(57)【要約】【課題】ダイアフラムを備えていなくても柱と梁との接合部における強度を高めた柱梁接合構造を提供する。【解決手段】柱梁接合構造１は、フランジ１４を有するＨ形鋼又は十字鉄骨からなる柱鉄骨１２、及び柱鉄骨を囲むように配置されたコンクリート部１７を備える柱１１と、Ｈ形鋼からなり、柱鉄骨のフランジに接合された梁２１と、柱鉄骨のフランジにおける梁が接合された面とは反対側の面１４ａに固定され、柱のコンクリート部に埋設されて、梁及び柱鉄骨のフランジを介して伝達された応力をコンクリート部に伝達する応力伝達部材３１と、を備える。【選択図】図２
2020012328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジを有するＨ形鋼又は十字鉄骨からなる柱鉄骨、及び前記柱鉄骨を囲むように配置されたコンクリート部を備える柱と、
Ｈ形鋼からなり、前記柱鉄骨の前記フランジに接合された梁と、
前記柱鉄骨の前記フランジにおける前記梁が接合された面とは反対側の面に固定され、前記柱の前記コンクリート部に埋設されて、前記梁及び前記柱鉄骨の前記フランジを介して伝達された応力を前記コンクリート部に伝達する応力伝達部材と、
を備える柱梁接合構造。
【請求項２】
前記応力伝達部材は、前記梁が備えるフランジの前記柱の長手方向に沿う方向の位置と対応する位置に設けられている請求項１に記載の柱梁接合構造。
【請求項３】
前記応力伝達部材は、孔あき鋼板ジベルである請求項１又は２に記載の柱梁接合構造。
【請求項４】
前記応力伝達部材は、前記梁の長手方向に沿って延びるボルト又は頭付きスタッドである請求項１又は２に記載の柱梁接合構造。
【請求項５】
前記応力伝達部材を複数備え、
前記複数の応力伝達部材は、前記柱の長手方向に沿って互いに間隔を空けて配置されている請求項１から４のいずれか一項に記載の柱梁接合構造。
【請求項６】
前記応力伝達部材は、前記梁のせいの中心を範囲の中心とした、前記柱の長手方向に沿う（Ｈｂ＋２ｙ）の式により得られる値の範囲内に配置されている請求項１から５のいずれか一項に記載の柱梁接合構造。
ただし、Ｂｃ：前記柱鉄骨の前記フランジの幅、ｔｃｆ：前記柱鉄骨の前記フランジの板厚、ｔｃｗ：前記柱鉄骨のウェブ又は十字鉄骨の板厚、σｃｆｙ：前記柱鉄骨の前記フランジの降伏強さ、σｃｗｙ：前記柱鉄骨の前記ウェブ又は前記十字鉄骨の降伏強さ、Ｈｂ：前記梁のせい、Ｆｃ：前記柱の前記コンクリート部の強度、ｄ：前記柱鉄骨の前記フランジに対する前記コンクリート部のかぶり厚さ。
【数１】
2020012328.tif 000014
【請求項７】
前記柱梁接合構造は、ダイアフラムを備えない請求項１から６のいずれか一項に記載の柱梁接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱梁接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、柱と、柱に接合された梁と、を備える柱梁接合構造が、建築物等に用いられている。この柱梁接合構造において、柱と梁とが接合された部分である接合部の強度を高めるために、接合部にダイアフラムを設けることが行われている。しかし、柱梁接合構造にダイアフラムを設けるには、柱や補強材の切断、開先加工、溶接施工等の作業者の負荷が大きい。
このため、柱梁接合構造において、接合部にダイアフラムを備えずに、接合部の強度を高める検討が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された柱梁接合構造では、柱及び梁がそれぞれＨ形鋼からなる場合、特許文献２に開示された柱梁接合構造では、柱がＣＦＴ（Concrete Filled Tube）からなり梁がＨ形鋼からなる場合に、接合部にダイアフラムを備えずに、接合部の強度を高める検討が行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２２７３００号公報
【特許文献２】特開２０１７−０６６６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、柱として、柱鉄骨がフランジを有するＨ形鋼又は十字鉄骨からなる鉄骨鉄筋コンクリート造である柱を用いる検討が行われている。しかしながら、この場合には柱と梁との接合部における強度を高める検討は行われていなく、改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、ダイアフラムを備えていなくても柱と梁との接合部における強度を高めた柱梁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】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の柱梁接合構造は、フランジを有するＨ形鋼又は十字鉄骨からなる柱鉄骨、及び前記柱鉄骨を囲むように配置されたコンクリート部を備える柱と、Ｈ形鋼からなり、前記柱鉄骨の前記フランジに接合された梁と、前記柱鉄骨の前記フランジにおける前記梁が接合された面とは反対側の面に固定され、前記柱の前記コンクリート部に埋設されて、前記梁及び前記柱鉄骨の前記フランジを介して伝達された応力を前記コンクリート部に伝達する応力伝達部材と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、柱梁接合構造は応力伝達部材を備えるため、例えば、梁に作用する曲げモーメントにより、梁が接合された柱鉄骨のフランジ及び応力伝達部材を介して柱のコンクリート部に応力が伝達される。
