特開 2024-70559 柱基礎構造の設計方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024070559

(43)【公開日】2024-05-23

(54)【発明の名称】柱基礎構造の設計方法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/24 20060101AFI20240516BHJP

   E04B 1/30 20060101ALI20240516BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

E04B1/24 R

E04B1/30 H

E04B1/58 511Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022181129

(22)【出願日】2022-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】榎本 浩之

(72)【発明者】

【氏名】徳山 純一郎

(72)【発明者】

【氏名】山口 陽司

【テーマコード（参考）】

2E125

【Ｆターム（参考）】

2E125AA04

2E125AA46

2E125AB12

2E125AC04

2E125AC07

2E125AC15

2E125AC16

2E125AG03

2E125AG04

2E125AG43

2E125BA32

(57)【要約】

【課題】施工性の良い非埋込み型の柱脚構造を採用しつつ、柱脚部において鉄筋コンクリート部分で力を負担し易い新規な柱基礎構造の設計方法を提供すること。
【解決手段】本開示に係る柱基礎構造は、鉄筋コンクリート造の基礎と、前記基礎の上に設置される鉄骨鉄筋コンクリート造の柱と、を有し、前記柱は、外周面にスタッドが設けられた鉄骨柱と、前記基礎の上に設置され、前記鉄骨柱を支持する支持材と、前記鉄骨柱及び前記支持材を被覆する鉄筋コンクリートと、を有する。本開示に係る柱基礎構造の設計方法は、前記鉄骨柱から前記鉄筋コンクリートに伝達する力を決定する力決定ステップと、前記力に応じて、前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に前記スタッドを配置するスタッド配置ステップとを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄筋コンクリート造の基礎と、
前記基礎の上に設置される鉄骨鉄筋コンクリート造の柱と、
を有する柱基礎構造の設計方法であって、
前記柱は、
外周面にスタッドが設けられた鉄骨柱と、
前記基礎の上に設置され、前記鉄骨柱を支持する支持材と、
前記鉄骨柱及び前記支持材を被覆する鉄筋コンクリートと
を有しており、
前記鉄骨柱から前記鉄筋コンクリートに伝達する力を決定する力決定ステップと、
前記力に応じて、前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に前記スタッドを配置するスタッド配置ステップと
を有する柱基礎構造の設計方法。

【請求項2】

請求項１に記載の柱基礎構造の設計方法であって、
前記力を前記鉄骨柱から前記鉄筋コンクリートに伝達するのに必要とされる前記スタッドの必要本数が算出され、
前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に、前記必要本数の前記スタッドが配置される
ことを特徴とする柱基礎構造の設計方法。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の柱基礎構造の設計方法であって、
前記鉄骨柱の下端の位置を設定する位置設定ステップと、
前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に、前記力に応じた前記スタッドを配置できない場合に、前記下端の位置を再設定する再設定ステップと、
を有する柱基礎構造の設計方法。

【請求項4】

請求項３に記載の柱基礎構造の設計方法であって、
前記力を前記鉄骨柱から前記鉄筋コンクリートに伝達するのに必要とされる前記スタッドの必要本数が算出され、
前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に、前記必要本数の前記スタッドを配置できない場合に、前記再設定ステップが行われる
ことを特徴とする柱基礎構造の設計方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、柱基礎構造の設計方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１～３には、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱脚構造が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０６－１６７０７４号公報

【特許文献2】特開２００１－０４０７６８号公報

【特許文献3】特開２００３－１８４１７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１には、鉄筋コンクリート部分で負担するせん断耐力を大きく確保するために、柱脚部（ベースプレートの近傍）の鉄筋コンクリートの外形寸法を大きくすることが記載されている。但し、この構造では、柱脚部の鉄筋コンクリートの外形が大きくなってしまう。
特許文献２，３では、埋込み型柱脚構造と比べて施工性の良い非埋込み型柱脚構造を採用することが記載されている。但し、特許文献２，３記載の構造では、鉄骨柱が柱脚部まで延びているため、柱脚部において鉄骨柱の外側の鉄筋コンクリート部分で力（曲げモーメント等）を負担することが難しい。

【0005】

本発明は、施工性の良い非埋込み型の柱脚構造を採用しつつ、柱脚部において鉄筋コンクリート部分で力を負担し易い新規な柱基礎構造の設計方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

かかる目的を達成するための本発明は、鉄筋コンクリート造の基礎と、前記基礎の上に設置される鉄骨鉄筋コンクリート造の柱と、を有する柱基礎構造の設計方法であって、前記柱は、外周面にスタッドが設けられた鉄骨柱と、前記基礎の上に設置され、前記鉄骨柱を支持する支持材と、前記鉄骨柱及び前記支持材を被覆する鉄筋コンクリートとを有しており、前記鉄骨柱から前記鉄筋コンクリートに伝達する力を決定する力決定ステップと、前記力に応じて、前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に前記スタッドを配置するスタッド配置ステップとを有する柱基礎構造の設計方法である。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、非埋込み型の柱脚構造を採用しつつ、柱脚部において鉄筋コンクリート部分で力を負担し易くした柱基礎構造を設計できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、本実施形態の柱基礎構造１の説明図である。

