JPH052780B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は建築構造物において、充填鋼管コン
クリート等の柱と梁とが接続される部分の柱と梁
の接合構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の柱と梁の接合構造としては、鋼
管の内部にコンクリートを打設して製作した充填
鋼管コンクリートの柱に、その柱と梁の接合部分
に、剛性を保持するための補助部材としてスチフ
ナリングを溶接して接合し、このスチフナリング
に梁を接合したものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、上記従来の柱と梁の接合構造におい
ては、単に鋼管の外周面部分に梁が溶接されてい
るため、梁のウエブに作用した剪断力は梁と鋼管
の溶接部から鋼管に伝達され、鋼管に伝達された
軸力はその一部が鋼管とコンクリートの付着面か
らコンクリートの軸力としてコンクリートにも伝
達される。このように、従来の柱と梁の接合構造
では梁から柱への力の伝達が紆余曲折して伝達さ
れ、内部のコンクリートには鋼管とコンクリート
の付着面から伝達されていた。すなわち、伝達さ
れた力は一時的に鋼管部分のみに付加されるため
鋼管は軸方向の応力とコンクリートからのリング
テンシヨンとを受けることにより、ミーゼスの降
伏条件で塑性状態となりやすい。したがつて、充
填鋼管コンクリートの柱は鋼管によつてもたらさ
れるコンフアインド効果でコンクリートの圧縮耐
力が上昇することが十分に期待できなくなつてし
まい、必要以上に大きな断面積の柱とならざるを
得ないという欠点があつた。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたもので
あり、梁から柱への力の伝達を直接的にかつ円滑
に行ない、梁の剪断力をコンクリートにその軸力
として伝達することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、充填鋼管コンクリート柱と梁の接
合構造であつて、上記鋼管と上記梁とが接続され
る部分で上記鋼管の内側にこの鋼管に充填された
コンクリートに内含され、かつ両端部が鋼管の内
壁に接合される１枚もしくは複数枚の鋼板を上記
鋼管の軸線方向と平行に、かつ上記鋼管の径方向
における梁の延長上に設けたものである。

この発明では、鋼管に充填されるコンクリート
に鉄筋を配筋したり、プレストレスを導入したり
した場合にその強度を増すことができる。

〔実施例〕

以下、この発明を第１図ないし第１５図を参照
して説明する。第１図、第２図はこの発明の第１
の実施例を示す図であり、第３図、第４図はこの
発明の第２の実施例を示す図である。第５図、第
６図はこの発明の第３の実施例を、第７図、第８
図はこの発明の第４の実施例を、第９図、第１０
図はこの発明の第５の実施例を、第１１図、第１
２図はこの発明の第６の実施例を、第１３図、第
１４図はこの発明の第７の実施例を示す図であ
る。これらの実施例はいずれも充填鋼管コンクリ
ートの柱と梁の接合構造を示すものである。第１
５図は、この発明が実際の建築物の中で使用され
ている状態を示す図である。

まず、第１図、第２図について説明すると、こ
れらの図は充填鋼管コンクリートの柱と梁の接合
構造を示すものであり、符号１は充填鋼管コンク
リートの柱である。充填鋼管コンクリートの柱
（以下、単に「柱」と略称する）は、型枠を兼ね
た鋼管２と、鋼管２の内部にあり互いに直交し、
かつ鋼管２の軸線方向と平行に配設された鋼板３
ａ，３ｂ，３ｃと、鋼板３ａ，３ｂ，３ｃを内含
し鋼管２の内に充填されたコンクリート４とから
なつている。柱１には鋼管２の外周面に梁５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄが溶接により設置されている。
梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄは水平に配置されたフ
ランジ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄと７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄとそれらの間に垂直に配置されたウエブ
８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄとからなつている。梁５
ａ，５ｂのウエブ８ａ，８ｂは鋼管２を介して鋼
板３ａと連結されており、梁５ｃ，５ｄのウエブ
８ｃ，８ｄは鋼管２を介して鋼板３ｂ，３ｃと連
結された構成とされている。

