JP6818456B2 - 柱の接続構造 - Google Patents

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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。
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