JPH08246547A - 柱梁接合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄筋コンクリート柱と鋼梁との接合構造で
あって、簡単な構造で施工費用が低廉であるとともに、
大きな耐力と優れたエネルギー吸収性能を有する柱梁接
合構造を得る。 【構成】 鉄筋コンクリート柱２の側面のほぼ同じ高
さに接合される複数の鋼梁１を柱内で接合する。この鋼
梁２によって分割された柱部材のそれぞれの部分内で、
その部分に配置された柱の主鉄筋３を囲むようにスパイ
ラルフープ筋４を配置する。また、梁の上フランジ１１
ａ付近と下フランジ１１ｂ付近とにバンドプレート１４
を配設し、鋼梁１に固定されたエンドプレート１３に接
合する。これにより、バンドプレート１４はエンドプレ
ート１３とともに柱全体を囲むように連続したものとす
る。さらに、柱２の主鉄筋３にナット６を螺合し、鋼梁
を上下から締め付けて主鉄筋３の変位を拘束する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄筋コンクリート部材
と鋼部材とを併用した建築構造物（ハイブリット構造
物）において適用される柱梁接合構造であって、鉄筋コ
ンクリート柱のほぼ同じ高さに複数の鋼梁が接合される
部分の柱梁接合構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】建築構造物には、構造形式として鉄骨構
造、鉄筋コンクリート構造、鉄骨鉄筋コンクリート構造
等がある。これらはいずれも単一の形式の構造部材を用
いて主要な骨組構造を形成するものである。これに対
し、近年においては、複数の形式の構造部材を適材適所
に用い、それぞれの構造部材が有する長所を有効に活用
する構造が提案されている。これはハイブリット構造と
称されるものであり、経済的で合理的な構造と考えるこ
とができる。

【０００３】このようなハイブリット構造の一例とし
て、柱部材を鉄筋コンクリートとし、梁を鋼部材とする
ものがある。一般に柱部材は軸圧縮力が大きく、大きな
圧縮応力に耐え得るコンクリート部材が適しており、梁
部材には大きな曲げモーメントが作用することから鋼部
材を用い、軽量化および施工性の向上等を図るのが望ま
しい。

【０００４】このように、柱を鉄筋コンクリート部材、
梁を鋼部材として、例えば多層ラーメンの建築構造物を
構築しようとすると、鉄筋コンクリートである柱部材の
側面に３方または４方から鋼製の梁が接合される部分が
多数含まれることになる。このような接合部には、大き
な曲げモーメント、剪断力が作用するため、大きな耐力
を有すると共に、互いに軸力、曲げモーメント、剪断力
を伝達し得る構造としなければならない。特に上記のよ
うなハイブリット構造では、部材を構成する材料のヤン
グ係数や部材断面が著しく異なるため、各部材が一体と
ならずに挙動することが考えられる。このため、接合部
分が弱点とならないように十分な補強をする必要があ
る。また、地震時等、大きな繰り返し荷重が作用した場
合には、破壊までに大きな変形性能を有し、吸収エネル
ギーが大きくなる構造としなければならない。

【０００５】このような要請に応じて、いくつかの接合
構造が提案されているが、一般に、鉄筋コンクリート柱
と鋼梁との接合構造では、図７に示されるように、鉄筋
コンクリート柱の両側面に接合される鋼梁１０１が、柱
１０２内で連続するように結合されることが多い。これ
は、応力の流れを円滑にし、コンクリートに大きな応力
が発生するのを防止するためである。つまり、柱の両側
に梁が接合される場合には、図８に示すように、固定荷
重・載荷荷重等によって梁の柱との接合部に大きな負の
曲げモーメントが生じ、梁上端付近に引張応力度、梁上
端付近に圧縮応力度が発生するが、両側の梁を突き合わ
せて接合することによって、応力の流れが円滑化される
のである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、鉄筋コンクリート柱と鋼梁との接合部におい
て、複数の鋼梁を柱部材内で接合すると次のような問題
が生じる。鋼梁を柱部材内で接合すると、図７に示すよ
うに柱１０２が鋼梁１０１で分割され、梁せいの範囲で
は柱１０２を構成しているコンクリートがそれぞれ連続
していない状態となる。もっともコンクリートは鋼梁１
０１に対してある程度の付着力を有するが、連続したコ
ンクリートと同等には扱うことができず弱点となる。ま
た、柱１０２の周面の内側に主鉄筋１０３を囲むように
帯鉄筋１０４またはスパイラルフープ鉄筋を全周に連続
して配置することが難しく、柱部材の剪断力に対する耐
力が低下したり、変形性能が劣るものとなる。

