特開 2023-184394 鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造

(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】P2023184394

(43)【公開日】2023-12-28

(54)【発明の名称】鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/58 20060101AFI20231221BHJP

   E04B 1/30 20060101ALI20231221BHJP

【ＦＩ】

E04B1/58 505P

E04B1/30 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022177571

(22)【出願日】2022-11-04

(31)【優先権主張番号】P 2022097303

(32)【優先日】2022-06-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(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】西山 恒平

(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）】

2E125AA03

2E125AA13

2E125AB01

2E125AB12

2E125AC04

2E125AC15

2E125AG45

2E125BB02

2E125BB18

(57)【要約】

【課題】地震時にエネルギーを適切に吸収して、接合部の耐力を向上させることができる鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造を提供する。
【解決手段】鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造１００は、接合部ａに位置する第一梁２及び第二梁３を囲繞する塞ぎ部材５と、塞ぎ部材５で囲まれた空間内に挿通される柱主筋１１と、塞ぎ部材５で囲まれた空間内に充填されたコンクリート部と、第一梁２のフランジ２１の側部２１ａと第二梁３のフランジ３１の側部３１ａとを連結する拡幅部７と、第一梁２のウェブ２３から第二梁３の延在方向に延びる梁接合用ガセットプレート２７と第二梁３のウェブ３３とをボルト接合するボルト接合部８と、第一梁２のフランジ２１と第二梁３のフランジ３１とを溶接接合する溶接接合部９と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鉄筋コンクリート柱と鉄骨製の第一梁及び前記第一梁と直交する鉄骨製の第二梁との接合部の接合構造であって、
前記接合部に位置する前記第一梁及び前記第二梁を囲繞する塞ぎ部材と、
前記塞ぎ部材で囲まれた空間内に挿通される柱主筋と、
前記塞ぎ部材で囲まれた空間内に充填されたコンクリート部と、
前記第一梁のフランジの側部と前記第二梁のフランジの側部とを連結する拡幅部と、
前記第一梁のウェブから前記第二梁の延在方向に延びる梁接合用ガセットプレートと前記第二梁のウェブとをボルト接合するボルト接合部と、
前記第一梁のフランジと前記第二梁のフランジとを溶接接合する溶接接合部と、を備える鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造。

【請求項2】

σ_ｆｙ＝σ_ｆｗ＝σ_ｒｙとして、下記式（１）～（５）より、前記拡幅部の幅を設定する請求項１に記載の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造。

【数1】

【請求項3】

σ_ｆｙ＝σ_ｆｗ＝σ_ｒｙとして、下記式（６）～（１３）より、前記拡幅部の幅を設定する請求項１に記載の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造。

【数2】

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄筋コンクリート柱と鉄骨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、鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨造の梁との接合構造が知られている（下記の特許文献１参照）。柱梁接合部内において、直交する梁どうしを接合する際には、直交する梁のフランジどうしを完全溶け込み溶接したり、梁のウェブどうしを隅肉溶接形式の継手で接合したりすることがある。

【0003】

しかしながら、上記の方法では、加工工数が多くなったり、複雑な構造のため製作可能な製作メーカ（鉄骨ファブリケータ）が限定されてしまったりする。

【0004】

そこで、梁のフランジ現場溶接、及び梁のウェブの高力ボルト接合を梁の接合部内に採用した現場混用接合形式継手を使用して、工場での加工工数を削減且つ製作可能な鉄骨ファブリケータの範囲を拡大した方法がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平６－１５８７１３公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一方で、鉄骨造の柱及び鉄骨造の梁を使用した純鉄骨構造にて現場混用接合形式を用いた場合、地震力作用時にスカラップ近傍の梁のフランジにひずみ集中が発生することが知られている。同様に、鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨造の梁を使用した混合構造においてもスカラップ近傍の梁フランジへのひずみ集中に起因する曲げモーメントの局所的な増大が確認されている。また、従来の梁溶接形式の鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨造の梁を使用した構法とは想定する塑性ヒンジ発生位置が異なり、架構としてのエネルギー吸収性能に影響を及ぼす虞がある。

【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、地震時にエネルギーを適切に吸収して、接合部の耐力を向上させることができる鉄筋コンクリート柱と鉄骨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、本発明に係る鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造は、鉄筋コンクリート柱と鉄骨製の第一梁及び前記第一梁と直交する鉄骨製の第二梁との接合部の接合構造であって、前記接合部に位置する前記第一梁及び前記第二梁を囲繞する塞ぎ部材と、前記塞ぎ部材で囲まれた空間内に挿通される柱主筋と、前記塞ぎ部材で囲まれた空間内に充填されたコンクリート部と、前記第一梁のフランジの側部と前記第二梁のフランジの側部とを連結する拡幅部と、前記第一梁のウェブから前記第二梁の延在方向に延びる梁接合用ガセットプレートと前記第二梁のウェブとをボルト接合するボルト接合部と、前記第一梁のフランジと前記第二梁のフランジとを溶接接合する溶接接合部と、を備える。

