JP3631237B1 - Composite structural beam - Google Patents
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Abstract
【課題】 材端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁からなる複合構造梁において、簡易な補強構造によって合理的な力学的挙動を発揮できるようにする。
【解決手段】 両材端部の鉄筋コンクリート梁11内に、スパン中央部の鉄骨梁21が所定埋設長だけ埋設され、一体化した複合構造梁10において、鉄骨梁21の鉄筋コンクリート梁11内への埋設始端位置のフランジ22,23とウェブ24とに囲まれた部位に始端支圧プレート25を設ける。また埋設終端位置における鉄骨梁21の各上下フランジ22,23とウェブ24との間に、ウェブ軸線に関して対称となるように複数枚の終端支圧プレート26を設けるようにした。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rational mechanical behavior with a simple reinforcing structure in a composite structural beam composed of a steel beam at the center of a material end reinforced concrete beam.
A steel beam 21 at the center of a span is embedded in a reinforced concrete beam 11 at the ends of both members, and the steel beam 21 is embedded in the reinforced concrete beam 11 in an integrated composite structural beam 10. A start end bearing plate 25 is provided in a portion surrounded by the flanges 22 and 23 and the web 24 at the start end position. Further, a plurality of end bearing plates 26 are provided between the upper and lower flanges 22 and 23 of the steel beam 21 and the web 24 at the embedded end position so as to be symmetrical with respect to the web axis.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は複合構造梁に係り、特に材端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁からなり、その複合構造における合理的な力学的挙動を発揮できるようにした複合構造梁に関する。 The present invention relates to a composite structural beam, and more particularly to a composite structural beam which is composed of a steel beam in the middle of a reinforced concrete beam at the end of a material and which can exhibit a rational mechanical behavior in the composite structure.
梁下空間の有効利用を図るために、梁の長スパン化及びスパン中央部における梁断面の小断面化、梁の軽量化を実現可能な、材端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁の複合構造梁の開発が種々行われている(特許文献1,特許文献2参照)。 In order to make effective use of the space under the beam, it is possible to realize a long span of the beam, a small cross section of the beam in the center of the span, and a light weight of the beam. Various developments have been made (see Patent Document 1 and Patent Document 2).
特許文献1に開示された複合構造梁では、鉄骨梁の両端部を鉄筋コンクリート梁の中に埋設することで梁の剛性の調整、躯体精度の確保を図ることで鉄筋コンクリート梁では困難な大スパン梁を可能としている。また、鉄骨と鉄筋コンクリート部の一体化を図るために鉄骨のフランジ外面に植設されたスタッドと、ウェブを貫通する結合筋および埋設部の鉄骨周囲を囲むスパイラル筋とを有する。 In the composite structural beam disclosed in Patent Document 1, both ends of a steel beam are embedded in a reinforced concrete beam, thereby adjusting the rigidity of the beam and ensuring the accuracy of the frame. It is possible. In addition, in order to integrate the steel frame and the reinforced concrete portion, a stud planted on the outer surface of the flange of the steel frame, a connecting bar that penetrates the web, and a spiral bar that surrounds the periphery of the steel frame of the embedded part.
特許文献2には、主筋の引抜けと鉄骨および主筋周囲のコンクリート破壊を防止するために、主筋の一部を鉄骨に溶接し、鉄骨の埋込み開始位置付近と鉄骨の埋込み終点位置付近に鉄筋あるいはスパイラルPC鋼材を密に巻き付けた補強構造が開示されている。 In Patent Document 2, in order to prevent pull-out of the main bar and destruction of the steel frame and the concrete around the main bar, a part of the main bar is welded to the steel frame, and the reinforcing bar or A reinforcing structure in which a spiral PC steel material is tightly wound is disclosed.
特許文献1に開示された発明では、フランジ面にスタッドを設け、鉄骨ウェブに貫通孔を設けて結合筋を配設し、さらにこれらを囲むようにスパイラル筋を設けているため、鉄骨と鉄筋コンクリートとの間の応力伝達機構が複雑で、複合部材内でのスムースな応力伝達が達成できなくなっている。 In the invention disclosed in Patent Document 1, since a stud is provided on the flange surface, a through hole is provided in the steel web, a connecting bar is provided, and a spiral bar is provided so as to surround them, the steel frame and the reinforced concrete are provided. The stress transmission mechanism between the two is complicated, and smooth stress transmission in the composite member cannot be achieved.
