JP2016098586A - 鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材並びにその製作方法、及び建物の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鉄筋コンクリート柱、鉄骨梁、ブレース材を配置した複合構造建物の仕口部の施工の合理化を図り、工期短縮とコストダウンを実現する。
【解決手段】 上下に接合される鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁２との軸線の交点を通るようにブレース３が配置された柱梁接合部の外形を形成する範囲に塞ぎ板１１を取り付ける。次いで、鉄骨梁２の上面に取り付けられたブレース３の端部と上側の鉄筋コンクリート柱の下端の一部とが干渉する範囲を含むように、塞ぎ板１１の上端に密着して側面型枠１７を取り付ける。柱主筋貫通孔１６が配列された、塞ぎ板１１と側面型枠１７とで囲まれた空間にコンクリートを打設し、柱梁接合部位１０Ａとコンクリート柱先打ち部１０Ｂとを一体製作する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鉄筋コンクリート柱、鉄骨梁、ブレース材を配置した建物の施工の合理化を図り、工期短縮とコストダウンを実現した鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材並びにその製作方法、及び建物の構築方法に関する。

鋼とコンクリートとからなる複合構造の建物として、柱部材が鉄筋コンクリート、梁部材が鉄骨で構成された構造形式が採用されている。この構造形式の建物では、地震力が作用した際の柱部材と梁部材の負担を減らすために、ブレース部材（以下、ブレースと記す。）が設けられることがある。たとえば、ブレースの下端が柱脚部に、上端が梁下端に定着されるようなブレースの設計では、部材軸線の下端側の延長線が、直交する柱部材の軸線と梁部材の軸線との交点を通るように設計される（特許文献１参照）。この設計では、ブレースの下端を支持する部材（たとえば添え板）の一部が鉄筋コンクリート柱断面内に配置され、鉄筋コンクリート柱を施工する際の型枠とブレースが干渉するという問題がある。

また、特許文献１の柱梁接合構造では、柱梁接合部（パネル部）を囲むように枠状の補強鋼板（ふさぎ板）が設けられている。この柱梁接合部では、鉄筋コンクリート柱の施工の後にふさぎ板、ブレース接続部材等の各種形状の鋼材を配置しなければならず、コンクリート工事、鋼材設置工事等の作業工程が煩雑であった。

また、現場作業を軽減するために鉄筋コンクリート柱をプレキャストコンクリート柱とする設計もあるが、プレキャストコンクリート柱の製作時に、あらかじめ鋼材を組み込む必要があるため、プレファブ工場における鋼材の調達や、製作工程の煩雑化が生じ、工期短縮につながらないという問題がある。

特開平７−３３１７３９号公報

上述した問題を解決する方法として、ブレースが鉄筋コンクリート柱に干渉しない程度にブレースの部材軸線の延長線を、柱部材の軸線と梁部材の軸線との交点から所定量だけ偏心させた構造も設計できる。この方法によれば鉄筋コンクリート柱とブレースを構成する鋼材が干渉しないため、柱梁接合部での作業が煩雑になるという問題は解決できる。しかし、柱梁接合部に大きな偏心モーメントが作用するため、柱梁接合部周囲の鋼材を補強したり、仕口部のてこ耐力を確保する構造として設計しなければならない。このため、ブレースが柱部材の軸線と梁部材の軸線との交点を通る場合よりも工事コストが増加するおそれがある。

そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、ブレースの部材軸線の延長線が柱部材の軸線と梁部材の軸線との交点を通る設計としながら、鉄筋コンクリート柱の施工時にブレースの添え板の存在による作業の効率低下が生じないように、プレキャスト部材としての鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材と、それを製作する方法と、その柱梁接合部材を用いた建物の構築方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材は、部材軸線が、接合される柱と梁との部材軸線の交点を通るように、ブレースが配置された鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材において、前記柱の外形を形成するように前記梁が集束する部位を囲む塞ぎ板と、該塞ぎ板で囲まれた空間に柱主筋貫通孔が配置され、コンクリートが充填された柱梁接合部と、該柱梁接合部と一体製作され、前記ブレースの端部が前記柱の下端または上端の一部と干渉する範囲を含むコンクリート柱先打ち部とを備えたことを特徴とする。

鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材の製作方法として、本発明は、部材軸線が、接合される柱と梁との部材軸線の交点を通るように、ブレースが配置された鉄骨梁が集束した部位に、柱の外形を形成するように塞ぎ板を取り付け、前記鉄骨梁の上面または下面に取り付けられたブレースの端部と前記柱の下端または上端の一部とが干渉する範囲を含むように、前記塞ぎ板の上端に密着して側面型枠を取り付け、柱主筋貫通孔が配列された、前記塞ぎ板と側面型枠とで囲まれた空間にコンクリートを打設して、柱梁接合部とコンクリート柱先打ち部とを一体製作することを特徴とする。

鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材を用いた、建物の構築方法として、上端が柱梁接合部を貫通する柱主筋が配筋された鉄筋コンクリート柱を、所定間隔をあけて立設し、前記鉄筋コンクリート柱の上端面に、請求項１記載の柱梁接合部材を据え付けるとともに、鉄筋コンクリート柱間に鉄骨梁を架設して架構を保持させ、前記柱梁接合部材上に上階の鉄筋コンクリート柱を立設し、上階の鉄筋コンクリート柱下端で、前記柱梁接合部を貫通した、下階の柱主筋と上階の柱主筋とを、連結手段により連結するとともに、上階の鉄骨梁と下階の鉄骨梁との間にブレースを架設し、順次、鉄筋コンクリート柱と柱梁接合部材を積層して建物を構築するようにしたことを特徴とする。

前記建物の構築方法において、前記鉄筋コンクリート柱は、プレキャストコンクリート部材で、前記柱梁接合部材上に載置して立設するか、または前記鉄筋コンクリート柱は、現場施工コンクリート部材で、前記柱梁接合部材上で型枠、鉄筋を組み立て、コンクリート打設して柱を構築することが好ましい。

本発明によれば、ブレースの部材軸線の延長線が鉄筋コンクリート柱の部材軸線と鉄骨梁の部材軸線との交点を通るようにした設計において、鉄筋コンクリート柱あるいはプレキャストコンクリート柱の施工時に、あらかじめブレースの添え板を柱梁接合部内に位置させた柱梁接合部材を製作し、それを用いて建物を構築する際に、鉄筋コンクリート柱の施工や鉄骨梁の組み付け作業の効率アップを果たすことができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態の鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材の全体構成を示した斜視図。 鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材の製作手順を示した手順説明図（側面図による表示）。 鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材の製作手順を示した手順説明図（平面図による表示）。 鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材の鉄筋コンクリート柱先打ち部の製作過程を示した説明図。 鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材を組み込んだ鉄筋コンクリート柱、鉄骨梁複合構造建物の構築手順を示した手順説明図（その１）。 鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材を組み込んだ鉄筋コンクリート柱、鉄骨梁複合構造建物の構築手順を示した手順説明図（その２）。

以下、本発明の鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材の基本構造について、図１〜図３を参照して説明する。図１は、鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との連結部である仕口部（柱梁接合部）を構成する仕口部材１０（柱梁接合部材）を示した斜視図である。図２各図、図３各図はこの仕口部材１０の製作手順を示した説明図であり、図２（ａ）、図３（ａ）において、鉄骨部材としての鉄骨梁、塞ぎ板（後述する。）の形状、配置が確認できる。

