JP6086452B2

JP6086452B2 - 複合構造

Info

Publication number: JP6086452B2
Application number: JP2014523763A
Authority: JP
Inventors: 照久田中; 純一堺
Original assignee: Fukuoka University
Current assignee: Fukuoka University
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2017-03-01
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: CN104428472A; US20150191904A1; JPWO2014007284A1; WO2014007284A1

Description

本発明は、建築構造物や土木構造物などを構築する際に鋼部材とコンクリート系部材とを一体的に接合して形成される複合構造に関する。

鋼部材とコンクリート系部材とを一体的に接合して形成される複合構造は、従来、建築構造物や土木構造物などの分野において広く使用されているが、本発明に関連するものとして、例えば、図１５，図１６に示すようにスタッド１８１を用いた複合構造１８０あるいは図１７，図１８に示すように孔あき鋼板ジベル１９１を用いた複合構造１９０などがある。

図１５，図１６に示す複合構造１８０においては、鋼部材である鉄骨梁１８２の上面に複数のスタッド１８１が所定間隔ごとに起立状に溶接され、これらのスタッド１８１を埋設した状態で鉄骨梁１８２の上面に層状のコンクリート系部材１８３が形成されている。

図１７，図１８に示す複合構造１９０においては、複数の貫通孔１９１が所定間隔ごとに開設された帯板状の孔あき鋼板ジベル１９１が鋼部材である鉄骨梁１９２の上面にリブ状に溶接され、この孔あき鋼板ジベル１９１を埋設した状態で鉄骨梁１９２の上面に層状のコンクリート系部材１９３が形成されている。

一方、打ち込み型枠とコンクリートとの密着性を高めるために、打ち込み型枠の素材である基板にバーリング加工によって貫通孔を開設することにより、当該貫通孔の周囲に不規則な複数の小突起を突出させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１０−１０２５０３号公報

図１５，図１６に示す複合構造１８０を構成するスタッド１８１は、ずれ変形を伴いながら最大せん断力を発揮するので、建築・土木構造物の分野においては好適に用いられている。しかしながら、複合構造１８０において高いせん断耐力及び初期剛性を得るためには、鉄骨梁１８２の上面に多数のスタッド１８１を接合しなければならないので、スタッド１８１を配置するために広い設置スペースを必要とする。このため、高い初期剛性を必要とする複合構造において応力が集中する接合部には不向きである。

これに対し、図１７，図１８に示す複合構造１９０においては、孔あき鋼板ジベル１９１の貫通孔１９１ａに充填されるコンクリートのせん断抵抗によって孔あき鋼板ジベル１９１とコンクリート系部材１９３とのずれが防止あるいは抑制されるので、図１５，図１６に示すスタッド１８１に比べて剛性が高く、疲労特性に優れ、施工性も良いなどの長所を備えている。しかしながら、本発明の技術分野においては、せん断耐力の更なる向上に対する要請が高く、図１７，図１８に示す複合構造１９０であっても、その要請に対応できないことがあるのが実状である。

一方、特許文献１記載の打ち込み型枠においては、当該打ち込み型枠とコンクリートとの密着性を高める手段として、バーリング加工によって複数の小突起付きの貫通孔が設けられているが、これらの小突起は貫通孔の周囲に沿って凹凸形状をなしているため、せん断耐力を向上させる機能の有無については不明である。

本発明が解決しようとする課題は、鉄骨系部材とコンクリート系部材との接合部分におけるずれ止め機能、せん断耐力及び剛性を大幅に向上させることが可能であって、施工性にも優れた複合構造を提供することにある。

