JP2006283524A - 鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の柱梁接合部のせん断補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉄骨梁の支圧板をせん断力、せん断変形の伝達が可能に柱梁接合部のコンクリートと一体化して用い、簡易にして省力化とコストダウンが図れる構成に改良したせん断補強構造に関する。
【解決手段】 鉄筋コンクリート造柱１と鉄骨梁３，４の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造において、鉄骨梁３，４のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板５が、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート外面の位置又は同コンクリート内部の位置に、同鉄筋コンクリート造柱１のコンクリートとせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化する構造で設置されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鉄筋コンクリート造柱（以下、単にＲＣ柱という場合がある。）と鉄骨梁との梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造の技術分野に属し、更に言えば、鉄骨梁の支圧板をせん断力、せん断変形の伝達が可能に柱梁接合部のコンクリートと一体化して用い、簡易にして省力化とコストダウンが図れる構成に改良したせん断補強構造に関する。

設計用応力を用いてＲＣ柱と鉄骨梁との梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造を設計する場合、特に既成Ｈ形鋼を用いた場合には、たいていは加力方向と同一の（又は平行な）鉄骨梁ウエブの厚さが必要厚さを満足させることができず、当て板などの補強が必要となることが多い。
そこで従来技術としては、いわゆる柱梁接合部のせん断補強に当て板などによる補強、或いは柱帯筋を追加して補強する構造が多く実施されてきた。

例えば下記の特許文献１に開示された柱梁接合部のせん断補強構造は、ＲＣ柱と鉄骨梁の接合部に塞ぎ板を取り付けると共に、同塞ぎ板の内側面に、コンクリートと一体化するコッターを多数設けた構成とされている。
また、下記の特許文献２に開示された柱梁接合部のせん断補強構造は、鉄骨梁においてＲＣ柱の主筋のコンクリート被りと同じだけ柱内部に入った位置にスチフナー用鋼板を取り付け、せん断補強筋（柱帯筋）をＲＣ柱の主筋外周に配置してその端部を前記スチフナー用鋼板と溶接した構成とされている。

なお、発明者らが代表的な従来技術として採択し図６に例示した梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造は、ＲＣ柱１の主筋（図示は省略）外周を取り巻く柱帯筋２…のほかに、鉄骨梁３，４それぞれのウエブと上下のフランジ内面とに囲まれた部分に、ＲＣ柱１のコンクリート表面と接すると共に柱帯筋２からは離れた任意の位置に支圧板５を設けた構成とされている。

特開平７−１９７５２３号公報 特開２０００−１７０２６５号公報

上記の特許文献１に開示された柱梁接合部のせん断補強構造は、一案ではあるが、鉄骨梁に塞ぎ板を通り付けるために現場での溶接作業が多くなる。溶接は天候に左右されやすい上に、手間がかかってコスト高になり、工期が長引く不利が大きい。しかも塞ぎ板内面のコッターの形成は、鉄筋を溶接するとか、プレス成形により設けると説明されていることから理解できるように、やはり手間がかかってコスト高になる欠点が認められる。

上記の特許文献２に開示された柱梁接合部のせん断補強構造は、鉄骨梁において、ＲＣ柱の主筋のコンクリート被りと同じだけ柱内部に入った位置へ取り付けたスチフナー用鋼板が、仕口コンクリートを内外方向に縁切りする存在となるので、かえって柱梁接合部の強度を弱体化する欠点があると認められる。

図６に示した従来技術の場合は、加力方向と同一の（又は平行な）梁鉄骨ウエブの厚さが不足する対策として、同梁鉄骨ウエブに厚さを補完する当て板１０を付加して補強するほか、柱帯筋２の本数を追加して補強することが多く行われている。
そのため当て板１０を付加して補強する接合仕口の鉄骨加工が複雑になって、製作に工期を要し、コスト高を招く欠点がある。また、柱帯筋２を追加する場合には、梁鉄骨への孔明け加工数が増えて工作の手間が嵩み、しかも仕口部への配筋作業数が増え作業内容が複雑で面倒になるという欠点がある。

本発明の目的は、当て板による補強、或いは柱帯筋の本数を増やす補強を全く無用にするか、無用にはならないまでも大幅に減少させることができ、ひいては接合仕口の鉄骨加工が容易となって製作工期の短縮、コストダウンを図ることができ、仕口の組み立て作業が簡単化され、工数が減って柱梁接合部のせん断補強効果に優れたせん断補強構造を提供することである。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造は、
鉄筋コンクリート造柱１と鉄骨梁３，４の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造において、
鉄骨梁３，４のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板５が、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート外面の位置又は同コンクリート内部の位置に、同鉄筋コンクリート造柱１のコンクリートとせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化する構造で設置されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明に係る鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造は、
鉄骨梁３，４のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板５が、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート外面の位置又は同コンクリート内部の位置に設置されていると共に、同支圧板５には鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート中に埋め込まれて一体化するスタッド６…が複数設置されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明に係る鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造は、
鉄骨梁３，４のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板５が、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート外面の位置に設置されていると共に、同支圧板５の外縁部が内面に折り曲げられ、その屈曲部５ａが鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート中に埋め込まれてせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化されていることを特徴とする。

