JP2017066657A - Ｃｆｔ柱梁接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 通しダイヤフラムを用いることなく梁からの応力を確実にＣＦＴ柱の充填コンクリートに伝達でき、コンクリートの調合強度を抑えることができるＣＦＴ柱梁接合構造を提供する。【解決手段】 鋼管２内にコンクリート３を充填したＣＦＴ柱１と梁５とを接合するＣＦＴ柱梁接合構造である。ＣＦＴ柱１の鋼管２の内面における梁５が接合される周方向および高さの位置に応力伝達部材４を接合する。この応力伝達部材４は、鋼管２の内面の周方向の幅が、下狭まり形状である。【選択図】 図１

Description

この発明は、鋼管内にコンクリートを充填したＣＦＴ柱と梁とを接合するＣＦＴ柱梁接合構造に関し、例えば物流倉庫や高層建築に適用される。

従来、鋼材の優れた引っ張り強度とコンクリートの優れた圧縮強度とを併せ持つ柱として、ＣＦＴ柱（Concrete Filled Steel Tube）が用いられている。ＣＦＴ柱の梁接合構造では、図５（Ａ），（Ｂ）に縦断面図および平面図で示すように、通しダイヤフラム２６が用いられている（例えば特許文献１）。これは、梁２５からの応力を確実にＣＦＴ柱２１の充填コンクリート２３に伝達するためである。通しダイヤフラム２６の中央には、コンクリート充填のための開口２６ａが設けられており、同図に矢印で示すように、鋼管２２の下方からコンクリート２３を充填する。下方から充填するのは、上方からの充填では充填の不十分な箇所が生じる恐れが生じるためである。

特開平１１−２１００７７号公報

上記のようにＣＦＴ柱２１のコンクリート２３は、鋼管２２内の下から上に上昇して充填されて行く。このとき、通しダイヤフラム２６が設けられていると、コンクリート２３の流れが通しダイヤフラム２６に妨げられ、鋼管２２内における通しダイヤフラム２６の直下部（図５（Ａ）に符号Ｂで示す）において、コンクリート２３の充填性が悪くなって空隙ができる恐れがあり、ブリージングが生じることもある。そのため、この部分における充填コンクリート２３の強度低下が懸念される。

この懸念を払拭するためには、コンクリート２３の調合強度を強化しなければならず、それだけコストが増大するという問題がある。すなわち、この場合、コンクリート２３の調合強度ｍＦは、コンクリート２３の設計基準強度Ｆc に強度補正値Ｓc を加えた値、つまり
ｍＦ＝Ｆc ＋Ｓc
としなければならない。
強度補正値Ｓc は、通しダイヤフラム２６の直下部における充填コンクリート２３の強度低下を加味した割増し分Ｓd に、構造体コンクリート強度補正値ｍＳn を加算した値であり、コンクリート２３の調合強度ｍＦは、
ｍＦ＝Ｆc ＋Ｓc ＝Ｆc ＋Ｓd ＋ｍＳn
となる。なお、上記強度補正値Ｓc は、実験もしくは信頼できるデータがない場合、１０〜１５Ｎ／ｍｍ² としなければならない。

また、通しダイヤフラム２６を用いた上記構成の従来例では、ＣＦＴ柱２１の通しダイヤフラム２６が介在する部分で鋼管２２を分断し、通しダイヤフラム２６を配置した後に、分断した鋼管２２を溶接により接合し直さなければならない。この点でもコスト増となる。

この発明の目的は、通しダイヤフラムを用いることなく、梁からの応力を確実にＣＦＴ柱の充填コンクリートに伝達でき、かつコンクリートの調合強度を抑えることができるＣＦＴ柱梁接合構造を提供することである。

この発明のＣＦＴ柱梁接合構造は、鋼管内にコンクリートを充填したＣＦＴ柱と梁とを接合するＣＦＴ柱梁接合構造であって、前記ＣＦＴ柱の前記鋼管の内面における前記梁が接合される周方向および高さの位置に応力伝達部材が接合され、この応力伝達部材は、前記鋼管の内面の周方向の幅が、下狭まり形状である。

この構成によると、ＣＦＴ柱の鋼管の内面における梁が接合される周方向および高さの位置に、充填コンクリートに埋め込まれた応力伝達部材が接合されているので、梁からの応力、例えば上下方向のせん断応力や曲げ応力は、前記応力伝達部材を介してＣＦＴ柱の充填コンクリートに伝達される。そのため、通しダイヤフラムを用いることなく、梁からの応力を確実にＣＦＴ柱の充填コンクリートに伝達できる。
応力伝達部材は、鋼管の内面に突出するが、周方向の幅が下方に行くほど狭くなる下狭まり形状であるため、ＣＦＴ柱の構築時におけるコンクリート充填時に、鋼管内を下方から這い上がって来るコンクリートの流れを阻害せず、応力伝達部材の下方でコンクリートのブリージング等による充填不良部が生じることが回避される。
したがって、コンクリートの調合強度を抑えることができ、コストを低減できる。すなわち、通しダイヤフラムを用いることなく梁からの応力を確実にＣＦＴ柱の充填コンクリートに伝達でき、コンクリートの調合強度も強化しなくて済む。
なお、前記応力伝達部材の大きさや個数は、梁からの応力が確実にＣＦＴ柱の充填コンクリートに伝達され、かつブリージング等による充填不足が生じない程度の応力伝達が可能となる大きさ，個数であれば良い。

前記応力伝達部材は、下向きの三角形状であっても良い。
応力伝達部材の応力の伝達性は、応力伝達部材の下面の面積によって定まる。上下幅は応力伝達性に影響しない。したがって、下向きの三角形状であることが、応力伝達部材の応力伝達性を確保しながら、コンクリートの流れの阻害を回避でき、かつ簡素な形状で、材料の無駄が生じないことで好ましい。

この発明において、前記ＣＦＴ柱の前記鋼管の外周に、前記梁と接合される外ダイヤフラムを有する構成としても良い。
外ダイヤフラムを設けた場合、ＣＦＴ柱の面外剛性が確保され、曲げに対する耐力も向上する。外ダイヤフラムの場合、通しダイヤフラムと異なり、コンクリートの充填の妨げとならない。

この発明において、前記ＣＦＴ柱の前記鋼管が角形鋼管であり、前記梁がＨ形鋼であって上下にフランジが位置する姿勢であり、前記梁の梁成の高さ範囲に前記応力伝達部材が配置された構成であっても良い。
前記応力伝達部材による梁の応力の伝達は、梁成の高さ範囲に前記応力伝達部材が位置する場合に良好に得られ、梁成の高さ範囲から外れた位置であると、伝達の効果が低下する。

この発明において、前記応力伝達部材が、互いに間隔を開けて複数配置されていても良い。
前記応力伝達部材は、１本の梁の接続箇所につき１個ずつであっても良いが、複数個が互いに間隔を開けて配置されていると、コンクリートの充填時に隣合う応力伝達部材の間からコンクリートが流れることができ、コンクリートの充填性の低下をより招き難い。

この発明のＣＦＴ柱梁接合構造は、鋼管内にコンクリートを充填したＣＦＴ柱と梁とを接合するＣＦＴ柱梁接合構造であって、前記ＣＦＴ柱の前記鋼管の内面における前記梁が接合される周方向および高さの位置に応力伝達部材が接合され、この応力伝達部材は、前記鋼管の内面の周方向の幅が下狭まり形状であるため、通しダイヤフラムを用いることなく梁からの応力を確実にＣＦＴ柱の充填コンクリートに伝達でき、かつコンクリートの調合強度を抑えることができて、コストを低減できる。

（Ａ）はこの発明の一実施形態にかかるＣＦＴ柱梁接合構造の縦断面図、（Ｂ）はその平面図である。 この発明の他の実施形態にかかるＣＦＴ柱梁接合構造の縦断面図である。 （Ａ）はこの発明のさらに他の実施形態にかかるＣＦＴ柱梁接合構造の縦断面図、（Ｂ）はその平面図である。 前記各実施形態に用いられる応力伝達部材の他の例を示す正面図である。 （Ａ）は従来例の縦断面図、（Ｂ）はその平面図である。

この発明の一実施形態を図１と共に説明する。このＣＦＴ柱梁接合構造は、鋼管２内にコンクリート３を充填したＣＦＴ柱１と梁５とを接合する柱梁接合構造であって、梁５からの応力をＣＦＴ柱１の充填コンクリート３に伝達する応力伝達部材４が、ＣＦＴ柱１の鋼管２の内面における梁５が接合される周方向および高さの位置に接合されている。
この応力伝達部材４は、鋼管２の内面の周方向の幅が下狭まりとなる形状であり、ここでは下向きの三角形状とした鋼板が用いられる。応力伝達部材４の鋼管２への接合は、溶接とされる。この場合に、溶接箇所は、下向きの三角形状の応力伝達部材４における下向きとなった２辺とし、上辺は未溶接としても良い。前記応力伝達部材４の下辺は、この実施形態では直線状とされているが、曲線状であっても良い。

