JP2016003445A - Ｐｃ柱と鉄骨梁との接合構造およびその建物構造 - Google Patents

Abstract

【課題】柱と梁との接合構造で、梁を軽量化し、大スパンの広々とした空間を得ると共に、高層又は超高層建物にも適用できる合理的な構造を提供する。【解決手段】柱梁接合部１aに水平に貫通したＰＣ鋼材１３は定着プレート６に緊張定着され、ＰＣ柱１内に配設されたＰＣ鋼材１３は柱梁接合部１aに上下に貫通したＰＣ鋼材１３と連結して緊張定着され、これらのＰＣ柱１と鉄骨梁２とが柱梁接合部１aに貫通させたＰＣ鋼材１３により一体接合させることを特徴とする柱と梁の接合構造としたことによって、梁を鉄骨梁２として軽量化し、ＰＣ柱１にアゴ５を一体的に設けたことにより、大スパン（柱間隔）の広々とした空間が得られると共に、高層又は超高層建物にも適用できる合理的な構造にし、柱梁接合部１aを現場打ちコンクリートまたはＰＣ柱と一体的に形成し、アゴ付のＰＣ柱１と鉄骨梁２とからなる構造としＰＣ鋼材１３で緊張定着して連結する。【選択図】図７

Description

本発明は、プレキャストプレストレストコンクリート造柱（以下、ＰＣ柱という）と鉄骨造梁（鉄骨梁）との接合構造およびその建物構造に関するものである。

この種の鉄筋コンクリート（ＲＣ）が圧縮力に強いという長所と、鉄骨（Ｓ）がＲＣに比べて軽量で強度が高く曲げに強いという長所を活かし、柱をコンクリート造とし、梁を鉄骨造とした混合構造の建造物における柱と梁との接合構造および接合方法の発明が従来技術として複数公知になっている。

その公知に係る第１の従来技術としては、鉄筋コンクリート柱として、上下両端に鋼板を埋設し鉄骨梁の端部と一体にプレキャスト化した梁鉄骨内蔵プレキャストコンクリート柱を使用し、梁鉄骨内蔵プレキャストコンクリート柱を建て込んだ後、上下の鉄骨内蔵プレキャストコンクリート柱は階高中間部で溶接継手により接合し、内蔵鉄骨梁間に鉄骨梁中間部を接合してなる鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との混合構造である（特許文献１）。

この混合構造において、梁鉄骨内蔵プレキャストコンクリート柱のスリーブ継手に代えて、溶接継手ｄを採用することにより、柱主筋の数の制限や柱断面の不当な増大という制約をなくし、設計に従った適正な断面、適正は配筋の梁鉄骨内蔵プレキャストコンクリート柱の使用を可能とするとともに、接合作業時間の短縮を図ることが可能となる、というものである。

また、公知に係る第２の従来技術としては、材軸方向に接合されるＰＣ柱の接合部に設置され、前記ＰＣ柱の接合部に所定の間隙部を保持するとともに、前記間隙部にグラウト材を充填する際の型枠となるＰＣ柱接合部のスペーサ兼用型枠において、前記ＰＣ柱の接合部にその周囲に巻回して設置され、前記接合部の間隙部を塞ぐ複数枚の堰板と、この堰板に突設され、前記ＰＣ柱の外側面部にそれぞれボルト止めされ、前記堰板を前記ＰＣ柱に固定する複数個の固定部とを有して構成してなるＰＣ柱接合部のスペーサ兼用型枠である（特許文献２）。

このＰＣ柱接合部のスペーサ兼用型枠は、ＰＣ柱の接合部にその周囲に連続して設置され、前記接合部の周囲を塞ぐ複数枚の堰板と、この堰板に突設され、前記ＰＣ柱の外側面部にそれぞれボルト止めされ、前記ＰＣ柱どうしを接合する複数個の固定部とを有して構成されているので、特に、ＰＣ柱の外側面部にそれぞれボルト止めして固定されているので、ＰＣ柱どうしを確実に仮接合でき、かつ、接合部にモルタルなどのグラウト材を注入するための間隙部を確実に確保できるので、施工精度が高められてＰＣ柱どうしを確実強固に接合できる、というものである。

さらに、公知に係る第３の従来技術としては、下階のプレキャスト鉄筋コンクリート柱のパネルゾーン近傍に、接合しようとする鉄骨梁のフランジを挟持するだけの間隔をあけて、2枚のクロスジョイントと、異径機械式継手を介して前記プレキャスト鉄筋コンクリート柱の主筋に太径の鉄筋を、前記プレキャスト鉄筋コンクリート柱の上端より突出するように埋設し、前記クロスジョイントで鉄骨梁のフランジを挟持し高力ボルト締結し、前記プレキャスト鉄筋コンクリート柱の上端より突出した太径の鉄筋に、上階のプレキャスト鉄筋コンクリート柱の主筋を異径スリーブ継手を介して接合してなるパネルゾーン周辺の柱主筋のみを太径とする鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁の接合構造である（特許文献３）。

この柱と梁の接合構造によれば、パネルゾーンの部分の鉄筋が太くなるので、所期の剪断耐力を高めることができる。また、ＲＣ造の柱をプレキャスト化すれば、現場打ちコンクリートが省略され型枠等の仮設から免れ、工場で全てが製作されて現場に搬入されるため、工期短縮、コスト低減に寄与するとともに備品等を含めた現場のストックヤードも少なくて済む、というものである。

