JP2017155464A - 柱梁接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨梁が負担する力を鉄筋コンクリート造の柱に伝達させて、鉄骨梁と柱との接合構造の性能・強度の向上を図る。【解決手段】柱梁接合構造は、鉄筋コンクリート造の柱１０と、フランジ２２を有し、端面が柱１０の側面１３に突き当てられた鉄骨梁２０と、フランジ２２に面接触して接合された当て板４１と、軸線方向が当て板と平行となるように当て板４１と一体化された筒状のカプラー４２と、を有した連結具４０と、柱１０のコンクリート１１に一部埋設され、柱１０の側面１３から一部突出した鉄筋４５と、を備え、鉄筋４５がカプラー４２に挿入された状態でカプラー４２に固定されている。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨梁との接合構造に関する。

特許文献１には、鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨梁との接合構造に関する技術が開示されている。以下に、特許文献１で用いられた符号を括弧書きで表記し、特許文献１に記載の技術について説明する。特許文献１の記載によると、エンドプレート（１６）が鉄骨梁（１０）の端面に固着されており、２本の鉄骨梁（１０）のエンドプレート（１６）が柱（１２）を挟み込んで、複数の鉄筋（２０）が一方のエンドプレート（１６）、柱（１２）及び他方のエンドプレート（１６）を貫通し、鉄筋（２０）の両端部にはナット（Ｎ）が締結されている。これらナット（Ｎ）によりエンドプレート（１６）が柱（１２）に締め付けられているので、鉄骨梁（１０）が柱（１２）の接合されている。また、鉄筋（２０）は、柱（１２）に形成された貫通孔に通されただけであり、柱（１２）のコンクリートに付着していない。

特開２０１４−１５２５９０号公報

ところが、特許文献１に記載の技術では、エンドプレート（１６）が柱（１２）に対して平行であり、鉄骨梁（１０）に対して垂直であるため、鉄骨梁（１０）の曲げモーメントによる引張力又は圧縮力がエンドプレート（１６）に作用すると、その引張力又は圧縮力はエンドプレート（１６）の曲げとして働く。エンドプレート（１６）は板材であるがために、曲げ剛性が低くて曲げ変形しやすい。そのため、鉄骨梁（１０）の曲げモーメントに対して、鉄骨梁（１０）の引張力又は圧縮力が柱（１２）あるいは鉄筋（２０）に適切に伝達せず、鉄骨梁（１０）と柱（１２）との接合構造における回転量が大きくなる虞があり、その接合構造の性能・強度が低いものとなってしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、鉄骨梁が負担する力を鉄筋コンクリート造の柱に伝達させて、鉄骨梁と柱との接合構造の性能・強度の向上を図ることである。

以上の課題を解決するための本発明の柱梁接合構造は、鉄筋コンクリート造の柱と、水平板部を有し、端面が前記柱の側面に突き当てられた鉄骨梁と、前記水平板部に対して平行な状態で前記水平板部に接合された当て板と、軸線方向が前記当て板と平行となるように且つ梁長手方向になるように前記当て板と一体化された筒状のカプラーと、を有した連結具と、前記柱に一部埋設され、前記柱の側面から梁長手方向に一部突出した鉄筋と、を備え、前記鉄筋が前記カプラーに挿入された状態で前記カプラーに固定されている。

以上の発明によれば、当て板が鉄骨梁の水平板部に対して平行な状態で水平板部に接合されており、カプラーの軸線方向が当て板と水平であり、柱のコンクリートに一部埋設された鉄筋がカプラーに挿入されてカプラーに固定されているので、鉄骨梁の曲げモーメントによる水平板部の引張力又は圧縮力が当て板及びカプラーを介して鉄筋に伝達し、その鉄筋の力は柱に伝達する。それゆえ、鉄骨梁が柱に安定して支持され、鉄骨梁と柱との接合構造の性能・強度が高い。特に、鉄骨梁の曲げモーメントによって当て板には梁長手方向の応力が作用するが、鉄骨梁と柱の接合構造の性能・強度は当て板の梁長手方向の剛性に依存してその当て板の梁長手方向の剛性が高いので、鉄骨梁と柱との接合構造の性能・強度が高い。
また、鉄骨梁の端面が柱の側面に突き当てられた状態であるため、鉄骨梁が柱の配筋に影響を及ばさない。

