JP2012162864A - 鉄骨部材の接合構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】接合強度を確保しつつ、鉄骨部材の端部同士を接合する際の施工性を向上させる。
【解決手段】繊維補強モルタルQが固化することによって形成されるノード110に、各鉄骨梁50及び各鉄骨柱30のスタッド60が埋設されることで、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32が接合される。したがって、接合強度を確保しつつ、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32を接合する際の施工性が向上する。
【選択図】図1

Description

本発明は、鉄骨部材の接合構造に関する。
特許文献1には、管体からなる主部材の側面に設けた開口部に、端部にせん断突起を有する副部材を差込み、周りを充填グラウト材で固定することで、溶接作業を少なくして製作コストを低減した鉄骨骨組の接合構造が提案されている(特許文献1を参照)。
また、特許文献2には、鉄骨部材を相互に間隔を保って突き合わせて鋼材によって連結した後に、鉄骨部材相互の間隔に繊維補強モルタルを充填して一体化することで、接合部分の剛性が大きく、かつ施工の容易な鉄骨部材の接合構造が提案されている(特許文献2を参照)。
特開2000−87504号公報 特開2005−213821号公報
ここで、接合強度を確保しつつ、鉄骨梁の端部同士を接合する際の施工性を向上させることが望まれている。
本発明は、接合強度を確保しつつ、鉄骨梁の端部同士を接合する際の施工性を向上させることが課題である。
請求項1の発明は、複数の鉄骨梁の端部を接合する鉄骨部材の接合構造であって、繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートが固化して形成された固定部と、複数の前記鉄骨梁の端部から突出し、前記固定部に埋設され前記固定部と応力伝達を行なう応力伝達手段と、を備える。
請求項1の発明では、繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートが固化することによって形成される固定部に各鉄骨梁の応力伝達手段が埋設され鉄骨梁が接合される。よって、鉄骨梁同士を溶接等で直接接合する構成と比較し、鉄骨梁の端部同士を接合する際の施工誤差を容易に吸収させることができ、その結果、鉄骨梁の端部同士を接合する際の施工性が向上する。
また、一方の鉄骨梁の端部から突出した応力伝達手段から固定部に応力が伝達されると共に、固定部に伝達された応力は他方の鉄骨梁の端部から突出する応力伝達手段から他方の鉄骨部材の端部に伝達される。このように、固定部と応力伝達手段とを介して複数の鉄骨梁の端部間で応力が伝達されるので、複数の鉄骨梁の端部の接合強度が確保される。
また、固定部が繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートで形成されているので、固定部の引張強度及び靭性が向上する。よって、固定部が繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリート以外で形成されている場合と比較し、接合強度が向上する。
したがって、接合強度を確保しつつ、鉄骨梁の端部同士を接合する際の施工性が向上する。
請求項2の発明は、前記複数の鉄骨梁の端部間が連結部材で連結されている。
請求項2の発明では、連結部材を介しても、鉄骨梁の端部間の応力伝達がなされる。これにより、複数の鉄骨梁の端部の接合強度が向上する。よって、複数の鉄骨梁の端部の接合強度が向上する。
請求項3の発明は、鉄骨柱の端部から突出し、前記固定部に埋設され前記固定部と応力伝達を行なう応力伝達手段が前記固定部に埋設され、前記鉄骨梁と前記鉄骨柱とが接合されている。
請求項3の発明では、固定部に鉄骨柱の応力伝達部材が埋設され鉄骨柱が接合される。したがって、接合強度を確保しつつ、鉄骨梁と鉄骨柱の端部同士を接合する際の施工性が向上する。
本発明によれば、接合強度を確保しつつ、鉄骨梁の端部同士を接合する際の施工性を向上させることができる。
(A)は本発明の第一実施形態に係る鉄骨部材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁及び鉄骨柱の接合部位を示す斜視図であり、(B)は(A)の分解斜視図である。 図1に示す接合部位の一部を示す斜視図である。 (A)は第一変形例を示す図2に対応する斜視図であり、(B)は(A)のウェブプレートの要部をZ方向に見た平面図である。 (A)は第二変形例を示す図2に対応する斜視図であり、(B)は第三変形例を示す図2に対応する斜視図である。 (A)は第四変形例を示す分解斜視図であり、(B)は第四変形例を示す図2に対応する斜視図である。 (A)は本発明の第二実施形態に係る鉄骨部材の接合構造が適用されて接合された鉄骨梁及び鉄骨柱の接合部位を示す斜視図であり、(B)は(A)のB−B線に沿った縦断面図である。 応力伝達手段の一例として定着筋を接合した鉄骨部材の端部の斜視図である
<第一実施形態>
図1及び図2を用いて、本発明の第一実施形態に係る鉄骨部材の接合構造について説明する。