特開平８−２３９９０１号公報 特開平９−１７７３１６号公報 特開平１０−１０２５９０号公報

前記従来技術においては、柱と梁との接合部（パネルゾーン）において、梁鉄骨を内蔵する構成であるため、接合部内に柱主筋等の配置が困難となり、納まりが悪くて、柱断面が大きくなるばかりでなく、コンクリートの締め固めも困難であり、ジャンカが発生しやすいので、品質管理が難しくなるという問題点を有している。

また、鉄骨梁ジョイント位置が梁端または梁端近傍とし、ボルトにて締め付けているから、応力が大きい領域にあるため、地震力による繰り返しの曲げ応力を受けると、ボルトが脆性破断し、梁が落下する危険性があるか、または折れ曲がって建物の安全使用が不能となるという問題点を有している。

いずれにしても従来のＳ造、ＲＣ造、ＳＲＣ造の３１ｍ程度の建物は地震の周期０．５秒〜１．５秒程度の地震動で、地震が継続する時間が数分程度の短時間で終了する耐震基準で設計されてきた。また、構造体の耐震設計基準は震度５強程度で構造体の損傷を許容し、生命の安全性を確保した設計を行えば倒壊することも許容されてきた。
しかしながら、阪神大震災では、鉄骨梁で構築された多くの建物で、現実に鉄骨梁の下フランジが破断し、上フランジの破断はなかったとの報告がある。設計的な常識では、梁の自重と地震力を考えれば、引張力は梁上部の端部で最大となるので、計算上は上フランジが先に壊れる（切れる）はずであるが、下フランジが壊れて上フランジは壊れなかったのである。その理由を推測するに、上フランジにはコンクリートスラブによる拘束力等が作用し、上フランジの変形を押さえ応力が分散されたが、下フランジには周りからの拘束力等が全くない状態であるため、先に壊れたと推測される。

ところで、地震後において、建造物の鉄骨造部材に残留変形が残ったままで修復できない構造となっているのが現状である。また、最近の地震の大きさは耐震設計基準の震度５強以上の大地震から震度７を越える巨大地震が発生する可能性があると予測されている。この場合は、梁端ジョイント部分が破壊されることによって建物全体への崩壊に繋がる虞がある。

そこで、本発明者は、種々研究し実験を重ねて、梁を軽量化し、大スパン（柱間隔）の広々とした空間を得ると共に、高層又は超高層建物にも適用できる合理的な構造にし、ＰＣ柱と鉄骨梁とからなる構造とした場合に、大スパンであっても施工性良く且つ合理的で強固な接合構造および簡単な接合方法を完成させて、同一出願人名義で特願２０１３−２４０８７７として特許出願（先願発明）し、特許第５５２１１０５号として特許された。

しかしながら、その後、さらに研究した結果、Ｓ造梁は剛性が低いので、撓み変形および振動が生じやすいため、常時荷重（例えば、物流センター等の複数階層の倉庫の場合、トラックや作業車の車両荷重）や風荷重または地震荷重による揺れや振動を繰り返し受けると、鉄骨梁に過大な撓み変形が生じるだけでなく、コンクリートスラブ（合成スラブ）にもひび割れが発生し、建造物の使用性と耐久性とに大きな支障を来すという問題点があり、これについて先願発明では究明できなかったのであり、本発明は、基本的に先願発明をベーストして、さらに、大スパンであっても施工性良く且つ合理的で強固な接合構造と、鉄骨梁に予め上向きキャンパーを形成して撓み変形を生じないようにすると共に、コンクリートスラブにひび割れが生じないようにした建物構造を提供することを目的とする。

前述の従来例の課題を解決し上記目的を達成する具体的手段として、本発明に係る第１の発明は、ＰＣ柱と鉄骨梁とからなる建物構造であって、柱梁接合部はＰＣ柱と一体的に形成され、端部に定着プレートが設けられた鉄骨梁の端部はＰＣ柱に設けたアゴに載せてあり、前記柱梁接合部に水平に貫通したＰＣ鋼材は前記定着プレートに緊張定着され、前記ＰＣ柱内に配設されたＰＣ鋼材は前記柱梁接合部に上下に貫通したＰＣ鋼材と連結して緊張定着され、前記鉄骨梁の撓みを抑制するためのＰＣ鋼材を梁の長手方向に沿って配設され、前記ＰＣ柱と鉄骨梁とが前記柱梁接合部に貫通させた前記ＰＣ鋼材により一体接合させると共に、前記鉄骨梁の撓みを抑制するＰＣ鋼材に緊張導入力を付与させることを特徴とする柱と梁の接合構造を提供するものである。

本発明に係る第２の発明は、ＰＣ柱と鉄骨梁からなる建物構造であって、柱梁接合部がＰＣ柱と一体的に設けて形成され、柱梁接合部は現場打ちコンクリートで形成され、端部に定着プレートが設けられた鉄骨梁の端部はＰＣ柱に設けた顎に載せてあり、前記柱梁接合部に水平に貫通したＰＣ鋼材は前記定着プレートに緊張定着され、ＰＣ柱は柱内に上下に配置されたＰＣ鋼材を緊張定着することによって圧着接合され、前記鉄骨梁の撓みを抑制するためのＰＣ鋼材を梁の長手方向に沿って配設され、前記ＰＣ柱と鉄骨梁とが、前記柱梁接合部に貫通させた前記ＰＣ鋼材により一体的に圧着接合させると共に、前記鉄骨梁の撓みを抑制するＰＣ鋼材に緊張導入力を付与させることを特徴とする柱と梁の接合構造を提供するものである。

