JP3845297B2

JP3845297B2 - 柱と梁との接合部の構造

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Publication number: JP3845297B2
Application number: JP2001359243A
Authority: JP
Inventors: 昭夫伊藤; 清一佐藤; 正人山田
Original assignee: East Japan Railway Co
Current assignee: East Japan Railway Co
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2001-11-26
Publication date: 2006-11-15
Anticipated expiration: 2021-11-26
Also published as: JP2003160973A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート充填鋼管からなる柱と鉄筋コンクリートからなる梁との接合部の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート充填鋼管（ＣＦＴ：Concrete-Filled Tube）からなる柱と、鉄筋コンクリート（ＲＣ：Reinforced Concrete）からなる梁とを組み合わせた構造物では、柱の外郭に、コンクリートに比して剛性や強度の大きい鋼管が位置するので、柱を強靱にすることができる。またこの鋼管が、その内部に充填されるコンクリートの型枠の役目を兼ねるので、構造物の工期短縮を図ることができる。
【０００３】
上記のように、それぞれ異種の構造からなる柱と梁とを組み合わせた構造物では、梁と柱との相互間で力を確実に伝達させる必要がある。ＣＦＴからなる柱とＲＣからなる梁とを接合する場合には、ＲＣからなる梁の軸筋（上端筋および下端筋）の軸方向力とコンクリートの圧縮力やせん断力を、ＣＦＴからなる柱へ確実に伝達することのできる接合部の構造が必要とされる。ＣＦＴからなる柱とＲＣからなる梁との接合部の従来の例を、図９に示す。
ＲＣ梁の軸筋の軸方向力をＣＦＴ柱に伝達させる方法としては、ＣＦＴ柱の外郭を構成する鋼管１０２Ｔのダイヤフラムに溶接するのが一般的である。しかし、現場で施工される溶接の品質は、天候、作業環境や作業員の手腕などによってバラツキが生じやすく、品質管理が難しい。そこで、図９に示すように、ＲＣ梁１０３端部の軸筋１０５，１０６をＣＦＴ柱の鋼管１０２Ｔの外ダイヤフラム１２１，１２２に鉄骨工場などで予め溶接しておき、この状態に形成されたＣＦＴ柱１０２の鋼管１０２Ｔを現場に搬送し、すでにＣＦＴ柱１０２の側面の外ダイヤフラム１２１，１２２に溶接されている軸筋１０５，１０６に、ＲＣ梁中央部の軸筋１３１，１３２を、スプライススリーブ継手やねじ継手などの機械式継手１１６で接合することが考えられる。
ＲＣ梁のコンクリートの圧縮力をＣＦＴ柱に伝達させる方法としては、ＣＦＴ柱の外郭を構成する鋼管１０２Ｔの側面に取り付けられたスタッドボルト（ジベル）１２５を介して、ＲＣ梁１０３のコンクリート１０３Ｃから圧縮力やせん断力をＣＦＴ柱２２０の鋼管１０２Ｔに伝達させるのが通例である。
【０００４】
しかし、この方法では、ＣＦＴ柱１０２の鋼管１０２Ｔを鉄骨工場などから現場に搬送する際に、鋼管１０２Ｔの側面から突出するように鉄筋１０５，１０６が取り付けられているので、取り回しが非常に難しくなってしまう。
また、ＣＦＴ柱１０２の鋼管１０２Ｔの側面に、多数個のスタッドボルト（ジベル）１２５を溶接するので、その作業に多くの手間を要する。
【０００５】
また、供用中の地上構造物の下に新たに地下構造物を構築する際や、地下部分と地上部分とを有する構造物を、地上部分を構築しながら地下部分を同時に逆打ち工法で構築する場合などにおいては、まず地盤中に、地上構造物（構造物の地上部分）を支持する構芯柱を設置し、この構芯柱を、山止め壁を支える切梁の支持杭として利用しながら、徐々に地盤を掘り下げて、地下構造物を構築していく。この構芯柱は、最終的に構築される地下構造物（構造物の地下部分）の本設柱となる。
