JP6731225B2 - 柱の接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート柱とコンクリート充填鋼管柱との切り替え部における柱の接合構造に関する。

下層階の構造形式と上層階の構造形式とが異なる場合がある。
例えば、地下部分では鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱）または鉄骨鉄筋コンクリート柱（ＳＲＣ柱）で構造体を構成し、地上部分ではコンクリート充填鋼管柱（ＣＦＴ柱）により構造体を構成する建物がある。
ＲＣ柱またはＳＲＣ柱とＣＦＴ柱との切り替え部では、力の伝達が可能となるように柱同士を接合する必要がある。
例えば、特許文献１には、ＲＣ柱の主筋をＣＦＴ柱の鋼管内に定着させた接合構造が開示されている。
また、特許文献２には、ＲＣ柱の主筋をＣＦＴ柱の鋼管内に所定長挿入するとともに、この鋼管の内壁面にスタッド材を突設しておくことで、主筋と鋼管との間での力の伝達性を向上させた柱の接合構造が開示されている。
特許文献２に記載の柱の接合構造は、ＣＦＴ柱の鋼管内に多数のスタッド材を設置する作業に手間がかかる。
また、この接合構造では、ＣＦＴ柱の鋼管、ＲＣ柱の主筋および鋼管内のスタッド材が混在するため、構造（位置関係等）が複雑となり、施工に手間がかかる。加えて、ＣＦＴ柱の断面寸法が、ＲＣ柱の断面寸法よりも小さい場合には、ＲＣ柱の主筋が鋼管内に納まるように加工（例えば、主筋を折り曲げる等）を施す必要があり、作業に手間がかかる。

特許第５２５００９６号公報 特開２００９−００２００６号公報

本発明は、鉄筋コンクリート柱または鉄骨鉄筋コンクリート柱とその上部に接続されるコンクリート充填鋼管柱との切り替え部を簡略化した柱の接合構造を提案することを課題とする。

本発明者らは、コンクリート充填鋼管柱（ＣＦＴ柱）の定着部の構造として、ＣＦＴ柱を構成する鋼管の最下端部に鉄骨鉄筋コンクリート柱（ＳＲＣ柱）の軸鋼材を接合し、鋼管外周および軸鋼材の外面、またはその一方のみにスタッド材を設けるとともに、スタッド材を備えた鋼管および軸鋼材を覆うように柱外周コンクリートを形成することで、ＣＦＴ柱の抜け出し及び倒壊を防止できることに着目し、柱の接合構造の発明に至った。
前記課題を解決するために、本発明は、コンクリート柱と、コンクリート充填鋼管柱との切り替え部を構成する柱の接合構造であって、前記コンクリート柱に埋設された軸鋼材と、前記軸鋼材に接合された前記コンクリート充填鋼管柱の鋼管と、前記鋼管の端部の外周囲を覆う柱外周コンクリートとを備えており、前記軸鋼材および/または前記鋼管の端部外周囲にスタッド材が突設されており、前記コンクリート充填鋼管柱は前記コンクリート柱の上部に接続されていることを特徴としている。
前記軸鋼材の頭部は、鋼管の内部に配置されていてもよいし、補助プレートを介して接合面積が拡幅された状態で前記鋼管と接合されていてもよい。
前記鋼管の端面に、前記鋼管の外形状よりも大きな面積を有した平鋼板が接合されている。

本発明の柱の接合構造によれば、簡略化した構造でありながらも、力の伝達性に優れた構造（切り替え部）を形成することができる。すなわち、本発明では、軸鋼材と鋼管とを接合するとともに、コンクリート充填鋼管柱の端部側の鋼管長さを低減し、かつ鋼管外周および軸鋼材、またはその一方にスタッド材が突設されていることで、柱外周コンクリートを介して柱同士の接合強度が増大される。しかも、鋼管と主筋や軸鋼材等とが重複していないため、比較的簡易な構造である。
また、軸鋼材がせん断抵抗力を発現するため、柱同士の力の伝達性も優れている。
また、柱外周コンクリートにより、コンクリート充填鋼管柱の自立性が高められているとともに、根固め機能による拘束力も高められている。
さらに、鋼管と軸鋼材とを平鋼板を介して接続すれば、接続性を維持しつつ、鋼管と軸鋼材を断面形状に依存することなく接続することができる。また、上部柱が負担している軸力は、平鋼板による支圧抵抗により下部柱にスムーズに伝達することができる。また、平鋼板に開口部が形成されていれば、切り替え部（柱同士の接合部）のコンクリートを一体に打設することが可能となり、より一体性が向上する。さらに、軸鋼材の頭部が平鋼板の貫通孔を貫通していれば、より一体性が高まる。

