JP3125930B2 - パイプスタッド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、主として建築、土木分野の鉄骨構造物に使
用するパイプスタッドに関するものである。

（従来の技術） 建築あるいは、土木分野における鉄骨構造物において
は、耐火及び構造強度の点から、鉄骨柱及び鉄骨梁とコ
ンクリートとを一体化する手段が採用されている。そこ
では、それら部材相互の付着強度を増大し、耐力を向上
するためにスタッドを鉄骨表面に植設する手段が一般化
している。

ところで、近年、建築、土木分野における鉄骨構造
物、特に高層ビル等の建築物については、建築技能者の
不足と高齢化により、プレハブ化の必要性が高まってい
る。その一つの手段として、鉄骨と成形コンクリート板
を簡単な手段で一体化した合成柱もしくは合成梁の開発
が進められている。

第19図は、かかる従来の方法により形成さた合成柱の
概略横断面図で、角鋼管１からなる鉄骨柱の要被覆表面
2a〜2dに、通常シヤコネクタと称される頭付きスタッド
３を溶接等の手段で植設し、次いで、頭付きスタッド３
と対応する位置に嵌合孔４が穿設された成形コンクリー
ト板5a〜5dを前記要被覆表面2a〜2dに当接すると供に、
前記嵌合孔４にモルタルを充填することにより角鋼管１
と成形コンクリート板5a〜5dを一体化する。

第20図は、前記角鋼管１の代わりに十字Ｈ形鋼６を用
いた場合であり、また合成梁についても、その形成方法
は第19図の例と略同様である。

かかる合成足等もしくは合成量は、水平外力の確実な
伝達、曲げ剛性の向上、終局曲げ耐力の上昇など数多く
の利点があるため、その採用は拡大しつつある。

（発明が解決しようとする課題） 最近に至り、建築構造物は益々巨大化し、それに伴い
構造部材としての鉄骨柱・鉄骨梁に高強度鋼が用いら
れ、また成形コンクリート板にも圧縮強度が500kg/cm²
以上のものが出現し始めている。

このような状況から、前記頭付きスタッド３のような
シヤコネクタにも強度向上の必要性が高まっているが、
単にシヤコネクタを高強度化しても鋼材のヤング係数は
一定であることから、高強度シヤコネクタを使用した合
成柱や合成梁においては、ずれの影響が顕在化するとい
う課題があった。

本発明の目的は、高い構造強度を有する建築構造物の
構築に好適で、水平外力の確実な伝達、曲げ剛性の向
上、終局曲げ体力の向上等をもたらすパイプスタッドを
提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明では、所要長さの円筒
形鋼管の先端側外周面に、その端面よりも少なくとも内
方位置に最大径部を有する環状突出部を設けると共に、
基端側端面を平坦に形成したことを特徴としている。

そして、鉄骨柱もしくは鉄骨量の要被覆表面の所定位
置に、予め所要数のパイプスタッドを、その基端側平坦
面を利用して植設し、次いで、パイプスタッドと対応す
る位置に嵌合孔が穿設された成形コンクリート板を前記
要被覆表面に当接し、この状態で成形コンクリート板の
嵌合孔とパイプスタッド内にモルタル等を充填する、こ
れにより、鉄骨柱もしくは鉄骨梁と成形コンクリート板
を確実に一体化して合成柱もしくは合成梁を形成するこ
とができる。

さらに、成形コンクリート板の嵌合孔の内面を、引張
力に対して抵抗する適宜形状に形成すれば、両者の接合
強度は一段と高まる。

（作用） 本発明に係るパイプスタッドは、内部にモルタル充填
が可能で、且つ、同じ重量の中実の頭付きスタッドと比
較して見付け面積が大きいことから、スタッド周囲にお
けるコンクリートの応力を緩和する効果が高い。このた
め、鉄骨とコンクリートとの定着力が大きく、ずれ防止
効果が優れている。さらに、先端側の外周面に環状突出
部が設けられ、且つその最大径部が少なくとも先端周縁
よりも内方に位置しているので、引抜力に対して環状突
出部が変形しにくく、大きな引抜抵抗力を発揮する。

そして、本発明で用いる成形コンクリート板には、植
設されたパイプスタッドと対応する位置に嵌合孔を備
え、鉄骨柱もしくは鉄骨梁の要被覆表面に当接嵌合させ
た状態で、モルタル充填を効率的に実施することができ
る。その結果、各種原因により構造物に作用する水平力
や振動に対して高い耐力を有する合成柱・合成梁を形成
することができる。

