JP5597184B2

JP5597184B2 - 複合構造体及び建築物

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Publication number: JP5597184B2
Application number: JP2011287409A
Authority: JP
Inventors: 良介佐藤; 潤治小澤; 由尚阪井
Original assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: Tokyu Construction Co Ltd
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2031-12-28
Also published as: JP2013136878A

Description

本発明は、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部によって梁や柱等のように長尺状に形成される複合構造体、及びそれが設けられる建築物に関するものである。

梁の長スパン化を目的として梁を軽量化するに際して、中央部を自重の軽い鉄骨構造にし、柱や壁などに接合させる材端部のみ鉄筋コンクリート構造にした複合構造梁が知られている（特許文献１−３参照）。

このような複合構造梁の形式としては、特許文献１，２に開示されているような鉄骨の端部を鉄筋コンクリート構造の材端部に埋め込む埋込み形式、特許文献３に開示されているような鉄骨を埋め込ませない非埋込み形式などがあり、非特許文献１では、これらの構造形式の力学についてモデル化した説明がなされている。

そして、特許文献１には、材端部の主筋と鉄骨とを連結させることなく力学的に一体化させた複合構造梁が開示されている。この複合構造梁においては、材端部の主筋の端部に円盤状の定着板を装着することによって主筋の定着を行っている。また、材端部の始端（鉄骨構造と鉄筋コンクリート構造との境界）と鉄骨の終端において、Ｈ形鋼のフランジとウエブに囲まれる部位に支圧プレートを設けることによって鉄骨の材端部からの抜け出しを防ぐ構造が開示されている。

一方、特許文献２には、第５図及び第６図に示されるように、材端部の始端において、鉄骨を挟んだ上下に長方形の定着板を配置し、その定着板に主筋の先端をナットによって接合する構造が開示されている。

特開２００５−７６３７９号公報特開平１−２６８９４７号公報特開２００９−２１５７４８号公報

社団法人日本建築学会、「鋼コンクリート構造接合部の応力伝達と抵抗機構」、社団法人日本建築学会、2011年2月25日

しかしながら、特許文献１，２に開示された埋込み形式では、埋め込んだ鉄骨によって材端部の鉄筋コンクリートの負担せん断力が増加するという問題がある（非特許文献１、特許文献３の段落０００４）。

このため、特許文献１，２には明確に開示されていない部分もあるが、実際にこれらの文献に開示されたような複合構造梁を構築するには、通常に比べて多くのせん断補強筋を材端部に配置しなければならない。特に、材端部の始端付近及び鉄骨の終端付近には、後述するように集中補強筋を配置しなければ鉄筋コンクリートの支圧反力を確保することができない。

このようにせん断補強筋や集中補強筋などの配筋量が増えると、材料費や施工費が増加するだけでなく、コンクリートを隅々まで充填しにくくなったり、バイブレータによる締め固め作業が難しくなったりしてコンクリートの品質に影響を与えるおそれがある。

なお、特許文献３のように鉄骨を材端部に埋め込ませない非埋込み形式は、上述したような材端部の負担せん断力が増加するという問題がないなど、埋込み形式とは異なる力学モデルになるため、２つの構造の詳細について同列に論じることはできない。

そこで、本発明は、鉄骨の一部を材端部に埋め込む埋込み形式において、材端部の負担せん断力の増加を低減できる、又はそれ故に材端部を短くしても既往のこの種の複合構造梁と同程度のせん断補強量で構造設計を成立させることができるために部材を軽量化することが可能な複合構造体、及びそれが設けられる建築物を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の複合構造体は、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部とによって長尺状に形成される複合構造体であって、前記中央部を形成するとともに前記材端部に一部が埋設される鋼材と、前記中央部と前記材端部との境界に配置されるとともに前記鋼材の外周を囲繞するように前記鋼材に溶接される境界プレートと、前記材端部に前記鋼材と略平行に配置されるとともに前記境界プレートに先端が固定される主筋と、前記鋼材及び前記主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋と、前記材端部に充填されるコンクリートとを備えたことを特徴とする。

ここで、前記主筋は前記境界プレートを貫通して先端が前記中央部側に突出するとともに、その先端に装着されるナットを介して前記境界プレートへの固定が行なわれる構成とするのが好ましい。

