JP4551226B2 - 鋼板コンクリート構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、壁、床、屋根（天井）を構成する部材として使用される鋼板コンクリート構造に関する。

従来、対向して配置された一対の鋼板の間にコンクリートを打設してなる鋼板コンクリート構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような鋼板コンクリート構造においては、鋼板とコンクリートとの一体化を図るべく、各鋼板の内面（対向面）に複数のシアコネクタが固着されている。
特開平５−４４２８３号公報（全頁）

ところで、特許文献１の鋼板コンクリート構造は、原子力発電所や原子力関連施設に用いることを念頭において開発されたものであるため、非常に重厚な構造である。したがって、この鋼板コンクリート構造を一般の建築物にそのまま適用すると、必要以上に重厚な造りとなってしまい、非常に不経済である。

また、一般の建築物に鋼板コンクリート構造を用いる場合には、原子力関連施設に用いるものよりも、その厚さ（すなわち、鋼板同士の間隔）を小さくすることが可能であるが、鋼板同士の間隔を小さくすると、シアコネクタの長さによっては、一方の鋼板に設けたシアコネクタが他方の鋼板に設けたシアコネクタに接触することがあり、かかる場合には、各鋼板に所定本数のシアコネクタを配置することが困難になる虞がある。

このような観点から、本発明は、一般の建築物に好適に用いることが可能で、かつ、経済的な鋼板コンクリート構造を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために創案された本発明は、複数の第一シアコネクタが固着された第一鋼板と、前記第一シアコネクタを挟んで前記第一鋼板と対向する第二鋼板と、前記第一鋼板と前記第二鋼板との間に打設されたコンクリートとを備える鋼板コンクリート構造であって、前記第二鋼板の板厚が前記第一鋼板の板厚よりも小さく、前記第二鋼板に、前記第一シアコネクタと前記第一シアコネクタよりも背の低い複数の第二シアコネクタとが固着されていることを特徴とする。

このような構成の鋼板コンクリート構造によると、第二鋼板を第一鋼板よりも薄くしたので、第二鋼板に大きな応力が発生しない一般の建築物に適用した場合に過大な設計となることがなく、ひいては、コストの低廉化を実現することが可能となる。

なお、一般的には、鋼板に局部座屈が発生するひずみの大きさは、シアコネクタ同士の間隔（すなわち、座屈長さ）Ｂと鋼板の板厚ｔの比（Ｂ／ｔ）に依存し、Ｂ／ｔが大きくなるほど、局部座屈が発生するひずみが小さくなることから、第一鋼板よりも薄い第二鋼板については、その局部座屈強度を規定する第二シアコネクタを第一鋼板の局部座屈強度を規定する第一シアコネクタよりも多く配置する必要があるところ、本発明においては、第一シアコネクタが第二鋼板の「シアコネクタ」としての役割をも担っていることから、第一シアコネクタが第二鋼板に固着されていない場合に比べて、第二シアコネクタの個数を少なくすることが可能となり、ひいては、コストの低廉化を図ることが可能となる。

さらに、本発明においては、第一鋼板および第二鋼板の双方に第一シアコネクタが固着されているので、第一鋼板と第二鋼板との間にコンクリートを打設する際に、この第一シアコネクタが第一鋼板と第二鋼板との間隔を保持するいわゆるセパレータとして機能することになる。

ここで、本発明においては、第一鋼板および第二鋼板には、鉄を主成分とする板材のほか、アルミニウム合金製の板材なども含まれる。また、第一シアコネクタおよび第二シアコネクタとしては、例えば、鋼製のスタッド（頭付きを含む）、異形鉄筋、鋼棒などを使用することができる。

