JP5734168B2

JP5734168B2 - 建物構造

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Publication number: JP5734168B2
Application number: JP2011259139A
Authority: JP
Inventors: 聡安田; 達辰濃; 智昭杉山; 博文稲田
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-11-28
Also published as: JP2013112972A

Description

本発明は、建物構造に関する。

建物１００を構築する際に、下層階の構造形式を上層階の構造形式と異ならせる場合がある。

例えば、コンクリート充填鋼管柱（以下、単に「ＣＦＴ柱」という）１０１と鉄筋コンクリート柱（以下、単に「ＲＣ柱」という）１０２とを建物の階層に応じて切り替えて使用する場合がある（図８および図９参照）。

従来、ＣＦＴ柱１０１からＲＣ柱１０２に切り替える場合には、その接合部分（切り替え部分）を、鉄骨鉄筋コンクリート構造（以下、単に「ＳＲＣ構造」という）１０３とするのが一般的であった。

つまり、切り替え部分の上部において、図９（ｂ）に示すように、ＣＦＴ柱１０１の鋼管１１０の周囲に鉄筋１３０を配筋し（構造１０３’）、切り替え部分の下部において鋼管１１０に鉄骨１２０を接続し、図９（ｃ）に示すように、この鉄骨１２０の外周囲に鉄筋１３０を配筋することでＳＲＣ構造１０３を構築する。
こうすることで、鉄骨１２０を介してＣＦＴ柱１０１の鋼管１１０とＲＣ柱１０２の鉄筋１３０との間で応力の伝達が可能となるように構成していた。

また、特許文献１には、ＣＦＴ柱とＲＣ柱との切り替え部の構造として、ＲＣ柱の主筋をＣＦＴ柱の鋼管の内部に所定長挿入するとともに、この鋼管の内壁面に予め複数のスタッドを設置しておき、このスタッドを介して主筋と鋼管との間での力の伝達を可能に構成した建物構造が開示されている。

特開２００９−２００６号公報

ところが、前者のＳＲＣ構造１０３を介して切り替えを行う建物構造は、ＲＣ柱１０２の頭部において、鉄骨１２０と鉄筋１３０とが混在するため、構造が複雑となり、施工に手間を要していた。
また、鋼材量の増加や施工の手間等により、施工費が高価になる場合があった。

また、特許文献１の建物構造は、鋼管の内壁面に多数のスタッドを設置する必要があり、その作業に手間を要していた。

本発明は、構造体の切り替え部分における接合構造の簡略化を可能とした建物構造を提案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、鋼管柱と、前記鋼管柱よりも下層に配設された鉄筋コンクリート柱とが鉛直方向に連続して配置される建物構造であって、前記鋼管柱の下端には前記鋼管柱の内壁面よりも内側に延伸させた枠状の鋼板が固定されていて、前記鉄筋コンクリート柱の主筋が、前記鉄筋コンクリート柱の上端面から突出して前記鋼管柱の内部に挿入されているとともに、当該鋼管柱の内部で定着あるいは固定されていることを特徴している。

かかる建物構造によれば、鉄筋コンクリート柱の主筋をそのまま鋼管柱の内部に配筋し、かつ、この主筋を介して鉄筋コンクリート柱と鋼管柱とを接合するため、構造的に優れている。

前記枠状の鋼板の外縁部分は、前記鋼管柱の外形形状よりも大きな外形形状を有するとともに、前記鋼管柱の内壁面と前記鋼板の上面との内角部には、複数の縦リブが接合されており、前記鉄筋コンクリート柱の頭部の外周面に、筒状の鋼管や炭素繊維シート等からなる補強部材が周設されていれば、柱頭部のコンクリートの表面欠損等を抑止することができる。

本発明の建物構造によれば、構造体の切り替え部分における接合構造の簡略化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る建物構造を示す断面図である。図１に示す建物構造のＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合部を示す側面図である。（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図、（ｂ）同Ｂ−Ｂ断面図、（ｃ）は同Ｃ−Ｃ断面図、（ｄ）は同Ｄ−Ｄ断面図である。取付部の詳細を示す断面図である。第一取付部材または第二取付部材の分解斜視図である。他の形態に係る建物構造の取付部を示す断面図である。その他の形態に係る建物構造の取付部を示す断面図である。従来の建物構造を示す断面図である。（ａ）は図８のＥ−Ｅ断面図、（ｂ）同Ｆ−Ｆ断面図、（ｃ）は同Ｇ−Ｇ断面図、（ｄ）は同Ｈ−Ｈ断面図である。

