、解析モデル（２分の１モデル）については、１２５ｋＮの載荷になる。
このとき、アンカーボルト下端部を固定とし、一方、グラウト材の端面はスライド可能にし、アンカーボルトの軸力は考慮しない。
モデル規模（ソリッド要素（テトラ２次））は、本発明固定構造が、要素数５５４８３、節点数８９７７４であるのに対し、比較固定構造は要素数６１７８２、節点数９８５９８である。
また、アンカーボルト、ナット、およびベースプレートのヤング率は「２．１×１０Ｅ５（Ｎ／ｍｍ2）」、ポアソン比は「０．３」とし、グラウト材のヤング率は「２．１×１０Ｅ４（Ｎ／ｍｍ２）」、ポアソン比は「０．１９」とした。解析計算には「Solidworks simulation 2009 Sp3.0 （Dassault Systemes社製）」を使用した。
【００３１】
（解析結果）
（ｉ）水平方向の載荷によってアンカーボルトが略片持ち梁（カンチレバー）的な変形をすることから、グラウト材の上端面（上ナットに当接している）は上下方向（アンカーボルトの軸方向に同じ）に変位し、その変位量は、本発明固定構造では「０．０３６ｍｍ」と僅かであるのに対し、比較固定構造では「０．０５８ｍｍ」になっている。
また、グラウト材の下端面の上下方向（アンカーボルトの軸方向に同じ）の変位は、本発明固定構造では下ナットによって拘束されているから略「０．００ｍｍ」と変位を無視することができる。一方、比較固定構造では、アンカーボルト１０と基礎コンクリート９０との間に隙間が生じることから、グラウト材７０が基礎コンクリート９０に侵入する方向に、その下端面が「０．０７ｍｍ」変位している。
【００３２】
すなわち、本発明固定構造では、注入されて固化したグラウト材７０の両端面が下ナット４０ａおよび上ナット４０ｂによって拘束され、密閉状態にあることから、グラウト材７０のそれぞれの端面における変位が小さくなっている。すなわち、グラウト材７０の崩壊が抑えられるから、アンカーボルト１０とベースプレート２０との固定が、弱くなることなく継続することになる。
一方、比較固定構造では、グラウト材６０の両端面における変位が大きく、また、下端面が基礎コンクリート９０に侵入するように変位している。したがって、グラウト材７０は崩壊するおそれがあるから、アンカーボルト１０とベースプレート２０との固定が、弱くなるおそれが生じる。
【００３３】
（アンカーボルトの永久伸び変形）
図５〜図８は本発明の実施の形態１に係る柱脚部の固定構造の効果を模式的に説明する側面図であって、それぞれ（ａ）は実施の形態１に係る柱脚部の固定構造、それぞれ（ｂ）は比較のための下ナットを具備しない柱脚部の固定構造である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
【００３４】
図５の（ａ）に示す実施の形態１に係る柱脚部の固定構造（以下、「本発明固定構造」と称す）１、および図５の（ｂ）に示す下ナットを具備しない柱脚部の固定構造（以下、「比較固定構造」と称す）２において、鉄骨柱３０に図中、時計回りの曲げモーメントが作用した場合、ベースプレート２０は図中、下面２０ａの右側縁を支点にして、下面２０ａの左側縁が浮き上がるように回転する。
そうすると、左側に配置されたアンカーボルト１０Ｌには上ナット４０ｂを経由して引っ張り力が作用する。このとき、かかる引っ張り力が大きいとき、アンカーボルト１０Ｌは降伏して永久伸び変形が生じる。
【００３５】
次に、図６の（ａ）および（ｂ）において、図５の（ａ）および（ｂ）において作用した曲げモーメントとは反対方向の曲げモーメントが作用したとすると、ベースプレート２０は図中、下面２０ａの右側縁を支点にして、下面２０ａの左側縁がベースプレート２０に近づくように回転する。
そうすると、図６の（ａ）に示す本発明固定構造１では、左側に配置されたアンカーボルト１０Ｌには下ナット４０ａを経由して圧縮力が作用する。このとき、かかる圧縮が大きいとき、アンカーボルト１０Ｌは降伏して、先に生じた永久伸び変形を打ち消すように永久変形する。
一方、図６の（ｂ）に示す比較固定構造２では、左側に配置されたアンカーボルト１０Ｌには下ナット４０ａが設置されていないから、アンカーボルト１０Ｌに圧縮力が作用することがない。そうすると、ベースプレート２０の上面２０ｂから上ナット４０ｂが離れることになる。
【００３６】
