JP4865104B2 - 複合構造梁の設計方法 - Google Patents

Description

この発明は、プレキャストコンクリート造部材（以下、ＰＣ造部材）と鉄骨造部材を接合した複合構造梁の設計方法に関する。

鉄骨造部材の両端にＰＣ造部材を接合した複合構造梁と柱を接合した構造において、柱とＰＣ造部材を貫通する緊張鋼材を鉄骨造部の各端部に緊張定着することによって柱と梁を接合すると共に、ＰＣ造部材と鉄骨造部材とを接合することが特許文献１に開示されている。
特開２００５−３０１５１号公報

ＰＣ造部材と鉄骨造部材をＰＣ鋼線等の緊張鋼材によって接合した複合構造梁を柱に接合する建造物の場合、複合構造梁を構成するＰＣ造部材と鉄骨造部材の接合部Ｃ２と梁と柱の接合部Ｃ１の２箇所の接合部が存在する。
従来、これらの２箇所の接合部を、同一の緊張鋼材を共用して緊張していた。鉄骨造部材２２とＰＣ造部材２１の接合部Ｃ２と、柱１と梁のＰＣ造部材２１との接合部Ｃ１に発生する曲げ及びせん断力は一般に異なる大きさであり、想定される最大応力に耐えることができるように緊張鋼材量を設計するものであるので、接合部Ｃ１、Ｃ２における応力の小さいほうの接合部に対しては緊張鋼材量が過剰となって合理的とはいえず、不経済となっていた。

また、柱と梁を接合する組立施工時、ＰＣ造部材に緊張力を導入すると、鉄骨造部材には引張力が作用するので、鉄骨造部材の断面をフルに活用することができず、鉄骨造部材の断面に比して緊張鋼材の緊張力が大きい場合には、鉄骨部材に好ましくない変形が生じる恐れがある。

本発明は、以上に述べた従来技術の問題点を解消しようとするものであり、複合構造梁の鉄骨造部材とＰＣ造部材の接合部と、柱と梁のＰＣ造部材同士の接合部に発生する曲げ応力とせん断応力に対して個別に対応することによって緊張鋼材量を合理的に決められるようにし、経済的な建物構造が得られるようにするものである。

梁を受ける顎を有する柱と両端部がＰＣ造部材で中央部が鉄骨造部材であり、ＰＣ造部材と鉄骨造部材とが接合用アンカープレートで接合してあり、かつ、ＰＣ造部材には緊張鋼材が配設され、この緊張鋼材の一端が鉄骨造部材の接合用アンカープレートに緊張定着してあり、他端は柱梁接合部を貫通して隣接スパンの梁の鉄骨造部材の接合用アンカープレート、若しくは、柱に緊張定着してある複合構造梁の設計法であって、柱と梁の接合部のせん断応力を顎に負担させ、緊張鋼材には曲げ応力を負担させるようにした複合梁の設計方法である。

柱と梁の接合部Ｃ１においては、梁のせん断応力を顎に負担させてあり、せん断応力をＰＣ圧着による摩擦力に頼らないため、緊張鋼材がもっぱら曲げ応力を負担するものとして設計するので、柱梁の接合部Ｃ１において必要な摩擦力を得るための緊張力が減少し、したがって緊張鋼材量を少なくすることができ、合理的な設計となり経済的である。
一方、ＰＣ造部材と鉄骨造部材の接合部Ｃ２においては、前記の柱梁の接合部Ｃ１に対する緊張鋼材を共用するほか、ＰＣ造部材の鉄筋継手を利用して鉄骨造部材と接合することによりせん断応力の一部を機械式鉄筋継手に負担させて接合に必要な緊張鋼材量を少なくすることができ、従来のＰＣ造部材と鉄骨造部材を接合した複合構造梁に比較して経済的となる。
トルク方式等による機械式鉄筋継手によってＰＣ造部材と鉄骨造部材を接合すると、鉄筋に張力が作用し、接合面においては摩擦接合と共に引張接合にもなるため、鉄筋は引張抵抗用となり、ＰＣ造部材と鉄骨造部材の接合部の曲げ耐力が向上する。

また、柱に顎を設けたことによって大地震時に柱と梁との接合部に設けた目地が離間し、梁が弾性回転して地震エネルギーを吸収するので、柱、梁部材の損傷を防ぐことができ、地震後、緊張鋼材に導入してある緊張力によって回転変形した梁が元の状態に復元するので、柱と梁との接合部においては、緊張鋼材に余裕を持たせておくのが好ましく、緊張鋼材の緊張力は、緊張鋼材の降伏強度の４０〜７０％とする。

設計法を適用する複合構造梁を使用した建造物の柱梁構造の正面図。 設計法を適用する複合構造梁を使用した建造物の他の柱梁構造の正面図。 複合構造梁の接合部の詳細断面図。 複合構造梁の接合部の詳細斜視図。

本発明の設計法を適用する複合構造梁２を用いた建物の柱梁構造を図１及び図２に示す。柱１、１の間に、複合構造梁２が掛け渡され、柱１に複合構造梁２が接合部Ｃ１において接合されている。柱１は、矩形断面のプレストレスが導入されたＰＣ造部材であり、顎１１が形成されており、複合構造梁２の端部のＰＣ造部材２１がこの顎１１に載せてある。２０は、紙面に垂直方向の梁である。