本実施形態では、図１に示すように、地下階を含む多層階構造の建物１を、本発明の建物構造により構築する場合について説明する。
なお、建物１の規模や形状等は限定されるものではない。

建物１には、主に地上階層（１ＦＬ，２ＦＬ，…）を支持するコンクリート充填鋼管柱（以下、単に「ＣＦＴ柱」という）２と、地下階層（Ｂ１ＦＬ）を支持する鉄筋コンクリート柱（以下、単に「ＲＣ柱」という）３とが鉛直方向に連続して配置されている。

ＣＦＴ柱２とＲＣ柱３の接合（切り替え）は、地下１階（Ｂ１ＦＬ）と地下２階（Ｂ２ＦＬ）の境界付近で行う。つまり、建物１は、ＣＦＴ柱２が地上階（１ＦＬ，２ＦＬ，…）から地下階第１層（Ｂ１ＦＬ）まで配設されていて、ＲＣ柱３は地下階第１層よりも下層（Ｂ２ＦＬ）の地下階に配設されている。

ＣＦＴ柱２は、図２に示すように、一般部１０と取付部２０とを備えている。

一般部１０は、図３（ａ）に示すように、矩形断面の鋼管１１と、鋼管１１内に充填されたコンクリート硬化体１２により構成されている。
鋼管１１内のコンクリートの充填は、鋼管１１を配設した後、現場打設により行う。これにより、輸送時の柱部材（鋼管１１）の軽量化が可能になるとともに、施工時の取り扱いも容易となる。そのため、輸送コストの削減や施工の手間の低減化が可能となる。

取付部２０は、ＲＣ柱３との接合部分であるＣＦＴ柱２の下端部を構成している。
取付部２０には、図２および図３に示すように、ＲＣ柱３の上端から突出する主筋３１が挿入されている。
本実施形態の取付部２０（第一取付部材２１）は、側面に梁４が接合されたいわゆる梁柱接合部を構成している。なお、取付部２０は、必ずしも梁柱接合部を構成していなくてもよい。

本実施形態の取付部２０は、ＲＣ柱３側に配設された第一取付部材２１と、第一取付部材２１と一般部１０との間に配設された第二取付部材２２により構成されている。
なお、第一取付部材２１および第二取付部材２２は、予め一体に形成されている。

第一取付部材２１および第二取付部材２２は、図３（ｂ）および（ｃ）に示すように、いずれも一般部１０の鋼管１１と同形状の鋼管２３と、鋼管２３内に充填されたコンクリート硬化体２４を主体に構成されている。
なお、第一取付部材２１は、予めコンクリートが充填されてなるプレキャスト部材である。第一取付部材２１内のコンクリートは、予め鋼管２３内全体に充填されていてもよいし、中央部に空洞が形成されるように鋼管２３の内周面に沿ってコンクリート硬化体が形成されていて、現場施工により当該中央部にコンクリートを打設したものであってもよい。一方、第二取付部材２２は、ＲＣ柱上に配設された後、鋼管２３内に現場施工によりコンクリートを打設することでコンクリート硬化体２４が構成されている。

第一取付部材２１内のコンクリート硬化体２４としては、第二取付部材２２内のコンクリート硬化体２４よりも強度の高いコンクリートにより構成してもよいし、同じ強度のコンクリートにより構成してもよい。第二取付部材２２内のコンクリート硬化体２４は、本体部１０のコンクリート硬化体１２と同じ強度のコンクリートを採用する。

第一取付部材２１および第二取付部材２２は、図４に示すように、いずれも鋼管２３の下端に一体に固定されたベースプレート２６を備えている。

ベースプレート２６は、所定の厚みを有した鋼板であって、枠状を呈している。ベースプレート２６の外形形状は、鋼管２３の外形形状よりも大きな平面形状を有している。
すなわち、ベースプレート２６は、外縁部分が鋼管２３の外面から突出している。

図５に示すように、ベースプレート２６には、ＲＣ柱３の主筋３１の位置に対応して複数の挿通孔２６ａ，２６ａ，…が形成されている。
本実施形態では、ベースプレート２６の角部であって、鋼管２３の内壁面よりも内側に挿通孔２６ａを３箇所ずつ形成するが、挿通孔２６ａの数や配置はこれに限定されるものではなく、ＲＣ柱３の主筋３１の配筋に応じて適宜設定すればよい。

