JP7356825B2 - 鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造に係り、特に、鉄骨梁のフランジが鉄筋コンクリート柱内を貫通する構造の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造に関する。

建築物の柱スパンを大きく確保するためや工期を短縮する等のために、当該建築物に鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁とを組み合わせた合成構造を適用することがある。

このとき、鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部には、柱梁接合部を鉄骨梁が貫通する構造（特許文献１）や柱梁接合部を囲うふさぎ板の上下にダイアフラムを設けることにより柱梁接合部を鉄骨梁が貫通しない構造（特許文献２）等が用いられる。特許文献１では、接合部には、柱に架設された梁２及びこれに交差する梁３の接合部の周囲に接合部の型枠となる塞ぎ板６を設ける。特許文献２では、柱の周囲を囲む筒状のふさぎ板４０の上下にダイアフラム５０を設け、ふさぎ板４０及びダイアフラム５０に接続用の鉄骨梁２１を接合することにより柱梁接合部を構築する。

特開２００５－１８８１０２号公報 特開２０１６－１７６２１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の接合部構造では、梁２，３が交差する接合部におけるウェブの接合等の作業が困難であり、作業効率が悪くなる。

一方、特許文献２に記載の接合部構造では、Ｓ造の梁２０のフランジ２２よりも厚いダイアフラム５０を使用し、ダイアフラム５０には切欠き５１１と充填孔５１２を形成するので、コストが掛かり、かつ、ダイアフラム５０の加工やダイアフラム５０と接続用の梁２１との接合が困難であり、作業効率が悪くなる。

そこで、本発明の目的は、低コストかつ作業効率が向上する鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、直交する第１及び第２の鉄骨梁が鉄筋コンクリート柱に設置されたふさぎ板を介して交差接合され、前記ふさぎ板内を含む交差接合位置の柱形が鉄筋コンクリートで充填形成された鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造であって、前記ふさぎ板は、前記鉄筋コンクリート柱の外周面を囲むように柱の外形形状に倣って設置され、前記第１の鉄骨梁は、上下のフランジ間のウェブ端部が前記ふさぎ板の外周面に接合され、上下のフランジのみが前記ふさぎ板の対向面間を貫通するように前記ふさぎ板の上下端位置に掛け渡され、前記第２の鉄骨梁は、上下のフランジ間のウェブ端部が前記ふさぎ板の外周面に接合され、上下のフランジのみが前記ふさぎ板を貫通し、上下のフランジの端面が前記第１の鉄骨梁の上下のフランジの一方の側面に当接して接合され、前記第１の鉄骨梁の上下のフランジの断面形状は、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部において、それぞれ前記第１の鉄骨梁に接合される鉄骨梁のフランジの断面形状と等しく、前記第２の鉄骨梁の上下のフランジの断面形状は、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部において、それぞれ前記第２の鉄骨梁に接合される鉄骨梁のフランジの断面形状と等しく、前記第１の鉄骨梁の上下のフランジの幅は、降伏時のヒンジ域を前記ふさぎ板の外部に発生させるように、前記ふさぎ板の内部および前記ふさぎ板の外部の一部において、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部におけるフランジの幅よりも拡幅され、前記第１の鉄骨梁の梁成と前記第１の鉄骨梁に接合される鉄骨梁の梁成とは等しく、前記第２の鉄骨梁の梁成と前記第２の鉄骨梁に接合される鉄骨梁の梁成とは等しいことを特徴とする。

上下のフランジのみが前記ふさぎ板を貫通し、上下のフランジの端面が前記第１の鉄骨梁の上下のフランジの他方の側面に当接して接合される第３の鉄骨梁をさらに備え、前記第３の鉄骨梁の上下のフランジの断面形状は、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部において、それぞれ前記第３の鉄骨梁に接合される鉄骨梁の上下のフランジの断面形状と等しく、前記第２の鉄骨梁の上下のフランジの幅、又は、前記第２及び第３の鉄骨梁のフランジの幅は、降伏時のヒンジ域を前記ふさぎ板の外部に発生させるように、前記ふさぎ板の内部および前記ふさぎ板の外部の一部において、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部におけるフランジの幅よりも拡幅されていることが好ましい。

前記第１の鉄骨梁の上下のフランジと、前記第２の鉄骨梁の上下のフランジと、前記ふさぎ板とは、上端及び下端が一致していることが好ましい。

本発明によれば、鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造を低コストかつ作業効率を向上させつつ構築することができる。

