JP3611473B2

JP3611473B2 - 鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱梁接合部補強方法

Info

Publication number: JP3611473B2
Application number: JP03568799A
Authority: JP
Inventors: 憲一郎山本
Original assignee: Maeda Corp
Current assignee: Maeda Corp
Priority date: 1999-02-15
Filing date: 1999-02-15
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2019-02-15
Also published as: JP2000234386A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、梁鉄骨と柱鉄骨とを交差させて柱鉄筋を配置した柱梁接合部の周囲をリング状に補強筋を配筋してコンクリートを打設する鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱梁接合部補強方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱は、主にＨ型鋼を組み合わせた柱鉄骨の周囲に鉄筋（柱鉄筋及びせん断補強筋）を配筋してコンクリートを打設する構造である。すなわち、図４に示す鉄骨鉄筋コンクリート構造の中柱において、柱鉄骨２０は平板１０，１１を交差させて十字状に構成し、その四方に突出した先端部に夫々平板のフランジ１２を一体に設けて形成する。そして、この柱鉄骨２０の周囲に鉄筋を配置する。
【０００３】
この鉄筋は、柱鉄骨２０の長手方向に平行に配置した柱鉄筋（以下、主筋という）１４と、この主筋１４に直交するように配筋したせん断補強筋（以下、補強筋という）１３からなっている。主筋１４の数はコンクリート柱の規模によって異なるが、図示例では１２本であり、一方、補強筋１３は柱のせん断補強のために、特定間隔、例えば１０ｃｍおきに１セットずつリング状に配筋してある。
【０００４】
また、柱鉄骨２０を貫通して交差するように梁鉄骨３０が配置された柱梁接合部においては、梁鉄骨３０のウエッブ鋼板１５に穿孔部１６を設けてこの穿孔部１６に補強筋１３を通して柱鉄骨２０を包含するように配筋する。
【０００５】
そのため、従来の方法では、図５の平面断面図に示すように、リング状の補強筋１３をＬ字型に４分割（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ）にし、梁鉄骨３０のウエッブ鋼板１５に設けた穿孔部１６に補強筋１３ａ〜１３ｄを通して柱梁接合部をリング状に包含する。そして、図５に示す補強筋１３ａ〜１３ｄが分離状態では柱のせん断補強の役割を果たさないので、補強筋１３ａ〜１３ｄ同士のオーバーラップした継手部分を相互に現場溶接して一体にしていた。
【０００６】
また、別の例として側柱の柱梁接合部の場合（図６の平面図参照）は、リング状の補強筋１３をＬ字型またはコ字型に３分割（１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ）にし、穿孔部１６に補強筋１３ｅ〜１３ｇを通して柱梁接合部をリング状に包含した後、補強筋１３ｅ〜１３ｇの継手部分を相互に現場溶接して配筋していた。
【０００７】
そして、中柱や側柱において、鉄骨の周囲に鉄筋を配筋した後、外周を型枠（図示しない）で覆い型枠の内部にコンクリート４０を打設する構造である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、柱のせん断補強のために、補強筋１３の継手部分を現場溶接する従来の工法では、１セットの補強筋１３を配筋するために、３〜４カ所の現場溶接作業（図５及び図６参照）が必要となり、柱鉄骨の数が多い場合には、多くの手間と時間を必要とする。
【０００９】
また、柱梁接合部の位置は作業床より最も高い位置にあるため、溶接設備の準備に加えて、溶接作業用の仮設足場の準備も必要とする。
更に、現場溶接の品質は、工場溶接に比較して溶接条件が悪くなるから、溶接の品質にバラツキが生じるおそれがある。
【００１０】