また、ベースプレート２６の中央部には、矩形状の開口部２６ｂが形成されている。
なお、開口部２６ｂは必要に応じて形成すればよく、また、その形状は限定されるものではない。

図４および図５に示すように、鋼管２３の内壁面とベースプレート２６の上面との内角部には、複数の縦リブ２７が接合されていて、鋼管２３とベースプレート２６との接合部が補強されている。

縦リブ２７は、矩形形状の鋼板であって、隣接する他の縦リブ２７と所定の間隔をあけて配設されている。
縦リブ２７の厚みおよび形状は、縦リブ２７が負担する応力に応じて適宜設定するものとする。本実施形態では、第一取付部材２１に配設された縦リブ２７の高さが、第二取付部材２２に配設された縦リブ２７の高さよりも大きく形成されている。

本実施形態では、鋼管２３の各辺に対して３枚ずつ、合計１２枚の縦リブ２７，２７，…を配設するが、縦リブ２７の配設ピッチや枚数は限定されるものではない。
また、縦リブ２７には、必要に応じて凹凸面や貫通孔を形成して、コンクリート硬化体２４との接合性を向上させてもよい。

第一取付部材２１のコンクリート硬化体２４には、図４に示すように、ＲＣ柱３の主筋３１を挿通するための複数の貫通孔２４ａ，２４ａ，…が、主筋３１の位置に対応して形成されている。本実施形態では、コンクリート硬化体２４内にシース管を配置することで貫通孔２４ａを形成するが、貫通孔２４ａの形成方法は限定されるものではない。例えば、シース管に代えて他の管材を配設してもよい。

第二取付部材２２のコンクリート硬化体２４には、図４に示すように、ＲＣ柱３の主筋３１の上端部が挿入されている。

図２に示すように、第二取付部材２２の外面上部には、一般部１０との位置決めのためのジョイント部材２５が溶接接合されている。
なお、ジョイント部材２５の構成は限定されるものではない。

ＲＣ柱３は、地下２階（Ｂ２ＦＬ）の構造体であって、ＣＦＴ柱２の外形形状と同等な断面形状を有した断面矩形形状の柱状体である。

ＲＣ柱３には、図３（ｄ）および図４に示すように、ＲＣ柱３の外面から所定の被りを確保した主筋３１が配筋されている。

主筋３１は、ＲＣ柱３の軸方向に沿って配筋されており、断面矩形のＲＣ柱３の各角部に対応して３本ずつ、計１２本配筋されている。符号３２は、フープ筋である。なお、主筋３１の配筋ピッチや本数は限定されるものではない。

主筋３１は、ＣＦＴ柱２の取付部２０に挿入できるように、ＲＣ柱３の上端から突出した状態で配筋されている。
主筋３１の突出部分は、所定の定着長が確保できる長さを有していて、ＣＦＴ柱２の内部においてコンクリート硬化体２４に定着されている。

図２に示すように、ＲＣ柱３の頭部の外周面には、筒状の補強部材３３が周設されている。
補強部材３３を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、鋼管や炭素繊維シートにより構成すればよい。

ＲＣ柱３は、補強部材３３により頭部の耐力が増強されるため、ＣＦＴ柱２を介して作用する荷重に対して十分な強度を備えている。

ＣＦＴ柱２とＲＣ柱３との接続は、以下の手順により行う。

まず、主筋３１を、上面から所定長突出させた状態で、ＲＣ柱３を構築する。
このときＲＣ柱３の上端部において、フープ筋３２を密に配筋しておくことで、予め耐力を増強させておき、ＣＦＴ柱２を介して作用する荷重に対して十分な強度を備えるように構成させてもよい。また、ＲＣ柱３の上端部について、必要に応じてコンクリート強度を高くして耐力を増強させてもよい。

本実施形態では、ＲＣ柱３の頭部に対応する位置に、型枠の内面に沿って補強部材３３を配設させた状態で、ＲＣ柱３のコンクリートを打設する。型枠を脱型すると、補強部材３３が頭部に周設されたＲＣ柱３が形成される。
なお、補強部材３３は、脱型後に、ＲＣ柱３の頭部に周設（固定）してもよい。