一般的に、梁が備える一対のフランジのうち引張応力を生じるフランジにより柱鉄骨のフランジが面外方向に引き抜かれ、柱における引き抜かれる部分のコンクリート部がコーン状破壊する恐れがある。梁が備える一対のフランジのうち圧縮応力を生じるフランジにより柱鉄骨のフランジが面外方向に押し込まれ、柱における押し込まれる部分のコンクリート部が支圧破壊する恐れがある。一般的に、コンクリート部は、コーン状破壊耐力よりも支圧耐力の方が大きい。
【０００９】
応力伝達部材はコンクリート部に埋設されているため、応力伝達部材に付着したコンクリート部と、このコンクリート部の周囲のコンクリート部とが、応力伝達部材に伝達された応力により生じる剪断力に耐えることにより、接合部が面外方向の引張り力に耐えやすくなる。従って、例えば柱梁接合構造がダイアフラムを備えていなくても、接合部における強度を高めることができる。
【００１０】
また、上記の柱梁接合構造において、前記応力伝達部材は、前記梁が備えるフランジの前記柱の長手方向に沿う方向の位置と対応する位置に設けられていてもよい。前記応力伝達部材は、前記梁が備える一対のフランジのうち少なくとも一方に設けられていてもよい。
この発明によれば、柱の長手方向に沿う方向において、引張り力又は圧縮力が最大になる位置、及び応力伝達部材が配置された位置を対応させることにより、柱のコンクリート部のうち最も破壊しやすい部分を、応力伝達部材により効果的に補強することができる。
【００１１】
また、上記の柱梁接合構造において、前記応力伝達部材は、孔あき鋼板ジベルであってもよい。
この発明によれば、孔あき鋼板ジベルに形成された孔内に入り込んだコンクリート部と、このコンクリート部の周囲のコンクリート部とにより、接合部が面外方向の引張り力に効果的に耐えることができる。
【００１２】
また、上記の柱梁接合構造において、前記応力伝達部材は、前記梁の長手方向に沿って延びるボルト又は頭付きスタッドであってもよい。
この発明によれば、ボルト又は頭付きスタッドの頭部と軸部との接続部分に係止したコンクリート部と、このコンクリート部の周囲のコンクリート部とにより、接合部が面外方向の引張り力に効果的に耐えることができる。
【００１３】
また、上記の柱梁接合構造において、前記応力伝達部材を複数備え、前記複数の応力伝達部材は、前記柱の長手方向に沿って互いに間隔を空けて配置されていてもよい。
この発明によれば、柱の長手方向に沿うより広い範囲にわたって、接合部の強度を高めることができる。
【００１４】
また、上記の柱梁接合構造において、前記応力伝達部材は、前記梁のせいの中心を範囲の中心とした、前記柱の長手方向に沿う（Ｈｂ＋２ｙ）の式により得られる値の範囲内に配置されていてもよい。
ただし、Ｂｃ：前記柱鉄骨の前記フランジの幅、ｔｃｆ：前記柱鉄骨の前記フランジの板厚、ｔｃｗ：前記柱鉄骨のウェブ又は十字鉄骨の板厚、σｃｆｙ：前記柱鉄骨の前記フランジの降伏強さ、σｃｗｙ：前記柱鉄骨の前記ウェブ又は前記十字鉄骨の降伏強さ、Ｈｂ：前記梁のせい、Ｆｃ：前記柱の前記コンクリート部の強度、ｄ：前記柱鉄骨の前記フランジに対する前記コンクリート部のかぶり厚さ。
【００１５】
【数１】
2020012328.tif 000003
【００１６】
この発明によれば、塑性ヒンジを用いた崩壊機構を仮定した場合において、柱のコンクリート部に引張り力が作用する範囲に応力伝達部材を効果的に配置することができる。
【００１７】
また、上記の柱梁接合構造において、前記柱梁接合構造は、ダイアフラムを備えなくてもよい。
この発明によれば、ダイアフラムを備えない柱梁接合構造において、柱と梁との接合部における強度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の柱梁接合構造によれば、ダイアフラムを備えていなくても柱と梁との接合部における強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態の柱梁接合構造の一部を透過させた斜視図である。
【図２】同柱梁接合構造の接合部の横断面図である。
【図３】図２中の切断線Ａ１−Ａ１の断面図である。
【図４】同柱梁接合構造の全塑性耐力時の崩壊機構を説明する側面の断面図である。
【図５】図４中の切断線Ａ２−Ａ２の断面図をかぶりコンクリートの側面とともに示す図である。
【図６】図４中の切断線Ａ２−Ａ２の断面図を支圧破壊部とともに示す図である。
【図７】鋼材の実際の応力−ひずみ特性を説明する図である。
【図８】鋼材のモデル化した応力−ひずみ特性を説明する図である。
【図９】本発明の実施形態の変形例における柱梁接合構造の接合部の横断面図である。
【図１０】本発明の実施形態の変形例における柱梁接合構造の接合部の横断面図である。
【図１１】本発明の実施形態の変形例における柱梁接合構造の接合部の縦断面図である。
【図１２】本発明の実施形態の変形例における柱梁接合構造の接合部の横断面図である。
【図１３】同柱梁接合構造の接合部の縦断面図である。
【図１４】本発明の実施形態の変形例における柱梁接合構造の接合部の横断面図である。
【図１５】同柱梁接合構造の接合部の縦断面図である。
【図１６】本発明の実施形態の変形例における柱梁接合構造の接合部の縦断面図である。
