JP2021038507A - 柱の接合構造及び柱の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間で構築することができ、鉄筋コンクリート柱部材の柱主筋と鉄骨柱部材との間で、荷重等による力を確実に伝達することができる柱の接合構造及び柱の構築方法を提供する。【解決手段】柱の接合構造１０は、鉄骨柱部材１１と、この上に配置したＲＣ柱部材１６とを接続して構成される。ＲＣ柱部材１６は、プレキャストコンクリートであって、ＲＣ柱部材１６には、柱主筋１５を固定する機械式継手１７が埋設されている。鉄骨柱部材１１に溶接した機械式継手１２に、柱主筋１５の下部を固定し、この柱主筋１５をＲＣ柱部材１６の機械式継手１７に固定する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨柱部材と鉄筋コンクリート柱部材とを接続して構成される柱の接合構造及び柱の構築方法に関する。

従来、鉄骨柱部材の上に鉄筋コンクリート柱部材を接続した柱の接合構造が知られている。この接合構造においては、鉄骨柱部材の周囲に、鉄筋コンクリート柱部材の柱主筋を配置した後にコンクリートを打設して、鉄骨鉄筋コンクリートで構成される切替部分を設けていた。この切替部分は、現場でコンクリート打設する必要があり、時間が掛かっていた。

また、鉄骨鉄筋コンクリートで構成される切替部分を設けずに、鉄筋コンクリート柱部材と鉄骨柱部材とを接続した柱構造が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この文献に記載の技術の接合構造は、第１部材と第２部材とを備える。第１部材は、中空管状部と、この内部に充填される第１コンクリートとを備える。第２部材は、一方の端部が、開口端を通って中空管状部の内部に配置される主筋と、主筋の周囲を囲繞するように配置される帯筋と、主筋及び帯筋における、中空管状部の内部に位置していない部分を覆うように打設された第２コンクリートとを備える。そして、中空管状部の外周部から、中空管状部の内部に至る配置で、第１部材から第２部材が抜け出してしまうことを防止する抜け出し防止筋を設ける。

特開２０１６−１３２９４８号公報

しかしながら、特許文献１に示す構造の切替部分においては、鉄筋の抜け止めを防止する部材を設ける必要があった。このため、鉄筋の抜け止め防止部材を設置するための時間が掛かっていた。

上記課題を解決する柱の接合構造は、鉄骨柱部材と鉄筋コンクリート柱部材とを接続して構成される柱の接合構造であって、前記鉄筋コンクリート柱部材の柱主筋を、前記鉄骨柱部材に固定した機械式継手を介して接続し、又は前記鉄骨柱部材に固定して接続する。ここで、鉄骨柱部材には、鉄骨の内部にコンクリートが充填された柱部材も含まれる。

上記課題を解決する柱の構築方法は、鉄骨柱部材と鉄筋コンクリート柱部材とを接続して構成される柱の構築方法であって、前記鉄筋コンクリート柱部材には、柱主筋が固定される機械式継手が埋設されており、前記鉄骨柱部材には、前記鉄筋コンクリート柱部材の柱主筋を固定する機械式継手が固定されており、前記鉄骨柱部材の前記機械式継手に、前記柱主筋を固定した後、前記柱主筋を前記鉄筋コンクリート柱部材の前記機械式継手に固定する。

本発明によれば、短時間で構築することができ、鉄筋コンクリート柱部材の柱主筋と鉄骨柱部材との間で、荷重による垂直力等の力を確実に伝達することができる。

第１実施形態における柱の接合構造を説明する説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）における１ｂ−１ｂ線の断面図。 第１実施形態における柱の接続方法を説明する説明図であって、（ａ）は鉄骨柱部材を配置した状態、（ｂ）は鉄骨柱部材に柱主筋を固定した状態を示す。 第２実施形態における柱の接合構造を説明する説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）における３ｂ−３ｂ線の断面図。 変更例における柱の構築方法を説明する説明図であって、（ａ）は直接、柱主筋を埋設した鉄筋コンクリート柱部材、（ｂ）は直接、柱主筋を溶接した鉄骨柱部材を示す。 変更例における柱の接合構造を説明する説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は５ｂ−５ｂ線の断面図、（ｃ）は５ｃ−５ｃ線の断面図、（ｄ）は取付部材の正面図。

