JP5344702B2 - 柱とスラブの接合構造 - Google Patents

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本発明は、柱とフラットスラブやフラットプレート等のスラブとの接合構造に関するものである。
一般に、建物の躯体は、柱梁架構によって構成されるとともに、上記梁上にコンクリートスラブが打設されることにより構築されている。
ところで、このような柱梁架構によって構成された躯体においては、特にコンクリートスラブの下方に形成される天井内空間に上記梁が突出することになる。このため、当該梁によって天井内における配管設計に制約を生じたり、あるいは設備機器類の配置やメンテナンスにも支障を来すことがある。また、梁せいも考慮して天井内空間の有効寸法を決定する必要があるために、居室内に所望の天井高さを確保しようとすると、相対的に高階高になるという問題点がある。
そこで、例えば下記特許文献1においては、このような梁を設けない柱とスラブとの接合構造として、鋼管内にコンクリートが充填された鋼管コンクリート柱と、当該鋼管コンクリート柱の周囲に支板が形成されたフラットスラブとの接合部構造が提案されている。
この接合部構造は、上下2本の鋼管の間に、中央部にコンクリート充填用の開口部が形成された鋼板を挟み込んで、各鋼管の端面と鋼板を突き合わせ溶接することにより一体化した後に、これら鋼管内にコンクリートを充填することにより上記鋼管コンクリート柱とし、上記鋼板が上記支板のコンクリート中に位置するようにして上記フラットスラブを打設したものである。
上記構成からなる従来の接合部構造によれば、鋼管の外周側に突出する上記鋼板によって、フラットスラブに作用する鉛直荷重を、鋼管コンクリート柱に伝達することができ、よって梁を無くすことができるという利点がある。
特開2000−204675号公報
しかしながら、上記従来の柱とスラブの接合部構造にあっては、スラブに作用する荷重を下階柱に伝達するために十分なパンチング耐力を確保するため、拡大された柱頭あるいは支板が必要であった。これは、柱とスラブとが剛接合されている結果、建物に水平荷重が作用した場合等に、柱とスラブとに大きな曲げ応力が作用し、この応力に対応するため配筋量およびスラブ厚も増さざるを得ず、スラブ重量も増大するために、上記支板を有するフラットスラブを採用せざるを得ないからである。
このため、上記支板等によって、上述した梁の場合と同様に天井内空間に凹凸が形成されてしまうために、依然として建築・設備計画に制約を与えるという問題点があった。
加えて、天井内空間における上記支板等を避けて配管しなければならない点や、フラットスラブの打設時に型枠が複雑になる点、さらには鋼管と鋼板との溶接の加工が必要な点などの問題点があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、梁を必要とせず、かつスラブとして支板等の無いフラットプレート等のスラブを用いることができるとともに、スラブ厚や柱のサイズの低減化も図ることが可能になる柱とスラブの接合構造を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の柱とスラブの接合構造は、上階柱と下階柱とを分断し、これら上階柱と下階柱との間に金属板を、その外周部分を上記上階柱および下階柱の外周面より外方に延出させて介装するとともに、上記金属板を内包するようにしてフラットスラブまたはフラットプレートを打設してなることを特徴とするものである。
ここで、上記柱としては、プレキャストコンクリート柱、コンクリート充填鋼管柱(CFT)、鉄骨柱等の様々な形態の柱が適用可能である。