【図2】図２は、点線内の鉄筋を不図示とした説明図である。

【図3】図３Ａは、図１のＡ－Ａ断面図であり、ＳＲＣ構造部７２の断面図である。図３Ｂは、図１のＢ－Ｂ断面図であり、ＲＣ構造部７１の断面図である。

【図4】図４は、変形例の補強材６２の説明図である。

【図5】図５は、本実施形態の柱基礎構造１における曲げモーメント分布図である。

【図6】図６は、本実施形態の柱基礎構造１の施工方法のフロー図である。

【図7】図７Ａ及び図７Ｂは、補強材６２の設置の様子の説明図である。

【図8】図８は、本実施形態の柱基礎構造１の設計方法のフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

後述する明細書及び図面の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

【0010】

態様１の柱基礎構造の設計方法は、鉄筋コンクリート造の基礎と、前記基礎の上に設置される鉄骨鉄筋コンクリート造の柱と、を有する柱基礎構造の設計方法であって、前記柱は、外周面にスタッドが設けられた鉄骨柱と、前記基礎の上に設置され、前記鉄骨柱を支持する支持材と、前記鉄骨柱及び前記支持材を被覆する鉄筋コンクリートとを有しており、前記鉄骨柱から前記鉄筋コンクリートに伝達する力を決定する力決定ステップと、前記力に応じて、前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に前記スタッドを配置するスタッド配置ステップとを有する柱基礎構造の設計方法である。このような柱基礎構造の設計方法によれば、非埋込み型の柱脚構造を採用しつつ、柱脚部において鉄筋コンクリートで力を負担し易くするように、柱基礎構造のスタッドを設計できる。

【0011】

態様２の柱基礎構造は、態様１の柱基礎構造の設計方法であって、前記力を前記鉄骨柱から前記鉄筋コンクリートに伝達するのに必要とされる前記スタッドの必要本数が算出され、前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に、前記必要本数の前記スタッドが配置される。これにより、柱脚部において鉄筋コンクリートで力を負担し易くするように柱基礎構造のスタッドを設計できる。

【0012】

態様３の柱基礎構造は、態様１又は２の柱基礎構造の設計方法であって、前記鉄骨柱の下端の位置を設定する位置設定ステップと、前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に、前記力に応じた前記スタッドを配置できない場合に、前記下端の位置を再設定する再設定ステップと、を有する柱基礎構造の設計方法である。これにより、柱脚部において鉄筋コンクリートで力を負担し易くするように柱基礎構造の鉄骨柱を設計できる。

【0013】

態様４の柱基礎構造は、態様３の柱基礎構造の設計方法であって、前記力を前記鉄骨柱から前記鉄筋コンクリートに伝達するのに必要とされる前記スタッドの必要本数が算出され、前記鉄筋コンクリートに被覆される前記鉄骨柱の前記外周面に、前記必要本数の前記スタッドを配置できない場合に、前記再設定ステップが行われる。これにより、柱脚部において鉄筋コンクリートで力を負担し易くするように柱基礎構造の鉄骨柱を設計できる。

【0014】

＝＝＝実施形態＝＝＝
＜構成＞
図１は、本実施形態の柱基礎構造１の説明図である。図２は、図１の鉄筋コンクリート５０を不図示とした説明図である。図３Ａは、図１のＡ－Ａ断面図であり、ＳＲＣ構造部７２の断面図である。図３Ｂは、図１のＢ－Ｂ断面図であり、ＲＣ構造部７１の断面図である。

【0015】

柱基礎構造１は、基礎１０と、柱３０とを有する構造体である。本実施形態の柱基礎構造１は、例えば、地下階の無い中高層の建築物に適用される。なお、低層建築物であれば露出型の柱脚構造を採用することができるが、本実施形態の柱基礎構造１は、露出型の柱脚構造を採用することが困難な比較的高層の建築物に適用されることが想定されている。但し、本実施形態の柱基礎構造１は、低層の建築物に適用されても良いし、地下階を有する建築物に適用されても良い。

【0016】

基礎１０は、鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）により構成されている。図中に示すように、基礎１０は、梁主筋１２と梁補強筋１３とで構成される鉄筋コンクリート造の基礎梁１１を有する。基礎１０（基礎梁１１）には、梁主筋１２と梁補強筋１３とが基礎コンクリートに埋設されているともに、アンカーボルト１５が設置されている。アンカーボルト１５の下端は基礎１０に埋設されるとともに、上端は基礎１０の上面より上側に突出している。アンカーボルト１５の上端には、ナットが取り付けられており、上下からナットを締結することによってベースプレート２１が固定される。基礎１０とベースプレート２１との間には無収縮性グラウト材２２（充填材）が充填されている。

【0017】

柱３０は、鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）により構成されている。本実施形態の柱３０は、基礎１０よりも上に設置される。つまり、本実施形態では、非埋め込み型の柱脚構造が採用されている。鉄骨鉄筋コンクリート造の柱３０が基礎１０よりも上に設置されることによって、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱３０が基礎１０に埋め込まれた埋込み型の構造と比べて、施工性を向上させることができる。

【0018】

鉄骨鉄筋コンクリート造の柱３０は、鉄骨柱３１と、支持材４１と、鉄筋コンクリート５０とを有する。また、柱３０は、下から順に、ＲＣ構造部７１と、ＳＲＣ構造部７２と、Ｓ構造部７３とを有する。ＲＣ構造部７１は、支持材４１と、支持材４１を被覆する鉄筋コンクリート５０とにより構成された鉄筋コンクリート造の構造部である。ＳＲＣ構造部７２は、鉄骨柱３１と、鉄骨柱３１を被覆する鉄筋コンクリート５０とにより構成された鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の構造部である。Ｓ構造部７３は、主に鉄骨柱３１により構成された鉄骨造の構造部である。