好ましくは、前記連結具及び前記鉄骨梁が前記柱の両側にあり、前記鉄筋が前記柱を貫通するとともに前記柱の両側面から梁長手方向に突出している。

以上の構成によれば、一方の鉄骨梁の曲げモーメントによる水平板部の引張力又は圧縮力が鉄筋に伝達し、鉄筋に伝達した力は柱のコンクリートとの付着によりあるいは反対側の当て板及び鉄骨梁の抵抗により柱に伝達する。よって、柱の両側の鉄骨梁が柱に安定して支持され、鉄骨梁と柱との接合構造の性能・強度が高い。

本発明によれば、鉄骨梁の曲げモーメントによる水平板部の引張力又は圧縮力が鉄筋コンクリート造の柱に伝達するので、鉄骨梁と柱との接合構造の性能・強度が向上する。

図１は、柱梁接合構造の正面図である。 図２は、柱梁接合構造の側面図である。 図３は、図２に示すIII−IIIに沿った面の断面図である。 図４は、鉄筋の軸線を通る鉛直面に沿った鉄筋端部の断面図である。 図５は、変形例に係る柱梁接合構造の正面図である。 図６は、変形例に係る柱梁接合構造の正面図である。 図７は、変形例に係る柱梁接合構造の正面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

１． 柱、梁及びそれらの接合構造
図１は柱梁接合構造の正面図であり、図２は柱梁接合構造の側面図である。図１及び図２に示すように、柱１０の互いに対向する側面１３に２本の鉄骨梁２０がそれぞれ接合されることにより、柱梁接合構造が構築されている。

柱１０は、その水平断面が矩形状を呈した鉄筋コンクリート造の柱であり、コンクリート１１と鉄筋が一体化されることにより構築されたものである。つまり、複数本の主筋１２が上下方向に延び、複数のせん断補強筋（帯筋）がこれら主筋１２を囲むと共に上下方向に所定間隔で配列され、これら主筋１２及びせん断補強筋がコンクリート１１に埋設されている。せん断補強筋以外の補強筋がコンクリート１１に埋設されてもよい。なお、柱１０のうち仕口部は現場打ち鉄筋コンクリート造であってもよいし、プレキャスト鉄筋コンクリート造であってもよい。

鉄骨梁２０は、梁長手方向に帯板状に延びた鉛直なウエブ（鉛直板部）２１と、梁長手方向に帯板状に延びた上下一対の水平なフランジ（水平板部）２２，２３とを有した所謂Ｈ形鋼である。ウエブ２１とフランジ２２，２３は一体成形された状態にあり、フランジ２２，２３はそれぞれウエブ２１の上端・下端から梁幅方向に延出している。

鉄骨梁２０は、その端面が柱１０の側面１３に突き当てられた状態で連結具４０，５０，６０，７０、鉄筋４５，５５，６５，７５及びガセットプレート８０によって柱１０に接合されている。以下、連結具４０，５０，６０，７０、鉄筋４５，５５，６５，７５及びガセットプレート８０について詳細に説明する。

２． 鉄筋
鉄筋４５，５５，６５，７５は、鉄骨梁２０の長手方向に対して平行となるように延在している。鉄筋４５，５５，６５，７５は、その中央部が柱１０のコンクリート１１に水平に埋設されていて、その両端部が柱１０のコンクリート１１の側面１３から水平に突出している。そして、これら鉄筋４５，５５，６５，７５が上下に並列されている。

鉄筋４５は、一方の鉄骨梁２０のフランジ２２の上側から柱１０のコンクリート１１を貫通して、他方の鉄骨梁２０のフランジ２２の上側にまで跨ぐように延設されている。鉄筋５５は、一方の鉄骨梁２０のフランジ２２の下側から柱１０のコンクリート１１を貫通して、他方の鉄骨梁２０のフランジ２２の下側にまで跨ぐように延設されている。鉄筋６５は、鉄骨梁２０のフランジ２３の下側から柱１０のコンクリート１１を貫通して、他方の鉄骨梁２０のフランジ２３の下側にまで跨ぐように延設されている。鉄筋７５は、一方の鉄骨梁２０のフランジ２３の上側から柱１０のコンクリート１１を貫通して、他方の鉄骨梁２０のフランジ２３の上側にまで跨ぐように延設されている。なお、鉄筋４５，５５，６５，７５は異形鉄筋であるが、特に高強度鉄筋又は超高強度鉄筋であることが好ましい。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、柱１０のコンクリート１１と鉄筋４５との固着状態の形態例を示した鉛直断面図である。図３（ａ）に示すように、柱１０のコンクリート１１が鉄筋４５に直接付着することにより鉄筋４５がコンクリート１１に固着されているか、又は、図３（ｂ）に示すように、鉄筋４５が管材（例えば、シース管、スリーブ管）４６及びクラウド４６ａを介してコンクリート１１に固着されている。図３（ｂ）に示すような場合、管材４６がコンクリート１１の側面１３から反対側の側面１３にかけてコンクリート１１に埋設されており、そのコンクリート１１が管材４６の外周面に付着し、管材４６の内側のクラウド４６ａが管材４６及び鉄筋４５に付着している。管材４６を用いると、管材４６が鉄筋４５よりも大径であって且つ表面積が大きいので、コンクリート１１と管材４６の付着力が高く、鉄筋４５とコンクリート１１の固着力の向上を図れる。なお、管材４６とコンクリート１１の付着性を向上すべく、管材４６は蛇腹状としている。