さらに、本発明のパイプスタッドとともに使用される
成形コンクリート板として、孔の内面に引張力に抵抗す
る手段を設けた場合には前記パイプスタッドによる効果
は相乗的に高まり、剪断力や剥離力に対する抵抗力は一
段と向上する。

（実施例） 次に、本発明によるパイプスタッドの実施例につい
て、図面を参照しながら詳細に説明する。

第１図は、本発明に係るパイプスタッドの使用状態を
示す概略斜視図である。ここで、角鋼管柱７の要被覆表
面8a,8bに、所望の強度計算により算出された所定数の
パイプスタッド９を所定間隔で植設した後、これらパイ
プスタッド９と対応するように所定間隔で嵌合孔10が穿
設された成形コンクリート板11a,11bを前記要被覆表面8
a,8bに当接する。なお、梁12を含む仕口部におけるその
他の部分の成形コンクリート板と角鋼管柱との当接方法
は同様であるため図示は省略する。

第２図は、成形コンクリート板11a,11bを前記要被覆
表面8a,8bに当接した後、嵌合孔10とパイプスタッド９
内にモルタルを充填することにより、角鋼管柱７と成形
コンクリート板11a,11bによる合成が完了した状況を示
す概略斜視図で、図示の都合上表示していない要被覆表
面についても第１図と同様に成形コンクリート板を用い
て合成を実施することは云うまでも無い。

さて、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ）〜第５図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ本発明に係るパイ
プスタッド9a〜9cの概略側面図、縦断面図、平面図を示
している。

第３図に示すパイプスタット9aは、先端側外周面の端
面よりやや内方の位置に、環状突出部としてのフランジ
13を有し、基端側端面14が平坦な管端に仕上られた円筒
形鋼管15から構成され、その内部16はモルタル充填空腔
となっている。フランジ13は、予め切削加工されたリン
グを円筒形鋼管15の所定位置に溶接したり、大径の円筒
形鋼管を切削加工するなどして形成することができる。

第４図に示すパイプスタッド9bは、円筒形鋼管の先端
面に近い端部17の一部を内側から径方向外方に膨出し、
これにより、外周面に断面が略半円状の環状突出部18を
形成したもので、環状突出部18における最大径部が前記
実施例と同様に端面よりも内方に位置している。また、
第５図に示すハイプスタッド9cは、円筒形鋼管の先端側
の端縁部19を前記第４図実施例と同様に左側へ押圧加工
し、先端面のすぐ近くに環状突出部20を形成した例であ
る。この場合でもその最大径部は端面よりも内方の位置
にある。

このように、本発明に係るパイプスタッド９は、いず
れも先端からモルタルの充填が可能な空腔16を有する円
筒形鋼管の先端側外周面に環状突出部が形成されると共
に、基端側端面を平坦に形成し構成であるので、電気溶
接法等によって鉄骨柱もしくは鉄骨梁の要被覆表面に簡
単に植設することが可能である。

次に、本発明に係るパイプスタッド９の特徴につい
て、比較例として第６図及び第７図に示す単なる円筒状
のスタッドとの比較により詳細に説明する。第６図
（ａ），（ｂ），（ｃ）は、環状突出部のない円筒形パ
イプスタッド23のそれぞれ概略側面図、縦断面図、平面
図を示し、第７図はその使用状態を示している。ここ
で、円筒形パイプスタッド23を鉄骨梁24の要被覆表面25
に植設し、前記実施例と同様に円筒形パイプスタッド23
と対応する位置に嵌合孔26が穿設された成形コンクリー
ト板27をその要被覆表面25に当接した状態で、前記嵌合
孔26及び円筒形パイプスタッド23内にモルタル28を充填
することにより、鉄骨梁24と成形コンクリート板27が一
体化した合成梁29が形成される。

本発明者等は、前記合成梁29について、本発明におい
て必要とされる範囲の引張張力が加わる試験30a,30bの
方向に負荷を実施した結果、比較的初期の引張力で円筒
形パイプスタッド23とモルタル28間に亀裂が生じ、円筒
形パイプスタッド23とモルタル28が離れて鉄骨梁24と成
形コンクリート板27が剥離し、所望の目的が達成出来な
いことが確認された。周知の通り、合成梁においては、
特に負曲げが作用する場合を想定しなければならないの
で、第６図のような円筒形パイプスタッド23の使用は好
ましくないことが判った。

