JP5207070B2 - 被接合部材のコンクリート構造物への接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材などの部材をコンクリート躯体やコンクリート部材に接合する構造に関する。

従来、鋼板や形鋼などの鋼材をコンクリート躯体に固定する場合に、予めコンクリート躯体に締結部分（ネジ部）を上方に露出させた状態で複数のアンカーボルトを埋設しておき、これらのアンカーボルトの締結部分を鋼材に形成されたボルト孔に貫通させた後に座金を介してナットで締結している。
また、既存の鉄筋コンクリート建物などに、例えば、耐震補強の為に補強鉄骨を設置したり、大型の設備機器類や鉄骨造の工作物を設置したりする場合には、既存のコンクリート躯体に穿孔して孔部を形成し、その孔部に埋設するあと施工アンカーを使用している。

特許文献１によるベースプレート（鋼板）とアンカーボルトとの固定方法では、ベースプレートのボルト孔は、アンカーボルトの締結部分の外周面とボルト孔の内周面とのクリアランスが５ｍｍよりも大きくなるように形成されると共に、ボルト孔の上部には、ボルト孔に連通する充填材注入溝が形成されている。
そして、ベースプレートのボルト孔にコンクリート躯体に固定されたアンカーボルトの締結部分を貫通させた後に座金を介してナットで締結し、締結部分の外周面とボルト孔の内周面とのクリアランスに充填材注入溝から充填材を注入して、ベースプレートとアンカーボルトを固定している。締結部分の外周面とボルト孔の内周面との間にクリアランスがあることで、アンカーボルトとボルト孔の位置が多少ずれたとしても、コンクリート躯体の所定の位置にベースプレートを設置することができる。

特開２００５−２３７６９号公報

しかしながら、従来のアンカー部材を使用して鋼材などをコンクリート構造物へ接合する方法では以下のような問題があった。
既存のコンクリート構造物に、あと施工アンカーを設置する場合には、既存のコンクリート構造物内に鉄筋などが配設されているため、この鉄筋などと、あと施工アンカーとがあたらないようしなければならない。そして、設計段階で決定したあと施工アンカーの位置が鉄筋などと干渉してしまう場合には、あと施工アンカーをずらして施工していることが多い。
また、既存コンクリート構造物に設置するあと施工アンカーや、コンクリート打設時に埋設するアンカーボルトの設置において、数ｍｍのずれは施工精度の点からしても生じることがある。

一方、鋼材に形成されたボルト孔の直径は、貫通するボルト径に応じて上限が規定されているため、ボルト孔の径を規定以上に大きくすることができない。
このため、あと施工アンカーを設置した後に、あと施工アンカーの位置を実測し、この実測値に基づいて鋼材にボルト孔を形成することもある。このあと施工アンカーの位置を実測した後に鋼材のボルト孔を形成することは、手間がかかり、また工期が長くなるという問題があった。

また、特許文献１による、アンカーボルトの締結部分の外周面とボルト孔の内周面との間にクリアランスを設けて、このクリアランスに充填材を充填する方法では、ベースプレートの上面にボルトおよびナットが突出するため、このボルトおよびナットが完成後に邪魔になることがあった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、コンクリート構造物に設置されたアンカー部材の位置と、被接合部材に形成された貫通孔との位置がずれたとしても、アンカー部材を被接合部材の貫通孔へ挿入できて、コンクリート構造物に被接合部材を接合することができ、接合後に被接合部材からボルトおよびナットが突出しないような被接合部材のコンクリート構造物への接合構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る被接合部材のコンクリート構造物への接合構造では、コンクリート構造物に鋼材などの被接合部材を接合する構造であって、コンクリート構造物に定着部を突出させた状態で埋設されるアンカー部材と、被接合部材に形成されて、アンカー部材の定着部が挿入される貫通孔と、貫通孔内に充填される充填材と、を備え、定着部は側面に凸部を備えて、貫通孔は定着部の外径よりも大きく形成されると共に、コンクリート構造物への接合面側から反対側に向かって内径が大きくなることを特徴とする。
本発明では、貫通孔は定着部の外径よりも大きく形成されて、貫通孔の内周面と定着部の外周面との間にクリアランスがあることにより、コンクリート構造物に設置されたアンカー部材と貫通孔との位置に多少のずれが生じたとしても、アンカー部材を貫通孔へ挿入できて、被接合部材をコンクリート構造物の所定の位置へ接合することができる。
また、定着部は側面に凸部を備えていて、貫通孔はコンクリート構造物への接合面側から反対側に向かって徐々に内径が大きくなる形状なので、被接合部材がコンクリート構造物から離れる方向に引っ張られた場合に、凸部とコンクリート構造物の間に形成される圧縮ストラットによって、被接合部材が引っ張られる外力に対抗することができる。