本発明に係る第１の複合構造は、鋼部材の端部とコンクリート系部材とを接合するための前記鋼部材の接合部の複合構造において、
前記鋼部材の接合部は貫通孔が設けられた板状のせん断抵抗材を備え、
前記せん断抵抗材は前記鋼部材の基材の表面に前記基材の長手方向に沿って衝立状に接合され、
前記貫通孔は、その内周縁から前記せん断抵抗材の少なくとも片方の面より外側に突出する突縁部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る第２の複合構造は、板状の鋼部材とコンクリート系部材とを接合して形成される複合構造において、
互いに対向状態に配置された前記鋼部材である２枚の板状のせん断抵抗材と、前記せん断抵抗材の間に形成された前記コンクリート系部材と、を備え、
前記せん断抵抗材に、貫通孔と、前記貫通孔の内周縁から前記コンクリート系部材中に突出する突縁部と、を設け、
前記２枚のせん断抵抗材と前記コンクリート系部材とを接合した際に、前記貫通孔内に存在する前記コンクリート系部材の表面が、前記せん断抵抗材と前記コンクリート系部材との接触面より前記せん断抵抗材側に位置していることを特徴とする。

さらに、本発明に係る第３の複合構造は、筒状の柱部材と、前記柱部材の少なくとも一部を埋設した状態で前記柱部材の周囲に形成されたコンクリート系部材と、を備えた複合構造において、前記柱部材の前記コンクリート系部材中に埋設された部分に、貫通孔と、前記貫通孔の内周縁から前記コンクリート系部材中若しくは前記柱部材の軸心に向かって突出する突縁部の少なくとも一方を設けたことを特徴とする。

ここで、前記第３の複合構造において、前記柱部材の前記コンクリート系部材から露出した部分に、貫通孔と、前記貫通孔の内周縁から前記柱部材の軸心に向かって突出する突縁部を設け、前記柱部材の内部にコンクリート系部材を充填した構造とすることができる。

また、前記突縁部は、前記貫通孔の内周縁に沿って連続した短円筒形状であることが望ましい。

また、前記せん断抵抗材に複数の前記貫通孔を設けることができる。

この場合、隣り合う前記貫通孔における前記突縁部の突出方向が互いに異なるようにすることができる。

一方、前記第１の複合構造において、前記基材の表面に複数の前記せん断抵抗材を接合した構造とすることもできる。

本発明により、鉄骨系部材とコンクリート系部材との接合部分におけるずれ止め機能、せん断耐力及び剛性を大幅に向上させることが可能であって、施工性にも優れた複合構造を提供することができる。

本発明の第１実施形態である複合構造を示す一部切欠斜視図である。図１中の矢線Ａ方向から見た図である。図２中のＢ−Ｂ線における断面図である。図２中のＣ−Ｃ線における一部省略断面図である。本発明の第２実施形態である複合構造を示す一部省略断面図である。本発明の第３実施形態である複合構造を示す一部省略断面図である。本発明の第４実施形態である複合構造を示す一部省略断面図である。本発明の第５実施形態である複合構造を示す一部省略断面図である。本発明の第６実施形態である複合構造を示す一部省略断面図である。本発明の第７実施形態である複合構造を示す一部省略正面図である。図１０中のＤ−Ｄ線における一部省略断面図である。本発明の第８実施形態である複合構造を示す一部切欠正面図である。図１２中のＥ−Ｅ線における一部省略断面図である。図１２中のＦ−Ｆ線における一部省略断面図である。従来の複合構造を示す垂直断面図である。図１５中のＸ−Ｘ線における断面図である。従来の複合構造を示す垂直断面図である。図１７中のＹ−Ｙ線における断面図である。

以下、図１〜図１４に基づいて本発明の第１〜第８実施形態である複合構造１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０について説明する。

図１〜図４に示す複合構造１０においては、平板状の基材１の表面１ａに隅肉溶接２によって衝立状に接合された平板状のせん断抵抗材３と、せん断抵抗材３を埋設した状態で基材１の表面１ａ上に形成されたコンクリート系部材４と、を備えている。せん断抵抗材３には、複数の貫通孔５が開設され、これらの貫通孔５の内周縁から当該せん断抵抗材３の片方の面３ａより外側へ突出する突縁部６が設けられている。複数の貫通孔５は円形であり、突縁部６は、貫通孔５の内周縁に沿って連続した短円筒形状をなしている。基材１及びせん断抵抗材２はいずれも鋼板で形成されているが、これに限定するものではない。

