JP7391172B2 - コンクリート充填鋼管柱と鉄筋コンクリートスラブとの接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート充填鋼管柱（以下、「ＣＦＴ柱」と称する。）と鉄筋コンクリートスラブ（以下、「ＲＣスラブ」と称する）との接合構造に関する。本発明は特に、フラットスラブであるＲＣスラブをＣＦＴ柱が貫通する形式の接合構造に関する。

オフィスビル、住宅、外壁の多い倉庫、地下室等の建築物には、型枠の節約、階高の減少などの利点が得られるフラットスラブ構造が用いられてきた。ここで、フラットスラブ構造は、一般的には鉄筋コンクリート柱（ＲＣ柱）とＲＣスラブで構成されるものである。しかしこの場合、キャピタル部と呼ばれる、ＲＣスラブにかかる鉛直方向の荷重を柱に伝える構造物を設ける必要があり、柱の周囲での天井高さが低下したり、施工性が悪くなる問題があった。

そこで、キャピタル部を省略できる構造として、ＣＦＴ柱とＲＣスラブとの接合構造が種々提案されている。図９及び図１０を参照して、特許文献１には、４枚のリブ６３が、鋼管柱６１に設けられたスリットを貫通して鋼管柱６１に溶接され、各々のリブ６３は、その一部が鋼管柱６１内に位置し、その他部はＲＣスラブ６４内に位置し、水平な支持鋼板６２が鋼管柱６１に溶接され、支持鋼板６２の上にＲＣスラブ６４が載せられる接合構造が記載されている。

図１１及び図１２を参照して、特許文献２には、ＣＦＴ柱７１におけるＲＣスラブ７２下面位置及びＲＣスラブ７２上面位置の２箇所に、ＣＦＴ柱７１を取り囲むようにＣＦＴ柱７１に支持鋼板７３，７４が接合された、水平方向の荷重に耐えることが可能な接合構造が記載されている。

図１３（Ａ），（Ｂ）を参照して、特許文献３には、ＲＣスラブ８４のスラブ筋である上端鉄筋８６と下端鉄筋８７との間の位置で、鋼管柱８１の外周面に、主面が鉛直面である複数枚の孔あきジベル８２を固定し、当該ジベルの孔８２ａに、スラブ筋８６，８７とは別の補助鉄筋８３を貫通させて、ＲＣスラブにかかる鉛直方向の荷重に耐えることが可能な接合構造が記載されている。

特開平８－１０９６９５号公報 特開２０００－１６０６８５号公報 特開２００８－０８８６３９号公報

しかしながら、特許文献１～３のいずれの技術とも、ＲＣスラブにかかる鉛直方向の荷重に耐えるという観点からさらなる改善の余地があった。

具体的には、特許文献１の接合構造では、リブがスラブ筋と干渉するため、接合部においてスラブ筋を十分に定着できない。また、リブがわずかに鋼管柱内部へ突出しているに過ぎないため、ＲＣスラブにかかる鉛直方向の荷重が充填コンクリートに十分に伝達できない。

特許文献２の接合構造は、水平方向の荷重に耐えることに着目した構造であるため、やはりＲＣスラブにかかる鉛直方向の荷重が充填コンクリートに十分に伝達できない。

特許文献３の接合構造は、鋼管柱と充填コンクリートとの接合により、ＲＣスラブにかかる鉛直方向の荷重を柱内部の充填コンクリートに伝達するにすぎないため、やはりＲＣスラブにかかる鉛直方向の荷重が充填コンクリートに十分に伝達できない。また、特許文献３の接合構造では、ＲＣスラブにかかる鉛直方向の荷重が大きく、かつ、鋼管の板厚が薄い場合、局所的に鋼管柱の塑性化が先行し、鋼管柱が早期に破壊する懸念がある。

