特開 2024-163694 柱梁接合構造および柱梁接合方法

(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】P2024163694

(43)【公開日】2024-11-22

(54)【発明の名称】柱梁接合構造および柱梁接合方法

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/30 20060101AFI20241115BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20241115BHJP

   E04B 1/20 20060101ALI20241115BHJP

【ＦＩ】

E04B1/30 K

E04B1/58 507P

E04B1/20 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079525

(22)【出願日】2023-05-12

(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】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村瀬 充

(72)【発明者】

【氏名】菅野 英幸

(72)【発明者】

【氏名】石井 大吾

(72)【発明者】

【氏名】澤口 香織

(72)【発明者】

【氏名】山野辺 宏治

【テーマコード（参考）】

2E125

【Ｆターム（参考）】

2E125AA04

2E125AA14

2E125AC15

2E125AC29

2E125BE10

2E125CA05

(57)【要約】

【課題】ＲＣＳＴ構法を適用した建物の設計自由度を向上することができる柱梁接合構造および柱梁接合方法を提供する。
【解決手段】内部にコンクリート１２が充填された鋼管１４からなる柱１６と、この柱１６の上端面１８に対向してその上方に配置される鉄骨梁２０とを接合した柱梁接合構造１０であって、前記柱１６の上端面１８と前記鉄骨梁２０とを連結するための連結部材２２を備え、前記連結部材２２の上端側３４は、前記鉄骨梁２０の下側に固定され、前記連結部材２２の下端側は、前記柱１６の上端面１８から前記コンクリート１２の内部に埋設固定されるようにする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部にコンクリートが充填された鋼管からなる柱と、この柱の上端面に対向してその上方に配置される鉄骨梁とを接合した柱梁接合構造であって、前記柱の上端面と前記鉄骨梁とを連結するための連結部材を備え、前記連結部材の上端側は、前記鉄骨梁の下側に固定され、前記連結部材の下端側は、前記柱の上端面から前記コンクリートの内部に埋設固定されることを特徴とする柱梁接合構造。

【請求項2】

前記連結部材の上端側は、前記鉄骨梁に設けられた孔に通されて、この孔の上方で前記上端側に螺合したナットにより前記鉄骨梁に締結固定されることを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合構造。

【請求項3】

前記コンクリート内部の前記連結部材の周囲を補強するために設けられた補強部材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の柱梁接合構造。

【請求項4】

内部にコンクリートが充填された鋼管からなる柱と、この柱の上端面に対向してその上方に配置される鉄骨梁とを接合する柱梁接合方法であって、
前記柱の上端面と前記鉄骨梁とを連結するために前記鉄骨梁の下側に連結部材の上端側を固定するステップと、
その後、前記鋼管の上端面に前記鉄骨梁を配置し、前記鋼管の内部に前記連結部材の下端側を挿入するステップと、
前記鋼管の内部にコンクリートを充填し、前記連結部材を前記コンクリートの内部に埋設するステップとを有することを特徴とする柱梁接合方法。

【請求項5】

前記連結部材の上端側を、前記鉄骨梁に設けられた孔に通して、この孔の上方で前記上端側に螺合したナットにより前記鉄骨梁に締結固定することを特徴とする請求項４に記載の柱梁接合方法。

【請求項6】

前記コンクリート内部の前記連結部材の周囲を補強するための補強部材を設けるステップを有することを特徴とする請求項４または５に記載の柱梁接合方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、柱梁接合構造および柱梁接合方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、鉄筋コンクリート（ＲＣ）造の柱頭部に、鉄骨屋根を置屋根状に設置したＲＣ鉄骨置屋根構法が知られている（例えば、特許文献１、２を参照）。この構法は、通常、柱頭部と鉄骨梁をアンカーボルトでピン接合して構成され、最上階が乾式屋根となる建物で採用されることが多い。

【0003】

図５は、ＲＣ鉄骨置屋根構法の施工手順の一例である。この構法では、図５（１）に示すように、まず、柱用の鉄筋２、スパイラル筋３およびアンカーボルト４を配置し、型枠１を所定の位置に固定する。続いて、図５（２）に示すように、コンクリート５を打設し、硬化後に脱型する。次に、図５（３）に示すように、柱頭部にモルタル６を施工する。最後に、図５（４）に示すように、アンカーボルト４の上端部と鉄骨梁７の孔８とを係合することで鉄骨梁７の建方を行うという手順で進められる。このとき、コンクリート打設の際にアンカーボルト４の位置がずれると、アンカーボルト４が鉄骨梁７の孔８に干渉することがあり、アンカーボルト４の精度確保が困難である。また、モルタル６は無筋のため大地震時に圧壊し、鉄骨梁７の回転やアンカーボルト４のせん断変形や、アンカーボルト４に生じるせん断力によりコンクリート柱の側面破壊を引き起こすことがあるため（例えば、非特許文献１を参照）、コンクリート柱に鉄筋２やスパイラル筋３などの補強が必要となる。

