JP6338100B2

JP6338100B2 - 柱同士の接合構造及び建築物

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Publication number: JP6338100B2
Application number: JP2014132871A
Authority: JP
Inventors: 清臣金本
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2018-06-06
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: JP2015028290A

Description

本発明は、柱同士の接合構造及び建築物に関するものである。

従来より、鉄筋コンクリート柱とコンクリート充填鋼管柱とが鉛直方向に接合された建物のような、異種構造の柱同士が接合された複合構造建物が知られている。このような複合構造建物の柱の構造として、コンクリート充填鋼管柱で構成された下層部と、下層部の上側に配置された一層分の高さからなる境界層と、境界層の上側に配置され鉄筋コンクリート柱で構成された上層部とを備えるものが提案されている（下記特許文献１参照）。
上記の複合構造建物の柱の構造における境界層は、外殻をなす鋼管と、鋼管内に挿入された主筋と、主筋の周囲に巻回された帯筋と、鋼管内に充填されたコンクリートと、鋼管の下部に設けられたスタッドとを備えている。

特開２００９−２００６号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の複合構造建物の柱の構造では、境界層が上階から作用する軸力に充分に抗することができないため、面外座屈してしまう可能性がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、面外座屈を抑制することができる柱同士の接合構造及び建築物を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る柱同士の接合構造は、コンクリート部及び該コンクリート部内で鉛直方向に延びる柱主筋を有する鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に配置された鉄骨造又は充填鋼管コンクリート造の第二柱とを接合する柱同士の接合構造であって、前記第一柱と前記第二柱とは、応力切替部を介して接合されており、該応力切替部は、前記第二柱の下部と、該第二柱の下部の外周側に配置され、前記柱主筋と連続して前記コンクリート部から前記鉛直方向に突出して延びる主筋部と、該主筋部を全て囲繞するとともに、前記鉛直方向全長にわたって配置され、前記鉛直方向に延びる角筒状に形成された鋼管と、該鋼管内に充填された充填コンクリート部と、を備え、前記鋼管には、該鋼管の周面から突出するように、かつ、前記鉛直方向に間隔をおいて複数配置され、前記鋼管の面外座屈を抑制するリブが形成されていることを特徴とする。

このように構成された柱同士の接合構造では、第一柱の主筋部と第二柱の下部とが、鋼管内に充填された充填コンクリート部に定着することで、第一柱と第二柱とが接合される。また、第二柱の外周側に配置された鋼管には面外座屈を抑制するリブが設けられているため、第二柱に作用する軸力に抗することができる。よって、鋼管の面外座屈を抑制することができる。

また、本発明に係る柱同士の接合構造は、前記リブは、前記鋼管の周方向の全周にわたって形成されていることが好ましい。

このように構成された柱同士の接合構造では、リブが鋼管の周方向の全周にわたって形成されているため、鋼管の面外座屈を周方向にわたって抑制することができる。

また、本発明に係る柱同士の接合構造は、前記充填コンクリート部のコンクリートは、繊維補強コンクリートであってもよい。

このように構成された柱同士の接合構造では、鋼管の内部に充填される繊維補強コンクリートの架橋効果により軸力による該繊維補強コンクリートのひび割れを抑制することができる。よって、鋼管の面外座屈を効果的に抑制することができる。

また、本発明に係る柱同士の建築物は、上記のうちいずれか一に記載の柱同士の接合構造を備える建築物。

このように構成された柱同士の建築物では、第二柱の外周側に配置された鋼管には面外座屈を抑制するリブが設けられているため、第二柱に作用する軸力に抗してすることができる。よって、鋼管の面外座屈を抑制することができる。

本発明に係る柱同士の接合構造及び建築物によれば、面外座屈を抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る建築物を示す概略正面図である。本発明の一実施形態に係る建築物における柱同士の接合構造の構成を示す縦断面図である。本発明の一実施形態に係る建築物における柱同士の接合構造の構成を示、図２のＡ−Ａ線断面図である。本発明の一実施形態の変形例に係る建築物を示す概略正面図である。

（建築物）
本発明の一実施形態に係る建築物について、図面を用いて説明する。
図１に示すように、本実施形態に係る建築物１００は、水平方向に延びる地下一階の床スラブＦ０と、この床スラブＦ０から鉛直方向に延びる鉄筋コンクリート造の第一柱１と、この第一柱１の上方に配置された充填鋼管コンクリート造の第二柱２とを備えている。
さらに、建築物１００は、第二柱２の上側に配置された第三柱３と、第二柱２と第三柱３の接合部分から水平方向に延びる地上一階の床スラブＦ１とを備えている。