この構成において、梁５ａ，５ｂの主にウエブ
８ａ，８ｂに作用する剪断力は梁５ａ，５ｂから
鋼管２を介して鋼管２内の鋼板３ａに伝達され、
さらに鋼板３ａから鋼板３ａを内含するコンクリ
ート４に伝達される。このように梁５ａ，５ｂの
剪断力をウエブ８ａ，８ｂの延長線上にある鋼管
２の鋼板３ａに伝達することにより、梁５ａ，５
ｂの剪断力はコンクリート４の軸力として直接的
にコンクリート４に伝達することができる。ま
た、同様に梁５ｃ，５ｄのウエブ８ｃ，８ｄに作
用する剪断力も鋼管２内の鋼板３ｂ，３ｃを介し
て直接的にコンクリート４の軸力としてコンクリ
ート４に伝達することができる。そのため鋼管２
は、梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄからの軸力を余り
受けることがなく、ミーゼスの降伏条件を適用す
ると、コンクリート４の横歪により鋼管２に発生
する円周方向の応力に対する許容値に余裕が出て
くることになる。したがつて、この柱と梁の接合
構造を有する柱１は、従来のものに比べはるかに
高い圧縮耐力が確実に保証されることになり、そ
の断面積を小さくすることが可能となる。

また、鋼板３ａおよび鋼板３ｂ，３ｃの両端部
が鋼管２の内壁に接合されているので、これら鋼
板３ａ〜３ｃによつて梁との接合部における鋼管
２の径方向外側への膨出が規制されることにな
る。したがつて、鋼管２によつてもたらされるコ
ンフアインド効果をより効果的に発揮させること
ができ、圧縮耐力のさらなる向上を図ることがで
きる。

次に、第３図、第４図について説明する。

第３図、第４図において、第１図、第２図に示
す第１の実施例の構成要素と同一の要素について
は同一符号を付してある。これらの図は充填鋼管
コンクリートの柱と梁の接合構造を示すものであ
り、符号１ａは充填鋼管コンクリートの柱であ
る。充填鋼管コンクリートの柱（以下、単に
「柱」と略称する）は、型枠を兼ねた鋼管２と、
鋼管２の内部にあり互いに直交する鋼板３ａ，３
ｂ，３ｃと、鋼板３ａ，３ｂ，３ｃを内含し鋼管
２の中に充填されたコンクリート４とからなつて
いる。柱１ａには、鋼管２の外周面に接合部材１
０が溶接により設置されている。接合部材１０
は、平行に配置された２枚の矩形のフランジ１１
ａ，１１ｂと、フランジ１１ａ，１１ｂの間に介
在するウエブ１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，
１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈとからなつてお
り、フランジ部１１ａ，１１ｂの中央部には柱１
ａの貫通孔１３が形成されている。接合部材１０
のウエブ１２ｆ，１２ｇは鋼管２を介して柱１ａ
の鋼板３ａと連結されており、ウエブ１２ｂ，１
２ｃは鋼管２を介して鋼板３ｂ，３ｃと連結され
ている。さらに、接合部材１０は梁１５ａ，１５
ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，
１５ｈと接合されている。梁１５ａ〜１５ｈは平
行に配置されたフランジ１６ａ，１６ｂ，１６
ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈ
と、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，
１７ｆ，１７ｇ，１７ｈと、それらの間に垂直に
配置されたウエブ１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８
ｄ，１８ｅ，１８ｆ，１８ｇ，１８ｈとからな
る。梁１５ａ，１５ｂのウエブ１８ａ，１８ｂ
は、接合部材１０のウエブ１２ｅと連結されてお
り、ウエブ１８ｃ，１８ｄはウエブ１２ｈと連結
されており、ウエブ１８ｅ，１８ｆはウエブ１２
ａと連結されており、ウエブ１８ｇ，１８ｈはウ
エブ１２ｄと連結された構成とされている。

