JP6638900B2 - 柱同士の接合構造の設計方法及び柱同士の接合構造 - Google Patents

柱同士の接合構造の設計方法及び柱同士の接合構造 Download PDF

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本発明は、柱同士の接合構造の設計方法及び柱同士の接合構造に関するものである。
従来から、鉄筋コンクリート柱とコンクリート充填鋼管柱とが鉛直方向に接合された建物のような、異種構造の柱同士が接合された複合構造建物が知られている。このような複合構造建物として、鉄筋コンクリート造の柱を有する下層部と、下層部の上側に配置された一層分の高さからなる境界層と、境界層の上側に配置され充填鋼管コンクリート造の柱を有する上層部と、を備えるものが提案されている(下記特許文献1参照)。
上記の複合構造建物における境界層は、外殻をなす鋼管と、鋼管内に挿入された主筋と、主筋の周囲に巻回された帯筋と、鋼管内に充填されたコンクリートと、を備えている。また、鋼管の内周面の上端部及び下端部には、内方に突出するリブが、鋼管の内周面に沿って全周にわたって設けられている。当該構成では、地下階等一層分のみの境界層で、上層部の構造と下層部の構造とを切り替えることができる。
特開2013−181350号公報
ここで、上記の特許文献1に記載の複合構造建物において、平面視矩形状をなす鋼管の内周面に沿って全周にわたってリブが設けられているため、鋼管の隅角部の角形状または湾曲形状等の複雑な形状に沿ってリブを設ける際には、これらの形状に沿ってリブを加工する必要がある。しかしながら、リブを加工したり、鋼管の隅角部の形状に沿ってリブを溶接したりするのは困難である。このため、隅角部にリブを設けることなく、面外座屈を抑制することができる構成が望まれている。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、隅角部にリブを設けることなく、面外座屈を抑制することができる柱同士の接合構造の設計方法及び柱同士の接合構造を提供する。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る柱同士の接合構造の設計方法は、コンクリート部及び該コンクリート部内を鉛直方向に延びる柱主筋を有する鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に配置された鉄骨造又は充填鋼管コンクリート造の第二柱とを接合する柱同士の接合構造の設計にあたり、前記第一柱と前記第二柱とは、応力切替部を介して接合されており、該応力切替部は、前記第二柱の下部と、該第二柱の下部の外周側に配置され、前記柱主筋と連続して前記コンクリート部から前記鉛直方向に突出して延びる主筋部と、該主筋部を全て囲繞するとともに、前記鉛直方向全長にわたって配置された平面視矩形状の鋼管と、該鋼管内に充填された充填コンクリート部と、を備え、前記鋼管の前記鉛直方向の上部及び下部には、隅角部以外の部分に、該鋼管の各内周面から水平方向に突出するようにリブが設けられ、前記リブの前記内周面からの突出長さが、下記の条件式(1)〜(5)を満たすように設定することを特徴とする。
ただし、
:鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げモーメント
w:第二柱に作用するせん断力の支圧反力
:鋼管の平面視一辺の内法長さ
W:支圧反力wの作用領域高さ
FB:鋼管の内周面からのリブ突出長さ
eqt:支圧反力wの作用領域高さにおけるtFBを考慮した鋼管の等価厚さ
:鋼管の厚さ
eqZ:Wとeqtとで構成される断面係数
σ:Wとeqtとで構成される断面を有する鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げ応力度
F:鋼管を形成する鋼材のF値
