JP2007211507A - 梁構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】鉛直荷重に対する剛性を確保することができ、地震時荷重による梁端部の損傷に対する補修が容易となる梁構造を提供することを目的としている。
【解決手段】梁接合体2,2に接合される鉄骨造の梁端部3と、内部にPC鋼材9が設置されて梁軸方向にプレストレスが付与された鉄筋コンクリート造の梁中央部4とを有し、梁端部3の梁中央側の端面3bと梁中央部4の端面4aとが圧着接合されている。
【選択図】図1

Description

本発明は、混合構造からなる梁構造に関する。
梁の大スパン化を実現する技術として、梁の構造を、鉄骨造と他の構造とを組み合わせる混合構造にする技術がある。混合構造からなる従来の梁構造としては、例えば、鉄骨造とRC(鉄筋コンクリート)造とを組み合わせるものがある。この梁構造は、梁中央部を鉄骨造とし、梁端部をRC造とする梁構造である(例えば、特許文献1参照。)。
また、混合構造からなる従来の梁構造としては、鉄骨造とSRC(鉄骨鉄筋コンクリート)造とを組み合わせるものがある。この梁構造は、梁中央部をSRC造とし、梁端部を鉄骨造とする梁構造である(例えば、特許文献2参照。)。
さらに、混合構造からなる従来の梁構造としては、鉄骨造とPRC(プレストレスが付与された鉄筋コンクリート)造とを組み合わせるものがある。この梁構造は、梁中央部をPRC造とし、梁端部を鉄骨造とする梁構造である(例えば、特許文献3参照。)。
特開2003−129569号公報 特開平5−18005号公報 特開2000−144905号公報
しかしながら、上記した特許文献1に記載された従来の梁構造では、梁中央部が鉄骨造からなるため、鉛直荷重に対する剛性の確保が難しいという問題がある。また、梁端部がコンクリート系であるため、地震時荷重による梁端部の損傷に対して補修が困難な場合がある。さらに、梁端部がRC造であるため、RC部の配筋量が多い場合には、例えば柱の鉄筋との取り合いが複雑となって施工性が悪くなり、施工上非効率的になる場合があるという問題がある。
また、上記した特許文献2に記載された従来の梁構造では、梁中央部がSRC造からなるため、梁全長分の鉄骨材が必要であり、鋼材量が増加してコストアップになるとともに、梁の重量が増加して構造設計上不利となるという問題がある。
さらに、上記した特許文献3に記載された従来の梁構造では、梁端部を構成する鉄骨材の端部がPRC造の梁中央部の端部内に埋設された構成からなり、梁中央部の端部内に埋設された鉄骨材の端部には、引き抜き防止のスタッドを複数溶接する必要があるため、梁端部と梁中央部の接合には相当の手間がかかり、施工性が悪いという問題がある。また、鉄骨材を梁中央部内に埋設させる分、鋼材量が多くなるという問題もある。
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、鉛直荷重に対する剛性を確保することができ、地震時荷重による梁端部の損傷に対する補修が容易となる梁構造を提供することを目的としている。また、鋼材量の増加を抑えて、コストアップしないようにするとともに構造設計上不利にならないようにすることを目的としており、さらに、施工性を向上させることを目的としている。
請求項1記載の発明は、梁接合体に接合される鉄骨造の梁端部と、内部にPC鋼材が設置されて梁軸方向にプレストレスが付与された鉄筋コンクリート造の梁中央部とを有し、梁端部の梁中央側の端面と梁中央部の端面とが圧着接合されていることを特徴としている。
このような特徴により、梁端部は、補修が容易な鉄骨造で形成され、梁中央部は、少ない鋼材量で鉛直荷重に対して高い剛性を有するPRC造で形成される。また、梁端部の梁中央側の端面と梁中央部の端面とが圧着接合されているため、梁端部と梁中央部とは簡単に接合される。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の梁構造において、PC鋼材は、端部にカプラーが付設されているとともに、引張力が導入された状態で梁中央部内に埋設されており、前記カプラーに緊結される緊結部材によって、梁端部の梁中央側の端部が梁中央部の端部に取り付けられていることを特徴としている。