本発明は、上記課題に鑑み、ＲＣスラブにかかる鉛直方向のより大きな荷重に耐えることができる、ＣＦＴ柱とＲＣスラブとの接合構造を提供することを目的とする。

本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）内部にコンクリートが充填された鋼管柱と、ＲＣスラブとの接合構造であって、
複数のリブが、その主面が略鉛直面となるように、前記鋼管柱に設けられたスリットを貫通して前記鋼管柱と接続され、各々のリブは、その一部が前記鋼管柱内に位置し、その他部は前記ＲＣスラブ内に位置し、
支持鋼板が、その主面が略水平面となるように、前記鋼管柱の外周面及び前記複数のリブの下端と接続され、
前記支持鋼板の上に前記ＲＣスラブが載せられ、
前記各々のリブは、前記鋼管柱内に位置する前記一部に、第１貫通孔を有することを特徴とする接合構造。

（２）前記各々のリブは、略鉛直方向に沿って複数の前記第１貫通孔を有する上記（１）に記載の接合構造。

（３）前記各々のリブは、前記ＲＣスラブ内に位置する前記他部に、第２貫通孔を有し、
前記ＲＣスラブ内に、前記第２貫通孔を通過する補助鉄筋を配置し、
少なくとも一部のスラブ筋は、鉛直面視でＵ字形の鉄筋であり、該鉄筋のＵ字部分が前記補助鉄筋を引っかける、上記（１）又は（２）に記載の接合構造。

（４）前記各々のリブは、略鉛直方向に沿って複数の前記第２貫通孔を有する上記（３）に記載の接合構造。

（５）前記補助鉄筋は、前記各々のリブの前記第２貫通孔を通過し、水平面視で前記鋼管柱を囲むように延在するリング状の鉄筋である上記（３）又は（４）に記載の接合構造。

（６）前記補助鉄筋は、水平面視で前記鋼管柱を囲むように配置された少なくとも４本の直線状の鉄筋である上記（３）又は（４）に記載の接合構造。

（７）前記複数のリブと前記鋼管柱との接続、及び／又は、前記支持鋼板と前記鋼管柱の外周面及び前記複数のリブの下端との接続が、すみ肉溶接により行われる上記（１）～（６）のいずれか一項に記載の接合構造。

（８）補助鋼板が、その主面が略水平面となるように、前記鋼管柱の外周面及び前記複数のリブの上端と接続された、上記（１）～（７）のいずれか一項に記載の接合構造。

本発明によるＣＦＴ柱とＲＣスラブとの接合構造は、ＲＣスラブにかかる鉛直方向のより大きな荷重に耐えることができる。

本発明の第一実施形態による接合構造１００の、（Ａ）鉛直断面図であり、（Ｂ）水平断面図である。 図１の接合構造１００における、鋼管柱１０に設けたスリット１４の位置を説明する図である。 スラブ２０に押し抜きせん断力が作用した場合の破壊形態を説明する図である。 本発明の第二実施形態による接合構造２００の鉛直断面図である。 本発明の第三実施形態による接合構造３００の水平断面図である。 本発明の第四実施形態による接合構造４００の、（Ａ）鉛直断面図であり、（Ｂ）水平断面図である。 本発明の第五実施形態による接合構造５００の、（Ａ）鉛直断面図であり、（Ｂ）水平断面図である。 本発明の第六実施形態による接合構造６００の水平断面図である。 特許文献１に記載の接合構造を示す平面図である。 図９のＡ－Ａ断面図である。 特許文献２に記載の接合構造を示す鉛直断面図である。 特許文献２に記載の接合構造を示す斜視図である。 （Ａ）は、特許文献３に記載の接合構造を示す平面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のＡ－Ａ断面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、各実施形態間で対応する部材に関しては、各実施形態において同じ符号を用いて説明する。

（第一実施形態）
図１～図３を参照して、本発明の第一実施形態による、ＣＦＴ柱とＲＣスラブとの接合構造１００を説明する。本実施形態では、ＲＣスラブ２０に対して鋼管柱１０を貫通させることにより、鋼管柱が分断される場合よりも溶接負荷を低減し、施工に要する費用及び時間を低減できる。ＲＣスラブとしては、プレストレストコンクリートスラブ（ＰＣスラブ）を挙げることができる。