【0004】

一方、鋼管の内部に鉄筋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、鉄骨梁を組み合わせたＲＣＳＴ構法が知られている（例えば、特許文献３を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５９８３９９１号公報

【特許文献2】特許第６６７５２０４号公報

【特許文献3】特開２０１０－２６１２７０号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】「東日本大震災合同調査報告 建築編３ 鉄骨造建築物／シェル・空間構造」、東日本大震災合同調査報告書編集委員会編、一般社団法人日本建築学会、２０１４

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の従来のＲＣＳＴ構法では、図６に示すように、柱頭部９Ａに鉄骨梁９Ｂを貫通させ、鋼管９Ｃ内部のコンクリート９Ｄに図示しない主筋およびＵ字形筋９Ｅを配筋する納まりとしているため、ＲＣ鉄骨置屋根構法は採用できない。したがって、最上階を乾式屋根とする建物においては、最上階のみ柱をＲＣＳＴ構法以外の構造（鉄骨造など）に切り替える必要が生じ、合理的な設計が困難となっていた。

【0008】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＲＣＳＴ構法を適用した建物の設計自由度を向上することができる柱梁接合構造および柱梁接合方法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】

【0009】

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る柱梁接合構造は、内部にコンクリートが充填された鋼管からなる柱と、この柱の上端面に対向してその上方に配置される鉄骨梁とを接合した柱梁接合構造であって、前記柱の上端面と前記鉄骨梁とを連結するための連結部材を備え、前記連結部材の上端側は、前記鉄骨梁の下側に固定され、前記連結部材の下端側は、前記柱の上端面から前記コンクリートの内部に埋設固定されることを特徴とする。

【0010】

また、本発明に係る他の柱梁接合構造は、上述した発明において、前記連結部材の上端側は、前記鉄骨梁に設けられた孔に通されて、この孔の上方で前記上端側に螺合したナットにより前記鉄骨梁に締結固定されることを特徴とする。

【0011】

また、本発明に係る他の柱梁接合構造は、上述した発明において、前記コンクリート内部の前記連結部材の周囲を補強するために設けられた補強部材をさらに備えることを特徴とする。

【0012】

また、本発明に係る柱梁接合方法は、内部にコンクリートが充填された鋼管からなる柱と、この柱の上端面に対向してその上方に配置される鉄骨梁とを接合する柱梁接合方法であって、前記柱の上端面と前記鉄骨梁とを連結するために前記鉄骨梁の下側に連結部材の上端側を固定するステップと、その後、前記鋼管の上端面に前記鉄骨梁を配置し、前記鋼管の内部に前記連結部材の下端側を挿入するステップと、前記鋼管の内部にコンクリートを充填し、前記連結部材を前記コンクリートの内部に埋設するステップとを有することを特徴とする。

【0013】

また、本発明に係る他の柱梁接合方法は、上述した発明において、前記連結部材の上端側を、前記鉄骨梁に設けられた孔に通して、この孔の上方で前記上端側に螺合したナットにより前記鉄骨梁に締結固定することを特徴とする。

【0014】

また、本発明に係る他の柱梁接合方法は、上述した発明において、前記コンクリート内部の前記連結部材の周囲を補強するための補強部材を設けるステップを有することを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る柱梁接合構造によれば、内部にコンクリートが充填された鋼管からなる柱と、この柱の上端面に対向してその上方に配置される鉄骨梁とを接合した柱梁接合構造であって、前記柱の上端面と前記鉄骨梁とを連結するための連結部材を備え、前記連結部材の上端側は、前記鉄骨梁の下側に固定され、前記連結部材の下端側は、前記柱の上端面から前記コンクリートの内部に埋設固定されるので、乾式屋根の建物の柱を最上階までＲＣＳＴ構法で設計することができる。合理的な設計が可能となるため、ＲＣＳＴ構法を適用した建物の設計自由度を向上することができるという効果を奏する。

【0016】

また、本発明に係る他の柱梁接合構造によれば、前記連結部材の上端側は、前記鉄骨梁に設けられた孔に通されて、この孔の上方で前記上端側に螺合したナットにより前記鉄骨梁に締結固定されるので、ナットにより鉄骨梁のレベル調整を容易に行うことができるという効果を奏する。

