JP2010084503A - コンクリート柱と鉄骨梁の接合構造および接合方法 - Google Patents

コンクリート柱と鉄骨梁の接合構造および接合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】施工現場での湿式プロセスを要しないコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造および接合方法を提供する。
【解決手段】コンクリート柱12とH形鋼からなる鉄骨梁14の接合構造10であって、鉄骨梁端14aのH形鋼の上下フランジ22、24およびウェブ26により形成される凹部28に充填された硬化材16と、硬化材16およびコンクリート柱12を連結する緊張材18とを備え、緊張材18に導入された張力によってコンクリート柱12の側面12bと鉄骨梁端14aの硬化材16の端面16bとを圧着するようにする。
【選択図】図1

Description

本発明は、鉄筋コンクリート柱(以下、「RC柱」という。)などのコンクリート柱と鉄骨梁(以下、「S梁」という。)の接合構造および接合方法に関するものである。
従来、RC柱とS梁を組み合わせた接合構造が知られている(例えば、特許文献1〜3参照)。こうしたRC柱とS梁の接合構造は、コスト面や工期面において他の構造に比べて優位であることから建物の柱梁接合構造として数多く採用されている。
特開2007−211450号公報 特開2007−332548号公報 特開2007−291636号公報
ところで、上記の従来の特許文献1等のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造または接合方法は、施工現場でのコンクリート打設、モルタル充填などのいわゆる“湿式”プロセスを含んでいる。このような接合構造または接合方法では、コンクリートやモルタルが硬化するまでの間、柱梁の各部材を施工現場で固定して養生する必要がある。この固定・養生作業に要する工種・工程が施工現場において増加するため、現場管理上の負担となる。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、施工現場での湿式プロセスを要しないコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造および接合方法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の請求項1に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、コンクリート柱とH形鋼からなる鉄骨梁の接合構造であって、前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジおよびウェブにより形成される凹部に充填された硬化材と、前記硬化材および前記コンクリート柱を連結する緊張材とを備え、前記緊張材に導入された張力によって前記コンクリート柱の側面と前記鉄骨梁端の前記硬化材の端面とを圧着したことを特徴とする。
また、本発明の請求項2に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1において、前記鉄骨梁端に梁成を拡大する鉛直ハンチを設け、前記緊張材を、この鉛直ハンチ内に水平方向または斜め方向に設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項3に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1または請求項2において、前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジの少なくとも一方のフランジの外面にウェブ端で溶接されたT形鋼と、このT形鋼のウェブおよびフランジと前記H形鋼のフランジとにより形成される凹部に充填された硬化材と、この硬化材および前記コンクリート柱を連結する緊張材とをさらに備えたことを特徴とする。
また、本発明の請求項4に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1〜3のいずれか一つにおいて、前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジの外面を覆うように配置され、前記フランジ幅よりも広い幅からなるカバープレートと、このカバープレートおよび前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジとウェブにより形成される凹部に充填された硬化材とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の請求項5に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1〜4のいずれか一つにおいて、前記硬化材および前記コンクリート柱に、前記緊張材を挿通する挿通管を設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項6に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1〜5のいずれか一つにおいて、前記コンクリート柱の側面と前記硬化材の端面との間に、前記コンクリート柱の側面と前記硬化材の端面との摩擦抵抗を増大させる摩擦抵抗発生部を設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項7に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1〜6のいずれか一つにおいて、前記コンクリート柱に、前記鉄骨梁の鉛直荷重を支持する受け部を設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項8に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1〜7のいずれか一つにおいて、前記上下フランジの前記硬化材との接触面に、前記硬化材との付着性を向上させるためのコッターを設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項9に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1〜8のいずれか一つにおいて、前記硬化材の外面側に、剛性を有する蓋材を設けたことを特徴とする。
また、本発明の請求項10に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1〜9のいずれか一つにおいて、前記緊張材はPC鋼棒であることを特徴とする。
また、本発明の請求項11に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1〜10のいずれか一つにおいて、前記硬化材はコンクリートまたはモルタルであることを特徴とする。
また、本発明の請求項12に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造は、上述した請求項1〜11のいずれか一つにおいて、前記コンクリート柱は、鉄筋コンクリート柱、プレキャストコンクリート柱または鉄骨鉄筋コンクリート柱であることを特徴とする。
また、本発明の請求項13に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合方法は、コンクリート柱とH形鋼からなる鉄骨梁の接合方法であって、前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジおよびウェブにより形成される凹部に充填された硬化材と前記コンクリート柱とを連結するように緊張材を配置し、前記緊張材に張力を導入することによって前記コンクリート柱の側面と前記鉄骨梁端の前記硬化材の端面とを圧着することを特徴とする。
本発明によれば、鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジおよびウェブにより形成される凹部に充填された硬化材と、硬化材およびコンクリート柱を連結する緊張材とを備え、緊張材に導入された張力によってコンクリート柱の側面と鉄骨梁端の硬化材の端面とを圧着することによりコンクリート柱と鉄骨梁とを接合するので、施工現場においてモルタル充填などのいわゆる湿式プロセスを要しない。このため、現場での養生工程が不要であるため、現場にて湿式プロセスを要する従来の接合方式と比べてコンクリート柱と鉄骨梁とを短期間で接合することができる。
また、本発明によれば、接合構造の解体作業は容易であり、コンクリート柱と鉄骨梁とを確実かつ完全に分離することができる。さらに、緊張材への導入張力をコントロールすることでコンクリート柱と鉄骨梁の材間接触力を調整し、接合部の離間耐力などの特性をコントロールすることもできる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造および接合方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。図1は、本発明に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造の概略平面断面図である。図2は、本発明に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造の概略側面断面図である。図3は、図2のA−A線に沿った断面図である。
図1、図2および図3に示すように、本発明のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造(以下、「接合構造」という。)10は、コンクリート柱としての矩形断面を有するRC柱12と、H形鋼からなる鉄骨梁としてのS梁14と、硬化材としての充填コンクリート16と、緊張材としてのPC鋼棒18(高強度ボルト)とを備える。ここで、本発明のコンクリート柱はRC柱に限るものではなく、無筋コンクリート柱や鉄骨鉄筋コンクリート柱(SRC柱)であってもよく、プレキャストコンクリート柱(PCa柱)であってもよい。
RC柱12には、PC鋼棒貫通用の挿通管としてのシース20が略水平方向に沿って埋設されてある。一方、S梁端14aの上下フランジ22、24とウェブ26とによって囲まれる凹部28内には、コンクリート16が充填されてある。この充填コンクリート16はRC柱12とS梁14とが接合される前から既に硬化しており、充填コンクリート16内部にはRC柱12のシース20と同様のシース30がS梁14の延在方向に沿って埋設されてある。なお、充填コンクリート16の代わりにモルタルを凹部28に充填して柱梁の接合前に硬化させてもよいし、既に硬化してあるコンクリートブロックを凹部28に設置してもよい。