また、前記鋼材の終端は前記材端部内に配置されるとともに、前記鋼材の終端付近に集中補強筋が配置される構成にすることができる。さらに、前記鋼材の終端に、前記材端部に接合させる部材の内部に埋設されるアンカー部材を取り付けることができる。他方、前記鋼材の終端が、前記材端部に接合させる部材の内部に埋設される構成であってもよい。

また、前記鋼材は一対の平行なフランジがウエブによって連結された部材であるとともに、前記主筋は前記フランジの内側と外側の両方に配置される構成にすることができる。

そして、本発明の建築物は、上記の複合構造体の前記材端部を、鉄筋コンクリート構造の部材に接合させたことを特徴とする。

このように構成された本発明の複合構造体及び建物は、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部との境界に、鋼材の外周を囲繞するように境界プレートが配置される。そして、境界プレートと鋼材とが溶接によって一体化されるとともに、材端部の主筋の先端が境界プレートに固定される。

このような構造にすることによって、主筋の定着を行うことができるうえに鋼材の材端部からの抜け出しを防ぐことができる。また、境界プレートの面内剛性により主筋を軸直交方向に拘束することができるので、従来、材端部の始端（中央部側）付近に配置していた集中補強筋を省略することができる。

さらに、境界プレートが鋼材とも主筋とも一体化されていることによって、従来の複合構造梁の構造ではそのすべてが鋼材に伝達されてきたこの位置の存在曲げモーメントの一部を、材端部の鉄筋コンクリートに負担させることができるようになった。すなわち、鋼材と鉄筋コンクリートの負担分が示される曲げモーメント図において、材端部の始端に不連続点（段差）が生じることになり、その結果、材端部の鉄筋コンクリートが負担するせん断力は低下することになって、せん断補強筋の配筋量を低減することが可能になる。

また、材端部のせん断補強筋の配筋量を低減させない場合は、前記不連続点の段差分だけ鉄骨の埋め込み長さを短くしても、従来の複合構造梁と同程度のせん断補強量で構造設計を成立させることができるため、この範囲で鉄骨の埋め込み長さ、ひいては材端部の長さを自由に調整した設計ができる。例えば、材端部を短くした場合は、部材の軽量化を図ることができる。

また、主筋の先端が境界プレートを貫通してナットを介して固定される構成であれば、主筋を境界プレートに確実に固定することができる。さらに、主筋の先端を熱によって劣化させることもない。

そして、鋼材の終端が材端部内に配置される場合は、その終端付近に集中補強筋を配置させることで、後述するてこ機構を成立させるために必要な支圧反力を確保することができる。

一方、鋼材の終端に、材端部に接合させる部材の内部に埋設されるアンカー部材を取り付けることで、鋼材と鉄筋コンクリートの負担分が示される曲げモーメント図において、鋼材の終端にも不連続点（段差）を設けることができ、材端部の鉄筋コンクリートの負担せん断力の増加をさらに抑えることができる。

また、材端部に接合させる部材の内部に鋼材の終端を埋設すれば、終端が材端部内に配置される場合に終端付近に必要となる集中補強筋を省略することができる。

さらに、鋼材のフランジの内側と外側の両方に主筋を配置すれば、境界プレートに生じる面外曲げがフランジの内外に分散されるようになるため、力学的に有利な構造にすることができる。

本発明の実施の形態の複合構造梁の構成を示した説明図である。柱間に複合構造梁が架け渡された梁柱構造物の構成を説明する斜視図である。複合構造梁の構成を説明する図であって、（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視方向で見た断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視方向で見た断面図である。鉄骨の終端を材端部内に埋め込む埋込み形式の複合構造梁の力学モデルを説明する図であって、（ａ）は力学モデルとてこ機構を説明する図、（ｂ）は曲げモーメント図、（ｃ）はせん断力図である。従来の複合構造梁の構成と曲げモーメント図とを示した説明図である。本実施の形態の複合構造梁の構成と曲げモーメント図とを示した説明図である。実施例１で説明する本実施の形態の複合構造梁の実験結果を示した図である。実施例１で説明する比較例の複合構造梁の実験結果を示した図である。実施例２の複合構造梁の構成と曲げモーメント図とを示した説明図である。実施例３の複合構造梁の構成と曲げモーメント図とを示した説明図である。実施例４の複合構造梁の構成を示した説明図である。