以上の構成において、梁１５ａ，１５ｂの主に
ウエブ１８ａ，１８ｂに作用する剪断力はウエブ
１２ｅに伝わり、ウエブ１２ｅに伝わつた剪断力
はウエブ１２ｂに伝わり、ウエブ１２ｂに伝わつ
た剪断力は鋼管２を介して鋼板３ｂ，３ｃに伝達
される。鋼管３ｂ，３ｃに伝達された剪断力は鋼
板３ｂ，３ｃを内含するコンクリート４に伝達さ
れる。このように、梁１５ａ，１５ｂの剪断力は
コンクリート４の軸力として直接的にコンクリー
ト４に伝達することができる。同様に、梁１５
ｃ，１５ｄに作用する剪断力はウエブ１８ｃ，１
８ｄからウエブ１２ｈへ伝わり、ウエブ１２ｈか
らウエブ１２ｃを伝わり、さらに鋼管２を介して
鋼板３ｂ，３ｃに伝わり、コンクリート４へ軸力
として作用する。梁１５ｅ，１５ｆに作用する剪
断力はウエブ１８ｅ，１８ｆからウエブ１２ａに
伝わり、ウエブ１２ａからウエブ１２ｇを伝わ
り、さらに鋼管２を介して鋼板３ａへ伝わり、鋼
板３ａを内含するコンクリート４へ軸力として伝
わる梁１５ｇ，１５ｈに作用する剪断力はウエブ
１８ｇ，１８ｈからウエブ１２ｄへ伝わり、ウエ
ブ１２ｄからウエブ１２ｆを伝わり、さらに鋼管
２を介して鋼板３ａへ伝わり、コンクリート４へ
軸力として作用する。

このように、梁の剪断力が直接的にコンクリー
ト４の軸力としてコンクリート４へ伝達されるた
め、鋼管２は梁の剪断力を余り受けることがなく
なる。すなわち、ミーゼスの降伏条件を適用する
と鋼管２はコンクリート４の横歪により発生する
円周方向の応力に対する許容値に余裕が出てくる
ことになる。したがつて、柱１ａは従来のものと
比べはるかに高い圧縮耐力が確実に保証されるこ
とになり、その断面積を小さくすることが可能と
なる。また、梁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５
ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈは、それぞ
れ接合部１０を介して柱１ａに連結されているた
め梁１５ａ〜１５ｈから鋼管２までのウエブの長
さが長くなり、その分たわみ量が大きくなり、先
に示した第１の実施例に比べてより柔な柱と梁の
接合構造を実現することができる。

次に、第５図、第６図に示す第３の実施例につ
いて説明する。第５図、第６図において第１図、
第２図に示す第１の実施例の構成要素と同一の要
素については同一符号を付してある。これらの図
は鉄筋コンクリートを内圧させた充填鋼管コンク
リートの柱と梁の接合構造を示すものであり、符
号１ｂは鉄筋コンクリートを内圧させた充填鋼管
コンクリートの柱（以下、単に「柱」と略称す
る）である。柱１ｂは鋼管２の中に円周方向に沿
つて鉄筋２０，２０…を配筋し、その中へコンク
リート４を充填したものである。このような柱１
ｂと梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄとの接合構造にお
いては、上述した第１図、第２図の第１の実施例
と同様の作用・効果を有すると共に、柱１ｂは柱
１に比べ部材耐力の大きなものとすることができ
る。

次に第７図、第８図に示す第４の実施例につい
て説明する。第７図、第８図において、第３図、
第４図に示す第２の実施例の構成要素と同一の要
素については同一符号を付してある。これらの図
は、鉄筋コンクリートを内圧させた充填鋼管コン
クリートの柱と梁の接合構造を示すものであり、
符号１ｃは鉄筋コンクリートを内圧させた充填鋼
管コンクリートの柱（以下、単に「柱」と略称す
る）である。符号２１は鉄筋であり、第５図、第
６図に示す柱１ｂと同様にして鋼管２の内部へ配
置されて柱１ｃを構成する。したがつて、この柱
１ｃと梁１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５
ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈの接合構造において
は、上述した第３図、第４図の第２の実施例と同
様の作用・効果を有すると共に、柱１ｃは柱１ａ
に比べて部材耐力の大きなものとすることができ
る。