【0017】

また、本発明に係る他の柱梁接合構造によれば、前記コンクリート内部の前記連結部材の周囲を補強するために設けられた補強部材をさらに備えるので、連結部材の周囲を補強することができるという効果を奏する。

【0018】

また、本発明に係る柱梁接合方法によれば、内部にコンクリートが充填された鋼管からなる柱と、この柱の上端面に対向してその上方に配置される鉄骨梁とを接合する柱梁接合方法であって、前記柱の上端面と前記鉄骨梁とを連結するために前記鉄骨梁の下側に連結部材の上端側を固定するステップと、その後、前記鋼管の上端面に前記鉄骨梁を配置し、前記鋼管の内部に前記連結部材の下端側を挿入するステップと、前記鋼管の内部にコンクリートを充填し、前記連結部材を前記コンクリートの内部に埋設するステップとを有するので、乾式屋根の建物の柱を最上階までＲＣＳＴ構法で設計することができる。合理的な設計が可能となるため、ＲＣＳＴ構法を適用した建物の設計自由度を向上することができるという効果を奏する。

【0019】

また、本発明に係る他の柱梁接合方法によれば、前記連結部材の上端側を、前記鉄骨梁に設けられた孔に通して、この孔の上方で前記上端側に螺合したナットにより前記鉄骨梁に締結固定するので、ナットにより鉄骨梁のレベル調整を容易に行うことができるという効果を奏する。

【0020】

また、本発明に係る他の柱梁接合方法によれば、前記コンクリート内部の前記連結部材の周囲を補強するための補強部材を設けるステップを有するので、連結部材の周囲を補強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】

【0021】

【図1】図１は、本発明に係る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）は平断面図である。

【図2】図２は、本発明に係る柱梁接合方法の実施の形態を示す施工手順図である。

【図3】図３は、本発明に係る実施の形態の変形例を示す図である。

【図4】図４（１）は、試験体の外観図、（２）は、水平荷重－柱と鉄骨梁の相対変形量の関係を示す図である。

【図5】図５は、従来のＲＣ鉄骨置屋根構法の施工手順の一例を示す側断面図である。

【図6】図６は、従来のＲＣＳＴ構法の柱頭部の納まり図であり、（１）は側断面図、（２）は平断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下に、本発明に係る柱梁接合構造および柱梁接合方法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。

【0023】

図１に示すように、本発明の実施の形態に係る柱梁接合構造１０は、内部にコンクリート１２が充填された円形断面の鋼管１４からなる柱１６と、この柱１６の上端面１８に対向してその上方に配置される鉄骨梁２０とを接合した構造であって、アンカーボルト２２（連結部材）を備える。本実施の形態は、ＲＣＳＴ構法を鉄骨置屋根構法に適用することを想定している。

【0024】

鉄骨梁２０は、上フランジ２４と、下フランジ２６と、ウェブ２８とからなるＨ形鋼で構成される。鉄骨梁２０は、鋼管１４の中心で交差するように平面視で略十字状に配置される。具体的には、図の左右方向に延びる鉄骨梁２０Ａと、鉄骨梁２０を挟んで前後方向に対向配置される鉄骨梁２０Ｂが設けられる。前後方向の鉄骨梁２０Ｂのウェブ２８は左右方向の鉄骨梁２０Ａに向けて延伸しており、このウェブ２８の延伸部３０は、左右方向の鉄骨梁２０Ａのウェブ２８に溶接されている。左右方向の鉄骨梁２０Ａの下フランジ２６には、鋼管１４の中心の周囲の延伸部３０の左右、ウェブ２８の前後に４つの挿通孔３２が設けられる。挿通孔３２は、アンカーボルト２２を通すためのものである。鉄骨梁２０の上フランジ２４の上には、乾式屋根を設置することができる。

【0025】

アンカーボルト２２は、柱１６の上端面１８と鉄骨梁２０とを連結するための上下方向に延びる棒鋼であり、鋼管１４の中心周りの左右前後の４か所に配置される。アンカーボルト２２の上端側３４には、ねじ部３６が形成されている。アンカーボルト２２の上端側３４は、鉄骨梁２０の下フランジ２６の挿通孔３２に通されて、挿通孔３２の上方で上端側３４に螺合した２つのナット３８により下フランジ２６に締結固定される。下側のナット３８と下フランジ２６との間に座金を介装してもよい。ナット３８を回してナット３８の螺合位置を調整することにより、鉄骨梁２０のレベル高さの調整を容易に行うことができる。ねじ部３６の長さは、高さ調整分をあらかじめ見込んで設定することが望ましい。

