JP6909561B2 - 柱梁の接合構造 - Google Patents

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Description

本発明は、柱梁の接合構造に関する。
特許文献1及び特許文献2には、鉄筋コンクリート部材の内部に鉄骨部材の端部側を埋設して接合する鉄筋コンクリート部材と鉄骨部材の接合構造に関する技術が開示されている。
特許文献1の技術では、鉄骨部材の端部に鉄骨部材の材軸に直交する横方向に延びる水平部材を一体に設けて接合部を形成して鉄筋コンクリート部材に埋設することで、鉄骨部材を鉄筋コンクリート部材に剛接合している。
特許文献2の技術では、鉄筋コンクリートに埋め込まれる鉄骨部材の端部側のフランジ及び/又はウェブに孔を設け、この孔に鉄棒を挿入している。
ここで、鉄筋コンクリート柱に鉄骨梁を接続する柱梁の接合構造においては、鉄筋コンクリート柱に埋め込こんだガセットプレート(接続部材)に鉄骨梁をボルト接合する技術が知られている。
しかし、このような柱梁の接合構造は、せん断力を負担するスタッドをガセットプレートの板面に溶接する必要がある。また、ガセットプレートの板面にスタッドを溶接する溶接工程は、専門の溶接工が必要である。
よって、せん断力を負担する部材を溶接することなく接続部材に設けることが望まれている。
特開2014-227681号公報 特開2015-31011号公報
本発明は、上記事実を鑑み、鉄筋コンクリート柱に埋設する接続部材に、溶接することなく、せん断力を負担する部材を設けることが目的である。
第一態様は、鉄筋コンクリート柱に一端側が埋設され、他端側に鉄骨梁が接続される接続部材と、前記接続部材の前記一端側に形成された貫通孔と、前記貫通孔へ挿通された棒状部材と、前記棒状部材を前記接続部材に固定するねじ手段と、を備える柱梁の接合構造である。
第一態様の柱梁の接合構造では、一端側が鉄筋コンクリート部材に埋設された接続部材の他端側に鉄骨梁を接続することで、鉄筋コンクリート柱に鉄骨梁が接合される。鉄筋コンクリート柱に埋設された接続部材の一端側の貫通孔には、棒状部材が挿通され、ねじ手段で固定されている。よって、せん断力を負担する棒状部材を、溶接することなく、接続部材に設けることができる。
第二態様は、前記接続部材の前記一端側には、上方に突出した突出部が設けられている、第一態様に記載の柱梁の接合構造である。
第二態様の柱梁の接合構造では、接続部材の一端側に設けられ上方に突出した突出部が鉄筋コンクリート柱から受ける支圧により、接続部材の接合耐力が向上する。
第三態様は、前記鉄筋コンクリート柱の前記鉄骨梁側に配筋された第一柱主筋と、前記鉄筋コンクリート柱の前記鉄骨梁と反対側に配筋された第二柱主筋と、前記第一柱主筋と前記第二柱主筋とを連結する中子筋と、を有し、前記第一柱主筋は、前記棒状部材を基点とする前記鉄筋コンクリート柱のコーン破壊の破壊想定面の内側に配筋されている、請求項1又は請求項2に記載の柱梁の接合構造である。
第三態様の柱梁の接合構造では、棒状部材を基点とする鉄筋コンクリート柱のコーン破壊の破壊想定面の外側に第一柱主筋が配筋されている場合と比較し、コーン破壊強度が向上し、この結果、接続部材の接合耐力が向上する。
本発明によれば、鉄筋コンクリート柱に埋設する接続部材に、溶接することなく、せん断力を負担する部材を設けることができる。
本発明の第一実施形態に係る柱梁の接合構造の斜視図である。 第一実施形態の接合構造を構成する接続板及び全ねじボルトの斜視図である。 (A)は本発明の第一実施形態に係る柱梁の接合構造のY方向から見た正面図であり、(B)はX方向から見た側面図である。 本発明の第一実施形態に係る柱梁の接合構造のZ方向から見た平面図である。 本発明の第一実施形態の変形例の接合構造のZ方向から見た平面図である。 接続板のせん断耐力の構造実験の実験結果のグラフである。 本発明の第二実施形態に係る柱梁の接合構造の斜視図である。 ねじ手段及び棒状部材を説明するための要部の拡大水平断面図であり、(A)は全ねじボルトをナットで固定した図であり、(B)は頭部付きボルトをナットで固定した図であり、(C)は全ねじボルトをねじ孔にねじ込んで固定した図であり、(D)が頭部付きボルトをねじ孔にねじ込んで固定した図である。
