JP2010196324A - 柱梁接合構造、柱梁接合方法 - Google Patents

柱梁接合構造、柱梁接合方法 Download PDF

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Abstract

【課題】鉄筋コンクリート造の梁端部にH型鋼からなる梁が埋入されてなる柱梁接合構造において、H型鋼と梁端部との間で十分な定着力を確保する。
【解決手段】鉄筋コンクリート造の柱30の表面から、梁端部40を構成する鉄筋コンクリート部材41が突出し、鉄筋コンクリート部材41内にH型鋼21からなる梁20の端部が埋設されてなる柱梁接合構造10において、H型鋼21が鉄筋コンクリート部材41内に埋設された部分の中間部において、H型鋼21及び鉄筋コンクリート部材41を貫通するように設けられた鋼管25を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、鉄骨梁と鉄筋コンクリート造の柱とを接合する構造に関する。
従来より、鉄筋コンクリート造建物で大スパン架構を実現するために、梁を鉄骨造とすることが行われているが、梁を鉄骨造とする場合には、鉄骨梁の端部を柱に確実に定着させる必要がある。
このように鉄骨梁を鉄筋コンクリート造の柱に定着する構造として、例えば、特許文献1には、鉄筋コンクリート柱に接合された梁端部を構成する鉄筋コンクリート梁に、H型鋼からなる鉄骨梁の両端部を埋設し、鉄骨梁の鉄筋コンクリート梁への埋設始端位置における、ウエブと上下フランジの内面とに囲まれた全面に始端支圧プレートを取りつけ、鉄骨梁の端部位置に、ウエブ上部及びウエブ上部に連なる上側フランジに固着された上側終端支圧プレートと、ウエブ下部及びウエブ下部に連なる下側フランジに固着された下側終端支圧プレートとを取り付ける構造が記載されている。
特許第3631237号公報
ここで、特許文献1記載の構造では、終端支圧プレートを上下に分割しているため、鉄骨梁と鉄筋コンクリート梁との間で十分な定着力が得られない虞がある。
また、設備配管を配置するため、H型鋼や梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材に開口を設けると、開口の周囲に局所的に大きな応力が作用することとなる。このため、柱梁接合構造の耐力が低下してしまうという問題があった。
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、鉄筋コンクリート造の梁端部にH型鋼からなる梁が埋入されてなる柱梁接合構造において、H型鋼と梁端部との間で十分な定着力を確保することであり、さらに、耐力を低下させることなく開口を設けることができるようにすることである。
本発明の柱梁接合構造は、鉄筋コンクリート造の柱の側面から、梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材が突出し、当該鉄筋コンクリート部材内にH型鋼からなる梁の端部が埋設されてなる柱梁接合構造であって、前記H型鋼が前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の中間部において、前記H型鋼に梁の幅方向に延びるように取り付けられた鋼管を備えることを特徴とする。
上記の柱梁接合構造において、前記鋼管は、前記H型鋼及び前記鉄筋コンクリート部材を貫通するように取り付けられていてもよい。また、前記鋼管は、前記梁に鉛直荷重が作用した際に、前記鉄筋コンクリート部材から前記H型鋼に作用する支圧反力が実質的に0となるような位置に設けられていてもよい。
また、前記H型鋼は、前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の梁中央側端部において、前記ウエブの両側に、夫々、端部スチフナを備えてもよい。また、前記端部スチフナは、前記鉄筋コンクリート部材の梁中央側端面を覆うような形状に形成されていてもよい。
また、本発明の柱梁接合方法は、鉄筋コンクリート造の柱の側面に梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材を突出するように設け、当該鉄筋コンクリート部材内にH型鋼からなる梁の端部を埋設することにより、前記梁を前記柱に接合する柱梁接合方法であって、前記H型鋼が前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の中間部において、前記H型鋼に梁の幅方向に延びるように鋼管を取り付けることを特徴とする。
