JP2006037648A - 柱と梁との接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨コンクリート柱と、梁とを接合するための構造であって、現場での施工を簡易にすることのできるものを提案する。
【解決手段】Ｈ型鋼のフランジ１１ｂ・１１ｂ間に筒状体１９・１９・・・を架設して柱１１を貫通するボルト貫通孔３０を形成し、筒状体１９近傍においてスチフナー２０とダブラープレート２１を設け、工場での生産段階において全長にわたってコンクリート２４を充填して構成した鉄骨コンクリート柱１１に、Ｈ型鋼の端部に接続用フランジ１４を固設して構成した梁１２を当接し、梁１２の接続用フランジ１４と柱１１のボルト貫通孔３０とに一本の長ボルト１５を挿通して梁１２と柱１１とを接合した。前記梁１２を、予め柱１１との接合部近傍を除いた部分にコンクリート２５を充填した鉄骨コンクリート梁又は鉄骨鉄筋コンクリート梁として、接合後に接合部近傍にコンクリートを打設するようにした。
【選択図】図９

Description

本発明は、鉄骨コンクリート柱と梁との接合構造に関する。

従来、鉄筋コンクリート柱や鉄骨鉄筋コンクリート柱や鋼管コンクリート充填柱等のコンクリート柱の対向する両側面に、接続用フランジを端部に設けたＨ型鉄骨梁を当接させ、接続用フランジ・コンクリート柱・接続用フランジの順に長ボルトを挿通させて、長ボルトの両端にナットを螺入することにより、柱と梁とを接合する構造が知られている。例えば、特許文献１に記載の技術である。
また、Ｈ型鋼柱のフランジと、Ｈ型鋼梁の端部に設けられた接続用フランジ又は梁の端部に結合されたスプリットティーとに、長ボルトを挿通し、該長ボルトの両端にナットを螺入することにより、柱と梁とを接合する構造が知られている。例えば、特許文献２に記載の技術である。
特開昭６３−５１５４２号公報 特開２００２−４７７２８号公報

また、コンクリート柱やコンクリート梁では、現場においてコンクリートが打設されていたが、配筋・型枠工事の省略による工期の短縮化や、コンクリート充填精度の向上のために、予め工場での生産段階においてコンクリートが柱に充填されるプレキャストコンクリート柱・梁が多く採用されるようになってきている。
しかし、梁と柱とをボルトで接合するに当たって、予めコンクリートが充填されていると接合のためのボルトを通すことができないため、現場でボルト孔を穿設したり、また、柱に予めボルトを埋設したりする技術があるが、前者では現場での加工点数が増加するとともに高い精度を維持することが困難であり、後者では柱より突出しているボルトが輸送時の不都合を生じさせる。そこで、例えば、上記特許文献１に記載の技術では、コンクリート柱にシース管を通してコンクリートを充填して、工場での出荷段階において予めボルト孔を形成するようにしている。

上述の従来技術のようにボルトを柱に貫通させて柱に梁を固定する構造では、柱と梁との接合点に集中して力が掛かることを防止し、接合部及びその周囲に分散して力が掛かるようにすることができるが、柱の数を低減し且つ剛性の高い架構とするためには、柱を十分に補強する必要がある。特に、梁と柱との接合部では他の部分と比較して大きな力が作用するため、特別に補強を施すことが必要となる。
また、柱も梁もプレキャストとすることができれば、現場での施工が簡易となり好ましいが、コンクリートを充填してしまうと、コンクリート以外の部分を用いて接合することになり、例えば、梁を柱に接合する場合、梁に設けたフランジやスプリットティー等の接合のための部材と柱とを接合することになり、梁の中心を通る部分を柱に固定することが困難となる。
そこで本発明では、Ｈ型鋼を鉄骨とする鉄骨コンクリート柱と、Ｈ型鋼を構成要素として含む梁とを接合するための構造であって、現場での施工を簡易にすることのできるものであり且つ柱と梁とを良好に接合することのできるものを提案する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、柱と梁との接合構造であって、Ｈ型鋼のフランジ間に筒状体を架設して柱を貫通するボルト貫通孔を形成し、筒状体近傍においてフランジ間にスチフナーを架設し、柱の全長にわたってフランジ間にコンクリートを充填して構成した鉄骨コンクリート柱に、Ｈ型鋼の端部に接続用フランジを固設して構成した梁を当接し、梁の接続用フランジと柱のボルト貫通孔とに一本の長ボルトを挿通し、長ボルトの両端にナットを螺入して梁と柱とを締結するものである。