本発明の柱の接合構造によれば、鉄筋コンクリート柱または鉄骨鉄筋コンクリート柱と、その上部に接続されるコンクリート充填鋼管柱との切り替え部を簡略化し、かつ力の伝達性に優れた柱の接合構造が実現できる。

（ａ）は本発明の実施形態に係る柱の接合構造の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 第一の実施形態の柱の接合構造を示す斜視図である。 （ａ）は第二の実施形態の柱の接合構造を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は第三の実施形態の柱の接合構造を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。

本発明は、コンクリート柱とＣＦＴ柱の接合構造であり、第一の実施形態は平鋼板を挟んで柱部材同士が接合された接合構造で、第二の実施形態は貫通孔を備えた平鋼板を貫通してコンクリート柱の軸鋼材がＣＦＴ柱内に挿入された接合構造であり、第三の実施形態は貫通孔を備えた平鋼板を挟んで柱部材同士が接合された接合構造である。以降、其々の実施形態の構成とその効果を示す。
＜第一の実施形態＞
第一の実施形態の柱の接合構造１は、図１（ａ）に示すように、コンクリート充填鋼管柱（ＣＦＴ柱）３の定着部の構造として、ＣＦＴ柱３を構成する鋼管３１の最下端部にコンクリート柱２の軸鋼材２２を接合し、鋼管３１外周および軸鋼材２２の外面にスタッド材６，６，…を設けるとともに、スタッド材６，６，…を備えた鋼管３１を覆うように柱外周コンクリート５を形成するものである。また、例えば、鋼管３１の外周および軸鋼材２２の外周囲に柱外周コンクリート５を備えることで、鋼管３１の外周または軸鋼材２２の外面の一方のみに、スタッド材を設けた柱の接合構造であっても（図示省略）、力の伝達性に優れた柱の接合構造１を実現することができる。
本実施形態のコンクリート柱２は、いわゆる鉄骨鉄筋コンクリート柱（以下、「ＳＲＣ柱２」という。）であって、図１（ｃ）に示すように、コンクリート硬化体２１と、コンクリート硬化体２１に埋設された軸鋼材２２および鉄筋とを備えて構成されている。本実施形態のＳＲＣ柱２は、建物の地下部分に設けられている。
軸鋼材２２は、Ｈ形鋼により構成されている。なお、軸鋼材２２を構成する材料はＨ形鋼に限定されるものではなく、例えば、鋼管や角鋼管に比べて鋼材量が少なく、曲げ剛性とせん断剛性に優れたＩ形鋼や十字断面形鋼等であってもよい。
本実施形態では、図２に示すように、軸鋼材２２の頭部において、フランジに補助プレート２３，２３を固定することにより、フランジ幅が拡幅されている。すなわち、軸鋼材２２の上端は、ＣＦＴ柱３（平鋼板４）との接合部において、接合面積が拡幅されていて、固定度が高められている。補助プレート２３は、三角形状の鋼板からなり、フランジに溶接することにより固定されている。なお、フランジ幅は必要に応じて拡幅すればよい。また、フランジ幅の拡幅方法は限定されるものではない。
また、コンクリート柱２は、鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱）であってもよい。また、コンクリート柱２は、必ずしも建物の地下部分に設けられている必要はなく、地上部分に設けられていてもよい。

ＣＦＴ柱３は、図１（ｂ）に示すように、鋼管３１と、鋼管３１の内部に充填されたコンクリート硬化体３２とを備えて構成されている。本実施形態のＣＦＴ柱３は、建物の地上部分に立設されているが、ＣＦＴ柱３の設置個所は、ＳＲＣ柱（コンクリート柱）２の上部であれば限定されない。ＣＦＴ柱３の断面積は、ＳＲＣ柱２よりも小さい。
本実施形態では、断面矩形状の鋼管３１を使用するが、鋼管３１の断面形状は限定されるものではなく、例えば、断面円形であってもよい。本実施形態の鋼管３１の対向する辺同士の間隔は、軸鋼材２２のフランジ同士の間隔と同等であるが、鋼管３１の断面形状は限定されない。例えば、鋼管３１は、軸鋼材２２が挿入可能な形状（対向する辺同士の間隔がフランジ同士の間隔よりも大きな形状）の角鋼管でもよい。

