JP2022174578A

JP2022174578A - 接続構造及び接続方法

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Publication number: JP2022174578A
Application number: JP2021080463A
Authority: JP
Inventors: 健次米澤; Kenji Yonezawa; 明子柏俣; Akiko Kashimata; 朋成佐藤; Tomonari Sato; 浩也萩尾; Hiroya Hagio; 克彦澁市; Katsuhiko Shibuichi
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2022-11-24
Anticipated expiration: 2041-05-11
Also published as: JP7694135B2

Abstract

【課題】鉄骨柱に、鉄筋コンクリートの水平材の引張力やモーメントを確実に伝達することができるとともに、効率的に設置することができる接続構造及び接続方法を提供する。
【解決手段】角形鋼管柱１１に、鉄筋コンクリートのスラブ２０を接続した接続構造１０は、２層の水平鋼板１５，１６と複数の定着筋３０とを備える。水平鋼板１５，１６は、角形鋼管柱１１の外周に間隔をおいて設けられスラブ２０に埋設される。定着筋３０は、２層間で水平鋼板１５，１６に固定された機械式継手１７，１８を介して角形鋼管柱１１に固定され、スラブ２０を構成するスラブ筋２１，２２に引張力を伝達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨柱に、スラブ等の鉄筋コンクリートで構成された水平材を接続する接続構造及び接続方法に関する。

通常、鉄骨柱に、鉄筋コンクリートのスラブを設ける場合には、鉄骨柱に鉄骨梁を設け、この鉄骨梁の上に鉄筋コンクリートのスラブを配置する。このため、鉄骨柱と鉄筋コンクリートのスラブとの間には、通常、鉄骨梁を設ける必要があった。また、鉄骨柱にキャピタルを設けて、鉄筋コンクリートのスラブを配置する場合もある。

更に、キャピタルをなくして、鋼管柱に直接スラブを設ける構成が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この接合構造では、地盤面を根切りして捨てコンクリートを打設した後、その上に分離層を施し、分離層上にフラットスラブ用の配筋及びコンクリートを打設し、硬化後に下部を根切りする。この場合、施工した鉄骨柱に溶接して放射状に配筋した複数の柱定着筋と、鉄骨柱の外周面に設けた複数の鋼製リブプレートと、鉄骨柱の周囲を囲む各フープ筋とを設ける。

特開２００１－２７１３６６号公報

特許文献１に記載の技術では、鉄骨柱に、鉄筋コンクリートの水平材の引張力やモーメントを確実に伝えるために、剛性リブプレートと、放射状に配置した柱定着筋や鉄骨柱の周囲を囲む複数のフープ筋を設ける。このため、配筋に手間を要する。

上記課題を解決する接続構造は、鉄骨柱に、鉄筋コンクリートの水平材を接続した接続構造であって、前記鉄骨柱の外周に固定されて、前記水平材に埋設される板状部材と、前記板状部材に固定され、前記水平材において鉛直方向に離間した位置で埋設させて、前記水平材を構成する鉄筋に引張力を伝達する複数の定着筋と、を備える。

また、上記課題を解決する接続方法は、鉄骨柱に、鉄筋コンクリートの水平材を接続する接続方法であって、前記鉄骨柱の外周には、前記水平材に埋設される板状部材を設け、前記鉄骨柱を設置した後、前記水平材を構成する鉄筋に引張力を伝達する定着筋を、前記水平材において鉛直方向に離間した位置で埋設する配置で、前記板状部材に固定し、前記板状部材よりも前記水平材の表面側に前記鉄筋を配置した後、コンクリートを打設することにより、前記水平材を形成する。

本発明によれば、鉄筋コンクリートの水平材の引張力やモーメントを、鉄骨柱に確実に伝達することができるとともに、鉄骨柱に水平材を効率的に設置することができる。

実施形態における接続構造を説明する模式的な正面図。実施形態においてスラブのコンクリートを除いた接続構造の斜視図。実施形態における接続構造の要部の平面図。実施形態の接続構造において作用するモーメントを説明する模式的な正面図。変更例における接続構造を説明する模式的な正面図。

以下、図１～図４を用いて、鉄骨柱に、鉄筋コンクリートの水平材を接続した接続構造及び接続方法を具体化した一実施形態を説明する。本実施形態の接続構造においては、鉄骨柱としての角形鋼管柱に、水平材としてのスラブを接続するフラットプレートの接続構造として説明する。

