JP6565543B2 - 柱及び梁の接合構造、柱及び梁の接合構造を備えた建物 - Google Patents

Description

本発明は、柱及び梁の接合構造、柱及び梁の接合構造を備えた建物に関する。

従来、鉄筋コンクリート製の柱と、鉄骨梁の接合構造としては、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の技術は、鉄骨鉄筋コンクリート製の柱の鉄骨に、梁部材をボルトナットで締結した後、コンクリートを打設して梁を埋設する構造である。
また、特許文献２に記載の技術は、鉄筋コンクリート製の柱の側面に鉄骨製の梁を貫通させた構造である。
しかしながら、これらの柱及び梁の接合構造は、極大地震時における建物の耐震性を考慮しているため、完全な剛接合の構造を確保しなければならず、構造が複雑であり、施工に手間がかかるという問題がある。

一方で、より簡単に柱と梁を接合する構造としては、特許文献３に記載の技術が知られている。特許文献３に記載の技術は、柱の側面からアングルを突出させ、このアングルに鉄骨梁を高力ボルトにより締結した構造である。

特開２００３−２６８８７８号公報 特開２００８−２９１５６７号公報 特開２０１４−１５８０７号公報

しかしながら、前記特許文献３に記載の技術は、アングルと梁は、高さ方向に３箇所で締結されているだけであり、接合箇所の部分はピン接合として考えなければならず、柱及び梁の接合構造の曲げ剛性としては、十分ではないという課題がある。

本発明の目的は、簡単に施工することができ、かつ、鉛直荷重に対してある程度の曲げ剛性を確保することのできる柱及び梁の接合構造、柱及び梁の接合構造を備えた建物を提供することにある。

本発明に係る柱及び梁の接合構造は、鉄筋コンクリート製の柱と、前記柱内部に埋設され、前記柱の側面から先端が２箇所以上突出する一体化された梁受部材と、前記梁受部材に接合され、Ｈ形鋼又は溝形鋼からなる梁とを備え、前記梁受部材及び前記梁は、前記梁受部材の高さ方向で少なくとも２箇所、前記梁受部材の突出方向で少なくとも２箇所で接合され、前記梁受部材は、前記梁のフランジ間の内面寸法よりも高さ寸法の小さい溝形鋼であり、前記梁受部材のフランジの上面と、前記梁のフランジの下面とが当接して、前記梁の荷重が支持されていることを特徴とする。
この発明によれば、梁受部材と梁が梁受部材の突出方向で少なくとも２箇所、高さ方向で少なくとも２箇所で接合されることにより、柱及び梁の接合部が強固に接合されるため、柱及び梁を、鉛直方向の荷重に対する曲げ剛性をある程度確保して、接合することができる。また、梁受部材と梁を少なくとも４箇所で接合するだけでよいので、簡単に施工することができる。
また、梁受部材の上フランジの上面が、梁の上フランジの下面に当接することにより、施工時、梁を梁受部材に支持させた状態で、梁受部材及び梁を接合することができるため、施工性が一層向上する。また、構造的に梁受部材が梁を支持する構造となるため、柱及び梁の接合の剛性を一層向上することができる。

本発明では、梁受部材及び梁の接合としては、ボルトナット接合を採用することができる。
この発明によれば、梁受部材及び梁の接合を、ボルトナット接合とすることにより、現場でコンクリート等の打設をすることなく施工できるので、簡便に柱及び梁を接合することができる。また、ボルトナット接合とすることにより、接合用の特殊な機材等を用いることなく接合することができるため、施工性が一層向上する。

本発明では、梁受部材及び梁の接合としては、溶接接合を採用することができる。
ここで、溶接接合は、梁受部材に複数の孔を形成しておき、各孔の内周面に沿って梁のウェブとの間で隅肉溶接することで行うことができる。
この発明によれば、梁のウェブに孔を開ける必要がないので、梁の断面欠損が少なくなり、梁の荷重支持強度が損なわれることがない。

