JP4100245B2 - 柱構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、床スラブ上面から上階梁下端までを鋼管で被覆した鉄筋コンクリート造の柱と鉄筋コンクリート造の梁とを備える構造物に用いられる柱構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼管内にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管柱は、通常の鉄筋コンクリート造の柱と比較して優れた変形性能を有することで知られている。コンクリート充填鋼管柱は、梁に鉄筋コンクリート造を採用すれば、梁施工に通常の鉄筋コンクリート造の施工手順をほぼそのまま適用することができるうえ、鉄骨梁を採用する場合に比べてコストダウンを図ることができる。
このようなコンクリート充填鋼管柱と梁との接合部では、柱梁の仕口部を上下方向に貫通する柱主筋の両端部を柱の鋼管内に挿入して定着している（特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２２９４９５号公報（第２−３頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の構造では、柱の内法高さの中央部が無筋であるため、引張り力に対する抵抗力が小さいという問題がある。さらに、耐火被覆を省略した場合には、火災時の荷重支持機能も大きく低下する問題もある。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、耐力と変形性能に優れ、施工性も良く安価な柱構造を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る柱構造では、床スラブ上面から上階梁下端までを鋼管で被覆した鉄筋コンクリート造の柱と鉄筋コンクリート造の梁とを備える構造物に用いられる柱構造であって、前記柱内の柱主筋が、前記柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部に無筋部分となる不連続部分を有し、且つ、前記不連続部分の鉛直方向の高さが、隣接する柱主筋が有する不連続部分の鉛直方向の高さと重複しないように配設されていることを特徴とする。
ここで、不連続部分とは、上階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する第一柱主筋と、下階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する第二柱主筋とが継手を形成していないために、前記第一柱主筋下端と前記第二柱主筋上端との間に発生する無筋部分のことである。また、階高は、ある階の床面から直上階の床面までの高さであり、鉛直方向の高さは床面からの高さである。
本発明によれば、柱主筋の不連続部分の鉛直方向の高さを、全ての柱主筋について同じにするのではなく、高低差をつけることにより、重ね継手と同様のメカニズムが形成される。つまり、柱主筋の不連続部分に高低差をつけることにより、柱主筋間のコンクリートを介して、隣接する柱主筋との間で引張り応力の伝達ができる。さらに、本発明では、柱主筋を接合しないため、主筋長さや主筋の配置がある程度ずれていても施工上、支障を生じることはない。
また、本発明に係る柱構造では、前記鋼管の内面にリブのような突条部を有していてもよい。
本発明によれば、鋼管内面をリブ付きとすることにより、コンクリートと鋼管の付着力が大きくなる。また、上階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する柱主筋に作用する応力は、リブ付き鋼管を介して、下階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する柱主筋に伝達されるため、引張り力が作用する場合でも柱主筋同士の接合は不要となる。
あるいは、本発明に係る柱構造では、リブ付き鋼管に代えて、前記鋼管の内面に平板などの板状体若しくは鉄筋などの棒状体を溶接などの固着手段により突設してもよい。
また、本発明に係る柱構造では、前記鋼管が、前記鋼管の上下端に備えるゴムなどの弾性体を介して前記梁と当接していてもよい。
本発明によれば、鋼管の上下端にゴムなどの弾性体を備えることにより、鋼管が梁と接触しなくなるため、鋼管の支圧によって梁のコンクリートが圧壊するのを防止することができる。さらに、本発明では、鋼管が、せん断力には抵抗するが軸力を負担しないため、６〜９ｍｍ程度の薄い肉厚の鋼管を使用することができる。これにより、鋼管の重量が低減され、運搬や揚重が容易になるとともに、コスト低減が図られる。
