WO2017155121A1 - 内部にコンクリートが充填された鋼管柱を用いた接合構造及びその製造方法 - Google Patents

内部にコンクリートが充填された鋼管柱を用いた接合構造及びその製造方法 Download PDF

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diaphragm
pipe column
diaphragms
pair
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沖 晃司
中川 佳
難波 隆行
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Jfeスチール株式会社
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    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/18Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons
    • E04B1/30Structures comprising elongated load-supporting parts, e.g. columns, girders, skeletons the supporting parts being composed of two or more materials; Composite steel and concrete constructions
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
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    • E04B1/00Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
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    • E04B1/58Connections for building structures in general of bar-shaped building elements
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04BGENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B5/00Floors; Floor construction with regard to insulation; Connections specially adapted therefor
    • E04B5/43Floor structures of extraordinary design; Features relating to the elastic stability; Floor structures specially designed for resting on columns only, e.g. mushroom floors

Definitions

  • the present invention joins a steel pipe column (hereinafter referred to as “CFT column”) filled with concrete and a beam made of H-shaped steel or a reinforced concrete slab (hereinafter referred to as “RC slab”). Concerning structure.
  • CFT column steel pipe column
  • RC slab reinforced concrete slab
  • the joint structure using CFT columns when the load ratio of the steel pipe is large, that is, a steel pipe having a small diameter-thickness ratio (ratio of the diameter to the thickness of the steel pipe), that is, a steel pipe having a large thickness relative to the diameter of the steel pipe.
  • the load ratio of the steel pipe is large, that is, a steel pipe having a small diameter-thickness ratio (ratio of the diameter to the thickness of the steel pipe), that is, a steel pipe having a large thickness relative to the diameter of the steel pipe.
  • the joint structure is formed as a structurally stable framework as long as a vertical load (floor load) applied to the floor is transmitted to the steel pipe.
  • a diaphragm is generally used for joining the CFT column and the beam.
  • a diaphragm is a steel plate arranged so that bending stress can be transmitted from a column to a beam.
  • FIGS. 4A to 4C there are three types of diaphragms: a through diaphragm, an inner diaphragm, and an outer diaphragm.
  • the through diaphragm is disposed over the inside and outside of the steel pipe by cutting it. For this reason, in the joining structure using a through-diaphragm, the through-diaphragm can function as a shear key that transmits the floor load to the filled concrete, so that it is naturally formed as a structurally stable framework.
  • Patent Document 1 that discloses the technology related to the outer diaphragm, a mechanism for transmitting the floor load to the filled concrete by separately welding a ring-shaped displacement preventing member to the inner surface of the steel pipe is required.
  • the construction could not be simplified.
  • the present invention provides a joint structure using a CFT column that can effectively transmit a floor load to filled concrete and withstand a larger floor load even when using an outer diaphragm. It is another object of the present invention to provide a method for manufacturing a junction structure using CFT pillars, which can obtain such a junction structure by a simpler method.
  • the present inventors have a steel pipe with an inner surface rib having a plurality of ribs extending in a spiral shape with a space between the inner surface.
  • the steel pipe with the inner rib is manufactured by a spiral pipe making method with a steel strip provided with ribs by rolling, one convex bead extending in a spiral shape is formed on the outer surface due to seam welding.
  • the present inventors have recognized that there are the following problems due to this.
  • the convex bead extends in a spiral shape, so when attaching a ring-shaped outer diaphragm to the steel pipe in the same manner, as shown in FIG. It is necessary to move the outer diaphragm to a predetermined position while turning it.
  • moving the outer diaphragm to a predetermined position while turning it is an extremely complicated, difficult and time-consuming work in manufacturing.
  • the outer diaphragm is not a point-symmetric shape, the direction of the outer diaphragm needs to accurately correspond to the positional relationship designated in the design as a matter of course as a design requirement.
  • the present inventor does not fit the ring-shaped outer diaphragm from the end of the steel pipe, but removes the convex bead of the steel pipe with the inner rib in advance at the position where the outer diaphragm is attached, and the convex bead is removed. It was conceived that the outer diaphragm divided into a plurality of parts was bound to the part and welded to the steel pipe. This eliminates the need for pre-positioning the notch with respect to the convex bead, making the production extremely complicated, difficult, and laborious.
  • the present invention has been completed based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
  • a steel pipe column filled with concrete A pair of outer diaphragms composed of an upper diaphragm and a lower diaphragm arranged in contact with the outer surface of the steel pipe column and surrounding the outer periphery of the steel pipe column so that the main surface is a horizontal plane, A beam of H-section steel connected to the pair of outer diaphragms, or a reinforced concrete slab;
  • a joining structure having The steel pipe column has a plurality of ribs extending in a spiral shape with an interval on the inner surface, and a steel pipe with an inner surface rib having one convex bead extending in a spiral shape on the outer surface, The convex bead is interrupted at an interval equal to or greater than its thickness at a position where the pair of outer diaphragms on the outer surface of the steel pipe column is disposed,
  • the pair of outer diaphragms are arranged to be
  • the upper diaphragm and / or the lower diaphragm is provided with a through-hole penetrating in the thickness direction thereof, and the upper end reinforcing bar and / or the lower end reinforcing bar have a U-shaped portion bent through the through hole.