図４は、図２中のＣ−Ｃ線における一部省略断面図であり、複合構造１０を構成するコンクリート系部材４及び隅肉溶接２を省略した状態で示している。図４に示すように、せん断抵抗材２の長手方向に沿って４つの貫通孔５が一定間隔ごとに開設されている。また、各貫通孔５の突縁部６は、いずれもせん断抵抗材３の片方の面３ａから外側へ突出している。なお、貫通孔５の内径、個数あるいは開設間隔などは限定しない。

図１に示すように、複合構造１０においては、貫通孔５に充填された状態となっているコンクリート系部材４のせん断抵抗によってせん断抵抗材３とコンクリート系部材４とのずれが防止される。また、貫通孔５に設けられた突縁部６とその近傍のコンクリート系部材４もせん断抵抗力及びずれ防止機能を発揮するので、剛性が高く、せん断耐力を大幅に向上させることができる。また、基材１の表面１ａにせん断抵抗材３を接合するための隅肉溶接２は、予め工場などで行った後、施工現場に搬入することができるので、施工現場での溶接作業を回避することができ、施工性も良好である。

また、貫通孔５に突縁部６を設けたことにより、せん断抵抗材３自体の剛性が高まり、変形し難くなるので、運搬したり保管したりする際の取り扱い性が良くなり、施工性の向上に有効であり、複合構造１０の強度向上に寄与することができる。また、せん断抵抗材３の剛性が向上することにより、隅肉溶接２を行うときの熱影響による変形を防止することができる。

なお、せん断抵抗材３に開設された貫通孔５は、せん断抵抗材３が接合された鋼材をクレーンで吊り上げる際に、ワイヤーロープやシャックルなどの挿通孔として利用することもできる。また、せん断抵抗材３の貫通孔５には鉄筋を挿通させることもできるので、建築・土木構造物の施工現場において鉄筋の配筋作業を行う際のスペーサとして活用することもできる。

貫通孔５の突縁部６を形成する際の加工方法は特に限定しないが、本実施形態においてはバーリング加工によって形成している。バーリング加工は、せん断抵抗材３の材料である鋼板に開設された下孔の内周縁をパンチとダイを用いて当該鋼板の板厚方向に立ち上げる加工技術である。なお、複合構造１０においては、せん断抵抗材３を接合する基材１は平板形状であるが、これに限定しないので、せん断抵抗材３が接合可能な材料であれば、例えば、Ｉ形鋼、Ｈ形鋼、Ｔ形鋼、山形鋼、溝形鋼あるいは鋼管などの各種鋼材を使用することもできる。

前述したように、せん断抵抗材３の貫通孔５には鉄筋（図示せず）を挿通させることができるので、それぞれの貫通孔５に対して１本若しくは複数本の割合で鉄筋（図示せず）を挿通させ、せん断抵抗材３及び鉄筋（図示せず）を埋設した状態で基材１の表面１ａ上にコンクリート系部材４を形成した構造とすることもできる。このような構造とすれば、水平せん断力（基材１の表面１ａと平行方向のせん断力）を前記鉄筋に分担させることができるので変形能力が向上し、コンクリート系部材４の浮き上がりに対する抵抗力も向上するなどの優れた効果を得ることができる。

次に、図５〜図９に基づいて、第２〜第６実施形態である複合構造２０，３０，４０，５０，６０について説明する。なお、図５〜図９はいずれも前述した図４と同様の一部省略断面図であり、図１に示すコンクリート系部材４及び隅肉溶接２に相当する部分を省略して示している。また、図５〜図９に示す複合構造２０，３０，４０，５０，６０において、図１に示す複合構造１０の構成部分と同じ形状、機能を有する部分は図１中の符号と同じ符号を付して説明を省略する。