また、本発明に係る柱構造では、前記柱の軸方向両端部におけるフープ筋が、前記柱の軸方向中央部におけるフープ筋に比して密に配されていてもよい。
鋼管の上下端では、鋼管によるコンクリートの拘束効果が小さく、柱の中央部に比べて柱の上下端において、フープ筋を密に配するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る柱構造の第一実施形態を示すものであり、（ａ）は立断面図、（ｂ）はａ−ａ線矢視図、（ｃ）はｂ−ｂ線矢視図、（ｄ）は鋼管下端部の断面図である。なお、図１（ａ）において、梁配筋および上下階の柱のフープ筋は省略している。
図１（ａ）に示すように、本発明に係る柱構造２１は、床スラブ上面から上階梁２下端までを鋼管４で被覆した鉄筋コンクリート造の柱１と、鉄筋コンクリート造の梁２とを備える構造物に用いられるものである。柱１内には、柱主筋５が、鋼管４の内周面に沿うように所定の間隔をおいて複数本配設されており、これらは柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在している。上階の柱梁の仕口部を貫通する柱主筋５の下端と、下階の柱梁の仕口部を貫通する柱主筋５の上端とは接合されておらず、無筋部分を有している。さらに、当該無筋部分の鉛直方向の高さが、隣接する柱主筋５間で重複しないように配慮されている。
柱主筋５は、柱軸方向に所定の間隔をおいて配設されたフープ筋６によって拘束されている。柱軸方向中央部のフープ筋６は、図１（ｃ）に示すように、柱主筋５の一部を取り囲む第一フープ筋６ａと、第一フープ筋６ａと水平面内で直交し、柱主筋５の一部を取り囲む第二フープ筋６ｂとから構成されている。一方、柱軸方向両端部のフープ筋６は、図１（ｂ）に示すように、柱軸方向中央部のフープ筋６の構成に加えて、柱主筋５全てを取り囲む第三フープ筋６ｃとから構成されている。そして、これらフープ筋６の間隔は、柱軸方向両端部が柱軸方向中央部に比べて狭くなっている。これは、鋼管４の上下端では、鋼管４によるコンクリート３の拘束効果が小さいため、柱１の中央部に比べて柱１の上下端において、フープ筋６を密に配したものである。
図１（ｃ）および（ｄ）に示すように、鋼管４は、肉厚９ｍｍ程度の角型鋼管である。鋼管４と鉄筋コンクリート造の梁２との間には５ｍｍ程度の間隙があり、その間にはゴム７が取り付けられている。ここで使用するゴム７は、耐久性に優れ、クリープ等の影響を受けにくいウレタン系若しくはスチレン系の合成ゴム等を使用する。
次に本実施形態の構成による作用について説明する。
柱主筋５が有する不連続部分の鉛直方向の高さを、全ての柱主筋５について同じにするのではなく、高低差をつけることにより、柱主筋５間のコンクリート３を介して、隣接する柱主筋５との間で引張り応力が伝達され、重ね継手と同様のメカニズムが形成される。また、地震時における柱の曲げモーメントは、一般に柱頭や柱脚で大きく中央部で小さい逆対称形となる。そのため、本発明においても階高中央部に柱主筋５の不連続部分を配置している。
鋼管４の上下端には、ゴム７を備えることにより、鋼管４が梁２と接触しなくなるため、鋼管４の支圧によって梁２のコンクリート３が圧壊するのを防止している。
本実施形態による柱構造２１では、柱主筋５の不連続部分の鉛直方向の高さに高低差をつけることにより、柱１のどの高さにおいても無筋による危険断面がなくなり、耐火被覆が無くても火災時の荷重支持機能を保持できる。また、本発明では、柱主筋５を接合しないため、柱主筋５の長さや配置がある程度ずれていても施工上、支障を生じることはない。さらに、鋼管４に薄い肉厚のものを使用することができるため、鋼管４重量が低減され、運搬や揚重が容易になるとともに、コスト低減が図られる。
【０００７】
また、本発明に係る柱構造２１では、上階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する柱主筋５と、下階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する柱主筋５とは、主筋本数および／または主筋径を変化させてもよい。
本発明によれば、柱１の上部と下部において、柱１に作用する断面力が大きく変化する場合には、柱主筋５の不連続部分を境にして主筋本数および／または主筋径を変更することにより、合理的な設計が可能となる。
【０００８】
また、本発明に係る柱構造２１では、上階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する柱主筋５と、下階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する柱主筋５とが、圧接や溶接や機械式継手などの接合手段を用いて一部接合されていてもよい。