以下、本発明の実施の形態の複合構造体としての複合構造梁１について図面を参照して説明する。図１，２は、複合構造梁１及びそれが設けられる建築物としての梁柱構造物２の構成を説明する図である。

まず、図２を参照しながら梁柱構造物２の全体構成について説明する。この梁柱構造物２は、鉄筋コンクリート構造の間隔を置いて構築される２本の柱２１，２１の上部間に、複合構造梁１が架け渡された構成となっている。

この複合構造梁１は、柱２１の上部側面に接合させる材端部１２と、材端部１２，１２間の中央部１１とによって長尺状に形成される。また、材端部１２は鉄筋コンクリート構造であり、中央部１１は鉄骨構造となっている。

中央部１１を形成する鉄骨３は、一対の平行なフランジ３１，３２がウエブ３３によって連結された鋼材である。例えば、Ｈ形鋼材、Ｉ形鋼材、溝形鋼材などが使用できる。以下では、Ｈ形鋼材によって形成される鉄骨３を適用する場合について説明する。

中央部１１は、図１に示すように鉄骨３の露出部３ａに相当する。また、鉄骨３の端部は、埋設部３ｂとして材端部１２に埋め込まれる。よって、材端部１２は、鉄骨３の埋設部３ｂが埋め込まれているため、詳細にいえば一部が鉄骨鉄筋コンクリート構造になり得るといえる。

そして、中央部１１と材端部１２との境界、換言すると材端部１２の始端となる端面には、境界プレート４が配置される。

この境界プレート４は、図１のＡ−Ａ矢視方向で見た断面図である図３（ａ）に示すように、鉄骨３の外周を囲繞するように配置される。例えば、境界プレート４は、材端部１２の端面形状と略同じ長方形の鋼板の中央に、鉄骨３の外形に合わせた穴をくり抜くことによって形成される。

また、境界プレート４とそれに貫通させた鉄骨３とは、溶接４１によって接合される。溶接４１は、図３（ａ）に示すように、鉄骨３の全周に沿って行われる。なお、溶接４１は、所望する強度に達するのであれば、部分的に行うだけでもよい。

また、鉄骨３の露出部３ａと埋設部３ｂとを別々の鋼材によって形成する場合は、材端部１２の端面形状と略同じ長方形の上述したような鉄骨３のくり抜きのない鋼板を境界プレート４にして、その両側から露出部３ａと埋設部３ｂとをそれぞれつき合わせて溶接接合させればよい。

そして、材端部１２に埋設される鉄骨３の終端３ｃは、図１に示すように柱２１との接合部より少し中央部１１側に位置する。また、材端部１２には、鉄骨３と略平行に主筋５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆが配置される。

この主筋５Ａ−５Ｆの端部（終端）は、柱２１の内部に埋設される。図１では、主筋５Ａ−５Ｆの端部に定着板を装着した形態を図示しているが、これに限定されるものではなく、端部をフック状に加工した形態であってもよい。

材端部１２に接合させる柱２１は、鉛直方向に立設される複数の主筋２１ａ，・・・と、その外周を囲むとともに鉛直方向に間隔を置いて複数設置されるせん断補強筋２１ｂ，・・・と、コンクリート２１ｃとによって、四角柱状に成形される。

そして、主筋５Ａ−５Ｆの柱２１側に突出する部分は、柱２１の主筋２１ａ，・・・やせん断補強筋２１ｂ，・・・に干渉しないように配置され、コンクリート２１ｃによって一体化される。

一方、主筋５Ａ−５Ｆの中央部１１側の端部となる先端５２は、図３（ａ）に示すように、境界プレート４にナット５１を介して固定される。また、図１に示すように境界プレート４を挟んだ材端部１２側にもナット５１ａが装着される。すなわち、２つのナット５１，５１ａで境界プレート４を挟持することによって、主筋５Ａ−５Ｆの先端５２を境界プレート４に固定したことになる。