【0019】

鉄骨柱３１は、柱３０を構成するための柱材である。鉄骨柱３１は、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱３０（ＳＲＣ構造部７２）を構成する柱材である。ここでは、鉄骨柱３１の下部が鉄骨鉄筋コンクリート造の柱３０（ＳＲＣ構造部７２）を構成する。図中の鉄骨柱３１の下部は、コンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ造：Concrete Filled Steel Tube）で構成されており、鋼管にコンクリートを充填した構造である。鉄骨柱３１のうち、コンクリートで充填された部位（鉄骨柱３１の下部）がＣＦＴ構造部３１Ａとなる。ここでは、鉄骨柱３１のうち、鉄筋コンクリート５０で被覆される部位がＣＦＴ構造部３１Ａとなる。つまり、鉄骨柱３１のＣＦＴ構造部３１Ａの上端は、鉄筋コンクリート５０の上端とほぼ同じ高さである。但し、鉄骨柱３１のＣＦＴ構造部３１Ａの上端が鉄筋コンクリート５０の上端よりも上に位置していても良い。ＣＦＴ造の鉄骨柱３１を構成する鋼管（管状部材）は、ここでは角形であるが、円形でも良い。なお、鉄骨柱３１は、ＣＦＴ造でなくても良い。また、鉄骨柱３１は、鋼管（管状部材）で無くても良く、例えばウェブとフランジで形成された鉄骨により構成されても良い。

【0020】

鉄骨柱３１の下端は、基礎１０の上面よりも上に位置している。つまり、本実施形態では、鉄骨柱３１は、基礎１０よりも上に設置される。このため、鉄骨柱３１を基礎１０に埋め込む埋込み型の柱脚構造と比べて、施工が容易になる。

【0021】

鉄骨柱３１の下端には、中間プレート６１が固定されている。なお、鉄骨柱３１の下端と中間プレート６１の上面は溶接によって接合されている。中間プレート６１については後述する。

【0022】

図１及び図２に示すように、鉄骨柱３１の上端３１Ｂ（継ぎ目；ジョイント部分）は、２階の梁９０よりも上側に配置されており、鉄骨柱３１の上端３１Ｂから鋼管内にコンクリートを充填することが可能である。鉄骨柱３１の上端３１Ｂの位置は、これに限られるものではない。鉄骨柱３１のＣＦＴ構造部３１Ａの上端（鉄筋コンクリート５０の上端）と鉄骨柱３１の上端３１Ｂとの間には、柱梁接合部３１１が設けられている。柱梁接合部３１１において、２階の梁９０が鉄骨柱３１に接合される。

【0023】

鉄骨柱３１の外周面には、スタッド３２が設けられている。スタッド３２は、鉄骨柱３１の外周面のうち、鉄筋コンクリート５０で被覆される部位に設けられる。つまり、スタッド３２は、鉄骨柱３１のうちの下部に設けられる。ここでは、スタッド３２は、鉄骨柱３１のうちのＣＦＴ構造部３１Ａに設けられる。スタッド３２は、鉄骨柱３１の外周面から外側に突出している。言い換えると、スタッド３２は、鉄骨柱３１の外周面から鉄筋コンクリート５０の側に突出している。
スタッド３２は、鉄骨柱３１と鉄筋コンクリート５０との一体性を高める部材である。スタッド３２が鉄骨柱３１の外周に設けられることによって、鉄骨柱３１で負担する力（せん断力や曲げモーメント）をスタッド３２を介して鉄筋コンクリート５０に伝達でき、この結果、柱脚部において主に鉄筋コンクリート５０に力を負担させることができる。スタッド３２の配置については、後述する。

【0024】

支持材４１は、基礎１０の上に設置され、鉄骨柱３１を支持する部材である。ここでは、支持材４１は、Ｈ形鋼で構成されている。鉄骨鉄筋コンクリート造の柱３０の完成後の段階では、柱３０にかかる力を支持材４１（ここではＨ形鋼）が負担することは想定されていない。このため、支持材４１は、鉄筋コンクリート５０の打設前（仮組のとき）に地震などによって鉄骨柱３１が崩れない程度の強度で鉄骨柱３１を支持できれば良い。つまり、支持材４１は、仮設のための部材である。したがって、支持材４１は、Ｈ形鋼でなくても良く、例えばアングルのような耐力の弱い部材で構成することも可能である。但し、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱３０の完成後の段階においても、支持材４１が柱３０にかかる力の一部を負担して、支持材４１がＨ型柱として機能しても良い。支持材４１の下端は、ベースプレート２１に固定されている。なお、支持材４１の下端とベースプレート２１の上面は溶接によって接合されている。支持材４１の上端には、中間プレート６１が固定されている。なお、支持材４１の上端と中間プレート６１の下面は溶接によって接合されている。支持材４１が中間プレート６１を介さずに鉄骨柱３１を支持しても良い。

【0025】

支持材４１の断面積は、鉄骨柱３１の断面積よりも小さい。これにより、支持材４１を被覆する鉄筋コンクリート５０（ＲＣ構造部７１における鉄筋コンクリート５０）の断面積が、鉄骨柱３１を被覆する鉄筋コンクリート５０（ＳＲＣ構造部７２における鉄筋コンクリート５０）の断面積よりも大きくなり、柱脚部において鉄筋コンクリート５０に力を負担させ易い構造になる。なお、既に説明した通り、本実施形態の柱基礎構造１は、鉄骨柱３１で負担する力をスタッド３２を介して鉄筋コンクリート５０に伝達することによって、柱脚部において鉄筋コンクリート５０に力を負担させ、柱３０にかかる力（せん断力や曲げモーメント）を支持材４１に負担させない構成であるため、支持材４１の断面積を小さく設定することが可能な構造である。本実施形態では、支持材４１の断面積が鉄骨柱３１の断面積よりも小さいため、柱３０を構成する資材のコストを低減させることも可能である。

