JP7015592B1 - 建築物の柱梁構造、建築物、及び建築物の施工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄骨建築物の柱梁構造に用いる継ぎ手の運搬容易性と現場作業性を改善すること。【解決手段】下階柱２０及び上階柱４０を連結する継ぎ手３０は、枠体３１と枠体側面を貫通するボルト３４１と、枠体の内部に膨張コンクリートを充填して硬化させた充実部３６とを備える。合成梁５０は、Ｈ形鋼からなる梁本体と、梁本体の延伸方向の両端部のそれぞれに溶接された仕口プレート５５と、を備え、仕口プレート５５はボルトを貫通させるための貫通孔５６が形成される。下階柱２０の上端に継ぎ手３０を固定し、仕口プレート５５の貫通孔５６にボルト３４１を貫通させてナット３５をはめ合わせ、仕口プレート５５と枠体３１とを溶接して接合する。【選択図】図３

Description

本発明は、建築物の柱梁構造、建築物、及び建築物の施工方法に係り、特に鉄骨建築物の柱梁構造に関する。

角型鋼管柱を用いた柱梁構造の一例として、特許文献１には、「板状建築物の柱梁構造は、階層構造の各階で複数の専有部分が桁行方向に並べられるものであり、梁間方向に延びる梁間鉄骨梁と、桁行方向に延びる桁行鉄骨梁と、高さ方向に延びると共に梁間鉄骨梁及び桁行鉄骨梁が接合される鉄筋コンクリート柱とを備える（要約抜粋）」との記載が開示されている。

鉄骨建築物において、在来工法では柱と梁との非接合部に特許文献１に開示されるような柱継ぎ手が用いられる。図６は、在来工法による柱梁構造２００を示す図である。図７は、非特許文献１に開示された在来工法に用いられる柱継ぎ手２２０の模式図である。

図６に示すように、従来の柱梁構造２００は、施工現場にて下階柱２１０ｕの上端部と柱継ぎ手２２０の下端部、及び柱継ぎ手２２０の上端部と上階柱２１０ｔとを溶接し、柱２１０を構成する。下階柱２１０ｕ、上階柱２１０ｔの名称は、注目する柱継ぎ手２２０を基準として下階、上階と称している。従って、注目する柱継ぎ手２２０が変われば、下階、上階の呼び名も変わる。構造物内において複数の柱２１０が水平方向（図６では梁間方向（Ｚ方向））に間隔をあけて立設し、それらを梁間方向（Ｚ方向）に延伸する梁２５０により連結される。

図７に示すように、柱継ぎ手２２０は、鋼管からなるパネル部２２１と、パネル部２２１の下端部に溶接される下ダイヤフラム２２２ｕと、パネル部２２１の上端部に溶接される上ダイヤフラム２２２ｔとを備える。更に柱継ぎ手２２０は、梁を接合させるための一つ以上、四つ以下のブラケット２３０を備える。

図８、図９、図１０を参照して、在来工法による柱梁接合処理について説明する。図８は、柱継ぎ手２２０と梁２５０との接合処理を示す分解拡大図である。図９は、柱継ぎ手２２０と梁２５０との接合処理が完了した状態を示す部分拡大説明図である。図１０は、柱継ぎ手２２０と梁２５０との接合処理が完了した状態を示す部分拡大側面図である。

ブラケット２３０はＨ形鋼からなり、下フランジ２３１ｕ、上フランジ２３１ｔ、下フランジ２３１ｕ及び上フランジ２３１ｔに直交するウェブ２３２を含む。下フランジ２３１ｕは下ダイヤフラム２２２ｕと、上フランジ２３１ｔは上ダイヤフラム２２２ｔと、ウェブ２３２はパネル部２２１と溶接される。