なお、図１，３に示すように、鉄骨３の上側のフランジ３１の上方に配置されるのを主筋５Ａ，・・・、そのフランジ３１の両横に配置されるのを主筋５Ｃ，５Ｃとする。また、鉄骨３の下側のフランジ３２の下方に配置されるのを主筋５Ｂ，・・・、そのフランジ３２の両横に配置されるのを主筋５Ｄ，５Ｄとする。さらに、フランジ３１の内側となる下方、換言するとウエブ３３の上部の両横に配置されるのを主筋５Ｅ，５Ｅとする。そして、フランジ３２の内側となる上方、換言するとウエブ３３の下部の両横に配置されるのを主筋５Ｆ，５Ｆとする。

これらの主筋５Ａ−５Ｆは、図１のＢ−Ｂ矢視方向で見た断面図である図３（ｂ）に示すように、材端部１２の内部においても鉄骨３の内側と外側の両方に配置される。

そして、鉄骨３及び主筋５Ａ−５Ｆを囲むようにせん断補強筋６，６が配置される。この図３（ｂ）では、鉄骨３の部分がラップするように左右にずらしてせん断補強筋６，６を配置しているが、これに限定されるものではない。

このようなせん断補強筋６は、図１に示すように複合構造梁１（材端部１２）の軸方向に一定の間隔を置いて複数、配置される。このせん断補強筋６の間隔は、材端部１２に作用するせん断力に基づいて算定される。なお、後述するように、鉄骨３を埋め込むことによって鉄筋コンクリートが負担するせん断力は割り増しされる。

そして、鉄骨３の終端３ｃ付近には、集中補強筋７が配置される。この集中補強筋７は、他の箇所に設置されるせん断補強筋６の間隔を狭くすることによって形成できる。また、螺旋状に成形された鉄筋を使って集中補強筋７とすることもできる。

次に、本実施の形態の複合構造梁１の作用について、力学モデルを使って説明する。

図４に示した力学モデルは、非特許文献１に記載されている埋込み形式の複合構造梁を説明するためのものである。ここで、鉄骨の露出している部分の長さをＬ_S、鉄骨の材端部に埋設される部分の長さをＬ_bとする。

この力学モデルでは、図４（ａ）に示すように、鉄骨の先端（自由端）に集中荷重が作用すると、鉄筋コンクリートからの支圧反力に基づく材端部の始端付近を支点とするてこ機構が形成されると考えられる。ここで、自由端からてこの支点までの長さをＬ_B1、支点から鉄骨の終端付近の作用点と仮定する位置までの長さをＬ_B2とする。また、集中荷重の作用点でのせん断力をＶとし、支点のせん断力をＣ_B1とすると、鉄骨の終端側の作用点のせん断力はＣ_B1−Ｖとなる。

この力学モデルに発生する曲げモーメントの分布図を図４（ｂ）に示す。片持ち梁の先端に集中荷重が作用するときの曲げモーメントであるため、全体の曲げモーメント図は一定勾配Ｖの直角三角形分布となる。

このうち鉄骨が負担する曲げモーメントについて考えると、支点まで（Ｌ_B1区間）はすべて鉄骨が負担することになり、支点から先（Ｌ_B2区間）は鉄骨の終端側の作用点の曲げモーメントが０となるように鉄骨の負担分が一定勾配Ｖ_Sfで減少する。そして、鉄骨の負担分以外が鉄筋コンクリートの負担分（勾配Ｖ_Cf）となる。

このように曲げモーメントの分配が決まれば、せん断力も決まることになる。すなわちせん断力は、曲げモーメント図を軸方向に微分することによって求めることができるので、曲げモーメント図の勾配Ｖ，Ｖ_Sf，Ｖ_Cfがせん断力の大きさを示すことになる（図４（ｃ）参照）。

そして、埋込み形式の力学モデルの特徴は、図４（ｃ）を見ることによって理解することができる。仮に梁全体が一様な材質によって形成されていれば、せん断力図は図４（ｃ）の鉄骨が露出している区間（Ｌ_S区間）分と同様に梁先端から固定端までが一定の高さＶの長方形分布となる。