ＲＣ柱３の構築が完了したら、ＲＣ柱３の上面に、プレキャスト部材である第一取付部材２１および第二取付部材２２を載置する。
このとき、主筋３１を第一取付部材２１の貫通孔２４ａおよびベースプレート２６の挿通孔２６ａを貫通させるとともに、主筋３１の上端部と第二取付部材２２のベースプレート２６の挿通孔２６ａを貫通させて、鋼管２３内に配置させる。

第一取付部材２１および第二取付部材２２を載置したら、ＲＣ柱３の上面と第一取付部材２１（ベースプレート２６）との間および貫通孔２４ａ内にグラウト４０を注入する。グラウト４０が硬化することで、第一取付部材２１とＲＣ柱３とが一体に固定される。

次に、第二取付部材２２の鋼管２３内にコンクリートを打設し、養生する。
これにより、主筋３１が取付部２０内において定着し、ＲＣ柱３と取付部２０との一体化が実現する。なお、第二取付部材２２の鋼管２３内へのコンクリートの打設は、一般部１０の鋼管１１内へのコンクリートの打設と同時に行う。

建物構造１によれば、ＣＦＴ柱２とＲＣ柱３の接合（切り替え）を、地下階層において行うため、接合部に作用する地震時等の水平力が小さく、この接合部が弱点となることがない。
また、地下階では、地上階に比べて地震力等の水平力が小さくなるので、接合構造の簡略化を図ることができる。そのため、施工性の向上および費用の削減が可能となる。

ＣＦＴ柱２からＲＣ柱３に作用する鉛直力のうち、ＣＦＴ柱２のコンクリート負担分の圧縮力についてはグラウト４０を介してＲＣ柱３のコンクリートに作用し、鋼管負担分の軸力は、縦リブ２７で補強したベースプレート２６およびグラウト４０を介してＲＣ柱３のコンクリート面に伝達される。

そのため、応力が１点に集中することが防止され、ＲＣ柱３の上端において欠損が生じることを防止できる。
また、縦リブ２７を鋼管の内部に配置しているため、ベースプレート２６の形状を最小限に抑えることができるととともに、ベースプレート２６の形状に応じてＲＣ柱３の断面形状が過大になることも防止できる。

ベースプレート２６は、図２に示すように、梁４を接合するためのダイヤフラムとしても機能する。

ＲＣ柱３の主筋３１をＣＦＴ柱２に直接挿入し定着させることで、簡易にＣＦＴ柱２とＲＣ柱３との一体化を行うことができる。そのため、鉄骨を介して接合を行っていた従来の建物構造と比較して、施工時の手間を省略することができるとともに、鋼材量を低減することで施工費の低減化が可能となる。また、柱同士の接合は、鉄筋を介して一体化されるため、構造的にも優れている。

主筋３１は、十分な定着長を確保しているため、ＲＣ柱３の柱頭に生じる曲げに対して抵抗可能な構成を有している。

第一取付部材２１として、プレキャスト部材を採用することで、工期短縮を図ることができる。

ＲＣ柱３の頭部に補強部材３３が周設されているため、柱頭部のコンクリートの表面欠損等を抑止することができる。

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、ＲＣ柱３の主筋３１について、ＣＦＴ柱２の内部において所定の定着長を確保できるように、十分な長さをＲＣ柱３の上端から突出させる場合について説明したが、図６に示すように、主筋３１の上端部に定着体３１ａを形成することで、主筋の突出長さを短くしてもよい。こうすることで鉄筋の量を低減させることができ、材料費の削減が可能となる。
なお、定着体３１ａの形成方法としては、例えば、主筋３１の端部を拡径させる方法、主筋３１の直径よりも大きな幅寸法を有した鋼製プレートを主筋３１の頭部に溶着あるいは溶接する方法、主筋３１の頭部にナット等を螺着する方法、主筋３１の頭部に筒状部材を被せた状態で固定する方法等がある。

また、前記実施形態では、ＲＣ柱３の上端面から突出させたＲＣ柱３の主筋３１を、ＣＦＴ柱２の内部のコンクリートに定着させる場合について説明したが、主筋３１は、図７に示すように、ＣＦＴ柱２の内部に挿入して、ＣＦＴ柱２に固定してもよい。
主筋３１のＣＦＴ柱２への固定方法としては、例えば、ＣＦＴ柱２のベースプレート２６の挿通孔２６ａに挿通した主筋３１の上端部にナット３１ｂを螺着することにより行えばよい。また、主筋３１をＣＦＴ柱２の鋼管に溶接したり、鋼管内に配設されたリブに固定したりしてもよい。