本発明によれば、H型鋼に梁の幅方向に延びるように取り付けられた鋼管が鉄筋コンクリート部材に埋設されるため、十分な定着力を確保できる。また、梁に鉛直荷重が作用すると、梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材及びH型鋼に圧縮力が作用するが、鋼管が圧縮力に抵抗するため、柱梁接合構造に開口を設けても、これら鉄筋コンクリート部材及びH型鋼が局所破壊するのを防止し、耐力の低下を防止できる。
本実施形態の柱梁接合構造を示す図であり、(A)は梁の軸方向の鉛直断面図、(B)は水平断面図、(C)は(A)におけるI−I断面図、(D)は(A)におけるII−II断面図である。 H型鋼に荷重が作用した際に、H型鋼の埋設区間に作用する支圧反力の分布を示す図である。 (A)は、梁に荷重が作用した際のH型鋼に作用する応力を示す図、(B)は、鉄筋コンクリート部材に作用する応力を示す図である。 (A)は梁に荷重が作用した際の柱梁接合構造におけるモーメント分布を示すグラフ、(B)はせん断力分布を示すグラフである。 柱梁接合構造の構築方法を説明するための図である。
以下、本発明の柱梁接合構造の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本実施形態の柱梁接合構造10を示す図であり、(A)は梁20の軸方向の鉛直断面図、(B)は水平断面図、(C)は(A)におけるI−I断面図、(D)は(A)におけるII−II断面図である。本実施形態の柱梁接合構造10は、鉄筋コンクリート造の柱30間にH型鋼21からなる梁20を架け渡すための柱30と梁20とを接合する構造である。なお、図中梁端部40を構成する鉄筋コンクリート部材のせん断補強筋は図示を省略している。
各柱30には、その側面から側方へ突出するように鉄筋コンクリート部材41からなる梁端部40が一体に設けられている。H型鋼21は、両端部が夫々両側の柱30に設けられた梁端部40内に埋設され、先端がガセットプレート31により柱30に接続されている。このように、H型鋼21の端部が柱30の表面近傍まで到達しており、H型鋼21と鉄筋コンクリート部材41の鉄筋42との間で重ね継手と同様の機構で引張荷重の伝達が行われるため、鉄筋42とH型鋼21との溶接を省略できる。なお、以下、このH型鋼21が梁端部40に埋設された区間を埋設区間という。
H型鋼21の埋設区間の梁中央側端部に相当する位置には、梁端部40を構成する鉄筋コンクリート部材41の断面と同形状の端部スチフナ24が取り付けられている。
梁端部40の中間部には、鋼管25が水平方向に鉄筋コンクリート部材41及びH型鋼21のウエブ23を貫通するように設けられている。図2は、H型鋼21に荷重が作用した際に、H型鋼21の埋設区間に作用する支圧反力の分布を示す図である。同図に示すように、鋼管25は、梁20に鉛直荷重(長期荷重及び短期荷重によるせん断力)が作用した際に支圧反力の分布が逆転するような位置(すなわち、支圧反力が0となるような位置)に設けられている。そして、この鋼管25の内部は設備配管を挿通させるための開口26として利用することができる。
以下、かかる構成の梁20に荷重が作用した際の柱梁接合構造10における荷重の支持機構を説明する。なお、以下の説明では、梁はその中央の両側で対称であるため、梁の中央から一方の側に作用する応力を考える。
図3(A)は、梁20に荷重が作用した際のH型鋼21に作用する応力を示す図、(B)は、鉄筋コンクリート部材41に作用する応力を示す図である。また、図4(A)は梁20に荷重が作用した際の柱梁接合構造10におけるモーメント分布を示すグラフ、(B)はせん断力分布を示すグラフであり、夫々のグラフにおいて、H型鋼21が負担する分は縦線を、鉄筋コンクリート部材41が負担する分は横線を付して示している。
図4に示すように、梁20の中央部に荷重が作用すると梁20には曲げモーメントとせん断力が作用する。曲げモーメントは、梁20中央部から柱30に向かって増加する分布となり、また、H型鋼21及び鉄筋コンクリート部材41が負担するせん断力の和は場所によらず一定の値となる。柱梁接合構造10はH型鋼21と梁端部40を構成する鉄筋コンクリート部材41とが夫々曲げモーメント及びせん断力を負担し、これに抵抗する。