これに対して材端部の鉄骨が埋め込まれている部分では、鉄骨が負担する逆方向のせん断力と、鉄筋コンクリートが負担する分のせん断力とが発生することになる。これがいわゆる材端部に鉄骨を埋め込んだことによる負担せん断力の増加である。特に、埋め込む鉄骨の長さが短いと曲げモーメント図の勾配Ｖ_Sf，Ｖ_Cfが大きくなるので、負担せん断力が大幅に増加することになる。

このような力学モデルを成立させるためには、鉄筋コンクリートが材軸直交方向に膨張するような割り裂き破壊に至らないように補強する必要がある。図５は、従来の複合構造梁ａの構成を上段に、その曲げモーメント図を下段に示した図である。

この複合構造梁ａは、鉄骨ａ３によって主に形成される中央部ａ１と、鉄骨ａ３の端部が埋め込まれる鉄筋コンクリート構造の材端部ａ２とを有している。また、中央部ａ１と材端部ａ２との境界にはプレートが配置されておらず、主筋ａ５は先端に装着した円盤状の定着板ａ４によってコンクリートａ８に定着される。

そして、上述したてこ機構を成立させるために、材端部ａ２の始端付近（図４（ａ）で示した支点の位置）と鉄骨３の終端付近に集中補強筋ａ７，ａ７が配置される。また、増加した負担せん断力に対抗させるために、軸方向に間隔を置いて複数のせん断補強筋ａ６，・・・が配置される。

また、この複合構造梁ａに作用するせん断力の大きさは、曲げモーメント図の勾配Ｖ，Ｖ_Sf，Ｖ_Cfから算定できる。ここで、勾配Ｖ_Sfから算定されるせん断力が鉄骨ａ３によって負担される分であり、勾配Ｖ_Cfから算定されるせん断力が鉄筋コンクリートによって負担される分である。よって、せん断補強筋ａ６の所要量は、Ｖ_Cfに基づいて算定される。

これに対して図６には、本実施の形態の複合構造梁１の構成を上段に、その曲げモーメント図を下段に示した。この曲げモーメント図を見るとわかるように、境界プレート４を設置した材端部１２の始端において、図面上でＰと示したような段差が生じている。この段差分が、境界プレート４を介して材端部１２の鉄筋コンクリートに一部伝達される存在曲げモーメントＰに相当する。

ここで、全体の曲げモーメント図は複合構造梁ａ（図５）と複合構造梁１（図６）とでは同じであるため、Ｐの段差が生じると、鉄骨分の勾配Ｖ_Sfが減少して勾配Ｖ_Sとなる。また、鉄筋コンクリート分の勾配Ｖ_Cfも減少して勾配Ｖ_Cとなる。

この結果、材端部１２の負担せん断力の増加量も従来の境界プレート４がない複合構造梁ａに比べて小さくなり、負担せん断力の増加に対抗させるために配置されるせん断補強筋６の配筋量を低減できるようになる。

このように構成された本実施の形態の複合構造梁１及び梁柱構造物２は、鉄骨構造の中央部１１と鉄筋コンクリート構造の材端部１２との境界に、鉄骨３の外周を囲繞するように境界プレート４が配置される。

そして、境界プレート４と鉄骨３とが溶接４１によって一体化されるとともに、材端部１２の主筋５Ａ−５Ｆの先端５２が境界プレート４に固定される。このような構造にすることによって、主筋５Ａ−５Ｆの定着を行うことができるうえに鉄骨３の材端部１２からの抜け出しを防ぐことができる。

また、境界プレート４の面内剛性により主筋５Ａ−５Ｆを軸直交方向に拘束することで割り裂き破壊を防止できるので、これにより近傍の鉄筋コンクリートからの支圧反力を確保することになり、従来の複合構造梁ａの材端部ａ２の始端（中央部ａ１側）付近に配置していた集中補強筋ａ７を、本実施の形態の複合構造梁１では省略することができる。

さらに、境界プレート４を配置したことによって材端部１２の始端の曲げモーメント図に段差が生じ、材端部１２の鉄筋コンクリートの曲げモーメント図の勾配Ｖ_Cも小さくなるため、鉄筋コンクリートが負担するせん断力が減少する。このため、せん断補強筋６の配筋量を従来の埋込み形式の複合構造梁ａよりも低減することができる。

