JP2020012329A - Beam joint structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、柱梁接合構造に関する。 The present invention relates to a beam-column joint structure.
従来、柱と、柱に接合された梁と、を備える柱梁接合構造が、建築物等に用いられている。この柱梁接合構造において、柱と梁とが接合された部分である接合部の強度を高めるために、接合部にダイアフラムを設けることが行われている。しかし、柱梁接合構造にダイアフラムを設けるには、柱や補強材の切断、開先加工、溶接施工等の作業者の負荷が大きい。
このため、柱梁接合構造において、接合部にダイアフラムを備えずに、接合部の強度を高める検討が行われている。
BACKGROUND ART Conventionally, a column-beam joint structure including a column and a beam joined to the column has been used for a building or the like. In this column-beam joint structure, a diaphragm is provided at the joint in order to increase the strength of the joint, which is the portion where the column and the beam are joined. However, providing a diaphragm in the beam-column joint structure imposes a heavy load on an operator such as cutting, beveling, and welding of columns and reinforcing materials.
For this reason, in the beam-column joint structure, studies have been made to increase the strength of the joint without providing a diaphragm at the joint.
例えば、特許文献１に開示された柱梁接合構造では、柱及び梁がそれぞれＨ形鋼からなる場合に、接合部にダイアフラムを備えずに、接合部の強度を高める検討が行われている。
For example, in the column-beam joint structure disclosed in
一方で、ウェブ、及びウェブを挟むように配置されてウェブに取付けられた一対のフランジ、を有する柱鉄骨を備える柱を用いる検討が行われている。このような柱鉄骨としては、例えばＨ形鋼からなる鉄骨や、フランジ付き十字鉄骨からなる鉄骨等が挙げられる。
しかしながら、この場合には柱と梁との接合部における強度を高める検討は行われていなく、改善の余地がある。
On the other hand, studies have been made to use a column having a steel column having a web and a pair of flanges arranged to sandwich the web and attached to the web. Examples of such a column steel frame include a steel frame formed of an H-section steel and a steel frame formed of a flanged cross steel frame.
However, in this case, no study has been made to increase the strength at the joint between the column and the beam, and there is room for improvement.
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、ダイアフラムを備えていなくても柱と梁との接合部における強度を高めた柱梁接合構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a column-beam joint structure in which the strength at the joint between a column and a beam is increased even without a diaphragm. .
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の柱梁接合構造は、ウェブ、及び前記ウェブを挟むように配置されて前記ウェブに取付けられた一対のフランジを有する柱鉄骨と、前記柱鉄骨を囲むように配置されたコンクリート部と、を備える柱と、前記柱鉄骨の前記一対のフランジの一方に接合された梁と、前記柱と前記梁とが接合された接合部において、前記柱鉄骨の前記一対のフランジに沿い、かつ前記一対のフランジを囲むように環状に形成され、前記柱の前記コンクリート部に埋設された補強鉄筋と、を備えることを特徴としている。
In order to solve the above problems, the present invention proposes the following means.
The beam-column joint structure of the present invention, a web, a column steel frame having a pair of flanges arranged to sandwich the web and attached to the web, and a concrete portion arranged to surround the column steel frame, A column, a beam joined to one of the pair of flanges of the column steel, and a joint where the column and the beam are joined, along the pair of flanges of the column steel, and the pair And a reinforcing reinforcing bar buried in the concrete portion of the column and surrounding the flange.
この発明によれば、例えば、梁に作用する曲げモーメントにより、梁が接合された柱鉄骨のフランジが面外方向に引き抜かれようとする。しかし、接合部において、柱鉄骨の一対のフランジは、一対のフランジに沿うように配置され、かつ、環状に形成された補強鉄筋に囲われている。補強鉄筋に囲われたものが一体になって動くため、梁が接合されたフランジを含む一対のフランジが面外方向に引き抜かれるのが抑制される。これによって、これら一対のフランジを囲むコンクリート部が面外方向に引き抜かれるのが抑制される。従って、ダイアフラムを備えていなくても柱と梁との接合部における強度を高めることができる。 According to the present invention, for example, the bending moment acting on the beam tends to pull out the flange of the column steel frame to which the beam is joined in the out-of-plane direction. However, at the joint, the pair of flanges of the columnar steel frame are arranged along the pair of flanges and are surrounded by an annular reinforcing reinforcing bar. Since the members surrounded by the reinforcing bars move integrally, the pair of flanges including the flange to which the beam is joined is prevented from being pulled out in the out-of-plane direction. This prevents the concrete portions surrounding the pair of flanges from being pulled out in the out-of-plane direction. Therefore, the strength at the joint between the column and the beam can be increased even without the diaphragm.
また、上記の柱梁接合構造において、前記柱鉄骨は、前記ウェブが十字状に配置されて、それぞれの前記ウェブに前記一対のフランジが前記ウェブを挟むように配置されており、前記補強鉄筋は、２組の前記一対のフランジを囲い、前記柱鉄骨の中心軸に沿う方向に見たときに八角形状であってもよい。
この発明によれば、柱鉄骨において、中心軸周りに隣り合ういずれの一対のフランジの間においても、この一対のフランジの間を補強鉄筋が張った状態にして、この一対のフランジを囲うことができる。これにより、梁が接合されたフランジが面外方向に引き抜かれるのをより確実に抑制することができる。
Further, in the above-mentioned beam-column joint structure, in the column steel frame, the webs are arranged in a cross shape, and the pair of flanges are arranged on each of the webs so as to sandwich the web. And an octagonal shape surrounding the pair of flanges and viewed in a direction along a central axis of the column steel frame.
According to the present invention, in a column steel frame, between any pair of flanges adjacent around the central axis, a reinforcing reinforcing bar is stretched between the pair of flanges to surround the pair of flanges. it can. Thus, it is possible to more reliably suppress the flange to which the beam is joined from being pulled out in the out-of-plane direction.
