JP5134228B2 - 鋼管柱とフラットスラブの接合部 - Google Patents

Description

本発明は全面に亘ってほぼ一様な厚さのフラットスラブを鋼管柱が貫通する形式の鋼管柱とフラットスラブの接合部に関するものである。

フラットスラブ構造は梁が不在であることで、階高が抑えられる利点を有する反面、床版スラブのパンチングシア破壊に対する安全性を確保するために、原則的には鋼管柱周囲の、フラットスラブの下面側に支板、またはキャピタルが形成されることが多い。しかしながら、支板等の形成は階高低減の効果が失われ、施工が煩雑になる不利益を伴うため、階高低減と施工性の面からは支板等を形成しないことが望ましい。

また鋼管柱がフラットスラブを挟んで上下に分断される形式にすること（特許文献１参照）は接合部における水平せん断力に対する処理が難しくなり、鋼管柱の内部と外部に跨る補強は施工が著しく困難になる上、鋼管柱の断面欠損を考慮しなければならないため、いずれにも問題がある。

以上のことから、総合的には接合部は全面に亘ってほぼ一様な厚さのフラットスラブを鋼管柱が貫通する形式で、且つ鋼管柱周りへの補強により完成する形式であることが合理的である。

これらの条件を満たしつつ、接合部においてフラットスラブからの曲げモーメントとせん断力が鋼管柱に伝達されるようにする上では、通常は鋼管柱の周りに、フランジを有するブラケットを突設することが行われる（特許文献２、３参照）。ブラケットの内、水平な板（フランジ）はフラットスラブの上下面、もしくはその近傍に揃えられ、フラットスラブからの曲げモーメントとせん断力を鋼管柱に伝達する役目を持つ。

ところが、鋼管柱の周りにブラケットを突設することは多量の鋼材を使用することになるため、鋼管柱の製作コストが上昇する。またブラケットがフラットスラブ側へ張り出すことで、スラブ筋との取合いが制限されるため、ブラケットを貫通させてスラブ筋を配筋しなければならない等、現場でのスラブ筋の配筋作業が複雑になり、施工性が低下する可能性が高い。

これに対し、鋼管柱の外周面に上下に並列するフランジ（鍔）を突設し、各フランジから放射状に鉄筋（連結筋等）を突設することによりスラブ筋との干渉を少なくし、スラブ筋の配筋作業への阻害を軽減する方法がある（特許文献４参照）。

特開２００４−１９７３８９号公報（図１） 特開２０００−１６０６８５号公報（請求項１、段落００２１〜００２２、図１、図２） 特開２００３−９００９７号公報（請求項１、段落０００８〜０００９、図１〜図５） 特開２００２−７０１６４号公報（請求項１、段落０００９〜００１３、図１〜図８）

特許文献４において、鋼管柱の周囲に突設される連結筋等の鉄筋はコンクリート中に埋設されることで、フラットスラブとの間で曲げモーメントとせん断力を伝達する役目を持つ。しかしながら、鉄筋は鋼管柱から放射状に突出することから、スラブ筋からの引張力が全鉄筋の軸方向引張力として伝達されないため、鉄筋を介したフラットスラブと鋼管柱との間の応力伝達が十分に行われない可能性がある。このため、スラブ筋との間で引張力が伝達されるように、スラブ筋を連結筋等に係合させて配筋するような工夫が必要となる（図１、図５）。

また鉄筋による応力伝達を円滑にする目的で、鋼管柱から突出する鉄筋の量を多くすれば、鉄筋が鋼管柱寄りで混在するため、コンクリートの充填性を阻害し、コンクリート中に空隙を形成し易くなる。

本発明は上記背景より、使用鋼材量が少なく、鋼管柱周りにおける配筋作業性のよい鋼管柱とフラットスラブの接合部を提案するものである。

請求項１に記載の鋼管柱とフラットスラブの接合部は、フラットスラブを鋼管柱が貫通する形式の鋼管柱とフラットスラブの接合部において、
前記鋼管柱に接合され、前記鋼管柱の周囲にスラブ筋が２方向に配筋されたフラットスラブの厚さの範囲において、前記鋼管柱の外周面に、各方向の前記スラブ筋に平行にせん断補強材が突設され、
前記鋼管柱周囲の各方向の面に付き、前記スラブ筋と前記せん断補強材が水平方向に複数本、配置され、水平方向に配置される複数本のせん断補強材が隣接するスラブ筋の中間に位置し、
前記フラットスラブ中の前記鋼管柱の周囲において、上端筋と下端筋を有し、これらが互いに連結される２方向の補強鉄筋が平面上、４本の前記鋼管柱で区画された四辺形の対角線方向、もしくはそれに近い方向に直交する方向に、各方向に付き、複数本、水平方向に並列して配筋されていることを構成要件とする。請求項１は全面に亘って実質的に一様な厚さを有し、支板やキャピタルのないフラットスラブを対象とする。

