特開 2022-19358 柱接合構造および柱梁接合構造

(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】P2022019358

(43)【公開日】2022-01-27

(54)【発明の名称】柱接合構造および柱梁接合構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20220120BHJP

   E04B 1/30 20060101ALI20220120BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 503C

E04B1/58 503N

E04B1/58 508N

E04B1/30 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020123146

(22)【出願日】2020-07-17

(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】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森田 武

(72)【発明者】

【氏名】広田 正之

【テーマコード（参考）】

2E125

【Ｆターム（参考）】

2E125AA04

2E125AA14

2E125AB12

2E125AC02

2E125AC23

2E125AG03

2E125AG13

2E125AG43

2E125BA02

2E125BB08

2E125BB09

2E125BC09

2E125BD01

2E125BE07

2E125BF03

2E125CA05

2E125CA82

2E125EA14

(57)【要約】

【課題】コンクリート部材と木質柱部材との接合部の耐火性能を確保することができる柱接合構造および柱梁接合構造を提供する。
【解決手段】木質の柱部材１２とコンクリート部材１６を上下方向に接合してなる柱接合構造であって、コンクリート部材１６の上端面または下端面から間隔をあけて設けられるとともに柱部材１２と面接合した鋼製接合部材２２と、コンクリート部材１６から鋼製接合部材２２への熱伝導を抑制するために設けられ、コンクリート部材１６と鋼製接合部材２２との間に充填配置されたグラウト材２０とを備えるようにする。グラウト材２０の充填高さＨが５０ｍｍ以上であることが好ましい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

木質の柱部材とコンクリート部材を上下方向に接合してなる柱接合構造であって、
コンクリート部材の上端面または下端面から間隔をあけて設けられるとともに柱部材と面接合した鋼製接合部材と、コンクリート部材から鋼製接合部材への熱伝導を抑制するために設けられ、コンクリート部材と鋼製接合部材との間に充填配置されたグラウト材とを備えることを特徴とする柱接合構造。

【請求項2】

グラウト材の充填高さが５０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の柱接合構造。

【請求項3】

柱部材の荷重伝達材と面接する鋼製接合部材の熱容量が、荷重伝達材の熱容量よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の柱接合構造。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか一つに記載の柱接合構造と、木質の梁部材とを備える柱梁接合構造であって、梁部材がコンクリート部材の側面に接合していることを特徴とする柱梁接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート部材と木質柱部材とを接合した柱接合構造および柱梁接合構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、構造用集成材などの木質材料が荷重支持部となる木質柱や木質梁で構造物を構築する場合、木質材料は火災に弱いことから、必要に応じて木質部材を断熱材料等で被覆して火災加熱による温度上昇を抑制する対策が行われている。例えば、木質材料（芯材）の周囲を石膏ボードや耐火シートといった断熱材や耐火被覆材で被覆した層（以下、被覆層という。）を有する木質柱と木質梁などがある。

【0003】

柱と梁の接合部は、通常、これらの部材が互いに直交して取合うため芯材の周囲の被覆層に必ず目地が生じ、熱貫通などの弱点になりやすい。そのため、当該部分すなわち接合部が、被覆層を有する木質柱あるいは木質梁と同等な耐火性能を有していなければ、接合部が火災の加熱に耐えられず木質柱と木質梁で構築される架構構造が崩壊するおそれがある。

【0004】

一方、本特許出願人は、木質柱部材と梁部材とをプレキャストコンクリートからなる仕口部材を介して接合した柱梁接合構造として、既に特許文献１に記載のものを提案している。この構造は、仕口部材の上下端面に軸力伝達部材を介して設けられ、上側柱部材および下側柱部材と接続するための接続用鉄骨部材と、仕口部材の内部に上下方向に挿入配置され、端部側で接続用鉄骨部材に接合された棒鋼と、上側柱部材および下側柱部材の内部に上下方向に挿入配置され、ここにねじ固定あるいは付着固定されるとともに、端部側で接続用鉄骨部材に接合された棒鋼とを備えたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－００２６４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、上記の従来の特許文献１のような柱梁接合構造において、コンクリートの仕口部材と、木質柱部材との接合部の耐火性能を確保することが求められていた。

