JP3906588B2 - 鋼管柱とフラットスラブの接合構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼管柱とフラットスラブの接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、重量倉庫などに使用されるフラットスラブ構造は、一般的には鉄筋コンクリート柱（以下「ＲＣ柱」という。）および鉄筋コンクリートスラブ（以下、「ＲＣスラブ」という。）で構成されるものである。
しかし、ＲＣスラブから、鉛直荷重を柱に伝える構造として、ＲＣ柱では、キャピタルと呼ぶ受け部を、設けるが空間利用面と施工性の面で問題があった。
【０００３】
また、最近では鋼管コンクリート柱を使ったフラットスラブ構造も有望となってきており、その例として例えば図１３，図１４に示す特開平８−１０９６９５号公報に開示された鋼管コンクリート柱とフラットスラブの接合構造がある。
同公報のものは、図１３，図１４に示すように、コンクリート５４が充填された鋼管柱５１に支持鋼板５２とリブ５３とを溶接してこれらによってフラットスラブ５５の鉛直荷重を支持するものである。
しかし、同公報の接合構造では地震時などの水平力の伝達ができないという問題がある。
【０００４】
そこで、水平力伝達（曲げモーメントの伝達）を可能としたものとして、例えば図１５に示す特開平６−８８３９２号公報に開示されたフラットスラブ構造物における鋼管柱とスラブの接合構造がある。
同公報に開示されたものは、鋼管６２ａの鋼管柱６２及びスラブ６３の交差部６１ａ及びその周辺のスラブ６３内に、長手方向上下両側に鉄筋６５ｄが接合され、鋼管６２ａを貫通した補強鉄板６５を設けたものである。
しかしながら、同公報のものは製作・施工が難しく、またコストもかかるという問題がある。
【０００５】
そこでもう少し現実性があり、水平力に伴う曲げモーメントも伝達できるとする従来技術として、図１６に示す特開平６−８１４１８号公報に開示されたＳ柱とＲＣフラットスラブからなる架構の発明がある。
同公報に開示されたものは、Ｓ柱７１の外周部のフラットスラブ７４の接合位置の下側の部分及び上側の部分にそれぞれ鋼製の受け体７２，７３を溶接等により固着し、少なくとも下側の受け体７２の上側の面をスラブ７４の下側の部分に接触させ、少なくとも上側の受け体７３の下側の面をスラブ７４の上側の部分に接触させ、且つ下側の受け体７２と上側の受け体７３との間のＳ柱７１の周面をスラブ７４の部分に接触させて、Ｓ柱７１とＲＣフラットスラブ７４とを接合するというものである。
【０００６】
そして、上記の特開平６−８１４１８号公報においてはＳ柱７１とスラブ７４における曲げモーメント伝達メカニズムについて次のように説明している。
すなわち、地震力のような水平力を受けた際にＳ柱７１とスラブ７４の接合部には図１７に示すような逆対象曲げモーメントが生じるが、これに対して図１８に示す受け部（１２または１３）で圧縮力を受け、左下の部分（ＣＦ）と右上の部分（ＣＦ）とで偶力となり曲げモーメントが伝達できるとしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開平６−８１４１８号公報開示のものでは受け体７２，７３の張出し寸法については具体的に示されていないが、同公報で説明している応力伝達機構からすれば、図示されている程度のものであると想定されるが、図示される程度のものでは鉛直荷重を伝達するにも十分とは言えず、また曲げモーメントに至ってははなはだ不十分である。この点を以下、垂直方向の断面を示す図１９と水平方向の断面を示す図２０に基づいて説明する。
【０００８】
図１７の曲げモーメント状態のとき、スラブ端部には、図１９のような引張Ｔ１（およびＴ２）と圧縮力Ｃ１（およびＣ２）が生じる。ところが、特開平６−８１４１８号公報開示のものには、引張力Ｔ１、Ｔ２を伝える手段が無いため、引張力Ｔ１は、図２０に示すようにスラブを回りこんで柱の反対側に作用する圧縮力Ｃ２と共に受け体７３に作用することになる。同様に引張力Ｔ２は圧縮力Ｃ１と共に受け体７２に作用することになる。
すなわち、引張力が直接伝達できないこの従来技術では、圧縮力Ｃ２、Ｃ１が回りこんできた引張力Ｔ１、Ｔ２の分も負担して柱に伝達されなくてはならないから、ＣＦ部に生じる局所応力は極めて大きくなってしまう。
【０００９】
また、スラブの曲げモーメントを伝達するためのＣ１、Ｃ２の圧縮力で構成される偶力のアームは、図２１に示すように、スラブ厚さより小さいため、曲げモーメントの大きさ（圧縮力の大きさ×アーム長さ）も小さいものにならざるを得ない。
このように、従来技術の応力伝達メカニズムはそれが意図しているような応力伝達を期待できないものである。
【００１０】