柱継ぎ手２２０は、工場において下ダイヤフラム２２２ｕ、パネル部２２１、上ダイヤフラム２２２ｔにブラケット２３０が溶接されて出荷される。

施工現場では、Ｈ形鋼からなる梁２５０がブラケット２３０に接合される。具体的には、下スプライスプレート（大）２４０ｕ及び下スプライスプレート（大）２４０ｕの半値幅からなる下スプライスプレート（小）２４０ｕｈ１，２４０ｕｈ２を用いて、ブラケット２３０の下フランジ２３１ｕ及び梁２５０の下フランジ２５１ｕを挟み込み、高力ボルト２６０で締結する。同様に上スプライスプレート（大）２４０ｔ及び上スプライスプレート（大）２４０ｔの半値幅からなる上スプライスプレート（小）２４０ｔｈ１，２４０ｔｈ２を用いて、ブラケット２３０の上フランジ２３１ｔ及び梁２５０の上フランジ２５１ｔを挟み込み、高力ボルト２６０で締結する。更に、ブラケット２３０のウェブ２３２と梁２５０のウェブ２５２とは、二枚の側方スプライスプレート２４０ｗ１、２４０ｗ２を用いてブラケット２３０のウェブ２３２と梁２５０のウェブ２５２の板厚方向に沿って挟み込み、高力ボルト２６０で締結する。ブラケット２３０、梁２５０のそれぞれと上スプライスプレート（大）２４０ｔ、上スプライスプレート（小）２４０ｔｈ１，２４０ｔｈ２、下スプライスプレート（大）２４０ｕ、下スプライスプレート（小）２４０ｕｈ１，２４０ｕｈ２、側方スプライスプレート２４０ｗ１、２４０ｗ２とは溶接する。

こうして在来工法に係る柱梁構造２００では、柱継ぎ手２２０にブラケット２３０を予め溶接することで、下階柱２１０ｕと上階柱２１０ｔとを柱継ぎ手２２０を介して連結すると共に、ブラケット２３０に梁２５０を接合することで柱と梁２５０とを連結した剛接合を実現している。

特開２０１７－１５５４１５号公報

ｈｔｔｐｓ：／／ｓｅｋｏ－ｋａｎｒｉ．ｃｏｍ／ｄｉａｐｈｒａｇｍ／

従来の柱継ぎ手２２０は、ブラケット２３０がパネル部２２１、下ダイヤフラム２２２ｕ、上ダイヤフラム２２２ｔから突出しているため、柱継ぎ手２２０を工場から施工現場に運搬する際に、柱継ぎ手２２０を運搬車両の荷台に並列に載置したり、積み上げたりできず、運搬がしづらいという課題がある。

更に柱継ぎ手２２０に梁２５０を接合する際に、一つの梁２５０を接合するために下スプライスプレート（大）２４０ｕ、下スプライスプレート（小）２４０ｕｈ１，２４０ｕｈ２、上スプライスプレート（大）２４０ｔ、上スプライスプレート（小）２４０ｔｈ１，２４０ｔｈ２、側方スプライスプレート２４０ｗ１、２４０ｗ２とブラケット２３０及び梁２５０とを溶接する必要があり、溶接箇所が多いという課題がある。

また、一つの梁２５０を接合するために下スプライスプレート（大）２４０ｕ、下スプライスプレート（小）２４０ｕｈ１，２４０ｕｈ２、上スプライスプレート（大）２４０ｔ、上スプライスプレート（小）２４０ｔｈ１，２４０ｔｈ２、側方スプライスプレート２４０ｗ１、２４０ｗ２を要することから、接合金具を減らしてコストダウンを図りたいという要望には応えられていない。

加えて、柱継ぎ手２２０に梁２５０からかかる力に対する剛性は高い方が好ましい。柱継ぎ手２２０では、下ダイヤフラム２２２ｕ及び上ダイヤフラム２２２ｔを用いて剛性を高めているものの、パネル部２２１は鋼管柱を用いて構成されるので、更なる工夫の余地がある。