また、上記の柱梁接合構造において、前記補強鉄筋は、前記一対のフランジを囲い、前記柱鉄骨の中心軸に沿う方向に見たときに矩形状であってもよい。
この発明によれば、ウェブを挟んで対向する一対のフランジがそれぞれ面外方向に引き抜かれるのをより確実に抑制することができる。
In the column-beam joint structure, the reinforcing bar may surround the pair of flanges, and may have a rectangular shape when viewed in a direction along a central axis of the column steel frame.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it can suppress more reliably that a pair of flange which opposes across a web respectively is pulled out to an out-of-plane direction.
また、上記の柱梁接合構造において、前記補強鉄筋は、前記梁が備えるフランジの前記柱の長手方向に沿う方向の位置と対応する位置に設けられていてもよい。前記補強鉄筋は、前記梁が備える一対のフランジのうち少なくとも一方に設けられていてもよい。
この発明によれば、柱の長手方向に沿う方向において、引張り力又は圧縮力が最大になる位置、及び補強鉄筋が配置された位置を対応させることにより、柱のコンクリート部のうち最も破壊しやすい部分を、補強鉄筋により効果的に補強することができる。
In the column-beam joint structure, the reinforcing bar may be provided at a position corresponding to a position of a flange of the beam in a direction along a longitudinal direction of the column. The reinforcing bar may be provided on at least one of a pair of flanges of the beam.
According to the present invention, in the direction along the longitudinal direction of the column, the position where the tensile force or the compressive force is maximized, and the position where the reinforcing bar is arranged correspond to each other, so that the concrete portion of the column is most easily broken. The part can be effectively reinforced by the reinforcing bar.
また、上記の柱梁接合構造において、前記補強鉄筋は、引張強さが４９０ＭＰａ以上の材料で形成されていてもよい。
この発明によれば、柱と梁との接合部における強度をより確実に高めることができる。
In the above-mentioned beam-column joint structure, the reinforcing reinforcing bar may be formed of a material having a tensile strength of 490 MPa or more.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the intensity | strength in the junction part of a pillar and a beam can be improved more reliably.
また、上記の柱梁接合構造において、前記補強鉄筋は、前記梁のせいの中心を範囲の中心とした、前記柱の長手方向に沿う（Ｈｂ＋２ｙ）の式により得られる値の範囲内に配置されていてもよい。
ただし、Ｂｃ：前記柱鉄骨の前記フランジの幅、ｔｃｆ：前記柱鉄骨の前記フランジの板厚、ｔｃｗ：前記柱鉄骨のウェブ又は十字鉄骨の板厚、σｃｆｙ：前記柱鉄骨の前記フランジの降伏強さ、σｃｗｙ：前記柱鉄骨の前記ウェブ又は前記十字鉄骨の降伏強さ、Ｈｂ：前記梁のせい、Ｆｃ：前記柱の前記コンクリート部の強度、ｄ：前記柱鉄骨の前記フランジに対する前記コンクリート部のかぶり厚さ。
Further, in the above-mentioned column-beam joint structure, the reinforcing reinforcing bar is set within a range of a value obtained by an equation of ( Hb + 2y) along the longitudinal direction of the column, with the center of the beam being the center of the range. It may be arranged.
Here, B c : the width of the flange of the column steel, t cf : the thickness of the flange of the column steel, t cw : the thickness of the web or the cross steel of the column steel, and σ cfy : the thickness of the column steel. Yield strength of the flange, σ cwy : Yield strength of the web or the cross steel frame of the column steel, H b : Because of the beam, F c : Strength of the concrete part of the column, d: Strength of the column steel Cover thickness of the concrete part with respect to the flange.
この発明によれば、塑性ヒンジを用いた崩壊機構を仮定した場合において、柱のコンクリート部に引張り力が作用する範囲に補強鉄筋を効果的に配置することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, assuming the collapse mechanism using a plastic hinge, a reinforcing steel bar can be effectively arrange | positioned in the range where a tensile force acts on the concrete part of a column.
また、上記の柱梁接合構造において、前記柱梁接合構造は、ダイアフラムを備えなくてもよい。
この発明によれば、ダイアフラムを備えない柱梁接合構造において、柱と梁との接合部における強度を高めることができる。
In the above-mentioned beam-column joint structure, the beam-column joint structure may not include a diaphragm.
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the beam-column joint structure without a diaphragm, the intensity | strength in the joint part of a column and a beam can be improved.
本発明の柱梁接合構造によれば、ダイアフラムを備えていなくても柱と梁との接合部における強度を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the beam-column joint structure of this invention, the intensity | strength in the joint part of a column and a beam can be improved, even if it does not have a diaphragm.
以下、本発明に係る柱梁接合構造の一実施形態を、図１から図９を参照しながら説明する。 Hereinafter, an embodiment of a beam-column joint structure according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 9.