本発明者等は、本発明によるパイプスタッドの効果を
高めるとともに、成形コンクリート板の製作の容易さ及
び現場取付け作業の能率を勘案し、第８図に概略断面図
として示す合成柱31、同じく第９図に示す合成梁32のよ
うに、成形コンクリート板11c及び成形コンクリート板3
3のそれぞれの嵌合孔10を逆剪頭円錐形状とし、予め植
設したパイプスタッド９と嵌合する手段を採用した。第
９図において、Ｈ形鋼から成る梁材34のフランジ35の上
側が要被覆表面36である。なお、合成梁にはデッキプレ
ートを利用する例もあるので、この実施例に限定するも
のではないが、目的を逸脱しない範囲おいて、適宜な構
成を有する成形コンクリート板を用いることは差支えな
い。

次に、嵌合孔10の内面形状が異なる各種成形コンクリ
ート板に対して、本発明にかかるパイプスタッド９を適
用した場合の効果について、第10図ないし第14図により
説明する。第10図の成形コンリート板では、嵌合孔10の
内側面37が逆剪頭円錐形状に形成されている。同じく第
11図では螺旋状の溝を有する内側面38に、また第12図で
は円筒形の内側面39に形成され、これら内面形状を有す
る成形コンクリート板に対して第３図に示すパイプスタ
ッド９を適用し、第７図で説明したような引張り試験を
実施した。その結果、第10図の例では第７図の場合の1.
5倍、第11図の例は1.7倍、第12図の例は1.2倍の強度が
得られた。また、モルタル充填作業の能率では第10図の
形状が最も優れており、充填密度も良く、品質的に信頼
性が高い結果が得られた。

さらに、第13図には、上側が円筒状内側面40で、下側
が逆剪頭円錐形状内側面41に形成された嵌合孔10を有す
る成形コンクリート板と、第３図実施例と同様な断面矩
形状の環状突出部を円筒形鋼管の先端面と面に設けたパ
イプスタッド９との組合わせが示され、この場合の環状
突出部の最大径部は先端面から長手方向のやや内方の位
置まで連続したものになっている。また、第14図に示す
ように上側が大径円筒状内側面42で、下側が小径円筒状
内側面43からな段差のある孔として形成された嵌合孔10
と、第５図に示すパイプスタッド９との組合せ等につい
て試験した結果、何れも第７図の場合よりも優れた成績
が得られた。本発明では、前述の第10図，第11図，第13
図，第14図に示すような内側面に形成された嵌合孔10を
抗引張力内側面を備えた嵌合孔と云う。

次に、従来の頭付きスタッドと本発明に係るパイプス
タッドとの比較試験結果の詳細について説明する。頭付
きスタッドとしては直径16mm及び19mmの２種類を選定
し、それに対し同一断面積で直径が1.5倍と2.0倍のパイ
プスタッド（第３図に示した形状のパイプスタッド）を
用いた。その寸法諸元を次の第１表に示す。また、第２
表は各スタッドの機械的性質、第３表はパイプスタッド
の化学成分比、そして第４表な試験に使用した成形コン
クリート板および充填モルタルの機械的性質である。

そして、前記各スタッドについて、単調と漸増繰返し
の加力押抜き試験を実施した結果は第５表の通りであっ
た。

さて、第15図（ａ），（ｂ）は単調加力の結果を示す
グラフで、縦軸はスタッド１本当りの剪断力tonを、横
軸はずれ量mmを示す。ここでqyで示す水平線は、各スタ
ッドの平均剪断力歪が1/100のオフセット値で、更にqs
は合成梁構造設計指針による剪断耐力のレベルである。

第16図（ａ），（ｂ）は漸増繰返し加力の結果を示す
グラフで、前記と同様に縦軸はスタッド１本当りの剪断
力tonを、横軸はずれ量mmを示す。

図から明らかなように、スタッドの軸径が大きくなる
ほど剪断耐力は増大し、最大耐力時のずれ（△max）は
減少するが、△max以降の耐力低下は急激である。但
し、本発明者等の研究では、△maxに対応するスタッド
の平均剪断変形は最も小さい場合でも0.03rad程度あ
り、変形能力がも大になることはない。

