JP6850681B2 - 柱梁接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱梁接合構造に関する。

従来、柱梁接合構造として、特許文献１に記載されているものが知られている。この柱梁接合構造は、内部に充填材が充填された中空の柱と、柱の外周面側に接合された梁と、柱の内部に配置され、柱と梁との接合部において、柱の内周面側に接合された補強部材と、を備えている。

特開平６−２４０７５４号公報

ここで、上述のような柱梁接合構造では、補強部材は、柱から内側へ向かって延びる部分と、当該部分の先端部から垂直に広がる垂直部と、を有している。このような垂直部が柱の内部の充填材に食い込むことによって、当該補強部材が設けられた柱の面の面外抵抗性能を向上させている。しかしながら、このような補強部材は、構造が複雑になる上、垂直部を設けるための部材が必要になるため、部材の数量が増加してしまうという問題がある。更に、柱の内部には、梁と柱との接合部の上下にダイアフラムが設けられる場合があるが、当該ダイアフラムが設けられた場合は、上述のような複雑な構造の補強部材を設けることが困難になるという問題も生じる。従って、ダイアフラムが設けられる場合であっても、簡易な構成にて柱と梁との接合部を補強できる柱梁接合構造が求められていた。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、ダイアフラムが設けられる場合であっても、簡易な構成にて柱と梁との接合部を補強できる柱梁接合構造を提供することを目的とする。

本発明に係る柱梁接合構造は、上下方向に延び、内部に充填材が充填されることで柱を構成する管状部材と、水平方向に延び、柱の管状部材の外周面側に接合された梁と、管状部材の内部において、上下方向に互いに対向する一対のダイアフラムと、管状部材の内部に配置され、管状部材と梁との接合部において、一対のダイアフラム間で管状部材の内周面側に接合された補強部材と、を備え、補強部材には、貫通部が形成されており、補強部材の貫通部には、充填材が充填されている。

本発明に係る柱梁接合構造において、補強部材は、充填材が充填されることで柱を構成する管状部材の内部に配置され、柱の管状部材と梁の接合部において、一対のダイアフラム間で管状部材の内周面側に接合されている。また、補強部材には、貫通部が形成されており、補強部材の貫通部には、充填材が充填されていている。このような構成により、管状部材の接合部に対して、梁からの引張力が作用した場合、充填材の内部に設けられた補強部材に対して、充填材との間の付着力が抵抗力として作用する。これに加え、補強部材の貫通部に充填材が充填されているため、当該貫通部付近に剪断抵抗力が発揮される。この剪断抵抗力は、付着力に比して非常に大きいため、補強部材に貫通部を形成するだけの簡易な構成であるにも関わらず、梁からの引張力に対する抵抗力を大きく向上することができる。また、補強部材の構成が簡易であるため、ダイアフラムが設けられている場合であっても、容易に補強部材を管状部材に接合することができる。以上により、ダイアフラムが設けられる場合であっても、簡易な構成にて柱と梁との接合部を補強できる。

また、本発明に係る柱梁接合構造において、梁は、所定方向に拡がるウェブと、ウェブの両端にて所定方向と直交する方向に拡がる一対のフランジと、を備え、補強部材は、ウェブに対応する位置にて当該ウェブに沿って拡がっていてよい。これにより、ウェブからの引張力に対して、効率よく抵抗力を発生させることができる。

また、本発明に係る柱梁接合構造において、補強部材は、上下方向に拡がる板状部材によって構成されてよい。これにより、補強部材をウェブに対応した位置に配置させ易くなる。また、補強部材に対する貫通部も容易に形成することができる。

また、本発明に係る柱梁接合構造において、貫通部には、鉄筋が挿通されていてよい。これにより、梁からの引張力に対して貫通部付近で発生する抵抗力をより大きくすることができる。

