JP2015063889A

JP2015063889A - 柱接合構造

Info

Publication number: JP2015063889A
Application number: JP2014171914A
Authority: JP
Inventors: 山野辺　宏治; Koji Yamanobe; 宏治山野辺; 清臣金本; Kiyoomi Kanemoto
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2034-08-26
Also published as: JP6432764B2

Abstract

【課題】軸力伝達性能が確保された柱接合構造を提供することを目的とする。【解決手段】ＲＣ造の第一柱１と、Ｓ造又はＣＦＴ造の第二柱２と、を接合する柱接合構造において、柱軸方向に沿って延在する接合鋼管３が備えられ、第二柱の下部が、接合鋼管の内側に位置して接合鋼管内に充填された充填コンクリート３１内に定着されており、第一柱の複数の柱主筋１１の上部が、接合鋼管の内側に位置して充填コンクリート内に定着されていると共に、接合鋼管内において第二柱の周囲に配置されており、第二柱のベースプレート２２から接合鋼管の下端までの区間Ｈにおける軸耐力と、接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間Ｘにおける軸耐力と、のうちの小さい方を当該柱接合構造の軸耐力として、第二柱のベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法が決定される。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄筋コンクリート造の第一柱と鉄骨造又はコンクリート充填鋼管造の第二柱とを接合する柱接合構造に関するものである。

従来、鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱）とコンクリート充填鋼管柱（ＣＦＴ柱）とを接合する柱接合構造として、例えば下記特許文献１に示されているような、ＣＦＴ柱からＲＣ柱への切替えを層単位で行う技術が知られている。この従来技術では、ＣＦＴ柱を備える下層部とＲＣ柱を備える上層部との間に境界層が形成されている。この境界層の柱は上下の梁間に亘って延在する鋼管を備えており、この鋼管内にコンクリートが充填されていると共に上層部のＲＣ柱から延在する柱主筋が挿入されている。また、境界層の柱のうちの柱頭部には、複数の柱主筋を囲う帯筋が配筋されており、また、境界層の柱のうちの柱頭部よりも下方の部分における鋼管の内周面にはスタッドが突設されている。

また、従来、ＲＣ柱にＣＦＴ柱を接合する技術として、ＣＦＴ柱の鋼管の下端にベースプレートを設けておき、このベースプレートをＲＣ柱のコンクリート部の上端面の上に載せてＣＦＴ柱を建てて、ＲＣ柱のコンクリート部内に定着したアンカーボルトを介して上記ベースプレートをコンクリート部に固定する技術が知られている。

特開２００９−２００６号公報

しかしながら、上記した前者の従来技術では、境界層の柱全体でＣＦＴ柱からＲＣ柱への切替えを行っているので、使用鋼材量が多いという問題がある。
また、後者の従来技術では、ＲＣ柱のコンクリート部を打設する前にアンカーボルトを所定位置に配置したり、ベースプレートとアンカーボルトとをナットなどで締結したりする必要があり、現場作業が煩雑であるという問題が存在する。

また、実際には、上部構造部（ＣＦＴ柱やＳ柱）から地下構造部（ＲＣ柱）の応力切り替え部（柱接合構造）における軸力伝達性能や曲げせん断伝達性能に関する定量的評価が必要であり、特に、地下構造部においては、軸力伝達性能の確認が重要である。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができる柱接合構造であって、軸力伝達性能が確保された柱接合構造を提供することを目的としている。

本発明に係る柱接合構造は、鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に位置する鉄骨造又はコンクリート充填鋼管造の第二柱と、を接合する柱接合構造において、柱軸方向に沿って延在する接合鋼管が備えられ、前記第二柱の下部が、前記接合鋼管の内側に位置して該接合鋼管内に充填された充填コンクリート内に定着されており、前記第一柱の複数の柱主筋の上部が、前記接合鋼管の内側に位置して前記充填コンクリート内に定着されていると共に、前記接合鋼管内において前記第二柱の周囲に配置されており、前記第二柱のベースプレートから前記接合鋼管の下端までの区間における軸耐力と、前記接合鋼管の下端までの前記第一柱の柱高さ区間における軸耐力と、のうちの小さい方を当該柱接合構造の軸耐力として、前記第二柱のベースプレートから前記接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法が決定されていることを特徴としている。

このような特徴により、柱の構造を鉄筋コンクリート構造（第一柱）から鋼構造（第二柱）へ切り替える切替え区間、すなわち、鋼管の端面の位置から柱主筋の端面の位置までの区間が短くなるので、使用鋼材量が少なくなる。しかも、アンカーボルト等の部材が不要である。

