JP7427507B2 - 接合構造および接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、フレームとフレーム構面内の壁体とを接合する接合構造および接合方法に関する。

鉄骨造(S造)の柱や梁を有するフレームの構面内に鉄筋コンクリート造(RC造)の耐震壁を設けることは多く、その際のフレームと耐震壁の接合構造として、鉄骨造の梁に設けた頭付きスタッドを耐震壁に埋設するものがある（特許文献１参照）。

また、柱や梁の鉄骨を鉄筋コンクリートで巻き、このコンクリートを耐震壁と連続させる構造も、新築の構造設計において一般的に用いられている。

さらに特許文献２には、鉄骨造の梁に支圧片とアンカー鉄筋を溶接し、支圧片とアンカー鉄筋を耐震壁に埋設させる構造が開示されている。

特許第3648094号 特許第5789173号

頭付きスタッドによるフレームと耐震壁の接合を行う場合、スタッド1本当たりのせん断耐力が小さく接合部分の剛性が弱いため、フレームと耐震壁との一体性の面で課題がある。また各種合成構造設計指針によれば、頭付きスタッドと耐震壁の壁筋との一体化のため、スパイラル筋を耐震壁に別途埋設することが必要になる。

柱や梁の鉄骨に鉄筋コンクリートを巻き、このコンクリートを耐震壁と連続させる場合、柱や梁を鉄骨鉄筋コンクリート造(SRC造)とするため施工手間が大きいという課題がある。また柱や梁の部材断面が大きくなり、建物の使用可能面積の減少につながる。特許文献２も、支圧片に加え、アンカー鉄筋の溶接を梁に行っており、その分、余計な施工手間がかかる。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、フレームとフレーム構面内の壁体とを容易に一体化できる接合構造等を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための第１の発明は、鉄骨造の柱または梁を少なくとも有するフレームと、前記フレームに囲まれるように当該フレームの構面内に配置された鉄筋コンクリート造の壁体との接合構造であって、鉄骨造の柱または梁の少なくともいずれかに孔あき鋼板ジベルが設けられ、前記孔あき鋼板ジベルは、前記柱または梁の軸方向に沿って前記柱または梁に取り付けられる脚部と、フランジ部からなるＴ字状の断面を有し、前記孔あき鋼板ジベルが前記壁体内に埋設され、前記孔あき鋼板ジベルの前記柱または梁に対する壁厚方向の取付位置が、前記壁体内で一直線状に延びる、壁厚方向に異なる位置で別々に設けられた壁筋の間にあり、前記孔あき鋼板ジベルの前記フランジ部の孔に、前記壁体のコンクリートが充填されるとともに、前記壁筋の端部が通されたことを特徴とする接合構造である。
第２の発明は、鉄骨造の柱または梁を少なくとも有するフレームと、前記フレームに囲まれるように当該フレームの構面内に配置された鉄筋コンクリート造の壁体との接合構造であって、鉄骨造の柱または梁の少なくともいずれかに孔あき鋼板ジベルが設けられ、前記孔あき鋼板ジベルは平板状であり、前記柱または梁の軸方向に沿って前記柱または梁に取り付けられ、前記孔あき鋼板ジベルが前記壁体内に埋設され、前記孔あき鋼板ジベルの前記柱または梁に対する壁厚方向の取付位置が、前記壁体内で一直線状に延びる、壁厚方向に異なる位置で別々に設けられた壁筋の間にあり、前記孔あき鋼板ジベルの孔に、前記壁体のコンクリートが充填されるとともに、前記壁筋の端部に固定されるコの字状の鉄筋の折り返し部分が通され、前記コの字状の鉄筋の両端部が、壁厚方向に異なる位置で別々に設けられた前記壁筋に固定されることを特徴とする接合構造である。
前記孔あき鋼板の孔は、例えば前記コンクリートの粗骨材が通るだけの大きさとする。