  • the first step A second step of welding a pair of outer diaphragms consisting of an upper diaphragm and a lower diaphragm to the outer surface of the steel pipe column, and surrounding the outer periphery of the steel pipe column so that its main surface is a horizontal plane; A third step of connecting a beam made of H-shaped steel or a reinforced concrete slab to the pair of outer diaphragms; A fourth step of filling the steel pipe column with concrete; Have After the first step and before the second step, a part of the convex bead is cut and removed, and the convex bead is positioned at the position where the pair of outer diaphragms on the outer surface of the steel pipe column is disposed. Break at intervals above, In the second step,
  • the joint structure using the CFT column according to the present invention can withstand a larger floor load by transmitting the floor load more efficiently to the filled concrete even when using an outer diaphragm. Further, according to the manufacturing method of the present invention, the above-described joining structure can be obtained by a simpler method.
  • (A) is a figure which shows the convex bead which exists in the surface of the steel pipe pillar 10 used for this invention, and its cutting location,
  • (B) is welding the upper diaphragm 20 to the steel pipe pillar 10 after cutting of a convex bead.
  • (C) is a figure which shows the state after the said welding.
  • FIG. 1 (A) to (C) are vertical sectional views showing a joint structure of a CFT column and a beam by a general diaphragm,
  • A) is a through diaphragm,
  • B) is an inner diaphragm,
  • C Indicates the case of the outer diaphragm.
  • (A) is explanatory drawing at the time of attaching a ring-shaped outer diaphragm to a sheet winding pipe
  • (B) is explanatory drawing at the time of attaching a ring-shaped outer diaphragm to a steel pipe with an inner surface rib.
  • the present embodiment relates to a joint structure in which a CFT column and a beam made of H-shaped steel are joined via an outer diaphragm.
  • a joining structure 100 is in contact with a steel pipe column 10 (CFT column) extending in the vertical direction, in which concrete 12 is filled, and an outer surface of the steel pipe column 10. Then, a pair of outer diaphragms composed of an upper diaphragm 20 and a lower diaphragm 30 disposed so as to surround the outer periphery of the steel pipe column 10 so that the main surface is a horizontal plane, and an H connected to the pair of outer diaphragms 20, 30. And a beam 40 made of section steel.
  • the steel pipe column 10 has a plurality of ribs (protrusions) 14 extending in a spiral shape at intervals on the inner surface, and a steel pipe with an inner surface rib having one convex bead 16 extending in a spiral shape on the outer surface. Consists of.
  • the ribs 14 are protrusions that are rolled and formed on the inner surface integrally with the steel pipe and extend straight (in a spiral shape in the state of the steel pipe).
  • the convex bead 16 is formed due to seam welding from the outer surface in the manufacturing process of the steel pipe with the inner rib, and its width is generally about 20 to 40 mm.
  • the slip resistance ( ⁇ b) at the contact surface between the steel pipe and the concrete due to the rib depends on the local proof stress (a) of the concrete around the rib. From this, the resistance tends to increase as the number of ribs per unit length increases. On the other hand, when the rib exceeds a certain amount, the concrete sandwiched between the ribs becomes relatively small, and as a result, the concrete sandwiched between the ribs causes shear fracture (b) prior to local fracture. As a result, slip resistance tends to peak.
  • the rib width (projection width) is preferably about 4 to 20 mm.
  • the height is preferably about 2.5 to 10 mm
  • the rib interval is preferably about 30 to 40 mm.
  • the outer diaphragms 20 and 30 are steel plates that have a function of transmitting a floor load from the beam 40 to the steel pipe column 10 and are welded to the outer peripheral surface of the steel pipe column 10.
  • the method of welding the outer diaphragms 20 and 30 to the outer peripheral surface of the steel pipe column 10 is preferably complete penetration welding.
  • the thickness of the outer diaphragms 20 and 30 is preferably equal to or greater than the thickness of the flange of the beam to be connected so that the existing stress of the flange of the beam can be reliably transmitted to the steel pipe column 10.
  • the shape of the outer diaphragms 20 and 30 is not particularly limited, and may be appropriately determined depending on the number of beams to be connected and the shape of the tip. In this embodiment, as shown in FIG. It is octagonal.
  • the beam 40 can be made of a general H-shaped steel made up of an upper flange 42, a lower flange 44, and a web 46 connecting the two.
  • the upper diaphragm 20 and the lower diaphragm 30 are joined to the upper flange 42 and the lower flange 44 of the H-shaped steel, respectively.
  • the joining method at this time is preferably complete penetration welding.
  • the floor load can be applied to the beam 40 without applying a through-diaphragm without welding a separate slip stopper or the like in the steel pipe column.