このように境界プレート４を使うことで合理的な設計をおこなうことができる。そして、せん断補強筋６や集中補強筋７などの配筋量が低減できれば、材料費や施工費が低減できるうえに、コンクリート８を材端部１２の隅々にまで充填したりバイブレータによって締め固めたりする作業がしやすくなって、コンクリートの品質の良い材端部１２を構築することができる。

また、コンクリート８を打設するための中央部１１と材端部１２との境界の型枠は、境界プレート４に兼用させることができるので、型枠の設置や撤去などの作業を省略することができる。

さらに、主筋５Ａ−５Ｆの先端５２が境界プレート４を貫通してナット５１，５１ａによって固定される構成であれば、主筋５Ａ−５Ｆの先端５２を境界プレート４に確実に固定することができる。また、この固定方法であれば、主筋５Ａ−５Ｆの端部を溶接などの熱によって劣化させることもない。

そして、鉄骨３の終端３ｃが材端部１２内に配置される場合は、その終端３ｃ付近に集中補強筋７を配置することで、てこ機構を成立させるために必要となる鉄筋コンクリートの支圧反力を確保することができる。

また、鉄骨３のフランジ３１より上側及びフランジ３２より下側と、フランジ３１，３２の内側との両方に主筋５Ａ，５Ｂ，５Ｅ，５Ｆを配置すれば、境界プレート４に生じる面外曲げがフランジ３１，３２の内外に分散されるようになるため、力学的に有利な構造にすることができる。

以下、前記実施の形態で説明した複合構造梁１の効果を確認した実験結果について、図７，８を参照しながら説明する。

実験は、本実施の形態として図６に示した複合構造梁１について行うとともに、比較のために図５に示した複合構造梁ａについても行った。ここで、複合構造梁１と複合構造梁ａの相違点は、複合構造梁１には境界プレート４が配置されており、その境界プレート４に主筋５Ａ−５Ｄの先端５２が固定されているのに対して、複合構造梁ａにはそれらの構成がない点である。その代わりに複合構造梁ａには、主筋ａ５の先端に定着板ａ４が装着されるとともに、材端部ａ２の始端付近にも集中補強筋ａ７が配置されている。これ以外の構成は、複合構造梁１と複合構造梁ａとで同じである。

実験は、図５，６の集中荷重Ｖ（黒塗り矢印参照）を作用させた位置（自由端）を上下に繰り返し変位させる、正負交番の静的漸増繰返し載荷によっておこなった。この自由端の変位(mm)を梁の長さ（Ｌ_S+Ｌ_C）(mm)で除した値が部材変形角（rad）となる。

そして、複合構造梁１の実験結果を図７に、比較としておこなった複合構造梁ａの実験結果を図８に示した。縦軸が図５，６の集中荷重Ｖに相当するこれらの結果を見ると、境界プレート４のない複合構造梁ａは、曲げ降伏前にせん断破壊して耐力が低下していることがわかる。

これに対して本実施の形態の複合構造梁１は、部材変形角が1/100radをやや超過した変形時に、柱２１との接合部となる位置で曲げ降伏に至った。この曲げ降伏は設計通りのもので、計算値と実験結果とが一致していることは図からも読み取れる。

また、曲げせん断ひび割れは、境界プレート４のない複合構造梁ａの方が複合構造梁１よりも低いせん断力で生じている。また、複合構造梁ａは曲げせん断ひび割れが発生した後にひび割れが拡幅してせん断破壊した。

これに対して境界プレート４を配置した複合構造梁１は、曲げせん断ひび割れが卓越することなく曲げ降伏に至った。この結果から、境界プレート４を配置したことによって材端部１２の負担せん断力の増大分が低減され、ひび割れの進展を抑えるとともに最終的な破壊形式が従来の複合構造梁ａとは異なるものになったといえる。

そして、境界プレート４が配置された本実施の形態の複合構造梁１は、部材変形角が1/15radに至るまで安定した履歴を保つ良好な曲げ性能を示すことが確認できた。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以下、前記実施の形態の複合構造梁１とは別の形態の複合構造梁１Ａについて、図９を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。

前記実施の形態及び実施例１では、境界プレート４を配置した複合構造梁１の構成にすることによって、材端部１２の負担せん断力の増加を抑えてせん断補強筋の配筋量を低減することができることを説明した。

