JP5900885B2 - 柱接合構造 - Google Patents

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本発明は、鉄筋コンクリート造の第一柱と鉄骨造又はコンクリート充填鋼管造の第二柱とを接合する柱接合構造に関するものである。
従来、鉄筋コンクリート柱(RC柱)とコンクリート充填鋼管柱(CFT柱)とを接合する柱接合構造として、例えば下記特許文献1に示されているような、CFT柱からRC柱への切替えを層単位で行う技術が知られている。この従来技術では、CFT柱を備える下層部とRC柱を備える上層部との間に境界層が形成されている。この境界層の柱は上下の梁間に亘って延在する鋼管を備えており、この鋼管内にコンクリートが充填されていると共に上層部のRC柱から延在する柱主筋が挿入されている。また、境界層の柱のうちの柱頭部には、複数の柱主筋を囲う帯筋が配筋されており、また、境界層の柱のうちの柱頭部よりも下方の部分における鋼管の内周面にはスタッドが突設されている。
また、従来、RC柱にCFT柱を接合する技術として、CFT柱の鋼管の下端にベースプレートを設けておき、このベースプレートをRC柱のコンクリート部の上端面の上に載せてCFT柱を建てて、RC柱のコンクリート部内に定着したアンカーボルトを介して上記ベースプレートをコンクリート部に固定する技術が知られている。
特開2009−2006号公報
しかしながら、上記した前者の従来技術では、境界層の柱全体でCFT柱からRC柱への切替えを行っているので、使用鋼材量が多いという問題がある。
また、後者の従来技術では、RC柱のコンクリート部を打設する前にアンカーボルトを所定位置に配置したり、ベースプレートとアンカーボルトとをナットなどで締結したりする必要があり、現場作業が煩雑であるという問題が存在する。
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができる柱接合構造を提供することを目的としている。
本発明に係る柱接合構造は、鉄筋コンクリート造の第一柱と、少なくとも鋼管を備える鉄骨造又はコンクリート充填鋼管造の第二柱と、を接合する柱接合構造において、前記第一柱の複数の柱主筋が、前記第二柱の前記鋼管の内側に挿入されて該鋼管内に充填された充填コンクリート内に定着されており、前記鋼管の端部の内周面に、柱内側に突出していると共に前記鋼管の周方向に沿って延在するリブが設けられ、前記鋼管の端面の位置から前記柱主筋の端面の位置までは、構造切替え区間とされ、前記鋼管における前記構造切替え区間の内周面には、前記充填コンクリート内に定着した複数のスタッドが突設されていることを特徴としている。
このような特徴により、柱の構造を鉄筋コンクリート構造(第一柱)から鋼構造(第二柱)へ切り替える切替え区間、すなわち、鋼管の端面の位置から柱主筋の端面の位置までの区間が短くなるので、使用鋼材量が少なくなる。しかも、アンカーボルト等の部材が不要である。
なお、本発明における「鉄筋コンクリート造」とは、少なくとも鉄筋とコンクリートとからなる構造を意味しており、例えば、鉄骨と鉄筋とコンクリートとからなるSRC造も含むものとする。
また、鋼管の構造切替え区間の部分が補剛され、大きい圧縮軸力にも耐え得る構造となる。
また、本発明に係る柱接合構造は、前記構造切替え区間の長さは、前記柱主筋の鉄筋径に40を乗じた値であることが好ましい。
本発明に係る柱接合構造は、鉄筋コンクリート造の第一柱と、鉄骨造又はコンクリート充填鋼管造の第二柱と、を接合する柱接合構造において、柱軸方向に沿って延在する接合鋼管が備えられ、前記第二柱が、前記接合鋼管の内側に挿入されて該接合鋼管内に充填された充填コンクリート内に定着されており、前記第一柱の複数の柱主筋が、前記接合鋼管の内側に挿入されて前記充填コンクリート内に定着されていると共に、前記接合鋼管内において前記第二柱の周囲に配置されており、前記接合鋼管の上端の位置から前記接合鋼管の下端の位置までは、構造切替え区間とされ、前記接合鋼管の端部の内周面に、柱内側に突出していると共に前記接合鋼管の周方向に沿って延在するリブが設けられていることを特徴とする構成であってもよい。