〔１．柱梁接合構造の基本構成〕
図１及び図２に示すように、本実施形態の柱梁接合構造１は、鉄骨鉄筋コンクリート（ＳＲＣ）造の柱１１と、鉄骨造の梁２１と、柱１１のコンクリート部１７に埋設された帯鉄筋３１及び補強鉄筋３６と、を備えている。なお、図１中には、補強鉄筋３６を示していない。図２は、柱１１の後述する柱鉄骨１２の中心軸Ｃ１に沿う方向に見た平面図であり、コンクリート部１７の一部を透過して示している。
柱梁接合構造１では、柱１１と梁２１とが接合された部分に、接合部４１が形成されている。
図１及び図２に示すように、本実施形態では、柱１１は、柱１１の長手方向（材長方向）が上下方向となるように配置され、梁２１は、梁２１の長手方向が水平面に沿うように配置されている。しかし、柱１１は長手方向が上下方向に対して傾いて配置されてもよいし、梁２１は長手方向が水平面に対して傾いて配置されてもよい。
なお、柱梁接合構造１は、柱１１と梁２１との接合に際してダイアフラム（スチフナ）を備えない形式、いわゆるノンダイアフラム形式である。
[1. Basic configuration of beam-column joint structure)
As shown in FIGS. 1 and 2, the beam-column
In the beam-column
As shown in FIGS. 1 and 2, in the present embodiment, the
The beam-column
柱１１は、柱鉄骨１２と、前述のコンクリート部１７と、を備えている。
柱鉄骨１２は、フランジ付き十字鉄骨からなり、十字鉄骨１３と、十字鉄骨１３の端部に接合された複数（本実施形態では４つ）のフランジ１４と、を備えている。
十字鉄骨１３は、例えば、一対のウェブ１３ａが平面視で十字状に配置されて形成されている。本実施形態では、複数のウェブ１３ａの厚さは、互いに同一である。
４つのフランジ１４のうちの２つは、一対のウェブ１３ａのうちの一方のウェブ１３ａを、ウェブ１３ａの幅方向に挟むように配置されてこのウェブ１３ａに取付けられている。４つのフランジ１４のうちの他の２つは、一対のウェブ１３ａのうちの他方のウェブ１３ａを、ウェブ１３ａの幅方向に挟むように配置されてこのウェブ１３ａに取付けられている。
複数のフランジ１４は、十字鉄骨１３のウェブ１３ａの端部に溶接等により接合されている。
The
The
The
Two of the four
The plurality of
コンクリート部１７は、平面視において矩形状である。コンクリート部１７は、柱鉄骨１２を囲むように配置されている。
The
梁２１は、Ｈ形鋼製である。梁２１は、ウェブ２３と、このウェブ２３の両端部に接合された一対のフランジ２４と、を備えている。ウェブ２３は、厚さ方向が水平面に沿うように配置されている。以下では、一対のフランジ２４のうち、上方に配置されたフランジ２４をフランジ２４Ａ、下方に配置されたフランジ２４をフランジ２４Ｂとも言う。
梁２１のフランジ２４は、接合部４１において柱鉄骨１２のフランジ１４に溶接により接合されている。梁２１のウェブ２３は、柱鉄骨１２のフランジ１４に溶接又は高力ボルトにより接合されている。このようにして、梁２１は、柱鉄骨１２のフランジ１４に接合されている。
フランジ２４Ａは接合部４１の上部に配置され、フランジ２４Ｂは接合部４１の下部に配置されている。
The
The
The
帯鉄筋３１は、平面視で矩形の環状に形成されて、コンクリート部１７の外面近くに配置されている。なお、帯鉄筋３１以外に、コンクリート部１７の外面近くに縦鉄筋及び横鉄筋が埋設されていてもよい。
図２に示すように、補強鉄筋３６は、環状に形成され、柱鉄骨１２の全体、すなわち２組の一対のフランジ１４、及び、一対のウェブ１３ａを囲むように配置されている。補強鉄筋３６は、フランジ１４に沿って、フランジ１４に近接して配置されている。補強鉄筋３６は、柱鉄骨１２のフランジ１４に対応して設けられた複数の支持部３７と、複数の支持部３７同士を連結する連結部３８と、を備えている。
各支持部３７は、直線状に形成され、柱鉄骨１２のフランジ１４における十字鉄骨１３とは反対側の外面に接触している。支持部３７の長さはフランジ１４の幅と同等であり、支持部３７は、フランジ１４の幅の範囲に配置されている。
なお、支持部３７は、フランジ１４に対して十字鉄骨１３とは反対側に離間した位置に配置されてもよい。支持部３７とフランジ１４との距離は、フランジ１４に対するコンクリート部１７のかぶり厚さの半分以下であることが好ましい。
The
As shown in FIG. 2, the reinforcing reinforcing
Each
Note that the
連結部３８は、直線状に形成され、柱鉄骨１２の中心軸Ｃ１周りに隣り合う一対の支持部３７同士を連結している。
このように構成された補強鉄筋３６は、図２に示す平面視において正八角形状（八角形状）であり、柱鉄骨１２と帯鉄筋３１との間に配置されている。補強鉄筋３６は、帯鉄筋３１により囲われている。
The connecting
The reinforcing reinforcing
図３に示すように、補強鉄筋３６は、フランジ２４Ａの上下方向に沿う方向の位置と対応する位置に設けられている。より具体的には、補強鉄筋３６は、梁２１のフランジ２４Ａの位置と上下方向で一致している。柱梁接合構造１が備える一対の補強鉄筋３６は、フランジ２４Ａの上下方向に挟むように配置されている。なお、補強鉄筋３６は、フランジ２４Ｂの上下方向に沿う方向の位置と対応する位置に設けられていてもよい。
補強鉄筋３６は、引張強さが４９０ＭＰａ以上の鋼材等の材料で形成されていることが好ましい。この場合、補強鉄筋３６は高強度鉄筋になる。
As shown in FIG. 3, the reinforcing reinforcing
The reinforcing reinforcing
なお、柱梁接合構造１が備える柱１１、梁２１、及び補強鉄筋３６の数は限定されず、それぞれ１つ以上であればよい。また、柱梁接合構造１は帯鉄筋３１を備えなくてもよい。
In addition, the number of the
〔２．本発明で提案する崩壊機構〕
柱梁接合構造１の崩壊機構として、図３から図５に示す機構を仮定する。図３から図５は、柱梁接合構造１が変形した後の状態を示している。柱鉄骨１２のフランジ１４に上方に塑性ヒンジ１４１、１４３、下方に塑性ヒンジ１４２、１４４がそれぞれ形成されるとする。すなわち、柱鉄骨１２の梁２１が接合されたフランジ１４における梁２１の一対のフランジ２４が接合された部分に、塑性ヒンジ１４１、１４３、及び塑性ヒンジ１４２、１４４がそれぞれ形成されるとする。後述する塑性回転角度θ１、θ２が０（ｒａｄｉａｎ）の状態から図３に示す塑性回転角度θ１、θ２が正の状態まで変形したとする。
梁２１の引張側のフランジ２４Ａが柱鉄骨１２のフランジ１４を面外方向に引き抜く力に対しては、鉄骨である柱鉄骨１２は、フランジ１４の面外変形と十字鉄骨１３のウェブ１３ａの局部降伏を生じる。これにより、柱鉄骨１２のウェブ１３ａに局部降伏１３ａ１が形成される。また、柱鉄骨１２のフランジ１４には、塑性ヒンジ１４１が形成される。