特許文献2に開示された発明では、柱梁接合部において柱を貫通する梁主筋を鉄骨端に溶接し、さらに鉄筋コンクリート梁端面において定着板を介して鉄骨に溶接する構成からなる。このとき鉄骨と鉄筋とは降伏強度や破断時の伸び等の材料特性が異なり、材料組成も異なる。このような異種材料同士を応力の大きい箇所で溶接等により連結することは力学的に好ましくない。このため、実大あるいは模型試験等を行い、実際に安全性の確認を行う必要がある。また、構造的に複雑になるため、材料、施工の両面でコストが増大する。施工面においては、鉄筋を下フランジに溶接する際に上向き溶接となるため、現場溶接が非常に困難になることが予想される。 In the invention disclosed in Patent Document 2, a beam main bar penetrating a column is welded to a steel frame end at a column beam joint and further welded to a steel frame via a fixing plate on a reinforced concrete beam end surface. At this time, the steel frame and the reinforcing bar have different material properties such as yield strength and elongation at break, and also have different material compositions. It is mechanically unfavorable to connect such dissimilar materials by welding or the like at a location where the stress is large. For this reason, it is necessary to actually confirm safety by conducting a full-scale or model test. Further, since the structure is complicated, the cost increases in both materials and construction. In terms of construction, it is expected that on-site welding will be very difficult because the welding is upward when the reinforcing bar is welded to the lower flange.
また、別の技術的課題として、従来の端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁の複合構造梁では、材端の鉄筋コンクリート断面位置に降伏ヒンジが形成されるような設計を行うが、鉄筋コンクリート梁の区間が短かったり、鉄骨断面の曲げ耐力が小さいような場合には、材端の鉄筋コンクリート部分に降伏ヒンジが形成される前に鉄骨梁部が降伏してしまうおそれがある。また、降伏ヒンジが形成される時には鉄筋コンクリート梁区間の主筋には大きな引張カが生じ、鉄筋の降伏域が広がった場合にも残された区間において主筋を鉄筋コンクリート区間内に確実に定着させる必要がある。このため主筋の先端に定着プレートあるいは定着用治具を設け、十分な定着強度を確保していた。これら定着治具は材料コスト高につながるという問題があった。 As another technical issue, the conventional composite steel beam of the end reinforced concrete beam in the center part is designed so that a yield hinge is formed at the cross section of the reinforced concrete at the end of the material. If it is short or the bending strength of the cross section of the steel frame is small, the steel beam part may yield before the yield hinge is formed in the reinforced concrete part at the end of the material. In addition, when the yield hinge is formed, the main reinforcement in the reinforced concrete beam section has a large tensile force, and it is necessary to firmly fix the main reinforcement in the reinforced concrete section in the remaining section even when the yield area of the reinforcing bar expands. . For this reason, a fixing plate or a fixing jig is provided at the tip of the main bar to ensure a sufficient fixing strength. These fixing jigs have a problem of leading to high material costs.
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、鉄骨と鉄筋コンクリートの主筋とを連結することなく、鉄骨と鉄筋コンクリートとの力学的な一体化と、明解な応力伝達機構を構成するようにした複合構造梁を提供することにある。 Therefore, the object of the present invention is to solve the problems of the conventional techniques described above, and to provide a mechanical integration of the steel frame and the reinforced concrete and a clear stress transmission mechanism without connecting the steel bar and the main reinforcing bar. An object of the present invention is to provide a composite structural beam configured.
上記目的を達成するために、本発明は鉄筋コンクリート柱に両材端部が接合された鉄筋コンクリート梁内に、スパン中央部の鉄骨梁が、前記鉄筋コンクリート梁の上下主筋から所定の離れをとった内側に位置するように、前記鉄筋コンクリート梁の端面から所定埋設長だけ埋設され、一体化した複合構造梁において、前記鉄骨梁の前記鉄筋コンクリート梁内への埋設始端位置に、ウェブと上下フランジの内面とに囲まれた全面に固着された始端支圧プレートと、埋設終端位置のウェブ上部と、該ウェブ上部に連なる上側フランジとに固着された上側終端支圧プレートと、ウェブ下部と、該ウェブ下部に連なる下側フランジとに固着された下側終端支圧プレートが、それぞれ前記ウェブの軸線に関して左右対称となるように配設されたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a reinforced concrete beam in which the ends of both members are joined to a reinforced concrete column, and the steel beam at the center of the span is located on the inner side at a predetermined distance from the upper and lower main bars of the reinforced concrete beam. In a composite structural beam embedded and integrated from the end face of the reinforced concrete beam so as to be positioned, the steel beam is embedded at the starting end position of the steel beam in the reinforced concrete beam and surrounded by the web and the inner surfaces of the upper and lower flanges. A starting end bearing plate fixed to the entire surface, an upper web portion at an embedded end position, an upper end supporting plate fixed to an upper flange connected to the upper portion of the web, a lower portion of the web, and a lower portion connected to the lower portion of the web. JP that side flange and the anchored lower end bearing capacity plate, is disposed so as to be symmetrical with respect to the axis of each of said web To.
