JP5298064B2 - コンクリート造と鉄骨造の混合構造梁 - Google Patents

Description

この発明は、両端部をコンクリート造とし中央部を鉄骨造とした混合構造梁に関するものであり、特に、鉄骨造部のてこ作用による接合部のせん断力を軽減した混合構造梁に関する。

図７に示すように、両端部がコンクリート造部１１で中央部を鉄骨造部１２とした混合構造梁２の建築物が知られており、コンクリート造部１１と鉄骨造部１２の接合部は、図１に示すように、コンクリート柱１から延びる短いコンクリート造部１１に鉄骨造部１２が埋めこんで接続されている。コンクリート造部１１に鉄骨造部１２を埋め込んだ接合構造の場合、コンクリート造部１１には鉄骨造部１２のてこ作用によるせん断力が作用することが知られている。

特開２００５−３０１５１号公報

両端部をコンクリート造とし中央部を鉄骨造とした混合構造梁において、コンクリート造部には鉄骨造部のてこ作用によるせん断力が発生し、このせん断力に対抗するため、接合部分にせん断補強筋を多数配筋しなければならず、コストを上昇させるだけでなく、せん断補強筋が密に配筋されるためコンクリートが十分充填されなかったり、断面内でのコンクリートと鉄骨の肌別れによって一体性が失われるなどの問題が生じていた。
また、鉄骨造部のコンクリートからの抜け出し作用により、コンクリート部材の耐力の低下が起きている。

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、鉄骨造部のてこ作用によるせん断力を低下させることによって接合部のコンクリート造部内に配筋するせん断補強筋を低減または不要とし、建設コストを低コストとすると共に施工性を向上させるものである。

コンクリート造部に埋設された鉄骨造部部材のウェブ中央に、ウェブの埋設部全長にわたってスリットを形成して断面切欠部を設けることにより埋め込んだ鉄骨造部材のてこ作用によるせん断力を減少させ、接合部におけるせん断補強筋の配筋量を低減し、接合部のコンクリートの充填性を改善したものである。
スリットの幅は任意であり、ウェブの中央部に数ｍｍの幅から上下のフランジ近くに１０ｍｍ程度のウェブを残した状態までの間で任意に定めることができる。

本発明の接合構造は、鉄骨部材の中央部に、コンクリート造部に埋設されたウェブの全長にわたってスリットを設けることによって埋め込んだ鉄骨造部のてこ作用によるせん断力がコンクリートに伝達されないようにしてコンクリート部材に発生する応力を軽減させたものであり、接合部におけるせん断力に対抗するせん断補強筋の配筋量を低減することができ、コストの削減を図ることができる。
また、せん断補強筋を密に配筋する必要がなくなるため、コンクリートが接合部に空隙を生じることなく充填され、接合部の強度が保たれると共に、施工性が改善される。
鉄骨造部の端面にエンドプレートを設置することによって鉄骨部材のてこ作用によるせん断力がコンクリートに伝達されなくなり、エンドプレートを介してせん断力がコンクリート造部の断面全体に均等に伝達されるようになり、同様に接合部におけるせん断補強筋の配筋量を低減でき、接合部のコンクリートの充填性が改善される。
また、エンドプレートは、鉄骨造部がコンクリートから抜け出すのを防止しており、かつ、鉄骨部材の曲げモーメントをコンクリート造部に伝達しやすくする機能を有しており、力学的に合理的な梁とすることができる。

従来の混合構造梁の断面図。 鉄骨造部のウェブにスリットを設けた混合構造梁の断面図。 端部にエンドプレートを設けた混合構造梁の断面図。 エンドプレートの有無による接合部のせん断力の伝達状態説明図。 プレストレストコンクリート部材への適用例の説明図。 プレキャストコンクリート部材への適用例説明図。 混合構造梁の構造物の概念図。

１ コンクリート柱
２ 混合構造梁
１１ コンクリート造部
１２ 鉄骨造部
２１ フランジ
２２ ウェブ
３ 断面切欠部
３１ スリット
４ エンドプレート
１５ 緊張鋼材の定着部の凹部
１６ 緊張鋼材
１７ コーベル
２５ 定着板
４０ 鉄筋
４１ 定着部

以下、実施例を示して本発明を詳細に説明する。

図２に示すように、コンクリート柱１に短いコンクリート造部１１が接続してあり、上下のフランジ２１とウェブ２２とからなるＨ形鋼の鉄骨造部１２が一定長さコンクリート造部１１に埋設して一体化してあり、混合構造梁２としてある。
鉄骨造部１２のウェブ２２の中央部には、コンクリート造部１１に埋設してある埋設部のほぼ全長にわたってスリット３１が形成してある。

