特開 2022-160716 柱と梁との接合構造

(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】P2022160716

(43)【公開日】2022-10-20

(54)【発明の名称】柱と梁との接合構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/30 20060101AFI20221013BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20221013BHJP

【ＦＩ】

E04B1/30 E

E04B1/58 508P

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021065063

(22)【出願日】2021-04-07

(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】仁田脇 雅史

(72)【発明者】

【氏名】澤口 香織

(72)【発明者】

【氏名】石井 大吾

【テーマコード（参考）】

2E125

【Ｆターム（参考）】

2E125AA04

2E125AA14

2E125AB01

2E125AB13

2E125AB17

2E125AC01

2E125AC07

2E125AC15

2E125AC16

2E125AG49

2E125BE10

2E125CA90

(57)【要約】

【課題】施工性が良いとともに、剛性及び耐力を確保す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、鋼管２１の内部にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管造の柱２と鉄骨造の梁１との接合構造であって、柱２と梁１との接合部ａに設けられ、鋼管２１から外方に突出し、外周縁部３２ｂに梁１の上側のフランジ１１に接合される上側ダイアフラム部材３２と、上側ダイアフラム部材３２から上方に突出し、平面視環状をなす外側鋼管３４と、を備え、外側鋼管３４の外径は、柱２の鋼管２１の外径よりも大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼管の内部にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管造の柱と鉄骨造の梁との接合構造であって、
前記柱と前記梁との接合部に設けられ、前記鋼管から外方に突出し、外周縁部に前記梁の上側のフランジが接合される上側ダイアフラム部材と、
該上側ダイアフラム部材から上方に突出し、平面視環状をなす外側鋼管と、を備え、
該外側鋼管の外径は、前記柱の鋼管の外径よりも大きい柱と梁との接合構造。

【請求項2】

前記外側鋼管の外径は、前記上側ダイアフラム部材の外形よりも小さい請求項１に記載の柱と梁との接合構造。

【請求項3】

前記外側鋼管は、平面視円環状である請求項１または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）の柱と、鉄骨造（Ｓ造）の梁との接合構造（ＲＣＳＴ構造）が知られている（下記の特許文献１参照）。

【0003】

また、柱の外周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することで、接合部の剛性を高めた外ダイアフラム形式が知られている。

【0004】

施工する際には、下階の柱の鋼管内のコンクリートを打設後に、床のコンクリートを打設する。柱と梁とで使用するコンクリートの強度等が異なる場合には、柱のコンクリートと床のコンクリートとが混合しないようにしなければならない。このために、下階の柱の鋼管の内部にコンクリートを打設した後に、床高さ位置において接合鉄筋の周りを筒状部材に囲む（箱抜き）してから、床のコンクリートを打設する。このようにして、柱の内部に床のコンクリートが入り込まないようにしている。次に、上階の柱の鋼管を設置して、鋼管の内部にコンクリートを打設した後に、床高さ位置において柱周りに床のコンクリートを追加で打設して、床補修を行うことになる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１０－２６１２７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記の施工方法では、柱における床高さ部分のコンクリートの打設は、上階の柱のコンクリートの打設後になる。このため、柱における床高さ部分のコンクリートの打設前に降雨になると、筒状部材で囲まれた柱周りから下階へ雨が流れ混んでしまうため、下階の内装工事等の工期の延長につながり、工期が長引くという問題点がある。

【0007】

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、施工性が良いとともに、剛性及び耐力を確保す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】

【0008】

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、鋼管の内部にコンクリートが充填されたコンクリート充填鋼管造の柱と鉄骨造の梁との接合構造であって、前記柱と前記梁との接合部に設けられ、前記鋼管から外方に突出し、外周縁部に前記梁の上側のフランジが接合される上側ダイアフラム部材と、該上側ダイアフラム部材から上方に突出し、平面視環状をなす外側鋼管と、を備え、該外側鋼管の外径は、前記柱の鋼管の外径よりも大きい。