【0007】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コンクリート部材と木質柱部材との接合部の耐火性能を確保することができる柱接合構造および柱梁接合構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る柱接合構造は、木質の柱部材とコンクリート部材を上下方向に接合してなる柱接合構造であって、コンクリート部材の上端面または下端面から間隔をあけて設けられるとともに柱部材と面接合した鋼製接合部材と、コンクリート部材から鋼製接合部材への熱伝導を抑制するために設けられ、コンクリート部材と鋼製接合部材との間に充填配置されたグラウト材とを備えることを特徴とする。

【0009】

また、本発明に係る他の柱接合構造は、上述した発明において、グラウト材の充填高さが５０ｍｍ以上であることを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る他の柱接合構造は、上述した発明において、柱部材の荷重伝達材と面接する鋼製接合部材の熱容量が、荷重伝達材の熱容量よりも大きいことを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る柱梁接合構造は、上述した柱接合構造と、木質の梁部材とを備える柱梁接合構造であって、梁部材がコンクリート部材の側面に接合していることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る柱接合構造によれば、木質の柱部材とコンクリート部材を上下方向に接合してなる柱接合構造であって、コンクリート部材の上端面または下端面から間隔をあけて設けられるとともに柱部材と面接合した鋼製接合部材と、コンクリート部材から鋼製接合部材への熱伝導を抑制するために設けられ、コンクリート部材と鋼製接合部材との間に充填配置されたグラウト材とを備えるので、火災加熱時に高温になったコンクリート部材から鋼製接合部材に熱が伝わり鋼製接合部材の温度が上昇することを抑制することができる。したがって、コンクリート部材と木質柱部材との接合部の耐火性能を確保することができるという効果を奏する。

【0013】

また、本発明に係る他の柱接合構造によれば、グラウト材の充填高さが５０ｍｍ以上であるので、コンクリート部材と木質柱部材との接合部の１時間の耐火性能を確保することができるという効果を奏する。

【0014】

また、本発明に係る他の柱接合構造によれば、柱部材の荷重伝達材と面接する鋼製接合部材の熱容量が、荷重伝達材の熱容量よりも大きいので、鋼製接合部材による柱部材の荷重伝達材の温度上昇を抑制することができるという効果を奏する。

【0015】

また、本発明に係る柱梁接合構造によれば、上述した柱接合構造と、木質の梁部材とを備える柱梁接合構造であって、梁部材がコンクリート部材の側面に接合しているので、耐火性能に優れた柱梁接合構造を提供することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明に係る柱接合構造および柱梁接合構造の実施の形態を示す図であり、（１）は側断面図、（２）は（１）のＡ－Ａ線に沿った断面図である。

【図2】図２は、図１の各線に沿った断面図であり、（１）はＢ－Ｂ線、（２）はＣ－Ｃ線、（３）はＤ－Ｄ線、（４）はＥ－Ｅ線に沿った断面図である。

【図3】図３は、試験体の使用材料を示す図である。

【図4】図４は、試験体内部の温度測定結果を示す図である。

【図5】図５は、コンクリート部材の内部温度の計算例を示す図であり、（１）は加熱温度および加熱面からの各深さにおけるコンクリート温度の時間変化、（２）は80分時（帯筋位置が約250℃）におけるコンクリート温度の距離変化である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下に、本発明に係る柱接合構造および柱梁接合構造の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0018】

図１および図２に示すように、本実施の形態に係る柱梁接合構造１０は、木質の角型断面の柱部材１２と木質の角型断面の梁部材１４とを、プレキャストコンクリート製の直方体状の仕口部材１６（コンクリート部材）を介して接合してなる構造である。仕口部材１６は、側端面に設けた突出金物１８を介して梁部材１４と接合している。梁部材１４の上面にはスラブ１４Ａが設けられている。仕口部材１６の上下端面には鋼製接合部材２２が設けられている。柱部材１２と仕口部材１６の接合構造が、本実施の形態の柱接合構造に相当する。

【0019】

柱部材１２および梁部材１４は、それぞれ木質材料の芯材１３を被覆層１５で覆ったものである。被覆層１５は、例えば石膏ボード、耐火シートなどの耐火材料で構成することができる。被覆層１５の外側には、必要に応じて化粧層（例えば木質材料など）を付加してもよい。