本発明では、フレームを構成する鉄骨造の梁や柱に孔あき鋼板ジベルを取付け、これをフレーム構面内の壁体に埋設することで、フレームと壁体をせん断耐力の大きな孔あき鋼板ジベルにより一体化できる。しかも、壁体内の壁筋（縦筋や横筋）あるいはこれに固定される鉄筋を孔あき鋼板ジベルの孔に通すことで、壁体の配筋を利用して合理的に孔あき鋼板ジベルのせん断耐力を高めることができ、より大きな力の伝達を可能にしてフレームと壁体との一体性が向上する。また本発明では前記したスパイラル筋やアンカー鉄筋が不要であり、梁や柱の鉄骨を鉄筋コンクリートで巻く必要も無いので、フレームの有効開口面積の減少もなく、従って建物の使用可能面積が減少することも無い。また、その分の施工手間も削減できる。

第１の発明において、前記孔あき鋼板ジベルは、脚部とフランジ部からなるＴ字状の断面を有し、前記フランジ部に設けられた前記孔に、前記壁体の壁筋が通される。
この場合、壁筋を直接孔に通すことができ、施工性が向上する。

第２の発明において、前記孔あき鋼板ジベルは平板状であり、前記孔に、前記壁筋に固定されたコの字状の鉄筋の折り返し部分が通される。
この場合、コの字筋と壁体のコンクリートとの付着により、ジベルとコンクリートとの間の開きを抑制し、孔あき鋼板ジベルのせん断耐力を向上させることができる。

第３の発明は、鉄骨造の柱または梁を少なくとも有するフレームと、前記フレームに囲まれるように当該フレームの構面内に配置された鉄筋コンクリート造の壁体とを、第１または第２の発明の接合構造により接合する接合方法であって、前記孔あき鋼板ジベルの孔に、前記壁体内の前記壁筋の端部、もしくは前記壁筋の端部に固定されるコの字状の鉄筋の折り返し部分を通し、前記孔あき鋼板ジベルを前記壁体内に埋設することを特徴とする接合方法である。

本発明により、フレームとフレーム構面内の壁体とを容易に一体化できる接合構造等を提供することができる。

第１の実施形態の接合構造１を示す図。 孔あき鋼板ジベル２１を示す図。 第２の実施形態の接合構造１ａを示す図。 孔あき鋼板ジベル２２を示す図。 第２の実施形態のバリエーションについて説明する図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る接合構造１を示す図である。接合構造１は、フレーム２０とフレーム構面内の耐震壁３０とを接合するものである。

フレーム２０は、鉄骨造の梁２０ａと鉄骨造の柱２０ｂを有する。梁２０ａは例えばＨ形鋼による鉄骨梁であり、柱２０ｂは例えばコンクリート充填鋼管柱や鉄骨柱であるが、これらに限定されることはない。

耐震壁３０は、フレーム２０に囲まれた鉄筋コンクリート造の壁体である。耐震壁３０の内部には、壁筋として縦筋３１と横筋３２が埋設される。縦筋３１は鉛直方向の鉄筋であり、水平方向に間隔を空けて複数本配置される。横筋３２は水平方向の鉄筋であり、鉛直方向に間隔を空けて複数本配置される。図１では、一部を除き、縦筋３１と横筋３２の中間部を省略して図示している。

接合構造１は、梁２０ａと柱２０ｂの耐震壁３０側の面に孔あき鋼板ジベル２１を設置し、これを耐震壁３０の内部に埋設したものである。孔あき鋼板ジベル２１は、孔内に充填されるコンクリートのせん断抵抗によりフレーム２０と耐震壁３０を一体化する補強材であり、孔あき鋼板ジベル２１によりせん断力を伝達することで、耐震壁３０の応力をフレーム２０に流すことができる。

また本実施形態では、孔あき鋼板ジベル２１を耐震壁３０内に埋設するだけでなく、その孔に縦筋３１や横筋３２を通すことで、１孔当たりのせん断耐力を大きくすることができる。

図２（ａ）、（ｂ）は孔あき鋼板ジベル２１付近の断面を示す図である。図２（ａ）は耐震壁３０の上方の梁２０ａに取り付けた孔あき鋼板ジベル２１を示したものであり、図２（ｂ）は耐震壁３０の下方の梁２０ａに取り付けた孔あき鋼板ジベル２１を示したものである。図２（ａ）、（ｂ）は梁２０ａの軸方向と直交する断面を見たものである。