本発明によれば、ダイアフラムが設けられる場合であっても、簡易な構成にて柱と梁との接合部を補強できる。

図１は、本発明の実施形態に係る柱梁接合構造の側面図である。 図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。 図３は、変形例に係る柱梁接合構造を示す断面図である。 図４は、変形例に係る柱梁接合構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態に係る柱梁接合構造の側面図である。図１では、柱１のみ、断面が示されている。図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。なお、図においては、ＸＹＺ軸が設定されている。Ｚ軸方向は上下方向を示し、Ｘ軸方向は水平方向における一方向を示し、Ｙ軸方向は水平方向においてＸ軸方向と直交する方向を示す。Ｚ軸方向においては、上側がＺ軸方向の正側を示す。Ｘ軸方向においては、図１における紙面右側がＸ軸方向の正側を示す。Ｙ軸方向においては、図１における紙面裏側がＹ軸方向の正側を示す。以降の説明においては、適宜ＸＹＺ軸を基準として方向の特定を行う場合もある。

本実施形態に係る柱梁接合構造１００は、例えば、事務所ビルなどの建物の柱と梁の接合箇所に適用される構造である。図１及び図２に示すように、柱梁接合構造１００は、柱１と、梁３Ａ，３Ｂと、ダイアフラム４Ａ，４Ｂと、補強部材６Ａ，６Ｂと、を備えている。

柱１は、上下方向に延びる管状部材２の内部に充填材７が充填されることで構成される。本実施形態では、管状部材２として角型の鋼管が用いられている。従って、管状部材２は、Ｘ軸方向に対向する側壁部１１Ａ，１１Ｂと、Ｙ軸方向に対向する側壁部１２Ａ，１２Ｂと、を備えている。なお、側壁部１１ＡはＸ軸方向の負側に配置され、側壁部１２ＡはＹ軸方向の負側に配置される。柱１として、ＣＦＴ柱が適用される。充填材７として、例えばコンクリートが採用される。

梁３Ａ，３Ｂは、水平方向に延び、柱１の管状部材２の外周面２ａ側に接合された部材である。本実施形態では、管状部材２の側壁部１１Ａの外周面２ａに梁３Ａが接合され、管状部材２の側壁部１１Ｂの外周面２ａに梁３Ｂが接合される。梁３Ａは、側壁部１１ＡからＸ軸方向の負側へ向かって真っすぐに延びている。梁３Ｂは、側壁部１１ＢからＸ軸方向の正側へ向かって真っすぐに延びている。なお、管状部材２のうち、梁３Ａ，３Ｂが接合されている箇所を接合部１３と称する。梁３Ａ，３Ｂは、上下方向（所定方向）に拡がるウェブ１６と、ウェブ１６の両端にて水平方向（所定方向と直交する方向）に拡がる一対のフランジ１７Ａ，１７Ｂと、を備える。フランジ１７Ａはウェブ１６の上端に設けられ、フランジ１７Ｂはウェブ１６の下端に設けられる。梁３Ａ，３Ｂの端部は、管状部材２の外周面２ａに突き合せられた状態で接合される。梁３Ａ，３Ｂのウェブ１６は、管状部材２の側壁部１１Ａ，１１ＢのＹ軸方向における中央位置に配置される。梁３Ａ，３Ｂのフランジ１７Ａ，１７Ｂは、例えば管状部材２の外周面２ａに対して、ダイアフラム４Ａ，４Ｂの位置に溶接することによって固定される。梁３Ａ，３Ｂのウェブ１６は、例えば管状部材２の外周面２ａに対して、高力ボルト接合によって固定される。

ダイアフラム４Ａ，４Ｂは、管状部材２の内部において、上下方向に互いに対向する部材である。ダイアフラム４Ａは、梁３Ａ，３Ｂの上側のフランジ１７Ａに対応する高さ位置に設けられている。ダイアフラム４Ｂは、梁３Ａ，３Ｂの下側のフランジ１７Ｂに対応する高さ位置に設けられている。ダイアフラム４Ａ，４Ｂは、管状部材２の内部において水平方向に拡がる矩形状の部材であり、各側壁部１１Ａ，１１Ｂ，１２Ａ，１２Ｂのそれぞれに固定される。ダイアフラム４Ａ，４Ｂの中央位置には、充填材７を充填させるための貫通孔４ａが形成される。なお、ダイアフラム４Ａ，４Ｂの構成は、内ダイアフラム形式であってもよく、通しダイアフラム形式であってもよい。

