JP5512315B2 - 架構構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼管コンクリート柱と梁との架構構造に関する。

鋼管コンクリート柱と鉄骨梁との接合部には、鉄骨梁の上下のフランジの位置に対応して、梁の応力を伝達するための水平ダイアフラムが鋼管の内空に設けられる場合がある（例えば、特許文献１参照）。

このような水平ダイアフラムは、鋼管内を遮蔽するように配置された鋼板により形成されるが、鋼管内へのコンクリートの打設・充填が可能となるように、柱断面中央部に孔が形成されているのが一般的である。

ところが、前記従来の架構構造においては、鋼管内へのコンクリートの打設・充填作業時に、コンクリートを上から投入する方法や下から圧入する方法のいずれ方法でも、水平ダイアフラムの下面に空気が溜まりやすく、応力の伝達に問題が生じる場合があった。
また、コンクリートの打設・充填直後からのコンクリートの沈降によっても、前記問題は発生しており、コンクリートに作用する上部コンクリートの重さにも大きく関係していた。

また、鋼管コンクリート柱においては、一般の鉄筋コンクリート柱と比べて、前記コンクリートの充填性の問題の他に、打設・充填したコンクリートの品質（強度）が不均質になりやすいという問題があった。
これは、コンクリートの打設・充填作業時に、コンクリートが水平ダイアフラムの通過孔を通過する際に、滞留する部分と流動する部分とに分かれてしまい、流動性や比重によってふるい分けられてしまうためと考えられている。

そのため、特許文献２に示すように、鋼管内に、縦形板を井形状に組み合わせて形成した補強部材を配置することで、梁の応力を伝達するとともに、コンクリートの充填性を上げた架構構造が開発されている。

水平ダイアフラムを縦形板とすることで、空気の溜まりやすい部分を少なくして、コンクリートの充填性を上げ、また、通過孔を大きくすることで、コンクリートの溜まりやすい部分を少なくしてコンクリートの流動性を上げている。さらに、通過孔を大きく均等に配することで、コンクリートに作用する圧力も均等化される。
これらの効果は、コンクリートの品質（強度）の均質化にも寄与する。

特開平１１−６２０００号公報 特開平１−３１８６３３号公報

ところが、特許文献２に係る架構構造において、梁の応力の伝達性能を確保するためには、縦形板を挟んだ両側のフランジの応力をスムーズに伝達させる必要があり、縦形板をフランジに近い位置に設置することが望ましい。
そこで、縦形板の厚みを増加させて幅を短くすることが考えられる。しかし、縦形板の厚みを単に増加させると、水平ダイアフラムの場合と同様に、その下面に空気溜まりができて充填性が低下するおそれがあった。また、縦形板の厚みを増加させて幅を短くすることで溶接長を短くできるものの、溶接時の温度管理が難しくなり、作業性が低下する場合があった。

一方、梁の応力の伝達性能を確保するために縦形板の厚みを薄くして枚数を増加させると、溶接箇所が増えて製造時の作業に手間を要するとともに、その位置のコンクリートが小断面に分断されてしまうという問題点を有していた。

本発明は、梁の耐力に応じて必要な強度とコンクリートの充填性を合理的に備えることを可能とした架構構造を提供することを課題とする。

このような課題を解決する本発明は、柱を形成する鋼管と、前記鋼管の内部に充填されたコンクリートと、前記鋼管の内部に配設されたダイアフラムと、前記鋼管の外面に接合された鉄骨梁と、を備える架構構造であって、前記ダイアフラムは、２枚の第一の縦板と、前記第一の縦板と直交するように配設された２枚の第二の縦板とにより井形状に形成されており、前記第一の縦板および前記第二の縦板の両端は、それぞれ前記鋼管の対向する面の前記鉄骨梁フランジに対応する位置に溶接され、前記第一の縦板および前記第二の縦板の上縁は、前記各フランジの上面よりも前記鋼管の肉厚分だけ高い位置に設定した第一の基準面の近傍に位置し、前記第一の縦板および前記第二の縦板の下縁は、前記各フランジの下面よりも前記鋼管の肉厚分だけ低い位置に設定した第二の基準面の近傍に位置していて、前記第一の縦板および前記第二の縦板のうちの少なくとも一方が、断面視が平行四辺形の板材よりなり、鉛直面に対して板面が平行かつ底面が傾斜した状態で配置されていることを特徴としている。

