(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-02-15
(45)【発行日】2023-02-24
(54)【発明の名称】ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造
(51)【国際特許分類】
E04B 1/30 20060101AFI20230216BHJP
E04B 1/58 20060101ALI20230216BHJP
E04B 1/16 20060101ALI20230216BHJP
【ＦＩ】
E04B1/30 H
E04B1/58 503N
E04B1/16 D
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019018098
(22)【出願日】2019-02-04
(65)【公開番号】P2019138137
(43)【公開日】2019-08-22
【審査請求日】2021-12-23
(31)【優先権主張番号】P 2018018088
(32)【優先日】2018-02-05
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【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】小前 健太郎
(72)【発明者】
【氏名】小嶋 一輝
(72)【発明者】
【氏名】清水 善規
(72)【発明者】
【氏名】山野辺 宏治
(72)【発明者】
【氏名】金本 清臣
(72)【発明者】
【氏名】嶋田 伊織
(72)【発明者】
【氏名】木村 匠
(72)【発明者】
【氏名】淵本 正樹
(72)【発明者】
【氏名】乙藤 佳名子
【審査官】土屋 保光
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－２８２５７８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０５３１０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－０１８００３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－２６４０４９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０４Ｂ １／１６，１／３０
Ｅ０４Ｂ １／５８
Ｅ０４Ｃ ３／００ － ３／４６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
下方のＣＦＴ柱と上方のＲＣ柱とを接合するための構造であって、前記ＣＦＴ柱の上端部に、鋼管を上方に延出させた形で形成された根巻鋼管部が設けられ、
前記ＲＣ柱の主筋が前記根巻鋼管部の内部に挿入されるとともに、前記根巻鋼管部の内部にコンクリートが打設充填され、
前記根巻鋼管部は、内面から内側に突出する補剛部を備え、
応力伝達に関する条件として、
曲げモーメントの分担要素を、前記ＲＣ柱の反曲点高さから前記根巻鋼管部の頂部の切替え高さまでのＲＣ柱部と、前記切替え高さから前記ＣＦＴ柱に接続される直下の梁の上端までの第１テコ部と、前記補剛部から前記根巻鋼管部の底部までの第２テコ部とに区分し、
前記第１テコ部及び前記第２テコ部の曲げ応力と付加せん断力が下記の式（１）～式（５）を満たすように設置されていることを特徴とするＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造。
【数1】
【数2】
【数3】
【数4】
【数5】
【請求項2】
前記ＲＣ柱の主筋の下端部には、該主筋を前記根巻鋼管部の内部のコンクリートに定着させる定着板が設けられている請求項１に記載のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造。
【請求項3】
上下方向に延び、前記根巻鋼管部と前記ＲＣ柱との境界部をまたがって配置された補強筋を有する請求項１または２に記載のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、重層物流施設では、低層階に階高１０ｍを超える階を設け、その中に重層且つ複雑なマテハン架台を備えて倉庫設備を構成したものが提案、実用化されている。
【0003】
一方で、階高１０ｍを超える高階高ＲＣ柱を計画することは、コンクリート打設方法やＰＣ化の重量などの技術的困難さにより事実上適用が難しい。また、マテハン架台のための複雑な鉄骨取合い、マテハン乗り入れ時期の前倒し・工程確保に伴う高階高の層の短工期化の要請などの技術的困難さによってもやはり適用が難しい。
【0004】
これに対し、高階高の低層階をＣＦＴ柱で構成し、低層階のＣＦＴ柱（コンクリート充填鋼管柱）と上層階のＲＣ柱（鉄筋コンクリート柱）とを接合することにより、上記課題を解決することができ得る。
【0005】