【図１７】本発明の実施形態の変形例における柱梁接合構造の接合部の横断面図である。
【図１８】同柱梁接合構造の接合部の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係る柱梁接合構造の一実施形態を、図１から図１８を参照しながら説明する。
【００２１】
〔１．柱梁接合構造の基本構成〕
図１に示すように、本実施形態の柱梁接合構造１は、鉄骨鉄筋コンクリート（ＳＲＣ）造の柱１１と、鉄骨造の梁２１と、孔あき鋼板ジベル（応力伝達部材）３１と、を備えている。柱梁接合構造１では、柱１１と梁２１とが接合された部分に、接合部３６が形成されている。
本実施形態では、柱１１は、柱１１の長手方向（材長方向）が上下方向となるように配置され、梁２１は、梁２１の長手方向が水平面に沿うように配置されている。しかし、柱１１は長手方向が上下方向に対して傾いて配置されてもよいし、梁２１は長手方向が水平面に対して傾いて配置されてもよい。
なお、柱梁接合構造１は、柱１１と梁２１との接合に際してダイアフラム（スチフナ）を備えない形式、いわゆるノンダイアフラム形式である。
【００２２】
柱１１は、柱鉄骨１２と、柱鉄骨１２を囲う複数の帯鉄筋１６と、コンクリート部１７と、を備えている。
柱鉄骨１２は、フランジ１４を備える十字鉄骨（フランジ付き十字鉄骨）からなり、十字鉄骨１３と、十字鉄骨１３の端部に接合された複数（本実施形態では４つ）のフランジ１４と、を備えている。
十字鉄骨１３は、例えば、複数のウェブ（板材）１３ａを互いに溶接することにより平面視で十字形状に形成されている。本実施形態では、複数のウェブ１３ａの厚さは、互いに同一である。複数のフランジ１４は、十字鉄骨１３の端部に溶接等により接合されている。
なお、柱鉄骨は、Ｈ形鋼製であってもよい。この場合、柱鉄骨のウェブは十字鉄骨１３のウェブ１３ａに該当する。
【００２３】
コンクリート部１７は、平面視において矩形状である。コンクリート部１７は、柱鉄骨１２を囲むように配置されている。
帯鉄筋１６は、柱鉄骨１２を囲むように配置されている。帯鉄筋１６は、コンクリート部１７に埋設され、コンクリート部１７の外面近くに配置されている。
なお、柱１１が帯鉄筋１６以外に、縦鉄筋や横鉄筋を備えてもよい。
【００２４】
梁２１は、Ｈ形鋼からなる。梁２１は、ウェブ２３と、このウェブ２３の両端部に接合された一対のフランジ２４と、を備えている。ウェブ２３は、厚さ方向が水平面に沿うように配置されている。以下では、一対のフランジ２４のうち、上方に配置されたフランジ２４をフランジ２４Ａ、下方に配置されたフランジ２４をフランジ２４Ｂとも言う。
梁２１のフランジ２４は、接合部３６において柱鉄骨１２のフランジ１４に溶接により接合されている。梁２１のウェブ２３は、柱鉄骨１２のフランジ１４に溶接又は高力ボルトにより接合されている。このようにして、梁２１は、柱鉄骨１２のフランジ１４に接合されている。
フランジ２４Ａは接合部３６の上部に配置され、フランジ２４Ｂは接合部３６の下部に配置されている。
【００２５】
孔あき鋼板ジベル３１は、応力伝達部材の一例である。応力伝達部材は、外面に凹凸が形成されていることが好ましい。孔あき鋼板ジベル３１は、接合部３６における柱鉄骨１２のフランジ１４に溶接等により接合（固定）されている。
図２及び図３に示すように、孔あき鋼板ジベル３１は、厚さ方向が上下方向に沿う板状に形成されている。なお、図２等では、コンクリート部１７の一部を透過して示している。
孔あき鋼板ジベル３１には、孔あき鋼板ジベル３１を上下方向に貫通する孔（ジベル孔）３２が複数（この例では３つ）形成されている。複数の孔３２は、孔あき鋼板ジベル３１が延びる方向に互いに間隔を空けて並べて配置されている。複数の孔３２は、孔あき鋼板ジベル３１が接合されるフランジ１４の後述する面１４ａに沿う方向には、１つのみ配置されている。すなわち、複数の孔３２は、３×１の碁盤目状に配置されている。
孔あき鋼板ジベル３１が、凹凸が形成される本体に該当する。孔３２が、本体の外面から凹んだ突没部に該当する。なお、孔３２は孔あき鋼板ジベル３１を貫通しない凹部であってもよい。
【００２６】
孔あき鋼板ジベル３１は、柱鉄骨１２のフランジ１４における梁２１が接合された面とは反対側の面１４ａに複数接合されている。この面１４ａは、フランジ１４における柱鉄骨１２の内側（柱鉄骨１２の中心軸Ｃ１側）となる面である。孔あき鋼板ジベル３１は、面１４ａに直交する方向（水平面に沿う方向）に延びている。
孔あき鋼板ジベル３１は、各フランジ１４において十字鉄骨１３のウェブ１３ａを挟むように配置されている。孔あき鋼板ジベル３１は、複数のフランジ１４にそれぞれ接合されている。
なお、孔あき鋼板ジベル３１はウェブ１３ａに接触しておらず、孔あき鋼板ジベル３１とウェブ１３ａとの間に隙間が形成されている。
【００２７】
中心軸Ｃ１周りに隣り合う一対のフランジ１４のうち、一方のフランジ１４に接合された孔あき鋼板ジベル３１よりも先端側（中心軸Ｃ１側）には、他方のフランジ１４に接合された孔あき鋼板ジベル３１は配置されていない。同様に、中心軸Ｃ１周りに隣り合う一対のフランジ１４のうち、他方のフランジ１４に接合された孔あき鋼板ジベル３１よりも先端側には、一方のフランジ１４に接合された孔あき鋼板ジベル３１は配置されていない。
【００２８】