このような特徴により、プレテンション方式により、梁中央部にプレストレスが付与される。また、カプラーに緊結される緊結部材によって、梁端部の梁中央側端部が梁中央部の端部に取り付けられることで、梁端部の梁中央側の端面が梁中央部の端面に圧着接合される。
請求項3記載の発明は、請求項1記載の梁構造において、PC鋼材が、梁中央部内に埋設されたシース管の中に挿通されており、PC鋼材に引張力が導入されるとともにPC鋼材の端部が梁端部に定着されていることを特徴としている。
このような特徴により、ポストテンション方式により、梁中央部にプレストレスが付与される。また、引張力が導入されたPC鋼材の端部が梁端部に定着されることで、梁端部の梁中央側の端面が梁中央部の端面に圧着接合される。
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載の梁構造において、前記梁端部に、梁接合体内に埋設されたPC鋼材又は長尺ボルトの端部が定着されて、梁端部の梁接合体側の端面が梁接合体の側面に圧着接合されていることを特徴としている。
このような特徴により、柱等の梁接合体の中に、梁端部の鉄骨材を埋設させることなく、梁端部が梁接合体の側面に容易に接合される。
本発明に係る梁構造によれば、梁中央部がPRC造で形成されるため、鉛直荷重に対する剛性を確保することができ、これによって、梁の上下動を抑えて建物の居住性等を改善することができる。また、梁端部が鉄骨造で形成されているため、施工性を向上させることができるとともに、地震時荷重によって梁端部に損傷が生じても容易に補修することができる。また、梁端部の領域長さ分の鉄骨材があれば足りるため、鋼材量の増加を抑えることができ、これによって、コストアップを抑制するとともに構造設計上有利な構造にすることができる。梁端部と梁中央部とが圧着接合されるため、施工性を向上させることができる。
また、端部にカプラーが付設されたPC鋼材を、引張力を導入した状態で梁中央部内に埋設し、カプラーに緊結される緊結部材によって、梁端部の梁中央側の端部を梁中央部の端部に取り付ける構成とすることにより、梁端部の梁中央側の端面と梁中央部の端面とが簡単に圧着接合され、施工性を向上させることができる。
また、梁中央部内に埋設されたシース管の中にPC鋼材を挿通し、このPC鋼材に引張力を導入するとともにPC鋼材の端部を梁端部に定着させる構成にすることにより、梁端部の梁中央側の端面と梁中央部の端面とが簡単に圧着接合され、施工性を向上させることができる。
また、梁接合体内に埋設されたPC鋼材又は長尺ボルトの端部が梁端部に定着されて、梁端部の梁接合体側の端面が梁接合体の側面に圧着接合されている構成にすることで、梁端部を梁接合体に容易に接合させることができ、施工性をさらに向上させることができる。
以下、本発明に係る梁構造の第1、第2の実施の形態について、図面に基いて説明する。
[第1の実施の形態]
図1は第1の実施の形態における梁構造の側面図であり、図2は第1の実施の形態における梁構造の平断面図である。
図1,図2に示すように、第1の実施の形態における梁構造からなる梁1は、間隔をあけて立設された2本の鉄筋コンクリート造の柱2,2(梁接合体)間に架設されている。この梁1は、鉄骨構造の梁端部3,3とPRC構造の梁中央部4とを有する混合構造の構造体であり、梁中央部4の両端に梁端部3,3がそれぞれ接合された構成からなる。
梁端部3は、鉄骨材5の両端にエンドプレート6,7がそれぞれ溶接接合された構成からなる。鉄骨材5は、台形のフランジ5a,5bを有するH形鋼状の鋼材であり、鉄骨材5のフランジ5a,5bは、柱側(梁端側)が幅広に、梁中央側が幅狭になっている。エンドプレート6,7は、梁1の軸線方向に対して垂直に配置された矩形の鋼板からなる。
梁端部3の柱側(梁端側)の端面3aは、柱2の仕口部(梁接合部)の側面2aに圧着接合されている。具体的には、柱2の仕口部の中に、梁軸方向に延在する複数のPC鋼材12…が埋設されている。そして、このPC鋼材12…に引張力が導入されるとともに、PC鋼材12…の端部が、梁端部3の柱側(梁端側)のエンドプレート(以下、外エンドプレート6と記す。)に定着されることで、梁端部3の柱側の端面3aが、柱2の仕口部の側面2aに圧着接合されている。PC鋼材12…端部の定着構造は、外エンドプレート6に、複数のPC鋼材12…の端部を挿通させる図示せぬ孔があけられ、この孔に挿通されたPC鋼材12…の端部を、PC鋼材12の端部を掴持する定着具13…によってそれぞれ固定する構成からなる。