請求項４に記載した発明に係る鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造は、
鉄骨梁３，４のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板５が、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート外面の位置又は同コンクリート内部の位置に設置されていると共に、同支圧板５は鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート中に埋め込まれてせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化される突起を形成された縞付き鋼板で形成されていることを特徴とする。

請求項１〜４に記載した発明に係る鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造は、鉄骨梁３，４の支圧板５が、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリートとせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化されているので、加力方向Ｆと同一の鉄骨梁３のウエブの厚さが不足する場合でも、支圧板５によるせん断力およびせん断変形の伝達機能が前記厚さの不足を補って補完する。よって、従来の図６に示すような当て板１０による補強、或いは柱帯筋本数の追加による補強等は無用であるか、全く無用ではないまでも、柱帯筋の追加数量や当て板の厚さなどを大幅に減少できる。

本発明によれば、支圧板５に、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート中に埋め込まれて一体化するスタッド６を複数設置し（請求項２）、又は支圧板５の外縁部を内側に折り曲げて、その屈曲部５ａを鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート中に埋め込み、せん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化し（請求項３）、或いは支圧板５を、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート中に埋め込まれてせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化される突起を形成された縞付き鋼板で形成する（請求項４）ことにより、簡単に安価に実施でき、工期の短縮や現場作業の省略、省力化に寄与し、せん断補強の効果に優れている。

鉄筋コンクリート造柱１と鉄骨梁３，４との梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造において、
鉄骨梁３，４のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板５を、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート外面の位置又は同コンクリート内部の位置に、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリートとせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化する構造で設置する。

以下に、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
図１と図２に示した実施例は、鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートの外面の位置に、鉄骨梁３，４それぞれのウエブから上下のフランジ内面にかけてそのコ字形溝を丁度塞ぐ形状の支圧板５が、溶接により接合して取り付けられている。この支圧板５の内面側（前記仕口コンクリートの側）に、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート中に埋め込まれるスタッド６が必要本数設置され、各支圧板５は鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートとせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化した構成とされている。図１中の符号２は柱帯筋、７は柱主筋を示している。
なお、図１に示した実施例の場合、貫通側の鉄骨梁３に対して、直交方向の鉄骨梁４はフランジ同士を突き合わせて溶接接合され、同フランジ接合部より先には図４に示すようにウエブのみが延長され、ウエブ同士を直角に突き合わせて溶接接合している。

したがって、図１の矢印Ｆ方向に水平力が作用した場合、当該水平力を負担する鉄骨梁３の応力は、当該鉄骨梁３の支圧板５を通じて鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートへせん断力およびせん断変形として伝達される。そして、同仕口コンクリートが負担したせん断力およびせん断変形は、スタッド６を通じて直交方向の鉄骨梁４の支圧板５へも伝達して負担させる結果となる。その結果、当該直交方向の鉄骨梁４の支圧板５の抵抗が前記せん断力およびせん断変形に対して補強効果を奏することになる。かくして直交４方向の鉄骨梁４の支圧板５の補強効果が、前記矢印Ｆ方向の水平力に対するウエブの必要厚さの不足を補完することになり、補強の必要性を無用にするか、大幅な節減を可能にするのである。

上記の補強効果を具体的な数値で示すと、次のようである。
柱断面の大きさが８００×８００mm角（コンクリート強度はＦｃ２７）で、柱の断面は５８２×３００×１２×１７mmのＨ形鋼（ＳＭ４９０）、支圧板５は１５０×１２mmの平鋼板（ＳＭ４９０）であり、概略計算の結果、コンクリートの強度（ａ）が約５８トン、せん断補強筋の強度（ｂ）が約３０トン。鉄骨ウエブの強度（ｃ）が約１５５トン、４枚の支圧板５の強度（ｄ）が約１２３トンとする。
総強度ｆはａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝３６６トンであるところ、４枚の支圧板５の強度（ｄ）の寄与率αは、α＝ｆ／（ｆ−ｄ）＝１．５となり、約１．５倍の補強効果があることが確認された。