【0009】

このように構成された柱と梁との接合構造では、平面視環状の外側鋼管が上側ダイアフラム部材から上方に突出していて、外側鋼管の外径は柱の鋼管の外径よりも大きい。この構成によって、外側鋼管が従来の箱抜きの筒状部材の代わりとなり、下階の柱用のコンクリートと床スラブ用のコンクリートとが混合する可能性が低くなる。よって、柱周りに筒状部材を設置する箱抜きを行わずに床スラブのコンクリートの打設を行うことができるため、施工性が良い。
また、柱の鋼管の外側に外側鋼管を設けることによって、柱と梁との接合部の剛性及び耐力を高めることができる。

【0010】

また、本発明に係る柱と梁との接合構造では、前記外側鋼管の外径は、前記上側ダイアフラム部材の外形よりも小さくてもよい。

【0011】

このように構成された柱と梁との接合構造では、外側鋼管の外径は上側ダイアフラム部材の外形よりも小さい。よって、外側鋼管を上側ダイアフラム部材の上面に設けることができる。

【0012】

また、本発明に係る柱と梁との接合構造では、前記外側鋼管は、平面視円環状であってもよい。

【0013】

このように構成された柱と梁との接合構造では、外側鋼管は、平面視円環状である。よって、接合部の周方向にわたって均等に剛性及び耐力を高めることができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る柱と梁との接合構造によれば、施工性が良いとともに、剛性及び耐力を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の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）鉛直断面図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る柱と梁との接合構造の要部を模式的に示した斜視図である。

【図3】解析モデルを示し、（ａ）比較例１を示し、（ｂ）比較例２を示し、（ｃ）比較例３を示し、（ｄ）実施例を示す。

【図4】解析結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0016】

本発明の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）鉛直断面図である。
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（ＣＦＴ造）の柱２に鉄骨造（Ｓ造）の梁１との接合部ａの構造である。本実施形態では、上下２本の柱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。

【0017】

各梁１は、Ｈ形鋼で構成されている。梁１は、上側フランジ（上側のフランジ）１１及び下側フランジ１２と、ウェブ１３と、を有している。

【0018】

上側フランジ１１と下側フランジ１２とは、上下方向に離間して配置されている。上側フランジ１１及び下側フランジ１２は、板状に形成されている。上側フランジ１１及び下側フランジ１２の板面は、水平面に沿っている。

【0019】

ウェブ１３は、上側フランジ１１と下側フランジ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、鉛直面に沿っている。

【0020】

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。

【0021】

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。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。主筋２２及びコンクリート部２３は、下階の柱２、後述する柱梁接合部材３及び上階の柱２の略全長に配置されている。

【0022】

上階の柱２と下階の柱２との間に柱梁接合部材３が設けられている。４本の梁１が柱梁接合部材３に四方から接合されている。

【0023】

柱梁接合部材３は、ふさぎ板３１と、上側ダイアフラム部材３２と、下側ダイアフラム部材３３と、外側鋼管３４と、を有している。以下では、上側ダイアフラム部材３２および下側ダイアフラム部材３３をダイアフラム部材３０と記載することがある。

【0024】

ふさぎ板３１は、鉛直方向を軸線方向として円筒状に形成されている。ふさぎ板３１の径は、柱２の鋼管２１の径と略同一である。ふさぎ板３１は、柱２の鋼管２１と同軸に配置される。ふさぎ板３１は、接合部ａの鉛直方向の全長にわたって延びている。ふさぎ板３１の高さは、梁１の高さよりも上側ダイアフラム部材３２及び下側ダイアフラム部材３３の高さ分低い。

【0025】

ダイアフラム部材３０は、梁１から柱２へと荷重を伝達する機能を有している。ダイアフラム部材３０は、鋼管２１から径方向の外側（外方）に突出するように設けられている。ダイアフラム部材３０は、平面視円環状である。ダイアフラム部材３０の外形及び内形は、円形状をしている。ダイアフラム部材３０は、ふさぎ板３１と同軸に配置される。ダイアフラム部材３０は、平板状である。ダイアフラム部材３０の板面は、水平面に沿っている。ダイアフラム部材３０は、例えば鋼板を加工して形成されている。

【0026】

上側ダイアフラム部材３２の内周縁部３２ａは、ふさぎ板３１の上端部及び上階の柱２の鋼管２１の下端部に接合されている。上側ダイアフラム部材３２は、梁１の上側フランジ１１と略同一の高さに配置されている。上側ダイアフラム部材３２の外周縁部３２ｂは、上側フランジ１１に接合されている。