また、本発明に係る柱同士の接合構造は、コンクリート部及び該コンクリート部内を鉛直方向に延びる柱主筋を有する鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に配置された鉄骨造又は充填鋼管コンクリート造の第二柱とを接合する柱同士の接合構造であって、前記第一柱と前記第二柱とは、応力切替部を介して接合されており、該応力切替部は、前記第二柱の下部と、該第二柱の下部の外周側に配置され、前記柱主筋と連続して前記コンクリート部から前記鉛直方向に突出して延びる主筋部と、該主筋部を全て囲繞するとともに、前記鉛直方向全長にわたって配置された平面視矩形状の鋼管と、該鋼管内に充填された充填コンクリート部と、を備え、前記鋼管の前記鉛直方向の上部及び下部には、隅角部以外の部分に、該鋼管の各内周面から水平方向に突出するようにリブが設けられ、前記リブの前記内周面からの突出長さは、下記の条件式(6)〜(10)を満たすように設定されていることを特徴とする。
ただし、
:鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げモーメント
w:第二柱に作用するせん断力の支圧反力
:鋼管の平面視一辺の内法長さ
W:支圧反力wの作用領域高さ
FB:鋼管の内周面からのリブ突出長さ
eqt:支圧反力wの作用領域高さにおけるtFBを考慮した鋼管の等価厚さ
:鋼管の厚さ
eqZ:Wとeqtとで構成される断面係数
σ:Wとeqtとで構成される断面を有する鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げ応力度
F:鋼管を形成する鋼材のF値
このように構成された柱同士の接合構造の設計方法及び柱同士の接合構造では、第一柱の主筋部と第二柱の下部とが、鋼管内に充填された充填コンクリート部に定着することで、第一柱と第二柱とが応力切替部を介して接合される。また、第二柱の外周側に配置された鋼管の鉛直方向の両端部には面外座屈を抑制するリブが設けられている。リブは、上記の条件式(1)〜(5)を満たすように、つまり鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げ応力が鋼材のF値以下となるようにリブの鋼管の内周面からの突出長さを決定する。よって、鋼管はリブにより補強され、面外座屈が抑制される。
また、リブは、鋼管の隅角部には設けられておらず、平面視矩形状の鋼管の平面部に沿って設けられているため、リブの加工及び鋼管への固定等の作業を容易にすることができる。
また、本発明に係る柱同士の接合構造は、前記隅角部には、一の前記内周面と該一の内周面と交差する他の前記内周面とを連結する補剛部が設けられていてもよい。
このように構成された柱同士の接合構造では、隅角部には、一の内周面と他の内周面とを連結する補剛部が設けられている。よって、一の内周面と他の内周面とが補剛部により連結され隅角部が補強されるため、隅角部の面外座屈を抑制することができる。
また、補剛部は、一の内周面と他の内周面とを連結する構成であり、その形状等は適宜決定できるため、補剛部の加工を容易にすることができる。
また、本発明に係る柱同士の接合構造は、コンクリート部及び該コンクリート部内を鉛直方向に延びる柱主筋を有する鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に配置された鉄骨造又は充填鋼管コンクリート造の第二柱とを接合する柱同士の接合構造であって、前記第一柱と前記第二柱とは、応力切替部を介して接合されており、該応力切替部は、前記第二柱の下部と、該第二柱の下部の外周側に配置され、前記柱主筋と連続して前記コンクリート部から前記鉛直方向に突出して延びる主筋部と、該主筋部を全て囲繞するとともに、前記鉛直方向全長にわたって配置された平面視矩形状の鋼管と、該鋼管内に充填された充填コンクリート部と、を備え、前記鋼管の前記鉛直方向の上部及び下部には、隅角部以外の部分に、該鋼管の各内周面から突出するようにリブが形成され、前記隅角部には、一の前記内周面と該一の内周面と交差する他の前記内周面とを連結する補剛部が設けられていることを特徴とする。
このように構成された柱同士の接合構造では、第一柱の主筋部と第二柱の下部とが、鋼管内に充填された充填コンクリート部に定着することで、第一柱と第二柱とが応力切替部を介して接合される。また、第二柱の外周側に配置された鋼管の鉛直方向の上部及び下部には面外座屈を抑制するリブが設けられている。また、隅角部には、リブが設けられておらず、一の内周面と他の内周面とを連結する補剛部が設けられている。よって、一の内周面と他の内周面とが補剛部により連結され隅角部が補強されるため、隅角部の面外座屈を抑制することができる。
