JP6577704B2 - 床スラブ接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、床スラブ接合構造に関する。

建物の外側に延設された床スラブ（例えば、車路スロープや廊下等）は、直射日光を受けると温度上昇して熱膨張する。床スラブは、一般的に、床スラブを支持する梁とスタッドを介して接合されているため、床スラブの熱膨張に伴い、梁には軸力や曲げモーメント等の応力が作用する。
床スラブの熱膨張量は長さに比例して増大するため、床スラブの長手方向には、所定の間隔でエキスパンションジョイントが設けられ、床スラブの長手方向の熱膨張量を所定範囲内に制限している。しかし、梁に生じる曲げモーメントの大きさは、床スラブの長手方向の熱膨張量が制限された範囲内であっても、外壁位置でスラブが途切れることにより、梁の全長に渡りスタッドを設けている場合には、梁に局所的な曲げ応力が生じて、梁の損傷につながる恐れがある。
床スラブの構築方法に関する技術には、例えば特許文献１がある。

特許文献１は、構築されるＲＣ螺旋床構造物（床スラブ）を包囲する仮設鉄骨柱を所定間隔で立設する第１工程と、螺旋に沿うよう定規部材を仮設鉄骨柱に架設する第２工程と、内部筒柱形成用の型枠を配置する第３工程と、定規部材を利用してスラブ型枠を配置する第４工程と、外周逆梁部形成用の型枠を配置する第５工程と、各型枠にコンクリートを打設する第６工程とを有し、上記工程を繰り返すことで、螺旋状の車路スロープ（床スラブ）を構築する方法が記載されている。

特開平７−１８０３８７号公報

しかし、特許文献１は、温度上昇に伴う車路スロープの熱変形による影響については何ら記載されていない。

本発明は、上記事実に鑑み、温度上昇に伴い床スラブに熱膨張が生じても、他の部材に与える影響を抑制できる床スラブ接合構造を提供することを目的とする。

第１態様に係る床スラブ接合構造は、建物の外周柱と間隔をあけて前記建物の外側へ設けられた外柱と、前記外周柱と前記外柱との間に架設された梁と、前記梁に支持され、前記建物に沿って延設された床スラブと、前記外柱に近い側の前記梁に設けられ、前記梁と前記床スラブを接合するスタッドと、を有することを特徴としている。

第１態様によれば、梁と床スラブは、外柱に近い側がスタッドで接合され、外周柱に近い側にはスタッドは設けられていない。このスタッドが設けられていない範囲が曲げモーメントを受けて変形する、曲げ可能な領域として機能する。
これにより、床スラブに熱膨張が生じたとき、梁の外柱側が床スラブと一体となって変位して、梁に曲げモーメントを発生させる。しかし、梁の外周柱に近い側は、床スラブと一体となっていないため緩やかに曲げられ、変形角を小さくできる。

第２態様に係る床スラブ接合構造は、第１態様に係る床スラブ接合構造において、前記床スラブと、前記外周柱及び前記建物の外装材とは縁が切られており、前記スタッドは、前記梁を長さ方向に２等分したとき、前記外柱に近い領域に設けられていることを特徴としている。

第２態様によれば、床スラブと、外周柱及び建物の外装材との間の縁を切ることにより、床スラブが熱膨張したとき、建物へ及ぼす影響を抑制することができる。
また、スタッドが、梁を長さ方向に２等分したとき、外柱に近い領域に設けられている。これにより、梁の長さ方向における残りの１／２の領域を、梁の曲げ可能な領域とすることができ、梁の曲げ可能な領域が拡大される。この結果、変形角を小さくし、曲げモーメントを抑制できる。

第３態様に係る床スラブ接合構造は、第１態様又は第２態様に係る床スラブ接合構造において、前記床スラブは、車路スロープ又は廊下であることを特徴としている。

第３態様によれば、建物に沿って建物の外側に設けられた車路スロープ、又は、建物に沿って建物の外側に設けられた廊下が熱膨張しても、車路スロープ又は廊下を支持する梁の、曲げモーメントによる変形角を小さくできる。