図５に示す複合構造２０においては、平板状の基材２１の表面２１ａに隅肉溶接（図示せず）によって衝立状に接合された２枚のせん断抵抗材３と、せん断抵抗材３を埋設した状態で基材２１の表面２１ａ上に形成されたコンクリート系部材（図示せず）と、を備えている。２枚のせん断抵抗材３は、貫通孔５の突縁部６が突出していない他方の面３ｂ同士を対向させた状態で、互いに平行をなすように配置されている。

複合構造２０においては、２枚のせん断抵抗材３がそれぞれせん断抵抗力及びずれ防止機能を発揮するので、複合構造１０よりも剛性が高く、せん断耐力をさらに向上させることができる。

次に、図６に示す複合構造３０においては、平板状の基材３１の表面３１ａに隅肉溶接（図示せず）によって衝立状に接合された２枚のせん断抵抗材３と、せん断抵抗材３を埋設した状態で基材３１の表面３１ａ上に形成されたコンクリート系部材（図示せず）と、を備えている。２枚のせん断抵抗材３は、貫通孔５の突縁部６が突出している片方の面３ａ同士を対向させた状態で、互いに平行をなすように配置されている。複合構造３０においては、２枚のせん断抵抗材３がそれぞれせん断抵抗力及びずれ防止機能を発揮するので、複合構造１０よりも剛性が高く、せん断耐力をさらに向上させることができる。

次に、図７に示す複合構造４０においては、平板状の基材４１の表面４１ａに隅肉溶接（図示せず）によって衝立状に接合されたせん断抵抗材４３と、せん断抵抗材４３を埋設した状態で基材４１の表面４１ａ上に形成されたコンクリート系部材（図示せず）と、を備えている。せん断抵抗材４３には、その長手方向に沿って複数の貫通孔５が一定間隔ごとに開設され、隣り合う貫通孔５における突縁部６の突出方向が互いに１８０度異なるように構成されている。即ち、隣り合う貫通孔５において、一方の貫通孔５の突縁部６はせん断抵抗材４３の正面４３ａから突出し、他方の貫通孔５の突縁部６はせん断抵抗材４３の背面４３ｂから突出している。

このような構成とすれば、せん断抵抗材４３とコンクリート系部材（図示せず）とによって発揮されるせん断抵抗力が、せん断抵抗材４３の正面４３ａ及び背面４３ｂにおいて均等化されるので、複合構造４０の強度向上に有効である。

次に、図８に示す複合構造５０においては、平板状の基材５１の表面５１ａに隅肉溶接（図示せず）によって衝立状に接合された２枚のせん断抵抗材４３と、せん断抵抗材４３を埋設した状態で基材５１の表面５１ａ上に形成されたコンクリート系部材（図示せず）と、を備えている。

複合構造５０においては、基材５１の表面５１ａに２枚のせん断抵抗材４３が互いに平行をなすように接合されているため、これらのせん断抵抗材４３とコンクリート系部材（図示せず）とによって発揮されるせん断抵抗力が大きく、図７に示す複合構造４０の場合よりもせん断耐力を向上させることができる。

次に、図９に示す複合構造６０においては、平板状の基材６１の表面６１ａに隅肉溶接（図示せず）によって衝立状に接合されたせん断抵抗材６３と、せん断抵抗材６３を埋設した状態で基材６１の表面６１ａ上に形成されたコンクリート系部材（図示せず）と、を備えている。せん断抵抗材６３には、その長手方向に沿って複数の貫通孔６５が一定間隔ごとに開設され、各貫通孔６５には、その内周縁から当該せん断抵抗材６３の正面６３ａ及び背面６３ｂより外側へそれぞれ突出する突縁部６６が設けられている。

複合構造６０においては、貫通孔６５の突縁部６６がせん断抵抗材６３の両面（正面６３ａ，背面６３ｂ）に設けられたことにより、せん断抵抗材６３には表裏の違いが存在しなくなるので、せん断抵抗材６３とコンクリート系部材（図示せず）とによって発揮されるせん断抵抗力が、せん断抵抗材６３の正面４３ａ及び背面４３ｂにおいて均等化され、複合構造６０の強度向上に有効である。