以上のように、溶接作業を必要とする場合は、仮設足場を組む必要がある他、溶接部分の品質管理や作業工程を溶接作業を前提として決定するために作業に手間がかかり、コストアップの要因となる。さらに、配筋量が多くて、鉄筋や鋼材が混雑している個所では、溶接作業自体が不可能となる。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みて創案されたものであり、補強筋の継手部分の溶接作業が省略できて補強筋の配筋・組立工程も簡素化できるようにした鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱梁接合部補強方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱梁接合部補強方法は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
【００１３】
すなわち、ウエッブ鋼板の上下端部をフランジ鋼板で挟着させて成る複数の梁鉄骨と柱鉄骨とを交差させ、その周囲に柱鉄筋を配置して柱梁接合部を形成し、前記梁鉄骨のウエッブ鋼板に穿孔部を形成し、この穿孔部に補強筋を挿通させて前記柱梁接合部の周囲をリング状に配筋し、前記柱梁接合部および前記配筋した補強筋の外周部にコンクリートを打設する鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱梁接合部補強方法において、
前記補強筋として表面に凹凸を形成した異形鉄筋を用い、前記穿孔部の孔径を前記補強筋の直径の２．５倍から３倍に形成し、前記補強筋を少なくとも２カ所の前記穿孔部に亘って挿通させると共に前記補強筋同士を前記穿孔部の双方向から互いに重なり合うように挿通させ、前記ウエッブ鋼板を越えた補強筋先端の定着長さを前記補強筋の直径の５倍から１０倍の長さに設定することを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、夫々の補強筋を複数の穿孔部に亘って挿通するとともに、梁鉄骨のウエッブ鋼板を挟んで穿孔部の双方から補強筋の先端を互いに重なり合うように挿通して規定の長さだけ定着させることにより、コンクリート打設後、ウエッブ鋼板に挿入した補強筋先端の定着部が、ウエッブ鋼板の上下端部にある２枚以上のフランジ鋼板によって拘束されているコンクリート中に定着される。その結果、補強筋先端の定着部が大きな定着耐力を有し、せん断補強性能を発揮する。
【００１５】
すなわち、ウエッブ鋼板を挿通して越えた補強筋先端の定着部に引張応力が伝達されると、補強筋周囲のコンクリートにはせん断力と同時に、ウエッブ鋼板及びフランジ鋼板との間に圧縮力が発生する。この圧縮力は、コンクリートがウエッブ鋼板及びフランジ鋼板により拘束されていることにより発生し、この圧縮力が補強筋周囲のコンクリートを補強筋に押し付けてコンクリートの骨材と異形鉄筋の凹凸とをかみ合わせるように作用するため、補強筋の定着耐力（強度）を大幅に高める。
【００１６】
本願発明者は異形鉄筋の補強筋同士を溶接せずに異形鉄筋の直径の５倍の定着長さで定着強度の実験を行った。その結果、補強筋はコンクリート強度６００ｋｇ／ｃｍ_２の場合、鉄筋強度８０００ｋｇ／ｃｍ_２まで定着可能であった。
【００１７】
なお、梁鉄骨の断面形状としては、フランジ鋼板の形成位置によってＨ型、Ｉ型、キ型などの形鋼が例示できる。また、フランジ鋼板はウエッブ鋼板の端部に設けてもよいのは勿論、途中に設けても良く、また対向するだけではなく四方に設ければ更に強力な鉄筋定着効果が期待できる。
【００１８】
以上から本発明の柱梁接合部補強方法は、補強筋を複数の穿孔部に亘って挿通させるとともに、穿孔部を越えた補強筋先端を規定の長さだけ互いに重なり合うように挿通させる作業により配筋作業ができ、従来行われていた補強筋の溶接作業を省略できるため、施工性を大幅に改良できる。
【００１９】
またこの方法は、補強筋をウエッブ鋼板の穿孔部に挿入するだけであり、挿入長さも短いため配筋・組立工程を簡素化できる。
さらにこの方法は、配筋・組立が容易なため、補強筋の数を増やしたり、径を大きくして補強筋量を多くして柱梁接合部の構造性能を高めることができる。
【００２０】
さらにまた、この方法は補強筋を予めＬ字型あるいはコ字型に成形することにより、配筋・組立がいっそう容易にでき好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態にかかる鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱梁接合部補強方法を図１及び図２に基づき説明する。
【００２２】
まず、この実施の形態の柱梁接合部の構造について説明する。