【0026】

鉄筋コンクリート５０は、鉄骨柱３１と支持材４１とを被覆する。鉄筋コンクリート５０は、根巻き型の柱脚部の根巻きコンクリートを構成する。鉄筋コンクリート５０には、柱主筋５２と柱補強筋５３（帯筋）とが埋設されている。鉄筋コンクリート５０のうち、支持材４１を被覆する部位がＲＣ構造部７１となり、鉄骨柱３１を被覆する部位がＳＲＣ構造部７２となる。鉄筋コンクリート５０の上端は、２階の梁９０の下端よりも下側である。ＲＣ構造部７１における鉄筋コンクリート５０の外形と、ＳＲＣ構造部７２における鉄筋コンクリート５０の外形は、ほぼ同じである。これにより、鉄筋コンクリート５０をストレート状に構成することができ、ＲＣ構造部７１とＳＲＣ構造部７２との間に段差を無くすことできるため、柱３０の意匠性を向上させることができる。

【0027】

中間プレート６１は、鉄骨柱３１と支持材４１とを連結する板状の部材である。ここでは、中間プレート６１は鋼板で構成されている。なお、柱３０のうち、中間プレート６１から下の部位がＲＣ構造部７１となり、中間プレート６１から上側の部位がＳＲＣ構造部７２になる。中間プレート６１は、基礎１０の上面よりも上側に設置されることになる。ここでは、中間プレート６１は、基礎１０と梁９０との間に配置されている。中間プレート６１が設置される高さについては、後述する。

【0028】

中間プレート６１を設けずに鉄骨柱３１と支持材４１とを直接連結することによって、支持材４１が中間プレート６１を介さずに鉄骨柱３１を支持しても良い。但し、中間プレート６１を介在させることによって、断面形状の異なる鉄骨柱３１と支持材４１とを連結することが容易になり、支持材４１で鉄骨柱３１を支持し易い構造になる。また、鋼管で構成された鉄骨柱３１と中間プレート６１とを連結することによって、鉄骨柱３１と中間プレート６１とで囲まれた空間にコンクリートを充填することが可能になる。

【0029】

中間プレート６１の変形を抑制するため、補強材６２が設けられている。補強材６２は、板状の部材であり、上下方向に平行に配置されている。補強材６２は、鋼管で構成された鉄骨柱３１の内側に配置されており、鉄骨柱３１と中間プレート６１とで囲まれた空間（コンクリートが充填される空間）の底部に配置されている。補強材６２は、中間プレート６１の上面に配置されており、板状の補強材６２の下縁によって、中間プレート６１の中央部が支持材４１からの力によって上側に凸になるように変形することを抑制する。

【0030】

図３Ａには、補強材６２が設けられた部位におけるＳＲＣ構造部７２の断面図が示されている。板状の補強材６２は、中間プレート６１を挟んで支持材４１のウェブ及びフランジの少なくとも一方の上側に配置されている。ここでは、図３Ａに示すように補強材６２は支持材４１のウェブに沿って配置されており、中間プレート６１を挟んで支持材４１のウェブの上側に配置されている。これにより、中間プレート６１の変形を抑制する効果を高めることができる。

【0031】

補強材６２の配置は、図３Ａに示す配置に限られるものではない。図４は、変形例の補強材６２の説明図である。図４に示すように、十字状に板状の補強材６２が配置されても良い。なお、図４に示す配置においても、板状の補強材６２は、Ｈ形鋼で構成された支持材４１のウェブに沿って配置されている。これにより、中間プレート６１の変形を抑制する効果を高めることができる。
なお、補強材６２は、支持材４１のウェブの上側に配置されていなくても良い。例えば、２枚の平行な補強材６２が、Ｈ形鋼で構成された支持材４１の一対のフランジの上側にそれぞれ配置されていても良い。但し、補強材６２は、中間プレート６１の中央部が上側に凸になる変形を抑制するものであるため、中間プレート６１の中央部の上側に配置されることが望ましい。
補強材６２は、柱３０に設けられていなくても良い。但し、補強材６２を設けることによって、コンクリートの打設前に中間プレート６１が変形することを抑制することができる。

【0032】

図５は、本実施形態の柱基礎構造１における曲げモーメント分布図である。

【0033】

図中の太線で示す台形は、柱３０にかかる曲げモーメントの分布を示している。ここでは、柱脚部が剛比（部材の剛性の比率）の大きい鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）の基礎梁１１にあることにより、曲げモーメント分布図の反曲点の位置が２階の梁９０よりも上方となり、柱３０の曲げモーメント分布形状は、１階から２階にかかる台形分布となっている。

