JP6381744B2 - 柱梁架構 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート梁および柱梁架構に関する。

柱梁架構を構築する際に、プレキャストプレストレストコンクリート梁を利用する場合がある。プレキャストプレストレストコンクリート梁によれば、予めプレストレス力が導入されているため、長スパン化を実現することができる。また、プレキャスト部材を使用することで、施工期間の短縮化が可能となる。

プレキャスト製のコンクリート梁は、コンクリート製の梁本体の両端部に接合用の鉄骨を埋め込んでおくことで、柱との接合部（柱梁接合部）におけるボルト接合または溶接接合を簡易に行えるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
接合用の鉄骨としては、曲げ剛性および曲げ耐力が大きく汎用性の高いＨ形鋼を使用するのが一般的である。

特許第５０３９６１６号公報

梁本体の端部にＨ形鋼を埋め込もうとすると、鉄筋や緊張材等の材軸方向鋼材とＨ形鋼とが同一断面に存在するようになるため、部材同士が錯綜し、製造に手間がかかってしまう。

また、材軸方向鋼材とＨ形鋼とが互いに緩衝しないように、かつ、材軸方向鋼材の定着長を十分に確保できるようにすることを目的として、梁本体の断面を大きくする場合があるが、梁断面を大きくすると建築空間に制約が生じてしまう。

このような観点から、本発明は、簡易に構築することができ、建築空間の自由度が制限され難いコンクリート梁および柱梁架構を提案することを課題とする。

前記課題を解決するコンクリート梁としては、内部に材軸方向鋼材が配設されたコンクリート製の梁本体と、前記梁本体の端面に配設されたベースプレートと、前記ベースプレートの一方の面に固定された接合部材と、前記ベースプレートの他方の面に固定されて前記梁本体に埋設された埋め込み鋼板とを備えるコンクリート梁であって、前記材軸方向鋼材の端部が前記ベースプレートに固定されているものがある。
なお、前記材軸方向鋼材の少なくとも一部は緊張材であってもよい。

前記課題を解決するために、本発明の柱梁架構は、鉄骨または鋼管を備えた一対の柱と、梁本体がプレキャスト製で両端部が鉄骨造のコンクリート梁とが接合されてなる柱梁架構であって、 前記柱には、その表面から突設された柱梁接合部が形成されており、前記コンクリート梁は、前記梁本体の主筋位置に配設された材軸方向鋼材と、前記梁本体の両端面に配設されたベースプレートを介して固定された接合部材とを備えており、前記柱梁接合部は、前記接合部材と同形状の形鋼材で形成され、前記梁本体の下部に配設された前記材軸方向鋼材は緊張材で、かつ、長期荷重時曲げモーメントの反曲点よりも梁端部側で前記ベースプレートに固定されていることを特徴とする。
また、前記各ベースプレートには、前記コンクリート梁に埋設された埋め込み鋼板が固定され、前記埋め込み鋼板は複数のせん断補強筋に囲まれているとよい。
さらに、前記接合部材はＨ形鋼材からなり、上下のフランジが前記材軸方向鋼材の高さ位置と近接した側面視で前記材軸方向鋼材と重なる高さ位置に配設されているとよい。

かかるコンクリート梁および柱梁架構によれば、接合部材がベースプレートを介して梁本体の端面に固定されており、接合部材の代わりに鋼板を梁本体に埋設しているので、接合部材そのものが梁本体の端部に埋設された従来のコンクリート梁と比べて、コンクリート梁の製造時の手間を省略することができる。
つまり、接合部材と材軸方向鋼材とが錯綜することがないため、各部材の配置が容易である。

また、接合部材と材軸方向鋼材とが同一断面内で互いに干渉しないため、梁端部において断面を大きくする必要もなく、コンクリート梁の配置に制約が生じることもない。
また、材軸方向鋼材は、ベースプレートに固定しているので、梁本体の内部で定着長を確保する必要がない。したがって材軸方向鋼材や埋め込み鋼板等の各部材同士の位置関係に制約が生じ難くなる。

本発明のコンクリート梁および柱梁架構によれば、簡易に構築することができ、また、建築空間の自由度が制限され難くなる。

本発明の実施形態に係る柱梁架構の立面図である。 本実施形態の梁本体の一部を示す斜視図である。 梁本体とベースプレートとの接合部を示す側面図である。 （ａ）および（ｂ）は、ベースプレート、接合部材および埋め込み鋼板を示す斜視図である。 （ａ）は図３のＡ−Ａ矢視図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ断面図である。 （ａ）および（ｂ）はコンクリート梁の製造状況を示す側面図である。 （ａ）は本実施形態のコンクリート梁の模式図、（ｂ）は同コンクリート梁に作用する長期荷重の応力図、（ｃ）は同コンクリート梁に作用する短期荷重の応力図である。