本発明は、上記構成としてあるので、温度上昇に伴い床スラブに熱膨張が生じても、他の部材に与える影響を抑制できる床スラブ接合構造を提供することができる。

（Ａ）は本発明の第１実施形態に係る床スラブ接合構造を車路スロープへ適用した基本構成を示す断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図である。 本発明の第１実施形態に係る床スラブ接合構造の基本構成を示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る床スラブ接合構造の曲り部の基本構成を示す平面である。 本発明の第１実施形態に係る床スラブ接合構造の数値解析モデルを示す平面図である。 本発明の第１実施形態に係る床スラブ接合構造の数値解析で使用した接合部を示す平面図、及びそれらの解析結果である。 本発明の第２実施形態に係る床スラブ接合構造を廊下へ適用した基本構成を示す断面図である。

（第１実施形態）
図１〜図５を用いて、第１実施形態に係る床スラブ接合構造の車路スロープ１０への適用例について説明する。
図１（Ａ）、（Ｂ）は車路スロープ１０の基本構成を示す断面図であり、図２は車路スロープ１０の直線部の平面図であり、図３は車路スロープ１０の曲り部の平面図である。図４は数値解析モデルを示す平面図であり、図５は接合部の平面図及びそれらの解析結果を示している。

図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、車路スロープ１０は、建物１２の外周柱１４と間隔をあけて、建物１２の外側へ設けられた外柱１６を有している。
建物１２は、内部が梁３０と、梁３０に支持された床スラブ３２で複数階（Ｎ階、Ｎ＋１階、及びその他の階）に仕切られた一般的な構成の建物である。建物１２の内部構造や用途は問わない。

外柱１６は鉄骨柱であり、外周柱１４と対向配置されている。外周柱１４と外柱１６との間には梁２０が架設されている。梁２０は鉄骨梁であり、梁２０の上に構築された床スラブ２２を支持している。
床スラブ２２は鉄筋コンクリートで構築され、建物１２に沿ってＹ軸方向へ、建物１２の外壁（外装材）１８と所定の幅ＬＤをあけて延設されている。また、床スラブ２２は車両用のスロープであり、水平面に対して傾斜角度θで構築されている。

梁２０と床スラブ２２はスタッド２４で接合され、梁２０と床スラブ２２が一体化されている。スタッド２４は、後述するように、梁２０の外柱１６に近い側の領域ＡＲにのみ設けられ、梁２０の外周柱１４に近い側の領域ＢＲには設けられていない。
即ち、梁２０と床スラブ２２は、梁２０の全長に渡り、床スラブ２２とスタッド２４が接合されているのではなく、接合される領域（領域ＡＲ）と、接合されない非接合領域（領域ＢＲ）とを有している。

また、床スラブ２２の建物１２側の端面と、建物１２の外装材１８（外装材１８が設けられていない場合には外周柱１４）との間には、幅ＬＤの空間が形成されている。幅ＬＤの空間により、床スラブ２２と建物１２との縁が切られている。
また、床スラブ２２の外柱１６側の端部には、床スラブ２２から図示しないガード壁が立ち上げられている。ガード壁は車止めを目的とするものであり、床スラブ２２からの立上げ高さは低く、車路スロープ１０の外柱１６側は屋外空間に大きく開放されている。これにより、日中には、床スラブ２２は直射日光を受けて加熱される。

図２の平面図に示すように、床スラブ２２の直線部は、建物１２の外周柱１４の外側に、建物１２に沿って幅ＬＳで構築されている。外柱１６と外柱１６の間には、梁３６が架けられ、床スラブ２２の外側端部を支持している。
また、Ｘ軸方向に設けられた梁２０と隣の梁２０の間には、Ｙ軸方向に３本の小梁２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃが設けられ、それぞれ床スラブ２２を支持している。小梁２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃは、床スラブ２２の幅ＬＳを、Ｘ軸方向に３等分する間隔（幅ＬＳ／３）で配置されている。
最も建物１２側の小梁２６Ｃは、外装材１８と幅ＬＤの空間をあけて取付けられ、床スラブ２２の建物側端部を支持している。

スタッド２４は、梁２０を長さ方向（Ｘ軸方向）に３等分したとき、二点鎖線で囲む、最も外柱１６に近い領域ＡＲ（具体的には図２の網掛け部で示す梁３６、小梁２６Ａ、及び梁２０の梁３６と小梁２６Ａの間の領域）にのみ設けられている。