【0026】

アンカーボルト２２の下端側４０は、柱１６の上端面１８からコンクリート１２の内部に埋設固定される。アンカーボルト２２の下端側４０には、ねじ部４２が形成されており、コンクリート１２に定着させるための定着板４４を挟んでその上下にナット４６が螺合している。なお、図の例では、アンカーボルト２２の下端側４０のねじ部４２に定着板４４を設けた場合を図示しているが、本発明はこれに限るものではなく、アンカーボルト２２の下端側４０をコンクリート１２に定着するものであれば他の構成を採用してもよい。例えば、アンカーボルト２２の下端部４０をＪ字状に湾曲した１８０°のフック付きのものとしてもよい。また、アンカーボルト２２の全長にねじ部を形成してもよい。

【0027】

次に、上記の柱梁接合構造１０の施工手順の一例について説明する。
まず、図２（１）に示すように、建築現場において、鋼管１４を建てる。次に、図２（２）に示すように、アンカーボルト２２をあらかじめ取り付けた鉄骨梁２０を鋼管１４の上端面１８に設置し、鋼管１４の内部にアンカーボルト２２の下端側４０を挿入する。その後、図２（３）に示すように、鉄骨梁２０と鋼管１４の隙間に図示しないトレミー管を挿入し、トレミー管を通じて鋼管１４の内部にコンクリート１２を打設して充填し、アンカーボルト２２をコンクリート１２の内部に埋設する。なお、施工時の鉄骨梁２０のレベルは、コンクリート１２が固まった後、アンカーボルト２２のナット３８を回すことで微調整が可能である。

【0028】

このような施工手順をとることで、上記の従来のＲＣ鉄骨置屋根構法と比べてアンカーボルト２２の精度確保が容易となる。また、本実施の形態では、従来のＲＣ鉄骨置屋根構法と異なり、柱１６の上端部に柱頭モルタルを施工せず、鉄骨梁２０を先行して建方できるため、工期短縮が可能である。なお、従来のＲＣ鉄骨置屋根構法と同様に、柱１６のコンクリート１２およびアンカーボルト２２を先行して打設し、後から鉄骨梁２０を敷設してもよい。

【0029】

本実施の形態によれば、乾式屋根の建物の柱１６を最上階までＲＣＳＴ構法で設計することができる。合理的な設計が可能となるため、ＲＣＳＴ構法を適用した建物の設計自由度を向上することができる。また、施工性に関して、従来のＲＣ鉄骨置屋根構法に比べて施工手順が簡略化し、アンカーボルト２２の設置精度が向上する。また、鋼管１４がアンカーボルト２２周辺のコンクリート１２を拘束する作用を有することから、水平荷重作用時のコンクリート剥離を抑えることができる。

【0030】

（変形例）
上記の実施の形態において、コンクリート１２内部のアンカーボルト２２の周囲を補強するための補強部材をさらに備えてもよい。補強部材として、例えば、図３（１）に示すように、上端側がＪ字状に湾曲した上下方向に延びる補強鉄筋４８をコンクリート１２内部のアンカーボルト２２の定着部の周囲に複数配置してもよい。また、図３（２）に示すように、らせん状のスパイラル筋５０をアンカーボルト２２の定着部の周囲に配置してもよい。また、図３（３）に示すように、鋼管１４の上端の内周縁に、コッター５２を設けてもよい。このようにすれば、アンカーボルト２２の周囲を補強することができる。また、これら以外にも、アンカーボルト２２周辺のコンクリート１２を拘束するためのフープ筋等を設けてもよい。これらの補強方法は、必要に応じて選択することができ、いずれかの補強部材を単独で使用してもよいし、複数を組み合わせて使用してもよい。

【0031】

なお、上記の実施の形態においては、連結部材がアンカーボルト２２で構成される場合を例にとり説明したが、本発明の連結部材はアンカーボルトに限るものではなく、他の形状や構造の連結部材を用いてもよい。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。また、鋼管１４が円形断面で構成される場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限るものではなく、角型鋼管など他の断面形状でもよい。このようにしても、上記と同様の作用効果を奏することができる。

【0032】

（本発明の効果の検証）
本発明の効果を検証するために、試験体を製作し、構造実験により荷重変形関係を調べた。図４（１）に試験体の姿図を示す。この図に示すように、試験体の鉄骨梁は、ＲＣＳＴ鋼管上に無溶接で設置されており、アンカーボルトのみを介して柱内部のコンクリートに接続されている。ＲＣＳＴ鋼管は、直径Φ５２０ｍｍ、厚さ３．２ｍｍのものを用いた。アンカーボルトは、Ｍ１６（ＳＳ４００）を４本用いた。試験体スケールは５０％である。この試験体に長期荷重を模擬した鉛直荷重（１２４ｋＮ、６２ｋＮ）を図示の部位に載荷した後、水平ジャッキにより正負繰返しの水平荷重を与え、柱と鉄骨梁の相対変形量を測定した。使用した部材の構造物性（鉄骨、コンクリート）を表１、表２にそれぞれ示す。