  • the outer diaphragms 20 and 30 and the steel pipe column 10 are transmitted to the filled concrete 12 via the ribs 14 inside thereof. Therefore, it is possible to simplify the processing of the steel pipe column as compared with a method of welding a separate stopper or the like in the steel pipe column or a method of applying a through diaphragm.
  • the convex beads 16 existing on the outer surface of the steel pipe column are at positions where the outer diaphragms 20 and 30 on the outer surface of the steel pipe column 10 are disposed, or more than the thickness thereof. It is important that the pair of outer diaphragms 20 and 30 be fitted and disposed in a portion where the convex beads are interrupted.
  • FIG. 2 (A) a part of the convex bead 16 is cut and removed, and the convex bead 16 is disposed at the position where the outer diaphragms 20 and 30 on the outer surface of the steel pipe column are disposed. Break at intervals greater than the thickness.
  • the cutting width (vertical length) of the convex bead is set to be equal to or greater than the thickness of the outer diaphragms 20 and 30, preferably 5 mm or more, preferably 10 mm or more larger than the thickness of the outer diaphragms 20 and 30. preferable.
  • the outer diaphragms 20 and 30 By being larger by 5 mm or more, it is not difficult to fit the outer diaphragms 20 and 30 into the portions where the convex beads are interrupted.
  • By being larger than 10 mm it is not difficult to weld the outer diaphragm to the steel pipe.
  • a gap of 10 mm can be formed on each of the upper and lower surfaces of the diaphragm, and welding can be performed without difficulty from both the upper and lower surfaces. For this reason, it is preferable to cut the bead with a width that is wider by at least 10 mm to 20 mm (5 mm to 10 mm in the vertical direction) than the diaphragm thickness.
  • the outer diaphragm 20 divided into a plurality of parts is arranged so as to be fitted in the part where the convex beads are interrupted, and is welded to the steel pipe column 10 by complete penetration welding. 2 (C) state.
  • the convex bead 16 does not exist at the position where the outer diaphragms 20 and 30 are disposed, it is not necessary to provide a notch corresponding to the convex bead at the contact portion of the outer diaphragms 20 and 30 with the steel pipe column 10. .
  • FIG. 1 shows that shows that the convex bead 16 does not exist at the position where the outer diaphragms 20 and 30 are disposed, it is not necessary to provide a notch corresponding to the convex bead at the contact portion of the outer diaphragms 20 and 30 with the steel pipe column 10. .
  • the outer diaphragm members 20A and 20B divided into two parts are welded to the steel pipe column 10 to form the outer diaphragm 20. It is not limited to this, and it is only necessary that the outer diaphragm can be disposed so as to surround the outer periphery of the steel pipe column.
  • the beam 40 is connected to the pair of outer diaphragms 20 and 30, and then the inside of the steel pipe column 10 can be filled with concrete.
  • the joining structure 100 can be obtained by a simple method.
  • the floor load can be efficiently transmitted to the filled concrete even using an outer diaphragm. Can withstand larger floor loads.
  • the steel pipe with the inner rib is effective in the function of transmitting the stress from the beam to the column.
  • this invention is not limited to making the whole steel pipe pillar 10 into a steel pipe with an inner surface rib, but the joining site
  • the beam-column joining member since the beam-column joining member has a relatively small size, it is possible to weld the outer diaphragms 20 and 30 by downward welding with the steel pipe column (steel pipe with inner ribs) placed vertically vertically. Work becomes easy.
  • the present embodiment relates to a joint structure in which a CFT column and an RC slab are joined via an outer diaphragm, and more particularly, to a joint structure in which a CFT column penetrates an RC slab that is a flat slab.
  • the joint structure 200 is the same as that of the first embodiment except that the steel pipe pillar 10 is joined to the RC slab 50 instead of the beam. Therefore, the description of the same points as in the first embodiment is omitted, and in the following, the configuration of the RC slab 50 and the joining of the outer diaphragms 20 and 30 and the slab arrangement in the RC slab 50 will be described.
  • the upper diaphragm 20 and the lower diaphragm 30 are connected to an upper reinforcing bar 52 and a lower reinforcing bar 54, which are slab reinforcements in the RC slab, respectively.
  • an upper reinforcing bar 52 and a lower reinforcing bar 54 which are slab reinforcements in the RC slab, respectively.
  • a mode shown on the left side of FIG. 3A and a mode shown on the right side can be exemplified.
  • 3A and 3B only show these two connection methods in one figure for convenience.
  • the upper diaphragm 20 and the lower diaphragm 30 are provided with a first through hole 22 and a second through hole 32 penetrating in the thickness direction, respectively.
  • the upper end reinforcing bar 52 has a U-shaped portion 56 that is bent through the first through hole 22.
  • the lower end reinforcing bar 54 also has a U-shaped portion 56 that is bent through the second through hole 32.