また、本発明に係る被接合部材のコンクリート構造物への接合構造では、定着部は、アンカー部材の先端部に設けられていることを特徴とする。
本発明では、定着部がアンカー部材の先端に設けられていることにより、アンカー部材が被接合部材から突出しない仕上がりとすることができる。

また、本発明に係る被接合部材のコンクリート構造物への接合構造では、定着部の凸部は、定着部の軸方向に直交する板状の部材によって形成されていることが好ましい。
本発明では、定着部の凸部を定着部の軸方向に直交する板状の部材とすることにより、被接合部材がコンクリート構造物から離れる方向に引っ張られる外力を受けた場合に、板状の凸部から効率的に圧縮ストラットを形成することができる。

また、本発明に係る被接合部材のコンクリート構造物への接合構造では、貫通孔は、コンクリート構造物への接合面側から反対側に向かって径が大きくなるテーパー形状であることが好ましい。
本発明では、貫通孔をコンクリート構造物への接合面側から反対側に向かって径が大きくなるテーパー形状とすることにより、圧縮ストラットを被接合部材に効率的に伝達することができる。

本発明によれば、被接合部材の貫通孔の内周面がアンカー部材の定着部の外周面よりも大きく形成されていることにより、コンクリート構造物に設置されたアンカー部材と貫通孔の位置が多少ずれたとしても、アンカー部材を貫通孔へ挿入することができるので、容易にコンクリート構造物へ被接合部材を接合でき、労力の軽減と工期の短縮ができて施工性を向上させることができる。また、定着部は側面に凸部を備えていて、貫通孔はコンクリート構造物への接合面側から反対側に向かって内径が大きくなる形状なので、凸部とコンクリート構造物との間に圧縮ストラットを形成することができて、被接合部材がコンクリート構造物から離れる方向に引っ張られる外力に対抗でき、被接合部材を強固にコンクリート構造物に固定することができる。

本発明の第一の実施の形態による鋼板のコンクリート構造物への接合構造の一例を示す図である。 図１に示す鋼板のコンクリート構造物への接合構造のアンカー部材と貫通孔とがずれた状態で接合された場合を示す図である。 本発明の第二の実施の形態による鋼板のコンクリート構造物への接合構造の一例を示す図である。 本発明の第一の実施の形態による鋼板のコンクリート構造物への接合構造の変形例を示す図である。 本発明の第一の実施の形態による鋼板のコンクリート構造物への接合構造の他の変形例を示す図である。 本発明の第一の実施の形態による鋼板のコンクリート構造物への接合構造の更に他の変形例を示す図である。

以下、本発明の第一の実施の形態による鋼板（被接合部材）のコンクリート構造物への接合構造について、図１および２に基づいて説明する。
図１に示すように、第一の実施の形態による鋼板のコンクリート構造物への接合構造は、既存の鉄筋コンクリート建物などのコンクリート構造物１０を穿孔して孔部２を形成し、あと施工アンカー１がその孔部２に設置されて、コンクリート構造物１０へ接合される鋼板３に形成された貫通孔４にあと施工アンカー１が挿入され、あと施工アンカー１と貫通孔４との間にグラウト材（充填材）５が充填されている。