前記鋼管２として、この例では角形鋼管が用いられる。前記梁５は、Ｈ形鋼からなり、そのフランジ５ａが上下に位置する姿勢に配置される。前記応力伝達部材４は、角形鋼管である鋼管２の４つの各内面ごとに、梁５の梁成のほぼ高さ範囲内に溶接により接合されてそれぞれ複数枚ずつ配置される。この場合、鋼管２の４つの各内面には、複数枚、具体的には３枚の応力伝達部材４を互いに間隔を開けて横並びさせた横並び段を、上下に複数段、具体的には５段に分けて配置することで、合計１５枚の応力伝達部材４が、それぞれ互いに間隔を開けて配置されている。応力伝達部材４の横並びの間隔は互いに同一とされ、上下の間隔も互いに同一とされる。また、この例では、鋼管２の１つの内面に配置される応力伝達部材４の配置群と、これと隣合う内面に配置される応力伝達部材４の配置群との間では、横並び段の位置が例えば応力伝達部材４の上下幅寸法分だけ互いに上下に位置ずれするように配置されている。効果２における応力伝達部材４を接合する面は、ＣＦＴ柱１に梁５が接合される面だけとしても良く、また梁５が接合されない面にも接合しても良い。

また、この実施形態では、ＣＦＴ柱１における前記鋼管２の外周に、梁５との上下のフランジ５ａ，５ａの高さ位置で、外ダイヤフラム６が溶接により接合されている。外ダイヤフラム６は、例えば２分割され、鋼管２を挟むように互いに組んで溶接される。外ダイヤフラム６には、Ｈ形鋼からなる梁５の上下のフランジ５ａが溶接により接合される。

上記構成のＣＦＴ柱梁接合構造によると、ＣＦＴ柱１の鋼管２の内面における梁５が接合される周方向および高さの位置に応力伝達部材４が接合されているので、通しダイヤフラムを用いることなく、梁５からの上下方向のせん断応力や曲げ応力を、確実にＣＦＴ柱１の充填コンクリート３に伝達することができる。なお、建物に地震等で層間変位が生じた場合、梁５には引っ張りまたは圧縮力が作用して梁５のＣＦＴ柱１の接合部には上下方向のせん断力が生じる。このせん断力をＣＦＴ柱１を確実に伝えるようにすることで、建物の強度が確保される。そのため、梁５とＣＦＴ柱１との接合部では、せん断力の伝達が重要となる。

ＣＦＴ柱１のコンクリート３は、構築時に、図１（Ａ）に矢印Ｃで示すように鋼管２内の下方から上方に向けて充填されるが、前記応力伝達部材４は、鋼管２の内面の周方向に間隔を開けて配置され、かつ鋼管２の内面の周方向の幅が下狭まり形状であるため、鋼管２内へのコンクリート３の充填を妨げることがなく、充填コンクリ−ト３の強度低下を招くことがない。したがって、コンクリート３の調合強度を抑えることができ、コストを低減できる。
前記応力伝達部材４の応力の伝達力は、各応力伝達部材４の下面の面積の和によって定まる。応力伝達部材４の上下幅は応力伝達性に影響しない。したがって、この実施形態のように、応力伝達部材４を下向きの三角形状としたことが、応力伝達部材４の応力伝達性を確保しながら、コンクリートの流れの阻害を回避でき、かつ簡素な形状で、材料の無駄が生じないことで好ましい。

また、上記のように、鋼管２の各内面に複数枚の応力伝達部材４を均等に配置することで、梁５からの応力をＣＦＴ柱１の充填コンクリート３により確実に伝達することができる。ただし、応力伝達部材４の数が多くなり過ぎると、鋼管２内に下から充填されるコンクリート３の流れをそれだけ妨げることになるので、コンクリート３の流れ易さなどの質に応じて応力伝達部材４の配置数を決めるのが望ましい。
また、応力伝達部材４の形状を下向きの三角形状とする場合、下向きの角部の角度を小さくするほど、鋼管２内に充填されるときのコンクリート３の流れは良くなるが、応力伝達部材４の上下寸法はそれだけ長くなり、鋼管２の各内面に配置できる応力伝達部材４の数は制限されてしまう。したがって、応力伝達部材４の形状も、その所要枚数やコンクリート３の質に応じて決めるのが望ましい。

また、この実施形態では、ＣＦＴ柱１の鋼管２の外周に、梁５と接合される外ダイヤフラム６を有しているので、ＣＦＴ柱１の面外剛性が確保され、曲げに対する耐力も向上する。
鋼管２の内面に配置される応力伝達部材４は、梁５の梁成の高さ範囲に配置されているので、梁５からの応力をＣＦＴ柱１の充填コンクリート３に、より一層確実に伝達することができる。