本発明に係る柱及び梁の接合構造を備えた建物は、前述した柱及び梁の接合構造を備えたことを特徴とする。
この発明によれば、前述した簡単に施工するができ、かつ鉛直荷重に対する曲げ剛性をある程度確保することのできる建物となる。

本発明の第１実施形態に係る柱及び梁受部材の構造を表す斜視図。 前記実施形態における梁受部材の構造を表す側面図及び平面図。 前記実施形態における梁受部材及び梁の接合構造を表す断面図。 前記実施形態における梁受部材及び梁の接合構造を表す側面図。 本発明の第２実施形態に係る梁受部材及び梁の接合構造を表す断面図。 本発明の第３実施形態に係る柱及び梁受部材の構造を表す斜視図。 前記実施形態における柱及び梁受部材の接合構造を表す断面図及び側面図。 本発明の変形となる柱及び梁受部材の構造を表す斜視図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［１］第１実施形態
図１には、本発明の第１実施形態に係る柱及び梁の接合構造を構成する柱１が示されている。この柱１は、正方形断面を有する鉄筋コンクリートにより構成され、内部には上下に２箇所に梁受部材２が埋設されている。このような梁受部材２が埋設された柱１は、建設現場で製造することも可能であるが、建設現場での作業を軽減するために、予め製造したプレキャストコンクリートの柱１とするのが好ましい。
梁受部材２は、十字状に一体化された溝形鋼から構成され、十字状の交差部分が柱１内に埋設されている。なお、本実施形態の溝形鋼は、所定厚さの鋼板をロールフォーミング機等によって冷間で折り曲げ加工されて製造された冷間成形溝形鋼が用いられている。

梁受部材２は、４つの先端が柱１の４つの柱１の側面から突出しており、柱１の互いに対向する一対の側面から突出するそれぞれの突出部３は、他の対向する一対の側面から突出する突出部４よりも突出量が大きくなっている。なお、梁受部材２の突出部３、突出部４は、柱１の柱心から水平方向にオフセットした位置で突出している。
なお本実施形態において、突出部３の突出量が、突出部４の突出量も大きくなっているが、これらは同じでもよい。
また、突出部３、突出部４は柱心から水平方向にオフセットすることで、Ｈ形鋼梁のウェブ心を柱心に合致させているが、オフセットさせなくてもよい。

突出部３及び突出部４のウェブ側面には、複数の接合孔５が形成されている。突出部３には、高さ方向に２箇所、突出方向に接合孔５が３箇所形成されており、突出部４には、高さ方向及び突出方向に接合孔５が２箇所形成されている。なお、接合孔５の個数は、これに限られず、接合強度に応じて適宜に定めてもよい。
梁受部材２は、図２（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、一方の突出部４に対して他方の突出部３が挟み込むように突き合わされて一体化されている。突出部３、突出部４は、冷間成形溝形鋼から構成され、それぞれ垂直方向に延びるウェブ３Ａ、４Ａと、ウェブ３Ａ、４Ａの上端、下端から水平方向に延びる一対のフランジ３Ｂ、４Ｂを備える。

突出部３の突き合わせ方向先端は、フランジ３Ｂが切り欠かれていて、ウェブ３Ａの先端が、突出部４のフランジ４Ｂ間の溝に挿入されている。突出部４のウェブ４Ａ及び一対のフランジ４Ｂは、突出部３のウェブ３Ａと隅肉溶接６によって接合されている。
反対側の突出部３は、ウェブ３Ａ及び一対のフランジ３Ｂの断面が、突出部４のウェブ４Ａに当接し、隅肉溶接７によって接合されている。
また、突出部４及び突出部３の上面及び下面も隅肉溶接８によって接合されている。
なお、突出部３と突出部４の接合方法、すなわち梁受部材２の組み立て方法は、これ以外の方法でももちろんよい。