本発明によれば、上階の柱梁の仕口部からの柱主筋５と下階の柱梁の仕口部からの柱主筋５の一部を接合することにより、大きな引張り軸力に抵抗することができる。
【０００９】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。なお、以降の図において、第一実施形態による構造と同一の構成要素には同一の符号を用いて説明を省略する。
図２は、本発明に係る柱構造の第二実施形態を示すものであり、（ａ）は立断面図、（ｂ）は鋼管断面の部分拡大図である。
図２（ａ）に示すように、本発明に係る柱構造２２では、第一実施形態の構成に加えて、鋼管４内周にリブ８を柱軸方向に所定の間隔をおいて有しているものである。図２（ｂ）に示すように、リブ８を柱軸方向に配する間隔は４０ｍｍ以下、リブ８の高さは２．５ｍｍ以上が好適である。
本発明によれば、鋼管４内面をリブ８付きとすることにより、コンクリート３と鋼管４の付着力が増大する。上階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する柱主筋５に作用する応力は、リブ８付き鋼管４を介して、下階の柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部まで延在する柱主筋５に伝達されるため、引張り力が作用する場合でも柱主筋５同士の接合は不要となる。
【００１０】
あるいは、リブ８付き鋼管に代えて、鋼管の内面に板状体若しくは棒状体を突設してもよい。図３（ａ）は鋼管の内面に平板を溶接する場合の鋼管断面の部分拡大図、図３（ｂ）は鋼管の内面に鉄筋を溶接する場合の鋼管断面の部分拡大図である。
図３（ａ）の場合は、厚さ９ｍｍの平板９をリング状にして鋼管４の内周に溶接したり、ピース状にして、例えば柱１の中心軸を回転軸として９０度おきに、且つ、柱軸方向に所定の間隔をおいて溶接するものである。一方、図３（ｂ）の場合は、Ｄ１３の異形鉄筋１０を鋼管４の内周に沿って、且つ、柱軸方向に所定の間隔をおいて溶接するものである。
リブ８を有する鋼管４を使用する場合に比べて、溶接などの固着手段により板状体若しくは棒状体を鋼管４に後付けするほうがコストを抑えることができる。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐力と変形性能に優れ、施工性も良く安価な柱構造を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る柱構造の第一実施形態である。
【図２】 本発明に係る柱構造の第二実施形態である。
【図３】 平板若しくは鉄筋を内面に溶接した鋼管断面の部分拡大図である。
【符号の説明】
１……柱
２……梁
３……コンクリート
４……鋼管
５……柱主筋
６……フープ筋
６ａ……第一フープ筋
６ｂ……第二フープ筋
６ｃ……第三フープ筋
７……ゴム
８……リブ
９……平板
１０……異形鉄筋
２１……本発明に係る柱構造の第一実施形態
２２……本発明に係る柱構造の第二実施形態

Claims (6)

1. 床スラブ上面から上階梁下端までを鋼管で被覆した鉄筋コンクリート造の柱と鉄筋コンクリート造の梁とを備える構造物に用いられる柱構造であって、
   前記柱内の柱主筋が、前記柱梁の仕口部を上下に貫通して階高中央部に無筋部分となる不連続部分を有し、且つ、前記不連続部分の鉛直方向の高さが、隣接する柱主筋が有する不連続部分の鉛直方向の高さと重複しないように配設されていることを特徴とする柱構造。
2. 請求項１に記載の柱構造において、
   前記鋼管の内面に突条部を有することを特徴とする柱構造。
3. 請求項１に記載の柱構造において、
   前記鋼管の内面にリブを有することを特徴とする柱構造。
4. 請求項１に記載の柱構造において、
   前記鋼管の内面に板状体若しくは棒状体を突設することを特徴とする柱構造。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の柱構造において、
   前記鋼管が、前記鋼管の上下端に備える弾性体を介して前記梁と当接することを特徴とする柱構造。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の柱構造において、
   前記柱の軸方向両端部におけるフープ筋が、前記柱の軸方向中央部におけるフープ筋に比して密に配されていることを特徴とする柱構造。

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