JP4888915B2 - 梁端部をｐｃ造とする複合構造梁を用いた建物構造 - 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）と鉄骨造部材を組み合わせた複合構造梁を用いた建物構造に関する。

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させ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（特開２００５−３０１５１号公報）に開示されている。
特開２００５−３０１５１号公報

しかしながら、従来の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ものには、以下の問題が存在する。
梁を構成するＰＣ造部材と鉄骨造部材の接合部及び梁と柱との接合部において、同一の緊張鋼材を共用して緊張しているが、梁の中間部の鉄骨造部材と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及びせん断応力は一般に異なるものであるが、想定される大きな応力に耐えることができるように緊張鋼材量が設計されており、応力が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、梁の中央部の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。
更に、梁の中央部の鉄骨造部材は、ＰＣ造部材に比べて剛性が低いため、たわみ変形及び振動が生じ易いという問題がある。

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、梁の中央部の鉄骨造部材と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及び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。

柱と梁とからなる建物構造であって、柱は梁を受ける顎を有し、梁は両端部が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を用いた建物構造である。

柱と梁の接合部においては、柱に梁受け用の顎が設けてあることにより梁のせん断応力の伝達がＰＣ圧着による摩擦力に頼らずに顎によって負担され、緊張鋼材は、もっぱら曲げ応力を負担するものとして設計すればよいので、柱梁の接合に必要な緊張鋼材量を少なくすることができ、経済的である。
一方、ＰＣ造部材と鉄骨造部材の接合部においては、前記の柱梁の接合部に対する緊張鋼材量を共用するほか、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な設計をすることができる。
ＰＣ造部材と鉄骨造部材を接合して一体化して梁を架設するに当たり、機械式鉄筋継手を利用することができるので経済的に建造物の構築をおこなうことができる。
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。

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る。また、地震後、緊張鋼材の弾性変形力によって回転変形した梁が元の状態に復元する。このため、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。
この場合、ＰＣ造部材と鉄骨造部材の接合部においては、前記の緊張鋼材が共用していることから、接合に要する緊張力が不足する問題に対して、本発明では機械式鉄筋継手による摩擦接合を併用することで補足し、２種類の接合手段により問題を解決している。

柱梁接合部を現場打ち鉄筋コンクリートとすることにより、梁のＰＣ造部材端から下端筋を突出させて柱梁接合部に定着し、または、隣接スパンの梁の端部から突出させた下端筋と機械式鉄筋継手で接続することができるので緊張鋼材量を大幅に減らすことができる。
鉄骨造部材の端部に固定したアンカープレートの側辺に、更には上下辺に補強プレートを設けることによって、アンカープレートの曲げ剛性を高めることができ、アンカープレートの板厚を小さくすることができるのでコスト削減を図ることができる。

梁端部における緊張鋼材の緊張により鉄骨造部材に生じる変形量を小さくする必要がある場合は、鉄骨部材の所定位置にジョイントを設けて、架設時において仮締め接合し、緊張後にジョイントを本締め接合することによって不必要な鉄骨造部材の変形の発生を抑止することができる。
緊張鋼材を少なくとも１スパンに渡って連続的に配設することにより、梁の端部の緊張鋼材の緊張による中央部の鉄骨造部材に生じる不要な引張力を打ち消すことができ、鉄骨造部材の断面をフルに利用することができ、また、鉄骨造部材のたわみの発生を抑止すると共に振動の発生を抑制することができる。

実施例１
図１に示すように、本発明の複合構造梁２を用いた建物構造は、柱１、１の間に、複合構造梁２が掛け渡され、柱１と複合構造梁２の接合部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、梁が接合される部分に顎１１が形成されている。架設の際には複合構造梁２の端部がこの顎１１に載せられる。柱１及びＰＣ造部材２１には、緊張鋼材３を通すためのシース３１が埋設してあり、緊張鋼材３をジャッキ４で緊張して定着することによって両者は接合されている。シース３１の端部にはシース３１を囲む螺旋筋２７が設けてあり、端部を補強している。２０は、直角方向の梁を示す。
複合構造梁２の両端部の柱１と接合される部分の約１．５ｍの部分は、ＰＣ造部材２１であり、柱側の端部には柱１の顎１１に載せる段部２３が設けてある。図２及び図３に示すように、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。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することにより形成した目地４０が設けてある。