前記第１および第２の発明に係る柱と梁の接合構造において、前記定着プレートは梁端から所要の距離（間隔）をおいて設けてあり、梁端にはエンドプレートが設けてあること；前記定着プレートとエンドプレートとの間に充填材を充填させること；前記いずれのＰＣ鋼材に付与される緊張導入力は、該ＰＣ鋼材の降伏荷重の３０〜６０％とすること；前記鉄骨梁は、鉄骨大梁と一部の鉄骨小梁であること；および前記鉄骨大梁に配設されるＰＣ鋼材は、前記柱梁接合部に貫通するＰＣ鋼材を兼用とし、少なくとも１スパンに渡って配設されること；さらに、前記のいずれかに記載の柱と梁の接合構造を備えた建物構造；を付加的な要件として含むものである。

本発明に係る柱と梁の接合構造および接合方法によれば、梁を鉄骨梁として軽量化し、ＰＣ柱にアゴを一体的に設けたことにより、大スパン（柱間隔）の広々とした空間が得られると共に、高層又は超高層建物にも適用できる合理的な構造にし、柱梁接合部を現場打ちコンクリートまたはＰＣ柱と一体的に形成し、アゴ付のＰＣ柱と鉄骨梁とからなる構造としＰＣ鋼材で緊張定着して接合したので、巨大地震時でも、鉄骨梁がＰＣ柱から外れて落下することなく安定して接合状態を維持するのである。
また、梁端に二重プレートを設けることにより、従来の鉄骨梁に比べて梁端の曲げ剛性を大幅に向上させることができ、梁端定着部の破損を防ぐと共に、梁から柱への曲げ応力が円滑に伝達されることが確保される。そして、梁端のエンドプレートと定着プレートとの間に充填材を充填することにより、定着プレートにかかる支圧応力が大幅に軽減されるのでプレートを薄くして経済的に設計することができる。
さらに、大スパンであっても施工性良く且つ合理的で安全な接合構造が得られるばかりでなく、その施工においてもアゴに鉄骨梁の端部を載置するだけで、支保工などを使用せずに自立状態で鉄骨梁を架設でき、施工の手間とコストを大幅に削減することができる。

特に、鉄骨梁の撓みを抑制するためのＰＣ鋼材を梁の長手方向に沿って配設され、該鉄骨梁の撓みを抑制するＰＣ鋼材に緊張導入力を付与させることによって、鉄骨梁に予め上向きキャンパーが形成されているので、使用荷重時による撓み変形が相殺されて撓みが生じないばかりでなく、建造物全体の剛性が向上し、常時発生する揺れや振動を格段に小さく抑えることができると共に、コンクリートスラブにひび割れが生じないという種々の優れた効果を奏する。
さらに、鉄骨大梁に沿って配設されたＰＣ鋼材を柱梁接合部に貫通する定着用ＰＣ鋼材と兼用とし、複数または全スパンに渡って連続的に配設されることにより、定着に係る定着体と定着装置と共に施工手間と緊張作業を大幅に減らし、コスト削減が図れる。

本発明の第１の実施の形態に係る柱と梁との接合構造における一部を省略し要部のみ略示的に示した側断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、図１のＡ−Ａ線に沿って一部を省略し要部のみ略示的に示した平断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、図１のＢ−Ｂ線に沿って要部のみ略示的に示した断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、図１のＣ−Ｃ線に沿って要部のみ略示的に示した断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、図１のＤ−Ｄ線に沿って要部のみ略示的に示した断面図である。 本発明に係る柱と梁との接合構造を適用した建造物の一部を略示的に示した平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る柱と梁との接合構造における一部を省略し要部のみ略示的に示した側断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、図７のＡ−Ａ線に沿って一部を省略し要部のみ略示的に示した平断面図である。 本発明に係る柱と梁との接合構造を、巨大な物流センター等の倉庫に適用した場合であって一部を省略し要部のみを略示的に示した側断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る柱と梁との接合構造における一部を省略し要部のみ略示的に示した側断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造における図１０のＡ−Ａ線に沿う略示的な断面図である。 前記第１の実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、中間位置の柱と梁との接合構造を略示的に示した拡大側断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、中間位置の柱と梁との接合構造の他の第１実施例を拡大して略示的に示した側断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、中間位置の柱と梁との接合構造の他の第２実施例を拡大して略示的に示した側断面図である。 前記第４の実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、中間位置の柱と梁との接合構造を略示的に示した拡大側断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、中間位置の柱と梁との接合構造の他の第１実施例を拡大して略示的に示した側断面図である。 同実施の形態に係る柱と梁との接合構造において、中間位置の柱と梁との接合構造の他の第２実施例を拡大して略示的に示した側断面図である。

