JP2009035928A - 複合架構構造 - Google Patents

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【課題】 柱部をRC構造、梁端部を含む柱梁接合部をSRC構造、梁中央部をS造とすることで、構造上の合理性を考慮して、省工程化を図った架構構造を提供する。
【解決手段】 立設した鉄筋コンクリート柱20,20…上に、連続した鉄骨部の一部が突出した梁端部を含んだ柱梁接合部を定置し、梁端部を含んだ柱梁接合部の少なくとも一部をプレキャスト鉄骨鉄筋コンクリート部材3で構成する。この鉄骨鉄筋コンクリート部材3の、対向する一部を突出させた鉄骨部の間に鉄骨梁1を架設した。
【選択図】 図1

Description

本発明は複合架構構造に係り、柱部をRC構造、梁端部を含む柱梁接合部をSRC構造、梁中央部をS造とした架構構造に関する。
材料の高強度化により、従来は鉄骨鉄筋コンクリート(以下、SRC)造としていた建物も鉄筋コンクリート(以下、RC)造とすることが可能となり、現在では高層住宅のほとんどはRC造で建築されている。RC造は、高強度化された材料によりSRC造柱と同等以上の耐力を持たせることができるため、耐力で断面が決定されることが多い柱部は、そのほとんどを設計上、RC造とすることが可能である。一方で、梁部は建物の揺れを抑制し、積載重量による変形を防止するなど、剛性が断面決定要因となる場合が多い。しかし、材料が高強度化されたとしても、梁の断面寸法には制約があり、RC造梁の剛性を高めるのには限界がある。そのため、梁部には鉄骨(以下、S)造やSRC造を採用しなければならないケースがある。
一般に、梁部と柱部とは、材料の連続性を考慮して同じ構造形式とする場合が多い。そのため、梁部に要求される断面性能が、建物全体の構造形式に影響を与えている場合が多い。例えば、梁部をSRC造とする必要がある場合には、材料の連続性が考慮され柱部も自動的にSRC造となっていた。工期短縮の面から考えると、各部材をプレキャスト(以下PCa)化することが好ましいが、SRC造をPCa化した場合、部材同士を接合するためには鉄筋と鉄骨の両者をそれぞれ接合しなければならない。その結果、継手部には場所打ちコンクリートが必要となり、SRC造のPCa化の利点は少ない。
ところで、ラーメン構造を構成する梁部は、その端部と中央部とでは要求される断面性能が異なる。特許文献1では、梁部の大スパンの架構法として、梁中央部には軽量のS造の梁を、梁端部には剛度と耐力を併せ持つSRC造の梁を採用した複合構造梁が提案されている。また出願人は、梁端部を含んだ柱梁接合部はRC造から、梁中央部はSRC造とS造とからなる複合構造梁において、簡易な補強構造を施すことにより、合理的な力学的挙動を実現することができるとする技術を特許文献2に提案している。この技術を用いると建物の構造形式を、図10に示すように、柱部をRC造20と、柱梁接合部10を含んだ梁部をS造1とRC造2とSRC造3とからなる複合構造梁とすることができる。その結果、従来、SRC造となっていた柱部をRC造とすることができるため、工費のコストダウンを図ることができる。
特開昭63−107634号公報 特許第3631237号公報