せん断補強材は鋼管柱外周面の一箇所当たり、１本、もしくは複数本突設され、複数本の場合には高さ方向に間隔を置いて突設される。１本の場合にも、せん断補強材自体が例えばＵ字状に折り曲げられた形をする場合には、平行な部分が実質的に高さ方向に間隔を置いて突設される形になる。

せん断補強材はフラットスラブからのせん断力を鋼管柱に伝達する働きをすると共に、鋼管柱の外周面にスラブ筋と平行に突設されることで、スラブ筋からの引張力をコンクリートとの間の付着力を介し、せん断補強材が軸方向引張力として負担することができる。このため、各方向のスラブ筋からの引張力を鋼管柱に十分に伝達することが可能になり、コンクリートへのひび割れの発生を抑制することが可能になる。鋼管柱が角形鋼管の場合、各面毎に、その面に直交するスラブ筋と平行にせん断補強材が突設される。

せん断補強材がスラブ筋と平行であることで、水平方向に隣接するせん断補強材間の間隔を一定にすることができる。この結果、放射状に配置される場合のように鋼管柱寄りでせん断補強材が密集することがないため、コンクリートの充填性を阻害することがない。併せてスラブ筋との干渉を生じないようにせん断補強材を配置することができるため、フラットスラブのコンクリートを密実に充填することが可能である。

加えて鋼管柱に対する補強はせん断補強材を突設することのみで済むことから、ブラケット等を突設する場合より使用鋼材量を低減することができるため、鋼管柱の製作コストが低減される。せん断補強材付き鋼管柱を製作する際には、鋼管柱の表面に対し、せん断補強材を個別に溶接するだけでよいため、複数種類の鋼材を溶接する場合や、鋼管柱を貫通させて鋼材を一体化させる場合のような煩雑な製作工程を経ることはない。

せん断補強材にはスタッドボルト、鉄筋、形鋼等が使用され、その形態は問われない。
請求項２に記載の鋼管柱とフラットスラブの接合部は、フラットスラブを鋼管柱が貫通する形式の鋼管柱とフラットスラブの接合部において、
前記鋼管柱に接合され、前記鋼管柱の周囲にスラブ筋が２方向に配筋されたフラットスラブの厚さの範囲において、前記鋼管柱の外周面に、各方向の前記スラブ筋に平行にせん断補強材が突設され、
前記鋼管柱周囲の各方向の面に付き、前記スラブ筋と前記せん断補強材が水平方向に複数本、配置され、水平方向に配置される複数本のせん断補強材が隣接するスラブ筋の中間に位置し、
前記フラットスラブ中の前記鋼管柱寄りに、上端筋と下端筋を有し、これらが互いに連結される２方向の補強鉄筋が前記２方向のスラブ筋と平行に、各方向に付き、複数本、水平方向に並列して配筋され、この２方向の補強鉄筋が前記鋼管柱の周囲において互いに交差していることを構成要件とする。補強鉄筋はフラットスラブの上端主筋と下端主筋との間に配筋される。

水平せん断力等によるフラットスラブにおけるコンクリートのひび割れは平面上、４本の鋼管柱で区画された四辺形の対角線方向、あるいは隣接する鋼管柱の中心を結ぶ直線に対して４５度、傾斜した方向に生ずる傾向がある。このことから、補強鉄筋はこの対角線方向、もしくは４５度の方向のひび割れを発生させる引張力に抵抗するように配置されることが適切であり、補強鉄筋はこの引張力に抵抗することによりひび割れの発生を抑制する働きをする。

せん断補強材は鉄筋である場合、フラットスラブ中に定着されるのに十分な長さを持ち、複数本集合してフラットスラブにひび割れを発生させる引張力に抵抗できるだけの領域を網羅することもある。

