JP7372788B2 - 柱の接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱と柱とを上下方向に接続する接続構造に関する。

継ぎ手として機能する部材に梁を溶接し、この部材の下部と下位柱の天端とを溶接するとともに、この部材内に上位柱を挿入し、モルタル等の充填材を充填することで、下位柱と上位柱とを接続する接続構造が知られている。（特許文献１）。

特開２００１－００３４４８号公報

ところで、従来の接続構造においては、容器部に対して梁の上部から引張力が作用した際に、容器部における梁が溶接された部位の内側において、容器部が外側に開くように変形するおそれがあった。このような容器部の変形が発生すると、容器部と充填材との間に隙間ができたり、充填材そのものにひびが入ったり、充填材と上位柱との間に隙間ができたりするおそれがあった。そして、このような隙間やひびが発生することで、下位柱と上位柱とを接合する接続構造の強度が低下してしまうおそれがあった。
また、容器部が外側に変形することで、梁の位置が移動してしまうおそれもあった。
また、接続構造の強度が低下することを防止するためには、容器部を構成する各部材を頑丈なものとして、強度を高めることも考えられるが、この場合には、容器部を構成する各部材が大型化したり、重量化してしまうという課題があった。

本願請求項１に係る発明は、内周側が垂直である側壁部と、開口部を有し前記側壁部の上部に接合された上部ダイアフラムと、前記側壁部の下部に接合された下部ダイアフラムとを有する容器部と、前記容器部の下面に接合された下位柱と、前記容器部の前記側壁部に接合された鋼製梁と、前記開口部を介して前記容器部に挿入された上位柱と、前記上位柱に接合された結合具と、前記下位柱と前記上位柱とを接続するために、前記容器部に充填された充填剤と、を備え、前記結合具には、前記上部ダイアフラムが接合されていることを特徴とする柱の接続構造である。
本願請求項２に係る発明は、内周側が垂直である側壁部と、開口部を有し前記側壁部の上部に接合された上部ダイアフラムと、前記側壁部の下部に接合された下部ダイアフラムとを有する容器部と、前記容器部の下面に接合された下位柱と、前記容器部の前記側壁部に接合された鋼製梁と、前記開口部を介して前記容器部に挿入された上位柱と、前記上位柱に接合された結合具と、前記下位柱と前記上位柱とを接続するために、前記容器部に充填された充填剤と、を備え、前記結合具には、前記鋼製梁が接合されていることを特徴とする柱の接続構造である。
本願請求項３に係る発明は、前記結合具には、スペーサを介して前記鋼製梁が接合されていることを特徴とする請求項２に記載の柱の接続構造である。
また、別発明として以下のものでも良い。
手段１は、側壁部と、開口部を有し前記側壁部の上部に接合された上部ダイアフラムと、前記側壁部の下部に接合された下部ダイアフラムとを有する容器部と、前記容器部の下面に接合された下位柱と、前記容器部に接合された梁と、前記開口部を介して前記容器部に挿入された上位柱と、前記上位柱に設けられた結合具と、前記下位柱と前記上位柱とを接続するために、前記容器部に充填された充填剤と、を備え、前記結合具によって、前記上位柱と前記上部ダイアフラムとが接合されたことを特徴とする柱の接続構造である。

手段２は、側壁部と、開口部を有し前記側壁部の上部に接合された上部ダイアフラムと、前記側壁部の下部に接合された下部ダイアフラムとを有する容器部と、前記容器部の下面に接合された下位柱と、前記容器部に接合された梁と、前記開口部を介して前記容器部に挿入された上位柱と、前記上位柱に設けられた結合具と、前記下位柱と前記上位柱とを接続するために、前記容器部に充填された充填剤と、を備え、前記結合具によって、前記上位柱と前記梁とが接合されたことを特徴とする柱の接続構造である。

手段３は、スペーサを介して、前記上位柱と前記梁とが接合されたことを特徴とする手段２に記載の柱の接続構造である。

手段４は、前記側壁部の内周側が垂直であることを特徴とする手段１乃至３のうちいずれかに記載の柱の接続構造である。

本発明によれば、容器部に対して梁の上部から引張力が作用した場合でも、下位柱と上位柱とを接続する接続構造において隙間やひびが発生することを抑制することができ、下位柱と上位柱とを接合する接続構造の強度が低下することを防止することができる。
また、梁の位置が移動してしまうことを防止することができる。
また、容器部を構成する各部材を軽量でシンプルなものとすることが可能となる。