梁中央部4は、鉄筋コンクリート造のプレキャスト・コンクリート体(PC体8)の中に、梁軸方向に延在する複数のPC鋼材9…が設置された構造体であり、PC体8内のPC鋼材9…に引張力を導入してPC体8にプレストレスを付与することで高剛性化されたプレストレストコンクリートからなる構造体である。PC鋼材9は、PC体8に梁軸方向のプレストレスを付与するための緊張材であり、例えば、高張力鋼からなる鋼棒、鋼線、鋼より線、或いは鋼線や鋼より線を束ねたケーブル等である。また、本実施の形態では、プレテンション方式によってPC体8にプレストレスが付与されており、つまり、PC体8のコンクリート打設前に、予めPC鋼材9を緊張させて引張力を導入し、コンクリート硬化後に緊張を解いてPC体8にプレストレスを付与している。
PC鋼材9の両端部には、雌ネジを有する長ナット状のカプラー10,10がそれぞれ付設されており、このカプラー10は、PC体8の端部に埋設された状態で配置されている。カプラー10の梁端側の端面は、PC体8の端面(梁中央部4の端面4a)と面一になっており、カプラー10の梁端側の端部は、梁中央部4の端面4aの側方に開放されている。
梁中央部4の端面4aは、梁端部3の梁中央側の端面3bに圧着接合されている。具体的には、梁端部3の内エンドプレート7には、カプラー10…に対向する位置に図示せぬ孔がそれぞれあけられており、これらの孔に高力ボルト11…(緊結部材)をそれぞれ差し込み、カプラー10…にそれぞれ螺合させる。これにより、梁端部3の梁中央側のエンドプレート(以下、内エンドプレート7と記す。)が梁中央部4の端部に取り付けられ、梁端部3の梁中央側の端面3bと梁中央部4の端面4aとが圧着接合されている。
上記した構成からなる梁構造の施工方法としては、まず、予め、工場等で、両側の梁端部3,3および梁中央部4をそれぞれ製作し、これら梁端部3,3および梁中央部4を現場にそれぞれ搬入する。梁中央部4を製作するとき、プレテンション方式によって梁中央部4にプレストレスを付与する。つまり、PC体8のコンクリート打設前に、PC体8の図示せぬ型枠内に複数のPC鋼材9…を緊張させた状態でセットしておき、コンクリート硬化後に緊張を解いてPC体8にプレストレスを導入する。
次に、現場内の組み立てヤードで、梁中央部4の両端に梁端部3,3をそれぞれ接合して梁1を形成する。具体的には、梁中央部4の両端の側方に梁端部3,3をそれぞれ配置し、これら梁端部3,3の梁中央側端面3b,3bと梁中央部4の端面4a,4aとを、高力ボルト11…によって互いに圧着接合させる。
次に、組み立てられた梁1を柱2,2間に架設させる。具体的には、柱2,2間に、組み立てられた梁1を配置し、両側の梁端部3,3の柱側端面3a,3aを、柱2,2の仕口部の側面2a,2aにそれぞれ圧着接合させる。
なお、梁中央部4と梁端部3,3とを組み立てずに、先に梁端部3,3を単体のまま両側の柱2,2の仕口部側面2a,2aにそれぞれ接合させ、その後、両側の梁端部3,3の間に梁中央部4を組み入れてもよい。また、勿論、現場以外の工場等で、梁中央部4と梁端部3,3とを接合して梁1を形成し、この梁1を現場に搬入してもよい。
上記した構成からなる梁構造によれば、梁中央部4がPRC造で形成されるため、鉛直荷重に対する剛性を確保することができ、これによって、梁1の上下動を抑えて建物の居住性等を改善することができる。また、梁端部3,3が鉄骨造で形成されているため、施工性を向上させることができるとともに、地震時荷重によって梁端部3,3に損傷が生じても容易に補修することができる。また、梁端部3,3の領域長さ分の鉄骨材5があれば足りるため、鋼材量の増加を抑えることができ、これによって、コストアップを抑制するとともに構造設計上有利な構造にすることができる。梁端部3,3と梁中央部4とが圧着接合により接合されるため、施工性を向上させることができる。
また、端部にカプラー10が付設された複数のPC鋼材9…が、引張力を導入した状態で梁中央部4内にそれぞれ埋設され、カプラー10に緊結される高力ボルト11によって、梁端部3の内エンドプレート7が梁中央部4の端部に取り付けられる構成となっているため、梁端部3の梁中央側端面3bと梁中央部4の端面4aとが簡単に圧着接合され、施工性を向上させることができる。