（第１実施形態）
以下、図１及び図２を用いて、柱の接合構造及び柱の構築方法を具体化した第１実施形態を説明する。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の柱の接合構造１０は、鉄骨柱部材１１と、この上に配置される鉄筋コンクリート柱部材（ＲＣ柱部材）１６とから構成される。本実施形態では、鉄骨柱部材１１の中心軸とＲＣ柱部材１６の中心軸が一致して構成される。また、鉄骨柱部材１１の上端部に、鉄骨梁１９が設けられる。

図１（ｂ）に示すように、鉄骨柱部材１１及びＲＣ柱部材１６の水平断面は、略正方形状をしており、鉄骨柱部材１１の水平断面は、ＲＣ柱部材１６の水平断面より小さい。
鉄骨柱部材１１は、４枚の板状の鉄骨プレート１１ａを四角い筒状に組み合わせて形成された柱部材である。

図１（ａ）に示すように、各鉄骨プレート１１ａには、鉄骨柱部材１１の外周面の上部となる位置に、複数の機械式継手１２が溶接されている。機械式継手１２は、例えば、ネジ式の機械式継手を用いる。この機械式継手１２は、ＲＣ柱部材１６の柱主筋１５に対応した位置に設けられる。この機械式継手１２は、予め工場等において、鉄骨プレート１１ａに溶接しておく。

柱主筋１５は、機械式継手１２に固定するようにねじが形成されている。
ＲＣ柱部材１６は、複数の柱筋が内蔵されたコンクリート製の柱部材であり、工場等で予め作成されたプレキャストコンクリートである。このＲＣ柱部材１６の鉄骨柱部材１１側の端部には、機械式継手１７が埋設されている。この機械式継手１７として、モルタル充填式の機械式継手を用いることができる。この機械式継手１７の上部には、ＲＣ柱部材１６に内蔵された柱筋の主筋１８が固定されている。

次に、図１及び図２を用いて、上述した柱の接合構造１０の構築方法について説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、鉄骨柱部材１１を建て込む。この場合、機械式継手１２が上部に固定された４つの鉄骨プレート１１ａを、予め工場等において、機械式継手１２が外側に配置されるようにして組み合わせて、鉄骨プレート１１ａ間の接続部分を溶接して鉄骨柱部材１１を構築する。

そして、図２（ｂ）に示すように、機械式継手１２に柱主筋１５（連結筋）を挿入する。この場合には、機械式継手１２に柱主筋１５の下部を螺合させることにより、柱主筋１５を鉄骨柱部材１１に固定する。

そして、柱主筋１５を、ＲＣ柱部材１６の機械式継手１７に差し込むように、ＲＣ柱部材１６を配置する。そして、柱主筋１５を挿入した機械式継手１７にモルタルを注入することにより、柱主筋１５をＲＣ柱部材１６に固定する。これにより、ＲＣ柱部材１６は、柱主筋１５を介して、鉄骨柱部材１１とＲＣ柱部材１６とが接合される。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１−１）本実施形態では、鉄骨柱部材１１に溶接した機械式継手１２に、ＲＣ柱部材１６の柱主筋１５を固定する。これにより、ＲＣ柱部材１６の柱主筋１５と、鉄骨柱部材１１とを、機械式継手１２を介して接続するので、柱主筋１５に加わる荷重による垂直力等の力を鉄骨柱部材１１に確実に伝達することができる。