このような地下構造物（構造物の地下部分）に、上記の構造を適用しようとすると、ＣＦＴの鋼管の側面から鉄筋が突出していることによってＣＦＴの鋼管の搬送時の取り回しが困難になるばかりでなく、構芯柱となるＣＦＴの鋼管を地盤中に設置する際に、その表面から突出する上記鉄筋の長さだけ、この構芯柱を設置するために掘削されるボーリング孔の径（図９のＷ２）を大きくしなければならない。このため、建設費用が高くなったり、工期が長くなってしまう問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、コンクリート充填鋼管からなる柱と鉄筋コンクリートからなる梁とを接合する際に、現場における作業を少なくできるとともに、梁と柱との相互間で力が確実に伝達され、また、このコンクリート充填鋼管からなる柱を構芯柱として地下構造物を構築するのに好適な、柱と梁との接合部の構造を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１〜図４に示すように、コンクリート充填鋼管からなる柱（ＣＦＴ柱）２と鉄筋コンクリートからなる梁（ＲＣ梁）３，４との接合部１の構造において、前記柱２の側面に取り付く前記梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂまたは下端筋６Ａ，６Ｂが溶接された鉄筋溶接板９，１０が、前記柱２の外側面に設けられた上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２とにそれぞれ接合され、前記柱２の側面には、前記上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２とに接合されたスチフナ２３，２４が取り付けられ、前記スチフナ２３，２４は、前記柱２の側面に取り付く前記梁３，４の軸方向と並行するように配置され、前記各鉄筋溶接板９，１０は、前記上ダイヤフラム２１または下ダイヤフラム２２に突き合わされた状態で、添接板１１〜１４を介してボルト（高力ボルト）１５により接合され、前記添接板１２，１４の前記柱２側の端面の一部には切欠部１２ｃ，１４ｃが形成され、この切欠部１２ｃ，１４ｃに前記スチフナ２４の側端部が挿入されていることを特徴とする。
ここで、スチフナ２３，２４の柱２側の側端面、上端面、下端面は、それぞれ、柱２の鋼管２Ｔの表面、上ダイヤフラム２３の下面、下ダイヤフラム２４の上面に、工場などで溶接されることによって接合されている。
また、ボルトによる接合としては、高力ボルトを利用した摩擦接合や、ボルトのせん断耐力を利用した支圧接合などが挙げられる。
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、コンクリート充填鋼管からなる柱２の側面に取り付く鉄筋コンクリートからなる梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂまたは下端筋６Ａ，６Ｂが鉄筋溶接板９，１０にあらかじめ溶接されているので、この鉄筋溶接板９，１０を柱２の外側面に設けられた上ダイヤフラム２１や下ダイヤフラム２２にボルトなどで接合すれば、現場において梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂや下端筋６Ａ，６Ｂを柱２の上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２などに接合する際の、溶接作業が不要となる。
また、柱２の鋼管２Ｔを鉄骨工場などから現場に搬送する際に、柱２の側面に梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂや下端筋６Ａ，６Ｂがすでに取り付けられた状態で搬送する場合に比べて、柱２の取り回しを行いやすい。