また、柱2の仕口部内に埋設された複数のPC鋼材12…の端部が梁端部3の外エンドプレート6に定着されて、梁端部3の柱側端面3aが柱2の側面に圧着接合されている構成になっているため、梁端部3を柱2の仕口部に容易に接合させることができ、施工性をさらに向上させることができる。
[第2の実施の形態]
図3は第2の実施の形態における梁構造の側面図であり、図4は第2の実施の形態における梁構造の平断面図である。なお、第2の実施の形態の構成のうち、上述した第1の実施の形態と同様の構成については、第1の実施の形態と同一の符号を付すことでその説明を省略する。
図3,図4に示すように、梁中央部4のPC体8の中には、梁軸方向に延在する複数のシース管14…が埋設されている。このシース管14…は、円筒状の部材であり、シース管14…の両端面は、PC体8の端面(梁中央部4の端面4a)とそれぞれ面一になっており、シース管14…の両端は、梁中央部4の端面4aの側方にそれぞれ開放されている。シース管14…の中には、PC鋼材9…がそれぞれ挿通されており、これらのPC鋼材9…の両端は、シース管14…の端部からそれぞれ突出されている。
一方、梁端部3の内エンドプレート7には、シース管14…に対向する位置に図示せぬ孔がそれぞれあけられており、これらの孔にPC鋼材9…の端部がそれぞれ挿通されている。また、PC鋼材9…には、それぞれ引張力が導入されており、さらに、PC鋼材9…の両端部が、両側の梁端部3,3の内エンドプレート7,7にそれぞれ定着されている。具体的には、一方の内エンドプレート7を貫通したPC鋼材9の一端部に頭部9aが形成され、この頭部9aが内エンドプレート7に係止されている。また、他方の内エンドプレート7を貫通したPC鋼材9の他端部には、PC鋼材9の他端部を掴持する定着具15が取り付けられ、この定着具15によりPC鋼材9の他端部が他方の内エンドプレート7に固定されている。
上記した構成からなる梁構造の施工方法としては、まず、予め、工場等で、両側の梁端部3,3および梁中央部4をそれぞれ製作し、これら梁端部3,3および梁中央部4を現場にそれぞれ搬入する。梁中央部4を製作するとき、PC体8のコンクリート打設前に、PC体8の図示せぬ型枠内に複数のシース管14…をセットし、梁中央部4の中に複数のシース管14…を埋設させる。
そして、梁中央部4の両端に梁端部3,3をそれぞれ接合して梁1を形成する。具体的には、梁中央部4の両端の側方に梁端部3,3をそれぞれ配置するとともに、複数のシース管14…の中にPC鋼材9…をそれぞれ挿通させる。このとき、PC鋼材9の一端部に形成された頭部9aを一方の梁端部3,3の内エンドプレート7に係止させておく。そして、他方の梁端部3の内エンドプレート7から突出したPC鋼材9の他端部に図示せぬ緊張装置を装着し、この緊張装置によりPC鋼材9を引張ってPC鋼材8に引張力を導入する。PC鋼材9に所定の引張力が導入されたところで、PC鋼材9の他端部に定着具15を取り付け、その後、図示せぬ緊張装置をPC鋼材9から取り外す。このように、ポストテンション方式によってPC体8にプレストレスを付与するとともに、梁端部3,3の梁中央側端面3b,3bと梁中央部4の端面4aとを互いに圧着接合させる。なお、上記した緊張作業は、複数のPC鋼材9…について1本づつ緊張させてもよく、或いは、2本以上のPC鋼材9…をまとめて一度に緊張させてもよい。
次に、組み立てられた梁1を柱2,2間に架設させる。具体的には、柱2,2間に、組み立てられた梁1を配置し、両側の梁端部3,3の柱側端面3a,3aを、柱2,2の仕口部の側面2a,2aにそれぞれ圧着接合させる。
上記した構成からなる梁構造によれば、梁中央部4内に埋設された複数のシース管14…の中にPC鋼材9…がそれぞれ挿通され、これらのPC鋼材9…に引張力が導入されるとともにPC鋼材9…の両端部が両側の梁端部3,3にそれぞれ定着される構成からなるため、梁端部3,3の梁中央側端面3b,3bと梁中央部4の端面4a,4aとが簡単に圧着接合され、施工性を向上させることができる。