また、第二柱のベースプレートから接合鋼管の下端までの区間における軸耐力と、接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間における軸耐力と、のうちの小さい方を当該柱接合構造の軸耐力として、第二柱のベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法が決定されることで、軸力伝達性能が確保される。
なお、本発明における「鉄筋コンクリート造」とは、少なくとも鉄筋とコンクリートとからなる構造を意味しており、例えば、鉄骨と鉄筋とコンクリートとからなるＳＲＣ造も含むものとする。

また、本発明に係る柱接合構造は、少なくとも、前記第二柱のベースプレートから前記接合鋼管の下端までの区間の前記充填コンクリートと、前記接合鋼管の下端までの前記第一柱の柱高さ区間のコンクリートと、がそれぞれ鋼繊維補強コンクリートであることが好ましい。

このように支圧側のコンクリートを鋼繊維補強コンクリートとすることにより、見かけの支圧強度が上昇する。

また、本発明に係る柱接合構造は、前記第二柱の下端から前記接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法が、下記の条件式（１）〜（９）を満たすように設定されていることが好ましい。

ただし、
σ_pe＜cal＞：柱接合構造の有効支圧強度（N/mm²）
Nu：柱接合構造の軸耐力（N）
A₁：ベースプレート支圧面積（mm²）
Nu1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間における軸耐力（N）
Nu2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間における軸耐力（N）
σ_p1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間における支圧強度（N/mm²）
σ_p2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間における支圧強度（N/mm²）
A_2e：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間と接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間との境界にある仮想面における支圧面積（mm²）
φ_cond：第一柱の主筋の境界条件による割増係数
φ_f1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の充填コンクリートの鋼繊維補強による割増係数
B_{p min}：ベースプレートの平面寸法（mm）
h_P：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法（mm）
σ_B1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の充填コンクリートのコンクリート強度（N/mm²）
P_w1・σ_y1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の横補強筋量（N/mm²）
φ_f2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間のコンクリートの鋼繊維補強による割増係数
b_2e: ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間と接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間との境界にある仮想面の幅寸法（mm）
h_RC: 接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ（mm）
σ_B2：第一柱のコンクリート強度（N/mm²）
P_w2・σ_y2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間の横補強筋量（N/mm²）
V_f1: ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の充填コンクリートの鋼繊維補強の体積比（％）
V_f2: 接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間のコンクリートの鋼繊維補強の体積比（％）
B_{c min}：第一柱の柱寸法（mm）
B_C：第一柱の幅寸法（mm）
D_C：第一柱の奥行寸法（mm）
B_P：ベースプレートの幅寸法（mm）
D_P：ベースプレートの奥行寸法（mm）
t_P：接合鋼管の厚さ寸法（mm）

上記した条件式（１）〜（９）は、ベースプレート下の支圧強度を確認するために支圧強度確認実験を行ない、軸力伝達性能を確認し、支圧強度に及ぼすベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法（hp）の影響を定量的に評価することで得られた設計式（平均式）である。これにより、ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法（hp）を支圧強度上で効果的な寸法にすることができる。なお、上記した条件式（１）〜（９）は鋼繊維補強が無い場合にも適用可能である。すなわち、鋼繊維補強が無い場合には、鋼繊維補強の体積比（V_f1，V_f2）が０となり、その結果、鋼繊維補強による割増係数（φ_f1，φ_f2）は１となる。

また、本発明に係る柱接合構造は、前記第二柱の下端から前記接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法が、上記条件式（１）に代えて下記の条件式（１０）を満たすように設定されていることが特に好ましい。

上記した条件式（１０）は、上記した条件式（１）に０．９倍したものである。これにより、実験結果の下限値を保証することができ、より安全側に評価することができる。なお、上記した条件式（１０）における各項は上記した条件式（２）〜（９）と同じである。

また、本発明に係る柱接合構造は、前記接合鋼管の下端部及び上端部のうちの少なくとも一方の端部の内周面に、柱内側に突出していると共に前記接合鋼管の周方向に沿って延在するリブが設けられていることが好ましい。

これにより、大きい軸力及び大きい曲げモーメントにも耐え得る構造となる。

本発明に係る柱接合構造によれば、使用鋼材量を削減できると共に、現場作業を軽減することができる柱接合構造であって、軸力伝達性能が確保された柱接合構造を提供することができる。