本実施形態の孔あき鋼板ジベル２１は、脚部２１ａとフランジ部２１ｂからなるＴ字状の断面を有する。孔あき鋼板ジベル２１には例えばカットＴ形鋼が用いられ、その脚部２１ａを隅肉溶接（不図示）により梁２０ａに取付け、脚部２１ａの板面が梁２０ａの軸方向（図２（ａ）、（ｂ）の紙面法線方向に対応する）に沿うように配置する。

孔あき鋼板ジベル２１のフランジ部２１ｂには孔２１１が設けられ、この孔２１１に縦筋３１が通される。なお、縦筋３１の上端部は図２（ａ）に示すように梁２０ａの下フランジとの間に間隔を空けて配置されるが、縦筋３１の下端部は図２（ｂ）に示すように梁２０ａの上フランジ上に載せて配置される。

図２（ｃ）に示すように、孔２１１は孔あき鋼板ジベル２１の長手方向（梁２０ａの軸方向に対応する）に間隔を空けて複数配置され、図の例では各孔２１１に縦筋３１が通される。本実施形態では、縦筋３１を孔２１１に通すだけで孔あき鋼板ジベル２１の１孔あたりのせん断耐力が高まり、施工が容易である。

本実施形態では、柱２０ｂにも同様の孔あき鋼板ジベル２１が取付けられており、横筋３２の両端部が図２（ａ）の例と同様に孔あき鋼板ジベル２１の孔２１１に通される。

梁２０ａおよび柱２０ｂにおいて、孔あき鋼板ジベル２１の配置は任意に設定可能であり、より短い孔あき鋼板ジベル２１を梁２０ａや柱２０ｂの軸方向に多数並べて配置することも可能である。

孔あき鋼板ジベル２１の長さや断面形状は、耐震壁３０が負担可能なせん断力または耐震壁３０に負担させたいせん断力を決定した後、そのせん断力と耐震壁３０の形状より、梁２０ａ（または柱２０ｂ）と耐震壁３０の間で移行させるべきせん断力を算定し、当該せん断力に抵抗するために必要な孔２１１の数を求め、その数に応じて定めることができる。また孔あき鋼板ジベル２１の脚部２１ａの溶接位置でのせん断応力も考慮し、当該せん断応力が許容耐力以下となるように設定する。

孔あき鋼板ジベル２１の各部位の寸法に対する孔２１１の径やピッチの設定については、基本的には、孔あき鋼板ジベル２１の脚部２１ａの溶接位置での許容耐力（せん断耐力）よりも、孔２１１内のコンクリートの許容耐力が小さくなるように定める。

なお、孔２１１の径は、耐震壁３０の壁厚にもよるが例えば40mm～80mm程度とし、耐震壁３０のコンクリートの粗骨材が通るだけの大きさとする。通常、縦筋３１や横筋３２の径は10mm～22mm程度なので、粗骨材が通る大きさに設定すれば、縦筋３１や横筋３２も問題無く挿通することができる。

本実施形態の接合構造１は、フレーム２０と耐震壁３０を同時に施工する新築の場合にも、既存のフレーム２０の構面内に後から耐震壁３０を施工する補強工事においても適用することが可能である。いずれにおいても、鉄骨造の梁２０ａや柱２０ｂに設けた孔あき鋼板ジベル２１の孔２１１に縦筋３１や横筋３２を通した後、孔あき鋼板ジベル２１を耐震壁３０のコンクリート内に埋設すればよい。新築の場合、孔あき鋼板ジベル２１は予め工場で梁２０ａや柱２０ｂに溶接しておくことで、現場施工（現場溶接）手間の削減に繋がる。ただし、梁２０ａや柱２０ｂの建方後、孔あき鋼板ジベル２１の現場溶接を行うことも可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、フレーム２０を構成する鉄骨造の梁２０ａや柱２０ｂに孔あき鋼板ジベル２１を取付け、これを耐震壁３０に埋設することで、フレーム２０とフレーム構面内の耐震壁３０とをせん断耐力の大きな孔あき鋼板ジベル２１により一体化できる。しかも、耐震壁３０内の壁筋（縦筋３１や横筋３２）を孔あき鋼板ジベル２１の孔２１１に通すことで、耐震壁３０の配筋を利用して合理的に孔あき鋼板ジベル２１のせん断耐力を高めることができ、より大きな力の伝達を可能にしてフレーム２０と耐震壁３０との一体性が向上する。

