JP3685830B2 - 鉄骨コンクリート合成梁構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は鉄骨コンクリート合成梁構造に関し、更に詳細には鉄骨とコンクリートで合成梁を構成する梁部材の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄骨とコンクリートとによって合成梁を構成する確立した技術は存在していない。一般に、建造物における梁は、鉄筋コンクリート構造、鉄骨鉄筋コンクリート造或いは鉄骨構造であった。鉄筋コンクリート構造の梁は、一般的には長方形断面で形成されている。ラーメン構造の鉄筋コンクリート梁は、曲げ作用によって梁の中央部では下側に、端部では上側に引張力を生じる。コンクリートは引張力に弱いので、引張力に生じる部分には必ず鉄筋が配置されるが、主要な梁では圧縮力を生じる側にも主筋が配置されている。
【０００３】
すなわち、鉄筋コンクリート梁は、その上部側における各コーナーに沿って主筋（上ば筋）が配置され、また下部側の各コーナーに沿っては主筋（下ば筋）が配置され、更に梁の長手方向に所定の間隔でこれら主筋全体を巻き込むようにあばら筋（スターラップ）が配筋されて剪断力に対抗させるようにして構成されている。
【０００４】
他方、鉄骨梁としては、形鋼梁、プレート梁、或いはトラス梁等が知られている。形鋼梁は曲げ作用に有利なＩ形断面又はＨ形断面のものが用いられている。また、プレート梁は、山形鋼と鋼板、或いは鋼板と鋼板を溶接又はリベットで組み立てたもので、断面形状は、曲げ作用に対して有利なこと、柱との接合に便利なことから主にＩ形断面のものが用いられ、時には箱形断面のものも用いられている。
【０００５】
更に、トラス梁はプレート梁のフランジ部分にあたる弦材とウェブ部分にあたるウェブ材（斜材・鉛直材）をガセットプレートを用いて組み立てたもので、上弦材と下弦材の平行な平行弦トラスである。この弦材とウェブ材には、普通、山形鋼が用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、建造物における従来の梁は、主に鉄筋コンクリート構造或いは鉄骨構造のものが使用されていた。これに対して、鉄骨とコンクリートによる、合成梁を製作しようとすると、施工上、コンクリート充填口を設ける必要があり、その充填口により上フランジ鋼材に断面欠損を生じる、と言う問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するためになされたもので、比較的に軽量で、しかも鉄筋コンクリート梁と同等な強度を備える鉄骨コンクリート合成梁の構造を提供する時、施工上必要なコンクリート打設孔を形成することで剪断耐力上有効な鋼材に断面欠損させることを防止することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は鉄骨コンクリート合成梁構造であり、前述の技術的課題を解決するために以下のように構成されている。すなわち、本発明の鉄骨コンクリート合成梁構造は、箱形断面の鉄骨本体１１と、この鉄骨本体１１の上フランジ板１２と下フランジ板１３の内壁面にトラス機構を形成すべく前記フランジ板１２、１３の長手方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の突起部１５、１６と、箱形断面の前記鉄骨本体１１の外側を包囲する外部コンクリート部１７と、箱形断面の前記鉄骨本体１１内に充填された内部コンクリート部１８と、前記鉄骨本体１１の上フランジ板１２に形成され、前記内部コンクリート部１８を形成する際に充填用として使用する少なくとも１つの開口部１９とを含み、前記上フランジ板１２の前記各突起部１５が前記下フランジ板１３の前記各突起部１６にそれぞれ相対向して配置され、更に、前記開口部１９が柱側の端部に形成され、降伏ヒンジとして兼用されていることを特徴とする。ここで、本発明の鉄骨コンクリート合成梁構造における特徴的構成要素について説明する。
【０００９】
（鉄骨本体）
鉄骨本体１１は箱形断面を呈している。すなわち、主に鉄板で構成される上フランジ板１２、下フランジ板１３、および対向する両側板１４を相互に溶接などで接合して構成されている。上下の各フランジ板１２、１３は梁に作用する曲げモーメントに対して引張力に対抗し、両側板１４は剪断補強鋼材として機能する。従って、剪断補強用の両側板１４は上下のフランジ板１２、１３より薄い鋼板を用いて構成することが好ましい。