図１に示すように、本実施形態の接続構造１０は、角形鋼管柱１１にスラブ２０が接続される。なお、スラブ２０は、中心平面Ｃ１に対して上下対称の構造を有する。
角形鋼管柱１１には、その外周に、水平方向に延在する板状部材としての水平鋼板１５，１６が溶接される。水平鋼板１５，１６は、間隔をおいて上下に配置された２層状態でスラブ２０に埋設され、それぞれスラブ２０の上面及び下面の近傍に位置する。

図２に示すように、水平鋼板１５，１６は、水平断面が略正方形の枠形状で構成される。水平鋼板１５，１６には、水平鋼板１５，１６に対して直交するように補強板（ウェブ）１９が固定されている。この補強板１９は、角形鋼管柱１１にも溶接されている。

更に、水平鋼板１５，１６には、複数の貫通孔ｈ１が設けられている。水平鋼板１５，１６の切欠きにより、角形鋼管柱１１の角部、補強板１９と角形鋼管柱１１との当接部には、貫通孔ｈ２が設けられている。貫通孔ｈ１，ｈ２は、スラブ２０のコンクリート２５の充填のために用いられる。

図１に示すように、水平鋼板１５の下面、水平鋼板１６の上面（水平鋼板１５，１６の対向する面）には、定着筋固定部としての複数の機械式継手１７，１８が、それぞれ溶接されている。

図３に示すように、複数の機械式継手１７，１８は、角形鋼管柱１１と反対側（外側）に開口して配置される。本実施形態では、機械式継手１７，１８は、それぞれ上下方向に重なる位置に配置されている。これにより、機械式継手１７，１８に固定された定着筋３０は、上面から見て重なる位置に配置される。また、機械式継手１７，１８の端部は、水平鋼板１５，１６の外周より外側に突出しないように配置されている。

各機械式継手１７，１８には、定着筋３０が連結されている。定着筋３０には、スラブ２０を構成するスラブ筋２１，２２よりも直径が大きい異形鉄筋を用いる。この定着筋３０は、水平鋼板１５，１６より突出した外側の長さＬ１で定着長さ以上である。

更に、図１に示すように、スラブ２０は、これを構成するスラブ筋２１，２２とコンクリート２５とから構成される。スラブ筋２１，２２は、それぞれ水平鋼板１５の上面、水平鋼板１６の下面に接触して配置される。そして、コンクリート２５は、スラブ筋２１，２２に対してかぶり厚さＴ１，Ｔ２分で打設される。これにより、コンクリート２５には、スラブ筋２１，２２、水平鋼板１５，１６、機械式継手１７，１８、補強板１９が埋設される。なお、本実施形態では、スラブ筋２１，２２の間に、各機械式継手１７，１８が配置されている。

（接続構造１０の構築方法）
次に、上述した構成の接続構造１０の構築方法について説明する。
まず、工場等において、水平鋼板１５，１６に、複数の機械式継手１７，１８を溶接する。そして、建設現場において、角形鋼管柱１１に、スラブ２０の取付位置に対応する高さにおいて、機械式継手１７，１８を備えた水平鋼板１５，１６及び補強板１９を溶接する。これにより、機械式継手１７，１８を備えた水平鋼板１５，１６及び補強板１９が取り付けられた角形鋼管柱１１が形成される。

この角形鋼管柱１１を現場に運搬する。この場合、角形鋼管柱１１を複数に分割して搬送してもよい。
そして、現場において、角形鋼管柱１１を設置する。この角形鋼管柱１１の各機械式継手１７，１８に、定着筋３０を差し込むことにより定着筋３０を角形鋼管柱１１に固定する。

次に、水平鋼板１５の上に、格子状にスラブ筋２１を配置し、水平鋼板１６の下に、格子状にスラブ筋２２を配置する。その後、型枠を用いてコンクリート２５を打設することにより、スラブ２０を形成する。

（作用）
本実施形態では、図４に示すように、スラブ筋２１，２２が、コンクリート２５を介して定着筋３０と近接して配置されるので、付着力及びコンクリート２５のせん断力の伝達により、スラブ筋２１，２２の引張力が定着筋３０に伝達される。そして、スラブ２０のモーメントＭ１が角形鋼管柱１１に伝達する。