なお、各図におけるZ方向は鉛直方向を示し、X方向はZ方向に直交する方向とされ、Y方向は、X方向とZ方向とに直交する方向とされている。なお、Z方向(鉛直方向)の平面視において、X方向とY方向とは直交する。
また、以降、X方向に沿って配置されている部材及び当該部材に設けられている部材には、「X」又は「XL,XR」を付し、Y方向に沿って配置されている部材及び当該部材に接合されている部材には符号の後に「Y」又は「YL,YR」を付す。また、Z方向に沿って配置された部材及び当該部品に設けられている部材には「Z」又は「ZU,ZL」を付す。但し、これらを区別して説明する必要がない場合は、X,XL,XR,Y,YL,YR、Z,ZU,ZLを省略する。
図1(A)に示すように、構造物10の構造躯体を構成する鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32が、ノード110(図1(B)及び図2を参照)を介して接合されている。
図1(B)及び図2に示すように、本実施形態においては、ノード110は略立方体とされている。また、ノード110は、型枠などによって形成された充填空間に繊維補強モルタルQが充填され固化することによって形成されている。なお、繊維補強モルタルQは、合成繊維や鋼繊維などをモルタルに複合して補強されたモルタル材とされている。なお、繊維補強モルタルでなく、合成繊維や鋼繊維などをコンクリートに複合して補強された繊維補強コンクリートであってもよい。
図1に示すように、鉄骨梁50XL,50XRはX方向に沿って配置され、鉄骨梁50YR,50LはY方向に沿って配置され、鉄骨柱30ZU,30ZLはZ方向(鉛直方向)に沿って配置されている。なお、図2では、鉄骨梁50XL,50XRの接合を代表し図示し、他の鉄骨梁50YL,50YR,鉄骨柱30ZU,30ZLの図示は省略されている。
また、本実施形態では、鉄骨梁50は軸方向(長手方向)と直交する断面が略H形状のH形鋼とされ、鉄骨柱30は、軸方向(長手方向)と直交する断面が矩形状の鋼管とされている。なお、鉄骨梁50及び鉄骨柱30は、H形鋼や鋼管以外の形鋼や鋼材であってもよい。
各鉄骨梁50の軸方向(長手方向)の端部52には、鋼板等で構成されたエンドプレート54が設けられている。同様に、鉄骨柱30の軸方向(長手方向)の端部32には、鋼板等で構成されたエンドプレート34が設けられている。各エンドプレート34、54は、面外方向(板厚方向)が各鉄骨梁50及び鉄骨柱30の軸方向(長手方向)と一致するように接合されている。
なお、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32とエンドプレート54、34とは、本実施形態では溶接によって接合されている。しかし、溶接以外の接合方法、例えばボルト締結で接合されていてもよい。また、本実施形態では、ノード110の外周面に各エンドプレート34、54が接触するように配置されている。
各エンドプレート34、54には、複数のスタッド60が接合されている。各スタッド60は、各鉄骨梁50及び鉄骨柱30の長手方向に突出し、その先端部には半球状のコブ部62が形成されている。また、各スタッド60は、ノード110の中に埋設され定着されている。但し、各スタッド60同士が干渉しないように配置及び長さ等が設定されている。
なお、スタッドは図に示す構造以外のものであってもよい。例えば、鉄筋スタッドでもよく、ノード110の内側に機械式定着部やコブ定着部があってもよい。また、図に示す各スタッド60の配置は一例であって、この配置に限定されるものでない。
「施工工程」
つぎに、本実施形態の鉄骨梁50及び鉄骨柱30の接合工程の一例について説明する。
まず、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32にエンドプレート34、54を接合し、エンドプレート34、54にスタッド60を接合する。鉄骨梁50及び鉄骨柱30を十字状に配置する。
型枠(図示略)を設け、型枠の中(充填空間)に繊維補強モルタルQ(又は繊維補強コンクリート)を充填する。なお、本実施形態においては、エンドプレート34、54が型枠の一部(又は全部)を構成する。また、エンドプレート34,54には、充填用の孔及び空気抜用の孔が形成されていてもよい。そして、充填された繊維補強モルタルQが固化することで、スタッド60が埋設され定着したノード110が形成されると共に、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32が、ノード110を介して接合される。
なお、構造物10の建築現場外の工場で予め鉄骨梁50及び鉄骨柱30が接合された状態のノード110を製作して建築現場に運んでもよいし、建築現場で鉄骨梁50及び鉄骨柱30が接合された状態のノード110を製作してもよい。或いは、施工時に鉄骨梁50及び鉄骨柱30を組み付けた状態でノード110を製作して接合してもよい。
なお、前述した工程は一例であって、他の工程であってもよい。