【０００７】上記問題点に対処するための提案もなされ
ており、例えば、図９に示すように、柱梁接合部付近に
おける柱１１２の外周囲を補強鋼板１１５で覆うものが
ある。しかし、このような接合構造では、補強鋼板１１
５の組立てに手間がかかるとともに、全面に耐火被覆を
施す必要があり、費用が増大するという問題点がある。

【０００８】また、鋼梁のウエブに貫通孔を設け、帯筋
をこの貫通孔に挿通して配置するものが考えられる。し
かし、このような構造では、主筋を囲むように柱の全周
に連続した帯筋を配置することが難しく、分割された鉄
筋で主筋を囲むように配置しなけらばならない。このよ
うな鉄筋配置では、地震時等における変形性能の向上は
あまり期待できず、補強効果が少ないという問題があ
る。

【０００９】本発明は、上記のような事情に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、簡単な構造で施工費用が
低廉であるとともに、大きな耐力とエネルギー吸収性能
とを有する柱梁接合構造を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、 鉄筋コンクリート柱
の側面のほぼ同じ高さに複数の鋼梁が接合される柱梁接
合構造において、 前記鋼梁が柱部材内で互いに接合さ
れ、 該鋼梁によって分割された柱部材のそれぞれの部
分内で、該部分に配置された柱の主鉄筋を囲むように帯
筋またはフープ筋が配置されているものとする。

【００１１】請求項２に記載の発明は、 請求項１に記
載の柱梁接合構造において、 柱部材全体を囲むように
設けられた帯状補強材を有するものとする。

【００１２】請求項３に記載の発明は、 鉄筋コンクリ
ート柱の側面のほぼ同じ高さに複数の鋼梁が接合される
柱梁接合構造において、 前記鋼梁が柱部材内で互いに
接合され、 前記柱の主鉄筋の外周に螺条が設けられて
おり、 この主鉄筋に螺号されたナットが、該主鉄筋の
軸線方向の変位を拘束するように、前記鋼梁に係止され
ているものとする。

【００１３】請求項１に記載の柱梁接合構造において、
柱の断面形状は矩形・多角形・円形等任意の形状のもの
とすることができる。また、梁の断面はＩ形又はＨ形が
一般的であるが、箱形やその他の形状であってもよい。
また、帯筋は閉じた形状とし、十分な定着長を有するも
のである。帯鉄筋・フープ筋は上下方向に適切なピッチ
で配置されるものであり、接合部の破壊に至るまでに分
割された柱部材の各部材が充分に変形可能となるように
ピッチが決定される。

【００１４】請求項２に記載の柱梁接合構造において、
帯状補強材は、梁の上端付近と下端付近とに配置される
ものであってもよいし、梁せいの中位付近に配置される
もの、その他の配置によるもの等適宜に設計が可能であ
る。また、部材厚・寸法等についても適宜に設計され
る。

【００１５】請求項３に記載の柱梁接合構造において、
主鉄筋の外周に設けられる螺条は、異形棒鋼の周面に設
けられた凸部を利用するものであってもよく、鉄筋とし
て市販の全ネジ棒鋼を用いれば特別な加工は不要とな
る。また、ナットは直接鋼梁のフランジ等に当接して係
止されるものであってもよいし、二つのナットで挟持さ
れる部材を介して鋼梁に係止されるものでもよい。

【００１６】

【作用】請求項１に記載の柱梁接合構造では、ほぼ同じ
高さに配置され、柱部材内で接合される鋼梁で、柱部材
を構成するコンクリートが分割される。しかし、分割さ
れたそれぞれの部分内に帯筋又はフープ筋が配置されて
いるので、各々の部分の変形性能が向上され、柱全体と
しても破壊までに大きな変形を許容し、吸収エネルキー
が大きなものとなる。図 は、水平方向の地震力が繰り
返し作用したときにおける、該柱梁接合構造の破壊状態
を示す図である。ラーメン構造の層間変形が生じること
によって分割された柱部材に剪断力が生じ、図中に矢印
Ａで示すようにひび割れが発生する。しかし、帯筋又は
フープ筋によって、それぞれの分割部分内でコンクリー
ト塊の変位および崩落が拘束され、急速には破壊に至ら
ず、大きな変形性能を示すものである。

【００１７】請求項２に記載の柱梁接合構造では、柱の
外周又は外周付近に、柱全体を囲むように帯状補強材が
設けられているので、鋼梁によって分割された鉄筋コン
クリート柱の各々の部分は、鋼梁の側面に密着するよう
に拘束され、独自に変形するのが防止されている。この
ため、各分割部分に配置された帯筋又はフープ筋ととも
に接合部の変形性能を改善し、地震時における吸収エネ
ルギーが増大する。