本発明の第一実施形態に係る接合部構造の斜視図である。 （ａ）は、本発明の第一実施形態に係る柱梁接合部ユニットの斜視図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。 図２（ａ）のＩＩＩ－ＩＩＩ断面線で示した側面断面図である。 （ａ）は、本発明の第二実施形態に係る柱梁接合部ユニットの斜視図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。 （ａ）は、本発明の第三実施形態に係る柱梁接合部ユニットの斜視図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。 （ａ）は、本発明の変形例に係る柱梁接合部ユニットの斜視図、（ｂ）は、（ａ）の平面図である。

本発明の柱梁接合部構造について、以下、添付図面を参照して説明する。なお、同一の構成要素は、同一の符号を付し、説明は省略する。

［第一実施形態］
図１は、本発明の第一実施形態に係る柱梁接合部構造１の柱梁接合部に柱梁接合部ユニット２０が組み込まれた状態を示している。柱梁接合部構造１は、鉄筋コンクリート柱１０（以下、単に柱１０と記す。）と、柱１０の内部を貫通した部位で十字交差接合される鉄骨梁３０，３１（３１ａ、３１ｂ）との接合部分を構成している。柱梁接合部構造１は、柱梁の交差接合位置における柱断面の四隅に所定長さの主筋１１が突出した柱１０と、主筋１１を囲むように配置され、四方に鉄骨梁５０（５０ａ，５０ｂ），５１（５１ａ，５１ｂ）（図２（ｂ））が接合される柱梁接合部ユニット２０と、柱梁接合部ユニット２０を含むように打設されるコンクリート６０とから構成されている。柱梁接合部構造１では、柱１０の柱梁の交差接合位置（の内部）を後述するフランジ３２及びフランジ３５が貫通しており、後述するウェブ３４の一端がふさぎ板２１の外周面に接合され、他端がフランジ３２、フランジ３５の端部に接合されている（図３参照）。

本実施形態では、図１に示すように、柱１０には、柱１０の四隅に３本の主筋１１が所定の間隔で配筋され、主筋１１を囲むように帯筋１２が所定の間隔で配筋されている。なお、ふさぎ板２１によるコンクリート拘束効果があるため、柱梁接合部ユニット２０の内部には、帯筋１２を配筋しなくてよい。主筋１１の本数は、必要に応じて変更することができる。

柱梁接合部ユニット２０は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、予め工場で組み立てられたふさぎ板２１と、鉄骨梁３０，３１と、を有する。鉄骨梁３０は、フランジ３２と、ウェブ３４，３４と、フランジ３５とからなるＨ形梁断面を構成する。鉄骨梁３１は、鉄骨梁３０を挟んで対向する、鉄骨梁３１ａと、鉄骨梁３１ｂとからなり、鉄骨梁３１ａ，３１ｂは、それぞれフランジ３３と、ウェブ３４と、フランジ３６とからなるＨ形梁断面を構成する。

ふさぎ板２１は、柱１０の柱梁の交差接合位置に設置される略角筒状の鋼板部材である。ふさぎ板２１の平面視した外形形状は、柱１０の柱断面の外形形状と略等しく、ふさぎ板２１の高さは、鉄骨梁３０，３１の梁成に等しい。なお、本実施形態において、鉄骨梁３０，３１の梁成と柱梁接合部ユニット２０に接合される鉄骨梁５０（５０ａ，５０ｂ），５１（５１ａ，５１ｂ）の梁成とは等しい。ふさぎ板２１の上端には、フランジ３２、フランジ３３の上端をふさぎ板２１の上端と一致させるための切欠２２が形成されている。ふさぎ板２１の下端には、フランジ３５、フランジ３６の下端をふさぎ板２１の下端と一致させるための切欠２３が形成されている。

フランジ３２は、ふさぎ板２１の対向する面２１ａ，２１ｂの上端位置に設けられた切欠２２，２２間に掛け渡された鋼板部材であり、鉄骨梁３０の上フランジを構成する。

フランジ３３は、フランジ３２の両側面とふさぎ板２１の面２１ｃ，２１ｄの上端位置に設けられた切欠２２との間にフランジ３２と平面視でＴ字交差するように掛け渡された鋼板部材であり、鉄骨梁３１の上フランジを構成する。図３に示すように、フランジ３３の端部３３ａは、フランジ３２の側面に突き合わせ溶接により堅固に接合され、Ｔ字交差部が形成されている。