鉄筋５５，６５，７５についても鉄筋４５と同様に柱１０のコンクリート１１に固着されている。

なお、鉄筋４５，５５，６５，７５は、柱１０のコンクリート１１のうち仕口部が打設される前に配筋されてもよいし、その仕口部の打設・硬化後に仕口部に貫通孔を削孔してその貫通孔に挿入されたものでもよい。

３． 連結具
図１又は図２に示すように、連結具４０，５０，６０，７０は、鋼製の当て板４１，５１，６１，７１と、当て板４１，５１，６１，７２と一体化された状態の筒状の鋼製のカプラー４２，５２，６２，７２とを有する。カプラー４２，５２，６２，７２は、その軸線方向が当て板４１，５１，６１，７１と平行となるように当て板４１，５１，６１，７１の一方の面に設けられている。カプラー４２，５２，６２，７２は、当て板４１，５１，６１，７１に溶接された状態にあるか、当て板４１，５１，６１，７１と一体成形された状態にある。

連結具４０の当て板４１は、上側のフランジ２２に対して平行な状態且つそのフランジ２２の上面に面接触した状態でフランジ２２に接合されており、連結具５０の当て板５１は、上側のフランジ２２に対して平行な状態且つそのフランジ２２の下面に面接触した状態でフランジ２２に接合されている。すなわち、当て板４１，５１は、これらの間にフランジ２２を挟み込んだ状態で、高張力ボルト４４により締結された状態にある。連結具４０，５０の当て板４１，５１がフランジ２２に接合されるのと同様にして、連結具６０の当て板６１と連結具７０の当て板７１がそれぞれ下側のフランジ２３の下面と上面に高張力ボルト６４により締結されている。

なお、当て板４１，５１が溶接によりフランジ２２に接合されてもよい。当て板６１，７１とフランジ２３についても同様である。

鉄筋４５のうち柱１０のコンクリート１１の側面１３から突出した部位は、図４（ａ）、図４（ｂ）又は図４（ｃ）に示すように、カプラー４２に挿入された状態でカプラー４２に固定されている。ここで、図４（ａ）〜（ｃ）は鉄筋４５とカプラー４２の固定状態の例を示した鉛直断面図であり、図４（ａ）〜（ｃ）を参照して鉄筋４５とカプラー４２の固定について詳細に説明する。

図４（ａ）に示すように、鉄筋４５はその外周面に雄螺子４５ａの節が形成された螺子節鉄筋であり、カプラー４２はその内周面に雌螺子４２ａが形成されたものである。そして、鉄筋４５がカプラー４２にねじ込まれることによって鉄筋４５がカプラー４２に固定されている。なお、カプラー４２と鉄筋４５との間に微小なすき間が形成されている場合には、そのすき間にクラウドが充填されていてもよい。

図４（ｂ）に示すように、鉄筋４５はその外周面に雄螺子４５ａの節が形成された螺子節鉄筋であり、カプラー４２はスリーブ管である。そして、所謂定着プレートあるいは定着ナットと呼ばれる締結具４７によって鉄筋４５がカプラー４２に固定されている。締結具４７は、鉄筋４５に螺合して、カプラー４２の端面に圧接して係止している。なお、カプラー４２の内周面と鉄筋４５の外周面との間にクラウドが充填されていてもよい。

図４（ｃ）に示すように、カプラー４２がスリーブ管であり、鉄筋４５がカプラー４２に挿入されている。カプラー４２の内周面と鉄筋４５の外周面との間にクラウド４８が充填されることによって、鉄筋４５がカプラー４２に固定されている。

鉄筋４５がカプラー４２に固定されるのと同様にして、鉄筋５５，６５，７５がカプラー５２，６２，７２にそれぞれ固定されている。

４． ガセットプレート
柱１０の側面１３には一対のガセットプレート８０が固定されており、鉄骨梁２０のウエブ２１がこれらガセットプレート８０に挟まれた状態で高張力ボルト８１によってガセットプレート８０に締結されている。ガセットプレート８０の一部が柱１０のコンクリート１１に埋設されているか、ガセットプレート８０に取り付けられたアンカーボルト又はインサート部材等の固定具がコンクリート１１に定着されることによって、ガセットプレート８０が柱１０の側面１３に固定されている。
なお、ウエブ２１が一対のガセットプレート８０に挟まれるように締結されているのではなく、単一のガセットプレート８０に締結されていてもよい。

