JP5122211B2

JP5122211B2 - 複合架構構造

Info

Publication number: JP5122211B2
Application number: JP2007200755A
Authority: JP
Inventors: 英之鈴木; 寛西原
Original assignee: 安藤建設株式会社
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2027-08-01
Also published as: JP2009035928A

Description

本発明は複合架構構造に係り、柱部をＲＣ構造、梁端部を含む柱梁接合部をＳＲＣ構造、梁中央部をＳ造とした架構構造に関する。

材料の高強度化により、従来は鉄骨鉄筋コンクリート（以下、ＳＲＣ）造としていた建物も鉄筋コンクリート（以下、ＲＣ）造とすることが可能となり、現在では高層住宅のほとんどはＲＣ造で建築されている。ＲＣ造は、高強度化された材料によりＳＲＣ造柱と同等以上の耐力を持たせることができるため、耐力で断面が決定されることが多い柱部は、そのほとんどを設計上、ＲＣ造とすることが可能である。一方で、梁部は建物の揺れを抑制し、積載重量による変形を防止するなど、剛性が断面決定要因となる場合が多い。しかし、材料が高強度化されたとしても、梁の断面寸法には制約があり、ＲＣ造梁の剛性を高めるのには限界がある。そのため、梁部には鉄骨（以下、Ｓ）造やＳＲＣ造を採用しなければならないケースがある。

一般に、梁部と柱部とは、材料の連続性を考慮して同じ構造形式とする場合が多い。そのため、梁部に要求される断面性能が、建物全体の構造形式に影響を与えている場合が多い。例えば、梁部をＳＲＣ造とする必要がある場合には、材料の連続性が考慮され柱部も自動的にＳＲＣ造となっていた。工期短縮の面から考えると、各部材をプレキャスト（以下ＰＣａ）化することが好ましいが、ＳＲＣ造をＰＣａ化した場合、部材同士を接合するためには鉄筋と鉄骨の両者をそれぞれ接合しなければならない。その結果、継手部には場所打ちコンクリートが必要となり、ＳＲＣ造のＰＣａ化の利点は少ない。

ところで、ラーメン構造を構成する梁部は、その端部と中央部とでは要求される断面性能が異なる。特許文献１では、梁部の大スパンの架構法として、梁中央部には軽量のＳ造の梁を、梁端部には剛度と耐力を併せ持つＳＲＣ造の梁を採用した複合構造梁が提案されている。また出願人は、梁端部を含んだ柱梁接合部はＲＣ造から、梁中央部はＳＲＣ造とＳ造とからなる複合構造梁において、簡易な補強構造を施すことにより、合理的な力学的挙動を実現することができるとする技術を特許文献２に提案している。この技術を用いると建物の構造形式を、図１０に示すように、柱部をＲＣ造２０と、柱梁接合部１０を含んだ梁部をＳ造１とＲＣ造２とＳＲＣ造３とからなる複合構造梁とすることができる。その結果、従来、ＳＲＣ造となっていた柱部をＲＣ造とすることができるため、工費のコストダウンを図ることができる。
特開昭６３−１０７６３４号公報特許第３６３１２３７号公報

従来、ＳＲＣ造となっていた柱部をＲＣ造とすることができれば、鉄骨減によるコストダウンが図れ、ＰＣａ化が容易となり工期の短縮を図ることができる。特許文献１の技術は、ＳＲＣ造とＳ造とからなる複合構造梁の構造詳細に関する技術であり、ＲＣ造柱と複合構造梁とからなる複合架構構造についての技術ではない。また、特許文献２に記載された技術を用いると、ＲＣ造柱と複合構造梁とから構成される複合架構構造とすることができる。しかし、梁部の鉄骨を鉄筋コンクリート内に埋設させて、梁端部で鉄骨が分断されている構造であるため、柱梁接合部１０を含んだ梁部のＰＣａ化は難しい。そのため、複雑な形状の型枠や、多数の支保工が必要となっていた。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、柱部をＲＣ構造、梁端部を含む柱梁接合部をＳＲＣ構造、梁中央部をＳ造とした複合架構構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、立設した鉄筋コンクリート柱上に、連続した鉄骨部の一部が突出した梁端部を含んだ柱梁接合部を定置し、前記梁端部の一部を含んだ柱梁接合部をプレキャスト鉄骨鉄筋コンクリート部材で構成し、対向する一部を突出させた前記鉄骨部の間に鉄骨梁が架設された、梁端部が鉄骨鉄筋コンクリート梁、梁中央部が鉄骨梁からなる梁部を構成したことを特徴とする。