施工現場におけるRC柱12とS梁14の接合は、RC柱12とS梁14の双方のシース20、30にPC鋼棒18を挿入して貫通させた後、PC鋼棒18の両端部32をS梁14のコンクリート16の外側端面16aに定着させ、このPC鋼棒18に張力を付与することでRC柱12とS梁14とを圧着して一体化することによってなされる。
このように、本発明の接合構造10は、RC柱12とS梁14との接合を完全に乾式で行うため、RC柱12とS梁14とを現場にて接合する際に、モルタル充填やコンクリート打設などのいわゆる“湿式”の接合プロセスを要しない。このため、現場での湿式プロセスを含む場合に要していた部材固定作業などの養生工程が不要となるので、現場での湿式プロセスを含む場合に比べてRC柱12とS梁14とを短期間で接合することができる。また、PC鋼棒18による乾式接合であるため、解体作業が容易であり、RC柱12とS梁14とを確実かつ完全に分離することができる。
本発明の接合構造10においては、S梁14の曲げ応力は、PC鋼棒18の軸力とRC柱12とS梁14の間の支圧力とによりRC柱12に伝達される。また、S梁14のせん断力は、PC鋼棒18に導入された張力に起因するRC柱12とS梁14の接触面34(圧着面)における摩擦抵抗力により伝達される。
このため、本発明の接合構造10によれば、PC鋼棒18への導入張力をコントロールすることでRC柱12とS梁14の材間接触力を調整し、この材間接触力に依存する接合部の離間耐力などの特性をコントロールすることもできる。RC柱12とS梁14の接触面34が離間しない間は、梁端接合部の剛性を高い状態に維持することができる。
PC鋼棒18は、ウェブ26両側の各充填コンクリート16の上下2箇所に設けたシース30に挿入される。左右前後に延びる直交梁14をRC柱12に接合する場合には、図1および図2に示すように、PC鋼棒18の配置に上下のレベル差を設けて配置することによって、左右方向のPC鋼棒18と前後方向のPC鋼棒18の交差部における干渉を避けるようにする。なお、PC鋼棒18は、RC柱12を貫通した態様で用いてもよいし、必要耐力があれば柱内定着としてもよい。
PC鋼棒18の端部32の定着については、図4に示すように、RC柱12の一方の側面にのみS梁14を接合する側柱形式の場合には、例えばS梁14の付かないRC柱12側部12aに定着プレート36を設け、この定着プレート36に対して行うようにしてもよい。
上記の実施形態において、図5に示すように、RC柱12に凹陥部38を設け、この凹陥部38によって設けられる受け部としての上面40にS梁端14aを載置するようにしてS梁14の鉛直荷重をRC柱12に支持させてもよい。このとき、S梁14の下フランジ24の下面と接触する上面40のコンクリートに鋼板42を埋め込んでおき、RC柱12のコンクリートに生じる局部応力を緩和してもよい。
上記の実施形態において、図6に示すように、RC柱12とS梁14の間の摩擦力を向上させるため、つまり接合構造10におけるせん断面の耐力向上を図るため、RC柱12の側面12bとS梁14の充填コンクリート16の柱側端面16bとの間に摩擦抵抗発生部としての高強度の粒状体44を挟み、この状態にてPC鋼棒18を緊張させてもよい。この場合、例えばブラスト処理に用いるショット粒やグリッドなどの高強度の粒状体44をRC柱12の側面12bとS梁14の端面16bとの間に挟むようにしてもよく、こうすることで接合構造10におけるせん断面の耐力向上を図ることができる。
上記の実施形態において、図7に示すように、充填コンクリート16とS梁14との間の付着性を向上させるためのコッター46を設けてもよい。この場合、例えば、S梁端14aの上下フランジ22、24の充填コンクリート16との接触面22a、24aやウェブ26の表面26aに鋼棒、鋼板、スタッドなどのシアーコッターを設けるようにしてもよい。
上記の実施形態において、図8および図9に示すように、S梁端14aの充填コンクリート16の強度を向上させるために、充填コンクリート16の側面16cを蓋材としての鋼板48で被覆し、上下フランジ22、24とウェブ26とにより囲まれる凹部28に蓋をする構成としてもよい。この場合、鋼板48は上下フランジ22、24と溶接接合してもよいし、鋼板48とコンクリート16とウェブ26とを貫通する貫通ボルト50で固定してもよく、溶接とボルト固定の両方を用いてもよい。
このようにすることで、S梁端14aに鋼板48を溶接する場合やシアーコッター等を溶着する場合などを除いて、切断したままで溶接や孔あけ等の加工をしていないS梁14を用いることができ、S梁14自体の加工が不要であるので、コスト面や工期面で有利である。
ところで、上記の実施形態における接合構造は、S梁のフランジ間にコンクリートを充填し、このコンクリートにPC鋼棒を通してS梁の応力をRC柱に伝達するというものである。この接合構造では、PC鋼棒をS梁のフランジよりも内側に配置してあるため、建物の荷重条件等によってはPC鋼棒の応力負担が大きくなり、S梁の応力の伝達が不十分となって梁端の塑性ヒンジを保証できなくなるおそれがある。こうした接合構造の接合耐力を高めるには、(1)上下のPC鋼棒の応力中心間距離を大きくとる、(2)PC鋼棒の数を多くする、の2通りの方策が考えられる。以下に、この方策を具現化した本発明の接合構造の他の実施の形態(接合構造100、200および300)について説明する。