また、上記フラットスラブとは、スラブが梁の仲介なく、直接柱に緊結された2方向以上の配筋を持つ鉄筋コンクリートスラブであって、支板等のあるものをいい、上記支板等のないものをフラットプレートという。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、上記金属板の下面がフラットスラブまたはフラットプレートの下面に露出していることを特徴とするものであり、さらに請求項3に記載の発明は、上記フラットスラブまたはフラットプレート内には、上記金属板の上記外周部の上方において上記上階柱の外周を囲繞するせん断補強筋が配設されていることを特徴とするものである。
請求項1〜3のいずれかに記載の発明においては、下階柱の柱頭に金属板が載置され、この金属板の上面に上階柱の柱脚が載置された構造であって、これらの周囲に、上記金属板を内包するようにしてフラットスラブまたはフラットプレートが打設されている。この結果、上記上下階の柱から外方に延出する上記金属板により上記フラットスラブまたはフラットプレートのパンチング耐力を増加させて、当該フラットスラブまたはフラットプレートに作用する荷重を下階柱に伝達することができるために、梁および支板等を無くすことができ、建築・設備計画上も、型枠・配筋作業等の施工上も有利となる。
また、型枠作業において、フラットスラブやフラットプレートの打設にシステム型枠を使用する場合には、一層施工性を向上させることが可能になる。
しかも、下階柱と上階柱とが金属板を間に介した別個の部材として構成されているために柱を接合する必要が無く、加工性にも優れる。
さらに、金属板を間に介した下階柱および上階柱と上記フラットスラブまたはフラットプレートとの接合が、半剛接合であるために、これら上下階柱および上記フラットスラブあるいはフラットプレートに作用する曲げ応力を低減して、柱の曲げ応力およびせん断応力を低減させることができるために、柱の断面寸法をより小さくすることができる。
この結果、躯体の特に天井内空間に凹凸を生じることが無く、よって容易に所望とする開放性の高い空間を確保することができるために、設備機器類や配管等の配置やメンテナンススペースの確保等について、設計計画上の自由度を大幅に高めることができる。また、天井内の有効寸法を、梁や柱頭あるいは支板が存在する従来の構造よりも小さくすることが可能になるために、建物階高を抑えて経済的な建物を実現することもできる。
加えて、金属板を間に介した下階柱および上階柱とフラットスラブまたはフラットプレートとを半剛接合とした結果、上下階柱および上記フラットプレート等に作用する曲げ応力が低減するために、上記上階柱、下階柱および上記フラットプレート等の断面寸法を小さく抑えることも可能になる。
なお、請求項1または2に記載の発明においては、上記フラットプレート等に作用する荷重を、上下階の柱から外方に延出する金属板の外周部分によって、下階柱に伝達する構造であるために、荷重を受ける金属板の外周部分の面積や、フラットプレート等のスラブ厚やコンクリートの種類等によっては、大きな荷重が作用した際に、当該金属板の外周縁からフラットスラブあるいはフラットプレートの上面に向けて有害なせん断ひび割れが生じる可能性がある。
このような場合には、請求項3に記載の発明のように、フラットスラブ内あるいはフラットプレート内に、金属板の上記外周部分の上方において上階柱の外周を囲繞するせん断補強筋を配設すれば、パンチング破壊に対する耐力を高めて、上記せん断ひび割れやパンチング破壊の発生を未然に防止することができるために好適である。
なお、本発明においては、上下階柱と上記フラットプレート等とを半剛接合した結果、水平荷重に対する抵抗力が低くなる。このため、建物全体として所定の耐震性能を確保するための水平抵抗要素として、別途コア部分に耐震壁、制振壁、ブレース等を設けることが好ましい。このような観点から、本発明に係る接合構造は、建物の構成要素として、水平抵抗部を的確に分離した損傷制御設計の考え方を導入した建物に用いて好適である。
本発明に係る柱とスラブの接合構造の一実施形態を示す縦断面図である。 図1のA−A線視断面図である。 図1のB−B線視断面図である。 本発明の一実施形態を適用して好適な建物の構造を示すもので、(a)は平面図、(b)はコア部分の縦断面図である。 本発明の他の実施形態を示す縦断面図である。 本発明の他の実施形態を示す縦断面図である。
