JP2016216951A - 柱梁鉄骨接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨造におけるボルトや溶接による接合より工数を大幅に低減するもので、接着剤を用いた新たな接合方法を採用し、かつ、施工時に接着剤厚さを所定の値に管理することで、少ない部材点数で現場施工時における品質確保が達成され、十分な強度を確保しながら建築生産性の飛躍的な向上を実現することができる柱梁鉄骨接合構造を提供する。【解決手段】梁部材３の接合部にソケット６を形成し、柱部材１に前記ソケット６を挿入して接着剤８により接合する柱梁鉄骨接合構造において、柱部材１とソケット６の隙間が設定値になるようにシム１０を設置した。【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の柱部材と梁部材とからなる構造物の構築に関し、鉄骨造の現場での接合技術に関するものである。

これまで現場での鉄骨造の柱梁接合は、ボルト接合か溶接接合により行われている。

また下記特許文献１は、現場溶接を行うことなく柱と梁とを接合する方法の１つとして提案されたもので、リングパネル工法と称せられる。
特開平９−１８４２０１号公報

前記特許文献１は、両端に開口を有する筒型形状のリングパネルのそれぞれの開口から２本の柱の接合端部をリングパネルの内部にそれぞれ挿入し、柱の外周面とリングパネルの内周面との間の全周に亘って等間隔に形成された隙間に無収縮モルタルを打設し、２本の柱とリングパネルとを固着することにより、リングパネルを介して２本の柱を接合するものである。

この工法によれば、建築時に現場溶接を必要としないことの他に、打設した無収縮モルタルを建物の解体時に除去することにより柱の固着した部分を損傷させず、柱を再利用することができる。

前記ボルト接合の場合、鉄骨造での柱梁接合部や柱と柱の接合作業では、ボルトや溶接による接合により、確実な強度・剛性を有する接合が実現できている反面、多数のボルトの芯合わせ、それらを締めつける行為、及び締め付け管理が多くの工数を要していた。

溶接接合も接合、管理に多くの工数を要すると同時に、雨天では作業ができないデメリットがある。このように、これらの接合作業は、鉄骨造の現場生産において、大きな工数を占めており、この部分を合理化することは建築生産性向上のためには課題となっている。

特許文献１では、リングパネルを仮止めして、モルタルを充填し、モルタルが硬化するまでの間は次工程が進められないことや、モルタルの割裂による繰り返し耐力低下の懸念がある。

一方、接着剤による接合は、自動車分野、航空分野などの高い安全性を要求される分野で積極的に利用されだしている。

接着剤による接合は、面での接合が短期間でできるため、接合作業の大幅な合理化に貢献する。しかし、これを建築分野の鉄骨造の接合に用いるためには、３００ＭＰａ程度の鋼材の強度に対して、接着剤の現実的な強度３０ＭＰａ程度で対応する接合手段が必要となる。

そのために柱部材の外側に、梁部材が接合されたソケットを挿入して、接着剤により接合することにより、接着面積を大きく確保して対応する手段があり、この場合、梁部材からの力をソケットと接着剤により分散して柱部材に伝達することになる。

かかる力の分散に際しては、接着剤の剛性（ヤング率と厚さ）とソケットの剛性のバランスにより、応力集中の程度が決定される。

接着剤の剛性は、鉄骨の剛性に比べて非常に小さく、応力集中の程度に与える影響が大きい。接着剤の剛性の内、その厚さは、最も現場施工によりばらつきが生じやすく、この厚さを管理することが、この継手の成立性を左右する。

前記特許文献１のような無収縮モルタルを打設し、２本の柱とリングパネルとを固着するものでは、力学的には、モルタルの剛性が比較的高い（鉄骨に対して一桁小さい）ため、柱とリングパネル（ソケット）の隙間のばらつきは、構造性能上大きな問題とならない。

これに対し、接着剤による接合では、接着剤と鋼材のヤング率が二桁異なるため、接着剤の物性が均一なら塗布厚さにより応力集中の度合いが大きく異なり、接着剤の応力が過剰になる場合や、ソケットの応力が過剰になる場合があるため、構造上の問題となる。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、鉄骨造におけるボルトや溶接による接合より工数を大幅に低減するもので、接着剤を用いた新たな接合方法を採用し、かつ、施工時に接着剤厚さを所定の値に管理することで、少ない部材点数で現場施工時における品質確保が達成され、十分な強度を確保しながら建築生産性の飛躍的な向上を実現することができる柱梁鉄骨接合構造を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、梁部材の接合部にソケットを形成し、柱部材に前記ソケットを挿入して接着剤により接合する柱梁鉄骨接合構造において、柱部材とソケットの隙間が設定値になるようにシムを設置したことを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、接着剤による接合は、面での接合が短期間で出来るため、接合作業の大幅な合理化に貢献することができる。