柱鉄骨１２のフランジ１４が面外方向に変形することよって、フランジ１４の外側のかぶりコンクリート１７ａがコーン状破壊する。かぶりコンクリート１７ａの側面１７ａ１を、図４中にハッチングを付して示す。また、柱鉄骨１２のフランジ１４の外側に配置した補強鉄筋３６は、連結部３８において引張降伏する。
[2. Disintegration mechanism proposed in the present invention)
The mechanism shown in FIGS. 3 to 5 is assumed as a collapse mechanism of the beam-column
With respect to the force by which the
When the
図３に示すように、梁２１の圧縮側のフランジ２４Ｂが柱鉄骨１２のフランジ１４を面外方向に押し込む力に対しては、フランジ１４が内側に面外変形してウェブ１３ａの局部降伏が生じ、フランジ１４の内側のコンクリート部１７が支圧破壊すると仮定している。このとき、コンクリート部１７に、支圧破壊部１７ｂが形成される。支圧破壊部１７ｂを、図５中にハッチングを付して示す。また、図３に示すように、柱鉄骨１２のフランジ１４には、塑性ヒンジ１４２が形成される。
一般にコンクリート部の支圧耐力はコーン状破壊耐力よりも大きくなるため、接合部４１の断面内の釣合条件を満たす中立軸Ｃ３は、梁せいＨｂ（梁のせい（成）、ｍｍ）の上下方向の中心よりも圧縮側のフランジ２４Ｂ側に位置する。
なお、梁せいＨｂ等の寸法は、図３から図５を参照のこと。
As shown in FIG. 3, with respect to the force by which the
In general, the bearing capacity of the concrete part is larger than the cone-shaped fracture strength, so that the neutral axis C3 that satisfies the equilibrium condition in the cross section of the
For the dimensions of the beam Hb and the like, see FIGS. 3 to 5.
本崩壊機構は、梁２１の端部の曲げモーメントに対して接合部４１が図３に示す角度θ（ｒａｄｉａｎ）回転した状態を仮定している。ただし、角度θは微小な角度であり、ｔａｎθがθに等しい等と近似することができる。
本崩壊機構で用いる変数は、図中に示すｘ、ｙ、ｚ（ｍｍ）である。変数ｘは、梁２１の端部の曲げモーメントに対する中立軸Ｃ３の位置を決定する係数で、０以上１以下の任意の値を取り得る。変数ｘは、梁２１の端部に曲げモーメントが作用したときの、梁２１の引張側のフランジ２４Ａの外表面から中立軸Ｃ３までの距離の梁せいＨｂに対する比である。変数ｙは、梁２１のフランジ２４Ａの上方にある塑性ヒンジ１４１、塑性ヒンジ１４３間の上下方向の長さである。変数ｚは、梁２１のフランジ２４Ｂの下方にある塑性ヒンジ１４２、塑性ヒンジ１４４間の上下方向の長さである。変数ｙ、ｚは、任意の正数（０よりも大きい値）を取り得る。
This collapse mechanism assumes a state where the joint 41 is rotated by an angle θ (radian) shown in FIG. 3 with respect to the bending moment at the end of the
The variables used in the present collapse mechanism are x, y, and z (mm) shown in the figure. The variable x is a coefficient that determines the position of the neutral axis C3 with respect to the bending moment at the end of the
これらの変数ｘ、ｙ、ｚを用いて、柱鉄骨１２のフランジ１４と梁２１のフランジ２４Ａ、２４Ｂの交差部における面外変形量δ１、δ２（ｍｍ）は、（６）式及び（７）式を用いて（８）式及び（９）式によって表わすことができる。ここで、梁２１のフランジ２４の板厚をｔｂｆ（ｍｍ）、フランジ１４及びフランジ２４Ａ、２４Ｂの交差部に仮定する剛域の幅をｔ’（ｍｍ）とする。
Using these variables x, y, and z, the out-of-plane deformation amounts δ 1 , δ 2 (mm) at the intersections of the
なお、一般にコンクリート部の支圧耐力はコーン状破壊耐力よりも大きくなるため、接合部４１における変形は、フランジ２４Ｂ側の面外変形量δ２よりもフランジ２４Ａ側の面外変形量δ１の方が大きい。（６）式を仮定しているため、変数Ｈは梁せいＨｂに等しい。
柱鉄骨１２のフランジ１４の降伏ヒンジ線に生じる塑性回転角度θ１、θ２（ｒａｄｉａｎ）は、（１２）式及び（１３）式によって表わすことができる。
In general for Bearing Strength of Concrete portion is larger than the conical fracture strength, deformation at the
The plastic rotation angles θ 1 and θ 2 (radian) generated at the yield hinge line of the
〔３．崩壊曲げモーメント〕
柱鉄骨１２及び梁２１等のような鋼材の実際の応力−ひずみ特性を、図６に示す。図６の横軸は鋼材のひずみを表し、縦軸は鋼材に作用する応力を表す。鋼材には、ひずみが０の状態から、ひずみが増加するのにしたがって応力が比例して増加する弾性領域Ｒ１がある。弾性領域Ｒ１よりもひずみが大きい範囲が、非弾性領域Ｒ２である。非弾性領域Ｒ２では、弾性領域Ｒ１よりも応力の増加率が低下する。弾性領域Ｒ１と非弾性領域Ｒ２との境界となる応力が、降伏応力σ１である。
非弾性領域Ｒ２では、最大応力σ２において応力が最大値となる。最大応力σ２に対応するひずみよりもひずみが大きくなると、応力は最大応力σ２よりも低下する。鋼材は、ひずみε１において破断する。
[3. (Collapse bending moment)
FIG. 6 shows actual stress-strain characteristics of a steel material such as the
In inelastic regions R2, stress becomes maximum at the maximum stress sigma 2. When the strain becomes larger than the strain corresponding to the maximum stress σ 2 , the stress becomes lower than the maximum stress σ 2 . Steel, breaks in strain epsilon 1.