さらに、図７の（ａ）および（ｂ）において、 図５の（ａ）および（ｂ）とは反対の方向に曲げモーメント（図６の（ａ）および（ｂ）において作用した曲げモーメントとよりも大きな曲げモーメント）が作用したとすると、今度は、ベースプレート２０は図中、下面２０ａの左側縁を支点にして、下面２０ａの右側縁がベースプレート２０が浮き上がるように回転する。
そうすると、図７の（ａ）に示す本発明固定構造１および図７の（ｂ）に示す比較固定構造２では、左側に配置されたアンカーボルト１０Ｌには下ナット４０ａを経由して圧縮力が作用する。このとき、かかる圧縮が大きいとき、アンカーボルト１０Ｒは降伏して永久伸び変形が生じる。
【００３７】
さらに、図８の（ａ）および（ｂ）において、図７の（ａ）および（ｂ）に作用していた曲げモーメントが無くなると、ベースプレート２０は図中、下面２０ａの左側縁を支点にして、下面２０ａの右側縁がベースプレート２０に近づくように回転する。
そうすると、図８の（ａ）に示す本発明固定構造１では、右側に配置されたアンカーボルト１０Ｒには下ナット４０ａを経由して圧縮力が作用する。このとき、かかる圧縮が大きいとき、アンカーボルト１０Ｒは降伏して、先に生じた永久伸び変形を打ち消すように永久変形する。
一方、図８の（ｂ）に示す比較固定構造２では、右側に配置されたアンカーボルト１０Ｒには下ナット４０ａが設置されていないから、アンカーボルト１０Ｒに圧縮力が作用することがない。そうすると、ベースプレート２０の上面２０ｂから上ナット４０ｂが離れることになる。
【００３８】
以上のように、鉄骨柱３０に方向が相違する曲げモーメントが作用して、アンカーボルト１０が降伏した場合でも、本発明固定構造１ではベースプレート２０が下ナット４０ａと上ナット４０ｂとによって挾持され続けるから、注入された固化したグラウト材７０はグラウト材注入空間に密閉された状態に維持される。
一方、比較固定構造２ではベースプレート２０から上ナット４０ｂが離れるから、注入されて固化したグラウト材７０が、アンカーボルト１０の方により堅固に固着した場合には、かかるグラウト材７０はアンカーボルト貫通孔２１から剥離して、一部がアンカーボルト貫通孔２１の外部に抜け出すことになる。
【００３９】
あるいは、グラウト材７０がアンカーボルト１０とアンカーボルト貫通孔２１の両方に堅固に固着した場合には、かかるグラウト材７０は崩壊して、アンカーボルト貫通孔２１から脱落することになる。
よって、特に、アンカーボルト１０が降伏するような場合には、本発明固定構造１ではアンカーボルト１０とベースプレート２０と固定が堅固に維持されるのに対し、比較固定構造２ではアンカーボルト１０とベースプレート２０と固定が維持されないことが如実に示されるから、前者の顕著の効果が鮮明になる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は以上であって、アンカーボルトとベースプレートと固定が堅固に維持されるから、ベースプレートのアンカーボルト貫通孔とアンカーボルトとの間にグラウト材を注入する各種形態の鉄骨柱脚部の固定構造として広く利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１ アンカーボルトの固定構造
２ 比較固定構造
１０ アンカーボルト
１１ 外周
１２ 雄ネジ部
２０ ベースプレート
２０ａ 下面
２０ｂ 上面
２０ｃ 外周
２１ アンカーボルト貫通孔
２２ 立上部
２３ 中央傾面
２４ 中央底面
２５ 傾斜面
２５ａ 緩斜面
２５ｂ 急斜面
２６ 突起
２７ 注入用凹溝
２８ 座
２９ 角部傾斜面
３０ 鉄骨柱
３０ａ 下端
４０ａ 下ナット
４０ｂ 上ナット
５０ｂ 上座金
６０ グラウト材注入空間
７０ グラウト材
９０ 基礎コンクリート
９１ 据え込みモルタル
９２ 充填モルタル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、
該アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、
該ベースプレートに下端が固定された鉄骨柱と、
前記アンカーボルト貫通孔を貫通した状態の前記アンカーボルトに螺合して、前記ベースプレートを挾持する上ナットおよび下ナットと、
前記アンカーボルト貫通孔の内周と、前記アンカーボルトの外周の一部と、前記上ナットおよび下ナットと、によって形成された空間に注入されたグラウト材と、
を有することを特徴とする鉄骨柱脚部の固定構造。
【請求項２】
基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、
該アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、
該ベースプレートに下端が固定された鉄骨柱と、
前記アンカーボルト貫通孔を貫通した状態の前記アンカーボルトに螺合して、前記ベースプレートを挾持する上ナットおよび下ナットと、
前記アンカーボルトが貫通し、前記ベースプレートの上面と前記上ナットとの間に配置された上座金と、
前記アンカーボルト貫通孔の内周と、前記アンカーボルトの外周の一部と、前記上座金の一部と、前記下ナットの一部と、によって形成された空間に注入されたグラウト材と、
を有することを特徴とする鉄骨柱脚部の固定構造。
【請求項３】
前記ベースプレートの上面に、前記空間に前記グラウト材を注入するための注入用凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の鉄骨柱脚部の固定構造。
【請求項４】
前記ベースプレートの上面に、前記空間に注入されたグラウト材が溢れ出すための排出用凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の鉄骨柱脚部の固定構造。
【請求項５】
前記鉄骨柱に横方向の荷重が作用した際、前記鉄骨柱に先行して前記アンカーボルトが降伏することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の鉄骨柱脚部の固定構造。
【請求項１】
基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、
該アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、
該ベースプレートに下端が固定された鉄骨柱と、
前記アンカーボルト貫通孔を貫通した状態の前記アンカーボルトに螺合して、前記ベースプレートを挾持する上ナットおよび下ナットと、
前記アンカーボルト貫通孔の内周と、前記アンカーボルトの外周の一部と、前記上ナットおよび下ナットと、によって形成された空間に注入されたグラウト材と、
を有することを特徴とする鉄骨柱脚部の固定構造。
【請求項２】
基礎コンクリートに固定されたアンカーボルトと、
該アンカーボルトが貫通するアンカーボルト貫通孔が形成されたベースプレートと、
該ベースプレートに下端が固定された鉄骨柱と、
前記アンカーボルト貫通孔を貫通した状態の前記アンカーボルトに螺合して、前記ベースプレートを挾持する上ナットおよび下ナットと、
前記アンカーボルトが貫通し、前記ベースプレートの上面と前記上ナットとの間に配置された上座金と、
前記アンカーボルト貫通孔の内周と、前記アンカーボルトの外周の一部と、前記上座金の一部と、前記下ナットの一部と、によって形成された空間に注入されたグラウト材と、
を有することを特徴とする鉄骨柱脚部の固定構造。
【請求項３】
前記ベースプレートの上面に、前記空間に前記グラウト材を注入するための注入用凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の鉄骨柱脚部の固定構造。
【請求項４】
前記ベースプレートの上面に、前記空間に注入されたグラウト材が溢れ出すための排出用凹溝が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の鉄骨柱脚部の固定構造。
【請求項５】
前記鉄骨柱に横方向の荷重が作用した際、前記鉄骨柱に先行して前記アンカーボルトが降伏することを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の鉄骨柱脚部の固定構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１２４０２（Ｐ２０１１−１２４０２Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５５２８７（Ｐ２００９−１５５２８７）
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（０００２３１８５５）日本鋳造株式会社 (19)
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（０００２３１８５５）日本鋳造株式会社 (19)
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