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(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】2024-05-02
(45)【発行日】2024-05-14
(54)【発明の名称】柱梁架構
(51)【国際特許分類】
   E04B 1/30 20060101AFI20240507BHJP
【FI】
E04B1/30 H
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2021004952
(22)【出願日】2021-01-15
(65)【公開番号】P2022109561
(43)【公開日】2022-07-28
【審査請求日】2023-02-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100124084
【弁理士】
【氏名又は名称】黒岩 久人
(72)【発明者】
【氏名】杉山 智昭
(72)【発明者】
【氏名】藤山 淳司
(72)【発明者】
【氏名】野々山 昌峰
(72)【発明者】
【氏名】辰濃 達
(72)【発明者】
【氏名】木村 廣
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 英義
(72)【発明者】
【氏名】今井 和正
【審査官】山口 敦司
(56)【参考文献】
【文献】特開2001-248237(JP,A)
【文献】特開平07-331777(JP,A)
【文献】特開平11-324108(JP,A)
【文献】特開昭61-277726(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E04B 1/30
E04B 2/56
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
コンクリートが充填された一対の鋼管柱と、
前記一対の鋼管柱同士を連結する鉄骨梁部材と、
前記一対の鋼管柱同士の間に設けられた鉄筋コンクリート壁と、を備え、
前記鉄骨梁部材は、コンクリート躯体を備え、
前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体の少なくとも一つの側面は、前記鉄筋コンクリート壁の内部に設けられる、または、前記鉄筋コンクリート壁と面一であり、
前記鉄筋コンクリート壁には、縦筋および横筋がダブル配筋されており、
前記鉄筋コンクリート壁の少なくとも1つの縦筋は、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体内に定着される、あるいは、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体を貫通しており、
前記鉄筋コンクリート壁のうち前記鋼管柱に接合される部分では、ダブル配筋された横筋の端部同士が、平面視で略コの字形状の壁補強筋で連結され、
前記鋼管柱の側面のうち前記鉄筋コンクリート壁が接合される部分には、前記鉄筋コンクリート壁側に突出するスタッド材が設けられていることを特徴とする柱梁架構。
【請求項2】
前記鉄筋コンクリート壁の中間高さに設けられる鉄骨梁部材のコンクリート躯体の両側面は、前記鉄筋コンクリート壁の内部に設けられる、または、前記鉄筋コンクリート壁と面一であることを特徴とする請求項1に記載の柱梁架構。
【請求項3】
前記鋼管柱の下端部は、場所打ち杭に埋設されることを特徴とする請求項1または2に記載の柱梁架構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鋼管柱、鉄骨梁部材、および鉄筋コンクリート壁を備える柱梁架構に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、鉄骨柱と鉄筋コンクリート壁との接合構造が知られている(特許文献1~3参照)。
特許文献1には、鋼管柱と、この鋼管柱に接合された耐震壁と、を有する鋼管柱構造体が示されている。鋼管柱のうち耐震壁のストラット応力が作用する個所には、増肉加工がされている。
