JP6475078B2 - 柱梁鉄骨接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、複数の柱部材と梁部材とからなる構造物の構築に関し、鉄骨造の現場での接合技術に関するものである。

これまで現場での鉄骨造の柱梁接合は、ボルト接合か溶接接合により行われている。

また下記特許文献１は、現場溶接を行うことなく柱と梁とを接合する方法の１つとして提案されたもので、リングパネル工法と称せられる。
特許第５２０７０３３号公報

リングパネルは梁が接合されるもので、上端と下端とにそれぞれ開口する挿通孔を有する筒状で、上端部の開口から下端部の開口までの間を漸次拡開するように傾斜した内周面を有する。

一方、柱に形成する接合部は、下端部から前記柱の上端側に向かうにつれて漸次前記柱の軸心に近接するように傾斜した外周面である。

前記リングパネルに前記柱が挿通した状態で該柱に対して該リングパネルを下方に移動した場合に、該接合部の外周面が前記リングパネルの内周面に係止し、前記リングパネルの移動が阻止されるように前記柱の接合部の外周面と前記リングパネルの内周面が接する嵌合接合であり、前記リングパネルを移動することのみによって、前記リングパネルと前記柱とを接合できるものである。

前記ボルト接合の場合、鉄骨造での柱梁接合部や柱と柱の接合作業では、ボルトや溶接による接合により、確実な強度・剛性を有する接合が実現できている反面、多数のボルトの芯合わせ、それらを締めつける行為、及び締め付け管理が多くの工数を要していた。

溶接接合も接合、管理に多くの工数を要すると同時に、雨天では作業ができないデメリットがある。このように、これらの接合作業は、鉄骨造の現場生産において、大きな工数を占めており、この部分を合理化することは建築生産性向上のためには課題となっている。

特許文献１のリングパネルと柱の接合部の外周面と前記リングパネルの内周面が接する嵌合接合だけの接合構造では、相互の固定に不安要素を残す。これがために柱本体の外周面に周方向に複数の接合プレートを配置して構成した接合材を配置して確実性を期すことも行われるが、構造が複雑となり、位置合わせも困難である。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、鉄骨造におけるボルトや溶接による接合より工数を大幅に低減するもので、接着剤を用いた新たな接合方法を採用することで、少ない部材点数で現場施工時における品質確保が達成され、十分な強度を確保しながら建築生産性の飛躍的な向上を実現することができる柱梁鉄骨接合構造を提供することにある。

前記目的を達成するため請求項１記載の本発明は、柱梁鉄骨接合部の柱部材の接合部にテーパを設け、梁部材の接合部に前記テーパに対して逆テーパを設けたソケットを形成し、柱部材の接合部に前記梁部材の接合部のソケットを挿入して接着剤により接合するもので、２層にわたる柱部材において、上部の柱部材の接合部ではテーパの上を小さく下を大きくし、下部の柱部材の接合部ではテーパの上を大きく下を小さくし、梁部材のソケットは上部の柱部材では上から挿入し、下部の柱部材では下から挿入することを要旨とするものである。

請求項１記載の本発明によれば、接着剤による接合は、面での接合が短期間で出来るため、接合作業の大幅な合理化に貢献することができる。また、接着剤を建築分野の鉄骨造の接合に用いるためには、３００ＭＰａ程度の鋼材の強度に対して、接着剤の現実的な強度３０ＭＰａ程度で対応する接合手段が必要となるが、柱梁接合部の柱部材の外側にテーパを設け、その柱材に梁部材が接合された内側にテーパを設けたソケットを挿入することで接合強度の確保が可能となる。

さらに、梁成８００ｍｍ、ソケット高さ１０００ｍｍ、テーパ角１／１００とすることで、挿入時の柱とソケット間の隙間は平均１０ｍｍとなり、揚重機による作業性を十分確保することができる。

また、下層のソケット付き梁部材は、予め隣接する梁部材に支持させて設置し、そのソケットに柱を挿入する。その後、上層の梁を柱に挿入する。これにより、柱と柱の接合部が削減され、工数の削減につながる。

請求項２記載の本発明は、接着剤は金属接着専用に開発された構造用接着剤であることを要旨とするものである。

請求項２記載の本発明によれば、一例として（住友スリーエム社の登録商標 ３ＭＴＭＳｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ ＥＰＸ）の二液室温硬化型接着剤が好適である。

