JP2021165477A - 柱と梁との接合構造及び柱と梁との接合構造の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火災時の柱のせん断伝達性能及び軸力伝達性能を確保しつつ、施工性が良い柱と梁との接合構造を提供する。【解決手段】柱と梁との接合構造１００は、コンクリート充填鋼管造の柱４と鉄骨造の梁１との接合構造であって、柱４は、鉛直方向に延びる鋼管４１と、鋼管４１の内部に配置され、鉛直方向に延びる接合鉄骨４２と、を有し、鋼管４１に連通し、鋼管４１から突出する接合鉄骨４２を囲繞するように設けられたふさぎ部材２と、梁１に接合される接合梁１Ｘと、鋼管４１の内部及びふさぎ部材２の内部に充填されたコンクリート部４９と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、柱と梁との接合構造及び柱と梁との接合構造の施工方法に関するものである。

従来から、鋼管の内部に接合鉄筋（主筋）及びコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管柱と、コンクリート充填鋼管柱の上下に配置された鉄骨造の梁との接合構造が知られている。コンクリート充填鋼管柱の鉛直方向の中央に接合鉄筋が配置されていない領域（無筋領域）があると、火災時に鋼管が高温になり鋼管による拘束効果がほぼ消失し、無筋領域がせん断破壊してしまうという課題があった。

下記の特許文献１では、コンクリート充填鋼管柱の内部に、補強鉄筋体が配置されたものが提案されている。補強鉄筋体は、鉛直方向に延び周方向に沿って間隔を有して配置された複数の鉛直補強筋と、複数の鉛直補強筋を束ねるように鉛直方向に間隔を有して複数配置された平面視円形をなすせん断補強筋（円形補強鉄筋）と、を有している。補強鉄筋体のせん断補強筋によって火災時の柱のせん断伝達性能及び軸力伝達性能を確保することができる。

特開２０１８−１３１７７０号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の柱と梁との接合構造では、柱の内部に接合鉄筋及び補強鉄筋体をそれぞれ別作業工程で配置する必要があるため、施工手間が生じるという問題点がある。また、接合鉄筋で所定のかぶり厚さを厳密に確保する必要があり、設置作業および精度管理に時間がかかってしまうという問題点がある。また、コンクリート打設時に接合鉄筋及び補強鉄筋体がコンクリートホース等に干渉することが多く、打設作業の効率が著しく低下するという問題点があった。また、接合鉄筋の必要定着長が長い場合、下階と上階の接合鉄筋が干渉し、配筋が困難になるという問題点がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、火災時の柱のせん断伝達性能及び軸力伝達性能を確保しつつ、施工性が良い柱と梁との接合構造及び柱と梁との接合構造の施工方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る柱と梁との接合構造は、コンクリート充填鋼管造の柱と鉄骨造の梁との接合構造であって、前記柱は、鉛直方向に延びる鋼管と、該鋼管の内部に配置され、鉛直方向に延びる接合鉄骨と、を有し、前記鋼管に連通し、前記鋼管から突出する前記接合鉄骨を囲繞するように設けられたふさぎ部材と、前記梁に接合される接合梁と、前記鋼管の内部及び前記ふさぎ部材の内部に充填されたコンクリート部と、を備えることを特徴とする。

このように構成された柱と梁との接合構造では、鋼管の内部に接合鉄骨を配置することによってせん断補強される。よって、火災時に鋼管が高温になっても、柱のせん断伝達性能及び軸力伝達性能を確保することができる。
また、従来のように、鋼管の内部に補強鉄筋体等の鉄筋を配置する手間がなく、施工性が良い。
また、柱と梁との接合部（柱端部）には鉄骨コンクリート構造であり、圧縮力に対してはコンクリートが負担し、引張力に対しては接合鉄骨が負担することによって、効率的に曲げ耐力を負担することができる。