加えて、梁せいの低い梁を使用した場合でも、側壁部の上端に上部ダイアフラムを接合していることで、側壁部を変形しにくいものとすることができ、もって、下位柱と上位柱とを接合する接続構造の強度が低下することを防止することができる。

加えて、容器部内への充填材をスムーズに充填させることが可能となり、容器部内において充填材の未充填箇所が発生することを防止でき、もって、下位柱と上位柱とを接合する接続構造の強度が低下することを防止することができる。

加えて、従来、下位柱に対して上位柱を絞るための継ぎ手として、上方に行くに従って徐々に径が細くなっていく、絞ったような形状の継ぎ手を採用し、さらに、この継ぎ手に対して、上位柱を現場溶接する場合があったが、本発明によれば、現場において溶接を行う必要がなく、また、絞ったような形状の継ぎ手とする必要がない。

第１の実施形態における上位柱と下位柱との接続構造を示す図である。（ア）は断面図、（イ）は平面図である。 第１の実施形態における施工手順を示す図である。（ア）は断面図、（イ）は平面図である。 第１の実施形態における施工手順を示す図である。（ア）は断面図、（イ）は平面図である。 第１の実施形態における施工手順を示す図である。（ア）は断面図、（イ）は平面図である。 第２の実施形態における上位柱と下位柱との接続構造を示す断面図である。 第３の実施形態における上位柱と下位柱との接続構造を示す断面図である。 第４の実施形態における上位柱と下位柱との接続構造を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照する等して説明する。なお、本発明は、実施形態に限定されないことはいうまでもない。

まず、第１の実施形態における各部材の形状、接合態様等について、図１を参照して説明する。図１は、上位柱（上階柱）２、下位柱（下階柱）４、梁５が接続された接続構造１を示している。上位柱２、下位柱４、梁５は、容器部３を介して接合されている。

上位柱２は、角型鋼管からなる。上位柱２の下端内周に沿って、上位柱蓋部２４が接合されている。上位柱蓋部２４は、正方形状である。また、上位柱２の下端には上位柱ダイアフラム２２が溶接によって接合されている。上位柱ダイアフラム２２は、平面視では正方形状であり、中央部に正方形状の開口部を有している。上位柱ダイアフラム２２は、上位柱２よりも一回り大きく、平面視において上位柱２よりも外側にはみ出して視認される。
上位柱２の各側面の平面視における中央部には、結合具２０が溶接により接合されている。結合具２０は、長方形状の底面部２０ａと正面視で直角三角形の垂直部２０ｃとを有している。底面部２０ａは、ボルト孔２０ｂを２つ有している。結合具２０、上位柱ダイアフラム２２は鋼材からなる。

下位柱４は、角型鋼管からなる。梁５はＨ型鋼からなり、上側フランジ５ａ、ウェブ５ｂ、下側フランジ５ｃを有している。

容器部３は、上部ダイアフラム３０と側壁部３２と下部ダイアフラム３４とを有している。
上部ダイアフラム３０は、容器部３の上面をなす部材である。上部ダイアフラム３０は、平面視において正方形状であり、中央部に角型鋼管からなる上位柱２を貫通させることが可能な開口部３０ａを有している。開口部３０ａは正方形状である。上部ダイアフラム３０の内周縁から外周縁までの寸法は、平面視で側壁部３２よりも幅が広く、側壁部３２の内側から側壁部３２の外側にまたがるように設けられている。上部ダイアフラム３０は各辺の略中央部の内周側に２つのボルト孔３０ｂを有している。上部ダイアフラム３０は４つの辺を有しているので、ボルト孔３０ｂは上部ダイアフラム３０に計８個設けられている。
側壁部３２は、容器部３の側面をなす筒状の部材であり、平面視において正方形状である。側壁部３２としては、所定の長さに切断した角型鋼管を用いてもよい。
下部ダイアフラム３４は、容器部３の底面をなす部材である。下部ダイアフラム３４は、平面視では正方形状である。
上部ダイアフラム３０、側壁部３２、下部ダイアフラム３４は鋼材からなる。
側壁部３２の下端には下部ダイアフラム３４が、側壁部３２の上端には上部ダイアフラム３０が溶接によりそれぞれ接合されている。

また、下位柱４には、容器部３が接合されている。具体的には、下位柱４の天端と容器部３の下面を構成する下部ダイアフラム３４とが溶接によって接合されている。
また、容器部３には、梁５が接合されている。具体的には、上部ダイアフラム３０に溶接によって梁５の上側フランジ５ａが接合されており、側壁部３２に溶接によって梁５のウェブ５ｂに接合されており、下部ダイアフラム３４に溶接によって梁５の下側フランジ５ｃが接合されている。