すなわち、図１及び図２を参照して、内部にコンクリート１２が充填された鋼管柱１０には、複数（本実施形態では８つ）のスリット１４が設けられる。各スリット１４には、後述のリブ３０が貫通される。図１に示す鋼管柱１０は円形鋼管であるが、本発明はこれに限定されず、角形鋼管を用いてもよい。

図１を参照して、複数（本実施形態では８枚）のリブ３０が、その主面が略鉛直面となるように、鋼管柱１０に設けられたスリット１４を貫通して鋼管柱１０と接続され、各々のリブ３０は、その一部が鋼管柱１０内に位置し、その他部はＲＣスラブ２０内に位置する。なお、「リブの主面が略鉛直面である」とは、リブの主面が鉛直面と一致する場合に加えて、リブの主面が鉛直面から５度以下の範囲で傾斜する場合をも含む。各リブ３０が鋼管柱１０の内外にわたって延在するため、鋼管柱の外側のみにリブが設置される場合よりも、鋼管柱１０のスキンプレートに発生する面外曲げを低減し、鋼管柱１０のスキンプレートが早期に塑性化するのを防止できる。

また、支持鋼板４０が、その主面が略水平面となるように、鋼管柱１０の外周面及び複数のリブ３０の下端と接続される。そして、この支持鋼板４０の上にＲＣスラブ２０が載せられる。なお、「支持鋼板の主面が略水平面である」とは、支持鋼板の主面が水平面と一致する場合に加えて、支持鋼板の主面が水平面から５度以下の範囲で傾斜する場合をも含む。

ここで本実施形態では、各々のリブ３０が、鋼管柱１０内に位置する部分に、その表裏面を貫通する第１貫通孔３２を有する。これにより、リブ３０と充填コンクリート１２との接触面積が増加し、その結果、リブ３０と充填コンクリート１２との付着力に加えて、第１貫通孔３２及びリブ３０の下端と充填コンクリート１２との支圧力によって、ＲＣスラブ２０から伝達された鉛直方向の荷重を鋼管柱１０内の充填コンクリート１２に伝達することができる。そのため、本実施形態の接合構造１００は、ＲＣスラブ２０にかかる鉛直方向のより大きな荷重に耐えることができる。

本実施形態では、図１（Ｂ）を参照して、水平面視で鋼管柱１０から互いに９０度の角度をなす４方向に向けて各々２枚のリブを配置し、計８枚のリブを配置した。これにより、ＲＣスラブ２０内のスラブ筋２２との干渉を避けることが容易になる。リブの数は８枚に限定されず、例えば、（８枚のリブに替えて）当該４方向にむけて各々１枚、計４枚のリブを配置してもよい。

リブ３０は鋼板からなる。リブ３０の厚さは特に限定されないが、下限は例えば６ｍｍとすることができ、かつ、上限は、円形の鋼管柱の場合のスキンプレート板厚（最大２８ｍｍ）を考慮して３２ｍｍとすることができる。角形鋼管を用いる場合には、これに限定されない。リブ３０の形状は特に限定されないが、図１（Ａ）に示すように、主面の形状は矩形とすることが好ましい。リブ３０の鉛直方向長さＬ_ｖは、コンクリートの被り厚さを確保するため、スラブ厚の７０～９０％とすることが好ましい。また、リブ３０の鋼管柱１０外に位置する部分の水平方向長さは、スラブ厚の５０～２００％とすることが好ましい。また、リブ３０の鋼管柱１０内に位置する部分の水平方向長さは、鋼管柱１０の直径の１５～３０％とすることが、鉛直方向の荷重を充填コンクリート１２に確実に伝達する観点から好ましい。