つまり、第一柱１及び第二柱２が地下一階の柱とされ、第三柱３が地上一階の柱とされている。第一柱１と第二柱２とは、後述する応力切替部５を介して接合されている（柱同士の接合構造）。

（第一柱）
図２及び図３に示すように、第一柱１は、水平方向に所定の間隔を有して鉛直方向に延びる複数の主筋１０と、これら複数の主筋１０を束ねるように鉛直方向に間隔を有して配置された複数の帯筋１２と、これら複数の主筋１０及び複数の帯筋１２を覆うように平面視略矩形状に充填されたコンクリートである第一コンクリート部１３とを有している。

複数の主筋１０は、平面視において、第一コンクリート部１３の外周面に沿うように間隔を有して配置されている。この主筋１０は区間Ｘ及び区間Ｘの上方まで延びている。主筋１０のうち、区間Ｘに配置された部分が柱主筋１１とされ、区間Ｘの上方に配置された部分が後述する応力切替部５を構成する主筋部７０とされている。つまり、柱主筋１１と主筋部７０とは、例えば鉄筋コンクリート用棒鋼等で連続して形成されている。

また、帯筋１２は、区間Ｘの範囲にわたって水平方向に配置されている。つまり、帯筋１２は主筋１０のうち柱主筋１１に巻回されている。

また、第一コンクリート部１３は、区間Ｘの範囲で充填されている。つまり、主筋部７０は、第一コンクリート部１３の上面から上方に向かって突出している。

（第二柱）
第二柱２は、区間Ｘの上方に位置する鉛直方向の区間Ｙにわたって配置され、角筒状の鋼管（以下、角鋼管という）２１と、角鋼管２１内に充填されたコンクリートである第二コンクリート部２２とを有している。
なお、第二柱２の鋼管２１は角筒状に限られず、円筒状であってもよく、当該形状は適宜選択可能である。

第二柱２の各辺が第一柱１の各辺と平行となるように、第二柱２は平面視で第一柱１の内方に配置されている。

角鋼管２１の下端には、平面視略矩形状のベースプレート２３が設けられている。このベースプレート２３の平面視の外形は、角鋼管２１の平面視の外形よりも大きく、且つ第一柱１の平面視の外形よりも小さい。

また、ベースプレート２３の平面視略中央部分には、鉛直方向に貫通する略円形状の開口２３Ａが形成されている。

第二柱２の角鋼管２１は、区間Ｙの範囲にわたって配置されている。第二コンクリート部２２は、区間Ｙにわたって充填されている。

（応力切替部）
応力切替部５は、区間Ｘの上側から区間Ｙの下部にわたる区間Ｚにわたって配置されている。この応力切替部５は、第二柱２の下部２Ａと、この下部２Ａの外周側に配置された第一柱１の主筋１０の主筋部７０と、この主筋部７０を全て囲繞する接合鋼管５０（鋼管）と、接合鋼管５０内に充填された充填コンクリート部８０とを備えている。

第二柱２の下部２Ａは、第二柱２のうち区間Ｚに配置された部分である。また、主筋部７０は、第一柱１の主筋１０のうち第一コンクリート部１３の上面から上方に向かって突出して鉛直方向に延びる、つまり区間Ｚに配置された部分である。この主筋部７０は、区間Ｚの上端よりも低い位置まで延びている。

接合鋼管５０は、鉛直方向に向かって延びる角筒状の鋼管である。この接合鋼管５０は、鉛直方向全長にわたって、つまり区間Ｚの全長にわたって配置されている。

この接合鋼管５０の平面視の外形は、第一柱１の平面視の外形と略同一である。また、接合鋼管５０の外周面が第一柱１の外周面と面一になるように、接合鋼管５０は第一柱１の上側に当接配置されている。

また、接合鋼管５０の平面視の外形は、第二柱２の平面視の外形よりも大きい。つまり、第二柱２の下部２Ａは、接合鋼管５０の内部に配置されている。
このようにして、接合鋼管５０は、第一柱１の上端から第二柱２の下部にわたって配置されている。

この接合鋼管５０の上端には、上凸条部５１が形成されている。この上凸条部５１は、接合鋼管５０の内周面から周方向の全周にわたり内側に向かって突出するように、つまり接合鋼管５０の内周面に沿って平面視環状に形成されている。