本実施形態の施工手順について図１～図４を参照して説明する。
図２は、上位柱２が設置される前の状態を示した図である。
まず、下位柱４に設けられた容器部３に対して上位柱２の下端を挿入する。具体的には、容器部３が有する開口部３０ａに、上位柱２が有する上位柱ダイアフラム２２を挿入する。さらに上位柱２を下降させていくことで、上部ダイアフラム３０の上面と結合具２０の底面部２０ａの底面とが接触し、上部ダイアフラム３０の上面によって、結合具２０の底面部２０ａが保持された状態となる。このようにして、上位柱２のレベルが決定される。

図３は、上位柱２の設置（仮置き）が行われた状態を示している。上位柱２の設置が行われた状態において、下部ダイアフラム３４と上位柱ダイアフラム２２とは所定距離離間しており、接触はしていないが、これは、下部ダイアフラム３４と上位柱ダイアフラム２２との間に無収縮モルタル８をスムーズに充填させるためである。

この状態において、結合具２０に設けたボルト孔２０ｂと上部ダイアフラム３０に設けたボルト孔３０ｂに高力ボルト６を挿入し、高力ボルト６をナット７により締結することで、結合具２０と上部ダイアフラム３０とが接合されて、容器部３に対して上位柱２が固定される。本実施形態においては、計８か所が高力ボルト６とナット７によって接合される。図４は、このようにして、結合具２０と上部ダイアフラム３０の接合が行われた状態を示している。

その後、上部ダイアフラム３０と上位柱２との隙間（開口部３０ａ）から、容器部３内に、上部ダイアフラム３０の上面と同じレベルまで無収縮モルタル８を充填し、養生することで、容器部３と上位柱２とが強固に結合され、下位柱４に対する上位柱２の接続が完了する。図１は、このようにして、下位柱４に対する上位柱２の接続が完了した状態を示している。なお、上位柱２の下端内周に沿って、上位柱蓋部２４が接合されているので、上位柱２内に無収縮モルタル８は浸入しない。

このような構成によれば、上位柱２に対して上方に引張力が作用したり、上位柱２に対して曲げモーメントが作用したときに、上位柱ダイアフラム２２と上部ダイアフラム３０との間に圧縮力が作用することになるものの、上位柱ダイアフラム２２と上部ダイアフラム３０との間に位置している無収縮モルタル８がこの圧縮力に対して対抗する（図１（ア）の矢印Ａを参照）とともに、無収縮モルタル８と側壁部３２の内周との間の固着力や摩擦力がこの圧縮力に対して対抗するため、上位柱２と下位柱４とを接続する接続構造が十分に確保される。

また、梁５の特に上部（上側フランジ５ａ）から容器部３（上部ダイアフラム３０）に対して引張力が作用したとしても、上部ダイアフラム３０に加えて、結合具２０を介して上部ダイアフラム３０に結合されている上位柱２もこの引張力に対抗する部材として機能することとなる。これにより、容器部３に対して梁５の上部から引張力が作用した場合でも、下位柱４と上位柱２とを接続する接続構造において隙間やひびが発生することを抑制することができ、下位柱４と上位柱２とを接合する接続構造の強度が低下することを防止することができる。また、梁５の位置が移動しまうことを防止することができる。また、容器部３を構成する各部材を軽量でシンプルなものとすることが可能となる。

また、側壁部３２を板状とし、側壁部３２の内周側が垂直となっていることで、容器部３内に無収縮モルタル８をスムーズに充填することが可能となり、容器部３内における充填性が高まる。一方で、側壁部３２を板状としていることで、梁５から側壁部３２に引張力が作用したときに、側壁部３２が変形しやすくなってしまうものの、本実施形態においては、側壁部３２の上端に上部ダイアフラム３０を接合していることで、側壁部３２を変形しにくくしている。また、上部ダイアフラム３０に加えて、結合具２０を用いていることで、側壁部３２をより変形しにくいものとしている。

また、各ダイアフラムの溶接作業については鉄工所等において行い、現場では、高力ボルト６とナット７による接合及び無収縮モルタル８の打設を行うようにすることで、上位柱２と下位柱４の接続において、溶接は行う必要がなくなるため、施工を効率化できる。

また、上位柱蓋部２４を設けて、上位柱２内に無収縮モルタル８が浸入しないようにしていることで、無収縮モルタル８の使用量を軽減することが可能となる。

加えて、従来、下位柱に対して上位柱を絞るための継ぎ手として、上方に行くに従って徐々に径が細くなっていく、絞ったような形状の継ぎ手を採用し、さらに、この継ぎ手に対して、上位柱を現場溶接する場合があったが、本実施形態によれば、現場において溶接を行う必要がなく、また、絞ったような形状の継ぎ手とする必要がない。

