JP3603131B2 - コンクリート充填型鋼管柱とブレースとの仕口部 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
この発明は、高層建物、大規模建物等の構築に実施されるコンクリート充填型鋼管柱（以下、ＣＦＴ柱と略すことがある。）へブレースを組み込むための接合仕口部に係り、さらに云えば、ブレースの軸力をＣＦＴ柱へ伝達可能に構成した、ＣＦＴ柱とブレースとの接合仕口部に関する。
【０００２】
【従来の技術】
所謂、コンクリート充填型鋼管柱は、鋼管の中に充填したコンクリートのコンファインド効果を最大限に発揮させたことで薄肉鋼管でも高圧縮力に耐え、優れた耐震性を有する。このＣＦＴ柱の優れた特性を生かしながら、高層建物の架構に必要な剛性の確保や、メガ架構等への応用、さらにはコストの低廉化を目的とした鉄骨量の削減等を図るためには、ブレースとの組み合せなしでは考えられない。
【０００３】
ところで、コンクリートの充填性と鉄骨加工の容易性から、従来、ＣＦＴ柱と梁との接合に際しては、外ダイアフラム形式のリングプレートが一般に採用されている。この基本を変えることなく、ＣＦＴ柱にブレースのような高軸力の部材を取り付けた形態を図６に示した。鋼管柱ｂ内にコンクリートｃが充填されて成るＣＦＴ柱ａと梁ｇとは、ＣＦＴ柱ａの外周に取り付けた下側のリングプレートｅと上側のリングプレートｅ’を介して接合され、その上面に床版ｆが形成されている。そして、当該ＣＦＴ柱ａとブレースｄとの接合は、前記上側のリングプレートｅ’及び床版ｆより更に上方位置のＣＦＴ柱ａ外周にリングプレートｅ”を取り付け、前記上側のリングプレートｅ’と更に上方位置のリングプレートｅ”の端部にブレースｄの端部が接合されている。
【０００４】
また、近年、図８と図９Ａ、Ｂに例示したようなＣＦＴ柱とブレースとの接合仕口部も開発されている（特公平６−１０３８０号公報参照）。図８に示した仕口部は、ＣＦＴ柱ａのブレース接合側の外周に突設された取付部材ｎに、ブレースｄの端部がボルトｈとナットｉとで結合され、引張力伝達部材ｋが前記取付部材ｎに対して鋼管柱ｂの壁面を介して連続し、且つ、ＣＦＴ柱ａ内をその径方向に横断する配置で鋼管柱ｂの内壁面に溶接により接合した構成とされている。
図９に示した接合仕口部は、基本的には前記図８の仕口部と略同じだが、図８の引張力伝達部材ｋはＣＦＴ柱ａ内に設けられている。これに対し、図９の引張力伝達部材ｍはブレース接合側の鋼管柱ｂの壁面を貫通して設けられた点が異なる。つまり、鋼管柱ｂには上下に長い開口部ｐが設けられており、ボルトｈとナットｉでブレースｄの端部に接合された引張力伝達部材ｍは、前記貫通孔ｐを通じてＣＦＴ柱ａ内に挿入され、その先端部が鋼管柱ｂの内壁面に溶接により接合して固定されている。
【０００５】
【本発明が解決しようとする課題】
上記図６に示した従来のＣＦＴ柱ａとブレースｄとの接合仕口部は、上方位置のリングプレートｅ”が床版ｆの上に位置するため、建設プランに悪影響を及ぼすこととなる。そのため、ブレースｄを直接鋼管柱ｂに取り付けることも考えられるが、薄肉の鋼管を用いたＣＦＴ柱の場合には、ブレースからの軸力を鋼管の多くの部分に可能な限り広く伝えることが必要となるため、直接接合するには無理がある。特に、図７に示したように、ブレースの軸力が引張力Ｔとして作用する場合（同図中の左側の矢印Ｔを参照）、ＣＦＴ柱ａの後背面に力を伝達させ（同図中の右側の矢印Ｑを参照）、力のつり合いをとることが重要となってくる。
【０００６】
この点、前記図８と図９に示した接合仕口部は、ＣＦＴ柱ａの後方側にブレースｄの引張力を伝達させる仕組みとなっている。しかし、この仕口部は、ブレースの引張力を引張力伝達部材ｋ（又はｍ）を介して鋼管柱ｂの壁面の内側へ伝達し、コンクリートｃに、図７の矢印Ｑで示した方向への支圧力を伝えるものであり、鋼管柱ｂの壁面の外側（後背面）にブレースの軸力（引張力Ｔ）を伝達させる構成ではない。その上、引張力伝達部材ｋ（又はｍ）の端部を鋼管柱ｂの内壁面に溶接する作業も大変面倒で煩わしい。とりわけ、引張力伝達部材ｋ、ｍはブレースｄの延長線上に位置するように、精度よく鋼管柱ｂの内壁面に溶接により接合しなければならず、正確な作業が要求されるのである。また、図９の引張力伝達部材ｍを使用する場合は、鋼管ｂの壁面に大きな開口部ｐを設ける加工作業も必要であって手間がかかると云った問題もある。
