JP6818456B2 - 柱の接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱の接続構造に関する。

下記特許文献１には、鋼管コンクリート造の柱（下柱）と鉄筋コンクリート造の柱（上柱）とを接続した柱構造が示されている。この柱構造では、下柱と上柱の接続部分の外周を鋼板で覆い、鋼板に被覆される部分で鋼管を縮径させている。

特開２０００−２７２９９号公報（図１）

しかし、上記特許文献１に示された鋼管のように、複雑な形状の部材を用いる場合、部材の加工及び製造が難しくなる。また、上柱の中に芯材を配置しても、芯材の軸力を下柱へスムーズに伝えることは難しい。

本発明は、上記事実を考慮して、複雑な形状の部材を用いずに鉄骨柱とコンクリート柱との間で軸力をスムーズに伝達できる柱の接続構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の柱の接続構造は、鉄骨柱と、前記鉄骨柱の端面に接合された接合板と、前記接合板に接合され、前記鉄骨柱の外周部の各辺の延長線によって囲繞されて配置されることで前記鉄骨柱より小断面とされた芯材と、前記芯材及び前記接合板に接合された補強部材と、前記芯材及び前記補強部材を被覆するコンクリートと、を備えたコンクリート柱と、を有する。

請求項１に記載の柱の接続構造によると、例えば鉄骨柱の軸力が、接合板からコンクリート柱の芯材へ伝達される。また、軸力が接合板から補強部材を介して芯材へ伝達される。これにより、鉄骨柱と芯材との間でスムーズに軸力を伝達することができる。

また、鉄骨柱から芯材へ軸力を伝達するために、例えば両端面がそれぞれ鉄骨柱の断面形状と芯材の断面形状に合うように断面形状を変形させた、複雑な形状の連結部材を用いる必要がない。

請求項２に記載の柱の接続構造は、前記補強部材は、前記芯材の上端部のみに接合されている。
請求項３に記載の柱の接続構造は、前記芯材はＨ形鋼とされ、前記補強部材はＴ形鋼とされている。

請求項３に記載の柱の接続構造によると、芯材及び補強部材が一般形鋼を用いて形成される。このため、コンクリート柱の製造が容易である。

請求項４に記載の柱の接続構造は、前記Ｔ形鋼は、軸方向の端面が前記接合板に接合されると共に、ウェブが前記Ｈ形鋼に接合され、フランジが前記鉄骨柱の外周部の延長線上に配置されている、

請求項４に記載の柱の接続構造によると、Ｔ形鋼のフランジが鉄骨柱の外周部の延長線上に配置される。このため、Ｔ形鋼のフランジと鉄骨柱との間で、スムーズに軸力を伝達することができる。
請求項５に記載の柱の接続構造は、前記Ｔ形鋼は、前記Ｈ形鋼のウェブ及びフランジのそれぞれに接合されている。
請求項６に記載の柱の接続構造は、前記補強部材の下端部には、支圧プレートが設けられている。

本発明に係る柱の接続構造によると、複雑な形状の部材を用いずに鉄骨柱とコンクリート柱との間で軸力をスムーズに伝達できる。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る柱の接続構造を示した立断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施形態に係る柱の接続構造において上柱のベースプレートを大きくし、下柱の補強部材の下端部に支圧プレートを接合した例を示す部分拡大立断面図である。 （Ａ）は比較例に係る柱の接続構造を示した立断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施形態に係る柱の接続構造において上柱と下柱とを反転させた例を示す立断面図である。

図１（Ａ）、（Ｂ）には、本発明の実施形態に係る柱の接続構造が示されている。図１（Ａ）に示すように、柱１０は、鉄骨造（Ｓ造）の上柱２０と、鉄骨鉄筋コンクリート造（ＳＲＣ造）の下柱３０とを接合して構成されている。

（上柱）
上柱２０は、角型鋼管により形成された鉄骨柱２２と、鋼板により形成され、鉄骨柱２２の端面に溶接されたベースプレート２４と、を備えている。

（下柱）
下柱３０は、Ｈ形鋼により形成された芯材３２と、ＣＴ形鋼（Ｔ形鋼）により形成され芯材３２に接合された補強部材３４と、芯材３２及び補強部材３４を被覆するコンクリート３６と、を備えている。また、コンクリート３６の内部には、図示しない鉄筋が配筋されている。