請求項２においては、前記鉄骨コンクリート柱において、Ｈ型鋼のフランジ間に架設した筒状体近傍において、Ｈ型鋼のウエブにダブラープレートを付設するものである。

請求項３においては、前記梁を、Ｈ型鋼のフランジ間にコンクリートを充填した鉄骨コンクリート梁とするものである。

請求項４においては、前記梁を、工場での生産段階において、柱との接合部近傍を除いた部分にコンクリートを充填した鉄骨コンクリート梁又は鉄骨鉄筋コンクリート梁とするものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、梁に掛かる荷重により発生する引張り力を柱で力を分散させて受けることができる。柱は、スチフナーに加え、充填されたコンクリートによって、加わる圧縮力及び引張り力に対応できる強度が確保されており、梁より伝わる力に耐えうることができる。

請求項２においては、地震発生時等に、鉄骨コンクリート柱に大きな圧縮力が加わったときに、Ｈ型鋼のウエブの座屈を防止することができる。

請求項３においては、梁の強度を向上させることができる。また、コンクリートが耐火被覆としても機能も果たす。

請求項４においては、現場での梁のコンクコンクリート打設量を低減することにより、コンクリート打設作業を簡易とし、また、施工期間の短縮を図ることができる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の実施例に係る柱と梁の接合構造の示す図、図２は柱の構造を示す平面断面図、図３は柱の接合部の構造を示す平面断面図、図４は図１におけるＹ−Ｙ矢視断面図、図５は別形態のタブラープレートを採用した柱と梁の接合構造の示す図、図６は別形態のタブラープレートを採用した柱の接合部の構造を示す平面断面図、図７は図５におけるＺ−Ｚ矢視断面図、図８は図１におけるＸ−Ｘ矢視断面図である。
図９は柱と梁の接合の様子を示す図、図１０は接合後の柱と梁の様子を示す図、図１１は梁の構造を示す断面図である。
図１２は柱と梁の接合構造の別形態を示す図である。

本実施例に係る梁と柱の接合構造では、柱はＨ型鋼鉄骨コンクリート柱、梁はＨ型鋼鉄骨コンクリート梁又はＨ型鋼梁又はＨ型鉄骨鉄筋コンクリート梁であって、これらを施工現場で簡易に接合するための工夫が為されている。

柱は、鉄骨コンクリート柱である。
図１及び図２に示す如く、柱の鉄骨はＨ型鋼で成り、ウエブ１１ａの両端に略直交するようにフランジ１１ｂ・１１ｂが配置されて断面略Ｈ型状をしている。Ｈ型鋼のフランジ１１ｂ・１１ｂ間にはコンクリート２４が充填され、ウエブ１１ａには、コンクリート２４の定着力を高めるために頭付きのスタッドボルト２２・２２が固定されており、また、フランジ１１ｂ・１１ｂ間には、コンクリート２４のひび割れを防止するために網状鉄筋２３・２３が配設されている。

そして、図１、図３及び図４に示す如く、柱１１において、梁１２との接合部のフランジ１１ｂ・１１ｂ間には、ウエブ１１ａと平行に片側に四本合計八本の筒状体１９・１９・・・が架設されている。筒状体１９の中空に合致するように、フランジ１１ｂ・１１ｂには孔が穿設されており、これにより、一方のフランジ１１ｂと筒状体１９と他方のフランジ１１ｂと通じるボルト孔３０が形成されている。該ボルト孔３０は柱１１を貫いて設けられている。