図３に示すように、複数の孔あき鋼板ジベル３１のうち上方に配置された孔あき鋼板ジベル３１を、以下では孔あき鋼板ジベル３１Ａとも言う。複数の孔あき鋼板ジベル３１のうち下方に配置された孔あき鋼板ジベル３１を、以下では孔あき鋼板ジベル３１Ｂとも言う。
孔あき鋼板ジベル３１Ａ，３１Ｂは、上下方向に互いに間隔を空けて配置されている。
孔あき鋼板ジベル３１Ａは、梁２１のフランジ２４Ａの上下方向の位置と対応する位置に設けられている。より具体的には、孔あき鋼板ジベル３１Ａは、梁２１のフランジ２４Ａの位置と上下方向で一致している。孔あき鋼板ジベル３１Ｂは、梁２１のフランジ２４Ｂの上下方向の位置と対応する位置に設けられている。この例では、接合部３６の上部、下部のそれぞれにおいて、柱鉄骨１２の各フランジ２４に固定された複数の孔あき鋼板ジベル３１の孔３２の合計の数は、６つである。
【００２９】
複数の孔あき鋼板ジベル３１、及び前述の柱鉄骨１２、帯鉄筋１６は、柱１１のコンクリート部１７に埋設されている。孔あき鋼板ジベル３１の孔３２内には、コンクリート部１７が入り込んでいる。孔あき鋼板ジベル３１の外面には、コンクリート部１７が付着している。孔あき鋼板ジベル３１は、梁２１、及び柱鉄骨１２のフランジ１４を介して伝達された応力を、柱鉄骨１２内のコンクリート部１７に伝達する。
なお、柱梁接合構造１が備える柱１１、梁２１、及び孔あき鋼板ジベル３１の数は限定されず、それぞれ１つ以上であればよい。また、柱梁接合構造１は帯鉄筋１６を備えなくてもよい。
【００３０】
〔２．本発明で提案する崩壊機構〕
柱梁接合構造１の崩壊機構として、図４から図６に示す機構を仮定する。図４から図６は、柱梁接合構造１が変形した後の状態を示している。柱鉄骨１２のフランジ１４に上方に塑性ヒンジ１４１、１４３、下方に塑性ヒンジ１４２、１４４がそれぞれ形成されるとする。すなわち、柱鉄骨１２の梁２１が接合されたフランジ１４における梁２１の一対のフランジ２４が接合された部分に、塑性ヒンジ１４１、１４３、及び塑性ヒンジ１４２、１４４がそれぞれ形成されるとする。後述する塑性回転角度θ１、θ２が０（ｒａｄｉａｎ）の状態から図４に示す塑性回転角度θ１、θ２が正の状態まで変形したとする。
梁２１の引張側のフランジ２４Ａが柱鉄骨１２のフランジ１４を面外方向に引き抜く力に対しては、鉄骨である柱鉄骨１２は、フランジ１４の面外変形と十字鉄骨１３のウェブ１３ａの局部降伏を生じる。これにより、柱鉄骨１２のウェブ１３ａに局部降伏１３ａ１が形成される。また、柱鉄骨１２のフランジ１４には、塑性ヒンジ１４１が形成される。
柱鉄骨１２のフランジ１４が面外方向に変形することよって、フランジ１４の外側のかぶりコンクリート１７ａがコーン状破壊する。かぶりコンクリート１７ａの側面１７ａ１を、図５中にハッチングを付して示す。また、フランジ１４の内側の孔あき鋼板ジベル３１の孔３２においてコンクリート部１７がせん断破壊する。
【００３１】
図４に示すように、梁２１の圧縮側のフランジ２４Ｂが柱鉄骨１２のフランジ１４を面外方向に押し込む力に対しては、フランジ１４が内側に面外変形してウェブ１３ａの局部降伏が生じ、フランジ１４の内側のコンクリート部１７が支圧破壊すると仮定している。このとき、コンクリート部１７に、支圧破壊部１７ｂが形成される。支圧破壊部１７ｂを、図６中にハッチングを付して示す。また、図４に示すように、柱鉄骨１２のフランジ１４には、塑性ヒンジ１４２が形成される。
一般にコンクリート部の支圧耐力はコーン状破壊耐力よりも大きくなるため、接合部３６の断面内の釣合条件を満たす中立軸Ｃ３は、梁せいＨｂ（梁のせい（成）、ｍｍ）の上下方向の中心よりも圧縮側のフランジ２４Ｂ側に位置する。
なお、梁せいＨｂ等の寸法は、図４から図６を参照のこと。
【００３２】
本崩壊機構は、梁２１の端部の曲げモーメントに対して接合部３６が図４に示す角度θ（ｒａｄｉａｎ）回転した状態を仮定している。ただし、角度θは微小な角度であり、ｔａｎθがθに等しい等と近似することができる。
本崩壊機構で用いる変数は、図中に示すｘ、ｙ、ｚ（ｍｍ）である。変数ｘは、梁２１の端部の曲げモーメントに対する中立軸Ｃ３の位置を決定する係数で、０以上１以下の任意の値を取り得る。変数ｘは、梁２１の端部に曲げモーメントが作用したときの、梁２１の引張側のフランジ２４Ａの外表面から中立軸Ｃ３までの距離の梁せいＨｂに対する比である。変数ｙは、梁２１のフランジ２４Ａの上方にある塑性ヒンジ１４１、塑性ヒンジ１４３間の上下方向の長さである。変数ｚは、梁２１のフランジ２４Ｂの下方にある塑性ヒンジ１４２、塑性ヒンジ１４４間の上下方向の長さである。変数ｙ、ｚは、任意の正数（０よりも大きい値）を取り得る。
【００３３】
これらの変数ｘ、ｙ、ｚを用いて、柱鉄骨１２のフランジ１４と梁２１のフランジ２４Ａ、２４Ｂの交差部における面外変形量δ１、δ２（ｍｍ）は、（６）式及び（７）式を用いて（８）式及び（９）式によって表わすことができる。ここで、梁２１のフランジ２４の板厚をｔｂｆ（ｍｍ）、フランジ１４及びフランジ２４Ａ、２４Ｂの交差部に仮定する剛域の幅をｔ’（ｍｍ）とする。
【００３４】
【数２】
2020012328.tif 000004
【００３５】
なお、一般にコンクリート部の支圧耐力はコーン状破壊耐力よりも大きくなるため、接合部３６における変形は、フランジ２４Ｂ側の面外変形量δ２よりもフランジ２４Ａ側の面外変形量δ１の方が大きい。（６）式を仮定しているため、変数Ｈは梁せいＨｂに等しい。