【0034】

図中の砂地ハッチングに示す三角形（逆三角形）は、ＳＲＣ構造部７２における鉄骨柱３１（鉄骨柱３１のうちの鉄筋コンクリート５０で被覆される部位；ここではＣＦＴ構造部３１Ａ）の負担分の曲げモーメントを示している。ＳＲＣ構造部７２の上端では、柱３０にかかる曲げモーメントを鉄骨柱３１が全て負担する。ＳＲＣ構造部７２の鉄骨柱３１が負担する曲げモーメントは、下側ほど減少する。つまり、ＳＲＣ構造部７２では、下側ほど、鉄骨柱３１が負担する曲げモーメントが減少し、鉄筋コンクリート５０が負担する曲げモーメントが増加する。言い換えると、ＳＲＣ構造部７２では、下側ほど、柱３０が負担する力に対する鉄骨柱３１の負担する力の割合が減少する。本実施形態では、鉄骨柱３１の下端では、鉄骨柱３１が負担する力がほぼゼロになり、柱３０にかかる曲げモーメントを鉄筋コンクリート５０が全て負担する。このため、本実施形態では、支持材４１は、柱３０にかかる力を負担しない構造となる。したがって、支持材４１は、鉄筋コンクリート５０の打設前（仮組のとき）に地震などによって鉄骨柱３１が崩れない程度の強度で鉄骨柱３１を支持できれば良く、仮設部材とすることができる。

【0035】

ところで、ＳＲＣ構造部７２の下側ほど、鉄骨柱３１が負担する力が減少し、鉄筋コンクリート５０が負担する力が増加するということは、鉄骨柱３１で負担する力（ＳＲＣ構造部７２の上端で鉄骨柱３１が負担する力）が鉄筋コンクリート５０に伝達されていることを意味する。鉄骨柱３１で負担する力はスタッド３２を介して鉄筋コンクリート５０に伝達されるため、図中の砂地ハッチングに示す三角形の斜辺の傾きは、スタッド３２の数や密度によって決まることになる（それぞれのスタッド３２の軸部にかかるせん断力を通じて、ＳＲＣ構造部７２の鉄骨柱３１にかかる力が、鉄筋コンクリート５０に伝達されることになる）。スタッド３２の数が少なくなり、若しくはスタッド３２の密度が低くなると、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達できる力が小さくなるため、図中の三角形の斜辺の傾きが緩やかになる。すなわち、スタッド３２の数が少なくなり、若しくはスタッド３２の密度が低くなる状況下において、鉄骨柱３１の下端で鉄骨柱３１の負担する力をゼロにするためには（柱３０にかかる力を鉄筋コンクリート５０で全て負担するためには）、ＳＲＣ構造部７２を長くして、鉄骨柱３１の下端の位置を下げる必要が生じる。このように、本実施形態では、鉄骨柱３１の下端で鉄骨柱３１が負担する力がゼロになるように、鉄骨柱３１にスタッド３２の配置を設計したり、ＳＲＣ構造部７２の長さを設計したりする必要がある。このスタッド３２の配置等の設計方法については後述する。

【0036】

＜施工方法＞
図６は、本実施形態の柱基礎構造１の施工方法のフロー図である。

【0037】

まず、基礎１０の構築が行われる（Ｓ００１；基礎構築ステップ）。本実施形態の基礎１０は鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）であるため、Ｓ００１では、梁主筋１２や梁補強筋１３の配筋、型枠の設置及びコンクリートの打設などが行われる。また、Ｓ００１では、アンカーボルト１５も設置される。また、Ｓ００１では、柱主筋５２等も設置されても良い。基礎１０が完成すると、基礎１０の上面にフラットな面が形成され、車両や資材の搬入・設置が容易になる。

【0038】

次に、支持材４１が基礎１０の上に設置される（Ｓ００２；支持材設置ステップ）。支持材４１の下端には予めベースプレート２１が固定されており、ナットを締結することによってアンカーボルト１５にベースプレート２１が固定され、基礎１０とベースプレート２１との間に無収縮性グラウト材２２が充填される。なお、支持材４１の上端に予め中間プレート６１も固定されていても良い（更に、後述するように、中間プレート６１の上面に補強材６２が固定されていても良い）。

【0039】

次に、鉄骨部材の設置（建て方）が行われる（Ｓ００３）。このとき、中間プレート６１の上に鉄骨柱３１が配置され、中間プレート６１の上面と鉄骨柱３１の下端との間が溶接によって接合され、鉄骨柱３１が中間プレート６１を介して支持材４１に支持される（鉄骨柱支持ステップ）。なお、鉄骨柱３１の下端が中間プレート６１の上面に溶接されることによって、鉄骨柱３１の底部に、鉄骨柱３１と中間プレート６１とで囲まれた空間（後述するＳ００４でコンクリートが充填される空間）が形成されることになる。

【0040】

図７Ａ及び図７Ｂは、補強材６２の設置の様子の説明図である。

【0041】

図７Ａに示すように、補強材６２が中間プレート６１の上面に溶接されており、中間プレート６１の上の補強材６２が鉄骨柱３１（鋼管）の内側に配置されるように、鉄骨柱３１が中間プレート６１の上に配置され、中間プレート６１の上面と鉄骨柱３１の下端との間が溶接によって接合される。若しくは、図７Ｂに示すように、補強材６２が鉄骨柱３１（鋼管）の内側で鉄骨柱３１に予め溶接された状態で、鉄骨柱３１が中間プレート６１の上に配置され、中間プレート６１の上面と鉄骨柱３１の下端との間が溶接によって接合される。図７Ａの補強材６２の設置方法の場合、補強材６２は、中間プレート６１に直接固定されており、中間プレート６１の変形を抑制し易い構造となる。一方、図７Ｂの補強材６２の設置方法の場合、補強材６２は中間プレート６１に直接固定されないものの、補強材６２の下端が中間プレート６１の直上に配置されるため、板状の補強材６２の下縁によって、中間プレート６１の変形（上側に凸になるような変形）を抑制することができる。