次に、第17図（ａ），（ｂ）及び第18図（ａ），
（ｂ）は、前述の第15図（ａ），（ｂ）及び第16図
（ａ），（ｂ）の剪断力−ずれ量関係の横軸を拡大し初
期の関係をより明確に示すもので、従来の頭付きスタッ
ドに比べ、軸径が1.5倍のパイプスタッドでは、ずれ剛
性が1.7倍程度と大幅に増大しており、また、軸径が２
倍のものでは、ずれ剛性の増加率がやや鈍化することが
判る。

（発明の効果） 本発明のパイプスタッドは、下記のような顕著な効果
を有する。

（１）従来の丸棒鋼よりなるスタッドと同程度の鋼材の
断面積でパイプスタッドにすることにより、スタッドの
外径が従来の丸棒鋼よりなるスタッドの外径よりも大径
になる上に、打設したコンクリートがパイプスタッド内
に充填されて硬化するから、コンクリートとのスタッド
の受圧面積が大きくなってスタッド周囲のコンクリート
の支圧耐力が向上する。そのために、鉄骨とコンクリー
トがずれようとしたときにパイプスタッドは大きく抵抗
する。

（２）パイプスタッドの先端側外周面に、その端面より
も少なくとも内方位置に最大径部を有する環状突出部を
設けたから、パイプスタッドの上部モルタルが、何らか
の条件で剥離した場合パイプスタッド内のモルタルは充
填されたままなので、環状突出部が変形しにくくその効
果が遺憾無く発揮される。このため、コンクリートの接
触抵抗によってコンクリートと鉄骨の剥離が防止され、
パイプスタッドを介して鉄骨とコンクリートが強固に結
合される。

（３）パイプスタッドは、長尺の円筒形鋼管を順次所要
長さに切断し、その切断片の先端側外周面に適宜手段に
より環状突出部を設けて形成できるから、極めて簡単に
構成して容易安価に製作できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るパイプスタッドを使用
した合成柱の形成要領を示す概略斜視図、第２図は前記
合成柱の完成した状態の概略斜視図、第３図（ａ），
（ｂ），（ｃ）〜第５図（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発
明の実施例に係るパイプスタッドのそれぞれ概略側面
図、縦断面図、平面図、第６図（ａ），（ｂ），（ｃ）
は比較例としての円筒形パイプスタッドのそれぞれ概略
側面図、縦断面図、平面図、第７図は同円筒形パイプス
タッドを用いた合成梁の部分概略断面図、第８図及び第
９図は本発明の一実施例に係るパイプスタッドを使用し
た合成柱及び合成梁の概略断面図、第10図〜第14図は本
発明に係るパイプスタッドと成形コンクリート板の嵌合
孔との組合せ説明図、第15図（ａ），（ｂ）は単調加力
試験における剪断力とずれ量の関係を示すグラフ、第16
図（ａ），（ｂ）は漸増繰返し加力試験の結果を示すグ
ラフ、第17図（ａ），（ｂ）及び第18図（ａ），（ｂ）
は単調加力と漸増繰返し加力試験の初期状況を説明する
グラフ、第19図及び第20図は従来の合成柱の概略断面図
である。 １……角鋼管、2a〜2d……要被覆表面、３……頭付きス
タッド、４……嵌合孔、5a〜5d……成形コンクリート
板、６……十字Ｈ形鋼、７……角鋼管柱、8a,8b,8c……
要被覆表面、９……パイプスタッド、10……嵌合孔、11
a,11b,11c……成形コンクリート板、12……梁、13……
環状突出部、14……基端側端面、15……円筒形鋼管、16
……空腔、17……先端側端部、18……環状突出部、19…
…先端側端縁、20……環状突出部、23……円筒形パイプ
スタッド、24……鉄骨梁、25……要被覆表面、26……嵌
合孔、27……成形コンクリート板、28……モルタル、29
……合成梁、30a,30b……引張力、31……合成柱、32…
…合成梁、33……成形コンクリート板、34……梁材、35
……フランジ、36……要被覆表面、37……内側面、38…
…内側面、39……内側面、40……円筒形内側面、41……
逆剪頭円錐形状内側面、42……大径円筒状内側面、43…
…小径円筒状内側面

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E04B 1/48

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所要長さの円筒形鋼管の先端側外周面に、
   その端面よりも少なくとも内方位置に最大径部を有する
   環状突出部を設けると共に、基端側端面を平坦に形成し
   たことを特徴とするパイプスタッド。