この実施の形態は、鉄骨鉄筋コンクリート構造の中柱に適用したもので、図１は柱と梁が交差した柱梁接合部の横断面図を示している。
【００２３】
図において、柱梁接合部は、床に対し垂直に立設した柱鉄骨２０に対し、４本の梁鉄骨３０，３０，３０，３０を四方向から交差させて形成したものである。
柱鉄骨２０は、従来の技術において図４で説明したように、平板１０，１１を交差させて十字状に構成し、その四方に突出した先端部に夫々平板のフランジ鋼板１２を一体に設けて形成したものである。
【００２４】
また、梁鉄骨３０の夫々は、上下に対向する２枚のフランジ鋼板１７，１７がウエッブ鋼板１５の上下端部を挟着するように設けて形成したものである。
前記柱梁接合部は、その周囲に鉄筋が配筋された後、柱梁接合部および鉄筋の外周に型枠（図示せず）を配置してコンクリート４０を打設し、鉄筋鉄骨コンクリート構造としたものである。
【００２５】
前記柱梁接合部に配筋する鉄筋は、図１に示すように、柱鉄骨２０の長手方向に平行に配置した柱鉄筋（以下、主筋という）１４と、この主筋１４に直交するように配筋したせん断補強筋（以下、補強筋という）３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄとで構成される。
【００２６】
主筋１４は、柱の応力に応じ、中柱の四隅に３本ずつ計１２本配筋されている。
一方、補強筋３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、それぞれＬ字型に成形され、後述するように、中柱のせん断補強のため、同一高さに４本をリング状に組み合わせて１セットの補強筋となる。なお、図示しないが、補強筋は１セットずつ１０ｃｍ間隔で複数配筋されている。補強筋３ａ〜３ｄは、表面に凹凸が形成された異形鉄筋を用いる。
【００２７】
四方向より柱鉄骨２０と接続する梁鉄骨３０のウエッブ鋼板１５には、補強筋３ａ〜３ｄを挿通してリング状に配筋するための穿孔部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが同一高さ位置に形成されている。この穿孔部１６ａ〜１６ｄの孔径は、補強筋３ａ〜３ｄの直径の２．７倍に穿設されている。なお、この穿孔部は図示してはいないが、１０ｃｍの高さ毎にウエッブ鋼板１５に穿設されている。
【００２８】
補強筋３ａ〜３ｄは、隣接するウエッブ鋼板１５の同一高さの穿孔部１６ａ〜１６ｄに亘って挿通し配設されている。すなわち、補強筋３ａは、３本の主筋１４の外側から２つの穿孔部１６ａ，１６ｂに亘って挿通し配設されている。同様に、補強筋３ｂは穿孔部１６ｂ，１６ｃに亘って挿通し、補強筋３ｃは穿孔部１６ｃ，１６ｄに亘って挿通し、補強筋３ｄは穿孔部１６ｄ，１６ａに亘って挿通し配設されている。
【００２９】
また、補強筋３ａ〜３ｄは、夫々、ウエッブ鋼板１５を挟んで穿孔部１６ａ〜１６ｄの双方から補強筋３ａ〜３ｄの先端を互いに重なり合うように挿通して所謂継手構造を形成している。すなわち、穿孔部１６ａには、補強筋３ａと補強筋３ｄがウエッブ鋼板１５を挟んで穿孔部１６ａの双方から互いに重なり合うように挿通している。同様に、穿孔部１６ｂには、補強筋３ｂと補強筋３ｃが互いに重なり合うように挿通し、穿孔部１６ｃには、補強筋３ｃと補強筋３ｄが互いに重なり合うように挿通し、穿孔部１６ｄには、補強筋３ｄと補強筋３ａが互いに重なり合うように挿通している。
【００３０】
そして、ウエッブ鋼板１５を越えて挿通した補強筋３ａ〜３ｄの先端部αは、補強筋３ａ〜３ｄの直径の５倍の長さとなるように設定されている。なお、補強筋３ａ〜３ｄの直径の５倍の長さに設定された前記先端部αは、打設したコンクリート４０によって定着されている。
【００３１】
次に、この実施の形態にかかる中柱の柱梁接合部の施工手順を説明する。
まず、床に立設する柱鉄骨２０と複数の梁鉄骨３０とを交差させると共に溶接結合させて柱梁接合部を形成する。なお、梁鉄骨３０のウエッブ鋼板１５には予め穿孔部１６ａ〜１６ｄが穿設されている。
【００３２】
Ｌ字型に成形した補強筋３ａ〜３ｄを複数の穿孔部３ａ〜３ｄに亘って挿通すると共に補強筋同士を穿孔部の双方向から互いに重なり合うように挿通し、ウエッブ鋼板１５を越えた補強筋先端部αの定着長さを補強筋の直径の５倍の長さに設定する。この配筋作業を全ての補強筋において行って柱梁接合部の周囲をリング状に配筋する。次に、柱梁接合部および鉄筋の外周に型枠（図示せず）を配置してコンクリート４０を打設し、鉄筋鉄骨コンクリート構造とする。
【００３３】
次に、実施の形態の柱梁接合部におけるコンクリート打設後の補強筋の定着強度について説明する。