【0020】

鋼製接合部材２２は、上下に平行に配置されて部材の上下端面を構成する二枚のベースプレート２４と、ベースプレート２４間を接続する複数の縦型のリブプレート２６とからなる。リブプレート２６は、平面視で柱軸の周囲四方に配置されたリブプレート２６Ａと、これに接続して外方向に延びるリブプレート２６Ｂとからなる。リブプレート２６Ｂは左右方向、前後方向に間隔をあけて設けられる。ベースプレート２４には挿通孔２８が複数設けられている。以降の説明では、上下二枚のベースプレート２４のうち、仕口部材１６に近い側を仕口側ベースプレート２４Ａと、柱部材１２に近い側を柱側ベースプレート２４Ｂということがある。

【0021】

仕口部材１６を挟んで上側の鋼製接合部材２２の上面には上側柱部材１２Ａが当接配置され、下側の鋼製接合部材２２の下面には下側柱部材１２Ｂが当接配置される。鋼製接合部材２２の仕口側ベースプレート２４Ａには、仕口部材１６の上下端から突出した仕口内接続棒鋼３０の端部３０Ａが貫通している。この端部３０Ａは、仕口側ベースプレート２４Ａを挟んで上下に配置されるナット３４を締結することで固定される。ナット３４は建方精度調整用としても機能する。仕口部材１６と鋼製接合部材２２との間には、無収縮モルタル等のグラウト材２０が充填される。グラウト材２０は、仕口部材１６から鋼製接合部材２２への熱伝導を抑制するために設けられる。

【0022】

仕口部材１６の内部には、仕口内接続棒鋼３０、３２が上下方向および左右方向にそれぞれ挿入配置されている。上下方向の仕口内接続棒鋼３０は、平面視で仕口部材１６の四隅側に柱主筋として配置されており、上下方向に延びて仕口部材１６の上下端面から上下に突出し、上述したように、その端部３０Ａは鋼製接合部材２２の仕口側ベースプレート２４Ａにネジ接合している。より具体的には、仕口内接続棒鋼３０の端部３０Ａにはネジ切り加工が施されている。この端部３０Ａは仕口側ベースプレート２４Ａの挿通孔２８に通されており、仕口側ベースプレート２４Ａを挟んだ両側で螺合したナット３４によって仕口側ベースプレート２４Ａに締結固定される。仕口側のナット３４はグラウト材２０内に埋め込まれる態様となる。

【0023】

左右方向の仕口内接続棒鋼３２は、側面視で上下方向に間隔をあけて複数配置され、それぞれ左右方向に延びて仕口部材１６の側端面から左右に突出し、その端部３２Ａは突出金物１８のエンドプレート１８Ａにネジ接合している。より具体的には、仕口内接続棒鋼３２の端部３２Ａにはネジ切り加工が施されている。この端部３２Ａは突出金物１８のエンドプレート１８Ａの挿通孔に通されており、このエンドプレート１８Ａの外側で螺合したナット３６によってエンドプレート１８Ａに締結固定される。

【0024】

仕口内接続棒鋼３０、３２は、例えば全ネジボルト、丸鋼の両端にネジ切り加工を施したもの、建築建物基礎で使用されるアンカーボルト、異形鉄筋の両端にネジ切り加工を施したもの等のいずれでもよく、また仕口部材１６に対しては付着が切れたアンボンド状態で配置してもよい。図の例では、仕口内接続棒鋼３０としてアンカーボルトを、仕口内接続棒鋼３２として異形鉄筋の両端にネジ切り加工を施したものを用いている。

【0025】

仕口部材１６の内部には、四隅の仕口内接続棒鋼３０の周囲全体を取り囲む帯筋３８が上下方向に間隔をあけて複数配置されている。また、四隅の仕口内接続棒鋼３０の間には、上下方向に延びる補強鉄筋４０が配置されている。このように、せん断補強等の目的で仕口部材１６の内部に配筋を行ってもよい。