<第一実施形態>
本発明の第一実施形態の柱梁の接合構造について説明する。なお、各図において適宜示される矢印X及び矢印Yは水平方向における直交する2方向を示し、矢印Zは鉛直方向を示している。
[構造]
先ず、本実施形態の柱梁の接合構造の構造について説明する。
図1〜図4に示すように、本発明の柱梁の接合構造90は、接続部材の一例としての接続板100と棒状部材の一例としての全ねじボルト70とを含んで構成されている。
図1に示すように、建物の外周部及びコア部には、扁平形状の鉄筋コンクリート柱10と、扁平形状の鉄筋コンクリート梁20と、が設けられている。なお、図1では鉄筋コンクリート柱10及び鉄筋コンクリート梁20に配筋されている鉄筋は図示を省略しているが、鉄筋コンクリート柱10の鉄筋は図3及び図4に図示されている。
鉄筋コンクリート柱10には、鉄筋コンクリート柱10及び鉄筋コンクリート梁20と直交する方向に鉄骨梁30が接合されている。なお、本実施形態では、鉄骨梁30はH形鋼で構成されている。
図1、図3、及び図4に示すように、鉄筋コンクリート柱10には、接続板100の一端側100Aが埋設され、他端側100Bが鉄筋コンクリート柱10の側面10Aから露出している。
図1、図2、及び図3(B)に示すように、鉄筋コンクリート柱10に埋設した接続板100の一端側100Aには、上方に突出した突出部102が設けられている。
図1及び図2に示すように、接続板100には、複数の貫通孔110、貫通孔112、及び貫通孔114が形成されている。なお、貫通孔110は、全ねじボルト70が挿通する孔であり(図8(A)も参照)、貫通孔112は後述するせん断補強筋52が挿通する孔であり(図3(B)も参照)、貫通孔114は後述するボルト40が挿通する孔である(図3(B)も参照)。
図1に示すように、鉄筋コンクリート柱10の側面10Aから露出した接続板100の他端側100Bには、鉄骨梁30のウエブ32がボルト40及びナット42で締結されている。別の観点から説明すると、鉄骨梁30は、接続板100にピン接合されている。
図1〜図4、図8(A)に示すように、鉄筋コンクリート柱10に埋設された接続板100の一端側100Aに形成された貫通孔110には、鉄筋コンクリート柱10(図1参照)に埋設され、外周面にねじが切られた全ねじボルト70が挿通されている。全ねじボルト70は、ナット72によって、接続板100の一端側100Aに固定されている。
なお、本実施形態では、図1に示す鉄筋コンクリート柱10は、工場等で予め製造するプレキャストコンクリートとなっており、この製造工程で、全ねじボルト70がナット72で固定された接続板100の一端側100Aを、鉄筋コンクリート柱10に埋設させている。
図4に示すように、鉄筋コンクリート柱10には、複数の柱主筋50A〜50Lと、これら柱主筋50A〜50Lの周囲に巻きつけて束ねる複数のせん断補強筋52(図3も参照)と、が配筋されている。
柱主筋50A、50E、50G、50Kは鉄筋コンクリート柱10の隅部に配筋されている。柱主筋50Lは柱主筋50Aと柱主筋50Kとの間に配筋され、柱主筋50Fは柱主筋50Eと柱主筋50Gとの間に配筋されている。柱主筋50C,50Dは柱主筋50Aと柱主筋50Eとの間に配筋され、柱主筋50I,50J柱主筋50Gと柱主筋50Kとの間に配筋されている。
また、柱主筋50Fと柱主筋50Lとは、中子筋54によって連結されている。柱主筋50Cと柱主筋50Jとは、中子筋56Aによって連結され、柱主筋50Dと柱主筋50Iとは、中子筋56Bによって連結されている。