また、本発明に係る柱接合構造では、前記第二柱は、鋼管を備えるコンクリート充填鋼管造であり、前記構造切替え区間の長さは、前記第二柱の前記鋼管の幅に2を乗じた値であってもよい。
これにより、先に述べた柱接合構造と同様に、柱の構造を鉄筋コンクリート構造(第一柱)から鋼構造(第二柱)へ切り替える切替え区間、すなわち、接合鋼管の一端から他端までの区間が短くなるので、使用鋼材量が少なくなる。しかも、アンカーボルト等の部材が不要である。さらに、大きい軸力及び大きい曲げモーメントにも耐え得る構造となる。
本発明に係る柱接合構造によれば、使用鋼材量を削減できると共に、現場作業を軽減することができる。
本発明の第一実施形態を説明するための柱接合構造の縦断面図である。 図1に示すA−A間を切断した断面図であり、鉄筋コンクリート造の第一柱の横断面を示している。 図1に示すB−B間を切断した断面図であり、構造切替え区間の横断面を示している。 本発明の第一実施形態の柱接合構造において、反曲点位置がCFT区間にある場合の曲げモーメント及びせん断力分布を示した図である。 本発明の第一実施形態の柱接合構造において、反曲点位置が構造切替え区間にある場合の曲げモーメント及びせん断力分布を示した図である。 本発明の第一実施形態の柱接合構造において、反曲点位置がRC区間にある場合の曲げモーメント及びせん断力分布を示した図である。 本発明の第一実施形態の柱接合構造の変形例を説明するための柱接合構造の縦断面図である。 図7に示すC−C間を切断した断面図であり、構造切替え区間の横断面を示している。 図7に示すD−D間を切断した断面図であり、鉄筋コンクリート造の第一柱の横断面を示している。 本発明の第二実施形態を説明するための柱接合構造の縦断面図である。 図10に示すE−E間を切断した断面図であり、鉄筋コンクリート造の第一柱の横断面を示している。 図10に示すF−F間を切断した断面図であり、構造切替え区間の横断面を示している。 本発明の第二実施形態の柱接合構造において、反曲点位置がCFT区間にある場合の曲げモーメント及びせん断力分布を示した図である。 本発明の第二実施形態の柱接合構造において、反曲点位置が構造切替え区間にある場合の曲げモーメント及びせん断力分布を示した図である。 本発明の第二実施形態の柱接合構造において、反曲点位置がRC区間にある場合の曲げモーメント及びせん断力分布を示した図である。 本発明の第二実施形態の柱接合構造の変形例を説明するためのプレキャスト柱接合部材の縦断面図である。
以下、本発明に係る柱接合構造の実施形態について、図面に基づいて説明する。
[第一実施形態]
まず、本発明に係る柱接合構造の第一実施形態について、図1から図6を参照しながら説明する。
図1に示すように、本実施形態の柱接合構造は、鉄筋コンクリート造の第一柱(RC柱1)の上にコンクリート充填鋼管造の第二柱(CFT柱2)を接合する柱接合構造である。この柱接合構造は、圧縮軸力が大きく、曲げモーメントが小さい場合に好適な構造である。
RC柱1は、図1、図2に示すように、コンクリート部10の内部に鉄筋11,12が埋設された公知の鉄筋コンクリート柱であり、横断面視の外形が四角形の柱である。鉄筋11,12は、柱軸方向に延在する複数の柱主筋11と、柱主筋11に直交する方向に延在する複数の帯筋12と、からなる。
CFT柱2は、図1に示すように、角筒状の鋼管20と、その内側に充填された充填コンクリート21と、からなる公知のコンクリート充填鋼管柱であり、横断面視の外形がRC柱1と同一形状、つまり四角形の柱である。
上記したCFT柱2の鋼管20の下部の内側にはRC柱1の複数の柱主筋11の上部(定着部分14)がそれぞれ挿入されており、それら複数の柱主筋11の上部は充填コンクリート21内に定着されている。柱主筋11の上端には、拡径された定着端13がそれぞれ設けられている。