ＲＣ柱３の頭部に周設された補強部材３３は、必要に応じて設置すればよく、省略してもよい。

前記実施形態では、地上階層を支持する柱として、ＣＦＴ柱を採用する場合について説明したが、ＣＦＴ柱に代えて鋼管柱を採用してもよい。この場合、鋼管柱とＲＣ柱との切り替え部分（取付部）については、コンクリートを充填してＣＦＴ柱構造とする。

ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合（切り替え）を、地下１階（Ｂ１ＦＬ）と地下２階（Ｂ２ＦＬ）の境界付近で行ったが、ＣＦＴ柱が地上階から少なくとも地下階第１層まで配設されていれば、ＣＦＴ柱とＲＣ柱の切り替え位置は限定されるものではない。例えば、地下２階と地下３階の境界付近でＣＦＴ柱とＲＣ柱を接合してよい。

また、地上階の梁柱架構内において耐震壁や水平ブレース等の耐震補強要素を備えている場合であって、この耐震補強要素がその階における水平力を主に負担する建物であれば、ＣＦＴ柱とＲＣ柱の切り替え位置は必ずしも地下階層に配置されている必要はない。このようにすれば、接合部を地上階層に配置しても、接合部に作用する地震力等の水平力が小さくなり、接合構造の簡略化を図ることができる。

第一取付部材として、予めコンクリートが充填されたプレキャスト部材を採用したが、コンクリートは現場施工により打設してもよい。この場合において、第一取付部材内へのコンクリート打設を、本体部および第二取付部材へのコンクリート打設と同時に行ってもよいし、第一取付部材に先行して行ってもよい。

また、前記実施形態では、第二取付部材として、現場施工によりコンクリートを充填する場合について説明したが、予めコンクリートが充填されたプレキャスト部材を採用してもよい。また、第二取付部材へのコンクリート充填のタイミングは、必ずしも本体部と同時でなくてもよい。

また、前記実施形態では、第一取付部材と第二取付部材とが予め一体に形成されている場合について説明したが、第一取付部材と第二取付部材は分割されていてもよい。

前記実施形態では、一般部と取付部とを異なる部材により構成する場合について説明したが、取付部は必ずしも別部材により構成する必要はない。また、取付部は必要に応じて形成すればよい。
また、前記実施形態では、取付部の構成について、第一取付部材と第二取付部材との二つの部材により分割されている場合について説明したが、取付部の分割数は限定されるものではないし、取付部は必ずしも複数に分割されている必要もない。

また、前記実施形態では、ＣＦＴ柱として、矩形断面の場合について説明したが、ＣＦＴ柱の断面形状は限定されるものではない。同様に、ＲＣ柱の断面形状も限定されるものではない。

１建物
２ＣＦＴ柱（コンクリート充填鋼管柱）
３ＲＣ柱（鉄筋コンクリート柱）
１０一般部
１１鋼管
１２コンクリート硬化体
２０取付部
２１第一取付部材
２２第二取付部材
２３鋼管
２４コンクリート硬化体
２４ａ貫通孔
２６ベースプレート
２６ａ挿通孔
２７縦リブ
３１主筋

Claims

鋼管柱と、前記鋼管柱よりも下層に配設された鉄筋コンクリート柱とが鉛直方向に連続して配置される建物構造であって、
前記鋼管柱の下端には、前記鋼管柱の内壁面よりも内側に延伸させた枠状の鋼板が固定されていて、
前記鉄筋コンクリート柱の主筋が、前記鉄筋コンクリート柱の上端面から突出して前記鋼管柱の内部で定着されていることを特徴する、建物構造。
鋼管柱と、前記鋼管柱よりも下層に配設された鉄筋コンクリート柱とが鉛直方向に連続して配置される建物構造であって、
前記鋼管柱の下端には、前記鋼管柱の内壁面よりも内側に延伸させた枠状の鋼板が固定されていて、
前記鉄筋コンクリート柱の主筋が、前記鉄筋コンクリート柱の上端面から突出して前記鋼管柱の内部に挿入されているとともに、当該鋼管柱に固定されていることを特徴する、建物構造。
前記枠状の鋼板の外縁部分は、前記鋼管柱の外形形状よりも大きな外形形状を有するとともに、前記鋼管柱の内壁面と前記鋼板の上面との内角部には、複数の縦リブが接合されており、
前記鉄筋コンクリート柱の頭部の外周面に、筒状の補強部材が周設されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の建物構造。