【００１８】請求項３に記載の柱梁接合構造では、柱の
主鉄筋に螺合されたナットによって、鋼梁に対する主鉄
筋の軸方向変位が拘束される。このため、梁と柱との接
合部に大きな剪断力と曲げモーメントが作用した場合
に、梁と柱との間の応力伝達が上部ナットを介して行わ
れ、梁と柱とが一体とならずに挙動するのを防止する効
果が期待できる。したがって柱のコンクリートと鋼梁と
の間に空隙が生じる、いわゆる「目開き」が低減され耐
力が向上する。また、施工時にはナットで鋼梁の自重の
一部又は全部を支持するとともに上下方向の位置を正確
に調整することができ、鋼梁の位置決めが容易となる。
これによって施工性が向上する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図に基づいて説明す
る。図１は、本発明の一実施例である柱梁接合構造を示
す概略斜視図であり、図２は同じ柱梁接合構造の平断面
図及び立断面図である。この柱梁接合構造は、ほぼ正方
形の断面を有する柱２に、周囲の四方からＩ形断面を有
する鋼梁１が接合されるものである。上記４つの鋼梁は
柱部材のほぼ中心でフランジ１１及びウェブ１２がそれ
ぞれ溶接接合され、鉄筋コンクリートの柱部材を４つに
分割している。

【００２０】鋼梁と柱の側面とが交差する位置における
鋼梁の上下フランジ間には、柱の側面に密着するように
エンドプレート１３が配設され、上下フランジ及びウェ
ブに溶接接合されている。このエンドプレート１３は鋼
梁１に作用する曲げ応力度をコンクリートに伝達するた
めに配設されたものである。このエンドプレート１３の
側部上端付近と下端付近とにはバンドプレート１４（帯
状補強材）の一端が溶接接合されている。このバンドプ
レート１４は水平方向に伸びた帯状の部材であり、中央
部付近でほぼ直角に曲折され、他端が隣接する鋼梁のエ
ンドプレートに接合されている。これにより、バンドプ
レート１４とエンドプレート１３とが柱を囲むように連
続し、分割された各々部分が一体となって挙動するよう
に拘束している。また、柱部材内の上フランジ１１ａの
上面及び下フランジ１１ｂの下面には水平方向拘束板１
５が立設され、柱２のコンクリートと鋼梁１とが水平方
向に相対的に変位しないように拘束している。

【００２１】一方、柱には鉛直方向に主鉄筋３が外周面
に沿って配置され、分割された四つの部分２ａ，２ｂ，
３ｃ，２ｄの各々に３本ずつ配置されている。この分割
された部分の各々には柱の外周面と鋼梁のウェブ側面と
に沿ってスパイラルフープ筋４が配置され、主鉄筋３を
囲んだ籠状に組立てられている。なお、上フランジ１１
ａの上面より上側、及び下フランジ１１ｂの下面より下
側では、柱の主鉄筋全部を取り囲むように帯筋５が配置
されている。上記柱２の主鉄筋３は、異形鉄筋の凸部が
ねじ山となった全ねじ棒鋼が用いられており、鋼梁１と
隣接する主鉄筋にナット６が２つずつ螺合されている。
一つのナットの下端面は上フランジ１１ａの上面に、も
う一つのナットの上端面は下フランジ１１ｂの下面に当
接され、二つのナットで鋼梁１を締めつけるようにし
て、鋼梁１と主鉄筋３とが固定されている。

【００２２】上記のような柱梁接合構造では、鋼梁１に
よって柱２のコンクリートが４分割されるが、バンドプ
レート１４とスパイラルフープ筋４とによってコンクリ
ートの変形が拘束され、破壊までの変形性能が向上す
る。

【００２３】次に、上記実施例の効果を確認するために
行った実験の結果を示す。この実験は、図３に示すよう
に、十字状に柱と梁とをモデル化した供試体の柱部分２
２を拘束し、梁部分２１に荷重Ｐを繰り返し載置して、
破壊に至るまでの変形と荷重との関係を調査したもので
ある。上記実験は、上記実施例をモデル化した供試体
と、上記スパイラルフープ筋・バンドプレートを備えて
いない供試体とについて行い、これらの供試体が破壊す
るまでの荷重一変形曲線の履歴について比較する。な
お、スパイラルフープ筋・バンドプレートを備えていな
い供試体は、上記実施例をモデル化した供試体と同寸法
の柱・梁を用いたものであるが、バンドプレートは用い
られておらず、接合部に帯筋が鋼梁のウェブの貫通孔を
通って柱全体を囲むように配置されている。ただし、こ
の帯筋は４分割された鉄筋を重ね継ぎ手によって接合し
たものである。