また、柱部材とソケットの間に一定の厚さを持ったシムを設置することで、施工時に接着剤厚さを所定の値に管理することができる。

請求項２記載の本発明は、シムの両面にグリースなどの剥離剤を塗布し、接着剤硬化後に取り外すことを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、シムの両側にグリースなどの剥離剤を塗布し、接着剤硬化後に取り外すことができるので、シムに鋼材など剛性がある材料を用いる場合、設置位置によっては応力の伝達に悪影響を及ぼす場合もあるため、接着剤硬化後にシムを取り外せることが有効となる。

請求項３記載の本発明は、シムを柱部材の角に当接するＬ型のプレートで構成したことを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、柱部材とソケットの間で柱部材の角は接着剤の引張応力が比較的小さくなるので、柱部材とソケットの間のシムを柱部材の角に当接するＬ型のプレートで構成し、この部分でシムによる接着面積減少の影響が出にくいものとすることができる。また、柱のＸ、Ｙ両方向の隙間を１面あたり２箇所で拘束するため、ねじれも生じにくい。

請求項４記載の本発明は、シムを梁部材のソケットの角を除く位置に当接する平型プレートで構成したことを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、柱部材とソケットの間のシムをソケットの角を除く位置に当接する平型プレートで構成したので、この部分は梁フランジからの力が比較的集中する部分であり、接着剤厚さによっては、ここの局所的な応力で耐力が決定される場合があるが、その応力を緩和できることで適用範囲を広げることができる。

請求項５記載の本発明は、梁付きソケットを受ける受け金具を柱部材に設置したことを要旨とするものである。

接着剤の接合では、長期に応力を受けると耐力低下するクリープ現象が生じる。また、耐火被覆を施すことで十分な耐火性能を確保することも可能であるが、それが困難な場合や万が一のフェールセーフが必要である。

請求項５記載の本発明によれば、受け金具は、これらを担保するための機能を発揮する。さらには取付け時の位置決めとして役立つ。

請求項６記載の本発明は、柱部材の外側、及び梁部材が接合されたソケットの内側にテーパを形成することを要旨とするものである。

請求項６記載の本発明によれば、挿入時の柱部材とソケット間の隙間を施工に支障がない程度確保することができ、揚重機による作業性を十分担保することができる。

請求項７記載の本発明は、梁成よりソケット接合面を高く設定したことを要旨とするものである。

請求項７記載の本発明によれば、ソケット高さを梁成より大きくすることで、接着面積を大きく確保し、鋼材の強度に対応した接着面積を確保でき、フランジからの力をスムースに柱に伝達することができる。

以上述べたように本発明の柱梁鉄骨接合構造は、鉄骨造におけるボルトや溶接による接合より工数を大幅に低減するもので、接着剤を用いた新たな接合方法を採用し、かつ、施工時に接着剤厚さを所定の値に管理することすることで、少ない部材点数で現場施工時における品質確保が達成され、十分な強度を確保しながら建築生産性の飛躍的な向上を実現することができるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の柱梁鉄骨接合構造の１実施形態を示す側面図、図２は同上平面図で、図中１は柱梁鉄骨接合部の柱部材、２は柱部材１の水平スチフナ、３、３′は梁部材を示す。

図７に示すように柱部材１は接合部にテーパ４を設ける。一例として柱部材１は柱□−６００×２５であり、接合部は鋳物で形成する。

一方、梁部材３及びブラケット７は接合部に前記テーパ４に対して逆テーパ５を設けたソケット６を形成した。

ソケット６は梁部材３及びブラケット７を突設してここに梁部材３，３′を接合するもので、一例として梁部材３は大梁：Ｈ８００×２００〜３５０×１３×２５（フランジ断面積８７．５ｃｍ^２）、梁部材３′はＨ４００×３００×１６×２２である。

梁部材３は梁成８００ｍｍ、ソケット６はソケット高さ１０００ｍｍ、テーパ角度１／１００で、梁部材３の梁成よりソケット６のソケット接合面を高く設定する。

図６に示すように、柱部材１に梁部材３のソケット６を受ける受け金具９を突設した。この受け金具９は梁位置決め、兼長期荷重受け、兼フェールセーフとなる。

本発明は柱部材１の接合部に前記梁部材３、３′の接合部のソケット６を挿入して接着剤８により接合するもので、接着剤８は、予め接着面に塗布しておき、柱と梁を所定の設置位置で合わせられるような接合手段が必要である。それには、接着剤としての適切な厚さ（１ｍｍ以下から〜数ｍｍ）の間隔を最終的に確保した上で、現場での施工の容易さも考慮する。