従来、SRC造となっていた柱部をRC造とすることができれば、鉄骨減によるコストダウンが図れ、PCa化が容易となり工期の短縮を図ることができる。特許文献1の技術は、SRC造とS造とからなる複合構造梁の構造詳細に関する技術であり、RC造柱と複合構造梁とからなる複合架構構造についての技術ではない。また、特許文献2に記載された技術を用いると、RC造柱と複合構造梁とから構成される複合架構構造とすることができる。しかし、梁部の鉄骨を鉄筋コンクリート内に埋設させて、梁端部で鉄骨が分断されている構造であるため、柱梁接合部10を含んだ梁部のPCa化は難しい。そのため、複雑な形状の型枠や、多数の支保工が必要となっていた。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、柱部をRC構造、梁端部を含む柱梁接合部をSRC構造、梁中央部をS造とした複合架構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、本発明は立設した鉄筋コンクリート柱上に、連続した鉄骨部の一部が突出した梁端部を含んだ柱梁接合部を定置し、前記梁端部を含んだ柱梁接合部の少なくとも一部をプレキャスト鉄骨鉄筋コンクリートで構成し、対向する一部を突出させた前記鉄骨部の間に鉄骨梁を架設したことを特徴とする。
他の発明として、立設した鉄筋コンクリート柱上の梁高さ位置に、梁端部を含んだ柱梁接合部を構成する連続した鉄骨部を定置し、対向する前記鉄骨部の間に鉄骨梁を架設し、前記鉄骨部と前記鉄骨梁との所定区間を場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート構造としたことを特徴とする。
また、前記鉄骨部と前記鉄骨梁との所定区間に現場打ち鉄骨鉄筋コンクリート構造部の型枠を支持させてもよい。
また、前記鉄骨部又は前記鉄骨梁の断面寸法に、漸変区間を設けてもよい。
以上のように本発明によれば、梁端部を含んだ柱梁接合部をPCa化することができ、躯体部分の場所打ちコンクリートはスラブ以外には発生しない。さらに、中央鉄骨部分は、梁端部を含んだ柱梁接合部から突出している鉄骨とボルト接合するだけでよいため、工期の大幅な短縮が可能となる。また、梁の鉄骨を柱梁接合部で連続させることにより、PCa化された梁端部を含んだ柱梁接合部は、柱上端部に設置された際に自立することができる。さらに、スパン中央の梁鉄骨をボルト接合すると、鉄骨梁が梁自重やスラブ荷重、施工時の仮設荷重を支えるため、支保工を大幅に減少させることができる。また、梁端部の断面を小さくすることができ、梁下空間を有効に利用することができる。また、柱梁接合部を中心にSRC造梁内の鉄筋が減るため、配筋作業の省力化を図ることができ、定着金物や鉄筋継手の数を減らすことができる。さらに、梁端部を含んだ柱梁接合部を場所打ちコンクリートとした場合においても、鉄骨から吊り型枠を設置することができるため、支保工を大幅に減少させることができる。
以下、本発明に係る複合架構構造を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施形態に係るS造梁と、SRC造の梁端部を含んだ柱梁接合部と、RC造柱とを用いた複合架構構造を示した建物の側面図、図2は図1中の矢視II-IIで示した建物の伏図を示している。建物は、PCa化されたRC造柱20と、PCa化されたSRC造の梁端部を含んだ柱梁接合部50と、梁端部を連結するS造梁1と、から構成されている。以下、PCa化されたSRC造の梁端部を含んだ柱梁接合部を、接合部ユニットと記述する。
図3各図は、本発明の実施形態に係る架構構造の構築手順を示したステップ図である。また、図4は図3中の矢視IV-IVで示した柱梁接合部10を中心として鉄骨と鉄筋に着目した概略図である。図3(a)は梁部の構築状況を示している。柱部はPCa化されたRC造柱20−1からなり、上端部から柱主筋21が突出し形成されている。RC造柱20−1が立設されると、その上部には、PCa化された接合部ユニット50が配設される。接合部ユニット50はSRC造で、断面の中央にはH型鋼からなる鉄骨11を備えている。鉄骨11の交差部は、応力伝達を考慮して完全溶け込み溶接が施工されて連続性が保たれている。鉄骨11は後述するように、接合部ユニット50間に配設されるS造梁11と添接板13を介してボルト接合される。