特許文献2には、鉄筋コンクリート造の耐震壁と鋼管柱との接合構造が示されている。鋼管柱の外面には、スタッドボルトや溝形部材などの剪断力伝達部材が突設され、この剪断力伝達部材は、耐震壁のコンクリートに埋め込まれている。鋼管柱は、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柱となっている。
【0003】
特許文献3には、H形鋼柱とRC耐震壁との接合構造が示されている。H形鋼柱のウエブには、複数の剪断力伝達部材が設けられ、これら剪断力伝達部材は、RC耐震壁に埋設されている。
特許文献4には、RC柱と、このRC柱の上端部に結合された、水平方向に適宜間隔を空けて配置された一対の鉄骨梁と、を備える壁構造が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2000-352153号公報
【文献】特開平11-324108号公報
【文献】特開2002-227327号公報
【文献】特開平06-129042号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、鉄骨梁部材の梁型が鉄筋コンクリート壁の壁面から突出することなく、使い勝手の良い室内空間を実現できる、柱梁架構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、鋼管柱とRC壁(鉄筋コンクリート壁)とを備えるRC壁付きの柱梁架構として、RC壁の上端部、中間部、または下端部の内部に、鉄骨梁部材を配置することで、鉄骨梁部材の梁型がRC壁の壁面から突出することのない、使い勝手の良い室内空間を実現できるとともに、優れた施工性および構造安定性を確保できる点に着眼して、本発明に至った。
第1の発明の柱梁架構(例えば、後述の柱梁架構1、1A)は、一対の鋼管柱(例えば、後述のCFT柱30)と、前記一対の鋼管柱同士を連結する鉄骨梁部材(例えば、後述の中間鉄骨梁部材40A、上側鉄骨梁部材40B)と、前記一対の鋼管柱同士の間に設けられた鉄筋コンクリート壁(例えば、後述の鉄筋コンクリート壁50)と、を備え、前記鉄骨梁部材は、コンクリート躯体(例えば、後述のコンクリート躯体42)を備え、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体の少なくとも一つの側面は、前記鉄筋コンクリート壁の内部に設けられる、または、前記鉄筋コンクリート壁と面一であることを特徴とする。
この発明によれば、鉄骨梁部材のコンクリート躯体の少なくとも一つの側面を、鉄筋コンクリート壁の内部に設けた、または、鉄筋コンクリート壁と面一とした。よって、鉄骨梁部材の梁型が鉄筋コンクリート壁の壁面から突出することなく、使い勝手の良い室内空間を実現できる。
また、鉄骨梁部材と鉄筋コンクリート壁とを一体化できるので、構造安定性に優れた柱梁架構を実現できる。
【0007】
第2の発明の柱梁架構は、前記鉄筋コンクリート壁の少なくとも1つの縦筋(例えば、後述の縦筋51)は、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体内に定着される、あるいは、前記鉄骨梁部材のコンクリート躯体を貫通することを特徴とする。
この発明によれば、鉄筋コンクリート壁の少なくとも1つの縦筋を、鉄骨梁部材のコンクリート躯体内に定着させた、あるいは、鉄骨梁部材のコンクリート躯体を貫通させた。よって、鉄筋コンクリート壁の縦筋の端部が、特別な加工を行うことなく、鉄骨梁部材に定着されるので、低コストで強固な柱梁架構を実現できる。
【0008】
第3の発明の柱梁架構は、前記鉄筋コンクリート壁の中間高さに設けられる鉄骨梁部材(例えば、後述の中間鉄骨梁部材40A)のコンクリート躯体の両側面は、前記鉄筋コンクリート壁の内部に設けられる、または、前記鉄筋コンクリート壁と面一であることを特徴とする。
この発明によれば、中間高さに設ける鉄骨梁部材のコンクリート躯体の両側面を、鉄筋コンクリート壁の内部に設けた、または、鉄筋コンクリート壁と面一とした。よって、鉄筋コンクリート壁が中間高さに位置する鉄骨梁部材によって分断されることはなく、中間高さの鉄骨梁部材、鉄筋コンクリート壁、および鋼管柱が一体化される。したがって、地震力が円滑に伝達可能となるうえに、構造安定性に優れた柱梁架構を実現できる。