【0026】

上側柱部材１２Ａおよび下側柱部材１２Ｂの内部には、木質柱接続棒鋼４２が上下方向に挿入配置されている。木質柱接続棒鋼４２は、平面視で柱軸の周囲に複数配置され、上側柱部材１２Ａおよび下側柱部材１２Ｂの内部に付着固定されるとともに、上下方向に延びて上側柱部材１２Ａの下端面、下側柱部材１２Ｂの上端面からそれぞれ下方向、上方向に突出し、その端部４２Ａは鋼製接合部材２２にネジ接合している。これにより、鋼製接合部材２２と上側柱部材１２Ａおよび下側柱部材１２Ｂを木質柱接続棒鋼４２で一体化する。より具体的には、木質柱接続棒鋼４２は、木材（上側柱部材１２Ａ、下側柱部材１２Ｂ）に挿入する部分にはラグスクリューの加工が、ナット締めする部分にはナット締め用のネジ切り加工が施され、それ以外は無加工となっている。木質柱接続棒鋼４２の端部４２Ａは鋼製接合部材２２の柱側ベースプレート２４Ｂおよび仕口側ベースプレート２４Ａの挿通孔２８に通されており、仕口側ベースプレート２４Ａの外側で螺合したナット４４によって仕口側ベースプレート２４Ａに締結固定されている。ナット４４はグラウト材２０内に埋め込まれる態様となる。仕口内接続棒鋼４２は、例えばＬＳＢやＧＩＲ形式で構成することができる。

【0027】

仕口部材１６は、予め仕口内接続棒鋼３０、３２を内部に挿入して工場で製作しておく。また、木質の上側柱部材１２Ａおよび下側柱部材１２Ｂは、予め木質柱接続棒鋼４２を内部に挿入して工場で製作しておき、鋼製接合部材２２と一体化しておくことが望ましい。施工現場では、仕口部材１６から上下に突出した仕口内接続棒鋼３０の端部３０Ａを鋼製接合部材２２の仕口側ベースプレート２４Ａにナット３４等で止め付けることで施工精度を確保し、仕口部材１６と鋼製接合部材２２との間にグラウト材２０を充填する。

【0028】

仕口部材１６への仕口内接続棒鋼３０、３２の設置、および、柱部材１２への木質柱接続棒鋼４２の設置は予めそれぞれを製作する段階で完了させておくことができるため、施工現場では単に仕口部材１６から突出した仕口内接続棒鋼３０を鋼製接合部材２２の仕口側ベースプレート２４Ａにナット３４等で止め付け、グラウト材２０にて仕口部材１６と鋼製接合部材２２との間を充填するのみでよい。仕口内接続棒鋼３０の端部３０Ａがネジ形状であることにより、鋼製接合部材２２との接続は仕口側ベースプレート２４Ａを挟んで端部３０Ａに螺合したナット３４を締結することで容易に実現できる。この手順は通常の鉄骨柱脚、もしくはＰＣ部材の組立てに近いものとなるため、施工効率の向上、精度の確保を図ることができる。

【0029】

仕口部材１６と梁部材１４との接合は、突出金物１８に仕口内接続棒鋼３２とドリフトピン４６を併用した鋼板挿入２面剪断型接合ディテールを用いている。突出金物１８は、平面視でＴ字状断面のものであり、エンドプレート１８Ａと、ガセットプレート１８Ｂとからなる。エンドプレート１８Ａは仕口部材１６の側端面に当接配置され、ガセットプレート１８Ｂは梁部材１４の端面の凹溝部４８に挿入配置される。エンドプレート１８Ａと仕口部材１６は仕口内接続棒鋼３２でネジ接合され、ガセットプレート１８Ｂと梁部材１４はドリフトピン４６で固定される。梁部材１４の端面には、欠き込み加工された凹状部５０が設けられており、ナット３６が螺合した端部３２Ａとエンドプレート１８Ａを収容している。

【0030】

上記のように構成した柱梁接合構造１０には、二つの温度抑制対策が採用されている。一つは、プレキャストコンクリートである仕口部材１６（以下、ＰＣａ部材ということがある。）から鋼製接合部材２２および柱部材１２の芯材１３への熱伝導の抑制対策である。もう一つは、鋼製接合部材２２による柱部材１２の芯材１３の温度上昇抑制対策である。これらの抑制対策について以下に説明する。