例えば、エンドプレート34、54とスタッド60とがボルト接合される構成の場合、スタッド60を埋設したノード110を作製した後、エンドプレート34、54をノード110に接触させて、エンドプレート34,54とスタッド60とをボルト接合することで、各鉄骨梁50の端部52及び各鉄骨柱30の端部32がノード110を介して接合される構成であってもよい。
<作用及び効果>
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。
繊維補強モルタルQ(又は繊維補強コンクリート)が固化することによって形成されるノード110に、各鉄骨梁50及び各鉄骨柱30のスタッド60が埋設されることで、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32が接合される。よって、溶接等で直接接合する構成と比較し、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32を接合する際の施工誤差を容易に吸収させることができ、その結果、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32を接合する際の施工性が向上する。
また、前述したように、施工時に鉄骨梁50及び鉄骨柱30を組み付けた状態でノード110を製作して接合する場合、各鉄骨梁50及び各鉄骨柱30の接合位置や接合角度を微調整することで、各鉄骨梁50及び
各鉄骨柱30の製造誤差や施工誤差等を吸収することができる。
また、例えば、ある鉄骨梁50の端部52(正確にはエンドプレート54)から突出したスタッド60からノード110に応力が伝達されると共に、ノード110に伝達された応力は他の鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32から突出するスタッド60から他の鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32に伝達される。このように、ノード110とスタッド60とを介して複数の鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32の間で応力が伝達されるので、接合強度が確保される。
なお、スタッド60の長さや配置密度(本数)は伝達される応力の大きさ等によって適宜調整すればよい。例えば、伝達する応力が大きい場合は、スタッド60を長くしたり配置密度大きく(本数を多く)すればよい。
また、ノード110が繊維補強モルタルQ(又は繊維補強コンクリート)で形成されているので、ノード110の引張強度及び靭性が向上する。よって、ノード110が繊維補強されていないモルタルやコンクリートで形成されている構成と比較し、接合強度が向上する。
したがって、接合強度を確保しつつ、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32を接合する際の施工性が向上する。
更に、本実施形態においては、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32には、エンドプレート54,34が設けられている。よって、エンドプレート34、54を介してもノード110に応力が伝達されるとともに、ノード110に伝達された応力がエンドプレート34,54を介しても鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32に伝達される。なお、エンドプレート34、54は、主に長手方向(軸方向)の応力を伝達する機能を有する。
なお、エンドプレート34,54は、ノード110の外周面に接触するように構成されているが、これに限定されない。エンドプレート34,54の一部又は全部がノード110中に埋設された構成であってもよい。
<変形例>
つぎに、本実施形態の第一変形例〜第四変形例について、図3〜図5を用いて説明する。なお、以降の変形例では、図2と同様に、鉄骨梁50XLと鉄骨梁50XRとの接合部位を代表して図示して説明し、他の鉄骨梁50YL,50YR,鉄骨柱30ZU,30ZLの図示及び説明は省略する。
また、第四変形例(図5)を除く第一変形例〜第三変形例(図3、図4)においては、エンドプレート54は、ノード110の外周面に接触するように構成されているが、これに限定されない。上記実施形態と同様に、エンドプレート54の一部又は全部がノード110中に埋設された構成であってもよい。
「第一変形例」
第一変形例では、図3(A)に示すように、鉄骨梁50の端部52に接合されたエンドプレート54には、ノード110に埋設され定着するウェブプレート150が接合されている。ウェブプレート150は、水平方向を面外方向(板厚方向)として配置されている。また、ウェブプレート150には貫通孔152が形成されている。そして、図3(B)に示すように、貫通孔152に繊維補強モルタルQが入り込み固化することで、繊維補強モルタルQで構成されたコッター154が形成される。
よって、一方の鉄骨梁50の端部52からウェブプレート150を介して、ノード110に応力が伝達される。また、ノード110に伝達された応力がウェブプレート150を介して他方の鉄骨梁50に伝達される。
また、図3(B)に想像線(二点破線)で示すように、貫通孔152に補強筋156を挿通してもよい。このように補強筋156を挿通させることで、応力伝達性能が向上し、その結果、接合強度が向上する。
