JP2007191860A - 鉄骨造の柱梁接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】柱梁架構の組立および解体が容易で、かつ解体した構造部材の再利用を図ることができ、しかも大口径になった場合においても柱梁架構における応力伝達を効果的に行うことができる鉄骨造の柱梁接合構造を提供する。
【解決手段】上下端部にエンドプレート２が接合された鋼管柱１と、上下端部にダイヤフラム５ａ、５ｂが接合された鋼管部材４およびこの鋼管部材の外周から外方に突出する梁ブラケット６を備えた仕口部ユニット３と、鉄骨造の梁ユニット７とを有し、仕口部ユニットのダイヤフラムと鋼管柱のエンドプレートとを第１の連結手段９、１０によって着脱自在に接合するに際して、エンドプレート２およびダイヤフラム５ａ、５ｂを、各々鋼管柱１および鋼管部材４の外方側および内方側に延出させるとともに、外方側および内方側において第１の連結手段により互いに接合したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、鉄骨造の柱、仕口および梁等の部材からなり、解体後におけるこれら部材の再利用を可能とした鉄骨造の柱梁接合構造に関するものである。

近年、限りある資源の有効利用を図ることにより、二酸化炭素や窒素酸化物等の排出を抑制して地球環境に対する負荷の低減を図ろうとする動きが活発になってきている。
一方、建築物の解体に伴って発生する建設廃棄物の処分量は、全ての産業廃棄物の処分量の１／２近くに及んでいる。

このため、例えば建築現場においては、コンクリートガラ、鉄材、建設残土等の建築廃棄物の発生を抑制するとともに、再利用可能な材料についてはリサイクルを図るという試みが行われている。
ところが、建築物自体においては、柱梁架構における剛性を高めて地震時の変形を抑えるために、鉄筋コンクリート造にあってはコンクリートの打設により、また鉄骨造にあっては溶接により、これら柱と梁とを剛接合している場合が多い。

このため、これらの建築物を解体する際に、当該解体作業に多大の手間を要するとともに、柱梁接合構造がリサイクル性を考慮した構成にはなっていないため、解体された柱や梁等の構造部材を再利用することが難しいという問題点があった。

そこで、例えば鉄骨造の柱梁接合構造については、下記特許文献１に見られるように、上記鉄骨柱の上下端部にフランジを設け、これらフランジ間の連結部に、上下端部にフランジを設けた上記鉄骨柱と同じ断面を有する仕口部鉄骨を介装し、これら鉄骨柱と仕口部鉄骨とのフランジ同士をボルトによって締結するとともに、上記仕口部鉄骨に設けたブラケットと大梁とを継ぎ手板を介して互いにボルトにより連結した架構構造が提案されている。

上記構成からなる架構構造によれば、柱、仕口部鉄骨、大梁等の構造部材が、いずれもボルトを用いて締結されているために解体が容易で、しかも解体後においても上記構造部材が原型を留めているために、再利用を容易に行うことができるという利点がある。
なお、下記特許文献２においても、同様の構成が開示されている。
特開２００３−５６０６０号公報 特開２０００−５４６８１号公報

しかしながら、上記従来の架構構造にあっては、鉄骨柱と仕口部鉄骨とが同軸的に配されているものの、当該鉄骨柱と仕口部鉄骨とが連続する位置において直接連結されておらず、上記連続位置から外周側に離れた両者のフランジにおいて、これらに挿通されたボルトにより締結された構成となっている。このため、上記鉄骨柱から作用する応力が、上記フランジおよびボルトを介して仕口部鉄骨に伝達されることになるために、特に上記鉄骨柱が大口径になった場合に、当該応力伝達が効果的に行われなくなる虞があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、柱梁架構の組立および解体が容易になるとともに、解体した構造部材の再利用を図ることができ、しかも架構の規模や必要とされる剛性・耐力に応じて大口径になった場合においても上記柱梁架構における応力伝達を効果的に行うことができ、ひいては耐震性も向上させることができる鉄骨造の柱梁接合構造を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、上下端部にエンドプレートが一体的に接合された鋼管柱と、上下端部に上記エンドプレートと当接するダイヤフラムが一体的に接合された鋼管部材およびこの鋼管部材の外周から外方に突出する梁ブラケットを備えた仕口部ユニットと、鉄骨造の梁ユニットとを有し、上記仕口部ユニットのダイヤフラムと上記鋼管柱のエンドプレートとを第１の連結手段によって着脱自在に接合するとともに、上記梁ブラケットと上記梁ユニットとを第２の連結手段によって着脱自在に接合してなる鉄骨造の柱梁接合構造において、上記エンドプレートおよび上記ダイヤフラムを、各々上記鋼管柱および上記鋼管部材の外方側および内方側に延出させるとともに、当該外方側および内方側において上記第１の連結手段により互いに接合したことを特徴とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の上記エンドプレートおよび上記ダイヤフラムが、上記外方側および内方側の周方向複数箇所において上記第１の連結手段によって互いに接合されているとともに、外方側の上記第１の連結手段の中間位置に、内方側の上記第１の連結手段が配置されていることを特徴とするものである。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の上記鋼管柱および上記鋼管部材が、１ｍ以上の内法を有するとともに、上記エンドプレートおよび上記ダイヤフラムには、人が通行可能な開口部が形成されていることを特徴とするものである。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、上記第１および／または第２の連結手段が、上記エンドプレートと上記ダイヤフラムおよび／または上記梁ブラケットと上記梁ユニットの端部に穿設されたボルト挿通孔と、当該ボルト挿通孔に挿入されるボルトと、このボルトに螺合されて引張接合するためのナットとを備えてなることを特徴とするものである。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、上記仕口部ユニットを構成する上記ダイヤフラムおよび鋼管部材が、弾性設計されていることを特徴とするものである。