かかる架構構造は、縦板（第一の縦板および第二の縦板）によりダイアフラムを形成することで、コンクリートを充填する際に、ダイアフラム下に未充填箇所が形成されにくく、簡易に充填作業を行うことが可能となる。
また、ダイアフラムの配置を、鉄骨梁のフランジの位置に応じて設定することで、梁の応力の伝達に必要な性能を確保するとともに鋼材量の低減化を図ることができる。

前記第一の縦板および前記第二の縦板のうちの少なくとも一方が、底面に傾斜を有した状態で配置されていれば、空気の溜まりやすい部分をより少なくすることが可能となる。
また、前記第一の縦板および前記第二の縦板のうちの他方が傾斜した状態で配置されていれば、縦板が平板であっても底面に傾斜を有した状態となり、コンクリートの充填性と流動性が向上する。
また、縦板を傾斜させることで、縦板の高さ寸法を大きくし、ダイアフラムに必要な剛性を高めることが可能となる。そのため、縦板の板厚の薄肉化や縦板の枚数の少量化が可能となり、架構構造を製造する際の作業性が向上する。

なお、前記架構構造において、前記第一の縦板の外縁は、前記フランジの外縁よりも前記鋼管の肉厚分だけ外側に設定した第三の基準面の近傍に位置していてもよい。

また、前記二枚の縦板が、断面視ハ字状に傾斜していてもよい。

本発明の架構構造によれば、梁の耐力に応じて必要な強度とコンクリートの充填性を合理的に確保することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る架構構造を示す平断面図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ部分の拡大図である。 （ａ）は図１のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）は（ａ）のＤ部分の拡大図である。 （ａ）は本実施形態のダイアフラムを示す斜視図、（ｂ）は同ダイアフラムの分解斜視図である。

本発明の実施の形態に係る架構構造１は、図１に示すように、鋼管コンクリート柱１０と鉄骨梁４０，４０，…との接合部の構造である。

架構構造１は、柱１０を形成する鋼管２０と、鋼管２０の内部に充填されたコンクリート（図示省略）と、鋼管２０の内部に配設されたダイアフラム３０と、鋼管２０の外面に接合された鉄骨梁４０と、を備えて構成されている。

鋼管２０は、所定の肉厚を有した角形鋼管であって、外面に四方から鉄骨梁４０が接続されている。
鋼管２０は、予め筒状に形成された管材により構成してもよいし、複数の鋼板を筒状に組み合わせることにより構成してもよい。また、１枚の鋼板を折り曲げ加工することにより筒状に形成したものを鋼管２０としてもよい。

コンクリートは、鋼管２０内に充填されて硬化することで、柱１０としての強度を高めている。
コンクリートの強度は限定されるものではないが、本実施形態では高強度コンクリートを使用する。鋼管２０内には鉄筋を配筋してもよい。

ダイアフラム３０は、２枚の第一の縦板３１と、２枚の第二の縦板３２とを平面視で十字形状を含むように組み合わせることにより井形状に形成されている。
なお、ダイアフラム３０を構成する縦板３１，３２の枚数は限定されるものではなく、鉄骨梁４０から伝達される応力等に応じて適宜設定すればよい。
ここで、「第一の縦板３１」と「第二の縦板３２」を区別しない場合は単に「縦板３１，３２」と称する。

ダイアフラム３０は、図２（ａ）および図３（ａ）に示すように、１つの架構構造１（柱梁接合部）において、上下２段に間隔をあけて配置されている。
上段のダイアフラム３０は、鉄骨梁４０の上側のフランジ４１に対応しており、下段のダイアフラム３０は、鉄骨梁４０の下側のフランジ４１に対応している。

ダイアフラム３０を構成する第一の縦板３１および第二の縦板３２は、それぞれ鋼管２０を挟んで対向する一対の鉄骨梁４０のフランジ４１同士の間となる位置に横架されている。

縦板３１，３２は、両端が鋼管２０の内面に溶接されることにより固定されている。
なお、縦板３１，３２（ダイアフラム３０）の鋼管２０への固定方法は限定されるものではない。

