JP7482801B2

JP7482801B2 - 柱梁架構

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Publication number: JP7482801B2
Application number: JP2021004952A
Authority: JP
Inventors: 智昭杉山; 淳司藤山; 昌峰野々山; 達辰濃; 廣木村; 英義渡辺; 和正今井
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2021-01-15
Filing date: 2021-01-15
Publication date: 2024-05-14
Anticipated expiration: 2041-01-15
Also published as: JP2022109561A

Description

本発明は、鋼管柱、鉄骨梁部材、および鉄筋コンクリート壁を備える柱梁架構に関する。

従来より、鉄骨柱と鉄筋コンクリート壁との接合構造が知られている（特許文献１～３参照）。
特許文献１には、鋼管柱と、この鋼管柱に接合された耐震壁と、を有する鋼管柱構造体が示されている。鋼管柱のうち耐震壁のストラット応力が作用する個所には、増肉加工がされている。
特許文献２には、鉄筋コンクリート造の耐震壁と鋼管柱との接合構造が示されている。鋼管柱の外面には、スタッドボルトや溝形部材などの剪断力伝達部材が突設され、この剪断力伝達部材は、耐震壁のコンクリートに埋め込まれている。鋼管柱は、内部にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管柱となっている。

特許文献３には、Ｈ形鋼柱とＲＣ耐震壁との接合構造が示されている。Ｈ形鋼柱のウエブには、複数の剪断力伝達部材が設けられ、これら剪断力伝達部材は、ＲＣ耐震壁に埋設されている。
特許文献４には、ＲＣ柱と、このＲＣ柱の上端部に結合された、水平方向に適宜間隔を空けて配置された一対の鉄骨梁と、を備える壁構造が示されている。

特開２０００－３５２１５３号公報特開平１１－３２４１０８号公報特開２００２－２２７３２７号公報特開平０６－１２９０４２号公報

本発明は、鉄骨梁部材の梁型が鉄筋コンクリート壁の壁面から突出することなく、使い勝手の良い室内空間を実現できる、柱梁架構を提供することを課題とする。

本発明者らは、鋼管柱とＲＣ壁（鉄筋コンクリート壁）とを備えるＲＣ壁付きの柱梁架構として、ＲＣ壁の上端部、中間部、または下端部の内部に、鉄骨梁部材を配置することで、鉄骨梁部材の梁型がＲＣ壁の壁面から突出することのない、使い勝手の良い室内空間を実現できるとともに、優れた施工性および構造安定性を確保できる点に着眼して、本発明に至った。
第１の発明の柱梁架構（例えば、後述の柱梁架構１、１Ａ）は、一対の鋼管柱（例えば、後述のＣＦＴ柱３０）と、前記一対の鋼管柱同士を連結する鉄骨梁部材（例えば、後述の中間鉄骨梁部材４０Ａ、上側鉄骨梁部材４０Ｂ）と、前記一対の鋼管柱同士の間に設けられた鉄筋コンクリート壁（例えば、後述の鉄筋コンクリート壁５０）と、を備え、前記鉄骨梁部材は、コンクリート躯体（例えば、後述のコンクリート躯体４２）を備え、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体の少なくとも一つの側面は、前記鉄筋コンクリート壁の内部に設けられる、または、前記鉄筋コンクリート壁と面一であることを特徴とする。
この発明によれば、鉄骨梁部材のコンクリート躯体の少なくとも一つの側面を、鉄筋コンクリート壁の内部に設けた、または、鉄筋コンクリート壁と面一とした。よって、鉄骨梁部材の梁型が鉄筋コンクリート壁の壁面から突出することなく、使い勝手の良い室内空間を実現できる。
また、鉄骨梁部材と鉄筋コンクリート壁とを一体化できるので、構造安定性に優れた柱梁架構を実現できる。

第２の発明の柱梁架構は、前記鉄筋コンクリート壁の少なくとも１つの縦筋（例えば、後述の縦筋５１）は、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体内に定着される、あるいは、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体を貫通することを特徴とする。
この発明によれば、鉄筋コンクリート壁の少なくとも１つの縦筋を、鉄骨梁部材のコンクリート躯体内に定着させた、あるいは、鉄骨梁部材のコンクリート躯体を貫通させた。よって、鉄筋コンクリート壁の縦筋の端部が、特別な加工を行うことなく、鉄骨梁部材に定着されるので、低コストで強固な柱梁架構を実現できる。