また、この柱と梁との接合部１の構造が、柱２（または柱２の鋼管２Ｔ）を構芯柱とした地下構造物の構築に適用される場合には、柱の側面に梁の端部の上端筋や下端筋がすでに取り付けられている場合よりも、この構芯柱（柱２（または柱２の鋼管２Ｔ））を設置するために掘削するボーリング孔の径Ｗ１が小さくて済む。
【００１０】
また、柱２の側面には、上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２とを連結するスチフナ２３，２４が取り付けられているので、柱２と梁３との接合部１にせん断力が入力したときに、上ダイヤフラム２１の下面または下ダイヤフラム２２の上面が梁３（または４）のコンクリート３Ｃの圧縮力を受け、この力が上ダイヤフラム２１や下ダイヤフラム２２に接合されたスチフナ２３の面内を経て、さらにスチフナ２３の側端面が取り付く柱２の側面に伝達される。したがって、梁３（または４のコンクリート３Ｃの圧縮力を柱２に伝達させるために、柱の側面にスタッドボルト（ジベル）などを格別設ける必要がない。
【００１４】
また、各鉄筋溶接板９，１０は、前記上ダイヤフラム２１または下ダイヤフラム２２に突き合わされた状態で、添接板１１〜１４を介してボルト１５により接合されているので、現場でこれらを互いに接合する際に、作業を簡単に行える。また、ボルト１５の本数や添接板１１〜１４の面積を適宜設定することで、梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂや下端筋６Ａ，６Ｂの軸方向力を、柱２へ確実に伝達することができる。また、スチフナ２３，２４が、柱２の側面に取り付く梁３，４の軸方向と並行するように配置されているとともに、添接板１２，１４の柱２側の端面の一部には切欠部１２ｃ，１４ｃが形成され、この切欠部１２ｃ，１４ｃにスチフナ２４の側端部が挿入されているので、上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２との間に幅の大きなスチフナ２３，２４を設けつつ、ボルト１５による接合を行うために必要となる、上ダイヤフラム２１または下ダイヤフラム２２の表面上で添接板１２，１４が重なる部分の面積を十分に確保できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の柱と梁との接合部の構造の実施の形態を、図面に基づいて説明する。図１は、本実施の形態の柱梁接合部１の構造を示す、縦断面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図（横断面図）である。
【００１６】
本実施の形態の柱と梁との接合部１の構造は、図２に示すように、ＣＦＴ柱（コンクリート充填鋼管からなる柱）２の側面４方向に、ＲＣ梁（鉄筋コンクリートからなる梁）３，４が取り付く接合部１の構造である。ＣＦＴ柱２は、円形の鋼管２Ｔの内部に、コンクリート２Ｃが充填されて構成されており、接合部１の上方および下方において鋼管２Ｔの内部に内ダイヤフラムが設けられることによって、鋼管２Ｔとコンクリート２Ｃとの一体性が確保されている。
【００１７】
この柱と梁との接合部１の構造では、ＣＦＴ柱２の上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２の側端面に、ＲＣ梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂまたは下端筋６Ａ，６Ｂが溶接された鉄筋溶接板９と１０（図３、図４参照）がそれぞれ突き合わされ、この突き合わせ部分の上下面に鉄筋溶接板９と１０（図５、図６参照）を添接したうえ、高力ボルト（ボルト）１５の締付力で、上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２に、鉄筋溶接板９と１０が摩擦接合されている。