なお、特開平６−８１４１８号公報開示のものでは、スチフナ補強の構造に関する実施例図（図２２）を見ても、スチフナ７５は受け体７２，７３の出の部分を上下独立に補強しており、出の部分は、局所的圧縮力に対して受け体７２，７３の補強であることは明白であるが、前述のように、そのようなメカニズムでモーメントを伝達することは難しいものである。
【００１１】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構造でなおかつ水平力の伝達能力の高い鋼管柱とフラットスラブの接合部を得ることを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋼管柱とフラットスラブの接合構造は、前記鋼管柱におけるスラブ下面位置およびスラブ上面位置の２ヶ所に、前記鋼管柱を取り巻くように接合された支圧板を備え、該支圧板は水平方向の外力に起因する曲げモーメントを伝達できる程度にスラブ側に張り出し、前記支圧板の張り出し量は、スラブ厚の１倍程度以上、かつスラブ厚の２倍程度以下であることを特徴とするものである。
【００１４】
さらに、前記支圧板の板厚は、スラブ厚の７．５％〜１５％程度であることを特徴とするものである。
【００１５】
また、前記支圧板のうちスラブ下面位置に設置したものの張り出し量をスラブ上面位置に設置したものよりも大きく設定したことを特徴とするものである。
【００１６】
さらに、前記鋼管柱は内部にコンクリートを充填したコンクリート充填柱であり、前記支圧板のうちスラブ下面位置に設置したものの一部を前記コンクリート充填柱の内部に延出させて設置したことを特徴とするものである。
【００１７】
また、前記両支圧板を連結すると共に前記鋼管柱の側面に接合されたスチフナを備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、前記スラブの鉄筋における前記鋼管柱近傍に配置されたものの先端部を、フック状に折り曲げたことを特徴とするものである。
【００１９】
また、前記スラブ内における前記鋼管柱との接合部近傍に、Ｕ形に折り曲げた補助筋を設置したことを特徴とするものである。
【００２０】
さらに、前記スラブ内における前記鋼管柱との接合部近傍に、前記鋼管柱を取り巻くように配置されたリング状部材を備えたことを特徴とするものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１、図２は本発明の実施の形態１の説明図であり、図１が垂直方向の断面図、図２が斜め下から見た斜視図である。図において、１は角形のコンクリート充填柱、３はコンクリート充填柱１に柱の周囲を取り囲むように設置された矩形の上支圧板、５は上支圧板３の下方に所定の距離を離して設置された下支圧板、７は上下支圧板３，５に挟むように設置されたＲＣスラブ、９はＲＣスラブ内に設置された鉄筋であり、コンクリート充填柱１にぶつかる位置にあるものは先端がフック状に折り曲げられている。また、１０はスラブ鉄筋の他の種類のものであり、先端部が折曲されていないものであり、Ｕ形に折り曲げてある短い補助筋１１を添えて設置されている。
【００２２】
上支圧板３の張出寸法は、後述する応力伝達効率上、ＲＣスラブ７の厚さの１倍程度以上が望ましい。また、最大でも２倍程度あれば十分な応力伝達能力が確保できる。
また、上支圧板３よりも下支圧板５の方が大形に形成されており、断面で見ると下支圧板５が上支圧板３よりもＲＣスラブ７側に大きく張り出している。
上下支圧板３，５の上下の出の大きさを変えたのは、ＲＣスラブ７の施工性を考慮したものである。
【００２３】
次に、上記のように構成された本実施の形態における曲げモーメント伝達メカニズムについて、図３〜図６に基づいて説明する。
図３のような水平力を受けた際に生じる逆対象曲げモーメントに対して、スラブには、図３に示すように柱端部に引張力Ｔ１、圧縮力Ｃ１（およびＴ２，Ｃ２）の応力が生じる。
これらの力の一部は、図４に示すように、左側の引張力Ｔ１が右側の圧縮力Ｃ２と合わさってＣ１２として柱の右側に作用し、同様に右側の引張力Ｔ２が左側の圧縮力Ｃ１と合わさってＣ１１として柱の左側に作用する。このような曲げモーメントの伝達メカニズムは従来例のものと同様である。ただ、先に示したようにその伝達能力は小さいものである。
【００２４】
本実施の形態では、スラブ７を支える上下支圧板３，５が柱より大きく張り出しているため、図５に示すようなメカニズムによる応力伝達が可能となる。すなわち、スラブ端部には曲げモーメントに応じてせん断力Ｑ１、Ｑ２があるが、その力が上下支圧板３，５を押すことで、圧縮力Ｃ２１、Ｃ２２が生じる。これらの力はアーム長さが長い偶力（曲げモーメント）となってコンクリート充填柱１に作用するため、スラブ端部の曲げモーメントがコンクリート充填柱１に確実に伝達される。
【００２５】
また、上下支圧板３，５は、コンクリート充填柱１を取り巻くように設置されているため、図６に示すように、柱側面でも、Ｃ３１、Ｃ３２のような力がコンクリート充填柱１を側面からねじる偶力になり、柱側面にはＱｓのようなせん断力（上下の支圧板に生じる）による偶力がスラブの曲げモーメントを伝えることになる。