【0009】

このように構成された鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造では、第一梁のフランジの側部と第二梁のフランジの側部とを連結する拡幅部によって、地震時にエネルギーを適切に吸収して、接合部の耐力を向上させることができる。

【0010】

また、本発明に係る鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造は、σ_ｆｙ＝σ_ｆｗ＝σ_ｒｙとして、下記式（Ａ）～（Ｅ）より、前記拡幅部の幅を設定する。

【数1】

【0011】

このように構成された鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造では、塑性ヒンジ位置発生位置を制御することによるエネルギー吸収性能の向上させることができる。

【0012】

また、本発明に係る鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造は、σ_ｆｙ＝σ_ｆｗ＝σ_ｒｙとして、下記式（Ｆ）～（Ｍ）より、前記拡幅部の幅を設定する。

【数2】

【0013】

このように構成された鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造では、第一梁及び第二梁のウェブの曲げ耐力を考慮することによって、より効率的な設計を行うことができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造によれば、地震時にエネルギーを適切に吸収して、接合部の耐力を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態に係る鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造を示す分解斜視図である。

【図2】本発明の一実施形態に係る鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造を示す鉛直断面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。

【図4】拡幅部端部の鉛直断面図である。

【図5】ウェブの曲げ耐力を考慮した設計方法の拡幅部端部の鉛直断面図である。

【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鉄筋コンクリート柱と鉄骨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鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造を示す分解斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造（以下、単に「接合構造」と称する）１００は、鉄筋コンクリート柱１に互いに直交する鉄骨梁（第一梁）２、鉄骨梁（第二梁）３Ａ，３Ｂが接合された接合部ａの接合構造である。鉄骨梁２は、水平方向に沿う第一方向Ｘに延びている。鉄骨梁３Ａ，３Ｂは、水平方向に沿い、第一方向Ｘに直交する第二方向Ｙに延びている。

【0017】

接合構造１００は、塞ぎ部材５と、柱主筋１１と、コンクリート部６（図２参照）と、拡幅部７と、ボルト接合部８と、溶接接合部９と、を備えている。

【0018】

図２は、本発明の一実施形態に係る鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造を示す鉛直断面図である。
図２に示すように、鉄筋コンクリート柱１は、接合部ａの上側及び下側に配置されている。鉄筋コンクリート柱１は、角柱状をしている。鉄筋コンクリート柱１は、上下方向に延びる複数の柱主筋１１と、コンクリート部１２と、を有している。柱主筋１１は、後述する塞ぎ部材５の内部に挿通されている。柱主筋１１は、コンクリート部１２に定着している。

【0019】

図１に示すように、鉄骨梁２は、Ｈ形鋼で構成されている。鉄骨梁２は、上側フランジ２１及び下側フランジ２２と、ウェブ２３と、を有している。

【0020】

上側フランジ２１と下側フランジ２２とは、上下方向に離間して配置されている。上側フランジ２１及び下側フランジ２２は、板状に形成されている。上側フランジ２１及び下側フランジ２２の板面は、上下方向を向いている。

【0021】

ウェブ２３は、上側フランジ２１と下側フランジ２２とを連結している。ウェブ２３は、板状に形成されている。ウェブ２３の板面は、第二方向Ｙを向いている。

【0022】

ウェブ２３には、塞ぎ板接合用ガセットプレート２５及び梁接合用ガセットプレート２７が溶接等によって設けられている。塞ぎ板接合用ガセットプレート２５及び梁接合用ガセットプレート２７は、ウェブ２３から第二方向Ｙの両側に延びている。塞ぎ板接合用ガセットプレート２５及び梁接合用ガセットプレート２７は、板状に形成されている。塞ぎ板接合用ガセットプレート２５及び梁接合用ガセットプレート２７の板面は、第一方向Ｘを向いている。

【0023】

鉄骨梁３Ａは、鉄骨梁２の第二方向Ｙの一方側に配置されている。鉄骨梁３Ｂは、鉄骨梁２の第二方向Ｙの他方側に配置されている。鉄骨梁３Ａ，３Ｂを総称して、鉄骨梁３と称することがある。

【0024】

鉄骨梁３は、Ｈ形鋼で構成されている。鉄骨梁３は、上側フランジ３１及び下側フランジ３２と、ウェブ３３と、を有している。

【0025】

上側フランジ３１と下側フランジ３２とは、上下方向に離間して配置されている。上側フランジ３１及び下側フランジ３２は、板状に形成されている。上側フランジ３１及び下側フランジ３２の板面は、上下方向を向いている。