柱主筋50C及び柱主筋50Dは、鉄骨梁30(図1参照)が接合される側面10Aの接続板100の近傍に配筋されている。柱主筋50I及び柱主筋50Jは、鉄骨梁30(図1参照)が接合される側面10Aと反対側の側面10Bの近傍に配筋されている。
鉄骨梁30(図1参照)が接合される側面10Aの接続板100の近傍に配筋されている柱主筋50C及び柱主筋50Dは、全ねじボルト70の根元70A(接続板100にナット72で固定された中心部)を基点とする鉄筋コンクリート柱10のコーン破壊の破壊想定面S(図3(A)も参照)の内側に配筋されている。なお、コーン破壊及び破壊想定面Sについては後述する。
また、図3(A)に想像線(二点鎖線)で示す柱主筋50C及び柱主筋50Dは、後述する変形例であり、図5に示すコーン破壊の破壊想定面Sの外側に柱主筋50C及び柱主筋50Dが配筋されている。
[作用及び効果]
次に、本実施形態の柱梁の接合構造の構造について説明する。
本実施形態では、建物の外周部及びコア部に、扁平形状の鉄筋コンクリート柱10と、扁平形状の鉄筋コンクリート梁20と、を設け、鉄筋コンクリート柱10及び鉄筋コンクリート梁20と直交する方向には、鉄骨梁30を設けているので、建物の内部には広い無柱空間が実現される。
また、一端側100Aが鉄筋コンクリート柱10に埋設された接続板100の他端側100Bに鉄骨梁30を接続することで、鉄筋コンクリート柱10に鉄骨梁30が接合される。鉄筋コンクリート柱10に埋設された接続板100の一端側100Aには、せん断力を負担する全ねじボルト70がナット72で固定されている。
よって、せん断力を負担する全ねじボルト70を、溶接することなく、接続板100に設けることができる。したがって、接続板100の板面に、せん断力を負担するスタッド等を溶接する場合と比較し、資格が必要な溶接工が不要になると共に製造工程が簡略化され、この結果、生産効率が向上し、製造コストが低減する。
また、全ねじボルト70は、スタッドよりも大きさ(長さ及び太さ)や強度等の仕様の選択肢が広く、設計の自由度が向上し、好適である。
また、本実施形態では、接続板100の他端側100Bに、H形鋼で構成された鉄骨梁30のウエブ32がボルト40及びナット42で締結されているので、ピン接合となっている。よって、鉄骨梁30は長期荷重のみを負担すればよく、また地震時に鉄筋コンクリート柱10に鉄骨梁30から曲げモーメントが伝達されない。したがって、鉄骨梁30の梁成を小さくすることができ、また接続板100には、主にせん断力Qが作用する(図3(B)のせん断力Qを参照)。
また、接続板100の一端側100Aに設けられた上方に突出した突出部102が鉄筋コンクリート柱10から受ける支圧により、接続板100の接合耐力が向上する(図3(B)の支圧力Tを参照)。
また、鉄骨梁30(図1参照)が接合される側面10Aの接続板100の近傍に配筋されている柱主筋50C及び柱主筋50Dは、全ねじボルト70の根元70A(接続板100にナット72で固定された部位)を基点とする鉄筋コンクリート柱10のコーン破壊の破壊想定面Sの内側に配筋されている。よって、図5に示す変形例の接合構造92のように、コーン破壊の破壊想定面Sの外側に柱主筋50C及び柱主筋50Dが配筋されている場合と比較し、コーン破壊強度が向上し、接続板100の接合耐力が向上する。
[接続板のせん断耐力の構造実験]
つぎに、本実施形態の柱梁の接合構造90(図1〜図4)と変形例の接合構造92(図5)の接続板100のせん断耐力の実験について説明する。別の観点から説明すると、全ねじボルト70をナット72で固定した接続板100のせん断耐力を把握するための構造実験について説明する。
なお、変形例の接合構造92は、前述した図5に示すように、コーン破壊の破壊想定面Sの外側に柱主筋50C及び柱主筋50Dが配筋されている構造である。なお、柱主筋50I及び柱主筋50Jと中子筋56A,56Bも外側に移動している。これらの配筋位置以外は、本実施形態と同様の構造である。この変形例の接合構造92も本発明が適用された実施形態の一例である。