図３及び図４には、柱１と梁１０を接合した状態が示され、図３は垂直方向断面図であり、図４は側面図である。
梁１０は、ウェブ１０Ａ及びフランジ１０Ｂを備えたＨ形鋼である。梁１０は、上側のフランジ１０Ｂの下面が、梁受部材２の突出部３を形成する冷間成形溝形鋼のフランジ３Ｂの上面に当接し、梁受部材２によって支持されている。
また、梁１０のウェブ１０Ａの接合方向端部近傍には、接合孔１１が垂直方向に２箇所、梁１０の延出方向（水平方向）に３箇所形成されている。

接合孔５及び接合孔１１には、ボルト１２が挿通され、ナット１３により締結され、柱１と梁１０が接合されている。ここで、ボルト１２は、高力ボルトとしてもよく、高力ボルトによる摩擦接合とすれば、より効果的に曲げ剛性を高めることができる。
なお、前述したように梁受部材２の突出部３が柱１の柱心から水平方向にオフセットした位置で突出しているため、梁１０の梁心を柱１の柱心と一致させ、荷重負荷が柱心及び梁心を介して地面に伝達される。

梁受部材２の高さ寸法は、梁１０の上下のフランジ１０Ｂ間の内面寸法よりも小さくなっており、梁受部材２が梁１０のフランジ１０Ｂ間に挿入できる寸法とされる。
具体的には、梁１０としては、圧延Ｈ形鋼を採用することができ、例えば、梁せいが４００ｍｍ以上、１０００ｍｍ以下、Ｈ幅が２００ｍｍ以上、６００ｍｍ以下、厚さが１９ｍｍ以上のものが好ましい。
この際の梁受部材２としては、冷間成形溝形鋼の高さ寸法が２００ｍｍ以上、９００ｍｍ以下、フランジ３Ｂ、４Ｂの幅寸法が１００ｍｍ以上、３００ｍｍ以下、厚さが２０ｍｍ以上のものが好ましい。

柱１及び梁１０の接合を行う場合、まず建築現場にて公知の方法により柱１を建て込んだ後、梁受部材２のフランジ３Ｂ、４Ｂの上面に梁１０のフランジ１０Ｂの下面を当接させ、梁受部材２に梁１０を支持させる。
次に、接合孔５と接合孔１１の位置合わせを行った後、接合孔５及び接合孔１１にボルト１２を挿通し、ナット１３によって締結する。

柱１及び梁１０の接合構造の曲げ剛性は、梁受部材２、梁１０、垂直方向、水平方向のボルトナット接合箇所の数によって決められる。
例えば、梁１０として、梁せい７００ｍｍ×Ｈ幅３００ｍｍ×ウェブ１２ｍｍ厚×フランジ１９ｍｍのＨ形鋼を想定し、梁受部材２として、高さ寸法６００ｍｍ×幅寸法１２５×厚さ２０ｍｍの冷間成形溝形鋼を想定する。
梁１０の支点間距離を８４００ｍｍとし、梁１０と梁受部材２の重ね合わせ長さを４００ｍｍとして、梁１０と梁受部材２を、Ｍ２４ボルト（Ｆ１０Ｔ）１２で接合した場合を考える。

(1)柱１及び梁１０の接合が、完全な剛接合であるとした場合の等分布荷重による梁端回転剛性比を１００％とする。
(2)柱１及び梁１０の接合が、完全なピン接合であるとした場合の等分布荷重による梁端回転剛性比を０％とする。
(3)Ｍ２４ボルト１２を高さ方向に２箇所配列して締結した場合は、等分布荷重による梁端回転剛性比は、約１０％であった。
(4)Ｍ２４ボルト１２を高さ方向に２箇所配列し、突出方向に２箇所配列して締結した場合は、等分布荷重による梁端回転剛性比は、約２０％であった。
(5)Ｍ２４ボルト１２を高さ方向に４箇所配列し、突出方向に２箇所配列して締結した場合は、等分布荷重による梁端回転剛性比は、約４０％であった。
(6)Ｍ２４ボルト１２を高さ方向に４箇所配列し、突出方向に３箇所配列して締結した場合は、等分布荷重による梁端回転剛性比は、約６０％であった。

