JP4936171B2 - 複合構造建物における柱の構造 - Google Patents

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本発明は、下層部の柱の構造がコンクリート充填鋼管造とされ、上層部の柱の構造が鉄筋コンクリート造とされる複合構造建物に適用され、下層部のコンクリート充填鋼管柱と上層部の鉄筋コンクリート柱とを接合するための柱の構造に関する。
周知のように建物の構造が下層部と上層部で異なる場合には、通常は下層部の方が上層部よりも頑強な構造とされることが一般的であり、たとえば地下を含む下層部を頑強な鉄骨鉄筋コンクリート造(SRC造)とし、上層部をより軽快な鉄骨造(S造)や鉄筋コンクリート造(RC造)とすることが最も一般的である。
そのような異種構造を組み合わせた複合構造の建物では、双方の構造の境界層で柱の構造を切り替える必要があるが、上記で例示したような一般的な組み合わせの場合には境界層における柱の構造の切り替えも特に困難ではない。たとえば下層部がSRC造で上層部がS造の場合には、境界層から上では鉄骨材に対するRC被覆を単に省略すれば良いし、下層部がSRC造で上層部がRC造の場合には境界層から上では鉄骨材を単に省略すれば良い。
それに対し、逆に下層部を上層部よりも軽快な構造とすること、たとえば下層部をS造とし上層部をRC造とするようなことは構造的に必ずしも合理的ではないので一般的ではないが、最近においては鋼管を主体とするS造を基本として鋼管内に単にコンクリートを充填するだけのコンクリート充填鋼管構造(CFT造、特許文献1参照)が一般化したことから、そのような軽快なCFT造を下層部に採用し、上層部をコスト的に有利なRC造とする組み合わせも検討されている。
特開2002−206283号公報
上記のように下層部がCFT造、上層部がRC造という構造を組み合わせる場合、下層部のCFT柱の所要断面が上層部のRC柱と同等程度で済むことも多く、したがって境界層において柱の構造を切り替えることは必ずしも容易ではなく、そのための有効な接合手法も確立されていない。
そのため、敢えてそのような組み合わせを採用する場合には、下層部のCFT柱の断面を必要以上に大きくしたり、鋼管にRC被覆を施して実質的にSRC造と同様の構造とするような必要があるともされ、CFT造の特性を充分に生かせないので不合理であった。
上記事情に鑑み、本発明は下層部のCFT柱に対して上層部のRC柱を合理的に接合し得る有効適切な柱の構造を提供することを目的としている。
本発明は、下層部の柱が鋼管内にコンクリートが充填されるコンクリート充填鋼管柱とされ、上層部の柱が鉄筋コンクリート柱とされる複合構造の建物に適用され、下層部のコンクリート充填鋼管柱と上層部の鉄筋コンクリート柱とを接合するべく下層部と上層部との境界層に設けられる柱の構造であって、境界層の柱の外殻をなす鋼管を直下階の躯体に接合して床面から直上階の梁下の間に配置するとともに、該鋼管内の少なくとも下部にスタッドを設置しておき、前記鋼管内に柱主筋を挿入して境界層の床面付近まで配筋するとともに、該柱主筋の周囲には少なくとも柱頭部の位置に帯筋を巻回し、前記鋼管内にコンクリートを打設充填して該コンクリートおよび前記スタッドを介して柱主筋と鋼管とを接合してなることを特徴とする。
本発明においては、境界層に配置した鋼管内に挿入する柱主筋への帯筋の巻回範囲を曲げモーメントの反曲点の位置までとし、かつ前記鋼管内の下部へのスタッドの設置範囲を該帯筋の巻回位置よりも下方に限定すると良い。
本発明によれば、境界層の柱の外殻をなす鋼管が下層部の躯体に接合され、鋼管内に挿入された柱主筋が上層部の柱主筋に接合され、それら鋼管と柱主筋とが鋼管内に充填されたコンクリートおよび鋼管内面に設けられているスタッドを介して確実に接合され、したがってこの柱が下層部のCFT柱および上層部のRC柱の間に介在して双方の柱どうしを合理的に接合することができる。
特に、境界層の柱における帯筋の配筋位置を柱頭部の曲げモーメントの変曲点の位置までに限定し、鋼管内面に設置するスタッドの設置位置をその帯筋の配筋位置よりも下部に限定することにより、それら帯筋とスタッドとの干渉を回避し得てより施工性に優れるものとなる。
図1〜図4を参照して本発明の一実施形態を説明する。本実施形態は、下層部の柱1の構造がCFT造とされ、上層部の柱2の構造がRC造とされる複合構造建物への適用例であって、それら下層部と上層部との境界層に設置される柱3の構造に特徴を有するものである。
下層部のCFT造の柱1(以下、CFT柱1と記す)は、図2に示すように角形鋼板11内にコンクリート12を充填した構造とされ、上層部のRC造の柱2(以下、RC柱2記す)は図3に示すように柱主筋21および帯筋22をコンクリート23中に内蔵した構造とされている。なお、下層部の梁4は鉄骨からなるS梁とされ、境界層およびそれよりも上層部の梁5は鉄筋コンクリートからなるRC梁とされている。
境界層の柱3は下層部のCFT柱1と上層部のRC柱2との間に介在してそれらを構造的に接合するものであって、図4に示すようにこの柱3の外殻をなす鋼管31内に柱主筋32が挿入され、かつコンクリート33が充填された構造とされている。
境界層の柱3の外殻をなす鋼管31は、下層部のCFT柱1における鋼管11と同等の形状、寸法とされたもので、直下階の仕口部に溶接されて床面上に立設され、その上端は直上階の梁下の位置に達するものとされている。この鋼管31内の少なくとも下部には図4(b)に示すように多数のスタッド34が内側に突出する状態で溶接されて設置されている。スタッド34の設置範囲は後述する帯筋35と干渉しないように帯筋35の配筋位置よりも下方位置に限定すると良い。
鋼管31内に挿入される柱主筋32は上層部のRC柱2における柱主筋21と同様に配筋されるものであって、その柱主筋32は鋼管31内において境界層の床面付近まで配筋されているが、通常のRC柱2では柱主筋21の全長にわたって帯筋22を巻回しているのに対して、この柱3では帯筋35の配筋位置は柱主筋32の上部にのみ限定されている。換言すれば、柱主筋32の下部では帯筋35が省略されていて、その帯筋35の配筋が省略されている範囲に上記のスタッド34が設置されたものとなっている。
なお、帯筋35の巻回範囲は柱頭から曲げモーメントの反曲点の位置までとすると良い。また、帯筋35の配筋位置の上部の仕口部には梁筋が配筋され、柱主筋32の上端には直上階のRC柱2における柱主筋21が継ぎ手6を介して接合される。
そして、鋼管31を柱型枠としてその内部にコンクリート33が打設充填されて境界層の柱3が形成され、また梁筋の周囲に組み立てた梁型枠(図示せず)内にもコンクリートが打設充填されることにより境界層の梁5が柱3と一体に形成されている。
上記構造による境界層の柱3は実質的に鋼管被覆形のRC柱であって、下層部のCFT柱1と同様に小断面で充分な剛性を有するものであることはもとより、鋼管31が下層部の躯体に溶接され、その鋼管31内に配筋された柱主筋32が上層部の柱RC柱2の柱主筋21に接合され、それら鋼管31と柱主筋32とが鋼管31内に充填されたコンクリート33と鋼管31内面に設けられたスタッド34を介して確実に接合され、したがってこの柱3は下層部のCFT柱1および上層部のRC柱2の間に介在して双方の柱どうしを確実強固に接合し得るものである。
勿論、その施工に際しては鋼管31内に柱主筋32を挿入してコンクリート33を充填するだけで良く、面倒な手間や複雑な工程を一切必要としないので極めて施工性に優れ、CFT柱とRC柱とを接合するための構造として最適である。
なお、上記実施形態では各階の柱の断面を同一にしており、したがって境界層の柱3における鋼管31は下層部のCFT柱1における鋼管11と同一形状、同一寸法としているが、必ずしもそうすることはなく各階の柱の断面は各階ごとに最適設計すれば良い。仮に境界層の柱3の所要断面が下層部のCFT柱1の断面よりも小さくて良ければ鋼管31の断面を小さくすれば良いし、逆に大きくする必要がある場合には鋼管31をより大断面のものとすれば良い。勿論、上層部のRC柱2の断面は境界層の柱3の断面に制約されることなく任意に設定することができる。
また、各階の柱は角形断面とすることに限るものではなく、特に下層部のCFT柱1と境界層の柱3は円形鋼管を使用した円形断面とすることも好適である。
また、上記実施形態のように境界層の柱3においては帯筋35を柱頭部に配筋するに留め、スタッド34の設置位置を帯筋35の配筋位置よりも下部に限定すれば、それら帯筋35とスタッド34との干渉を回避し得てより施工性に優れるものとなるが、必ずしもそうすることに限るものでもなく、施工性を大きく損なうことがない範囲で帯筋35の配筋範囲やスタッド34の設置範囲は適宜設計すれば良い。
本発明の実施形態を説明するための柱の立面図である。 同、下層部の柱の断面図である。 同、上層部の柱の断面図である。 同、境界層の柱の断面図である。
符号の説明
1 CFT柱(下層部の柱)
11 鋼管
12 コンクリート
2 RC柱(上層部の柱)
21 柱主筋
22 帯筋
23 コンクリート
3 境界層の柱
31 鋼管
32 柱主筋
33 コンクリート
34 スタッド
35 帯筋