本発明に係る柱同士の接合構造の設計方法及び柱同士の接合構造によれば、隅角部にリブを設けることなく、面外座屈を抑制することができる。
本発明の第一実施形態に係る柱同士の接合構造を示す概略正面図である。 本発明の第一実施形態に係る柱同士の接合構造の構成を示す縦断面図である。 図2のA−A断面図である。 本発明の第一実施形態に係る柱同士の接合構造において、支圧反力wの作用領域高さWを示す縦断面図である。 図4のB−B断面図である。 本発明の第一実施形態に係る柱同士の接合構造において、想定しているせん断力に対する鋼管上部に作用する支圧反力による曲げ応力状態を示す図である。 本発明の第一実施形態の変形例に係る柱同士の接合構造を示す概略正面図である。 本発明の第二実施形態に係る柱同士の接合構造の構成を示す縦断面図である。 図8のC−C断面図である。 本発明の第二実施形態の変形例1,2に係る柱同士の接合構造を示す縦断面図である。 本発明の第二実施形態の変形例1における図10のD−D断面図である。 本発明の第二実施形態の変形例2における図10のD−D断面図である。 本発明の第二実施形態の変形例1、変形例2に係る柱同士の接合構造の補剛部の配置範囲を算出するために用いる図である。
(第一実施形態)
本発明の第一実施形態に係る建築物について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の第一実施形態に係る柱同士の接合構造を示す概略正面図である。以下の図面において、構成を分かりやすくするために、破線で示すべきところを実線で示している場合がある。
図1に示すように、本実施形態に係る建築物100は、鉄筋コンクリート造の第一柱1と、第一柱1の上端部に設けられた地下一階の床スラブF0と、第一柱1の上方に配置された充填鋼管コンクリート造の第二柱2とを備えている。さらに、建築物100は、第二柱2の上方に配置された第三柱3と、第二柱2と第三柱3の接合部分から水平方向に延びる地上一階の床スラブF1と、鉄筋コンクリート造又は鉄骨造の梁(不図示。)とを備えている。
第一柱1と第二柱2とは、後述する応力切替部5を介して接合されている(柱同士の接合構造)。第一柱1が地下二階の柱とされ、応力切替部5及び第二柱2の下部が地下一階の柱とされ、第三柱3が地上一階の柱とされている。
(第一柱)
図2は、柱同士の接合構造の構成を示す縦断面図である。図3は、図2のA−A断面図である。
図2及び図3に示すように、第一柱1は、水平方向に所定の間隔を有して鉛直方向に延びる複数の主筋10と、これら複数の主筋10を束ねるように鉛直方向に間隔を有して配置された複数の帯筋12と、これら複数の主筋10及び複数の帯筋12を覆うように平面視略矩形状に充填されたコンクリートである第一コンクリート部13とを有している。
複数の主筋10は、平面視において、第一コンクリート部13の外周面に沿うように、外周面の内方に間隔を有して配置されている。この主筋10は区間X及び区間Xの上方まで延びている。主筋10のうち、区間Xに配置された部分が柱主筋11とされ、区間Xの上方に配置された部分が後述する応力切替部5を構成する主筋部70とされている。つまり、柱主筋11と主筋部70とは、例えば鉄筋コンクリート用棒鋼等で連続して形成されている。
また、帯筋12は、区間Xの範囲にわたって水平方向に配置されている。つまり、帯筋12は主筋10のうち柱主筋11に巻回されている。
また、第一コンクリート部13は、区間Xの範囲で充填されている。つまり、主筋部70は、第一コンクリート部13の上面から上方に向かって突出している。
(第二柱)
第二柱2は、区間Xの上方に位置する鉛直方向の区間Yにわたって配置され、角筒状の鋼管(以下、角鋼管という)21と、角鋼管21内に充填されたコンクリートである第二コンクリート部22とを有している。
なお、第二柱2の鋼管21は角筒状に限られず、円筒状であってもよく、当該形状は適宜選択可能である。
第二柱2の各辺が第一柱1の各辺と平行となるように、第二柱2は平面視で第一柱1の内方に配置されている。
角鋼管21の下端部には、平面視略矩形状のベースプレート23が設けられている。このベースプレート23の平面視の外形は、角鋼管21の平面視の外形よりも大きく、且つ第一柱1の平面視の外形よりも小さい。
また、ベースプレート23の平面視略中央部分には、鉛直方向に貫通する略円形状の開口23Aが形成されている。
