JP7487018B2 - 柱と梁との接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、柱と梁との接合構造に関するものである。

従来から、鋼管の内部に鉄筋及びコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管構造（ＣＦＴ造）柱と、鉄骨造（Ｓ造）の梁との接合構造が知られている。

特許文献１には、柱の側面から内部に窪む凹所（切欠き部）を設けて、梁の端部を凹所に挿入して柱の内部まで到達させて、柱と梁とを接合する梁貫通形式が提案されている。

特許文献２には、柱の外側面に外ダイアフラムを溶接して、外ダイアフラムと梁のフランジとを溶接して柱と梁とを接合する外ダイアフラム形式が提案されている。

平面視で円形の環状をなす円形外ダイアフラムを採用すると、平面視で矩形の環状をなす矩形外ダイアフラムよりも、外壁等との納まりにおいて無駄のない架構計画を立案できたり、斜め梁の接合ディテールを簡略化できたりする。

また、上下の柱は、鋼管の内部に配置された主筋（接合鉄筋）と充填コンクリートによって接合されていて、上下の鋼管の縁は切れている。

特開２０１６－１４２０６２号公報 特開２０１７－１６０７５４号公報

しかしながら、円形外ダイアフラムでは、外ダイアフラムが梁からの引張力に抵抗する際に矩形外ダイアフラムと比較して板面内方向及び板面外方向に変形しやすかったり、応力状態が複雑な柱梁接合部から柱の抜け出しが生じたりして、架構剛性の低下につながるという問題点がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、架構剛性を高めることができる柱と梁との接合構造を提供する。

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、本発明に係る柱と梁との接合構造は、鉛直方向に延び、円筒形に形成された鋼管と、該鋼管の内部に配置され、鉛直方向に延びる主筋と、前記鋼管の内部に充填されたコンクリート部と、を有するコンクリート充填鋼管造の柱とＨ形鋼の梁との接合構造であって、前記鋼管の外面に設けられるとともに外形が平面視円形状をなし、前記梁の上下のフランジと接合される上部ダイアフラム及び下部ダイアフラムと、前記鋼管の内面から内側に突出する複数のコッタと、を備え、前記柱に対して、少なくとも２本の前記梁が直交配置され、平面視で、前記鋼管の中心と前記梁の延在方向とを結んだ線を第一仮想線とし、平面視で、前記鋼管の中心から直交する２本の前記第一仮想線の中間に延びる線を第二仮想線とし、前記コッタは、前記第二仮想線上に配置され、前記コッタは、周方向に等間隔に４箇所、かつ、上下に３列配置され、前記コッタは、前記上部ダイアフラムの直下の高さ位置と、前記下部ダイアフラムの直上に高さ位置と、それらの中間位置と、に設けられていることを特徴とする。

このように構成された柱と梁との接合構造では、鋼管の内面から内側に突出する複数のコッタが設けられている。コッタがコンクリート部に定着することによって、鋼管とコンクリート部との付着性状が高められ、架構剛性を高めることができる。
また、鋼管における第一仮想線上に梁が接合され、直交する第一仮想線の間の第二仮想線上にコッタが設けられている。よって、鋼管における第二仮想線上（梁と接合されていない部分）近傍のコンクリート部との定着性が向上し、柱軸方向の剛性を補強することができる。

また、本発明に係る柱と梁との接合構造は、鉛直方向に延び、円筒形に形成された鋼管と、該鋼管の内部に配置され、鉛直方向に延びる主筋と、該鋼管の内部に充填されたコンクリート部と、を有するコンクリート充填鋼管造の柱とＨ形鋼の梁との接合構造であって、前記鋼管の外面に設けられるとともに外形が平面視円形状をなし、前記梁の上下のフランジと接合される上部ダイアフラム及び下部ダイアフラムと、該上部ダイアフラム及び下部ダイアフラムの上部及び下部の少なくとも一方に設けられた補剛部と、を備えることを特徴とする。

このように構成された柱と梁との接合構造では、上部ダイアフラム及び下部ダイアフラムの上部及び下部の少なくとも一方に設けられた補剛部によって、梁引張方向の引張剛性が補強され、架構剛性を高めることができる。