そのため、接合部ユニット50内の鉄骨11は、ボルト接合の際の作業性を考慮し所定長突出させ、端部にはボルト孔が形成されている。接合部ユニット50内の鉄筋は、鉄骨11を取り囲むように梁主筋14およびスターラップ筋15が組み立てられている。梁主筋14も梁主筋14同士の交差部で切断することなく、連続して形成されている。接合部ユニット50の一部である柱梁接合部10には、前述したRC造柱20の柱主筋21が貫通するため、柱主筋21貫通後にグラウト材を圧入可能な十分な大きさの貫通孔17がシース管等であけられている。
接合部ユニット50は、立設したRC造柱20−1上に柱主筋21を貫通孔17に貫通させ、配設される。貫通孔17にはグラウト材が圧入され、RC造柱20−1と接合部ユニット50とが一体化する。接合部ユニット50は鉄骨11が貫通しPCa化されているため、RC造柱20−1上に配設された接合部ユニット50は自立し、安定を保つことが可能となる。仮に、接合部ユニット50の安定性を検討し、安定が保てない場合にのみ支保工30を設置すればよい。その結果、従来工法と比べ支保工30を大幅に減らすことができる。接合部ユニット50が配設されると、接合部ユニット50間にS造梁11が架設される。S造梁11は、接合部ユニット50内にある鉄骨11と同寸法のH型鋼からなり、柱梁接合部10から突出した鉄骨11と添接板13を介してボルト接合にて連結される。
同図(b)は梁部の施工が完了した後、柱部をその上部に構築している状況を示している。梁部の施工が完了すると、PCa化されたRC造柱20−2が柱梁接合部10上に構築される。RC造柱20−2には、柱主筋21と帯筋(不図示)が配筋されており、柱主筋21がRC造柱20−2の上端から突出し形成されている。RC造柱20−2の下部は、柱梁接合部10から突出した柱主筋21とRC造柱20−2の貫通孔17を挿通して所定位置に配置された柱主筋21とが接合される。例えば、柱主筋21の端部同士にスリーブ(不図示)をはめ、柱主筋21とスリーブとの間隙に高強度のグラウト材を充填して接合される。以上のように、柱と梁とが交互に構築され、所定階まで施工される。
図4に示すように、柱梁接合部10の四隅にはせん断補強を目的として分割帯筋22が配筋されている。柱梁接合部10内の鉄骨11のフランジには組立筋18が溶接され、分割帯筋22は、この組立筋18の箇所にフックが形成されている。分割帯筋22の帯筋比は、検証実験で行った範囲である0.3%以下に設定することが好ましい。また、最上階の柱梁接合部10では、帯筋はせん断補強の役割以外に柱主筋21の定着耐力にも寄与すると考えられる。図5は最上階の柱梁接合部を中心として鉄骨と鉄筋に着目した概略図である。図5に示すように、最上階の帯筋23は、鉄骨11のウェブに帯筋23が挿通可能な貫通孔(不図示)を形成して、柱主筋21を取り囲むように配筋することが望ましい。なお、帯筋23の施工性を考慮し、帯筋23を2分割して帯筋分割位置Wを設け、フレア溶接により帯筋23同士を接合することが好ましい。
ここで、鉄骨梁11とRC造柱20との間の応力伝達機構と、鉄骨梁11に設置された部分支圧板の働きについて説明する。図6(a)は、柱梁接合部10内に作用した応力を示した図である。また、図6(b)は、図4中の矢視VIb-VIb、あるいは図6(a)中の矢視VIb-VIbで示した部分支圧板と鉄骨梁に着目した概略図である。図6(a)に示すように、鉄骨梁11に荷重Ra,Rbが作用すると、この荷重Ra、Rbに釣り合うように、鉄骨梁11のフランジにはRC造柱20からの支圧力Pba,Pbbが作用する。すなわち、支圧力Pba,Pbbは鉄骨梁11に作用しているせん断力と釣り合う。
