特許 7614978 柱接合構造

(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】2025-01-07

(45)【発行日】2025-01-16

(54)【発明の名称】柱接合構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/30 20060101AFI20250108BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20250108BHJP

【ＦＩ】

E04B1/30 C

E04B1/58 503M

E04B1/58 503P

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021134693

(22)【出願日】2021-08-20

(65)【公開番号】P2023028791

(43)【公開日】2023-03-03

【審査請求日】2023-12-11

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 光一

(72)【発明者】

【氏名】花岡 和弘

(72)【発明者】

【氏名】児嶋 一雄

(72)【発明者】

【氏名】黒川 泰嗣

(72)【発明者】

【氏名】河野 賢一

【審査官】兼丸 弘道

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－２８２５７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０６３８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２１４１９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０９３６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０３４７８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３８１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１６９４４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－２０４２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１７７２９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－２４４７２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ １／５８

Ｅ０４Ｂ １／１６，１／３０

Ｅ０４Ｃ ３／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

建物の所定の階層の途中の高さの位置に構築され前記建物のＣＦＴ柱部とＲＣ柱部とを鉛直方向に接合する柱接合構造であって、
前記ＣＦＴ柱部の鋼管の前記ＲＣ柱部側の端部に接合され前記鋼管よりも内側の位置に形成された開口であるコンクリート打設孔を有する水平な端部プレートと、
前記鋼管よりも内側且つ前記コンクリート打設孔よりも外側の位置において前記端部プレートの前記ＲＣ柱部側の面に設けられ前記ＲＣ柱部側に突出するせん断キーと、を備え、
前記端部プレートよりもＲＣ柱部側には前記鋼管が延び出しておらず、
前記せん断キーは、平面視で前記コンクリート打設孔の縁に沿って当該縁に平行に延在している、
柱接合構造。

【請求項2】

前記端部プレートは、
前記ＣＦＴ柱部と前記ＲＣ柱部とからなる柱体に地震時に作用する曲げモーメントの反曲点と略同じ高さの位置に存在している、請求項１に記載の柱接合構造。

【請求項3】

前記ＲＣ柱部の主鉄筋の少なくとも一部が、前記端部プレートを貫通して前記ＣＦＴ柱部の前記鋼管内に挿入されている、請求項１又は２に記載の柱接合構造。

【請求項4】

前記鋼管の内壁面に当該内壁面から内側に立ち上がるように設けられ、水平方向に延在する鋼管内リブ部を更に備える、請求項１～３の何れか１項に記載の柱接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、柱接合構造に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年では、下層階をオフィス用途とし上層階を住宅用途とするといったように建物の階層で用途を分ける場合がある。この種の建物では、下層階は例えばＣＦＴ（コンクリート充填鋼管）を使用したＳ造で頑丈に構築しながらも、上層階は防音性があり住宅用途に適したＲＣ造（鉄筋コンクリート造）で構築することが好ましい。この場合、建物の柱構造においては、下層階と上層階との境界層でＣＦＴ柱とＲＣ柱とを切り替える必要があり、ＣＦＴ柱とＲＣ柱とを接合することが必要である。このようなＣＦＴ柱とＲＣ柱との柱接合構造としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１に記載の柱接合構造は、境界層におけるＣＦＴ柱の鋼管内にスタッドを設置し、更に当該鋼管内にＲＣ柱側から連なる主筋及びせん断補強筋を設置して、当該鋼管内にコンクリートを打設する、といったものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開4936171号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の柱接合構造では、境界層のＣＦＴ柱の鋼管内にせん断補強筋を配筋するといった煩雑な施工が必要である。また、鋼管内に多数のせん断補強筋が存在することにより、鋼管内に打設されるコンクリートの充填性も悪くなるので、施工性が良いとは言えなかった。このような課題に鑑み、本発明は、簡易な構造でＣＦＴ柱とＲＣ柱とを接合する柱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】

【0005】

本発明の柱接合構造は、建物の所定の階層の途中の高さの位置に構築され建物のＣＦＴ柱部とＲＣ柱部とを鉛直方向に接合する柱接合構造であって、ＣＦＴ柱部の鋼管のＲＣ柱部側の端部に接合され鋼管よりも内側の位置に形成された開口であるコンクリート打設孔を有する水平な端部プレートと、鋼管よりも内側且つコンクリート打設孔よりも外側の位置において端部プレートのＲＣ柱部側の面に設けられＲＣ柱部側に突出するせん断キーと、を備える。