請求項３記載の本発明は、梁成よりソケット接合面を高く設定することを要旨とするものである。

請求項３記載の本発明によれば、ソケット高さを梁成より大きくすることで、接着面積を大きく確保し、鋼材の強度に対応した接着面積を確保できる。

請求項４記載の本発明は、梁部材のソケットを受ける受け金具を柱部材に突設したことを要旨とするものである。

請求項４記載の本発明によれば、接着剤の接合では、長期に応力を受けると耐力低下するクリープ現象が生じる。また、耐火被覆を施すことで十分な耐火性能を確保することも可能であるが、それが困難な場合や万が一のフェールセーフが必要である。請求項５記載の本発明によれば、受け金具は、これらを担保するための機能を発揮する。さらには取付け時の位置決めとして役立つ。

請求項５記載の本発明は、柱部材は鋼管柱であり、上部柱部材または下部柱部材の中央に設置した鋼管状の突起が下部柱部材または上部柱部材に設置した開口に嵌合して上部柱部材と下部柱部材を一体化することを要旨とするものである。

請求項５記載の本発明によれば、柱の中央部は、地震時に曲げ応力がほぼ０になるため、せん断力と軸力を伝えることで必要な耐力を確保できるため、嵌合によりワンアクションでの接合が可能になる。

請求項６記載の本発明は、柱部材は鋼管柱であり、上部及び下部鋼管柱の中央に開けた穴に、主筋と帯筋による構成された鉄筋骨組みを挿入し、鋼管柱内にコンクリートを充填することを要旨とするものである。

請求項６記載の本発明によれば、上部及び下部鋼管柱の中央に開けた穴に、主筋と帯筋による構成された鉄筋骨組みを挿入し、鋼管内にコンクリートを充填した接着鉄骨構造におけるＣＦＴ柱接合部である。鉄筋骨組みを予め、上部または下部鋼管に仮止めしておき、ＣＦＴ柱の内部コンクリートを充填することにより、同時に一体化させることができ、地震時の必要耐力については請求項５と同様である。

以上述べたように本発明の柱梁鉄骨接合構造は、鉄骨造におけるボルトや溶接による接合より工数を大幅に低減するもので、接着剤を用いた新たな接合方法を採用することで、少ない部材点数で現場施工時における品質確保が達成され、十分な強度を確保しながら建築生産性の飛躍的な向上を実現することができるものである。

以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の柱梁鉄骨接合構造の１実施形態を示す平面図、図２は同上側面図、図３は同上断面図で、図中１は柱梁鉄骨接合部の柱部材、２は柱部材１の水平スチフナ、３、３′は梁部材を示す。なお、水平スチフナ２はなくてもよい。

柱部材１は接合部にテーパ４を設ける。一例として柱部材１は柱□−６００×２５であり、接合部は鋳物で形成する。

一方、梁部材３及びブラケット７は接合部に前記テーパ４に対して逆テーパ５を設けたソケット６を形成した。ソケット６は一例として□−７００×３２（Ｌ＝１０００）ソケット面積：幅６０×高さ２０＝１２００ｃｍ^２とした。

ソケット６は梁部材３及びブラケット７を突設してここに梁部材３、３′を接合するもので、一例として梁部材３は大梁：Ｈ８００×２００〜３５０×１３×２５（フランジ断面積８７．５ｃｍ^２）、梁部材３′はＨ４００×３００×１６×２２である。

梁部材３は梁成８００ｍｍ、ソケット６はソケット高さ１０００ｍｍ、テーパ角度１／１００で、梁部材３の梁成よりソケット６のソケット接合面を高く設定する。

柱部材１に梁部材３のソケット６を受ける受け金具９を突設した。この受け金具９は梁位置決め、兼長期荷重受け、兼フェールセーフとなる。

このようにして柱部材１の接合部に前記梁部材３、３′の接合部のソケット６を挿入して接着剤８により接合する。

接着剤８は、予め接着面に塗布しておき、柱と梁を所定の設置位置で合わせられるような接合手段が必要である。それには、接着剤としての適切な厚さ（１ｍｍ以下から〜数ｍｍ）の間隔を最終的に確保した上で、現場での施工の容易さも考慮する。

接着剤８は、３００ＭＰａ程度の鋼材の強度に対して、接着剤の現実的な強度３０ＭＰａ程度で対応するものが要求され、金属接着専用に開発された構造用接着剤で、一例として（住友スリーエム社の登録商標 ３ＭＴＭＳｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ ＥＰＸ）の二液室温硬化型接着剤が好適である。