せん断補強材に鉄筋が使用される場合、せん断補強材はスラブ筋との間で付着力等により引張力の伝達が十分に行われるように、スラブ筋に接続されることが適切である。例えばせん断補強材がスラブ筋の内、上端主筋と下端主筋に沿って配置される部分を有する場合には、請求項３に記載のようにせん断補強材がフラットスラブ中の上端主筋と下端主筋に重なることで、付着力によるスラブ筋とせん断補強材との間での引張力の伝達効果が上がるため、スラブ筋からの引張力の伝達が確実に行われ易くなる。

せん断補強材を鋼管柱の外周面にスラブ筋と平行に突設することで、フラットスラブからのせん断力を鋼管柱に伝達させると共に、スラブ筋からの引張力をせん断補強材に軸方向引張力として負担させることができるため、各方向のせん断力とスラブ筋からの引張力を鋼管柱に十分に伝達することできる。

また鋼管柱に対する補強がせん断補強材を突設するのみでよいため、ブラケット等を突設する場合より使用鋼材量を低減することができ、鋼管柱の製作コストを低減し、鋼管柱周りにおける配筋作業性を高めることができる。

以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は鋼管柱１に接合されるフラットスラブ３の厚さの範囲において、鋼管柱１の外周面にせん断補強材２がスラブ筋４と平行に突設され、フラットスラブ３中に定着されている鋼管柱とフラットスラブの接合部の具体例を示す。（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線の断面矢視図である。

せん断補強材２はスラブ筋４と平行に突設されることから、鋼管柱１の外周面に垂直に突設するための便宜より、鋼管柱１には主として角形鋼管が使用される。鋼管柱１内にはコンクリートやモルタル等が充填され、鋼管柱１はＣＦＴ柱を構成することもある。

スラブ筋４は図１−（ａ）に示すように２方向に格子状に配筋され、せん断補強材２は各方向のスラブ筋４に平行な方向を向く。せん断補強材２はスラブ筋４との干渉が生じないように配置されるため、鋼管柱１と交わるスラブ筋４の先端を鋼管柱１の外周面近傍まで接近させることができる。この結果、せん断補強材２の鋼管柱１からの突出長さを大きく取らなくても、スラブ筋４とせん断補強材２との重複長さを確保することができ、スラブ筋４からせん断補強材２への引張力の伝達が図られ易い。

図１は特にせん断補強材２としてスタッドボルトを使用した場合を示す。この場合、せん断補強材２は図１−（ｂ）に示すように高さ方向に間隔を置き、スラブ筋４の上端主筋４１のレベルと下端主筋４２のレベル、及びその中間のレベルに突設される。図面ではせん断補強材２を上端主筋４１と下端主筋４２の中間のレベルに１本、突設しているが、せん断補強材２の高さ方向の配置数はせん断補強材２自身の太さとフラットスラブ３の厚さに応じて調整される。

図面ではまた、フラットスラブ３のコンクリートの充填性を考慮し、平面上、隣接する上端主筋４１、４１（下端主筋４２、４２）間の間隔と、水平方向に隣接するせん断補強材２、２間の間隔を等しくし、せん断補強材２がスラブ筋４の中間に位置し、両者が交互に配列するようにしている。せん断補強材２とスラブ筋４との間に間隔が空くことで、コンクリートが充填され易く、両者のコンクリートとの付着力も得易くなる。

図１の場合、せん断補強材２は鋼管柱１の各面、すなわち鋼管柱１の外周面に突き合わせられるスラブ筋４の各方向に付き、水平方向と高さ方向のそれぞれに複数本配置され、集合することで、フラットスラブ３からのせん断力と曲げモーメントを鋼管柱１に伝達する働きをする。

上端主筋４１と下端主筋４２からの引張力はそれぞれの周りのコンクリートとの間の付着力を介してせん断補強材２に伝達され、フラットスラブ３から鋼管柱１に伝達される。引張力の伝達によりフラットスラブ３と鋼管柱１との間での曲げモーメントの伝達が図られる。

図１ではフラットスラブ３に発生し得るひび割れに対する補強のために、鋼管柱１の周りに上端筋５１と下端筋５２を有する補強鉄筋５を配筋している。上端筋５１と下端筋５２は鋼管柱１周辺のコンクリートを拘束し、フラットスラブ３のひび割れを抑制するために、上下で対になり、互いに拘束し合うように何らかの手段によって連結される。