【0027】

下側ダイアフラム部材３３の内周縁部３３ａは、ふさぎ板３１の下端部及び下階の柱２の鋼管２１の上端部に接合されている。下側ダイアフラム部材３３は、梁１の下側フランジ１２と略同一の高さに配置されている。下側ダイアフラム部材３３の外周縁部３３ｂは、下側フランジ１２に接合されている。

【0028】

外側鋼管３４は、上側ダイアフラム部材３２の上面３２ｕから上方に突出している。図２（図２では、梁１の構成のうち上側フランジ１１のみ示している）に示すように、外側鋼管３４は、平面視円環状である。外側鋼管３４の高さは、例えば１２０ｍｍ～２００ｍｍ程度である。

【0029】

外側鋼管３４は、ふさぎ板３１及び柱２の鋼管２１と同軸に配置される。外側鋼管３４は、鋼管２１の外側に鋼管２１と隙間をあけて配置されている。外側鋼管３４の外径は、ふさぎ板３１の外形及び柱２の鋼管２１の外径よりも大きい。外側鋼管３４の外径は、上側ダイアフラム部材３２の外形よりも小さい。

【0030】

外側鋼管３４は、例えば鋼板を加工して形成されている。外側鋼管３４は、上側ダイアフラム部材３２の上面３２ｕに溶接等により接合されている。

【0031】

図１（ｂ）に示すように、上階の柱２の鋼管２１の外側且つ外側鋼管３４の内側の空間には、コンクリートが充填されたコンクリート部３５が設けられている。なお、コンクリート部３５は設けられていなくてもよい。

【0032】

梁１の上側には、床スラブ４１が形成されている。床スラブ４１は、コンクリートを含み、平板状に形成されている。床スラブ４１の板面は、水平面に沿っている。床スラブ４１は、柱梁接合部材３の外側鋼管３４の外側に形成されている。床スラブ４１の高さは、外側鋼管３４の高さよりも低い。

【0033】

次に、上記の柱と梁との接合構造１００の施工方法について説明する。
まず、下階の柱２の鋼管２１の上側に柱梁接合部材３を設置する。柱梁接合部材３の内部には、柱２の主筋２２が挿入される。

【0034】

次に、下階の柱２の鋼管２１の内部及び柱梁接合部材３のふさぎ板３１の内部に、コンクリートを打設する。

【0035】

次に、柱梁接合部材３の上側ダイアフラム部材３２に梁１の上側フランジ１１を接合し、下側ダイアフラム部材３３に梁１の下側フランジ１２を接合し、ふさぎ板３１に梁１のウェブ１３を接合して、柱梁接合部材３と梁１とを接合する。

【0036】

次に、床スラブのコンクリートを打設する。
従来では、床スラブのコンクリートと柱２のコンクリートとが混合することを避けるために、上階の柱２の主筋２２の周りを筒状部材で囲む箱抜きを行い、筒状部材の外側に床スラブのコンクリートを打設していた。本実施形態では、柱梁接合部材３の外側鋼管３４の高さは、施工される床スラブ４１の高さよりも高い。よって、外側鋼管３４が箱抜きの筒状部材の代わりとなり、外側鋼管３４の外側にコンクリートを打設して、床スラブ４１を構築する。

【0037】

次に、柱梁接合部材３の上側に、上階の柱２の鋼管２１を設置する。鋼管２１の内部に主筋２２を配筋する。上階の柱２の鋼管２１の上側にも柱梁接合部材３を設置して、上記と同様に施工して、上側の柱２の鋼管２１の内部にコンクリートを打設する。