【０００７】
したがって、本発明の目的は、ＣＦＴ柱の特性を発揮させるようにブレースをＣＦＴ柱へ接合すること、即ち、明快な構造の応力伝達部材を介して効率よくブレースの軸力をＣＦＴ柱の後背面（外側）へ広く伝達させるＣＦＴ柱とブレースとの接合仕口部を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係るＣＦＴ柱とブレースとの仕口部は、
鋼管柱１内にコンクリート２が充填されて成るコンクリート充填型鋼管柱３とブレース４との接合仕口部において、
ＣＦＴ柱３の外周面にバンドプレート等の外巻き型応力伝達部材５が巻き掛けられ、こ の外巻き型応力伝達部材５とブレース４の端部とが接合され、ブレース４の軸力が前記外巻き型応力伝達部材５を介してＣＦＴ柱３へ伝達可能に構成されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明に係るＣＦＴ柱とブレースとの仕口部は、
鋼管柱１内にコンクリート２が充填されて成るコンクリート充填型鋼管柱３とブレース４との接合仕口部において、
ａ） ＣＦＴ柱３とブレース４とは外巻き型応力伝達部材５と接続部材６を介して接合されていること、
ｂ） 外巻き型応力伝達部材５は、ＣＦＴ柱３の外周を外巻き可能なバンドプレートで構成され、当該バンドプレート５がＣＦＴ柱３の少なくとも後背面の外周３ａに巻き掛けられていること、
ｃ） 接続部材６は、全体形状が鍔状であって、その前部６ｃがＣＦＴ柱３のブレース側の外周３ｂに沿った形状に形成されていること、
ｄ） ブレース４は、その上下のフランジ４ａ、４ａの端部が前記接続部材６と接合可能な形状に形成されていること、
ｅ） 前記接続部材６の前部６ｃがＣＦＴ柱３のブレース側の外周３ｂに溶接で接合され、その左右両側部６ａ、６ａがバンドプレート５のブレース側端部５ａに溶接で接合され、その後部６ｂはブレース４のフランジ４ａ、４ａの端部と溶接で接合され、その上面又は下面がブレース４のウェブ４ｂと溶接で接合されていると共に、ブレース４のウェブ４ｂの先端部がＣＦＴ柱３のブレース側の外周３ｂに溶接で接合されていること、
ｆ） ブレース４の軸力が前記接続部材６とバンドプレート５を介してＣＦＴ柱３へ伝達可能に構成されていること、をそれぞれ特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態及び実施例】
鋼管柱１内にコンクリート２が充填されて成るコンクリート充填型鋼管柱３とブレース４との接合仕口部において、
ＣＦＴ柱３の外周面にバンドプレート等の外巻き型応力伝達部材５を巻き掛け、この外巻き型応力伝達部材５とブレース４の端部とを接合し、ブレース４の軸力が前記外巻き型応力伝達部材５を介してＣＦＴ柱３へ伝達可能に構成する。
なお、鋼管柱１としては、図示例の薄肉の円管が好適であるが、これに限定されず、角形鋼管（図示は省略）で実施してもよく、また、鋼管柱１とコンクリート２とはボンド状態で実施するほか、両者の間に分離層（図示は省略）を設けてアンボンド状態で実施することも可能である。ブレース４にはＨ形鋼が使用され、そのＣＦＴ柱３と接合される端部における上下のフランジ４ａ，４ａは接続部材６と接合可能な形状に形成する。
【００１１】
【実施例】
請求項１及び請求項２記載の発明は、外巻き型の応力伝達部材を採用した構成であり、外巻き型応力伝達部材５と接続部材６を介してＣＦＴ柱３とブレース４とが接合される。外巻き型応力伝達部材５としては、図１及び図２に示したようなバンドプレート５が好適に使用される。このバンドプレート５は、全長がＣＦＴ柱３（鋼管柱１）の外周を外巻き可能なようにその外周長さに略等しく、幅寸が短い薄肉鋼板によってバンド状に形成されている。当該バンドプレート５は、通常、２本１組で使用され、ＣＦＴ柱３の後背面の外周３ａ（ＣＦＴ柱３の全外周面の約１／２部分）に、平面方向から見てＵ字状に折り曲げて巻き掛けられ、溶接によりＣＦＴ柱３に固定されている（図１Ｂ、図２）。