第二柱2の角鋼管21は、区間Yの範囲にわたって配置されている。第二コンクリート部22は、区間Yにわたって充填されている。
(応力切替部)
応力切替部5は、区間Xの上端部から区間Yの下部にわたる区間Zにわたって配置されている。この応力切替部5は、第二柱2の下部2Aと、この下部2Aの外周側に配置された第一柱1の主筋10の主筋部70と、この主筋部70を全て囲繞する接合鋼管(鋼管)50と、接合鋼管50内に充填された充填コンクリート部80とを備えている。
第二柱2の下部2Aは、第二柱2のうち区間Zに配置された部分である。また、主筋部70は、第一柱1の主筋10のうち第一コンクリート部13の上面から上方に向かって突出して鉛直方向に延びる、つまり区間Zに配置された部分である。この主筋部70は、第二柱2の下端部(ベースプレート23)よりも高く、区間Zの上端部よりも低い位置まで延びている。
接合鋼管50は、鉛直方向に向かって延びる角筒状の鋼管である。この接合鋼管50は、鉛直方向全長にわたって、つまり区間Zの全長にわたって配置されている。
この接合鋼管50の平面視の外形は、第一柱1の平面視の外形と略同一である。また、接合鋼管50の外周面が第一柱1の外周面と面一になるように、接合鋼管50は第一柱1の上側に当接配置されている。
また、接合鋼管50の平面視の外形は、第二柱2の平面視の外形よりも大きい。つまり、第二柱2の下部2Aは、接合鋼管50の内部に配置されている。
このようにして、接合鋼管50は、第一柱1の上端部から第二柱2の下部にわたって配置されている。
この接合鋼管50の上部及び下部には、それぞれ接合鋼管50の内周面50Nから突出するようにリブ51,52が設けられている。リブ51,52は、接合鋼管50を形成する四面にそれぞれに設けられている。リブ51,52は、接合鋼管50の内周面50Nに沿って設けられ、平面視において接合鋼管50の隅角部Sには設けられていない。接合鋼管50の上部に設けられたリブ51により、接合鋼管50の面外座屈を防止される。
接合鋼管50の上部のリブ51は、リブ51の上端部51Tの位置が接合鋼管50の上端部50Tに揃うように設けられている。接合鋼管50の下部のリブ52は、リブ52の下端部52Bの位置が接合鋼管50の下端部50Bに揃うように設けられている。なお、リブ51,52は、それぞれ接合鋼管50の上部、下部に設けられていればよく、上端部50Tよりも下方、下端部50Bよりも上方に設けられていてもよい。
これらリブ51,52は、第二柱2からの入力せん断力により接合鋼管50に作用する支圧力に抗して、接合鋼管50が変形することを防止する機能を有している。
充填コンクリート部80は、接合鋼管50の内部且つ第二柱2の角鋼管21の外部に、接合鋼管50の全長にわたって充填されたコンクリートである。本実施形態では、繊維補強コンクリートが採用されているが、普通コンクリートであってもよい。繊維補強コンクリートは、合成繊維や鋼繊維等をコンクリートに複合したコンクリート材である。
本実施形態では、繊維として例えば密度7.85g/cm、引張強度700N/mm、長さ30mm、直径0.6mmの鋼繊維が採用されている。また、この繊維の混入率は、最大0.75vol.%である。
この繊維補強コンクリートの支圧強度は、面積比により決定され概ねプレーンコンクリートの支圧強度の約1.3倍である。また、繊維補強コンクリートの圧縮強度は、プレーンコンクリートの圧縮強度の約1.0〜1.1倍である。
なお、本実施形態では、第一柱1、第二柱2及び応力切替部5は、それぞれプレキャストコンクリート部材で構成されている。充填コンクリート部80を構成するコンクリートとして繊維補強コンクリートを用いる場合には、第二柱2のベースプレート23に形成された開口23Aを介して、第二柱2の内部にも繊維補強コンクリートの一部が充填されている。
つまり、第二柱2の第二コンクリート部22の全て又は一部及び充填コンクリート部80は、繊維補強コンクリートまたは普通コンクリートで一体として形成されている。なお、第二柱2と応力切替部5とをプレキャスト化する場合には、第一柱1の柱主筋10と主筋部70とを機械的に接合するために、接合鋼管50の下端部50Bに沿うように予め機械式継手を埋設しておく。
次に、上記の柱同士の接合構造において、リブ51,52の設計方法について説明する。