【0006】

この柱接合構造では、ＣＦＴ柱部の鋼管のＲＣ柱部側の端部に端部プレートが設けられ、端部プレートにはＲＣ柱部側に突出するせん断キーが設けられている。この構造によれば、せん断キーを埋込むＲＣ柱部のコンクリート部とせん断キーとの支圧によりＣＦＴ柱部とＲＣ柱部との間のせん断力が伝達される。このようにせん断キーの存在によりＣＦＴ柱部とＲＣ柱部との間でせん断力の伝達が図られるので、ＣＦＴ柱部の鋼管内にせん断伝達のための要素を設けることが省略可能であり、柱接合構造を簡易化することができる。

【0007】

端部プレートは、ＣＦＴ柱部とＲＣ柱部とからなる柱体に地震時に作用する曲げモーメントの反曲点と略同じ高さの位置に存在している、こととしてもよい。この構成によれば、ＣＦＴ柱部とＲＣ柱部との境界部に作用する曲げモーメントを小さく抑えることができる。

【0008】

また、ＲＣ柱部の主鉄筋の少なくとも一部が、端部プレートを貫通してＣＦＴ柱部の鋼管内に挿入されている、こととしてもよい。この構成によれば、鋼管内に挿入された主鉄筋を通じてＣＦＴ柱部とＲＣ柱部との間で曲げモーメントの伝達及び軸力の伝達が図られる。また、本発明の柱接合構造は、鋼管の内壁面に当該内壁面から内側に立ち上がるように設けられ、水平方向に延在する鋼管内リブ部を更に備える、こととしてもよい。この構成によれば、鋼管内リブ部を通じてＣＦＴ柱部とＲＣ柱部との間で軸力の伝達が図られる。また、せん断キーは、コンクリート打設孔の縁に沿って延在している、こととしてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、簡易な構造でＣＦＴ柱とＲＣ柱とを接合する柱接合構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】（ａ）は、本実施形態の柱接合構造を含む柱の断面図であり、（ｂ）は、そのモーメント図である。

【図2】柱接合構造の近傍を拡大して示す断面図である。

【図3】（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、図１（ａ）におけるIIIa-IIIa断面図、IIIb-IIIb断面図、IIIc-IIIc断面図である。

【図4】変形例に係る柱接合構造の近傍を拡大して示す断面図である。

【図5】他の変形例に係る柱接合構造の近傍を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しながら本発明に係る柱接合構造の実施形態について詳細に説明する。図１（ａ）は、本実施形態の柱接合構造１を含む柱体１５の断面図である。図２は、その柱接合構造１の近傍を拡大して示す断面図である。図３の（ａ）～（ｃ）は、それぞれ、図１（ａ）におけるIIIa-IIIa断面図、IIIb-IIIb断面図、IIIc-IIIc断面図である。なお、図３においては、柱接合構造１の特徴部分を表すために、コンクリート部分を除いた状態が図示されている。

【0012】

図１～図３に示される柱接合構造１は、下層階１０１がＳ造で構築され上層階１０３がＲＣ造で構築される建物１００に適用され、下層階１０１と上層階１０３との間の境界層１０２に構築される。下層階１０１と境界層１０２との間には例えば鉄骨製の梁３が設けられ、下層階１０１と境界層１０２との間には鉄筋コンクリート製の梁５が設けられている。柱接合構造１は、下層階１０１側のＣＦＴ柱部１１と上層階側のＲＣ柱部１３とを鉛直方向に接合するものであり、境界層１０２の階高の途中の高さに構築されている。すなわち、柱接合構造１は、梁３と梁５との間の高さの位置に構築されている。境界層１０２において梁３から梁５の高さまで延在する柱体１５は、下部がＣＦＴ柱部１１からなり上部がＲＣ柱部１３からなる。

【0013】

ＣＦＴ柱部１１は、柱の外殻をなす角型の鋼管１７と当該鋼管１７の内部に充填されるコンクリート部１９とを備えている。ＲＣ柱部１３は、コンクリート部２１と当該コンクリート部２１に埋設された主鉄筋２３とを備えている。なお、ＲＣ柱部１３は、主鉄筋２３の周囲に巻かれたせん断補強筋等の他の鉄筋を更に備えるが、主鉄筋２３以外の鉄筋については図示が省略されている。