図２は、この発明の他の実施形態の縦断面図を示す。この実施形態は、図１の実施形態のＣＦＴ柱梁接合構造において、応力伝達部材４を配置を変えたものである。この実施形態では、複数枚の応力伝達部材４は、ＣＦＴ柱１の鋼管２の各内面に千鳥状に配置している。具体的には、最上段の横並び応力伝達部材４は互いに間隔を開けて３枚配置し、次段の横並び応力伝達部材４は最上段の横並び応力伝達部材４が隣合う中間の位置になるように２枚配置し、以後の各段ではこれらの配置を交互に繰り返すようにしている。
複数枚の応力伝達部材４をこのように配置した場合、応力伝達部材４の配置間隔が広がるため、コンクリートの充填性を低下させることなく、応力伝達部材４の個数を増やして複数の応力伝達部材４の下面の面積の和を大きくでき、応力伝達性をより一層高めることができる。その他の構成および作用効果は先の実施形態の場合と同様である。

図３（Ａ），（Ｂ）は、この発明のさらに他の実施形態の縦断面図および平面図を示す。この実施形態は、図１の実施形態のＣＦＴ柱梁接合構造において、ＣＦＴ柱１の鋼管２である角形鋼管の４つの内面に、その内面の幅寸法内に納まる大きさで下向きの三角形状とした１枚の応力伝達部材４をそれぞれ接合したものである。鋼管２の内面における応力伝達部材４の高さ位置が梁５が接合される高さ位置であることは、先の実施形態の場合と同様であり、その他の構成および作用効果も先の実施形態の場合と同様である。

なお、上記各実施形態では、応力伝達部材４として、下向きの三角形状のものを用いたが、これに限らず、例えば図４に示すように上半部が矩形で下半部が鋭角を成す五角形状のものを用いても良い。

また、上記各実施形態では、ＣＦＴ柱１の鋼管２として一体に成形された角形鋼管を用い、その内面に応力伝達部材４を接合した場合を示したが、これに限らず、図示は省略するが、４枚の帯状鋼板を組み合わせて角形の鋼管としたものであっても良い。鋼管２が一体に成形された角形鋼管である場合、応力伝達部材４を内面に溶接する作業のために、鋼管２を梁５の接合位置に近い高さ域で切断し、応力伝達部材４の溶接後に、その切断された鋼管切断体を相互に溶接する必要がある。
しかし、前記組み合わせ形式の鋼管２であると、上記のように梁５の高さ位置付近で切断する必要がない。すなわち、４枚の各帯状鋼板の片面に応力伝達部材４を接合した後で、これら４枚の帯状鋼板をそれらの応力伝達部材４を有する面が内面となるように水平断面方形状に配置する。これら帯状鋼板の側縁同士を互いに溶接することで、内面に応力伝達部材４が溶接された角形の鋼管を形成することができる。

なお、図示は省略するが、鋼管２の梁５との接続高さ位置の部分を、加熱や圧縮等で増肉した鋼管を用いても良い。その場合、外ダイヤフラム６を用いることなく、ＣＦＴ柱１の面外剛性を高めることができる。

以上、実施例に基づいて本発明を実施するための形態を説明したが、ここで開示した実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…ＣＦＴ柱
２…鋼管
３…コンクリート
４…応力伝達部材
５…梁
６…外ダイヤフラム

Claims (5)

1. 鋼管内にコンクリートを充填したＣＦＴ柱と梁とを接合するＣＦＴ柱梁接合構造であって、
   前記ＣＦＴ柱の前記鋼管の内面における前記梁が接合される周方向および高さの位置に応力伝達部材が接合され、この応力伝達部材は、前記鋼管の内面の周方向の幅が、下狭まり形状であるＣＦＴ柱梁接合構造。
2. 請求項１に記載のＣＦＴ柱梁接合構造において、前記応力伝達部材が、下向きの三角形状であるＣＦＴ柱梁接合構造。
3. 請求項１または請求項２に記載のＣＦＴ柱梁接合構造において、前記ＣＦＴ柱の前記鋼管の外周に、前記梁と接合される外ダイヤフラムを有するＣＦＴ柱梁接合構造。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のＣＦＴ柱梁接合構造において、
   前記ＣＦＴ柱の前記鋼管が角形鋼管であり、前記梁がＨ形鋼であって上下にフランジが位置する姿勢であり、前記梁の梁成の高さ範囲に前記応力伝達部材が配置されたＣＦＴ柱梁接合構造。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のＣＦＴ柱梁接合構造において、
   前記応力伝達部材が、互いに間隔を開けて複数配置されたＣＦＴ柱梁接合構造。

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