さらに、柱１１において、梁１２との接合部のフランジ１１ｂ・１１ｂ間には、ウエブ１１ａを両面から挟むようにダブラープレート２１・２１が設けられ、同じくウエブ１１ａを介して片側に二枚合計四枚のスチフナー２０・２０・・・が架設されている。ダブラープレート２１及びスチフナー２０は、柱１１の梁１２との接合部を補強するために設けられている。但し、スチフナー２０のみで柱１１に十分な強度を与えることができるときにはダブラープレート２１を省略することもできる。

前記スチフナー２０は筒状体１９の近傍であって、上下の筒状体１９・１９の間に配置されている。そして、スチフナー２０はリブ状プレートであり、その厚みを設定することにより強度を調整可能とされている。
また、前記ダブラープレート２１は、筒状体１９近傍であって柱１１に固設された上下のスチフナー２０・２０間に配置されており、その上下方向長さは、上下のスチフナー２０・２０間の距離より小さいものである。従って、スチフナー２０は、その周囲を、左右のフランジ１１ｂ・１１ｂとウエブ１１ａとに固設されている。

筒状体１９には、柱１１と梁１２とを接合するための長ボルト１５が挿通されるため、他の部分と比較して筒状体１９近傍には軸方向に大きな力が掛かることが想定される。この力に抗するためにスチフナー２０及びダブラープレート２１が筒状体１９近傍に設けられており、筒状体１９近傍に特に大きく発生する剪断力や圧縮力に、柱１１が抗することができるようにしている。
このように、スチフナー２０及びダブラープレート２１を設けることで、筒状体１９のみで筒状体１９近傍（接合部近傍）に掛かる力に抗するよりも、大きな力に対して抗することができるようになり、また、スチフナー２０と筒状体１９とを一体的に形成することもできるが、別体とすることによって精度の管理を容易としている。

なお、図５乃至図７に示す如く、ダブラープレート２１の上下方向長さを、上下のスチフナー２０・２０間の距離より大きく、梁１２の梁背より大きいものとすることもできる。この場合、スチフナー２０の周囲は、左右のフランジ１１ｂ・１１ｂに固設し、Ｈ型鋼のウエブ１１ａとスチフナー２０との間には、ダブラープレート２１を通過させるだけの間隙を設ける。
上述の如く、スチフナー２０とダブラープレート２１とで接合部近傍を補強した場合、柱１１と梁１２との接合によってフランジ１１ｂ・１１ｂを引き合うように作用する力に対する補強部材として、スチフナー２０が機能し、また、柱１１に作用する圧縮力に抗してウエブ１１ａの座屈を防止するために、ダブラープレート２１が補強部材として機能することになる。よって、スチフナー２０とダブラープレート２１とのそれぞれの役割が明確となり、それぞれの部材の強度を定める設計が容易となる。

図８にも示す如く、柱１１のフランジ１１ｂ・１１ｂより両側方に突出した状態に、ガゼットプレート１７・１７が固設されている。ガゼットプレート１７・１７には、梁１２のウエブ１２ａに形成されたボルト孔１２ｃ・１２ｃ・・・と合致する複数のボルト孔１７ａ・１７ａ・・・が穿設されている。

上記柱１１には、工場での生産段階において、フランジ１１ｂ・１１ｂ間にコンクリート２４が充填されている。すなわち、柱１１は、コンクリート２４が打設・養生された構造材として現場に搬入される。従って、柱１１に充填されるコンクリート２４の打設・養生の管理が、現場でコンクリートを打設する場合に対して比較的容易である。
なお、上述の如く柱１１には現場に搬入された段階で既にコンクリート２４が打設されているが、梁１２との接合のためのボルトを通すボルト孔３０が、筒状体１９・１９・・・により予め形成されており、現場においてボルト孔３０を形成したり、柱１１にコンクリートを打設したりする作業は不要である。