図１及び図２に示すように、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との切り替え部（柱の接合構造１）では、軸鋼材２２と鋼管３１とが、平鋼板４を介して接合されているとともに、鋼管３１の下端部外周囲が柱外周コンクリート５により覆われている。さらに、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との切り替え部では、軸鋼材２２および鋼管３１の下端部外周囲に複数のスタッド材６が突設されている。
平鋼板４は、鋼管３１および軸鋼材２２の外形状よりも大きな面積を有している。なお、平鋼板４の板厚は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
平鋼板４の下面には軸鋼材２２の上端が、平鋼板４の上面には鋼管３１の下端がそれぞれ溶接されている。軸鋼材２２および鋼管３１の重心は、同一の直線上に位置している。なお、平鋼板４への軸鋼材２２および鋼管３１の固定方法は溶接に限定されるものではなく、例えば、治具を介して固定してもよい。
本実施形態では、ＣＦＴ柱３に梁７が接合される柱梁接合部から、基礎Ｂから梁７までの高さｈ１の１／４以上離れた位置において、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３とを接合する。すなわち、梁７の下面から平鋼板４の上面までの距離（高さｈ２）は、基礎Ｂから梁７の下面までの高さｈ１の１／４以上とする。なお、柱梁接合部から平鋼板４までの距離（高さｈ２）は限定されるものではない。

本実施形態では、図１（ａ）に示すように、柱外周コンクリート５の外面が、ＳＲＣ柱２の外面と面一になるように、柱外周コンクリート５を打設する。また、柱外周コンクリート５は、鋼管３１の内部に充填されたコンクリート硬化体３２よりも低強度である。なお、柱外周コンクリート５の厚さ（外形状）は限定されるものではない。また、柱外周コンクリート５は、コンクリート硬化体３２と同等以上の強度を有していてもよい。
軸鋼材２２に固定されたスタッド材６，６，…は、軸鋼材２２のフランジの幅方向中央に所定の間隔をあけて１列に配設されている。
鋼管３１に固定されたスタッド材６，６，…は、矩形断面の鋼管３１の各辺にそれぞれ１列ずつ固定されている。本実施形態では、軸鋼材２２に固定されたスタッド材６と同等の間隔で配置されている。なお、軸鋼材、または鋼管に固定されるスタッド材は、其々の鋼材の負担応力に応じて、複数例にて配置される場合もある。

本実施形態の柱の接合構造１によれば、簡略化した構造でありながらも、力の伝達性に優れた構造（切り替え部）を形成することができる。すなわち、軸鋼材２２と鋼管３１とを接合するとともに、鋼管３１の外面および軸鋼材２２のフランジにスタッド材６，６，…を突設させているため、柱外周コンクリート５を介した柱同士の接合強度が増大されている。しかも、ＣＦＴ柱３の鋼管３１とＳＲＣ柱２の主筋や軸鋼材２２等は重複されておらず、比較的簡易な構造である。
また、軸鋼材２２がせん断抵抗力を発現するため、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との間の力の伝達性も優れている。
また、柱外周コンクリート５により、ＣＦＴ柱３の自立性が高められているとともに、柱外周コンクリート５による根固め機能による拘束力も高められている。
さらに、鋼管３１をＳＲＣ柱２の内部に必要な定着長さを確保するように埋め込む接続方法に比べて、鋼材量を低減することができ、経済的である。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態の柱の接合構造１では、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との切り替え部に配設された平鋼板４に貫通孔４１が形成されている。
平鋼板４は、鋼管３１および軸鋼材２２の外形状よりも大きな面積を有している。また、貫通孔４１は、軸鋼材２２の頭部の外形状よりも大きな面積を有している。なお、平鋼板４の板厚は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
軸鋼材２２の頭部は、図３（ｂ）に示すように、貫通孔４１を貫通して、鋼管３１の内部に配置されている。
本実施形態の軸鋼材２２は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、十字断面鋼材により構成されているが、軸鋼材２２を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、Ｈ形鋼やＩ形鋼等であってもよい。軸鋼材２２は、頭部にＣＦＴ柱３内に挿入用の鋼材が接合されていてもよい。
なお、コンクリート柱２は、鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱）であってもよい。また、コンクリート柱２は、必ずしも建物の地下部分に設けられている必要はなく、地上部分に設けられていてもよい。