【0009】
第4の発明の柱梁架構は、前記鉄筋コンクリート壁の両端部には、略コの字形状の壁補強筋(例えば、後述の壁補強筋53)が前記横筋に重ね継手で取り付けられ、前記鋼管柱の前記鉄筋コンクリート壁との接合面には、スタッド材(例えば、後述のスタッド材33)が設けられていることを特徴とする。
この発明によれば、鉄筋コンクリート壁の横筋の両端部に、略コの字形状の壁補強筋を取り付けるとともに、鋼管柱の鉄筋コンクリート壁との接合面にスタッド材を設けた。よって、鋼管柱と鉄筋コンクリート壁とを強固に一体化できる。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、鉄骨梁部材の梁型が鉄筋コンクリート壁の壁面から突出することなく、使い勝手の良い室内空間を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
図1】本発明の第1実施形態に係る柱梁架構の側面図である。
図2】第1実施形態に係る柱梁架構の鉄筋コンクリート壁の配筋状況を示す側面図およびA-A断面図である。
図3図2の柱梁架構のB-B断面図である。
図4図2の柱梁架構の破線Cで囲んだ部分および破線Dで囲んだ部分の拡大図である。
図5図3の柱梁架構の破線Eで囲んだ部分の拡大図である。
図6】第1実施形態に係る柱梁架構に地震力が作用した場合の応力伝達機構を示す模式図である。
図7】本発明の第2実施形態に係る柱梁架構の部分拡大図である。
図8】本発明の第3実施形態に係る柱梁架構の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本発明は、建物の地上階、または、鋼管柱が杭体を兼ねた構真柱として使用される建物の地下階において、建物躯体を構成する一対の鋼管柱とRC壁とを備えるRC壁付きの柱梁架構である。本発明の柱梁架構の特徴は、RC壁の内部に、上側鉄骨梁部材、中間鉄骨梁部材、下側鉄骨梁部材など、鉄骨梁部材が配置される点である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る柱梁架構1の側面図である。
柱梁架構1は、一対の鉄筋コンクリート造の場所打ち杭10と、一対の場所打ち杭10の上に設けられた鉄筋コンクリート造の基礎梁20と、この基礎梁20の上に設けられて下端が場所打ち杭10に埋設された一対の鋼管柱としてのCFT柱30と、基礎梁20の直上に位置し一対のCFT柱30同士を連結する中間鉄骨梁部材40Aと、中間鉄骨梁部材40Aの直上に位置する一対のCFT柱30同士を連結する上側鉄骨梁部材40Bと、一対のCFT柱30同士の間に設けられた鉄筋コンクリート壁50(図1中斜線で示す)と、を備える。
【0013】
図2(a)は、柱梁架構1の鉄筋コンクリート壁50の配筋状況を示す側面図である。図2(b)は、図2(a)の柱梁架構1のA-A断面図である。図3は、図2(a)の柱梁架構1のB-B断面図である。図4(a)は、図2(b)の柱梁架構1の破線Cで囲んだ部分の拡大図である。図4(b)は、図2(b)の柱梁架構1の破線Dで囲んだ部分の拡大図である。図5は、図3の柱梁架構1の破線Eで囲んだ部分の拡大図である。
CFT(Concrete Filled Steel Tube)柱30は、角形鋼管である鋼管31と、鋼管31の内部にコンクリートを充填して形成されたコンクリート躯体32と、を備える。CFT柱30の鉄筋コンクリート壁50との接合面である側面には、スタッド材33が上下方向に2列に並んで設けられている。また、CFT柱30の下端部は、基礎梁20を貫通して、場所打ち杭10に埋設されている。
鉄骨梁部材40A、40Bは、SC(Steel Concrete)梁であり、一対のCFT柱30同士を連結するH形鋼である鉄骨梁41と、鉄骨梁41の周囲に形成されたコンクリート躯体42と、コンクリート躯体42に埋設されて鉄骨梁41に沿って延びる4本の梁筋43と、コンクリート躯体42に埋設されて鉄骨梁41および梁筋43を囲んで所定間隔おきに設けられた閉鎖型のあばら筋44と、を備える。
鉄骨梁41は、上下に配置された水平方向に延びるフランジ45と、これらフランジ45同士を連結する鉛直方向に延びるウエブ46と、を備える。
