(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリート柱に両材端部が接合された鉄筋コンクリート梁内に、スパン中央部の鉄骨梁が、前記鉄筋コンクリート梁の上下主筋から所定の離れをとった内側に位置するように、前記鉄筋コンクリート梁の端面から所定埋設長だけ埋設され、一体化した複合構造梁において、前記鉄骨梁の前記鉄筋コンクリート梁内への埋設始端位置に、ウェブと上下フランジの内面とに囲まれた全面に固着された始端支圧プレートと、埋設終端位置のウェブ上部と、該ウェブ上部に連なる上側フランジとに固着された上側終端支圧プレートと、ウェブ下部と、該ウェブ下部に連なる下側フランジとに固着された下側終端支圧プレートが、それぞれ前記ウェブの軸線に関して左右対称となるように配設されたことを特徴とする複合構造梁。
【請求項２】
前記スパン中央部の隣接した前記鉄骨梁上に、コンクリートスラブが一体的に敷設され、該コンクリートスラブ内の前記スパン中央部まで前記材端部の鉄筋コンクリート梁の上側主筋の一部が延長して配筋されたことを特徴とする請求項１に記載の複合構造梁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複合構造梁に係り、特に材端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁からなり、その複合構造における合理的な力学的挙動を発揮できるようにした複合構造梁に関する。
【背景技術】
【０００２】
梁下空間の有効利用を図るために、梁の長スパン化及びスパン中央部における梁断面の小断面化、梁の軽量化を実現可能な、材端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁の複合構造梁の開発が種々行われている（特許文献１，特許文献２参照）。
【０００３】
特許文献１に開示された複合構造梁では、鉄骨梁の両端部を鉄筋コンクリート梁の中に埋設することで梁の剛性の調整、躯体精度の確保を図ることで鉄筋コンクリート梁では困難な大スパン梁を可能としている。また、鉄骨と鉄筋コンクリート部の一体化を図るために鉄骨のフランジ外面に植設されたスタッドと、ウェブを貫通する結合筋および埋設部の鉄骨周囲を囲むスパイラル筋とを有する。
【０００４】
特許文献２には、主筋の引抜けと鉄骨および主筋周囲のコンクリート破壊を防止するために、主筋の一部を鉄骨に溶接し、鉄骨の埋込み開始位置付近と鉄骨の埋込み終点位置付近に鉄筋あるいはスパイラルＰＣ鋼材を密に巻き付けた補強構造が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特公平４−３８８５４号公報。
【特許文献２】特公平７−６５３８１号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された発明では、フランジ面にスタッドを設け、鉄骨ウェブに貫通孔を設けて結合筋を配設し、さらにこれらを囲むようにスパイラル筋を設けているため、鉄骨と鉄筋コンクリートとの間の応力伝達機構が複雑で、複合部材内でのスムースな応力伝達が達成できなくなっている。
【０００７】
特許文献２に開示された発明では、柱梁接合部において柱を貫通する梁主筋を鉄骨端に溶接し、さらに鉄筋コンクリート梁端面において定着板を介して鉄骨に溶接する構成からなる。このとき鉄骨と鉄筋とは降伏強度や破断時の伸び等の材料特性が異なり、材料組成も異なる。このような異種材料同士を応力の大きい箇所で溶接等により連結することは力学的に好ましくない。このため、実大あるいは模型試験等を行い、実際に安全性の確認を行う必要がある。また、構造的に複雑になるため、材料、施工の両面でコストが増大する。施工面においては、鉄筋を下フランジに溶接する際に上向き溶接となるため、現場溶接が非常に困難になることが予想される。
【０００８】
また、別の技術的課題として、従来の端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁の複合構造梁では、材端の鉄筋コンクリート断面位置に降伏ヒンジが形成されるような設計を行うが、鉄筋コンクリート梁の区間が短かったり、鉄骨断面の曲げ耐力が小さいような場合には、材端の鉄筋コンクリート部分に降伏ヒンジが形成される前に鉄骨梁部が降伏してしまうおそれがある。また、降伏ヒンジが形成される時には鉄筋コンクリート梁区間の主筋には大きな引張カが生じ、鉄筋の降伏域が広がった場合にも残された区間において主筋を鉄筋コンクリート区間内に確実に定着させる必要がある。このため主筋の先端に定着プレートあるいは定着用治具を設け、十分な定着強度を確保していた。