補強部材６Ａ，６Ｂは、管状部材２の接合部１３において、ダイアフラム４Ａ，４Ｂ間で管状部材２の内周面２ｂ側に接合された部材である。補強部材６Ａ，６Ｂは、梁３Ａ，３Ｂのウェブ１６に対応する位置にて当該ウェブ１６に沿って拡がっている。補強部材６Ａ，６Ｂは、上下方向に拡がる板状部材によって構成される。補強部材６Ａは、管状部材２の側壁部１１Ａの内周面２ｂに固定される。補強部材６Ａは、梁３Ａのウェブ１６と同じく、側壁部１１ＡのＹ軸方向における中央位置に固定される。また、補強部材６Ａは、側壁部１１Ａの内周面２ｂからＸ軸方向の正側へ向かって真っすぐに延びている。従って、補強部材６Ａは、梁３Ａのウェブ１６を、管状部材２の内部へ向かって仮想的に延ばした場合の位置に設けられる。補強部材６Ｂは、管状部材２の側壁部１１Ｂの内周面２ｂに固定される。補強部材６Ｂは、梁３Ｂのウェブ１６と同じく、側壁部１１ＢのＹ軸方向における中央位置に固定される。また、補強部材６Ｂは、側壁部１１Ｂの内周面２ｂからＸ軸方向の負側へ向かって真っすぐに延びている。従って、補強部材６Ｂは、梁３Ｂのウェブ１６を、管状部材２の内部へ向かって仮想的に延ばした場合の位置に設けられる。ただし、補強部材６Ａ，６Ｂが延びる方向は、厳密にＸ軸方向に向かって真っすぐでなくともよく、発明の趣旨に反しない範囲でＸ軸方向に対して傾斜していてもよい。なお、補強部材６Ａ，６Ｂは、例えば、管状部材２の内周面２ｂに対して溶接によって固定される。

補強部材６Ａと補強部材６Ｂは、管状部材２の中心線ＣＬを基準として線対称な構成を有している（図１参照）。補強部材６Ａ，６Ｂは、上下方向に長尺に延びる長方形状の板状部材である。補強部材６Ａ，６Ｂの中心線ＣＬ側の先端部６ａは、互いにＸ軸方向に離間している。ただし、先端部６ａの位置、すなわち補強部材６Ａ，６ＢのＸ軸方向における長さは特に限定されない。ただし、補強部材６Ａ，６Ｂが短すぎる場合は、十分な支持力を得られないので、支持力を確保できる程度の長さとする。また、補強部材６Ａ，６Ｂの上端部６ｂは、上側のダイアフラム４Ａから下方へ離間した位置に配置されている。補強部材６Ａ，６Ｂの下端部６ｃは、下側のダイアフラム４Ｂから上方へ離間した位置に配置されている。ただし、上端部６ｂ及び下端部６ｃの位置は特に限定されない。また、補強部材６Ａ，６Ｂの厚みは、梁３Ａ，３Ｂのウェブ１６と同じ厚みに設定されているが、特に限定されず、ウェブ１６より薄くてもよく、ウェブ１６より厚くてもよい。

補強部材６Ａ，６Ｂには、それぞれ複数の貫通部２０が形成されている。また、貫通部２０には充填材７が充填されている。本実施形態に係る補強部材６Ａ，６Ｂでは、貫通部２０は先端部６ａ側の位置に配置されている。すなわち、貫通部２０は、補強部材６Ａ，６Ｂのうち、Ｘ軸方向の中央位置よりも、先端部６ａ寄りの領域に形成されている。また、貫通部２０は、先端部６ａに沿って、上下方向に形成された複数個（ここでは５個）の貫通孔によって構成されている。