あと施工アンカー１は、孔部２に埋設されるアンカー部１１と、アンカー部１１と連続し埋設された際にコンクリート構造物１０から突出する定着部１２とから構成される。
アンカー部１１は、例えば、孔部２に挿入され打ち込まれて、アンカー部１１の側面に形成された図示しない凹凸がコンクリート構造物１０に付着することでコンクリート構造物１０に固定される公知の構成をしている。
定着部１２は、アンカー部１１とつながる軸部１３と、軸部１３の先端に接合された頭部１４とを備えている。頭部１４の断面形状は、軸部１３の断面形状よりも大きい、例えば円形や略円形、または四角形や六角形などの多角形の形状となっている。また、頭部１４は、軸部１３の軸方向に直交する板状の部材としてもよい。
なお、軸部１３と頭部１４とは一体に形成されていてもよく、また個々に形成されて溶接などで接合されていてもよい。

貫通孔４は、断面形状が鋼板３のコンクリート構造物１０に接する側３ａからその反対側３ｂに向かって徐々に広くなるテーパー形状をしている。また、貫通孔４の内径は定着部１２の頭部１４よりも例えば、１０〜３０ｍｍほど大きく形成されていて、貫通孔４に挿入された定着部１２と貫通孔４の内周面との間にはクリアランスが設けられた状態となる。
また、定着部１２が貫通孔４に挿入された際に、定着部１２の頭部１４が鋼板３から突出しないように、鋼板３の厚さや定着部１２の長さを設定する。
グラウト材５は、後述する圧縮ストラットの圧縮力を鋼板３へ伝達するのに十分な強度を有する材料で、例えば、無収縮グラウトやコンクリート、ポリマーセメントモルタル、エポキシ樹脂などを使用する。

貫通孔４は、断面形状が鋼板３のコンクリート構造物１０に接する側３ａからその反対側３ｂに向かって徐々に広くなるテーパー形状に形成されると共に、定着部１２に頭部１４が設けられることによって、コンクリート構造物１０に接合された鋼板３がコンクリート構造物１０から離れる方向に引っ張られた場合に、定着部１２の頭部１４とコンクリート構造物１０との間にコンクリート構造物１０に対して斜め方向に（図中の矢印の方向）に作用する圧縮ストラットが形成される。
この圧縮ストラットによって、鋼板３がコンクリート構造物１０から引っ張られる外力に対抗することができ、鋼板３がコンクリート構造物１０から離れることを防止できる。

次に、鋼板３のコンクリート構造物１０への接合方法について図面を用いて説明する。
あらかじめ、鋼板３のコンクリート構造物１０への設置位置を確認し、コンクリート構造物１０にあと施工アンカー１を設置する位置と、鋼板３に貫通孔４を形成する位置とを決定し、工場などで鋼板３に貫通孔４を形成しておく。
そして、コンクリート構造物１０のあと施工アンカー１を設置する位置に穿孔して孔部２を形成し、その孔部２にあと施工アンカー１のアンカー部１１を埋設し、打ち込みなどによりアンカー部１１をコンクリート構造物１０に固定する。

次に、コンクリート構造物１０に鋼板３を設置する。
鋼板３の設置は、あと施工アンカー１の定着部１２を鋼板３の貫通孔４に挿入し、鋼板３を決められた位置に配置する。
このとき、定着部１２の外周面と貫通孔４の内周面との間にクリアランスが設けられているので、コンクリート構造物１０へあと施工アンカー１を設置した際に、あと施工アンカー１の位置が多少ずれたとしても、図２に示すように、鋼板３の位置はクリアランスの範囲内で決められた位置に配置することができる。
そして、貫通孔４の内周面と定着部１２の外周面との間にグラウト材５を充填し固化させる。貫通孔４の内周面と定着部１２の外周面との間にグラウト材５が充填されて、鋼板３とあと施工アンカー１とが一体化し、鋼板３がコンクリート構造物１０に接合される。