また、本発明に係る柱と梁との接合構造は、平面視で、前記接合鉄骨は、前記接合梁を該接合梁の延在方向に延長した領域内に配置されていてもよい。

このように構成された柱と梁との接合構造では、平面視で、接合鉄骨は、接合梁を接合梁の延在方向に延長した領域内に配置されている。よって、鋼管の内周面と接合鉄骨との間のスペースが大きくなり、コンクリートを打設する際にコンクリートホースを挿通するスペースが大きく確保され、コンクリート打設作業の効率化を図ることができる。

また、本発明に係る柱と梁との接合構造では、前記接合鉄骨は、前記鋼管の上方から該鋼管の内部に延びる上側接合鉄骨と、前記鋼管の下方から該鋼管の内部に延びる下側接合鉄骨と、を有し、前記上側接合鉄骨の下部と前記下側接合鉄骨の上部とを接合する接合部を備えていてもよい。

このように構成された柱と梁との接合構造では、上側接合鉄骨の下部と下側接合鉄骨の上部とを接合部で接合する構成であるため、接合鉄骨を鋼管の全長にわたって容易に設置することができる。

また、本発明に係る柱と梁との接合構造では、前記接合部は、前記鋼管の鉛直方向の中央に配置されていてもよい。

このように構成された柱と梁との接合構造では、接合部は鋼管の鉛直方向の中央に配置されているため、上側接合鉄骨と下側接合鉄骨とを柱の鉛直方向の中央の曲げモーメントがほぼ作用しない領域で接合することができる。

また、本発明に係る柱と梁との接合構造では、前記接合鉄骨は、Ｈ形鋼であってもよい。

このように構成された柱と梁との接合構造では、接合鉄骨であるＨ形鋼を工場等で製作でき、現場での接合鉄骨の設置が非常に簡易で作業性を向上させることができる。

また、本発明に係る柱と梁との接合構造の施工方法は、床面から上方に突出するように延びる接合鉄骨を囲繞するように鋼管を設置する鋼管設置工程と、筒状に形成されたふさぎ部材及び該ふさぎ部材に設けられ梁に接合される接合梁を有する接合部材を、前記ふさぎ部材が前記鋼管に連通するように設置する接合部材設置工程と、前記接合梁に前記梁を接合する梁接合工程と、前記鋼管の内部及び前記ふさぎ部材の内部にコンクリートを打設するコンクリート打設工程と、を備えることを特徴とする。

このように構成された柱と梁との接合構造の施工方法では、鋼管の内部に接合鉄骨を配置することによってせん断補強される。よって、火災時に鋼管が高温になっても、柱のせん断伝達性能及び軸力伝達性能を確保することができる。
また、従来のように、鋼管の内部に補強鉄筋体等の鉄筋を配置する手間がなく、施工性が良い。
また、柱と梁との接合部（柱端部）には鉄骨コンクリート構造であり、圧縮力に対してはコンクリートが負担し、引張力に対しては接合鉄骨が負担することによって、効率的に曲げ耐力を負担することができる。

また、本発明に係る柱と梁との接合構造の施工方法では、前記接合鉄骨は、前記床面から上方に突出する下側接合鉄骨と、該下側接合鉄骨の上方に配置される上側接合鉄骨と、を有し、前記鋼管設置工程の前に、前記下側接合鉄骨の上部と前記上側接合鉄骨の下部とを接合部で接合する鉄骨接合工程を備えていてもよい。

このように構成された柱と梁との接合構造の施工方法では、鉄骨接合工程で下側接合鉄骨の上部に上側接合鉄骨の下部を接合部で接合すれば接合鉄骨が次々上方に設置されていくため、接合鉄骨を鋼管の全長にわたって容易に設置することができる。

本発明に係る柱と梁との接合構造及び柱と梁との接合構造の施工方法によれば、火災時の柱のせん断伝達性能及び軸力伝達性能を確保しつつ、施工性が良い。

本発明の一実施形態に係る柱と梁との接合構造を示す鉛直断面図である。 （ａ）図１のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）図１のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の一実施形態に係る柱と梁との接合構造の施工方法を示す図であり、（ａ）鋼管設置工程を示す図であり、（ｂ）接合部材設置工程を示す図であり、（ｃ）梁接合工程を示す図である。 本発明の一実施形態に係る柱と梁との接合構造の施工方法を示す図であり、（ａ）コンクリート充填工程及び鉄骨接合工程を示す図であり、（ｂ）鋼管設置工程を示す図である。 本発明の一実施形態の変形例に係る柱と梁との接合構造を示す図であり、水平断面図である。