なお、コンクリート３６は現場打ちとされ、コンクリート３６の上端面がベースプレート２４の上方に形成されることで、下柱３０の下端部が上柱２０に埋設されている。なお、上柱２０と下柱３０とを工場で接合する場合はコンクリート３６をプレキャストコンクリートで形成してもよい。また、コンクリート３６の上端面とベースプレート２４の下端面とを一致させ、上柱２０が下柱３０の上に載置されるように構成することもできる。

下柱３０における芯材３２及び補強部材３４の軸方向の上端面は略同一面上に形成され、上柱２０におけるベースプレート２４の下面に溶接されている。これにより上柱２０と下柱３０とが接合されている。上柱２０、下柱３０の軸方向の中心線は一致しており、柱１０の軸線ＣＬを形成している。

なお、図１（Ａ）は図１（Ｂ）におけるＡ−Ａ線断面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図である。図１（Ａ）、（Ｂ）においては、構成を分かり易くするため、コンクリート３６は二点鎖線で示している。

（芯材）
下柱３０の芯材３２は上柱２０の鉄骨柱２２よりも小断面とされ、図１（Ｂ）に示すように、柱１０を平面視すると、芯材３２は鉄骨柱２２の外周部の各辺の延長線ＥＬによって囲繞されるように配置されている。

（補強部材）
図１（Ａ）に示すように、下柱３０の補強部材３４は、芯材３２の上端部に接合されており、上述したように、芯材３２及び補強部材３４の軸方向の上端面は略同一面上に形成されている。また、図１（Ｂ）に示すように、補強部材３４は、それぞれＣＴ形鋼で形成された２本の第１補強部材３４Ａと、２本の第２補強部材３４Ｂと、を備えている。第１補強部材３４Ａにおけるウェブ３４ＡＷの端面は芯材３２のウェブ３２Ｗの両面にそれぞれ溶接され、第２補強部材３４Ｂにおけるウェブ３４ＢＷの端面は芯材３２の両フランジ３２Ｆの表面にそれぞれ溶接されている。これにより、補強部材３４が芯材３２に接合されている。

また、図１（Ａ）に示すように、補強部材３４の延設方向は上柱２０における鉄骨柱２２の軸線（軸線ＣＬ）と一致しており、図１（Ｂ）にも示すように、鉄骨柱２２の外周部の各辺の延長線ＥＬ上に、第１補強部材３４Ａのフランジ３４ＡＦ及び第２補強部材３４Ｂのフランジ３４ＢＦが配置されている。

（作用・効果）
本実施形態の柱の接続構造によると、上柱２０における鉄骨柱２２の軸力Ｐが、ベースプレート２４を介して下柱３０の芯材３２へ伝達される（軸力Ｐ１）。

また、鉄骨柱２２の軸力Ｐは、ベースプレート２４を介して下柱３０の補強部材３４にも伝達される（軸力Ｐ２）。補強部材３４（第１補強部材３４Ａ及び第２補強部材３４Ｂ）のフランジ３４ＡＦ、３４ＢＦは、鉄骨柱２２の外周部の各辺の延長線ＥＬ上に配置されているため、軸力は鉄骨柱２２から補強部材３４へスムーズに伝わる。

さらに、鉄骨柱２２から補強部材３４へ伝達された軸力Ｐ２は、補強部材３４から芯材３２へ伝達される（軸力Ｐ３）。

これにより、上柱２０における鉄骨柱２２から下柱３０における芯材３２へ、軸力がスムーズに伝達される。なお、補強部材３４から芯材３２へは、補強部材３４のウェブ（ウェブ３４ＡＷ、３４ＢＷ）と芯材３２との接合面に生じるせん断力によって軸力が伝達される。

なお、鉄骨柱２２の軸力Ｐの一部は、ベースプレート２４からコンクリート３６へ支圧力として作用する。この支圧力に対してはコンクリート３６からの反力Ｃ１が抵抗する。このため、軸力Ｐから反力Ｃ１を引いた値が、芯材３２、補強部材３４へ伝達される軸力Ｐ１、Ｐ２の合計値と略一致する（Ｐ−Ｃ１＝Ｐ１＋Ｐ２…式１）。