「第二変形例」
第二変形例では、図4(A)に示すように、各鉄骨梁50の端部52に接合されたエンドプレート54には、ノード110に埋設され定着するウェブプレート160が接合されている。ウェブプレート160、面外方向外側に突出する複数のスタッド162が接合されている。
よって、一方の鉄骨梁50の端部52からスタッド162を有するウェブプレート150を介して、ノード110に応力が伝達される。また、ノード110に伝達された応力がウェブプレート160を介して他方の鉄骨梁50に伝達される。
「第三変形例」
第三変形例では、図4(B)示すように、第二変形例と同様に、エンドプレート54にスタッド162を有するウェブプレート160が接合されている。また、ウェブプレート160の先端部は、鋼製の心棒部170に接合されている。よって、各鉄骨梁50の端部52間が、ウェブプレート160及び心棒部170を介して連結されている。
よって、ウェブプレート160及び心棒部170を介しても、鉄骨梁50の端部52間で応力伝達がなされるので、接合強度が向上する。
なお、第一変形例においても、心棒部170を介してウェブプレート150が連結された構成であってもよい。
更に、心棒部170以外の部材を介して連結されていてもよいし、ウェブプレート150,160の先端部同士が接続(連結)された構成であってもよい。
また、鉄骨柱30の端部32も連結された構成であってもよい。例えば、図におけるウェブプレート160の上端と下端とに、鉄骨柱30のエンドプレート34を接合することで、ウェブプレート160を介しても、鉄骨梁50の端部52及び鉄骨柱30の端部32との間で応力伝達がなされる構成となる。
「第四変形例」
第四変形例では、図5(A)に示すように、鉄骨梁50の端部52にはエンドプレート54(図2等を参照)が接合されていない。しかし、鉄骨梁50の端部52におけるウエブ51にスタッド60が接合されている。そして、図5(B)に示すように、スタッド60がノード110に埋設され定着している。
なお、図5(B)では、鉄骨梁50の端部52はノード110の外周面に接触するように構成されているが、これに限定されない。鉄骨梁50の端部52がノード110中に埋設された構成であってもよい。
「他の変形例」
第一〜第三の変形例において、エンドプレート54にウェブプレート150及びウェブプレート160とスタッド60(図2参照)の両方が接合されていてもよい。
また、第四変形例において、鉄骨梁50の端部52に、第一変形例のウェブプレート150や第二変形例のウェブプレート160が接合された構成であってもよい。
また、応力伝達手段は、コブ部62を有するスタッド60や貫通孔152が形成されたウェブプレート150以外の部材であってもよい。例えば、図7に示す先端側がL字状に曲げられた定着筋360であってもよい。なお、図7では、定着筋360を、第四変形例のようにエンドプレート54が接合されていない構成に適用した例で示したが、これに限定されない。エンドプレート54に定着筋360が接合された構成であってもよい。
或いは、応力伝達が可能な突起や凸凹であってもよい。要は、固定部(ノード)に埋設されて定着し、固定部と応力伝達を行なうことが可能な部材であればよい。
なお、上記実施形態及び各変形例では、図1に示すように、四本の鉄骨梁50XL,50XR、50YR,50YLの端部52XL,52XR、52YR,52YLと、二本の鉄骨柱30ZU,30ZLの端部32ZU,32ZLと、がノード110の各外面に接合されている構成であったが、これに限定されない。例えば、5本以上の鉄骨部材が接合された構成であってもよい。また、少なくとも二本の鉄骨梁がノード(固定部)を介して接合された構成であればよい。更に、複数の鉄骨梁は直交配置されていなくてもよい。
<第二実施形態>
図6を用いて、本発明の第二実施形態に係る鉄骨部材の接合構造について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
図6に示すように、鉄骨梁50XLの端部52XLと鉄骨梁50XRの端部52XRとが、ノード110を介して接合されている。
ノード110におけるZ方向両外側の外周面に接触するように、補強プレート180が設けられている。つまり、補強プレート180ZUと補強プレート180ZLとは、ノード110を間に挟んでZ方向に対向して配置されている。また、補強プレート180の内面(ノード110側の面)には、Z方向内側に突出するスタッド60が接合されている。スタッド60はノード110に埋設され定着している。
なお、本実施形態においては、補強プレート180のX方向の両端部は、エンドプレート54に接合されている。よって、本実施形態においては、鉄骨梁50のエンドプレート54間は、補強プレート180によって連結されている。
ノード110におけるエンドプレート54及び補強プレート180が接触していない外周面の外側には、シート182が設けられている。なお、本実施形態では、シート182は炭素繊維で構成されている。
シート182のZ方向両端は補強プレート180に接合されている。別の言い方をすると、二枚の補強プレート180が対向して配置され、対向配置された補強プレート180間がノード110の外周面に沿って設けられたシート182によって連結されている。よって、補強プレート180及びシート182がノード110の外周面を拘束する。なお、シート182とエンドプレート54とは、接合されていてもよいし、接合されていなくてもよい。
