JP2007284940A - 構造部材の剛結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】単純な構造で、強度的・変形性能的に優れ、寸法が小さな剛結構造を実現する。
【解決手段】構造体内の接合部に集まる梁３０、３２、３４や柱４０、７０等の構造部材を相互に剛結するための剛結構造であって、相互に剛結する構造部材の少なくとも一部を挿通させる穴を備えた密閉空間を有する殻体５０を有し、該穴に前記相互に剛結する構造部材の少なくとも一部を貫入し、少なくとも前記殻体５０内部の空間部に前記構造部材を接合する接合剤（充填コンクリート６０や接着剤）を充填する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造体内の接合部に集まる構造部材を相互に剛結するための構造部材の剛結構造に係る。特に、単純な構造で、強度的・変形性能的に優れ、寸法を小さくすることが可能な構造部材の剛結構造に関する。ここで、構造体が土木・建築構造体である場合は、上部土木・建築構造体を意味し、その構造部材は当該土木・建築構造体の上部構造を構成する部材であって、杭やフーチング等の下部（基礎）土木・建築構造体部材を除く。

例えば建築構造体内の接合部に集まる柱、梁又は斜めのブレス材等の構造部材を相互に剛結する際に、従来は、図１２（Ａ）に例示する如く、プレート状の接続部材９０に、構造部材９２をボルト９４等で止めて結合したり、あるいは、図１２（Ｂ）に例示する如く、重ね継手あるいはフランジ継手９６で結合していた。

しかしながら、多数のボルトを一々止めるのでは、ボルト止めに時間がかかるだけでなく、剛結構造が大型化し、それにも拘らず強度や変形性能が十分でないという問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、単純な構造で、強度的・変形性能的に優れ、寸法を小さくすることが可能な構造部材の剛結構造を提供することを課題とする。

本発明は、構造体内の接合部に集まる構造部材を相互に剛結するための構造部材の剛結構造（接合される構造部材に作用している断面力を伝達する構造）であって、相互に剛結する構造部材の少なくとも一部を挿通させる穴を備えた密閉空間を有する殻体を有し、該穴に前記相互に剛結する構造部材の少なくとも一部が貫入され、少なくとも前記殻体内部の空間部に前記構造部材を接合する接合剤が充填されていることを特徴とする構造部材の剛結構造により、前記課題を解決したものである。

又、前記相互に剛結する構造部材の一部を前記殻体と力学的に一体化し、該殻体の穴に剛結する残りの構造部材を貫入するようにしたものである。

又、前記殻体を密閉多面体としたものである。

又、前記密閉多面体を密閉六面体としたものである。

又、前記密閉多面体の上面、斜め面又は横面、又は、前記密閉六面体の上面又は横面に設けられた穴に貫入される構造部材が、ずれ止め機能を有するようにしたものである。このずれ止め機能は断面力を伝達できる能力を高めることができる。

又、前記ずれ止め機能を、前記穴に貫入される構造部材の先端部に設けたジベル（例えばスタッドジベル、孔あき鋼板ジベル（ＰＢＬ）等を含む）又はリングとしたものである。前記ずれ止め機能は、アンカーフレームであっても良い。

又、前記殻体を鋼製とし、かつ前記構造部材を鋼製又は鉄筋コンクリート製とし、前記接合剤をコンクリートとしたものである。

又、前記殻体や構造部材を、剛結構造としての機能を発揮するために必要な特性を有する材料、例えば、金属、合成樹脂材、セラミックス、又はそれらの複合材とし、前記接合剤を、充填機能を持つ接着剤（例えば合成樹脂材等）としたものである。

ここで、構造体が土木・建築構造体である場合は、上部土木・建築構造体を意味し、その構造部材は当該土木・建築構造体の上部建築を構成する部材であって、杭やフーチング等の下部（基礎）土木・建築構造体部材を除く。

本発明の基本構造要素は、図１に示す梁３０と、例えば鋼管でなる柱４０と、梁３０の一部となる密閉鋼殻六面体（以下、殻体とも称する）５０と、該殻体５０内に充填されたコンクリート６０であり、前記殻体５０と該殻体５０内に充填されたコンクリート６０により、梁３０と柱４０を結合・一体化した構造を特徴とする。