【0031】

１）ＰＣａ部材からの熱伝導抑制対策
図１（２）に示すように、ＰＣａ部材（仕口部材１６）は木質の柱部材１２のように被覆層１５がないため、火災時には加熱に直接曝されるため高温になる。特に木質の梁部材１４が取り付かない面に関しては露出面が多いため、より高温になる。このように高温になったＰＣａ部材から鋼製接合部材２２に熱が伝わり鋼製接合部材２２の温度が上昇することを防ぐため、ＰＣａ部材と鋼製接合部材２２との間にグラウト材２０を充填する。グラウト材２０は、例えば無収縮モルタルなどの充填材を用いることができる。グラウト材２０の充填高さＨ（充填厚さ）は、後述の実験に基づいて５０ｍｍ以上が好ましい。このようにすれば、仕口部材１６と柱部材１２との接合部の１時間の耐火性能を確保することができる。

【0032】

２）鋼製接合部材による木質の柱部材の芯材の温度上昇抑制対策
火災加熱を受けた場合に木質の柱部材１２の芯材１３の温度は断面の周辺部から上昇するため、断面の中心部に向かうほど温度が低い。そのため、周辺部の温度を断面中心の方へ伝わりやすくすることにより、周辺部の温度上昇を緩和できる。鉛直方向の荷重を伝えるために鋼製接合部材２２の柱側ベースプレート２４Ｂ（以下、鋼製平板ということがある。）と木質の柱部材１２の断面が面で接触する当該境界面においては、鋼製平板を利用して木質の柱部材１２の芯材１３の断面の周辺部の温度上昇を抑制できるといえる。その場合、鋼製接合部材２２の温度が木質の芯材１３の温度よりも高くなってはならない。そのためは、柱部材１２の荷重伝達面と直接接する鋼製接合部材２２の要素である鋼製平板の熱容量を適切に定める必要がある。鋼製平板を適切な熱容量とするためには、鋼製平板の厚さが式（１）を満足することが好ましく、変数の説明に付記した特性値を代入すると０．６８３ｍｍとなる。

【0033】

t_s≧（c_w×ρ_w×A）／（c_s×ρ_s×A）×t_w ・・・（１）

【0034】

ここに、t_s：鋼製接合部材の鋼製平板の厚さ（mm）
t_w：鋼製接合部材の鋼製平板に直接接する木質の柱部材の芯材において、
鋼製接合部材からの熱影響を受ける厚さ（mm） ⇒ 後述の実験結果に基づき5mmとする。
c_s：鋼材の比熱（J/(kg・K)） ⇒ 442 J/(kg・K)
c_w：芯材（木質材料）の比熱（J/(kg・K)） ⇒ 0.324kcal/kg・℃
（AIJ構造材料耐火性ガイドブック2017による） ⇒ 0.324×4186＝1356 J/(kg・K)
ρ_s：鋼材の密度（kg/m³） ⇒ 7860kg/m³
ρ_w：芯材の密度（kg/m³） ⇒ 350kg/m³
A：鋼製平板と芯材の接触面積（m²）

【0035】

このような温度抑制対策により、火災加熱時に高温になった仕口部材１６から鋼製接合部材２２に熱が伝わり鋼製接合部材２２の温度が上昇することを抑制し、仕口部材１６と木質の柱部材１２との接合部の耐火性能を確保する。本実施の形態によれば、木質の柱部材１２および梁部材１４が単体で有する耐火性能と同等以上の耐火性能を接合部に付与することができるので、耐火性能に優れた柱梁接合構造を得ることができる。

【0036】

（本発明の効果の検証）
次に、本発明の効果を検証するために行った試験および結果について説明する。

【0037】

図３に示すような材料を使用して、上記の柱梁接合構造１０を模擬した試験体を作製した。主筋（結合鉄筋）は、ＰＣａ部材の四隅において側面からかぶり９０ｍｍの位置に配置した。帯筋は、四隅の主筋の外側を通る四角環状に配置し、上下端面からのかぶりを５２．５ｍｍとした。この試験体を炉内に設置して所定の柱軸力、梁端部鉛直力の作用下でＩＳＯ８３４標準加熱温度曲線に沿う１時間加熱を行い、試験体各部の温度を測定した。