第３の発明の柱梁架構は、前記鉄筋コンクリート壁の中間高さに設けられる鉄骨梁部材（例えば、後述の中間鉄骨梁部材４０Ａ）のコンクリート躯体の両側面は、前記鉄筋コンクリート壁の内部に設けられる、または、前記鉄筋コンクリート壁と面一であることを特徴とする。
この発明によれば、中間高さに設ける鉄骨梁部材のコンクリート躯体の両側面を、鉄筋コンクリート壁の内部に設けた、または、鉄筋コンクリート壁と面一とした。よって、鉄筋コンクリート壁が中間高さに位置する鉄骨梁部材によって分断されることはなく、中間高さの鉄骨梁部材、鉄筋コンクリート壁、および鋼管柱が一体化される。したがって、地震力が円滑に伝達可能となるうえに、構造安定性に優れた柱梁架構を実現できる。

第４の発明の柱梁架構は、前記鉄筋コンクリート壁の両端部には、略コの字形状の壁補強筋（例えば、後述の壁補強筋５３）が前記横筋に重ね継手で取り付けられ、前記鋼管柱の前記鉄筋コンクリート壁との接合面には、スタッド材（例えば、後述のスタッド材３３）が設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、鉄筋コンクリート壁の横筋の両端部に、略コの字形状の壁補強筋を取り付けるとともに、鋼管柱の鉄筋コンクリート壁との接合面にスタッド材を設けた。よって、鋼管柱と鉄筋コンクリート壁とを強固に一体化できる。

本発明によれば、鉄骨梁部材の梁型が鉄筋コンクリート壁の壁面から突出することなく、使い勝手の良い室内空間を実現できる。

本発明の第１実施形態に係る柱梁架構の側面図である。第１実施形態に係る柱梁架構の鉄筋コンクリート壁の配筋状況を示す側面図およびＡ－Ａ断面図である。図２の柱梁架構のＢ－Ｂ断面図である。図２の柱梁架構の破線Ｃで囲んだ部分および破線Ｄで囲んだ部分の拡大図である。図３の柱梁架構の破線Ｅで囲んだ部分の拡大図である。第１実施形態に係る柱梁架構に地震力が作用した場合の応力伝達機構を示す模式図である。本発明の第２実施形態に係る柱梁架構の部分拡大図である。本発明の第３実施形態に係る柱梁架構の部分拡大図である。

本発明は、建物の地上階、または、鋼管柱が杭体を兼ねた構真柱として使用される建物の地下階において、建物躯体を構成する一対の鋼管柱とＲＣ壁とを備えるＲＣ壁付きの柱梁架構である。本発明の柱梁架構の特徴は、ＲＣ壁の内部に、上側鉄骨梁部材、中間鉄骨梁部材、下側鉄骨梁部材など、鉄骨梁部材が配置される点である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る柱梁架構１の側面図である。
柱梁架構１は、一対の鉄筋コンクリート造の場所打ち杭１０と、一対の場所打ち杭１０の上に設けられた鉄筋コンクリート造の基礎梁２０と、この基礎梁２０の上に設けられて下端が場所打ち杭１０に埋設された一対の鋼管柱としてのＣＦＴ柱３０と、基礎梁２０の直上に位置し一対のＣＦＴ柱３０同士を連結する中間鉄骨梁部材４０Ａと、中間鉄骨梁部材４０Ａの直上に位置する一対のＣＦＴ柱３０同士を連結する上側鉄骨梁部材４０Ｂと、一対のＣＦＴ柱３０同士の間に設けられた鉄筋コンクリート壁５０（図１中斜線で示す）と、を備える。