本実施形態では、図１に示すように、一対の柱３，３の間に横架されるコンクリート梁２と、このコンクリート梁２を備える柱梁架構１について説明する。

本実施形態のコンクリート梁２は、中央部をプレテンション方式のコンクリート構造とし両端部を鉄骨造としたものであり、梁本体２１と、ベースプレート２２と、接合部材２３と、埋め込み鋼板２４と、材軸方向鋼材２５，２６とを備えている。

梁本体２１は、図２に示すように、コンクリート部材であって、断面矩形に形成されている。
また、梁本体２１の内部には、材軸方向鋼材２５，２６およびせん断補強筋２７が配設されている。

材軸方向鋼材２５，２６は、梁本体２１の軸方向に沿って配設された線状部材である。
梁本体２１の上部に配設された材軸方向鋼材２５は主筋であり、梁本体２１に下部に配設された材軸方向鋼材２６は緊張材である。なお、材軸方向鋼材２５，２６を区別する場合には、「主筋２５」、「緊張材２６」と称する。

主筋２５は、異形鉄筋からなり、梁本体２１の上側の角部に１本ずつ（計２本）配筋されている。
主筋２５は、端部が梁本体２１の端面から突出した状態で配筋されている（図３参照）。なお、主筋２５は、必ずしも端部が梁本体２１の端面から突出している必要はない。また、主筋２５の材質、配置および本数は限定されない。

緊張材２６は、梁本体２１の下側の角部に１本ずつ（計２本）配設されている。
緊張材２６は、端部が梁本体２１の端面から突出した状態で配設されている（図３参照）。なお、緊張材２６の構成は限定されるものではなく、ＰＣ鋼棒、ＰＣ鋼より線、ＰＣ鋼線などの中から適宜選択して使用すればよい。また、緊張材２６の配置および本数も限定されない。

せん断補強筋２７は、材軸方向鋼材２５，２６を囲うように枠状に加工された異形鉄筋であって、梁本体２１の軸方向に所定の間隔をあけて複数配筋されている。
本実施形態では、図３に示すように、梁本体２１の端部のせん断補強筋２７は、他の部分のせん断補強筋２７よりも密に配筋されている。
なお、せん断補強筋２７の配筋ピッチや鉄筋径等は適宜設定すればよい。

ベースプレート２２は、図１に示すように、梁本体２１の両端面にそれぞれ配設されている。
図４の（ａ）に示すように、ベースプレート２２は、梁本体２１の断面形状と同形状の矩形状の鋼板であって、一方の面には接合部材２３が固定されており、他方の面には埋め込み鋼板２４が固定されている。

ベースプレート２２の角部には、それぞれ貫通孔２２ａが１つずつ（計４つ）形成されている。
貫通孔２２ａは、梁本体２１の端面から突出した材軸方向鋼材２５，２６の位置に対応して形成されている。
なお、貫通孔２２ａの数および配置は限定されるものではなく、梁本体２１の端面から突出する材軸方向鋼材２５，２６の配置等に応じて適宜設定すればよい。

図３および図５の（ａ）に示すように、梁本体２１の端面から突出した主筋２５および緊張材２６（材軸方向鋼材）は、ベースプレート２２の貫通孔２２ａを貫通し、ナットＮによりベースプレート２２の表面に固定されている。なお、材軸方向鋼材２５，２６とベースプレート２２との固定方法は限定されるものではない。

接合部材２３は、図４の（ａ）に示すように、ベースプレート２２の梁本体２１と反対側の面（一方の面）に立設された形鋼材であり、上下一対のフランジ２３ａ，２３ａと両フランジ２３ａ，２３ａをつなぐウェブ２３ｂとを備えている。
本実施形態の接合部材２３は、ベースプレート２２の一方の面にＨ形鋼を固定することにより形成されているが、接合部材２３を構成する形鋼材はＨ形鋼に限定されない。

図５の（ａ）に示すように、上下のフランジ２３ａ，２３ａは、梁本体２１の材軸方向鋼材２５，２６の高さ位置と近接した高さ位置に配設されている。なお、接合部材２３は、梁本体２１の端面から突出した材軸方向鋼材２５，２６と重ならないように配置されていればよく、その形状や配置は限定されない。