【0038】

図４に、試験体各部の温度測定結果を示す。図４の（１）は、ＰＣａ部材の上端面側（図１（１）の最上段の帯筋位置であり、周囲に床がある）の帯筋温度（Ｈ１～Ｈ６）、出隅部の主筋温度（Ｒ１・Ｒ２）である。このうちＨ１・Ｈ４は側面中央位置（梁との接合なし）、Ｈ３・Ｈ６は側面中央位置（梁との接合あり）、Ｈ２・Ｈ５は出隅部である。（２）は、ＰＣａ部材の上下方向略中央の帯筋温度（Ｈ７～Ｈ１２）、出隅部の主筋温度（Ｒ３・Ｒ４）である。このうちＨ７・Ｈ１０は側面中央位置（梁との接合なし）、Ｈ９・Ｈ１２は側面中央位置（梁との接合あり）、Ｈ８・Ｈ１１は出隅部である。（３）は、ＰＣａ部材の下端面側（図１（１）の最下段の帯筋位置）の帯筋温度（Ｈ１３～Ｈ１８）、出隅部の主筋温度（Ｒ５・Ｒ６）である。このうちＨ１３・Ｈ１６は側面中央位置（梁との接合なし）、Ｈ１５・Ｈ１８は側面中央位置（梁との接合あり）、Ｈ１４・Ｈ１７は出隅部である。（４）は、ＰＣａ部材下の鋼製接合部材（図１（１）の仕口側ベースプレート２４Ａ）の鋼材温度（ＬＪ１１～ＬＪ１８）である。このうちＬＪ１１・ＬＪ１３・ＬＪ１５・ＬＪ１７は側面中央位置、ＬＪ１２・ＬＪ１４・ＬＪ１６・ＬＪ１８は出隅位置である。（５）は、ＰＣａ部材下の鋼製接合部材（図１（１）の柱側ベースプレート２４Ｂの上面に接合された，図２（２）のリブプレート２６（平面視でロ形）の脚部）の鋼材温度（ＬＪ１～ＬＪ８）である。このうちＬＪ１・ＬＪ３・ＬＪ５・ＬＪ７は側面中央近傍位置、ＬＪ２・ＬＪ４・ＬＪ６・ＬＪ８は出隅近傍位置である。（６）は、鋼製接合部材の鋼製平板（図１（１）の柱側ベースプレート２４Ｂ）の下面から５ｍｍの位置の芯材表面の温度（Ｃ１～Ｃ８）である。このうちＣ１・Ｃ３・Ｃ５・Ｃ７は側面中央位置、Ｃ２・Ｃ４・Ｃ６・Ｃ８は出隅位置である。（７）は、鋼製接合部材の鋼製平板下面から１０ｍｍの位置の芯材表面の温度（Ｃ１１～Ｃ１８）である。このうちＣ１１・Ｃ１３・Ｃ１５・Ｃ１７は側面中央位置、Ｃ１２・Ｃ１４・Ｃ１６・Ｃ１８は出隅位置である。

【0039】

この実験結果より、次のようなことがわかる。すなわち、図４（１）～（３）に示すようにＰＣａ部材内部の帯筋および主筋の鋼材温度は、非加熱側（上階側）から加熱側（下側）に向かって高くなっていることがわかる。特に木質梁が接合していない面の帯筋温度（Ｈ７、Ｈ１０、Ｈ１３、Ｈ１６）および出隅部の帯筋温度（Ｈ８、Ｈ１１、Ｈ１４、Ｈ１７）が高い。これらはＰＣａ部材内部に埋め込まれた鋼材の温度であるが、これらの鋼材よりも外側にあるコンクリート温度はさらに高温になっていることが容易に想像できる。

【0040】

このように高温になったＰＣａ部材から鋼製接合部材を介して木質柱芯材に伝導することを抑制するために、試験体ではＰＣａ部材と鋼製接合部材の間の高さ１０５ｍｍにグラウト材を充填した。これにより、図４（４）に示すように、２５０℃以上になっていると想定されるＰＣａ部材からの伝熱が抑制され、グラウト充填部直下の鋼製接合部材の鋼製平板周囲の温度は１００℃以下に抑えられている。さらに、図４（５）に示すように、木質柱芯材に接する鋼製接合部材の鋼製平板の温度は概ね８０℃以下に抑えられている。

【0041】

このようにグラウト材を充填することで、高温になったＰＣａ部材からの伝熱による鋼製接合部材の温度上昇を抑制できることは明らかである。図５にＰＣａ部材がＩＳＯ８３４に規定される加熱温度で加熱された場合の内部温度の計算結果の例を示す。図５において試験体の帯筋位置（かぶり厚さ５２．５ｍｍ）付近のコンクリート温度が２５０℃程度になる時間を読み取ると約８０分である。８０分におけるＰＣａ部材の帯筋よりも外側のコンクリート温度は７３０℃程度間で上昇している。