【0026】

ウェブ３３は、上側フランジ３１と下側フランジ３２とを連結している。ウェブ３３は、板状に形成されている。ウェブ３３の板面は、第一方向Ｘを向いている。

【0027】

ウェブ３３には、塞ぎ板接合用ガセットプレート３５が溶接等によって設けられている。塞ぎ板接合用ガセットプレート３５は、ウェブ３３から第一方向Ｘの両側に延びている。塞ぎ板接合用ガセットプレート３５は、板状に形成されている。塞ぎ板接合用ガセットプレート３５の板面は、第二方向Ｙを向いている。

【0028】

塞ぎ部材５は、接合部ａに位置する鉄骨梁２，３を囲繞している。塞ぎ部材５は、上下方向に開口する略角筒状をしている。塞ぎ部材５は、塞ぎ板接合用ガセットプレート２５と、塞ぎ板接合用ガセットプレート３５と、４枚の塞ぎ板５１と、を有している。

【0029】

塞ぎ板５１は、略角筒状をなす塞ぎ部材５の四隅に配置されている。塞ぎ板５１は、平面視Ｌ字状をしている。塞ぎ板５１は、塞ぎ部材５の隅部で略直角に折曲された形状をしている。塞ぎ板５１は、隣り合う塞ぎ板接合用ガセットプレート２５と塞ぎ板接合用ガセットプレート３５との間に渡って配置され、互いを接続している。塞ぎ板５１の端部は、塞ぎ板接合用ガセットプレート２５及び塞ぎ板接合用ガセットプレート３５の外側に配置されている。

【0030】

塞ぎ板５１の一方側は塞ぎ板接合用ガセットプレート２５にボルト接合され、塞ぎ板５１の他方側は塞ぎ板接合用ガセットプレート３５にボルト接合されている。ボルト２８ａが塞ぎ板接合用ガセットプレート２５のボルト孔２５ａ及び塞ぎ板５１のボルト孔５１ａに挿通され、ナット２８ｂに締結されている。ボルト（不図示）が塞ぎ板接合用ガセットプレート３５のボルト孔３５ａ及び塞ぎ板５１のボルト孔５１ｂに挿通され、ナット（不図示）に締結されている。

【0031】

図２に示すように、塞ぎ部材５で囲まれた空間内に、コンクリートが充填されてコンクリート部６が形成されている。塞ぎ部材５で囲まれた空間内に、柱主筋１１が挿通されて、コンクリート部６に定着されている。

【0032】

図１に示すように、拡幅部７は、平面視で略三角形をしている。拡幅部７は、鉄骨梁２の上側フランジ２１の第二方向Ｙの端部（側部）２１ａと鉄骨梁３の上側フランジ３１の第一方向Ｘの端部（側部）３１ａとを連結している。拡幅部７は、上側フランジ２１の端部２１ａ及び上側フランジ３１の端部３１ａに溶接によって接合され、溶接接合部７ａが設けられている。拡幅部７は、鉄骨梁２と鉄骨梁３との交差する４箇所にそれぞれ設けられている。

【0033】

拡幅部７は、鉄骨梁２の下側フランジ２２の第二方向Ｙの端部（側部）２２ａと鉄骨梁３の下側フランジ３２の第一方向Ｘの端部（側部）３２ａとを連結している。拡幅部７は、下側フランジ２２の端部２２ａ及び下側フランジ３２の端部３２ａに溶接によって接合され、溶接接合部７ａが設けられている。拡幅部７は、鉄骨梁２と鉄骨梁３との交差する４箇所にそれぞれ設けられている。

【0034】

ボルト接合部８は、鉄骨梁２の梁接合用ガセットプレート２７と鉄骨梁３のウェブ３３とをボルト８１によって接合している。ボルト８１が梁接合用ガセットプレート２７のボルト孔（不図示）及びウェブ３３のボルト孔（不図示）に挿通され、ナット８２に締結されている。

【0035】

溶接接合部９は、鉄骨梁２の上側フランジ２１の第二方向Ｙの端部２１ａと鉄骨梁３の上側フランジ３１の第二方向Ｙの端部とを溶接によって接合している。溶接接合部９は、鉄骨梁２の下側フランジ２２の第二方向Ｙの端部２２ａと鉄骨梁３の下側フランジ３２の第二方向Ｙの端部とを溶接によって接合している。

【0036】

図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図であり、上側の鉄筋コンクリート柱１の図示を省略している。図４は、拡幅部７の端部の鉛直断面図である。
次に、拡幅部７の幅Ｌｒ（図３参照）の設計方法を、図３及び図４を用いて説明する。
従来の鉄筋コンクリート造の柱と鉄骨造の梁との接合構造では、想定塑性ヒンジ位置は柱第一主筋位置（柱最外縁側柱主筋位置）Ａ１である。柱第一主筋位置Ａ１の鉄骨造の梁が梁スカラップ近傍より先に降伏するように拡幅部７を設計する。
以下の説明において、鉄骨梁２と鉄骨梁３とは、同一の断面形状であるとする。