本発明は上記課題及び実情に鑑みてなされたものであり、運搬性及び施工作業性の改善、柱継ぎ手の剛性の向上、及び柱梁接合に必要な部品点数の削減を実現することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は特許請求の範囲に記載の構成を備える。その一例をあげるならば、本発明に係る建築物の柱梁構造は、
建築物の柱梁構造であって、
角型鋼管からなる下階柱及び上階柱と、
前記下階柱及び上階柱を高さ方向に連結して柱を形成する継ぎ手と、
前記建築物の桁行方向又は梁間方向に延伸する合成梁と、を備え、
前記継ぎ手は、
前記下階柱及び前記上階柱の外周径と同一とみなせる太さの角型鋼管からなる枠体と、
前記枠体の内側に備えられた内底面と、
前記枠体の四つの側面のうち、一組の対向する側面を前記枠体から両端部を突出させて貫通する第１ボルト及び前記枠体の四つの側面のうち、残りの一組の対向する側面を前記枠体から両端部を突出させて貫通する第２ボルトと、
前記枠体の内部に膨張コンクリートを充填して硬化させた充実部と、を備え、
前記第１ボルト及び前記第２ボルトの各先端にはねじ溝が形成され、
前記合成梁は、
Ｈ形鋼からなる梁本体と、
前記梁本体の延伸方向の両端部のそれぞれに溶接された仕口プレートと、を備え、
前記合成梁の仕口プレートには、前記第１ボルト又は前記第２ボルトを貫通させるための貫通孔が形成され、
前記仕口プレートの貫通孔に前記第１ボルト又は前記第２ボルトを貫通させてナットをはめ合わせることで前記合成梁を前記継ぎ手に接合し、前記仕口プレートと前記枠体とが溶接される、
ことを特徴とする。

本発明によれば、運搬性及び施工作業性の改善、柱継ぎ手の剛性の向上、及び柱梁接合に必要な部品点数の削減を実現することができる。なお、上述した以外の目的、構成、効果については以下の実施形態において明らかにされる。

本実施形態に係る柱梁構造を示す図。 柱梁構造の施工手順の一部を示す図。 継ぎ手の分解説明図。 継ぎ手の梁の接合部の部分拡大図（側面視）。 継ぎ手の梁との接合部の部分拡大断面図（側面視）。 在来工法による柱梁構造を示す図。 在来工法に用いられる柱継ぎ手の模式図。 柱継ぎ手と梁との接合処理を示す分解拡大図。 柱継ぎ手と梁との接合処理が完了した状態を示す部分拡大説明図。 柱継ぎ手と梁との接合処理が完了した状態を示す部分拡大側面図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。全図と通じて同一の構成には同一の符号を付し、重複説明を省略する。

＜柱梁構造＞
図１は、本実施形態に係る柱梁構造１００を示す図である。図２は、柱梁構造１００の施工手順の一部を示す図である。

図１に示す柱梁構造１００は、鉄骨造りの建築物に用いられる構造である。柱梁構造１００は、基礎１０ａ、１０ｂのそれぞれに角型鋼管からなる下階柱２０ａ、２０ｂを立設し、下階柱２０ａ、２０ｂの上端に接合された継ぎ手３０ａ、３０ｂを介して水平方向の一方向である梁間方向（Ｚ方向）を合成梁５０ａし、更に継ぎ手３０ａ、３０ｂの上端に角型鋼管からなる上階柱４０ａ、４０ｂをそれぞれ立設して構成される。

図２に示すように、継ぎ手３０ａ、３０ｂには、桁行方向（Ｘ方向）にも合成梁５０ｂが連結される。下階柱２０ａと継ぎ手３０との接合部、及び上階柱４０ａと継ぎ手３０との接合部のそれぞれは溶接により固定する。継ぎ手３０ａは下階柱２０ａ及び上階柱４０ａの外周径とほぼ等しい（同一とみなせる太さでよく予め定めた許容範囲内の外周径の差があってもよい。）角柱状に形成される。継ぎ手３０ａと継ぎ手３０ｂとは同一部材であるので、以下の説明では継ぎ手３０ａ、３０ｂと合成梁５０ａ、５０ｂとを特に区別する必要がない場合は継ぎ手３０、合成梁５０として説明する。

図３は、継ぎ手３０の分解説明図である。図４は、継ぎ手３０の合成梁５０の接合部の部分拡大図（側面視）である。図５は、継ぎ手３０の合成梁５０の接合部の部分拡大断面図（側面視）である。