本実施形態の仕口部材１０は、図１、図６に示したように、上下階の鉄筋コンクリート柱１、１と各階の鉄骨梁２とを連結する、鋼とコンクリートの複合構造からなるプレキャスト部材である。その平面形状は、図１、図２（ｃ）、図３（ｃ）に示したように、鉄筋コンクリート柱１の断面に等しく、外周面は端部鉄骨梁１２の梁高にほぼ等しい高さの鋼板製の塞ぎ板１１で囲まれ、塞ぎ板１１の四辺の外側面からそれぞれ短い端部鉄骨梁１２が平面視して十字形となるように延在している。

仕口部材１０が、建物構築時に下階の柱上に設置される場合、図６に示したように、仕口部に接合される柱、梁の各部材は、各鉄骨梁２の長手方向の部材軸線と鉄筋コンクリート柱１の高さ方向の部材軸線とが仕口部の中心位置で一致するように集束する。そして、ブレースの部材軸線の延長線が、この仕口部の中心位置を通る。これによりブレースの軸方向力は仕口部に対して偏心せずに仕口部に伝達され、仕口部に偏心モーメントが発生するのを回避できる。

仕口部の上面に施工された、仕口部材１０の一部を構成する鉄筋コンクリート柱先打ち部の構成について説明する。この鉄筋コンクリート柱先打ち部（以下、単に柱先打ち部と記す。）の高さは、図１、図２（ａ）に示したようにブレース下端を梁側に定着する添え板１４の高さと等しく、平面形状は、図３（ｃ）に示したように鉄筋コンクリート柱の断面形状と同一である。また、仕口部材１０の各隅角部付近には柱主筋挿通孔が仕口部材１０の全高にわたり貫通して形成されている。本実施形態では、各隅角位置に３本のシース管が並列して配管され、このシース管が柱主筋挿通孔として機能する。

添え板１４は、図２（ａ）に一例を示したように、端部鉄骨梁１２の上側フランジ１２ａの上面に、長さ方向の一部が仕口部材１０に張り出すように溶接固定されている。さらに添え板１４の両側面には補剛板１５が端部ブレース１３の傾角と等しい角度で取り付けられている。補剛板１５によってブレースの軸力は仕口部材１０にスムースに伝達される。

以下、仕口部材１０の製作手順について、図２各図、図３各図、図４を参照して説明する。仕口部材１０の主構成となる鉄骨部材は、あらかじめ鉄骨加工工場で製作される。本実施形態の鉄骨部材の基本形状は、図２（ａ）、図３（ａ）に示したように、平面視して十字形状をなし、梁の交点位置に柱外周寸法に等しい空間を画成するように塞ぎ板１１が取り付けられている。建物において、柱、梁接合される仕口部は、その接合箇所に応じて２〜４本の鉄骨梁２（図５）（端部鉄骨梁１２）が集束する。よって鉄骨部材の平面形状はＩ字形、Ｌ字形、Ｔ字形、十字形となる。本実施形態では、添え板１４を介して１本の端部ブレース１３が端部鉄骨梁１２の上側フランジ１２ａに取り付けられた鉄骨部材が、建物の建設現場のプレキャスト部材の製作ヤードに搬入される。

製作ヤードでは、搬入された鉄骨部材の端部鉄骨梁１２と塞ぎ板１１の間の４箇所の空間に組み立て時に柱主筋５（図５（ａ））が貫通するシース管１６を配置する（図４）。さらに仕口部材１０のコンクリート打設工として、塞ぎ板１１で囲まれた部分の底部を底型枠（図示せず）で塞ぎ、鉄骨部材の上側に形成される柱先打ち部１０Ｂのための側面型枠１７を取り付ける。側面型枠１７は、図４に示したような平面視して略正方形状の枠体からなり、鉄骨部材の上面に密着して取り付けられる。型枠としては、従来の木製型枠、鋼製型枠等を使用できるが、各部位がほぼ同一形状であるため、組み立て、脱枠が容易で、複数回の転用が可能なものを採用することが好ましい。また、打設直後のコンクリートの側圧に対して変形しないように、必要に応じて外周に補強材（図示せず）を配置することも好ましい。