【００１０】
（突起部）
上フランジ板１２と下フランジ板１３の内面即ち相対向する面に長手方向に所定の間隔をあけて設けられた多数の突起部１５、１６は、トラス機構を形成するためのもので、例えばチャンネル材、アングル材又はスタットボルト等をフランジ板１２、１３に固定して使用することができる。これらの突起部１５、１６は、鉄骨本体１１の長手方向に直交する方向に伸長させて形成することも好ましい。
【００１１】
（開口部）
鉄骨本体１１の上フランジ板１２には開口部１９が形成されている。この開口部１９の存在について説明すると、梁に及ぼされる曲げモーメントに対する圧縮力に対抗するため箱形断面の鉄骨本体１１の外周をコンクリートで包囲し且つ内部にもコンクリートが充填される。その際、前述の開口部１９は、鉄骨本体１１の外周側の外部コンクリート部１７と内側の内部コンクリート部１８の一体性を図り、同時に鉄骨本体１１内部へのコンクリートの充填口として機能する。従って、この開口部１９は複数であってもよく、またその形状及び大きさも適宜に設計することができる。
【００１２】
ところが、このような開口部１９の任意の位置での形成は剪断耐力上有効な鋼材である上フランジ板１２を断面欠損させることになる。そこで、しかし、梁の柱側端部に形成して降伏ヒンジとして作用させることにより確実に終局耐力時梁降伏せしめることができ、これにより格別な断面欠損を生じさせないようにしている。
【００１３】
＜本発明における付加的構成＞
本発明の鉄骨コンクリート合成梁構造は、前述した必須の構成要素からなるが、その構成要素が具体的に以下のような場合であっても成立する。その付加的構成要素とは、箱形断面の前記鉄骨本体の外側を包囲する外部コンクリート部１７の上部を除いた部分がハーフプレキャストコンクリート体１７ａで形成され、前記外部コンクリート部１７の上部及び前記内部コンクリート部１８は現場打ちコンクリートで形成されることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
本発明の鉄骨コンクリート合成梁構造によると、箱形断面の鉄骨本体１１における上下のフランジ板１２、１３がこの梁１０の上部及び下部に作用する引張力に対して対抗し、また側板１４がこの梁に作用する剪断力に対して対抗する。
【００１５】
そして、上フランジ板１２及び下フランジ板１３の内面にそれぞれ長手方向に間隔をあけ且つ相対向して設けられた多数の突起部１５、１６は、斜め方向に位置する上下一対の突起部がそれぞれその間に介在する内部コンクリート部１８に圧縮力を負担させることでトラス機構を形成する。
【００１６】
これにより、この鉄骨コンクリート合成梁１０構造は、鉄骨とコンクリートとの間で力の伝達を合理的に行うことができ、鉄筋コンクリート梁に比べて軽量且つ安価でありながら強度も同等に確保される。
【００１７】
更に、箱形断面の鉄骨本体１１内にコンクリートを充填し且つ外部のコンクリートとの一体化を図るため上フランジ板１２に形成される開口部１９を柱側端部に形成して降伏ヒンジとして兼用することにより格別な断面欠損を生じさせることがなく所定の強度が得られる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の鉄骨コンクリート合成梁構造を図に示される実施例について更に詳細に説明する。図１には本発明の一実施例に係る鉄骨コンクリート合成梁構造が示されている。
【００１９】
図１に示される本実施例の鉄骨コンクリート合成梁１０は、箱形断面の鉄骨本体１１を含む。この鉄骨本体１１は主に鉄板で構成される上フランジ板１２、下フランジ板１３、および対向する両側板１４を相互に溶接などで接合して構成されている。
【００２０】
上下の各フランジ板１２、１３は梁１０に作用する曲げモーメントに対して引張力に対抗し、両側板１４は剪断補強鋼材として機能する。従って、剪断補強用の両側板１４は上下のフランジ板１２、１３より薄い鋼板を用いて構成されている。
【００２１】