図4は、本発明の第一実施形態に係る柱同士の接合構造において、支圧反力wの作用領域高さWを示す縦断面図である。図5は、図4のB−B断面図である。図6は、本発明の第一実施形態に係る柱同士の接合構造において、想定しているせん断力に対する鋼管上部に作用する支圧反力による曲げ応力状態を示す図である。
リブ51,52は次の条件式を満たすように設定されている。
上記の接合構造において、第二柱2に作用するせん断力の支圧反力wがB×Wの領域に作用し、図6に示すような曲げ応力が接合鋼管50の平面視一辺に作用しているものと考える。
このとき、B中央部分(接合鋼管50の平面視一辺の中央部分)の曲げモーメントMは、下記の条件式(1)で表される。
W領域におけるリブ51,52の接合鋼管50の内周面50Nからの突出長さを考慮した接合鋼管50の等価厚さeqtは、下記の条件式(2)で表される。
このときのWとeqtとで構成される断面係数eqZは、下記の条件式(3)で表される。
よって、Wとeqtとで構成される断面を有する接合鋼管50の平面視一辺の中央部分の曲げ応力度σは、下記の条件式(4)で表される。
したがって、t、tFB、W(場合によってはB)は、下記の条件式(5)を満たすように設計する。また、接合鋼管50とリブ51,52とを隅肉溶接する際の溶接サイズ、のど厚は、支圧反力wに対して決定する。
ただし、
:鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げモーメント
w:第二柱に作用するせん断力の支圧反力
:鋼管の平面視一辺の内法長さ
W:支圧反力wの作用領域高さ
FB:鋼管の内周面からのリブ突出長さ
eqt:支圧反力wの作用領域高さにおけるtFBを考慮した鋼管の等価厚さ
:鋼管の厚さ
eqZ:Wとeqtとで構成される断面係数
σ:Wとeqtとで構成される断面を有する鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げ応力度
F:鋼管を形成する鋼材のF値
ただし、支圧反力wの単位は、単位長さあたりの力(N/mm)である。
このように構成された柱同士の接合構造では、第一柱1の主筋部70と第二柱2の下部2Aとが、第二柱2の外周側に配置された接合鋼管50内に充填された充填コンクリート部80に定着することで、第一柱1と第二柱2とが応力切替部5を介して接合される。また、第二柱2の外周側に配置された接合鋼管50の上端部50T及び下端部50Bにはそれぞれ面外座屈を抑制するリブ51,52が設けられている。リブ51,52は、上記の条件式(1)〜(5)を満たすように、つまり接合鋼管50の平面視一辺の中央部分の曲げ応力が鋼材のF値以下となるようにリブ51,52の接合鋼管50の内周面50Nからの突出長さtFBが設定されている。よって、接合鋼管50はリブ51,52により補強され、面外座屈が抑制される。
また、リブ51,52は、接合鋼管50の隅角部Sには設けられておらず、平面視矩形状の接合鋼管50の平面部に沿って設けられているため、リブ51,52の加工及び接合鋼管50への固定等の作業を容易にすることができる。
また、第一柱1の第一コンクリート部13、第二柱2の第二コンクリート部22及び接合鋼管50内の充填コンクリート部80は、繊維補強コンクリートで構成されている。よって、繊維補強コンクリートの架橋効果により軸力による該繊維補強コンクリートのひび割れを抑制することができる。したがって、接合鋼管50の面外座屈を効果的に抑制することができる。
また、応力切替部5が地上階に設けられている場合には、地震時に、柱同士の接合構造に水平力が大きく作用する。このため、接合鋼管50への入力せん断力を低減させるように接合鋼管50の長さを長くしたり、接合鋼管50のせん断降伏を避けるために接合鋼管50の板厚を厚くしたり、充填コンクリート部80と接合鋼管50とを一体挙動させてせん断ずれを防止するために、例えば接合鋼管50内側の材軸方向にわたって棒鋼等の突起物を溶接等で数カ所設ける等の設計対応をとる必要がある。しかし、上記に示す実施形態のように、応力切替部5が地下一階等の地下階に設けられている場合には、柱同士の接合構造に作用する力は、軸力が他の力よりも相対的に大きくなるため、上記対応をする必要がないか、地上階に設ける場合よりも緩やかな対応で済む。
(変形例)
次に、上記に示す実施形態の変形例について、主に図7を用いて説明する。