  • the upper end reinforcing bar 52 and the lower end reinforcing bar 54 have a lap joint 58, and their tips are flared to the upper diaphragm 20 and the lower diaphragm 30, respectively.
  • the upper end reinforcing bar 52 and the lower end reinforcing bar 54 which are slab reinforcements in the RC slab are firmly joined to the upper diaphragm 20 and the lower diaphragm 30, respectively.
  • the load is efficiently transmitted to the outer diaphragms 20 and 30.
  • the floor load is further transmitted to the steel pipe column 10 and further transmitted to the filled concrete 12 via the ribs 14 inside thereof.

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Abstract

H形鋼からなる梁、又は、RCスラブにかかる鉛直方向の荷重を鋼管柱内に充填されたコンクリートに対してより効率的に伝達して、より大きな荷重に耐えることができる、CFT柱を用いた接合構造を提供する。内部にコンクリート12が充填された鋼管柱10として、内面に間隔をあけてスパイラル状に延在する複数本のリブを有し、外面にはスパイラル状に延在する1本の凸ビードを有する内面リブ付き鋼管を用いる。鋼管柱の外周面には、一対の外ダイアフラム20,30が溶接されており、これらに梁又はRCスラブが接続される。凸ビード16は、外ダイアフラム20,30が配置される位置で、その厚み以上の間隔で途切れており、外ダイアフラム20,30は、凸ビードが途切れた部位に嵌め込まれて配置される。

Description

内部にコンクリートが充填された鋼管柱を用いた接合構造及びその製造方法
 本発明は、内部にコンクリートが充填された鋼管柱(以下、「CFT柱」と称する。)と、H形鋼からなる梁、または、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。
 CFT柱を用いた接合構造においては、鋼管の荷重負担比率が大きい場合、すなわち、径厚比(鋼管の厚みに対する直径の比率)の小さな鋼管、すなわち、鋼管の直径に対して厚みが厚い鋼管を使用する場合には、建物の固定荷重がほぼ鋼管によって負担される。このことから、当該接合構造は、床にかかる鉛直方向の荷重(床荷重)が鋼管に伝達されさえすれば、構造的に安定した骨組みとして成立する。
 一方、径厚比の大きな鋼管、すなわち、鋼管の直径に対して厚みが薄い鋼管を使用する場合には、鋼管の荷重負担比率が小さいため、接合構造を構造的に安定した骨組みとして成立させるには充填コンクリートが負担する荷重負担比率を大きくしなければならない。このため、床荷重が鋼管に伝達され、さらに充填コンクリートへと伝達されることが必要となる。
 CFT柱と梁との接合においては、ダイアフラムを用いることが一般的である。ダイアフラムとは、柱から梁に曲げ応力を伝達できるように配置される鉄骨プレートであり、図4(A)~(C)に示すように、通しダイアフラム、内ダイアフラム、及び外ダイアフラムの三種類が知られている。図4(A)に示すように、通しダイアフラムは、鋼管を切断して、その内外にわたって配置される。このため、通しダイアフラムを用いた接合構造では、通しダイアフラムが床荷重を充填コンクリートへと伝達するシアキーとして機能しうることから、自ずと構造的に安定した骨組みとして成立する。
 しかしながら、通しダイアフラムを鋼管に溶接する施工では、図4(A)に示すように、1枚の通しダイアフラムあたり2本の溶接線(よって、上下一対の通しダイアフラムを溶接するためには4本の溶接線)が必要であり、溶接量が多い。このことから、2本のトーチを有するロボット溶接機によって、自動溶接の施工を行うのが一般的であり、そのような溶接機の無い環境では、極めて製作に手間のかかる溶接施工が必要である。
 これに対して、図4(B)に示す内ダイアフラムや図4(C)に示す外ダイアフラムを用いた柱梁接合形式では、鋼管の切断は不要である。また、1枚のダイアフラムあたり1本の溶接線で済むため、溶接量は通しダイアフラム形式の半分程度にまで削減される。しかしながら、内ダイアフラムは鋼管の内周面に取り付けられ、外ダイアフラムは鋼管の外周面に取り付けられるため、これらには、通しダイアフラムのように床荷重を充填コンクリートへと伝達するシアキーとしての機能を期待できない。そのため、外ダイアフラムに関する技術を開示する特許文献1にように、別途、鋼管内面にリング状のずれ止め部材を溶接するなどして、床荷重を充填コンクリートへと伝達する機構が必要とされ、やはり施工を簡素化することはできなかった。
