JP2016138376A - 鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを抑えた、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造を提供する。【解決手段】鉄骨柱２の側面に鉄骨造の仕口部材４が設けられ、前記仕口部材４に、内部に主筋５を備えた鉄筋コンクリート梁３が接合される、鉄骨柱２と鉄筋コンクリート梁３の接合構造１であって、前記主筋５の端部は、前記仕口部材４に直接、またはカプラー６を介して、溶接される、鉄骨柱２と鉄筋コンクリート梁３の接合構造１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造に関するものである。

周知のように、鉄骨構造、鉄筋コンクリート構造、及び鉄骨鉄筋コンクリート構造は、建築構造物の躯体の構造として、特に強度に優れているため、中高層建築物に広く採用されている。

従来、上記の建築構造物において、鉄骨柱に鉄筋コンクリート梁を接合する接合構造として、図９、図１０に示すものが知られている（例えば以下に示す実用新案文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４）。

図９は、基礎上に立設された鉄骨柱９３間に、鉄筋コンクリート梁９１を架設した状態を示す。鉄筋コンクリート梁９１の内部にはＨ形鋼９２の一部が埋設されている。鉄筋コンクリート梁９１には主筋９４とスターラップ９５が配設されている。鉄筋コンクリート梁９１の、特にＨ形鋼９２が埋設された部位には、前記のスターラップ９５に加えて、補強スターラップ９６が配設されている。Ｈ形鋼９２のフランジには、コンクリートとの一体性を高めるために、スタッドボルト９７が溶接されている。

図９の構造物においては、工場などで予め製造された鉄筋コンクリート梁９１を、建築現場において、鉄骨柱９３と接合させる位置に至らせて、鉄骨柱９３の側面に溶接されたシアプレート９８に、Ｈ形鋼９２のウェブをボルト締めし、フランジを鉄骨柱９３に溶接することにより、鉄骨柱９３と鉄筋コンクリート梁９１の接合構造９０が形成されている。

図１０は、図９と同様に、鉄骨柱１０４間に、鉄筋コンクリート梁１０１を架設した状態を示す。鉄筋コンクリート梁１０１の端部に、Ｈ形鋼１０２の一端が、それに溶接された板状体１０３を介して接合されている。鉄筋コンクリート梁１０１には主筋１０５が配設されており、主筋１０５は鉄筋コンクリート梁１０１の端部から突出し、板状体１０３の貫通穴を貫通して、ナット１０６が螺着されている。

図１０の構造物においても、図９の構造物と同様に、工場などで予め製造された鉄筋コンクリート梁１０１を、建築現場において、鉄骨柱１０４と接合させる位置に至らせて、鉄骨柱１０４の側面に溶接されたシアプレート１０７に、Ｈ形鋼１０２のウェブをボルト締めし、フランジを鉄骨柱１０４に溶接することにより、鉄骨柱１０４と鉄筋コンクリート梁１０１の接合構造１００が形成されている。

実開平５−４９９２７号公報 特許第４４９０５３２号公報 特開平１０−９６２９４号公報 特許第２９５２３６６号公報

図９を用いて上述したような従来の接合構造９０においては、鉄筋コンクリート梁９１の主筋９４は、Ｈ形鋼９２が埋設された部位のコンクリートとの付着によって定着されるため、Ｈ形鋼９２の埋設部を長くする必要がある。また、Ｈ形鋼９２の埋設部に曲げやせん断力が作用する構造となっているため、スターラップ９５、９６やスタッドボルト９７による補強が必要となる。これらは、製造コストが嵩む要因となり得る上に、コンクリートを密実に打設することを困難にする。

図１０を用いて上述したような従来の接合構造１００においては、板状体１０３を介して鉄筋コンクリート梁１０１の主筋１０５の引張力を伝達するため、大きな曲げモーメントが作用する位置でＨ形鋼１０２と鉄筋コンクリート梁１０１を接合する場合は、板状体１０３の厚みを厚くする必要があり、製造コストが嵩む要因となり得る。

また、反曲点近傍などの、曲げモーメントが小さな位置で、Ｈ形鋼１０２と鉄筋コンクリート梁１０１を接合する場合は、板状体１０３と鉄筋コンクリート梁１０１との接合面でのせん断摩擦が期待できないため、シアキー（ずれ止め）などが必要となる。長期荷重に加えて地震荷重が作用する場合は、梁の反曲点が移動するため、設計が非常に複雑となる。