接合部材２３のウェブ２３ｂの柱側端部には、図４に示すように、柱梁接合部へボルト接合する際に使用する複数のボルト孔２３ｃが形成されている。

埋め込み鋼板２４は、図３および図４の（ｂ）に示すように、ベースプレート２２の接合部材２３と反対側の面（他方の面）に立設された鋼板であって、梁本体２１に埋設されている。

埋め込み鋼板２４は、ウェブ２３ｂの延長上（鉛直面状）に位置している。
本実施形態では、埋め込み鋼板２４を１枚としているが、埋め込み鋼板２４を複数枚配設してもよい。

埋め込み鋼板２４の形状は限定されるものではないが、梁本体２１に埋設された材軸方向鋼材２５，２６やせん断補強鉄筋２７等と干渉することのない大きさとする。
本実施形態の埋め込み鋼板２４の高さ寸法は、ウェブ２３ｂの高さ寸法よりも小さく、かつ、材軸方向鋼材２５，２６の間隔よりも小さい。また、埋め込み鋼板２４の突出寸法は、接合部材２３の突出寸法の１／２以下である。また、埋め込み鋼板２４は、３本のせん断補強筋２７に囲まれている。

埋め込み鋼板２４の両面には、それぞれ複数のスタッドボルト２４ａが立設されている。本実施形態では、埋め込み鋼板２４の両面にそれぞれに梁本体２１の材軸方向に２列、上下方向に５段（計１０本）のスタッドボルト２４ａが配設されている。スタッドボルト２４ａは、梁本体２１の材軸方向と直交する向きに立設されている。

なお、スタッドボルト２４ａの本数や配置は限定されない。また、埋め込み鋼板２４には、スタッドボルト２４ａに代えて、他のせん断力伝達手段が形成されていてもよい。例えば、埋め込み鋼板２４の表面に凹凸が形成されていたり、埋め込み鋼板２４に貫通孔が形成されていてもよい。

埋め込み鋼板２４およびスタッドボルト２４ａは、梁本体２１の中央部の領域Ａ内に配置されている。
領域Ａは、梁本体２１の断面形状と相似形の領域であり、本実施形態の領域Ａの面積は梁本体２１の断面積の１／４以下である。なお、領域Ａの面積は限定されない。

本実施形態の柱３は、コンクリート充填鋼管構造であって、図１に示すように、コンクリート梁２の高さ位置に対応して柱梁接合部３１が形成されている。なお、柱３は、必ずしもＣＦＴ柱である必要はなく、例えば、鉄骨鉄筋コンクリート構造や、鉄骨構造等であってもよい。

柱梁接合部３１では、図３に示すように、柱３の表面から形鋼材３２が突設されている。本実施形態では、コンクリート梁２の接合部材２３を構成するＨ形鋼と同形状の形鋼材３２により柱梁接合部３１が形成されている。

コンクリート梁２は、接合部材２３を柱３の柱梁接合部３１に固定することにより、柱間に横架されている。
コンクリート梁２と柱３との接合部では、接合部材２３のウェブ２３ａと形鋼材３２のウェブとに跨って配設された接合板３３が、両ウェブの両面を挟んだ状態で配設されている。

そして、接合板３３と接合部材２３または形鋼材３２を貫通したボルトＢにナットを締め付けることにより、接合部材２３と形鋼材３２が連結されている。
また、本実施形態では、接合部材２３と型鋼材３２のフランジ同士を溶接接合している。なお、フランジ同士の接合は必要に応じて行えばよい。

次に、本実施形態のコンクリート梁１の製造方法について説明する。
まず、図６の（ａ）に示すように、梁本体２１の両端部にあたる位置に、ベースプレート２２を配置する。
ベースプレート２２には、予め接合部材２３および埋め込み鋼板２４を固定しておく。

次に、材軸方向鋼材２５，２６およびせん断補強筋２７を配設（配筋）する。そして、緊張材２６に緊張力Ｔを導入し、側面型枠（図示せず）を組立てる。
材軸方向鋼材２５，２６の端部はベースプレート２２から突出させる。

次に、型枠内にコンクリートを打設する。
コンクリートに所定の強度が発現したら、型枠を取り外すとともに、緊張材２６の緊張力を開放し、コンクリート梁１にプレストレス力Ｐを導入する（図６の（ｂ）参照）。

そして、主筋２５および緊張材２６の端部にナットＮを締着し、主筋２５および緊張材２６をベースプレート２２に固定する。

なお、コンクリート梁２は、コンクリート構造部（梁本体２１）と鋼構造部（ベースプレート２２、接合部材２３および埋め込み鋼板２４）との間において、長期においては主にせん断力を確実に伝達する必要があり（図７の（ｂ）参照）、短期（地震時）においてはせん断力および曲げモーメントを確実に伝達する必要がある（図７の（ｃ）参照）。