柱鉄骨１２のフランジ１４の降伏ヒンジ線に生じる塑性回転角度θ１、θ２（ｒａｄｉａｎ）は、（１２）式及び（１３）式によって表わすことができる。
【００３６】
【数３】
2020012328.tif 000005
【００３７】
〔３．崩壊曲げモーメント〕
柱鉄骨１２及び梁２１等のような鋼材の実際の応力−ひずみ特性を、図７に示す。図７の横軸は鋼材のひずみを表し、縦軸は鋼材に作用する応力を表す。鋼材には、ひずみが０の状態から、ひずみが増加するのにしたがって応力が比例して増加する弾性領域Ｒ１がある。弾性領域Ｒ１よりもひずみが大きい範囲が、非弾性領域Ｒ２である。非弾性領域Ｒ２では、弾性領域Ｒ１よりも応力の増加率が低下する。弾性領域Ｒ１と非弾性領域Ｒ２との境界となる応力が、降伏応力σ１である。
非弾性領域Ｒ２では、最大応力σ２において応力が最大値となる。最大応力σ２に対応するひずみよりもひずみが大きくなると、応力は最大応力σ２よりも低下する。鋼材は、ひずみε１において破断する。
【００３８】
これに対して、本実施形態では極限解析の手法を用いて理論解を求めるにあたり、柱鉄骨１２及び梁２１の応力−ひずみ特性として、図８に線Ｌ１で示す剛塑性関係となるモデルを仮定している。図８の横軸は鋼材のひずみを表し、縦軸は鋼材に作用する応力を表す。
このモデルでは、ひずみが０のままで応力が増加する。応力が降伏応力σ１となったときに、鋼材が降伏する。鋼材が降伏した後は、応力が変わらずにひずみが増加する。このモデルでは、ひずみ硬化は考慮されない。
【００３９】
次に、崩壊曲げモーメントの詳細について説明する。
柱鉄骨１２のフランジ１４の降伏ヒンジ線の単位長さあたりの降伏モーメントＭ２（Ｎ）、柱鉄骨１２のウェブ１３ａに生ずる不連続線の単位長さあたりの降伏軸力Ｎ２（Ｎ／ｍｍ）、及び孔あき鋼板ジベル３１のせん断耐力Ｔ２（Ｎ）は、それぞれ（１４）式から（１６）式で与えられる。
ここで、柱鉄骨１２のフランジ１４の板厚をｔｃｆ（ｍｍ）、柱鉄骨１２の十字鉄骨１３（ウェブ１３ａ）の板厚をｔｃｗ（ｍｍ）、柱鉄骨１２のフランジ１４の降伏強さをσｃｆｙ（Ｎ／ｍｍ２）、柱鉄骨１２の十字鉄骨１３の降伏強さをσｃｗｙ（Ｎ／ｍｍ２）、ｎｒを１枚の孔あき鋼板ジベル３１当たりに形成された孔３２の数、Ｖｐｓｕｄを孔あき鋼板ジベル３１の設計せん断耐力（Ｎ）とする。
【００４０】
【数４】
2020012328.tif 000006
【００４１】
ここで、設計せん断耐力Ｖｐｓｕｄは、「複合構造標準示方書」、複合構造委員会  複合構造標準示方書小委員会編集に基づいて、（１７）式を用いて得られる（１８）式による値とした。
ここで、ｄｒを孔あき鋼板ジベル３１の孔３２の径（ｍｍ）、ｔを孔あき鋼板ジベル３１の厚さ（ｍｍ）、Ｆｃを柱１１のコンクリート部１７の強度（設計圧縮強度）（Ｎ／ｍｍ２）、γｂを部材係数で１．３とする。
【００４２】
【数５】
2020012328.tif 000007
【００４３】
柱鉄骨１２のフランジ１４の面外変形による内部仕事Ｗｃｆは、各降伏ヒンジ線の塑性回転による仕事の和として、（２０）式で与えられる。また、柱鉄骨１２のウェブ１３ａの局部降伏による内部仕事Ｗｃｗは、各々の不連続線上で生じる塑性流れによる仕事の和として、（２１）式で与えられる。
梁２１の引張側のフランジ２４Ａ周りのかぶりコンクリート１７ａに生じるコーン状破壊による内部仕事ＷＲＣ１は、（２２）式で与えられる。梁２１の圧縮側のフランジ２４Ｂ周りに生じる内部のコンクリート部１７の支圧破壊による内部仕事ＷＲＣ２は、（２３）式で与えられる。
そして、引張側のフランジ２４Ａ周りの孔あき鋼板ジベル３１の破壊による内部仕事Ｗｒは、（２４）式で与えられる。
【００４４】
ここで、柱鉄骨１２のフランジ１４の幅をＢｃ（ｍｍ）、柱鉄骨１２のフランジ１４に対するコンクリート部１７のかぶり厚さをｄ（ｍｍ、図２参照）、コンクリート部１７の強度（設計基準強度）をＦｃ（Ｎ／ｍｍ２）、コンクリート部１７の支圧効果係数をλ（−）（本実施形態では１．５とする）とする。
【００４５】
【数６】
2020012328.tif 000008
【００４６】
仮想仕事の原理より、接合部３６についての崩壊曲げモーメントＭ（Ｎｍｍ）は（２７）式で与えられる。すなわち、内部仕事Ｗｃｆと、内部仕事Ｗｃｗと、内部仕事ＷＲＣ１と、内部仕事ＷＲＣ２と、内部仕事Ｗｒとの和が、接合部３６の崩壊曲げモーメントＭと、梁２１の端部の曲げモーメントに対する接合部３６の回転角度θとの積に等しいという（２７）式による第一方程式が導かれる。
【００４７】
【数７】
2020012328.tif 000009
【００４８】
崩壊曲げモーメントＭの最小値である全塑性曲げモーメントｊＭｐ（Ｎｍｍ）は、（３０）式を連立して解くことで求められ、（３１）式から（３４）式によって与えられる。（３０）式は、崩壊曲げモーメントＭを変数ｘ、ｙ、ｚで偏微分した値がそれぞれ０に等しいことを表す方程式である。（３１）式から（３３）式により、変数ｘ、ｙ、ｚが求められる。全塑性曲げモーメントｊＭｐは、（３１）式から（３３）式によって与えられた変数ｘ、ｙ、ｚを用いて（３４）式によって与えられる。
【００４９】
【数８】
2020012328.tif 000010
【００５０】
なお、全塑性曲げモーメントｊＭｐは、図８において鋼材が降伏したときの曲げモーメントを表し、接合部３６の全塑性耐力に相当する。