複合構造梁２の中央部は鉄骨造部材２２であり、Ｈ型鋼等で構成されており、ＰＣ造部材２１と接合される両端部にはアンカープレート２５が溶接で固着してある。アンカープレート２５の機械式継手２６及び緊張鋼材３に対応する位置にはそれぞれ機械式継手に挿入する継手ネジ棒２８及び緊張鋼材３を通すための穴２５０、２５１が形成されており、アンカープレート２５の大きさは、適宜定めることができる。

建造物を構築する際の柱１と複合構造梁２を接合する場合は、図４に示すように、架台上にＰＣ造部材２１を鉄骨造部材２２の両側に配置して通りを合わせ、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の接合部にモルタル等を充填して目地４０を設けてあるので、部材の製作誤差及び施工誤差を吸収、調整することができ、更に、せん断コッター設けた場合においても製作誤差や施工誤差を吸収することができる。

機械式継手２６によって一体化された複合構造梁２をクレーンで持ち上げて複合構造梁２の端部のＰＣ造部材２１の段部２３を柱１の顎１１に載せて複合構造梁２の位置決めをおこない、緊張鋼材３をシース３１に挿入し、一端はアンカープレート２５に、他端は柱１を通して隣接するスパンに設置した複合構造梁２のアンカープレート２５に緊張定着することによって柱１と複合構造梁２を接合する。
柱１が建物の端部の場合や、柱１の隣接スパンに梁を設けない場合は、緊張鋼材３の他端は、柱１に定着することになる。

ＰＣ造部材２１と鉄骨造部材２２との接合部においては、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されており、曲げ、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。

柱１は、プレキャストコンクリート造とすることが好ましいが、現場打ち鉄筋コンクリート造、鉄骨鉄筋コンクリート造、鋼管充填コンクリート造等の形式のものとすることもできる。緊張鋼材は、ＰＣ鋼線、ＰＣ鋼より線、または、ＰＣ鋼棒から適宜選択することができる。

実施例２
図５に示すように、中央部の鉄骨造部材２２の両端部に固着したアンカープレート２５にＰＣ造部材２１を機械式継手２６で接合して複合構造梁２を構成することは実施例１と同様であるが、アンカープレート２５とＰＣ造部材２１の接合部にはモルタル等を充填して目地４０を設ける。この複合構造梁２を柱１の顎１１の上に空間（柱梁接合部）をあけて載せ、この空間（柱梁接合部）にシース及び補強筋を配設し、現場打ちコンクリート１２を打設して柱１とＰＣ造部材２１を一体化する。打設したコンクリートが硬化したらシースに緊張鋼材３を挿通して実施例１と同様にジャッキ４によって緊張鋼材を緊張してアンカープレート２５に定着して柱１と複合構造梁２を接合する。

実施例３
図６に示すように、鉄骨造部材２２の端部に固着したアンカープレート２５の両側辺に補強プレート５を設けてコの字型としたものである。ＰＣ造部材２１の鉄骨造部材２２と接合する端部側面には雌ネジ穴５１が設けてあり、補強部プレート５には穴２５２が設けてあり、ボルトを雌ねじ穴５１に挿入し、または、ナットで固定する。

実施例４
図７に示すように、鉄骨造部材２２の端部に固着したアンカープレート２５の両側辺及び上辺若しくは下辺のいずれかに補強プレート５２を設けてＵ字型としたものである。実施例３と同様に接合されるＰＣ造部材２１の端部の両側面及び補強プレート５の位置に応じて上面若しくは下面に雌ねじ穴５１が設けてあり、両側面に加えて上面若しくは下面においても継手による接合がなされるようにしたものである。