また本実施形態では前記したスパイラル筋やアンカー鉄筋が不要であり、梁２０ａや柱２０ｂの鉄骨を鉄筋コンクリートで巻く必要も無いので、フレーム２０の有効開口面積の減少もなく、従って建物の使用可能面積が減少することもない。また、その分の施工手間も削減できる。

また本実施形態では壁筋を孔あき鋼板ジベル２１の孔２１１に直接通すことができ、施工性が向上する。さらに、Ｔ字状の孔あき鋼板ジベル２１は耐震壁３０との一体性が高く、ひいては孔あき鋼板ジベル２１を取付けたフレーム２０と耐震壁３０との一体性が高まることで、フレーム２０と耐震壁３０の間の目開きが抑制される。

しかしながら、本発明は以上の実施形態に限らない。例えば本実施形態では孔あき鋼板ジベル２１の全ての孔２１１に壁筋の端部を通しているが、全ての孔２１１に壁筋の端部を通すことは必須ではない。ただし、孔２１１に壁筋の端部を通すことで壁筋の端部を定着に近い状態とできるので、全ての孔２１１に壁筋を通すことができれば壁筋の施工面で望ましく、また孔あき鋼板ジベル２１の１孔あたりのせん断耐力が高いことで孔数の削減にもつながる。

また、配筋の安定性を考慮すると、梁２０ａに取付けた孔あき鋼板ジベル２１の複数の孔２１１のそれぞれから梁２０ａ側に突出する複数の縦筋３１の端部を、図示しない水平方向の段取り筋に結束することも望ましい。同様に、柱２０ｂに取付けた孔あき鋼板ジベル２１の複数の孔２１１のそれぞれから柱２０ｂ側に突出する複数の横筋３２の端部を、図示しない鉛直方向の段取り筋に結束することも望ましい。また、これら複数の縦筋３１や横筋３２の端部をフック状に折り曲げ、より定着力を高めることも考えられる。

さらに、孔あき鋼板ジベル２１の脚部２１ａに縦筋３１や横筋３２の通されない孔（不図示）を設けてもよく、この孔に耐震壁３０のコンクリートが充填されることで孔あき鋼板ジベル２１のせん断耐力が向上する。

また本実施形態では鉄骨造の梁２０ａと柱２０ｂの双方に孔あき鋼板ジベル２１を設けているが、いずれか一方にのみ孔あき鋼板ジベル２１を設けてもよい。また柱２０ｂを鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造(SRC造)とする場合もあり、この場合は鉄骨造の梁２０ａに孔あき鋼板ジベル２１を設ければよい。さらに、耐震壁３０の下方の梁２０ａが鉄筋コンクリート造の基礎梁などである場合もあり、この場合は鉄骨造の柱２０ｂ、あるいは耐震壁３０の上方の鉄骨造の梁２０ａの少なくともいずれかに孔あき鋼板ジベル２１を設ければよい。

以下、本発明の別の例を第２の実施形態として説明する。第２の実施形態は第１の実施形態と異なる構成について説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。

［第２の実施形態］
図３は本発明の第２の実施形態に係る接合構造１ａを示す図である。本実施形態の接合構造１ａでは、Ｔ字状の孔あき鋼板ジベル２１に代えて平板状の孔あき鋼板ジベル２２が用いられる。

図４（ａ）、（ｂ）は孔あき鋼板ジベル２２付近の断面を図２（ａ）、（ｂ）と同様に示す図である。上記したように、本実施形態の孔あき鋼板ジベル２２は平板状であり、鋼板等が用いられる。孔あき鋼板ジベル２２は、その側辺が隅肉溶接（不図示）によって梁２０ａに取付けられ、板面が梁２０ａの軸方向（図４（ａ）、（ｂ）の紙面法線方向に対応する）に沿うように配置される。