また、前記スパン中央部の隣接した前記鉄骨梁上に、コンクリートスラブが一体的に敷設され、該コンクリートスラブ内の前記スパン中央部まで前記材端部の鉄筋コンクリート梁の上側主筋の一部が延長して配筋することが好ましい。 A concrete slab is integrally laid on the steel beam adjacent to the center of the span, and a part of the upper main reinforcing bar of the reinforced concrete beam at the end of the material extends to the center of the span in the concrete slab. It is preferable to arrange the bars.
本発明によれば、中央部の鉄骨梁と、鉄筋コンクリート柱に接合された端部の鉄筋コンクリート梁の上下主筋とを接合せずに、鉄骨および主筋の抜き出しを防止でき、また前記鉄骨と鉄筋コンクリート梁間の応力伝達を円滑に行えるという効果を奏する。
According to the present invention, it is possible to prevent the steel frame and the main bar from being pulled out without joining the central steel beam and the upper and lower main bars of the end reinforced concrete beam joined to the reinforced concrete column, and between the steel frame and the reinforced concrete beam. There is an effect that the stress can be transmitted smoothly.
以下、本発明の複合構造梁の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図1は隣接する鉄筋コンクリート柱1,1間に架設された複合構造梁10を示した断面図である。同図に示したように、本発明は柱梁接合部において、鉄筋コンクリート柱1と一体的にせん断パネル(図示せず)を形成し、柱側端1aから所定長さの片持ち形状に突き出した鉄筋コンクリート梁11と、この鉄筋コンクリート梁11内に所定の埋設長を確保して埋設固定された鉄骨梁21とから構成されている。
Hereinafter, embodiments of the composite structural beam of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a composite
鉄筋コンクリート梁は、図1に示したように、梁上下段に配筋された主筋12,13と、これら主筋12,13を囲んで梁長手方向に所定間隔で配筋されたせん断補強筋14とで補強され、上下段の主筋12,13の間に鉄骨梁21の一部が埋設されている。
As shown in FIG. 1, the reinforced concrete beam includes
鉄骨梁21の埋設された部分の鉄筋コンクリート梁端面位置21a(鉄骨埋設始端)と鉄骨端部21b(鉄骨埋設終端)には、図2(a)〜(d)に示したような支圧プレート25,26がフランジ22、23の内面側とウェブ24とに溶接により固着されている。本実施の形態では、鉄骨埋設始端位置21aには図2(a)に示したような、上下フランジ22,23、ウェブ24に囲まれた全面を閉塞する形状の始端支圧プレート25が取り付けられている。また、鉄骨埋設終端位置21bには、図2(b)に示したような、1辺がフランジ幅にほぼ等しい略直角三角形状をなす終端支圧プレート26が各フランジ22,23とウェブ24との間に溶接されている。
The
ここで、始端支圧プレート25と終端支圧プレート26の役割について、図3を参照して説明する。図3は、説明のために固定端側を鉄筋コンクリート梁11、自由端側を鉄骨梁21とした複合構造の片持ち梁モデルを示している。この梁モデルの鉄筋コンクリート梁11は図1に示した複合構造梁10と同様に、上下段に配筋された主筋12,13を囲むようにせん断補強筋14が配筋されており、それら配筋部分の内部に鉄骨21の一端が所定の埋設長分だけ埋設されている。この梁モデルの鉄骨自由端側に梁せい方向の力(+P)を載荷すると、鉄骨の鉄筋コンクリート梁内に埋設された部分では、図3に示すように、圧縮方向を黒矢印で示したように、鉄骨21の上フランジ22、鉄筋コンクリート梁11の下側主筋13(圧縮鉄筋)との間に斜め方向圧縮応力ゾーンC1が、鉄骨終端側の上フランジ22と上側主筋12(引張鉄筋)との間、鉄骨始端側の下フランジ23と下側主筋13(圧縮鉄筋)との間に鉛直方向圧縮ゾーンC2,C3が形成される。細い帯状(薄墨表示)の斜め方向圧縮ゾーンCは、上側主筋12と下側主筋13との間に形成されるトラス機構に伴うコンクリート圧縮束を示している。なお、同図において、部材内の圧縮応力にバランスして作用する引張力を鉄筋に重ねて白矢印で示している。
Here, the role of the start
このように、鉄筋コンクリート内に埋設された鉄骨部分には部材軸線方向に対して固定端側の下端側から自由端側の上端側にかけて斜め方向のコンクリート圧縮束(合力)が作用することになる。このとき埋設された鉄骨と、それを囲む周囲のコンクリート間の付着力はきわめて小さい。そこで、本発明ではコンクリート内の鉄骨が斜め方向圧縮束を確実に受け止めることができるように、フランジ22と直交する方向に支圧プレート25を設けた。この支圧プレート25は、荷重が上下逆方向(−P)からも載荷されることを考慮し、反対側(始端下端)のフランジ23付近にも設けることが好ましい。すなわち、これら支圧プレート25は図3の応力伝達を成立させるためには、上下フランジ22,23、ウェブ24間の全面を塞ぐように設ける必要はないが、鉄筋コンクリート梁施工時の鉄骨部分における型枠の役割を果たすために、図2(a)のように全面を塞ぐような形状とすることが好ましい。