床スラブ２２の長さ方向（Ｙ軸方向）には、所定の間隔でエキスパンションジョイント２８が設けられ、床スラブ２２の長さを所定範囲に制限している。これにより、床スラブ２２の長さ方向の熱膨張による変位量を、所定の範囲に抑制している。なお、床スラブ２２には、側溝３４も設けられている。
しかし、床スラブ２２の変位量が所定の範囲内であっても、端部が外周柱１４及び外柱１６にそれぞれ固定されている構造上、梁２０には床スラブ２２との接合箇所の変位に伴い、軸力や曲げモーメント等の応力が発生する。

図３の平面図に示すように、床スラブ２２は、建物１２の角部において、床スラブ２２の直線部同士が角部に沿って連結された曲り部を有している。
床スラブ２２の曲り部においても、直線部と同様に、二点鎖線で囲む最も外柱１６に近い領域ＡＲにおいて、スタッド２４で、床スラブ２２と、梁３６、小梁２６Ａ、及び梁２０の梁３６と小梁２６Ａとを接合すればよい（図２の網掛け部参照）。

本構成によれば、梁２０と床スラブ２２は、外柱に近い側のみがスタッド２４で接合され、外周柱１４に近い側にはスタッド２４は設けられていない。このため、床スラブ２２が長手方向へ熱膨張したとき、梁２０の外柱側が床スラブ２２と一体となって変位する。一方、梁２０の、外周柱１４に固定された側の端部は変位せず、梁２０に曲げモーメントが発生する。

しかし、梁２０は、外周柱１４側の端部から小梁２６Ａに至る間においては、床スラブ２２と一体とされていないので、この範囲においては、梁２０は、曲げモーメントを受けて緩やかに曲げられ、変形角γを小さくできる（図２参照）。この結果、曲げモーメントにより梁２０に生じる変形を抑制することができる。
ここに、変形角γとは、平面視において、梁２０が外周柱１４を中心に水平方向に回転した角度をいう。この変形角γが大きい程、梁２０は塑性変形領域に近づく。

即ち、床スラブ２２と梁２０には、スタッド２４で接合される接合領域（網掛け部）と、スタッド２４で接合されない非接合領域（白抜き部）があり、この、接合領域と非接合領域との比を最適な値に設定することで、接合強度を確保した上で、床スラブ２２が直射日光等による熱膨張を生じても、変形角γを小さくすることができる。この結果、梁２０に生じる曲げモーメントによる変形を抑制することができる。

また、スタッド２４は、梁２０を長さ方向に３等分したとき、最も外柱１６に近い、梁２０の長さ方向の１／３の領域にのみ設けられている。これにより、梁２０の曲げ可能長さを梁２０の長さ方向の残りの２／３の領域に広げ、梁２０の曲げ可能長さを長くすることができる。この結果、曲げモーメントにより梁２０に生じる変形角γを小さくできる。

次に、本実施形態の効果について、数値解析を用いて検証した結果を説明する。
数値解析は、図４に示す解析モデル用の車路スロープ５０を用いて算出した。計算は、応力解析プログラム（ＭＩＤＡＳ）を用いて、床スラブ２２が温度荷重を受けて熱膨張した時、梁２０に生じる熱応力を求めた。
図５には、数値解析で使用した、車路スロープ５０の接合部の構造３種類と、その計算結果を示す。
なお、図４に示す解析モデルの車路スロープ５０は、上述した車路スロープ１０の構成を、数値解析用にモデル化したものである。構造上同じ構成であり、車路スロープ１０と５０の対応する構成部材には、同じ番号を付している。

図４に示すように、車路スロープ５０は、建物１２の側壁に沿わせた直線状の第１車路（幅９ｍ×長さ９０ｍ）５２と、第２車路（幅９ｍ×長さ８１ｍ）５４の２本の車路を、建物の角部で直交させたＬ字状に形成されている。
第１車路５２と第２車路５４には、それぞれ１か所のエキスパンションジョイント２８が設けられている。第１車路５２と第２車路５４は、いずれも一辺を０．５ｍの正方形メッシュに区画し、数値計算の最小単位とした。このとき、エキスパンションジョイント２８の位置では、床スラブ２２を１要素分抹消した。

境界条件として、床スラブ２２の建物１２側の端部の建物１２とつながる部分（床スラブ２２と建物１２側の床スラブ３２が一致する部分のみ）は、ピン支持とした。また、外柱１６の下端はピン支持とし、外周柱１４の下端は固定支持とした。荷重条件は、床スラブ２２に、５０℃の温度荷重を入力した。
数値計算は、床スラブ２２と梁２０との接合部における接合範囲が異なる３種類について、梁２０に生じる曲げモーメントを各メッシュ毎に算出した。床スラブ２２と梁２０の接合部は格子点を連結させた。