本発明の実施形態を説明するための柱接合構造の縦断面図である。図１に示すＥ−Ｅ間を切断した断面図であり、鉄筋コンクリート造の第一柱の横断面を示している。図１に示すＦ−Ｆ間を切断した断面図であり、構造切替え区間の横断面を示している。本発明の実施形態の柱接合構造において、反曲点位置がＣＦＴ区間にある場合の曲げモーメント及びせん断力分布を示した図である。本発明の実施形態の柱接合構造において、反曲点位置が構造切替え区間にある場合の曲げモーメント及びせん断力分布を示した図である。本発明の実施形態の柱接合構造において、反曲点位置がＲＣ区間にある場合の曲げモーメント及びせん断力分布を示した図である。支圧強度に及ぼす横補強筋量の影響（実験結果例）を表すグラフである。支圧強度評価式による計算結果と実験結果との比較を表すグラフである。各h_RC/B_Cにおける支圧強度評価結果とh_P/B_Cとの関係を示すグラフである。本発明の実施形態の柱接合構造の変形例１を説明するためのプレキャスト柱接合部材の縦断面図である。本発明の実施形態の柱接合構造の変形例２を説明するための柱接合構造の概略正面図である。

以下、本発明に係る柱接合構造の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１に示すように、本実施形態の柱接合構造は、地下構造物である鉄筋コンクリート造の第一柱（ＲＣ柱１）の上に、上部構造物であるコンクリート充填鋼管造の第二柱（ＣＦＴ柱２）を接合する柱接合構造であって、特に、ＣＦＴ柱２の下部を包含する接合鋼管３を介してＲＣ柱１の上にＣＦＴ柱２を接合する柱接合構造である。

ＲＣ柱１は、図１、図２に示すように、コンクリート部１０の内部に鉄筋１１，１２、１８，１９が埋設された公知の鉄筋コンクリート柱であり、横断面視の外形が四角形の柱である。鉄筋１１，１２，１８，１９は、柱軸方向に延在する複数の柱主筋１１と、柱主筋１１に直交する方向に延在する複数の帯筋１２及び副帯筋１８，１９と、からなる。ＲＣ柱１のコンクリート部１０は、鋼繊維補強コンクリート（SFRC）等の繊維補強コンクリートからなる。

ＣＦＴ柱２は、図１、図３に示すように、角筒状の鋼管２０と、その内側に充填された充填コンクリート２１と、鋼管２０の下端に接合された平面視四角形のベースプレート２２と、を備えている。上記した鋼管２０の横断面視の外形は、ＲＣ柱１の横断面視の外形よりも小さい。また、ベースプレート２２の平面視の外形は、鋼管２０の横断面視の外形よりも大きく、且つ、ＲＣ柱１の横断面視の外形よりも小さい。また、ベースプレート２２の中央部分には、平面視円形の開口２２ａが形成されている。この開口２２ａにより、ＣＦＴ柱２の充填コンクリート２１と後述する接合鋼管３内の充填コンクリート３１とが分離せずに一体に形成されている。

接合鋼管３は、柱軸方向に沿って延在する角筒状の鋼管であり、ＲＣ柱１のコンクリート部１０の上方に配設されている。この接合鋼管３の横断面視の外形はＲＣ柱１の横断面視の外形と同一形状であり、接合鋼管３の外周面はＲＣ柱１の外周面と面一に形成されている。また、接合鋼管３の内側には、充填コンクリート３１が充填されている。この充填コンクリート３１は、鋼繊維補強コンクリート（SFRC）等の繊維補強コンクリートからなり、接合鋼管３の下端から上端までの範囲に亘って充填されている。

上記した接合鋼管３の内側には、ＣＦＴ柱２の下部（柱脚部２３）が接合鋼管３の上端開口部から挿入されており、そのＣＦＴ柱２の下部は、接合鋼管３内の充填コンクリート３１内に定着されている。このＣＦＴ柱２の柱脚部２３は、接合鋼管３の柱軸方向の中間位置まで延在しており、充填コンクリート３１に対する十分な根入れ長さが確保されている。

また、上記した接合鋼管３の内側には、ＲＣ柱１の複数の柱主筋１１の上部（定着部分１４）が接合鋼管３の下端開口部からそれぞれ挿入されており、それら複数の柱主筋１１の上部は、接合鋼管３内の充填コンクリート３１内に定着されている。また、複数の柱主筋１１の定着部分１４は、接合鋼管３の上端の手前まで延在しており、柱主筋１１の上端面と充填コンクリート３１の上端面との間には所定の被り厚さがある。また、複数の柱主筋１１の上部は、接合鋼管３内においてＣＦＴ柱２の柱脚部２３の周囲に配設されている。すなわち、複数の柱主筋１１（定着部分１４）は、接合鋼管３において、接合鋼管３の内周面に沿って平面視四角形状に並べられており、これら複数の柱主筋１１の定着部分１４の内側に上記したＣＦＴ柱２の柱脚部２３が配置されている。柱主筋１１の上端には、拡径された定着端１３がそれぞれ設けられている。