また、本発明に係る柱と梁との接合構造では、前記補剛部は、前記鋼管の中心と前記梁の延在方向とを結ぶ線上に配置されていてもよい。

このように構成された柱と梁との接合構造では、補剛部を鋼管の中心と梁の延在方向とを結ぶ線上に配置することによって、上部ダイアフラム及び下部ダイアフラムの設計時に一般的に（指針などで）想定される降伏線上近傍での上部ダイアフラム及び下部ダイアフラムの損傷が抑制される。

本発明に係る柱と梁との接合構造によれば、架構剛性を高めることができる。

本発明の第一実施形態に係る柱と梁との接合構造を示し、（ａ）水平断面図であり、（ｂ）（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。 本発明の第二実施形態に係る柱と梁との接合構造を示し、（ａ）水平断面図であり、（ｂ）（ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。 本発明の第二実施形態に係る柱と梁との接合構造において、補剛部の効果を確認する解析結果を示す。

（第一実施形態）
本発明の第一実施形態に係る柱と梁との接合構造について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第一実施形態に係る柱と梁との接合構造を示し、（ａ）水平断面図であり、（ｂ）（ａ）のＡ－Ａ線断面図である。
図１に示すように、本実施形態の柱と梁との接合構造１００では、コンクリート充填鋼管造の柱２に鉄骨造の梁１が接合されている。本実施形態では、柱２に対して、４本の梁１が、平面視直交配置されている。なお、梁１の本数は適宜設定可能である。

各梁１は、Ｈ形鋼で構成されている。梁１は、上部フランジ１１及び下部フランジ１２と、ウェブ１３と、を有している。

上部フランジ１１と下部フランジ１２とは、上下方向に離間して配置されている。上部フランジ１１及び下部フランジ１２は、板状に形成されている。上部フランジ１１及び下部フランジ１２の板面が水平面に沿うように配置されている。

ウェブ１３は、上部フランジ１１と下部フランジ１２とを連結している。ウェブ１３は、板状に形成されている。ウェブ１３の板面は、鉛直面に沿うように配置されている。

柱２は、鋼管２１と、複数の主筋２２と、コンクリート部２３と、を有している。鋼管２１は、鉛直方向を軸線方向として円筒状に形成されている。鋼管２１は、梁１の上方及び下方に配置される鋼管本体２１ｂと、梁１に対応する高さに配置されるふさぎ板２１ｃと、を有している。鋼管本体２１ｂ及びふさぎ板２１ｃともに、鉛直方向を軸線方向として円筒状に形成されている。鋼管本体２１ｂとふさぎ板２１ｃとは、溶接なしで、メタルタッチとされている。

主筋２２は、鋼管２１の内側に沿って配置されている。主筋２２は、周方向に間隔を有して配置されている。主筋２２は、鉛直方向に延びている。本実施形態では、主筋２２は２４本配置されているが、主筋２２の本数は適宜設定可能である。コンクリート部２３は、鋼管２１の内部に充填されている。主筋２２は、コンクリート部２３に定着されている。

柱と梁との接合構造１００は、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２と、複数のコッタ３３と、を備えている。

上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２は、梁１から柱２へと荷重を伝達する機能を有している。上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２は、鋼管２１の外面２１ａから径方向の外側に突出するように設けられている。上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２は、鋼管２１に溶接等により接合されている。本実施形態では、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２は、鋼管本体２１ｂとふさぎ板２１ｃとの間に接合されている。

上部ダイアフラム３１は、梁１の上部フランジ１１と略同一の高さに配置されている。上部ダイアフラム３１の厚さは、上部フランジ１１の厚さよりも僅かに厚い。上部ダイアフラム３１は、上部フランジ１１に溶接等により接合されている。

下部ダイアフラム３２は、梁１の下部フランジ１２と略同一の高さに配置されている。下部ダイアフラム３２の厚さは、下部フランジ１２の厚さよりも僅かに厚い。下部ダイアフラム３２は、下部フランジ１２に溶接等により接合されている。