【００２６】
以上の作用が重なることで、大きな曲げモーメントをスラブ７からコンクリート充填柱１に伝達できるのである。したがって、本構造は、従来技術に比較して大きな曲げモーメントを伝達できることになる。
【００２７】
実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２の垂直方向断面図、図８は水平方向断面図、図９は斜視図である。図７、図８、図９に基づいて実施の形態２を説明する。
図において、２１は丸形のコンクリート充填柱、２３はコンクリート充填柱に柱の周囲を取り囲むように設置された円形状の上支圧板、２５は上支圧板の下方に所定の距離を離して設置された円形状の下支圧板である。下支圧板２５の内側の一部は、コンクリート充填柱２１の鋼管内部に延出させている。これは、コンクリート充填柱２１の内部のコンクリートへ軸力を伝達するためである。
【００２８】
２７は上下支圧板２３，２５を連結するとともに、コンクリート充填柱２１の柱鋼管に溶接されたスチフナである。スチフナ２７が上下支圧板２３，２５に連結されることにより、上支圧板２３と下支圧板２５が一体となって曲げモーメントおよびせん断力を伝達できるようになっている。
なお、最小限のスチフナしか設けない場合には、上下支圧板２３，２５の曲げ剛性を高めなくてはならないが、その板厚は、目安としては、スラブの厚さの７．５％〜１５％程度であればよい。
【００２９】
２８は上下支圧板２３，２５に挟むように設置されたＲＣスラブ、２９，３０はスラブ鉄筋であり、それぞれ実施の形態１における鉄筋９，１０と同様のものである。また、３１はＵ形に折り曲げられた補助筋であり、実施の形態１における補助筋１０と同様のものである。
３５はコンクリート充填柱２１を取り巻くようにしてＵ形状の鉄筋をひっかけるように配置された鉄筋、平鋼あるいは形鋼からなるリング状部材である（図１０参照）。リング状部材３５を設置したのは、鉄筋２９，３０の定着を確実にして鉄筋２９，３０が抜け出ることを防止すると共に、接合部周辺のスラブ補強を図るためである。
【００３０】
ここで、鉄筋２９，３０の引張力のコンクリート充填柱２１への伝達メカニズムを、図１１に基づいて説明する。鉄筋２９の引張力は、鉄筋とリング状部材３５との間にあるコンクリートを介してリング状部材３５に伝達される。そして、リング状部材３５に伝達された力は、鉄筋２９に対して柱の反対側のリング状部材３５の内周部のコンクリートの圧縮を介してコンクリート充填柱２１に伝達される（図１１参照）。
ここで、リング状部材３５のコンクリート充填柱２１の周面からの距離をＢ、上支圧板２３の張り出し長さをＡ、スラブの厚みをＨとすれば、Ｂ＜Ａ＋Ｈ／２の範囲にあることが力の伝達を有効にするには望ましい。
【００３１】
上記のように構成された実施の形態２においては、下支圧板２５の一部をコンクリート充填柱２１の内部に延出させると共に、スチフナ３１及びリング状部材３５を設置したので、スラブと柱との間における力の伝達がより確実に行われる。
【００３２】
なお、スラブ鉄筋のコンクリート充填柱１１との接合部における形状は、図１２（ａ）に示すように、先端をフック状にして各鉄筋を同方向に向けて配置したもの、あるいは図１２（ｂ）に示すように、先端をフック状にして２本の鉄筋づつに互いに向かい合わせて配置したもの、またあるいは図１２（ｃ）に示すように先端が折曲されていない２本の鉄筋の間にＵ字状にした補助筋を配置するものであってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００３４】
鋼管柱におけるスラブ下面位置およびスラブ上面位置の２ヶ所に、前記鋼管柱を取り巻くように接合された支圧板を備え、該支圧板は水平方向の外力に起因する曲げモーメントを伝達できる程度にスラブ側に張り出している構成としたことにより、簡単な構造で垂直力及び水平力の伝達を確実にすることができ、耐震性に優れる。
【００３５】
また、支圧板のうちスラブ下面位置に設置したものの張り出し量をスラブ上面位置に設置したものよりも大きく設定したことにより、スラブの施工性を向上させることができる。
【００３６】
さらに、鋼管柱は内部にコンクリートを充填したコンクリート充填柱であり、支圧板のうちスラブ下面位置に設置したものの一部を前記コンクリート充填柱の内部に延出させて設置したことにより、前記支圧板からコンクリートに軸力を伝達できる。
【００３７】
また、両支圧板を連結すると共に前記鋼管柱の側面に接合されたスチフナを備えたことにより、上支圧板と下支圧板が一体となって曲げモーメントおよびせん断力を伝達できる。
【００３８】
さらに、スラブの鉄筋における前記鋼管柱近傍に配置されたものの先端部を、フック状に折り曲げたことにより、鉄筋の定着を確実に行うことができる。
【００３９】