これに対して、本実施形態では極限解析の手法を用いて理論解を求めるにあたり、柱鉄骨１２及び梁２１の応力−ひずみ特性として、図７に線Ｌ１で示す剛塑性関係となるモデルを仮定している。図７の横軸は鋼材のひずみを表し、縦軸は鋼材に作用する応力を表す。
このモデルでは、ひずみが０のままで応力が増加する。応力が降伏応力σ１となったときに、鋼材が降伏する。鋼材が降伏した後は、応力が変わらずにひずみが増加する。このモデルでは、ひずみ硬化は考慮されない。
On the other hand, in the present embodiment, when a theoretical solution is obtained using the limit analysis method, a model having a rigid-plastic relationship shown by a line L1 in FIG. 7 is assumed as the stress-strain characteristic of the
In this model, the stress increases while the strain remains zero. When the stress becomes yield stress sigma 1, steel will yield. After the steel yields, the strain increases without changing the stress. In this model, strain hardening is not considered.
次に、崩壊曲げモーメントの詳細について説明する。
柱鉄骨１２のフランジ１４の降伏ヒンジ線の単位長さあたりの降伏モーメントＭ２（Ｎ）、柱鉄骨１２のウェブ１３ａに生ずる不連続線の単位長さあたりの降伏軸力Ｎ２（Ｎ／ｍｍ）、及び補強鉄筋３６の降伏軸力Ｔ２（Ｎ）は、それぞれ（１４）式から（１６）式で与えられる。
ここで、柱鉄骨１２のフランジ１４の板厚をｔｃｆ（ｍｍ）、柱鉄骨１２の十字鉄骨１３（ウェブ１３ａ）の板厚をｔｃｗ（ｍｍ）、柱鉄骨１２のフランジ１４の降伏強さをσｃｆｙ（Ｎ／ｍｍ２）、柱鉄骨１２の十字鉄骨１３の降伏強さをσｃｗｙ（Ｎ／ｍｍ２）、σｒｙを補強鉄筋３６の降伏強さ（Ｎ／ｍｍ２）、Ａｒを補強鉄筋３６の断面積（ｍｍ２）とする。
Next, details of the collapse bending moment will be described.
The yield moment M 2 (N) per unit length of the yield hinge line of the
Here, the thickness of the
柱鉄骨１２のフランジ１４の面外変形による内部仕事Ｗｃｆは、各降伏ヒンジ線の塑性回転による仕事の和として、（２０）式で与えられる。また、柱鉄骨１２のウェブ１３ａの局部降伏による内部仕事Ｗｃｗは、各々の不連続線上で生じる塑性流れによる仕事の和として、（２１）式で与えられる。
梁２１の引張側のフランジ２４Ａ周りのかぶりコンクリート１７ａに生じるコーン状破壊による内部仕事ＷＲＣ１は、（２２）式で与えられる。梁２１の圧縮側のフランジ２４Ｂ周りに生じる内部のコンクリート部１７の支圧破壊による内部仕事ＷＲＣ２は、（２３）式で与えられる。
そして、引張側のフランジ２４Ａ周りの補強鉄筋３６の軸降伏による内部仕事Ｗｒは、（２４）式で与えられる。
The internal work W cf due to the out-of-plane deformation of the
The internal work WRC1 due to the cone-shaped fracture occurring in the cover concrete 17a around the
Then, the internal work W r by axial yielding of the reinforcing
ここで、柱鉄骨１２のフランジ１４の幅をＢｃ（ｍｍ）、柱鉄骨１２のフランジ１４に対するコンクリート部１７のかぶり厚さをｄ（ｍｍ、図２参照）、コンクリート部１７の強度（設計基準強度）をＦｃ（Ｎ／ｍｍ２）、梁２１のコンクリート部１７の支圧効果係数をλ（−）（本実施形態では１．５とする）、補強鉄筋３６の連結部３８と十字鉄骨１３のウェブ１３ａとがなす角度をα（ｒａｄｉａｎ、図２参照）、補強鉄筋３６の本数をｎとする。
Here, width B c of the
仮想仕事の原理より、接合部４１についての崩壊曲げモーメントＭ（Ｎｍｍ）は（２７）式で与えられる。すなわち、内部仕事Ｗｃｆと、内部仕事Ｗｃｗと、内部仕事ＷＲＣ１と、内部仕事ＷＲＣ２と、内部仕事Ｗｒとの和が、接合部４１の崩壊曲げモーメントＭと、梁２１の端部の曲げモーメントに対する接合部４１の回転角度θとの積に等しいという（２７）式による第一方程式が導かれる。
According to the principle of virtual work, the collapse bending moment M (Nmm) of the joint 41 is given by Expression (27). That is, the sum of the internal work W cf , the internal work W cw , the internal work W RC1 , the internal work W RC2, and the internal work W r becomes the collapse bending moment M of the joint 41 and the end of the
崩壊曲げモーメントＭの最小値である全塑性曲げモーメントｊＭｐ（Ｎｍｍ）は、（３０）式を連立して解くことで求められ、（３１）式から（３４）式によって与えられる。（３０）式は、崩壊曲げモーメントＭを変数ｘ、ｙ、ｚで偏微分した値がそれぞれ０に等しいことを表す方程式である。（３１）式から（３３）式により、変数ｘ、ｙ、ｚが求められる。全塑性曲げモーメントｊＭｐは、（３１）式から（３３）式によって与えられた変数ｘ、ｙ、ｚを用いて（３４）式によって与えられる。 Bending fully plastic is the minimum of disruption bending moment M moment j M p (Nmm) is sought by solving simultaneous equations (30) below is given by (34) from equation (31). Equation (30) is an equation representing that values obtained by partially differentiating the collapse bending moment M with the variables x, y, and z are each equal to zero. The variables x, y, and z are obtained from the equations (31) to (33). The total plastic bending moment j MP is given by equation (34) using the variables x, y, and z given by equations (31) to (33).