これに対して実施例２では、負担せん断力を低減させる代わりに材端部１２Ａの長さを短くできることについて説明する。すなわち、実施例２の複合構造梁１Ａは、図９に示すように、中央部１１Ａの長さＬ_S1が複合構造梁１の中央部１１の長さＬ_Sより長く、材端部１２Ａの長さＬ_C1が複合構造梁１の材端部１２の長さＬ_Cより短い。また、実施例２の複合構造梁１Ａは、せん断補強筋６Ａの配置間隔が複合構造梁ａのせん断補強筋ａ６の配置間隔と同程度になる。

このようなせん断補強筋６Ａ及び集中補強筋７の構成とすることによって、複合構造梁ａと同程度のせん断力を負担できるようになる。すなわち、図９の下段の曲げモーメント図に示したように、鉄骨の負担分と鉄筋コンクリートの負担分とを複合構造梁ａと同じ勾配Ｖ_Sf，Ｖ_Cfにすることができる。

この勾配Ｖ_Sf，Ｖ_Cfは、前記実施の形態で説明した複合構造梁１（図６）の勾配Ｖ_S，Ｖ_Cよりも大きいため、材端部１２Ａの長さＬ_C1は材端部１２の長さＬ_Cより短くできる。

このように材端部１２Ａのせん断補強筋の配筋量を低減させない場合は、鉄骨３の埋設長さＬ_b1を短くすることができるので、材端部１２Ａが短くなって複合構造梁１Ａの軽量化を図ることができる。

複合構造梁１Ａが軽量化できれば、揚重及び設置を容易におこなうことができる。また、使用する揚重機の小型化が可能になるので、施工費が低減できるうえに狭いスペースでも作業できるようになる。

さらに、複合構造梁１Ａの自重が小さくなるので、それに接合させる柱２１をスリム化することができる。また、さらなる長スパン化が可能になる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。

以下、前記実施の形態又は実施例２の複合構造梁１，１Ａとは別の形態の複合構造梁１Ｂについて、図１０を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は他の実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。

前記実施の形態及び実施例１，２で説明した複合構造梁１，１Ａは、材端部１２，１２Ａに埋設される鉄骨３の終端３ｃが、柱２１から少し離れた位置にあるだけで、定着させるための部材が特別には設けられていなかった。

この実施例３で説明する複合構造梁１Ｂは、図１０に示すように、中央部１１Ｂと材端部１２Ｂの長さは複合構造梁１（図６）と同じであるが、鉄骨３の終端３ｃにアンカー部材としてのアンカーボルト９，９が取り付けられている。

すなわち、鉄骨３の終端３ｃの上下のフランジ３１，３２間に取付板９１が差し渡されており、その取付板９１にアンカーボルト９の頭部９２が固定される。

一方、アンカーボルト９のフック状に折り曲げられた端部は、材端部１２Ｂを接合させる柱２１の内部に埋設される。なお、ここでは端部がフック状に形成されたアンカーボルト９を使って説明するが、これに限定されるものではなく、フック加工に代えて端部に定着板が装着されたアンカー部材であってもよい。

このように鉄骨３の終端３ｃに取り付けられたアンカーボルト９，９を柱２１に埋設させることで、鉄骨３の終端３ｃを柱２１に定着させることができる。そして、図１０の下段に示すように、アンカーボルト９，９による定着を行うことによって、鉄骨３の終端３ｃ以降の鉄筋コンクリートが負担する分をアンカーボルト９，９で負担させることができる。

その結果、鉄骨３の終端３ｃにおいても、曲げモーメント図上でＰ１と示した段差が生じることになる。ここで、境界プレート４の位置でも曲げモーメント図上でＰと示した段差が生じているので、材端部１２Ｂに埋め込まれた鉄骨３の負担するせん断力を示す勾配Ｖ_S1は、アンカーボルト９，９がない複合構造梁１（図６）の勾配Ｖ_Sに比べてさらに小さくなる。

また、鉄筋コンクリート分の勾配Ｖ_C1も複合構造梁１（図６）の勾配Ｖ_Cよりも小さくなり、負担せん断力の増加がより減少することになる。このため、複合構造梁１Ｂのせん断補強筋６Ｂ，・・・の配筋量は、アンカーボルト９，９のない複合構造梁１のせん断補強筋６，・・・の配筋量よりも少なくすることができる。