上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２とにはそれぞれ、高力ボルト１５を挿通させるためのボルト孔が形成されている（図８に、下ダイヤフラム２２のボルト孔２２ａを示す）。また、鉄筋溶接板９，１０、添接板１１〜１４にも、それぞれ、高力ボルト１５を挿通させるためのボルト孔９ａ〜１４ａが形成されている。
ここで、ＲＣ梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂまたは下端筋６Ａ，６Ｂは、鉄筋溶接板９と１０とに、工場で溶接され、この状態で現場に搬送される。上端筋５Ａ，５Ｂおよび下端筋６Ａ，６Ｂの長さが、それぞれ２種類であるのは、これら上端筋５Ａ，５Ｂと下端筋６Ａ，６Ｂとにそれぞれ、後述する機械式継手１６で、ＲＣ梁３（４）中央部の上端筋３１（４１）および下端筋３２（４２）を接合する際に、その接合位置を梁３（４）の長さ方向に分散させることで、梁３（４）部材内における応力の集中を防ぐためである。
【００１８】
また、図１、図２に示すように、ＣＦＴ柱２は、円形の鋼管２Ｔの内部にＣＦＴ柱２の側面には、上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２とに接合されたスチフナ２３，２４が取り付けられている。各スチフナ２３，２４は、図２に示すように、ＲＣ梁３，４の軸方向と並行するように配置された状態で、ＣＦＴ柱２の鋼管２Ｔの表面に溶接されている。スチフナ２３，２４の上端面と下端面はそれぞれ、上ダイヤフラム２１の下面と下ダイヤフラム２２の上面とに、工場で溶接され、この状態でＣＦＴ柱２の鋼管２Ｔが現場に搬送される。
【００１９】
図５（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、添接板１２，１４にはそれぞれ、切欠部１２ｃ，１４ｃが形成されている。
これら添接板１２，１４は、図２に示すように、２枚の添接板１２と１２（または１４と１４）の間にスチフナ２４が位置するように、また、添接板１２，１４の切欠部１２ｃ，１４ｃにスチフナ２３の側端部が挿入されるようにして、下ダイヤフラム１４の上面（および上ダイヤフラム２３の下面）に配置されている。
【００２０】
本実施の形態の柱と梁との接合部１の構造は、例えば図７に示すように、地上構造物５０の下に新たに地下構造物６０を構築する際に用いられる。
まず、地盤Ｇ中に、ボーリングマシンや人力などにより、ＣＦＴ柱２を設置するための、径がＷ１のボーリング孔Ｈを設ける。そして、この中に、地上構造物５０を支持可能な状態に、ＣＦＴ柱２の鋼管２Ｔを設置する。そして、鋼管２Ｔの内部にコンクリート２Ｃを充填し、ＣＦＴ柱２を形成する。
図８は、ボーリング孔Ｈの内部におけるＣＦＴ柱２の設置状況を示す、横断面図である。
この後、ＣＦＴ柱２を、山止め壁を支える切梁の支持杭として利用しながら、徐々に地盤を掘り下げて、ＲＣ梁３，４やスラブ（図示せず）などを順次構築して、地下構造物６０を完成させる。
この際、ＣＦＴ柱２の側方にＲＣ梁３，４を構築する過程で、ダイヤフラム２１，２２に鉄筋溶接板９と１０を、添接板１１〜１４を介して高力ボルトで摩擦接合し、鉄筋溶接版９，１０にすでに溶接されている上端筋５Ａ，５Ｂと下端筋６Ａ，６Ｂとにそれぞれ、ＲＣ梁３，４の中央部の上端筋３１と下端筋３２とを、スプライススリーブ継手やねじ継手などの機械式継手１６で接合する。
ＣＦＴ柱２は、最終的に構築される地下構造物６０の本設柱となる。
【００２１】
上記実施の形態に記載の柱と梁との接合部１の構造によれば、ＣＦＴ柱２の側面に取り付くＲＣ梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂまたは下端筋６Ａ，６Ｂが鉄筋溶接板９，１０にあらかじめ溶接されているので、この鉄筋溶接板９，１０を柱２の外側面に設けられた上ダイヤフラム２１や下ダイヤフラム２２に高力ボルトなどで接合すれば、現場において梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂや下端筋６Ａ，６Ｂを柱２の上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２などに接合する際の、溶接作業が不要となる。