複合構造梁２の中央部は、Ｈ型鋼等からなる鉄骨造部材２２であり、両端部はＰＣ造部材２１から構成され、鉄骨造部材２２の両端部に溶接してあるアンカープレート２５にＰＣ造部材２１が緊張鋼材３の緊張力によって接合されている。
図１の複合構造梁２のＰＣ造部材２１は、柱１の顎１１に載せる部分に段部２３が形成してあり、図２の複合構造梁２のＰＣ造部材２１はこの段部がなく、ＰＣ造部材２１の下面が顎１１に載せてある。

柱１及びＰＣ造部材２１には、図３に示すようにシース３１が埋設してあり、このシース３１にＰＣ鋼より線等の緊張鋼材３が通してある。この緊張鋼材３をジャッキ４で緊張して緊張力Ｐで定着される。シース３１の端部にはシース３１を囲む螺旋筋２７を設けて補強している。

ＰＣ造部材２１のアンカー用の鉄筋２４の端部にはネジ式の機械式継手２６が設けてある。ＰＣ造部材２１の機械式継手２６に外周面にネジが設けてある継手ネジ棒２８をアンカープレート２５に設けた穴２５１を通して差し込んで機械式継手２６に連結し、継手ネジ棒２８にロックナット２９を装着して締め付け、ＰＣ造部材２１と鉄骨造部材２２を一体化して複合構造梁２とする。トルク方式等により所定張力を与えてロックナット２９を締め付けることによってＰＣ造部材２１の鉄筋２４には引張力が作用し、引張接合となり、接合部の曲げ耐力が向上する。また、鉄筋に代えてＰＣ鋼棒を用いてもよい。
ＰＣ造部材２１と鉄骨造部材２２の接合面にせん断コッター（図示しない）を設けることによって接合部におけるせん断力の伝達効率を上げることができる。
また、ＰＣ造部材２１と鉄骨造部材２２端部のアンカープレート２５の間にはモルタル等の充填材を充填して形成した目地４０が設けてある。

図４に示すように、機械式継手２６及び緊張鋼材３に対応するアンカープレート２５の位置には、それぞれ機械式継手２６に挿入する継手ネジ棒２８と緊張鋼材３を通すための穴２５０、２５１が形成されている。

ＰＣ造部材２１と鉄骨造部材２２との接合部Ｃ２においては、機械式継手２６と緊張鋼材３を緊張締結する２種類の接合手段により接合するようにしてあり、曲げ、及びせん断共に十分な耐力を得ることができることから、ＰＣ造部材２１の長さは、梁の端部に要求される剛性と緊張鋼材の最短長さを確保した上で自由に設定することができる。すなわち、ＰＣ造部材２１と鉄骨造部材２２の接合位置Ｃ２は、梁における曲げ・せん断応力の分布には関係なく自由に設定することができるので、建造物の剛性を確保しながら、ＰＣ造部材２１の長さを短くすることができ、複合構造梁２を軽量化することができるものである。

複合構造梁２の設計に当っては、柱と梁の接合部Ｃ１においては、柱１に梁受け用の顎１１が設けてあることにより梁のせん断応力は顎１１が負担するものとしてＰＣ圧着による摩擦力に頼らないものとし、緊張鋼材３は、もっぱら曲げ応力を負担するものとして設計する。したがって、従来、曲げとせん断の両方の荷重を負担するものとして設計していたため、柱梁の接合に必要な緊張鋼材量が大きくなっていたものを軽減することができ、経済的である。

一方、ＰＣ造部材２１と鉄骨造部材２２の接合部Ｃ２においては、柱梁の接合部Ｃ１に対する緊張鋼材３を共用するほか、ＰＣ造部材２１の鉄筋等を使用した機械式継手２６を利用して鉄骨造部材２２と接合するものであり、せん断応力の一部を機械式継手に負担させることにより、接合に必要な緊張鋼材量を少なくすることができ、従来のＰＣ造部材と鉄骨造部材を接合した複合構造梁に比較して経済的となる。

１ 柱
２ 複合構造梁
２１ ＰＣ造部材
２２ 鉄骨造部材
２５ アンカープレート
２６ 機械式継手
３ 緊張鋼材
４ ジャッキ
４０ 目地

Claims (3)

1. 梁を受ける顎を有する柱と両端部がＰＣ造部材で中央部が鉄骨造部材であり、鉄骨造部材の両端部には接合用アンカープレートが設けてあり、ＰＣ造部材と鉄骨造部材とが機械式鉄筋継手と接合用アンカープレートで接合してあり、かつ、ＰＣ造部材には緊張鋼材を配設して柱と梁の接合及びＰＣ造部材と鉄骨造部材の接合を行う複合構造梁の設計法であって、柱と梁の接合部のせん断応力を顎に負担させ、緊張鋼材は主に曲げ応力を負担するものとし、鉄骨造部材とＰＣ造部材の接合部と柱と梁のＰＣ造部材同士の接合部に発生する曲げ応力とせん断応力について個別に対応して計算することを特徴とする複合構造梁の設計方法。
2. 請求項１において、緊張鋼材の緊張力を緊張鋼材の降伏強度の４０〜７０％の範囲とすることを特徴とする複合構造梁の設計方法。
3. 請求項１または２において、ＰＣ造部材と鉄骨造部材の接合部の摩擦力を機械式継手によって補助することを特徴とする複合構造梁の設計方法。

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