なお、CFT柱2の鋼管20の下端の位置よりも下方の区間が、鉄筋コンクリート造のRC区間Xとなっており、上記した定着端13の上面(柱主筋11の上端面)の位置よりも上方の区間が、コンクリート充填鋼管造のCFT区間Yとなっており、柱主筋11の上端面の位置からCFT柱2の鋼管20の下端の位置までの区間が、柱の構造を鉄筋コンクリート造からコンクリート充填鋼管造へ切り替える構造切替え区間Zとなっている。この構造切替え区間Zの長さ(柱軸方向の寸法)は、柱主筋11の鉄筋径φに40を乗じた値(40φ)である。
構造切替え区間Zにおいて、柱主筋11の定着部分14の上部(定着端13の下に位置する部分)、及び柱主筋11の定着部分14の下部には、複数の柱主筋11を囲うように帯筋15,16がそれぞれ配筋されている。
また、図1、図3に示すように、構造切替え区間ZにおけるCFT柱2の鋼管20の内周面には、充填コンクリート21内に定着した複数のスタッド22が突設されている。これら複数のスタッド22は、柱軸方向に間隔をあけて並列されていると共に、角筒状の鋼管20の各面において柱幅方向に間隔をあけて並列されている。
また、図1に示すように、CFT柱2の鋼管20の下端部の内周面には、柱内側に突出したリブ23が設けられている。このリブ23は、鋼管20の周方向に沿って延在する凸条部であり、縦断面視において略等脚台形状に形成されている。つまり、リブ23の上面は、柱内側に向かって下向きに傾斜しており、リブ23の下面は、柱外側に向かって下向きに傾斜している。また、リブ23は、鋼管20の内周面の全周に亘って延設されており、平面視環状(角環状)に形成されている。なお、鋼管20の下端面は、リブ23の下面と面一に形成されており、柱外側に向かって下向きに傾斜している。
上記した構成からなる柱接合構造では、反曲点位置がCFT区間Y内にある場合、図4に示すような曲げモーメント及びせん断力分布となる。また、反曲点位置が構造切替え区間Z内にある場合、図5に示すような曲げモーメント及びせん断力分布となる。また、反曲点位置がRC区間X内にある場合、図6に示すような曲げモーメント及びせん断力分布となる。
上述した柱接合構造によれば、構造切替え区間Zが短くなるので、使用鋼材量を削減することができ、コストダウンを図ることができる。しかも、アンカーボルト等の部材が不要であるので、現場作業を軽減することができる。
また、上述した上述した柱接合構造では、構造切替え区間Zの鋼管20の内周面にスタッド22が突設されているので、鋼管20の構造切替え区間Zの部分が補剛され、大きい圧縮軸力にも耐え得る構造となる。これにより、当該柱接合構造の適用範囲が広がり、より多くの構造物に対して適用することができる。
ここで、本実施形態の柱接合構造の変形例について図7から図9を参照しながら説明する。なお、上記した第一実施形態の柱接合構造と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
この変形例における柱接合構造では、図7に示すように、複数の柱主筋11´の各々が、定着部分14´の軸位置を平行にずらすように、定着部分14´の下部で鉄筋材を略S字状に曲げて柱内側に向けて絞られている。すなわち、定着部分14´の下端部にS字ベンド部17が形成されており、図8に示すように横断面視において、複数の柱主筋11´の各定着部分14´は、RC区間Xの柱主筋11´(図9に示す)よりも柱内側の位置にそれぞれ配設されている。また、この変形例における柱接合構造では、図9に示すように、RC区間Xにおいて帯筋12と合わせて副帯筋18,19が配筋されている。
上述した変形例における柱接合構造でも、第一実施形態における柱接合構造と同様の作用及び効果を奏する。
[第二実施形態]
次に、本発明に係る柱接合構造の第二実施形態について、図10から図15を参照しながら説明する。なお、上記した第一実施形態及びその変形例の柱接合構造と同様の構成については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
図10に示すように、本実施形態の柱接合構造は、CFT柱2の下部を包含する接合鋼管3を介してRC柱1の上にCFT柱2を接合する柱接合構造である。この柱接合構造は、軸力(引張・圧縮)及び曲げモーメントが大きい場合に好適な構造である。