(実験方法の概要)
接続板100の他端側100Bを、上方向と下方向とに繰り返し交互に載荷した。
(実験結果)
図6のグラフは、「せん断力-部材角」の関係を示している。なお、実線はコーン破壊の破壊想定面Sの内側に柱主筋50C及び柱主筋50Dが配筋されている本実施形態の接合構造90(図4参照)であり、破線が破線コーン破壊の破壊想定面Sの外側に柱主筋50C及び柱主筋50Dが配筋されている変形例の接合構造92(図5参照)である。また、一点鎖線Gは、長期せん断力に相当するせん断力である。
本実施形態の接合構造90及び変形例の接合構造92共に、長期せん断力に相当するせん断力の1.5倍のピーク時に接続板100の上端部を基点とした放射線上のひび割れが発生した。
変形例の接合構造92は、R=10×10−3radの載荷サイクルにおいて、コンクリートの浮き上がりが顕著となったが耐力は上昇し、その後、耐力が緩やかに低下した。
本実施形態の接合構造90は、R=15×10−3radの載荷サイクルで接続板100の上端部のせん断補強筋52が降伏し、その後、コンクリートの浮き上がりが顕著となったが、耐力は上昇し、R=40×10−3radの載荷サイクルで最大耐力を発揮した。
このように、本実施形態の接合構造90の最大耐力は、変形例の接合構造92の最大耐力の1.34倍となった。
また、本実施形態の接合構造90及び変形例の接合構造92共に、長期せん断力に相当するせん断力Gが作用しても、鉄筋コンクリート柱10にはひび割れは発生せず、繰り返し載荷に伴うせん断耐力の低下も少なかった。よって、接続板100に全ねじボルト70をナット72で固定しても、十分なせん断耐力が確保されることが確認された。
なお、最終破壊状況は、本実施形態の接合構造90及び変形例の接合構造92共に、全ねじボルト70の根元70A(接続板100にナット72で固定された中心部位)を基点とする鉄筋コンクリート柱10のコーン破壊で終局した。
ここで、コーン破壊及び破壊想定面について説明する。
コーン破壊は、コンクリートに埋設されたアンカー等(本実施形態及び変形例では全ねじボルト70がナット72で固定された接続板100)を引っ張り、これによりコンクリートが破壊される場合、コンクリートがコーン状(円錐状)に破壊されることから、「コーン破壊」と言われている。
また、コーン破壊のコーン状(円錐状)(図3(A)、図4参照)に破壊される破壊面を「破壊想定面」としている。なお、この破壊想定面Sの中心軸Vに対する角度α(図4参照)は、約45°とされている。
このようなコーン破壊に基づくコーン破壊強度を最大耐力として計算した計算値は、本実施形態の接合構造90及び変形例の接合構造92共に実験値よりも小さくなった。よって、接続板100に生じる支圧力T(図3(B)参照)を考慮して再計算、すなわちコーン破壊強度に支圧耐力を累加して再計算した。
支圧力Tを考慮した計算値は、変形例の接合構造92の実験値とは略一致した。しかし、本実施形態の接合構造90では、まだ実験値よりも小さかった(実験値の方が再計算値よりも大きい)。これは本実施形態の接合構造90では、破壊想定面Sの内側に配筋された柱主筋50C及び柱主筋50Dがダボ効果を発揮し、コーン破壊強度が向上したためと考えられる。
このように、接続板100に生じる支圧力Tによって耐力が向上するので、接続板100の一端側100Aに設けられた上方に突出部102を突出させることで、支圧力Tが大きくなり、この結果、耐力が向上する。また、破壊想定面Sの内側に柱主筋50C及び柱主筋50Dを配筋することで、コーン破壊強度が向上し、この結果、耐力が向上する。
<第二実施形態>
次に、本発明の第二実施形態の柱梁の接合構造190について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[構造]