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）本実施形態の接続構造１０では、角形鋼管柱１１の外周に設けた２層の水平鋼板１５，１６に固定し、定着長さの有する定着筋３０をスラブ２０内に埋設する。これにより、スラブ２０のスラブ筋２１，２２の引張力を、定着筋３０を介して角形鋼管柱１１に伝達することができる。また、水平鋼板１５，１６を離間させて、スラブ２０の上面及び下面の近傍に配置したので、定着筋３０を、モーメントＭ１に効率的に抵抗することができる。また、水平鋼板１５，１６に定着筋３０を固定するので、効率的に接続構造１０を構築することができる。

（２）本実施形態では、水平鋼板１５，１６に機械式継手１７，１８を固定し、この機械式継手１７，１８に定着筋３０を固定させる。このため、工場で予め角形鋼管柱１１に溶接された機械式継手１７，１８に、現場で定着筋３０を固定させることができる。従って、工場から現場までは、角形鋼管柱１１の搬送時には、定着筋３０が突出していないため、取り扱いが容易である。また、現場における溶接作業も少なくすることができる。

（３）本実施形態では、水平鋼板１５，１６に直交して鉛直方向に延在する補強板１９を備える。これにより、補強板１９がせん断力に抵抗するので、パンチングシアによる損傷を抑制することができる。

（４）本実施形態では、機械式継手１７，１８を対向する面側に固定した水平鋼板１５の外側にスラブ筋２１，２２をそれぞれ配置して、スラブ２０を形成した。このため、水平鋼板１５の上にスラブ筋２１を配置することにより配筋できるので、作業効率がよい。

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。
・上記実施形態においては、水平鋼板１５，１６に対して直交するように定着筋３０を配置した。定着筋３０の配置は、水平鋼板１５，１６に対して直交する場合に限られず、例えば、鉄骨柱の周囲において、複数の定着筋を、鉄骨柱の中心から放射状に配置してもよい。
・上記実施形態では、角形鋼管柱１１に、２層の水平鋼板１５，１６を設け、水平鋼板１５，１６のそれぞれに、機械式継手１７，１８を固定した。鉄骨柱に設ける水平鋼板は、上下２層に限定されず、例えば、１層だけでもよい。
更に、定着筋を固定する機械式継手は、２層の水平鋼板の対向する面に配置する場合に限られず、対向する面とは反対側の面に設けてもよい。例えば、水平鋼板１５の上面及び水平鋼板１６の上面及び下面に、複数の定着筋を固定する。この場合、上面の定着筋及び下面の定着筋は、鉛直方向に離間した複数位置に配置する。
具体的には、図５に示す接続構造６０としてもよい。この場合、角形鋼管柱６１の外周に水平鋼板６５を設ける。更に、水平鋼板６５の上面に複数の機械式継手６７を固定し、水平鋼板６５の下面に複数の機械式継手６８を固定する。そして、機械式継手６７，６８に定着筋８０の端部を固定し、機械式継手の上方及び下方に、それぞれスラブ筋７１，７２を配置する。その後、コンクリート７５を打設することにより、スラブ７０を形成する。なお、定着筋８０は、スラブ７０の表面に近い位置（スラブ７０の中心平面Ｃ２より遠い位置）に配置することにより、モーメントＭ１に効率的に抵抗することができる。

・上記実施形態では、定着筋３０は、スラブ２０内において、水平鋼板１５，１６よりも定着長さ以上の長さＬ１を有する。定着筋３０は、スラブ筋２１，２２に引張力を伝達することができる付着力を有していれば、定着長さ以上の長さＬ１を有する場合に限られない。例えば、定着筋３０の先端に定着板を設けた場合や先端部を折り曲げた場合には、直線形状の定着筋３０の定着長さより短くしてもよい。

・上記実施形態においては、各スラブ筋２１，２２の間に、機械式継手１７，１８をそれぞれ配置し、機械式継手１７，１８に固定される定着筋３０を、スラブ筋２１，２２より太くした。スラブ筋２１，２２及び定着筋３０の大きさ（太さ）や本数は、適宜、変更可能である。また、上から見て、スラブ筋２１，２２と、定着筋３０とが重ねるように配置してもよい。