請求項１〜５のいずれかに記載の発明によれば、鋼管柱と仕口部ユニットとを第１の連結手段によって着脱自在に連結し、かつ上記仕口部ユニットと梁ユニットとを第２の連結手段によって着脱自在に連結しているため、柱梁架構の組立および解体が容易になるとともに、解体した構造部材の再利用を図ることができる。

しかも、鋼管柱のエンドプレートおよび仕口部ユニットのダイヤフラムを、各々上記鋼管柱および鋼管部材の外方側および内方側に延出させ、かつ上記鋼管柱と仕口部ユニットの鋼管部材とを、外周側および内周側の双方において第１の連結手段によって連結することにより、これらの中間に位置する鋼管柱と仕口部ユニットの鋼管部材とを直接接合した場合と同等の応力伝達が行われる。この結果、上記鋼管柱が大口径になった場合においても、当該柱梁架構における応力伝達を効果的に行うことができる。

この際に、梁ユニットから入力される曲げ応力やせん断応力を、確実に仕口部ユニット側へと伝達可能とするために、上記第１の連結手段は、少なくとも上記梁ブラケットが設けられている位置の近傍に配置されていることが好ましい。

また、請求項２に記載の発明によれば、上記エンドプレートおよびダイヤフラムが、上記外方側および内方側の周方向複数箇所において第１の連結手段によって互いに接合されている場合に、外方側の上記第１の連結手段の中間位置に、内方側の上記第１の連結手段を配置することにより、より一層確実に引張応力やせん断応力を伝達することができる。

さらに、請求項３に記載の発明のように、架構の規模や必要とされる剛性・耐力に応じて上記鋼管柱の内法が１ｍ以上になった場合には、必然的に肉厚になるために、上述した従来の架構構造のように、鋼管柱の外周側のみにおいてフランジ同士をボルト接合しようとすると、所望の応力伝達を達成するためには当該ボルトの本数が不足する可能性が高い。この点、本発明においては、鋼管柱と仕口部ユニットとが、これらの外方側および内方側の双方において第１の連結手段により接合されているために、スパンや階高が大きい大架構に適用する場合においても、十分な接合強度を容易に確保することができる。

この際に、上記エンドプレートおよびダイヤフラムに、人が通行可能な開口部を形成しておけば、特に鋼管柱および仕口部ユニットの内側において、エンドプレートおよびダイヤフラムを第１の連結手段によって連結・解体する作業が容易になる。ここで、上記開口部の形状としては、力学上円形であることが好ましい。

なお、上記第１の連結手段や第２の連結手段としては、着脱可能な各種形態の締め付け金物を使用することが可能であるが、請求項４に記載の発明のように、上記エンドプレートとダイヤフラムあるいは上記梁ブラケットと梁ユニットの端部に穿設したボルト挿通孔に挿通したボルト・ナットを用いれば、汎用の部材によって容易に鋼管柱と仕口部ユニットとを着脱可能に引張接合することができる。

さらにまた、請求項５に記載の発明のように、上記仕口部ユニットを構成するダイヤフラムおよび鋼管部材を弾性設計すれば、柱梁の接合部を塑性変形させないことにより解体が容易になるとともに、確実に再利用することが可能になる。

図１〜図３は、本発明に係る鉄骨造の柱梁接合構造の最良に実施形態を示すもので、図中符号１が鋼管柱である。
この鋼管柱１は、内径が１ｍφ以上の鋼管であり、その上下端部には、それぞれエンドプレート２が接合一体化されている。このエンドプレート２は、中心部に人が通行可能な開口部が形成された円環状の部材で、内径は鋼管柱１の内径よりも小さく、かつ外径は鋼管柱１の外径よりも大きく形成されている。これにより、エンドプレート２は、鋼管柱１の外方側および内方側の双方に延出するように形成されている。