なお、接合鋼管３の下端の位置よりも下方の区間、すなわち、接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間が、鉄筋コンクリート造のＲＣ区間Ｘとなっており、上記したベースプレート２２の下面（ＣＦＴ柱２の下端面）の位置よりも上方の区間が、コンクリート充填鋼管造のＣＦＴ区間Ｙとなっており、接合鋼管３の上端の位置から接合鋼管３の下端の位置までの区間が、柱の構造を鉄筋コンクリート造からコンクリート充填鋼管造へ切り替える構造切替え区間Ｚとなっている。この構造切替え区間Ｚの長さ（柱軸方向の寸法）は、ＣＦＴ柱２の鋼管２０の幅Ｂに２を乗じた値（２Ｂ）以上である。また、ベースプレート２２よりも下方の区間、つまり、ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈ、及び接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間（ＲＣ区間Ｘ）が支圧区間Ｉとなっている。

また、図１に示すように、接合鋼管３の下端部の内周面には、柱内側に突出したリブ３３が設けられている。このリブ３３は、接合鋼管３の周方向に沿って延在する凸条部であり、縦断面視において略等脚台形状に形成されている。つまり、リブ３３の上面は、柱内側に向かって下向きに傾斜しており、リブ３３の下面は、柱外側に向かって下向きに傾斜している。また、リブ３３は、接合鋼管３の内周面の全周に亘って延設されており、平面視環状（角環状）に形成されている。なお、接合鋼管３の下端面は、リブ３３の下面と面一に形成されており、柱外側に向かって下向きに傾斜している。

また、接合鋼管３の上端部の内周面にも、柱内側に突出したリブ３２が設けられている。このリブ３２は、接合鋼管３の周方向に沿って延在する凸条部であり、縦断面視において略直角台形状に形成されている。つまり、リブ３２の上面は、水平に形成されて充填コンクリート３１の上端面と面一に形成されており、リブ３２の下面は、柱外側に向かって下向きに傾斜している。また、リブ３２は、接合鋼管３の内周面の全周に亘って延設されており、平面視環状（角環状）に形成されている。

上記した構成からなる柱接合構造では、反曲点位置がＣＦＴ区間Ｙ内にある場合、図４に示すような曲げモーメント及びせん断力分布となる。また、反曲点位置が構造切替え区間Ｚ内にある場合、図５に示すような曲げモーメント及びせん断力分布となる。また、反曲点位置がＲＣ区間Ｘ内にある場合、図６に示すような曲げモーメント及びせん断力分布となる。

また、上記した構成からなる柱接合構造では、ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈにおける軸耐力と、接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間Ｘにおける軸耐力（見かけの支圧強度：有効支圧強度）と、のうちの小さい方を当該柱接合構造の軸耐力として、ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの高さ寸法（h_P）が決定される。

具体的には、ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの高さ寸法（h_P）は、下記の条件式（１）〜（９）を満たすように設定される。

ただし、
σ_pe＜cal＞：柱接合構造の有効支圧強度（N/mm²）
Nu：柱接合構造の軸耐力（N）
A₁：ベースプレート２２の支圧面積（mm²）
Nu1：ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈにおける軸耐力（N）
Nu2：接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間Ｘにおける軸耐力（N）
σ_p1：ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈにおける支圧強度（N/mm²）
σ_p2：接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間Ｘにおける支圧強度（N/mm²）
A_2e：ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈと接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間Ｘとの境界にある仮想面における支圧面積（mm²）
φ_cond：ＲＣ柱１の柱主筋１１の境界条件による割増係数
φ_f1：ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの充填コンクリート３１の鋼繊維補強による割増係数
B_{p min}：ベースプレート２２の平面寸法（mm）
h_P：ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの高さ寸法（mm）
σ_B1：ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの充填コンクリート３１のコンクリート強度（N/mm²）
P_w1・σ_y1：ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの横補強筋量（N/mm²）
φ_f2：接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間Ｘのコンクリート部１０の鋼繊維補強による割増係数
b_2e: ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈと接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間Ｘとの境界にある仮想面の幅寸法（mm）
h_RC: 接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ（mm）
σ_B2：ＲＣ柱１のコンクリート強度（N/mm²）
P_w2・σ_y2：接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間Ｘの横補強筋量（N/mm²）
V_f1: ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの充填コンクリート３１の鋼繊維補強の体積比（％）
V_f2: 接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間Ｘのコンクリート部１０の鋼繊維補強の体積比（％）
B_{c min}：ＲＣ柱１の最小柱寸法（mm）
B_C：ＲＣ柱１の幅寸法（mm）
D_C：ＲＣ柱１の奥行寸法（mm）
B_P：ベースプレート２２の幅寸法（mm）
D_P：ベースプレート２２の奥行寸法（mm）
t_P：接合鋼管３の厚さ寸法（mm）