本発明においては、前記第二鋼板に、複数の前記第一シアコネクタの配置に対応して複数の透孔を形成するとともに、前記第一シアコネクタを前記第二鋼板の内面に固着するとよい。このようにすると、第一シアコネクタが第二鋼板の外面に突出することがないので、第二鋼板の外面を仕上面として利用する場合であっても、建築物の美観を損ねることがない。また、鋼板コンクリート構造の製作時においては、透孔を利用することによって、第二鋼板を第一鋼板に重ねた後であっても第一シアコネクタの位置を目視により確認することができるので、第二鋼板の位置合わせを簡単かつ精確に行うことが可能となる。また、第一シアコネクタを溶接により第二鋼板に固着する場合には、第二鋼板の外面側から溶接をすることができるので、作業性がよい。

なお、前記第一シアコネクタが、頭付きスタッドからなる場合には、当該頭付きスタッドの頭部を前記第二鋼板の内面に固着するとよい。このようにすると、頭付きスタッドに取付誤差があったとしても、第二鋼板の透孔との位置合わせを容易に行うことが可能となる。

また、複数の前記第一シアコネクタを格子状に配置した場合には、前記第二シアコネクタを、隣り合う四つの前記第一シアコネクタを頂点とする矩形領域の内側のみに配置するとよい。つまり、第一シアコネクタがないものと仮定して第二シアコネクタの配置を計画したときに、縦方向あるいは横方向に隣り合う二つの第一シアコネクタを結ぶ線分上に第二シアコネクタが配置される場合には、これを間引いてもよい。このようにすると、第二シアコネクタの個数を削減することができるので、コストの低廉化を図ることが可能となる。なお、第二シアコネクタを間引いても、これを間引かない場合と同等の局部座屈強度・耐力が得られる。

本発明に係る鋼板コンクリート構造は、一般の建築物に必要十分な強度と耐力を有し、かつ、経済的である。

以下、本発明に係る鋼板コンクリート構造を実施するための最良の形態を、添付した図面を参照しつつ詳細に説明する。

本実施形態に係る鋼板コンクリート構造は、例えば、壁、床、屋根（天井）を構成する部材として使用されるものであって、図１に示すように、第一鋼板１と、これに対向する第二鋼板２と、第一鋼板１と第二鋼板２との間に打設されたコンクリート３とを備えている。

第一鋼板１は、鉄を主成分とする板材やアルミニウム合金製の板材からなり、その内面（第二鋼板２と対向する面）には、複数の第一シアコネクタ１１，１１，…が固着されている。複数の第一シアコネクタ１１，１１，…は、図２の（ａ）に示すように、第一鋼板１の縦方向および横方向に一定の間隔をもって配置されていて、平面視すると格子状を呈している。

第一シアコネクタ１１は、図１に示すように、軸部１１ａの一端に頭部１１ｂが形成された鋼製の頭付きスタッドからなり、本実施形態では、軸部１１ａが第一鋼板１の内面に溶接により固着されている。なお、異形鉄筋や鋼棒などを第一シアコネクタ１１として使用しても差し支えない。また、ボルトやドリルビスなどを使用する機械的接合方法によって第一シアコネクタ１１を第一鋼板１に固着してもよい。

ここで、第一鋼板１に局部座屈が発生するひずみの大きさは、縦方向あるいは横方向に隣り合う第一シアコネクタ１１，１１の間隔（座屈長さ）Ｂ１と第一鋼板１の板厚ｔ１の比（Ｂ１／ｔ１）に依存することから、第一シアコネクタ１１，１１の間隔Ｂ１は、設計上必要とする局部座屈強度・耐力と第一鋼板１の板厚ｔ１とを考慮しつつ設定すればよい。

第二鋼板２は、第一シアコネクタ１１を挟んで第一鋼板１と対向している。第二鋼板２は、鉄を主成分とする板材やアルミニウム合金製の板材からなるが、その板厚ｔ２は、第一鋼板１よりも小さく、本実施形態では、第一鋼板１の板厚ｔ１の１／２である。第二鋼板２には、複数の第一シアコネクタ１１，１１，…の配置に対応して複数の透孔２ａ，２ａ、…が形成されており、第二鋼板２の内面（第一鋼板１と対向する面）には、透孔２ａの位置に合わせて第一シアコネクタ１１の先端（本実施形態では頭付きスタッドの頭部１１ｂ）が固着されている。具体的に、第一シアコネクタ１１は、その先端と透孔２ａの孔壁部分とを、第二鋼板２の外面側から溶接することにより、第二鋼板２の内面に固着される。なお、ボルトやドリルビスなどを使用する機械的接合方法によって第一シアコネクタ１１を第二鋼板２に固着してもよい。ここで、各透孔２ａの孔径は、第一シアコネクタ１１の先端（本実施形態では頭付きスタッドの頭部１１ｂ）の外径よりも小さくするのが望ましく、本実施形態では、頭付きスタッドの軸部１１ａの外径（軸径）と同程度になっている。

