JP2016031009A - 間柱付き梁構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】主柱同士の間に横架される鉄骨大梁2と、上下に隣り合う鉄骨大梁2,2に接合される間柱3とを備える間柱付き梁構造1であって、間柱3の柱頭部は、当該間柱3の材端部に溶接接合された取付板31を挿通するボルト7が上側の鉄骨大梁2の下フランジに設けられた係止孔に挿入された状態で、ナットを螺合することにより上側の鉄骨大梁2と接合されている。
【選択図】図1
Description
従来、大空間に架設される梁構造は、緊張力が導入されたプレストレストコンクリート梁や、軽量で、比較的大きな梁せいを実現することが可能な鉄骨梁が採用されることが多かった。
上記に述べた梁構造であっても、架設長さ(以下、スパン長と呼ぶ)が長くなると、スパン長に比例するように梁に生じる撓み量が増加するため、第一の解決手段として梁の断面を大きくするか、あるいは、第二の解決手段としてスパン長を短くするために梁の材軸方向中間部に柱や壁等を設けることで、梁に生じる撓み量の抑制を図っていた。
しかし、第一の解決手段による梁を大断面化する方法は、具体的には梁の曲げ剛性を高めるために梁せいを大きくするため、床面から梁下端までの有効天井高さが小さくなり、所定の階高を確保することができない場合があった。また、鉄骨梁の場合、梁断面を大きくすると、鋼材量が増加してコスト高になっていた。
また、第二の解決手段による梁の材軸方向中間部に柱や壁等を設ける方法は、建物内の居室空間が小分割化されるために、大空間を実現することが困難であった。また、柱や壁自体は、強固に設計されるために大断面となることが多く、建物内の居室空間にて使い勝手が悪くなることがあった。
そのため、梁部材の断面の最小化を図る架構構造として、特許文献1には、一対の柱において一方の柱から他方の柱に向けて延出する片持ち梁と、この片持ち梁の先端に固定されるとともに当該片持ち梁と交差する連結部材と、連結部材を利用して一対の柱間に架設された複数本の梁構成材とを有する架構構造が開示されている。
また、特許文献2には、梁部材を挟んで上下にそれぞれ間柱が配設された架構構造であって、一方の間柱の梁部材への剛接合位置が、他方の間柱の梁部材への剛接合位置と、梁部材の材軸方向で離間している架構構造が開示されている。
また、従来、梁に接合される中空断面の鋼製柱は、柱と梁の仕口部分の剛性を高めるために、柱材の内部に板状の補強材(ダイアフラム)が溶接される場合が多いが、柱材に補強材を溶接させるため、鋼材費用と溶接費用が嵩むと共に、柱材を水平抵抗材として機能させるために、柱材が大断面化される傾向となり、建物空間内にて使い勝手が悪くなることがあった。
また、特許文献2の架構構造は、間柱を梁に剛接合させることで、梁の座屈荷重および曲げ剛性を増大させるものであり、間柱と梁の接合部は全溶接等を行う必要があるとともに、間柱の部材寸法は、梁の曲げ耐力およびせん断耐力を上回るように大きくする必要があった。
前記課題を解決するために、第一の発明の間柱付き梁構造は、主柱同士の間に横架される鉄骨大梁と、上下に隣り合う前記鉄骨大梁に接合される間柱とを備えており、前記間柱の柱頭部は、当該間柱の材端部に取付けられた棒状鋼材が上側の前記鉄骨大梁の下フランジに設けられた係止孔に挿入された状態で、前記上側の鉄骨大梁と接合されていることを特徴としている。