図３に示すように、継ぎ手３０は、鋼管からなる枠体３１と、枠体３１の内側に設けられた内底面３２（図５参照）とを備える。

枠体３１の板厚ｄ２（図５参照）は、下階柱２０ａ及び上階柱４０ａの板厚ｄ１（図５参照）の２倍以上とする。上記“２倍以上”と規定したのは、建築基準法からの要請に従うためであり、建築基準法の更改に伴って、鋼管柱の板厚ｄ１に対する継ぎ手３０の板厚ｄ２の比は適宜変更される。

枠体３１の各側面３３１，３３２，３３３，３３４には、２列３段、合計６個の貫通孔が設けられる。対向する側面３３１，３３３の各貫通孔に合計６本のボルト３４１を貫通させる。同様に対向する側面３３２，３３４の各貫通孔に合計６本のボルト３４２を貫通させる。ボルト３４１，３４２は枠体３１の内部で交差するので、干渉しないよう高さ方向の位置を替えて枠体３１を貫通して配置される。ボルト３４１，３４２は、第１ボルト、第２ボルトに相当する。

ボルト３４１，３４２のそれぞれは両端部を枠体３１の外に向けて突出させる。ボルト３４１，３４２の端部にはねじ溝が設けられており、ナット３５が着脱可能にははめ込まれる。ナット３５は、ボルト３４１，３４２の各先端、合計２４個が装着される。継ぎ手３０の出荷時にはナット３５がボルト３４１，３４２にはめ込まれた状態で出荷される。

継ぎ手３０は、枠体３１に１２本のボルト３４１，３４２を貫通させた状態で、枠体３１の内部を膨張コンクリートで充填し硬化させた充実部３６を形成する。枠体３１の内部を膨張コンクリートで充填することにより、枠体３１の内側表面は硬化過程における膨張コンクリートの膨張に拘束を与え、枠体３１と充実部３６との間に隙間が生じにくくなる。充実部３６は枠体３１の内側表面に対して外側に向かう力を与えることで、枠体３１が合成梁５０から受ける力による変形を抑制する。すなわち、在来工法の柱継ぎ手２２０に用いた平板上のダイヤフラムを用いることなく、継ぎ手３０に合成梁５０から加わる力に対する剛性を向上させることができる。

合成梁５０は、Ｈ形鋼からなる梁本体５３と、梁本体５３の延伸方向両端部のそれぞれに、延伸方向に対して直交する仕口プレート５５を予め溶接して形成される。梁本体５３は、ウェブ５２と、ウェブ５２を上下に挟んで対向する上フランジ５１ｔ及び下フランジ５１ｕを含む。

仕口プレート５５は鉄板により構成され、上フランジ５１ｔ，ウェブ５２，下フランジ５１ｕのそれぞれに溶接される。

仕口プレート５５は、枠体３１の側面３３１から突出しているボルト３４１、又はボルト３４２を貫通させるためのボルト孔５６を６つ備える。ボルト３４１とボルト３４２とは高さ方向の位置を変えて継ぎ手３０に備えられているので、ボルト孔５６の位置もそれに応じて変える。従って、継ぎ手３０の側面３３１，３３３に接合する合成梁５０と、継ぎ手３０の側面３３２，３３４に接合する合成梁５０とは、仕口プレート５５に設けられるボルト孔５６の位置が異なる。図３では説明の便宜のため、枠体３１の側面３３２に接合する仕口プレート５５については、この仕口プレート５５に溶接されている合成梁５０の上フランジ５１ｔ，ウェブ５２，下フランジ５１ｕの図示を省略している。

本実施形態にかかる柱梁構造１００を含む建築物の施工方法について説明する。工場では、継ぎ手３０と合成梁５０とを含む建築部材を製造し、これらの建築部材（建築部材のキット）が施工現場に運び込まれる。

継ぎ手３０は、枠体３１にボルト３４１，３４２を貫通させた状態で膨張コンクリートを枠体３１に流し込み、硬化させる。そしてボルト３４１，３４２にナット３５をはめた状態で出荷する。