また、第二鋼板２の内面には、第一シアコネクタ１１よりも背の低い複数の第二シアコネクタ２１，２１，…が固着されている。

第二シアコネクタ２１は、軸部２１ａの一端に頭部２１ｂが形成された頭付きスタッドからなり、本実施形態では、軸部２１ａが第二鋼板２の内面に溶接により固着されている。なお、異形鉄筋や鋼棒などを第二シアコネクタ２１として使用しても差し支えない。また、ボルトやドリルビスなどを使用する機械的接合方法によって第二シアコネクタ２１を第二鋼板２に固着してもよい。

ここで、第二シアコネクタ２１は、図２の（ａ）に示す模式図のように、縦横に隣り合う四つの第一シアコネクタ１１，１１，…を頂点とする矩形領域Ａの内側のみに配置されている。なお、本実施形態においては、矩形領域Ａは、正方形であり、第二シアコネクタ２１は、矩形領域Ａの中心に配置されている。

なお、この第二シアコネクタ２１の配置は、第一シアコネクタ１１を第二シアコネクタ２１とみなしたうえで、図２の（ｂ）に示す模式図のように、まず、設計上必要とする局部座屈強度・耐力と第二鋼板２の板厚ｔ２（図１参照）とに基づいて、縦方向あるいは横方向に隣り合う第二シアコネクタ２１，２１の間隔Ｂ２’を決定し、その後、縦方向に隣り合う第一シアコネクタ１１，１１を結ぶ線分Ｓ１上に位置する第二シアコネクタ２１’および横方向に隣り合う第一シアコネクタ１１，１１を結ぶ線分Ｓ２上に位置する第二シアコネクタ２１”を間引くことで得られる。本実施形態では、第二鋼板２の板厚ｔ２が、第一鋼板１の板厚ｔ１の１／２に設定されているので（図１参照）、第一シアコネクタ１１を第二シアコネクタ２１とみなした場合の第二シアコネクタ２１（２１’、２１”）同士の間隔Ｂ２’は、第一シアコネクタ１１，１１の間隔Ｂ１の１／２となり、その結果、第二シアコネクタ２１（２１’、２１”）の配置は、図２の（ｂ）に示すようなものになるが、ここから、縦方向に隣り合う第一シアコネクタ１１，１１を結ぶ線分Ｓ１上に位置する第二シアコネクタ２１’および横方向に隣り合う第一シアコネクタ１１，１１を結ぶ線分Ｓ２上に位置する第二シアコネクタ２１”を間引くと、図２の（ａ）に示すような配置となる。

次に、以上のような構成の鋼板コンクリート構造の構築方法を、図３を参照しつつ詳細に説明する。

鋼板コンクリート構造を構築するには、第一鋼板１、第二鋼板２、第一シアコネクタ１１および第二シアコネクタ２１を組み合わせて鋼殻を形成した後に、第一鋼板１と第二鋼板２との間にコンクリート３（図１参照）を打設すればよい。

より詳細には、まず、第一鋼板１の内面に複数の第一シアコネクタ１１，１１，…を立設し、その基端（頭付きスタッドの軸部１１ａの端部）を溶接により第一鋼板１に固着する。また、第二鋼板２に、第一シアコネクタ１１，１１，…の配置に合わせて複数の透孔２ａ，２ａ，…を穿設したうえで、縦横に隣り合う四つの透孔２ａ，２ａ，…を頂点とする矩形領域Ａ’の中心に第一シアコネクタ１１よりも短尺の第二シアコネクタ２１，２１，…を立設し、その基端（図１に示す頭付きスタッドの軸部２１ａの端部）を溶接により第二鋼板２に固着する。