ここで、鉄骨梁４０の上側のフランジ（上フランジ）４１に対応する位置に溶接された上段のダイアフラム３０を構成する縦板（上部縦板）３１，３２は、式１を満足する鋼板により構成されている。
上部縦板断面積×上部縦板降伏点≧上フランジ断面積×上フランジ降伏点・・・式１

また、鉄骨梁４０の下側のフランジ（下フランジ）４１に対応する位置に溶接された下段のダイアフラム３０を構成する縦板（下部縦板）３１，３２は、式２を満足する鋼板により構成されている。
下部縦板断面積×下部縦板降伏点≧下フランジ断面積×下フランジ降伏点・・・式２

図３（ａ）に示すように、第一の縦板３１は、その長手方向（図３（ａ）において紙面垂直方向）に沿って配置される鉄骨梁４０のウェブ４２（垂直方向）に対して傾斜した状態で配置されている。本実施形態では、上段のダイアフラム３０を構成する２枚の第一の縦板３１を、互いの上縁同士が下縁同士よりも離れるように、断面視が逆ハ字状になるように傾斜した状態で配設している。また、下段のダイアフラム３０を構成する２枚の第一の縦板３１は、互いの下縁同士が上縁同士よりも離れるように、断面視がハ字状になるように傾斜した状態で配設している。

一方、平面視で第一の縦板３１と直交するように配設された第二の縦板３２は、図２（ａ）に示すように、その長手方向（図２（ａ）において紙面垂直方向）に沿って配置される鉄骨梁４０のウェブ４２と平行（フランジ４１と直角）となるように配置されている。

第一の縦板３１の上縁は、図２（ｂ）に示すように、鉄骨梁４０のフランジ４１の上面よりも鋼管２０の肉厚ｔ分だけ高い位置に設定した第一の基準面Ｓ１近傍に位置している。
また、第一の縦板３１の下縁は、鉄骨梁４０のフランジ４１の下面よりも鋼管２０の肉厚ｔ分だけ低い位置に設定した第二の基準面Ｓ２近傍に位置している。

第二の縦板３２は、図３（ｂ）に示すように、上縁（上面）が第一の基準面Ｓ１近傍に配置されるとともに、下縁（下面）が第二の基準面Ｓ２近傍に配置されるように構成されている。

ここで、第一の基準面Ｓ１は、鉄骨梁４０のフランジ４１から伝達される応力の範囲の上端位置と想定される位置に設定されたものであり、鉄骨梁４０のフランジ４１の上面と鋼管２０の外面との交点から角度αが４５°で斜め上方向に伸びる直線と鋼管２０の内面との交点の高さ位置（すなわち鋼管２０の肉厚ｔ分だけ高い位置）に設定されている。また、第二の基準面Ｓ２は、鉄骨梁４０のフランジ４１から伝達される応力の範囲の下端位置と想定される位置に設定されたものであり、鉄骨梁４０のフランジ４１の下面と鋼管２０の外面との交点から角度αが４５°で斜め下方向に伸びる直線と鋼管２０の内面との交点の高さ位置（すなわち鋼管２０の肉厚ｔ分だけ低い位置）に設定されている。
ダイアフラム３０は、第一の基準面Ｓ１と第二の基準面Ｓ２とにより挟まれた高さ範囲に配置されていることで、鉄骨梁４０のフランジ４１から伝達される応力を、他の鉄骨梁４０のフランジ４１に伝達することを可能としている。

第一の縦板３１は、その外縁が鉄骨梁４０のフランジ４１の縁よりも鋼管２０の肉厚ｔ分だけ外側に設定した第三の基準面Ｓ３に位置している。

また、一方の第二の縦板（図１において右側に配置された第二の縦板）３２は、その右縁が鉄骨梁４０のフランジ４１の一方の縁（図１において右縁）と同軸線上となるように配置されている。
さらに、他方の第二の縦板（図１において左側に配置された第二の縦板）３２は、その左縁が鉄骨梁４０のフランジ４１の他方の縁（図１において左縁）と同軸線上となるように配置されている。