一方、上記柱１１に接合される梁１２は、Ｈ型鋼梁や、Ｈ型鋼を鉄骨とする鉄骨コンクリート梁や、Ｈ型鋼を鉄骨としその周囲に鉄筋を配筋した鉄骨鉄筋コンクリート梁とすることができ、本実施例では、Ｈ型鋼鉄骨コンクリート梁としている。
梁１２を鉄骨コンクリート梁又は鉄骨鉄筋コンクリート梁とする場合、図９にも示す如く、梁１２の柱１１と接合する端部近傍（接合部近傍）を残して、工場での生産段階において、フランジ１２ｂ・１２ｂ間にコンクリート２５が充填される。従って、現場で打設するコンクリートは、残された接合部近傍のみで良いので、現場での作業が簡易となり、また、施工期間を短縮することができる。さらに、工場での生産段階においてコンクリート２５の打設ができるので、コンクリート２４の打設・養生の管理が、現場でコンクリートを打設する場合に対して比較的容易である。
また、梁１２の柱１１と接合する端部近傍（接合部近傍）にはコンクリート２５が充填されていないので、梁１２の周囲だけでなく、後述するガゼットプレート１７と梁１２のウエブ１２ａを接合することによって、梁１２と柱１１とを精度良く接合することが可能となり、また、柱１１と梁１２との接合強度を高めることができる。

梁１２の柱１１と接合する端部には、上下に二枚の接合用フランジ１４・１４が固設されている。該接合用フランジ１４・１４には、柱１１を貫通するボルト孔３０・３０・・・に合致する位置に複数のボルト孔１４ａ・１４ａ・・・が穿設されている。また、梁１２のウエブ１２ａには、上下の接合用フランジ１４・１４の間において、ガゼットプレート１７のボルト孔１７ａ・１７ａ・・・に合致するボルト孔が１２ｃ・１２ｃ・・・が穿設されている。

上述の如く構成される柱１１と梁１２との接合作業は、以下の通りである。
まず、図９に示す如く、柱１１の側面に、フィラープレート１３を介して、梁１２・１２を位置合わせる。フィラープレート１３は、梁１２の端部に設けられた接合用フランジ１４と、一方の梁１２の接合用フランジ１４のボルト孔１４ａと、柱１１を貫通しているボルト孔３０と、他方の梁１２の接合用フランジ１４のボルト孔１４ａとに、長ボルト１５を貫設し、該ボルト１５の両端に螺入されたナット１６・１６で接合用フランジ１４・１４と柱１１とを挟み込み、ボルト接合する。
また、柱１１に設けられたガゼットプレート１７のボルト孔１７ａ・１７ａ・・・と、梁１２のウエブ１２ａに設けられたボルト孔１２ｃ・１２ｃ・・・を位置合わせ、ボルト１８をこれらのボルト孔に挿通させてボルト接合する。

上述のように、柱１１と梁１２・１２とをボルト接合したのち、図１０に示す如く、梁１２の柱１１と接合する端部にコンクリート２５を打設する。このように、現場での施工時に打設するコンクリートは、梁１２の柱１１と接合する端部のみとすることができる。従って、現場でのコンクリート打設箇所及び打設量を低減することができるので、現場での施工が簡易となり、また、工期を短縮することができる。

なお、図１１に示す如く、上述の如くコンクリート２５が打設されたあとの梁１２において、該梁１２の上面及び下面にＨ型鋼が露出している。この露出している部分の全て又はその一部に耐火被覆２６・２６を施すこともできる。
耐火被覆２６・２６は、耐火材料で構成された成型カバーを嵌めることにより形成することも、また、耐火塗料を塗装することにより形成することもできる。梁１２を構成するＨ型鋼の左右側面はコンクリート２５で覆われており、該コンクリート２５が耐火性を向上させるため、梁１２のＨ型鋼が露出する該梁１２の上下部分又は下部分のみに耐火被覆２６・２６を施せば足りる。
このように、梁１２を構成するＨ型鋼の全表面積にわたって耐火被覆を施すときと比較して、耐火被覆施工面積を低減させることができる。これにより、耐火被覆作業量を低減し、作業時間を短縮することができる。また、耐火被覆にかかるコストを低減させることができる。