複数の貫通部２０は、等ピッチで形成されているが、貫通部２０同士の間隔は特に限定されず、等ピッチでなくともよい。また、貫通部２０は、円形の貫通孔として形成されているが、形状は特に限定されず、多角形状であってもよく、長円、楕円など、様々な形状を採用してよい。また、貫通部２０の大きさも特に限定されるものではない。ただし、貫通部２０の大きさは、管状部材２の内部に充填材７を流し込んだ際に、当該充填材７が貫通部２０へ流れ込むことができる程度の大きさに設定されている必要がある。

以上により、補強部材６Ａ，６Ｂは、管状部材２の内部において、梁３Ａ，３Ｂのウェブ１６と対応する位置にて、充填材７に埋設された状態となる。すなわち、充填材７は、補強部材６Ａ，６Ｂの表面と接触した状態で硬化している。また、充填材７は、貫通部２０の内部に流れ込んで、当該貫通部２０内の空間に満たされ、貫通部２０の内周面と接触した状態で硬化している。

次に、本実施形態に係る柱梁接合構造１００の作用・効果について説明する。

ここで、補強部材６Ａ，６Ｂが設けられない柱梁接合構造の課題の一例について説明する。ただし、本発明の構造は、ここで述べられる前提構成に限定されるものではなく、後述の梁の接合方法や、スカラップなどは必須の構成要件ではない。

例えば、管状部材２が溶接組立箱形断面の場合、ダイアフラムは内ダイアフラム形式となり、梁３Ａ，３Ｂのフランジ１７Ａ，１７Ｂは現場溶接にて管状部材２に固定され、ウェブ１６は高力ボルト接合によって管状部材２に固定されることが一般的である。また、管状部材２が冷間成形角形断面の場合は、ダイアフラムは通しダイアフラム形式となり、梁３Ａ，３Ｂのフランジ１７Ａ，１７Ｂは現場溶接にてダイアフラムに固定され、ウェブ１６は高力ボルト接合によって管状部材２に固定されることが一般的である。このように、いずれの場合もフランジ１７Ａ，１７Ｂは現場溶接によって固定されるので、ウェブ１６にスカラップと称される溶接作業用の貫通孔が、形成される。

このような構成の場合、ウェブ１６は管状部材２に対して（スキンプレートなどを介して）高力ボルト接合されるが、特に柱１がＣＦＴ柱であった場合は、管状部材２の側壁部１１Ａ，１１Ｂの面外抵抗力が低いため、ウェブ１６の曲げ負担分が、接合部１３近傍で減少する。このように減少した曲げ応力は、スカラップ近傍でフランジ１７Ａ，１７Ｂに流れる。従って、スカラップ近傍での応力集中が生じ、亀裂の発生、破断の進展による耐力低下が生じる場合がある。

このような課題を解決するために、接合部１３に係る側壁部１１Ａ，１１Ｂの面外抵抗性能を向上させることで、上述のような応力集中、亀裂の発生、破断の進展を抑制することで、梁３Ａ，３Ｂの変形性能を向上させるような柱梁接合構造１００が採用される。

従って、本実施形態に係る柱梁接合構造１００において、補強部材６Ａ，６Ｂは、充填材７が充填された管状部材２の内部に配置され、接合部１３において、ダイアフラム４Ａ，４Ｂ間で管状部材２の内周面２ｂ側に接合されている。また、補強部材６Ａ，６Ｂには、貫通部２０が形成されており、補強部材６Ａ，６Ｂの貫通部２０には、充填材７が充填されていている。

このような構成により、管状部材２の接合部１３に対して、梁３Ａ，３Ｂからの引張力（図２にて「Ｆ１」で示す）が作用した場合、充填材７の内部に設けられた補強部材６Ａ，６Ｂに対して、充填材７との間の付着力が抵抗力（図２にて「Ｆ２」で示す）として作用する。なお、比較例に係る補強部材として、貫通部２０を有さないものを採用した場合、付着力だけでは十分に引張力に抵抗できず、十分な面外抵抗性能を得られない場合もある。