本発明の課題は、コスト面や設計容易性で優れ、コンクリートの密実な打設が可能な、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、鉄骨柱の側面に鉄骨造の仕口部材が設けられ、前記仕口部材に、内部に主筋を備えた鉄筋コンクリート梁が接合される、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造であって、前記主筋の端部は、前記仕口部材に直接、またはカプラーを介して、溶接される、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造を提供する。
このような構成によれば、主筋と仕口部材が直接、またはカプラーを介して、溶接されて、強固な構造を構築することができるため、スターラップやスタッドボルトなどによる補強、及び図１０における板状体１０３が不要となる。また、仕口部材の鉄筋コンクリート梁への埋設部を長くする必要がなく、すなわち、仕口部材を短くすることが可能となる。これにより、製造コストを抑えることができる。
また、鉄筋の量の低減などにより、接合構造の重量も低減する。また、仕口部材を小型の揚重機で楊重できるなど、施工性も向上する。
また、鉄筋コンクリート梁内部の構造が簡単になるため、コンクリートを密実に打設することができる。

前記仕口部材はＨ形鋼であり、前記鉄筋コンクリート梁の長さ方向に延在させる主筋の端部は、前記仕口部材のフランジ又はウェブの表面に沿って、または、前記仕口部材の木口面に、配置、固定されてもよい。
このような構成によれば、仕口部材がＨ形鋼であるため、せん断力の伝達は上下フランジ間のコンクリートでなされるので、梁の反曲点近傍にも、仕口部材と鉄筋コンクリート梁の接合部を設けることが可能となり、設計が容易となる。梁の反曲点が移動する場合の設計も容易である。
また、主筋の端部を仕口部材のフランジ又はウェブの表面に沿って、または、前記仕口部材の木口面に、配置、固定されるため、主筋と仕口部材との接続強度が高まる。

前記鉄筋コンクリート梁は、前記主筋を複数本有し、前記主筋の各々は、前記仕口部材に、前記鉄筋コンクリート梁の長さ方向において異なる位置で固定されてもよい。
このような構成によれば、主筋の配設密度を高めた場合であっても、主筋の仕口部材への固定が容易となり、接続強度を高めながらも、設計や施工を容易に行うことが可能となる。

前記仕口部材はＨ形鋼であり、前記仕口部材の、前記鉄骨柱との接合部分のフランジの幅は、前記仕口部材の、前記主筋が溶接された側のフランジの幅より小さくてもよい。
このような構成によれば、主筋との接合に必要なフランジ幅を確保しつつ、仕口部材のフランジ幅が狭い部分で塑性ヒンジを形成できるため、梁の他の部分の損傷を生じにくくすることが可能となる。また、仕口部材がＨ形鋼であるため、せん断力の伝達は上下フランジ間のコンクリートでなされるので、梁の反曲点近傍にも、仕口部材と鉄筋コンクリート梁の接合部を設けることが可能となり、設計が容易となる。梁の反曲点が移動する場合の設計も容易である。

前記仕口部材はＨ形鋼であり、前記仕口部材のフランジの少なくとも１つには、前記主筋との溶接部分側の端部に、前記鉄筋コンクリート梁の長さ方向と直交する方向に、鋼板が固定されてもよい。
このような構成によれば、フランジとコンクリートの間の圧縮力伝達性能が向上し、コンクリートの損傷を生じにくくすることが可能となる。また、仕口部材がＨ形鋼であるため、せん断力の伝達は上下フランジ間のコンクリートでなされるので、梁の反曲点近傍にも、仕口部材と鉄筋コンクリート梁の接合部を設けることが可能となり、設計が容易となる。梁の反曲点が移動する場合の設計も容易である。

本発明によれば、製造コストを抑えた、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造を、提供することが可能となる。