本発明は、梁３０と柱４０のそれぞれの断面力を伝達する結合構造であり、梁３０あるいは柱４０の塑性領域あるいは破壊域までも断面力が伝達できることが望ましい。

本発明においては、コンクリート６０を殻体５０に充填するようにしたので、充填されるコンクリートのためだけの型枠を必要とせず、施工上有利である。

断面力の伝達経路は、上載荷重−梁３０−殻体５０−該殻体５０内に充填されたコンクリート６０−柱４０となる。

図２に示す前記梁３０と殻体５０の結合方法には、
（１）梁３０の一部が殻体５０の一部と共通部材であり、他の部分は溶接接合、あるいは高力ボルト接合された構造
（２）梁３０と殻体５０は、それぞれ独立した構造で、それぞれが溶接接合、あるいは高力ボルト接合された構造
が考えられる。

殻体５０と梁３０は、溶接接合等により一体化される。このとき、図３に示す殻体５０の各面の大きさ（高さｈ、長さｂ、奥行き幅ｄ）と、各面の鋼板厚さｔは、与えられた断面力を伝達するのに十分な大きさ、厚さを持つ必要がある。又、充填コンクリート６０の打設圧力に十分耐え得る鋼板厚さｔを持つ必要がある。

更に、殻体５０と充填されたコンクリート６０を介しての柱４０との結合が、本願発明の基幹を成すものである。即ち、殻体５０と柱４０とは、図４に示す如く、密閉構造の殻体５０の中に充填されたコンクリート６０と、殻体５０の密閉性によって一体化される。このとき、図５に示される柱４０の埋め込み長ｈｐ（図４参照）は、与えられた断面力を伝達するに十分な大きさでなければならず、充填コンクリート６０と柱４０との関係で設計される。断面力として引抜力がある場合には、充填コンクリート６０と柱４０との間の見掛け付着力を増すために、柱４０に、図６に例示するような突起４２又はリング４４状のずれ止め等を配設することもできる。

前記殻体５０の各面の大きさｈ、ｂ、ｄと、各面の構成厚さｔ、及び、各面の溶接接合部の強度は、充填コンクリート６０によって伝達される断面力に対して十分な厚さ、強度を持つようにされる。

本発明においては、殻体５０の内部に柱４０を挿入し、充填コンクリート６０を持つ密閉殻体構造の有利性を利用して、殻体構造と柱の力（断面力）の伝達を行なう。このとき、前記したように、殻体５０は梁３０に結合されているので、梁３０で受けた外力は、殻体５０を通して柱４０に伝達される。密閉構造による有利性とは、充填コンクリート６０を持つ殻体５０の内部に挿入された柱４０から断面力が作用したときに、その充填コンクリート６０を取り囲む殻体５０が３次元的に拘束する密閉構造であるが故に、充填コンクリート６０が通常持ち合わせる強度が大きくなり、より大きな柱４０の断面力に対して破壊を伴わず殻体５０に伝達できることになる。又、同じく殻体５０の拘束により、柱４０を拘束する剛性が高まり、同じ柱４０の断面力に対して、柱４０の変形を低く抑えられる。したがって、柱４０の持つ断面性能を損なうことなく、殻体５０に受け渡すことが可能となる。

即ち、図７に示す如く、Ａの部分の充填コンクリート６０は圧縮力を受けるが、殻体５０により密閉されたコンクリートが３次元効果を発揮して破壊には至らず、見掛け上梃子の支点の役割を果たす。

一方、Ｂの部分の充填コンクリート６０は、見掛け上梃子の作用から圧縮力を受けるが、殻体５０により密閉された３次元効果からコンクリートは破壊に至らず、高い断面力伝達能力を発揮する。

本発明では、柱との接合部の外側全てを鋼板で覆ってコンクリートを充填したので、殻体自体がずれ止めの代わりとなり、別途ずれ止めやアンカーフレームを使う必要性は無い。更に、殻体の柱頭部挿入用開口部以外の外側全てを鋼板で覆ったので、殻体がコンクリートに対する補強筋の役割を果たし、充填コンクリートには鉄筋が無くても良い。又、充填コンクリートのための型枠の役割も果たすために、型枠が不要となり、現地作業が軽減される。更には、鉄筋あるいはずれ止めが不要であるため、構造容積も小さくなる。

なお、鋼とコンクリートの組合せの代わりに、セラミックスや複合セラミックスと、充填機能を持つ、例えばエポキシ系接着剤の組合せであっても良い。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の第１実施形態は、図１に示した如く、上部土木・建築構造体内の接合部に集まる、断面が矩形の梁３０及び鋼管でなる柱４０を相互に剛結するための殻体構造であって、梁３０と溶接等により力学的に一体化され、且つ、柱４０を挿通させる穴を備えた密閉空間を有する殻体５０を有し、該殻体５０の穴に柱４０が貫入され、前記殻体５０内部の空間部に梁３０と柱４０を接合するための接合剤であるコンクリート６０を充填したものである。