他の発明として、立設した鉄筋コンクリート柱上の梁高さ位置に、梁端部を含んだ柱梁接合部を構成する連続した鉄骨部を定置し、対向する前記鉄骨部の間に鉄骨梁を架設するとともに、前記鉄筋コンクリート柱の端面から、前記鉄骨部と前記鉄骨梁との接合部を覆う範囲までを場所打ち鉄骨鉄筋コンクリートで構築し、梁端部が鉄骨鉄筋コンクリート梁、梁中央部が鉄骨梁からなる梁部を構成したことを特徴とする。

前記鉄筋コンクリート柱端面から前記鉄骨部と前記鉄骨梁との接合部を覆う範囲まで、場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート構造部の型枠が前記鉄骨部と前記鉄骨梁とに支持されるようにすることが好ましい。

以上のように本発明によれば、梁端部を含んだ柱梁接合部をＰＣａ化することができ、躯体部分の場所打ちコンクリートはスラブ以外には発生しない。さらに、中央鉄骨部分は、梁端部を含んだ柱梁接合部から突出している鉄骨とボルト接合するだけでよいため、工期の大幅な短縮が可能となる。また、梁の鉄骨を柱梁接合部で連続させることにより、ＰＣａ化された梁端部を含んだ柱梁接合部は、柱上端部に設置された際に自立することができる。さらに、スパン中央の梁鉄骨をボルト接合すると、鉄骨梁が梁自重やスラブ荷重、施工時の仮設荷重を支えるため、支保工を大幅に減少させることができる。また、梁端部の断面を小さくすることができ、梁下空間を有効に利用することができる。また、柱梁接合部を中心にＳＲＣ造梁内の鉄筋が減るため、配筋作業の省力化を図ることができ、定着金物や鉄筋継手の数を減らすことができる。さらに、梁端部を含んだ柱梁接合部を場所打ちコンクリートとした場合においても、鉄骨から吊り型枠を設置することができるため、支保工を大幅に減少させることができる。

以下、本発明に係る複合架構構造を実施するための最良の形態を、添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係るＳ造梁と、ＳＲＣ造の梁端部を含んだ柱梁接合部と、ＲＣ造柱とを用いた複合架構構造を示した建物の側面図、図２は図１中の矢視II-IIで示した建物の伏図を示している。建物は、ＰＣａ化されたＲＣ造柱２０と、ＰＣａ化されたＳＲＣ造の梁端部を含んだ柱梁接合部５０と、梁端部を連結するＳ造梁１と、から構成されている。以下、ＰＣａ化されたＳＲＣ造の梁端部を含んだ柱梁接合部を、接合部ユニットと記述する。

図３各図は、本発明の実施形態に係る架構構造の構築手順を示したステップ図である。また、図４は図３中の矢視IV-IVで示した柱梁接合部１０を中心として鉄骨と鉄筋に着目した概略図である。図３（ａ）は梁部の構築状況を示している。柱部はＰＣａ化されたＲＣ造柱２０−１からなり、上端部から柱主筋２１が突出し形成されている。ＲＣ造柱２０−１が立設されると、その上部には、ＰＣａ化された接合部ユニット５０が配設される。接合部ユニット５０はＳＲＣ造で、断面の中央にはＨ型鋼からなる鉄骨１１を備えている。鉄骨１１の交差部は、応力伝達を考慮して完全溶け込み溶接が施工されて連続性が保たれている。鉄骨１１は後述するように、接合部ユニット５０間に配設されるＳ造梁１１と添接板１３を介してボルト接合される。そのため、接合部ユニット５０内の鉄骨１１は、ボルト接合の際の作業性を考慮し所定長突出させ、端部にはボルト孔が形成されている。接合部ユニット５０内の鉄筋は、鉄骨１１を取り囲むように梁主筋１４およびスターラップ筋１５が組み立てられている。梁主筋１４も梁主筋１４同士の交差部で切断することなく、連続して形成されている。接合部ユニット５０の一部である柱梁接合部１０には、前述したＲＣ造柱２０の柱主筋２１が貫通するため、柱主筋２１貫通後にグラウト材を圧入可能な十分な大きさの貫通孔１７がシース管等であけられている。