ここで、本願の発明者が行なった支圧強度確認実験について説明する。
この支圧強度確認実験では、ＣＦＴ柱やＳ柱等の上部構造部のベースプレート下の支圧強度を確認するため、接合鋼管内のコンクリート強度（σ_B1）や、ＲＣ柱のコンクリート強度（σ_B2）、ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法（hp）、接合鋼管の下端までのＲＣ柱の柱高さ（h_RC）、接合鋼管も含むせん断補強筋量などをパラメータとして、ベースプレートよりも下方の部分をモデル化し、軸力を載荷した。なお、本実験では、支承面（ＲＣ柱下面）の柱主筋の水平移動をプレートで拘束したものを標準とし、拘束なしの実験結果に対する割増係数を実験により求め、水平移動拘束されたものに換算した。

支承面における柱主筋の水平移動拘束がない場合の実験結果の一覧を下記の表１−表３に示す。

また、支承面における柱主筋の水平移動拘束がある場合の実験結果の一覧を下記の表４に示す。

さらに、実験結果の代表例を横補強筋量とベースプレート下のコンクリート強度に対する支圧強度比の関係を図７に示す。

そして、図８に、上記の条件式（１）〜（９）による計算結果と実験結果とを示す。この計算結果と実験結果との比較から分かるとおり、支圧強度評価式はほぼ妥当なものであることが分かる。なお、より安全側に評価するためには、実験結果の下限値を保証する必要があるため、上記条件式（１）に代えて下記の条件式（１０）で計算されることが望ましい。

また、本願の発明者が行なった、上記した条件式（１）〜（９）によるパラメータスタディについて説明する。このパラメータスタディを行なうにあたり、下記の表５に示すようなモデルを想定する。

ここでは、ある想定したＲＣ柱高さ（h_RC:接合鋼管の下端までのＲＣ柱の柱高さ）とし、ベースプレート下の鋼管高さ（h_P：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法）を変動させて、支圧強度を計算した。

図９に、各h_RC/B_C(＝０〜０．５)における支圧強度評価結果とＲＣ柱寸法に対するh_Pの比（h_P/B_C）との関係を示す。なお、図９中には、支圧面による軸耐力がＲＣ柱の軸耐力以上である条件により求められる必要支圧強度比も示す。各評価結果において、見かけの軸耐力（有効支圧強度比）は、上に凸となる領域ではＲＣ柱の軸耐力（接合鋼管の下端までのＲＣ柱の柱高さ区間における軸耐力）で決まり、下に凸となる領域では接合鋼管部の軸耐力（ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間における軸耐力）で決まる。

図９に示されているように、ＲＣ柱が短くなるほど軸耐力は大きくなる傾向がある。また、接合鋼管部の高さ（ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間における高さ寸法）が大きくなると軸耐力は小さくなる傾向がある。一方、ベースプレート下の支圧面積とＲＣ柱の軸断面積およびそれぞれのコンクリート強度より求められる必要支圧強度比（１．３９）より大きくなる領域は、比較的に大きく、余裕のある設計が可能となる。例えば、h_RC/B_C＝０．３３３においては、h_P/B_C≧０．１２５（h_P≧７５mm）であればよいこと
が示されている。

上述した柱接合構造によれば、構造切替え区間Ｚが短くなるので、使用鋼材量を削減することができ、コストダウンを図ることができる。しかも、アンカーボルト等の部材が不要であるので、現場作業を軽減することができる。また、大きい軸力および大きい曲げモーメントにも耐え得る構造となるので、当該柱接合構造の適用範囲が広がり、より多くの構造物に対して適用することができる。

また、ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈにおける軸耐力と、接合鋼管３の下端までのＲＣ柱１の柱高さ区間Ｘにおける軸耐力と、のうちの小さい方を当該柱接合構造の軸耐力として、ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの高さ寸法h_Pが決定されることで、軸力伝達性能が確保され、上部構造のＣＦＴ柱２の軸力を下部構造のＲＣ柱１に安全に伝達させられるように設計が可能となる。

特に、ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの高さ寸法h_Pが上記した条件式（１）〜（９）を満たすように設定されることにより、ベースプレート２２から接合鋼管３の下端までの区間Ｈの高さ寸法（hp）を支圧強度上で効果的な寸法にすることができる。さらに、上記した条件式（１）に０．９倍した上記した条件式（１０）を使うことにより、実験結果の下限値を保証することができ、より安全側に評価することができる。

