JP2010196324A - 柱梁接合構造、柱梁接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄筋コンクリート造の梁端部にＨ型鋼からなる梁が埋入されてなる柱梁接合構造において、Ｈ型鋼と梁端部との間で十分な定着力を確保する。
【解決手段】鉄筋コンクリート造の柱３０の表面から、梁端部４０を構成する鉄筋コンクリート部材４１が突出し、鉄筋コンクリート部材４１内にＨ型鋼２１からなる梁２０の端部が埋設されてなる柱梁接合構造１０において、Ｈ型鋼２１が鉄筋コンクリート部材４１内に埋設された部分の中間部において、Ｈ型鋼２１及び鉄筋コンクリート部材４１を貫通するように設けられた鋼管２５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄骨梁と鉄筋コンクリート造の柱とを接合する構造に関する。

従来より、鉄筋コンクリート造建物で大スパン架構を実現するために、梁を鉄骨造とすることが行われているが、梁を鉄骨造とする場合には、鉄骨梁の端部を柱に確実に定着させる必要がある。

このように鉄骨梁を鉄筋コンクリート造の柱に定着する構造として、例えば、特許文献１には、鉄筋コンクリート柱に接合された梁端部を構成する鉄筋コンクリート梁に、Ｈ型鋼からなる鉄骨梁の両端部を埋設し、鉄骨梁の鉄筋コンクリート梁への埋設始端位置における、ウエブと上下フランジの内面とに囲まれた全面に始端支圧プレートを取りつけ、鉄骨梁の端部位置に、ウエブ上部及びウエブ上部に連なる上側フランジに固着された上側終端支圧プレートと、ウエブ下部及びウエブ下部に連なる下側フランジに固着された下側終端支圧プレートとを取り付ける構造が記載されている。

特許第３６３１２３７号公報

ここで、特許文献１記載の構造では、終端支圧プレートを上下に分割しているため、鉄骨梁と鉄筋コンクリート梁との間で十分な定着力が得られない虞がある。
また、設備配管を配置するため、Ｈ型鋼や梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材に開口を設けると、開口の周囲に局所的に大きな応力が作用することとなる。このため、柱梁接合構造の耐力が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、鉄筋コンクリート造の梁端部にＨ型鋼からなる梁が埋入されてなる柱梁接合構造において、Ｈ型鋼と梁端部との間で十分な定着力を確保することであり、さらに、耐力を低下させることなく開口を設けることができるようにすることである。

本発明の柱梁接合構造は、鉄筋コンクリート造の柱の側面から、梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材が突出し、当該鉄筋コンクリート部材内にＨ型鋼からなる梁の端部が埋設されてなる柱梁接合構造であって、前記Ｈ型鋼が前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の中間部において、前記Ｈ型鋼に梁の幅方向に延びるように取り付けられた鋼管を備えることを特徴とする。

上記の柱梁接合構造において、前記鋼管は、前記Ｈ型鋼及び前記鉄筋コンクリート部材を貫通するように取り付けられていてもよい。また、前記鋼管は、前記梁に鉛直荷重が作用した際に、前記鉄筋コンクリート部材から前記Ｈ型鋼に作用する支圧反力が実質的に０となるような位置に設けられていてもよい。

また、前記Ｈ型鋼は、前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の梁中央側端部において、前記ウエブの両側に、夫々、端部スチフナを備えてもよい。また、前記端部スチフナは、前記鉄筋コンクリート部材の梁中央側端面を覆うような形状に形成されていてもよい。

また、本発明の柱梁接合方法は、鉄筋コンクリート造の柱の側面に梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材を突出するように設け、当該鉄筋コンクリート部材内にＨ型鋼からなる梁の端部を埋設することにより、前記梁を前記柱に接合する柱梁接合方法であって、前記Ｈ型鋼が前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の中間部において、前記Ｈ型鋼に梁の幅方向に延びるように鋼管を取り付けることを特徴とする。

本発明によれば、Ｈ型鋼に梁の幅方向に延びるように取り付けられた鋼管が鉄筋コンクリート部材に埋設されるため、十分な定着力を確保できる。また、梁に鉛直荷重が作用すると、梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材及びＨ型鋼に圧縮力が作用するが、鋼管が圧縮力に抵抗するため、柱梁接合構造に開口を設けても、これら鉄筋コンクリート部材及びＨ型鋼が局所破壊するのを防止し、耐力の低下を防止できる。