図１では（ｂ）に示すように上端筋５１と下端筋５２間にラチス筋５３を配置し、双方に溶接することにより上端筋５１と下端筋５２をつないでいるが、両端部が折り曲げられたフック筋を上端筋５１と下端筋５２に係合させる等、上端筋５１と下端筋５２の連結手段は問われない。図１−（ｂ）では上端筋５１と下端筋５２の端部間の変形を拘束するためにつなぎ材５４を架設している。補強鉄筋５は（ａ）に示すようにスラブ筋４に対し、交差して配置されることから、（ｂ）に示すように上端筋５１と下端筋５２間の距離はフラットスラブ３の上端主筋４１と下端主筋４２間の距離より小さい。

フラットスラブ３のひび割れは鋼管柱１から放射状に発生し易く、前記のように平面上、隣接する鋼管柱１、１を結ぶ直線（スラブ筋４の方向）に対して４５度、傾斜した方向、もしくはそれに近い方向に顕著に現れる傾向があるため、原則として図１−（ａ）に示すように補強鉄筋５はこの４５度の方向に直交する方向を向いて配置される。補強鉄筋５は全長に亘ってコンクリート中に定着されることで、単独でひび割れを発生させる引張力に抵抗できるため、直交する方向の補強鉄筋５、５の端部は必ずしも連結される必要はないが、連結されることもある。

図１では補強鉄筋５による補強効果を上げるために、鋼管柱１寄りから前記４５度の方向に間隔を置いて複数本配置している。補強鉄筋５は上端筋５１と下端筋５２の軸方向の引張力に抵抗するため、平面上、直線状に形成される。

図２はせん断補強材２として鉄筋を使用した場合を示す。この場合もせん断補強材２はスタッドボルトの場合と同様に鋼管柱１の外周面に突設され、鋼管柱１の各面について、水平方向と高さ方向のそれぞれに複数本集合することで、フラットスラブ３からのせん断力と曲げモーメントを鋼管柱１に伝達する。鉄筋の場合にはせん断補強材２の全長をスタッドボルトの場合より大きくすることができるため、上端主筋４１と下端主筋４２からの引張力のせん断補強材２への伝達効果を高めることができる。

図２でも隣接する上端主筋４１、４１（下端主筋４２、４２）間の間隔と、水平方向に隣接するせん断補強材２、２間の間隔を等しくし、せん断補強材２が上端主筋４１、４１の中間に位置するようにしているが、図３のようにせん断補強材２が上端主筋４１や下端主筋４２に重なるように位置することもある。また高さ方向には図１と同様、せん断補強材２を３段に配置しているが、高さ方向の配置数はせん断補強材２自身の太さとフラットスラブ３の厚さに応じて調整される。

せん断補強材２として鉄筋を使用する場合には、図２−（ａ）に示すようにせん断補強材２の長さを図１の場合より大きくすることができるため、広範囲に亘ってフラットスラブ３のコンクリートを拘束し、補強することができるが、鋼管柱１の周りには図２−（ａ）に二点鎖線で示すように図１と同様に補強鉄筋５が配筋される。補強鉄筋５は高さ方向中間部のせん断補強材２との干渉が生じない範囲で配筋される。

図３はせん断補強材２としてＵ字状に折り曲げられたＵ字鉄筋を使用した場合を示す。この場合、せん断補強材２は対向する脚部２ａ、２ａとその間に位置する中間部２ｂからなり、中間部２ｂにおいて鋼管柱１の外周面に溶接される。せん断補強材２は上下の脚部２ａ、２ａにフラットスラブ３からのせん断力、及び上端主筋４１と下端主筋４２からの引張力が伝達されるよう、鉛直面をなして配置される。図３の場合、平行な脚部２ａ、２ａが高さ方向に間隔を置いて配列する形になる。

図３では脚部２ａの長さが図２におけるせん断補強材２の長さより小さいことから、上端主筋４１と下端主筋４２からの引張力のせん断補強材２への伝達効果を上げるために、脚部２ａ、２ａを上端主筋４１と下端主筋４２に重ね、重ね継手として接続されるようにしている。脚部２ａは上端主筋４１と下端主筋４２に完全に重なる場合と幾らか離れる場合がある。脚部２ａは図２に示すせん断補強材２と同等程度の長さを有する場合等には、水平方向に隣接する上端主筋４１、４１（下端主筋４２、４２）の中間に位置することもある。

図３においても脚部２ａが図２におけるせん断補強材２と同等程度の長さを持ち、図２におけるせん断補強材２としての鉄筋のような効果を発揮し得る場合もある。この例においても鋼管柱１の周りには図３−（ａ）に二点鎖線で示すように補強鉄筋５が配筋される。図３ではせん断補強材２の上下に対向する脚部２ａ、２ａ間が開放しているため、せん断補強材２と補強鉄筋５との干渉は回避される。