ウェブ３４は、鉄骨梁３０のフランジ３２と後述するフランジ３５との間、及び、鉄骨梁３１のフランジ３３と後述するフランジ３６との間に設けられた鋼板部材であり、鉄骨梁３０，３１のウェブを構成する。

フランジ３５は、ふさぎ板２１の対向する面２１ａ，２１ｂの下端位置に設けられた切欠２３，２３間に掛け渡された鋼板部材であり、鉄骨梁３０の下フランジを構成する。

フランジ３６は、フランジ３５の両側面とふさぎ板２１の面２１ｃ，２１ｄの下端に設けられた切欠２３との間にフランジ３５と平面視でＴ字交差するように掛け渡された鋼板部材であり、鉄骨梁３１の下フランジを構成する。フランジ３６の端部３６ａは、上フランジと同様に、フランジ３５の側面に突き合わせ溶接により堅固に接合されている。

以上のように構成された鉄骨梁３０，３１はフランジ、ウェブが同寸法の断面形状からなる鉄骨梁５０，５１の端面とそれぞれ接合され、一体的な梁接合構造となる。

コンクリート６０は、コンクリート１３と同一強度を有し、柱梁接合部ユニット２０が柱１０上の所定の位置に設置され、帯筋１２が配筋され、所定の型枠で囲まれた、ふさぎ板２１の内部を含む空間に打設充填される。なお、必要に応じて、コンクリート６０の強度は、コンクリート１３の強度より高くしてもよいし、低くしてもよい。

（接合部構造の構成）
柱梁接合部構造１では、柱１０の上端から突出した主筋１１をふさぎ板２１で囲むようにしつつ、柱１０の上端から所定の距離ｈをあけて柱梁接合部ユニット２０が設置されている。柱梁接合部ユニット２０の上部に突出した主筋１１に帯筋１２を配筋し、柱梁接合部ユニット２０のふさぎ板２１を残存型枠としてコンクリート６０が打設されることにより、柱梁接合部構造１が一体的に形成される。その後、柱梁接合部構造１に、鉄骨梁５０（５０ａ，５０ｂ），５１（５１ａ，５１ｂ）が接合される（図２（ｂ））。柱梁接合部構造１では、フランジ３２及びフランジ３５がふさぎ板２１の上下で柱１０内を貫通し、柱の外周面に沿った角筒状のふさぎ板２１によって対向するウェブ３４同士が接合されている。これにより、ウェブ３４がふさぎ板２１内部に設けられていなくても柱梁接合部が成立する。

本実施形態では、柱１０の柱梁の交差接合位置に、鉄骨梁５０，５１と同一寸法断面を構成するような上下フランジと同じ板厚のフランジ３２及びフランジ３５を有する柱梁接合部ユニット２０を、主筋１１を囲むように配置する。柱梁接合部ユニット２０の上部に主筋１１を囲むように帯筋１２を配筋し、ふさぎ板２１内部を含む柱１０上の空間にコンクリート６０を打設することにより、柱梁接合部構造１が形成される。従って、鉄骨梁３０，３１があらかじめ交差接合された柱梁接合部ユニット２０を使用することにより、柱１０上の主筋１１や帯筋１２が配筋された空間内で溶接する作業等は発生しないので、柱梁接合部の加工及び施工が容易であり作業効率が向上する。かつ、鉄骨梁５０，５１の上下フランジと同じ断面形状のフランジ３２及びフランジ３５を使用しているので低コストである。また、従来技術のように鉄骨梁同士或いは鉄骨梁とダイアフラムとを現場において柱梁接合部内で溶接する必要がなくなるので、柱梁接合部の品質のバラツキを小さくできる。

［第二実施形態］
図４（ａ）は、本発明の第二実施形態に係る柱梁接合部ユニット２０Ａを示している。柱梁接合部ユニット２０Ａは、フランジ３２Ａ、３５Ａがふさぎ板２１の上部及び下部の範囲において、梁位置のフランジ幅の約１．１～１．２倍程度（図４（ｂ）中、ｂ／ａ）拡幅された拡幅部３７，３８を有する構造からなる。なお、この実施形態では、フランジ幅ａは、フランジ３３、３６のフランジ幅ｃと同一である。フランジ幅の拡幅度合は、柱梁接合部に必要な強度等に応じて変更することができる。