本実施形態の柱梁接合構造を示す図であり、（Ａ）は梁の軸方向の鉛直断面図、（Ｂ）は水平断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるI−I断面図、（Ｄ）は（Ａ）におけるII−II断面図である。 Ｈ型鋼に荷重が作用した際に、Ｈ型鋼の埋設区間に作用する支圧反力の分布を示す図である。 （Ａ）は、梁に荷重が作用した際のＨ型鋼に作用する応力を示す図、（Ｂ）は、鉄筋コンクリート部材に作用する応力を示す図である。 （Ａ）は梁に荷重が作用した際の柱梁接合構造におけるモーメント分布を示すグラフ、（Ｂ）はせん断力分布を示すグラフである。 柱梁接合構造の構築方法を説明するための図である。

以下、本発明の柱梁接合構造の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態の柱梁接合構造１０を示す図であり、（Ａ）は梁２０の軸方向の鉛直断面図、（Ｂ）は水平断面図、（Ｃ）は（Ａ）におけるI−I断面図、（Ｄ）は（Ａ）におけるII−II断面図である。本実施形態の柱梁接合構造１０は、鉄筋コンクリート造の柱３０間にＨ型鋼２１からなる梁２０を架け渡すための柱３０と梁２０とを接合する構造である。なお、図中梁端部４０を構成する鉄筋コンクリート部材のせん断補強筋は図示を省略している。

各柱３０には、その側面から側方へ突出するように鉄筋コンクリート部材４１からなる梁端部４０が一体に設けられている。Ｈ型鋼２１は、両端部が夫々両側の柱３０に設けられた梁端部４０内に埋設され、先端がガセットプレート３１により柱３０に接続されている。このように、Ｈ型鋼２１の端部が柱３０の表面近傍まで到達しており、Ｈ型鋼２１と鉄筋コンクリート部材４１の鉄筋４２との間で重ね継手と同様の機構で引張荷重の伝達が行われるため、鉄筋４２とＨ型鋼２１との溶接を省略できる。なお、以下、このＨ型鋼２１が梁端部４０に埋設された区間を埋設区間という。

Ｈ型鋼２１の埋設区間の梁中央側端部に相当する位置には、梁端部４０を構成する鉄筋コンクリート部材４１の断面と同形状の端部スチフナ２４が取り付けられている。

梁端部４０の中間部には、鋼管２５が水平方向に鉄筋コンクリート部材４１及びＨ型鋼２１のウエブ２３を貫通するように設けられている。図２は、Ｈ型鋼２１に荷重が作用した際に、Ｈ型鋼２１の埋設区間に作用する支圧反力の分布を示す図である。同図に示すように、鋼管２５は、梁２０に鉛直荷重（長期荷重及び短期荷重によるせん断力）が作用した際に支圧反力の分布が逆転するような位置（すなわち、支圧反力が０となるような位置）に設けられている。そして、この鋼管２５の内部は設備配管を挿通させるための開口２６として利用することができる。

以下、かかる構成の梁２０に荷重が作用した際の柱梁接合構造１０における荷重の支持機構を説明する。なお、以下の説明では、梁はその中央の両側で対称であるため、梁の中央から一方の側に作用する応力を考える。

図３（Ａ）は、梁２０に荷重が作用した際のＨ型鋼２１に作用する応力を示す図、（Ｂ）は、鉄筋コンクリート部材４１に作用する応力を示す図である。また、図４（Ａ）は梁２０に荷重が作用した際の柱梁接合構造１０におけるモーメント分布を示すグラフ、（Ｂ）はせん断力分布を示すグラフであり、夫々のグラフにおいて、Ｈ型鋼２１が負担する分は縦線を、鉄筋コンクリート部材４１が負担する分は横線を付して示している。

図４に示すように、梁２０の中央部に荷重が作用すると梁２０には曲げモーメントとせん断力が作用する。曲げモーメントは、梁２０中央部から柱３０に向かって増加する分布となり、また、Ｈ型鋼２１及び鉄筋コンクリート部材４１が負担するせん断力の和は場所によらず一定の値となる。柱梁接合構造１０はＨ型鋼２１と梁端部４０を構成する鉄筋コンクリート部材４１とが夫々曲げモーメント及びせん断力を負担し、これに抵抗する。

図３（Ａ）に示すように、梁２０に鉛直荷重が作用すると、Ｈ型鋼２１には、埋設区間の梁中央側端部において上向きの支点反力が作用し、柱側端部において下向きの支点反力が作用する。このため、図４（Ａ）に示すように、Ｈ型鋼２１には、柱３０に向かって埋設区間の梁中央側端部まで増加し、梁中央側端部から減少するような分布で曲げモーメントが作用し、鉄筋コンクリート部材４１には上記の各支点反力に対応する応力が作用するため、梁端部４０を構成する鉄筋コンクリート部材４１には、柱３０に近いほど増加するような分布の曲げモーメントが作用する。