【0014】

図２及び図３に示されるように、柱接合構造１は端部プレート２７を備えている。端部プレート２７は、ＣＦＴ柱部１１の鋼管１７の上端部に設けられた水平な平板状の鋼板からなる。端部プレート２７は、平面視において鋼管１７よりもやや大きい外形をなしている。そして端部プレート２７は、鋼管１７の外壁面から僅かに外側に張出すように鋼管１７の上端面に溶接され、通しダイヤフラム状に設けられている。また、端部プレート２７の中央には平面視矩形のコンクリート打設孔２９が形成されている。コンクリート打設孔２９は、平面視で鋼管１７よりも内側の位置に形成された開口であり、ＣＦＴ柱部１１の施工の際にはコンクリート打設孔２９を通じて鋼管１７内にコンクリートが打設される。

【0015】

また、端部プレート２７の上面２７ａには、鉛直上方に向けて突出する４つのリブ部３１（せん断キー）が溶接されている。リブ部３１は、例えば矩形断面の棒状部材からなる。４つのリブ部３１は、鋼管１７とは接しない位置に配置される。具体的には、リブ部３１は、平面視で鋼管１７よりも内側且つコンクリート打設孔２９よりも外側の位置に配置される。更に具体的には、４つのリブ部３１は、平面視矩形のコンクリート打設孔２９の４辺をなす縁にそれぞれ沿って各辺と同程度の長さで延在している。すなわち、平面視において、４つのリブ部３１がコンクリート打設孔２９を囲むように概ね矩形状に配置されている。リブ部３１は、ＲＣ柱部１３のコンクリート部２１に埋込まれている。

【0016】

また、端部プレート２７には、主鉄筋２３を挿通させるための円形の鉄筋挿通孔３３が、上下に貫通して形成されている。鉄筋挿通孔３３は、主鉄筋２３よりもやや大径であり各主鉄筋２３に対応する位置に主鉄筋２３と同数存在している。各鉄筋挿通孔３３は、平面視で鋼管１７よりも内側且つリブ部３１よりも外側の位置に形成されている。ＲＣ柱部１３の主鉄筋２３は、上記の鉄筋挿通孔３３を通過してＣＦＴ柱部１１の鋼管１７内に挿入され鋼管１７内で定着されており、これらの主鉄筋２３の下端は境界層１０２の下端部近傍に位置する。鋼管１７内には、挿入された主鉄筋２３の周囲にせん断補強筋は設置されていない。

【0017】

更に、鋼管１７の内壁面１７ａには、当該内壁面１７ａから内側に向けて水平に立ち上がるように鋼管内リブ部３５が溶接されている。鋼管内リブ部３５は、内壁面１７ａと主鉄筋２３との間のスペースに収まる高さに設けられており、鋼管内リブ部３５の先端は主鉄筋２３に接触してもよい。鋼管内リブ部３５は、例えば矩形断面の棒状部材からなる。鋼管内リブ部３５は、概ね内壁面１７ａの幅いっぱいに亘って延在してもよい。鋼管内リブ部３５は、４つの内壁面１７ａのそれぞれに２つずつ平行に上下に並ぶように配置されている。なお、鋼管内リブ部３５の数はこれに限定されるものではなく、設計思想に応じて変更可能である。

【0018】

図１（ｂ）は、地震時に柱体１５に作用する曲げモーメントのモーメント図Ｍを示す。図１（ａ），（ｂ）に示されるように、柱接合構造１は、地震時に柱体１５に作用する曲げモーメントの反曲点Ｑと略同じ高さの位置に構築されている。より具体的には、ＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３とのちょうど境界に位置する端部プレート２７が、上記反曲点Ｑと略同じ高さの位置に配置されている。反曲点Ｑは柱体１５の中央付近である場合が多いが、中央付近から上下にずれる場合にも反曲点Ｑの位置に合わせて端部プレート２７の高さ位置を設定すればよい。