RC柱1は、図10、図11に示すように、所定の位置に配筋された複数の柱主筋11、帯筋12及び副帯筋18,19がコンクリート部10内に埋設された構成からなる。
CFT柱102は、図10、図12に示すように、角筒状の鋼管120と、その内側に充填された充填コンクリート121と、鋼管120の下端に接合された平面視四角形のベースプレート122と、を備えている。上記した鋼管120の横断面視の外形は、RC柱1の横断面視の外形よりも小さい。また、ベースプレート122の平面視の外形は、鋼管120の横断面視の外形よりも大きく、且つ、RC柱1の横断面視の外形よりも小さい。また、ベースプレート122の中央部分には、平面視円形の開口122aが形成されている。この開口122aにより、CFT柱102の充填コンクリート121と後述する接合鋼管3内の充填コンクリート31とが分離せずに一体に形成されている。
接合鋼管3は、柱軸方向に沿って延在する角筒状の鋼管であり、RC柱1のコンクリート部10の上方に配設されている。この接合鋼管3の横断面視の外形はRC柱1の横断面視の外形と同一形状であり、接合鋼管3の外周面はRC柱1の外周面と面一に形成されている。また、接合鋼管3の内側には、充填コンクリート31が充填されている。この充填コンクリート31は、接合鋼管3の下端から上端までの範囲に亘って充填されている。
上記した接合鋼管3の内側には、CFT柱102の下部(定着部123)が接合鋼管3の上端開口部から挿入されており、そのCFT柱102の下部は、接合鋼管3内の充填コンクリート31内に定着されている。このCFT柱102の定着部123は、接合鋼管3の柱軸方向の中間位置まで延在しており、充填コンクリート31に対する十分な根入れ長さが確保されている。
また、上記した接合鋼管3の内側には、RC柱1の複数の柱主筋11の上部(定着部分14)が接合鋼管3の下端開口部からそれぞれ挿入されており、それら複数の柱主筋11の上部は、接合鋼管3内の充填コンクリート31内に定着されている。また、複数の柱主筋11の定着部分14は、接合鋼管3の上端の手前まで延在しており、柱主筋11の上端面と充填コンクリート31の上端面との間には所定の被り厚さがある。また、複数の柱主筋11の上部は、接合鋼管3内においてCFT柱102の柱脚部123の周囲に配設されている。すなわち、複数の柱主筋11(定着部分14)は、接合鋼管3において、接合鋼管3の内周面に沿って平面視四角形状に並べられており、これら複数の柱主筋11の定着部分14の内側に上記したCFT柱102の柱脚部123が配置されている。
なお、接合鋼管3の下端の位置よりも下方の区間が、鉄筋コンクリート造のRC区間X´となっており、上記したベースプレート122の下面(CFT柱102の下端面)の位置よりも上方の区間が、コンクリート充填鋼管造のCFT区間Y´となっており、接合鋼管3の上端の位置から接合鋼管3の下端の位置までの区間が、柱の構造を鉄筋コンクリート造からコンクリート充填鋼管造へ切り替える構造切替え区間Z´となっている。この構造切替え区間Z´の長さ(柱軸方向の寸法)は、CFT柱102の鋼管120の幅Dに2を乗じた値(2D)である。
また、図10に示すように、接合鋼管3の下端部の内周面には、柱内側に突出したリブ33が設けられている。このリブ33は、接合鋼管3の周方向に沿って延在する凸条部であり、縦断面視において略等脚台形状に形成されている。つまり、リブ33の上面は、柱内側に向かって下向きに傾斜しており、リブ33の下面は、柱外側に向かって下向きに傾斜している。また、リブ33は、接合鋼管3の内周面の全周に亘って延設されており、平面視環状(角環状)に形成されている。なお、接合鋼管3の下端面は、リブ33の下面と面一に形成されており、柱外側に向かって下向きに傾斜している。