図7は、本発明の第一実施形態の変形例に係る柱同士の接合構造を示す概略正面図である。
以下の他の実施形態において、前述した第一実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図7に示すように、床スラブF0から鉛直方向に延びるように鉄筋コンクリート造の第一柱101が配置されていてもよい。この場合には、第一柱101を構成する柱主筋11(図2参照)、帯筋12(図2参照)、第一コンクリート部13(図2参照)は、区間X1に設けられている。なお、柱主筋11に連続する主筋部70(図2参照)は、区間Z1にまで延びている。
また、第二柱102は、区間Y1にわたって配置されている。
応力切替部105は、区間X1の上側から区間Y1の下部にわたる区間Z1にわたって配置されている。なお、第二柱102は、第三柱3と一体として構成されていてもよい。
上記に示した実施形態では、床スラブF0から鉛直方向に延びる部分は応力切替部5であるのに対して、本変形例では、床スラブF0から鉛直方向に延びる部分は鉄筋コンクリート造の第一柱101及び第一柱101に接合された応力切替部105である。
なお、第一柱の第一コンクリート部の上端が床スラブF0の厚さ方向途中に達するように第一柱が配置され、これに連続して応力切替部が配置されていてもよい。つまり、応力切替部の下端が、床スラブF0の厚さ方向途中から立ち上がるように配置されていてもよい。
(第二実施形態)
次に、第二実施形態について、主に図8,9を用いて説明する。
図8は、本発明の第二実施形態に係る柱同士の接合構造の構成を示す縦断面図である。図9は、図8のC−C断面図である。
図8に示すように、リブ151は、接合鋼管50の上端部50Tよりもわずかに下方に設けられている。図8,9に示すように、接合鋼管50は、隅角部Sでは湾曲形成されている。隅角部Sには、互いに直交する一の内周面50Nと他の内周面50Nとを連結する補剛プレート(補剛部)H1が設けられている。
補剛プレートH1は、接合鋼管50の四箇所の隅角部Sにそれぞれ設けられている。本実施形態では、補剛プレートH1は、水平面に沿って、各内周面50Nに対して約45°傾斜するように配置されている。
補剛プレートH1は、板状に形成され、隅角部Sにおいてリブ151よりも上方の位置に設けられている。補剛プレートH1の両端部W1は、それぞれ接合鋼管50の内周面50Nに連結されている。例えば、補剛プレートH1は鋼材等により形成されている。補剛プレートH1は、接合鋼管50の上端部50T側から隅肉溶接等により連結されている。なお、補剛プレートH1は、リブ151の上部に当接させた構成であってもよい。
このように構成された柱同士の接合構造では、接合鋼管50の互いに直交する一の内周面50Nと他の内周面50Nとにより形成される隅角部Sには、一の内周面50Nと他の内周面50Nとを連結する補剛プレートH1が設けられている。よって、一の内周面50Nと他の内周面50Nとが補剛プレートH1により連結されるため、隅角部Sの面外座屈を抑制することができる。
また、補剛プレートH1は、リブ151よりも接合鋼管50の上端部50T側に設けられているため、上側(接合鋼管50の上端部50T側)から容易に溶接することができる。
また、補剛プレートH1をリブ151の上部に当接させた構成であれば、補剛プレートH1を接合鋼管50に取り付ける際に、補剛プレートH1をリブ151の上側に置いて、レ形開先等の開先加工をすることなく、隅肉溶接等に溶接することができる。
(第二実施形態の変形例1)
次に、第二実施形態の変形例1について、主に図10,11を用いて説明する。
図10は、本発明の第二実施形態の変形例1,2に係る柱同士の接合構造を示す縦断面図である。図11は、本発明の第二実施形態の変形例1における図10のD−D断面図である。
図10,11に示すように、本変形例では、補剛プレートH2は、リブ51の下方に設けられている。補剛プレートH2は、平面視略直角に折曲されている。補剛プレートH2の折曲された折曲部H20が、接合鋼管50の隅角部Sに対向するように配置されている。補剛プレートH2は、上下方向に離間して2箇所に設けられている。
補剛プレートH2の両端部W2は、それぞれ接合鋼管50の内周面50Nに連結されている。例えば、補剛プレートH2はL型アングル材等により形成され、補剛プレートH2の両端部W2における隅角部Sの反対側から隅肉溶接により連結されている。