先ず、本実施形態の柱梁の接合構造190の構造について説明する。
図7に示すように、鉄筋コンクリート柱10には、H形鋼で構成された接続鉄骨200の一端側200Aが埋設され、他端側200Bが鉄筋コンクリート柱10から露出している。
また、接続鉄骨200のウエブ202及びフランジ204、206には複数の貫通孔110、貫通孔112及び貫通孔114が形成されている。
鉄筋コンクリート柱10の側面10Aから露出した接続鉄骨200の他端側200Bには、鉄骨梁30のウエブ32及びフランジ34、36がプレート150を介してボルト40及びナット42で締結されている。別の観点から説明すると、鉄骨梁30は、接続鉄骨200に剛接合されている。
鉄筋コンクリート柱10に埋設された接続鉄骨200のウエブ202及びフランジ204、206の一端側200Aに形成された貫通孔110には、鉄筋コンクリート柱10に埋設され、外周面にねじが切られた全ねじボルト70が挿通されている。全ねじボルト70は、ナット72によって、接続鉄骨200の一端側200Aに固定されている。
なお、本実施形態では、接続鉄骨200のウエブ202及びフランジ204、206の全てに全ねじボルト70をナット72で固定したが、これに限定されるものではない。接続鉄骨200のウエブ202及びフランジ204、206の少なくとも一つに全ねじボルト70がナット72で固定されていればよい。
また、本実施形態では、鉄筋コンクリート柱10の製造工程で、全ねじボルト70がナット72で固定された接続鉄骨200の一端側200Aを鉄筋コンクリート柱10に埋設させている。
図示は省略するが、第一実施形態の図4のように、鉄筋コンクリート柱10のコーン破壊の破壊想定面Sの内側に柱主筋50C及び柱主筋50D配筋されている。なお、図5に示す変形例のように、コーン破壊の破壊想定面Sの外側に柱主筋50C及び柱主筋50Dが配筋されていてもよい。
[作用及び効果]
次に本実施形態の作用及び効果について説明する。
本実施形態も第一実施形態と同様の作用及び効果を奏すが、本実施形態では接続鉄骨200の一端側200Aに、H形鋼で構成された鉄骨梁30が剛接合されている(第一実施形態ではピン接合)。よって、鉄筋コンクリート柱10に鉄骨梁30を剛接合することができる。
<その他>
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、上記実施形態の鉄筋コンクリート柱10及び鉄筋コンクリート梁20は、断面が扁平形状とされ、建物の外周部及びコア部に配置されていたが、これに限定されない。断面が正方形状の鉄筋コンクリート柱及び鉄筋コンクリート梁であってもよいし、どのような場所に配置されていてもよい。
また、例えば、上記実施形態では、鉄筋コンクリート柱10は、工場等で予め製造するプレキャストコンクリートとなっており、この製造工程で、全ねじボルト70がナット72で固定された接続板100の一端側100A又は接続鉄骨200一端側200Aを鉄筋コンクリート柱10に埋設させている。しかし、鉄筋コンクリート柱10は、プレキャストコンクリートでなくてもよく、現場で全ねじボルト70がナット72で固定された接続板100の一端側100A又は接続鉄骨200一端側200Aを鉄筋コンクリート柱10に埋設させてもよい。
また、例えば、第一実施形態の接続板100には、上方に突出する突出部102が設けられていたが、これに限定されない。接続板100に突出部102が設けられていなくてもよい。また、第二実施形態の接続鉄骨200に突出部が設けられていてもよい。
また、例えば、上記実施形態では、鉄筋コンクリート柱10には、接続板100の一端側100A又は接続鉄骨200の一端側200Aが埋設されていたが、これに限定されない。他の形状の形鋼や筒状の鉄骨等で構成された鋼製の接続部材であってもよい。また、鉄骨梁30もH形鋼以外の鋼材で構成されていてもよい。