【0042】

ここでグラウト充填部の温度抑制効果を検討する。
鋼製接合部材の鋼製平板に流入した熱量は式（２）で計算される。

【0043】

Q_in＝c_s×ρ_s×A_s×t_s×（T_s－T_s0） ・・・（２）

【0044】

ここに、Q_in：鋼製平板の温度上昇をもたらす流入熱量（J）
c_s：鋼材の比熱（J/(kg・K)） ⇒ 442 J/(kg・K)
ρ_s：鋼材の密度（kg/m³） ⇒ 7860kg/m³
A_s：鋼製平板の面積（m²）
t_s：鋼製接合部材の鋼製平板の厚さ（m）
T_s：鋼製平板の温度（℃）
T_s0：鋼製平板の初期温度（℃）

【0045】

厚さ１０５ｍｍのグラウト充填があった場合に鋼製接合部材の鋼製平板（厚さ３６ｍｍ）に流入した熱量は、式（２）にA_s＝0.2025m²（0.45×0.45m）、t_s＝0.036m、実験結果に基づいてT_s＝100℃、T_s0＝25℃を代入して、Q_in(105mm)＝1899475Jとなる。

【0046】

厚さ１０５ｍｍのグラウト充填がなかった場合に鋼製平板の温度がＰＣａ接合部の温度（図５（２）に示した平均温度）と同等になると仮定した場合の流入熱量は、式（２）にA_s＝0.2025m²（0.45×0.45m）、t_s＝0.036m、T_s＝244℃、T_s0＝25℃を代入して、Q_in(0mm)＝5546467Jとなる。

【0047】

鋼製平板に流入する熱量がグラウト充填厚さ（t_g(mm)）に比例して低減されると仮定すると、充填厚さ１ｍｍ当たりの低減熱量は上記で計算したQ_in(105mm)とQ_in(0mm)を用いて次のように計算される。

【0048】

α＝（Q_in(0mm)－Q_in(105mm)）／t_g
＝（5546467－1899475）／105
＝34733J/mm

【0049】

ここに、α：充填厚さ1mm当たりの低減熱量（J/mm）
t_g：グラウト充填厚さ（mm）

【0050】

一方、「構造材料の耐火性ガイドブック」（日本建築学会、２０１７）によれば、「木材を加熱すると、まず含まれている水分が蒸発し、さらに加熱を続けると熱分解が始まり、150℃近辺の温度に至ると木材成分の脱水反応を生じ、材表面に褐色から黒褐色の変色が認められる．200℃を超えるとかなりの速度をもって熱分解が進み、水蒸気、二酸化炭素などの不燃性ガスと一酸化炭素、メタン、エタン、水素、アルデヒド・ケトン類、有機酸のような可燃性ガスを発生するようになる．熱分解は250℃を超えると急速となって、生成する可燃性ガスも一挙に増大する．」とされている。このことから、鋼製平板（３６ｍｍ）の許容温度を１５０～２００℃の中間点である１７５℃とすると、必要なグラウト充填厚さは次のように計算される。

【0051】

［5546467－｛442×7860×0.2025×0.036×（175－25）｝］／34733
≒50.1mm

【0052】

また、鋼製平板の許容温度をT_saとした場合には、鋼製平板の厚さt_sとグラウト充填厚さt_gの一般化した関係式は式（３）となる。式（３）により任意の厚さの鋼製平板に対して必要なグラウト充填厚さを計算できる。

【0053】

t_g＝［c_s×ρ_s×A_s×t_s×（T_max－T_s0）－｛c_s×ρ_s×A_s×t_s×（T_sa－T_s0）｝］／α ・・・（３）
ここに、T_max：グラウト充填が無い場合の鋼材温度（℃）
T_sa：鋼製平板の許容温度（℃）
α：充填厚さ1mm当たりの低減熱量（J/mm）

【0054】

T_maxとαは実験または解析から定めるのが好ましいが、上記の試験体と類似のものであれば、T_max＝244℃、α＝34733J/mmを用いてもよい。また、T_saについても実験または解析から定めるのが好ましいが、T_sa＝175℃を用いてもよい。