フランジ３２Ａ及びフランジ３５Ａは、ふさぎ板２１の上部及び下部においてフランジ幅が拡幅されているので、それぞれフランジ３２及びフランジ３５より強度が高い。従って、柱梁接合部ユニット２０Ａは、鉄骨梁３０Ａの長軸方向において、柱梁接合部ユニット２０より強度が高い。柱梁接合部ユニット２０Ａでは、梁せん断力－層間変形角の関係を示す履歴ループが紡錘型を示し、ウェブがふさぎ板の内部を貫通している場合の柱梁接合部と同等の安定したエネルギー吸収能力を有する。このため、柱梁接合部ユニット２０では柱梁接合部内に生じる降伏時のヒンジ域を、柱梁接合部ユニット２０Ａでは柱梁接合部外に発生させることができる。

要求される柱梁接合部の強度に応じて、柱梁接合部ユニット２０Ａと柱梁接合部ユニット２０とを使い分けることにより、従来の柱梁接合部に比べて加工及び施工が容易であり作業効率を向上させることができ、かつ、低コストに構造上、適正な柱梁接合部とすることができる。

［第三実施形態］
図５（ａ）は、本発明の第三実施形態に係る柱梁接合部ユニット２０Ｂを示している。柱梁接合部ユニット２０Ｂは、フランジ３３Ａがふさぎ板２１の上部において拡幅され、フランジ３６Ａがふさぎ板２１の下部において拡幅されている点が柱梁接合部ユニット２０Ａと異なる。

フランジ３３Ａは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、フランジ３３Ａの端部でのフランジ幅ｃ（フランジ幅ｃは、フランジ３２のフランジ幅ａと同一）よりふさぎ板２１の上部でのフランジ幅ｄが拡幅されている拡幅部３９を有する。

フランジ３６Ａは、フランジ３３Ａと同様に、フランジ３６Ａの端部でのフランジ幅ｃ（フランジ幅ｃは、フランジ３５のフランジ幅ａと同一）よりふさぎ板２１の下部でのフランジ幅ｄが拡幅されている拡幅部４０を有する。

フランジ３３Ａ及びフランジ３６Ａは、ふさぎ板２１の上部及び下部においてフランジ幅が拡幅されているので、それぞれフランジ３３及びフランジ３６より強度が高い。従って、柱梁接合部ユニット２０Ｂは、柱梁接合部ユニット２０より強度が高い。また、鉄骨梁３１Ａ（３１）の長軸方向において、柱梁接合部ユニット２０Ｂは、柱梁接合部ユニット２０Ａより強度が高い。鉄骨梁３１Ａ（３１）の長軸方向において、柱梁接合部ユニット２０Ｂは、柱梁接合部ユニット２０Ａより安定したエネルギー吸収能力を有する。

要求される柱梁接合部の強度に応じて、柱梁接合部ユニット２０Ｂ、柱梁接合部ユニット２０Ａ、柱梁接合部ユニット２０を使い分けることにより、従来の柱梁接合部に比べて加工及び施工が容易であり作業効率を向上させることができ、かつ、低コストに構造上、適正であって、鉄骨梁３１Ａ（３１）の長軸方向において、柱梁接合部ユニット２０Ａより強度の高い柱梁接合部を含んだ柱梁接合部とすることができる。

［変形例］
上記の各実施形態では、ふさぎ板の四面に鉄骨梁を接合していたが、図６（ａ）（ｂ）に示すように、柱梁接合部ユニット２０Ｃに接続する鉄骨梁５０，５１は、ふさぎ板の三面であってもよい。柱梁接合部ユニット２０Ｃでは、鉄骨梁５１を接合しない面の鉄骨梁３１Ｂのフランジ３３Ｂ及びフランジ３６Ｂの端部は、ふさぎ板に溶接可能な長さだけ確保すればよい。鉄骨梁３１Ｂには、ウェブは設けられていない。また、ふさぎ板２１を貫通するフランジを有する鉄骨梁の一方の端部も図６（ａ），（ｂ）に示すフランジ３３Ｂ及びフランジ３６Ｂと同様の端部として、鉄骨梁を直交する二方に接合させてもよい。これらの柱梁接続部ユニットは、建築物の外周や出隅に使用できる。なお、柱梁接合部の必要強度を満たせる場合には、柱梁接続部ユニットは、フランジ３３Ｂ，３６Ｂを省略することもできる。