また、接合鋼管3の上端部の内周面にも、柱内側に突出したリブ32が設けられている。このリブ32は、接合鋼管3の周方向に沿って延在する凸条部であり、縦断面視において略直角台形状に形成されている。つまり、リブ32の上面は、水平に形成されて充填コンクリート31の上端面と面一に形成されており、リブ32の下面は、柱外側に向かって下向きに傾斜している。また、リブ32は、接合鋼管3の内周面の全周に亘って延設されており、平面視環状(角環状)に形成されている。
上記した構成からなる柱接合構造では、反曲点位置がCFT区間Y´内にある場合、図13に示すような曲げモーメント及びせん断力分布となる。また、反曲点位置が構造切替え区間Z´内にある場合、図14に示すような曲げモーメント及びせん断力分布となる。また、反曲点位置がRC区間X´内にある場合、図15に示すような曲げモーメント及びせん断力分布となる。
上述した柱接合構造によれば、構造切替え区間Z´が短くなるので、使用鋼材量を削減することができ、コストダウンを図ることができる。しかも、アンカーボルト等の部材が不要であるので、現場作業を軽減することができる。また、大きい軸力および大きい曲げモーメントにも耐え得る構造となるので、当該柱接合構造の適用範囲が広がり、より多くの構造物に対して適用することができる。
また、上述した柱接合構造では、図16に示すようなプレキャスト柱接合部材100を作製することにより、RC柱1をプレキャスト化することが可能である。詳しく説明すると、図16に示すプレキャスト柱接合部材100には、接合鋼管3と、図10に示すRC柱1の上側部分(RC柱上部1A)と、図10に示す充填コンクリート31の下側部分(下側充填コンクリート31A)と、を備えている。
上記したRC柱上部1Aには、図1に示すRC柱1のコンクリート部10の上部を構成するコンクリート体10Aと、図1に示す柱主筋11の上部を構成する柱主筋材11Aと、複数の帯筋12,15,16及び副帯筋18と、が備えられている。上記した柱主筋材11Aは定着部分14を含んでいる。また、上記した下側充填コンクリート31Aは、図10に示す充填コンクリート31のうちのCFT柱102のベースプレート122の下面よりも下方の部分である。
このプレキャスト柱接合部材100では、接合鋼管3の上部が中空となっており、柱主筋材11Aの上部(定着部分14)が下側充填コンクリート31Aの上面から上方に向けて突出して露出されている。また、プレキャスト柱接合部材100には、複数の継手部材101が備えられている。これらの継手部材101は、柱主筋材11Aの下端部と、当該プレキャスト柱接合部材100の直下に配設される図示せぬプレキャスト柱部材の柱主筋材の上端部と、を接合するための筒状の部材であり、コンクリート体10Aの下端部に埋設されている。この継手部材101の上部には、柱主筋材11Aの下端部が挿嵌されており、継手部材101の下端はコンクリート体10Aの下端面において開口している。
また、本実施形態の施工方法としては、まず、上記したプレキャスト柱接合部材100を図示せぬ下側のプレキャスト柱部材の上に設置する。次に、CFT柱102の下部を接合鋼管3内に接合鋼管3の上端開口部から挿入させると共にCFT柱102のベースプレート122を下側充填コンクリート31Aの上面に載置させることで、CFT柱102を設置する。次に、接合鋼管3の上端開口部から接合鋼管3内にコンクリートを打設し、接合鋼管3の上端(上側のリブ32の上縁)までコンクリートを充填する。これにより、下側充填コンクリート31Aの上に上側充填コンクリート31Bが形成され、その上側充填コンクリート31B内にCFT柱102の下部が定着される。
以上、本発明に係る柱接合構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施形態では、第二柱としてコンクリート充填鋼管造のCFT柱2,102が設けられているが、本発明は、上記したCFT柱を鉄骨造のS柱に変更することが可能である。ただし、上記した第二実施形態の場合はH形鋼などの如何なるS柱であってもよいが、上記した第一実施形態の場合は鋼管からなるS柱(鋼管柱)である。また、上記した実施形態では、第一柱として一般的な鉄筋コンクリート造のRC柱1が設けられているが、本発明における第一柱は、鉄筋とコンクリートとを有する構造であればよく、例えば鉄骨鉄筋コンクリート造(SRC造)の柱であってもよい。