５． 効果
以上の実施の形態によれば、次のような効果が得られる。
（１） 柱１０を貫通して柱１０に定着された鉄筋４５，５５，６５，７６の端部が連結具４０，５０，６０，７０のカプラー４２，５２，６２，７２に固定され、連結具４０，５０，６０，７０の水平な当て板４１，５１，６１，７１が鉄骨梁２０の水平なフランジ２２，２３に接合されているので、鉄骨梁２０が負担している力が柱１０に確実に伝達する。例えば、鉄骨梁２０の曲げモーメントによるフランジ２２，２３の圧縮力又は引張力は当て板４１，５１，６１，７１及びカプラー４２，５２，６２，７２を介して鉄筋４５，５５，６５，７５に伝達し、鉄筋４５，５５，６５，７５に伝達した力は鉄筋４５，５５，６５，７５とコンクリート１１の付着・定着により、また反対側の当て板４１，５１，６１，７１及び鉄骨梁２０の抵抗により柱１０に伝達する。それゆえ、鉄骨梁２０が柱１０に安定して支持され、鉄骨梁２０と柱１０との接合構造の性能・強度が高い。

（２） 鉄骨梁２０の曲げモーメントによるフランジ２２，２３の圧縮力又は引張力は当て板４１，５１，６１，７１に伝達するので、当て板４１，５１，６１，７１には梁長手方向の応力が作用する。そのため、鉄骨梁２０と柱１０の接合構造の性能・強度は、当て板４１，５１，６１，７１の梁長手方向の剛性・強度に依存する。当て板４１，５１，６１，７１の梁長手方向の剛性・強度が高いので、鉄骨梁２０と柱１０との接合構造の性能・強度が高い。それに対して、特許文献１に記載の技術では、鉄骨梁（１０）の曲げモーメントによるフランジ（１００４）の圧縮力又は引張力がエンドプレート（１６）に伝達すると、エンドプレート（１６）には面外の曲げモーメントが作用するが、エンドプレート（１６）と当て板４１，５１，６１，７１の材質・サイズ・形状が同じであれば、エンドプレート（１６）の曲げ剛性は当て板４１，５１，６１，７１の梁長手方向の剛性よりも低い。よって、特許文献１に記載の鉄骨梁（１０）と柱（１２）との接合構造の性能・強度は鉄骨梁２０と柱１０の接合構造よりも低い。

（３） 当て板４１，５１，６１．７１がフランジ２２，２３に対して上下に重なっているので、鉄骨梁２０のスパン長の精度が高くなくても、鉄骨梁２０が負担する力が柱１０に適切に伝達するような接合構造を構築することができる。それに対して、特許文献１に記載の技術では、エンドプレート（１６）が鉄骨梁（１０）の端面に固着されているから、鉄骨梁（１０）のスパン長の精度が高くないと、エンドプレート（１６）が柱（１２）の側面に面接触せず、鉄骨梁（１０）が負担する力が柱（１２）に適切に伝達しない。

（４） 当て板４１，５１がフランジ２２を挟み込んだ状態でフランジ２２に固定されているので、フランジ２２の引張力又は圧縮力が鉄筋４５．５５に、強いては柱１０に伝達しやすい。

（５） 鉄骨梁２０の端面が柱１０の側面１３に突き当てられた状態であるため、鉄骨梁２０が柱１０の配筋に影響を及ばさない。例えば、鉄骨梁２０に邪魔されずに多くの主筋１２を配筋することができ、柱１０を太くせずとも柱１０の耐力を高くすることができる。

（６） 柱１０と鉄骨梁２０の接合構造の構築に際して、柱１０の両側の鉄骨梁２０同士を溶接する必要がない。よって、柱１０と鉄骨梁２０の接合構造の構築に要するコスト・時間の低減を図れる。

（７） 鉄骨梁２０の端部が柱１０内部に埋め込まれた構成ではないので、仕口部のコンクリート１１の打設前でも、打設・硬化の後でも、鉄骨梁２０と柱１０の接合構造を構築することができる。同様に、柱１０の仕口部をプレキャスト鉄筋コンクリート造部材としても、鉄骨梁２０と柱１０の接合構造を構築することができる。