基本的に、変数ｙは変数ｚよりも大きい。これは、前述のようにコンクリート部の支圧耐力はコーン状破壊耐力よりも大きくなるためである。コンクリート部１７の強度Ｆｃが０である場合（柱１１が帯鉄筋１６及びコンクリート部１７を備えない鉄骨造の柱の場合）には、変数ｙと変数ｚとが等しくなる。
【００５１】
（３２）式に、（１４）式、（１５）式により与えられる降伏モーメントＭ２、単位長さあたりの降伏軸力Ｎ２を代入して整理すると、（３６）式が得られる。
【００５２】
【数９】
2020012328.tif 000011
【００５３】
前述のように、本崩壊機構では、塑性ヒンジにより示した梁２１よりも上方の変数ｙの範囲、梁２１のせいの範囲、及び、梁２１よりも下方の変数ｚの範囲にそれぞれ対応する柱鉄骨１２のフランジ１４のみが、引っ張られたり圧縮されたりする。基本的に、変数ｙは変数ｚよりも大きい。梁２１のせいの中心Ｐ１（図３参照）から上方に（Ｈ／２＋ｙ）の式により得られる値の範囲、及び、この中心Ｐ１から下方に（Ｈ／２＋ｚ）の式により得られる値の範囲よりも、この中心Ｐ１を範囲の中心とした上下方向に沿う（Ｈ＋２ｙ）の式により得られる値の範囲（以下、（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲と言う）の方が広い。このため、梁２１に下方及び上方から荷重が作用しても、（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲の柱鉄骨１２のフランジ１４のみが、梁２１により引張られるか圧縮されることが分かる。
孔あき鋼板ジベル３１を（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲内に配置すると、柱１１のコンクリート部１７に引張り力又は圧縮力が作用する範囲に、孔あき鋼板ジベル３１が効果的に配置される。
【００５４】
なお、柱梁接合構造の設計方法は、柱梁接合構造１において、孔あき鋼板ジベル３１を（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲内に配置するように決める。
【００５５】
以上説明したように、本実施形態の柱梁接合構造１によれば、孔あき鋼板ジベル３１を備えるため、例えば、梁２１に作用する曲げモーメントにより、梁２１が接合された柱鉄骨１２のフランジ１４及び孔あき鋼板ジベル３１を介して柱１１のコンクリート部１７に応力が伝達される。
一般的に、梁が備える一対のフランジのうち引張応力を生じるフランジにより柱鉄骨のフランジが面外方向に引き抜かれ、柱における引き抜かれる部分のコンクリート部がコーン状破壊する恐れがある。梁が備える一対のフランジのうち圧縮応力を生じるフランジにより柱鉄骨のフランジが面外方向に押し込まれ、柱における押し込まれる部分のコンクリート部が支圧破壊する恐れがある。
【００５６】
孔あき鋼板ジベル３１はコンクリート部１７に埋設されているため、孔あき鋼板ジベル３１に付着したコンクリート部１７と、このコンクリート部１７の周囲のコンクリート部１７とが、コンクリート部１７に伝達された応力により生じる剪断力に耐えることにより、接合部３６が面外方向の引張り力に耐えやすくなる。従って、柱梁接合構造１がダイアフラムを備えていなくても、接合部３６における強度を高めることができる。
【００５７】
柱１１の断面がより小さくても、ダイアフラムを備えない接合部３６を実現することができる。柱鉄骨１２と孔あき鋼板ジベル３１との接合は、柱鉄骨１２にダイアフラムを設ける場合の接合に比べて、溶接長が短く設置が容易である。このため、ダイアフラムを設ける場合に比べて、より安価に接合部３６を補強することができる。
【００５８】
孔あき鋼板ジベル３１Ａは、梁２１のフランジ２４Ａの上下方向の位置と対応する位置に設けられている。柱１１の上下方向において、引張り力が最大になる位置、及び孔あき鋼板ジベル３１Ａが配置された位置を対応させることにより、柱１１のコンクリート部１７のうち最も破壊しやすい部分を、孔あき鋼板ジベル３１Ａにより効果的に補強することができる。
応力伝達部材は、孔あき鋼板ジベル３１である。このため、孔あき鋼板ジベル３１の孔３２内に入り込んだコンクリート部１７と、このコンクリート部１７の周囲のコンクリート部１７とにより、接合部３６が面外方向の引張り力に効果的に耐えることができる。
【００５９】
孔あき鋼板ジベル３１Ａ，３１Ｂは、上下方向に互いに間隔を空けて配置されている。従って、上下方向に沿うより広い範囲にわたって、接合部３６の強度を高めることができる。
孔あき鋼板ジベル３１は、（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲内に配置されている。これにより、塑性ヒンジを用いた崩壊機構を仮定した場合において、柱１１のコンクリート部１７に引張り力が作用する範囲に孔あき鋼板ジベル３１を効果的に配置することができる。
柱梁接合構造１はダイアフラムを備えないため、ダイアフラムを備えない柱梁接合構造１において、柱１１と梁２１との接合部３６における強度を高めることができる。
【００６０】
本実施形態の柱梁接合構造１は、以下に説明するようにその構成を様々に変形させることができる。