また、ＲＣ柱とＣＦＴ柱とを接合する構造／工法としては、ＣＦＴ柱からＲＣ柱への切替えを層単位で行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【0006】
この構造／工法では、ＣＦＴ柱を備える下層部とＲＣ柱を備える上層部との間に境界層が形成され、ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合部であるこの境界層に上下の梁間にわたって延在する鋼管が配設される。そして、鋼管内にコンクリートが充填されるとともに上層部のＲＣ柱から延在する柱主筋が挿入され、さらに、境界層の柱のうちの柱頭部には、複数の柱主筋を囲う帯筋が配筋されるとともに境界層の柱のうちの柱頭部よりも下方の部分の鋼管の内周面にスタッドが突設されている。
【0007】
ＲＣ柱にＣＦＴ柱を接合する他の構造／工法として、ＣＦＴ柱の鋼管の下端にベースプレートを設け、ベースプレートをＲＣ柱のコンクリート部の上端面の上に載せてＣＦＴ柱を立設し、ＲＣ柱のコンクリート部内に定着したアンカーボルトを介してベースプレートをコンクリート部に固定するものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特開２００９－２００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上記従来の境界層に鋼管を配設する構造／工法においては、境界層の柱全体、すなわち層単位でＣＦＴ柱からＲＣ柱への切替えを行うため、使用鋼材量が非常に多くなるという問題がある。
【0010】
また、上記従来のベースプレートをＲＣ柱のコンクリート部の上端面の上に載せてＣＦＴ柱を立設する構造／工法においては、ＲＣ柱のコンクリート部を打設する前にアンカーボルトを所定位置に配置したり、ベースプレートとアンカーボルトとをナットなどで締結したりする必要があり、現場作業が煩雑で多大な労力と時間を要するという問題がある。
【0011】
本発明は、上記事情に鑑み、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができるＣＦＴ柱とＲＣ柱の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】
【0012】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【0013】
本発明のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造は、下方のＣＦＴ柱と上方のＲＣ柱とを接合するための構造であって、前記ＣＦＴ柱の上端部に、鋼管を上方に延出させた形で形成された根巻鋼管部が設けられ、前記ＲＣ柱の主筋が前記根巻鋼管部の内部に挿入されるとともに、前記根巻鋼管部の内部にコンクリートが打設充填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造においては、従来と比較し、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができ、ＣＦＴ柱とＲＣ柱を接合する施工性、経済性を大幅に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造を備えた重層物流施設を示す図である。
【図2】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造を示す図である。
【図3】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造を示す図である。
【図4】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造（接合部）のモーメント分担、設計用応力を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造（接合部）を用いた施工方法を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態の変形例に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造を示す図である。
【図8】構造性能確認実験で行った加力サイクルを示す図である。