本発明を図示した複数の実施の形態に基づいて詳しく説明する。まず、図１〜５に示した第１の実施の形態に係る柱と梁の接合構造は、ＰＣ柱１と大梁の鉄骨梁２とから構成されるものであって、ＰＣ柱１の内部には複数のＰＣ鋼材３がシース４を介して上下方向に配設されており、上端側には柱梁接合部１ａが一体的に形成されると共に、梁が取り付けられる側にアゴ５が突出させた状態で一体的に形成されている。鉄骨梁２は、その端部には定着プレート６が、例えば、溶接手段により一体的に結合させて設けられ、該定着プレート６を鉄骨梁２とさらに強固に結合させて一体化するために、補剛材７が定着プレート６と鉄骨梁２との間に溶接手段により連結させて設けられている。

そして、前記ＰＣ柱１は、建物構造の基礎上にＰＣ鋼材３の下端部を連結して所要間隔をもって建てられ、各ＰＣ鋼材３はＰＣ柱１の上部で支圧板とナットなどからなる定着具８を締め付けることによって立設状態に連結されて維持される。このように建てたＰＣ柱１のアゴ５に鉄骨梁２の端部を載せて所要位置に架設し、ＰＣ柱１の柱梁接合部１ａに設けてある複数のシース９にＰＣ鋼材１０を挿通し、ＰＣ柱１の端面と定着プレート６との間で、それぞれ定着具１１で緊張定着することによりＰＣ柱１と鉄骨梁２とが緊張状態に連結される。なお、ＰＣ柱１のアゴ５に鉄骨梁２の端部を載置する際に、好ましくは強靱なゴム材などの緩衝材１２を敷設する。

ＰＣ柱１に取り付けられる鉄骨梁２には、予め、アンボンドＰＣ鋼より線からなるＰＣ鋼材１３が外ケーブル方式で鉄骨梁２の長手方向に沿って配設されている。この場合に、図１，３に示したように、鉄骨梁２の両端部側（定着部）にそれぞれ定着装置１４が設けられ、該定着装置１４にＰＣ鋼材１３の端部を緊張定着具１５によって緊張定着させて鉄骨梁２自体に一応のプレストレスを付与する。この場合に導入される緊張力はＰＣ鋼材の１３の降伏荷重の３０〜６０％とすることが好ましい。また、図１、５に示したように、ＰＣ鋼材１３は、鉄骨梁２の中心部よりも下方側（偏向部）に設けられた偏向装置１６を介して配設され、要するに、鉄骨梁２の中央断面において、ＰＣ鋼材１３が鉄骨梁２の断面図心より下側に偏心して配設されると共に、図１、４に示したように、中央部の小梁１７ａの取付部１８を貫通して配設緊張されるので、大梁となる鉄骨梁２の中央部に押し上げる力を付与して予め上向きキャンパーが形成される。

このＰＣ鋼材１３の取り付けおよび緊張の一連の作業は工場または現場地組で行って架設前に完成させるので、鉄骨梁２をＰＣ柱１のアゴ５に載置して架設するだけであるから、現場での高所作業を減らして省力化を図ることができる。そして、大梁である鉄骨梁２を前記したように各ＰＣ柱１間に取り付けた後に、鉄骨梁２間に均等間隔で、例えば、３本の小梁１７が掛けられて（配設されて）取り付けられる（図２参照）。

このように大梁および小梁が取り付けられた一例の状態を、図６に示してある。例えば、通常の小梁１７は、大梁と大梁との間に掛けられて梁成が大きいものと、大梁と小梁または小梁と小梁との間に掛けられて梁成が比較的に小さなもの（孫梁ともいう）との２種類がある。実施例では、スパン中央の小梁１７ａが大梁である鉄骨梁２と大梁である鉄骨梁２との間に掛けられたものであって梁成が鉄骨梁２と同じであって、両側の小梁１７が大梁である鉄骨梁２と小梁１７ａとの間に掛けられたもの（孫梁）であって、梁成が大梁よりも小さいものである。なお、中央部に位置する小梁１７ａは、剛性アップのためにＰＣ鋼材１３を取り付けたものであって、その取付構造は前記図１に示した鉄骨梁２と実質的に略同じ構成を有している。
そして、各階層毎に大梁と小梁が配設された後に、梁材の上部でＰＣ柱１と鉄骨梁２との間に上端鉄筋１９を配設すると共に、コンクリートスラブ（合成スラブ）２０が打設される。

次に、図７〜図８に示した第２の実施の形態について説明する。この第２の実施の形態において使用されるＰＣ柱１は、前記第１の実施の形態で使用したものと略同じ構造であるので、同一符号を付して、その詳細は省略する。他方の使用される鉄骨梁２に対しては、個別にはＰＣ鋼材を取り付けないで、架設後に比較的長いＰＣ鋼材１３を配設して所要の緊張力を導入することによって、複数スパンに架設した複数の鉄骨梁２がＰＣ鋼材１３の緊張力によって、撓みに強くなるのである。この場合には、例えば、建造物の長さが３０〜５０ｍ程度であって、架設される各鉄骨梁２の両端部には定着プレート６と補剛材７とが取り付けられていると共に、所要位置（偏向部）に偏向装置１６が取り付けられている。