しかし、本実施形態では、付着力に加え、補強部材６Ａ，６Ｂの貫通部２０に充填材７が充填されているため、当該貫通部２０付近に剪断抵抗力（図２にて「Ｆ３」で示す）が発揮される。この剪断抵抗力は、付着力に比して非常に大きいため、補強部材６Ａ，６Ｂに貫通部２０を形成するだけの簡易な構成であるにも関わらず、梁３Ａ,３Ｂからの引張力に対する抵抗力を大きく向上することができる。特に、ダイアフラム４Ａ，４Ｂ及び管状部材２で囲まれた領域の充填材７は、周囲からの拘束力が高いため、本実施形態のような補強部材６Ａ、６Ｂの剛性及び耐力に有利に作用する。また、補強部材６Ａ,６Ｂの構成が簡易であるため、ダイアフラム４Ａ，４Ｂが設けられている場合であっても、容易に補強部材６Ａ，６Ｂを管状部材２に接合することができる。以上により、ダイアフラム４Ａ，４Ｂが設けられる場合であっても、簡易な構成にて柱１の管状部材２と梁３Ａ，３Ｂとの接合部を補強できる。

また、補強部材６Ａ，６Ｂに貫通部２０を形成するだけの簡易な構成であるため、得られる抵抗力の調整を容易に行うことができる。すなわち、管状部材２と梁３Ａ、３Ｂとの接合部１３の構造に応じて補強部材６Ａ，６Ｂによる抵抗力を調整することが求められる場合も、貫通部２０の大きさや位置や個数を変更するだけで容易に抵抗力の調整を行うことができる。

また、柱梁接合構造１００において、梁３Ａ，３Ｂは、上下方向に拡がるウェブ１６と、ウェブ１６の両端にてＹ軸方向に拡がる一対のフランジ１７Ａ，１７Ｂと、を備える。補強部材６Ａ，６Ｂは、ウェブ１６に対応する位置にて当該ウェブ１６に沿って拡がっている。これにより、ウェブ１６からの引張力に対して、効率よく抵抗力を発生させることができる。

また、柱梁接合構造１００において、補強部材６Ａ，６Ｂは、上下方向に拡がる板状部材によって構成されている。これにより、補強部材６Ａ，６Ｂをウェブ１６に対応した位置に配置させ易くなる。また、補強部材６Ａ，６Ｂに対する貫通部２０も容易に形成することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、補強部材の構成は上述の実施形態に限定されない。柱と梁との接合部の構造に合わせて、適宜補強部材の構成を変更してよい。例えば、図３に示すように、梁３Ａ，３Ｂのせいが高い構成である場合、図３（ａ）及び図３（ｂ）のような補強部材を採用してよい。例えば、図３（ａ）に示す例では、梁３Ａ，３Ｂの上下方向における中央部付近にのみ補強部材３６Ａ，３６Ｂを設けている。すなわち、図１の補強部材３６Ａ，３６Ｂに比して、補強部材３６Ａ，３６Ｂはダイアフラム４Ａ，４Ｂとの離間距離が大きい。このような構成によって、梁３Ａ，３Ｂのウェブの上下方向における中央付近での曲げ抵抗性を向上することができる。また、図３（ｂ）に示す例において、補強部材４６Ａ，４６Ｂは、ダイアフラム４Ａ，４Ｂに近接する位置まで上下方向に延びている。また、補強部材４６Ａ，４６Ｂの上端付近及び下端付近には、Ｘ軸方向に長尺となる長円状の貫通部２１が設けられることで、曲げ抵抗性を向上している。