図５に数値計算結果の一例を示す。
図５に示すように、数値計算は、床スラブ２２と梁２０、及び小梁２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃの接合部の位置が異なる３種類（ケースＡ、Ｂ、Ｃ）について行った。曲げモーメントＭは、反時計回りをプラスで示し、時計回りをマイナスで示した。

ここに、ケースＡは、何ら対策を施していない従来の構成であり、車路スロープ１０の床スラブ２２の幅方向の全幅ＬＳに渡り、床スラブ２２と、梁３６、小梁２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ、及び梁２０をスタッド２４で接合している。
ケースＢは、車路スロープ１０の床スラブ２２の幅方向の一部の範囲の床スラブ２２と、梁３６、小梁２６Ａ、２６Ｂ、及び梁２０の梁３６と小梁２６Ｂの範囲のみをスタッド２４で接合した構成である。
ケースＣは、本実施形態の構成であり、車路スロープ１０の床スラブ２２の幅方向の一部の範囲の床スラブ２２と、梁３６、小梁２６Ａ、及び梁２０の梁３６と小梁２６Ａの範囲のみをスタッド２４で接合した構成である。

数値計算の大略は、床スラブ２２の温度上昇による熱膨張量を求め、床スラブ２２に固定された梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの変位量から、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに発生する曲げモーメントＭを算出した。
ここに、梁２０Ｃは、エキスパンションジョイントで区画された一方の端部であり、熱膨張で矢印Ｓ方向へ移動した場合、最も大きく変位する端部である。

結果は、ケースＡにおいては、梁２０Ｃの外周柱１４の位置に発生する曲げモーメントＭが最も大きく（Ｍ＝６１７．５ｋＮ−ｍ）、次いで、梁２０Ｂの外周柱１４の位置に発生する曲げモーメントＭが大きかった（Ｍ＝５１４．９ｋＮ−ｍ）。他の部位も含め、外周柱１４の位置において、局所的に非常に大きな値を示した。
一方、外周柱１４の位置及び小梁２６Ｃの位置以外の場所は、ほぼゼロに近い値であった（図２では−で示した）。

ケースＡで局所的に大きな曲げモーメントＭが生じるのは、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの外周柱１４側の固定端と、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと床スラブ２２の固定部である小梁２６Ｃとの距離が０．５ｍと小さく、曲げ可能長さが短いためと思われる。係る条件では、変形角γが大きくなり、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに変形が生じる可能性がある。

ケースＢにおいては、梁２０Ｃの小梁２６Ｂとの交差部に発生する曲げモーメントが最も大きく（Ｍ＝９４．７ｋＮ−ｍ）、次いで、梁２０Ｃの外周柱１４の位置に発生する曲げモーメントが大きかった（Ｍ＝９２．６ｋＮ−ｍ）。
ケースＢは、ケースＡに比べて曲げモーメントＭの最大値、及び曲げモーメントＭの値が全体的に低下している。

これは、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの外周柱１４側の固定端と、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと床スラブ２２の固定部である小梁２６Ｂとの距離が３．３３ｍに増加し、曲げ可能長さが長くなったためと思われる。係る条件では、変形角γが小さくなり、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの変形の可能性は低下する。

ケースＣにおいては、梁２０Ｃの小梁２６Ａとの交差部に発生する曲げモーメントＭが最も大きく（Ｍ＝４４．２ｋＮ−ｍ）、次いで、梁２０Ｂの小梁２６Ａとの交差部に発生する曲げモーメントＭが大きかった（Ｍ＝３１．１ｋＮ−ｍ）。
ケースＣにおいては、曲げモーメントＭの最大値がケースＡ、Ｂに比べ大幅に低下している。また、他の部位における曲げモーメントＭも、全体的にケースＡ、Ｂに比べ大幅に低下している。これは、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの外周柱１４側の固定端と、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと床スラブ２２の固定部である小梁２６Ａとの距離が６．１６ｍに更に増加し、曲げ可能長さが最も長くなったためと思われる。係る条件では、変形角γが更に小さくなり、梁２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの変形の可能性は更に低下する。