ここで、第三の基準面Ｓ３は、鉄骨梁４０のフランジ４１から伝達される応力の範囲の左右端位置と想定される位置に設定されたものであり、鉄骨梁４０のフランジ４１の左右の端面と鋼管２０の外面との交点から角度αが４５°で斜め方向に広がる直線と鋼管２０の内面との交点の高さ位置（すなわち鋼管２０の肉厚ｔ分だけ広がった位置）に設定されている。
ダイアフラム３０を鋼管２０に固定する位置を第三の基準面Ｓ３により挟まれた横範囲内にすることで、鉄骨梁４０のフランジ４１から伝達される応力を、他の鉄骨梁４０のフランジ４１に伝達することを可能としている。

本実施形態では、第一の縦板３１を断面視長方形の平板により構成する。第一の縦板３１は、傾斜した状態で配置されていることで、図３（ａ）に示すように、底面が傾斜している。
また、第二の縦板３２は、図２（ａ）に示すように、断面視が平行四辺形の板材により構成することで、底面に傾斜を有した状態で配置されている。
なお、縦板３１，３２を構成する材料は限定されるものではない。

図４（ｂ）に示すように、第一の縦板３１には、第二の縦板３２と交差する位置に対応してスリット３１ａが形成されている。
スリット３１ａは、第一の縦板３１の下辺から中間付近までの深さに切り欠くことにより形成されており、第二の縦板３２の板厚と同等の幅に形成されている。

また、第二の縦板３２には、第一の縦板３１と交差する位置に対応してスリット３２ａが形成されている。
スリット３２ａは、第二の縦板３２の上辺から中間付近までの深さに切り欠くことにより形成されており、第一の縦板３１の板厚と同等の幅に形成されている。また、スリット３２ａは、第一の縦板３１の傾斜角に応じて、第二の縦板３２の側面に対して傾斜した状態で形成されている。

第一の縦板３１および第二の縦板３２は、互いのスリット３１ａ，３２ａ同士を重ね合わせることにより、互いに噛み合わされる。ダイアフラム３０は、第一の縦板３１と第二の縦板３２とを互いに噛み合わせた状態で当該噛合部分を溶接ｗすることで一体に構成されている。
第一の縦板３１は、図３（ａ）または図４（ａ）に示すように、第二の縦板３２と噛み合わされた状態で、上縁が第二の縦板３２の上面と一致し、下縁が第二の縦板３２の下面と一致している。なお、第一の縦板３１は、上面および下面が第二の縦板３２の上面および下面と一致していてもよい。

架構構造１を構築する場合には、まず、鋼管２０の内部に第二の縦板３２を固定する。次に、第一の縦板３１を第二の縦板３２に噛合させた状態で鋼管２０の内部に固定することで鋼管２０内の所望の位置にダイアフラム３０を形成する。さらに、鉄骨梁４０を鋼管２０に接合し、鋼管２０内にコンクリートを打設することにより架構構造１が形成される。

なお、第一の縦板３１と第二の縦板３２の鋼管２０内への固定順序は限定されるものではなく、第一の縦板３１を先に固定してもよい。
また、ダイアフラム３０は、第一の縦板３１と第二の縦板３２とを組み合わせてから鋼管２０内に配置してもよい。
また、予めダイアフラム３０を形成した後、ダイアフラム３０の外周囲を鋼板により覆うことで鋼管２０を形成してもよい。

以上、本実施形態の架構構造１によれば、第一の基準面Ｓ１と第二の基準面Ｓ２との間に縦板３１，３２が配置されているため、鉄骨梁４０のフランジ４１の力を、直接鋼管２０の反対側に配設された鉄骨梁４０のフランジに伝達することが可能となるため、合理的である。

ダイアフラム３０を構成する縦板３１，３２は、式１または式２を満足する剛性を備えているため、応力の伝達性に優れている。また、縦板３１，３２として、式１または式２を満足する高強度の材料を使用すれば、断面を小さくすることが可能となり、コンクリートの充填効率が向上する。
上部縦板断面積×上部縦板降伏点≧上フランジ断面積×上フランジ降伏点・・・式１
下部縦板断面積×下部縦板降伏点≧下フランジ断面積×下フランジ降伏点・・・式２

また、第一の縦板３１は、垂直線に対して傾斜させた状態で、第一の基準面Ｓ１と第二の基準面Ｓ２との間に配置されているため、応力の伝達に必要な断面積を、第一の縦板３１の高さを大きくすることで確保している。そのため、第一の縦板３１の板厚を大きくすることや枚数を増加させることなく、必要な剛性を確保することが可能となるため、架構構造１の製造時の手間を省略することが可能となる。
また、鋼材量や溶接量を削減することもできる。