なお、上記支圧板５の設置位置は、上記図１の鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートの外面の位置に限らない。鉄骨梁３、４の支圧板５を通じて鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートへせん断力およびせん断変形として伝達され、或いは支圧板５の抵抗が前記せん断力およびせん断変形に対して補強効果を奏するかぎり、同コンクリートの内部の任意の位置であって良い。
もっとも、コンクリートの表層近傍の位置ではコンクリートの剥離現象のおそれがあるし、また、柱帯筋２との干渉を避ける配慮からは、図３のように柱帯筋２の位置よりも更に内部の任意の位置が選択される。ただし、スタッド６の向きは内向きの限りではない。

次に、図４と図５に示した実施例は、鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートの外面と接する位置に、鉄骨梁３，４それぞれのウエブから上下のフランジ内面にかけてそのコ字形溝を丁度塞ぐ形状の支圧板５が溶接により接合して取り付けられているが、この支圧板５の外縁部は図５に例示したように内側へ約９０度折り曲げられ、その屈曲部５ａが鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートの中に十分に深く埋め込まれている。当該支圧板５は、前記の屈曲部５ａを通じて、鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートとせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化した構成とされている。屈曲部５ａの埋め込み深さは、柱帯筋２との干渉を起こさないことを限度として、仕口コンクリートとの前記一体化を達成するに必要な深さが設定される。

本実施例の場合にも、図４の矢印Ｆ方向に水平力が作用した場合、当該水平力を負担する鉄骨梁３の応力は、当該鉄骨梁３の支圧板５を通じて鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートとせん断力およびせん断変形として伝達される。そして、同仕口コンクリートが負担したせん断力およびせん断変形は、屈曲部５ａを通じて直交方向の鉄骨梁４の支圧板５へも伝達され負担させるので、当該直交方向の鉄骨梁４の支圧板５の抵抗が前記せん断力およびせん断変形に対して補強効果を奏することになる。この直交方向の鉄骨梁４の支圧板５の補強効果が、前記矢印Ｆ方向の水平力に対するウエブの必要厚さの不足を補完することになり、更なる補強の必要性は無用であるか、補強の必要を大幅に節減することが可能であることは、上記の実施例１、２と同様である。

なお、図示することは省略したが、請求項４に記載した発明のように、鉄骨梁３，４のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板５を、鉄筋コンクリート造柱１の仕口コンクリートの外面の位置又は同コンクリート内部の位置に設置すると共に、同支圧板５を、鉄筋コンクリート造柱１のコンクリート中に埋め込まれてせん断力及びせん断変形の伝達が可能に一体化する突起を形成された公知の縞付き鋼板で形成することにより実施し、上記の実施例１〜３と全く同様の作用効果を得ることもできる。

以上に本発明を図示した実施例および図示省略の実施例に基づいて説明したが、勿論、本発明は上記の各実施例に限定されるものではない。本発明の目的と要旨、および技術的思想を逸脱しない限り、いわゆる当業者が必要に応じて行う設計変更や応用変形も含めて広く多様に実施されることを、念のため申し添える。

本発明に係る鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造の実施例１を示した平面図である。 図１のII−II線矢視断面図である。 本発明に係る鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造の実施例２を示した平面図である。 本発明に係る鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造の実施例３を示した平面図である。 上記実施例３に用いる支圧板の折り曲げ形状と鉄骨梁との関係を例示した斜視図である。 従来のコンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造を示した斜視図である。

符号の説明

１ 鉄筋コンクリート造柱
３，４ 鉄骨梁
５ 支圧板
６ スタッド
５ａ 屈曲部

Claims (4)

1. 鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造において、
   鉄骨梁のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板が、鉄筋コンクリート造柱のコンクリート外面の位置又は同コンクリート内部の位置に、同鉄筋コンクリート造柱のコンクリートとせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化する構造で設置されていることを特徴とする、鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造。
2. 鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造において、
   鉄骨梁のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板が、鉄筋コンクリート造柱のコンクリート外面の位置又は同コンクリート内部の位置に設置されていると共に、同支圧板には鉄筋コンクリート造柱のコンクリート中に埋め込まれて一体化するスタッドが複数設置されていることを特徴とする、鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造。
3. 鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造において、
   鉄骨梁のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板が、鉄筋コンクリート造柱のコンクリート外面の位置に設置されていると共に、同支圧板の外縁部が内側に折り曲げられ、その屈曲部が鉄筋コンクリート造柱のコンクリート中に埋め込まれてせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化されていることを特徴とする、鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造。
4. 鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造において、
   鉄骨梁のウエブから上下のフランジ内面にかけて取り付けられた支圧板が、鉄筋コンクリート造柱のコンクリート外面の位置又は同コンクリート内部の位置に設置されていると共に、同支圧板は鉄筋コンクリート造柱のコンクリート中に埋め込まれてせん断力およびせん断変形の伝達が可能に一体化する突起を形成された縞付き鋼板で形成されていることを特徴とする、鉄筋コンクリート造柱と鉄骨梁の梁貫通型柱梁接合部のせん断補強構造。

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