また、接合鋼管５０には、上凸条部５１の下方に、鉛直方向に間隔を有して複数のリブ６０が形成されている。このリブ６０は、接合鋼管５０の内周面から周方向の全周にわたり内側に向かって突出するように、つまり接合鋼管５０の内周面に沿って平面視環状に形成されている。また、リブ６０は、区間Ｚの全長にわたって複数設けられている。
本実施形態では、リブ６０は、第二柱２の下端よりも上方の位置まで設けられている。

このリブ６０は、第二柱２に作用する軸力に抗して、接合鋼管５０の面外座屈を抑制する機能を有している。
また、リブ６０には、鉛直方向に貫通する貫通孔６０Ａ（図３参照）が複数形成されている。この貫通孔６０Ａは、充填コンクリート部８０が接合鋼管５０内に充填される際において、通気孔として機能したり、コンクリートの通過孔として機能したりする。

また、接合鋼管５０の下端には、下方から上方に向かうにしたがって次第に第一柱１の内側に向かうように形成された傾斜面５２が周方向の全周にわたって設けられている。

この接合鋼管５０の傾斜面５２の上側には、接合鋼管５０の内周面から周方向の全周にわたり内側に向かって突出する、つまり平面視環状の下凸条部５３が接合鋼管５０の内周面に沿って形成されている。

これら上凸条部５１及び下凸条部５３は、第二柱２からの入力せん断力により接合鋼管５０に作用する支圧力に抗して、接合鋼管５０が変形することを防止する機能を有している。

充填コンクリート部８０は、接合鋼管５０の内部且つ第二柱２の角鋼管２１の外部に、接合鋼管５０の全長にわたって充填された繊維補強コンクリートである。繊維補強コンクリートは、合成繊維や鋼繊維等をコンクリートに複合したコンクリート材である。

本実施形態では、繊維として例えば密度７．８５ｇ／ｃｍ３、引張強度７００Ｎ／ｍｍ２、長さ３０ｍｍ、直径０．６ｍｍの鋼繊維が採用されている。また、この繊維の混入率は、最大０．７５ｖｏｌ．％である。

この繊維補強コンクリートの支圧強度倍率は、プレーンコンクリートの支圧強度倍率の約１．３倍である。また、繊維補強コンクリートの耐力は、プレーンコンクリートの耐力の約１．２倍である。

なお、本実施形態では、第一柱１、第二柱２及び応力切替部５は、一体としてプレキャストコンクリート部材で構成されているため、繊維補強コンクリートは第二柱２のベースプレート２３に形成された開口２３Ａを介して、第二柱２の内部にも充填されている。

つまり、第二柱２の第二コンクリート部２２、接合鋼管５０内の充填コンクリート部８０及び第一柱１の第一コンクリート部１３は、繊維補強コンクリートで一体として形成されている。

このように構成された柱同士の接合構造では、第一柱１の主筋部７０と第二柱２の下部２Ａとが、第二柱２の外周側に配置された接合鋼管５０内に充填された充填コンクリート部８０に定着する。これにより、第一柱１と第二柱２とが接合される。
また、第二柱２の外周側の接合鋼管５０には面外座屈を抑制するリブ６０が設けられているため、第二柱２に作用する軸力に抗することができる。よって、接合鋼管５０の面外座屈を抑制することができる。

また、リブ６０が接合鋼管５０の周方向の全周にわたって形成されているため、接合鋼管５０の面外座屈を周方向の全周にわたって抑制することができる。

また、第一柱１の第一コンクリート部１３、第二柱２の第二コンクリート部２２及び接合鋼管５０内の充填コンクリート部８０は、繊維補強コンクリートで構成されている。よって、繊維補強コンクリートの架橋効果により軸力による該繊維補強コンクリートのひび割れを抑制することができる。したがって、接合鋼管５０の面外座屈を効果的に抑制することができる。

また、接合鋼管５０の下端には傾斜面５２が設けられているため、区間Ｚの接合鋼管５０及び充填コンクリート部８０に作用する力は傾斜面５２に沿って第二柱２に向かって下向きに伝達される。よって、充填コンクリート部８０及び第一柱１の第一コンクリート部１３にひび割れ等が生じることがない。また、軸力伝達により、傾斜面５２の周囲の第一コンクリート部１３及び充填コンクリート部８０がかけ落ちることが防止される。