【0033】

【表1】

【0034】

【表2】

【0035】

水平荷重と、柱と鉄骨梁の相対変形量の関係を図４（２）に示す。ＲＣＳＴ鋼管の拘束効果により、側面コーン破壊耐力やアンカーボルトのせん断耐力の２／３倍（短期許容せん断耐力に相当）の倍以上のせん断耐力を有していることが確認された。

【0036】

以上説明したように、本発明に係る柱梁接合構造によれば、内部にコンクリートが充填された鋼管からなる柱と、この柱の上端面に対向してその上方に配置される鉄骨梁とを接合した柱梁接合構造であって、前記柱の上端面と前記鉄骨梁とを連結するための連結部材を備え、前記連結部材の上端側は、前記鉄骨梁の下側に固定され、前記連結部材の下端側は、前記柱の上端面から前記コンクリートの内部に埋設固定されるので、乾式屋根の建物の柱を最上階までＲＣＳＴ構法で設計することができる。合理的な設計が可能となるため、ＲＣＳＴ構法を適用した建物の設計自由度を向上することができる。

【0037】

また、本発明に係る他の柱梁接合構造によれば、前記連結部材の上端側は、前記鉄骨梁に設けられた孔に通されて、この孔の上方で前記上端側に螺合したナットにより前記鉄骨梁に締結固定されるので、ナットにより鉄骨梁のレベル調整を容易に行うことができる。

【0038】

また、本発明に係る他の柱梁接合構造によれば、前記コンクリート内部の前記連結部材の周囲を補強するために設けられた補強部材をさらに備えるので、連結部材の周囲を補強することができる。

【0039】

また、本発明に係る柱梁接合方法によれば、内部にコンクリートが充填された鋼管からなる柱と、この柱の上端面に対向してその上方に配置される鉄骨梁とを接合する柱梁接合方法であって、前記柱の上端面と前記鉄骨梁とを連結するために前記鉄骨梁の下側に連結部材の上端側を固定するステップと、その後、前記鋼管の上端面に前記鉄骨梁を配置し、前記鋼管の内部に前記連結部材の下端側を挿入するステップと、前記鋼管の内部にコンクリートを充填し、前記連結部材を前記コンクリートの内部に埋設するステップとを有するので、乾式屋根の建物の柱を最上階までＲＣＳＴ構法で設計することができる。合理的な設計が可能となるため、ＲＣＳＴ構法を適用した建物の設計自由度を向上することができる。

【0040】

また、本発明に係る他の柱梁接合方法によれば、前記連結部材の上端側を、前記鉄骨梁に設けられた孔に通して、この孔の上方で前記上端側に螺合したナットにより前記鉄骨梁に締結固定するので、ナットにより鉄骨梁のレベル調整を容易に行うことができる。

【0041】

また、本発明に係る他の柱梁接合方法によれば、前記コンクリート内部の前記連結部材の周囲を補強するための補強部材を設けるステップを有するので、連結部材の周囲を補強することができる。

【0042】

なお、２０１５年９月の国連サミットにおいて採択された１７の国際目標として「持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals：ＳＤＧｓ）」がある。本実施の形態に係る柱梁接合構造および柱梁接合方法は、このＳＤＧｓの１７の目標のうち、例えば「１１．住み続けられるまちづくりを」の目標などの達成に貢献し得る。

【産業上の利用可能性】

【0043】

以上のように、本発明に係る柱梁接合構造および柱梁接合方法は、建物の柱梁の接合部に有用であり、特に、ＲＣＳＴ構法により施工される柱梁の接合部に適している。

【符号の説明】

【0044】

１０ 柱梁接合構造
１２ コンクリート
１４ 鋼管
１６ 柱
１８ 上端面
２０，２０Ａ，２０Ｂ 鉄骨梁
２２ アンカーボルト（連結部材）
２４ 上フランジ
２６ 下フランジ
２８ ウェブ
３０ 延伸部
３２ 挿通孔
３４ 上端側
３６，４２ ねじ部
３８，４６ ナット
４０ 下端側
４４ 定着板
４８ 補強鉄筋（補強部材）
５０ スパイラル筋（補強部材）
５２ コッター（補強部材）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】