【0037】

（１）拡幅部（拡幅部７）の板厚ｔ_ｒ
式（１）に示すとおり、第一梁（鉄骨梁２）及び第二梁（鉄骨梁３）のフランジ（上側フランジ２１、下側フランジ２２、上側フランジ３１及び下側フランジ３２）の板厚ｔ_ｆと同じ厚さとする。

【数3】

【0038】

（２）拡幅部の長さＬ_ｒ
梁継手位置（鉄骨梁２の端部２１ａ）から柱第一主筋位置Ａ１までの距離とする。

【0039】

（３）拡幅部の幅Ｂ_ｒ
現場混用形式接合部の加力実験結果より、梁継手部に作用する曲げモーメントＭ_ｃと柱第一主筋位置Ａ１に作用する曲げモーメントＭ_１の比率Ｍ_ｃ／Ｍ１はおおよそ１．５程度である。Ｍ_１が全塑性モーメントＭ_ｐに到達した際、Ｍ_ｃ＝１．５Ｍ_１＝１．５Ｍ_ｐであると仮定してＢ_ｒを算定する。継手部の耐力は第一梁及び第二梁のフランジと拡幅部のみ有効として算定する。式（２）～式（５）を以下に示す。

【0040】

【数4】

【0041】

上式でσ_ｆｙ＝σ_ｆｗ＝σ_ｒｙと仮定すると、式（１）～式（５）から拡幅部の幅Ｂ_ｒを求めることができる。

【0042】

また、拡幅部が柱梁接合部内においてシアキーの役割を果たし、柱梁接合部の耐力上昇も副次的に期待できる。

【0043】

また、第一梁及び第二梁のウェブの曲げ耐力を考慮して、式（６）～式（１２）を以下に示す（図５参照）。

【0044】

【数5】

【0045】

上式でσ_ｆｙ＝σ_ｆｗ＝σ_ｒｙと仮定すると、式（６）～式（１２）から拡幅部の幅Ｂ_ｒを求めることができる。

【0046】

このように構成された接合構造１００では、鉄骨梁２の上側フランジ２１の端部２１ａと鉄骨梁３の上側フランジ３１フランジの端部３１ａとを連結する拡幅部７、及び鉄骨梁２の下側フランジ２２の端部２２ａと鉄骨梁３の下側フランジ３２の端部３２ａとを連結する７によって、地震時にエネルギーを適切に吸収して、接合部ａの耐力を向上させることができる。

【0047】

また、塑性ヒンジ位置発生位置を制御することによるエネルギー吸収性能の向上させることができる。

【0048】

鉄骨梁２のウェブ２３及び鉄骨梁３のウェブ３３のウェブの曲げ耐力を考慮することによって、より効率的な設計を行うことができる。

【0049】

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。

【0050】

例えば、上記に示す実施形態では、拡幅部７は、平面視三角形をしているが、本発明はこれに限られない。拡幅部７の形状は適宜設定可能であり、平面視四角形や、平面視で線状に鉄骨梁２の上側フランジ２１の端部２１ａと鉄骨梁３の上側フランジ３１の端部３１ａとを接続する形状であってもよい。

【0051】

また、上記に示す実施形態では、柱主筋１１の本数は１６本で図示しているが、本発明はこれに限られない。柱主筋１１の本数は、適宜設定可能である。

【0052】

また、上記に示す実施形態では、拡幅部７は、第一梁２の上下の上側フランジ２１及び下側フランジ２２の両方に設けられているが、本発明はこれに限られない。上側フランジ２１及び下側フランジ２２の少なくとも一方にのみ設けられていればよい。

【0053】

また、上記に示す実施形態では、塞ぎ板５１は、板接合用ガセットプレート２５及び板接合用ガセットプレート３５の外側に設けられているが、本発明はこれに限られない。塞ぎ板５１は、板接合用ガセットプレート２５及び板接合用ガセットプレート３５の内側に設けられていてもよい。

【符号の説明】

【0054】

１ 鉄筋コンクリート柱
２ 第一梁（鉄骨梁）
３，３Ａ，３Ｂ 第二梁（鉄骨梁）
５ 塞ぎ部材
６ コンクリート部
７ 拡幅部
８ ボルト接合部
９ 溶接接合部
１１ 柱主筋
１２ コンクリート部
２１，３１ 上側フランジ
２２，３２ 下側フランジ
２１ａ，２２ａ，３１ａ，３２ａ 側部
２３，３３ ウェブ
２７ 梁接合用ガセットプレート
１００ 接合構造（鉄筋コンクリート柱と鉄骨梁との接合構造）
ａ 接合部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】