また、梁筋43は、CFT柱30に定着されていない。
【0014】
鉄筋コンクリート壁50は、基礎梁20、一対のCFT柱30、および上側鉄骨梁部材40Bに囲まれた空間に設けられており、中間鉄骨梁部材40Aは、鉄筋コンクリート壁50の中間高さに位置している。鉄骨梁部材40A、40Bのコンクリート躯体42の両側面は、鉄筋コンクリート壁50と面一となっている。
鉄筋コンクリート壁50は、縦筋51および横筋52がダブル配筋されている。この鉄筋コンクリート壁50の横筋52の両端部には、略コの字形状の壁補強筋53が、ダブル配筋された横筋52に跨がって重ね継手で取り付けられている。また、鉄筋コンクリート壁50の四隅の部分(図2(a)中破線Rで示す部分)には、巾止め筋54が設けられている。
また、鉄筋コンクリート壁50のダブル配筋された縦筋51は、下端が基礎梁20に定着され、中間鉄骨梁部材40Aのコンクリート躯体42を貫通し、上端が上側鉄骨梁部材40Bのコンクリート躯体42内に定着されている。
以上の柱梁架構1によれば、図6に示すように、地震力Hが加わると、鉄筋コンクリート壁50の上部(中間鉄骨梁部材40Aよりも上側の部分)のコンクリート圧縮束P1、鉄筋コンクリート壁50の下部(中間鉄骨梁部材40Aよりも下側の部分)のコンクリート圧縮束P2、および、鉄筋コンクリート壁50全体の圧縮束PAが、この水平力Hに抵抗する。
このとき、中間鉄骨梁部材40Aおよび上側鉄骨梁部材40Bの鉄骨梁41が鉄筋コンクリート壁50に定着されているので、鉄骨梁41の梁端の支圧抵抗に対してフランジ間のコンクリートの補剛効果が得られる。
また、中間鉄骨梁部材40Aおよび上側鉄骨梁部材40Bの鉄骨梁41は、フランジ部の支圧および引張材として機能することにより、各層の圧縮束P1、P2の形成に寄与している。
また、鉄筋コンクリート壁50の縦筋51が中間鉄骨梁部材40Aおよび上側鉄骨梁部材40Bに定着されることで、全体の圧縮束PAの形成に寄与している。
【0015】
図2に示すような第1実施形態に係る実大サイズの柱梁架構に対して、1/3~1/4程度の大きさの縮尺模型試験体を製作し、この縮尺模型試験体に地震荷重相当の水平荷重を加えて、静的正負繰り返し載荷実験を行った。この載荷実験により、柱梁架構の初期剛性と水平荷重との変形関係で表される構造性能が確認された。また、図6に示すように、柱梁架構における圧縮応力の斜め方向への応力分布等が確認された。
縮尺模型試験体を構成する柱梁架構の具体的な寸法は、例えば、以下の通りである。
CFT柱間の寸法は、2200mmであり、基礎梁表面から中間鉄骨梁部材の鉄骨梁下端までの寸法は、1100mmであり、中間鉄骨梁部材の鉄骨梁下端から上側鉄骨梁下端までの寸法は、1100mmである。
また、CFT柱は300mm×300mmであり、このCFT柱の側面に設けるスタッド材は、直径6.3mm、長さ50mm、頭部径12mmであり、上下方向に55mmピッチで2列設けられる。
【0016】
また、鉄骨梁部材の鉄骨梁は、300mm×80mm×9mm×12mm(SM490A)である。鉄骨梁部材の梁筋はD6であり、あばら筋はD6であって110mmピッチで配筋されている。
また、鉄筋コンクリート壁は、壁厚が180mmである。鉄筋コンクリート壁の縦筋および横筋は、D6であり55mmピッチで配筋されている。略コの字形状の壁補強筋横筋は、D6であり上下方向に55mmピッチで配筋されている。この壁補強筋の重ね継手長さは、180mmである。
また、鉄骨梁のフランジ面と接するコンクリートが支圧により圧縮強度が上昇することを考慮すると、図4に示すように、鉄骨梁のフランジ幅Tは、壁厚Wの1/3以上とすることが好ましい。また、鉄骨梁のフランジ面と接するコンクリートが支圧により圧縮強度が上昇することを考慮すると、図5に示すように、鉄筋コンクリート壁の壁厚Wは、CFT柱の幅Dの1/3~2/3程度が好ましい。
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
【0017】
(1)鉄骨梁部材40A、40Bのコンクリート躯体42の両側面を、鉄筋コンクリート壁50と面一とした。よって、鉄骨梁部材40A、40Bの梁型が鉄筋コンクリート壁50の壁面から突出することなく、使い勝手の良い室内空間を実現できる。