そして、各鉄骨梁２はＰＣ柱１のアゴ５に載せて架設し、ＰＣ柱１の柱梁接合部１ａに設けてある複数のシース９にＰＣ鋼材１０を挿通し、ＰＣ柱１の端面と定着プレート６との間で、それぞれ定着具１１で緊張定着することによりＰＣ柱１と鉄骨梁２とが緊張状態に連結されるてんでは、前記第１の実施の形態と同じである。各ＰＣ柱１間の複数スパンに架設連結した鉄骨梁２に対して、建造物の一方の端部のＰＣ柱１からＰＣ鋼材１３を挿通し、偏向装置１６の下側を通すと共に、取付部１８を貫通させ、次のＰＣ柱１のシース９を挿通させて同じように次の鉄骨梁２の偏向装置１６の下側を通して順次配設し、建造物の他方の端部のＰＣ柱１までＰＣ鋼材１３を配設する。

このように建造物の一方の端から他方の端までＰＣ鋼材１３を配設してから、該ＰＣ鋼材１３に対して、一方の端部側から所要の緊張力を導入して緊張定着させると共に、他方の端部側からも所要の緊張力を導入して緊張定着させることによって全体として略均等に緊張力が導入されるのであり、それによって複数の鉄骨梁２自体の剛性が大幅に向上されるのである。この場合に導入される緊張力はＰＣ鋼材の１３の降伏荷重の３０〜６０％とすることが好ましい。ＰＣ鋼材１３の緊張定着によって、各スパン架設した複数の鉄骨梁２の中央部に押し上げる力を付与して予め上向きキャンパーが形成されると共に、建造物全体に渡って剛性が向上するのである。
そして、各階層毎に大梁と小梁が配設された後に、梁材の上部でＰＣ柱１と鉄骨梁２との間に上端鉄筋１９を配設すると共に、コンクリートスラブ（合成スラブ）２０が打設されることも前記第１の実施の形態と同一である。

さらに、図９に示した、第３の実施の形態について説明する。この実施の形態に係る柱梁の接合構造は、建造物の長さが５０ｍを超えて１００ｍもあるような超大型の物流センター倉庫等の建造物を対象にするものである。前記第２の実施の形態では、建造物の一方の端部から他方の端部までＰＣ鋼材１３を配設しているが、建造物が長い場合には、両端部から緊張力を導入しても、全体に略均等に緊張力を導入力することができないのである。
そこで、図示したように、一方の端部から複数のスパン毎に区分けして、各スパン毎にＰＣ鋼材１３を配設して緊張定着するようにすれば、全体として略均等な緊張力が導入できるのである。なお、ＰＣ柱１の構成は前記第１の実施の形態と同一であり、鉄骨梁２の構成は前記第２の実施の形態と略同じであるので、同一部分には同一符号を付してそれらの連結構造についての説明は省略する。

このように建造物が超大型の物流センター倉庫等である場合は、中間付近で２乃至３箇所のスパンに分けてＰＣ鋼材１３を配設し、一端部のＰＣ柱１と中間部のＰＣ柱１とでＰＣ鋼材１３に所要の緊張力を導入して緊張定着し、中間部のＰＣ柱１と中間部のＰＣ柱１とで、または中間部のＰＣ柱１と他端部のＰＣ柱１との間でＰＣ鋼材１３に緊張力を導入して緊張定着し、建造物全体に渡ってＰＣ鋼材１３に緊張力が導入されるので、各スパンに架設された鉄骨梁２は予め上向きキャンパーが形成されているので撓みに強くなるのである。

次に、図１０〜図１１に示した、第４の実施の形態について説明する。この第４の実施の形態においては、前記第２の実施の形態と、ＰＣ柱１の構成が異なるのみで、他の構成部分については実質的に同一であるので同一符号を付してその詳細については省略する。
ＰＣ柱１については、ＰＣ柱１の内部には複数のＰＣ鋼材３がシース４を介して上下方向に配設されており、上端には梁が取り付けられる側にアゴ５が突出させた状態で一体的に形成されている。

そして、前記ＰＣ柱１は、建物構造の基礎上にＰＣ鋼材３の下端部を連結して所要間隔をもって建てられ、各ＰＣ鋼材３はＰＣ柱１の上部で支圧板とナットなどからなる定着具８を締め付けることによって立設状態が維持される。このように建てたＰＣ柱１のアゴ５に鉄骨梁２の端部を載せて所要位置にセットし、ＰＣ柱１の上部に所要の型枠（図示せず）を組んで、現場打ちコンクリートによって柱梁接合部２１を形成する。この場合に、柱梁接合部２１を形成するに当たって、型枠内部にＰＣ柱１を連結するためにＰＣ鋼材２２を挿通する複数のシース２３を垂直に配設し、鉄骨梁２を連結するためにシース９とＰＣ鋼材１０とを水平に配設すると共に、上端鉄筋１９を配設して、現場打ちコンクリートを打設する。この場合に、打設されるコンクリートは、柱と同等以上の強度を有するものとする。