本発明の一実施形態に係る柱と梁との接合構造について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る柱と梁との接合構造を示す鉛直断面図である。図２（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線断面図である。

図１に示すように、本実施形態の柱と梁との接合構造１００では、コンクリート充填鋼管造の柱４の上部及び下部に、鉄骨造の梁１が接合されている。本実施形態では、図２（ａ）に示すように、４本の梁１が、柱４に対して、平面視直交配置されている。なお、梁１の本数は適宜設定可能である。

本実施形態では、各梁１は、Ｈ形鋼で構成されている。図１に示すように、梁１は、上下方向に離間して配置された一対のフランジ１１と、一対のフランジ１１どうしを連結するウェブ１２と、を有している。各フランジ１１は、板状に形成され、板面が水平面に沿うように配置されている。ウェブ１２は、板状に形成され、板面が鉛直面に沿うように配置されている。各梁１の端面には接合部材３がボルト等（不図示）により接合されている。

接合部材３は、４本の接合梁１Ｘ（図２（ａ）参照）と、ふさぎ板（ふさぎ部材）２と、外ダイヤフラム２１と、を有している。

図２（ａ）に示すように、４本の接合梁１Ｘは、直交配置されている。接合梁１Ｘは、梁１と同一断面形状で形成されている。図１に示すように、接合梁１Ｘは、上下方向に離間して配置された一対の接合フランジ１１Ｘと、一対の接合フランジ１１Ｘどうしを連結する接合ウェブ１２Ｘと、を有している。各接合フランジ１１Ｘは、板状に形成され、板面が水平面に沿うように配置されている。接合ウェブ１２Ｘは、板状に形成され、板面が鉛直面に沿うように配置されている。

ふさぎ板２は、円筒状をなし、鉛直方向に延びている。ふさぎ板２は、後述する柱４の鋼管４１と同軸上且つ略同一径で形成されている。ふさぎ板２の鉛直方向の長さは、接合梁１Ｘのせいよりも短い。

外ダイヤフラム２１は、ふさぎ板２の上下端部に接合されている。外ダイヤフラム２１とふさぎ板２の上下端部とは、溶接等により一体化されている。

図２（ａ）に示すように、外ダイヤフラム２１は、平面視略矩形状に形成されており、その四隅に接合梁１Ｘの接合フランジ１１Ｘが連結されている。外ダイヤフラム２１と接合フランジ１１Ｘとは、溶接などにより一体化されている。

図１に示すように、柱４は、鋼管４１と、接合鉄骨４２と、コンクリート部４９と、を有している。

鋼管４１は、梁１を挟んで上下両側に設置されている。鋼管４１は、鉛直方向を軸線方向として円筒状に形成されている。

鋼管４１の下端４１ｂは、外ダイヤフラム２１の上面に単に設置されるのみであり、外ダイヤフラム２１の上面に溶接接合はされていない。鋼管４１の上端４１ｕは、外ダイヤフラム２１の下面に当接配置され、外ダイヤフラム２１の下面に溶接接合はされていない。鋼管４１の外周面には、接合梁１Ｘの接合ウェブ１２Ｘが接合されている。

接合鉄骨４２は、鋼管４１の内部に配置されている。接合鉄骨４２は、上側接合鉄骨４２Ａと、下側接合鉄骨４２Ｂと、を有している。上側接合鉄骨４２Ａ及び下側接合鉄骨４２Ｂは、鉛直方向に延びている。上側接合鉄骨４２Ａ及び下側接合鉄骨４２Ｂは、Ｈ形鋼である鉄骨体５０で構成されている。