また第二の発明の間柱付き梁構造は、主柱同士の間に横架される鉄骨大梁と、上下に隣り合う前記鉄骨大梁に接合される鋼製間柱と、前記鉄骨大梁の上面側に設けられるコンクリートスラブとを備えており、前記鋼製間柱は、前記鋼製間柱の柱頭部に溶接接合された取付板に接合された棒状鋼材を上側の前記鉄骨大梁の下フランジに設けられた係止孔に挿入し、前記鋼製間柱と前記下フランジとがナットで締結されている、あるいは前記鋼製間柱の柱頭部と前記上側の鉄骨大梁の下面側が部分的に溶接接合されているとともに、前記鋼製間柱の柱脚部に溶接接合された取付板と下側の前記鉄骨大梁の上フランジとをボルト締結、あるいは前記鋼製間柱の柱脚部と前記下側の鉄骨大梁の上面とが部分的に溶接接合され、さらに、前記鋼製間柱の柱脚部が前記コンクリートスラブで根固めされていることを特徴としている。
かかる間柱付き梁構造によれば、鉄骨大梁の長スパン化によって顕著となる撓み量を抑制する方法として、鉄骨大梁の材軸方向中間部に間柱を設けることで梁本体のスパン長を短くできることに着眼し、鉄骨大梁と間柱との接合部を簡易な接合方法による半剛接合(ピン接合に近い)構造とすることで、間柱を主として鉛直荷重のみに抵抗する鉛直抵抗材として間柱断面の最小化を可能にしたものである。
また、間柱により鉄骨大梁の撓みを抑制するとともに、スパン長が大きい鉄骨大梁について断面の最小化を図ることができる。
また、間柱は、鉄骨大梁に生じた曲げモーメントに対して、柱部材のようにせん断抵抗させるのではなく、間柱の断面がほとんど軸力材として機能するように、鉄骨大梁と間との接合部をボルト接合または部分的に溶接接合として半剛接合(ピン接合に近い)状態とした。その結果、間柱断面の最少化を図ることができる。
また、鉄骨大梁と間柱とをボルト接合または部分的な溶接接合とするので、全溶接により剛接合とする場合に比べて施工性に優れている。
さらに、間柱の柱脚部はコンクリートスラブに埋め込まれているため、間柱とコンクリートスラブとの接合面を介して、間柱が負担する軸力に見合う水平力を伝達させることができる。
また、前記鉄骨大梁の座屈または面外変形を防止するための第2の鉄骨梁が、前記鉄骨大梁と交差する方向で、当該鉄骨大梁の少なくとも片側に接合されていれば、鉄骨大梁は間柱を安定的に支持することができ、ゆえに、鉄骨大梁の最適断面化を図ることができる。
また、前記鋼製間柱の柱脚部の側面に、スタッドジベルが形成されていれば、間柱とコンクリートスラブとの固定度合いを増大させることができるとともに、双方間での力の伝達性を向上させることができる。但し、間柱脚部にスタッドジベルを設けない場合であっても、間柱の周囲にはコンクリートスラブが設けられており、間柱とスラブ間にて水平力を伝達できる。
なお、第2の鉄骨梁は、断面サイズや接合方式を考慮すると小梁(鉄骨大梁と比較して断面形状が小さく、且つ地震力に対する抵抗部材としての機能が要求されない梁)が望ましいが、大梁(鉄骨大梁と同等の断面形状を有した梁)であってもよい。
また、間柱と鉄骨大梁、または間柱、鉄骨大梁、及び第2の鉄骨梁は、同一の交点位置で接合されていることで、鉄骨大梁の負担応力や撓み量を間柱で安定的に支持させることができる。
さらに、本発明では、間柱を半剛接合状態で鉄骨大梁に接合しているため、間柱には曲げモーメントが生じ難い。そのため、間柱は、断面のほとんどが軸力材として機能することになり、間柱断面の最小化が可能である。
また、本発明の間柱付き梁構造によれば、床荷重の一部を間柱および小梁が負担することで、主柱の負担が軽減されることで主柱の断面の最小化が可能である。
間柱は、殆ど軸力材として機能させるものとし、断面の最小化にて簡易な接合部構造を実現することを可能としている。
本実施形態の間柱付き梁構造1は、図1に示すように、鉄骨大梁2と、間柱3と、コンクリートスラブ4と、第2の鉄骨梁(小梁5)とを備えている。
鉄骨大梁2は、一対のフランジ21,21とウェブ22とを備えて断面H型状に形成された材軸方向に長い鋼材(いわゆるH形鋼)により構成されている。
なお、鉄骨大梁2を構成する材料は、H形鋼に限定されるものではなく、例えば、I形鋼であってもよい。