また、支圧側のコンクリートを鋼繊維補強コンクリートとすることにより、見かけに支圧強度が上昇する。なお、鋼繊維補強コンクリートの体積比V_fは０．７５％を上限とし、V_f＝０．７５％でほぼ１．２倍の強度上昇を期待することができる。

また、本発明の柱接合構造が地上階に設けられている場合には、地震時に、柱接合構造に水平力が大きく作用する。このため、接合鋼管３への入力せん断力を低減させるように接合鋼管３の長さを長くしたり、接合鋼管３のせん断降伏を避けるために接合鋼管３の板厚を厚くしたり、充填コンクリート２１，３１と接合鋼管３とを一体挙動させてせん断ずれを防止するために、例えば接合鋼管３内側の材軸方向にわたって棒鋼等の突起物を溶接等で数カ所設ける等の設計対応をとる必要がある。一方、柱接合構造が地下一階等の地下階に設けられている場合には、柱接合構造に作用する力は、軸力が他の力よりも相対的に大きくなるため、上記対応をする必要がないか、地上階に設ける場合よりも緩やかな対応ですむ。

以上、本発明に係る柱接合構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

（変形例１）
例えば、図１０に示すようなプレキャスト柱接合部材１００を作製することにより、ＲＣ柱１をプレキャスト化することが可能である。詳しく説明すると、図１０に示すプレキャスト柱接合部材１００には、接合鋼管３と、図１に示すＲＣ柱１の上側部分（ＲＣ柱上部１Ａ）と、図１に示す充填コンクリート３１の下側部分（下側充填コンクリート３１Ａ）と、を備えている。

上記したＲＣ柱上部１Ａには、図１に示すＲＣ柱１のコンクリート部１０の上部を構成するコンクリート体１０Ａと、図１に示す柱主筋１１の上部を構成する柱主筋材１１Ａと、複数の帯筋１２，１５，１６及び副帯筋１８と、が備えられている。上記した柱主筋材１１Ａは定着部分１４を含んでいる。また、上記した下側充填コンクリート３１Ａは、図１０に示す充填コンクリート３１のうちのＣＦＴ柱２のベースプレート２２の下面よりも下方の部分である。なお、ＲＣ柱上部１Ａと下側充填コンクリート３１Ａとは、鋼繊維補強コンクリートからなる。

このプレキャスト柱接合部材１００では、接合鋼管３の上部が中空となっており、柱主筋材１１Ａの上部（定着部分１４）が下側充填コンクリート３１Ａの上面から上方に向けて突出して露出されている。また、プレキャスト柱接合部材１００には、複数の継手部材１０１が備えられている。これらの継手部材１０１は、柱主筋材１１Ａの下端部と、当該プレキャスト柱接合部材１００の直下に配設される図示せぬプレキャスト柱部材の柱主筋材の上端部と、を接合するための筒状の部材であり、コンクリート体１０Ａの下端部に埋設されている。この継手部材１０１の上部には、柱主筋材１１Ａの下端部が挿嵌されており、継手部材１０１の下端はコンクリート体１０Ａの下端面において開口している。

また、本実施形態の施工方法としては、まず、上記したプレキャスト柱接合部材１００を図示せぬ下側のプレキャスト柱部材の上に設置する。次に、ＣＦＴ柱２の下部を接合鋼管３内に接合鋼管３の上端開口部から挿入させると共にＣＦＴ柱２のベースプレート２２を下側充填コンクリート３１Ａの上面に載置させることで、ＣＦＴ柱２を設置する。次に、接合鋼管３の上端開口部から接合鋼管３内にコンクリートを打設し、接合鋼管３の上端（上側のリブ３２の上縁）までコンクリートを充填する。なお、この打設コンクリートは、鋼繊維補強コンクリートでなくてもよい。これにより、下側充填コンクリート３１Ａの上に上側充填コンクリート３１Ｂが形成され、その上側充填コンクリート３１Ｂ内にＣＦＴ柱２の下部が定着される。

（変形例２）
上記に示す実施形態の変形例２に係る柱接合構造について、図１１を用いて説明する。
図１１に示すように、柱接合構造１００が床スラブＦ０の上面に当接するように配置されていてもよい。この場合には、第一柱（ＲＣ柱１０１）を構成する帯筋１２（図１参照）、ＲＣ柱１０１のコンクリート部１０（図１参照）は、区間Ｘ１に設けられている。なお、ＲＣ柱１０１を構成する柱主筋１１（図１参照）は、区間Ｘ１及びＺ１に設けられている。
また、第二柱（ＣＦＴ柱１０２）は、区間Ｙ１にわたって配置されている。
柱接合構造１００は、区間Ｘ１の上側から区間Ｙ１の下部にわたる区間Ｚ１にわたって配置されている。