さらに、補強部材３４に伝達された軸力Ｐ２の一部は、補強部材３４からコンクリート３６へ支圧力として作用する。この支圧力に対してはコンクリート３６からの反力Ｃ２が抵抗する。このため、軸力Ｐ２から反力Ｃ２を引いた値が、芯材３２へ伝達される軸力Ｐ３と略一致する（Ｐ２−Ｃ２＝Ｐ３…式２）。

これにより、鉄骨柱２２に作用する軸力Ｐは、コンクリート３６からの反力Ｃ１、Ｃ２によって抵抗される分を除いて、芯材３２に軸力（Ｐ１＋Ｐ３）として伝達される（Ｐ−Ｃ１−Ｃ２＝Ｐ１＋Ｐ３…式３）。

このように、上柱２０の鉄骨柱２２から下柱３０の芯材３２へ軸力が伝達する際には、ベースプレート２４及び補強部材３４からの支圧力に対するコンクリート３６の反力Ｃ１、Ｃ２が影響する。このため、この反力Ｃ１、Ｃ２の大きさを調整することで、上柱２０の鉄骨柱２２から下柱３０の芯材３２へ伝わる軸力の大きさを調整することができる。

例えば図２に示すように、ベースプレート２４を大きくして反力Ｃ１を大きくしたり、補強部材３４の下端部に支圧プレート３８を接合して反力Ｃ２を大きくすることで、
鉄骨柱２２から芯材３２へ伝達される軸力Ｐ１、Ｐ３を小さくすることができる（式１、式３参照）。これにより、例えば芯材３２の断面寸法を小さくすることができる。

なお、芯材３２及び補強部材３４の軸力は、コンクリート３６との付着力によりコンクリート３６にも伝達されるが、その影響は小さいので説明は省略する。

また、本実施形態の柱の接続構造によると、下柱３０の芯材３２はＨ形鋼で形成され、補強部材３４はＣＴ形鋼で形成されている。すなわち、何れも一般形鋼（規格鋼材）で形成されている。このため、鉄骨柱２２から芯材３２へ軸力を伝達するために、複雑な加工を施した部材を用いる必要がない。

これに対して、例えば図３（Ａ）、（Ｂ）には、比較例に係る柱１００が示されている。柱１００における上柱２００は、本実施形態における上柱２０と同様の構成とされ、鉄骨柱２２０とベースプレート２４０とを備えている。下柱３００には、本実施形態の芯材３２と同断面の芯材３２０がコンクリート３６０の中に埋設されているが、芯材３２０の上端面には接合プレート３８０が接合され、この接合プレート３８０とベースプレート２４０との間に、連結部材４００が配置されている。

連結部材４００は、接合プレート３８０とベースプレート２４０との間に配置された状態で、ウェブ４００Ｗの幅が接合プレート３８０側（下側）からベースプレート２４０側（上側）に向かって拡がる形状とされている。これにより、ウェブ４００Ｗの両端面（図３（Ａ）における左右の端面）に接合された各フランジ４００Ｆは、連結部材４００の下端部４００Ｄにおいては芯材３２０のフランジ３２０Ｆと平面位置が略一致し、連結部材４００の上端部４００Ｕにおいては鉄骨柱２２０の外周部の辺と平面位置が略一致している。

これらの構成により、鉄骨柱２２０に作用する軸力が、連結部材４００のフランジ４００Ｆを介して芯材３２０へ伝達される。

このように、比較例に係る柱１００では、上柱２００の鉄骨柱２２０から下柱３００の芯材３２０へ軸力を伝達させるために、連結部材４００を用いている。連結部材４００は、ウェブ４００Ｗの幅が拡がる形状とされているため一般形鋼を用いることができず、例えば鋼板を溶接で組み立てて形成する必要がある。このため、部材を加工及び製造する手間がかかる。これに対して本実施形態の柱の接続構造では一般形鋼のみを用いているため、部材の加工及び製造が容易である。

なお、本実施形態においては、芯材３２を形成する一般形鋼としてＨ形鋼を用いているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば角型鋼管、Ｉ形鋼など各種の一般形鋼を用いることができる。