以上の結果から、床スラブ２２の変形量は、熱による伸びのため一定であったとしても、曲げ可能長さが短い程（ケースＡ＞ケースＢ＞ケースＣ）、梁２０の変形角γが大きくなり、曲げモーメントが大きくなることが分かる。特に対策しない場合（ケースＡ）には、建物１２側の幅０．５ｍの吹き抜け（縁切り部）のみで熱膨張による力を受けるので、非常に大きい曲げモーメントＭが生じる。

これに対し、小梁２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃのスパンの１つ分（ケースＢ）、又は２つ分（ケースＣ）のように、スタッド２４を設けない区間を広げることで、曲げ可能長さが拡大された比率で、梁２０に生じる曲げモーメントＭを小さくすることができる。
この結果、床スラブ２２に、温度上昇に伴う熱膨張が生じても、梁２０に生じる変形角γが小さくなり、曲げモーメントによる変形を抑制することができる。

以上説明したように、本実施形態の車路スロープ１０を採用することにより、外周柱１４を利用して、外周柱１４と外柱１６の間に、車路スロープ１０を容易に構築することができる。即ち、本実施形態の車路スロープ１０を採用しない従来の構成では、外周柱１４の位置における梁２０の破損を防止するため、外周柱１４の代わりに新たな柱を設け、外周柱１４の外側に設けた新たな柱を利用して車路スロープ１０を構築する必要があった。このため、外周柱１４の代わりの柱の施工や、新たな柱の設置のための場所の確保等が必要となる。これに対し、本実施形態では、建物１２の外周柱１４を直接利用できるので、外周柱１４の代わりの新たな外柱を必要としない。

なお、本実施形態では、車路スロープ１０の構造上、３本の小梁２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃで幅ＬＳの床スラブ２２を支持する構成のめ、梁２０を長さ方向に３等分した場合について説明した。しかし、これに限定されることはなく、例えば小梁４本で支持する場合等には、梁２０を長さ方向に２等分し、外柱１６に近い梁２０の長さ方向の１／２の領域にのみ、スタッド２４を設けてもよい。
即ち、スタッド２４を設ける範囲を、外柱１６に近い側のみとし、外周柱１４に近い側には設けない構成であればよい。

（第２実施形態）
図６を用いて、第２実施形態に係る床スラブ接合構造の廊下４０への適用例について説明する。
廊下４０は、第１実施形態で説明した車路スロープ用の床スラブ２２が、水平面に対して傾斜角度θで構築されているのに対し、床スラブ４４が水平面に対して平行に構築されている点において相違する。相違点を中心に説明する。

建物の外周柱１４と外柱１６の間に梁２０が設けられ、梁２０に床スラブ４４が支持されている。ここに梁２０は、建物１２の梁３０と同じ高さに設けられている。また、床スラブ４４は、Ｙ軸方向へ水平に延設されている。即ち、床スラブ４４は、Ｙ軸方向には傾斜していない。また、床スラブ４４と梁２０の接合は、外柱１６に近い領域ＡＲにのみ設けられ、外周柱１４に近い領域ＢＲには設けられていない。

これにより、床スラブ４４に、温度上昇に伴う熱膨張が生じても、梁２０に生じる変形角γを小さくできるので、曲げモーメントによる変形を抑制できる。
他の構成は第１実施形態と同じであり、説明は省略する。

１０ 車路スロープ（床スラブ接合構造）
１２ 建物
１４ 外周柱
１６ 外柱
１８ 外壁（外装材）
２０ 梁
２２ 床スラブ
２４ スタッド
２６ 小梁
４０ 廊下（床スラブ接合構造）
ＡＲ 外柱に近い領域
ＬＤ 幅（縁が切られた空間）

Claims (3)

1. 建物の外周柱と間隔をあけて前記建物の外側へ設けられた外柱と、
   前記外周柱と前記外柱との間に架設された梁と、
   前記梁に支持され、前記建物に沿って延設された床スラブと、
   前記梁を長さ方向に２等分したときに前記外柱に近い側の前記梁の領域にのみ設けられ、前記梁に前記床スラブを接合するスタッドと、
   を有する床スラブ接合構造。
2. 前記床スラブと、前記外周柱及び前記建物の外装材とは縁が切られている、
   請求項１に記載の床スラブ接合構造。
3. 前記床スラブは、車路スロープ又は廊下である、
   請求項１又は２に記載の床スラブ接合構造。