【0019】

以上説明した柱接合構造１では、ＣＦＴ柱部１１の鋼管１７の上端部にダイヤフラム状の端部プレート２７が設けられ、端部プレート２７には上に突出するリブ部３１が設けられている。この構造によれば、コンクリート部２１とリブ部３１との支圧によりＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との間のせん断力が伝達される。すなわち、ＲＣ柱部１３からのせん断力は、コンクリート部２１からリブ部３１、端部プレート２７及び鋼管１７を通じてＣＦＴ柱部１１に伝達される。このようにリブ部３１の存在によりＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との間でせん断力の伝達が図られるので、ＣＦＴ柱部１１の鋼管１７内にせん断伝達のための要素を設けることが省略可能である。すなわち、例えば、鋼管１７内に挿入された主鉄筋２３を多数のせん断補強筋で補強するといったことが省略可能である。従って、柱接合構造を簡易化することができる。また、鋼管１７内にせん断補強筋等が存在しなければ、鋼管１７内に打設されるコンクリートの充填性が向上し、施工性が向上する。なお、コンクリート打設孔２９もＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との間のせん断力伝達に一部寄与する。

【0020】

仮に柱接合構造１からリブ部３１を除いた場合には、主に主鉄筋２３のダウウエル効果によってＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との間のせん断力の伝達が図られることになる。なお、柱接合構造１における上記ダウウエル効果とは、ＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との境界面における主鉄筋２３自身のせん断抵抗効果であり、主鉄筋２３の抜け出しを伴うずれ変形により発生する。しかしながら鉄筋のダウウエル効果は、鉄筋の降伏やその周囲のコンクリート部の圧壊が発生するような部材の終局状態で発揮される効果であるので、このダウウエル効果によるせん断力伝達を期待することは、柱体１５の健全性確保の観点から好ましくない。これに対し、リブ部３１を備える柱接合構造１によれば、柱体１５が健全な状態におけるせん断力伝達を期待するものであるので、柱体１５の健全性確保の観点からも好ましい。また、柱接合構造１では、ＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との間のせん断力の伝達機構が、部材の弾性範囲から部材の終局時まで同じ伝達機構で評価可能である。

【0021】

柱接合構造１の端部プレート２７は、鋼管１７の上端面に設けられており、端部プレート２７の上方には鋼管１７が延び出していない。この構造は、柱接合構造１の設計の容易化に寄与する。すなわち、仮に、端部プレート２７の上方に鋼管１７の上端部が延び出していれば、当該上端部にコンクリート部２１の水平方向の支圧による変形が生じるので、ＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との間の応力伝達が不明瞭であり、柱接合構造１の設計法の確立が困難である。

【0022】

端部プレート２７は、地震時に柱体１５に作用する曲げモーメントの反曲点Ｑと略同じ高さの位置に存在している。すなわち、ＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との境界が反曲点Ｑと略同じ高さに位置している。ＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との境界部は構造上の弱部になり得るところ、上記構成によれば、地震時に当該境界部に作用する曲げモーメントを小さく抑えることができる。また、柱接合構造１が境界層１０２の中間部分に構築されているので、柱接合構造１の構成要素（リブ部３１，鋼管内リブ部３５等）の配置が比較的容易である。すなわち、境界層１０２の中間部分ではなく柱体１５の柱頭部や柱脚部では、ダイヤフラム等の柱梁接合部の構成要素が邪魔になり柱接合構造１の構成要素の配置が困難な場合もある。

【0023】

また、主鉄筋２３がＲＣ柱部１３から端部プレート２７の鉄筋挿通孔３３を貫通してＣＦＴ柱部１１の鋼管１７内に挿入され定着されている。この構成によれば、鋼管１７内に挿入された主鉄筋２３を通じてＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との間で曲げモーメントの伝達及び軸力の伝達が図られる。更に、ＣＦＴ柱部１１の鋼管１７の内壁面１７ａに鋼管内リブ部３５が設けられているので、鋼管内リブ部３５を通じてＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との間で軸力の伝達が図られる。