上述した第一の実施の形態による鋼板のコンクリート構造物への接合構造では、貫通孔４の内周面があと施工アンカー１の定着部１２の外周面に比べて大きく形成されているので、あと施工アンカー１の設置位置がずれたとしても、決められた位置に鋼板３を設置することができる。
そして、従来のようにコンクリート構造物１０にあと施工アンカー１を施工し、あと施工アンカー１の位置を測定してから、測定された位置に合わせて鋼板３に貫通孔４を施工する必要がないので、貫通孔４を工場などで予め鋼板３に形成することができて、労力を軽減でき、工期を短縮することができて施工性を向上できる効果を奏する。

また、貫通孔４がテーパー形状に形成されて、定着部１２に頭部１４が設けられていることにより、頭部１４とコンクリート構造物１０との間に圧縮ストラットが形成されるので、頭部１４がグラウト材５を介して貫通孔４の内周面から鋼板３をコンクリート構造物１０側に押圧し、鋼板３がコンクリート構造物１０から離れる方向に引っ張られた場合にも、この外力に対して効率的に対抗することができる。

次に、他の実施の形態および変形例について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。

図３に示すように、第二の実施の形態による鋼材のコンクリート構造物への接合構造では、あと施工アンカー２１の定着部２２は軸部２３と軸部２３の周囲に形成されたリブ２４とから構成される。定着部２２は異形鉄筋のような形状をしている。
貫通孔４の内周面は定着部２２の外周面に比べて大きく形成されている。

第二の実施の形態では、貫通孔４の内周面は定着部２２の外周面に比べて大きく形成されていると共に、定着部２２のリブ２４から図中の矢印の方向に圧縮ストラットが形成されるので、第一の実施の形態と同様の効果を奏する。
なお、リブ２４に代わって、軸部２３の周囲にねじ山などの突起が形成されてもよい。

図４に示すように、第一の実施の形態の変形例による鋼材のコンクリート構造物への接合構造では、貫通孔３１は、テーパー形状のテーパー部３２と円筒形状の円筒部３３とが連結した形状である。鋼板３に対して、テーパー部３２が鋼板３のコンクリート構造物１０との接合面側３ａとなり、円筒部３３が反対側３ｂとなるように形成される。
貫通孔３１の内周面は定着部１２の外周面に比べて大きく形成されている。

第一の実施の形態の変形例による鋼材のコンクリート構造物への接合構造では、貫通孔３１の内周面は定着部１２の外周面に比べて大きく形成されていると共に、定着部１２の頭部１４からテーパー部３２に向かう方向（図中の矢印の方向）に圧縮ストラットが形成されるので、第一の実施の形態と同様の効果を奏する。

図５に示すように、第一の実施の形態の他の変形例による鋼材のコンクリート構造物への接合構造では、貫通孔４１は、内径の異なる第一および第二の円筒部４２、４３が連結した形状の座グリ孔となっている。第一の円筒部４２は第二の円筒部４３よりも小径で、
鋼板３のコンクリート構造物１０との接合面側３ａに第一の円筒部４２、その反対側３ｂに第二の円筒部４３が配置されている。第一および第二の円筒部４２、４３の連結している部分には、鋼板３の面に平行な連結部４４を備えている。連結部４４は、あと施工アンカー１の定着部１２の頭部１４よりもコンクリート構造物１０側に配置される。
貫通孔４１の内周面は定着部１２の外周面に比べて大きく形成されている。

第一の実施の形態の他の変形例による鋼材のコンクリート構造物への接合構造では、貫通孔４１の内周面は定着部１２の外周面に比べて大きく形成されていると共に、定着部１２の頭部１４から貫通孔４１の連結部４４に向かう方向（図中の矢印の方向）に圧縮ストラットが形成されるので、第一の実施の形態と同様の効果を奏する。