また、ＣＦＴ柱２の鋼管２Ｔを鉄骨工場などから現場に搬送する際に、鋼管２Ｔの側面にＲＣ梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂや下端筋６Ａ，６Ｂがすでに取り付けられた状態で搬送する場合に比べて、鋼管２の取り回しを行いやすい。また、この柱と梁との接合部１の構造が、ＣＦＴ柱２（ＣＦＴ柱２の鋼管２Ｔ）を構芯柱として地下構造物６０の構築を行う際、ＣＦＴ柱２（ＣＦＴ柱２の鋼管２Ｔ）の側面にＲＣ梁３，４の端部の上端筋や下端筋がすでに取り付けられている場合よりも、この構芯柱（ＣＦＴ柱２（ＣＦＴ柱２の鋼管２Ｔ））を設置するために掘削するボーリング孔の径Ｗ１が小さくて済む。
【００２２】
また、ＣＦＴ柱２の側面には、上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２とを連結するスチフナ２３，２４が取り付けられているので、ＣＦＴ柱２とＲＣ梁３との接合部１にせん断力が入力したときに、上ダイヤフラム２１の下面または下ダイヤフラム２２の上面が梁３（または４）のコンクリート３Ｃの圧縮力を受け、この力が、上ダイヤフラム２１や下ダイヤフラム２２に接合されたスチフナ２３の面内を経て、さらにスチフナ２３の側端面が取り付くＣＦＴ柱２の側面に伝達される。
したがって、ＲＣ梁３，４のコンクリートの圧縮力やせん断力をＣＦＴ柱２に伝達させるために、ＣＦＴ柱２の側面にスタッドボルト（ジベル）などを格別設ける必要がない。
【００２３】
また、各鉄筋溶接板９，１０は、前記上ダイヤフラム２１または下ダイヤフラム２２に突き合わされた状態で、添接板１１〜１４を介して高力ボルト１５により摩擦接合されているので、現場でこれらを互いに接合する際に、作業を簡単に行える。
また、高力ボルト１５の本数や添接板１１〜１４の面積を適宜設定することで、梁３，４の端部の上端筋５Ａ，５Ｂや下端筋６Ａ，６Ｂの軸方向力を、ＣＦＴ柱２へ確実に伝達することができる。
また、スチフナ２３，２４が、ＣＦＴ柱２の側面に取り付くＲＣ梁３，４の軸方向と並行するように配置されているとともに、添接板１２，１４のＣＦＴ柱２側の端面の一部には切欠部１２ｃ，１４ｃが設けられ、この切欠部１２ｃ，１４ｃにスチフナ２４の側端部が挿入されているので、上ダイヤフラム２１と下ダイヤフラム２２との間に幅の大きなスチフナ２３，２４を設けつつ、高力ボルト１５による摩擦接合を行うために必要となる、上ダイヤフラム２１または下ダイヤフラム２２の表面上で添接板１２，１４が重なる部分の面積を十分に確保できる。
【００２４】
なお、本発明の柱と梁との接合部の構造は、上記の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。
例えば、上記の実施の形態では、柱と梁との接合部１の構造が、地上構造物５０の下に新たに地下構造物６０を構築する場合に適用されているが、本発明の柱と梁との接合部の構造は、例えば逆打ち工法によって地上階と地下階とを並行して構築される構造物などにも適用可能である。
また、地下構造物に限らず、地上構造物の柱と梁との接合部に、本発明を適用しても良い。
また、上記の実施の形態では、各鉄筋溶接板９，１０が、上ダイヤフラム２１または下ダイヤフラム２２に、高力ボルト１５により摩擦接合されているが、ボルトのせん断耐力を利用した支圧接合としてもよい。
その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、コンクリート充填鋼管からなる柱の側面に取り付く鉄筋コンクリートからなる梁の端部の上端筋または下端筋が鉄筋溶接板にあらかじめ溶接されているので、この鉄筋溶接板を柱の外側面に設けられた上ダイヤフラムや下ダイヤフラムにボルトなどで接合すれば、現場において梁の端部の上端筋や下端筋を柱の上ダイヤフラムと下ダイヤフラムなどに接合する際の、溶接作業が不要となる。