合成梁５０は、Ｈ形鋼からなる梁本体５３の両端部に仕口プレート５５を溶接してから出荷する。

施工現場における施工方法（継ぎ手３０と合成梁５０との接合処理）は以下のとおりである。
（１）下階柱２０の上端部に継ぎ手３０を溶接する。
（２）ボルト３４１にはまっているナット３５を取り外す。
（３）合成梁５０の仕口プレート５５を継ぎ手３０の側面３３１に対向させ、仕口プレート５５のボルト孔５６にボルト３１１を貫通させて仕口プレート５５を枠体３１の側面３３１に当接する。
（４）ボルト３４１にナット３５をはめ合わせる。
（５）仕口プレート５５と継ぎ手３０とを溶接する。
（６）継ぎ手３０の上端部に上階柱４０を溶接する。

従って、図４、図５に示すように、仕口プレート５５をはさんでボルト３４１にナット３５をはめ合わせた状態となる。

本実施形態によれば、継ぎ手３０は、枠体３１を基本とし、ボルト３４１，３４２がわずかに突出した外径形状として構成できる。よって、継ぎ手３０がほぼ直方体形状に形成でき、車両に積載して、又は並列させて積載でき、運搬効率を向上させることができる。

更に在来工法では図７、図１０に示すように柱継ぎ手２２０に合成梁５０を溶接する際は、下スプライスプレート（大）２４０ｕ、下スプライスプレート（小）２４０ｕ１，２４０ｕ２、上スプライスプレート（大）２４０ｔ、上スプライスプレート（小）２４０ｔ１，２４０ｔ２、側方スプライスプレート２４０ｗ１、２４０ｗ２をブラケット２３０及び梁２５０のそれぞれに溶接する。これに対して本実施形態によれば、スプライスプレートを使うことなく、合成梁５０の仕口プレート５５の四辺を継ぎ手３０に溶接すればよい。そのため、在来工法に比べて柱梁接合に際して接合金具を減らし、更に柱梁接合時の溶接箇所を減らし施工作業性を向上させることができる。

上記実施形態は本発明の一実施形態を表したにすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない各種変形態様は、本発明に含まれる。

例えば、枠体３１に設けるボルト３４１，３４２の本数は、枠体３１の一側面に６本に限定されない。

また本発明は、下階柱２０及び上階柱４０を構成する角型鋼管からなる柱部材と、仕口プレート５５を延伸方向の両端に備えるＨ形鋼（梁鋼材）と、継ぎ手３０とを含む建築部材のキット、継ぎ手３０、合成梁５０の各建築部材は、本発明に係る建築部材の権利範囲に含まれる。また、継ぎ手３０、合成梁５０を用いた柱梁構造１００を含む建築物、その施工方法も本発明に含まれる。

１０ａ，１０ｂ ：基礎
２０，２０ａ，２０ｂ ：下階柱
３０，３０ａ，３０ｂ ：継ぎ手
３１ ：枠体
３２ ：内底面
３５ ：ナット
３６ ：充実部
４０，４０ａ，４０ｂ ：上階柱
５０，５０ａ，５０ｂ ：合成梁
５１ｔ ：上フランジ
５１ｕ ：下フランジ
５２ ：ウェブ
５３ ：梁本体
５５ ：仕口プレート
５６ ：ボルト孔
１００ ：柱梁構造
２００ ：柱梁構造（在来工法）
２１０ ：柱
２１０ｔ ：上階柱
２１０ｕ ：下階柱
２２０ ：柱継ぎ手
２２１ ：パネル部
２２２ｔ ：上ダイヤフラム
２２２ｕ ：下ダイヤフラム
２３０ ：ブラケット
２３１ｔ ：上フランジ
２３１ｕ ：下フランジ
２３２ ：ウェブ
２４０ｔ ：上スプライスプレート（大）
２４０ｔｈ１，２４０ｔｈ２：上スプライスプレート（小）
２４０ｕ ：下スプライスプレート（大）
２４０ｕｈ１，２４０ｕｈ２：下スプライスプレート（小）
２４０ｗ１，２４０ｗ２ ：側方スプライスプレート
２５０ ：梁
２５１ｔ ：上フランジ
２５１ｕ ：下フランジ
２５２ ：ウェブ
２６０ ：高力ボルト
３１１ ：ボルト
３３１，３３２，３３３，３３４ ：側面
３４１，３４２ ：ボルト
Ａ，Ｂ ：領域
ｄ１，ｄ２ ：板厚
ｗｌ ：溶接部