図3(A)に示すように、梁20に鉛直荷重が作用すると、H型鋼21には、埋設区間の梁中央側端部において上向きの支点反力が作用し、柱側端部において下向きの支点反力が作用する。このため、図4(A)に示すように、H型鋼21には、柱30に向かって埋設区間の梁中央側端部まで増加し、梁中央側端部から減少するような分布で曲げモーメントが作用し、鉄筋コンクリート部材41には上記の各支点反力に対応する応力が作用するため、梁端部40を構成する鉄筋コンクリート部材41には、柱30に近いほど増加するような分布の曲げモーメントが作用する。
かかる曲げモーメント対して、H型鋼21は、上下のフランジ22が夫々引張力及び圧縮力を負担することにより抵抗する。また、鉄筋コンクリート部材41は、曲げモーメントに対して鉄筋42の引張耐力とコンクリートの圧縮耐力により抵抗する。この際、鉄筋コンクリート部材41には開口26が設けられているが、その周囲の鋼管25がリングコンプレッション効果により抵抗するため、この周囲に圧縮応力が集中することがなく、開口26が設けられていない場合と同様の耐力を確保することができる。
また、図3(B)に示すように、梁20に鉛直荷重が作用すると、H型鋼21には、埋設区間よりも中央側では正の値となり、埋設区間内では負の値となるような分布のせん断力が作用する。また、鉄筋コンクリート部材41には、全長に亘って一定の正のせん断力が作用する。
かかるせん断力に対してH型鋼21は、せん断力に対してウエブ23が負担することにより抵抗する。また、鉄筋コンクリート部材41はせん断力に対して、図4(B)に示すように、梁端部40に梁中央側の上部と、柱側下部とを結ぶように斜めに形成された圧縮ストラット(図中灰色で示す)が抵抗する。
ここで、圧縮ストラットは開口26が形成された部分を通るように形成されるが、開口26の周囲に鋼管25が配置されていることで、鋼管25がリングコンプレッション効果により、圧縮ストラットに沿った方向の圧縮力を伝達する。このため、開口26が形成されていない場合と同様の抵抗力を確保することができる。
また、圧縮ストラットは、梁端部40を構成する鉄筋コンクリート部材41の上下のフランジ22の外側の領域に形成されるが、本実施形態では、端部スチフナ24が梁端部40を構成する鉄筋コンクリート部材41の断面と同形状(つまり、鉄筋コンクリート部材41の端面全体を覆うような形状)に形成されているため、圧縮ストラットがH型鋼21の外側の領域に形成されても、H型鋼21に作用するせん断力が梁中央側端部において、端部スチフナ24を介して圧縮ストラットに伝達される。
また、上記のように鋼管25が埋設区間の中間部に鉄筋コンクリート部材41及びH型鋼21を貫通するように設けられている。この鋼管25が鉄筋コンクリート部材41にから支圧力を受けるため、より強固にH型鋼21を鉄筋コンクリート部材41に定着することができる。このため、柱梁接合構造10に十分な耐力を持たせることができる。
さらに、鋼管25は、梁20に鉛直荷重が作用した際に支圧反力が0となるような箇所に設けられており、これにより、H型鋼21及び鉄筋コンクリート部材41の間の変形が小さく、より効率よくH型鋼21を鉄筋コンクリート部材41に定着できる。
なお、上記のような柱梁接合構造10は、以下のようにして構築することができる。
まず、図5(A)に示すように、側面から接続筋43が突出するように梁20の両側の柱30を構築する。柱30は、PC柱部材を建て込むことにより構築してもよいし、現場において鉄筋を配筋し、型枠を設置し、コンクリートを打設して構築してもよい。そして、構築した柱30にガセットプレート31を取り付ける。
次に、図5(B)に示すように、鋼管25及び端部スチフナ24が取り付けられたH型鋼21を柱30間に建て込む。そして、ガセットプレート31により、H型鋼21の両端を柱30に接続する。また、接続筋43に鉄筋42を継手する。このとき、H型鋼21の端部が柱30の表面近傍まで到達していることで、ガセットプレート31とピン接合することができる。また、このようにピン接合することで、図3(A)を参照して説明したようなH型鋼21の負担するモーメントが柱30側端部において0となるモーメント分布が確実に実現される。
次に、図5(C)に示すように、梁端部40を構成するコンクリートを打設する。この際、端部スチフナ24は構築すべき梁端部40と同一の断面を有するため、型枠の一部として利用することができる。
以上の工程により柱30の間に梁を架け渡すことができる。