図２（ａ）に示すように、水平方向のうち、接合部材３を挟んで対向配置された一対の接合梁１Ｘ（接合梁「１Ｙ」とする）の延在方向をＸ方向とする。水平方向のうち、接合部材３を挟んで対向配置された他の一対の接合梁１Ｘ（接合梁「１Ｚ」とする）の延在方向をＹ方向とする。

鉄骨体５０は、Ｘ方向に離間して配置された一対のフランジ５１と、一対のフランジ５１どうしを連結するウェブ５２と、を有している。各フランジ５１は、板状に形成され、板面がＸ方向を向くように配置されている。ウェブ５２は、板状に形成され、板面がＹ方向を向くように配置されている。

平面視で、鉄骨体５０は、接合梁１Ｙを接合梁１Ｙの延在方向（Ｘ方向）に延在した領域内（二点鎖線Ａ１，Ａ２の間）に配置されている。平面視で、鉄骨体５０は、接合梁１Ｚを接合梁１Ｚの延在方向（Ｙ方向）に延在した領域内（二点鎖線Ｂ１，Ｂ２の間）に配置されている。

図１に示すように、上側接合鉄骨４２Ａ及び下側接合鉄骨４２Ｂはそれぞれ、鋼管４１の内部とともに円筒状のふさぎ板２の内部にも挿通されている。一の鋼管４１の内部には、上側接合鉄骨４２Ａの下部及び下側接合鉄骨４２Ｂの上部が配置されている。一の鋼管４１の内部に配置された上側接合鉄骨４２Ａは、鋼管４１の上側に配置されたふさぎ板２を貫通して、ふさぎ板２の上側に配置された鋼管４１にまで達している。一の鋼管４１の内部に配置された下側接合鉄骨４２Ｂは、鋼管４１の下側に配置されたふさぎ板２を貫通して、ふさぎ板２の下側に配置された鋼管４１にまで達している。

上側接合鉄骨４２Ａの下端部４２ｂは、鋼管４１の鉛直方向の略中央にまで達している。下側接合鉄骨４２Ｂの上端部４２ｕは、鋼管４１の鉛直方向の略中央にまで達している。

上側接合鉄骨４２Ａの下端部４２ｂと下側接合鉄骨４２Ｂの上端部４２ｕとは、鋼管４１の鉛直方向の中央で接合部４３で接合されている。接合部４３は、例えば、上側接合鉄骨４２Ａのウェブ５２と下側接合鉄骨４２Ｂのウェブ５２とにガセットプレート４４がまたがって配置され、ガセットプレート４４がウェブ５２にボルト４５で接合されて構成されている。または、接合部４３は、上記のウェブ５２のボルト接合に、上側接合鉄骨４２Ａ及び下側接合鉄骨４２Ｂのフランジ５１どうしのボルト接合を併用してもよい。

コンクリート部４９は、鋼管４１の内部及びふさぎ板２の内部に充填されている。接合鉄骨４２は、コンクリート部４９に定着されている。

次に、柱と梁との接合構造の施工方法について説明する。
図３は、柱と梁との接合構造の施工方法を示す図であり、（ａ）鋼管設置工程を示す図であり、（ｂ）接合部材設置工程を示す図であり、（ｃ）梁接合工程を示す図である。図４は、柱と梁との接合構造の施工方法を示す図であり、（ａ）コンクリート充填工程及び鉄骨接合工程を示す図であり、（ｂ）鋼管設置工程を示す図である。

図３（ａ）に示すように、下階Ａの床Ｆから突出するように接合鉄骨４２が設置された状態から説明する。接合鉄骨４２の構築方法は後述する。

まず、鋼管設置工程を行う。
接合鉄骨４２を囲繞するように、鋼管４１を設置する。

次に、接合部材設置工程を行う。
図３（ｂ）に示すように、ふさぎ板２が鋼管４１と連通するように、接合部材３を設置する。ふさぎ板２の内部には、下階Ａの接合鉄骨４２の上側接合鉄骨４２Ａが挿通される。