〔第２の実施形態〕
図５を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。なお、第１の実施形態と共通する部分については、説明を省略する。

第２の実施形態においては、第１の実施形態と比べて、結合具２０を水平方向に横長にするとともに、第１の実施形態において上部ダイアフラム３０に設けていたボルト孔３０ｂに代えて、上側フランジ５ａにボルト孔５ｄを設けている。施工においては、容器部３内へ上位柱２を下降させたのち、ボルト孔５ｄとボルト孔２０ｂに高力ボルト６を挿入し、高力ボルト６をナット７により締結することで、上側フランジ５ａと結合具２０を接合する。

このような構成とすることで、梁５から作用する引張力を、上部ダイアフラム３０と結合具２０に分散させることができ、側壁部３２を変形しにくいものとすることができる。
また、第１の実施形態においては、高力ボルト６とナット７の締結に際し、開口部３０ａ内に手を入れて高力ボルト６の挿入を行う必要があったが、第２の実施形態においては、高力ボルト６とナット７の締結位置を容器部３の外側としたことで、高力ボルト６の挿入作業を簡単に行うことができる。

また、第１の実施形態においては、上位柱２に曲げモーメントが作用した場合に、無収縮モルタル８内に位置する高力ボルト６を中心に、無収縮モルタル８にひび割れが発生するおそれがあったが、第２の実施形態においては、高力ボルト６が容器部３の外側において締結されているため、上位柱２に曲げモーメントが作用した場合でも、このようなひび割れが発生することを防止できる。

〔第３の実施形態〕
図６を参照して、本発明の第３の実施形態を説明する。なお、第１及び第２の実施形態と共通する部分については、説明を省略する。

第３の実施形態においては、第１の実施形態と比べて、梁５の梁せいが低く、上側フランジ５ａが側壁部３２に接合されている。
このように、梁せいが低い梁５を上部ダイアフラム３０ではなく容器部３に接合した場合でも、側壁部３２の上端に上部ダイアフラム３０を接合していることで、側壁部３２を変形しにくいものとすることができる。

〔第４の実施形態〕
図６を参照して、本発明の第４の実施形態を説明する。なお、第１乃至第３の実施形態と共通する部分については、説明を省略する。

第４の実施形態は、第２の実施形態における梁５の梁せいを低く変形した実施形態であって、梁せいを低く変更することに伴って、スペーサ４０を結合具２０と上側フランジ５ａとの間に配置している。スペーサ４０は、ボルト孔４０ａを有し、鋼材からなる。スペーサ４０の厚さは上部ダイアフラム３０の厚さと同一である。また、梁５は側壁部３２の側部上端及び上部ダイアフラム３０の下面のうちのいずれか一方または双方に溶接により接合されている。施工においては、容器部３内へ上位柱２を下降させたのち、ボルト孔５ｄ、ボルト孔４０ａ、ボルト孔２０ｂに高力ボルト６を挿入し、高力ボルト６をナット７により締結することで、スペーサ４０を介して、上側フランジ５ａと結合具２０とを接合する。これにより、結合具２０の下面とスペーサ４０の上面、スペーサ４０の下面と上側フランジ５ａの上面とが摩擦接合によって接合された状態となる。また、結合具２０の下面と上部ダイアフラム３０の上面が摩擦接合によって接合された状態となる。

このように、梁５の梁せいが低く、上部ダイアフラム３０と結合具２０とを直接接合できない場合であっても、梁５から作用する引張力を、上部ダイアフラム３０と結合具２０に分散させることができ、側壁部３２を変形しにくいものとすることができる。

〔その他の実施形態〕
本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば以下のようなものも含まれる。

第１の実施形態においては、上位柱２の下端に上位柱蓋部２４を設けていたが、上位柱蓋部２４を設けずに、上位柱２内に無収縮モルタル８を充填するようにしてもよい。この場合、結合具２０の底面部２０ａの上面と同じレベルまで、あるいは、結合具２０の垂直部２０ｃの上端と同じレベルまで、無収縮モルタル８を充填するとよい。このような構成とすることで、結合具２０に対する梁５からの圧縮力によって、上位柱２が変形することを防止することが可能となる。