柱梁接合部２１のコンクリートが硬化した後、シース９に挿通したＰＣ鋼材１０で鉄骨梁２の定着プレート６をナットなどからなる定着具１１で締め付けることによって、両側のＰＣ柱１の上部に形成した柱梁接合部２１に鉄骨梁２が緊張定着される。そして、柱梁接合部２１に設けたシース９にＰＣ鋼材１３を挿通し、鉄骨梁２に設けた偏向装置１６の下側を通して対向するＰＣ柱１の柱梁接合部２１に設けたシース９を挿通し、さらに、所要スパンのＰＣ柱１の柱梁接合部２１にまで挿通して緊張定着する。そして、上層階を構築するために、柱梁接合部２１の上部に新たなＰＣ柱１を構築する際に、柱梁接合部２１の上面に適宜の目地モルタルを介在させ、ＰＣ鋼材２２に上層階のＰＣ柱１のＰＣ鋼材３を定着具８で連結することによって、上部のＰＣ柱１がセットできるのである。このように柱梁接合部２１を現場打ちコンクリートで柱と一体に形成することにより、柱梁接合部２１から上端鉄筋１９コンクリートスラブ（合成スラブ）２０内に渡って配設することにより、梁端においてＰＣ鋼材１０、１３と協同負担して曲げ応力を処理し、梁端の納まりが良くなり、ＰＣ鋼材量を軽減させることができる。

このように第４の実施の形態に係る柱梁接合部２１は、現場打ちコンクリートによって形成されるため、複雑な建物構造のＰＣ柱１と鉄骨梁２との接合であっても、施工性良く構築することができるのである。また、コンクリート造とした柱梁接合部２１に常に三次元的にプレストレスが付与される状態になり、接合部の剪断耐力および靭性変形能力を大幅に向上させ、柱梁接合部２１の脆性破壊を防ぐことができ、従来のコンクリートと鉄骨との異なる材料性能による不具合を改善することができる。

前記各実施の形態について、さらに、改良した構成部分について説明する。
まず、図１２は、前記第２および第３の実施の形態に係る中間付近のＰＣ柱１の両側に鉄骨梁２を架設し、ＰＣ鋼材１３を緊張定着した状態を判りやすく拡大して示した説明図である。この実施の形態では、ＰＣ柱１に対して鉄骨梁２の端部に取り付けた定着プレート６をＰＣ鋼材１０を定着具１１で締めつけることにより緊張定着し、シース９にＰＣ鋼材１３を挿通して、所要のスパンに渡って挿通し、その端部を所要のＰＣ柱１に緊張定着することにより、ＰＣ鋼材１３に緊張力を導入して緊張定着する構成である。これについては、先に説明したとおりである。

次に、その実施の形態について改良型である第１実施例と第２実施例とを、図１３と図１４を用いて説明する。
ＰＣ柱１と鉄骨梁２との接続構造に特徴がある。即ち、鉄骨梁２は、定着プレート６を鉄骨梁２の端部から所要の間隔をおいて取り付け、鉄骨梁２の端部にはエンドプレート２３を取り付けた構成にし、補鋼材７は定着プレート６とエンドプレート２３との間に設けられて鉄骨梁２と強固に一体化して二重プレート構造にしたものが使用される。

そして、所要位置に建て込んだＰＣ柱１に対して、該ＰＣ柱１のアゴ５に鉄骨梁２の端部を緩衝材１４を介して載せ、水平のシース９にＰＣ鋼材１０を挿通してセットし、端部のベースプレート２３と柱面との間に隙間（目地）を設け、該隙間に目地モルタル２４を充填し、該目地モルタル２４が硬化した後に、定着プレート６においてＰＣ鋼材１０を定着具１１で緊張定着させるのである。このようにアゴ５付のＰＣ柱１を使用することによって、現場打ち作業が不要となり、施工手間が大幅に減少し、ＰＣ柱１と鉄骨梁２の端部位置における寸法誤差は目地（隙間）によって解消でき、建造物の建て方が迅速に行え、工程を短縮することができる。また、前記第２の実施の形態と同様に、上部に接続するＰＣ柱１に上端鉄筋１９を連結してからコンクリートスラブ（合成スラブ）２０を形成することも同じである。
そして、図１４に示した他の実施の形態において、梁端のエンドプレート２３と定着プレート６との間にモルタルやコンクリートなどの充填材２５を充填すること、および、他の構成部分は、前記第２および第３の実施の形態と同様であるので、同一符号を付してその説明は省略する。

このようにＰＣ柱１に対して鉄骨梁２を緊張定着させることによって、ＰＣ鋼材１０の長さも少し長くなり、地震による繰り返しの揺れの力（外力）を受けても、ＰＣ鋼材１０が長くなった分だけ弾性変形量が増えて揺れの力を吸収すると共に、エンドプレート２３と定着プレート６との二重プレートで鉄骨梁２の端部における曲げ剛性を向上させたことにより、プレートの変形を抑制して定着部の破損を防ぐことができるのである。要するに、耐震性を向上させた建物構造とすることができるのである。

また、前記第４の実施の形態に係る改良型である第１実施例と第２実施例とを、図１５〜図１７に基づいて説明する。図１５に示したように、ＰＣ柱１と鉄骨梁２との接合部を現場打ちコンクリートにより柱梁接合部２１として形成するものであり、前記第４の実施の形態に係る中間付近のＰＣ柱１の両側に鉄骨梁２を架設し、ＰＣ鋼材１０とＰＣ鋼材１３を緊張定着した状態を判りやすく拡大して示した説明図である。この実施の形態では、ＰＣ柱１に対して鉄骨梁２の端部に取り付けた定着プレート６をＰＣ鋼材１０を定着具１１で締めつけることにより緊張定着し、シース９にＰＣ鋼材１３を挿通して、所要のスパンに渡って挿通し、その端部を所要のＰＣ柱１に緊張定着することにより、ＰＣ鋼材１３に緊張力を導入して緊張定着する構成である。これについては、先に説明したとおりである。