・上記実施形態において、水平鋼板１５，１６に機械式継手１７，１８を介して固定した定着筋３０は、上面から見て重なる位置に配置した。定着筋３０の位置や取り付け方法をこれに限られない。例えば、水平鋼板１５に固定した定着筋３０と水平鋼板１６に固定した定着筋３０とを、上から見てずれた位置に配置してもよい。更に、機械式継手を省略して、水平鋼板１５，１６に直接、溶接するなどで、定着筋３０を固定してもよい。

・上記実施形態では、角形鋼管柱１１とスラブ２０とが直接、繋がっているフラットプレート構造における接続構造として説明した。本発明の接続構造は、フラットプレート構造に適用する場合に限られず、例えば、フラットスラブ構造や、鉄骨柱と鉄筋コンクリート梁との接続構造に用いてもよい。ここで、フラットスラブ構造は、柱とスラブとが接続される部分に補強部材が設けられた接続構造である。これらの接続構造においても、鉄筋コンクリートの水平材を鉄骨柱に設けることができる。

・上記実施形態では、鉄骨柱として角形鋼管柱１１を用いた場合について説明した。鉄骨柱は、角形鋼管柱に限られず、例えば丸鋼管柱、ＳＲＣ（鉄骨鉄筋コンクリート）柱、ＣＦＴ（Concrete Filled Steel Tube；コンクリート充填鋼管構造）柱に適用することが可能である。

また、逆打ち支柱に適用する場合には、精度確保のために、水平鋼板１５，１６を予め溶接した角形鋼管柱１１を用いることが難しい。そこで、逆打ち支柱の場合には、スラブの高さに合わせて、現場において、角形鋼管柱１１の外周に水平鋼板１５，１６を設ける。

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）前記板状部材は、前記鉄骨柱の外周に２層で設けられ、
前記２層間に、前記定着筋が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の接続構造。
（ｂ）前記板状部材には、前記２層間において、前記板状部材が延在する面に対して直交する方向に延在する補強板を設けたことを特徴とする前記（ａ）に記載の接続構造。
（ｃ）前記２層間で前記板状部材に固定された複数の定着筋固定部が更に設けられ、前記定着筋は、前記各定着筋固定部に固定されることを特徴とする前記（ａ）又は前記（ｂ）に記載の接続構造。

（ｄ）前記定着筋は、前記水平材の内部において定着長さを有した異形鉄筋であることを特徴とする請求項１、前記（ａ）～前記（ｃ）の何れか１項に記載の接続構造。
（ｅ）前記板状部材の前記対向する面側に、前記定着筋が配置され、前記板状部材の前記対向する面とは反対の面側に、前記水平材を構成する鉄筋が格子状に配置されていることを特徴とする請求項１、前記（ａ）～前記（ｄ）の何れか１項に記載の接続構造。

Ｃ１，Ｃ２…中心平面、ｈ１，ｈ２…貫通孔、Ｌ１…長さ、Ｍ１…モーメント、Ｔ１，Ｔ２…かぶり厚さ、１０，６０…接続構造、１１，６１…角形鋼管柱、１５，１６，６５…水平鋼板、１７，１８，６７，６８…機械式継手、１９…補強板、２０，７０…スラブ、２１，２２，７１，７２…スラブ筋、２５，７５…コンクリート、３０，８０…定着筋。

Claims

鉄骨柱に、鉄筋コンクリートの水平材を接続した接続構造であって、
前記鉄骨柱の外周に固定されて、前記水平材に埋設される板状部材と、
前記板状部材に固定され、前記水平材において鉛直方向に離間した位置で埋設させて、前記水平材を構成する鉄筋に引張力を伝達する複数の定着筋と、を備えたことを特徴とする接続構造。
鉄骨柱に、鉄筋コンクリートの水平材を接続する接続方法であって、
前記鉄骨柱の外周には、前記水平材に埋設される板状部材を設け、
前記鉄骨柱を設置した後、前記水平材を構成する鉄筋に引張力を伝達する定着筋を、前記水平材において鉛直方向に離間した位置で埋設する配置で、前記板状部材に固定し、
前記板状部材よりも前記水平材の表面側に前記鉄筋を配置した後、コンクリートを打設することにより、前記水平材を形成することを特徴とする接続方法。