実施例５
図８に示すように、複合構造梁２の中央部の鉄骨造部材２２の適宜の位置にジョイント６を設けたものであり、鉄骨造部材２２をスプライスプレート６１で接合したものである。
柱梁接合部において緊張鋼材に緊張力を導入すると、鉄骨造部材２２に引張力が作用し、好ましくない変形が生ずるが、この変形が生じないようにするか、または、生じたとしても極めて小さなものとするものであり、鉄骨造部材２２のジョイント６を仮接合した状態で複合構造梁２を柱１の顎１１に載せ、緊張鋼材３をセットしてジャッキ４によって緊張定着する。ジョイント６は仮接合の状態であるので鉄骨造部材２２には引張力は発生しない。
緊張鋼材３をジャッキ４によって緊張して定着した後にジョイント６を本締め接合することによって鉄骨造部材２２に引張力を発生させず、不要な変形を発生させないようにしている。

実施例６
図９に示すように、柱梁接合部に用いた緊張鋼材３に加え、少なくとも１スパンに渡る緊張鋼材３５を配設して梁２の端部で緊張定着したものである。この緊張鋼材３５は、複数のスパンに渡る長さとしてもよい。この緊張鋼材３５は、ＰＣ造部材２１においてはＰＣ造部材内部に配設されたシース内に挿入されており内ケーブル方式であり、鉄骨造部材２２の区間においては外ケーブル方式となる。外ケーブルの区間においては内ケーブル方式とは異なり、緊張鋼材３５がシース及びグラウトで保護されていないので、ＰＣ鋼より線をほどいて素線にエポキシ樹脂塗装を施して再度より合わせたＳＣストランド（登録商標）を使用するのが追加の防錆処理が不要なので好ましい。また、ＰＣ造部材における内ケーブル方式の部分をボンドタイプにすることにより、梁端の耐力を向上させることができる。逆に、内ケーブル部分の緊張鋼材をアンボンドタイプにすることによって緊張鋼材の交換が可能である。
建造物の複数のスパンに渡って配設された緊張鋼材３５は、鉄骨造部材２２のたわみ防止及び振動軽減に対して効果が発揮されるが、スパン数が多く緊張鋼材３５が長くなる場合、または、１スパンが長い場合には、緊張鋼材３５を連続させずに図１０に示すように、１スパン毎に緊張鋼材３５を配置して緊張定着する。

本発明の建造物の躯体構造の正面図。 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。 複合構造梁の架設工程説明図。 柱梁接合部が現場打ち鉄筋コンクリートである実施例の正面図。 両側辺に補強プレートを設けたアンカープレートの斜視図。 両側辺及び上辺若しくは下辺に補強プレートを設けたアンカープレートの斜視図。 鉄骨造部材にジョイントを設けた実施例の正面図。 たわみ・振動防止用の緊張鋼材を設けた実施例の正面図。 スパン毎にたわみ・振動防止用の緊張鋼材を設けた実施例の正面図。

符号の説明

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
２８ 継手ネジ棒
２９ ロックナット
３ 緊張鋼材
４ ジャッキ
４０ 目地

Claims (4)

1. 柱と梁とからなる建物構造であって、両端部がＰＣ造部材で中央部が鉄骨造部材の複合構造梁が柱に設けた顎に載せてあり、その顎が梁のせん断力を負担しており、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、他端が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り、緊張鋼材量が曲げ応力に対応するように決められており、機械式継手がせん断応力の一部を負担する複合構造梁を用いた建物構造。
2. 請求項１において、接合用アンカープレートの側辺に補強プレートが設けてある複合構造梁を用いた建物構造。
3. 請求項２において、接合用アンカープレートの上辺若しくは下辺に補強プレートが設けてある複合構造梁を用いた建物構造。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、少なくとも１スパンに渡る緊張鋼材が複合構造梁に配設されている複合構造梁を用いた建物構造。

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