鉄骨大梁2は、図2に示すように、主柱6,6同士の間に横架されている。一対の主柱6,6には、上下に間隔をあけて、複数の鉄骨大梁2,2が横架されている(図1参照)。
また、鉄骨大梁2の材軸方向中間部には、2本の間柱3,3が配置されている。
間柱3は、鉄筋コンクリート造(RC造間柱)やH型鋼等を用いた鋼製材(鋼製間柱)からなり、本体間柱部3aと脚部間柱部3bで構成される場合と、単一材のみの場合がある。
RC造間柱の場合は、両端部においてコンクリートの棒状鋼材やボルトを埋設して当該棒状部材等を利用して鉄骨大梁に接合すればよい。また、鋼製間柱の場合は、材端部に少なくとも一方に取付板31を溶接接合し、その取付板31に取り付けた棒状鋼材やボルトにより鉄骨大梁に接合すればよい。但し、鋼製間柱と鉄骨大梁2が溶接接合させる場合は、取付板31を設けずに、直接、鋼製間柱と鉄骨大梁2とを溶接接合する。
本実施形態の間柱3は、H形鋼(鋼製間柱)により形成されており、本体間柱部3aと脚部間柱部3bとで構成されている。また、間柱3の両端部には、図1および図3に示すように、取付板31,31が固定されている。
なお、取付板31は、必要に応じて設置すればよい。
また、間柱3を構成する材料はH形鋼に限定されるものではなく、例えば、一対の溝形鋼のウェブ同士を接合することにより構成された鋼材あってもよい。
また、間柱3は、図4の(a)に示すように、間隔をあけて対向する一対の溝型鋼により形成してもよいし、図4の(b)および(c)に示すように、鋼管により形成してもよい。
なお、間柱3の配設ピッチは限定されない。また、鉄骨大梁2の材軸方向に沿って配設される間柱3の本数も限定されない。
間柱3の柱頭部は、上側に設けられた鉄骨大梁2に、取付板31を介してボルト接合されている。なお、間柱3の柱頭部は、鉄骨大梁2と取付板31とを挿通する棒状鋼材を介して接合されていてもよい。
取付板31は、図3に示すように、間柱3の外形状(一対のフランジと両フランジの端部同士を結ぶ直線により形成される矩形)よりも大きな面積を有した鋼板であって、間柱3の端面に全溶接されている。
取付板31には、複数のボルト孔32,32,…が形成されている。本実施形態では、間柱3のウェブと一対のフランジに囲まれた空間にボルト孔32,32が2カ所ずつ(計4カ所)形成されている。ボルト孔32には、ボルト(棒状鋼材)7(図1参照)が挿通される。なお、複数のボルト孔32,32,…の配置は限定されないが、取付板31の中心部に近い位置に配置するのが望ましい。
鉄骨大梁2と間柱3との接合面位置(鉄骨大梁2の係止孔の位置)を、間柱3のフランジ間の内部側(取付板31の中心部に近い位置)に設けることで、鉄骨大梁2と間柱3との接合面がピン支承に近い状態で接合する。このように幾何学的に接合面位置を限定することで、間柱2に想定外の外荷重が作用しないようする。
間柱3は、脚部間柱部3bの上端に、本体間柱部3aをメタルタッチで建て込んだ後、脚部間柱部3bおよび本体間柱部3aのフランジまたはウェブに配設された一対のスプライスプレート(添え板)35,35で挟み込み、高力ボルト36で摩擦接合している(剛接合継ぎ手)。なお、間柱3に形成された高力ボルト36を挿通するための貫通孔は、縦方向に建込み精度調整用の長穴形状とされている。
間柱3は、脚部間柱部3bと本体間柱部3aを剛接合継ぎ手で接合することで、間柱3の建込み時における鉛直方向の精度調整を可能とした。なお、剛接合継ぎ手は、作業効率の面から床面上の1m程度の高さ位置に設けられることが多い。
本体間柱部3a(間柱3の柱頭部)は、取付板31のボルト孔32および鉄骨大梁2のフランジ21に形成された図示しない係止孔を挿通したボルト7,7により、鉄骨大梁2に接合されている(図1参照)。なお、間柱3の柱頭部は、ボルト接合に代えて、あるいは、ボルト接合と併用して、鉄骨大梁2のフランジ21に部分溶接してもよい。