【図9】試験体Ｎｏ．１のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント－部材変形角関係（せん断力－部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図10】試験体Ｎｏ．２のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント－部材変形角関係（せん断力－部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図11】試験体Ｎｏ．３のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント－部材変形角関係（せん断力－部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図12】試験体Ｎｏ．４のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント－部材変形角関係（せん断力－部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図13】試験体Ｎｏ．５のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント－部材変形角関係（せん断力－部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図14】試験体Ｎｏ．６のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント－部材変形角関係（せん断力－部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図15】試験体Ｎｏ．１における破壊状況を示す写真であり、（ａ）Ｒ＝＋１．０％の時を示し、（ｂ）＋５．０％（最終破壊）時を示す。
【発明を実施するための形態】
【0016】
【0017】
はじめに、本実施形態では、例えば図１に示すように、本発明のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａが重層物流施設の倉庫１の架構に適用されるものとして説明を行う。
また、この倉庫１は、例えば、低層階に階高１０ｍを超える階を設け、その中に重層且つ複雑なマテハン架台を備えて構成されている。さらに、高階高の下層部１ａをＣＦＴ柱２を備えたＣＦＴ構造、上層部１ｂをＲＣ柱３と鉄骨梁４を組み合わせたハイブリッド架構を備えたＲＣＳＳ構造として構成されている。
また、この倉庫１は、例えば、低層階に階高１０ｍを超える階を設け、その中に重層且つ複雑なマテハン架台を備えて構成されている。さらに、高階高の下層部１ａをＣＦＴ柱２を備えたＣＦＴ構造、上層部１ｂをＲＣ柱３と鉄骨梁４を組み合わせたハイブリッド架構を備えたＲＣＳＳ構造として構成されている。
【0018】
なお、本発明のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａは、重層物流施設（１）への適用だけでなく、例えば、ＣＦＴ構造の低層部（下層部１ａ）をオフィスや商業施設、ＲＣＳＳ構造やＲＣ構造の高層部（上層部１ｂ）を住宅・ホテルを有する複合施設とする施設に採用してもよく、下層部１ａにＣＦＴ柱２を備え、上層部１ｂにＲＣ柱３を備えていれば、特にその適用対象を限定する必要はない。
【0019】
一方、本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａは、図２及び図３に示すように、下層部１ａのＣＦＴ柱２の鋼管５をＣＦＴ柱２の頂部２ａから根巻きレベル程度（約１．５ｍ程度）上方に延出させ、その鋼管５の延出部分である根巻鋼管部６の内部に上層部１ｂのＲＣ柱３の主筋７を挿入するとともにコンクリート８を打設充填して定着させるように構成されている。
【0020】
また、根巻鋼管部６の頂部６ａ側は、根巻鋼管部６の内面から内側に突出し周方向に延びて繋がる環状のリブプレートが補剛部９として設けられ、このリブプレートによって根巻鋼管部６を補剛し、面外変形を抑制するようにしている。さらに、図３に示すように、根巻鋼管部６に挿入される部分のＲＣ柱３の主筋７の下端部７ｄには、定着板１０が取り付けられている。これにより、主筋７と根巻鋼管部６内部のコンクリート８とが一体化するため、変形の漸増に伴って根巻鋼管部６内部のコンクリート８から主筋７が抜け出すことを防ぐとともに、根巻鋼管部６内部のコンクリート８のせん断耐力が確実に確保される。
【0021】
さらに、本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａは、下記の応力伝達に関する条件を満たすように構成されている。
【0022】
まず、図３、図４に示すように、曲げモーメントの分担要素を、ＲＣ柱３の反曲点高さから根巻鋼管部６の頂部６ａの切替え高さまでのＲＣ柱部と、切替え高さからＣＦＴ柱２に接続される直下の梁４の上端までの第１テコ部と、リブプレートによる補剛部９から根巻鋼管部６の底部６ｂまでの第２テコ部とに区分する。
【0023】
そして、図４、表１に示すように、各要素の設計用応力を設定する。なお、軸力は鉄筋コンクリート部分でのみ伝達し、テコ部の鋼管６では軸力を負担しない。
【0024】
【表1】
【0025】
また、テコ部の曲げ応力と付加せん断力を図４及び式（１）～式（５）のように設定する。
【0026】