図９に示す柱梁接合構造１Ａのように、本実施形態の柱梁接合構造１の孔あき鋼板ジベル３１に代えて、孔あき鋼板ジベル４１を備えてもよい。孔あき鋼板ジベル４１は、厚さ方向が上下方向に沿う板状に形成されている。孔あき鋼板ジベル４１には、複数（この変形例では４つ）の孔３２が２×２の碁盤目状に配置されている。４つの孔３２のうちの２つは、孔あき鋼板ジベル３１が接合されるフランジ１４の面１４ａに直交する方向に互いに間隔を空けて並べて配置されている。４つの孔３２のうちの他の２つは、孔あき鋼板ジベル３１が接合されるフランジ１４の面１４ａに沿う方向に互いに間隔を空けて並べて配置されている。
【００６１】
図１０に示す柱梁接合構造１Ｂのように、変形例の柱梁接合構造１Ａにおいて、柱鉄骨１２の互いに対向する２対のフランジ１４のうち１対のフランジ１４に、孔あき鋼板ジベル４１に代えて孔あき鋼板ジベル４６が接合されるように構成してもよい。孔あき鋼板ジベル４６は、厚さ方向が上下方向に沿う板状に形成されている。
孔あき鋼板ジベル４６には、孔あき鋼板ジベル４６が接合されるフランジ１４の面１４ａに直交する方向に延びている。孔あき鋼板ジベル４６には、孔あき鋼板ジベル４６が延びる方向に４つ、面１４ａに沿う方向に２つ、孔３２がそれぞれ並べて配置されている。すなわち、複数の孔３２は、４×２の碁盤目状に配置されている。孔あき鋼板ジベル４６の先端部の側面には、孔あき鋼板ジベル４１が隙間を空けて対向している。
柱梁接合構造１Ｂは、フランジ１４を介して孔あき鋼板ジベル４６に接合される梁２１と、フランジ１４を介して孔あき鋼板ジベル４１に接合される梁２１との間で、必要な耐力が異なる場合に用いられる構造である。
【００６２】
なお、図１１に示す柱梁接合構造１Ｃのように、孔あき鋼板ジベル３１は、上下方向に互いに間隔を空けて複数配置されていてもよい。この変形例では、複数の孔あき鋼板ジベル３１のうちの一部は、梁２１よりも上方に配置されている。複数の孔あき鋼板ジベル３１のうちの他の一部は、梁２１よりも下方に配置されている。さらに、複数の孔あき鋼板ジベル３１のうちの他の一部は、孔あき鋼板ジベル３１Ａと孔あき鋼板ジベル３１Ｂとの間に配置されている。
【００６３】
図１２及び図１３に示す柱梁接合構造１Ｄのように、本実施形態の柱梁接合構造１の孔あき鋼板ジベル３１に代えて、孔あき鋼板ジベル５１を備えてもよい。孔あき鋼板ジベル５１は、厚さ方向が水平面に沿う板状に形成され、上下方向に沿って延びている。孔あき鋼板ジベル５１は、梁２１よりも上方に突出し、かつ梁２１よりも下方に突出している。
孔あき鋼板ジベル５１には、孔あき鋼板ジベル５１が接合されているフランジ１４の面１４ａに直交する方向に孔３２が１つのみ配設されている。孔あき鋼板ジベル５１には、上下方向に沿って複数の孔３２が互いに間隔を空けて並べて配置されている。
【００６４】
これら柱梁接合構造１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄによっても、本実施形態の柱梁接合構造１と同様の効果を奏することができる。
さらに、柱梁接合構造１Ｄでは、柱鉄骨１２のフランジ１４が面外方向に変形することに抵抗するリブ（板材）として孔あき鋼板ジベル５１を機能させることができるため、接合部３６をより確実に補強することができる。
【００６５】
図１４及び図１５に示す柱梁接合構造２Ａのように、本実施形態の柱梁接合構造１の孔あき鋼板ジベル３１に代えて、頭付きスタッド（応力伝達部材）５６を備えてもよい。頭付きスタッド５６では、軸部が本体に該当する。頭部が、本体の外面から突出した突没部に該当する（頭部及び軸部の符号は省略）。頭付きスタッド５６の頭部の径は、軸部の径よりも大きい。
頭付きスタッド５６は、フランジ１４の面１４ａに接合され、この面１４ａに直交する方向（水平面に沿う方向）に延びている。頭付きスタッド５６の軸部のうち、頭部が設けられた端部とは反対側の端部が、フランジ１４の面１４ａに溶接等により接合されている。フランジ１４の面１４ａにおける、フランジ１４を挟んで梁２１のフランジ２４に対向する部分に頭付きスタッド５６を接合しにくい場合には、フランジ１４の面１４ａにおける、フランジ１４を挟んで梁２１のフランジ２４の仕口部の近傍に対向する部分に頭付きスタッド５６を接合してもよい。
頭付きスタッド５６は、柱１１のコンクリート部１７に埋設されていて、頭付きスタッド５６の外面にはコンクリート部１７が付着している。頭付きスタッド５６は、コンクリート部１７に対するアンカー機能を備える。
【００６６】
図１５に示すように、複数の頭付きスタッド５６のうち上方に配置された頭付きスタッド５６を、以下では頭付きスタッド５６Ａとも言う。複数の頭付きスタッド５６のうち下方に配置された頭付きスタッド５６を、以下では頭付きスタッド５６Ｂとも言う。
頭付きスタッド５６Ａ、及び梁２１のフランジ２４Ａの上下方向の位置は、互いに同等である。頭付きスタッド５６Ｂ、及び梁２１のフランジ２４Ｂの上下方向の位置は、互いに同等である。
この変形例の柱梁接合構造２Ａによっても、本実施形態の柱梁接合構造１と同様の効果を奏することができる。
さらに、頭付きスタッド５６の頭部と軸部との接続部分に係止したコンクリート部１７と、このコンクリート部１７の周囲のコンクリート部１７とにより、接合部３６が面外方向の引張り力に効果的に耐えることができる。
【００６７】
なお、図１６に示す柱梁接合構造２Ｂのように、頭付きスタッド５６は、上下方向に互いに間隔を空けて複数配置されていてもよい。この変形例では、複数の頭付きスタッド５６のうちの一部は、梁２１よりも上方に配置されている。複数の頭付きスタッド５６のうちの他の一部は、梁２１よりも下方に配置されている。