【0038】

次に、上記の柱と梁との接合構造１００の解析について説明する。
解析モデルを図３に示す。検討対象の仕口部は梁フランジ（上側フランジ１１）の幅を３００ｍｍとし、板厚（鉛直方向の厚さ）を２８ｍｍとした。円形外ダイアフラム（上側ダイアフラム部材３２）の板厚（鉛直方向の厚さ）を４５ｍｍとした。ふさぎ板（ふさぎ板３１）と外側鋼管（外側鋼管３４）の厚さｔｃは６ｍｍとした。円形外ダイアフラム、梁フランジ、ふさぎ板及び外側鋼管は、シェル要素を用いてモデル化を行った。対称性を考慮して１／４モデルとし、解析はＭＤ．Ｎａｓｔｒａｎ（ＳＯＬ１０６）を使用した。各要素の非線形特性は鋼材のＦ値（３２５Ｎ／ｍｍ^２）を降伏点とし、剛性は鋼材のヤング係数を用いた完全弾塑性として解析を行った。円形外ダイアフラムとコンクリートとの接触及び離間についてはＧＡＰ要素を用いて表現している。

【0039】

図３（ａ）に示す比較例１は、従来の円形外ダイアフラム形式である。図３（ｂ）に示す比較例２は、ふさぎ板（φ＝９００）を円形外ダイアフラムに溶接した場合を示す。図３（ｃ）に示す比較例３は、ふさぎ板（φ＝９００）及びふさぎ板と同形の鋼管φ’＝９００ｍｍ（φ’／φ＝１.０）を円形外ダイアフラムに溶接した場合を示す。図３（ｄ）に示す実施例は、ふさぎ板（φ＝９００）及び外側鋼管φ’＝１０８０ｍｍ（φ’／φ＝１.２）を円形外ダイアフラムに溶接した場合を示す。

【0040】

図４に示す解析結果から、ふさぎ板、φ’＝９００ｍｍの鋼管及び外側鋼管がある場合（実施例、比較例２，３）では、剛性が上昇していることが確認できる。ふさぎ板のみ（比較例２）とφ’＝９００ｍｍの鋼管がある場合（比較例３）及び外側鋼管がある場合（実施例）とを比較すると、比較例３ではφ’＝９００ｍｍの鋼管の影響により剛性が上昇し、実施例では外側鋼管の影響により剛性が上昇していることが確認できる。また、φ’／φが１．０～１．２の範囲であれば補剛効果を有していることが分かる。

【0041】

このように構成された柱と梁との接合構造１００では、平面視円環状の外側鋼管３４が上側ダイアフラム部材３２から上方に突出していて、外側鋼管３４の外径は柱２の鋼管２１の外径よりも大きい。この構成によって、外側鋼管３４が従来の箱抜きの筒状部材の代わりとなり、下階の柱２用のコンクリートと床スラブ４１用のコンクリートとが混合する可能性が低くなる。よって、柱２の周りに筒状部材を設置する箱抜きを行わずに床スラブ４１のコンクリートの打設を行うことができるため、施工性が良い。

【0042】

また、柱２の鋼管２１の外側に外側鋼管３４を設けることによって、接合部ａの剛性及び耐力を高めることができる。

【0043】

また、外側鋼管３４の外径は上側ダイアフラム部材３２の外形よりも小さい。よって、外側鋼管３４を上側ダイアフラム部材３２の上面３２ｕに設けることができる。

【0044】

また、外側鋼管３４は、平面視円環状である。よって、接合部ａの周方向にわたって剛性及び耐力を均等に高めることができる。

【0045】

また、外側鋼管を柱２の鋼管２１と同径にする場合には、外側鋼管の上側にメタルタッチで鋼管２１を接合しなくてはならず、目違いが生じたり、精度管理が難しかったりする。本実施形態では、柱２の鋼管２１の外径より大きい外側鋼管３４を接合部ａに取り付けるため、鋼管２１と外側鋼管３４との目違いの影響をなくすことができるため、精度の良い施工が可能となる。

【0046】

また、外側鋼管３４は柱２の鋼管２１とは連結等されておらず、鋼管２１から独立しているため、外側鋼管３４は鋼管２１の変形に左右されないため、精度の良い施工が可能となる。

【0047】

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。

【0048】

例えば、上記に示す実施形態では、外側鋼管３４は、平面視円環状に形成されているが、本発明はこれに限られない。外側鋼管は、平面視矩形の環状に形成されていてもよい。

【符号の説明】

【0049】

１ 梁
２ 柱
２１ 鋼管
３４ 外側鋼管
１００ 接合構造
ａ 接合部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】