ウエッブ鋼板１５を越えた先端部（定着部分）αでは、図２の梁鉄骨の断面図に示すように、補強筋３ｄに引張応力（Ａ）が加わった場合、補強筋周囲のコンクリートにはせん断力（Ｂ）と同時に、コンクリートがウエッブ鋼板１５とフランジ鋼板１７，１７との間に拘束されていることにより圧縮力（Ｃ）が発生する。ところが、この圧縮力（Ｃ）は力のベクトルの分解によってウエッブ鋼板１５に平行な力（Ｄ）として作用し、フランジ鋼板１７，１７を押すこととなる。
【００３４】
しかし、フランジ鋼板１７，１７は固定されているため、コンクリートの移動は抑制されると共にコンクリートを押し戻す反作用が働き、コンクリートの骨材４１と補強筋３ｄの凹凸がかみ合い、コンクリートと補強筋の定着性を向上させる。これによって、せん断強度が上昇し、短い定着長さであっても高い定着強度が得られ、補強筋３ｄの抜けが防止される。
【００３５】
本願発明者は図２に示す定着強度の実験を異形鉄筋の直径の５倍の定着長さで行った。その結果、この異形鉄筋はコンクリート強度６００ｋｇ／ｃｍ_２の場合、鉄筋強度８０００ｋｇ／ｃｍ_２まで定着可能であった。
【００３６】
また、補強筋３ｄに重なり合うように挿通した補強筋３ａは、穿孔部１６ａから見て補強筋３ｄと点対称となっているため、可逆的な動作（他方の鉄筋に応力がかかった場合など）が可能である。従って、補強筋３ａの定着強度についての説明は省略する。
【００３７】
なお、圧縮力Ｃは、ウエッブ鋼板１５に対し斜めに作用するため、ウエッブ鋼板面に平行な分力を生じ、コンクリートは、ウエッブ鋼板表面で滑ろうとする。このため、ウエッブ鋼板１５から突出したフランジ鋼板１７，１７が無い場合には、発生する圧縮力は非常に小さくなり、本発明の効果は得られない。
【００３８】
この実施の形態の構成によれば、コンクリート打設後、ウエッブ鋼板１５に挿入した補強筋先端部αの定着部分が、ウエッブ鋼板１５の上下端部にある２枚以上のフランジ鋼板１７，１７によって拘束されているコンクリート中に定着される。その結果、補強筋先端部αの定着部分が大きな定着耐力を有し、せん断補強性能を発揮するので、溶接作業が省略でき、補強筋の配筋・組立工程も簡略化できる。
【００３９】
［別の実施の形態］
本発明の柱梁結合部補強方法を適用した別の実施の形態を図３に基づき説明する。なお、この別の実施の形態は、リング状に柱鉄骨２０を包含する１セットの補強筋を２重に配筋して柱梁接合部のせん断補強強化を図る場合を示す。また、図３に付された符号が図１の符号と同一であるものは、同一機能を有するものなので、その説明を省略する。
【００４０】
図３の柱梁接合部では、リング状の１セットの補強筋がコ字型に成形された補強筋４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ，４ｇ，４ｈを８本組み合わせて構成される。補強筋４ａ〜４ｈは、表面に凹凸が形成された異形鉄筋を用いる。
【００４１】
四方向より柱鉄骨２０と接続する梁鉄骨３０のウエッブ鋼板１５には、リング状に配筋される補強筋４ａ〜４ｈが通過する位置に、それぞれ穿孔部１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄが形成されている。また、柱鉄骨２０の平板１０，１０，１１，１１には、リング状に配筋される補強筋４ａ〜４ｈが通過する位置に、それぞれ穿孔部１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが形成されている。この穿孔部１６ａ〜１６ｄおよび穿孔部１８ａ〜１８ｄの孔径は、補強筋４ａ〜４ｈの直径の２．７倍である。
【００４２】
補強筋４ａ〜４ｈは、隣接する平板１０，１１およびウエッブ鋼板１５の穿孔部に亘って挿入されている。例えば、補強筋４ａは、３本の主筋１４の外側から穿孔部１６ａと穿孔部１８ａに亘って両方に挿入されている。また、コ型鉄筋４ｈは、３本の主筋１４の外側から穿孔部１６ａと穿孔部１８ａに亘って両方に挿入されている。
【００４３】
また、補強筋４ａ，４ｈは、平板１０及びウエッブ鋼板１５を挟んで穿孔部１６ａ，１８ａの双方から補強筋４ａ，４ｈの先端部を互いに重なり合うように挿通されている。
【００４４】
そして、平板１０及びウエッブ鋼板１５を越えて挿通した補強筋４ａ，４ｈの先端部の定着長さは、補強筋４ａ，４ｈの直径の５倍の長さに設定する。
なお、別の実施の形態の施工手順及び補強筋の定着強度についての説明は、前述の実施の形態と同様なので省略する。
【００４５】