好ましい様態では、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の設計を容易に行うことが可能となる。

好ましい様態では、コンクリートの密実な打設が容易な接合構造を提供することが可能となる。

好ましい様態では、施工性の高い接合構造を提供することが可能となる。

好ましい様態では、損傷の生じにくい接合構造を提供することが可能となる。

本発明の実施形態として示した鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の、一部断面視した正面図である。 前記実施形態として示した鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の側断面図である。 前記実施形態として示した鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の、一部断面視した平面図である。 前記実施形態として示した鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の、第１の変形例の、一部断面視した正面図である。 前記実施形態として示した鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の、第１の変形例の側断面図である。 前記実施形態として示した鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の、第２の変形例の、一部断面視した平面図である。 前記実施形態として示した鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の、第３の変形例の、一部断面視した平面図である。 前記実施形態として示した鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造における、主筋と仕口部材の接続様態を示す側断面図である。 従来の鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の、一部断面視した正面図である。 従来の鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造の、一部断面視した正面図である。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態として示した、鉄骨柱２と鉄筋コンクリート梁３の接合構造１の、一部断面視した正面図である。図２は、接合構造１の側断面図であり、図３は接合構造１の、一部断面視した平面図である。

基礎等に立設された、鋼管柱（ＣＦＴ柱を含む）からなる鉄骨柱２の側面には、シアプレート１０が溶接等により固定されている。接合構造１においては、鉄骨柱２のシアプレート１０に、Ｈ形鋼である仕口部材４のウェブ４ｃがボルト締めされ、更に、鉄骨柱２の側面にフランジ４ａ、４ｂが溶接されて、接合されている。また、仕口部材４の、鉄骨柱２との接合部とは反対側の端部は、鉄筋コンクリート梁３の中に埋設されている。

鉄筋コンクリート梁３は、その内部に、鉄筋コンクリート梁３の長さ方向に沿って延在するように、棒状の主筋５を備えている。主筋５はカプラー６を介して、仕口部材４の、鉄筋コンクリート梁３に埋設された部位に固定されている。カプラー６は、各主筋５に対応して設置され、仕口部材４に溶接されている。

各カプラー６の内部には、雌ネジ部が形成されている。また、各主筋５の端部には、雄ネジ部が形成されている。各主筋５に予めロックナット７を螺着し、各主筋５を対応するカプラー６内部に適切な位置までねじ込み、その後、ロックナット７をカプラー６に向けてねじ込むことで、主筋５はカプラー６に固定されている。

各カプラー６は仕口部材４の上側フランジ４ａの上面、及び下側フランジ４ｂの下面に溶接されている。これにより、主筋５の端部は、仕口部材４のフランジ４ａ、４ｂの表面に沿って、配置、固定されている。

各主筋５の外側には、各主筋５を取り囲むように、肋筋８が配設されている。

仕口部材４のウェブ４ｃにはスタッドボルト９が溶接されている。

次に、図１に示す接合構造１の施工方法を説明する。本施工方法においては、鉄筋コンクリート梁３のコンクリートは、現場において打設される。

まず、基礎上に鉄骨柱２を立設する。次に、鉄骨柱２の、鉄筋コンクリート梁３を接合する部位に、シアプレート１０を溶接等により形成する。シアプレート１０に、仕口部材４のウェブ４ｃをボルト締めによって固定し、鉄骨柱２の側面に、仕口部材４のフランジ４ａ、４ｂを溶接によって固定する。

その後、仕口部材４のフランジ４ａ、４ｂにカプラー６を溶接により固定し、予めロックナット７が螺着された主筋５を、対応するカプラー６内部に適切な位置までねじ込み、ロックナット７をカプラー６に向けてねじ込んで、主筋５を固定する。また、この作業とともに、主筋５等の外側に型枠（図示せず）を設置する。最後に、型枠内にコンクリートを打設し、鉄筋コンクリート梁３が施工される。カプラー６は工場にて事前に、仕口部材４に溶接してもよい。

次に、上記のような、鉄骨柱２と鉄筋コンクリート梁３の接合構造１の作用について説明する。

この接合構造１においては、鉄筋コンクリート梁３の主筋５は仕口部材４にカプラー６を介して溶接、固定されているので、この固定部が、鉄筋コンクリート梁３に作用する曲げ引張力を、仕口部材４に、確実に伝達する。

一方、曲げ圧縮力は、曲げ引張力と同様に、鉄筋コンクリート梁３の主筋５と仕口部材４との間で、固定部を介して伝達される。更に、曲げ圧縮力は、鉄筋コンクリート梁３の圧縮コンクリートと、仕口部材４の木口面との支圧によって、伝達される。