平鋼板４は、ＣＦＴ柱３の鋼管３１の下端が溶接されている。
鋼管３１の下端部外周囲は、柱外周コンクリート５により覆われている（図１参照）。さらに、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との切り替え部では、鋼管３１の下端部外周囲および、軸鋼材２２の平鋼板４よりも下側のフランジに複数のスタッド材６が突設されている。
本実施形態では、ＣＦＴ柱３に梁７が接合される柱梁接合部から、ＳＲＣ柱２の高さの１／４以上離れた位置において、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３とを接合する。すなわち、梁７の下面から平鋼板４の上面までの距離は、ＳＲＣ柱２の高さの１／４以上とする。なお、柱梁接合部から平鋼板４までの距離は限定されるものではない。
本実施形態のＣＦＴ柱３、柱外周コンクリート５およびスタッド材６の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

本実施形態の柱の接合構造１によれば、簡略化した構造でありながらも、力の伝達性に優れた構造（切り替え部）を形成することができる。すなわち、軸鋼材２２の頭部が平鋼板４の貫通孔４１を貫通して鋼管３１内に配置されているため、切り替え部の剛性および強度が増大されるとともに、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との間の力の伝達性も優れている。
また、鋼管３１の外面および軸鋼材２２のフランジにスタッド材６，６，…を突設させているため、柱外周コンクリート５を介した柱同士の接合強度が増大されている。しかも、ＣＦＴ柱３の鋼管３１とＳＲＣ柱２の主筋や軸鋼材２２等とが重複されておらず、比較的簡易な構造である。
また、軸鋼材２２がせん断抵抗力を発現するため、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との間の力の伝達性も優れている。
また、柱外周コンクリート５により、ＣＦＴ柱３の自立性が高められているとともに、柱外周コンクリート５による根固め機能による拘束力も高められている。

＜第三の実施形態＞
第三の実施形態では、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との切り替え部に配設された平鋼板４に貫通孔（開口部）４１が形成されている。
平鋼板４は、鋼管３１および軸鋼材２２の外形状よりも大きな面積を有している。なお、平鋼板４の板厚は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。一方、貫通孔４１は、鋼管３１および軸鋼材２２の外形状よりも小さな面積を有している。
平鋼板４の下面には軸鋼材２２の上端が、平鋼板４の上面には鋼管３１の下端がそれぞれ溶接されている。軸鋼材２２および鋼管３１の重心は、同一の直線上に位置している。なお、平鋼板４への軸鋼材２２および鋼管３１の固定方法は溶接に限定されるものではなく、例えば、治具を介して固定してもよい。
貫通孔４１は、図４（ｂ）に示すように、鋼管３１の内側であって、軸鋼材２２の外形状よりも外側に形成されている。本実施形態では、２つの貫通孔４１，４１が、軸鋼材２２の接合部を挟んで対向するように形成されている。なお、貫通孔４１の配置や数は限定されるものではない。

鋼管３１の下端部外周囲は、柱外周コンクリート５により覆われている（図１参照）。さらに、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との切り替え部では、図４（ａ）に示すように、鋼管３１の下端部外周囲および軸鋼材２２のフランジに複数のスタッド材６が突設されている。
本実施形態では、ＣＦＴ柱３に梁７が接合される柱梁接合部から、ＳＲＣ柱２の高さの１／４以上離れた位置において、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３とを接合する。すなわち、梁７の下面から平鋼板４の上面までの距離は、ＳＲＣ柱２の高さの１／４以上とする。なお、柱梁接合部から平鋼板４までの距離は限定されるものではない。
本実施形態の軸鋼材２、ＣＦＴ柱３、柱外周コンクリート５およびスタッド材６の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