６． 変形例
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。以上の実施形態からの変更点について以下に説明する。以下に説明する変更点は、可能な限り組み合わせて適用してもよい。

（１） 図５に示すように、コンクリート９５が柱１０の仕口部の側面１３から梁長手方向に突出するように打設されて、柱１０のコンクリート１１と一体化された状態にある。この場合、鉄骨梁２０の端部、連結具４０，５０，６０，７０、ガセットプレート８０及び高張力ボルト４４，６４，８２はコンクリート９５に埋設された状態にある。柱１０と梁の交差部がコンクリート９５によって拘束されて、柱梁接合構造の耐力が向上する。

（２） 図６に示すように、柱１０が構造物（例えば建物）の外壁側等に立設されている場合、柱１０の片側の側面１３には鉄骨梁２０が接合されているが、反対側の側面１３には鉄骨梁２０の代わりにＨ形鋼９０が接合されている。このＨ形鋼９０は、鉄骨梁２０のスパンよりも非常に短い片持ち梁（第二鉄骨梁）として機能したものである。Ｈ形鋼９０と柱１０の接合構造は柱１０の鉄骨梁２０の接合構造と同様に設けられている。つまり、連結具４０，５０の当て板４１，５１がＨ形鋼９０の上側フランジ９２に面接触した状態で高張力ボルト４４によって接合されており、連結具６０，７０の当て板６１，７１がＨ形鋼９０の下側フランジ９３に面接触した状態で高張力ボルト６４によって接合され、一対のガセットプレート８０がＨ形鋼９０のウエブ９１を挟み込んだ状態で高張力ボルト８１によってウエブ９１に接合されている。

（３） 図７に示すように、柱１０が構造物（例えば建物）の外壁側等に立設されている場合、柱１０の片側の側面１３には鉄骨梁２０が接合されているが、反対側の側面１３には鉄骨梁が接合されていない。ここて、鉄筋４５，５５，６５，７５の一端部は上述のように片側の側面１３から突出してカプラー４２、５２，６２，７２に固定されているが、他端部は反対側の側面１３から突出せずにコンクリート１１に埋設されている。ここで、鉄筋４５，５５，６５，７５の端部に定着プレート４９，５９，６９，７９が固定され、その定着プレート４９，５９，６９，７９がコンクリート１１に埋設されている。これにより、鉄筋４５，５５，６５，７５がコンクリート１１に定着されて、コンクリート１１からの鉄筋４５，５５，６５，７５の抜けが防止される。

（４） 上記実施形態では、当て板４１と当て板５１がフランジ２２を挟み込んだ状態で高張力ボルト４４によってフランジ２２に接合されていた。それに対して、連結具５０及び鉄筋５５を省略し、当て板５１無しに当て板４１が高張力ボルト４４によってフランジ２２の上面に接合されていてもよい。同様に、連結具７０及び鉄筋７５を省略し、当て板７１無しに当て板６１が高張力ボルト６４によってフランジ２３の下面に接合されていてもよい。

（５） 鉄骨梁２０はＨ形鋼であったが、梁長手方向に帯状に延びた水平な板部を有する形鋼（例えば山形鋼、溝形鋼、リップ溝形鋼、Ｚ形鋼、Ｔ形鋼、角形鋼管）であってもよい。

１０…柱， １１…コンクリート， １３…柱の側面， ２０…鉄骨梁， ２１…フランジ， ２２，２３…フランジ（水平板部）， ４０，５０，６０，７０…連結具， ４１，５１，６１，７１…当て板， ４２，５２，６２，７２…カプラー， ４５，５５，６５，７５…鉄筋， ４９，５９，６９，７９…定着プレート（定着部）， ９０…Ｈ形鋼（第二鉄骨梁、形鋼）， ９５…コンクリート（第二コンクリート）

Claims (2)

1. 鉄筋コンクリート造の柱と、
   水平板部を有し、端面が前記柱の側面に突き当てられた鉄骨梁と、
   前記水平板部に対して平行な状態で前記水平板部に接合された当て板と、軸線方向が前記当て板と平行となるように且つ梁長手方向になるように前記当て板と一体化された筒状のカプラーと、を有した連結具と、
   前記柱に一部埋設され、前記柱の側面から梁長手方向に一部突出した鉄筋と、を備え、
   前記鉄筋が前記カプラーに挿入された状態で前記カプラーに固定されていることを特徴とする柱梁接合構造。
2. 前記連結具及び前記鉄骨梁が前記柱の両側にあり、
   前記鉄筋が前記柱を貫通するとともに前記柱の両側面から梁長手方向に突出していることを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合構造。

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