また、図５〜図９に示す複合構造２０，３０，４０，５０，６０においては、せん断抵抗材３，４３，６３の貫通孔５，６５に対して１本若しくは複数本の割合で鉄筋（図示せず）を挿通させ、せん断抵抗材３，４３，６３及び鉄筋（図示せず）を埋設した状態でそれぞれの基材２１，３１，４１，５１，６１の表面２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａ上にコンクリート系部材（図示せず）を形成した構造とすることもできる。このような構造とすれば、前述と同様、変形能力が向上し、コンクリート系部材の浮き上がりに対する抵抗力も向上するなどの効果を得ることができる。

次に、図１０，図１１に示す複合構造７０においては、互いに対向状態に配置された２枚の平板状のせん断抵抗材７３と、せん断抵抗材７３の間に形成されたコンクリート系部材７４と、を備え、せん断抵抗材７３には、複数の貫通孔７５が開設され、それぞれの貫通孔７５の内周縁からコンクリート系部材７４中に突出する突縁部７６が設けられている。貫通孔５の突縁部７６はせん断抵抗材７３の片方の面７３ａ（コンクリート系部材７４との接触面）より突出している。複数の貫通孔７５は円形であり、突縁部７６は、貫通孔７５の内周縁に沿って連続した短円筒形状をなしている。せん断抵抗材７３はいずれも平板状の鋼板で形成されているが、これに限定するものではないので、波形板材、折板材などを使用することもできる。

複合構造７０においては、貫通孔７５及び突縁部７６を設けたことにより、２枚の鋼板製のせん断抵抗材７３とコンクリート系部材７４との接合部分において強力なずれ止め機能が得られるので、せん断耐力及び剛性を大幅に向上させることが可能であり、施工性も良好である。複合構造７０の用途は限定しないので、様々な鉄筋コンクリート構造体に施工可能であるが、例えば、鉄筋コンクリート建築物（図示せず）の壁体構造等に好適である。

次に、図１２〜図１４に示す複合構造８０においては、四角筒状の柱部材８１と、柱部材８１の下端部８１ａ寄りの部分を埋設した状態で柱部材８１の周囲に形成されたコンクリート系部材８４ａと、を備え、柱部材８１のコンクリート系部材８４ａ中に埋設された部分（下端部８１ａ寄りの部分）に、複数の貫通孔８５ａが開設され、それぞれの貫通孔８５ａの内周縁からコンクリート系部材８４ａ中に向かって突出する突縁部８６ａが設けられている。

図１２，図１３に示すように、複数の貫通孔８５ａは、四角筒状の柱部材８１の周壁の４つの平面部８１ｐにそれぞれ上下２個ずつ、合計８個開設されているが、貫通孔８５ａの個数や配列状態などはこれに限定されない。貫通孔８５ａの突縁部８６ａは平面部８１ｐより外側に突出している。

図１２，図１４に示すように、柱部材８１のコンクリート系部材８４ａから露出した部分（柱部材８１の上端部８１ｂ寄りの部分）に、複数の貫通孔８５ｂが開設され、それぞれの貫通孔８５ｂの内周縁から柱部材８１の軸心８１ｃに向かって突出する突縁部８６ｂが設けられ、柱部材８１の内部にコンクリート系部材８４ｂが充填されている。コンクリート系部材８４ａ，８４ｂは貫通孔８５ａを通じて一体的に連続している。

図１２，図１４に示すように、複数の貫通孔８５ｂは、四角筒状の柱部材８１の周壁の４つの平面部８１ｐにそれぞれ上下２個ずつ、合計８個開設されているが、貫通孔８５ｂの個数や配列状態などはこれに限定されない。貫通孔８５ｂの突縁部８６ｂは平面部８１ｐより内側に突出している。