また、ダイアフラム３０を、縦板３１，３２を組み合わせることにより形成しているため、コンクリートの充填性が向上し、施工性に優れている。また、コンクリートの打設をポンプ圧入以外の方法により行うことも可能となるため、設備費の低減化も図ることができる。
縦板３１，３２は、底面に傾斜を有した状態で配設されているため、コンクリート打設時の充填性と流動性がより向上するように構成されている。

また、ダイアフラム３０は、鋼管２０に接続する鉄骨梁４０同士の応力の伝達に必要な位置にのみ配置されているため、鋼材量を最小限に抑えることが可能となる。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、前記実施形態では、縦板３１，３２のうちの一方（第一の縦板３１）のみが垂直線に対して傾斜している場合について説明したが、互いに交差する縦板３１，３２の両方を垂直線に対して傾斜させることで、さらに鋼材量や溶接量の削減を図ってもよい。

また、２枚の第一の縦板３１は、必ずしもハ字状または逆ハ字状に配置されている必要はなく、平行に配設されていてもよい

また、前記実施形態では、第一の基準面Ｓ１近傍に縦板３１，３２の上縁、第二の基準面Ｓ２近傍に縦板３１，３２の下縁が位置するように、ダイアフラム３０を配置したが、縦板３１，３２は、上縁が第一の基準面Ｓ１からフランジ４１の上面の範囲内に位置していてもよく、また、下縁が第二の基準面Ｓ２からフランジ４１の下面の範囲内に位置していてもよい。

また、ダイアフラム３０は、複数の縦板３１，３２の外縁が、第三の基準面Ｓ３の近傍または内側に位置していればよく、ダイアフラム３０を構成する各縦板３１，３２の配置は前記実施形態の配置に限定されるものではない。

また、前記実施形態では、第一の鋼板３１と第二の鋼板３２，３２とのそれぞれにスリット３１ａ，３２ａを形成し、スリット３１ａ，３２ａ同士を噛み合わせることでダイアフラム３０を形成したが、ダイアフラムの形成方法は限定されるものではなく、例えば、第二の鋼板３２の側面に第一の鋼板３１の分割片を接合することにより構成してもよい。

１ 架構構造
１０ 柱
２０ 鋼管
３０ ダイアフラム
３１ 第一の縦板
３２ 第二の縦板
４０ 鉄骨梁
４１ フランジ
４２ ウェブ
Ｓ１ 第一の基準面
Ｓ２ 第二の基準面
Ｓ３ 第三の基準面

Claims (3)

1. 柱を形成する鋼管と、
   前記鋼管の内部に充填されたコンクリートと、
   前記鋼管の内部に配設されたダイアフラムと、
   前記鋼管の外面に接合された鉄骨梁と、を備える架構構造であって、
   前記ダイアフラムは、２枚の第一の縦板と、前記第一の縦板と直交するように配設された２枚の第二の縦板とにより井形状に形成されており、
   前記第一の縦板および前記第二の縦板の両端は、それぞれ前記鋼管の対向する面の前記鉄骨梁フランジに対応する位置に溶接され、
   前記第一の縦板および前記第二の縦板の上縁は、前記各フランジの上面よりも前記鋼管の肉厚分だけ高い位置に設定した第一の基準面の近傍に位置し、
   前記第一の縦板および前記第二の縦板の下縁は、前記各フランジの下面よりも前記鋼管の肉厚分だけ低い位置に設定した第二の基準面の近傍に位置していて、
   前記第一の縦板および前記第二の縦板のうちの少なくとも一方が、断面視が平行四辺形の板材よりなり、鉛直面に対して板面が平行かつ底面が傾斜した状態で配置されていることを特徴とする、架構構造。
2. 前記第一の縦板および前記第二の縦板は、下式（１）を満足する鋼板により構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の架構構造。
   縦板断面積×縦板降伏点≧フランジ断面積×フランジ降伏点 （１）
3. 前記第一の縦板の外縁は、前記フランジの外縁よりも前記鋼管の肉厚分だけ外側に設定した第三の基準面の近傍に位置していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の架構構造。

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