JP2011231509A - Mixed structural beam of concrete and steel construction - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、両端部をコンクリート造とし中央部を鉄骨造とした混合構造梁に関するものであり、特に、鉄骨造部のてこ作用による接合部のせん断力を軽減した混合構造梁に関する。 The present invention relates to a mixed structure beam having both ends made of concrete and a central portion made of steel, and more particularly to a mixed structure beam in which the shearing force of the joint portion due to the lever action of the steel structure is reduced.
図８に示すように、両端部をコンクリート造部１１で中央部を鉄骨造部１２とした混合構造梁２の建築物が知られており、コンクリート造部１１と鉄骨造部１２の接合部は、図１に示すように、コンクリート柱１から延びる短いコンクリート造部１１に鉄骨造部１２が埋めこんで接続されている。コンクリート造部１１に鉄骨造部１２を埋め込んだ接合構造の場合、コンクリート造部１１には鉄骨造部１２のてこ作用によるせん断力が作用することが知られている。 As shown in FIG. 8, there is known a mixed-structure beam 2 building in which both ends are a concrete structure 11 and a central part is a steel structure 12, and the joint between the concrete structure 11 and the steel structure 12 is As shown in FIG. 1, a steel frame portion 12 is embedded and connected to a short concrete portion 11 extending from the concrete pillar 1. In the case of a joint structure in which the steel structure portion 12 is embedded in the concrete structure portion 11, it is known that the concrete structure portion 11 is subjected to a shearing force due to the lever action of the steel structure portion 12.
両端部をコンクリート造とし中央部を鉄骨造とした混合構造梁において、コンクリート造部には鉄骨造部のてこ作用によるせん断力が発生し、このせん断力に対抗するため、接合部分にせん断補強筋を多数配筋しなければならず、コストを上昇させるだけでなく、せん断補強筋が密に配筋されるためコンクリートが十分充填されなかったり、断面内でのコンクリートと鉄骨の肌別れによって一体性が失われるなどの問題が生じていた。
また、鉄骨造部のコンクリートからの抜け出し作用により、コンクリート部材の耐力の低下が起きている。
In mixed structural beams with both ends made of concrete and the center made of steel, a shear force is generated in the concrete structure due to the lever action of the steel structure. In addition to increasing the cost, the shear reinforcement bars are densely arranged, so that the concrete is not sufficiently filled, or the concrete and the steel frame in the cross section are separated, so that they are integrated. There were problems such as being lost.
Moreover, the proof stress of the concrete member has fallen by the pulling-out effect | action from the concrete of a steel frame part.
本発明は、以上に述べた従来技術の問題点を解消しようとするものであり、鉄骨造部のてこ作用によるせん断力を低下させることによって接合部のコンクリート造部内に配筋するせん断補強筋を低減または不要とし、建設コストを低コストとすると共に施工性を向上させるものである。 The present invention intends to solve the problems of the prior art described above, and provides a shear reinforcement bar arranged in the concrete structure of the joint by reducing the shearing force due to the lever action of the steel structure. It reduces or eliminates the need to reduce the construction cost and improve the workability.
鉄骨造部部材のウェブに、端面から一定長さにわたって断面切欠部を設けることにより埋め込んだ鉄骨部材のてこ作用によるせん断力を減少させ、接合部におけるせん断補強筋の配筋量を低減し、接合部のコンクリートの充填性を改善したものである。
断面切欠部は細長いスリット状でもよく、また、ウェブのほぼ全高にわたって切欠いてもよい。スリットの幅は任意であり、ウェブの中央部に数ｍｍの幅から上下のフランジ近くに１０ｍｍ程度のウェブを残した状態までの間で任意に定めることができる。
また、鉄骨造部の端面にエンドプレートを設置することによって、接合端面において、鉄骨造部のてこ作用によるせん断力がコンクリート造部に伝達できないようにし、エンドプレートを介してせん断力がコンクリート造部の断面全体に均等に伝達され、接合部におけるせん断補強筋の配筋量を低減し、接合部のコンクリートの充填性を改善したものである。
By providing a cross-sectional notch on the web of the steel structure member over a certain length from the end face, the shearing force due to the lever action of the embedded steel member is reduced, and the amount of shear reinforcement reinforcement at the joint is reduced and joined. This improves the filling property of the concrete.
The cross-sectional cutout may be in the form of an elongated slit, or may be cut out over substantially the entire height of the web. The width of the slit is arbitrary, and can be arbitrarily determined from a width of several mm at the center of the web to a state in which a web of about 10 mm is left near the upper and lower flanges.