各リブ３０が有する第１貫通孔３２の数、形状、寸法は特に限定されない。しかし、第１貫通孔内にコンクリートを円滑に充填する観点からは、第１貫通孔３２の形状は円形であることが好ましい。また、リブ３０と充填コンクリート１２との接触面積をより増やす観点からは、大きな寸法の孔を１つ設けるより、適切な寸法の孔を複数設けることが好ましい。そのため、各リブ３０は、略鉛直方向に沿って複数の第１貫通孔３２を有することが好ましく、本実施形態では３つの第１貫通孔３２を有する。その結果、鉛直方向の荷重を充填コンクリート１２により確実に伝達できる。ここでいう「略鉛直方向に沿って」とは、隣接する第１貫通孔同士が鉛直方向に少なくとも一部重なっている状態を意味するものとする。

本実施形態において支持鋼板４０は、図１（Ｂ）を参照して、鋼管柱１０を取り囲むように延在するリング状の鋼板である。この場合、支持鋼板４０は２等分して溶接等でつなぎ合わせることが好ましい。ただし、支持鋼板４０が全てのリブの直下に延在し、かつ、ＲＣスラブ２０を支えることができる程度の大きさを有する限り、支持鋼板４０の形状は特に限定されない。支持鋼板４０の板厚はスラブ厚の１０～２０％程度とすることが好ましい。支持鋼板４０の形状が異なる実施形態については後述する。

続いて、ＲＣスラブ２０内の鉄筋の配置について説明する。図３に示すように、押し抜きせん断力によりスラブ２０が破壊される終局状態では、支持鋼板４０の上面から上方45°方向に向かって、円錐の側面の一部を構成する破壊面Ａが想定される。このような破壊に耐えるためには、当該破壊面Ａを境界とする両側に十分な長さの鉄筋が連続している必要がある。しかし、通常の配筋方法では破壊面Ａと鋼管柱１０との間で十分な長さの鉄筋を配置することが困難である。

そこで本実施形態では、図１（Ａ）及び図３に示すようにＲＣスラブ２０内に鉄筋を配置する。まず、各リブ３０は、ＲＣスラブ２０内に位置する部分に、鉛直方向に沿って、その表裏面を貫通する３つの第２貫通孔３４を有する。そして、各リブ３０において各々同じ高さに位置する第２貫通孔を通過し、水平面視で鋼管柱１０を囲むように延在する３本のリング状の補助鉄筋２８をＲＣスラブ２０内に配置する。そして、水平面視で格子状に配置される複数のスラブ筋２２のうち一部のスラブ筋は、鉛直面視でＵ字形の鉄筋２４であり、このＵ字形鉄筋２４のＵ字部分が補助鉄筋２８を引っかける（編み合わせる）ように配置される。これにより、破壊面Ａが引っ張られた場合にもＵ字形鉄筋２４が抵抗でき、ＲＣスラブ２０がより大きな押し抜きせん断力に耐えられる。つまり、スラブ筋２２の定着を確実にできるともに、接合部周辺のＲＣスラブを補強することができる。

なお、スラブ筋２２のうち、補助鉄筋２８を引っかけない鉄筋２６については、一般的なスラブ筋である上端鉄筋及び下端鉄筋であってもよいし、鉛直方向に重なる一対の上端鉄筋と下端鉄筋の先端同士を接続した、Ｕ字形鉄筋であってもよい。

なお、各リブ３０が複数の第２の貫通孔３４を有する場合には、これらは略鉛直方向に沿って配置されることが好ましい。ここでいう「略鉛直方向に沿って」とは、隣接する第２貫通孔同士が鉛直方向に少なくとも一部重なっている状態を意味するものとする。

ここで、図１（Ａ）に示すように、支持鋼板４０の下面をＲＣスラブ２０の下面と揃えれば、型枠工事を容易にできるとともに、仕上がり外観を良くすることができる。加えて、天井面全体が平坦で、支持鋼板の火に晒される領域が最小となるため、耐火時間と費用を大幅に簡素化できる。さらに、支持鋼板が鉄筋コンクリートスラブに埋め込まれているため、火災時の支持鋼板への熱伝達も最小限に抑えられる。一方、支持鋼板４０の上面をＲＣスラブ２０の下面と揃えれば、ＲＣスラブの有効深さが支持鋼板４０の板厚分だけ長くなり、ＲＣスラブがより大きな押し抜きせん断力に耐えられる。