この鉄骨本体１１を構成している上フランジ板１２と下フランジ板１３の内壁面にはフランジ板１２、１３の幅長方向に伸長し且つ長手方向に所定の間隔をあけて多数のチャンネル材１５、１６が溶接などの手段で設けられている。そして、図３に示されるように上フランジ板１２の各チャンネル材１５は下フランジ板１３の各チャンネル材１６にそれぞれ相対向して配置されている。これらの各チャンネル材１５、１６がトラス機構を形成するための突起部として機能する。
【００２２】
箱形断面の鉄骨本体１１は外部コンクリート部１７で包囲されている。この外部コンクリート部１７は、その上部を除いた部分がハーフプレキャストコンクリート体１７ａで形成されている。そして、この上部の外部コンクリート部１７ｂは後述するように現場打ちコンクリートで形成される。
【００２３】
また、箱形断面の鉄骨本体１１内にもコンクリートが充填されている。この内部コンクリート部１８も後述するように現場打ちコンクリートで形成される。これに関連して、鉄骨本体１１の上フランジ板１２には複数の開口部１９が形成されている。
【００２４】
これらの開口部１９は鉄骨本体１１の内部にコンクリートを充填する際の充填口として使用されると共に外部コンクリート部１７との一体性を確保すためのものとして利用される。ところで、このような開口部１９の形成は剪断耐力上有効な鋼材である上フランジ板１２を断面欠損させることになる。しかし、梁の柱側端部に降伏ヒンジを形成すると確実に終局耐力時梁降伏せしめることができることから、この開口部１９を図１に示されるように上フランジ板１２における柱側端部に形成して降伏ヒンジとして兼用することにより格別な断面欠損を生じさせないようにしている。
【００２５】
なお、図２からも明らかなように下フランジ部１３の下面には外部コンクリート部１７との付着性を高めるために例えばボルト又は種々の形状をした短い突起物２０を設けておくことも好ましく、更にこれらの突起物２０の先端部に鉄筋のような棒材２１を固着しておくことも好ましい。
【００２６】
このように構成された鉄骨鉄筋コンクリート合成梁１０は次のようにして形成することができる。すなわち、最初に前述した鉄骨本体１１を形成した後、その外側に、外部コンクリート部１７を上部を除いたＵ字形状に形成する。ここまでは工場などで予め形成することができる。
【００２７】
このようにして形成されたハーフプレキャストコンクリート体１７ａとその内部に箱形断面の鉄骨本体１１を配置一体化した梁半製品は、建築現場に搬送され図２に示されように梁設置位置であるプレキャストコンクリート床板２２の間の間隙部に、ハーフプレキャストコンクリート体１７ａの上部面がプレキャストコンクリート床板２２の下面に接するように設置し、その両端部を両サイドの柱（図示せず）に連結する。
【００２８】
これにより、ハーフプレキャストコンクリート体１７ａから突出した鉄骨本体１１の上部はプレキャストコンクリート床板２２の表面より上方へ僅かに突出する。その後、上フランジ板１２に形成されている開口部１９からコンクリートが充填されて内部コンクリート部１８が形成され、更にプレキャストコンクリート床板２２上にも床部を形成するためにコンクリートが打設される。
【００２９】
その結果、床部形成のために打設されたコンクリート２３は、鉄骨本体１１の両側板１４とプレキャストコンクリート床板２２の端部との間の隙間に充填されると共に鉄骨本体１１の上フランジ板１２を埋設して外部コンクリート部１７の上部１７ｂが形成され、これにより鉄骨コンクリート合成梁１０が完成する。
【００３０】
このような鉄骨コンクリート合成梁１０の構造によると、箱形断面の鉄骨本体１１における上下のフランジ部１２、１３がこの梁の上部及び下部に作用する引張力に対して対抗し、また両側板１４がこの梁に作用する剪断力に対して対抗する。
【００３１】
そして、上フランジ板１２及び下フランジ板１３の内面にそれぞれ長手方向に間隔をあけ且つ相対向して設けられた多数のチャンネル材１５、１６は、図３に示されるように斜め方向に位置する上下一対のチャンネル材がそれぞれその間に介在する内部コンクリート部１８の斜め領域部分２４に圧縮力を負担させることでトラス機構を形成する。
【００３２】
このようなチャンネル材１５、１６は、トラス機構が形成されるために必要な最小限の数並びに相互の間隔で設置すればよく、従ってこれらチャンネル材１５、１６の数及び間隔は梁１０の長さ、或いは必要強度等などから適宜設計される。
【００３３】