型枠組立後、塞ぎ板１１、底型枠、側面型枠で囲まれた空間にコンクリートを打設する。所定期間養生した後に底型枠、側面型枠を脱枠する。仕口部材１０は、図１に示したように、塞ぎ板１１で囲まれ、内部にコンクリートが充填された柱梁接合部位１０Ａと、その上部に形成された柱先打ち部１０Ｂとが一体化した複合構造体となる。また、端部ブレース１３下端の添え板１４は、この柱先打ち部１０Ｂのコンクリート内に埋設されていて柱下端と干渉しない。このため、後述するように、上階のプレキャストコンクリート柱部材を位置決めして柱先打ち部１０Ｂの上面に載置するだけで、容易に上階の柱を設置することができる。

建設現場の製作ヤードで製作されたプレキャスト部材としての仕口部材１０を利用した建物の構築手順について、図５、図６を参照して説明する。
図５（ａ）は所定階においてプレキャスト鉄筋コンクリート柱が立設された状態を示している。鉄筋コンクリート柱の上面には複数本の柱主筋が突出している。この柱主筋はプレキャスト部材として高精度に製作された仕口部材１０を据え付ける際のガイドとなるため、現場打ち鉄筋コンクリート柱の場合には、柱主筋の配筋精度を確保することが好ましい。

鉄筋コンクリート柱の上面に仕口部材１０を載置したら、図示しないサポート等でその据え付け位置を保持し、鉄骨梁２を端部鉄骨梁１２と接合し、さらにブレース３を端部ブレース１３と接合する（図５（ｂ））。この段階で鉄骨梁２に小梁（図示せず）を接合して鉄骨構造の架構の剛性を高めることも好ましい。図６は、図５（ｂ）の施工段階から、該当階のコンクリートスラブ６を施工し、さらに上階の鉄筋コンクリート柱１を建て込んで、仕口部材１０との接合を完了し、上階の鉄筋コンクリート柱１上に仕口部材１０を建て込む構築段階を示した説明図である。

このように、プレキャスト部材である鉄筋コンクリート柱１と仕口部材１０とを交互に積層して建物の架構を構築していくことができるが、各部材の積層精度を確保することと架構の剛性を確保するために、仕口部材１０内の柱主筋５、柱主筋の上端の鉄筋コンクリート柱１内での定着を早期に図ることが必要である。そのために鉄筋コンクリート柱１下端の柱主筋定着部あるいは仕口部材１０の柱主筋挿通孔２６に連通するグラウト充填経路２５を形成しておき、仕口部材１０が柱上に据え付けられた後にグラウトを充填し、柱主筋５を介して鉄筋コンクリート柱１と仕口部材１０との一体化を図ることが好ましい。また、あらかじめ地上で複数個の仕口部材１０と複数本の鉄骨梁２とを直線的あるいは平面的に地組みしてユニット化し、それらを歪みが生じないように補剛して上架する迅速化工法も採用することができる。なお、図５（ｃ）に示したように、ブレース３が仕口部材１０から下方に向けて配置される場合がある。この場合には図５（ａ）で示した柱先打ち部１０Ｂに相当する部位として柱接合部１０Ｃを設けるが、この部位を製作するためには柱先打ち部１０Ｂを製作する場合と同様な作業を行って仕口部材１０を製作し、仕口部材１０の天地を入れ替えて鉄筋コンクリート柱１に接合すればよい。

上下階の鉄筋コンクリート柱１を接合する役割を果たす仕口部材１０は、所定強度を発揮可能な鋼とコンクリートとの複合構造体であるため、充填したグラウトが所定の強度を発揮すれば、上階の柱荷重や梁鉄骨の曲げモーメントを負担することができる。よって、主要架構を先行して構築できるため、いわゆる「建て逃げ構法」による建物の構築を進めることが可能になる。