また、複数のリブ３０と鋼管柱１０との接続、及び／又は、支持鋼板４０と鋼管柱１０の外周面及び複数のリブ３０の下端との接続は、すみ肉溶接により行われることが好ましい。これらの接続を完全解け込み溶接により行う場合よりも、施工に要する費用及び時間を低減できる。

（第二実施形態）
図４を参照して、本発明の第二実施形態による、ＣＦＴ柱とＲＣスラブとの接合構造２００を説明する。本実施形態による接合構造２００は、リブ３０の形状及び第１貫通孔３２の数を除いて、第一の実施形態による接合構造１００と同じである。

本実施形態では、リブ３０の鋼管柱１０内に位置する部分の最大鉛直方向長さが、リブ３０のＲＣスラブ２０内に位置する部分の鉛直方向長さよりも長い。そのため、鉛直方向のより大きな荷重を鋼管柱１０内の充填コンクリート１２に伝達することができる。また、このようなリブの形状の場合、図４に示すように、第１貫通孔の数を増やすことが容易となる。本実施形態では、鉛直方向に沿って４つの第１貫通孔３２を設けた。

（第三実施形態）
図５を参照して、本発明の第三実施形態による、ＣＦＴ柱とＲＣスラブとの接合構造３００を説明する。本実施形態による接合構造３００は、補助鉄筋２８の配置を除いて、第一の実施形態による接合構造１００と同じである。なお、本実施形態による接合構造３００の鉛直断面図は、図１（Ａ）と同じであるため省略する。

本実施形態では、図５に示すように、３本の直線状の補助鉄筋２８Ａ、３本の直線状の補助鉄筋２８Ｂ、３本の直線状の補助鉄筋２８Ｃ、及び３本の直線状の補助鉄筋２８Ｄが、水平面視で鋼管柱１０を囲むように配置される。３本の補助鉄筋２８Ａは、２枚のリブにおいて、各々同じ高さに位置する第２貫通孔３４をそれぞれ通過する。３本の補助鉄筋２８Ｂは、別の２枚のリブにおいて、各々同じ高さに位置する第２貫通孔３４をそれぞれ通過する。３本の補助鉄筋２８Ｃは、さらに別の２枚のリブにおいて、各々同じ高さに位置する第２貫通孔３４をそれぞれ通過する。３本の補助鉄筋２８Ｄは、残りの２枚のリブにおいて、各々同じ高さに位置する第２貫通孔３４をそれぞれ通過する。Ｕ字形鉄筋２４は、そのＵ字部分が補助鉄筋２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ，２８Ｄを引っかける（編み合わせる）ように配置される。

（第四実施形態）
図６を参照して、本発明の第四実施形態による、ＣＦＴ柱とＲＣスラブとの接合構造４００を説明する。本実施形態による接合構造４００は、補助鋼板５０を有する点を除いて、第一の実施形態による接合構造１００と同じである。

支持鋼板４０にＲＣスラブ２０が載ることにより、鋼管柱１０のスキンプレートにせん断力とともに面外曲げが生じる。ＣＦＴ柱では板厚の薄い鋼管を用いる場合があるため、特に、リブ３０の上部のスキンプレートに応力が集中し、当該部分が早期に塑性化することが懸念される。そこで、本実施形態では、リング状の補助鋼板５０が、その主面が略水平面となるように、鋼管柱１０の外周面及び複数のリブ３０の上端に接続される。これにより、薄い鋼管を用いた場合でも、上記の懸念がない。当該接続はすみ肉溶接により行われることが好ましい。

（第五実施形態）
図７を参照して、本発明の第五実施形態による、ＣＦＴ柱とＲＣスラブとの接合構造５００を説明する。本実施形態による接合構造５００は、支持鋼板４０の形状が異なる点を除いて、第一の実施形態による接合構造１００と同じである。