(第二実施形態の変形例2)
次に、第二実施形態の変形例2について、主に図10,12を用いて説明する。
図12は、本発明の第二実施形態の変形例2における図10のD−D断面図である。
図10,12に示すように、本変形例では、補剛プレートH3は、リブ51の下方に設けられている。補剛プレートH3は、接合鋼管50の直交する一の内周面50N、隅角部S、一の内周面50Nと直交する内周面50Nに沿うように配置されている。
補剛プレートH3は、接合鋼管50の内周面50Nに沿って溶接されている。例えば、補剛プレートH3において、接合鋼管50の内周面50Nに沿う部分及び両端部W3は、内周面50Nと隅肉溶接により連結されている。
図13は、上記に示す第二実施形態の変形例1、変形例2に係る柱同士の接合構造の補剛プレートH2,H3の設置範囲Wを算出するために用いる図である。
図13に示すa(せん断力Q=0の位置から接合鋼管50の上端部50Tまでの鉛直方向の長さ)、h1、h2は、それぞれ以下の条件式(6)〜(8)で表される。
FEM解析の結果、充填鋼管コンクリート造の第二柱2に作用するせん断力の支圧反力R1により接合鋼管50が面外変形する領域が概ね接合鋼管50の高さの1/3程度であったことから、図10に示すW(接合鋼管50の上端部50Tからの補剛プレートH2,H3の設置範囲)は、以下の条件式(9)で表される。
上記に示す設置範囲W内であれば、補剛プレートH2,H3は上下方向の任意の位置に設置していてよい。
なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記に示す実施形態において、補剛プレートH2,H3は、上下方向に離間して2箇所に設置されているが、枚数は2枚に限られず、1枚でも、3枚以上でもよい。
また、上記に示す実施形態においては、第一柱1、第二柱2及び応力切替部5が、プレキャストコンクリート部材で構成されている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られず、建築現場において第一柱1を構築した後に、応力切替部5及び第二柱2を構築する構成にも適用可能である。例えば、繊維補強コンクリートが、充填コンクリート部80の内部に充填され、第二柱2の内部には普通コンクリート等が充填されていてもよい。この場合には、第二柱2の内部と外部とは、ベースプレート23により鉛直方向に区画されるため、充填コンクリート部80(第二柱2の外部)に繊維補強コンクリートを、第二柱2の内部に普通コンクリートをそれぞれ打ち分けることができる。
また、第二柱2が充填鋼管コンクリート造で構成されている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られず、第二柱2が鉄骨造で構成されている場合にも適用可能である。
また、第一柱1が地下二階に設けられ、応力切替部5及び第二柱2が地下一階に設けられている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られず、第一柱1、応力切替部5及び第二柱2が地下の他の階及び地上階に設けられている場合にも適用可能である。
1…第一柱
2…第二柱
2A…第二柱の下部
5…応力切替部
11…柱主筋
13…第一コンクリート部
50…接合鋼管(鋼管)
52…リブ
70…主筋部
80…充填コンクリート部
100…建築物
S…隅角部
H1…補剛プレート(補剛部)

Claims (4)

  1. コンクリート部及び該コンクリート部内を鉛直方向に延びる柱主筋を有する鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に配置された鉄骨造又は充填鋼管コンクリート造の第二柱とを接合する柱同士の接合構造の設計にあたり、
    前記第一柱と前記第二柱とは、応力切替部を介して接合されており、
    該応力切替部は、
    前記第二柱の下部と、
    該第二柱の下部の外周側に配置され、前記柱主筋と連続して前記コンクリート部から前記鉛直方向に突出して延びる主筋部と、
    該主筋部を全て囲繞するとともに、前記鉛直方向全長にわたって配置された平面視矩形状の鋼管と、
    該鋼管内に充填された充填コンクリート部と、を備え、