以上の仕口部材を採用することにより、以下のような効果が得られる。
(1) ブレース部材の軸線が仕口部の中心位置に対して偏心しないので仕口部に付加的な曲げモーメントが発生しない。よって、柱端、梁端、仕口部に補強を必要としない。
(2) 仕口部材の一部にブレースの添え板が入り込み、その部位に特殊形状の型枠を採用しているが、部分的で、同形箇所に転用可能であるため、作業効率の低下はない。
(3) 柱部材とブレースの添え板とが干渉しないため、柱部材を直方体のプレキャスト部材とすることができる。このため、プレキャスト部材用の型枠がシンプルな形状となるため型枠の製作、組立、解体が容易になり、製作コスト、作業コストのコストダウンが果たせる。また、柱部材を場所打ちコンクリートで構築する場合にも、現場型枠の加工、組立、解体が容易になる。このためシステム型枠等を採用でき、型枠の転用回数が増え、材料コスト、作業コストのコストダウンが図れる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 鉄筋コンクリート柱
２ 鉄骨梁
３ ブレース
５ 柱主筋
６ コンクリートスラブ
１０ 柱梁接合部材（仕口部材）
１０Ａ 柱梁接合部位
１０Ｂ 柱先打ち部
１１ 塞ぎ板
１２ 端部鉄骨梁
１３ 端部ブレース
１４ 添え板
１６ シース管
１７ 側面型枠
２５ グラウト充填経路
２６ 柱主筋挿通孔

Claims (5)

1. 部材軸線が、接合される柱と梁との部材軸線の交点を通るように、ブレースが配置された鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材において、
   前記柱の外形を形成するように前記梁が集束する部位を囲む塞ぎ板と、
   該塞ぎ板で囲まれた空間に柱主筋貫通孔が配置され、コンクリートが充填された柱梁接合部と、
   該柱梁接合部と一体製作され、前記ブレースの端部が前記柱の下端または上端の一部と干渉する範囲を含むコンクリート柱先打ち部と、
   を備えたことを特徴とする鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材。
2. 部材軸線が、接合される柱と梁との部材軸線の交点を通るように、ブレースが配置された鉄骨梁が集束した部位に、柱の外形を形成するように塞ぎ板を取り付け、
   前記鉄骨梁の上面または下面に取り付けられたブレースの端部と前記柱の下端または上端の一部とが干渉する範囲を含むように、前記塞ぎ板の上端に密着して側面型枠を取り付け、
   柱主筋貫通孔が配列された、前記塞ぎ板と側面型枠とで囲まれた空間にコンクリートを打設して、
   柱梁接合部とコンクリート柱先打ち部とを一体製作することを特徴とする鉄筋コンクリート柱鉄骨梁接合部材の製作方法。
3. 上端が柱梁接合部を貫通する柱主筋が配筋された鉄筋コンクリート柱を、所定間隔をあけて立設し、
   前記鉄筋コンクリート柱の上端面に、請求項１記載の柱梁接合部材を据え付けるとともに、鉄筋コンクリート柱間に鉄骨梁を架設して架構を保持させ、
   前記柱梁接合部材上に上階の鉄筋コンクリート柱を立設し、
   上階の鉄筋コンクリート柱下端で、前記柱梁接合部を貫通した、下階の柱主筋と上階の柱主筋とを、連結手段により連結するとともに、上階の鉄骨梁と下階の鉄骨梁との間にブレースを架設し、
   順次、鉄筋コンクリート柱と柱梁接合部材を積層して建物を構築するようにしたことを特徴とする建物の構築方法。
4. 前記鉄筋コンクリート柱は、プレキャストコンクリート部材で、前記柱梁接合部材上に載置して立設する請求項３に記載の建物の構築方法。
5. 前記鉄筋コンクリート柱は、現場施工コンクリート部材で、前記柱梁接合部材上で型枠、鉄筋を組み立て、コンクリート打設して柱を構築する請求項３に記載の建物の構築方法。

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