鉄骨梁11のフランジに作用する支圧力Pba,Pbbをウェブに伝達し、また、フランジの首振り現象を抑制するため、鉄骨梁11には部分支圧板16が設置される。部分支圧板16は図4、図5に示すように、RC造柱20断面の外形4辺付近に鉄骨梁11のフランジとウェブに溶接されている。部分支圧板16は略三角形形状をなし、溶接性を考慮し2つの頂点には適当なカットが施されている。部分支圧板16は曲げモーメントが大きい梁端部に設けられる。そのため、鉄骨梁11の上下フランジ間全面を塞ぐように設置すると、コンクリート部を分断して、ひび割れを誘発する恐れがある。そのため、必要以上には大きくせず、支圧応力Pba,Pbbを伝達することができる断面寸法と溶接量を確保できれば良い。
なお、上述した実施例では、柱部をPCa化されたフルプレキャストコンクリートを想定したRC造により構築する構造について説明した。部材の軽量化の点では、ハーフプレキャストコンクリートとすることも好ましく、スラブ施工面での容易性が見込まれる。また、柱部を現場打ちのRC造としても、本発明の効果を享受することができる。また、梁部を含んだ柱梁接合部10を場所打ちコンクリートにより構築しても本発明の効果を享受することができる。以下、実施例2として、梁部を含んだ柱梁接合部10を場所打ちコンクリートで構築した場合について説明する。
図7は本発明の実施形態に係る、柱部と、梁端部を含んだ柱梁接合部とを場所打ちコンクリートで構築した場合を示した架構構造のステップ図である。1階部のRC造柱20はその上端部から柱主筋21を突出させて施工される。その後、RC造柱20の上面には、鉄骨梁11を所定の高さ位置に配置するためスペーサ31が設置される。スペーサ31は、梁やスラブの架設重量を支えるため、レベルの調整機能の他に、ある程度の強度が必要である。そして、スペーサ31の上部にH型鋼からなる鉄骨梁11が載置され、載置された鉄骨梁11間にS造梁11が配設される。S造梁11もH型鋼からなり、スペーサ31上に載置された鉄骨梁11と添接板13を介してボルト接合にて連結される。なおボルト連結位置は、ボルト接合部の防錆上、後打ちされるコンクリート内部に位置するほうが有利となる。
S造梁11が連結されると、柱梁接合部10を中心にS造梁11を取り囲むように、梁主筋14およびスターラップ筋15が組み立てられ、型枠40が設置される。図8は図7中の矢視VIII-VIIIで示した吊型枠の概略図を示している。なお、(a)は鉄骨11の下フランジに吊金具41を引っかけ、吊型枠40を吊下げる方法を示している。吊金具41には、吊型枠40を所定の位置に固定するために使用されるセパレータ42を挿通可能な貫通孔(不図示)が形成されている。セパレータ42の端部には図示しない止め具が設置され、セパレータ42は吊金具41の孔に挿通され引っ掛けられている。フォームタイ44はセパレータ42に接続され、吊型枠40と、吊型枠40を支える単管パイプ43とを支えている。以上の構成により、吊型枠40は鉄骨11から吊下げられる。なお、(b)は吊金具41を鉄骨11の上フランジ上面に設置して、吊型枠40を鉄骨11から吊下げる方法を示している。
柱梁接合部10を中心に吊型枠40が設置されると、コンクリートが打設される。吊型枠40の吊下げ材は、コンクリートや吊型枠40等の重量を考慮し、その間隔や寸法が決定されている。そのため、コンクリート打設時に支保工30を設置する必要がなく、従来工法と比べ支保工30を大幅に削減することができる。そして、コンクリート打設の完了により、梁部が構築される。
上記の実施形態によれば、従来工法において材料の連続性を考慮してSRC造としていた柱を、RC造で構築することができる。その結果、柱から鉄骨をなくすことにより、材料費を低減することができる。さらに、部材のPCa化も容易となるため、工期を短縮することが可能となる。