複合構造８０においては、貫通孔８５ａ，８５ｂ及び突縁部８６ａ，８６ｂを設けたことにより、せん断抵抗材である柱部材８１とコンクリート系部材８４ａ，８４ｂとの接合部分において強力なずれ止め機能が得られるので、せん断耐力及び剛性を大幅に向上させることが可能であり、施工性も良好である。複合構造８０の用途は限定しないので、様々な鉄筋コンクリート構造体に施工可能であるが、例えば、鉄筋コンクリート建築物（図示せず）の柱体構造などに好適である。

また、図１２に示すように、柱部材８１のコンクリート系部材８４ａ中に埋設された部分の貫通孔８５ａに鉄筋材８５を貫通させ、コンクリート系部材８４ａと一体化させた構造とすることにより、強度及び変形性能のさらなる向上を図ることもできる。なお、複合構造８０における柱部材８１は四角筒形状であるが、これに限定しないので、その他の形状、例えば、多角筒形状、円筒形状、楕円筒形状あるいは長円筒形状などとすることもできる。

なお、前述した複合構造１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０は本発明の複合構造を例示するものであり、本発明の複合構造はこれらの実施形態に限定されない。

本発明の複合構造は、建築産業や土木建設産業などの分野において広く利用することができる。

１，２１，３１，４１，５１，６１基材
１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａ表面
２隅肉溶接
３，４３，６３，７３せん断抵抗材
３ａ，３ｂ，７３ａ面
４，７４，８４ａ，８４ｂコンクリート系部材
５，６５，７５，８５ａ，８５ｂ貫通孔
６，６６，７６，８６ａ，８６ｂ突縁部
１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０複合構造
４３ａ正面
４３ｂ背面
８１柱部材
８１ａ下端部
８１ｂ上端部
８１ｃ軸心
８１ｐ平面部
８８鉄筋材

Claims

鋼部材の端部とコンクリート系部材とを接合するための前記鋼部材の接合部の複合構造において、
前記鋼部材の接合部は貫通孔が設けられた板状のせん断抵抗材を備え、
前記せん断抵抗材は前記鋼部材の基材の表面に前記基材の長手方向に沿って衝立状に接合され、
前記貫通孔は、その内周縁から前記せん断抵抗材の少なくとも片方の面より外側に突出する突縁部を有することを特徴とする鋼部材の接合部の複合構造。
板状の鋼部材とコンクリート系部材とを接合して形成される複合構造において、
互いに対向状態に配置された前記鋼部材である２枚の板状のせん断抵抗材と、前記せん断抵抗材の間に形成された前記コンクリート系部材と、を備え、
前記せん断抵抗材に、貫通孔と、前記貫通孔の内周縁から前記コンクリート系部材中に突出する突縁部と、を設け、
前記２枚のせん断抵抗材と前記コンクリート系部材とを接合した際に、前記貫通孔内に存在する前記コンクリート系部材の表面が、前記せん断抵抗材と前記コンクリート系部材との接触面より前記せん断抵抗材側に位置していることを特徴とする複合構造。
筒状の柱部材と、前記柱部材の少なくとも一部を埋設した状態で前記柱部材の周囲に形成されたコンクリート系部材と、を備えた複合構造において、前記柱部材の前記コンクリート系部材中に埋設された部分に、貫通孔と、前記貫通孔の内周縁から前記コンクリート系部材中若しくは前記柱部材の軸心に向かって突出する突縁部の少なくとも一方を設けたことを特徴とする複合構造。
前記柱部材の前記コンクリート系部材から露出した部分に、貫通孔と、前記貫通孔の内周縁から前記柱部材の軸心に向かって突出する突縁部を設け、前記柱部材の内部にコンクリート系部材を充填した請求項３記載の複合構造。
前記突縁部が、前記貫通孔の内周縁に沿って連続した短円筒形状である請求項１〜４のいずれかに記載の複合構造。
前記せん断抵抗材若しくは前記柱部材に複数の前記貫通孔を設けた請求項１〜５のいずれかに記載の複合構造。
隣り合う前記貫通孔における前記突縁部の突出方向が互いに異なる請求項６記載の複合構造。
前記基材の表面に複数の前記せん断抵抗材を接合した請求項１記載の複合構造。