図1〜図3は、本発明に係る柱とスラブの接合構造の一実施形態を示すもので、図中符号1が上階柱、2が下階柱、3が床スラブを形成するフラットプレートである。ここで、上階柱1および下階柱2は、それぞれプレキャストコンクリート(PCa)柱である。
そして、下階柱2の柱頭の端面と上階柱1の柱脚の端面との間に、鋼板(金属板)6が介装されている。すなわち、下階柱2上に鋼板6が載置され、この鋼板6上に上階柱1が下階柱2と互いの軸線を一致させて積層状態で配置されている。なお、上記鋼板6の上下に位置する上階柱1の柱脚および下階柱2の柱頭のフラットプレート3内に埋設される部分には、耐火材4を充填した薄肉鋼管5によって覆われることにより、耐火被覆が施されている。
また、鋼板6は、外周部分6aが上階柱1および下階柱2の外周面から外方に延出する外法寸法に形成されており、当該外周部分6aの面積および厚さ寸法は、フラットプレート3が十分なパンチング耐力を有し、かつフラットプレート3に作用する鉛直荷重を外周部分6aが下階柱2に伝達可能な剛性および強度となるように設定されている。
さらに、この鋼板6の上面には、上階柱1の耐火被覆を囲繞するようにして、肉厚鋼管からなる曲げ補強材7が設けられている。
そして、これら上階柱1の柱脚および下階柱2の柱頭の周囲に、鋼板6を内包するようにして上記フラットプレート3が打設されている。このフラットプレート3内の上下部には、それぞれ異形鉄筋からなる複数本のスラブ筋8が、水平面内のX−Y方向に配筋されている。ここで、スラブ筋8は、上階柱1および下階柱2内に定着されていない。
これにより、上階柱1および下階柱2とフラットプレート3との接合部は、半剛接合になっている。なお、これら上階柱1および下階柱2とフラットプレート3との接合状態が半剛接合である限りにおいて、上階柱1、鋼板6および下階柱2間に、柱間のずれ防止および引き抜き防止のための鉄筋等からなる芯材を挿入しても良い。
そして、フラットプレート3内の上下のスラブ筋8間には、鋼板6の外周部分6aの上方において上階柱1の外周を囲繞するせん断補強筋リング(せん断補強筋)9が配筋されている。
このせん断補強筋リング9は、円形の内側上端筋9aおよび内側下端筋9bと、これより大径の外側上端筋9cおよび外側下端筋9dとが、円周方向に等間隔をおいて配置されたあばら筋9eによって連結されることにより一体化されたものである。
そして、このせん断補強筋リング9は、鋼板6の上方であって、かつ内側上端筋9aおよび内側下端筋9bを当該鋼板6の外周縁6bよりも内側に位置させ、外側上端筋9cおよび外側下端筋9dを上記外周縁6bよりも外側に位置させて配筋されている。これにより、せん断補強筋リング9は、一般的に生じ易いとされる鋼板6の外周縁6bからフラットプレート3の上面に至るせん断ひび割れ線を横断して、パンチング破壊に対する耐力を効果的に高めるように配置されている。
以上の構成からなる柱とフラットプレートの接合構造によれば、下階柱2の柱頭に鋼板6を載置し、この鋼板6の上面に上階柱1の柱脚を載置した構造であって、これらの周囲に、鋼板6を内包するようにしてフラットプレート3を打設しているために、フラットプレート3に作用する荷重を、上下階柱1、2から外方に延出する鋼板6を介して下階柱2に伝達することができる。この結果、梁および支板等を無くすことができ、建築・設備計画上も、型枠・配筋作業等の施工上も有利となる。
また、型枠作業において、フラットプレート3の打設にシステム型枠を使用する場合には、一層施工性を向上させることが可能になる。
しかも、下階柱2と上階柱1とが鋼板6を間に介した別個の部材として構成されているために柱を接合する必要が無く、加工性にも優れる。
これにより、特に天井内空間に、従来のような梁や支板等による凹凸が無く、よって容易に所望とする開放性の高い空間を確保することができるために、設備機器類や配管等の配置やメンテナンススペースの確保等について、設計計画上の自由度を大幅に高めることができる。また、天井内の有効寸法を、梁や支板等が存在する従来の構造よりも小さくすることが可能になるために、建物階高を抑えて経済的な建物を実現することもできる。