【００１２】
接続部材６は、図２に示したように、鋼板により全体形状が鍔状に形成され、その前部６ｃが前記ＣＦＴ柱３のブレース側の外周３ｂに沿って嵌合するような湾曲状に形成されている（但し、角型鋼管に使用する場合は、当該前部６ｃは直線状に形成される。）。この接続部材６の後部６ｂは、ブレース４のフランジ４ａの端部に接合可能なように直線状に形成されている。また、その左右の両側部６ａ、６ａも各々バンドプレート５の接線方向に直線状に形成され、当該両側辺部６ａ、６ａ間の幅寸はＣＦＴ柱３の直径に略相当する長さに形成されている（図１Ｂ）。この接続部材６は上下２枚を１組として使用され、各々の後部６ｂが、１本のブレース４の上下のフランジ４ａ、４ａの端部と溶接で接合されている。そのため、ブレース４の上下のフランジ４ａ、４ａは、ウエブ４ｂのみが突き出る形に一定の長さ切り欠かれている。上下の接続部材６、６は、その上面又は下面が上下方向からウェブ４ｂを挟むように配置され、同ウェブ４ｂの上下端縁部と溶接により接合され、予めブレース４と一体化されている（図２）。
【００１３】
そうして、接続部材６の湾曲状の前部６ｃがＣＦＴ柱３のブレース側の外周３ｂに溶接で接合され、左右の両側辺部６ａ、６ａが前記バンドプレート５のＣＦＴ柱３に巻き掛けられていない開放端部５ａ、５ａの内側端部に溶接で接合されている。そして、前記ブレース４のウェブ４ｂの先端部がＣＦＴ柱３のブレース側の外周３ｂに溶接で接合されている（図１Ｂ）。但し、接続部材６は、予めブレース４の端部と接合せずに、ＣＦＴ柱３のブレース側の外周３ｂとバンドプレート５の端部５ａの内側面に接合させた状態（図示は省略）で実施することも可能である。かくして、ブレース４の端部が、バンドプレート５と接続部材６を介してＣＦＴ柱３と一体的な連結状態で接合されているので、ブレース４の軸力（特には引張力）は前記接続部材６、バンドプレート５を通じてＣＦＴ柱３の後背面（外側）に広く伝達され、力のつり合いをとることができるのである。
【００１４】
図示のブレース４は、水平配置でＣＦＴ柱３に接合する例を示しているが、図３Ａ、Ｂに示したように、ブレース４を傾斜させてＣＦＴ柱３に接合する実施形態も採用される。傾斜した姿勢のブレース軸力は、上記同様にバンドプレート５（接続部材６）を介してＣＦＴ柱３の後背面３ａに伝達される。図３Ａの場合、傾斜したブレース４の上下のフランジ４ａ、４ａの端部と水平な接続部材６とが溶接で接合され、同接続部材６が上記のようにＣＦＴ柱３に水平に巻き掛けられたバンドプレート５、５に溶接で接合されている。
図３Ｂの場合、バンドプレート５もブレース４の傾斜角度と同じ角度で傾斜してＣＦＴ柱３に巻き掛けられており、接続部材６も傾斜したブレース４の端部に溶接で接合され、その接続部材６がバンドプレート５に傾斜状態に溶接で接合され、ブレース軸力のＣＦＴ柱３への伝達が円滑に行われる構成とされている。
【００１５】
上記ＣＦＴ柱３とブレース４との接合仕口部は、図４及び図５に示した態様で、より合理的に実施することも行われる。図４に示した接続部材６’は、その後部６ｂ’の幅寸がブレース４のフランジ４ａの幅寸に略等しく形成され、その左右両端部６ａ’、６ａ’は、バンドプレート５を前記後端部６ｂ’の幅に絞った接線に従って収束するように形成されている。よって、ＣＦＴ柱３に巻き掛けられたバンドプレート５の端部５ａ、５ａは収束する形に折り曲げられて、接続部材６’の前記左右両側端部６ａ’、６ａ’に沿って接合されているから、バンドプレート５のＣＦＴ柱３への巻き掛けをより一層強固ならしめ、ブレース軸力のＣＦＴ柱３への伝達をより一層スムーズに行うことができる。
【００１６】