特許第3168837号公報
 本発明は、上記課題に鑑み、外ダイアフラムを用いても床荷重を充填コンクリートに対してより効率的に伝達して、より大きな床荷重に耐えることができる、CFT柱を用いた接合構造を提供すること、さらには、このような接合構造をより簡易な方法で得ることが可能な、CFT柱を用いた接合構造の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明者らは、床荷重を効率的に充填コンクリートへ伝達できる接合構造を簡素な施工で実現するべく、内面に間隔をあけてスパイラル状に延在する複数本のリブを有する内面リブ付き鋼管を用いることを着想した。しかしながら、内面リブ付き鋼管は、圧延によりリブを設けた鋼帯をスパイラル造管法によって製造することから、その外面にはシーム溶接に起因してスパイラル状に延在する1本の凸ビードが形成され、これに起因して以下のような問題があることを本発明者は認識した。
 板巻管やUOE鋼管では、凸ビードが鋼管軸方向に延在している。このため、鋼管外面に外ダイアフラムを取りつける場合、図5(A)に示すように、リング状の外ダイアフラムの内周部に1箇所切り欠きを設けておき、切り欠きの位置を凸ビードに揃えた状態で外ダイアフラムを鋼管端部から鋼管に嵌め込むように移動させることで、簡単に外ダイアフラムを鋼管に取り付けることができる。しかしながら、内面リブ付き鋼管の場合、凸ビードがらせん状に延在しているため、同様の方法で鋼管にリング状の外ダイアフラムを取り付けようとした場合、図5(B)に示すように、外ダイアフラムを旋回させながら所定の位置に移動させる必要がある。鋼管径のバラツキや曲りなどの製作誤差を考えた場合、外ダイアフラムを旋回させながら所定位置に移動させることは、製作上極めて複雑で困難かつ手間のかかる作業となる。しかも、外ダイアフラムが点対称の形状でない場合には、外ダイアフラムの向きは、設計要件として当然のことながら設計上指定された位置関係に精確に対応させることが必要となる。そのため、取り付け位置に対応した凸ビードの位置を3次元上で正確に同定するとともに、外ダイアフラムには凸ビード位置に対応して切欠きを事前に加工するという、極めて精度の高い試算と加工が求められることとなり、位置決めを高精度に行うのは困難である。
 そこで本発明者は、リング状の外ダイアフラムを鋼管端部から嵌め込むのではなく、内面リブ付き鋼管の凸ビードを、外ダイアフラムを取り付ける位置において予め切削により除去しておき、当該凸ビードが除去された部位に、複数パーツに分割された外ダイアフラムを綴り合せるとともに、鋼管に溶接して取り付けることを着想した。これにより、凸ビードに対して切り欠きを予め位置決めする必要がなくなり、製作上極めて複雑で困難かつ手間のかかる作業が不要となった。
 これにより、内面リブ付き鋼管に外ダイアフラムを取り付けることが可能となった。そのため、内面リブ付き鋼管適用の効果として、従来法で示したような鋼管内面のリング状ずれ止め部材の荷重伝達機能を頼ることなく、工場圧延により一体成型された内面リブによってその機能を確保することができる。このことから、床荷重を確実に充填コンクリートに伝達することが可能となった。
 本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、そ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、
 前記鋼管柱の外面に接して、主面が水平面となるように前記鋼管柱の外周を囲んで配置された、上ダイアフラム及び下ダイアフラムからなる一対の外ダイアフラムと、
 前記一対の外ダイアフラムに接続された、H形鋼からなる梁、又は、鉄筋コンクリートスラブと、
を有する接合構造であって、
 前記鋼管柱は、内面に間隔をあけてスパイラル状に延在する複数本のリブを有し、外面にはスパイラル状に延在する1本の凸ビードを有する内面リブ付き鋼管からなり、
 前記凸ビードは、前記鋼管柱の外面の前記一対の外ダイアフラムが配置される位置で、その厚み以上の間隔で途切れており、
 前記一対の外ダイアフラムは、前記凸ビードが途切れた部位に嵌め込まれて配置されることを特徴とする接合構造。
 (2)前記上ダイアフラム及び下ダイアフラムが、それぞれ前記H形鋼の上フランジ及び下フランジと接合されている、上記(1)に記載の接合構造。
 (3)前記上ダイアフラム及び下ダイアフラムが、それぞれ前記鉄筋コンクリートスラブ中の上端鉄筋及び下端鉄筋と接続されている、上記(1)に記載の接合構造。
 (4)前記上ダイアフラム及び/又は下ダイアフラムには、その厚み方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記上端鉄筋及び/又は下端鉄筋は、前記貫通孔を通過して折れ曲がったU字部分を有する、上記(3)に記載の接合構造。