上記に示す実施形態では、床スラブから鉛直方向に延びる部分は鉄筋コンクリート造のＲＣ柱１であるのに対して、本変形例では、床スラブＦ０から鉛直方向に延びる部分は柱接合構造１００である。よって、床スラブＦ０上に、上記に示す実施形態の柱接合構造と比較して脆弱とされる鉄筋コンクリート造の部分を設けることなく、直接柱接合構造１００を設けることができるため、軸耐力を向上させることができる。
なお、ＲＣ柱のコンクリート部の上端が床スラブＦ０の厚さ方向途中に達するようにＲＣ柱が配置され、これに連続して柱接合構造が配置されていてもよい。つまり、柱接合構造の下端が、床スラブＦ０の厚さ方向途中に達していてもよい。

また、上記した実施形態では、第二柱としてコンクリート充填鋼管造のＣＦＴ柱２が設けられているが、本発明は、上記したＣＦＴ柱を鉄骨造のＳ柱に変更することが可能である。また、上記した実施形態では、第一柱として一般的な鉄筋コンクリート造のＲＣ柱１が設けられているが、本発明における第一柱は、鉄筋とコンクリートとを有する構造であればよく、例えば鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の柱であってもよい。

また、上記した実施形態では、リブ３２，３３が接合鋼管３の内周面の全周に亘って延設されているが、本発明は、全周に亘って形成された環状のリブに限定されるものではなく、鋼管２０や接合鋼管３の周方向の一部分が欠けているリブであってもよく、或いは、鋼管２０や接合鋼管３の周方向に間欠的に配設されたリブであってもよい。さらに、当該リブ３２，３３が無い構成にすることも可能である。

また、上記した実施形態では、角柱状の第一柱（ＲＣ柱１）と角柱状の第二柱（ＣＦＴ柱２）とを接合しているが、本発明は、第一、第二柱の横断面形状は適宜変更可能であり、例えば円柱状の第一柱と円柱状の第二柱とを接合する柱接合構造であってもよい。さらに、本発明では、横断面視形状が異なる第一、第二柱を接合することも可能であり、例えば角柱状の第一柱と円柱状の第二柱とを接合する柱接合構造であってもよい。

さらに、本発明は、地下構造物である第一柱（ＲＣ柱１）と上部構造物である第二柱（ＣＦＴ柱２）とを接合する柱接合構造に限定されず、上部構造物である第一柱と第二柱とを接合する柱接合構造に適用することも可能であり、さらに、杭と柱とを直接接合する杭柱接合構造にも適用することが可能である。

また、上記に示す実施形態においては、ＲＣ柱１のコンクリート部１０、ＣＦＴ柱２の充填コンクリート２１及び接合鋼管３の内側の充填コンクリート３１が繊維補強コンクリートから構成されているが、本発明はこれに限られない。例えば、充填コンクリート３１の内部に繊維補強コンクリートを充填し、ＣＦＴ柱２の内部に普通コンクリート等を充填してもよい。ここで、建築現場においてＲＣ柱１を構築した後に、柱接合構造及びＣＦＴ柱２を構築する場合には、ＣＦＴ柱２の内部と外部とは、ベースプレート２２により上下方向に区画されるため、充填コンクリート３１（ＣＦＴ柱２の外部）に繊維補強コンクリートを、ＣＦＴ柱２の内部に普通コンクリートをそれぞれ打ち分けることができる。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ＲＣ柱（第一柱）
２ＣＦＴ柱（第二柱）
３接合鋼管
１１柱主筋
２２ベースプレート
３１充填コンクリート
３２，３３リブ
Ｈ第二柱のベースプレートから接合鋼管の下端までの区間
Ｘ接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間
h_p 第二柱のベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法