接合部ユニット５０は、立設したＲＣ造柱２０−１上に柱主筋２１を貫通孔１７に貫通させ、配設される。貫通孔１７にはグラウト材が圧入され、ＲＣ造柱２０−１と接合部ユニット５０とが一体化する。接合部ユニット５０は鉄骨１１が貫通しＰＣａ化されているため、ＲＣ造柱２０−１上に配設された接合部ユニット５０は自立し、安定を保つことが可能となる。仮に、接合部ユニット５０の安定性を検討し、安定が保てない場合にのみ支保工３０を設置すればよい。その結果、従来工法と比べ支保工３０を大幅に減らすことができる。接合部ユニット５０が配設されると、接合部ユニット５０間にＳ造梁１１が架設される。Ｓ造梁１１は、接合部ユニット５０内にある鉄骨１１と同寸法のＨ型鋼からなり、柱梁接合部１０から突出した鉄骨１１と添接板１３を介してボルト接合にて連結される。

同図（ｂ）は梁部の施工が完了した後、柱部をその上部に構築している状況を示している。梁部の施工が完了すると、ＰＣａ化されたＲＣ造柱２０−２が柱梁接合部１０上に構築される。ＲＣ造柱２０−２には、柱主筋２１と帯筋（不図示）が配筋されており、柱主筋２１がＲＣ造柱２０−２の上端から突出し形成されている。ＲＣ造柱２０−２の下部は、柱梁接合部１０から突出した柱主筋２１とＲＣ造柱２０−２の貫通孔１７を挿通して所定位置に配置された柱主筋２１とが接合される。例えば、柱主筋２１の端部同士にスリーブ（不図示）をはめ、柱主筋２１とスリーブとの間隙に高強度のグラウト材を充填して接合される。以上のように、柱と梁とが交互に構築され、所定階まで施工される。

図４に示すように、柱梁接合部１０の四隅にはせん断補強を目的として分割帯筋２２が配筋されている。柱梁接合部１０内の鉄骨１１のフランジには組立筋１８が溶接され、分割帯筋２２は、この組立筋１８の箇所にフックが形成されている。分割帯筋２２の帯筋比は、検証実験で行った範囲である０．３％以下に設定することが好ましい。また、最上階の柱梁接合部１０では、帯筋はせん断補強の役割以外に柱主筋２１の定着耐力にも寄与すると考えられる。図５は最上階の柱梁接合部を中心として鉄骨と鉄筋に着目した概略図である。図５に示すように、最上階の帯筋２３は、鉄骨１１のウェブに帯筋２３が挿通可能な貫通孔（不図示）を形成して、柱主筋２１を取り囲むように配筋することが望ましい。なお、帯筋２３の施工性を考慮し、帯筋２３を２分割して帯筋分割位置Ｗを設け、フレア溶接により帯筋２３同士を接合することが好ましい。

ここで、鉄骨梁１１とＲＣ造柱２０との間の応力伝達機構と、鉄骨梁１１に設置された部分支圧板の働きについて説明する。図６（ａ）は、柱梁接合部１０内に作用した応力を示した図である。また、図６（ｂ）は、図４中の矢視VIb-VIb、あるいは図６（ａ）中の矢視VIb-VIbで示した部分支圧板と鉄骨梁に着目した概略図である。図６（ａ）に示すように、鉄骨梁１１に荷重Ｒa，Ｒbが作用すると、この荷重Ｒa、Ｒbに釣り合うように、鉄骨梁１１のフランジにはＲＣ造柱２０からの支圧力Ｐba，Pbbが作用する。すなわち、支圧力Pba，Ｐbbは鉄骨梁１１に作用しているせん断力と釣り合う。