そして、このエンドプレート２には、鋼管柱１の外方側および内方側の双方に、円周方向に向けて複数のボルト挿通孔２ａが等間隔をおいて穿設されている。ここで、鋼管柱１の外方側に位置するボルト挿通孔２ａは、内方側に位置するボルト挿通孔２ａの中間に配置されている。

一方、鋼管柱１とＨ形鋼からなる大梁（梁ユニット）７との接合部には、仕口部ユニット３が配置されている。この仕口部ユニット３は、鋼管部材４と、この鋼管部材４の上下端部に接合一体化された外側ダイヤフラム５ａおよび内側ダイヤフラム５ｂと、鋼管部材４の外周に接合一体化された梁ブラケット６とから概略構成されたものである。

この鋼管部材４は、鋼管柱１と断面形状が等しい口径が大きな鋼管からなるもので、その長さ寸法は、接続される大梁７の梁成とほぼ等しい寸法に形成されている。また、外側ダイヤフラム５ａおよび内側ダイヤフラム５ｂは、それぞれ円環状の部材で、互いの面を同一平面上に配置された状態で鋼管部材４の上下端部の外壁および内壁に接合されている。ここで、外側ダイヤフラム５ａの外径はエンドプレート２の外径と等しく、内側ダイヤフラム５ｂの内径は、エンドプレート２の内径と等しい寸法に形成されている。

これにより、内側ダイヤフラム５ｂ内には、エンドプレート２に形成された開口部と連通する開口部８が形成されている。また、外側ダイヤフラム５ａには、エンドプレート２の鋼管柱１の外方側に穿設されたボルト挿通孔２ａと連通する複数のボルト挿通孔５ｃが穿設されるとともに、内側ダイヤフラム５ｂには、エンドプレート２の鋼管柱１の内方側に穿設されたボルト挿通孔２ａと連通する複数のボルト挿通孔５ｄが穿設されている。

そして、これら鋼管部材４並びに外側ダイヤフラム５ａおよび内側ダイヤフラム５ｂは、弾性設計されている。さらに、鋼管部材４の外壁に、上記梁ブラケット６が接合されている。この梁ブラケット６は、大梁７と断面形状が等しいＨ形鋼からなるもので、そのウエブ６ａを鋼管部材４の軸線に向けて、円周方向に等間隔をおいた４箇所に設けられている。そして、各々の梁ブラケット６のウエブ６ａおよび上下部フランジ６ｂの先端部には、それぞれ複数のボルト挿通孔６ｃが穿設されている。他方、大梁７のウエブ７ａおよび上下部フランジ７ｂの先端部にも、同様のボルト挿通孔７ｃが穿設されている。

上記構成からなる鋼管柱１と仕口部ユニット３とは、エンドプレート２と外側ダイヤフラム５ａおよび内側ダイヤフラム５ｂとを当接させ、互いに連通するボルト挿通孔２ａ、５ｃ、５ｄに超高力ボルト９が挿入されるとともに、ナット１０が締め付けられることにより着脱自在に引張接合されている。そして、これらボルト挿通孔２ａ、５ｃ、５ｄ、超高力ボルト９およびナット１０により、第１の連結手段が構成されている。

また、仕口部ユニット３と大梁７とは、仕口部ユニット３の梁ブラケット６と大梁７とを連続させ、これらの間に継ぎ手板１１が配設されるとともに、これら継ぎ手板１１のボルト挿通孔と梁ブラケット６および大梁７のボルト挿通孔６ｃ、７ｃにそれぞれ超高力ボルト１２が挿通されてナット１３により締め付けられることにより、同様に着脱自在に連結・一体化されている。そして、これらボルト挿通孔６ｃ、７ｃ、継ぎ手板１１、超高力ボルト１２およびナット１３により、第２の連結手段が構成されている。

以上の構成からなる鉄骨造の柱梁接合構造によれば、鋼管柱１と仕口部ユニット３とを、互いのエンドプレート２および外側ダイヤフラム５ａおよび内側ダイヤフラム５ｂのボルト挿通孔２ａ、５ｃ、５ｄに挿入超高力ボルト９およびナット１０によって、着脱自在に引張接合するとともに、仕口部ユニット３の梁ブラケット６と大梁７とを、継ぎ手板１１を介してボルト挿通孔６ｃ、７ｃに挿入した高力ボルト１２およびナット１３によって着脱自在に接合しているため、柱梁架構の組立および解体が容易になる。