図３の場合、せん断補強材２は図２におけるせん断補強材２に相当する脚部２ａが高さ方向に２段に配置された形になるが、鋼管柱１の各面に付き、水平方向と高さ方向のそれぞれに複数本配置されるため、集合することで、フラットスラブ３からのせん断力と曲げモーメントを鋼管柱１に伝達する働きをする。

図４は図１に示す補強鉄筋５を２方向のスラブ筋４と平行に、水平方向に並列させて配筋した場合を示す。フラットスラブ３にひび割れを発生させる引張力は２方向のスラブ筋４と平行な成分に分けられるため、補強鉄筋５がスラブ筋４と平行な２方向に組み合わせられた形で配筋されることによっても、ひび割れを発生させる引張力に抵抗できることになる。

ひび割れを発生させる引張力に有効に抵抗させる上で、補強鉄筋５は図示するように鋼管柱１寄りに配置される。補強鉄筋５はせん断補強材２との干渉が生じないよう、鋼管柱１の外周面より距離を置いた位置にも配置されることがある。ここでも補強鉄筋５は上端筋５１と下端筋５２からなるが、ラチス筋５３はせん断補強材２との干渉の有無に応じ、前記したフック筋に置き換えられる。

（ａ）はせん断補強材としてスタッドボルトを使用した場合の接合部の配筋状態を示した平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面矢視図である。 （ａ）はせん断補強材として鉄筋を使用した場合の接合部の配筋状態を示した平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面矢視図である。 （ａ）はせん断補強材としてＵ字鉄筋を使用した場合の接合部の配筋状態を示した平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面矢視図である。 （ａ）は図１に示す補強鉄筋をスラブ筋と平行に配筋した場合の接合部の配筋状態を示した平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線断面矢視図である。

符号の説明

１………鋼管柱
２………せん断補強材
２ａ……脚部
２ｂ……中間部
３………フラットスラブ
４………スラブ筋
４１……上端主筋
４２……下端主筋
５………補強鉄筋
５１……上端筋
５２……下端筋
５３……ラチス筋
５４……つなぎ材

Claims (3)

1. フラットスラブを鋼管柱が貫通する形式の鋼管柱とフラットスラブの接合部において、
   前記鋼管柱に接合され、前記鋼管柱の周囲にスラブ筋が２方向に配筋されたフラットスラブの厚さの範囲において、前記鋼管柱の外周面に、各方向の前記スラブ筋に平行にせん断補強材が突設され、
   前記鋼管柱周囲の各方向の面に付き、前記スラブ筋と前記せん断補強材が水平方向に複数本、配置され、水平方向に配置される複数本のせん断補強材が隣接するスラブ筋の中間に位置し、
   前記フラットスラブ中の前記鋼管柱の周囲において、上端筋と下端筋を有し、これらが互いに連結される２方向の補強鉄筋が平面上、４本の前記鋼管柱で区画された四辺形の対角線方向、もしくはそれに近い方向に直交する方向に、各方向に付き、複数本、水平方向に並列して配筋されていることを特徴とする鋼管柱とフラットスラブの接合部。
2. フラットスラブを鋼管柱が貫通する形式の鋼管柱とフラットスラブの接合部において、
   前記鋼管柱に接合され、前記鋼管柱の周囲にスラブ筋が２方向に配筋されたフラットスラブの厚さの範囲において、前記鋼管柱の外周面に、各方向の前記スラブ筋に平行にせん断補強材が突設され、
   前記鋼管柱周囲の各方向の面に付き、前記スラブ筋と前記せん断補強材が水平方向に複数本、配置され、水平方向に配置される複数本のせん断補強材が隣接するスラブ筋の中間に位置し、
   前記フラットスラブ中の前記鋼管柱寄りに、上端筋と下端筋を有し、これらが互いに連結される２方向の補強鉄筋が前記２方向のスラブ筋と平行に、各方向に付き、複数本、水平方向に並列して配筋され、この２方向の補強鉄筋が前記鋼管柱の周囲において互いに交差していることを特徴とする鋼管柱とフラットスラブの接合部。
3. 前記せん断補強材は前記フラットスラブ中の上端主筋と下端主筋に重なっていることを特徴とする請求項１、もしくは請求項２に記載の鋼管柱とフラットスラブの接合部。

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