In addition, by installing an end plate on the end face of the steel structure, the shear force due to the lever action of the steel structure cannot be transmitted to the concrete structure at the joint end face, and the shear force is transmitted through the end plate to the concrete structure. It is transmitted evenly to the entire cross section of the steel sheet, the amount of shear reinforcement reinforcement at the joint is reduced, and the concrete fillability at the joint is improved.
本発明の接合構造は、鉄骨部材のウェブに、端面から一定長さにわたって断面切欠部を設けることによって埋め込んだ鉄骨造部のてこ作用によるせん断力がコンクリートに伝達されないようにしてコンクリート部材に発生する応力を軽減させたものであり、接合部におけるせん断力に対抗するせん断補強筋の配筋量を低減することができ、コストの削減を図ることができる。
また、せん断補強筋を密に配筋する必要がなくなるため、コンクリートが接合部に空隙を生じることなく充填され、接合部の強度が保たれると共に、施工性が改善される。
鉄骨造部の端面にエンドプレートを設置することによって鉄骨部材のてこ作用によるせん断力がコンクリートに伝達されなくなり、エンドプレートを介してせん断力がコンクリート造部の断面全体に均等に伝達されるようになり、同様に接合部におけるせん断補強筋の配筋量を低減でき、接合部のコンクリートの充填性が改善される。
また、エンドプレートは、鉄骨造部がコンクリートから抜け出すのを防止しており、かつ、鉄骨部材の曲げモーメントをコンクリート造部に伝達しやすくする機能を有しており、力学的に合理的な梁とすることができる。
The joint structure of the present invention is generated in a concrete member such that the shearing force due to the lever action of the steel structure portion embedded by providing a cross-sectional notch portion from the end surface to the web of the steel member is not transmitted to the concrete. The stress is reduced, and the amount of shear reinforcement reinforcement that opposes the shearing force at the joint can be reduced, and the cost can be reduced.
Further, since it is not necessary to densely arrange the shear reinforcement bars, the concrete is filled without generating voids in the joint portion, the strength of the joint portion is maintained, and the workability is improved.
By installing the end plate on the end face of the steel structure, the shear force due to the lever action of the steel member is not transmitted to the concrete so that the shear force is evenly transmitted to the entire cross section of the concrete structure via the end plate. Similarly, the amount of shear reinforcement reinforcement at the joint can be reduced, and the concrete filling property at the joint can be improved.
In addition, the end plate prevents the steel structure from slipping out of the concrete, and has a function to easily transmit the bending moment of the steel member to the concrete structure. It can be.
１ コンクリート柱
２ 混合構造梁
１１ コンクリート造部
１２ 鉄骨造部
２１ フランジ
２２ ウェブ
３ 断面切欠部
３１ スリット
４ エンドプレート
１５ 緊張鋼材の定着部の凹部
１６ 緊張鋼材
１７ コーベル
２５ 定着板
４０ 鉄筋
４１ 定着部
1 Concrete pillar
2 Mixed structural beam 11 Concrete structure 12 Steel structure 21 Flange
22 Web 3 Cutaway section 31 Slit 4 End plate
15 Tensile steel material fixing portion recess 16 Tension steel material 17 Kobel 25 Fixing plate 40 Reinforcement 41 Fixing portion
以下、実施例を示して本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
図２に示すように、コンクリート柱１に短いコンクリート造部１１が接続してあり、上下のフランジ２１とウェブ２２とからなるＨ形鋼の鉄骨造部１２が一定長さコンクリート造部１１に埋設して一体化してあり、混合構造梁２としてある。
鉄骨造部１２のウェブ２２の中央部には、コンクリート造部１１に埋設してある埋設部のほぼ全長にわたってスリット３１が形成してあり、ウェブ２２の断面をスリットの分だけ切欠いてある。
As shown in FIG. 2, a short concrete portion 11 is connected to the concrete pillar 1, and an H-shaped steel frame portion 12 composed of an upper and lower flange 21 and a web 22 is embedded in the concrete portion 11 having a certain length. And are integrated into a mixed structure beam 2.
A slit 31 is formed in the central portion of the web 22 of the steel structure portion 12 over almost the entire length of the embedded portion embedded in the concrete structure portion 11, and the cross section of the web 22 is cut away by the amount of the slit.