【0055】

次に、鋼製接合部材による芯材の温度上昇抑制対策の効果について説明する。
図４（６）と図４（７）に鋼製接合部材に接合された木質柱芯材の側面の表面温度が示されており、鋼製平板（今回の実験における鋼製平板の厚さは１９ｍｍ）に近い方の芯材表面温度（Ｃ１～Ｃ８）が鋼製平板よりも遠い方の芯材表面温度（Ｃ１１～Ｃ１８）よりも低くなっている。この結果から、木質材料よりも熱伝導率の高い鋼製の平板が木質柱芯材の側面すなわち周辺部の温度を断面中心の方へ伝わりやすくしたこと、および木質柱芯材よりも熱容量が大きい鋼製平板が木質柱芯材の熱エネルギーを吸収したことによって、鋼製平板近傍の木質柱芯材周辺部の温度上昇を抑制していることが確認できる。

【0056】

また、Ｃ１～Ｃ８は平面部と出隅部の温度がほぼ同等であるのに対して、Ｃ１１～Ｃ１８では出隅部の温度が平面部の温度よりも高くなっている。この結果は、上記と同様に、木質材料よりも鋼材の熱伝導率の方が高いこと、木質柱芯材よりも鋼製平板の熱容量が大きいことによる効果であるといえる。

【0057】

今回の実験では鋼製平板の厚さを１９ｍｍとした。温度上昇抑制効果は、鋼製平板の厚さが厚いほど高いといえるが、鋼製接合部材の構成要素である鋼製平板の厚さは前述した簡易計算によれば０．６８３ｍｍ以上あれば鋼製平板近傍（鋼製平板面から５ｍｍ程度離れたところまで）の芯材の温度上昇の抑制効果が期待できる。

【0058】

以上説明したように、本発明に係る柱接合構造によれば、木質の柱部材とコンクリート部材を上下方向に接合してなる柱接合構造であって、コンクリート部材の上端面または下端面から間隔をあけて設けられるとともに柱部材と面接合した鋼製接合部材と、コンクリート部材から鋼製接合部材への熱伝導を抑制するために設けられ、コンクリート部材と鋼製接合部材との間に充填配置されたグラウト材とを備えるので、火災加熱時に高温になったコンクリート部材から鋼製接合部材に熱が伝わり鋼製接合部材の温度が上昇することを抑制することができる。したがって、コンクリート部材と木質柱部材との接合部の耐火性能を確保することができる。

【0059】

また、本発明に係る他の柱接合構造によれば、グラウト材の充填高さが５０ｍｍ以上であるので、コンクリート部材と木質柱部材との接合部の１時間の耐火性能を確保することができる。

【0060】

また、本発明に係る他の柱接合構造によれば、柱部材の荷重伝達材と面接する鋼製接合部材の熱容量が、荷重伝達材の熱容量よりも大きいので、鋼製接合部材による柱部材の荷重伝達材の温度上昇を抑制することができる。

【0061】

また、本発明に係る柱梁接合構造によれば、上述した柱接合構造と、木質の梁部材とを備える柱梁接合構造であって、梁部材がコンクリート部材の側面に接合しているので、耐火性能に優れた柱梁接合構造を提供することができる。

【産業上の利用可能性】

【0062】

以上のように、本発明に係る柱接合構造および柱梁接合構造は、コンクリート部材と木質柱部材とを接合した架構構造に有用であり、特に、コンクリート部材と木質柱部材との接合部の耐火性能を確保するのに適している。

【符号の説明】

【0063】

１０ 柱梁接合構造
１２ 柱部材
１２Ａ 上側柱部材
１２Ｂ 下側柱部材
１３ 芯材
１４ 梁部材
１４Ａ スラブ
１５ 被覆層
１６ 仕口部材（コンクリート部材）
１８ 突出金物
１８Ａ エンドプレート
１８Ｂ ガセットプレート
２０ グラウト材
２２ 鋼製接合部材
２４ ベースプレート
２４Ａ 仕口側ベースプレート
２４Ｂ 柱側ベースプレート
２６，２６Ａ，２６Ｂ リブプレート
２８ 挿通孔
３０，３２ 仕口内接続棒鋼
３４，３６，４４ ナット
３８ 帯筋
４０ 補強鉄筋
４２ 木質柱接続棒鋼
４６ ドリフトピン
４８ 凹溝部
５０ 凹状部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】