孔あき鋼板ジベル２２の孔２２１には、コの字筋３３の折り返し部分が通される。コの字筋３３はコの字状の鉄筋であり、その両端部が不図示の結束材により縦筋３１に結束されて固定される。なお、本実施形態でも縦筋３１の上端部は梁２０ａの下フランジとの間に間隔を空けて配置され、下端部は梁２０ａの上フランジ上に載せて配置される。

図４（ｃ）に示すように、孔２２１は孔あき鋼板ジベル２２の長手方向（梁２０ａの軸方向に対応する）に間隔を空けて複数配置され、図の例では各孔にコの字筋３３が通される。

また柱２０ｂにも同様の孔あき鋼板ジベル２２が取付けられており、横筋３２の両端部に固定したコの字筋３３の折り返し部分が、図４（ａ）の例と同様に孔あき鋼板ジベル２２の孔２２１に通される。

なお、梁２０ａや柱２０ｂにおける孔あき鋼板ジベル２２の配置、孔あき鋼板ジベル２２の長さや断面形状、孔２２１の径やピッチについては第１の実施形態と略同様に設定することができる。

本実施形態でも、鉄骨造の梁２０ａや柱２０ｂに孔あき鋼板ジベル２２を取付け、孔あき鋼板ジベル２２を耐震壁３０に埋設し、孔あき鋼板ジベル２２の孔２１１にコの字筋３３の折り返し部分を通すことで、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

また孔あき鋼板ジベル２２では、図４（ａ）の矢印ａで示す孔２２１と直交する方向のジベルとコンクリートとの間の開き（割裂）を抑制することで、孔あき鋼板ジベル２２のせん断耐力が向上するが、第２の実施形態ではコの字筋３３と耐震壁３０のコンクリートとの付着によって開き止めの効果が生じる。一方、第１の実施形態では、図２（ａ）の矢印ａで示すように孔あき鋼板ジベル２１の孔２１１と直交する方向が耐震壁３０の面内方向となるため、当該方向のジベルとコンクリートとの開き（割裂）が生じにくくなることが期待できる。

また第２の実施形態では、コの字筋３３により、フレーム２０と耐震壁３０との間の目開きの抑制効果も期待できる。またコの字筋３３を縦筋３１や横筋３２に固定することで、構造物としての一体性も向上する。

なお、第２の実施形態では図４（ａ）、（ｂ）に示すように孔あき鋼板ジベル２２を耐震壁３０と直交する方向（図４（ａ）、（ｂ）の左右方向に対応する）に１つのみ設けているが、梁２０ａや柱２０ｂの断面によっては、孔あき鋼板ジベル２２を耐震壁３０と直交する方向に複数設けることも可能であり、これら複数の孔あき鋼板ジベル２２の孔２２１にコの字筋３３の折り返し部分を貫通させることも可能である。

また本実施形態では孔あき鋼板ジベル２２の全ての孔２２１にコの字筋３３が通されているが、コの字筋３３の通されない孔を別途孔あき鋼板ジベル２２に設けることも可能であり、当該孔に耐震壁３０のコンクリートが充填されることで孔あき鋼板ジベル２２のせん断耐力が向上する。

さらに、第２の実施形態では、梁２０ａに取付けた孔あき鋼板ジベル２２の孔２２１に通したコの字筋３３について、その両端部を縦筋３１に固定しているが、図５（ａ）に示すように、コの字筋３３の両端部を横筋３２に固定してもよい。この場合、縦筋３１のピッチに影響されずにコの字筋３３を配置できる。同様に、柱２０ｂに取付けた孔あき鋼板ジベル２２の孔２２１に通したコの字筋３３について、その両端部を横筋３２でなく縦筋３１に固定することもできる。