これら定着治具は材料コスト高につながるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、鉄骨と鉄筋コンクリートの主筋とを連結することなく、鉄骨と鉄筋コンクリートとの力学的な一体化と、明解な応力伝達機構を構成するようにした複合構造梁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は鉄筋コンクリート柱に両材端部が接合された鉄筋コンクリート梁内に、スパン中央部の鉄骨梁が、前記鉄筋コンクリート梁の上下主筋から所定の離れをとった内側に位置するように、前記鉄筋コンクリート梁の端面から所定埋設長だけ埋設され、一体化した複合構造梁において、前記鉄骨梁の前記鉄筋コンクリート梁内への埋設始端位置に、ウェブと上下フランジの内面とに囲まれた全面に固着された始端支圧プレートと、埋設終端位置のウェブ上部と、該ウェブ上部に連なる上側フランジとに固着された上側終端支圧プレートと、ウェブ下部と、該ウェブ下部に連なる下側フランジとに固着された下側終端支圧プレートが、それぞれ前記ウェブの軸線に関して左右対称となるように配設されたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記スパン中央部の隣接した前記鉄骨梁上に、コンクリートスラブが一体的に敷設され、該コンクリートスラブ内の前記スパン中央部まで前記材端部の鉄筋コンクリート梁の上側主筋の一部が延長して配筋することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、中央部の鉄骨梁と、鉄筋コンクリート柱に接合された端部の鉄筋コンクリート梁の上下主筋とを接合せずに、鉄骨および主筋の抜き出しを防止でき、また前記鉄骨と鉄筋コンクリート梁間の応力伝達を円滑に行えるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の複合構造梁の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は隣接する鉄筋コンクリート柱１，１間に架設された複合構造梁１０を示した断面図である。同図に示したように、本発明は柱梁接合部において、鉄筋コンクリート柱１と一体的にせん断パネル（図示せず）を形成し、柱側端１ａから所定長さの片持ち形状に突き出した鉄筋コンクリート梁１１と、この鉄筋コンクリート梁１１内に所定の埋設長を確保して埋設固定された鉄骨梁２１とから構成されている。
【００１５】
鉄筋コンクリート梁は、図１に示したように、梁上下段に配筋された主筋１２，１３と、これら主筋１２，１３を囲んで梁長手方向に所定間隔で配筋されたせん断補強筋１４とで補強され、上下段の主筋１２，１３の間に鉄骨梁２１の一部が埋設されている。
【００１６】
鉄骨梁２１の埋設された部分の鉄筋コンクリート梁端面位置２１ａ（鉄骨埋設始端）と鉄骨端部２１ｂ（鉄骨埋設終端）には、図２（ａ）〜（ｄ）に示したような支圧プレート２５，２６がフランジ２２、２３の内面側とウェブ２４とに溶接により固着されている。本実施の形態では、鉄骨埋設始端位置２１ａには図２（ａ）に示したような、上下フランジ２２，２３、ウェブ２４に囲まれた全面を閉塞する形状の始端支圧プレート２５が取り付けられている。また、鉄骨埋設終端位置２１ｂには、図２（ｂ）に示したような、１辺がフランジ幅にほぼ等しい略直角三角形状をなす終端支圧プレート２６が各フランジ２２，２３とウェブ２４との間に溶接されている。
【００１７】
ここで、始端支圧プレート２５と終端支圧プレート２６の役割について、図３を参照して説明する。図３は、説明のために固定端側を鉄筋コンクリート梁１１、自由端側を鉄骨梁２１とした複合構造の片持ち梁モデルを示している。この梁モデルの鉄筋コンクリート梁１１は図１に示した複合構造梁１０と同様に、上下段に配筋された主筋１２，１３を囲むようにせん断補強筋１４が配筋されており、それら配筋部分の内部に鉄骨２１の一端が所定の埋設長分だけ埋設されている。この梁モデルの鉄骨自由端側に梁せい方向の力（＋Ｐ）を載荷すると、鉄骨の鉄筋コンクリート梁内に埋設された部分では、図３に示すように、圧縮方向を黒矢印で示したように、鉄骨２１の上フランジ２２、鉄筋コンクリート梁１１の下側主筋１３（圧縮鉄筋）との間に斜め方向圧縮応力ゾーンＣ1が、鉄骨終端側の上フランジ２２と上側主筋１２（引張鉄筋）との間、鉄骨始端側の下フランジ２３と下側主筋１３（圧縮鉄筋）との間に鉛直方向圧縮ゾーンＣ2,Ｃ3が形成される。細い帯状（薄墨表示）の斜め方向圧縮ゾーンＣは、上側主筋１２と下側主筋１３との間に形成されるトラス機構に伴うコンクリート圧縮束を示している。なお、同図において、部材内の圧縮応力にバランスして作用する引張力を鉄筋に重ねて白矢印で示している。
【００１８】
このように、鉄筋コンクリート内に埋設された鉄骨部分には部材軸線方向に対して固定端側の下端側から自由端側の上端側にかけて斜め方向のコンクリート圧縮束（合力）が作用することになる。このとき埋設された鉄骨と、それを囲む周囲のコンクリート間の付着力はきわめて小さい。そこで、本発明ではコンクリート内の鉄骨が斜め方向圧縮束を確実に受け止めることができるように、フランジ２２と直交する方向に支圧プレート２５を設けた。この支圧プレート２５は、荷重が上下逆方向（−Ｐ）からも載荷されることを考慮し、反対側（始端下端）のフランジ２３付近にも設けることが好ましい。すなわち、これら支圧プレート２５は図３の応力伝達を成立させるためには、上下フランジ２２，２３、ウェブ２４間の全面を塞ぐように設ける必要はないが、鉄筋コンクリート梁施工時の鉄骨部分における型枠の役割を果たすために、図２（ａ）のように全面を塞ぐような形状とすることが好ましい。