以上の構造解析の結果より、鉛直荷重に対してある程度の回転剛性を確保するには、高さ方向に２箇所以上配列し、突出方向に２箇所以上配列して締結することが、建物の構造性能を確保する上で好ましいことがわかった。
また、前記の特許文献３のような山形鋼を用いて逆Ｌ字状にして梁受部材とした場合、梁受部材の座屈が発生したが、本実施形態のように、溝形鋼からなる梁受部材２を用いることにより、座屈が発生せず、強度的に有利であることも構造解析により確認することができた。

本実施形態によれば、梁受部材２と梁１０が梁受部材２の突出方向で少なくとも２箇所、高さ方向で少なくとも２箇所接合されることにより、柱１及び梁１０を梁受部材２によって強固に接合して、鉛直荷重に対する曲げ剛性をある程度確保することができる。
また、柱１の建て込み後、梁１０を梁受部材２に支持させた状態でボルト１２及びナット１３による締結作業を行うことができるため、簡単に施工することができる。
梁受部材２のフランジ３Ｂ、４Ｂの上面が、梁１０のフランジ１０Ｂの下面に当接することにより、施工時、梁１０を梁受部材２に支持させた状態で、梁受部材２及び梁１０を接合することができるため、施工性が一層向上する。また、構造的に梁受部材２が梁１０を支持する構造となるため、柱１及び梁１０の接合強度を一層向上することができる。
なお本実施形態では、冷間成形溝形鋼を利用した場合を示したが、構造的な効果発揮の有無は、溝形鋼の製造方法によるものではなく、熱間圧延溝形鋼を用いても同じ効果が得られる。

［２］第２実施形態
次に、本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、既に説明した部分と同一の部分については、同一符号を付して説明を省略する。
前述した第１実施形態に係る梁受部材２は、冷間成形溝形鋼を用いて形成していた。
これに対して、第２実施形態に係る梁受部材２０は、図５に示されるように、熱間圧延加工により製造された熱間圧延溝形鋼を用いて形成している点が相違する。
また、前述した第１実施形態に係る梁受部材２と梁１０とは、ボルト１２、ナット１３を用いて接合されていた。
これに対して、第２実施形態に係る梁受部材２０と梁１０とは、図５に示されるように、梁受部材２０に形成された接合孔２１の内周面に、溶接２２を施すことにより接合している点が相違する。もちろん、熱間圧延溝形鋼を用いる場合においても、ボルト１２とナット１３により締結されてもよい。

本実施形態では、熱間圧延溝形鋼による梁受部材２０を用いているので、溝形鋼の外周面のコーナーが直角になっている。このまま梁１０を梁受部材２０に支持させようとすると、梁１０が、ウェブ１０Ａとフランジ１０Ｂの取り合い部分にＲがついているため、梁受部材２０が干渉してうまく接合することができない。
そこで、梁受部材２０は、梁１０が当接するウェブ３Ａ及びフランジ３Ｂの取り合い部分で面取り２３を形成している。

梁受部材２０と梁１０との接合は、梁１０のウェブ１０Ａの面と、この面に当接する接合孔２１の内周面との間に溶接２２を施すことによって行われる。溶接は、種々の方法を採用することができるが、例えば、隅肉溶接等を採用することができる。
このような本実施形態によれば、第１実施形態で述べた効果に加え、熱間圧延溝形鋼を用いて梁受部材２０を形成することにより、強度の高い梁受部材２０とすることができるので、柱１及び梁１０の接合の剛性を一層高めることができる。
また、梁１０に孔開け等の作業を行う必要がなく、加工手間が軽減される上、梁１０のウェブ１０Ａに断面欠損を生じさせることがないので、建物の構造強度も向上する。