【００６８】
図１７及び図１８に示す柱梁接合構造２Ｃのように、本実施形態の柱梁接合構造１の孔あき鋼板ジベル３１に代えて、ボルト（応力伝達部材）６１を備えてもよい。この場合、例えばボルト６１と柱鉄骨１２のフランジ１４とは、ネジ嵌合等により固定される。ボルト６１には、コンクリート部１７を定着させるための定着板６２が取付けられていることが好ましい。
この変形例では、図１８に示すように、複数のボルト６１のうちの一部は、梁２１のフランジ２４Ａを上下方向に挟むように配置されている。複数のボルト６１のうちの他の一部は、梁２１のフランジ２４Ｂを上下方向に挟むように配置されている。
【００６９】
以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、孔あき鋼板ジベル３１Ａ、及び梁２１のフランジ２４Ａの上下方向の位置は、互いに同等でなくてもよい。柱梁接合構造が備える孔あき鋼板ジベル３１、頭付きスタッド５６、及びボルト６１（以下、孔あき鋼板ジベル３１等と言う）の数は特に限定されず、１つでもよい。孔あき鋼板ジベル３１等は、（Ｈ＋２ｙ）の式による範囲外に配置されてもよい。
柱鉄骨が、Ｈ形鋼製であってもよい。この場合、ｔｃｗは柱鉄骨のウェブの板厚であり、σｃｗｙは柱鉄骨のウェブの降伏強さである。
【００７０】
（シミュレーション結果）
以下では、本実施形態の柱梁接合構造の効果を前述の崩壊機構に基づいたシミュレーションにより確認した結果について説明する。
表１に示す諸元の柱及び梁を備え、さらに表２に示すサンプルＮｏ．１〜４の諸元の孔あき鋼板ジベルを備えた柱梁接合構造に対して、接合部の全塑性曲げモーメントｊＭｐを（３４）式により計算した。なお、表２に示すサンプルＮｏ．１の孔あき鋼板ジベルを備えた柱梁接合構造は、孔あき鋼板ジベルを備えない、基準となる比較例の柱梁接合構造のことを意味する。
【００７１】
【表１】
2020012328.tif 000012
【００７２】
【表２】
2020012328.tif 000013
【００７３】
表１に示すように、柱の柱鉄骨は、建設用鋼材であるＳＮ４９０Ｂで形成されているとした。柱鉄骨は、ビルトＨ形鋼製であり、６００×３００×９×１６ｍｍの寸法とした。
柱のコンクリート部は、強度Ｆｃが３６Ｎ／ｍｍ２であり、８６０ｍｍ角の形状であるとした。
梁は、建設用鋼材であるＳＮ４９０Ｂで形成されているとした。
柱鉄骨は、ビルトＨ形鋼製であり、７００×２５０×１２×２２ｍｍの寸法とした。
【００７４】
表２に示すように、サンプルＮｏ．２〜４ともに、孔あき鋼板ジベルの板厚は２８ｍｍ、孔の径は２４ｍｍとした。表２に示す孔数とは、前述の柱鉄骨の各フランジに固定された孔あき鋼板ジベル３１の孔の合計の数のことを意味する。サンプルＮｏ．２では、孔数は４である。同様に、サンプルＮｏ．３では孔数は８、サンプルＮｏ．４では孔数は１２である。
なお、サンプルＮｏ．２〜４の孔あき鋼板ジベルを備えた柱梁接合構造が、実施例の柱梁接合構造となる。
【００７５】
孔あき鋼板ジベルを備えない比較例の柱梁接合構造では、全塑性曲げモーメントｊＭｐは９６７ｋＮｍであった。同様に、サンプルＮｏ．２〜４の孔あき鋼板ジベルを備えた柱梁接合構造では、全塑性曲げモーメントｊＭｐはそれぞれ１０２０ｋＮｍ、１０７２ｋＮｍ、１１２３ｋＮｍであった。サンプルＮｏ．２〜４の孔あき鋼板ジベルを備えた柱梁接合構造では、孔あき鋼板ジベルを備えない柱梁接合構造に比べて、全塑性曲げモーメントｊＭｐがそれぞれ５．５％、１０．８％、１６．１％増加することが分かった。
【符号の説明】
【００７６】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  柱梁接合構造
１１  柱
１２  柱鉄骨
１４  フランジ
１４ａ  面
１７  コンクリート部
２４，２４Ａ  フランジ
３１，４１，４６，５１  孔あき鋼板ジベル（応力伝達部材）
３６  接合部
５６  頭付きスタッド（応力伝達部材）
６１  ボルト（応力伝達部材）
【図１】
2020012328.tif 000015
【図２】
2020012328.tif 000016
【図３】
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【図４】
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【図５】
2020012328.tif 000019
【図６】
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【図７】
2020012328.tif 000021
【図８】
2020012328.tif 000022
【図９】
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【図１０】
2020012328.tif 000024
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2020012328.tif 000029
【図１６】
2020012328.tif 000030
【図１７】
2020012328.tif 000031
【図１８】
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