なお、全塑性曲げモーメントｊＭｐは、図７において鋼材が降伏したときの曲げモーメントを表し、接合部４１の全塑性耐力に相当する。
基本的に、変数ｙは変数ｚよりも大きい。これは、前述のようにコンクリート部の支圧耐力はコーン状破壊耐力よりも大きくなるためである。コンクリート部１７の強度Ｆｃが０である場合（柱１１が帯鉄筋３１、補強鉄筋３６、及びコンクリート部１７を備えない鉄骨造の柱の場合）には、変数ｙと変数ｚとが等しくなる。
Note that the total plastic bending moment j M p represents the bending moment when the steel material yields in FIG. 7 and corresponds to the total plastic strength of the joint 41.
Basically, the variable y is larger than the variable z. This is because the bearing capacity of the concrete portion is larger than the cone-shaped breaking strength as described above. If the intensity F c of the
（３２）式に、（１４）式、（１５）式により与えられる降伏モーメントＭ２、単位長さあたりの降伏軸力Ｎ２を代入して整理すると、（３６）式が得られる。 By substituting the yield moment M 2 and the yield axial force N 2 per unit length given by the equations (14) and (15) into the equation (32), the equation (36) is obtained.
前述のように、本崩壊機構では、塑性ヒンジにより示した梁２１よりも上方の変数ｙの範囲、梁２１のせいの範囲、及び、梁２１よりも下方の変数ｚの範囲にそれぞれ対応する柱鉄骨１２のフランジ１４のみが、引っ張られたり圧縮されたりする。基本的に、変数ｙは変数ｚよりも大きい。梁２１のせいの中心から上方に（Ｈ／２＋ｙ）の式により得られる値の範囲、及び、この中心から下方に（Ｈ／２＋ｚ）の式により得られる値の範囲よりも、この中心を範囲の中心とした上下方向に沿う（Ｈ＋２ｙ）の式により得られる値の範囲（以下、（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲と言う）の方が広い。このため、梁２１に下方及び上方から荷重が作用しても、（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲の柱鉄骨１２のフランジ１４のみが、梁２１により引張られるか圧縮されることが分かる。
補強鉄筋３６を（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲内に配置すると、柱１１のコンクリート部１７に引張り力又は圧縮力が作用する範囲に、補強鉄筋３６が効果的に配置される。
As described above, in the present collapse mechanism, the columns corresponding to the range of the variable y above the
When the reinforcing
以上説明したように、本実施形態の柱梁接合構造１によれば、例えば、梁２１に作用する曲げモーメントにより、梁２１が接合された柱鉄骨１２のフランジ１４が面外方向に引き抜かれようとする。しかし、接合部４１において、柱鉄骨１２の２組の一対のフランジ１４は、一対のフランジ１４に沿うように配置され、かつ、環状に形成された補強鉄筋３６に囲われている。補強鉄筋３６に囲われたものが一体になって動くため、梁２１が接合されたフランジ１４を含む２組の一対のフランジ１４が面外方向に引き抜かれるのが抑制される。これによって、これら２組の一対のフランジ１４を囲むコンクリート部１７が面外方向に引き抜かれるのが抑制される。従って、ダイアフラムを備えていなくても柱１１と梁２１との接合部４１における強度を高めることができる。
本実施形態の柱梁接合構造１では、柱鉄骨１２のフランジ１４等を囲うように補強鉄筋３６を配置すればよいため、補強鉄筋３６を柱鉄骨１２に溶接する必要が無く、施工作業が容易になる。
As described above, according to the beam-column
In the beam-column
柱鉄骨１２がフランジ付き十字鉄骨からなり、補強鉄筋３６は、柱鉄骨１２の２組の一対のフランジ１４を囲んで平面視において正八角形状である。これにより、フランジ付き十字鉄骨において、中心軸Ｃ１周りに隣り合ういずれの一対のフランジ１４の間においても、この一対のフランジ１４の間を補強鉄筋３６が張った状態にして、この一対のフランジ１４を囲うことができる。従って、梁２１が接合されたフランジ１４が面外方向に引き抜かれるのをより確実に抑制することができる。
補強鉄筋３６は、フランジ２４Ａの上下方向の位置と対応する位置に設けられている。一般的に、梁のうち上方に配置されたフランジの位置において、引張り力が最大になる。コンクリート部は、コーン状破壊耐力よりも支圧耐力の方が大きい。上下方向において、引張り力が最大になる位置、及び補強鉄筋３６が配置された位置を対応させることにより、柱１１のコンクリート部１７のうち最も破壊しやすい部分を、補強鉄筋３６により効果的に補強することができる。
The
The reinforcing
補強鉄筋３６は、引張強さが４９０ＭＰａ以上の材料で形成されている。従って、柱１１と梁２１との接合部４１における強度をより確実に高めることができる。
補強鉄筋３６は、（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲内に配置されている。これにより、塑性ヒンジを用いた崩壊機構を仮定した場合において、柱１１のコンクリート部１７に引張り力又は圧縮力が作用する範囲に補強鉄筋３６を効果的に配置することができる。
The reinforcing
The reinforcing bars 36 are arranged within the range defined by the equation (H + 2y). Accordingly, assuming a collapse mechanism using a plastic hinge, the reinforcing reinforcing
柱梁接合構造１は、帯鉄筋３１を備えている。このため、コンクリート部１７の外面にひび割れが生じるのを抑制することができる。
柱梁接合構造１は、ダイアフラムを備えない。従って、ダイアフラムを備えない柱梁接合構造１において、柱１１と梁２１との接合部４１における強度を高めることができる。
The beam-column
The beam-column