続いて、第二シアコネクタ２１を第一鋼板１に対峙させた状態で、複数の第一シアコネクタ１１，１１，…に第二鋼板２を覆い被せ、複数の透孔２ａ，２ａ，…のそれぞれから第一シアコネクタ１１を望めるように第二鋼板２の位置を調整したうえで、各透孔２ａを利用して第一シアコネクタ１１の先端（頭付きスタッドの頭部１１ｂ）を溶接により第二鋼板２に固着する。

その後、第一鋼板１と第二鋼板２との間にコンクリート３（図１参照）を打設して硬化させれば、本実施形態に係る鋼板コンクリート構造が完成する。なお、コンクリート３の配合や強度は、建築物に作用する荷重の大きさ等を考慮して適宜設定すればよいが、いわゆる高流動コンクリートや自己充填性の高いコンクリートを使用すると施工性が向上する。

なお、この鋼板コンクリート構造は、工場や施工現場の作業ヤード等において予め製作しておくプレキャスト工法に適用することもできるし、鋼殻のみを工場等で製作し、施工現場においてコンクリートを打設するハーフプレキャスト工法にも適用することができる。また、施工現場において鋼殻を製作してもよいことは言うまでもない。

そして、本実施形態に係る鋼板コンクリート構造によると、第二鋼板２の板厚を第一鋼板１よりも薄くしたので（図１参照）、第二鋼板２に大きな応力が発生しない一般の建築物に適用した場合に過大な設計となることがなく、ひいては、コストの低廉化を実現することが可能となる。

また、第一シアコネクタ１１が第二鋼板２の「シアコネクタ」としての役割をも担っていることから、第一シアコネクタ１１が第二鋼板２に固着されていない場合に比べて、第二シアコネクタ２１の個数を少なくすることが可能となり、ひいては、材料費を抑制することが可能となる。さらに、本実施形態に係る鋼板コンクリート構造によれば、第一シアコネクタ１１が第二鋼板２に固着されていない場合に比べて、溶接箇所が少なくなるので、その分だけ生産時間を短縮することが可能となり、さらには、第二鋼板２に発生する溶接ひずみを抑制することも可能となる。

なお、第一シアコネクタ１１，１１を結ぶ線分Ｓ１，Ｓ２上に配置される第二シアコネクタ２１’，２１”（図２の（ｂ）参照）を間引いたとしても、側面視したときの第一シアコネクタ１１と第二シアコネクタ２１との間隔Ｂ２（図４の（ａ）および（ｂ）参照）が、間引かない場合の第二シアコネクタ２１の間隔Ｂ２’（図５の（ａ）および（ｂ）参照）と同じになるため、第二鋼板２において局部座屈の発生する部位Ｚは、第二シアコネクタ２１’，２１”を間引かない場合と同じになる（図４および図５参照）。つまり、第一シアコネクタ１１，１１を結ぶ線分Ｓ１，Ｓ２上に配置される第二シアコネクタ２１’，２１”（図５の（ａ）参照）を間引いたとしても、これを間引かない場合と同等の局部座屈強度・耐力が得られる。

また、本実施形態においては、第一シアコネクタ１１を第二鋼板２の内面に固着したので、第一シアコネクタ１１が第二鋼板２の外面に突出することがなく、したがって、第二鋼板２の外面を仕上面として利用する場合であっても、建築物の美観を損ねることがない。

さらに、鋼板コンクリート構造の製作時においては、第二鋼板２を第一鋼板１に重ねた後であっても、第二鋼板２に設けた透孔２ａ，２ａ，…を利用することにより、第一シアコネクタ１１の位置を目視にて確認することができるので、第二鋼板２の位置合わせを簡単かつ精確に行うことが可能となる。加えて、透孔２ａ，２ａ，…を利用することにより、第二鋼板２の外面側から第二鋼板２と第一シアコネクタ１１とを溶接することが可能となるので、作業性がよい。