本発明の接合構造100は、図10および図11に示すように、S梁端14aに梁成を拡大する鉛直ハンチ52を設けた構成である。PC鋼棒18は、図10に示すように、鉛直ハンチ52の充填コンクリート16に水平方向に配置してもよいし、図11に示すように、鉛直ハンチ52の傾斜に沿って斜めに配置してもよい。下側のPC鋼棒18をなるべく下に配置することで、PC鋼棒18の中心間距離を増すことができ、接合構造の接合耐力を高めることが可能となる。この結果、梁端での塑性ヒンジの形成を保証することができ、建物の性能向上に寄与することができる。
また、本発明の接合構造200は、図12および図13に示すように、H形鋼のウェブの中央を切断してT字状断面としたカットティ54のウェブ56の端を、S梁14のフランジ22、24の一方または両方の外面に溶接した構成である。この場合、カットティ54のウェブ56とフランジ24(または上下フランジ22、24)とによって囲まれた凹部58にコンクリート60を充填し、このコンクリート60内にRC柱12と連結するためのPC鋼棒62およびシース64を設ける。このようにすることで、接合構造全体におけるPC鋼棒の本数を増す一方で、PC鋼棒の中心間距離を増すことができ、接合構造の接合耐力を高めることが可能となる。この結果、梁端での塑性ヒンジの形成を保証することができ、建物の性能向上に寄与することができる。なお、上記の構成においてカットティ54の代わりにT形鋼を用いてもよい。また、凹部28のコンクリート16に配置するPC鋼棒18を必要耐力に応じて省略してもよい。
また、本発明の接合構造300は、図14に示すように、幅の広いカバープレート66等をフランジ22、24の外面側に付加し、S梁端14aのフランジ幅を拡大した構成である。カバープレート66とフランジ22、24とウェブ26とにより囲まれる凹部28には充填コンクリート16が設けられる。フランジ幅を拡大することで、充填コンクリート16にPC鋼棒18を横に並べて複数本配置できるようになるので、PC鋼棒の本数を増やすことが可能となり、接合構造の接合耐力を高めることできる。この結果、梁端での塑性ヒンジの形成を保証することができ、建物の性能向上に寄与することができる。なお、カバープレート66等を付加する代わりにH形鋼のフランジ幅そのものを拡幅した構成であってもよい。
上記の接合構造100、200、300においては、図4に示すような側柱形式としてもよいし、図5〜図9に示すように、上面40(受け部)、粒状体44(摩擦抵抗発生部)、コッター46や鋼板48(蓋材)を有する構成としてもよい。また、接合構造100、200、300のいずれか二つまたは全部を組み合わせた構成としてもよく、いずれにしても本発明と同一の作用効果を奏することができる。
以上説明したように、本発明によれば、緊張材(PC鋼棒)に導入された張力によってコンクリート柱の側面と鉄骨梁端の硬化材の端面とを圧着することによりコンクリート柱と鉄骨梁とを接合するので、施工現場においてモルタル充填などのいわゆる湿式プロセスを要しない。このため、現場での養生工程が不要であるので、現場にて湿式プロセスを含む従来の方式に比べると柱梁を短期間で接合することができる。また、緊張材による乾式接合であるため、解体作業が容易であり、コンクリート柱と鉄骨梁とを確実かつ完全に分離することができる。
また、緊張材への導入張力をコントロールすることで柱と梁の材間接触力を調整し、この材間接触力に依存する接合部の離間耐力などの特性をコントロールすることもできる。柱と梁の接触面が離間しない間は、梁端接合部の剛性を高い状態に維持することができる。また、鉄骨梁としては、梁端に蓋材を溶接する場合やシアーコッターを溶着する場合などを除いて、切断したままで溶接や孔あけ等の加工をしていない鉄骨梁を用いることができ、鉄骨梁自体の加工が不要であるので、コスト面や工期面で有利である。
本発明に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造の一例を示す概略平面断面図である。 本発明に係るコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造の一例を示す概略側面断面図である。 図2のA−A線に沿った断面図である。 側柱形式における本発明の接合構造の概略側面断面図である。 受け部を有する場合の本発明の接合構造の概略側面断面図である。 摩擦抵抗発生部を有する場合の本発明の接合構造の概略側面断面図である。 コッターを有する鉄骨梁の概略側面断面図である。 蓋材を有する場合の鉄骨梁端の概略側面図である。 蓋材を有する場合の鉄骨梁端の概略縦断面図である。 S梁端に鉛直ハンチを設けた場合の本発明の接合構造を示す図であり、(a)は概略側面断面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。 S梁端に鉛直ハンチを設けた場合の本発明の接合構造を示す図であり、(a)は概略側面断面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。 カットティをS梁の下フランジにのみ溶接した場合の本発明の接合構造を示す図であり、(a)は概略側面断面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。 カットティをS梁の上下フランジに溶接した場合の本発明の接合構造を示す図であり、(a)は概略側面断面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。 フランジ幅を拡幅した場合の本発明の接合構造を示す図であり、(a)は概略側面断面図、(b)は(a)のA−A線に沿う断面図である。