通常、鉄骨柱は、耐火被覆をして仕上げを行なうため、仕上面は、鉄骨柱の外周よりも大きくなる。鉄骨柱部材１１の断面積を、ＲＣ柱部材１６の断面積よりも小さくすることにより、鉄骨柱部材１１の仕上面を、ＲＣ柱部材１６の仕上面と面一又はＲＣ柱部材１６の仕上面よりも内側に設けることができ、デザインの幅を広げることができる。例えば、鉄骨柱部材１１により大空間のフロアを構成し、ＲＣ柱部材１６により小部屋からなる居住フロアを構成することができる。

（１−２）本実施形態では、ＲＣ柱部材１６をプレキャストコンクリートで形成する。これにより、現場においてコンクリート打設を行なわないため、柱の接合構造１０を短時間で構築することができる。

（１−３）本実施形態では、機械式継手１２を予め溶接した鉄骨プレート１１ａを用いて、鉄骨柱部材１１を構成する。これにより、現場における溶接作業がないため、柱の接合構造１０を短時間で構築することができる。

（第２の実施形態）
次に、図３を用いて、柱の接合構造及び柱の構築方法を具体化した第２実施形態を説明する。本実施形態は、第１実施形態の鉄骨柱部材１１を変更したのみの構成であるため、同様の部分については、同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、本実施形態の接合構造２０においては、鉄骨柱部材２１の上に、ＲＣ柱部材１６が接続される。
上記実施形態と同様に、鉄骨柱部材２１の中心軸がＲＣ柱部材１６の中心軸と同じであり、鉄骨柱部材２１の断面は、ＲＣ柱部材１６の断面よりも小さい。また、鉄骨柱部材２１の上端部に、鉄骨梁２９が設けられる。

図３（ｂ）に示すように、鉄骨柱部材２１を構成する鉄骨プレート２１ａには、ＲＣ柱部材１６の柱主筋１５に対応した位置であって、鉄骨柱部材１１の内周面の上部となる位置に、機械式継手２２が溶接されている。
本実施形態においても、上記第１実施形態と同様にして、柱の接合構造２０を構築する。

本実施形態によれば、上記（１−１）〜（１−３）に記載の効果と同様な効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（２−１）本実施形態では、鉄骨プレート２１ａの内側に機械式継手２２を設けた。これにより、鉄骨柱部材２１の外表面を滑らかにすることができ、仕上げ加工を容易に行なうことができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記第１実施形態では、鉄骨柱部材１１の外側に機械式継手１２を溶接し、上記第２実施形態では、鉄骨柱部材２１の内側に機械式継手２２を溶接した。機械式継手１２を設ける位置は、内側又は外側に限定されるものでない。例えば、鉄筋コンクリート柱部材に埋設する柱主筋１５の位置や、鉄骨柱部材の形状等によっては、一部の機械式継手を鉄骨柱部材１１の内側、残りの機械式継手を鉄骨柱部材１１の外側に溶接してもよい。

・上記各実施形態では、ＲＣ柱部材１６を、柱主筋１５を固定する機械式継手１２を埋設したプレキャストコンクリートで構成した。ＲＣ柱部材１６として、機械式継手１２の代わりに、柱主筋１５を直接、埋設したプレキャストコンクリートを用いてもよい。具体的には、図４（ａ）に示すように、鉄筋コンクリート柱部材（ＲＣ柱部材）２６を、柱主筋２６ａが下方に突出したプレキャストコンクリートで構成してもよい。この場合、ＲＣ柱部材２６の複数の柱主筋２６ａを個別に回転させることはできないため、鉄骨柱部材１１に溶接される機械式継手３２として、モルタル充填式の機械式継手を用いる。

・上記実施形態では、鉄骨柱部材１１，２１は、機械式継手１２，２２を介して、柱主筋１５を固定した。鉄骨柱部材に柱主筋を固定する構成は、機械式継手を介して行なう構成に限られず、機械式継手を省略してもよい。具体的には、図４（ｂ）に示すように、鉄骨柱部材３１に柱主筋２５を溶接する。そして、この柱主筋２５を、ＲＣ柱部材１６に埋設した機械式継手１７に挿入する。