【0042】

本実施形態では、鉄骨柱３１が基礎１０よりも上に位置している。このため、鉄骨柱３１を基礎１０に埋め込む埋込み型の構造と比べて、施工性を向上させることができる。なお、本実施形態では、鉄骨柱３１の下端が基礎１０よりも上に位置しているが、支持材４１によって基礎１０に対して鉄骨柱３１を支持することができるため、鉄骨柱３１を容易に設置することができる。また、鉄骨柱３１を含む鉄骨部材の組み立て作業（建て方作業）では、基礎１０のフラットな面に搬入したクレーンを用いて鉄骨建て方を行うことが可能である。このような理由からも、本実施形態では施工性を向上させることができる。

【0043】

鉄骨柱３１の下端が中間プレート６１の上面に溶接され、鉄骨柱３１が支持材４１に支持された後、鉄骨柱３１の内部にコンクリートが充填される（Ｓ００４；コンクリート充填ステップ）。鉄骨柱３１の内部にコンクリートを投入すると、鉄骨柱３１と中間プレート６１とで囲まれた空間の底部からコンクリートが充填されることになる。本実施形態では、少なくとも鉄筋コンクリート５０の上端となる高さまで、鉄骨柱３１の内部にコンクリートが充填される。鋼管で構成された鉄骨柱３１の内部にコンクリートが充填されることによって、鉄骨柱３１の下部がＣＦＴ構造部３１Ａ（Concrete Filled Steel Tube）となる。

【0044】

本実施形態では、鉄骨柱３１の上端３１Ｂ（継ぎ目；ジョイント部分；図１参照）から鉄骨柱３１の内部にコンクリートを充填することが可能である。また、コンクリートの充填前に鉄骨柱３１の上端３１Ｂと上の鉄骨柱３１との間が溶接される場合であっても、鉄骨柱３１にコンクリート充填用の穴を設ければ、鉄骨柱３１の内部にコンクリートを充填することが可能である。また、コンクリートの投入口（鉄骨柱３１の上端３１Ｂやコンクリート充填用の穴）からカメラを挿入することによって、鉄骨柱３１の底部をカメラで確認しながらコンクリートの充填の様子を観察しても良い。

【0045】

鉄骨柱３１にコンクリートが充填された後（言い換えると、鉄骨柱３１の下部にＣＦＴ構造部３１Ａが形成された後）、鉄骨柱３１及び支持材４１を被覆するように鉄筋コンクリート５０を打設する（Ｓ００５；コンクリート打設ステップ）。なお、鉄筋コンクリート５０の柱主筋５２や柱補強筋５３の配筋、型枠の設置などの作業はＳ００１～Ｓ００４の作業工程の間、若しくはＳ００４の作業後に行われる。鉄骨柱３１及び支持材４１を被覆するようにコンクリートを打設することによって、鉄筋コンクリート５０が形成され、これにより、本実施形態の柱基礎構造１が完成する。

【0046】

＜設計方法＞
図８は、本実施形態の柱基礎構造１の設計方法のフロー図である。なお、図中に示す各処理は、コンピューターのプロセッサーが設計プログラムを実行することにより実現される。また、以下の説明において、各種の設定（例えばＳＲＣ構造部７２の長さや、スタッドの径や間隔などの設定）は、設計プログラムを実行するコンピューターに設定値を入力することによって行われる。コンピューターへの設定値の入力は、入力装置（キーボードなど）によって行われても良いし、他の計算処理プログラムから受け渡されても良い。

【0047】

まず、ＳＲＣ構造部７２の長さが設定される（Ｓ１０１）。既に説明した通り、ＳＲＣ構造部７２は、鉄骨柱３１と鉄筋コンクリート５０とにより構成された鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の構造部である。Ｓ１０１において、ＳＲＣ構造部７２における鉄骨柱３１（鉄筋コンクリート５０に被覆される鉄骨柱３１）の各種寸法が設定され、鉄骨柱３１の下端の位置などが設定される（下端位置設定ステップ）。Ｓ１０１における設定では、鉄骨柱３１の下端の位置は、基礎１０の上端（上面）と２階の梁９０の下端との中間の位置（階高の半分の高さの位置）に設定される。なお、Ｓ１０１では、鉄骨柱３１を構成する鋼管の幅などの寸法の設定も行われても良い。Ｓ１０１において、スタッド３２が配置される鉄骨柱３１の外周面の寸法（上下方向及び水平方向の寸法）が規定されるとともに、当該外周面の面積が規定されることになる。

【0048】

次に、柱３０にかかる外力が決定される（Ｓ１０２）。例えば、柱基礎構造１を採用した建築物に対する構造計算が行われることによって、柱３０にかかる外力として、曲げモーメントやせん断力が決定される。ここでは、Ｓ１０２において、図５の太線の台形に示すように柱３０にかかる曲げモーメントが決定されるとともに、柱３０にかかるせん断力も決定される。また、Ｓ１０２では、図５の砂地ハッチングの三角形（逆三角形）に示すように、ＳＲＣ構造部７２における鉄骨柱３１（鉄筋コンクリート５０に被覆される鉄骨柱３１）が負担する力が決定される。既に説明した通り、ＳＲＣ構造部７２の上端では、柱３０にかかる力を鉄骨柱３１が全て負担しており、Ｓ１０２では、ＳＲＣ構造部７２の上端で柱３０（鉄骨柱３１）にかかる力が決定されることになる（例えば、Ｓ１０２において、図５の砂地ハッチングの逆三角形の上辺の長さが決定されることになる）。このＳ１０２の処理では、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達すべき力（曲げモーメントやせん断力）が決定されることになる（力決定ステップ）。