【００２４】図４および図５は、それぞれ上記実施例を
モデル化した供試体（Ａ供試体）およびスパイラルフー
プ筋・バンドプレートを用いない供試体（Ｂ供試体）に
ついて荷重−変形曲線の履歴を示す図である。なお、こ
れらの図において縦軸は柱部材の拘束力Ｒ（図３中に示
すＢおよびＣ支点の拘束力）であり、横軸は柱部材と梁
部材との変形角δとするものである。

【００２５】これらの図に示されるように、上記Ａ供試
体およびＢ供試体ともに、載荷初期においては弾性的な
挙動を示し、荷重が増大するにしたがって塑性変形が現
れる。そして、交互荷重を繰り返し載荷するとフープ状
の荷重−変形曲線を描くが、Ａ供試体ではＢ供試体に比
べ、荷重−変形曲線で囲まれる部分の面積が増大してい
る。この面積は、繰り返し載荷によって部材に吸収され
るエネルギー量と対応しており、Ａ供試体すなわち本実
施例の柱梁接合構造では大きなエネルギーの吸収性能を
有することがわかる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
柱梁接合構造では、ほぼ同じ高さに配置され、柱部材内
で接合される鋼梁で、柱部材を構成するコンクリートは
分割されるが、分割されたそれぞれの部分内に帯筋又は
フープ筋が配置されているので、各々の部分の変形性能
が向上され、柱全体としても破壊までに大きな変形を許
容し、吸収エネルキーが大きなものとなる。

【００２７】また、請求項２に記載の柱梁接合構造で
は、柱の外周に、柱全体を囲む帯状補強材が設けられて
いるので、鋼梁によって分割された鉄筋コンクリート柱
の各々の部分は、一体となるように拘束され、独自に変
形するのが防止される。このため、各分割部分に配置さ
れた帯筋又はフープ筋とともに接合部の変形性能を改善
し、地震時における吸収エネルギーが増大する。

【００２８】請求項３に記載の柱梁接合構造では、柱の
主鉄筋に螺合されたナットによって、鋼梁に対する主鉄
筋の軸方向変位が拘束されるのため、梁と柱との間の応
力伝達が上記ナットを介して行われ、梁と柱とが一体と
ならずに挙動するのを抑制することができる。したがっ
て柱のコンクリートと鋼梁との間に空隙が生じる、いわ
ゆる「目開き」が低減され耐力が向上する。また、施工
時にはナットで鋼梁の自重の一部又は全部を支持すると
ともに上下方向の位置を正確に調整することができ、鋼
梁の位置決めが容易となる。これによって施工性が向上
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である柱梁接合構造を示す概
略斜視図（透視図）である。

【図２】図１に示す実施例の平断面図および立断面図で
ある。

【図３】本発明の効果を確認するために行った実験の方
法を示す該略図である。

【図４】図３に示す方法で行った実験の結果を示す図で
あって、本発明の実施例をモデル化した供試体の荷重−
変形曲線の履歴を示す図である。

【図５】本発明の従来の構造をモデル化した供試体の荷
重−変形曲線の履歴を示す図である。

【図６】地震時における柱梁接合部の破壊状態を示す側
面図である。

【図７】従来の柱梁接合構造を示す側面図および平断面
図である。

【図８】固定荷重・載荷荷重等によるラーメン構造の曲
げモーメント図である。

【図９】従来の柱梁接合構造の一例を示す概略斜視図
（透視図）である。

【符号の説明】

１ 鋼梁 ２ 柱 ３ 主鉄筋 ４ スパイラルフープ筋 ５ 帯筋 ６ ナット １１ フランジ １２ ウェブ １３ エンドプレート １４ バンドプレート（帯状補強材） １５ 水平方向拘束板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 東 勝広 東京都新宿区荒木町13番地の４ 住友建設 株式会社内 (72)発明者 河井 慶太 東京都新宿区荒木町13番地の４ 住友建設 株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄筋コンクリート柱の側面のほぼ同じ
   高さに複数の鋼梁が接合される柱梁接合構造において、 前記鋼梁が柱部材内で互いに接合され、 該鋼梁によって分割された柱部材のそれぞれの部分内
   で、該部分に配置された柱の主鉄筋を囲むように帯筋ま
   たはフープ筋が配置されていることを特徴とする柱梁接
   合構造。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の柱梁接合構造におい
   て、 柱部材全体を囲むように設けられた帯状補強材を有する
   ことを特徴とする柱梁接合構造。
3. 【請求項３】 鉄筋コンクリート柱の側面のほぼ同じ
   高さに複数の鋼梁が接合される柱梁接合構造において、 前記鋼梁が柱部材内で互いに接合され、 前記柱の主鉄筋の外周に螺条が設けられており、 この主鉄筋に螺号されたナットが、該主鉄筋の軸線方向
   の変位を拘束するように、前記鋼梁に係止されているこ
   とを特徴とする柱梁接合構造。