JP6633362B2 - 鉄骨コンクリート架構の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は鉄骨コンクリート架構の補強構造に係り、格子状鉄筋で鉄骨コンクリート柱を囲むように補強し、鉄骨コンクリート柱と鉄骨梁との柱梁接合部を鋼板で補強するようにした鉄骨コンクリート架構の補強構造に関する。

鉄骨鉄筋コンクリート構造（ＳＲＣ構造）は、鉄骨構造（Ｓ構造）と鉄筋コンクリート構造（ＲＣ構造）とを組み合わせた構造形式であり、高い耐震性能を有することが認められている。しかし、２種類の構造系を組み込むため、設計が複雑で、施工が煩雑になることが短所としてあげられる。そこで、ＳＲＣ構造に倣った耐震性能を備え、施工性を向上させた架構形式として、鉄骨コンクリート構造（ＳＣ構造）と繊維補強コンクリートとを組み合わせた合成構造が提案されている（非特許文献１）。繊維補強コンクリートを用いることにより、コンクリート部分の損傷を抑制することが可能になるが、コンクリートコストが増すという問題がある。このため、普通コンクリートの使用を前提として、ワイヤーメッシュ筋をコンクリート内に配置した鉄骨コンクリート構造（非特許文献２）や、コンクリート断面外周を鋼管で鉄骨コンクリート柱を横補強する鉄骨コンクリート構造（非特許文献３）などの合成構造も提案されている。

倉本洋他，「ＣＥＳ合成構造システムにおける外部柱梁接合部の構造性能」，日本建築学会構造系論文集，２００８年２月，第７３巻、第６２４号，ｐｐ２３５−２４２ 立嶋君侑他，「鉄骨コンクリート柱の耐震性能に及ぼすワイヤーメッシュ筋の影響に関する実験的研究」，日本建築学会北海道支部研究報告集，２０１０年７月，Ｎｏ．８３，ｐｐ８９−９４ 小川一貴他，「鉄骨コンクリート柱と鉄骨梁で構成された骨組の弾塑性性状」，日本建築学会九州支部研究報告，２００９年３月，第４８号、ｐｐ３１７−３２０

ところで、非特許文献２，３に開示された鉄骨コンクリート柱の柱梁接合部のコンクリート補強には、いずれの場合も鉄骨柱部分と同様の補強構造（ワイヤーメッシュ筋、薄肉鋼管）用いられている。これらのうち、非特許文献３に開示された鉄骨コンクリート架構のように、柱を鋼管で囲う構造では柱型枠を兼用することが可能となるが、その場合にはコンクリートの充填圧に耐えられる比較的厚めの板厚の鋼管を柱全高にわたり用いることが必要となる。この点を考慮した場合、非特許文献２に開示された格子状鉄筋を用いて鋼材量を抑えながら、柱型枠を設置する構造が経済的であると言える。しかし、柱梁接合部も格子状鉄筋で補強する場合には、柱と梁の鉄骨が存在するため、型枠が複雑な形状となり、内部の格子状鉄筋の配筋作業も煩雑となる。

そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、鉄骨コンクリート架構において、鉄骨コンクリート柱を格子状鉄筋で補強し、柱梁接合部のコンクリート位置を鋼板で囲んで補強するようにした鉄骨コンクリート架構の補強構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は鉄骨柱の外周を囲むように部材外形から所定の被りを確保して、前記鉄骨柱の高さの範囲にのみ設置された格子状鉄筋でコンクリートを補強した鉄骨コンクリート柱と、前記鉄骨柱の外側面に鉄骨梁の梁端部が接合された柱梁接合部を有する鉄骨コンクリート架構の補強構造において、前記柱梁接合部は、内部に前記格子状鉄筋を有せず、前記鉄骨コンクリート柱の外形に倣った形状からなる、隣接する前記梁端部間に連接された鋼板塞ぎ板で補強されてコンクリート打設されたことを特徴とする。