図２（ａ）は、柱梁架構１の鉄筋コンクリート壁５０の配筋状況を示す側面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の柱梁架構１のＡ－Ａ断面図である。図３は、図２（ａ）の柱梁架構１のＢ－Ｂ断面図である。図４（ａ）は、図２（ｂ）の柱梁架構１の破線Ｃで囲んだ部分の拡大図である。図４（ｂ）は、図２（ｂ）の柱梁架構１の破線Ｄで囲んだ部分の拡大図である。図５は、図３の柱梁架構１の破線Ｅで囲んだ部分の拡大図である。
ＣＦＴ（ＣｏｎｃｒｅｔｅＦｉｌｌｅｄＳｔｅｅｌＴｕｂｅ）柱３０は、角形鋼管である鋼管３１と、鋼管３１の内部にコンクリートを充填して形成されたコンクリート躯体３２と、を備える。ＣＦＴ柱３０の鉄筋コンクリート壁５０との接合面である側面には、スタッド材３３が上下方向に２列に並んで設けられている。また、ＣＦＴ柱３０の下端部は、基礎梁２０を貫通して、場所打ち杭１０に埋設されている。
鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂは、ＳＣ（ＳｔｅｅｌＣｏｎｃｒｅｔｅ）梁であり、一対のＣＦＴ柱３０同士を連結するＨ形鋼である鉄骨梁４１と、鉄骨梁４１の周囲に形成されたコンクリート躯体４２と、コンクリート躯体４２に埋設されて鉄骨梁４１に沿って延びる４本の梁筋４３と、コンクリート躯体４２に埋設されて鉄骨梁４１および梁筋４３を囲んで所定間隔おきに設けられた閉鎖型のあばら筋４４と、を備える。
鉄骨梁４１は、上下に配置された水平方向に延びるフランジ４５と、これらフランジ４５同士を連結する鉛直方向に延びるウエブ４６と、を備える。
また、梁筋４３は、ＣＦＴ柱３０に定着されていない。

鉄筋コンクリート壁５０は、基礎梁２０、一対のＣＦＴ柱３０、および上側鉄骨梁部材４０Ｂに囲まれた空間に設けられており、中間鉄骨梁部材４０Ａは、鉄筋コンクリート壁５０の中間高さに位置している。鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂのコンクリート躯体４２の両側面は、鉄筋コンクリート壁５０と面一となっている。
鉄筋コンクリート壁５０は、縦筋５１および横筋５２がダブル配筋されている。この鉄筋コンクリート壁５０の横筋５２の両端部には、略コの字形状の壁補強筋５３が、ダブル配筋された横筋５２に跨がって重ね継手で取り付けられている。また、鉄筋コンクリート壁５０の四隅の部分（図２（ａ）中破線Ｒで示す部分）には、巾止め筋５４が設けられている。
また、鉄筋コンクリート壁５０のダブル配筋された縦筋５１は、下端が基礎梁２０に定着され、中間鉄骨梁部材４０Ａのコンクリート躯体４２を貫通し、上端が上側鉄骨梁部材４０Ｂのコンクリート躯体４２内に定着されている。
以上の柱梁架構１によれば、図６に示すように、地震力Ｈが加わると、鉄筋コンクリート壁５０の上部（中間鉄骨梁部材４０Ａよりも上側の部分）のコンクリート圧縮束Ｐ１、鉄筋コンクリート壁５０の下部（中間鉄骨梁部材４０Ａよりも下側の部分）のコンクリート圧縮束Ｐ２、および、鉄筋コンクリート壁５０全体の圧縮束ＰＡが、この水平力Ｈに抵抗する。
このとき、中間鉄骨梁部材４０Ａおよび上側鉄骨梁部材４０Ｂの鉄骨梁４１が鉄筋コンクリート壁５０に定着されているので、鉄骨梁４１の梁端の支圧抵抗に対してフランジ間のコンクリートの補剛効果が得られる。
また、中間鉄骨梁部材４０Ａおよび上側鉄骨梁部材４０Ｂの鉄骨梁４１は、フランジ部の支圧および引張材として機能することにより、各層の圧縮束Ｐ１、Ｐ２の形成に寄与している。
また、鉄筋コンクリート壁５０の縦筋５１が中間鉄骨梁部材４０Ａおよび上側鉄骨梁部材４０Ｂに定着されることで、全体の圧縮束ＰＡの形成に寄与している。