この混合構造梁２に繰り返し荷重を載荷して試験をおこなったところ、本発明のスリット３１を形成した混合構造梁２は、スリット３１を形成しない混合構造梁に比較してひび割れの数については差異は認められなかったが、ひび割れの大きさ、及び幅はスリットの無い場合が大きかった。このことから、コンクリート造部と鉄骨造部の混合構造梁において、鉄骨造部にスリットを設けることで、鉄骨造部１２のてこ作用によって生じる接続部におけるせん断力を低下させることが確認できた。
また、鉄骨造部１２のコンクリート造部１１への埋め込み長さを変化させてその影響を見たところ、スリット３１によるてこ作用の軽減効果は、鉄骨造部の埋め込み長さが長いほど顕著であることが認められた。
When the mixed structure beam 2 was repeatedly loaded and tested, the mixed structure beam 2 in which the slit 31 of the present invention was formed was different in the number of cracks compared to the mixed structure beam in which the slit 31 was not formed. However, the size and width of the cracks were large when there was no slit. From this, it was confirmed that, in the mixed structural beam of the concrete structure portion and the steel structure portion, by providing a slit in the steel structure portion, the shearing force at the connection portion caused by the lever action of the steel structure portion 12 is reduced.
Moreover, when the embedding length to the concrete structure part 11 of the steel structure part 12 was changed and the influence was seen, the reduction effect of the lever effect | action by the slit 31 is so remarkable that the embedding length of a steel structure part is long. It was recognized that
図３に示すように、実施例１と同様に鉄骨造部１２がコンクリート造部１１に埋め込んである。本実施例では、鉄骨造部１２のウェブ２２に、埋設部の全長にわたってほぼ全断面に断面切欠部３が形成してあり、コンクリート造部１１の内部には鉄骨造部１２の上下のフランジ２１が埋設してある。ウェブ２２の断面が接続部において不連続に変化することを避けるため、断面切欠部３の端部は円形に形成してあり、ウェブ２２の断面が上下方向に徐々に減少していくようにしてある。 As shown in FIG. 3, the steel structure portion 12 is embedded in the concrete structure portion 11 as in the first embodiment. In the present embodiment, the web 22 of the steel frame portion 12 is formed with a cross-sectional notch 3 in almost the entire cross section over the entire length of the embedded portion, and the upper and lower flanges 21 of the steel frame portion 12 are provided inside the concrete portion 11. Is buried. In order to prevent the cross section of the web 22 from changing discontinuously at the connecting portion, the end of the cross-sectional cutout 3 is formed in a circular shape so that the cross section of the web 22 gradually decreases in the vertical direction. is there.
図４に示すように、コンクリート造部１１の端部にエンドプレート４を設けたものである。
このエンドプレート４は、コンクリート柱１に定着部４１を有する鉄筋（主筋）４０を使用してコンクリート造部１１の端部に定着してある。
エンドプレート４の有無による接合部のせん断力の伝達状態を図５に示す。接合端面において、エンドプレート無しの場合、鉄骨造部１２のせん断力Ｑは、フランジ位置でコンクリートを押すように作用し、フランジの下のコンクリート断面だけにせん断応力を集中的に伝達させている。一方、エンドプレート４を設けた場合、エンドプレート４を介してせん断力Ｑがコンクリート造部の断面全体に（ｑ）で示すように均等に伝達させることができる。
また、この実施例では、鉄骨造部１２のフランジ２１の引張応力がコンクリートの付着を介してコンクリート造部１１の鉄筋４０に伝達されるため、より確実に、かつ、円滑に曲げモーメントがコンクリート造部１１に伝達される。
エンドプレート４は、鉄骨造部１２が埋設してあるコンクリート造部１１からの抜け出しをも防止する機能を有している。
As shown in FIG. 4, an end plate 4 is provided at the end of the concrete structure 11.
The end plate 4 is fixed to the end portion of the concrete structure 11 using a reinforcing bar (main bar) 40 having a fixing portion 41 on the concrete column 1.
FIG. 5 shows the transmission state of the shearing force of the joint portion with and without the end plate 4. In the case where there is no end plate at the joining end face, the shearing force Q of the steel frame portion 12 acts to push the concrete at the flange position, and the shear stress is intensively transmitted only to the concrete section below the flange. On the other hand, when the end plate 4 is provided, the shearing force Q can be uniformly transmitted through the end plate 4 to the entire cross section of the concrete structure as indicated by (q).
In this embodiment, since the tensile stress of the flange 21 of the steel frame 12 is transmitted to the reinforcing bar 40 of the concrete frame 11 through the adhesion of concrete, the bending moment is more reliably and smoothly applied to the concrete structure. Is transmitted to the unit 11.