この場合、前記鉄骨コンクリート柱の柱端側に、該鋼板塞ぎ板の外形に倣って、柱端補強枠を前記鋼板塞ぎ板の端面に一体的に連接することが好ましい。

または、前記鉄骨コンクリート柱の柱端側に、該鋼板塞ぎ板の外形に倣って、前記鋼板塞ぎ板の端面を延長して該鋼板塞ぎ板と一体的に柱端補強部を形成することが好ましい。

また、鉄骨柱の外周を囲むように部材外形から所定の被りを確保して、前記鉄骨柱の高さの範囲にのみ設置された格子状鉄筋でコンクリートを補強した鉄骨コンクリート柱と、前記鉄骨柱の外側面に鉄骨梁の梁端部が接合された柱梁接合部を有する鉄骨コンクリート架構の補強構造において、前記柱梁接合部は、内部に前記格子状鉄筋を有せず、前記鉄骨柱がコンクリート拘束帯材で補強されてコンクリート打設されたことを特徴とする。

前記鉄骨柱は、隣接するフランジの外面間に前記コンクリート拘束帯材を連接し、あるいは隣接する前記梁端部のウェブ間に前記コンクリート拘束帯材を連接し、補強することが好ましい。

本発明の鉄骨コンクリート架構の補強構造の第１実施形態において、鉄骨コンクリート柱部分を格子状鉄筋で補強した状態を示した斜視図。 図１に示した鉄骨コンクリート架構の柱梁接合部の補強構造を示した部分斜視図。 図１，２に示した柱梁接合部の部分正面図（図３（ａ）、図３（ｃ））、平面図（図３（ｂ））。 鉄骨コンクリート架構の柱梁接合部の補強構造の第２実施形態を示した部分斜視図。 図４に示した柱梁接合部の部分正面図（図５（ａ）、図５（ｃ））、平面図（図５（ｂ））。 他の発明としての鉄骨コンクリート架構の柱梁接合部の補強構造の第１実施形態を示した部分斜視図。 図６に示した柱梁接合部の部分正面図（図７（ａ））、平面図（図７（ｂ））、第３実施形態の変形例の部分正面図（図７（ｃ））。 他の発明としての鉄骨コンクリート架構の柱梁接合部の補強構造の第２実施形態を示した部分斜視図。 他の発明としての鉄骨コンクリート架構の柱梁接合部の補強構造の第２実施形態の変形例を示した部分斜視図。

以下、本発明の鉄骨コンクリート架構の補強構造の実施するための形態として、以下の施工例について添付図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１実施形態としての鉄骨コンクリート架構のうち、鉄骨コンクリート柱の施工階における鉄骨柱１０と柱上部に位置する柱梁接合部の鉄骨柱１０から平面視して十字形状をなすように水平方向に四方に突出して柱側面に固定支持された梁端部２１と、梁端部２１に接続された鉄骨梁２２（仮想線）と、柱梁接合部２０を覆う鋼板製の塞ぎ板２５とからなる鉄骨柱梁ユニット１と、鉄骨柱１０の外周を囲む鉄筋籠１５とを示している。鉄骨コンクリート架構は、鉄骨柱１０と鉄筋籠１５を含む鉄骨コンクリート柱と、柱梁接合部コンクリートとで構成される。

本実施形態の鉄骨柱梁ユニット１のうち、鉄骨柱１０は、図２にその一部を示したように、２本の細幅系Ｈ形鋼を平面視して十字形をなすように組み立てた充腹形鉄骨断面からなる。鉄骨柱１０の柱頭部の側面には、Ｈ形鋼からなる鉄骨梁２２の梁端部２１が接合され、柱梁接合部２０が構成されている。なお、鉄骨柱１０の断面形、使用鋼材は柱の構造性能を満たすものであれば、適宜設定することができる。