また図５（ｂ）に例示するように、縦筋３１の端部をフック状に折り曲げ、この折り曲げ部分を梁２０ａに取付けた孔あき鋼板ジベル２２の孔２２１に通してもよい。同様に、柱２０ｂに取付けた孔あき鋼板ジベル２２の孔２２１に、横筋３２の端部をフック状に折り曲げた折り曲げ部分を通すこともできる。また縦筋３１や横筋３２の端部にフック状の鉄筋を固定し、その折り曲げ部分を孔あき鋼板ジベル２２の孔２２１に通すことも可能である。

さらに、図５（ｃ）に示すように、梁２０ａに取付けたＴ字状の孔あき鋼板ジベル２１（第１の実施形態参照）の脚部２１ａに孔２１２を設け、この孔２１２にコの字筋３３の折り返し部分を挿通してもよい。図５（ｃ）の例ではフランジ部２１ｂの孔２１１に縦筋３１は通されていないが、孔２１１に縦筋３１を通してもよく、その縦筋３１にコの字筋３３の両端部を固定することも可能である。また、孔２１１に通した縦筋３１の端部をフック状に折り曲げ、その折り曲げ部分を孔２１２に通すこともできる。以上は柱２０ｂに取付けた孔あき鋼板ジベル２１についても同様である。

以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１ａ：接合構造
２０：フレーム
２０ａ：梁
２０ｂ：柱
２１、２２：孔あき鋼板ジベル
２１ａ：脚部
２１ｂ：フランジ部
３０：耐震壁
３１：縦筋
３２：横筋
３３：コの字筋
２１１、２１２、２２１：孔

Claims (4)

1. 鉄骨造の柱または梁を少なくとも有するフレームと、前記フレームに囲まれるように当該フレームの構面内に配置された鉄筋コンクリート造の壁体との接合構造であって、
   鉄骨造の柱または梁の少なくともいずれかに孔あき鋼板ジベルが設けられ、
   前記孔あき鋼板ジベルは、前記柱または梁の軸方向に沿って前記柱または梁に取り付けられる脚部と、フランジ部からなるＴ字状の断面を有し、
   前記孔あき鋼板ジベルが前記壁体内に埋設され、
   前記孔あき鋼板ジベルの前記柱または梁に対する壁厚方向の取付位置が、前記壁体内で一直線状に延びる、壁厚方向に異なる位置で別々に設けられた壁筋の間にあり、
   前記孔あき鋼板ジベルの前記フランジ部の孔に、前記壁体のコンクリートが充填されるとともに、前記壁筋の端部が通されたことを特徴とする接合構造。
2. 鉄骨造の柱または梁を少なくとも有するフレームと、前記フレームに囲まれるように当該フレームの構面内に配置された鉄筋コンクリート造の壁体との接合構造であって、
   鉄骨造の柱または梁の少なくともいずれかに孔あき鋼板ジベルが設けられ、
   前記孔あき鋼板ジベルは平板状であり、前記柱または梁の軸方向に沿って前記柱または梁に取り付けられ、
   前記孔あき鋼板ジベルが前記壁体内に埋設され、
   前記孔あき鋼板ジベルの前記柱または梁に対する壁厚方向の取付位置が、前記壁体内で一直線状に延びる、壁厚方向に異なる位置で別々に設けられた壁筋の間にあり、
   前記孔あき鋼板ジベルの孔に、前記壁体のコンクリートが充填されるとともに、前記壁筋の端部に固定されるコの字状の鉄筋の折り返し部分が通され、
   前記コの字状の鉄筋の両端部が、壁厚方向に異なる位置で別々に設けられた前記壁筋に固定されることを特徴とする接合構造。
3. 前記孔あき鋼板の孔を、前記コンクリートの粗骨材が通るだけの大きさとすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の接合構造。
4. 鉄骨造の柱または梁を少なくとも有するフレームと、前記フレームに囲まれるように当該フレームの構面内に配置された鉄筋コンクリート造の壁体とを、請求項１から請求項３のいずれかに記載の接合構造により接合する接合方法であって、
   前記孔あき鋼板ジベルの孔に、前記壁体内の前記壁筋の端部、もしくは前記壁筋の端部に固定されるコの字状の鉄筋の折り返し部分を通し、
   前記孔あき鋼板ジベルを前記壁体内に埋設することを特徴とする接合方法。

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