また、柱の鋼管を鉄骨工場などから現場に搬送する際に、柱の側面に梁の端部の上端筋や下端筋がすでに取り付けられた状態で搬送する場合に比べて、柱の取り回しを行いやすい。
また、この柱と梁との接合部の構造が、柱（または柱の鋼管）を構芯柱とした地下構造物の構築に適用される場合には、柱の側面に梁の端部の上端筋や下端筋がすでに取り付けられている場合よりも、この構芯柱（柱（または柱の鋼管））を設置するために掘削するボーリング孔の径が小さくて済む。
【００２６】
また、柱の側面には、上ダイヤフラムと下ダイヤフラムとを連結するスチフナが取り付けられているので、柱と梁との接合部にせん断力が入力したときに、上ダイヤフラムの下面または下ダイヤフラムの上面が梁のコンクリートの圧縮力を受け、この力が上ダイヤフラムや下ダイヤフラムに接合されたスチフナ２３の面内を経て、さらにスチフナの側端面が取り付く柱の側面に伝達される。したがって、梁のコンクリートの圧縮力を柱に伝達させるために、柱の側面にスタッドボルト（ジベル）などを格別設ける必要がない。
【００２８】
また、各鉄筋溶接板は、前記上ダイヤフラムまたは下ダイヤフラムに突き合わされた状態で、添接板を介してボルトにより接合されているので、現場でこれらを互いに接合する際に、作業を簡単に行える。また、ボルトの本数や、添接板の面積を適宜設定することで、梁の端部の上端筋や下端筋の軸方向力を、柱へ確実に伝達することができる。また、スチフナが、柱の側面に取り付く梁の軸方向と並行するように配置されているとともに、添接板の柱側の端面の一部には切欠部が形成され、この切欠部にスチフナの側端部が挿入されているので、上ダイヤフラムと下ダイヤフラムとの間に幅の大きなスチフナを設けつつ、ボルトによる接合を行うために必要となる、上ダイヤフラムまたは下ダイヤフラムの表面上で添接板が重なる部分の面積を十分に確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の柱と梁との接合部の構造の一例を示す、縦断面図である。
【図２】図１における、Ａ−Ａ断面図（横断面図）である。
【図３】上記例における鉄筋溶接板と、これに溶接された梁端部の上端筋（または下端筋）とを示す、上面図である。
【図４】上記例における鉄筋溶接板と、これに溶接された梁端部の上端筋（または下端筋）とを示す、上面図である。
【図５】上記例における添接板を示す、上面図である。
【図６】上記例における添接板を示す、上面図である。
【図７】上記例における、柱の設置状況を示す、縦断面図である。
【図８】上記例における、柱の設置状況を示す、横断面図である。
【図９】従来のコンクリート充填鋼管からなる柱と鉄筋コンクリートからなる梁との接合部の構造の一例を示す、縦断面図である。
【符号の説明】
１（柱と梁との）接合部
２（コンクリート充填鋼管／ＣＦＴ）柱
３，４（鉄筋コンクリート／ＲＣ）梁
５，６（梁端部の）上端筋
７，８（梁端部の）下端筋
９，１０鉄筋溶接板
１１〜１４添接板
１２ｃ，１４ｃ（添接板の）切欠部
１５ボルト（高力ボルト）
２１上ダイヤフラム
２２下ダイヤフラム
２３，２４スチフナ
３１，４１（梁中央部の）上端筋
３２，４２（梁中央部の）下端筋

Claims

コンクリート充填鋼管からなる柱と鉄筋コンクリートからなる梁との接合部の構造において、前記柱の側面に取り付く前記梁の端部の上端筋または下端筋が溶接された鉄筋溶接板が、前記柱の外側面に設けられた上ダイヤフラムと下ダイヤフラムとにそれぞれ接合され、
前記柱の側面には、前記上ダイヤフラムと下ダイヤフラムとに接合されたスチフナが取り付けられ、
前記スチフナは、前記柱の側面に取り付く前記梁の軸方向と並行するように配置され、前記各鉄筋溶接板は、前記上ダイヤフラムまたは下ダイヤフラムに突き合わされた状態で、添接板を介してボルトにより接合され、前記添接板の前記柱側の端面の一部には切欠部が形成され、この切欠部に前記スチフナの側端部が挿入されていることを特徴とする柱と梁との接合部の構造。