［３］第３実施形態
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
前述した第１実施形態に係る梁受部材２は、互いに直交する突出部３及び突出部４が十字状に組み合わせて構成されていた。
これに対して、第３実施形態に係る梁受部材３０、３１は、図６に示されるように、単純な１本の溝形鋼から構成されている点が相違する。
梁受部材３０は、両方の端部が柱１の相対する一対の側面から突出し、梁受部材３１は、両方の端部が柱１の他の一対の側面から突出し、梁受部材３０及び梁受部材３１は、上下方向に交互に配置される。

梁受部材３０及び梁受部材３１の上下方向の配置間隔は、図７に示されるように、下側の梁受部材３１に接合される梁１０の上のフランジ１０Ｂの上面が、上側の梁受部材３０に接合される梁１０の下のフランジ１０Ｂの上面と、面一になるような間隔とするのが好ましい。
梁受部材３０及び梁受部材３１の配置間隔をこのような間隔とすることにより、床パネルＦＰを、下側の梁１０の上のフランジ１０Ｂの上面と、上側の梁１０の下のフランジ１０Ｂの上面で支持することができるので、床パネルＦＰを簡単に敷設することができる。
また、床パネルＦＰが外周縁に沿って支持されることとなるので、床パネルＦＰの支持構造を強固にすることができる。
さらに、前述した第１実施形態の梁受部材２とは異なり、溝形鋼を切断し、端部に接合孔５を形成するだけでよいので、梁受部材３０、３１を簡単に製造することができる。

［４］実施形態の変形
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記第１実施形態では、梁受部材２と梁１０との接合をボルト１２、ナット１３によって行っていたが、本発明はこれに限らず、リベットで接合してもよい。
前記実施形態では、梁１０としてＨ形鋼を用いていたが、これに限らず溝形鋼、Ｚ形鋼等を梁として用いてもよい。

前記第１実施形態では、梁受部材２は、柱１の４つの側面から突出する突出部３、４を備えていたが、本発明はこれに限られない。
すなわち、図８に示されるように、柱１の３つの側面から突出する突出部４１及び突出部４２を備えた平面視Ｔ字状の梁受部材４０を用いてもよく、さらには、柱の隣り合う２側面から突出部が突出する平面視Ｌ字状の梁受部材を用いてもよい。
その他、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等を採用してもよい。

１…柱、２…梁受部材、３…突出部、３Ａ…ウェブ、３Ｂ…フランジ、４…突出部、５…接合孔、６…隅肉溶接、７…隅肉溶接、８…隅肉溶接、１０…梁、１０Ａ…ウェブ、１０Ｂ…フランジ、１１…接合孔、１２…ボルト（Ｍ２４ボルト）、１３…ナット、２０…梁受部材、２１…接合孔、２２…溶接、３０…梁受部材、３１…梁受部材、４０…梁受部材、４１…突出部、４２…突出部、４Ａ…ウェブ、４Ｂ…フランジ、ＦＰ…床パネル

Claims (4)

1. 柱及び梁の接合構造であって、
   鉄筋コンクリート製の柱と、
   前記柱内部に埋設され、前記柱の側面から先端が２箇所以上突出する一体化された梁受部材と、
   前記梁受部材に接合され、Ｈ形鋼又は溝形鋼からなる梁とを備え、
   前記梁受部材及び前記梁は、前記梁受部材の高さ方向で少なくとも２箇所、前記梁受部材の突出方向で少なくとも２箇所で接合され、
   前記梁受部材は、前記梁のフランジ間の内面寸法よりも高さ寸法の小さい溝形鋼であり、
   前記梁受部材のフランジの上面と、前記梁のフランジの下面とが当接して、前記梁の荷重が支持されていることを特徴とする柱及び梁の接合構造。
2. 請求項１に記載の柱及び梁の接合構造において、
   前記梁受部材及び前記梁の接合は、ボルトナット接合であることを特徴とする柱及び梁の接合構造。
3. 請求項１に記載の柱及び梁の接合構造において、
   前記梁受部材及び前記梁の接合は、溶接接合であることを特徴とする柱及び梁の接合構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の柱及び梁の接合構造を備えたことを特徴とする柱及び梁の接合構造を備えた建物。

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