本実施形態においては、殻体５０の一部と梁３０の一部が一体化しているので、特に優れた外観が得られる。なお、殻体５０を梁３０中に埋め込まず、別体とすることもできる。

本発明の第２実施形態を図８に示す。本実施形態は、水平方向にも鋼管でなる梁３２が設けられ、殻体５０の穴に貫入されている。他の点については第１実施形態と同じであるので説明は省略する。

本発明の第３実施形態を図９に示す。本実施形態は、第２実施形態の鋼管でなる梁３２と柱４０の代わりにＨ型鋼でなる梁３４及び柱７０を殻体５０に貫入して接合するようにしたものである。

前記柱７０や梁３４には、図１０に柱７０で例示する如く、突起７２などのずれ止めを設けて、密閉多面体内部に充填された接合剤と合成されるようにして、引き抜き力や押し込み力に対する抵抗力を高めることができる。

本発明の第４実施形態を図１１に示す。本実施形態は基礎８０の上に柱４０を建てる際に本発明を適用したものである。

なお、前記実施形態においては、いずれも殻体５０が六面体とされ、その上下左右の面に梁３０、３２、３４や柱４０、７０が接続されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、殻体の前後の面にも梁や柱を接続することも可能である。更に、六面体でなく四面体や八面体等、他の多面体であっても良い。この場合、上面や横面だけでなく、斜め面にブレス材を接続することもできる。

又、殻体や構造部材も鋼製の板、管や型材に限定されず、鉄筋コンクリートや、金属、合成樹脂材、セラミックス、又はそれらの複合材や、棒材であってもよい。更に、コンクリートの代わりにエポキシ等の充填機能を持つ接着剤を殻体に充填することもできる。

本発明は、土木・建築構造物のみならず、構造材の剛結構造一般に適用することができる。

本発明の第１実施形態の構成を示す斜視図 本発明による殻体と梁の接合状況を模式的に示す断面図 同じく殻体の形状を示す断面図 同じく殻体と柱の接続状態を模式的に示す断面図 同じく柱の形状を示す断面図 同じく柱に形成可能な引き抜き力や押し込み力に抵抗する機能の例を示す斜視図 同じく密閉構造の有利性を示す断面図 本発明の第２実施形態を示す斜視図 同じく第３実施形態を示す斜視図 第３実施形態における引き抜き力や押し込み力に抵抗する部材の例を示す斜視図 本発明の第４実施形態を示す斜視図 従来の剛結構造の例を示す正面図

符号の説明

３０、３２、３４…梁
４０、７０…柱
４２、７２…突起
４４…リング
５０…密閉鋼殻六面体
６０…充填コンクリート
８０…基礎

Claims (8)

1. 構造体内の接合部に集まる構造部材を相互に剛結するための構造部材の剛結構造であって、
   相互に剛結する構造部材の少なくとも一部を挿通させる穴を備えた密閉空間を有する殻体を有し、
   該穴に前記相互に剛結する構造部材の少なくとも一部が貫入され、
   少なくとも前記殻体内部の空間部に前記構造部材を接合する接合剤が充填されていることを特徴とする構造部材の剛結構造。
2. 前記相互に剛結する構造部材の一部が前記殻体と力学的に一体化しており、該殻体の穴に剛結する残りの構造部材が貫入されることを特徴とする請求項１に記載の構造部材の剛結構造。
3. 前記殻体が密閉多面体であることを特徴とする請求項１又は２に記載の構造部材の剛結構造。
4. 前記密閉多面体が密閉六面体であることを特徴とする請求項３に記載の構造部材の剛結構造。
5. 前記密閉多面体の穴に貫入される構造部材が、ずれ止め機能を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の構造部材の剛結構造。
6. 前記ずれ止め機能が、前記穴に貫入される構造部材の先端部に設けたジベル又はリングであることを特徴とする請求項５記載の構造部材の剛結構造。
7. 前記殻体が鋼製であり、かつ前記構造部材が鋼製又は鉄筋コンクリート製であり、前記接合剤がコンクリートであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の構造部材の剛結構造。
8. 前記殻体や構造部材が金属、合成樹脂材、セラミックス、又はそれらの複合材であり、前記接合剤が充填機能を持つ接着剤であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の構造部材の剛結構造。