【0049】

次に、スタッド３２の径が設定される（Ｓ１０３）。スタッド３２の径が設定されることによって、スタッド１本当たりのせん断耐力（スタッド耐力）が設定されることになる。なお、日本建築学会・各種合成構造設計指針より、１本当たりのせん断耐力ｑ_ｓは次式の通りである。

【0050】

【数1】

【0051】

次の表に示すように、スタッド３２の径が設定されると、スタッド１本当たりのせん断耐力ｑ_ｓを決定することができる。

【0052】

【表1】

【0053】

次に、スタッド３２の本数が算出される（Ｓ１０４）。ここでは、Ｓ１０２で決定した外力と、Ｓ１０４で設定したスタッド１本当たりのせん断耐力（スタッド耐力）とに基づいて、必要とされるスタッド３２の本数（必要本数）が算出される。例えば、Ｓ１０２で決定したせん断力（単位：Ｎ）をＳ１０４で設定したスタッド耐力（単位：Ｎ／本）で除算することによって、スタッド３２の必要本数（単位：本）が算出される。このＳ１０４の処理では、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達すべき力（曲げモーメントやせん断力）を伝達するのに必要となるスタッド３２の本数（必要本数）が算出されることになる。

【0054】

次に、スタッド３２の間隔が設定される（Ｓ１０５）。ここでは、柱３０の軸方向（上下方向）におけるスタッド３２の間隔を「ピッチ」と呼び、ピッチに直交する方向（水平方向）におけるスタッド３２の間隔を「ゲージ」と呼ぶ。ピッチ及びゲージには、それぞれ制限がある。スタッド３２の径（軸径）をｄとしたとき、ピッチは、７．５×ｄ以上かつ６０ｃｍ以下に制限されている。また、ゲージは、５×ｄ以上に制限されている。このように制限された範囲内にピッチ及びゲージが収まるように、スタッド３２の間隔が設定されることになる。なお、Ｓ１０５において、鉄骨柱３１の外周面のスタッド３２の密度が規定されることになる。Ｓ１０５では、鉄骨柱３１の外周面でのスタッド３２の配置パターン（配置ルール）が設定されることになる。

【0055】

次に、ＳＲＣ構造部７２における鉄骨柱３１の外周面にスタッド３２を配置可能か否かが判断される（Ｓ１０６）。既に説明した通り、Ｓ１０１において、鉄骨柱３１のスタッド３２が設けられる外周面の寸法（上下方向及び水平方向の寸法）が設定されており、Ｓ１０４においてスタッド３２の必要本数が求められており、Ｓ１０５においてスタッド３２の間隔（密度）が設定されている。そして、Ｓ１０６の処理として、Ｓ１０１で設定した鉄骨柱３１の外周面に、Ｓ１０４で求めた必要本数のスタッド３２を、Ｓ１０５で設定した間隔で配置可能か否かが判断されることになる。言い換えると、Ｓ１０６の処理では、鉄骨柱３１の外周面に、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達すべき力（曲げモーメントやせん断力）を伝達するのに必要な本数のスタッド３２を配置可能か否かが判断されることになる。

【0056】

ＳＲＣ構造部７２における鉄骨柱３１の外周面にスタッド３２を配置できない場合（Ｓ１０６でＮＯ）、ＳＲＣ構造部７２の長さが再設定されることになる（Ｓ１０７；再設定ステップ）。具体的には、ＳＲＣ構造部７２における鉄骨柱３１の上下方向の寸法が長くなるように、つまり、鉄骨柱３１の下端の位置が下がるように、鉄骨柱３１の寸法が再設定される。なお、ＳＲＣ構造部７２における鉄骨柱３１の上下方向の寸法を長くし、鉄骨柱３１の下端の位置を下げることによって、鉄骨柱３１の外周面に配置可能なスタッド３２の本数を増加することができ、これにより、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達できる力を増加させることができる。そして、Ｓ１０６の判断がＹＥＳになるまで、Ｓ１０２～Ｓ１０７の処理が繰り返される。

【0057】

ＳＲＣ構造部７２における鉄骨柱３１の外周面にスタッド３２を配置可能である場合（Ｓ１０６でＹＥＳ）、各処理で設定した設定値が保存され（Ｓ１０８）、処理を終了する。これにより、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達すべき力に応じたスタッド３２の配置が決定されることになる（スタッド配置ステップ）。なお、Ｓ１０８で保存される設定値には、Ｓ１０１又はＳ１０７で設定された鉄骨柱３１の下端の位置や、スタッド３２の配置に関する設定値（Ｓ１０３で設定したスタッド３２の径や、Ｓ１０５で設定されたスタッド３２の間隔（ピッチ及びゲージ）など）が含まれる。

【0058】

ところで、既に説明した通り、本実施形態の柱基礎構造１は、ＳＲＣ構造部７２の上端で鉄骨柱３１が負担していた力をスタッド３２を介して鉄筋コンクリート５０に伝達させることによって、ＳＲＣ構造部７２の下側ほど、鉄骨柱３１が負担する力が減少し、鉄筋コンクリート５０が負担する力が増加する。このような柱基礎構造１について、上記の設計方法では、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達する力を決定し（Ｓ１０２；力決定ステップ）、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達する力に応じて、鉄筋コンクリート５０に被覆される鉄骨柱３１の外周面にスタッド３２を配置することを行う（スタッド配置ステップ）。これにより、ＳＲＣ構造部７２の上端で鉄骨柱３１が負担していた力をスタッド３２を介して鉄筋コンクリート５０に伝達させることができるように、柱基礎構造１のスタッド３２を設計することができる。つまり、上記の設計方法によれば、鉄骨柱３１の下端では鉄骨柱３１が負担する力がほぼゼロになり、柱３０にかかる力を鉄筋コンクリート５０が全て負担するように、柱基礎構造１のスタッド３２を設計することができる。