次に、梁接合工程を行う。
図３（ｃ）に示すように、接合部材３の接合梁１Ｘに、梁１をボルト等で接合する。また、床デッキプレートを敷き込んでおく。

次に、コンクリート打設工程を行う。
図４（ａ）に示すように、鋼管４１の内部及びふさぎ板２の内部にコンクリートを打設する。上階Ｂでは、下階Ａに設置された接合鉄骨４２の上側接合鉄骨４２Ａの上部が床Ｆから突出している。この部分は、上階Ｂに設置される接合鉄骨４２−１の下側接合鉄骨４２Ｂ−１に相当する。

次に、鉄骨接合工程を行う。
下側接合鉄骨４２Ｂ−１の上方に上側接合鉄骨４２Ａ−１を配置して接合部４３で接合する。

次に、上階Ｂにおいて、下階Ａと同様に鋼管設置工程を行う。その後、上階Ｂにおいて、下階Ａと同様に、接合部材設置工程、梁接合工程及びコンクリート打設工程を行う。

このように構成された柱と梁との接合構造１００及び柱と梁との接合構造の施工方法では、鋼管４１の内部に接合鉄骨４２を配置することによってせん断補強される。よって、火災時に鋼管４１が高温になっても、柱４のせん断伝達性能及び軸力伝達性能を確保することができる。

また、従来のように、鋼管４１の内部に補強鉄筋体等の鉄筋を配置する手間がなく、施工性が良い。

また、柱４と梁１との接合部（柱端部）には鉄骨コンクリート構造であり、圧縮力に対してはコンクリート部４９が負担し、引張力に対しては接合鉄骨４２が負担することによって、効率的に曲げ耐力を負担することができる。

また、平面視で、接合鉄骨４２は、接合梁１Ｘを接合梁１Ｘの延在方向に延長した領域内に配置されている。よって、鋼管４１の内周面と接合鉄骨４２との間のスペースが大きくなり、コンクリートを打設する際にコンクリートホースを挿通するスペースが大きく確保され、コンクリート打設作業の効率化を図ることができる。

また、上側接合鉄骨４２Ａの下端部４２ｂと下側接合鉄骨４２Ｂの上端部４２ｕとを接合部４３で接合する構成であるため、接合鉄骨４２を鋼管４１の全長にわたって容易に設置することができる。

また、接合部４３は鋼管４１の鉛直方向の中央に配置されているため、上側接合鉄骨４２Ａと下側接合鉄骨４２Ｂとを柱４の鉛直方向の中央の曲げモーメントがほぼ作用しない領域で接合することができる。

また、接合鉄骨４２であるＨ形鋼を工場等で製作でき、現場での接合鉄骨４２の設置が非常に簡易で作業性を向上させることができる。

また、鉄骨接合工程で下側接合鉄骨４２Ｂの上端部４２ｕに上側接合鉄骨４２Ａの下端部４２ｂを接合部４３で接合すれば接合鉄骨４２が次々上方に設置されていくため、接合鉄骨４２を鋼管４１の全長にわたって容易に設置することができる。

（変形例）
次に、本発明の一実施形態の変形例に係る柱と梁との接合構造について、主に図５を用いて説明する。
以下の変形例において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図５は、本発明の一実施形態の変形例に係る柱と梁との接合構造を示す図であり、水平断面図である。
図５に示すように、本変形例では、接合鉄骨４２Ｘは、水平断面がＨ字状をなす一対のＨ形鋼４６が直交するように（水平断面で略十字状になるように）して構成されている。あるいは、接合鉄骨は、１個のＴ字断面鋼が配置されて構成されていたり、一対のＴ字断面鋼を直交するように配置して構成されていたりしてもよい。

このように構成された柱と梁との接合構造１００及び柱と梁との接合構造の施工方法では、鋼管４１の内部に接合鉄骨４２Ｘを配置することによってせん断補強される。よって、火災時に鋼管４１が高温になっても、柱４のせん断伝達性能及び軸力伝達性能を確保することができる。