符号の説明
10,100,200,300 コンクリート柱と鉄骨梁の接合構造
12 RC柱(鉄筋コンクリート柱)
12a、12b 側面
14 S梁(鉄骨梁)
14a S梁端
16,60 充填コンクリート(硬化材)
16a 外側端面
16b 柱側端面
18,62 PC鋼棒(緊張材)
20,30,64 シース(挿通管)
22 上フランジ
24 下フランジ
26,56 ウェブ
28,58 凹部
34 接触面
38 凹陥部
40 上面(受け部)
44 粒状体(摩擦抵抗発生部)
46 コッター
48 鋼板(蓋材)
52 鉛直ハンチ
54 カットティ
66 カバープレート

Claims (13)

  1. コンクリート柱とH形鋼からなる鉄骨梁の接合構造であって、
    前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジおよびウェブにより形成される凹部に充填された硬化材と、
    前記硬化材および前記コンクリート柱を連結する緊張材とを備え、
    前記緊張材に導入された張力によって前記コンクリート柱の側面と前記鉄骨梁端の前記硬化材の端面とを圧着したことを特徴とするコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  2. 前記鉄骨梁端に梁成を拡大する鉛直ハンチを設け、前記緊張材を、この鉛直ハンチ内に水平方向または斜め方向に設けたことを特徴とする請求項1に記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  3. 前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジの少なくとも一方のフランジの外面にウェブ端で溶接されたT形鋼と、このT形鋼のウェブおよびフランジと前記H形鋼のフランジとにより形成される凹部に充填された硬化材と、この硬化材および前記コンクリート柱を連結する緊張材とをさらに備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  4. 前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジの外面を覆うように配置され、前記フランジ幅よりも広い幅からなるカバープレートと、このカバープレートおよび前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジとウェブにより形成される凹部に充填された硬化材とを備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  5. 前記硬化材および前記コンクリート柱に、前記緊張材を挿通する挿通管を設けたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  6. 前記コンクリート柱の側面と前記硬化材の端面との間に、前記コンクリート柱の側面と前記硬化材の端面との摩擦抵抗を増大させる摩擦抵抗発生部を設けたことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  7. 前記コンクリート柱に、前記鉄骨梁の鉛直荷重を支持する受け部を設けたことを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  8. 前記上下フランジの前記硬化材との接触面に、前記硬化材との付着性を向上させるためのコッターを設けたことを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  9. 前記硬化材の外面側に、剛性を有する蓋材を設けたことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一つに記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  10. 前記緊張材はPC鋼棒であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  11. 前記硬化材はコンクリートまたはモルタルであることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一つに記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  12. 前記コンクリート柱は、鉄筋コンクリート柱、プレキャストコンクリート柱または鉄骨鉄筋コンクリート柱であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載のコンクリート柱と鉄骨梁の接合構造。
  13. コンクリート柱とH形鋼からなる鉄骨梁の接合方法であって、
    前記鉄骨梁端のH形鋼の上下フランジおよびウェブにより形成される凹部に充填された硬化材と前記コンクリート柱とを連結するように緊張材を配置し、
    前記緊張材に張力を導入することによって前記コンクリート柱の側面と前記鉄骨梁端の前記硬化材の端面とを圧着することを特徴とするコンクリート柱と鉄骨梁の接合方法。
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