図６に示すように、第一の実施の形態の更に他の変形例による鋼材のコンクリート構造物への接合構造では、貫通孔５１の断面形状が階段状となっている。貫通孔５１は鋼板３のコンクリート構造物１０への接合面側３ａから反対側３ｂに向かって徐々に大きくなっている。貫通孔５１は、テーパー形状でなく大きさの異なる４つの円筒部５２〜５５が徐々に大きくなるように連なった形状である。なお、本変形例では、４つの円筒部５２〜５５を連結しているが、連結される円筒部の数は２つ以上であればよい。
それぞれとなり合う円筒部が連結している部分は、鋼板３の面に平行な連結部５６を備えている。貫通孔５１には複数の連結部５６が形成されることになるが、１つ以上の連結部５６があと施工アンカー１の定着部１２の頭部１４よりもコンクリート構造物１０側となるように配置される。
貫通孔５１の内周面は定着部１２の外周面に比べて大きく形成されている。

第一の実施の形態の更に他の変形例による鋼材のコンクリート構造物への接合構造では、貫通孔５１の内周面は定着部１２の外周面に比べて大きく形成されていると共に、定着部１２の頭部１４から貫通孔５１の連結部５６に向かう方向（図中の矢印の方向）に圧縮ストラットが形成されるので、第一の実施の形態と同様の効果を奏する。

以上、本発明による鋼材のコンクリート構造物への接合構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上述した実施の形態では、コンクリート構造物１０に鋼板３を固定しているが、鋼板３に代わってＨ形鋼や山形鋼などの形鋼をコンクリート構造物に接合してもよく、また、アルミなどの他の金属からなる部材や、炭素繊維強化プラスチックなどの金属以外からなる部材を接合してもよい。
また、上記の実施の形態では、既存のコンクリート構造物１０にあと施工アンカー１を設置して鋼板３を接合しているが、新設のコンクリート構造物にコンクリートの打設と共に埋設されるアンカー部材に本実施の形態による定着部を形成して、鋼板３を接合してもよい。
また、上記の実施の形態では、あと施工アンカー１の先端部に定着部１２が設けられているが、定着部１２をあと施工アンカー１の先端部に設けずに、定着部１２からあと施工アンカー１の先端部が突出する形状としてもよい。
また、上記の第一の実施の形態では、あと施工アンカー１の定着部１２に板状の頭部１４を設けているが、頭部１４は、軸部１３よりも太い形状であれば、板状でなく半球状や略半球状、皿型状などの他の形状としてもよい。
また、上記の第一の実施の形態の各変形例のあと施工アンカー１の定着部１２を、軸部２３にリブ２４が形成された第二の実施の形態によるあと施工アンカー２１の定着部２２としてもよい。
また、本実施の形態では、コンクリート構造物は鉄筋コンクリートの建物などとしているが、建物に代わってコンクリート製の工作物や部材などとしてもよい。

１、２１ あと施工アンカー
２ 孔部
３ 鋼板（被接合部材）
４、３１、４１、５１ 貫通孔
５ グラウト材（充填材）
１０ コンクリート構造物
１２、２２ 定着部
１４ 頭部（凸部）

Claims (4)

1. コンクリート構造物に鋼材などの被接合部材を接合する構造であって、
   前記コンクリート構造物に定着部を突出させた状態で埋設されるアンカー部材と、
   前記被接合部材に形成されて、前記アンカー部材の定着部が挿入される貫通孔と、
   前記貫通孔内に充填される充填材と、を備え、前記定着部は側面に凸部を備えて、前記貫通孔は前記定着部の外径よりも大きく形成されると共に、前記コンクリート構造物への接合面側から反対側に向かって内径が大きくなることを特徴とする被接合部材のコンクリート構造物への接合構造。
2. 前記定着部は、前記アンカー部材の先端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の被接合部材のコンクリート構造物への接合構造。
3. 前記定着部の凸部は、前記定着部の軸方向に直交する板状の部材によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の被接合部材のコンクリート構造物への接合構造。
4. 前記貫通孔は、前記コンクリート構造物への接合面側から反対側に向かって径が大きくなるテーパー形状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の被接合部材のコンクリート構造物への接合構造。

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