そして、図１６に示したように、鉄骨梁２は、定着プレート６を鉄骨梁２の端部から所要の間隔をおいて取り付け、鉄骨梁２の端部にはエンドプレート２３を取り付けた構成にし、補鋼材７は定着プレート６とエンドプレート２３との間に設けられて鉄骨梁２と強固に一体化して二重プレート構造にしたものが使用される点では、前記図１３の実施の形態と同じであるが、柱梁接合部２１を現場打ちコンクリートで形成するので、目地コンクリートは不要である。柱梁接合部２１のコンクリートが硬化した後、シース９に挿通したＰＣ鋼材１０で鉄骨梁２の定着プレート６をナットなどからなる定着具１１で締め付けることによって、両側のＰＣ柱１の上部に形成した柱梁接合部２１に鉄骨梁２が緊張定着される。

また、図１７に示した実施例は、使用される鉄骨梁２は、前記実施例と同様に二重プレート構造にしたものであって、定着プレート６とエンドプレート２３との間にモルタルやコンクリートなどの充填材２５を充填し、該充填材２５が固化した後にＰＣ鋼材１０でＰＣ柱１と鉄骨梁２の定着プレート６とをナットなどからなる定着具１１で締め付けることによって、両側のＰＣ柱１の上部に形成した柱梁接合部２１に鉄骨梁２が緊張定着される。
上記いずれの実施例においては、ＰＣ鋼材１０を緊張定着させることによって、ＰＣ鋼材１０の長さも少し長くなり、地震による繰り返しの揺れの力（外力）を受けても、ＰＣ鋼材１０が長くなった分だけ弾性変形量が増えて揺れの力を吸収すると共に、エンドプレート２３と定着プレート６との二重プレートで鉄骨梁２の端部における曲げ剛性を向上させたことにより、プレートの変形を抑制して定着部の破損を防ぐことができるのである。要するに、耐震性を向上させた建物構造とすることができるのである。
なお、柱はＰＣ柱の代わりに、ＣＦＴ柱にＰＣ鋼材を配置してプレストレスを付与したものとしてもよい。

また、詳細な図示は省略するが、建物構造とは、建物の上部構造であるが、基礎構造について説明はしていないが、基礎が必要であることは云うまでもない。基礎構造の種類について、特に限定するものではなく、直接基礎や杭基礎などいずれでもよいのである。
さらに、本発明のＰＣ柱と鉄骨梁との接合構造は、免震装置を用いた基礎免震、杭頭免震或いは中間層免震などと組み合わせとすれば、より一層顕著な耐震効果を奏する。
建物構造の平面において、荷重や建物形状等の設計条件によって、必要な箇所に鉄骨大梁と小梁に合理的にＰＣ鋼材を梁の長手方向に沿って配設することが望ましい。また、鉄骨梁部材毎に配設することと、連続ケーブル方式で配設することとの組み合わせとしてもよい。

本発明に係る柱と梁の接合構造は、ＰＣ柱１と鉄骨梁２とからなる建物構造であって、端部に定着プレート６が設けられた鉄骨梁２の端部はＰＣ柱１に設けたアゴ５に載せてあり、柱梁接合部１ａに水平に貫通したＰＣ鋼材は前記定着プレートに緊張定着され、前記ＰＣ柱内に配設されたＰＣ鋼材は前記柱梁接合部に上下に貫通したＰＣ鋼材１０と連結して緊張定着され、前記鉄骨梁２の撓みを抑制するためのＰＣ鋼材１３を梁の長手方向に沿って配設され、前記ＰＣ柱１と鉄骨梁２とが前記柱梁接合部に貫通させた前記ＰＣ鋼材により一体接合させると共に、前記鉄骨梁の撓みを抑制するＰＣ鋼材に緊張導入力を付与させる構成にしたことによって、前記柱梁接合部において、三次元的にプレストレスが付与されるのであって、柱梁連結部１ａを介して連結される柱と梁とが強固に連結されると共に、巨大地震の時にでも、ＰＣ鋼材１０、１３により連結部が破損することなく、しかも、鉄骨梁２はＰＣ柱１のアゴ５で支えられているので落下することなく、巨大地震に耐えられる建物が得られるのであり、また、鉄骨梁２に予め上向きキャンパーが形成されているので、使用荷重時による撓み変形が相殺されて撓みが生じないばかりでなく、建造物全体の剛性が向上し、常時発生する揺れや振動を格段に小さく抑えることができると共に、コンクリートスラブにひび割れが生じないこと、さらに、鉄骨大梁に沿って配設されたＰＣ鋼材１３を柱梁接合部１ａに貫通する定着用ＰＣ鋼材１０と兼用とし、複数または全スパンに渡って連続的に配設されることにより、定着に係る定着体と定着装置と共に施工手間と緊張作業を大幅に減らし、コスト削減が図れるので、この種建造物に広く利用できる。