脚部間柱部3b(間柱3の柱脚部)は、図1に示すように、下側に設けられた鉄骨大梁2(直下階の鉄骨大梁2)の上面に、取付板31を介してボルト接合されているとともに、鉄骨大梁2の上面に設けられたコンクリートスラブ4に根固めされている。
間柱3の柱脚部は、取付板31のボルト孔32および鉄骨大梁2のフランジ21に形成された図示しない係止孔を挿通したボルト7,7により、鉄骨大梁2に接合されている(図1参照)。なお、間柱3の柱脚部は、ボルト接合に代えて、あるいは、ボルト接合と併用して、鉄骨大梁2のフランジ21に部分溶接してもよい。
ここで、間柱3の柱脚部に設けられた取付板31の詳細は、間柱3の柱頭部に設けられた取付板31と同様なため、詳細な説明は省略する。
コンクリートスラブ4は、鉄骨大梁2の上面に設けられた鉄筋コンクリート部材である。コンクリートスラブ4は、現場打ちコンクリートにより、間柱3の柱脚部を巻き込んだ状態で形成されている。
本実施形態では、一対の小梁5,5が鉄骨大梁2を挟むように、配置されており、かつ、当該鉄骨大梁2の両側に接合されている。小梁5は、隣り合う鉄骨大梁2,2間に架設されている。
小梁5は、間柱3が接合されている位置において、鉄骨大梁2に接合されている。
本実施形態の小梁5は、一対のフランジとウェブを備えたH形鋼により構成されているが、小梁5を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、溝形鋼やI形鋼等でもよい。
鉄骨大梁2のウェブ22には、ガセットプレート23が固定されている。
小梁5は、図5に示すように、ボルト7によりガセットプレート23に接合する。
ガセットプレート23は、鉄骨大梁2のウェブ22に溶接接合された鋼板である。本実施形態では、鉄骨大梁2の上側のフランジ21にガセットプレート23の上端を溶接接合している。なお、ガセットプレート23の構成は限定されない。
小梁5の上面は、鉄骨大梁2の上面と一致している。
また、小梁5の上面には、コンクリートスラブ4が設けられている。
また、間柱3は、鉄骨大梁2に対して全溶接することなく固定しているため、施工性に優れている。
同様に、小梁5は、半剛接合F(ピン接合に近い)状態で鉄骨大梁2に接合しているため(図6の(b)参照)、小梁5に曲げモーメントが生じ難い。ゆえに、小梁5の断面の最小化が可能である。
また、小梁5も、鉄骨大梁2に対して全溶接することなく固定しているため、施工性に優れている。
鉄骨大梁2の材軸方向中間部において間柱3,3により支持されているため、撓みが抑止され、また、鉄骨大梁2の横方向への全体座屈が抑制されている。
また、鉄骨大梁2の材軸方向中間部に、小梁5,5がさらに配設されているため、鉄骨大梁2の座屈および面外変形が抑制されている。
すなわち、間柱付き梁構造1によれば、間柱3および小梁5が配設されているため、鉄骨大梁2の撓み量が低減されるとともに、スパン長が大きい鉄骨大梁2の座屈が防止され、さらに、間柱3および小梁5が鉄骨大梁2の軸力の一部を負担するようになる。
ゆえに、間柱付き梁構造1によれば、鉄骨大梁2の断面の最小化が可能となる。
鉄骨大梁2の材軸方向中間部に2本の間柱3を設置した場合(図7の(c)参照)は、間柱3が無い場合(図7の(a))および間柱3が1本の場合(図7の(b))に比べて、鉄骨大梁2に生じる最大曲げモーメントMmaxが小さい。すなわち、間柱3の本数を増加させることで、鉄骨大梁2に生じる最大曲げモーメントMmaxを縮小させることができる。
すなわち、本実施形態の間柱付き梁構造1によれば、床荷重の一部を間柱3および小梁5が負担することで、主柱6の負担を軽減し、ひいては主柱6の断面の最小化が可能となる。
また、間柱3がコンクリートスラブ4に根固めされているため、間柱3とコンクリートスラブ4との接合部においてせん断力を伝達させることができる。すなわち、想定外の力が間柱3に作用した場合であっても、コンクリートスラブ4に伝達させることで負担を軽減させることができる。