 (5)前記上端鉄筋及び/又は下端鉄筋は、重ね継手を有し、先端が前記上ダイアフラム及び/又は下ダイアフラムに溶接されている、上記(3)に記載の接合構造。
 (6)内面に間隔をあけてスパイラル状に延在する複数本のリブを有し、外面にはスパイラル状に延在する1本の凸ビードを有する内面リブ付き鋼管からなる鋼管柱を用意する第一工程と、
 前記鋼管柱の外面に、上ダイアフラム及び下ダイアフラムからなる一対の外ダイアフラムを溶接して、その主面が水平面となるように前記鋼管柱の外周を囲んで配置する第二工程と、
 前記一対の外ダイアフラムに、H形鋼からなる梁、又は、鉄筋コンクリートスラブを接続する第三工程と、
 前記鋼管柱の内部にコンクリートを充填する第四工程と、
を有し、
 前記第一工程後、前記第二工程前に、前記凸ビードの一部を切削除去して、前記凸ビードを、前記鋼管柱の外面の前記一対の外ダイアフラムが配置される位置で、その厚み以上の間隔で途切れさせて、
 前記第二工程では、前記一対の外ダイアフラムを、前記凸ビードが途切れた部位に嵌め込むように配置して、請求項1に記載の接続構造を得ることを特徴とする、接続構造の製造方法。
 本発明によるCFT柱を用いた接合構造は、外ダイアフラムを用いても床荷重を充填コンクリートに対してより効率的に伝達して、より大きな床荷重に耐えることができる。また、本発明による製造方法によれば、上記のような接合構造をより簡易な方法で得ることが可能できる。
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)水平断面図であり、(C)側面図である。 (A)は、本発明に用いる鋼管柱10の表面に存在する凸ビードと、その切削箇所を示す図であり、(B)は、凸ビードの切削後、上ダイアフラム20を鋼管柱10に溶接する工程を示す図であり、(C)は、当該溶接後の状態を示す図である。 本発明の第二実施形態による接合構造200の、(A)鉛直断面図であり、(B)水平断面図である。 (A)~(C)は、一般的なダイアフラムによるCFT柱と梁との接合構造を示す鉛直断面図であり、(A)は通しダイアフラムの場合、(B)は内ダイアフラムの場合、(C)は外ダイアフラムの場合を示す。 (A)は、板巻管にリング状の外ダイアフラムを取り付ける際の説明図であり、(B)は、内面リブ付き鋼管にリング状の外ダイアフラムを取り付ける際の説明図である。
 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及び図2を参照して、本発明の第一実施形態による接合構造100を説明する。本実施形態は、CFT柱とH形鋼からなる梁とを外ダイアフラムを介して接合する接合構造に関する。
 まず、図1(A)~(C)を参照して、接合構造100は、内部にコンクリート12が充填された鉛直方向に延びる鋼管柱10(CFT柱)と、この鋼管柱10の外面に接して、主面が水平面となるように鋼管柱10の外周を囲んで配置された、上ダイアフラム20及び下ダイアフラム30からなる一対の外ダイアフラムと、この一対の外ダイアフラム20,30に接続されたH形鋼からなる梁40と、を有する。
 鋼管柱10は、内面に間隔をあけてスパイラル状に延在する複数本のリブ(突起)14を有し、外面にはスパイラル状に延在する1本の凸ビード16を有する内面リブ付き鋼管からなる。リブ14は、内面に鋼管と一体として圧延成形された、ストレートに(鋼管の状態ではスパイラル状に)延在する突起である。凸ビード16は、内面リブ付き鋼管の製造過程で、外面からのシーム溶接に起因して形成されるものであり、その幅は一般的に20~40mm程度である。ここで、リブによる鋼管とコンクリートとの接触面でのすべり抵抗力(τb)は、リブの周辺のコンクリートの局部耐力(a)に依存する。このことから、単位長さあたりのリブ本数が多いほど抵抗力が増加する傾向にある。一方、リブが一定量を超えることで、リブに挟まれたコンクリートが相対的に小さくなり、その結果、局所破壊に先行して、リブに挟まれたコンクリートがせん断破壊(b)を生じる。その結果として、すべり抵抗力は頭打ちとなる傾向がある。内面リブ付き鋼管としては公知又は任意のものを用いることができるが、上記のすべり抵抗力を効果的に確保するには、リブ幅(突起幅)は4~20mm程度とすることが好ましく、リブ高さは2.5~10mm程度とすることが好ましく、リブ間隔は30~40mm程度とすることが好ましい。
 外ダイアフラム20,30は、梁40から鋼管柱10へと床荷重を伝達する機能を有し、鋼管柱10の外周面に溶接された鉄骨プレートである。外ダイアフラム20,30を鋼管柱10の外周面に溶接する方法は、完全溶込み溶接とすることが好ましい。梁のフランジの存在応力を確実に鋼管柱10に伝達できるよう、外ダイアフラム20,30の厚さは、接続する梁のフランジの厚さと同等以上とすることが好ましい。外ダイアフラム20,30の形状は特に限定されず、接続する梁の本数や先端形状によって適宜決定すればよいが、本実施形態では、図1(B)に示すように、水平面視で外周形状が八角形となっている。