鉄骨梁１１のフランジに作用する支圧力Pba，Pbbをウェブに伝達し、また、フランジの首振り現象を抑制するため、鉄骨梁１１には部分支圧板１６が設置される。部分支圧板１６は図４、図５に示すように、ＲＣ造柱２０断面の外形４辺付近に鉄骨梁１１のフランジとウェブに溶接されている。部分支圧板１６は略三角形形状をなし、溶接性を考慮し２つの頂点には適当なカットが施されている。部分支圧板１６は曲げモーメントが大きい梁端部に設けられる。そのため、鉄骨梁１１の上下フランジ間全面を塞ぐように設置すると、コンクリート部を分断して、ひび割れを誘発する恐れがある。そのため、必要以上には大きくせず、支圧応力Pba，Pbbを伝達することができる断面寸法と溶接量を確保できれば良い。

なお、上述した実施例では、柱部をＰＣａ化されたフルプレキャストコンクリートを想定したＲＣ造により構築する構造について説明した。部材の軽量化の点では、ハーフプレキャストコンクリートとすることも好ましく、スラブ施工面での容易性が見込まれる。また、柱部を現場打ちのＲＣ造としても、本発明の効果を享受することができる。また、梁部を含んだ柱梁接合部１０を場所打ちコンクリートにより構築しても本発明の効果を享受することができる。以下、実施例２として、梁部を含んだ柱梁接合部１０を場所打ちコンクリートで構築した場合について説明する。

図７は本発明の実施形態に係る、柱部と、梁端部を含んだ柱梁接合部とを場所打ちコンクリートで構築した場合を示した架構構造のステップ図である。１階部のＲＣ造柱２０はその上端部から柱主筋２１を突出させて施工される。その後、ＲＣ造柱２０の上面には、鉄骨梁１１を所定の高さ位置に配置するためスペーサ３１が設置される。スペーサ３１は、梁やスラブの架設重量を支えるため、レベルの調整機能の他に、ある程度の強度が必要である。そして、スペーサ３１の上部にＨ型鋼からなる鉄骨梁１１が載置され、載置された鉄骨梁１１間にＳ造梁１１が配設される。Ｓ造梁１１もＨ型鋼からなり、スペーサ３１上に載置された鉄骨梁１１と添接板１３を介してボルト接合にて連結される。なおボルト連結位置は、ボルト接合部の防錆上、後打ちされるコンクリート内部に位置するほうが有利となる。

Ｓ造梁１１が連結されると、柱梁接合部１０を中心にＳ造梁１１を取り囲むように、梁主筋１４およびスターラップ筋１５が組み立てられ、型枠４０が設置される。図８は図７中の矢視VIII-VIIIで示した吊型枠の概略図を示している。なお、（ａ）は鉄骨１１の下フランジに吊金具４１を引っかけ、吊型枠４０を吊下げる方法を示している。吊金具４１には、吊型枠４０を所定の位置に固定するために使用されるセパレータ４２を挿通可能な貫通孔（不図示）が形成されている。セパレータ４２の端部には図示しない止め具が設置され、セパレータ４２は吊金具４１の孔に挿通され引っ掛けられている。フォームタイ４４はセパレータ４２に接続され、吊型枠４０と、吊型枠４０を支える単管パイプ４３とを支えている。以上の構成により、吊型枠４０は鉄骨１１から吊下げられる。なお、（ｂ）は吊金具４１を鉄骨１１の上フランジ上面に設置して、吊型枠４０を鉄骨１１から吊下げる方法を示している。

柱梁接合部１０を中心に吊型枠４０が設置されると、コンクリートが打設される。吊型枠４０の吊下げ材は、コンクリートや吊型枠４０等の重量を考慮し、その間隔や寸法が決定されている。そのため、コンクリート打設時に支保工３０を設置する必要がなく、従来工法と比べ支保工３０を大幅に削減することができる。そして、コンクリート打設の完了により、梁部が構築される。

上記の実施形態によれば、従来工法において材料の連続性を考慮してＳＲＣ造としていた柱を、ＲＣ造で構築することができる。その結果、柱から鉄骨をなくすことにより、材料費を低減することができる。さらに、部材のＰＣａ化も容易となるため、工期を短縮することが可能となる。