ここに、ａは切替え高さから反曲点高さまでの距離、Ｍ１は根巻鋼管部６の底部６ｂ高さ位置の曲げモーメント、Ｑは反曲点高さ位置のせん断力、ｈ１は切替え高さから補剛部９までの距離、ｈｅは根巻鋼管部６の底部から切替え高さまでの距離、ｈ２は根巻鋼管部６の底部６ｂからＣＦＴ柱２に接続される直下の梁４の上端までの距離、ｈ０はＣＦＴ柱２に接続される直下の梁４の上端から補剛部９までの距離、Ｒ１は補剛部高さ位置のせん断力、Ｒ２はＣＦＴ柱２に接続される直下の梁４の上端高さ位置のせん断力である。
【0027】
【数1】
【0028】
【数2】
【0029】
【数3】
【0030】
【数4】
【0031】
【数5】
【0032】
なお、本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａは、その適用範囲を以下のａ）～ｇ）、表２のように設定することが望ましい。
ａ）高さ６０ｍ以下の建物に適用する。
ｂ）地震時に引抜力が発生する柱には適用しない。
ｃ）ＲＣ柱及びＣＦＴ柱には正方形断面の部材を使用する。
ｄ）ＲＣ柱とＣＦＴ柱は芯合わせとし、偏心は許容しない。
ｅ）当該接合柱に直接ブレースは取付けない。
ｆ）接合材料、被接合材料の材料規格や形状・寸法・板厚等の適用範囲は表１を基本とする。
ｇ）本接合部及び接合部脚部での降伏ヒンジは許容しない。
ａ）高さ６０ｍ以下の建物に適用する。
ｂ）地震時に引抜力が発生する柱には適用しない。
ｃ）ＲＣ柱及びＣＦＴ柱には正方形断面の部材を使用する。
ｄ）ＲＣ柱とＣＦＴ柱は芯合わせとし、偏心は許容しない。
ｅ）当該接合柱に直接ブレースは取付けない。
ｆ）接合材料、被接合材料の材料規格や形状・寸法・板厚等の適用範囲は表１を基本とする。
ｇ）本接合部及び接合部脚部での降伏ヒンジは許容しない。
【0033】
【表2】
【0034】
次に、本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａを用いて下層部１ａのＣＦＴ柱２と上層部１ｂのＲＣ柱３を接合施工する方法の一例について説明する。
【0035】
まず、図５（ａ）に示すように、リブプレート（補剛部９）、根巻鋼管部６を頂部２ａに溶接するなどして一体に備えたＣＦＴ柱２の鋼管５を所定位置に建て込む。
【0036】
【0037】
【0038】
図５（ｆ）に示すように、上下の所定位置にドーナツスペーサ１４、四隅にガイドアングル１５を取り付けたＲＣ柱３の鉄筋ユニット１６を揚重機で吊り上げ、下端部側を根巻鋼管部６の内部に挿入して鉄筋ユニット１６を建て込む。また、図５（ｇ）に示すように、ＲＣ柱３の型枠１７を支保工で支持させつつ根巻鋼管部６の上方に設置する。
【0039】
次に、図５（ｈ）に示すように、ＲＣ柱３のコンクリート８を打設するとともに根巻鋼管部６の内部にコンクリート８を打設する。コンクリート８が所定の強度を発現した段階で型枠１７を取り外すことにより、ＣＦＴ柱２とＲＣ柱３が本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａで一体に接続して構築される。
【0040】
したがって、上記構成からなる本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａにおいては、従来と比較し、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができ、ＣＦＴ柱２とＲＣ柱３を接合する施工性、経済性を大幅に向上させることが可能になる。
【0041】
本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａにおいては、上記の式（１）～式（５）の条件を満たすように構成されていることで、施工性、経済性に加え、信頼性の高い接合部を実現することができる。
【0042】
さらに、本実施形態においては、ＲＣＳＳ構法にしたエリアの分だけ、躯体費用（鉄骨数量）を削減することが可能になる。さらに、ＣＦＴ構造の高階高の層だけを先行して建方が行えるため、下層エリアのマテハン工期を確保できる。
【0043】
また、ＲＣ柱３の主筋７の下端部７ｄには定着板１０が取り付けられているため、変形の漸増に伴う根巻鋼管部６内部のコンクリート８からの主筋７の抜け出しを防ぐとともに、根巻鋼管部６内部のコンクリート８のせん断耐力が確実に確保される。
【0044】
（変形例）
次に、上記に示す実施形態の変形例について、主に図６を用いて説明する。
以下の変形例において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図６に示すように、本変形例では、補強筋（主筋７とは異なる主筋）１８が設けられている。補強筋１８は、上下方向に延びている。補強筋１８は、根巻鋼管部６とＲＣ柱３との境界部Ｐをまたがって配置されている。
次に、上記に示す実施形態の変形例について、主に図６を用いて説明する。