・上記実施形態では、鉄骨柱部材１１，２１に設けた機械式継手１２，２２，３２として、ネジ式の機械式継手やモルタル充填式の機械式継手を用いる。また、ＲＣ柱部材１６に埋設される機械式継手１７として、モルタル充填式の機械式継手を用いる。鉄骨柱部材１１，２１とＲＣ柱部材１６の柱主筋とを固定することができれば、機械式継手の種類は限定されない。

・上記各実施形態の接合構造１０，２０は、鉄骨柱部材１１の中心軸とＲＣ柱部材１６の中心軸が一致して構成される。鉄骨柱部材１１とＲＣ柱部材１６との配置は、これに限らない。例えば、鉄骨柱部材の中心軸と鉄筋コンクリート柱部材の中心軸とをずらした柱の接合構造としてもよい。

例えば、図５（ａ）に示す接合構造４０は、鉄骨柱部材４１と、この鉄骨柱部材４１の上に設けた鉄筋コンクリート柱部材（ＲＣ柱部材）４６とから構成される。鉄骨柱部材４１は、鉄骨梁４９が接続される仕口部において、ＲＣ柱部材４６の位置に応じて、断面が大きくなるように配置されている。図５（ｂ）は５ｂ−５ｂ線断面図、図５（ｃ）は５ｃ−５ｃ線断面図である。

鉄骨柱部材４１は、鉄骨プレート４１ａ、取付部材４１ｂ、補強部材４１ｃ及びダイヤフラム４３を備える。鉄骨プレート４１ａは、鉄骨柱部材４１の外周を構成する板状部材である。取付部材４１ｂ及び補強部材４１ｃは、ＲＣ柱部材４６の真下に配置された板状部材であって、ＲＣ柱部材４６の重量を支える。更に、取付部材４１ｂ及び補強部材４１ｃの両端部が、鉄骨プレート４１ａに溶接されており、ＲＣ柱部材４６の重量を鉄骨プレート４１ａに伝達する。

図５（ｄ）に示すように、取付部材４１ｂの上側端部には、機械式継手４２の位置に応じた切り欠きＳ１が設けられている。この切り欠きＳ１により、機械式継手４２を溶接する際の機械式継手４２のスペースを確保している。また、補強部材４１ｃの上側端部は、取付部材４１ｂと同様に、機械式継手４２の位置に応じた切り欠きが設けられている。

図５（ｂ）に示すように、仕口部の鉄骨柱部材４１の右側に飛び出した鉄骨プレート４１ａ及び取付部材４１ｂには、機械式継手４２が溶接される。これら機械式継手４２には、ＲＣ柱部材４６の柱主筋４６ａが固定される。これにより、ＲＣ柱部材４６の中心軸Ｃ２を鉄骨柱部材４１の中心軸Ｃ１と一致させなくても、ＲＣ柱部材４６の柱主筋４６ａの荷重による垂直力等の力を、鉄骨柱部材４１に確実に伝達できる。従って、鉄骨柱部材４１とＲＣ柱部材４６との配置を変更することができるので、室内空間のデザインの自由度を高めることができる。
更に、ＲＣ柱部材４６に、柱主筋４６ａの代わりに機械式継手を埋設し、機械式継手に固定する柱主筋を、鉄骨柱部材４１の鉄骨プレート４１ａや取付部材４１ｂに、直接溶接してもよい。

・上記各実施形態では、鉄骨柱部材１１，２１を、４つの鉄骨プレート１１ａ，２１ａを組み立てることにより構成した。鉄骨柱部材１１，２１の構成は、鉄骨プレートを組み立てる場合に限られず、例えば、鋼管によって構成してもよい。更に、鉄骨柱部材１１，２１の代わりに、この内部にコンクリートを流し込んだコンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ：Concrete Filled Steel Tube）を用いて、柱の接合構造を構成してもよい。