特に、エンドプレート２および内側ダイヤフラム５ｂに、人が通行可能な開口部８を形成しているために、鋼管柱１および仕口部ユニット３の内側において、エンドプレート２と内側ダイヤフラム５ｂとを容易に接合・解体することができる。
加えて、仕口部ユニット３についても、これを構成する外側ダイヤフラム５ａ、内側ダイヤフラム５ｂおよび鋼管部材４を弾性設計しているために、解体した鋼管柱１、仕口部ユニット３、大梁７等の構造部材の再利用を図ることができる。

しかも、鋼管柱１のエンドプレート２および仕口部ユニット３の外側ダイヤフラム５ａおよび内側ダイヤフラム５ｂが、各々鋼管柱１および鋼管部材４の外方側および内方側に設けられ、これら鋼管柱１と仕口部ユニット３とを、上記外周側および内周側の双方において超高力ボルト９およびナット１０によって引張接合しているために、これらの中間に位置する鋼管柱１と仕口部ユニット３の鋼管部材４とを直接接合した場合と同等の応力伝達が行われる。この結果、内径が１ｍ以上の口径が大きな鋼管柱１を接合する場合にも、必要とされる超高力ボルト９の本数が不足することなく、かつ当該柱梁架構における応力伝達を効果的に行うことができる。

この際に、梁ブラケット６が設けられている近傍位置においても超高力ボルト９およびナット１０により引張接合されているうえに、これら外方側の超高力ボルト９およびナット１０の中間位置に、内方側の超高力ボルト９およびナット１０が配置されているために、より一層確実に、鋼管柱１からの軸力や大梁７から入力される曲げ応力やせん断応力を仕口部ユニット３側へと伝達することができる。

なお、上記実施の形態においては、鋼管柱１が、内径１ｍφ以上の鋼管である場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、対向する内壁の間隔が１ｍ以上である４角形等の多角形の角形鋼管にも同様に適用することができる。

また、上記鋼管柱１内において内側ダイヤフラム５ｂとエンドプレート２とを超高力ボルト９およびナット１０によって接合する際には、人が当該鋼管柱１の上方から内部に入って上記作業を行うこともでき、あるいは鋼管柱１に点検や保守用の扉等の開口部が形成されている場合には、これら開口部から内部に入って上記作業を行い、作業後に当該開口部を塞ぐようにしてもよい。

本発明の鉄骨造の柱梁接合構造の一実施形態を示す要部の分解図である。 図１の仕口部ユニットの平面図である。 図１の組立完了した状態を示す全体正面図である。

符号の説明

１ 鋼管柱
２ エンドプレート
２ａ、５ｃ、５ｄ、６ｃ、７ｃ ボルト挿通孔
３ 仕口部ユニット
４ 鋼管部材
５ａ 外側ダイヤフラム
５ｂ 内側ダイヤフラム
６ 梁ブラケット
７ 大梁（梁ユニット）
８ 開口部
９、１２ 超高力ボルト
１０、１３ ナット

Claims (5)

1. 上下端部にエンドプレートが一体的に接合された鋼管柱と、上下端部に上記エンドプレートと当接するダイヤフラムが一体的に接合された鋼管部材およびこの鋼管部材の外周から外方に突出する梁ブラケットを備えた仕口部ユニットと、鉄骨造の梁ユニットとを有し、上記仕口部ユニットのダイヤフラムと上記鋼管柱のエンドプレートとを第１の連結手段によって着脱自在に接合するとともに、上記梁ブラケットと上記梁ユニットとを第２の連結手段によって着脱自在に接合してなる鉄骨造の柱梁接合構造において、
   上記エンドプレートおよび上記ダイヤフラムを、各々上記鋼管柱および上記鋼管部材の外方側および内方側に延出させるとともに、当該外方側および内方側において上記第１の連結手段により互いに接合したことを特徴とする鉄骨造の柱梁接合構造。
2. 上記エンドプレートおよび上記ダイヤフラムは、上記外方側および内方側の周方向複数箇所において上記第１の連結手段によって互いに接合されているとともに、外方側の上記第１の連結手段の中間位置に、内方側の上記第１の連結手段が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨造の柱梁接合構造。
3. 上記鋼管柱および上記鋼管部材は、１ｍ以上の内法を有するとともに、上記エンドプレートおよび上記ダイヤフラムには、人が通行可能な開口部が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄骨造の柱梁接合構造。
4. 上記第１および／または第２の連結手段は、上記エンドプレートと上記ダイヤフラムおよび／または上記梁ブラケットと上記梁ユニットの端部に穿設されたボルト挿通孔と、当該ボルト挿通孔に挿入されるボルトと、このボルトに螺合されて引張接合するためのナットとを備えてなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の鉄骨造の柱梁接合構造。
5. 上記仕口部ユニットを構成する上記ダイヤフラムおよび鋼管部材は、弾性設計されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の鉄骨造の柱梁接合構造。

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