Claims (4)

1. 建築物の柱梁構造であって、
   角型鋼管からなる下階柱及び上階柱と、
   前記下階柱及び上階柱を高さ方向に連結して柱を形成する継ぎ手と、
   前記建築物の桁行方向又は梁間方向に延伸する合成梁と、を備え、
   前記継ぎ手は、
   前記下階柱及び前記上階柱の外周径と同一とみなせる太さの角型鋼管からなる枠体と
   、
   前記枠体の内側に備えられた内底面と、
   前記枠体の四つの側面のうち、一組の対向する側面を前記枠体から両端部を突出させ
   て貫通する第１ボルト及び前記枠体の四つの側面のうち、残りの一組の対向する側面を前
   記枠体から両端部を突出させて貫通する第２ボルトと、
   前記枠体の内部に膨張コンクリートを充填して硬化させた充実部と、を備え、
   前記第１ボルト及び前記第２ボルトの各先端にはねじ溝が形成され、
   前記合成梁は、
   Ｈ形鋼からなる梁本体と、
   前記梁本体の延伸方向の両端部のそれぞれに溶接された仕口プレートと、を備え、
   前記合成梁の仕口プレートには、前記第１ボルト又は前記第２ボルトを貫通させるため
   の貫通孔が形成され、
   前記仕口プレートの貫通孔に前記第１ボルト又は前記第２ボルトを貫通させてナットを
   はめ合わせることで前記合成梁を前記継ぎ手に接合し、前記仕口プレートと前記枠体とが
   溶接される、
   ことを特徴とする建築物の柱梁構造。
2. 請求項１に記載の建築物の柱梁構造であって、
   前記枠体を構成する角型鋼管の板厚は、前記下階柱及び前記上階柱を構成する角型鋼管
   の壁厚の２倍以上である、
   ことを特徴とする建築物の柱梁構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の建築物の柱梁構造を有することを特徴とする建築物。
4. 柱梁構造を有する建築物の施工方法であって、
   前記柱梁構造は、角型鋼管からなる下階柱及び上階柱と、前記下階柱及び上階柱を高さ
   方向に連結して柱を形成する継ぎ手と、前記建築物の桁行方向又は梁間方向に延伸する合
   成梁と、を備え、
   前記継ぎ手は、前記下階柱及び前記上階柱の外周径と同一とみなせる太さの角型鋼管か
   らなる枠体と、前記枠体の内側に備えられた内底面と、前記枠体の四つの側面のうち、一
   組の対向する側面を前記枠体から両端部を突出させて貫通する第１ボルト及び前記枠体の
   四つの側面のうち、残りの一組の対向する側面を前記枠体から両端部を突出させて貫通す
   る第２ボルトと、前記枠体の内部に膨張コンクリートを充填して硬化させた充実部と、を
   備え、前記第１ボルト及び前記第２ボルトの各先端にはねじ溝が形成され、
   前記合成梁は、Ｈ形鋼からなる梁本体と、前記梁本体の延伸方向の両端部のそれぞれに
   溶接された仕口プレートと、を備え、前記合成梁の仕口プレートには、前記第１ボルト又
   は前記第２ボルトを貫通させるための貫通孔が形成され、
   前記下階柱の上端部に前記継ぎ手を接合するステップと、
   前記仕口プレートの貫通孔に前記第１ボルト又は前記第２ボルトを貫通させてナットを
   はめ合わせるステップと、
   前記仕口プレートと前記枠体の側面とを溶接するステップと、
   を含むことを特徴とする建築物の施工方法。
   

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