鉄骨柱１０の周囲は鉄筋籠１５で囲まれている。この鉄筋籠１５は、平板あるいは平面視してＬ字形に平板を組み合わせたパネル状の格子状鉄筋１６の長辺を接続して上下が開放した四角筒状の籠状としたもので、鉄骨コンクリート柱の補助鉄筋として機能する。格子状鉄筋１６は、図１に示したように、横筋１７（柱材軸直交方向鉄筋）、縦方向主筋１８（柱材軸方向鉄筋）が縦横方向に等間隔の目合いで配筋され、各交点が溶接固定された網状体である。格子状鉄筋１６の短辺となる横筋１７は、コンクリート施工によって構築される鉄骨コンクリート柱外面から所定の被りを確保した長さからなる。長辺となる縦方向主筋１８は、鉄骨柱１０の高さよりわずかに短い長さからなる。なお、図１では簡単化のために、柱梁接合部２０より上部の上階の鉄骨コンクリート柱の鉄筋籠１５は柱脚部位置のみが示されている。

鉄筋籠１５を構成する各面の格子状鉄筋１６は、本実施形態では既製の溶接金網を加工して製作されている。この他、施工現場において帯筋（フープ筋）と縦方向主筋とを縦横に組み立てて構成することができる。その寸法としては、素線の線径がφ６ｍｍ、縦横の目合いが７５〜１５０ｍｍ（好ましくは１００ｍｍ）の正方形メッシュ等が好ましい。また、所定の線径の異形棒鋼（Ｄ６、Ｄ１０等）を加工して組み立てて構成することもできる。

図２は、第１実施形態として示した図１の鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０を部分的に示した斜視図である。図３（ａ）は鉄骨柱梁ユニット１の正面図、図３（ｂ）は平面図を示している。なお、各鉄骨柱梁ユニット１は柱梁接合部２０を挟んでその上下方向に各階高に近い長さを有する（図１）が、各図では図の簡単化のために鉄骨柱１０の下方部分の図示を省略している。

本実施形態（第１実施形態）では、鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０は鉄骨コンクリート柱の外形に倣った形状を構成するように鋼板製の塞ぎ板２５（以下、鋼板塞ぎ板２５と記す。）で囲まれている。この鋼板塞ぎ板２５は、図２，図３（ｂ）に示したように、平面視して略Ｌ字形状をなす加工鋼板である。４枚の鋼板塞ぎ板２５を、柱梁接合部２０の鉄骨柱１０のフランジ外面から四方に突出した４本の梁端部２１材間に取り付けることで柱梁接合部２０の補強構造が構成される。柱梁接合部２０の補強構造で囲まれた部分は鉄骨コンクリート柱の断面に等しく、鋼板塞ぎ板２５は柱梁接合部２０の鉄骨コンクリートの補強部材として機能する。このため板厚等の諸元は柱梁接合部２０の構造設計時に付加される補強部材として設定される。また、図３（ｄ）に示したように直交梁がない場合には、鋼板塞ぎ板２５を鉄骨柱１０の外側に位置するように、平面視して略コ字形としてそれぞれの端部を梁端部２１のウェブに固着しても良い。鋼板塞ぎ板２５は鉄骨コンクリート柱のコンクリート打設時に、柱梁接合部２０のコンクリート型枠としても機能する。このため、型枠製作、脱枠等の作業を省略することができる。このように、図２に示した鉄骨柱梁ユニット１は鋼板塞ぎ板２５を含めた構造体は鉄骨製作工場で製作して現場に搬入することができるため、施工現場での作業の省力化を図ることができる。

第１実施形態によれば、柱梁接合部２０の周囲を鋼板塞ぎ板２５で補強することにより、施工時において柱梁接合部２０の型枠を省略できる。また柱梁接合部２０の鉄骨柱１０、コンクリート、鋼板塞ぎ板２５とを一体化させることにより、柱梁接合部２０の構造性能を向上させることができる。鋼板塞ぎ板２５は柱梁接合部２０に要求される構造性能に応じてその板厚を調整することで経済的な設計が可能となる。