また、図５に示した接合仕口部では、１本（単体）のバンドプレート５”が使用されている。即ち、上記図１Ａに示したバンドプレート５が２本１組の対で使用されるのに対し、図５のバンドプレート５”は、ブレース４のせいより若干大きい幅の１枚板によって形成され、当該バンドプレート５”のブレース側の端部５ａ”に、ブレース４の上下のフランジ４ａ、４ａが共通に溶接で接合されている。このバンドプレート５”を使用すれば、上記のように２本のバンドプレート５、５をブレース４の上下の各フランジ４ａ、４ａの位置へ各々突き合わせてＣＦＴ柱３の外周に巻き掛ける手間が省けて効率よく実施することができる。
【００１７】
【本発明の奏する効果】
請求項１、２記載の発明に係るＣＦＴ柱とブレースとの接合仕口部によれば、ＣＦＴ柱３の優れた耐震性等の特性を発揮させた上で、明快で簡単な構造の外巻き型の応力伝達部材５を介して合理的かつ確実にブレース４の軸力をＣＦＴ柱３の後背面（外側）へ広く伝達でき、ＣＦＴ架構の剛性等が確保される。特に、バンドプレート等の外巻き型応力伝達部材５によれば、ＣＦＴ柱３を一切傷付けることなく、最も効率よくブレース４の軸力がＣＦＴ柱３の後背面へ伝達される。また、前記外巻き型の応力伝達部材５を用いてＣＦＴ柱３にブレース４を接合し組み合せることにより、全体的なＣＦＴ架構の施工コストの低廉化にも寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａ、Ｂは外巻き型応力伝達部材によるＣＦＴ柱とブレースの接合状況を示した正面図と平面図である。
【図２】ブレース・接続部材と外巻き型応力伝達部材・ＣＦＴ柱との接合要領を示した斜視図である。
【図３】Ａ、Ｂは図１Ａの異なる実施例を示した正面図である。
【図４】図１Ｂの異なる実施例を示した平面図である。
【図５】異なるバンドプレートの正面図である。
【図６】従来のＣＦＴ柱とブレースの接合要領を施した正面図である。
【図７】ＣＦＴ柱とブレースとの仕口部を示した一部切欠正面図である。
【図８】従来のＣＦＴ柱とブレースとの仕口部を示した横断面図である。
【図９】Ａは異なる従来例を示した縦断面図、ＢはＡのＢ−Ｂ矢視断面図である。
【符号の説明】
１ 鋼管柱
２ コンクリート
３ コンクリート充填型鋼管柱（ＣＦＴ柱）
４ ブレース
５ 外巻き型応力伝達部材（バンドプレート）
６ 接続部材
４ａ フランジ
４ｂ ウエブ

Claims (2)

1. 鋼管柱内にコンクリートが充填されて成るコンクリート充填型鋼管柱とブレースとの接合仕口部において、
   コンクリート充填型鋼管柱の外周面にバンドプレート等の外巻き型応力伝達部材が巻き掛けられ、この外巻き型応力伝達部材とブレースの端部とが接合されており、ブレースの軸力が前記外巻き型応力伝達部材を介してコンクリート充填型鋼管柱へ伝達可能に構成されていることを特徴とする、コンクリート充填型鋼管柱とブレースとの仕口部。
2. 鋼管柱内にコンクリートが充填されて成るコンクリート充填型鋼管柱とブレースとの接合仕口部において、
   ａ） コンクリート充填型鋼管柱とブレースとは外巻き型応力伝達部材と接続部材を介して接合されていること、
   ｂ） 外巻き型応力伝達部材は、コンクリート充填型鋼管柱の外周を外巻き可能なバンドプレートで構成され、当該バンドプレートがコンクリート充填型鋼管柱の少なくとも後背面の外周に巻き掛けられていること、
   ｃ） 接続部材は、全体形状が鍔状であって、その前部がコンクリート充填型鋼管柱のブレース側の外周に沿った形状に形成されていること、
   ｄ） ブレースは、その上下のフランジ端部が前記接続部材と接合可能な形状に形成されていること、
   ｅ） 前記接続部材の前部がコンクリート充填型鋼管柱のブレース側の外周に溶接で接合され、その左右両側部がバンドプレートのブレース側端部に溶接で接合され、その後部はブレースのフランジ端部と溶接で接合され、その上面又は下面がブレースのウェブと溶接で接合されていると共に、ブレースのウェブ先端部がコンクリート充填型鋼管柱のブレース側の外周に溶接で接合されていること、
   ｆ） ブレースの軸力が前記接続部材とバンドプレートを介してコンクリート充填型鋼管柱へ伝達可能に構成されていること、
   をそれぞれ特徴とする、コンクリート充填型鋼管柱とブレースとの仕口部。

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