また、例えば、上記実施形態では、全ねじボルト70を接続板100又は接続鉄骨200にナット72で固定したが、これに限定されない。例えば、全ねじボルト70でなく、ねじ節鉄筋を用いてもよい。また、全長に亘って外周面にねじが形成されていなくてもよい。また、図8(B)に示すように、頭部172が付いた頭部付きボルト170であってもよい。要は、接続板100や接続鉄骨200等の接続部材の貫通孔に挿通され、ねじ手段で固定されることで、せん断力を負担する棒状部材であればよい。なお、「ねじ手段」については後述する。
また、上記実施形態では、ナット72で固定したが、これに限定されない。図8(C)及び図8(D)に示すよう似、貫通孔を内周面にねじを形成したねじ孔111とし、このねじ孔111に全ねじボルト70(図8(C))や頭部172が付いた頭部付きボルト170(図8(D)等の外周面にねじが切られた棒状部材をねじ込んで固定してもよい。
また、図示は省略するが、ねじ孔111に全ねじボルト70や頭部付きボルト170をねじ込み、更にナット72で固定してもよい。
ここで、今まで説明したように、全ねじボルト70や頭部付きボルト170などの棒状部材の外周面に形成されたねじ(雄ねじ)とナット72の内周面に形成されたねじ(雌ねじ)とを螺合して固定すること、棒状部材の外周面に形成されたねじ(雄ねじ)とねじ孔111の内周面に形成されたねじ(雌ねじ)とを螺合して固定すること、及びこれらを組み合わせて固定すること等のように、雄ねじと雌ねじとの組み合わせで固定することを「ねじ手段で固定」とする。
更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない
10 鉄筋コンクリート柱
30 鉄骨梁
50C 柱主筋(第一柱主筋)
50D 柱主筋(第一柱主筋)
50I 柱主筋(第二柱主筋)
50J 柱主筋(第二柱主筋)
56A 中子筋
56B 中子筋
70 全ねじボルト(棒状部材の一例)
72 ナット(ねじ手段の一例)
90 接合構造
92 接合構造
100 接続板(接続部材の一例)
100A 一端側
100B 他端側
102 突出部
110 貫通孔
111 ねじ孔(ねじ手段の一例)
170 ボルト(棒状部材に一例)
190 接合構造
200 接続鉄骨(接続部材の一例)
200A 一端側
200B 他端側
S 破壊想定面

Claims (4)

  1. 鉄筋コンクリート柱に一端側が埋設され、他端側に鉄骨梁が接続される接続部材と、
    前記接続部材の前記一端側に形成され、面内方向の上側にのみ突出する突出部と、
    前記接続部材の前記突出部を含む前記一端側に形成された貫通孔と、
    前記貫通孔へ挿通された棒状部材と、
    前記棒状部材を前記接続部材に固定するねじ手段と、
    を備える柱梁の接合構造。
  2. 前記棒状部材は、全ねじボルトであり、
    前記ねじ手段は、前記全ねじボルトの両端から螺合され前記全ねじボルトを前記接続部材に固定するナットである、
    請求項1に記載の柱梁の接合構造。
  3. 前記突出部が形成された前記接続部材は、一枚の板部材で構成されている、
    請求項1又は請求項2に記載の柱梁の接合構造。
  4. 前記鉄筋コンクリート柱の前記鉄骨梁側に配筋された第一柱主筋と、
    前記鉄筋コンクリート柱の前記鉄骨梁と反対側に配筋された第二柱主筋と、
    前記第一柱主筋と前記第二柱主筋とを連結する中子筋と、
    を有し、
    前記第一柱主筋は、前記棒状部材を基点とする前記鉄筋コンクリート柱のコーン破壊の破壊想定面の内側に配筋されている、
    請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の柱梁の接合構造。
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