かかる曲げモーメント対して、Ｈ型鋼２１は、上下のフランジ２２が夫々引張力及び圧縮力を負担することにより抵抗する。また、鉄筋コンクリート部材４１は、曲げモーメントに対して鉄筋４２の引張耐力とコンクリートの圧縮耐力により抵抗する。この際、鉄筋コンクリート部材４１には開口２６が設けられているが、その周囲の鋼管２５がリングコンプレッション効果により抵抗するため、この周囲に圧縮応力が集中することがなく、開口２６が設けられていない場合と同様の耐力を確保することができる。

また、図３（Ｂ）に示すように、梁２０に鉛直荷重が作用すると、Ｈ型鋼２１には、埋設区間よりも中央側では正の値となり、埋設区間内では負の値となるような分布のせん断力が作用する。また、鉄筋コンクリート部材４１には、全長に亘って一定の正のせん断力が作用する。

かかるせん断力に対してＨ型鋼２１は、せん断力に対してウエブ２３が負担することにより抵抗する。また、鉄筋コンクリート部材４１はせん断力に対して、図４（Ｂ）に示すように、梁端部４０に梁中央側の上部と、柱側下部とを結ぶように斜めに形成された圧縮ストラット（図中灰色で示す）が抵抗する。

ここで、圧縮ストラットは開口２６が形成された部分を通るように形成されるが、開口２６の周囲に鋼管２５が配置されていることで、鋼管２５がリングコンプレッション効果により、圧縮ストラットに沿った方向の圧縮力を伝達する。このため、開口２６が形成されていない場合と同様の抵抗力を確保することができる。

また、圧縮ストラットは、梁端部４０を構成する鉄筋コンクリート部材４１の上下のフランジ２２の外側の領域に形成されるが、本実施形態では、端部スチフナ２４が梁端部４０を構成する鉄筋コンクリート部材４１の断面と同形状（つまり、鉄筋コンクリート部材４１の端面全体を覆うような形状）に形成されているため、圧縮ストラットがＨ型鋼２１の外側の領域に形成されても、Ｈ型鋼２１に作用するせん断力が梁中央側端部において、端部スチフナ２４を介して圧縮ストラットに伝達される。

また、上記のように鋼管２５が埋設区間の中間部に鉄筋コンクリート部材４１及びＨ型鋼２１を貫通するように設けられている。この鋼管２５が鉄筋コンクリート部材４１にから支圧力を受けるため、より強固にＨ型鋼２１を鉄筋コンクリート部材４１に定着することができる。このため、柱梁接合構造１０に十分な耐力を持たせることができる。

さらに、鋼管２５は、梁２０に鉛直荷重が作用した際に支圧反力が０となるような箇所に設けられており、これにより、Ｈ型鋼２１及び鉄筋コンクリート部材４１の間の変形が小さく、より効率よくＨ型鋼２１を鉄筋コンクリート部材４１に定着できる。

なお、上記のような柱梁接合構造１０は、以下のようにして構築することができる。
まず、図５（Ａ）に示すように、側面から接続筋４３が突出するように梁２０の両側の柱３０を構築する。柱３０は、ＰＣ柱部材を建て込むことにより構築してもよいし、現場において鉄筋を配筋し、型枠を設置し、コンクリートを打設して構築してもよい。そして、構築した柱３０にガセットプレート３１を取り付ける。

次に、図５（Ｂ）に示すように、鋼管２５及び端部スチフナ２４が取り付けられたＨ型鋼２１を柱３０間に建て込む。そして、ガセットプレート３１により、Ｈ型鋼２１の両端を柱３０に接続する。また、接続筋４３に鉄筋４２を継手する。このとき、Ｈ型鋼２１の端部が柱３０の表面近傍まで到達していることで、ガセットプレート３１とピン接合することができる。また、このようにピン接合することで、図３（Ａ）を参照して説明したようなＨ型鋼２１の負担するモーメントが柱３０側端部において０となるモーメント分布が確実に実現される。

次に、図５（Ｃ）に示すように、梁端部４０を構成するコンクリートを打設する。この際、端部スチフナ２４は構築すべき梁端部４０と同一の断面を有するため、型枠の一部として利用することができる。
以上の工程により柱３０の間に梁を架け渡すことができる。