以上、別の実施の形態の構成によれば、図１に示す実施の形態の作用効果に加えて、補強筋を２重に配筋できるから、図１の実施の形態より補強量を多くでき、柱梁接合部の性能を高めることができる。
【００４６】
上述の実施の形態では、穿孔部の孔径を補強筋の直径の２．７倍に設定した場合で説明したが、穿孔部の孔径は補強筋をウエッブ鋼板の両側から挿通する作業性を考慮して補強筋の直径の２．５倍から３倍の範囲内で適切に設定することができる。また、上述の実施の形態では、補強筋先端部の定着長さを補強筋の直径の５倍に設定した場合で説明したが、補強筋先端部の定着長さは使用する補強筋強度とコンクリート強度に応じて補強筋の直径の５倍から１０倍の範囲内で適切に設定することができる。なお、定着長さが補強筋の直径の１０倍を越えると、補強筋の先端部が構造物内に収まらなくなるおそれがあり、収まらない先端部分を折り曲げる等余分な工程が生じて組立・配筋工程の簡略化に逆行するので、定着長さは補強筋の直径の１０倍を越えない範囲で設定する。
【００４７】
さらに、上述の実施の形態では、梁鉄骨の断面形状として、Ｈ型の形鋼を用いた場合を説明したが、梁鉄骨の断面形状はフランジの形成位置によってＩ型であってもキ型であってもよい。さらにまた、上述の実施の形態では、フランジ部をウエッブ鋼板の端部に設けた場合を説明したが、フランジ部をウエッブ鋼板の途中に設けても良く、また対向ではなく四方に設ければ更に強力な鉄筋定着効果が期待できる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、補強筋を複数の穿孔部に亘って挿通させるとともに、穿孔部を越えた補強筋先端を規定の長さだけ互いに重なり合うように挿通させる作業により配筋作業ができ、従来行われていた補強筋の溶接作業を省略できるため、施工性を大幅に改良できる。
【００４９】
また本発明によれば、補強筋をウエッブ鋼板の穿孔部に挿入するだけであり、挿入長さも短いため補強筋の配筋・組立工程を簡略化できる。
さらに本発明によれば、配筋・組立が容易なため、補強筋の数を増やしたり、径を大きくして補強筋量を多くして柱梁接合部の構造性能を一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る方法で施工した柱梁接合部の内部構造を示す横断面図である。
【図２】本実施の形態に係る方法で施工した補強筋の定着原理を示す部分的な縦断面図である。
【図３】別の実施の形態に係る方法で施工した柱梁接合部の内部構造を示す横断面図である。
【図４】従来の方法で施工した鉄骨鉄筋コンクリート造柱梁接合部を示す斜視図である。
【図５】従来の方法で施工した鉄骨鉄筋コンクリート造柱梁接合部を示す横断面図である。
【図６】従来の方法で施工した鉄骨鉄筋コンクリート造柱梁接合部を示す横断面図である。
【符号の説明】
３ａ〜３ｄ…補強筋
４ａ〜４ｈ…補強筋
１０，１１…平板
１２…フランジ鋼板
１３…補強筋
１４…主筋
１５…ウエッブ鋼板
１７…フランジ鋼板
２０…柱鉄骨
３０…梁鉄骨
１６ａ〜１６ｄ…穿孔部
１８ａ〜１８ｄ…穿孔部
４０…コンクリート
４１…骨材
α…定着長さ

Claims

ウエッブ鋼板の上下端部をフランジ鋼板で挟着させて成る複数の梁鉄骨と柱鉄骨とを交差させ、その周囲に柱鉄筋を配置して柱梁接合部を形成し、前記梁鉄骨のウエッブ鋼板に穿孔部を形成し、この穿孔部に補強筋を挿通させて前記柱梁接合部の周囲をリング状に配筋し、前記柱梁接合部および前記配筋した補強筋の外周部にコンクリートを打設する鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱梁接合部補強方法において、
前記補強筋として表面に凹凸を形成した異形鉄筋を用い、
前記穿孔部の孔径を前記補強筋の直径の２．５倍から３倍に形成し、
前記補強筋を少なくとも２カ所の前記穿孔部に亘って挿通させると共に、前記補強筋の先端同士を前記穿孔部の左右から各１つの前記穿孔部において互いに重なり合うように挿通させ、
前記ウエッブ鋼板を越えた補強筋先端の定着長さを前記補強筋の直径の５倍から１０倍の長さに設定し、
前記コンクリート打設後、前記ウエッブ鋼板に挿入した前記補強筋先端の定着部が、前記ウエッブ鋼板の上下端部にあるフランジ鋼板によって拘束されているコンクリート中に定着される
ことを特徴とする鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱梁接合部補強方法。
前記穿孔部に亘って挿通させる補強筋をＬ字型あるいはコ字型に成形した請求項１記載の鉄骨鉄筋コンクリート構造の柱梁接合部補強方法。