更に、せん断力に関しては、仕口部材４の上下フランジ４ａ、４ｂ間に挟まれたコンクリートによって、伝達される。

このように、本実施形態における接合構造１においては、鉄筋コンクリート梁３の主筋５は仕口部材４にカプラー６を介して溶接されているため、図９に示すような従来の接合構造のように、仕口部材４（Ｈ形鋼９２）の埋設部を長くする必要がなく、すなわち、仕口部材４を短くして、応力伝達に必要とされる最小限の部位のみ、仕口部材４を埋設すればよい。

また、フランジの局所的な部分の座屈の防止、主筋５の保護、または、仕口部材４の耐火被覆などの目的のため、仕口部材４のフランジ４ａ、４ｂの外側の、上記の応力伝達に必要とされる部位以外にも、コンクリートを配設する場合がある。この場合においても、当該部位以外においては応力の伝達を考慮する必要がないため、スターラップによる補強が、基本的に不要となり、製造に必要な鉄筋の量を減らすことができる。

更に、本実施形態における接合構造１においては、鉄筋コンクリート梁３の主筋５は仕口部材４にカプラー６を介して溶接されているため、図１０に示すような従来の接合構造の、板状体１０３を必要としない。

上記の様々な理由により、接合構造１の接続強度を高めながらも、鋼材費、すなわち製造コストを抑えることが可能である。

鉄筋の量の低減により、接合構造１の重量も低減する。これにより、仕口部材４を小型の揚重機で楊重できるなど、施工性も向上する。

また、鉄筋コンクリート梁３内部の構造が簡単になるため、コンクリートを密実に打設することができる。

また、仕口部材４と鉄筋コンクリート梁３に外力が加えられた場合に、両者間に生じるせん断力は、上下のフランジ４ａ、４ｂ間のコンクリートに伝達されるため、図１０に示すような従来の接合構造とは異なり、鉄筋コンクリート梁３の反曲点近傍にも、仕口部材４と鉄筋コンクリート梁３の接合部を設けることが可能となり、設計が容易となる。梁の反曲点が移動する場合の設計も容易である。

接合構造１の施工は、上記のように、鉄骨柱２に仕口部分４を接合してから、鉄筋コンクリート梁３を構築するので、部材の製作や建築作業において生じた誤差の吸収が容易であり、また、大型の揚重機が不要である。したがって、接合構造１は施工性に優れる。

次に、図４、５に、上記の実施形態の、第１の変形例を示す。

第１の変形例においては、仕口部材４の下側フランジ４ｂに、鉄筋コンクリート梁３の長さ方向と直交する方向に、鋼板である支圧板１２が溶接により固定されている点が、図１などに示される基本的な構成とは異なる。

このような構成によれば、仕口部材４の木口面に作用する曲げ圧縮力が大きく、鉄筋コンクリート梁３のコンクリートが破損する可能性がある場合に、圧縮応力を分散させることが可能である。これにより、コンクリートの破損を生じにくくすることができる。

また、このように支圧板１２を設置する場合であっても、支圧板１２は仕口部材４と鉄筋コンクリート梁３との間に作用する圧縮力のみに耐えればよいため、支圧板１２は、図１０に示すような従来の接合構造の、板状体１０３に比べても小さいもので十分である。更に、支圧板１２の仕口部材４への固定は、簡易な溶接であってよい。

支圧板１２は、上側フランジ４ａに設けてもよいし、フランジ４ａ、４ｂの双方に設けてもよい。

次に、図６に、上記の実施形態の、第２の変形例を示す。

第２の変形例においては、各主筋５は、仕口部材４に、鉄筋コンクリート梁３の長さ方向において異なる位置で、互い違いに、固定されている。その他の構成は、図３などに示される基本的な構成と同じである。

各主筋５は、仕口部材４に、鉄筋コンクリート梁３の長さ方向において異なる位置で、互い違いに、固定されているため、主筋５の数を多くして配設密度を高めた場合であっても、主筋５と仕口部材４の接続が容易となり、接続強度を高めながらも、設計や施工を容易に行うことが可能となる。

次に、図７に、上記の実施形態の、第３の変形例を示す。

第３の変形例においては、仕口部材４の、鉄骨柱２との接合部分のフランジ４ａ、４ｂの幅は、仕口部材４の、主筋５が固定された側のフランジ４ａ、４ｂの幅より小さくなっている。その他の構成は、図３などに示される基本的な構成と同じである。