上記の各実施形態、変形例では、柱１０は、鉄筋コンクリート柱であったが、ＣＦＴ柱やＳ－ＢＯＸ柱等であってもよい。また、柱の断面の外形形状にあわせてふさぎ板の外形形状を略円筒形状等にしてもよい。

上記の各実施形態、変形例では、ふさぎ板２１，２５の高さは、鉄骨梁３０，３１の梁成及び柱梁接合部ユニット２０に接合される鉄骨梁５０，５１の梁成に等しいものであった。鉄骨梁３０，３１の梁成が異なる場合、ふさぎ板の高さは、梁成の高い鉄骨梁３０の梁成にあわせるとよい。

上記の各実施形態、変形例では、柱１０は、接合部以外も現場でコンクリートを打設されていたが、プレキャストコンクリートの柱であってもよい。なお、接合部及び柱が一体でプレキャストコンクリート化される場合、図１に示す所定の距離ｈをあけなくてもよい。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に示した範囲内での種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲内で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。

１ 柱梁接合部構造
１０ 柱
１１ 主筋
１２ 帯筋
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 柱梁接合部ユニット
２１，２５ ふさぎ板
２２，２３ 切欠
３０，３１（３１ａ，３１ｂ），５０，５１ 鉄骨梁
３２，３２Ａ，３２Ｂ フランジ
３３，３３Ａ、３３Ｂ フランジ
３４ ウェブ
３５，３５Ａ フランジ
３６，３６Ａ フランジ
３７，３８，３９，４０ 拡幅部
６０ コンクリート

Claims (3)

1. 直交する第１及び第２の鉄骨梁が鉄筋コンクリート柱に設置されたふさぎ板を介して交差接合され、前記ふさぎ板内を含む交差接合位置の柱形が鉄筋コンクリートで充填形成された鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造であって、
   前記ふさぎ板は、前記鉄筋コンクリート柱の外周面を囲むように柱の外形形状に倣って設置され、
   前記第１の鉄骨梁は、上下のフランジ間のウェブ端部が前記ふさぎ板の外周面に接合され、上下のフランジのみが前記ふさぎ板の対向面間を貫通するように前記ふさぎ板の上下端位置に掛け渡され、
   前記第２の鉄骨梁は、上下のフランジ間のウェブ端部が前記ふさぎ板の外周面に接合され、上下のフランジのみが前記ふさぎ板を貫通し、上下のフランジの端面が前記第１の鉄骨梁の上下のフランジの一方の側面に当接して接合され、
   前記第１の鉄骨梁の上下のフランジの断面形状は、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部において、それぞれ前記第１の鉄骨梁に接合される鉄骨梁のフランジの断面形状と等しく、
   前記第２の鉄骨梁の上下のフランジの断面形状は、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部において、それぞれ前記第２の鉄骨梁に接合される鉄骨梁のフランジの断面形状と等しく、
   前記第１の鉄骨梁の上下のフランジの幅は、降伏時のヒンジ域を前記ふさぎ板の外部に発生させるように、前記ふさぎ板の内部および前記ふさぎ板の外部の一部において、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部におけるフランジの幅よりも拡幅され、
   前記第１の鉄骨梁の梁成と前記第１の鉄骨梁に接合される鉄骨梁の梁成とは等しく、
   前記第２の鉄骨梁の梁成と前記第２の鉄骨梁に接合される鉄骨梁の梁成とは等しい、
   ことを特徴とする鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造。
2. 上下のフランジのみが前記ふさぎ板を貫通し、上下のフランジの端面が前記第１の鉄骨梁の上下のフランジの他方の側面に当接して接合される第３の鉄骨梁をさらに備え、
   前記第３の鉄骨梁の上下のフランジの断面形状は、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部において、それぞれ前記第３の鉄骨梁に接合される鉄骨梁の上下のフランジの断面形状と等しく、
   前記第２の鉄骨梁の上下のフランジの幅、又は、前記第２及び第３の鉄骨梁のフランジの幅は、降伏時のヒンジ域を前記ふさぎ板の外部に発生させるように、前記ふさぎ板の内部および前記ふさぎ板の外部の一部において、前記ふさぎ板の外部の一部を除いた前記ふさぎ板の外部におけるフランジの幅よりも拡幅されている請求項１に記載の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造。
3. 前記第１の鉄骨梁の上下のフランジと、前記第２の鉄骨梁の上下のフランジと、前記ふさぎ板とは、上端及び下端が一致している請求項１または２に記載の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合部構造。

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