The end plate 4 has a function of preventing the steel plate portion 12 from coming out of the concrete portion 11 in which the steel frame portion 12 is embedded.
実施例３のコンクリート造部の端面にエンドプレートを設けたものにおいては、鉄骨構造部１２のせん断力がエンドプレートとコンクリート造部の界面の摩擦及び鉄筋４０のダボ効果によってコンクリート造部に伝達される。繰り返し荷重を受けている間にエンドプレート４とコンクリート造部１１の界面に隙間が生じ、摩擦によるせん断力の伝達ができなくなる可能性があるが、この場合、鉄筋４０のダボ効果のみによってせん断力を伝達させることが可能である。
また、界面に隙間が生じても、剪断力を伝達する面積を減少させないため、プレストレスによってエンドプレート４とコンクリート造部１１の界面に圧縮力を与えて密着させるようにしたものである。エンドプレート４がコンクリート造部１１の端面にプレストレス力によって押し付けられるので界面において摩擦力が上昇し、せん断力の伝達効率が上昇する。従って、せん断力がエンドプレート４で殆ど伝達され、コンクリート部材に作用するせん断力が減少する。
In the case where the end plate is provided on the end face of the concrete structure part of Example 3, the shearing force of the steel structure part 12 is transmitted to the concrete structure part by the friction at the interface between the end plate and the concrete structure part and the dowel effect of the reinforcing bar 40. The There is a possibility that a gap is generated at the interface between the end plate 4 and the concrete structure 11 during repeated loading, and shear force cannot be transmitted due to friction. In this case, only the dowel effect of the reinforcing bar 40 causes shear force. Can be transmitted.
Further, even if a gap is generated at the interface, the area for transmitting the shearing force is not reduced, so that the compressive force is applied to the interface between the end plate 4 and the concrete structure 11 by prestress to be brought into close contact. Since the end plate 4 is pressed against the end surface of the concrete structure 11 by the prestressing force, the frictional force is increased at the interface, and the transmission efficiency of the shearing force is increased. Therefore, the shearing force is almost transmitted by the end plate 4, and the shearing force acting on the concrete member is reduced.
図６に示す例は、コンクリート造部１１の部分をプレストレストコンクリートとしたものである。コンクリート造部１１にプレストレスを導入するためにコンクリート柱１に緊張鋼材１６の定着部の凹部１５が設けてあり、緊張鋼材１６が定着してある。
鉄骨造部１２の上下のフランジ２１に定着板２５が設けてあり、緊張鋼材１６の他の端部が定着してある。エンドプレート４が設けてある場合は、緊張鋼材１６はエンドプレート４に定着するか、または、定着板２５に定着される。
In the example shown in FIG. 6, the portion of the concrete structure 11 is prestressed concrete. In order to introduce prestress into the concrete structure 11, the concrete pillar 1 is provided with a recess 15 in the fixing portion of the tension steel material 16, and the tension steel material 16 is fixed.
Fixing plates 25 are provided on the upper and lower flanges 21 of the steel frame 12, and the other end of the tension steel material 16 is fixed. When the end plate 4 is provided, the tension steel 16 is fixed to the end plate 4 or fixed to the fixing plate 25.
図７に示す例は、コンクリート造部１１をプレキャストコンクリート製としたものである。コンクリート柱１に梁が接続される位置にはコーベル１７が設けてあり、このコーベル１７にプレキャスト製のコンクリート梁１１が載置され、緊張鋼材１６によってプレストレス力が導入されて柱１と梁１１が一体化される。緊張鋼材１６の一端はコンクリート柱１に形成された凹部に定着され、他端はフランジ２１に設けた定着板２５に定着される。エンドプレート４が設けてある場合は、緊張鋼材１６はエンドプレート４、または、プレキャストコンクリート造部１１に設けた定着板２５に定着される。 In the example shown in FIG. 7, the concrete structure 11 is made of precast concrete. A corbel 17 is provided at a position where the beam is connected to the concrete column 1. A precast concrete beam 11 is placed on the corbel 17, and a prestressing force is introduced by the tension steel material 16, and the column 1 and the beam 11. Are integrated. One end of the tension steel 16 is fixed in a recess formed in the concrete pillar 1, and the other end is fixed on a fixing plate 25 provided on the flange 21. When the end plate 4 is provided, the tension steel 16 is fixed to the end plate 4 or the fixing plate 25 provided in the precast concrete structure 11.
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