前記実施形態では、一対の小梁5,5により鉄骨大梁2を挟む場合について説明したが、小梁5の配置は限定されない。例えば、鉄骨大梁2の片側のみから小梁5が接合されていてもよい。また、小梁5は、必要に応じて設置すればよく、省略してもよい。
前記実施形態では、第二の鉄骨梁として小梁を採用したが、第二の鉄骨梁の断面形状は限定されない。
また、図8の(a)に示すように、間柱3の根固め部分(コンクリートスラブ4に埋め込まれた部分)の柱脚部の側面には、スタッドジベル33,33が形成されていてもよい。
なお、スタッドジベル33の形成方法は限定されるものではなく、例えば、ボルトを間柱3の側面に溶接接合することにより形成してもよい。また、スタッドジベル33の本数や配置も限定されない。
また、間柱3の脚部は、必ずしもコンクリートスラブ4に根固めされている必要はない。
前記実施形態では、間柱3を、鉄骨大梁2の上面に直接ボルト接合または溶接する場合について説明したが、間柱3と鉄骨大梁2との接合方法は限定されない。
例えば、図8の(b)に示すように、鉄骨大梁2の上面に溶接された脚部部材34を介して、間柱3と鉄骨大梁2とを接合してもよい。
脚部部材を設けた間柱付き梁構造によれば、コンクリートスラブの現場打設の施工性が向上するとともに、高い精度管理のもと間柱を建込み、鉄骨大梁と接合させることができる。
2 鉄骨大梁
21 フランジ
22 ウェブ
23 ガセットプレート
3 間柱
3a 本体間柱部
3b 脚部間柱部
31 取付板(鋼板)
32 ボルト孔
33 スタッドジベル
34 脚部部材
35 スプライスプレート(添え板)
36 高力ボルト
4 コンクリートスラブ
5 小梁(第2の鉄骨梁)
6 主柱
7 ボルト
Claims (4)
- 主柱同士の間に横架される鉄骨大梁と、
上下に隣り合う前記鉄骨大梁に接合される間柱と、を備える間柱付き梁構造であって、
前記間柱の柱頭部は、当該間柱の材端部に取付けられた棒状鋼材が上側の前記鉄骨大梁の下フランジに設けられた係止孔に挿入された状態で、前記上側の鉄骨大梁と接合されていることを特徴とする間柱付き梁構造。 - 主柱同士の間に横架される鉄骨大梁と、
上下に隣り合う前記鉄骨大梁に接合される鋼製間柱と、
前記鉄骨大梁の上面側に設けられるコンクリートスラブと、を備える間柱付き梁構造であって、
前記鋼製間柱は、
前記鋼製間柱の柱頭部に溶接接合された取付板に接合された棒状鋼材を上側の前記鉄骨大梁の下フランジに設けられた係止孔に挿入し、前記鋼製間柱と前記下フランジがナットで締結されている、あるいは前記鋼製間柱の柱頭部と前記上側の鉄骨大梁の下面側が部分的に溶接接合されているとともに、
前記鋼製間柱の柱脚部に溶接接合された取付板と下側の前記鉄骨大梁の上フランジとをボルト締結、あるいは前記鋼製間柱の柱脚部と前記下側の鉄骨大梁の上面とが部分的に溶接接合され、
さらに、前記鋼製間柱の柱脚部が前記コンクリートスラブで根固めされていることを特徴とする間柱付き梁構造。 - 前記鋼製間柱は、本体間柱部と、前記本体間柱部の下側に設けられる脚部間柱部とを有し、
前記本体間柱部と前記脚部間柱部は、接合部分の双方の鋼材面に添わせた添え板で挟み込み、高力ボルトで摩擦接合されていることを特徴とする請求項2に記載の間柱付き梁構造。 - 前記鉄骨大梁の座屈または面外変形を防止するための第2の鉄骨梁が、前記鉄骨大梁と交差する方向で、当該鉄骨大梁の少なくとも片側に接合されているとともに、
前記鋼製間柱の柱脚部の側面に、スタッドジベルが形成されていることを特徴とする請求項3に記載の間柱付き梁構造。
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