なお、補強鉄筋３６の径を大きくすると、正八角形状に補強鉄筋３６を曲げ加工する際の曲げ半径を大きくしなければならないため、補強鉄筋３６を柱鉄骨１２のフランジ１４に近接するように設置することが難しくなる。また、補強鉄筋３６の径が大きいと重量も大きくなるため、補強鉄筋３６を設置する際の作業負荷が高くなる。このことから、補強鉄筋３６は径を大きくするよりも強度（降伏強さ）を高めることが望ましい。また、補強鉄筋３６の本数を増やすことでも、接合部４１における強度を高めることができる。
When the diameter of the reinforcing
なお、本実施形態では、図８に示す柱梁接合構造２のように、本実施形態の柱梁接合構造２の補強鉄筋３６に代えて、補強鉄筋４６，４７を備えてもよい。
補強鉄筋４６は、柱鉄骨１２が備える４つのフランジ１４のうち、一対のウェブ１３ａのうちの一方のウェブ１３ａを挟む一対のフランジ１４を囲んでいる。補強鉄筋４６は、一対のフランジ１４に対応して設けられた一対の支持部４６ａと、一対の支持部４６ａ同士を連結する一対の連結部４６ｂと、を備えている。この場合、柱鉄骨１２の十字鉄骨１３に適宜孔が形成され、この孔内に連結部４６ｂが挿入されている。一対の支持部４６ａ及び一対の連結部４６ｂは、それぞれ直線状に形成されている。
補強鉄筋４７は、柱鉄骨１２が備える４つのフランジ１４のうち、一対のウェブ１３ａのうちの他方のウェブ１３ａを挟む一対のフランジ１４を囲んでいる。補強鉄筋４６，４７は、それぞれ平面視で矩形状である。
補強鉄筋４６，４７をこのように構成することにより、２組の一対のフランジ１４がそれぞれ面外方向に引き抜かれるのをより確実に抑制することができる。
In addition, in this embodiment, like the beam-column
The reinforcing
The reinforcing
By configuring the reinforcing reinforcing
図９に示す柱梁接合構造３のように、柱５１の柱鉄骨５２がＨ形鋼製であり、補強鉄筋５５は柱鉄骨５２の一対のフランジ５４を囲ってもよい。この場合、補強鉄筋５５は平面視で矩形状である。この変形例では、補強鉄筋５５は、柱鉄骨５２のウェブ５３を含めた柱鉄骨５２全体を囲っている。前述のｔｃｗは柱鉄骨５２のウェブ５３の板厚であり、σｃｗｙは柱鉄骨５２のウェブ５３の降伏強さである。
As in the beam-column
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、補強鉄筋３６、及び、フランジ２４Ａの上下方向に沿う方向の位置は、互いに同等でなくてもよい。補強鉄筋３６は、（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲外に配置されていてもよい。
平面視における補強鉄筋の形状は、円形状や楕円形状等でもよい。
As described above, one embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and the configuration can be changed, combined, or deleted without departing from the gist of the present invention. Etc. are also included.
For example, in the above-described embodiment, the positions of the reinforcing
The shape of the reinforcing reinforcing bar in plan view may be a circular shape, an elliptical shape, or the like.
（シミュレーション結果）
以下では、本実施形態の柱梁接合構造の効果を前述の崩壊機構に基づいたシミュレーションにより確認した結果について説明する。
表１に示す諸元の柱及び梁を備え、さらに表２に示すサンプルＮｏ．１〜６の諸元の補強鉄筋を備えた柱梁接合構造に対して、接合部の全塑性曲げモーメントｊＭｐを（３４）式により計算した。なお、表２に示すサンプルＮｏ．１の補強鉄筋を備えた柱梁接合構造は、補強鉄筋を備えない、基準となる比較例の柱梁接合構造のことを意味する。
(simulation result)
Hereinafter, a result of confirming the effect of the beam-column joint structure of the present embodiment by a simulation based on the above-described collapse mechanism will be described.
The sample was provided with columns and beams having the specifications shown in Table 1; Against Column junction structure with specifications of reinforcing rebar 1-6 it was calculated by the full plastic bending moment j M p junction (34). The sample No. shown in Table 2 was used. The column-beam joint structure provided with the reinforcing bar of No. 1 means a column-beam joint structure of a comparative example which is not provided with a reinforcing bar.
表１に示すように、柱の柱鉄骨は、建設用鋼材であるＳＮ４９０Ｂで形成されているとした。柱鉄骨は、ビルトＨ形鋼製であり、６００×２５０×９×１６ｍｍの寸法とした。
柱のコンクリート部は、強度Ｆｃが２７Ｎ／ｍｍ２であり、８６０ｍｍ角の形状であるとした。
梁は、建設用鋼材であるＳＮ４９０Ｂで形成されているとした。
柱鉄骨は、ビルトＨ形鋼製であり、７００×２５０×１２×２２ｍｍの寸法とした。
As shown in Table 1, it was assumed that the column steel frame of the column was formed of SN490B which is a steel material for construction. The column steel frame was made of a built-in H-section steel and had a size of 600 × 250 × 9 × 16 mm.
Concrete of the pillar strength F c is 27N / mm 2, and that the shape of 860mm square.
The beam was assumed to be formed of SN490B, a steel material for construction.
The column steel frame was made of a built-in H-section steel and had a size of 700 × 250 × 12 × 22 mm.