また、スラブ内における鋼管柱との接合部近傍に、Ｕ形に折り曲げた補助筋を設置したことをにより、鉄筋の定着を確実に行うことができる。
【００４０】
さらに、スラブ内における鋼管柱との接合部近傍に、鋼管柱を取り巻くように配置されたリング状部材を備えたことにより、スラブ鉄筋の定着を確実にできると共に、接合部周辺のスラブ補強ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態１の垂直方向の断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態１の斜視図である。
【図３】 本発明の実施の形態１における曲げモーメント伝達メカニズムの説明図である。
【図４】 本発明の実施の形態１における曲げモーメント伝達メカニズムの説明図である。
【図５】 本発明の実施の形態１における曲げモーメント伝達メカニズムの説明図である。
【図６】 本発明の実施の形態１における曲げモーメント伝達メカニズムの説明図である。
【図７】 本発明の実施の形態２の垂直方向の断面図である。
【図８】 本発明の実施の形態２の水平方向の断面図である。
【図９】 本発明の実施の形態２の斜視図である。
【図１０】 本発明の実施の形態２のリング状部材と鉄筋との配置関係の説明図である。
【図１１】 本発明の実施の形態２の引張力の伝達メカニズムの説明図である。
【図１２】 スラブの鉄筋の先端形状の説明図である。
【図１３】 従来の鋼管コンクリート柱とフラットスラブの接合構造の説明図である。
【図１４】 従来の鋼管コンクリート柱とフラットスラブの接合構造の説明図である。
【図１５】 従来のフラットスラブ構造物における鋼管柱とスラブの接合構造の説明図である。
【図１６】 従来のＳ柱とＲＣフラットスラブとからなる架構の説明図である。
【図１７】 従来例におけるＲＣフラットスラブにおける接合部に発生する曲げモーメントの説明図である。
【図１８】 従来例における曲げモーメントの伝達メカニズムの説明図である。
【図１９】 従来例における曲げモーメントの伝達メカニズムの説明図である。
【図２０】 従来例における曲げモーメントの伝達メカニズムの説明図である。
【図２１】 従来例における曲げモーメントの伝達メカニズムの説明図である。
【図２２】 従来のＳ柱とＲＣフラットスラブとからなる架構の説明図である。
【符号の説明】
１ コンクリート充填柱
３ 上支圧板
５ 下支圧板
７ ＲＣスラブ
９，１０ 鉄筋
１１ 補助筋

Claims (8)

1. 鋼管柱と鉄筋コンクリートからなるフラットスラブの接合構造であって、
   前記鋼管柱におけるスラブ下面位置およびスラブ上面位置の２ヶ所に、前記鋼管柱を取り巻くように接合された支圧板を備え、
   該支圧板は水平方向の外力に起因する曲げモーメントを伝達できる程度にスラブ側に張り出し、前記支圧板の張り出し量は、スラブ厚の１倍程度以上、かつスラブ厚の２倍程度以下であることを特徴とする鋼管柱とフラットスラブの接合構造。
2. 前記支圧板の板厚は、スラブ厚の７．５％〜１５％程度であることを特徴とする請求項１記載の鋼管柱とフラットスラブの接合構造。
3. 前記支圧板のうちスラブ下面位置に設置したものの張り出し量をスラブ上面位置に設置したものよりも大きく設定したことを特徴とする請求項１または２記載の鋼管柱とフラットスラブの接合構造。
4. 前記鋼管柱は内部にコンクリートを充填したコンクリート充填柱であり、前記支圧板のうちスラブ下面位置に設置したものの一部を前記コンクリート充填柱の内部に延出させて設置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼管柱とフラットスラブの接合構造。
5. 前記両支圧板を連結すると共に前記鋼管柱の側面に接合されたスチフナを備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の鋼管柱とフラットスラブの接合構造。
6. 前記スラブの鉄筋における前記鋼管柱近傍に配置されたものの先端部を、フック状に折り曲げたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋼管柱とフラットスラブの接合構造。
7. 前記スラブ内における前記鋼管柱との接合部近傍に、Ｕ形に折り曲げた補助筋を設置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の鋼管柱とフラットスラブの接合構造。
8. 前記スラブ内における前記鋼管柱との接合部近傍に、前記鋼管柱を取り巻くように配置されたリング状部材を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の鋼管柱とフラットスラブの接合構造。

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