以上、本発明に係る梁構造の第1、第2の実施の形態について説明したが、本発明は上記した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、上記した実施の形態では、梁中央部4がプレキャストコンクリートから構成されているが、本発明は、梁中央部4が在来工法により構築される現場打ちコンクリートから構成されていてもよい。
また、上記した実施の形態では、梁1が柱2,2間に架設されており、梁端部3が柱2の側面に接合されているが、本発明は、梁端部が柱だけでなく壁や梁に接合される構成であってもよい。具体的には、壁構造体の壁面に梁端部を接合させてもよく、或いは、本発明に係る梁構造の梁端部(例えば小梁等)を、他の梁構造体(例えば大梁等)の側面に接合させてもよい。
また、上記した実施の形態では、柱2,2に埋設されたPC鋼材12…によって梁端部3,3を柱2,2の側面に圧着接合させているが、本発明は、PC鋼材12…に代えてロング高力ボルト等の長尺ボルトを用いてもよい。さらに、本発明は、例えば、梁端部の鉄骨材の端部を、コンクリート造の柱の仕口部内に埋設させて定着させる構成であってもよく、或いは、鉄骨造の梁端部を鉄骨柱にボルト接合する構成であってもよい。
また、上記した第1の実施の形態では、PC鋼材9の端部に長ナット状のカプラー10が付設され、梁中央部4の端部に梁端部3の内エンドプレート7を取り付ける緊結部材として高力ボルト11が用いられ、カプラー10に高力ボルト11を螺合させて緊結させているが、本発明は、例えば、筒状のカプラーにピン状の緊結部材を圧入させる構成であってもよく、或いは、筒状のカプラーの内周面とピン状の緊結部材の外周面に、互いに噛合し合う凹凸がそれぞれ形成され、緊結部材がカプラーに段階的にグリップされる構成であってもよく、さらに、これらの場合、ピン状の緊結部材が、梁端部の梁中央側端面に突設された構成であってもよい。また、PC鋼材の端部に付設されるカプラーがボルト状の部材からなり、このカプラーにナット状の緊結部材を螺合させる構成であってもよい。
また、上記した第2の実施の形態では、PC鋼材9の一端部に、一方の内エンドプレート7に係止される頭部9aが形成され、PC鋼材9の他端部に、PC鋼材9の端部を掴持して固定する定着具15が取り付けられた構成からなるが、PC鋼材の両端に定着具が取り付けられた構成であってもよい。
その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成を周知の構成に置き換えることは可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明の第1の実施の形態を説明するための梁構造の側面図である。 本発明の第1の実施の形態を説明するための梁構造の平断面図である。 本発明の第2の実施の形態を説明するための梁構造の側面図である。 本発明の第3の実施の形態を説明するための梁構造の平断面図である。
符号の説明
1 梁
2 柱(梁接合体)
3 梁端部
4 梁中央部
9 PC鋼材
10 カプラー
11 高力ボルト(緊結部材)
12 PC鋼材
14 シース管

Claims (4)

  1. 梁接合体に接合される鉄骨造の梁端部と、内部にPC鋼材が設置されて梁軸方向にプレストレスが付与された鉄筋コンクリート造の梁中央部とを有し、
    梁端部の梁中央側の端面と梁中央部の端面とが圧着接合されていることを特徴とする梁構造。
  2. 請求項1記載の梁構造において、
    PC鋼材は、端部にカプラーが付設されているとともに、引張力が導入された状態で梁中央部内に埋設されており、
    前記カプラーに緊結される緊結部材によって、梁端部の梁中央側の端部が梁中央部の端部に取り付けられていることを特徴とする梁構造。
  3. 請求項1記載の梁構造において、
    PC鋼材が、梁中央部内に埋設されたシース管の中に挿通されており、
    PC鋼材に引張力が導入されるとともにPC鋼材の端部が梁端部に定着されていることを特徴とする梁構造。
  4. 請求項1から3のいずれかに記載の梁構造において、
    前記梁端部に、梁接合体内に埋設されたPC鋼材又は長尺ボルトの端部が定着されて、梁端部の梁接合体側の端面が梁接合体の側面に圧着接合されていることを特徴とする梁構造。
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