本実施形態のコンクリート梁２は、スタッドが固定された埋め込み鋼板２４を梁本体２１に埋め込むとともに、この埋め込み鋼板２４の周囲にせん断補強筋２７を密に配筋しているため、コンクリート構造部（梁本体２１）と鋼構造部（ベースプレート２２、接合部材２３および埋め込み鋼板２４）との接合部におけるせん断力の伝達性に優れている。

また、主筋２５および緊張材２６が、ベースプレート２２を貫通してベースプレート２２の表面に固定されているため、ベースプレート２２と主筋２５および緊張材２６との間における曲げモーメントの伝達性にも優れている。

つまり、曲げモーメントにより生じる引張力は、材軸方向鋼材２５，２６からベースプレート２２を介して接合部材２３に伝達される。また、曲げモーメントにより生じる圧縮力は、コンクリート面からベースプレート２２を介して接合部材２３に伝達される。

以上、本実施形態のコンクリート梁２および柱梁架構１によれば、埋め込み鋼板２４を梁本体２１の端部に埋め込んでいるため、梁本体２１とベースプレート２２とを一体に固定することができる。
埋め込み鋼板２４は、表面に複数のスタッドボルト２４ａが突設されているため、梁本体２１のコンクリートとの定着性に優れている。

埋め込み鋼板２４は、比較的断面形状が小さいため、梁本体２１の断面内において、材軸方向鋼材２５，２６やせん断補強鉄筋２７などとの干渉が少なくなり、製造時の手間の低減化が可能となる。

材軸方向鋼材２５，２６を、コンクリート断面において、有効せいが大きくなるように、外縁側に配置することができるため、大きな曲げ強度を期待することができ、梁断面を必要以上に大きくする必要がない。そのため、本実施形態の柱梁架構１を採用することで、有効な建築空間を構築することができる。

主筋２５および緊張材２６は、ベースプレート２２に固定されているため、梁本体２１内において、所望の定着長を確保することができない場合であっても、応力伝達性に優れている。

埋め込み鋼板２４を梁本体２１の端部に埋め込み、その周囲のせん断補強筋２７で集中的に補強しているため、コンクリート部位（梁本体２１）と鉄骨部位（ベースプレート２２、接合部材２３および埋め込み鋼板２４）との間のせん断力の伝達性に優れている。

また、材軸方向鋼材（主筋２５および緊張材２６）をベースプレート２２に固定しているため、曲げモーメントを材軸方向鋼材２５，２６からベースプレート２２を介して接合部材２３へ伝達させることができる。

以上、本発明に係る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、本実施形態では、全ての材軸方向鋼材をベースプレートから突出させたが、ベースプレートから突出する材軸方向鋼材と突出しない材軸方向鋼材を混在させてもよい。

１ 柱梁架構
２ コンクリート梁
２１ 梁本体
２２ ベースプレート
２３ 接合部材
２４ 埋め込み鋼板
２５ 主筋（材軸方向鋼材）
２６ 緊張材（材軸方向鋼材）
３ 柱
３１ 柱梁接合部

Claims (3)

1. 鉄骨または鋼管を備えた一対の柱と、梁本体がプレキャスト製で両端部が鉄骨造のコンクリート梁とが接合されてなる柱梁架構であって、
   前記柱には、その表面から突設された柱梁接合部が形成されており、
   前記コンクリート梁は、前記梁本体の主筋位置に配設された材軸方向鋼材と、前記梁本体の両端面に配設されたベースプレートを介して固定された接合部材とを備えており、
   前記柱梁接合部は、前記接合部材と同形状の形鋼材で形成され、
   前記梁本体の下部に配設された前記材軸方向鋼材は緊張材で、かつ、長期荷重時曲げモーメントの反曲点よりも梁端部側で前記ベースプレートに固定されていることを特徴とする、柱梁架構。
2. 前記各ベースプレートには、前記コンクリート梁に埋設された埋め込み鋼板が固定され、前記埋め込み鋼板は複数のせん断補強筋に囲まれていることを特徴とする、請求項１に記載の柱梁架構。
3. 前記接合部材はＨ形鋼材からなり、上下のフランジが前記材軸方向鋼材の高さ位置と近接した側面視で前記材軸方向鋼材と重なる高さ位置に配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に記載の柱梁架構。
   

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