表２に示すように、サンプルＮｏ．２〜６ともに、柱梁接合構造が備える補強鉄筋の本数は２本、補強鉄筋の径はＤ１６（公称直径１５．９ｍｍ）とした。サンプルＮｏ．２では、補強鉄筋の降伏強さは２９５ＭＰａである。同様に、サンプルＮｏ．３では降伏強さは３４５ＭＰａであり、サンプルＮｏ．４では降伏強さは４９０ＭＰａであり、サンプルＮｏ．５では降伏強さは７８５ＭＰａであり、サンプルＮｏ．６では降伏強さは１２７５ＭＰａである。計算を簡単にするため、補強鉄筋及び梁の上方のフランジの上下方向の位置は、互いに同等であるとした。
なお、サンプルＮｏ．２〜６の補強鉄筋を備えた柱梁接合構造が、実施例の柱梁接合構造となる。
As shown in Table 2, sample no. In each of 2 to 6, the number of reinforcing bars provided in the beam-column joint structure was 2, and the diameter of the reinforcing bars was D16 (nominal diameter: 15.9 mm). Sample No. In No. 2, the yield strength of the reinforcing bar is 295 MPa. Similarly, for sample no. In Sample No. 3, the yield strength was 345 MPa. In Sample No. 4, the yield strength was 490 MPa. In Sample No. 5, the yield strength was 785 MPa. In No. 6, the yield strength is 1275 MPa. For simplicity of calculation, the vertical positions of the reinforcing bar and the flange above the beam are assumed to be equivalent to each other.
The sample No. The beam-column joint structure provided with 2 to 6 reinforcing bars is the beam-column joint structure of the embodiment.
補強鉄筋を備えない比較例の柱梁接合構造では、全塑性曲げモーメントｊＭｐは８５０ｋＮｍであった。同様に、サンプルＮｏ．２〜６の補強鉄筋を備えた柱梁接合構造では、全塑性曲げモーメントｊＭｐはそれぞれ９２２ｋＮｍ、９３３ｋＮｍ、９６７ｋＮｍ、１０３４ｋＮｍ、１１３９ｋＮｍであった。サンプルＮｏ．２〜６の補強鉄筋を備えた柱梁接合構造では、補強鉄筋を備えない柱梁接合構造に比べて、全塑性曲げモーメントｊＭｐがそれぞれ８．４％、９．７％、１３．８、２１．６、３４．０％増加することが分かった。
すなわち、補強鉄筋の降伏強さを大きくするに従い、柱梁接合構造の接合部における強度を高めることができる。
なお、計算結果は示さないが、補強鉄筋の径を大きくするに従い、柱梁接合構造の接合部における強度を高めることができることが分かっている。
The beam-column joint structure of the comparative example not provided with reinforcing rebar, the full plastic bending moment j M p was 850KNm. Similarly, for sample no. In Column junction structure having 2 to 6 reinforcement rebar, full plastic bending each moment j M p 922kNm, 933kNm, 967kNm , 1034kNm, it was 1139KNm. Sample No. In Column junction structure having 2 to 6 reinforcement rebar, as compared with Column joint structure without the reinforcing rebar, 8.4% full plastic bending moment j M p, respectively, 9.7%, 13.8 , 21.6, 34.0%.
That is, as the yield strength of the reinforcing steel bar increases, the strength at the joint of the beam-column joint structure can be increased.
Although the calculation result is not shown, it is known that the strength at the joint of the beam-column joint structure can be increased as the diameter of the reinforcing steel bar is increased.
１，２，３ 柱梁接合構造
１１，５１ 柱
１２，５２ 柱鉄骨
１３ 十字鉄骨
１４，２４，２４Ａ，５４ フランジ
１７ コンクリート部
２１ 梁
３１ 帯鉄筋
３６，４６，４７，５５ 補強鉄筋
４１ 接合部
５３ ウェブ
Ｃ１ 中心軸
1,2,3 pillar-column
Claims (7)
前記柱鉄骨の前記一対のフランジの一方に接合された梁と、
前記柱と前記梁とが接合された接合部において、前記柱鉄骨の前記一対のフランジに沿い、かつ前記一対のフランジを囲むように環状に形成され、前記柱の前記コンクリート部に埋設された補強鉄筋と、
を備える柱梁接合構造。 A column comprising: a web, a column steel frame having a pair of flanges arranged to sandwich the web and attached to the web, and a concrete portion disposed to surround the column steel frame;
A beam joined to one of the pair of flanges of the column steel frame,
At the joint where the column and the beam are joined, a reinforcement is formed along the pair of flanges of the column steel frame and so as to surround the pair of flanges, and is embedded in the concrete portion of the column. Rebar and
A column-beam joint structure comprising:
前記補強鉄筋は、２組の前記一対のフランジを囲い、前記柱鉄骨の中心軸に沿う方向に見たときに八角形状である請求項１に記載の柱梁接合構造。 In the column steel structure, the webs are arranged in a cross shape, and the pair of flanges are arranged on each of the webs so as to sandwich the web,
2. The beam-column joint structure according to claim 1, wherein the reinforcing reinforcing bar surrounds the two pairs of flanges and has an octagonal shape when viewed in a direction along a central axis of the column steel frame. 3.
ただし、Ｂｃ：前記柱鉄骨の前記フランジの幅、ｔｃｆ：前記柱鉄骨の前記フランジの板厚、ｔｃｗ：前記柱鉄骨のウェブ又は十字鉄骨の板厚、σｃｆｙ：前記柱鉄骨の前記フランジの降伏強さ、σｃｗｙ：前記柱鉄骨の前記ウェブ又は前記十字鉄骨の降伏強さ、Ｈｂ：前記梁のせい、Ｆｃ：前記柱の前記コンクリート部の強度、ｄ：前記柱鉄骨の前記フランジに対する前記コンクリート部のかぶり厚さ。
Here, B c : the width of the flange of the column steel, t cf : the thickness of the flange of the column steel, t cw : the thickness of the web or the cross steel of the column steel, and σ cfy : the thickness of the column steel. Yield strength of the flange, σ cwy : Yield strength of the web or the cross steel frame of the column steel, H b : Because of the beam, F c : Strength of the concrete part of the column, d: Strength of the column steel Cover thickness of the concrete part with respect to the flange.
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