また、従来のように、鋼管４１の内部に補強鉄筋体等の鉄筋を配置する手間がなく、施工性が良い。

また、柱４と梁１との接合部（柱端部）には鉄骨コンクリート構造であり、圧縮力に対してはコンクリート部４９が負担し、引張力に対しては接合鉄骨４２Ｘが負担することによって、効率的に曲げ耐力を負担することができる。

また、接合鉄骨４２Ｘが一対のＨ形鋼４６が直交配置して構成されることで鉄骨量が多くなり、負担できる引張力が大きくなる。

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記に示す実施形態では、平面視で、接合鉄骨４２は、接合梁１Ｘを接合梁１Ｘの延在方向に延長した領域内に配置されているが、本発明はこれに限られない。平面視で、接合鉄骨が、接合梁を接合梁の延在方向に延長した領域外に配置されていてもよい。

また、上記に示す実施形態では、下側接合鉄骨４２Ｂと上側接合鉄骨４２Ａとは鋼管４１の内部で接合されているが、本発明はこれに限られない。下側接合鉄骨と上側接合鉄骨とがふさぎ板の内部で接合される構成であってもよい。

また、上記に示す実施形態では、下側接合鉄骨４２Ｂと上側接合鉄骨４２Ａとを接合する接合部４３は、鋼管４１の鉛直方向の中央に配置されているが、本発明はこれに限られない。接合部の位置は、鋼管の鉛直方向のいずれの高さ位置であってもよい。

１…梁
１Ｘ…接合梁
２…ふさぎ板（ふさぎ部材）
３…接合部材
４…柱
４１…鋼管
４２…接合鉄骨
４２Ａ…上側接合鉄骨
４２Ｂ…下側接合鉄骨
４３…接合部
４９…コンクリート部
１００…接合構造
Ｆ…床

Claims (7)

1. コンクリート充填鋼管造の柱と鉄骨造の梁との接合構造であって、
   前記柱は、
   鉛直方向に延びる鋼管と、
   該鋼管の内部に配置され、鉛直方向に延びる接合鉄骨と、を有し、
   前記鋼管に連通し、前記鋼管から突出する前記接合鉄骨を囲繞するように設けられたふさぎ部材と、
   前記梁に接合される接合梁と、
   前記鋼管の内部及び前記ふさぎ部材の内部に充填されたコンクリート部と、を備えることを特徴とする柱と梁との接合構造。
2. 平面視で、前記接合鉄骨は、前記接合梁を該接合梁の延在方向に延長した領域内に配置されている請求項１に記載の柱と梁との接合構造。
3. 前記接合鉄骨は、
   前記鋼管の上方から該鋼管の内部に延びる上側接合鉄骨と、
   前記鋼管の下方から該鋼管の内部に延びる下側接合鉄骨と、を有し、
   前記上側接合鉄骨の下部と前記下側接合鉄骨の上部とを接合する接合部を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の柱と梁との接合構造。
4. 前記接合部は、前記鋼管の鉛直方向の中央に配置されている請求項３に記載の柱と梁との接合構造。
5. 前記接合鉄骨は、Ｈ形鋼であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の柱と梁との接合構造。
6. 床面から上方に突出するように延びる接合鉄骨を囲繞するように鋼管を設置する鋼管設置工程と、
   筒状に形成されたふさぎ部材及び該ふさぎ部材に設けられ梁に接合される接合梁を有する接合部材を、前記ふさぎ部材が前記鋼管に連通するように設置する接合部材設置工程と、
   前記接合梁に前記梁を接合する梁接合工程と、
   前記鋼管の内部及び前記ふさぎ部材の内部にコンクリートを打設するコンクリート打設工程と、を備えることを特徴とする柱と梁との接合構造の施工方法。
7. 前記接合鉄骨は、前記床面から上方に突出する下側接合鉄骨と、該下側接合鉄骨の上方に配置される上側接合鉄骨と、を有し、
   前記鋼管設置工程の前に、前記下側接合鉄骨の上部と前記上側接合鉄骨の下部とを接合部で接合する鉄骨接合工程を備えることを特徴とする請求項６に記載の柱と梁との接合構造の施工方法。

Images