【0024】

また、ＣＦＴ柱部とＲＣ柱部との接合部の周囲を鉄筋コンクリートで被覆した従来の構造の柱（充填被覆型のＳＲＣ柱）に比較して、柱接合構造１によれば、接合部の断面寸法を小さくすることができる。また、従来はＣＦＴ柱部とＲＣ柱部との柱接合構造を柱脚部に設ける場合において、ベースプレート及びアンカーボルトを用いてＣＦＴ柱部の鋼管の端部を例えばＲＣ造の梁等に固定する必要があった。これに対し、柱接合構造１を採用すればＲＣ柱部１３から鋼管１７内に延ばした主鉄筋２３によりＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との接続が図られるので、上記ベースプレート及びアンカーボルトは省略され、柱脚部における鉄筋の納まり等が改善される。

【0025】

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

【0026】

例えば、上述の実施形態では、端部プレート２７が鋼管１７の上端面に溶接され通しダイヤフラム状に設けられているが、端部プレート２７は、例えば図４に示されるように、鋼管１７の内壁面１７ａの上端に溶接され内ダイヤフラム状に設けられてもよい。端部プレート２７が内ダイヤフラム状である場合、端部プレート２７と鋼管１７との支圧がＣＦＴ柱部１１とＲＣ柱部１３との間のせん断力伝達に一部寄与する。また、端部プレート２７の上面に設けられるせん断キーはリブ部３１には限定されない。例えば、端部プレート２７の上面に鉄筋、頭付きスタッド、鋼板ジベル等を溶接してこれらをせん断キーとしてもよい。

【0027】

なお、図４の例では、端部プレート２７の上面が鋼管１７の上端面とほぼ同じ高さに位置しているが、本発明はこの例には限定されず、図５に示されるように、内ダイヤフラム状の端部プレート２７が、鋼管１７の上端面よりもやや低い位置に設置されてもよい。すなわち、図５の例のように、鋼管１７の上端の開口からやや奥の位置で、内ダイヤフラム状に端部プレート２７が溶接されてもよい。この場合、端部プレート２７よりも上方にはみ出した鋼管１７の上端部を考えると、コンクリート部２１の面外方向の支圧によってこの上端部に発生する応力が過大にならないようにする観点から、鋼管１７の上端面から端部プレート２７の上面までの距離は、鋼管１７の肉厚の2.0倍以下であることが好ましく、その中でも1.5倍以下であれば更に好ましい。

【0028】

また、上述の実施形態では、曲げモーメントが小さい境界層１０２の中央の高さ位置近傍に柱接合構造１が構築されているが、柱接合構造１は柱頭部（梁５に近い位置）や柱脚部（梁３に近い位置）に構築されてもよい。また、上述の実施形態では図３に示されるように、ＲＣ柱部１３のすべての主鉄筋２３が端部プレート２７を貫通して鋼管１７内に挿入され、境界層１０２の下端部近傍まで延びている。しかし、鋼管１７内に挿入される主鉄筋２３は、ＲＣ柱部１３の主鉄筋２３の一部であってもよい。この場合、端部プレート２７の鉄筋挿通孔３３は、鋼管１７内に挿入される一部の主鉄筋２３に対応する位置にのみ形成されればよい。また、主鉄筋２３が境界層１０２の下端部近傍まで挿入されることも必須ではなく、鋼管１７内における主鉄筋２３の下端の位置は適宜設定されればよい。

【0029】

また、上述の実施形態ではＣＦＴ柱部１１の上方にＲＣ柱部１３を接合する柱接合構造１について説明したが、本発明は、ＲＣ柱部の上方にＣＦＴ柱部を接合する柱接合構造にも適用可能である。この場合、図１及び図２に示される柱接合構造１を上下反転させた柱接合構造を構築すればよい。このような柱接合構造は、例えば、建物の１階のＣＦＴ柱を地下階まで延ばし、地下階の床レベル等で当該ＣＦＴ柱をその下方のＲＣ柱部と接合する場合等に適用することができる。また、上述の実施形態では、ＣＦＴ柱部１１及びＲＣ柱部１３が断面矩形であったが、本発明は、断面円形のＣＦＴ柱部１１及びＲＣ柱部１３の接合方法にも適用することができる。

【符号の説明】

【0030】

１…柱接合構造、１１…ＣＦＴ柱部、１３…ＲＣ柱部、１５…柱体、１７…鋼管、１７ａ…内壁面、２３…主鉄筋、２７…端部プレート、２９…コンクリート打設孔、３１…リブ部（せん断キー）、３５…鋼管内リブ部、１００…建物、１０２…境界層、Ｑ…反曲点。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】