本実施形態によれば、曲げモーメントに対しては、Ｈ型鋼２１は上下のフランジ２２が圧縮力及び引張力を負担することにより抵抗し、鉄筋コンクリート部材４１は鉄筋４２が引張力をコンクリートが圧縮力を負担することにより抵抗する。この際、開口２６の周囲に鋼管２５が配置されることで、開口２６の周囲に局所的な応力が作用するのを防止し、耐力の低下を防止できる。

また、せん断力に対しては、Ｈ型鋼２１はウエブ２３がこのせん断力を負担し、鉄筋コンクリート部材４１は圧縮ストラットが負担することにより抵抗する。この際、開口２６を通るように圧縮ストラットが形成されることとなるが、開口２６の周囲に鋼管２５が配置されることで、鋼管２５がリングコンプレッション効果により、圧縮ストラットに沿った方向の圧縮力が伝達され、耐力の低下を防止できる。

さらに、鋼管２５が埋設区間の中間部に鉄筋コンクリート部材４１及びＨ型鋼２１を貫通するように設けられており、この鋼管２５が鉄筋コンクリート部材４１から支圧力を受ける。これにより、より強固にＨ型鋼２１が鉄筋コンクリート部材４１に定着されることとなり、柱梁接合構造１０に十分な耐力を持たせることができる。

また、鋼管２５を設ける位置を、梁２０に鉛直荷重が作用した際に、Ｈ型鋼２１に生じる支圧反力が０となる箇所にしたため、Ｈ型鋼２１及び鉄筋コンクリート部材４１に生じる変形が小さく、より確実にＨ型鋼２１を鉄筋コンクリート部材４１に定着することができる。

なお、本実施形態では、端部スチフナ２４を梁端部４０の全領域を覆うような断面形状としたが、これに限らず、埋設区間の間で十分に鉄筋コンクリート部材４１とＨ型鋼２１の間の応力伝達が行われる場合には、端部スチフナ２４を梁端部４０の一部のみを覆うような形状としてもよいし、省略してもよい。
また、本実施形態では、鋼管２５をＨ型鋼２１及び鉄筋コンクリート部材４１を貫通するように設けたが、これに限らず、鋼管２５を梁の幅方向に延びるようにＨ型鋼２１のウエブに溶接することなどによりＨ型鋼２１に取り付け、鉄筋コンクリート部材４１内に埋設する構成としてもよい。

１０ 柱梁接合構造
２０ 梁
２１ Ｈ型鋼
２２ フランジ
２３ ウエブ
２４ 端部スチフナ
２５ 鋼管
３０ 柱
３１ ガセットプレート
４０ 梁端部
４１ 鉄筋コンクリート部材
４２ 鉄筋

Claims (6)

1. 鉄筋コンクリート造の柱の側面から、梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材が突出し、当該鉄筋コンクリート部材内にＨ型鋼からなる梁の端部が埋設されてなる柱梁接合構造であって、
   前記Ｈ型鋼が前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の中間部において、前記Ｈ型鋼に梁の幅方向に延びるように取り付けられた鋼管を備えることを特徴とする柱梁接合構造。
2. 請求項１記載の柱梁接合構造であって、
   前記鋼管は、前記Ｈ型鋼及び前記鉄筋コンクリート部材を貫通するように取り付けられていることを特徴とする柱梁接合構造。
3. 請求項１又は２記載の柱梁接合構造であって、
   前記鋼管は、前記梁に鉛直荷重が作用した際に、前記鉄筋コンクリート部材から前記Ｈ型鋼に作用する支圧反力が実質的に０となるような位置に設けられていることを特徴とする柱梁接合構造。
4. 請求項１から３のうち何れか１項に記載の柱梁接合構造であって、
   前記Ｈ型鋼は、前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の梁中央側端部において、前記ウエブの両側に、夫々、端部スチフナを備えることを特徴とする柱梁接合構造。
5. 請求項１から４のうち何れか１項に記載の柱梁接合構造であって、
   前記端部スチフナは、前記鉄筋コンクリート部材の梁中央側端面を覆うような形状に形成されていることを特徴とする柱梁接合構造。
6. 鉄筋コンクリート造の柱の側面に梁端部を構成する鉄筋コンクリート部材を突出するように設け、当該鉄筋コンクリート部材内にＨ型鋼からなる梁の端部を埋設することにより、前記梁を前記柱に接合する柱梁接合方法であって、
   前記Ｈ型鋼が前記鉄筋コンクリート部材内に埋設された部分の中間部において、前記Ｈ型鋼に梁の幅方向に延びるように鋼管を取り付けることを特徴とする柱梁接合方法。