次に、第９図、第１０図に示す第５の実施例に
ついて説明する。第９図、第１０図において、第
１図、第２図に示す第１の実施例の構成要素と同
一の要素については同一符号を付してある。これ
らの図は、プレストレストコンクリートを内在さ
せた充填鋼管コンクリートの柱と梁の接合構造を
示すものであり、符号１ｄはプレストレストコン
クリートを内在させた充填鋼管コンクリートの柱
（以下、単に「柱」と略称する）である。柱１ｄ
は鋼管２の中へシース管２２，２２，…を配置
し、その中へコンクリート４を充填して硬化さ
せ、さらに、硬化した後のコンクリートに埋設さ
れたシース管２２，２２，…の中へ図示しない
PC鋼材を通し、通したPC鋼材にテンシヨンを与
えたものである。したがつて、建築物が地震を受
けて転倒モーメントが生じて柱１ｄに引張応力が
作用しても、実際に発生する引張応力はプレスト
レスだけ差引いた値となる。すなわち、この柱１
ｄと梁５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄの接合構造におい
ては、上述した第１図、第２図の第１の実施例と
同様の作用・効果を有すると共に、柱１ｄは柱１
に比べ部材耐力の大きなものとすることができ
る。

次に、第１１図、第１２図に示す第６の実施例
について説明する。第１１図、第１２図において
第３図、第４図に示す第２の実施例の構成要素と
同一の要素については同一の符号を付してある。
これらの図は、プレストレストコンクリートを内
在させた充填鋼管コンクリートの柱と梁の接合構
造を示すものであり、符号１ｅはプレストレスト
コンクリートを内在させた充填鋼管コンクリート
の柱（以下、単に「柱」と略称する）である。柱
１ｅは先に上げた第９図、第１０図に示す柱１ｄ
と同様にして鋼管２の中へシース管２３，２３…
を配置し、コンクリート４を充填して硬化させ、
硬化した後のコンクリートにテンシヨンを加えた
ものである。したがつて、柱１ｅと梁１５ａ，１
５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５
ｇ，１５ｈの接合構造においては、上述した第３
図、第４図の第２の実施例と同様の作用・効果を
有すると共に、柱１ｅは柱１ａに比べさらに部材
耐力の大きなものとすることができる。

以上述べたように、これらの柱と梁の接合構造
においては、梁の剪断力を鋼管２内の鋼板３ａ，
３ｂ，３ｃ、を介して直接的にコンクリート４に
その軸力として伝達させるものである。すなわ
ち、その力の伝達率は鋼板３ａ，３ｂ，３ｃのコ
ンクリート４に対する受圧面積によつて左右され
る。この受圧面積が鋼板３ａ，３ｂ，３ｃだけで
は十分でない場合には、第１３図、第１４図に示
すように鋼板３ａ，３ｂ，３ｃの下端部に水平に
配置された鋼板２５を設けることにより、その受
圧面積を増大させることが可能となる。したがつ
て、この第７の実施例においては、第１図、第２
図に示す第１の実施例に比べ梁の剪断力をより多
くのコンクリート４の軸力としてコンクリート４
に伝達することができる。なお、同様にして、こ
の鋼板２５は他の第２〜第６の実施例についても
適用することが可能である。

ここで、第１５図において、柱と梁の接合構造
が実際の建築物の中で使用されている状態につい
て説明する。第１５図において、符号２６，２
６，…は充填鋼管コンクリートの柱であり、２
７，２７，…は梁であり、２８，２８，…は柱と
梁の接合部である。先にも述べた様に、この柱と
梁の接合構造の目的は、梁２７，２７，…から柱
２６，２６，…のコンクリート部分への力の伝達
を直接的かつ円滑に行い、梁２７，２７，…の剪
断力をできるだけ多く、コンクリートにその軸力
として伝えることにある。すなわち、柱２６，２
６，…の外側の鋼管２にはできるだけ軸力を付加
させず、コンクリートからのリングテンシヨンに
よつて発生する円周方向の応力のみを付加させる
ようにし、鋼管２がコンクリートに与えるコンフ
アイン効果を高めるようにすることである。

しかし、仮りに梁２７からの剪断力を柱２６の
鋼管２にあまり付加させることなく、内部のコン
クリートに大部分を伝達できない様な場合、上記
鋼管２に与えた軸力をいかにして処理するかとい
う問題が発生して来る。その対策としては、柱２
６の鋼管２と内部のコンクリートとの間に分離材
を設け、鋼管２とコンクリートとをアンボンドの
状態とすること、図中柱２６，２６，…の中部付
近２９，２９，…の鋼管２部分に周方向に延在す
る複数のスリツト３０，３０，…を設けること、
またそれらを組み合せること等が考えられる。柱
２６にこのような処理を施すことにより、鋼管２
に軸力が伝達されない様にしたり、伝達されたと
しても鋼管２のスリツト部分の変形という形に変
換させて軸力をコンクリート４に負担させること
ができる。