・上記各実施形態においては、鉄骨柱部材１１，２１及びＲＣ柱部材１６の水平断面は、略正方形状とした。これら柱の断面形状は、これに限られず、断面が円形状や楕円形状の柱であってもよい。また、鉄骨柱部材１１，２１及びＲＣ柱部材１６を、異なる断面形状で形成してもよい。

・上記実施形態では、鉄骨柱部材１１，２１の上に、ＲＣ柱部材１６を接続した。これに限られず、鉄筋コンクリート柱部材の上に、鉄骨柱部材を接続した柱の接合構造としてもよい。この場合、鉄筋コンクリート柱部材として、上に突出させた柱主筋を埋設したプレキャストコンクリートを用いてもよい。

・上記各実施形態においては、ＲＣ柱部材１６の柱主筋１５を、鉄骨柱部材１１，２１に設けた機械式継手１２，２２と溶接により固定した。ＲＣ柱部材の柱主筋を、鉄骨柱部材に設けた機械式継手と固定、又は鉄骨柱部材に直接固定する方法は、溶接に限られない。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、以下に追記する。
（ａ）前記鉄筋コンクリート柱部材をプレキャストコンクリートで構成し、
前記プレキャストコンクリートに埋設された柱主筋、又は、前記プレキャストコンクリートに埋設された機械式継手に固定された主筋を、前記鉄骨柱部材に接続させることを特徴とする請求項１に記載の柱の接合構造。
（ｂ）前記鉄骨柱部材の上に、前記鉄筋コンクリート柱部材を配置したことを特徴とする請求項１又は（ａ）に記載の柱の接合構造。
（ｃ）前記鉄骨柱部材は、前記鉄骨柱部材を構成する鉄骨プレートに溶接して固定された取付部材を備え、
前記取付部材に、前記機械式継手又は前記柱主筋が溶接されていることを特徴とする請求項１、（ａ）又は（ｂ）に記載の柱の接合構造。
（ｄ）柱を構成する鉄骨柱部材であって、
鉄筋コンクリート柱部材に埋設される柱主筋の配置に対応させて溶接して固定された機械式継手を備えたことを特徴とする鉄骨柱部材。

Ｃ１，Ｃ２…中心軸、Ｓ１…切り欠き、１０，２０，４０…接合構造、１１，２１，３１，４１…鉄骨柱部材、１１ａ，２１ａ，４１ａ…鉄骨プレート、１２，１７，２２，３２，４２…機械式継手、１５，２５，２６ａ，４６ａ…柱主筋、１６，２６，４６…鉄筋コンクリート柱部材（ＲＣ柱部材）、１８…主筋、１９，２９，４９…鉄骨梁、４１ｂ…取付部材、４１ｃ…補強部材、４３…ダイヤフラム。

Claims (2)

1. 鉄骨柱部材と鉄筋コンクリート柱部材とを接続して構成される柱の接合構造であって、
   前記鉄筋コンクリート柱部材の柱主筋を、前記鉄骨柱部材に固定した機械式継手を介して接続し、又は前記鉄骨柱部材に固定して接続したことを特徴とする柱の接合構造。
2. 鉄骨柱部材と鉄筋コンクリート柱部材とを接続して構成される柱の構築方法であって、
   前記鉄筋コンクリート柱部材には、柱主筋が固定される機械式継手が埋設されており、
   前記鉄骨柱部材には、前記鉄筋コンクリート柱部材の柱主筋を固定する機械式継手が固定されており、
   前記鉄骨柱部材の前記機械式継手に、前記柱主筋を固定した後、前記柱主筋を前記鉄筋コンクリート柱部材の前記機械式継手に固定することを特徴とする柱の構築方法。