図４は、第２実施形態としての鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０を部分的に示した斜視図である。図５（ａ）は鉄骨柱梁ユニット１の正面図、図５（ｂ）は平面図である。第２実施形態では、鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０を、第１実施形態と同様の構成からなる鋼板塞ぎ板２５で補強する点と、施工階の鉄骨コンクリート柱の柱頭部及び上階の鉄骨コンクリート柱の柱脚部を補強するための柱端補強枠２６が設けられている点が特徴である。これらのうち柱端補強枠２６は、柱梁接合部２０を囲む鋼板塞ぎ板２５の外形と同一寸法からなり、鋼板塞ぎ板２５の上下端面に一体的に接続されている。このとき柱梁接合部２０において、鋼板塞ぎ板２５が上下の柱端側に延長施工させたように見える。上述の構成は、柱梁接合部２０を囲む鋼板塞ぎ板２５の上下端を延長して、鋼板塞ぎ板２５と一体的な柱端補強部を形成した構成と考えることもできる。柱端補強枠２６は地震時等において鉄骨コンクリート柱の柱端（柱脚部、柱頭部）に発生する部材力に抵抗可能な構造性能を発揮するように、それぞれの位置での仕様（寸法、板厚等）を決定することが好ましい。よって、鋼板塞ぎ板２５と材端補強枠とは板厚が異なる場合もある。その場合は両者の外形寸法を揃えることが好ましい。柱端補強枠２６の高さｈは、構造設計によって決定することができるが、柱せいＤｃに対して０．１Ｄｃ＜ｈ＜１．０Ｄｃとすることが好ましく、さらに０．２５Ｄｃ＜ｈ＜０．３５Ｄｃの範囲とすることが好ましい。

第２実施形態の場合にも、鋼板塞ぎ板２５、柱端補強枠２６は鉄骨コンクリート柱、柱梁接合部２０のコンクリート型枠として機能するので、型枠製作、脱枠等の作業を省略することができる。また、図４に示した鉄骨柱梁ユニット１は鋼板塞ぎ板２５、柱端補強枠２６を含めた構造体は、鉄骨製作工場で製作して現場に搬入することができるため、施工現場での作業の省力化を図ることができる。

また、柱梁接合部２０の鉄骨柱１０、コンクリート、鋼板塞ぎ板２５とを一体化させることにより、柱梁接合部２０の構造性能を向上させることができる。鋼板塞ぎ板２５は柱梁接合部２０に要求される構造性能に応じてその板厚を調整することで経済的な設計が可能となる。また、柱端補強枠２６を鋼板塞ぎ板２５の上下端に一体的に設けることにより、鉄骨コンクリート柱の柱脚部、柱頭部における曲げ圧縮域のコンクリートの損傷（圧壊）を抑制することができる。

図６は、他の発明の第１実施形態としての鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０を部分的に示した斜視図である。図７（ａ）は鉄骨柱梁ユニット１の正面図、図７（ｂ）は平面図である。本実施形態は、図６に示したように、鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０の補強構造として、隣接位置にある鉄骨柱１０のフランジ外面１０ａ間に、コンクリート拘束帯材としての、平面視してＬ字形に加工された複数枚の鋼板製の帯板（以下、鋼板帯板と記す。）を掛け渡すように取り付けたものである。さらに鉄骨柱１０と鋼板帯板２７とで囲まれた範囲にコンクリートを充填し、柱梁接合部２０内のコンクリート拘束帯材で内部のコンクリートを拘束することで部材剛性を高めた補強部分を形成している。この補強部分の範囲は図７（ｂ）に示したような平面視四角形でも良いし、図７（ｃ）に示したような平面視略八角形としてもよい。本実施形態では、柱梁接合部２０に３段の鋼板帯板２７を取り付けているが、鋼板帯板２７の段数、形状は設計上、施工上の観点から適宜設定することができる。また、直交梁がない場合には、図７（ｄ）に示したように、鋼板帯板２７を平面視して略コ字形として２個の鋼板帯板２７で鉄骨柱１０を囲むようにして、各端部を鉄骨柱１０のフランジ外面１０ａに固着しても良い。なお、第３実施形態は、他の実施形態の場合と異なり、鋼板塞ぎ板２５（図２）を用いないので、柱梁接合部２０のコンクリート打設のために型枠を設置することになる。

この他の発明の第１実施形態によれば、柱梁接合部２０内の鉄骨柱１０の各フランジ外面間にコンクリート拘束帯材としての鋼板帯板２７を掛け渡すように連接することにより、鉄骨柱１０部分に打設されたコンクリートを拘束してコンクリート損傷を抑制することができる。