したがつて、この柱２６，２６，…と梁２７，
２７，…の接合構造においては、梁２７，２７，
…の剪断力のほとんどを柱２６，２６，…のコン
クリートの軸力としてコンクリートに伝達するこ
とができ、鋼管２，２，…には軸方向の応力がほ
とんど発生せず円周方向にのみ応力を生ずる構造
形体を達成することができる。

以上の各実施例において、充填鋼管コンクリー
トの柱と梁の接合構造は、柱の断面積を小さくす
ることができることから、柔構造の柱として使用
可能である。その応用範囲としては、従来の軽く
て柔な構造とは全く異つた重くて柔な構造の超高
層ビルデイング等が考えられる。

〔発明の効果〕

上述したように、この発明は鋼管と梁とが接続
される部分で、上記鋼管の内側にこの鋼管に充填
されたコンクリートに内含され、かつ両端部が鋼
管の内側に接合される１枚もしくは複数枚の鋼板
を鋼管の軸線方向と平行に、かつ鋼管の径方向に
おける梁の延長上に設けたものであるので、梁か
ら柱への力の伝達を直接的かつ円滑に行い、梁の
剪断力をコンクリートにその軸力として伝達する
ことができる。

したがつて、従来の充填鋼管コンクリートの柱
と梁の接合構造ではコンフアインド効果によつて
コンクリートの圧縮耐力が上昇することが十分期
待できなかつたが、この発明ではそれを十分期待
することが可能となり、柱の断面積を小さくする
ことができる。

また、鋼板の両端部が鋼管の内壁に接合されて
いるので、該鋼板によつて梁との接合部における
鋼管の径方向外側への膨出が規制されることにな
る。したがつて、鋼管によつてもたらされるコン
フアインド効果をより効果的に発揮させることが
でき、圧縮耐力のさらなる向上を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第１５図は、この発明の実施例を
示す図である。第１図、第２図はこの発明の第１
の実施例を示す図であり、第１図はこの発明の要
部の一部断面図、第２図は第１図の断面図、第３
図、第４図はこの発明の第２の実施例を示す図で
あり、第３図はこの発明の要部の一部断面図、第
４図は第３図の断面図、第５図、第６図はこの発
明の第３の実施例を示す図であり、第５図はこの
発明の要部の一部断面図、第６図は第５図の断面
図、第７図、第８図はこの発明の第４の実施例を
示す図であり、第７図はこの発明の要部の一部断
面図、第８図は第７図の断面図、第９図、第１０
図はこの発明の第５の実施例を示す図であり、第
９図はこの発明の要部の一部断面図、第１０図は
第９図の断面図、第１１図、第１２図はこの発明
の第６の実施例を示す図であり、第１１図はこの
発明の要部の一部断面図、第１２図は第１１図の
断面図、第１３図、第１４図はこの発明の第７の
実施例を示す図であり、第１３図はこの発明の要
部の一部断面図、第１４図は第１３図の断面図、
第１５図はこの発明が実際に使用されているとこ
ろを説明するための説明図である。 １，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ……充填鋼
管コンクリートの柱、２……鋼管、３ａ，３ｂ，
３ｃ……鋼板、４……コンクリート、５ａ，５
ｂ，５ｃ，５ｄ，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５
ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ……梁、２
０，２１……鉄筋、２２，２３……シース管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 充填鋼管コンクリートの柱と梁の接合構造で
   あつて、上記鋼管と上記梁とが接続される部分で
   上記鋼管の内側にこの鋼管に充填されたコンクリ
   ートに内含され、かつ両端部が鋼管の内壁に接合
   される１枚もしくは複数枚の鋼板を上記鋼管の軸
   線方向と平行に、かつ上記鋼管の径方向における
   梁の延長上に設けたことを特徴とする柱と梁の接
   合構造。 ２ 上記鋼管に充填されるコンクリートに鉄筋が
   配筋されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の柱と梁の接合構造。 ３ 上記鋼管に充填されるコンクリートにプレス
   トレスを導入したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の柱と梁の接合構造。