１ ＰＣ柱
１ａ、２１ 柱梁接合部
２ 鉄骨梁
３、１０、１３、２２ ＰＣ鋼材
４、９ シース
５ アゴ
６ 定着プレート
７ 補鋼材
８、１１ 緊張定着具
１２ 緩衝材
１４ 定着装置
１５ 緊張定着具
１６ 偏向装置
１７ａ、１７ 小梁
１８ 取付部
１９ 上端鉄筋
２０ コンクリートスラブ（合成スラブ）
２３ エンドプレート
２４ 目地モルタル
２５ 充填材

前述の従来例の課題を解決し上記目的を達成する具体的手段として、本発明に係る第１の発明は、ＰＣ柱と鉄骨梁とからなる建物構造であって、柱梁接合部はＰＣ柱に一体的に形成され、端部に定着プレートが設けられた鉄骨梁の端部はＰＣ柱に設けたアゴに載せてあり、前記柱梁接合部に水平に貫通したＰＣ鋼材は前記定着プレートに緊張定着され、前記ＰＣ柱内に配設されたＰＣ鋼材は前記柱梁接合部に上下に貫通したＰＣ鋼材と連結して緊張定着され、前記鉄骨梁の撓みを抑制するため、梁の断面図心より下側に偏心させて設けられたＰＣ鋼材は梁の長手方向に沿って配設され、前記ＰＣ柱と鉄骨梁とが前記柱梁接合部に貫通させた前記ＰＣ鋼材により一体接合させると共に、前記鉄骨梁の撓みを抑制するＰＣ鋼材に緊張導入力を付与させることを特徴とする柱と梁の接合構造を提供するものである。

本発明に係る第２の発明は、ＰＣ柱と鉄骨梁からなる建物構造であって、柱梁接合部は現場打ちコンクリートで形成され、端部に定着プレートが設けられた鉄骨梁の端部はＰＣ柱に設けたアゴに載せてあり、前記柱梁接合部に水平に貫通したＰＣ鋼材は前記定着プレートに緊張定着され、ＰＣ柱は柱内に上下に配置されたＰＣ鋼材を緊張定着することによって圧着接合され、前記鉄骨梁の撓みを抑制するため、梁の断面図心より下側に偏心させて設けられたＰＣ鋼材は梁の長手方向に沿って配設され、前記ＰＣ柱と鉄骨梁とが、前記柱梁接合部に貫通させた前記ＰＣ鋼材により一体的に圧着接合させると共に、前記鉄骨梁の撓みを抑制するＰＣ鋼材に緊張導入力を付与させることを特徴とする柱と梁の接合構造を提供するものである。

Claims (8)

1. ＰＣ柱と鉄骨梁とからなる建物構造であって、
   柱梁接合部はＰＣ柱に一体的に形成され、
   端部に定着プレートが設けられた鉄骨梁の端部はＰＣ柱に設けたアゴに載せてあり、
   前記柱梁接合部に水平に貫通したＰＣ鋼材は前記定着プレートに緊張定着され、
   前記ＰＣ柱内に配設されたＰＣ鋼材は前記柱梁接合部に上下に貫通したＰＣ鋼材と連結して緊張定着され、
   前記鉄骨梁の撓みを抑制するためのＰＣ鋼材を梁の長手方向に沿って配設され、
   前記ＰＣ柱と鉄骨梁とが前記柱梁接合部に貫通させた前記ＰＣ鋼材により一体接合させると共に、前記鉄骨梁の撓みを抑制するＰＣ鋼材に緊張導入力を付与させること
   を特徴とする柱と梁の接合構造。
2. ＰＣ柱と鉄骨梁からなる建物構造であって、
   柱梁接合部は現場打ちコンクリートで形成され、
   端部に定着プレートが設けられた鉄骨梁の端部はＰＣ柱に設けたアゴに載せてあり、
   前記柱梁接合部に水平に貫通したＰＣ鋼材は前記定着プレートに緊張定着され、
   ＰＣ柱は柱内に上下に配置されたＰＣ鋼材を緊張定着することによって圧着接合され、
   前記鉄骨梁の撓みを抑制するためのＰＣ鋼材を梁の長手方向に沿って配設され、
   前記ＰＣ柱と鉄骨梁とが、前記柱梁接合部に貫通させた前記ＰＣ鋼材により一体的に圧着接合させると共に、前記鉄骨梁の撓みを抑制するＰＣ鋼材に緊張導入力を付与させること
   を特徴とする柱と梁の接合構造。
3. 前記定着プレートは梁端から所要の距離（間隔）をおいて設けてあり、梁端にはエンドプレートが設けてあること
   を特徴とする請求項１乃至２に記載の柱と梁の接合構造。
4. 前記定着プレートとエンドプレートとの間に充填材を充填させること
   を特徴とする請求項３に記載の柱と梁の接合構造。
5. 前記いずれのＰＣ鋼材に付与される緊張導入力は、該ＰＣ鋼材の降伏荷重の３０〜６０％とすること
   を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の柱と梁の接合構造。
6. 前記鉄骨梁は、鉄骨大梁と一部の鉄骨小梁であること
   を請求項１乃至５のいずれかに記載の柱と梁の接合構造。
7. 前記鉄骨大梁に配設されるＰＣ鋼材は、前記柱梁接合部に貫通するＰＣ鋼材を兼用とし、少なくとも１スパンに渡って配設されること
   を特徴とする請求項６に記載の柱と梁の接合構造。
8. 前記請求項１乃至７のいずれかに記載の柱と梁の接合構造を備えたこと
   を特徴とする建物構造。

Images