上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２は、鉛直方向に所定の厚さを有し、環状をなした板状に形成されている。図１（ａ）に示すように、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２の外周面３０ａは、略円形状をなしている。上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２の外周面のうち上部フランジ１１及び下部フランジ１２に接合される部分３０ｂは、上部フランジ１１及び下部フランジ１２の端面に対応して直線状をなしている。

コッタ３３は、鋼管２１のふさぎ板２１ｃの内面２１ｄから径方向の内側に突出するように設けられている。コッタ３３は、鋼板片等の金属材料で構成されている。コッタ３３は、ふさぎ板２１ｃの内面２１ｄに溶接等により接合されている。

本実施形態では、コッタ３３は、ふさぎ板２１ｃの内面２１ｄに周方向に等間隔に４箇所、且つ上下に３列配置されている。コッタ３３によって、コンクリート部２３の上下方向のずれが抑制される。なお、コッタ３３の個数や配置位置は適宜設定可能である。

平面視で、鋼管２１の中心Ｏと梁１の延在方向とを結んだ線を第一仮想線Ｌ１とする。平面視で、鋼管２１の中心Ｏから直交し、隣り合う２本の第一仮想線Ｌ１の中間（中央）に延びる線を第二仮想線Ｌ２とする。コッタ３３は、第二仮想線Ｌ２上に配置されている。

図１（ｂ）に示すように、コッタ３３は、ふさぎ板２１ｃの上端部２１ｕ（上部ダイアフラム３１の直下の高さ位置）、下端部２１ｗ（下部ダイアフラム３２の直上の高さ位置）及び上下方向の中央部に設けられている。なお、コッタ３３は、ふさぎ板２１ｃの上端部２１ｕから隙間を有して下方に配置されていたり、ふさぎ板２１ｃの下端部２１ｗから隙間を有して上方に配置されていたりしてもよい。

コッタ３３は、鋼管２１の中心Ｏとコッタ３３を通る鉛直断面視で、矩形状をなしている。図１（ａ）に示すように、コッタ３３は、水平断面視で、ふさぎ板２１ｃの内面２１ｄに接合される面はふさぎ板２１ｃの内面２１ｄに対応した形状（曲面）でありつつ、略矩形状をなしている。コッタ３３の水平断面が略矩形状であるため、例えば円形断面のコッタよりも効率よくコンクリート部２３のずれ止め反力を得ることができる。なお、コッタ３３は、応力集中を避けるために多少のテーパーを形成した方が好ましい。

このように構成された柱と梁との接合構造１００では、鋼管２１の内面２１ｄから内側に突出する複数のコッタ３３が設けられている。コッタ３３がコンクリート部２３に定着することによって、鋼管２１とコンクリート部２３との付着性状が高められ、架構剛性を高めることができる。

また、鋼管２１における第一仮想線Ｌ１上に梁１が接合され、直交する第一仮想線Ｌ１の間の第二仮想線Ｌ２上にコッタ３３が設けられている。よって、鋼管２１における第二仮想線Ｌ２上（梁１と接合されていない部分）近傍のコンクリート部２３との定着性が向上し、柱軸方向の剛性を補強することができる。

（第二実施形態）
次に、第二実施形態に係る柱と梁との接合構造ついて、主に図２及び図３を用いて説明する。なお、上述した実施形態の構成要素と同一機能を有する構成要素には同一符号を付して説明は省略する。

図２は、本発明の第二実施形態に係る柱と梁との接合構造を示し、（ａ）水平断面図であり、（ｂ）（ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。
図２に示すように、本実施形態の柱と梁との接合構造１００Ａは、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２と、複数の上部補剛部３４及び下部補剛部３５と、を備えている。

上部補剛部３４は、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２の上面（上部）に設けられている。下部補剛部３５は、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２の下面（下部）に設けられている。上部補剛部３４及び下部補剛部３５は、鉛直方向に所定の厚さを有する板状部材である。上部補剛部３４及び下部補剛部３５は、鋼板等の金属材料で構成されている。