また、鉄骨梁を柱梁接合部で連続させることにより、次のような利点がある。第一にPCa化した接合部ユニットは、柱上に安定して設置することが可能となる。また、梁端部を含んだ柱梁接合部を場所打ちコンクリートから構築した場合には、型枠を鉄骨梁から吊下げることができる。そのため、型枠を支える支保工の数を、従来工法よりも大幅に削減することができる。第二に柱梁接合部を中心に梁主筋本数を減少させることができる。その結果、鉄筋継手や定着金物の数を減らすことができる。第三に、梁端部に高強度のせん断補強筋を使用しなくても設計可能となる。第四に、梁端部の梁せいが低くなり、梁下空間を有効に使用することができる。
上記実施例では、9本の柱から構成されるラーメン構造を例に挙げて説明したが、柱の本数や、配置、形式を限定するものではない。また、鉄骨梁もH型鋼を例に説明したが、他の鋼材を使用してもよい。
上記実施例では、ボルト接合の取り合いを考慮して、梁端部を含んだ柱梁接合部内の鉄骨と梁中央部の鉄骨とは同寸法とした。しかし、梁中央部の鉄骨寸法が設計上小さくできる場合には、鋼材量の低減を目的として異なる寸法としてもよい。例えば図9に示すように、柱梁接合部側の鉄骨11−1に応力集中等が生じないように、長さ方向に適切な傾斜をつけ、梁中央部側の鉄骨11−2と取り合うようにしてもよい。そして、添接板13を介してボルト接合を行う。もちろん、梁中央部側11−2に傾斜をつけて、柱梁接合部側の鉄骨11−1と取り合うようにしてもよい。
本発明の一実施例の複合架構構造を示した建物の側面図。 図1中の矢視II-IIで示した建物の伏図。 本発明の実施形態に係る架構構造の構築手順を示したステップ図。 図3中の矢視IV-IVで示した柱梁接合部の鉄骨と配筋を示した概略図。 最上階部の柱梁接合部の鉄骨と配筋を示した概略図。 (a)は柱梁接合部内に作用した応力状況を示した図。(b)は図4中の矢視VIb-VIb、あるいは図6(a)中の矢視VIb-VIbで示した部分支圧板と鉄骨梁に着目した概略図。 本発明の実施形態に係る架構構造の構築手順を示したステップ図。 図7中の矢視VIII-VIIIで示した吊型枠の概略図。 鉄骨梁に傾斜をつけてボルト接合を行う例を示した概略図。 従来工法による複合構造梁とRC造柱とによる架構構造を示した建物の側面図。
符号の説明
1 S造(梁)
2 RC造(梁)
3 SRC造(梁)
10 柱梁接合部
11 鉄骨(梁)
12 RC部
16 部分支圧板
17 貫通孔
18 組立筋
20 RC造柱
21 柱主筋
30 支保工
31 スペーサ
40 吊型枠
50 接合部ユニット

Claims (4)

  1. 立設した鉄筋コンクリート柱上に、連続した鉄骨部の一部が突出した梁端部を含んだ柱梁接合部を定置し、前記梁端部を含んだ柱梁接合部の少なくとも一部をプレキャスト鉄骨鉄筋コンクリート部材で構成し、対向する一部を突出させた前記鉄骨部の間に鉄骨梁を架設したことを特徴とする複合架構構造。
  2. 立設した鉄筋コンクリート柱上の梁高さ位置に、梁端部を含んだ柱梁接合部を構成する連続した鉄骨部を定置し、対向する前記鉄骨部の間に鉄骨梁を架設し、前記鉄骨部と前記鉄骨梁との所定区間を場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート構造としたことを特徴とする複合架構構造。
  3. 前記鉄骨部と前記鉄骨梁との所定区間に現場打ち鉄骨鉄筋コンクリート構造部の型枠を支持させたことを特徴とする請求項2に記載の複合架構構造。
  4. 前記鉄骨部又は前記鉄骨梁の断面寸法に、漸変区間を設けたことを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の複合架構構造。
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