また、鉄骨梁部材40A、40Bと鉄筋コンクリート壁50とを一体化できるので、構造安定性に優れた柱梁架構を実現できる。
(2)一対のCFT柱30の間に鉄筋コンクリート壁50を設け、この鉄筋コンクリート壁50の縦筋51を、中間鉄骨梁部材40Aのコンクリート躯体42を貫通させて、上側鉄骨梁部材40Bのコンクリート躯体42内に定着させた。よって、鉄筋コンクリート壁50の縦筋51の端部が、特別な加工を行うことなく、鉄骨梁部材40A、40Bに定着されるので、CFT柱30と鉄骨梁部材40A、40Bとで形成される架構と鉄筋コンクリート壁50との応力伝達が合理的となるうえに、施工も容易に行うことが可能であり、低コストで強固な柱梁架構1を実現できる。
【0018】
(3)中間鉄骨梁部材40Aのコンクリート躯体42の両側面を、鉄筋コンクリート壁50と面一とした。よって、鉄筋コンクリート壁50が中間高さに位置する中間鉄骨梁部材40Aによって分断されることはなく、中間鉄骨梁部材40A、鉄筋コンクリート壁50、およびCFT柱30が一体化される。したがって、地震力が円滑に伝達可能となるうえに、構造安定性に優れた柱梁架構1を実現できる。
(4)鉄筋コンクリート壁50の横筋52の両端部に、略コの字形状の壁補強筋53を取り付けるとともに、CFT柱30の鉄筋コンクリート壁50との接合面である側面にスタッド材33を設けた。よって、CFT柱30と鉄筋コンクリート壁50とを強固に一体化できる。
【0019】
〔第2実施形態〕
図7は、本発明の第2実施形態に係る柱梁架構1Aの部分拡大図である。
本実施形態では、鉄骨梁部材40A、40Bのコンクリート躯体42の一方の側面Cは、鉄筋コンクリート壁50と面一であるが、他方の側面Cは、鉄筋コンクリート壁50の内部に位置する点が、第1実施形態と異なる。
本実施形態によれば、上述の(1)~(4)と同様の効果がある。
【0020】
〔第3実施形態〕
図8は、本発明の第3実施形態に係る柱梁架構1Bの部分拡大図である。
本実施形態では、鉄骨梁部材40A、40Bのコンクリート躯体42の建物内部側(室内側)の側面Cは、鉄筋コンクリート壁50と面一であるが、建物外部側の側面Cは、鉄筋コンクリート壁50から外側に突出している点が、第1実施形態と異なる。
本実施形態によれば、上述の(1)~(4)と同様の効果がある。
【0021】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上述の各実施形態では、鉄筋コンクリート壁50の下部を基礎梁20に接合したが、これに限らず、鉄筋コンクリート壁50の下部を、建物中間階の梁に接合してもよい。
また、上述の各実施形態では、鉄筋コンクリート壁50の中間高さに位置する中間鉄骨梁部材40Aを一つとしたが、これに限らず、鉄筋コンクリート壁の中間高さに位置する中間鉄骨梁部材を複数設けてもよい。
また、上述の各実施形態では、中間鉄骨梁部材40Aおよび上側鉄骨梁部材40Bを設けたが、これに限らず、上側鉄骨梁部材、中間鉄骨梁部材、下側鉄骨梁部材のうち、いずれか1つのみを設けてもよい。
また、上述の第1実施形態では、鉄骨梁部材40A、40Bの両方の側面を鉄筋コンクリート壁50と面一とし、第2、3実施形態では、鉄骨梁部材40A、40Bの一方の側面を鉄筋コンクリート壁50と面一とし、他方の側面を鉄筋コンクリート壁50の内部あるいは鉄筋コンクリート壁50から突出させたが、これに限らない。すなわち、鉄骨梁部材40A、40Bの一方の側面を鉄筋コンクリート壁50の内部に設け、他方の側面を鉄筋コンクリート壁50の内部あるいは鉄筋コンクリート壁50から突出させてもよい。
【符号の説明】
【0022】
1、1A、1B…柱梁架構 10…場所打ち杭 20…基礎梁
30…CFT柱(鋼管柱) 31…鋼管 32…コンクリート躯体 33…スタッド材
40A…中間鉄骨梁部材 40B…上側鉄骨梁部材 41…鉄骨梁
42…コンクリート躯体 43…梁筋 44…あばら筋
45…フランジ 46…ウエブ
50…鉄筋コンクリート壁 51…縦筋 52…横筋
53…壁補強筋 54…巾止め筋
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8