上部補剛部３４及び下部補剛部３５は、周方向に間隔を有して４箇所に設けられている。本実施形態では、第一仮想線Ｌ１上に配置されている。上部補剛部３４及び下部補剛部３５の幅は、梁１の上部フランジ１１及び下部フランジ１２の幅よりも長い。

次に、上記の柱と梁との接合構造１００Ａの解析について説明する。
上部補剛部３４及び下部補剛部３５の効果について確認した。
上部フランジ１１及び下部フランジ１２を幅３００ｍｍ、板厚２８ｍｍとした。上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２を板厚４５ｍｍとした。上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２の上下両側または上下いずれか一方に補剛部を設けるとして、実施例１では補剛部の板厚を３ｍｍ（１．０６倍）、実施例２では補剛部の板厚を６ｍｍ（１．１３倍）、実施例３では補剛部の板厚を９ｍｍ（１．２倍）、実施例４では補剛部の板厚を４５ｍｍ（２倍）とした。ダイアフラムが取り付く鋼管（ふさぎ板）は考慮しない。なお、補剛部の板厚は、上下両側の場合には上下の合計を意味するものとする。

図３に示すように、補剛部の厚さが厚くなるほど、初期剛性が高くなり、降伏耐力（２７５０ｋＮ）レベルの変形は小さくなることが分かる。

このように構成された柱と梁との接合構造１００Ａでは、上部ダイアフラ３１ム及び下部ダイアフラム３２の上部及び下部に設けられた上部補剛部３４及び下部補剛部３５によって、梁引張方向の引張剛性が補強され、架構剛性を高めることができる。

また、上部補剛部３４及び下部補剛部３５を鋼管２１の中心Ｏと梁１の延在方向とを結ぶ第一仮想線Ｌ上に配置することによって、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２の設計時に一般的に（指針などで）想定される降伏線上近傍での上部ダイアフラ３１ム及び下部ダイアフラム３２の損傷が抑制される。

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。

上記に示す実施形態では、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２の上部に上部補剛部３４が設けられ、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２の下部に下部補剛部３５が設けられているが、本発明はこれに限られない。補剛部は、上部ダイアフラム３１及び下部ダイアフラム３２の上部及び下部の少なくとも一方に設けられていればよい。

１ 梁
２ 柱
１１ 上部フランジ
１２ 下部フランジ
２１ 鋼管
２１ａ 外面
２１ｄ 内面
２２ 主筋
２３ コンクリート部
３１ 上部ダイアフラム
３２ 下部ダイアフラム
３３ コッタ
３４ 上部補剛部（補剛部）
３５ 下部補剛部（補剛部）
１００ 柱と梁との接合構造
Ｌ１ 第一仮想線
Ｌ２ 第二仮想線
Ｏ 中心

Claims (3)

1. 鉛直方向に延び、円筒形に形成された鋼管と、該鋼管の内部に配置され、鉛直方向に延びる主筋と、前記鋼管の内部に充填されたコンクリート部と、を有するコンクリート充填鋼管造の柱とＨ形鋼の梁との接合構造であって、
   前記鋼管の外面に設けられるとともに外形が平面視円形状をなし、前記梁の上下のフランジと接合される上部ダイアフラム及び下部ダイアフラムと、
   前記鋼管の内面から内側に突出する複数のコッタと、を備え、
   前記柱に対して、少なくとも２本の前記梁が直交配置され、
   平面視で、前記鋼管の中心と前記梁の延在方向とを結んだ線を第一仮想線とし、
   平面視で、前記鋼管の中心から直交する２本の前記第一仮想線の中間に延びる線を第二仮想線とし、
   前記コッタは、前記第二仮想線上に配置され、
   前記コッタは、周方向に等間隔に４箇所、かつ、上下に３列配置され、
   前記コッタは、前記上部ダイアフラムの直下の高さ位置と、前記下部ダイアフラムの直上に高さ位置と、それらの中間位置と、に設けられていることを特徴とする柱と梁との接合構造。
2. 前記コッタは、平面視略矩形状に形成されている請求項１に記載の柱と梁との接合構造。
3. 前記コッタは、平面視でテーパーが形成されている請求項２に記載の柱と梁との接合構造。

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