加えて、鋼板6を間に介した下階柱2および上階柱1とフラットプレート3とを半剛接合とした結果、上下階柱1、2およびフラットプレート3に作用する曲げ応力を低減化させることができるために、上階柱1、下階柱2およびフラットプレート3の断面寸法を小さく抑えることも可能になる。
しかも、フラットプレート3内に、鋼板6の外周部分6aの上方において上階柱1の外周を囲繞するせん断補強筋リング9を配設しているために、パンチング破壊に対する耐力を高めて、上記パンチング破壊の発生を未然に防止することもできる。
なお、上記構成からなる柱とフラットプレートの接合構造においては、上下階柱1、2とフラットプレート3とを半剛接合した結果、水平荷重に対する抵抗力が低くなる。
このため、上記接続構造は、一例として図4に示すような、コア部10に所定の耐震性能を確保するための水平抵抗要素として耐震壁11が設けられた建物の外周部に配置された柱1、2とフラットプレート3との接合構造に適用して、上記外周部における上階柱1の鉛直荷重を、フラットプレート3を介して下階柱2に伝達させるようにした場合に、上述した優れた効果を発揮することができて好適である。
また、上記実施形態においては、上階柱1の柱脚および下階柱2の柱頭の周囲に、鋼板6を内包するようにしてフラットプレート3を打設した場合についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば図5に示すように、鋼板6の下面をフラットプレート3の下面と連続するように配置することにより、上階柱1の柱脚の周囲に、鋼板6を内包するようにしてフラットプレート3を打設してもよい。この場合には、鋼板6の下面には、耐火被覆または耐火塗料を施す。
また、上階柱1、鋼板6および下階柱2間に、柱間のずれ防止および引き抜き防止のための鉄筋等からなる芯材20を挿入したり、あるいは下階柱2と鋼板6とのずれ防止のために、鋼板6の下面に下階柱2を囲繞する鋼管21を接合しても良い。
さらに、上記実施形態においては、鋼板6の外周部分6aの上方において上階柱1の外周を囲繞するせん断補強筋として、せん断補強筋リング9を配筋した場合について示したが、これに限るものではなく、図6に示すせん断補強筋22を適用することもできる。ちなみに、これらのせん断補強筋22は、上下端部が屈曲されて、各々フラットプレート3内の上下部にそれぞれ水平面内のX−Y方向に配筋された複数本のスラブ筋8の交差部に絡げられたものである。
なお、上記実施形態においては、本発明に係るスラブとしてフラットプレート3に適用した場合についてのみ説明したが、これに限定されるものではなく、フラットスラブを用いた場合においても同様に適用することができる。
間柱等の柱と、フラットスラブまたはフラットプレートとを接合するための構造として利用可能である。
1 上階柱
2 下階柱
3 フラットプレート(スラブ)
6 鋼板
6a 鋼板の外周部分
9 せん断補強筋リング(せん断補強筋)
22 せん断補強筋

Claims (3)

  1. 上階柱と下階柱とを分断し、これら上階柱と下階柱との間に金属板を、その外周部分を上記上階柱および下階柱の外周面より外方に延出させて介装するとともに、上記金属板を内包するようにしてフラットスラブまたはフラットプレートを打設してなることを特徴とする柱とスラブの接合構造。
  2. 上記金属板は、その下面がフラットスラブまたはフラットプレートの下面に露出していることを特徴とする請求項1に記載の柱とスラブの接合構造。
  3. 上記フラットスラブまたはフラットプレート内には、上記金属板の上記外周部分の上方において上記上階柱の外周を囲繞するせん断補強筋が配設されていることを特徴とする請求項1または2に記載の柱とスラブの接合構造。
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