    前記鋼管の前記鉛直方向の上部及び下部には、隅角部以外の部分に、該鋼管の各内周面から水平方向に突出するようにリブが設けられ、
    前記リブの前記内周面からの突出長さが、下記の条件式(1)〜(5)を満たすように設定することを特徴とする柱同士の接合構造の設計方法。
    ただし、
    :鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げモーメント
    w:第二柱に作用するせん断力の支圧反力
    :鋼管の平面視一辺の内法長さ
    W:支圧反力wの作用領域高さ
    FB:鋼管の内周面からのリブ突出長さ
    eqt:支圧反力wの作用領域高さにおけるtFBを考慮した鋼管の等価厚さ
    :鋼管の厚さ
    eqZ:Wとeqtとで構成される断面係数
    σ:Wとeqtとで構成される断面を有する鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げ応力度
    F:鋼管を形成する鋼材のF値
  2. コンクリート部及び該コンクリート部内を鉛直方向に延びる柱主筋を有する鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に配置された鉄骨造又は充填鋼管コンクリート造の第二柱とを接合する柱同士の接合構造であって、
    前記第一柱と前記第二柱とは、応力切替部を介して接合されており、
    該応力切替部は、
    前記第二柱の下部と、
    該第二柱の下部の外周側に配置され、前記柱主筋と連続して前記コンクリート部から前記鉛直方向に突出して延びる主筋部と、
    該主筋部を全て囲繞するとともに、前記鉛直方向全長にわたって配置された平面視矩形状の鋼管と、
    該鋼管内に充填された充填コンクリート部と、を備え、
    前記鋼管の前記鉛直方向の上部及び下部には、隅角部以外の部分に、該鋼管の各内周面から水平方向に突出するようにリブが設けられ、
    前記リブの前記内周面からの突出長さは、下記の条件式(6)〜(10)を満たすように設定されていることを特徴とする柱同士の接合構造。
    ただし、
    :鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げモーメント
    w:第二柱に作用するせん断力の支圧反力
    :鋼管の平面視一辺の内法長さ
    W:支圧反力wの作用領域高さ
    FB:鋼管の内周面からのリブ突出長さ
    eqt:支圧反力wの作用領域高さにおけるtFBを考慮した鋼管の等価厚さ
    :鋼管の厚さ
    eqZ:Wとeqtとで構成される断面係数
    σ:Wとeqtとで構成される断面を有する鋼管の平面視一辺の中央部分の曲げ応力度
    F:鋼管を形成する鋼材のF値
  3. 前記隅角部には、一の前記内周面と該一の内周面と交差する他の前記内周面とを連結する補剛部が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の柱同士の接合構造。
  4. コンクリート部及び該コンクリート部内を鉛直方向に延びる柱主筋を有する鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に配置された鉄骨造又は充填鋼管コンクリート造の第二柱とを接合する柱同士の接合構造であって、
    前記第一柱と前記第二柱とは、応力切替部を介して接合されており、
    該応力切替部は、
    前記第二柱の下部と、
    該第二柱の下部の外周側に配置され、前記柱主筋と連続して前記コンクリート部から前記鉛直方向に突出して延びる主筋部と、
    該主筋部を全て囲繞するとともに、前記鉛直方向全長にわたって配置された平面視矩形状の鋼管と、
    該鋼管内に充填された充填コンクリート部と、を備え、
    前記鋼管の前記鉛直方向の上部及び下部には、隅角部以外の部分に、該鋼管の各内周面から水平方向に突出するようにリブが形成され、
    前記隅角部には、一の前記内周面と該一の内周面と交差する他の前記内周面とを連結する補剛部が設けられていることを特徴とする柱同士の接合構造。
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