図４は本発明の応用例を示すもので、２層にわたる柱部材１において、上部の柱部材１では接合部のテーパの上を小さく下を大きくし、下部の柱部材１では接合部のテーパの上を大きく下を小さくし、これに対応する梁部材３の接合部のソケット６は逆のものとする。

このようにして梁部材３のソケット６は上部の柱部材１では上から挿入し、下部の柱部材１は下から挿入する。

すなわち、下層のソケット６付きの梁部材３は予め隣接する梁部材３で支持させて設置し、そのソケット６に柱部材１を挿入する。その後、上層の梁部材３のソケット６を柱部材１に挿入する。これにより、柱と柱の接合部が削減され、工数の削減につながる。

図５は上部柱と下部柱を一体化するための第１の方法であり、柱部材１は端部閉塞板１２を有する鋼管柱であり、上部の柱部材１または下部の柱部材１の中央に鋼管状の突起１０を設置し、これに対応して下部柱部材１または上部の柱部材１に開口１１を形成し、鋼管状の突起１０を開口１１に嵌合して下部柱部材とまたは上部柱部材とを接合する。

図６は上部柱と下部柱を一体化するための第２の方法であり、柱部材１は端部閉塞板（スチフナ）１２を有する鋼管柱（ＣＦＴ柱）であり、上部及び下部鋼管柱の端部閉塞板１２の中央に穴１４を開け、この穴１４に、主筋１５ａと帯筋１５ｂにより構成された鉄筋骨組み１５を挿入し、鋼管内にコンクリートを充填する。

前記第１の方法および第２の方法も、柱の中央部は地震時に曲げ応力がほぼ０になるため、せん断力と軸力を伝えることで必要な耐力を確保できものである。

前記第１の方法では嵌合によりワンアクションでの接合が可能になる。

また、第２の方法では鉄筋骨組み１５を予め、上部または下部鋼管に仮止めしておき、ＣＦＴ柱の内部コンクリートを充填することにより、同時に一体化させることが可能となる。

本発明の柱梁鉄骨接合構造の１実施形態を示す平面図である。 本発明の柱梁鉄骨接合構造の１実施形態を示す側面図である。 本発明の柱梁鉄骨接合構造の１実施形態を示す要部の縦断側面図である。 本発明の柱梁鉄骨接合構造の応用例を示す説明図である。 上部柱と下部柱の接合の第１例を示す縦断側面図である。 上部柱と下部柱の接合の第２例を示す縦断側面図である。

１…柱部材 ２…水平スチフナ
３、３′…梁部材 ４…テーパ
５…逆テーパ ６…ソケット
７…ブラケット ８…接着剤
９…受け金具 １０…鋼管状の突起
１１…開口 １２…閉塞板
１４…穴 １５…鉄筋骨組み
１５ａ…主筋 １５ｂ…帯筋

Claims (6)

1. 柱梁鉄骨接合部の柱部材の接合部にテーパを設け、梁部材の接合部に前記テーパに対して逆テーパを設けたソケットを形成し、柱部材の接合部に前記梁部材の接合部のソケットを挿入して接着剤により接合するもので、２層にわたる柱部材において、上部の柱部材の接合部ではテーパの上を小さく下を大きくし、下部の柱部材の接合部ではテーパの上を大きく下を小さくし、梁部材のソケットは上部の柱部材では上から挿入し、下部の柱部材では下から挿入することを特徴とした柱梁鉄骨接合構造。
2. 接着剤は、金属接着専用に開発された構造用接着剤である請求項１記載の柱梁鉄骨接合構造。
3. 梁成よりソケット接合面を高く設定する請求項１または請求項２記載の柱梁鉄骨接合構造。
4. 梁部材のソケットを受ける受け金具を柱部材に突設した請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の柱梁鉄骨接合構造。
5. 柱部材は鋼管柱であり、上部柱部材または下部柱部材の中央に設置した鋼管状の突起が下部柱部材または上部柱部材に設置した開口に嵌合して上部柱部材と下部柱部材を一体化する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の柱梁鉄骨接合構造。
6. 柱部材は鋼管柱であり、上部及び下部鋼管柱の中央に開けた穴に、主筋と帯筋による構成された鉄筋骨組みを挿入し、鋼管柱内にコンクリートを充填する請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の柱梁鉄骨接合構造。
   

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