特開2021-195805(P2021-195805A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-195805(P2021-195805A)
(43)【公開日】2021年12月27日
(54)【発明の名称】柱と梁との接合構造
(51)【国際特許分類】
   E04B 1/24 20060101AFI20211129BHJP
   E04B 1/58 20060101ALI20211129BHJP
【FI】
   E04B1/24 L
   E04B1/58 508S
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】OL
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2020-103610(P2020-103610)
(22)【出願日】2020年6月16日
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】澤口 香織
(72)【発明者】
【氏名】山野辺 宏治
(72)【発明者】
【氏名】小倉 賢人
(72)【発明者】
【氏名】菅野 英幸
【テーマコード(参考)】
2E125
【Fターム(参考)】
2E125AA03
2E125AA13
2E125AC01
2E125AC16
2E125AE12
2E125AG03
2E125AG49
2E125CA90
(57)【要約】
【課題】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。
【解決手段】柱と梁との接合構造100は、鉛直方向に延び、円筒形に形成された鋼管21と、鋼管21の内部に配置され、鉛直方向に延びる主筋22と、鋼管21の内部に充填されたコンクリート部23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、鋼管21の外面21aに設けられるとともに外形が平面視円形状をなし、梁1の上下のフランジ11,12と接合される上部ダイアフラム31及び下部ダイアフラム32と、鋼管21の内面21dから内側に突出する複数のコッタ33と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項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ていることを特徴とする柱と梁との接合構造。
【請求項2】
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柱と梁との接合構造。
【請求項3】
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ることを特徴とする請求項2に記載の柱と梁との接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、柱と梁との接合構造に関するものである。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開2016−142062号公報
【特許文献2】特開2017−160754号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
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。
【0009】
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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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ていることを特徴とする。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【発明の効果】
【0016】
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。
【図面の簡単な説明】
【0017】
図1】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2】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3】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。
【発明を実施するための形態】
【0018】
(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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
コッタ33、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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
(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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【符号の説明】
【0046】
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
図1
図2
図3