接着剤８は、３００ＭＰａ程度の鋼材の強度に対して、接着剤の現実的な強度３０ＭＰａ程度で対応するものが要求され、金属接着専用に開発された構造用接着剤で、一例として（住友スリーエム社の登録商標 ３ＭＴＭＳｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ ＥＰＸ）の二液室温硬化型接着剤が好適である。

図２、図３に示すように柱部材１は鋼管柱であり、本発明は鋼管柱とソケット６の間に一定の厚さを持ったシム（間隔調整用スペーサー）１０を設置することで、施工時に接着剤厚さを所定の値に管理する。

前記シム１０は図４に示すように、柱部材１の角に当接するＬ型のプレートで構成する。この場合は、鋼管柱とソケット６の間のシム（間隔調整用スペーサー）１０は鋼管柱の角に設置される。

もしくは、シム１０は図５に示すように、柱部材１とソケット６の間のシム１０を梁部材３のソケット６の角を除く位置、図示の場合は中央位置に当接する平型（Ｉ型）プレートで構成する。この場合は、鋼管柱とソケット６の間のシム（間隔調整用スペーサー）１０は梁の中央位置に設置される。

なお、シム１０を平型（Ｉ型）プレートで構成する場合、図２、図３に示すように、梁部材３のソケット６の角を除く位置であれば、必ずしも図５に示すようにソケット６の中央位置に限定されなくともよい。

また、図示は省略するが、シム１０の両面にグリースなどの剥離剤を塗布し、接着剤硬化後に取り外すことが望ましい。

本発明はこのように鋼管柱（柱部材１）とソケットの間に一定の厚さを持ったシムを設置することで、施工時に接着剤厚さを所定の値に管理することが可能となる。

本発明の効果を確認するため図１に示すような十字架構を対象に、接着剤厚さをパラメータとした応力解析を実施した。

接着剤厚さ０．９、１．８、１８ｍｍ，の３種類での、接着剤の最大引張応力とソケットの最大面外応力を下記表１に示す。

これより、接着剤厚さが薄い場合は、接着剤の最大引張応力が大きく、通常の接着剤では対応できないこと、接着剤が厚い場合は、接着剤の最大引張応力は小さく、通常の接着剤で対応できるが、ソケットの最大面外応力が大きくなることがわかる。

すなわち、接着時の厚さを規定する鋼管柱とソケットの間隔を設計通りに確保することが施工管理上の重要事項となる。

本発明の柱梁鉄骨接合構造の１実施形態を示す側面図である。 本発明の柱梁鉄骨接合構造の１実施形態を示す平面図である。 本発明の柱梁鉄骨接合構造の１実施形態を示す要部の側面図である。 本発明の柱梁鉄骨接合構造のシム設置例の第１例を示す平面図である。 本発明の柱梁鉄骨接合構造のシム設置例の第２例を示す平面図である。 受け金具を設ける上部柱と下部柱の接合の第１例を示す縦断側面図である。 本発明の柱梁鉄骨接合構造の１実施形態を示す要部の縦断側面図である。

１…柱部材 ２…水平スチフナ
３、３′…梁部材 ４…テーパ
５…逆テーパ ６…ソケット
７…ブラケット ８…接着剤
９…受け金具 １０…シム

Claims (7)

1. 梁部材の接合部にソケットを形成し、柱部材に前記ソケットを挿入して接着剤により接合する柱梁鉄骨接合構造において、柱部材とソケットの隙間が設定値になるようにシムを設置したことを特徴とする柱梁鉄骨接合構造。
2. シムの両面にグリースなどの剥離剤を塗布し、接着剤硬化後に取り外す請求項１記載の柱梁鉄骨接合構造。
3. シムを柱部材の角に当接するＬ型のプレートで構成した請求項１または請求項２記載の柱梁鉄骨接合構造。
4. シムを梁部材のソケットの角を除く位置に当接する平型プレートで構成した請求項１または請求項２記載の柱梁鉄骨接合構造。
5. 梁付きソケットを受ける受け金具を柱部材に設置した請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の柱梁鉄骨接合構造。
6. 柱部材の外側、及び梁部材が接合されたソケットの内側にテーパを形成する請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の柱梁鉄骨接合構造。
7. 梁成よりソケット接合面を高く設定した請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の柱梁鉄骨接合構造。

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