図８は、他の発明の第２実施形態としての鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０を部分的に示した斜視図である。同図に示したように、この鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０の補強構造では隣接位置にある鉄骨梁端部２１のウェブ面２１ａ間に、コンクリート拘束帯材としての、平面視してＬ字形に加工された複数枚の鋼板帯板２７を掛け渡すように、各端部を固着したものである。第１実施形態と同様に、柱梁接合部２０内のコンクリート拘束帯材で内部のコンクリートを拘束することで部材剛性を高める効果を果たす。

図９は、他の発明の第２実施形態の変形例として、鉄骨柱１０を、二方向にＨ形鋼を組み合わせた断面形状でなく、一方向にのみＨ形鋼を配置した断面形状とした場合の鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０を部分的に示した斜視図である。同図に示したように、この鉄骨柱梁ユニット１の柱梁接合部２０の補強構造においても隣接位置にある鉄骨梁端部２１のウェブ面２１ａ間に、コンクリート拘束帯材としての、平面視してＬ字形に加工された複数枚の鋼板帯板２７掛け渡す。これにより第１実施形態と同様に、柱梁接合部２０内のコンクリート拘束帯材で内部のコンクリートを拘束し、部材剛性を高める効果を果たす。また、図８，図９の場合において、図７（ｄ）に図示したように直交梁がない場合には、鋼板帯板２７を平面視して略コ字形として、２個の鋼板帯板２７で鉄骨柱１０を囲むようにして、各端部を梁端部２１のウェブに固着しても良い。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 鉄骨柱梁ユニット
１０ 鉄骨柱
１５ 鉄筋籠
１６ 格子状鉄筋
２０ 柱梁接合部
２１ 梁端部
２５ 鋼板塞ぎ板
２６ 柱端補強枠
２７ 鋼板帯板

Claims (6)

1. 鉄骨柱の外周を囲むように部材外形から所定の被りを確保して、前記鉄骨柱の高さの範囲にのみ設置された格子状鉄筋でコンクリートを補強した鉄骨コンクリート柱と、前記鉄骨柱の外側面に鉄骨梁の梁端部が接合された柱梁接合部を有する鉄骨コンクリート架構の補強構造において、
   前記柱梁接合部は、内部に前記格子状鉄筋を有せず、前記鉄骨コンクリート柱の外形に倣った形状からなる、隣接する前記梁端部間に連接された鋼板塞ぎ板で補強されてコンクリート打設されたことを特徴とする鉄骨コンクリート架構の補強構造。
2. 前記鉄骨コンクリート柱の柱端側に、該鋼板塞ぎ板の外形に倣った柱端補強枠を前記鋼板塞ぎ板の端面に一体的に連接したことを特徴とする請求項１に記載の鉄骨コンクリート架構の補強構造。
3. 前記鉄骨コンクリート柱の柱端側に、該鋼板塞ぎ板の外形に倣って、前記鋼板塞ぎ板の端面を延長して該鋼板塞ぎ板と一体的に柱端補強部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄骨コンクリート架構の補強構造。
4. 鉄骨柱の外周を囲むように部材外形から所定の被りを確保して、前記鉄骨柱の高さの範囲にのみ設置された格子状鉄筋でコンクリートを補強した鉄骨コンクリート柱と、前記鉄骨柱の外側面に鉄骨梁の梁端部が接合された柱梁接合部を有する鉄骨コンクリート架構の補強構造において、
   前記柱梁接合部は、内部に前記格子状鉄筋を有せず、前記鉄骨柱がコンクリート拘束帯材で補強されてコンクリート打設されたことを特徴とする鉄骨コンクリート架構の補強構造。
5. 前記鉄骨柱は、隣接するフランジの外面間に前記コンクリート拘束帯材が連接され補強された請求項４に記載の鉄骨コンクリート架構の補強構造。
6. 前記鉄骨柱は、隣接する前記梁端部のウェブ間に前記コンクリート拘束帯材が連接され補強された請求項４に記載の鉄骨コンクリート架構の補強構造。

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