また、応力切替部が地上階に設けられている場合には、地震時に、柱同士の接合構造に水平力が大きく作用する。このため、接合鋼管５０への入力せん断力を低減させるように接合鋼管５０の長さを長くしたり、接合鋼管５０のせん断降伏を避けるために接合鋼管５０の板厚を厚くしたり、充填コンクリート部８０と接合鋼管５０とを一体挙動させてせん断ずれを防止するために、例えば接合鋼管５０内側の材軸方向にわたって棒鋼等の突起物を溶接等で数カ所設ける等の設計対応をとる必要がある。しかし、上記に示す実施形態のように、応力切替部５が地下一階等の地下階に設けられている場合には、柱同士の接合構造に作用する力は、軸力が他の力よりも相対的に大きくなるため、上記対応をする必要がないか、地上階に設ける場合よりも緩やかな対応ですむ。

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、図４に示す変形例のように、応力切替部１０５が床スラブＦ０の上面に当接するように配置されていてもよい。この場合には、第一柱１０１を構成する柱主筋１１（図２参照）、帯筋１２（図２参照）、第一コンクリート部１３（図２参照）は、区間Ｘ１に設けられている。なお、柱主筋１１に連続する主筋部７０（図２参照）は、区間Ｚ１にまで延びている。
また、第二柱１０２は、区間Ｙ１にわたって配置されている。
応力切替部１０５は、区間Ｘ１の上側から区間Ｙ１の下部にわたる区間Ｚ１にわたって配置されている。

上記に示す実施形態では、床スラブＦ０から鉛直方向に延びる部分は鉄筋コンクリート造の第一柱１であるのに対して、本変形例では、床スラブＦ０から鉛直方向に延びる部分は応力切替部１０５である。よって、床スラブＦ０上に、応力切替部５と比較して脆弱とされる鉄筋コンクリート造の部分を設けることなく、直接応力切替部１０５を設けることができるため、軸耐力を向上させることができる。
なお、第一柱の第一コンクリート部の上端が床スラブＦ０の厚さ方向途中に達するように第一柱が配置され、これに連続して応力切替部が配置されていてもよい。つまり、応力切替部の下端が、床スラブＦ０の厚さ方向途中に達していてもよい。

例えば、上記に示す実施形態においては、第一柱１、第二柱２及び応力切替部５が、プレキャストコンクリート部材で構成されている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られず、建築現場において第一柱１を構築した後に、応力切替部５及び第二柱２を構築する構成にも適用可能である。例えば、繊維補強コンクリートが、充填コンクリート部８０の内部に充填され、第二柱２の内部には普通コンクリート等が充填されていてもよい。この場合には、第二柱２の内部と外部とは、ベースプレート２３により上下方向に区画されるため、充填コンクリート部８０（第二柱２の外部）に繊維補強コンクリートを、第二柱２の内部に普通コンクリートをそれぞれ打ち分けることができる。

また、リブ６０が接合鋼管５０の内周面から内側に向かって突出するように形成されている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られず、リブ６０が接合鋼管５０の外周面から外側に向かって突出するように形成されていてもよい。

また、第二柱２が充填鋼管コンクリート造で構成されている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られず、第二柱２が鉄骨造で構成されている場合にも適用可能である。

また、応力切替部５が地下一階に設けられている場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限られず、応力切替部５が地下の他の階又は地上階に設けられている場合にも適用可能である。

１…第一柱
２…第二柱
２Ａ…第二柱の下部
５…応力切替部
１１…柱主筋
１３…第一コンクリート部（コンクリート部）
５０…接合鋼管（鋼管）
６０…リブ
７０…主筋部
８０…充填コンクリート部
１００…建築物

Claims

コンクリート部及び該コンクリート部内を鉛直方向に延びる柱主筋を有する鉄筋コンクリート造の第一柱と、該第一柱の上方に配置された鉄骨造又は充填鋼管コンクリート造の第二柱とを接合する柱同士の接合構造であって、
前記第一柱と前記第二柱とは、応力切替部を介して接合されており、
該応力切替部は、
前記第二柱の下部と、
該第二柱の下部の外周側に配置され、前記柱主筋と連続して前記コンクリート部から前記鉛直方向に突出して延びる主筋部と、
該主筋部を全て囲繞するとともに、前記鉛直方向全長にわたって配置され、前記鉛直方向に延びる角筒状に形成された鋼管と、
該鋼管内に充填された充填コンクリート部と、を備え、
前記鋼管には、該鋼管の周面から突出するように、かつ、前記鉛直方向に間隔をおいて複数配置され、前記鋼管の面外座屈を抑制するリブが形成されていることを特徴とする柱同士の接合構造。
前記リブは、前記鋼管の周方向の全周にわたって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の柱同士の接合構造。
前記充填コンクリート部のコンクリートは、繊維補強コンクリートであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の柱同士の接合構造。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の柱同士の接合構造を備えることを特徴とする建築物。