しかも、本実施形態においては、第一シアコネクタ１１として頭付きスタッドを用い、この頭付きスタッドの頭部１１ｂを第二鋼板２の内面に溶接する構成としたので、たとえ頭付きスタッドに取付誤差があったとしても、第一シアコネクタ１１である頭付きスタッドと第二鋼板２の透孔２ａとの位置合わせを容易に行うことが可能となる。さらに、本実施形態においては、透孔２ａの孔径を頭付きスタッドの頭部１１ｂの外径よりも小さくしたことから、この頭部１１ｂによって第二鋼板２の透孔２ａを確実に塞ぐことができ、したがって、コンクリート３を打設したときに、その中の水分などが透孔２ａから漏れ出すことがない。

さらに、本実施形態においては、第一鋼板１および第二鋼板２の双方に第一シアコネクタ１１が固着されているので、第一鋼板１と第二鋼板２との間にコンクリート３を打設する際に、この第一シアコネクタ１１が第一鋼板１と第二鋼板２との間隔を保持するいわゆるセパレータとして機能することになる。

なお、第二鋼板２の板厚ｔ２は、第一鋼板１の板厚ｔ１よりも小さいものであれば、図示のものに限らず適宜変更しても差し支えないが、第二鋼板２の板厚ｔ２を第一鋼板１の板厚ｔ１の１／Ｎ（Ｎは２以上の整数）とすると、第一鋼板１のＢ１／ｔ１と第二鋼板２のＢ２／ｔ２とが等しくなり、第一鋼板１と第二鋼板２とで局部座屈耐力を合わせることが可能となるので、好適である。

実施形態に係る鋼板コンクリート構造の断面図である。 実施形態に係る鋼板コンクリート構造における第一シアコネクタおよび第二シアコネクタの配置を説明するための模式図であって、（ａ）は第二シアコネクタを間引いた後の状態を示す図、（ｂ）は第二シアコネクタを間引く前の状態を示す図である。 実施形態に係る鋼板コンクリート構造の分解斜視図である。 実施形態に係る鋼板コンクリート構造に発生する局部座屈の位置を示した模式図であって、（ａ）は第二シアコネクタを間引いた場合の正面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。 実施形態に係る鋼板コンクリート構造に発生する局部座屈の位置を示した模式図であって、（ａ）は第二シアコネクタを間引かない場合の正面図、（ｂ）は（ａ）の断面図である。

符号の説明

１ 第一鋼板
２ 第二鋼板
２ａ 透孔
３ コンクリート
１１ 第一シアコネクタ
２１ 第二シアコネクタ

Claims (4)

1. 複数の第一シアコネクタが固着された第一鋼板と、
   前記第一シアコネクタを挟んで前記第一鋼板と対向する第二鋼板と、
   前記第一鋼板と前記第二鋼板との間に打設されたコンクリートとを備える鋼板コンクリート構造であって、
   前記第二鋼板の板厚が、前記第一鋼板の板厚よりも小さく、
   前記第二鋼板に、前記第一シアコネクタと前記第一シアコネクタよりも背の低い複数の第二シアコネクタとが固着されていることを特徴とする鋼板コンクリート構造。
2. 前記第二鋼板に、複数の前記第一シアコネクタの配置に対応して複数の透孔が形成されており、
   前記第一シアコネクタが、前記第二鋼板の内面に固着されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼板コンクリート構造。
3. 前記第一シアコネクタが、頭付きスタッドからなり、
   当該頭付きスタッドの頭部が、前記第二鋼板の内面に固着されていることを特徴とする請求項２に記載の鋼板コンクリート構造。
4. 複数の前記第一シアコネクタが、格子状に配置されており、
   前記第二シアコネクタが、隣り合う四つの前記第一シアコネクタを頂点とする矩形領域の内側のみに配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の鋼板コンクリート構造。
   
   
   

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