【００１９】
一方、終端支圧プレート２６はコンクリートの斜め圧縮束を受け止めるために必要な面積があれば十分である。鉄骨側と同様にフランジ間の全面に設けると、曲げ応力の大きい箇所で支圧プレート２６がコンクリートを左右に分断してしまうため、ひび割れを誘発しやすく、部材の変形が進行するとともにひび割れが拡大し、コンクリート圧縮束の形成を阻害するおそれがある。終端側支圧プレート２６は、フランジ２２，２３間の全面に設けずに、図２（ｂ）〜（ｄ）に例示したように、支圧プレート２６の形状は必要な支圧耐力が得られる面積が確保されていれば任意の形状のものをそれぞれのフランジ、ウェブに固着することが好ましい。また、支圧プレート２５，２６はフランジ２２，２３の面外方向の曲げ剛性を高める補剛効果があるため、図２（ｃ），（ｄ）に示したようなウェブ２４とも密着するような三角形の一部の頂点を面取りした形状、四角形等の任意多角形とすることが好ましい。この場合、作用荷重の対称性を考慮して、ウェブの軸線に関して左右対称となるように、また上下に関しても鉄骨の水平対称軸に関して上下の部材が対称となるよう、上下フランジ２２，２３の内側のそれぞれの位置に取り付けることが好ましい。
【００２０】
図４（ａ）は、他の実施例として、上述の支圧プレート２５，２６の構成に加え、鉄筋コンクリート梁１１の上側主筋１２の一部を鉄骨梁２１上に敷設されるコンクリートスラブ３１内のスパン中央部の途中まで延長した材端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁と、コンクリートスラブ３１とから構成された複合構造梁３０を示した縦断面図である。同図に示したように、この複合構造梁３０は、鉄骨梁２１の上フランジ２２に植設されたスタッドコネクタ３２により、隣接して架設された鉄骨梁２１，２１間に現場施工により敷設されるコンクリートスラブ３１と一体化してなる構造からなる。このコンクリートスラブ施工において、コンクリートスラブ３１の配筋の一部に材端部鉄筋コンクリート梁１１の上側主筋１２の一部を延在させ、スラブ配筋の一部としてスラブのコンクリートを打設するようにしたものである。図４（ｂ）は、コンクリートスラブ３１の全長にわたって鉄筋コンクリート梁１１からの上側主筋１２を延在させ、スラブ配筋の一部とした変形例である。
【００２１】
上述したように、スパン中央部の鉄骨梁位置において、隣接する鉄骨梁上に鉄筋コンクリートスラブを敷設して合成梁とすることで、鉄筋コンクリート梁と、合成梁との切り替え部における曲げ耐力が向上するために、確実に鉄筋コンクリート梁の材端部に降伏ヒンジを形成させることができる。また、鉄骨埋設始端における断面の曲げ耐力を増大させることができるため、鉄骨サイズ（断面寸法）を小さくすることができ、鉄骨が埋設された部分のせん断応力が小さくなり、設計が容易になる。さらに、鉄筋コンクリート梁の上側主筋をスパン中央部の合成梁部分へ延在させることにより、主筋の定着が確実に行え、有効な付着長さを確保できるようになるため、定着治具が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の鉄骨の一部に支圧プレートを固着した複合構造梁の構成を示した梁断面図。
【図２】支圧プレートの鉄骨への固着例を示した鉄骨端面図。断面図。
【図３】支圧プレートを固着した複合構造梁における応力伝達状態を模式的に示した説明図。
【図４】他の実施例として、スパン中央部のコンクリートスラブまで鉄筋を延在させるようにした複合構造梁の構成を示した梁断面図。
【符号の説明】
【００２３】
１  鉄筋コンクリート柱
１０，３０  複合構造梁
１１  鉄筋コンクリート梁
１２，１３  主筋
１４  せん断補強筋
２１  鉄骨梁
２２，２３  フランジ
２４  ウェブ
２５  埋設始端支圧プレート
２６  埋設終端支圧プレート
３１  コンクリートスラブ
３２  スタッドコネクタ
【要約】
【課題】  材端部鉄筋コンクリート梁中央部鉄骨梁からなる複合構造梁において、簡易な補強構造によって合理的な力学的挙動を発揮できるようにする。
【解決手段】  両材端部の鉄筋コンクリート梁１１内に、スパン中央部の鉄骨梁２１が所定埋設長だけ埋設され、一体化した複合構造梁１０において、鉄骨梁２１の鉄筋コンクリート梁１１内への埋設始端位置のフランジ２２，２３とウェブ２４とに囲まれた部位に始端支圧プレート２５を設ける。また埋設終端位置における鉄骨梁２１の各上下フランジ２２，２３とウェブ２４との間に、ウェブ軸線に関して対称となるように複数枚の終端支圧プレート２６を設けるようにした。
【選択図】  図１
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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