この混合構造梁２に繰り返し荷重を載荷して試験をおこなったところ、本発明のスリット３１を形成した混合構造梁２は、スリット３１を形成しない混合構造梁に比較してひび割れの数については差異は認められなかったが、ひび割れの大きさ、及び幅はスリットの無い場合が大きかった。このことから、コンクリート造部と鉄骨造部の混合構造梁において、鉄骨造部にスリットを設けることで、鉄骨造部１２のてこ作用によって生じる接続部におけるせん断力を低下させることが確認できた。
また、鉄骨造部１２のコンクリート造部１１への埋め込み長さを変化させてその影響を見たところ、スリット３１によるてこ作用の軽減効果は、鉄骨造部の埋め込み長さが長いほど顕著であることが認められた。

図３に示すように、コンクリート造部１１の端部にエンドプレート４を設けたものである。
このエンドプレート４は、コンクリート柱１に定着部４１を有する鉄筋（主筋）４０を使用してコンクリート造部１１の端部に定着してある。
エンドプレート４の有無による接合部のせん断力の伝達状態を図４に示す。接合端面において、エンドプレート無しの場合、鉄骨造部１２のせん断力Ｑは、フランジ位置でコンクリートを押すように作用し、フランジの下のコンクリート断面だけにせん断応力を集中的に伝達させている。一方、エンドプレート４を設けた場合、エンドプレート４を介してせん断力Ｑをコンクリート造部の断面全体に（ｑ）で示すように均等に伝達させることができる。
また、この実施例では、鉄骨造部１２のフランジ２１の引張応力がコンクリートの付着を介してコンクリート造部１１の鉄筋４０に伝達されるため、より確実に、かつ、円滑に曲げモーメントがコンクリート造部１１に伝達される。
エンドプレート４は、鉄骨造部１２が埋設してあるコンクリート造部１１からの抜け出しをも防止する機能を有している。

実施例２のコンクリート造部の端面にエンドプレートを設けたものにおいては、鉄骨構造部１２のせん断力がエンドプレートとコンクリート造部の界面の摩擦及び鉄筋４０のダボ効果によってコンクリート造部に伝達される。繰り返し荷重を受けている間にエンドプレート４とコンクリート造部１１の界面に隙間が生じ、摩擦によるせん断力の伝達ができなくなる可能性があるが、この場合、鉄筋４０のダボ効果のみによってせん断力を伝達させることが可能である。
また、界面に隙間が生じても、せん断力を伝達する面積を減少させないため、プレストレスによってエンドプレート４とコンクリート造部１１の界面に圧縮力を与えて密着させるようにしたものである。エンドプレート４がコンクリート造部１１の端面にプレストレス力によって押し付けられるので界面において摩擦力が上昇し、せん断力の伝達効率が上昇する。従って、せん断力がエンドプレート４で殆ど伝達され、コンクリート部材に作用するせん断力が減少する。

図５に示す例は、コンクリート造部１１の部分をプレストレストコンクリートとしたものである。コンクリート造部１１にプレストレスを導入するためにコンクリート柱１に緊張鋼材１６の定着部の凹部１５が設けてあり、緊張鋼材１６が定着してある。
鉄骨造部１２の上下のフランジ２１に定着板２５が設けてあり、緊張鋼材１６の他の端部が定着してある。エンドプレート４が設けてある場合は、緊張鋼材１６はエンドプレート４に定着するか、または、定着板２５に定着される。

図６に示す例は、コンクリート造部１１をプレキャストコンクリート製としたものである。コンクリート柱１に梁が接続される位置にはコーベル１７が設けてあり、このコーベル１７にプレキャスト製のコンクリート梁１１が載置され、緊張鋼材１６によってプレストレス力が導入されて柱１と梁１１が一体化される。 緊張鋼材１６の一端はコンクリート柱１に形成された凹部に定着され、他端はフランジ２１に設けた定着板２５に定着される。エンドプレート４が設けてある場合は、緊張鋼材１６はエンドプレート４、または、プレキャストコンクリート造部１１に設けた定着板２５に定着される。

Claims (4)

1. ウェブとフランジからなる鉄骨造部の両端部がコンクリート造部に埋設接合される混合構造梁において、コンクリート造部内に埋設された鉄骨造部のウェブの中央部に、埋設部全長にわたるスリットを形成することによって鉄骨造部のてこ作用によるせん断力を低下させた混合構造梁。
2. 請求項１において、スリット幅は、数ｍｍから上下のフランジに１０ｍｍ程度ウェブを残すものである混合構造梁。
3. 請求項１〜２のいずれかにおいて、コンクリート造部にプレストレスが付与してある混合構造梁。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、コンクリート造部がプレキャストコンクリート部材である混合構造梁。

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