第１の実施形態においては、上位柱２の下端に上位柱蓋部２４を設けることで上位柱２の下端から上位柱２内に無収縮モルタル８が浸入しないようにしていたが、上位柱蓋部２４を設置せず、開口部を有さない上位柱ダイアフラム２２のみによって、上位柱２の下端から上位柱２内に無収縮モルタル８が浸入しないようにしてもよい。

第１の実施形態においては、結合具２０を用いて上位柱２と容器部３とを接続していたが、結合具２０、高力ボルト６、ナット７を用いずに、無収縮モルタル８のみによって、上位柱２と容器部３とを接続するようにしてもよい。

第１の実施形態においては、容器部３に対して梁５を４つ接合していたが、接合する梁５の個数は、４つに限られるものではなく、１～３個としてもよい。また、梁５を２つ接合する際には、梁５の接合態様を、平面視における容器部３の上辺と右辺、あるいは、上辺と下辺のように、梁５同士が垂直となる位置に接合してもよいし、梁５同士が同一線上に位置するように接合してもよい。梁５同士が同一線上に位置する場合には、上部ダイアフラム３０が双方の梁５によって逆方向に引っ張られることで、梁５による引張力を相殺することができる。

第１の実施形態における接続構造と同じ構造を、連続する複数階に設けてもよい。例えば、１つの柱材における上端を下位柱４の上端と同じ構造にするとともに、この柱材の下端を上位柱２の下端と同じ構造とし、この柱材を上下方向に複数接続してもよい。

第１の実施形態においては、上位柱２と下位柱４として角型鋼管を用いていたが、円形鋼管を用いてもよい。この場合、上位柱ダイアフラム２２、上位柱蓋部２４、上部ダイアフラム３０、開口部３０ａ、側壁部３２、下部ダイアフラム３４を平面視で円形にするとよい。

第１の実施形態においては、上位柱２と下位柱４を同径としていたが、下位柱４よりも上位柱２の径が小さくなるようにしてもよい。

第１の実施形態において高力ボルト６を用いていたが、高力ボルト６として、トルシア型高力ボルトを用いるようにしてもよい。特に第１の実施形態のように、高力ボルト６の頭部が容器部３内に位置する場合には、高力ボルト６とナット７の共周りを防止するために、ナット７の締結の際に高力ボルト６の頭部をレンチなどの工具で保持しておく必要があるが、高力ボルト６としてトルシア型高力ボルトを採用し、結合具２０の底面部２０ａの上面において、ナットとの締結を行うようにした場合には、高力ボルト６の頭部を保持することなく、ナット７の締結を行うことが可能となる。

いずれの実施形態における各技術的事項を他の実施形態に適用して実施例としても良い。

１ 接続構造
２ 上位柱
３ 容器部
４ 下位柱
５ 梁
５ａ 上側フランジ
５ｂ ウェブ
５ｃ 下側フランジ
５ｄ ボルト孔
６ 高力ボルト
７ ナット
８ 無収縮モルタル
２０ 結合具
２０ａ 底面部
２０ｂ ボルト孔
２０ｃ 垂直部
２２ 上位柱ダイアフラム
２４ 上位柱蓋部
３０ 上部ダイアフラム
３０ａ 開口部
３０ｂ ボルト孔
３２ 側壁部
３４ 下部ダイアフラム
４０ スペーサ
４０ａ ボルト孔

Claims (3)

1. 内周側が垂直である側壁部と、開口部を有し前記側壁部の上部に接合された上部ダイアフラムと、前記側壁部の下部に接合された下部ダイアフラムとを有する容器部と、
   前記容器部の下面に接合された下位柱と、
   前記容器部の前記側壁部に接合された鋼製梁と、
   前記開口部を介して前記容器部に挿入された上位柱と、
   前記上位柱に接合された結合具と、
   前記下位柱と前記上位柱とを接続するために、前記容器部に充填された充填剤と、を備え、
   前記結合具には、前記上部ダイアフラムが接合されていることを特徴とする柱の接続構造。
2. 内周側が垂直である側壁部と、開口部を有し前記側壁部の上部に接合された上部ダイアフラムと、前記側壁部の下部に接合された下部ダイアフラムとを有する容器部と、
   前記容器部の下面に接合された下位柱と、
   前記容器部の前記側壁部に接合された鋼製梁と、
   前記開口部を介して前記容器部に挿入された上位柱と、
   前記上位柱に接合された結合具と、
   前記下位柱と前記上位柱とを接続するために、前記容器部に充填された充填剤と、を備え、
   前記結合具には、前記鋼製梁が接合されていることを特徴とする柱の接続構造。
3. 前記結合具には、スペーサを介して前記鋼製梁が接合されていることを特徴とする請求項２に記載の柱の接続構造。