 梁40は、図1(C)に示すように、上フランジ42、下フランジ44、及び両者間を接続するウェブ46からなる一般的なH型鋼を用いることができる。本実施形態では、上ダイアフラム20及び下ダイアフラム30が、それぞれH形鋼の上フランジ42及び下フランジ44と接合されている。この際の接合方法は、完全溶込み溶接とすることが好ましい。
 本実施形態では、鋼管柱10として内面リブ付き鋼管を用いていることから、鋼管柱内に別途のずれ止め材などを溶接しなくても、通しダイアフラムを適用することなく、床荷重が梁40、外ダイアフラム20,30、更に鋼管柱10と伝達され、さらにその内部のリブ14を介して、充填コンクリート12に伝達される。そのため、鋼管柱内に別途のずれ止め材などを溶接する方式や、通しダイアフラムを適用する方式に比べて、鋼管柱の加工を簡素化できる。
 ここで本実施形態では、図1(C)に示すように、鋼管柱の外面に存在する凸ビード16が、鋼管柱10の外面の外ダイアフラム20,30が配置される位置で、その厚み以上の間隔で途切れており、すなわち存在しないこと、さらに、一対の外ダイアフラム20,30は、凸ビードが途切れた部位に嵌め込まれて配置されることが肝要である。具体的には、図2(A)に示すように、凸ビード16の一部を切削除去して、凸ビード16を、鋼管柱の外面の外ダイアフラム20,30が配置される位置で、その厚み以上の間隔で途切れさせる。すなわち、凸ビードの切削幅(鉛直方向長さ)は、外ダイアフラム20,30の厚さ以上とし、好ましくは、外ダイアフラム20,30の厚さより5mm以上大きいことが好ましく、10mm以上大きいことがより好ましい。5mm以上大きいことで、外ダイアフラム20,30を凸ビードが途切れた部位に嵌め込むのが困難となることがない。10mm以上大きいことで、外ダイアフラムを鋼管に溶接することが困難になることもない。更に20mm程度とすることで、ダイアフラムの上下面に各々10mmの隙間を形成することができ、上下両面からでも溶接施工が困難なく可能となる。このことから、ビードの切削幅はダイアフラム厚よりも少なくとも10mmから20mm(上下各方向に5mmから10mm)広い範囲で切削することが好ましい。
 この切削後、図2(B)に示すように、複数パーツに分割された外ダイアフラム20を凸ビードが途切れた部位に嵌め込むように配置し、完全溶け込み溶接により鋼管柱10に溶接し、図2(C)の状態とする。ここで、外ダイアフラム20,30が配置される位置では凸ビード16が存在しないため、外ダイアフラム20,30の鋼管柱10との接触部位には、凸ビードに対応した切り欠きを設ける必要はない。なお、本実施形態では、図2(B)に示すように、2つに分割した外ダイアフラム部材20A,20Bを鋼管柱10にそれぞれ溶接して、外ダイアフラム20を形成したが、本発明ではこれに限定されず、外ダイアフラムが鋼管柱の外周を囲むように配置できればよい。
 このようにして一対の外ダイアフラム20,30を鋼管柱10に溶接した後、一対の外ダイアフラム20,30に梁40を接続し、その後、鋼管柱10の内部にコンクリートを充填することができる。
 このようにすることで、本実施形態では、凸ビードに対して予め切り欠きを位置決めする必要がなくなり、既述のような製作上極めて複雑で困難かつ手間のかかる作業が不要となった。本発明では、切削という作業を行う必要があるが、鋼管の外面に対する施工であり、かつ、外ダイアフラムの取り付けにおいては、外ダイアフラムの高さ方向位置という設計上自明の寸法に基づき、切削作業を進めることが可能であるため、施工性を損なうことはない。そのため、簡易な方法で接合構造100を得ることができる。また、鋼管内面にリング状ずれ止め部材を設けた従来構造よりも、床荷重を充填コンクリートに伝達する効率が高いため、外ダイアフラムを用いても床荷重を充填コンクリートにより効率的に伝達して、より大きな床荷重に耐えることができる。
 なお、内面リブ付き鋼管は、梁からの応力を柱に伝達する機能において有効である。このため、本発明は鋼管柱10の全体を内面リブ付き鋼管とすることに限定されず、梁との接合部位(一対の外ダイアフラム20,30が取り付けられる部位)を限定的に内面リブ付き鋼管としてもよい。この場合、柱梁接合部材が比較的小さなサイズとなることから、鋼管柱(内面リブ付き鋼管)を鉛直縦置きとして、下向き溶接によって外ダイアフラム20,30を溶接施工することが可能であり、施工作業も容易となる。
 (第二実施形態)
 図3を参照して、本発明の第二実施形態による接合構造200を説明する。本実施形態は、CFT柱とRCスラブとを外ダイアフラムを介して接合する接合構造に関し、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。接合構造200は、鋼管柱10に接合されるものが梁ではなくRCスラブ50であること以外は、上記第一実施形態と同じである。よって、第一実施形態と同じ点は説明を省略し、以下では、RCスラブ50の構成や外ダイアフラム20,30とRCスラブ50中のスラブ配筋との接合について説明する。