仕口部材４の、鉄骨柱２との接合部分のフランジ４ａ、４ｂの幅は、仕口部材４の、主筋５が固定された側のフランジ４ａ、４ｂの幅より小さくなっており、仕口部材４のフランジ幅が狭い部分で塑性ヒンジを形成できるため、主筋５との接合に必要なフランジ幅を確保しつつ、梁の他の部分の損傷を生じにくくすることが可能となる。

なお、上記の実施形態で説明した接合構造１においては、各カプラー６は仕口部材４の上側フランジ４ａの上面、及び下側フランジ４ｂの下面に溶接されているが、図８に示すように、上側フランジ４ａの下面、下側フランジ４ｂの上面、フランジ４ａ、４ｂの側面、ウェブ４ｃの側面、フランジ４ａ、４ｂやウェブ４ｃの木口面などに、フランジ又はウェブの表面に沿うように、溶接されてもよい。

また、カプラー６と仕口部材４との間に調整鋼板１１を挟んで溶接してもよい。これにより、主筋５の数を多くして配設密度を高めた場合であっても、主筋５と仕口部材４の接続が容易となり、接続強度を高めながらも、設計や施工を容易に行うことが可能となる。

また、カプラー６の内部には、グラウトを注入し、カプラー６の内部空洞を埋めてもよい。

また、上記の実施形態で説明した接合構造１においては、主筋５はカプラー６を介して仕口部材４に固定されているが、主筋５を仕口部材４に直接溶接して、固定してもよい。

また、上記の実施形態で説明した接合構造１においては、仕口部材４のウェブ４ｃにスタッドボルト９が溶接されているが、コンクリートだけで十分にせん断力の伝達が行われる場合は、このスタッドボルト９は省略しても構わない。

また、上記の実施形態で説明した接合構造１においては、鉄筋コンクリート梁３のコンクリートは、現場において打設されたが、これに替え、鉄筋コンクリート梁３と仕口部分４とを、工場などで、予め接合した後、現場に運搬、楊重して、鉄骨柱２に接合してもよい。この場合は、鉄筋コンクリート梁３と仕口部分４との接合を、構造物の施工と並行して行えるため、施工時間を短縮することが可能となる。

また、鉄骨柱２は、鋼管、ＣＦＴ柱に限られず、Ｈ形、ビルトＨ形（溶接Ｈ形鋼）や、クロスＨ形の鉄骨であってもよい。フランジ溶接は工場で行われてもよい。

また、仕口部材４はＪＩＳサイズＨ形鋼等の圧延鋼材だけでなく、ビルトＨ形鋼等の溶接鋼材でもよい。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明したが、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施の形態が可能であることが理解できるであろう。

よって、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲で定義される本発明の基本概念を用いた当業者の様々な変形や改良形態も本発明に含まれる。

１ 鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造
２ 鉄骨柱
３ 鉄筋コンクリート梁
４ 仕口部材
５ 主筋
６ カプラー
７ ロックナット
８ 肋筋
９ スタッドボルト
１０ 鋼板（シアプレート）
１１ 調整鋼板
１２ 支圧板

Claims (5)

1. 鉄骨柱の側面に鉄骨造の仕口部材が設けられ、前記仕口部材に、内部に主筋を備えた鉄筋コンクリート梁が接合される、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造であって、
   前記主筋の端部は、前記仕口部材に直接、またはカプラーを介して、溶接される、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁の接合構造。
2. 前記仕口部材はＨ形鋼であり、前記鉄筋コンクリート梁の長さ方向に延在させる主筋の端部は、前記仕口部材のフランジ又はウェブの表面に沿って、または、前記仕口部材の木口面に、配置、固定される、請求項１に記載の接合構造。
3. 前記鉄筋コンクリート梁は、前記主筋を複数本有し、前記主筋の各々は、前記仕口部材に、前記鉄筋コンクリート梁の長さ方向において異なる位置で固定される、請求項１または２に記載の接合構造。
4. 前記仕口部材はＨ形鋼であり、前記仕口部材の、前記鉄骨柱との接合部分のフランジの幅は、前記仕口部材の、前記主筋が溶接された側のフランジの幅より小さい、請求項１から３のいずれか一項に記載の接合構造。
5. 前記仕口部材はＨ形鋼であり、前記仕口部材のフランジの少なくとも１つには、前記主筋との溶接部分側の端部に、前記鉄筋コンクリート梁の長さ方向と直交する方向に、鋼板が固定される、請求項１から４のいずれか一項に記載の接合構造。

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