このように、鉄骨３の終端３ｃに材端部１２を接合させる柱２１の内部に埋設されるアンカーボルト９，９を取り付けることで、鉄骨３の終端３ｃにも曲げモーメント図上で大幅な不連続点を設けることができ、鉄骨３を埋設したことによる材端部１２Ｂの負担せん断力の増加を抑えることができる。

以下、前記実施の形態又は他の実施例の複合構造梁１，１Ａ，１Ｂとは別の形態の複合構造梁１Ｃについて、図１１を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は他の実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。

前記実施の形態及び実施例１−３で説明した複合構造梁１，１Ａ，１Ｂは、鉄骨３の終端３ｃが柱２１から少し離れた材端部１２，１２Ａ，１２Ｂの内部に埋設されていた。

この実施例４で説明する複合構造梁１Ｃは、図１１に示すように、中央部１１Ｃと材端部１２Ｃの長さは複合構造梁１（図６）と同じであるが、鉄骨３Ａの終端３ｃが材端部１２Ｃから突出して柱２１の内部に埋設されている。

このように、材端部１２Ｃを接合させる柱２１の内部に鉄骨３Ａの終端３ｃを埋設すれば、終端３ｃが大きな抵抗力を備えた鉄筋コンクリートの塊の中に埋め込まれることになるため、この位置の支圧反力が充分に確保される。よって、終端３ｃ付近には上述したような集中補強筋７を配置する必要はなく、省略することができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態では、鉄筋コンクリート構造の柱２１に複合構造梁１を接合した梁柱構造物２について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば鉄筋コンクリート構造の壁に複合構造梁１を接合した建築物であってもよい。

さらに、前記実施の形態及び実施例では、複合構造体として複合構造梁１，１Ａ−１Ｃについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば柱脚が材端部となる複合構造柱であってもよい。

また、前記実施の形態及び実施例では、境界プレート４を貫通させた主筋５Ａ−５Ｆの先端５２をナット５１，５１ａで固定する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、境界プレート４の材端部１２側の面に溶接で固定したナットに締結させたり、主筋の先端を境界プレート４に溶接で直接固定したりする構成であってもよい。

１，１Ａ−１Ｃ複合構造梁（複合構造体）
１１，１１Ａ−１１Ｃ中央部
１２，１２Ａ−１２Ｃ材端部
２梁柱構造物（建築物）
２１柱（材端部に接合させる部材）
３，３Ａ鉄骨（鋼材）
３１，３２フランジ
３３ウエブ
３ｃ終端
４境界プレート
４１溶接
５Ａ−５Ｆ主筋
５１，５１ａナット
５２先端
６，６Ａ，６Ｂせん断補強筋
７集中補強筋
８コンクリート
９アンカーボルト（アンカー部材）

Claims

鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部とによって長尺状に形成される複合構造体であって、
前記中央部を形成するとともに前記材端部に一部が埋設される鋼材と、
前記中央部と前記材端部との境界に配置されるとともに前記鋼材の外周を囲繞するように前記鋼材に溶接される境界プレートと、
前記材端部に前記鋼材と略平行に配置されるとともに前記境界プレートに先端が固定される主筋と、
前記鋼材及び前記主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋と、
前記材端部に充填されるコンクリートとを備え、
前記鋼材は一対の平行なフランジがウエブによって連結された部材であるとともに、前記主筋は前記フランジの内側と外側の両方に配置されることを特徴とする複合構造体。
前記主筋は前記境界プレートを貫通して先端が前記中央部側に突出するとともに、その先端に装着されるナットを介して前記境界プレートへの固定が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の複合構造体。
前記鋼材の終端は前記材端部内に配置されるとともに、前記鋼材の終端付近に集中補強筋が配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合構造体。
前記鋼材の終端に、前記材端部に接合させる部材の内部に埋設されるアンカー部材を取り付けたことを特徴とする請求項３に記載の複合構造体。
前記鋼材の終端が、前記材端部に接合させる部材の内部に埋設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合構造体。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の複合構造体の前記材端部を、鉄筋コンクリート構造の部材に接合させたことを特徴とする建築物。