<作用及び効果>
つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。
鉄骨梁50の端部52は、ノード110と補強プレート180とを介して接合される。また、鉄骨梁50の端部52に設けられたエンドプレート54から突出したスタッド60がノード110に埋設され定着することによっても、鉄骨梁50が接合される。
そして、一方の鉄骨梁50からエンドプレート54とスタッド60とを介してノード110に応力が伝達されると共に、ノード110に伝達された応力が他方の鉄骨梁50のエンドプレート54とスタッド60とを介して他の鉄骨梁50に伝達される。また、補強プレート180には応力伝達を行なうスタッド60が設けられているので、補強プレート180を介しても応力がノード110に伝達されると共に伝達された応力が補強プレート180を介して他の鉄骨梁50に伝達される。更に、補強プレート180とシート182を介して、鉄骨梁50の端部52間の応力伝達がなされる。これらにより、鉄骨梁50の接合強度が確保される。
なお、前述したように、各鉄骨梁50からエンドプレート54とスタッド60とを介してノード110に伝達された応力が補強プレート180に伝達される。よって、各鉄骨梁50からノード110に伝達された応力の一部を補強プレート180が受ける(負担する)ので、その分ノード110の応力負担が軽減される。
また、補強プレート180にスタッド60設けることで、補強プレート180に圧縮方向の応力がかかる場合における補強プレート180の座屈防止作用が発揮される。
更に、補強プレート180とシート182とが、ノード110の外周面を拘束している。よって、ノード110に伝達された応力によってノード110の外周面が膨出する方向に変形しようとしても、補強プレート180とシート182によってノード110の外周面の変形が抑制されるので、ノード110の強度が向上する。
したがって、補強プレート180とシート182とを有しない構造と比較し、鉄骨梁50の接合強度が向上する。
なお、本実施形態では、ノード110を拘束する拘束手段は、対向配置された補強プレート180間がシート182よって連結された構造であったが、これに限定されない。例えば、シートでなく、鋼製等のプレートで連結されていてもよい。或いは、図6(B)に想像線(二点破線)で示すように、ノード110に埋設された支柱部材184で補強プレート180間が連結されていてもよい。なお、支柱部材184で補強プレート180が連結されている構成であっても、補強プレート180によってノード110の外周面を拘束し外周面の変形を抑制する効果を有する。
また、本実施形態では、各エンドプレート54は、補強プレート180によって連結されていたが、これに限定されない。各エンドプレート54と補強プレート180とが連結(接合)されていない構成であってもよい。
<その他>
尚、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されない。
例えば、上記実施形態及び変形例では、ノード110は略立方体とされていたが、これに限定されない。例えば、直方体であってもよいし、断面が六角形や円形であってもよい。或いは球状であってもよい。
また、例えば、ノード110の中に補強筋が埋設され、補強されていてもよい。
また、例えば、ノード110にプレストレスを導入してもよい。このとき、エンドプレート54間にプレストレスを導入してもよい。エンドプレート以外の部位にプレストレスを導入してもよい。例えば、第二実施形態の補強プレート180間にプレストレスを導入してもよい。
また、上述の複数の実施形態や複数の変形例は、適宜、組み合わされて実施可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。
30 鉄骨柱
50 鉄骨梁
52 端部
60 スタッド4145161
110 ノード(固定部)
150 ウェブプレート(応力伝達手段)
160 ウェブプレート(応力伝達手段、連結部材)
170 心棒部(連結手段)
180 補強プレート(連結手段)
360 定着筋(応力伝達手段)
Q 繊維補強モルタル

Claims (3)

  1. 複数の鉄骨梁の端部を接合する鉄骨部材の接合構造であって、
    繊維補強モルタル又は繊維補強コンクリートが固化して形成された固定部と、
    複数の前記鉄骨梁の端部から突出し、前記固定部に埋設され前記固定部と応力伝達を行なう応力伝達手段と、
    を備える鉄骨部材の接合構造。
  2. 前記複数の鉄骨梁の端部間が連結部材で連結されている、
    請求項1に記載の鉄骨部材の接合構造。
  3. 鉄骨柱の端部から突出し、前記固定部に埋設され前記固定部と応力伝達を行なう応力伝達手段が前記固定部に埋設され、
    前記鉄骨梁と前記鉄骨柱とが接合されている、
    請求項1又は請求項2に記載の鉄骨部材の接合構造。
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