図２に示すような第１実施形態に係る実大サイズの柱梁架構に対して、１／３～１／４程度の大きさの縮尺模型試験体を製作し、この縮尺模型試験体に地震荷重相当の水平荷重を加えて、静的正負繰り返し載荷実験を行った。この載荷実験により、柱梁架構の初期剛性と水平荷重との変形関係で表される構造性能が確認された。また、図６に示すように、柱梁架構における圧縮応力の斜め方向への応力分布等が確認された。
縮尺模型試験体を構成する柱梁架構の具体的な寸法は、例えば、以下の通りである。
ＣＦＴ柱間の寸法は、２２００ｍｍであり、基礎梁表面から中間鉄骨梁部材の鉄骨梁下端までの寸法は、１１００ｍｍであり、中間鉄骨梁部材の鉄骨梁下端から上側鉄骨梁下端までの寸法は、１１００ｍｍである。
また、ＣＦＴ柱は３００ｍｍ×３００ｍｍであり、このＣＦＴ柱の側面に設けるスタッド材は、直径６．３ｍｍ、長さ５０ｍｍ、頭部径１２ｍｍであり、上下方向に５５ｍｍピッチで２列設けられる。

また、鉄骨梁部材の鉄骨梁は、３００ｍｍ×８０ｍｍ×９ｍｍ×１２ｍｍ（ＳＭ４９０Ａ）である。鉄骨梁部材の梁筋はＤ６であり、あばら筋はＤ６であって１１０ｍｍピッチで配筋されている。
また、鉄筋コンクリート壁は、壁厚が１８０ｍｍである。鉄筋コンクリート壁の縦筋および横筋は、Ｄ６であり５５ｍｍピッチで配筋されている。略コの字形状の壁補強筋横筋は、Ｄ６であり上下方向に５５ｍｍピッチで配筋されている。この壁補強筋の重ね継手長さは、１８０ｍｍである。
また、鉄骨梁のフランジ面と接するコンクリートが支圧により圧縮強度が上昇することを考慮すると、図４に示すように、鉄骨梁のフランジ幅Ｔは、壁厚Ｗの１／３以上とすることが好ましい。また、鉄骨梁のフランジ面と接するコンクリートが支圧により圧縮強度が上昇することを考慮すると、図５に示すように、鉄筋コンクリート壁の壁厚Ｗは、ＣＦＴ柱の幅Ｄの１／３～２／３程度が好ましい。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。

（１）鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂのコンクリート躯体４２の両側面を、鉄筋コンクリート壁５０と面一とした。よって、鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂの梁型が鉄筋コンクリート壁５０の壁面から突出することなく、使い勝手の良い室内空間を実現できる。
また、鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂと鉄筋コンクリート壁５０とを一体化できるので、構造安定性に優れた柱梁架構を実現できる。
（２）一対のＣＦＴ柱３０の間に鉄筋コンクリート壁５０を設け、この鉄筋コンクリート壁５０の縦筋５１を、中間鉄骨梁部材４０Ａのコンクリート躯体４２を貫通させて、上側鉄骨梁部材４０Ｂのコンクリート躯体４２内に定着させた。よって、鉄筋コンクリート壁５０の縦筋５１の端部が、特別な加工を行うことなく、鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂに定着されるので、ＣＦＴ柱３０と鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂとで形成される架構と鉄筋コンクリート壁５０との応力伝達が合理的となるうえに、施工も容易に行うことが可能であり、低コストで強固な柱梁架構１を実現できる。

（３）中間鉄骨梁部材４０Ａのコンクリート躯体４２の両側面を、鉄筋コンクリート壁５０と面一とした。よって、鉄筋コンクリート壁５０が中間高さに位置する中間鉄骨梁部材４０Ａによって分断されることはなく、中間鉄骨梁部材４０Ａ、鉄筋コンクリート壁５０、およびＣＦＴ柱３０が一体化される。したがって、地震力が円滑に伝達可能となるうえに、構造安定性に優れた柱梁架構１を実現できる。
（４）鉄筋コンクリート壁５０の横筋５２の両端部に、略コの字形状の壁補強筋５３を取り付けるとともに、ＣＦＴ柱３０の鉄筋コンクリート壁５０との接合面である側面にスタッド材３３を設けた。よって、ＣＦＴ柱３０と鉄筋コンクリート壁５０とを強固に一体化できる。

〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態に係る柱梁架構１Ａの部分拡大図である。
本実施形態では、鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂのコンクリート躯体４２の一方の側面Ｃ_１は、鉄筋コンクリート壁５０と面一であるが、他方の側面Ｃ_２は、鉄筋コンクリート壁５０の内部に位置する点が、第１実施形態と異なる。
本実施形態によれば、上述の（１）～（４）と同様の効果がある。

〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３実施形態に係る柱梁架構１Ｂの部分拡大図である。
本実施形態では、鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂのコンクリート躯体４２の建物内部側（室内側）の側面Ｃ_１は、鉄筋コンクリート壁５０と面一であるが、建物外部側の側面Ｃ_２は、鉄筋コンクリート壁５０から外側に突出している点が、第１実施形態と異なる。
本実施形態によれば、上述の（１）～（４）と同様の効果がある。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上述の各実施形態では、鉄筋コンクリート壁５０の下部を基礎梁２０に接合したが、これに限らず、鉄筋コンクリート壁５０の下部を、建物中間階の梁に接合してもよい。
また、上述の各実施形態では、鉄筋コンクリート壁５０の中間高さに位置する中間鉄骨梁部材４０Ａを一つとしたが、これに限らず、鉄筋コンクリート壁の中間高さに位置する中間鉄骨梁部材を複数設けてもよい。
また、上述の各実施形態では、中間鉄骨梁部材４０Ａおよび上側鉄骨梁部材４０Ｂを設けたが、これに限らず、上側鉄骨梁部材、中間鉄骨梁部材、下側鉄骨梁部材のうち、いずれか１つのみを設けてもよい。
また、上述の第１実施形態では、鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂの両方の側面を鉄筋コンクリート壁５０と面一とし、第２、３実施形態では、鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂの一方の側面を鉄筋コンクリート壁５０と面一とし、他方の側面を鉄筋コンクリート壁５０の内部あるいは鉄筋コンクリート壁５０から突出させたが、これに限らない。すなわち、鉄骨梁部材４０Ａ、４０Ｂの一方の側面を鉄筋コンクリート壁５０の内部に設け、他方の側面を鉄筋コンクリート壁５０の内部あるいは鉄筋コンクリート壁５０から突出させてもよい。

１、１Ａ、１Ｂ…柱梁架構１０…場所打ち杭２０…基礎梁
３０…ＣＦＴ柱（鋼管柱）３１…鋼管３２…コンクリート躯体３３…スタッド材
４０Ａ…中間鉄骨梁部材４０Ｂ…上側鉄骨梁部材４１…鉄骨梁
４２…コンクリート躯体４３…梁筋４４…あばら筋
４５…フランジ４６…ウエブ
５０…鉄筋コンクリート壁５１…縦筋５２…横筋
５３…壁補強筋５４…巾止め筋

Claims

コンクリートが充填された一対の鋼管柱と、
前記一対の鋼管柱同士を連結する鉄骨梁部材と、
前記一対の鋼管柱同士の間に設けられた鉄筋コンクリート壁と、を備え、
前記鉄骨梁部材は、コンクリート躯体を備え、
前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体の少なくとも一つの側面は、前記鉄筋コンクリート壁の内部に設けられる、または、前記鉄筋コンクリート壁と面一であり、
前記鉄筋コンクリート壁には、縦筋および横筋がダブル配筋されており、
前記鉄筋コンクリート壁の少なくとも１つの縦筋は、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体内に定着される、あるいは、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体を貫通しており、
前記鉄筋コンクリート壁のうち前記鋼管柱に接合される部分では、ダブル配筋された横筋の端部同士が、平面視で略コの字形状の壁補強筋で連結され、
前記鋼管柱の側面のうち前記鉄筋コンクリート壁が接合される部分には、前記鉄筋コンクリート壁側に突出するスタッド材が設けられていることを特徴とする柱梁架構。
前記鉄筋コンクリート壁の中間高さに設けられる鉄骨梁部材のコンクリート躯体の両側面は、前記鉄筋コンクリート壁の内部に設けられる、または、前記鉄筋コンクリート壁と面一であることを特徴とする請求項１に記載の柱梁架構。
前記鋼管柱の下端部は、場所打ち杭に埋設されることを特徴とする請求項１または２に記載の柱梁架構。