本実施形態の柱の接合構造１によれば、簡略化した構造でありながらも、力の伝達性に優れた構造（切り替え部）を形成することができる。すなわち、平鋼板４に貫通孔４１が形成されているため、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３とのコンクリートを一体に打設することで一体性を確保することができる。
また、鋼管３１の外面および軸鋼材２２のフランジにスタッド材６，６，…を突設しているため、柱外周コンクリート５を介した柱同士の接合強度が増大されている。しかも、ＣＦＴ柱３の鋼管３１とＳＲＣ柱２の主筋や軸鋼材２２等とが重複していないため、比較的簡易な構造である。
また、軸鋼材２２がせん断抵抗力を発現するため、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３との間の力の伝達性も優れている。
また、柱外周コンクリート５により、ＣＦＴ柱３の自立性が高められているとともに、柱外周コンクリート５による根固め機能による拘束力も高められている。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、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。
前記各実施形態では、コンクリート柱２として、鉄骨鉄筋コンクリート柱（ＳＲＣ柱）を採用したが、コンクリート柱は鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱）であってもよい。なお、コンクリート柱２がＲＣ柱の場合には、コンクリート柱２の頭部に軸鋼材２２を埋め込むものとする。
前記各実施形態では、平鋼板４を介してコンクリート柱２とコンクリート充填鋼管柱３とを接合する場合について説明したが、コンクリート柱２とコンクリート充填鋼管柱３を構成する鋼管部分を直接接合してもよい。
また、前記各実施形態では、下部柱であるコンクリート柱と上部柱のコンクリート充填鋼管柱との接合構造について記載したが、下部柱がコンクリート充填鋼管柱で、上部柱がコンクリート柱であってもよい。
また、前記実施形態では、柱梁接合部を構成する梁７から所定の距離離れた位置に設けられた平鋼板４を介してＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３とが接合された柱の接合構造１としたが、柱梁接合部に接合された通しダイヤフラムまたは内ダイヤフラムの上下端にＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３とが接合された柱の接合構造であってもよい。この構成によれば、ダイヤフラムを介して、ＳＲＣ柱２とＣＦＴ柱３が接合されることで、少ない鋼材量で、かつ優れた力の伝達性を有する柱の接合構造を実現すことができる。

１ 柱の接合構造
２ ＳＲＣ柱（コンクリート柱）
２１ コンクリート硬化体
２２ 軸鋼材
３ ＣＦＴ柱（コンクリート充填鋼管柱）
３１ 鋼管
３２ コンクリート硬化体
４ 平鋼板
４１ 貫通孔（開口部）
５ 柱外周コンクリート
６ スタッド材
７ 梁

Claims (3)

1. コンクリート柱と、コンクリート充填鋼管柱と、の切り替え部を構成する柱の接合構造であって、
   前記コンクリート柱に埋設された軸鋼材と、
   前記軸鋼材に接合された前記コンクリート充填鋼管柱の鋼管と、
   前記鋼管の端部の外周囲を覆う柱外周コンクリートと、
   前記鋼管の外形状よりも大きな面積を有した平鋼板と、を備えており、
   前記軸鋼材および前記鋼管の端部外周囲にスタッド材が突設されており、前記コンクリート充填鋼管柱は、前記コンクリート柱の上部に接続されていて、
   前記平鋼板の下面には前記軸鋼材の上端が接合されているとともに、前記平鋼板の上面には前記鋼管の下端が接合されていることを特徴とする、柱の接合構造。
2. コンクリート柱と、コンクリート充填鋼管柱と、の切り替え部を構成する柱の接合構造であって、
   前記コンクリート柱に埋設された軸鋼材と、
   前記軸鋼材に接合された前記コンクリート充填鋼管柱の鋼管と、
   前記鋼管の端部の外周囲を覆う柱外周コンクリートと、
   前記鋼管の外形状よりも大きな面積を有した平鋼板と、を備えており、
   前記軸鋼材の頭部が、前記鋼管の内部に配置されているとともに、
   前記平鋼板の上面には前記鋼管の下端が接合されており、
   前記軸鋼材の前記平鋼板よりも下側のフランジ面および前記鋼管の端部外周囲に複数のスタッド材が軸方向に所定の間隔をあけて列状に突設されており、前記コンクリート充填鋼管柱は、前記コンクリート柱の上部に接続されていることを特徴とする、柱の接合構造。
3. コンクリート柱と、コンクリート充填鋼管柱と、の切り替え部を構成する柱の接合構造であって、
   前記コンクリート柱に埋設された軸鋼材と、
   前記軸鋼材に接合された前記コンクリート充填鋼管柱の鋼管と、
   前記鋼管の端部の外周囲を覆う柱外周コンクリートと、
   前記鋼管の外形状よりも大きな面積を有した平鋼板と、を備えており、
   前記軸鋼材の頭部は、前記平鋼板と接合された補助プレートを介して接合面積が拡幅され、前記鋼管と接合されており、
   前記軸鋼材および/または前記鋼管の端部外周囲に複数のスタッド材が軸方向に所定の間隔をあけて列状に突設されており、前記コンクリート充填鋼管柱は、前記コンクリート柱の上部に接続されていて、
   前記平鋼板の下面には前記軸鋼材の上端が接合されているとともに、前記平鋼板の上面には前記鋼管の下端が接合されていることを特徴とする、柱の接合構造。

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