【0059】

また、上記の設計方法では、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達すべき力を伝達するのに必要とされるスタッド３２の必要本数が算出され（Ｓ１０４）、このように算出された必要本数のスタッド３２が鉄骨柱３１（鉄筋コンクリート５０に被覆される鉄骨柱３１）の外周面に配置されることになる。これにより、ＳＲＣ構造部７２の上端で鉄骨柱３１が負担していた力をスタッド３２を介して鉄筋コンクリート５０に伝達させることができるように、柱基礎構造１のスタッド３２を設計することができる。

【0060】

また、上記の設計方法では、鉄骨柱３１の下端の位置が設定されるとともに（Ｓ１０１；下端位置設定ステップ）、鉄筋コンクリート５０に被覆される鉄骨柱３１の外周面に、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達すべき力に応じたスタッド３２を配置できない場合に（Ｓ１０６でＮＯ）、鉄骨柱３１の下端の位置が再設定されることになる（Ｓ１０７；再設定ステップ）。これにより、ＳＲＣ構造部７２の上端で鉄骨柱３１が負担していた力をスタッド３２を介して鉄筋コンクリート５０に伝達させることができるように、柱基礎構造１の鉄骨柱３１を設計することができる。
なお、図８に示す設計方法では、柱基礎構造１のスタッド３２の設計とともに、鉄骨柱３１の設計が行われることになる。但し、ＳＲＣ構造部７２の長さが十分に確保されている状況であれば（必要本数のスタッド３２を配置できる程度に鉄骨柱３１の下端が下側に配置されている状況であれば）、柱基礎構造１のスタッド３２の設計だけを行う設計方法で良く、鉄骨柱３１の再設定は不要になる。

【0061】

上記の設計方法では、鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達すべき力を伝達するのに必要とされるスタッド３２の必要本数が算出され（Ｓ１０４）、このように算出された必要本数のスタッド３２を鉄骨柱３１の外周面に配置できない場合に（Ｓ１０６でＮＯ）、鉄骨柱３１の下端の位置が再設定されることになる（Ｓ１０７；再設定ステップ）。これにより、ＳＲＣ構造部７２の上端で鉄骨柱３１が負担していた力をスタッド３２を介して鉄筋コンクリート５０に伝達させることができるように、柱基礎構造１の鉄骨柱３１を設計することができる。

【0062】

なお、前述のＳ１０６では、Ｓ１０１で設定した鉄骨柱３１の外周面に、Ｓ１０４で求めた必要本数のスタッド３２を、Ｓ１０５で設定した間隔で配置可能か否かが判断されている。但し、必要本数のスタッド３２を鉄骨柱３１の外周面に配置可能か否かの判断は、これに限られるものではない。例えば、Ｓ１０１で設定した鉄骨柱３１の外周面にＳ１０５で設定した間隔でスタッド３２を配置した場合におけるスタッド３２の本数（配置可能本数）を算出し、この配置可能本数とＳ１０４で求めたスタッド３２の必要本数とを比較することによって、ＳＲＣ構造部７２における鉄骨柱３１の外周面にスタッド３２を配置可能か否かが判断されても良い。この場合、配置可能本数が必要本数以上であれば、Ｓ１０６の判断はＹＥＳになり、配置可能本数が必要本数未満であれば、Ｓ１０６の判断はＮＯになる。

【0063】

また、前述の設計方法では、必要本数のスタッド３２を鉄骨柱３１の外周面に配置可能か否かを判断しているが、スタッド３２や鉄骨柱３１の再設定の要否判断は、これに限られるものではない。例えば、Ｓ１０２で決定した力（せん断力又は曲げモーメント）と、鉄骨柱３１の外周面に配置したスタッド３２が鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達できる力とを比較することによって、スタッド３２や鉄骨柱３１の再設定の要否判断が行われても良い。例えば、Ｓ１０１で設定した鉄骨柱３１の外周面にＳ１０５で設定した間隔でスタッド３２を配置した場合におけるスタッド３２の本数（配置可能本数）を算出し、この配置可能本数のスタッド３２を鉄骨柱３１の外周面に配置したときに鉄骨柱３１から鉄筋コンクリート５０に伝達できる力を算出し、このように算出された力がＳ１０２で決定した力（せん断力又は曲げモーメント）より大きければ、Ｓ１０６の判断をＹＥＳとし、小さければＳ１０６の判断をＮＯとしても良い。

【0064】

＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
以上、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物が含まれることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0065】

１ 柱基礎構造、１０ 基礎、１１ 基礎梁、
１２ 梁主筋、１３ 梁補強筋、
１５ アンカーボルト、２１ ベースプレート、２２ 無収縮性グラウト材、
３０ 柱、３１ 鉄骨柱、
３１Ａ ＣＦＴ構造部、３１Ｂ 上端、３１１ 柱梁接合部、
３２ スタッド、４１ 支持材、
５０ 鉄筋コンクリート、５２ 柱主筋、５３ 柱補強筋、
６１ 中間プレート、６２ 補強材、
７１ ＲＣ構造部、７２ ＳＲＣ構造部、７３ Ｓ構造部、
９０ 梁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】