本実施形態では、各々２つのリブ３０の直下に配置される計４枚の支持鋼板４０を設けた。支持鋼板を略矩形にすることで材料加工時の歩留まりを向上させ、支持鋼板をリブの下方にのみ配することで、鋼材の使用量を低減させている。

（第六実施形態）
図８を参照して、本発明の第六実施形態による、ＣＦＴ柱とＲＣスラブとの接合構造６００を説明する。本実施形態による接合構造６００では、補助鉄筋２８の配置は第三実施形態に示すものであり、支持鋼板４０の形状は第五実施形態に示すものである点を除いて、第一の実施形態による接合構造１００と同じである。

（その他の実施形態）
上記第一乃至第六実施形態は、本発明による接合構造の例示に過ぎず、本発明はこれらの実施形態に限定されない。例えば、第一乃至第六実施形態のうち少なくとも１つ以上の実施形態を適宜組み合わせた接合構造としてもよい。

１００，２００，３００，４００，５００，６００ 接合構造
１０ 鋼管柱
１２ 充填されたコンクリート
１４ スリット
２０ 鉄筋コンクリートスラブ（ＲＣスラブ）
２２ スラブ筋
２４ Ｕ字形鉄筋
２６ その他のスラブ筋
２８ 補助鉄筋
３０ リブ
３２ 第１貫通孔
３４ 第２貫通孔
４０ 支持鋼板
５０ 補助鋼板

Claims (9)

1. 内部にコンクリートが充填された鋼管柱と、鉄筋コンクリートスラブとの接合構造であって、
   複数のリブが、その主面が略鉛直面となるように、前記鋼管柱に設けられたスリットを貫通して前記鋼管柱と接続され、各々のリブは、その一部が前記鋼管柱内に位置し、その他部は前記鉄筋コンクリートスラブ内に位置し、前記複数のリブが、水平面視で前記鋼管柱から互いに９０度の角度をなす４方向に向けて各々２枚、計８枚からなり、
   支持鋼板が、その主面が略水平面となるように、前記鋼管柱の外周面及び前記複数のリブの下端と接続され、前記支持鋼板が、前記２枚のリブの直下に１枚、計４枚からなり、
   前記４枚の支持鋼板の上に前記鉄筋コンクリートスラブが載せられ、
   前記各々のリブは、前記鋼管柱内に位置する前記一部に、第１貫通孔、および前記鉄筋コンクリートスラブ内に位置する前記他部に、第２貫通孔を有し、
   前記鉄筋コンクリートスラブ内に、前記第２貫通孔を通過する補助鉄筋を配置する、ことを特徴とする接合構造。
2. 少なくとも一部のスラブ筋は、鉛直面視でＵ字形の鉄筋であり、該鉄筋のＵ字部分が前記補助鉄筋を引っかける、請求項１に記載の接合構造。
3. 前記各々のリブは、略鉛直方向に沿って複数の前記第１貫通孔を有する、請求項１又は２に記載の接合構造。
4. 前記補助鉄筋は、少なくとも２の前記リブにおいて各々の前記第２貫通孔を通過する、請求項１～３のいずれか一項に記載の接合構造。
5. 前記各々のリブは、略鉛直方向に沿って複数の前記第２貫通孔を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の接合構造。
6. 前記補助鉄筋は、前記各々のリブの前記第２貫通孔を通過し、水平面視で前記鋼管柱を囲むように延在するリング状の鉄筋である、請求項１～５のいずれか一項に記載の接合構造。
7. 前記補助鉄筋は、水平面視で前記鋼管柱を囲むように配置された少なくとも４本の直線状の鉄筋である、請求項１～５のいずれか一項に記載の接合構造。
8. 前記複数のリブと前記鋼管柱との接続、及び／又は、前記支持鋼板と前記鋼管柱の外周面及び前記複数のリブの下端との接続が、すみ肉溶接により行われる、請求項１～７のいずれか一項に記載の接合構造。
9. 補助鋼板が、その主面が略水平面となるように、前記鋼管柱の外周面及び前記複数のリブの上端と接続された、請求項１～８のいずれか一項に記載の接合構造。

Images