JP6638900B2

JP6638900B2 - 柱同士の接合構造の設計方法及び柱同士の接合構造

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Publication number: JP6638900B2
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Inventors: 清臣金本
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Publication date: 2020-01-29
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Description

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、
Ｍ_Ｃ：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
Ｂ_Ｃ：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
ｔ_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ｔ_ＦＢを考慮した鋼管の等価厚さ
ｔ_Ｐ：鋼管の厚さ
_ｅｑＺ：Ｗと_ｅｑｔとで構成される断面係数
σ_Ｃ：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。

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^３、引張強度７００Ｎ／ｍｍ^２、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_Ｃ×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_Ｃ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_Ｃ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_Ｃは、下記の条件式（４）で表される。

したがって、ｔ_ｐ、ｔ_ＦＢ、Ｗ（場合によってはＢ_Ｃ）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、
Ｍ_Ｃ：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
Ｂ_Ｃ：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
ｔ_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ｔ_ＦＢを考慮した鋼管の等価厚さ
ｔ_Ｐ：鋼管の厚さ
_ｅｑＺ：Ｗと_ｅｑｔとで構成される断面係数
σ_Ｃ：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ｔ_ＦＢ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_ｄ＝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

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、
Ｍ_Ｃ：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
Ｂ_Ｃ：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
ｔ_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ｔ_ＦＢを考慮した鋼管の等価厚さ
ｔ_Ｐ：鋼管の厚さ
_ｅｑＺ：Ｗと_ｅｑｔとで構成される断面係数
σ_Ｃ：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
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、
Ｍ_Ｃ：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
Ｂ_Ｃ：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
ｔ_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ｔ_ＦＢを考慮した鋼管の等価厚さ
ｔ_Ｐ：鋼管の厚さ
_ｅｑＺ：Ｗと_ｅｑｔとで構成される断面係数
σ_Ｃ：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
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。
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。