以下の変形例において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図６に示すように、本変形例では、補強筋（主筋７とは異なる主筋）１８が設けられている。補強筋１８は、上下方向に延びている。補強筋１８は、根巻鋼管部６とＲＣ柱３との境界部Ｐをまたがって配置されている。
【0045】
補強筋１８の下部は、根巻鋼管部６の内部に配置されている。補強筋１８の下端部１８ｄは、主筋７の下端部７ｄよりも上方に配置されている。補強筋１８の下端部１８ｄには、定着板１９が取り付けられている。定着版１９は、主筋７とコンクリート８とを一体化させるものである。なお、補強筋１８の定着位置は、主筋７の下端部７ｄの高さ位置までとしてもよい。
【0046】
補強筋１８の上部は、ＲＣ柱３の内部に配置されている。補強筋１８の上端部１８ｕは、主筋７の上端部（不図示）よりも下方に配置されている。
【0047】
境界部Ｐから補強筋１８の下端部１８ｄまでの長さ及び境界部Ｐから補強筋１８の上端部１８ｕまでの長さは、コンクリート強度と鉄筋強度により設定され、例えばそれぞれ補強筋１８の径の５０倍程度である。
【0048】
本変形例では、上記の実施形態で示すリブプレート（補剛部９）は設けられていない。
【0049】
上記に示すＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａ１おいては、従来と比較し、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができ、ＣＦＴ柱２とＲＣ柱３を接合する施工性、経済性を大幅に向上させることが可能になる。
【0050】
次に、上記に示す実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａの構造性能確認実験結果について説明する。
本実験は、高階高の低層階の柱をＣＦＴ造とし，上層の階高の途中でＲＣ柱に切り替えるＣＦＴ柱－ＲＣ柱について構造性能確認実験を行い、想定している耐力式の妥当性を検証するものである。
本実験は、高階高の低層階の柱をＣＦＴ造とし，上層の階高の途中でＲＣ柱に切り替えるＣＦＴ柱－ＲＣ柱について構造性能確認実験を行い、想定している耐力式の妥当性を検証するものである。
【0051】
試験体諸元を表３に示し、試験体図（代表例として試験体Ｎｏ．１のみ）を図７に示す。
【0052】
【表3】
【0053】
加力方法は、加力点水平変位を制御することにより、図８に示す加力サイクルにしたがい、一定軸力（軸力比η＝０，＋０．１５，＋０．４）下における正負交番繰返しせん断加力を与える。
【0054】
各試験体のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント－部材変形角関係（せん断力－部材変形角関係も併記）を図９～図１４に示す。また、代表例として試験体Ｎｏ．１におけるＲ＝＋１．０％，５．０％（最終破壊）時の破壊状況を図１５に示す。
【0055】
図１５では、代表例として試験体ＮＯ．１の破壊状況を示しているが、他の試験体ＮＯ．２～６においても試験体ＮＯ．１と同様に、根巻鋼管部６とＲＣ柱３との境界部Ｐ近傍の最外縁の主筋７が降伏し、境界部Ｐよりも上方（ＲＣ柱３）のコンクリートが剥落した。ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａにおいては、上記の式（１）～式（５）の条件を満たすように構成されていることで、根巻鋼管部６内部のコンクリート８がせん断破壊しないことを確認した。試験体Ｎｏ.６のように、根巻鋼管部６を含めてＣＦＴ柱２の内部にせん断補強筋が設けられていない構成であっても、根巻鋼管部６内部のコンクリート８はせん断破壊に至らなかった。
【0056】
図１３に示すように、試験体Ｎｏ.５では軸力を無しとしているため、履歴ループ面積が小さく、エネルギー吸収能が低い結果となっている。
【0057】
以上、本発明に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0058】
１ 重層物流施設（倉庫）
１ａ 下層部
１ｂ 上層部
２ ＣＦＴ柱
２ａ 頂部
３ ＲＣ柱
４ 鉄骨梁
５ 鋼管
６ 根巻鋼管部
６ａ 頂部
６ｂ 底部
７ 主筋
８ コンクリート
９ 補剛部
１０ 定着板
１１ デッキプレート
１２ スラブ筋
１３ スラブコンクリート
１４ ドーナツスペーサ
１５ ガイドアングル
１６ 鉄筋ユニット
１７ 型枠
Ａ ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造
１ａ 下層部
１ｂ 上層部
２ ＣＦＴ柱
２ａ 頂部
３ ＲＣ柱
４ 鉄骨梁
５ 鋼管
６ 根巻鋼管部
６ａ 頂部
６ｂ 底部
７ 主筋
８ コンクリート
９ 補剛部
１０ 定着板
１１ デッキプレート
１２ スラブ筋
１３ スラブコンクリート
１４ ドーナツスペーサ
１５ ガイドアングル
１６ 鉄筋ユニット
１７ 型枠
Ａ ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