 図3(A)に示すように、本実施形態では、上ダイアフラム20及び下ダイアフラム30が、それぞれRCスラブ中のスラブ配筋である上端鉄筋52及び下端鉄筋54と接続されている。具体的な接続態様としては、図3(A)の左側に示す態様と、右側に示す態様とが例示できる。なお、図3(A),(B)は、これら2つの接続方法を便宜的に1つの図に示したに過ぎない。
 図3(A),(B)左側に示す接続態様において、上ダイアフラム20及び下ダイアフラム30には、各々その厚み方向に貫通する第一貫通孔22、第二貫通孔32が設けられている。そして、上端鉄筋52は、第一貫通孔22を通過して折れ曲がったU字部分56を有する。また、下端鉄筋54も、第二貫通孔32を通過して折れ曲がったU字部分56を有する。
 図3(A),(B)右側に示す接続態様において、上端鉄筋52及び下端鉄筋54は、重ね継手58を有し、先端がそれぞれ上ダイアフラム20及び下ダイアフラム30にフレア溶接されている。
 これらのような接続態様によれば、RCスラブ中のスラブ配筋である上端鉄筋52及び下端鉄筋54が、各々上ダイアフラム20及び下ダイアフラム30と強固に接合されているため、RCスラブ50にかかる荷重が外ダイアフラム20,30に効率的に伝達される。そして、床荷重はさらに鋼管柱10に伝達され、さらにはその内部のリブ14を介して、充填コンクリート12に伝達される。
 (その他の実施形態)
 上記実施形態は、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、上記実施形態中の各要素を適宜組み合わせた接合構造としてもよい。
 100,200 接合構造
 10 鋼管柱(内面リブ付き鋼管)
 12 充填されたコンクリート
 14 リブ
 16 凸ビード
 20 上ダイアフラム(外ダイアフラム)
 22 第一貫通孔
 30 下ダイアフラム(外ダイアフラム)
 32 第二貫通孔
 40 H型鋼の梁
 42 上フランジ
 44 下フランジ
 46 ウェブ
 50 鉄筋コンクリートスラブ(RCスラブ)
 52 上端鉄筋
 54 下端鉄筋
 56 U字部分
 58 重ね継手

Claims (6)

  1.  内部にコンクリートが充填された鋼管柱と、
     前記鋼管柱の外面に接して、主面が水平面となるように前記鋼管柱の外周を囲んで配置された、上ダイアフラム及び下ダイアフラムからなる一対の外ダイアフラムと、
     前記一対の外ダイアフラムに接続された、H形鋼からなる梁、又は、鉄筋コンクリートスラブと、
    を有する接合構造であって、
     前記鋼管柱は、内面に間隔をあけてスパイラル状に延在する複数本のリブを有し、外面にはスパイラル状に延在する1本の凸ビードを有する内面リブ付き鋼管からなり、
     前記凸ビードは、前記鋼管柱の外面の前記一対の外ダイアフラムが配置される位置で、その厚み以上の間隔で途切れており、
     前記一対の外ダイアフラムは、前記凸ビードが途切れた部位に嵌め込まれて配置されることを特徴とする接合構造。
  2.  前記上ダイアフラム及び下ダイアフラムが、それぞれ前記H形鋼の上フランジ及び下フランジと接合されている、請求項1に記載の接合構造。
  3.  前記上ダイアフラム及び下ダイアフラムが、それぞれ前記鉄筋コンクリートスラブ中の上端鉄筋及び下端鉄筋と接続されている、請求項1に記載の接合構造。
  4.  前記上ダイアフラム及び/又は下ダイアフラムには、その厚み方向に貫通する貫通孔が設けられ、前記上端鉄筋及び/又は下端鉄筋は、前記貫通孔を通過して折れ曲がったU字部分を有する、請求項3に記載の接合構造。
  5.  前記上端鉄筋及び/又は下端鉄筋は、重ね継手を有し、先端が前記上ダイアフラム及び/又は下ダイアフラムに溶接されている、請求項3に記載の接合構造。
  6.  内面に間隔をあけてスパイラル状に延在する複数本のリブを有し、外面にはスパイラル状に延在する1本の凸ビードを有する内面リブ付き鋼管からなる鋼管柱を用意する第一工程と、
     前記鋼管柱の外面に、上ダイアフラム及び下ダイアフラムからなる一対の外ダイアフラムを溶接して、その主面が水平面となるように前記鋼管柱の外周を囲んで配置する第二工程と、
     前記一対の外ダイアフラムに、H形鋼からなる梁、又は、鉄筋コンクリートスラブを接続する第三工程と、
     前記鋼管柱の内部にコンクリートを充填する第四工程と、
    を有し、
     前記第一工程後、前記第二工程前に、前記凸ビードの一部を切削除去して、前記凸ビードを、前記鋼管柱の外面の前記一対の外ダイアフラムが配置される位置で、その厚み以上の間隔で途切れさせて、
     前記第二工程では、前記一対の外ダイアフラムを、前記凸ビードが途切れた部位に嵌め込むように配置して、請求項1に記載の接続構造を得ることを特徴とする、接続構造の製造方法。
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