本実施形態によれば、曲げモーメントに対しては、H型鋼21は上下のフランジ22が圧縮力及び引張力を負担することにより抵抗し、鉄筋コンクリート部材41は鉄筋42が引張力をコンクリートが圧縮力を負担することにより抵抗する。この際、開口26の周囲に鋼管25が配置されることで、開口26の周囲に局所的な応力が作用するのを防止し、耐力の低下を防止できる。
また、せん断力に対しては、H型鋼21はウエブ23がこのせん断力を負担し、鉄筋コンクリート部材41は圧縮ストラットが負担することにより抵抗する。この際、開口26を通るように圧縮ストラットが形成されることとなるが、開口26の周囲に鋼管25が配置されることで、鋼管25がリングコンプレッション効果により、圧縮ストラットに沿った方向の圧縮力が伝達され、耐力の低下を防止できる。
さらに、鋼管25が埋設区間の中間部に鉄筋コンクリート部材41及びH型鋼21を貫通するように設けられており、この鋼管25が鉄筋コンクリート部材41から支圧力を受ける。これにより、より強固にH型鋼21が鉄筋コンクリート部材41に定着されることとなり、柱梁接合構造10に十分な耐力を持たせることができる。
また、鋼管25を設ける位置を、梁20に鉛直荷重が作用した際に、H型鋼21に生じる支圧反力が0となる箇所にしたため、H型鋼21及び鉄筋コンクリート部材41に生じる変形が小さく、より確実にH型鋼21を鉄筋コンクリート部材41に定着することができる。
なお、本実施形態では、端部スチフナ24を梁端部40の全領域を覆うような断面形状としたが、これに限らず、埋設区間の間で十分に鉄筋コンクリート部材41とH型鋼21の間の応力伝達が行われる場合には、端部スチフナ24を梁端部40の一部のみを覆うような形状としてもよいし、省略してもよい。
また、本実施形態では、鋼管25をH型鋼21及び鉄筋コンクリート部材41を貫通するように設けたが、これに限らず、鋼管25を梁の幅方向に延びるようにH型鋼21のウエブに溶接することなどによりH型鋼21に取り付け、鉄筋コンクリート部材41内に埋設する構成としてもよい。
10 柱梁接合構造
20 梁
21 H型鋼
22 フランジ
23 ウエブ
24 端部スチフナ
25 鋼管
30 柱
31 ガセットプレート
40 梁端部
41 鉄筋コンクリート部材
42 鉄筋

Claims (6)

  1. 鉄筋コンクリート造の柱の側面から、梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材が突出し、当該鉄筋コンクリート部材内にH型鋼からなる梁の端部が埋設されてなる柱梁接合構造であって、
    前記H型鋼が前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の中間部において、前記H型鋼に梁の幅方向に延びるように取り付けられた鋼管を備えることを特徴とする柱梁接合構造。
  2. 請求項1記載の柱梁接合構造であって、
    前記鋼管は、前記H型鋼及び前記鉄筋コンクリート部材を貫通するように取り付けられていることを特徴とする柱梁接合構造。
  3. 請求項1又は2記載の柱梁接合構造であって、
    前記鋼管は、前記梁に鉛直荷重が作用した際に、前記鉄筋コンクリート部材から前記H型鋼に作用する支圧反力が実質的に0となるような位置に設けられていることを特徴とする柱梁接合構造。
  4. 請求項1から3のうち何れか1項に記載の柱梁接合構造であって、
    前記H型鋼は、前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の梁中央側端部において、前記ウエブの両側に、夫々、端部スチフナを備えることを特徴とする柱梁接合構造。
  5. 請求項1から4のうち何れか1項に記載の柱梁接合構造であって、
    前記端部スチフナは、前記鉄筋コンクリート部材の梁中央側端面を覆うような形状に形成されていることを特徴とする柱梁接合構造。
  6. 鉄筋コンクリート造の柱の側面に梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材を突出するように設け、当該鉄筋コンクリート部材内にH型鋼からなる梁の端部を埋設することにより、前記梁を前記柱に接合する柱梁接合方法であって、
    前記H型鋼が前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の中間部において、前記H型鋼に梁の幅方向に延びるように鋼管を取り付けることを特徴とする柱梁接合方法。
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