これにより、この鉄骨コンクリート合成梁１０は、鉄骨とコンクリートとの間で力の伝達を合理的に行うことができ、鉄筋コンクリート梁に比べて軽量且つ安価でありながら強度も同等に確保される。
【００３４】
なお、前述した実施例の鉄骨コンクリート合成梁１０では、トラス機構を形成するために上フランジ板１２と下フランジ板１３との内面にチャンネル材１５、１６を設けた例であったが、このチャンネル材に代えてアングル材又はスタットボルトなどでもよく、或いは図４に示されるように上下フランジ板と一体的に突出部２５、２６を形成してもよい。
【００３５】
また、鉄骨本体１１内部へコンクリートを充填するため及び外部コンクリート部との一体化を図るために上フランジ板１２に形成された降伏ヒンジ兼用の開口部１９が上フランジ板１２の長手方向中心軸線上に位置する１つの円形開口で構成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図５に示されるように上フランジ板１２の両側縁部を部分的に切り欠いて実質的な開口部としたものであっても前述の実施例と同様な効果を奏するものである。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、引張力に対抗向するための上フランジ板と下フランジ板、及び剪断力に対抗するための側板からなる箱形断面の鉄骨本体の内外にコンクリートを配置し、上下フランジ板に形成した突起部とその間のコンクリート部分でトラス機構を構成するようにしたことから、比較的に軽量で、しかも鉄筋コンクリート梁と同等な強度を備える鉄骨コンクリート合成梁の構造を提供することができる。
【００３７】
しかも、本発明の鉄骨コンクリート合成梁構造によれば、箱形断面の鉄骨本体内にコンクリートを充填し且つ外部のコンクリートとの一体化を図るため上フランジ板に形成される開口部を柱側端部に形成して降伏ヒンジとして兼用しているため格別な断面欠損を生じさせることがなく上述した強度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る鉄骨コンクリート合成梁を部分的に破断して示す斜視図である。
【図２】構造物に設置された状態の本発明における鉄骨コンクリート合成梁を示す断面図である。
【図３】図２に示される鉄骨コンクリート合成梁をその長手方向に沿って切断して示す断面図である。
【図４】本発明の他の実施例に係る鉄骨コンクリート合成梁を示す図３と同様な断面図である。
【図５】本発明の他の実施例に係る鉄骨コンクリート合成梁を部分的に破断して示す図１と同様な斜視図である。
【符号の説明】
１０ 鉄骨コンクリート合成梁
１１ 鉄骨本体
１２ 上フランジ板
１３ 下フランジ板
１４ 側板
１５ チャンネル材
１６ チャンネル材
１７ 外部コンクリート部
１７ａ ハーフプレキャストコンクリート体
１７ｂ 外部コンクリート部の上部
１８ 内部コンクリート部
１９ 開口部
２０ 突起部
２１ 棒材
２２ プレキャストコンクリート床板
２３ コンクリート床部
２４ 内部コンクリート部の圧縮負担部
２５ 突出部
２６ 突出部

Claims (2)

1. 箱形断面の鉄骨本体と、
   この鉄骨本体の上フランジ板と下フランジ板の内壁面にトラス機構を形成すべく前記フランジ板の長手方向に所定の間隔をあけて設けられた複数の突起部と、
   箱形断面の前記鉄骨本体の外側を包囲する外部コンクリート部と、
   箱形断面の前記鉄骨本体内に充填された内部コンクリート部と、
   前記鉄骨本体の上フランジ板に形成され、前記内部コンクリート部を形成する際にコンクリートの充填用として使用されるとともに前記外部コンクリート部と内部コンクリート部との一体性を図るための少なくとも１つの開口部とを含み、
   前記上フランジ板の前記各突起部が前記下フランジ板の前記各突起部にそれぞれ相対向して配置され、更に、前記開口部が柱側の端部に形成され、降伏ヒンジとして兼用されていることを特徴とする鉄骨コンクリート合成梁構造。
2. 箱形断面の前記鉄骨本体の外側を包囲する外部コンクリート部の上部を除いた部分がハーフプレキャストコンクリート体で形成され、前記外部コンクリート部の上部及び前記内部コンクリート部は現場打ちコンクリートで形成されることを特徴とする請求項１に記載の鉄骨コンクリート合成梁構造。

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