Claims (2)

  1. 下層部の柱が鋼管内にコンクリートが充填されるコンクリート充填鋼管柱とされ、上層部の柱が鉄筋コンクリート柱とされる複合構造の建物に適用され、下層部のコンクリート充填鋼管柱と上層部の鉄筋コンクリート柱とを接合するべく下層部と上層部との境界層に設けられる柱の構造であって、
    境界層の柱の外殻をなす鋼管を直下階の躯体に接合して床面から直上階の梁下の間に配置するとともに、該鋼管内の少なくとも下部にスタッドを設置しておき、
    前記鋼管内に柱主筋を挿入して境界層の床面付近まで配筋するとともに、該柱主筋の周囲には少なくとも境界層における柱頭部の位置に帯筋を巻回し、
    前記鋼管内にコンクリートを打設充填して該コンクリートおよび前記スタッドを介して柱主筋と鋼管とを接合してなることを特徴とする複合構造建物における柱の構造。
  2. 請求項1記載の複合構造建物における柱の構造であって、
    境界層に配置した鋼管内に挿入する柱主筋への帯筋の巻回範囲を曲げモーメントの反曲点の位置までとし、かつ前記鋼管内の下部へのスタッドの設置範囲を該帯筋の巻回位置よりも下方に限定してなることを特徴とする複合構造建物における柱の構造。
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