Claims

鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に位置する鉄骨造又はコンクリート充填鋼管造の第二柱と、を接合する柱接合構造において、
柱軸方向に沿って延在する接合鋼管が備えられ、
前記第二柱の下部が、前記接合鋼管の内側に位置して該接合鋼管内に充填された充填コンクリート内に定着されており、
前記第一柱の複数の柱主筋の上部が、前記接合鋼管の内側に位置して前記充填コンクリート内に定着されていると共に、前記接合鋼管内において前記第二柱の周囲に配置されており、
前記第二柱のベースプレートから前記接合鋼管の下端までの区間における軸耐力と、前記接合鋼管の下端までの前記第一柱の柱高さ区間における軸耐力と、のうちの小さい方を当該柱接合構造の軸耐力として、前記第二柱のベースプレートから前記接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法が決定されていることを特徴とする柱接合構造。
請求項１に記載の柱接合構造において、
少なくとも、前記第二柱のベースプレートから前記接合鋼管の下端までの区間の前記充填コンクリートと、前記接合鋼管の下端までの前記第一柱の柱高さ区間のコンクリートと、がそれぞれ鋼繊維補強コンクリートであることを特徴とする柱接合構造。
請求項１又は２に記載の柱接合構造において、
前記第二柱の下端から前記接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法が、下記の条件式（１）〜（９）を満たすように設定されていることを特徴とする柱接合構造。

ただし、
σ_pe＜cal＞：柱接合構造の有効支圧強度（N/mm²）
Nu：柱接合構造の軸耐力（N）
A₁：ベースプレート支圧面積（mm²）
Nu1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間における軸耐力（N）
Nu2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間における軸耐力（N）
σ_p1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間における支圧強度（N/mm²）
σ_p2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間における支圧強度（N/mm²）
A_2e：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間と接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間との境界にある仮想面における支圧面積（mm²）
φ_cond：第一柱の主筋の境界条件による割増係数
φ_f1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の充填コンクリートの鋼繊維補強による割増係数
B_{p min}：ベースプレートの平面寸法（mm）
h_P：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法（mm）
σ_B1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の充填コンクリートのコンクリート強度（N/mm²）
P_w1・σ_y1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の横補強筋量（N/mm²）
φ_f2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間のコンクリートの鋼繊維補強による割増係数
b_2e: ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間と接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間との境界にある仮想面の幅寸法（mm）
h_RC: 接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ（mm）
σ_B2：第一柱のコンクリート強度（N/mm²）
P_w2・σ_y2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間の横補強筋量（N/mm²）
V_f1: ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の充填コンクリートの鋼繊維補強の体積比（％）
V_f2: 接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間のコンクリートの鋼繊維補強の体積比（％）
B_{c min}：第一柱の柱寸法（mm）
B_C：第一柱の幅寸法（mm）
D_C：第一柱の奥行寸法（mm）
B_P：ベースプレートの幅寸法（mm）
D_P：ベースプレートの奥行寸法（mm）
t_P：接合鋼管の厚さ寸法（mm）
請求項１又は２に記載の柱接合構造において、
前記第二柱の下端から前記接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法が、下記の条件式（１０）〜（１８）を満たすように設定されていることを特徴とする柱接合構造。

ただし、
σ_pe＜cal＞：柱接合構造の有効支圧強度（N/mm²）
Nu：柱接合構造の軸耐力（N）
A₁：ベースプレート支圧面積（mm²）
Nu1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間における軸耐力（N）
Nu2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間における軸耐力（N）
σ_p1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間における支圧強度（N/mm²）
σ_p2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間における支圧強度（N/mm²）
A_2e：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間と接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間との境界にある仮想面における支圧面積（mm²）
φ_cond：第一柱の主筋の境界条件による割増係数
φ_f1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の充填コンクリートの鋼繊維補強による割増係数
B_{p min}：ベースプレートの平面寸法（mm）
h_P：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の高さ寸法（mm）
σ_B1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の充填コンクリートのコンクリート強度（N/mm²）
P_w1・σ_y1：ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の横補強筋量（N/mm²）
φ_f2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間のコンクリートの鋼繊維補強による割増係数
b_2e: ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間と接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間との境界にある仮想面の幅寸法（mm）
h_RC: 接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ（mm）
σ_B2：第一柱のコンクリート強度（N/mm²）
P_w2・σ_y2：接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間の横補強筋量（N/mm²）
V_f1: ベースプレートから接合鋼管の下端までの区間の充填コンクリートの鋼繊維補強の体積比（％）
V_f2: 接合鋼管の下端までの第一柱の柱高さ区間のコンクリートの鋼繊維補強の体積比（％）
B_{c min}：第一柱の柱寸法（mm）
B_C：第一柱の幅寸法（mm）
D_C：第一柱の奥行寸法（mm）
B_P：ベースプレートの幅寸法（mm）
D_P：ベースプレートの奥行寸法（mm）
t_P：接合鋼管の厚さ寸法（mm）
請求項１から４のいずれか一項に記載の柱接合構造において、
前記接合鋼管の下端部及び上端部のうちの少なくとも一方の端部の内周面に、柱内側に突出していると共に前記接合鋼管の周方向に沿って延在するリブが設けられていることを特徴とする柱接合構造。