また、鉄骨梁を柱梁接合部で連続させることにより、次のような利点がある。第一にＰＣａ化した接合部ユニットは、柱上に安定して設置することが可能となる。また、梁端部を含んだ柱梁接合部を場所打ちコンクリートから構築した場合には、型枠を鉄骨梁から吊下げることができる。そのため、型枠を支える支保工の数を、従来工法よりも大幅に削減することができる。第二に柱梁接合部を中心に梁主筋本数を減少させることができる。その結果、鉄筋継手や定着金物の数を減らすことができる。第三に、梁端部に高強度のせん断補強筋を使用しなくても設計可能となる。第四に、梁端部の梁せいが低くなり、梁下空間を有効に使用することができる。

上記実施例では、９本の柱から構成されるラーメン構造を例に挙げて説明したが、柱の本数や、配置、形式を限定するものではない。また、鉄骨梁もＨ型鋼を例に説明したが、他の鋼材を使用してもよい。

上記実施例では、ボルト接合の取り合いを考慮して、梁端部を含んだ柱梁接合部内の鉄骨と梁中央部の鉄骨とは同寸法とした。しかし、梁中央部の鉄骨寸法が設計上小さくできる場合には、鋼材量の低減を目的として異なる寸法としてもよい。例えば図９に示すように、柱梁接合部側の鉄骨１１−１に応力集中等が生じないように、長さ方向に適切な傾斜をつけ、梁中央部側の鉄骨１１−２と取り合うようにしてもよい。そして、添接板１３を介してボルト接合を行う。もちろん、梁中央部側１１−２に傾斜をつけて、柱梁接合部側の鉄骨１１−１と取り合うようにしてもよい。

本発明の一実施例の複合架構構造を示した建物の側面図。図１中の矢視II-IIで示した建物の伏図。本発明の実施形態に係る架構構造の構築手順を示したステップ図。図３中の矢視IV-IVで示した柱梁接合部の鉄骨と配筋を示した概略図。最上階部の柱梁接合部の鉄骨と配筋を示した概略図。（ａ）は柱梁接合部内に作用した応力状況を示した図。（ｂ）は図４中の矢視VIb-VIb、あるいは図６（ａ）中の矢視VIb-VIbで示した部分支圧板と鉄骨梁に着目した概略図。本発明の実施形態に係る架構構造の構築手順を示したステップ図。図７中の矢視VIII-VIIIで示した吊型枠の概略図。鉄骨梁に傾斜をつけてボルト接合を行う例を示した概略図。従来工法による複合構造梁とＲＣ造柱とによる架構構造を示した建物の側面図。

符号の説明

１Ｓ造（梁）
２ＲＣ造（梁）
３ＳＲＣ造（梁）
１０柱梁接合部
１１鉄骨（梁）
１２ＲＣ部
１６部分支圧板
１７貫通孔
１８組立筋
２０ＲＣ造柱
２１柱主筋
３０支保工
３１スペーサ
４０吊型枠
５０接合部ユニット

Claims

立設した鉄筋コンクリート柱上に、連続した鉄骨部の一部が突出した梁端部を含んだ柱梁接合部を定置し、前記梁端部の一部を含んだ柱梁接合部をプレキャスト鉄骨鉄筋コンクリート部材で構成し、対向する一部を突出させた前記鉄骨部の間に鉄骨梁が架設された、梁端部が鉄骨鉄筋コンクリート梁、梁中央部が鉄骨梁からなる梁部を構成したことを特徴とする複合架構構造。
立設した鉄筋コンクリート柱上の梁高さ位置に、梁端部を含んだ柱梁接合部を構成する連続した鉄骨部を定置し、対向する前記鉄骨部の間に鉄骨梁を架設するとともに、前記鉄筋コンクリート柱の端面から、前記鉄骨部と前記鉄骨梁との接合部を覆う範囲までを場所打ち鉄骨鉄筋コンクリートで構築し、
梁端部が鉄骨鉄筋コンクリート梁、梁中央部が鉄骨梁からなる梁部を構成したことを特徴とする複合架構構造。
前記鉄筋コンクリート柱端面から前記鉄骨部と前記鉄骨梁との接合部を覆う範囲まで、場所打ち鉄骨鉄筋コンクリート構造部の型枠が前記鉄骨部と前記鉄骨梁とに支持されるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の複合架構構造。