また、前記梁１２は、梁１２の天端面にスラブを配置しない条件でも十分な耐火性を備えることが確認されており、軽微な耐火被覆２６でも耐火性が確保され耐火被覆を梁の全周にわたって施すときと比較して断面積の増加を抑制することができるので、その意匠性を損なうことなく建築物の外表面に露出させることができ、屋外架構での逆梁や吹き抜け部分にも用いることができる。

上述の如く接続施工される柱１１と梁１２において、柱１１に充填されたコンクリート２４によって、Ｈ型鋼ウエブの局部座屈の防止や部材の変形を抑制して初期剛性の向上が図られている。さらに、柱１１に、筒状体１９やスチフナー２０、ダブラープレート２１等の補強部材やコンクリート２４によって、柱１１に加わる圧縮力や剪断力によるウエブ１１ａやフランジの変形の抑制が図られている。特に、筒状体１９・１９の間にスチフナー２０を配置することにより、長ボルト１５にて締結する接合時に圧縮力が掛かるが、これに良好に抗することができる。

なお、スチフナー２０やダブラープレート２１の板厚や形状を設定することにより、補強の程度を設計することができる。

そして、梁１２に掛かる荷重によって梁１２から柱１１に引張り力が作用したときに、その引張り力が長ボルト１５に伝達されて、長ボルト１５から強固な構造である柱１１全体に引張り力が伝達され、力が分散されることになる。従って、引張り力の集中を抑制し、柱１１や梁１２の変形を防止することができる。

なお、上記実施例において、柱を鉄骨コンクリート柱としているが、図１２に示す如く、Ｈ型鋼柱とすることもできる。同様に、梁を鉄骨コンクリート梁としているが、Ｈ型鋼梁とすることもできる。この場合、筒状体１９を不要とすることができる。

本発明の実施例に係る柱と梁の接合構造の示す図。 柱の構造を示す平面断面図。 柱の接合部の構造を示す平面断面図。 図１におけるＹ−Ｙ矢視断面図。 別形態のタブラープレートを採用した柱と梁の接合構造の示す図。 別形態のタブラープレートを採用した柱の接合部の構造を示す平面断面図。 図５におけるＺ−Ｚ矢視断面図。 図１におけるＸ−Ｘ矢視断面図。 柱と梁の接合の様子を示す図。 接合後の柱と梁の様子を示す図。 梁の構造を示す断面図。 柱と梁の接合構造の別形態を示す図。

符号の説明

１１ 柱
１１ａ ウエブ
１１ｂ フランジ
１２ 梁
１２ａ ウエブ
１２ｂ フランジ
１３ フィラープレート
１４ 接合用フランジ
１５ 長ボルト
１６ ナット
１７ ガゼットプレート
１８ ボルト
１９ 筒状体
２０ スチフナー
２１ ダブラープレート

Claims (4)

1. 柱と梁との接合構造であって、
   Ｈ型鋼のフランジ間に筒状体を架設して柱を貫通するボルト貫通孔を形成し、筒状体近傍においてフランジ間にスチフナーを架設し、柱の全長にわたってフランジ間にコンクリートを充填して構成した鉄骨コンクリート柱に、
   Ｈ型鋼の端部に接続用フランジを固設して構成した梁を当接し、
   梁の接続用フランジと柱のボルト貫通孔とに一本の長ボルトを挿通し、長ボルトの両端にナットを螺入して梁と柱とを締結する、
   ことを特徴とする柱と梁との接合構造。
2. 前記鉄骨コンクリート柱において、H型鋼のフランジ間に架設した筒状体近傍において、Ｈ型鋼のウエブにダブラープレートを付設する、
   請求項１に記載の柱と梁との接合構造。
3. 前記梁を、Ｈ型鋼のフランジ間にコンクリートを充填した鉄骨コンクリート梁とする、
   請求項１又は請求項２に記載の柱と梁との接合構造。
4. 前記梁を、
   工場での生産段階において、柱との接合部近傍を除いた部分にコンクリートを充填した鉄骨コンクリート梁又は鉄骨鉄筋コンクリート梁とする、
   請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の柱と梁との接合構造。

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