また、上記した実施形態では、鉄筋コンクリート造の第一柱(RC柱1)の上にコンクリート充填鋼管造の第二柱(CFT柱2,102)が接合されているが、本発明は、鉄骨造若しくはコンクリート充填鋼管造の第二柱の上に鉄筋コンクリート造の第一柱が接合された構成であってもよい。
また、上記した実施形態では、リブ23が鋼管20や接合鋼管3の内周面の全周に亘って延設されているが、本発明は、全周に亘って形成された環状のリブに限定されるものではなく、鋼管20や接合鋼管3の周方向の一部分が欠けているリブであってもよく、或いは、鋼管20や接合鋼管3の周方向に間欠的に配設されたリブであってもよい。
また、上記した実施形態では、角柱状の第一柱(RC柱1)と角柱状の第二柱(CFT柱2,102)とを接合しているが、本発明は、第一、第二柱の横断面形状は適宜変更可能であり、例えば円柱状の第一柱と円柱状の第二柱とを接合する柱接合構造であってもよい。さらに、本発明では、横断面視形状が異なる第一、第二柱を接合することも可能であり、例えば角柱状の第一柱と円柱状の第二柱とを接合する柱接合構造であってもよい。
また、上記した第一実施形態では、鋼管20の内周面に複数のスタッド22が突設されているが、本発明は、鋼管20が所望の剛性を有する場合には複数のスタッド22を省略した構成にすることも可能である。
さらに、本発明は、地上における柱接合構造に限定されず、地下の柱接合構造に適用することも可能であり、さらに、杭と柱とを直接接合する杭柱接合構造にも適用することが可能である。
その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。
1 RC柱(第一柱)
2、102 CFT柱(第二柱)
3 接合鋼管
11,11´ 柱主筋
20 鋼管
21,31 充填コンクリート
22 スタッド
23,32,33 リブ
Z,Z´ 構造切替え区間

Claims (4)

  1. 鉄筋コンクリート造の第一柱と、少なくとも鋼管を備える鉄骨造又はコンクリート充填鋼管造の第二柱と、を接合する柱接合構造において、
    前記第一柱の複数の柱主筋が、前記第二柱の前記鋼管の内側に挿入されて該鋼管内に充填された充填コンクリート内に定着されており、
    前記鋼管の端部の内周面に、柱内側に突出していると共に前記鋼管の周方向に沿って延在するリブが設けられ
    前記鋼管の端面の位置から前記柱主筋の端面の位置までは、構造切替え区間とされ、
    前記鋼管における前記構造切替え区間の内周面には、前記充填コンクリート内に定着した複数のスタッドが突設されていることを特徴とする柱接合構造。
  2. 請求項1に記載の柱接合構造において、
    前記構造切替え区間の長さは、前記柱主筋の鉄筋径に40を乗じた値であることを特徴とする柱接合構造。
  3. 鉄筋コンクリート造の第一柱と、鉄骨造又はコンクリート充填鋼管造の第二柱と、を接合する柱接合構造において、
    柱軸方向に沿って延在する接合鋼管が備えられ、
    前記第二柱が、前記接合鋼管の内側に挿入されて該接合鋼管内に充填された充填コンクリート内に定着されており、
    前記第一柱の複数の柱主筋が、前記接合鋼管の内側に挿入されて前記充填コンクリート内に定着されていると共に、前記接合鋼管内において前記第二柱の周囲に配置されており、
    前記接合鋼管の上端の位置から前記接合鋼管の下端の位置までは、構造切替え区間とされ、
    前記接合鋼管の端部の内周面に、柱内側に突出していると共に前記接合鋼管の周方向に沿って延在するリブが設けられていることを特徴とする柱接合構造。
  4. 請求項3に記載の柱接合構造において、
    前記第二柱は、鋼管を備えるコンクリート充填鋼管造であり、
    前記構造切替え区間の長さは、前記第二柱の前記鋼管の幅に2を乗じた値であることを特徴とする柱接合構造。
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