同様に本実施形態においては、補強部材３４（第１補強部材３４Ａ及び第２補強部材３４Ｂ）を形成する一般形鋼としてＣＴ形鋼を用いているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば溝形鋼（チャンネル材）、山形鋼（アングル材）、平鋼（フラットバー）など各種の一般形鋼を用いることができる。

芯材３２、補強部材３４としてこれらの鋼材を用いても、複雑な加工を施した部材を用いる必要がない効果は同様である。

また、図１（Ｂ）に示すように本実施形態において、補強部材３４のフランジ３４ＡＦ、３４ＢＦは鉄骨柱２２の外周部の各辺の延長線ＥＬ上に配置されているものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らず、補強部材３４のフランジ３４ＡＦ、３４ＢＦは、延長線ＥＬ上に配置されていなくてもよい。また、補強部材３４として第１補強部材３４Ａ、第２補強部材３４Ｂを用いているが、何れかのみを用いてもよい。これらの場合でも、鉄骨柱２２からベースプレート２４を介して補強部材３４へ軸力を伝達することができる。

また、本実施形態において鉄骨柱２２は角型鋼管により形成されているものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば角型鋼管に代えてＨ形鋼等の形鋼や複数の鋼板を溶接で組み立てた鋼材（ビルト鋼）等を用いてもよい。または、角型鋼管にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管（ＣＦＴ）を用いてもよい。すなわち、上柱２０は鉄骨造（Ｓ造）に限定されず、コンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ造）等とすることができる。このように、本発明における鉄骨柱とは、鉄骨造の柱に限定されるものではない。

また、本実施形態においてコンクリート３６には鉄筋が配筋され、下柱３０は鉄骨鉄筋コンクリート造とされているものとしたが、本発明の実施形態はこれに限らず、鉄筋は省略することができる。つまり、下柱３０は鉄骨コンクリート造とすることができる。このように、本発明におけるコンクリート柱とは、鉄骨鉄筋コンクリート造の柱に限定されるものではない。

さらに、本実施形態においては上柱２０を鉄骨造、下柱３０を鉄骨鉄筋コンクリート造として柱１０を構成したが本発明の実施形態はこれに限らない。例えば図４に示すように、柱１０の上下関係を反転し、上柱５０を鉄骨鉄筋コンクリート造、下柱６０を鉄骨造としてもよい。このように形成しても、上柱５０と下柱６０との間で軸力をスムーズに伝達することができる。以上述べたように、本発明の実施形態は各種の変形例を適用することが可能である。

２２ 鉄骨柱
２４ ベースプレート（接合板）
３０ 下柱（コンクリート柱）
３２ 芯材（Ｈ形鋼）
３４ 補強部材（Ｔ形鋼）
３４Ａ 第１補強部材（補強部材）
３４ＡＷ ウェブ
３４ＡＦ フランジ
３４Ｂ 第２補強部材（補強部材）
３４ＢＷ ウェブ
３４ＢＦ フランジ
３６ コンクリート
５０ 上柱（コンクリート柱）
６０ 下柱（鉄骨柱）

Claims (6)

1. 鉄骨柱と、
   前記鉄骨柱の端面に接合された接合板と、
   前記接合板に接合され、前記鉄骨柱の外周部の各辺の延長線によって囲繞されて配置されることで前記鉄骨柱より小断面とされた芯材と、前記芯材及び前記接合板に接合された補強部材と、前記芯材及び前記補強部材を被覆するコンクリートと、を備えたコンクリート柱と、
   を有する、柱の接続構造。
2. 前記補強部材は、前記芯材の上端部のみに接合されている、請求項１に記載の柱の接続構造。
3. 前記芯材はＨ形鋼とされ、前記補強部材はＴ形鋼とされた、請求項１又は請求項２に記載の柱の接続構造。
4. 前記Ｔ形鋼は、軸方向の端面が前記接合板に接合されると共に、ウェブが前記Ｈ形鋼に接合され、フランジが前記鉄骨柱の外周部の延長線上に配置されている、請求項３に記載の柱の接続構造。
5. 前記Ｔ形鋼は、前記Ｈ形鋼のウェブ及びフランジのそれぞれに接合されている、請求項３又は請求項４に記載の柱の接続構造。
6. 前記補強部材の下端部には、支圧プレートが設けられている、請求項１〜５の何れか１項に記載の柱の接続構造。