Thus, a concrete compression bundle (synthetic force) in an oblique direction acts on the steel frame portion embedded in the reinforced concrete from the lower end side on the fixed end side to the upper end side on the free end side with respect to the member axial direction. At this time, the adhesion force between the buried steel frame and the surrounding concrete is extremely small. Therefore, in the present invention, the
一方、終端支圧プレート26はコンクリートの斜め圧縮束を受け止めるために必要な面積があれば十分である。鉄骨側と同様にフランジ間の全面に設けると、曲げ応力の大きい箇所で支圧プレート26がコンクリートを左右に分断してしまうため、ひび割れを誘発しやすく、部材の変形が進行するとともにひび割れが拡大し、コンクリート圧縮束の形成を阻害するおそれがある。終端側支圧プレート26は、フランジ22,23間の全面に設けずに、図2(b)〜(d)に例示したように、支圧プレート26の形状は必要な支圧耐力が得られる面積が確保されていれば任意の形状のものをそれぞれのフランジ、ウェブに固着することが好ましい。また、支圧プレート25,26はフランジ22,23の面外方向の曲げ剛性を高める補剛効果があるため、図2(c),(d)に示したようなウェブ24とも密着するような三角形の一部の頂点を面取りした形状、四角形等の任意多角形とすることが好ましい。この場合、作用荷重の対称性を考慮して、ウェブの軸線に関して左右対称となるように、また上下に関しても鉄骨の水平対称軸に関して上下の部材が対称となるよう、上下フランジ22,23の内側のそれぞれの位置に取り付けることが好ましい。
On the other hand, it is sufficient that the
図4(a)は、他の実施例として、上述の支圧プレート25,26の構成に加え、鉄筋コンクリート梁11の上側主筋12の一部を鉄骨梁21上に敷設されるコンクリートスラブ31内のスパン中央部の途中まで延長した材端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁と、コンクリートスラブ31とから構成された複合構造梁30を示した縦断面図である。同図に示したように、この複合構造梁30は、鉄骨梁21の上フランジ22に植設されたスタッドコネクタ32により、隣接して架設された鉄骨梁21,21間に現場施工により敷設されるコンクリートスラブ31と一体化してなる構造からなる。このコンクリートスラブ施工において、コンクリートスラブ31の配筋の一部に材端部鉄筋コンクリート梁11の上側主筋12の一部を延在させ、スラブ配筋の一部としてスラブのコンクリートを打設するようにしたものである。図4(b)は、コンクリートスラブ31の全長にわたって鉄筋コンクリート梁11からの上側主筋12を延在させ、スラブ配筋の一部とした変形例である。
FIG. 4A shows, as another embodiment, in the
上述したように、スパン中央部の鉄骨梁位置において、隣接する鉄骨梁上に鉄筋コンクリートスラブを敷設して合成梁とすることで、鉄筋コンクリート梁と、合成梁との切り替え部における曲げ耐力が向上するために、確実に鉄筋コンクリート梁の材端部に降伏ヒンジを形成させることができる。また、鉄骨埋設始端における断面の曲げ耐力を増大させることができるため、鉄骨サイズ(断面寸法)を小さくすることができ、鉄骨が埋設された部分のせん断応力が小さくなり、設計が容易になる。さらに、鉄筋コンクリート梁の上側主筋をスパン中央部の合成梁部分へ延在させることにより、主筋の定着が確実に行え、有効な付着長さを確保できるようになるため、定着治具が不要となる。 As described above, by laying a reinforced concrete slab on the adjacent steel beam at the center of the span to create a composite beam, the bending strength at the switching part between the reinforced concrete beam and the composite beam is improved. In addition, it is possible to reliably form the yield hinge at the end portion of the reinforced concrete beam. In addition, since the bending strength of the cross section at the steel frame embedding start end can be increased, the steel frame size (cross-sectional dimension) can be reduced, the shear stress of the portion in which the steel frame is embedded is reduced, and the design is facilitated. Furthermore, by extending the upper main bar of the reinforced concrete beam to the composite beam part at the center of the span, the main bar can be firmly fixed and an effective adhesion length can be secured, so that no fixing jig is required. .
1 鉄筋コンクリート柱
10,30 複合構造梁
11 鉄筋コンクリート梁
12,13 主筋
14 せん断補強筋
21 鉄骨梁
22,23 フランジ
24 ウェブ
25 埋設始端支圧プレート
26 埋設終端支圧プレート
31 コンクリートスラブ
32 スタッドコネクタ
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