また、例えば、図４に示すように、貫通部２０には、鉄筋３１が挿通されていてよい。これにより、梁３Ａ，３Ｂからの引張力に対して貫通部２０付近で発生する抵抗力をより大きくすることができる。また、図４に示すように、管状部材２のＹ軸方向に対向する側壁部１２Ａ，１２Ｂに対して、Ｙ軸方向へ延びる梁３Ｃ，３Ｄが接続されていてよい。また、このような側壁部１２Ａと側壁部１２Ｂを管状部材２の内部で接続するための接続部材３０を設けてもよい。この接続部材３０は、梁３Ｃ，３Ｄのウェブ１６に対応する位置に設けられている。このように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に梁３が設けられている場合、一方向に対しては貫通部２０が形成された補強部材６を設け、他の方向に対しては接続部材３０を設けてもよい。このような構成は、溶接組立箱形断面柱の場合も、冷間成形角形柱のいずれの場合も採用できる。なお、Ｘ軸方向の梁３と、Ｙ軸方向の梁３の両方に対して補強部材６を設けてもよい。

また、上述の実施形態では、管状部材の断面形状として四角形のものを例示したが、管状部材の断面形状は特に限定されず、円筒状、四角形以外の多角形状のいずれを採用してもよい。

また、上述の実施形態では、一つの梁に対して一つの補強部材が設けられていたが、複数の補強部材が設けられてよい。例えば、上下方向に分割された複数個の補強部材が設けられてよい。また、水平方向に複数個の補強部材が設けられてよい。

また、上述の実施形態では、貫通部として補強部材に形成された貫通孔を例示した。しかし、貫通部は、補強部材に貫通した部分が設けられることで、当該部分に充填材が入り込み、抵抗力を発生できる部分であればよい。従って、補強部材に切り欠きを設けることで貫通部を構成してもよい。例えば、貫通部として、複数の貫通孔に加え、補強部材の上端部や下端部に形成した切り欠き部を採用してよい。ただし、切り欠き部によって貫通部を形成する場合、梁の引張力に対し、充填材と補強部材との間で抵抗力が発生するような位置・形状の切り欠き部でなくてはならない。例えば、図１に示す例では、補強部材６Ａの先端部６ａからＸ軸方向の負側へ真っ直ぐに伸びるような切り欠きを設けた場合、梁３Ａの引張力に対し、充填材７と補強部材６Ａとの間で発生する抵抗力が十分ではない。一方、補強部材６Ａの上端部６ｂから下方へ延びるような切り欠き部を形成した場合、梁３Ａの引張力に対し、充填材７と補強部材６Ａとの間で大きな抵抗力を発生することができる。

また、上述の実施形態では、補強部材は上下方向に広がるように設けられており、板厚方向が水平となっていた。これに代えて、補強部材が水平方向に広がるように設けられてもよい。この場合、補強部材の板厚方向は上下方向となる。

１…柱、２…管状部材、３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…梁、４Ａ，４Ｂ…ダイアフラム、６Ａ，６Ｂ…補強部材、７…充填材、１６…ウェブ、１７Ａ，１７Ｂ…フランジ、２０…貫通部、３１…鉄筋。

Claims (4)

1. 上下方向に延び、内部に充填材が充填されることで柱を構成する管状部材と、
   水平方向に延び、前記柱の前記管状部材の外周面側に接合された梁と、
   前記管状部材の内部において、上下方向に互いに対向する一対のダイアフラムと、
   前記管状部材の内部に配置され、前記管状部材と前記梁との接合部において、前記一対のダイアフラム間で前記管状部材の内周面側に接合された上下方向に拡がる板状部材によって構成される補強部材と、を備え、
   前記補強部材は、前記管状部材の中心線に対して所定間隔で離間し、
   前記補強部材には、貫通部が形成されており、
   前記補強部材の前記貫通部には、前記充填材が充填されている、柱梁接合構造。
2. 前記補強部材の前記貫通部は、前記補強部材の先端部に沿って上下方向に形成された複数個の貫通孔により形成されている、請求項１に記載の柱梁接合構造。
3. 前記梁は、所定方向に拡がるウェブと、前記ウェブの両端にて前記所定方向と直交する方向に拡がる一対のフランジと、を備え、
   前記補強部材は、前記ウェブに対応する位置にて当該ウェブに沿って拡がっている、請求項１又は２に記載の柱梁接合構造。
4. 前記貫通部には、鉄筋が挿通されている、請求項１〜３の何れか一項に記載の柱梁接合構造。
   

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