(57)【要約】【課題】鉄骨の一部を材端部に埋め込む埋込み形式において、材端部の始端付近に配置していた集中補強筋を排し、同時にせん断強度を上昇させることでせん断補強量を低減できる、又は材端部を短くして軽量化できるうえに、境界プレートを簡素化できる複合構造梁を提供する。【解決手段】鉄骨構造の中央部１１と鉄筋コンクリート構造の材端部１２とによって形成される複合構造梁１である。この複合構造梁は、材端部に一部が埋設される鉄骨３と、中央部と材端部との境界に配置される境界プレート４と、材端部に鉄骨と略平行に配置されるとともに境界プレートに先端５２が固定される主筋５Ａ−５Ｆと、鉄骨及び主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋６，・・・と、材端部に充填されるコンクリート８とを備えている。そして、鉄骨と境界プレートとは力学的に一体化されないことを特徴とする。【選択図】図１
2014043743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部とによって長尺状に形成される複合構造体であって、
前記中央部を形成するとともに前記材端部に一部が埋設される鋼材と、
前記中央部と前記材端部との境界に配置される境界プレートと、
前記材端部に前記鋼材と略平行に配置されるとともに前記境界プレートに先端が固定される主筋と、
前記鋼材及び前記主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋と、
前記材端部に充填されるコンクリートとを備え、
前記鋼材と前記境界プレートとは力学的に一体化されないことを特徴とする複合構造体。
【請求項２】
前記鋼材と前記境界プレートとの間には隙間があることを特徴とする請求項１に記載の複合構造体。
【請求項３】
前記主筋は前記境界プレートを貫通して先端が前記中央部側に突出するとともに、その先端に装着されるナットを介して前記境界プレートへの固定が行なわれることを特徴とする請求項１又は２に記載の複合構造体。
【請求項４】
前記鋼材の終端は前記材端部内に配置されるとともに、前記鋼材の終端付近に集中補強筋が配置されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合構造体。
【請求項５】
前記鋼材の終端が、前記材端部に接合させる部材の内部に埋設されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合構造体。
【請求項６】
前記境界プレートは、前記鋼材の外周を囲繞するように配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の複合構造体。
【請求項７】
前記主筋が引張主筋と圧縮主筋の組として機能する曲げ材となる複合構造体において、
前記境界プレートは前記鋼材を挟んで複数に分割されるとともに、分割されたそれぞれの部分は少なくとも前記引張主筋と前記圧縮主筋とに跨って配置されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の複合構造体。
【請求項８】
前記鋼材は一対の平行なフランジがウエブによって連結された部材であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の複合構造体。
【請求項９】
前記鋼材は多角筒状又は円筒状の鋼管であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の複合構造体。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれか一項に記載の複合構造体の前記材端部を、鉄筋コンクリート構造の部材に接合させたことを特徴とする建築物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部によって梁や柱等のように長尺状に形成される複合構造体、及びそれが設けられる建築物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
梁の長スパン化を目的として梁を軽量化するに際して、中央部を自重の軽い鉄骨構造にし、柱や壁などに接合させる材端部のみ鉄筋コンクリート構造にした複合構造梁が知られている（特許文献１−４参照）。
【０００３】
このような複合構造梁の形式としては、特許文献１−３に開示されているような鉄骨の端部を鉄筋コンクリート構造の材端部に埋め込む埋込み形式、特許文献４に開示されているような鉄骨を埋め込ませない非埋込み形式などがあり、非特許文献１では、これらの構造形式の力学についてモデル化した説明がなされている。
【０００４】
そして、特許文献１には、材端部の端面にエンドプレートを配置して、材端部の主筋をそのエンドプレートに固定するとともに、エンドプレートと鉄骨とを力学的に一体化させた混合構造梁が開示されている。この特許文献１の混合構造梁のエンドプレートと鉄骨とが力学的に一体化されているとする理由は、特許文献１の段落００１４に「一方、エンドプレート４を設けた場合、エンドプレート４を介して（鉄骨造部１２に作用した）せん断力Ｑがコンクリート造部の断面全体に（ｑ）で示すように均等に伝達させることができる」及び「エンドプレート４は、鉄骨造部１２が埋設してあるコンクリート造部１１からの抜け出しをも防止する機能を有している」という記載があることによる。
【０００５】
一方、特許文献２には、材端部の主筋と鉄骨とを連結させることなく力学的に一体化させた複合構造梁が開示されている。この複合構造梁においては、材端部の主筋の端部に円盤状の定着板を装着することによって主筋の定着を行っている。また、材端部の始端（鉄骨構造と鉄筋コンクリート構造との境界）と鉄骨の終端において、Ｈ形鋼のフランジとウエブに囲まれる部位に支圧プレートを設けることによって鉄骨の材端部からの抜け出しを防ぐ構造が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、端部鉄筋コンクリート部の主筋の一部を埋設された鉄骨に溶接することで、鉄骨のコンクリート部からの抜け出しを防止する構造が開示されている。また、第５図及び第６図に示されるように、材端部の始端において、鉄骨を挟んだ上下に長方形の定着板を配置し、その定着板に主筋の先端をナットによって固定する構造が開示されている。ここで、この定着板は、梁における引張主筋どうし又は圧縮主筋どうしが連結されるように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２３１５０９号公報
【特許文献２】特開２００５−７６３７９号公報
【特許文献３】特開平１−２６８９４７号公報
【特許文献４】特開２００９−２１５７４８号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】社団法人日本建築学会、「鋼コンクリート構造接合部の応力伝達と抵抗機構」、社団法人日本建築学会、2011年2月25日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１−３に開示された埋込み形式では、埋め込んだ鉄骨によって材端部の鉄筋コンクリートの負担せん断力が増加するという問題がある（非特許文献１、特許文献４の段落０００４）。
【００１０】
このため、特許文献１−３には明確に開示されていない部分もあるが、実際にこれらの文献に開示されたような複合構造梁を構築するには、通常に比べて多くのせん断補強筋を材端部に配置しなければならない。特に、材端部の始端付近及び鉄骨の終端付近には、後述するように集中補強筋を配置しなければ鉄筋コンクリートの支圧反力を確保することができない。
【００１１】
このようにせん断補強筋や集中補強筋などの配筋量が増えると、材料費や施工費が増加するだけでなく、コンクリートを隅々まで充填しにくくなったり、バイブレータによる締め固め作業が難しくなったりしてコンクリートの品質に影響を与えるおそれがある。
【００１２】
これに対して、特許文献１に開示されているように、エンドプレートを材端部の端面に配置して鉄骨と力学的に一体化させることによって、せん断補強筋の配筋量を低減し、材端部のコンクリートの充填性を改善することができる。しかしながらこの構造では、後述するようにエンドプレートの負担が大きくなるため、厚い鋼板をエンドプレートとして使用することになり、材料費及び加工費が嵩むうえに、重量の増加にもつながる。
【００１３】
さらに、エンドプレートと鉄骨とを力学的に一体化させるために、通常、溶接が行われることになるが、溶接の手間が増えるだけでなく、溶接の熱によってエンドプレートや鉄骨が劣化するおそれがある。また、エンドプレートや鉄骨に溶接性の良い材料を使用しなければならないため、材料の選択が制限されることになる。
【００１４】
そこで、本発明は、鉄骨の一部を材端部に埋め込む埋込み形式において、材端部の始端付近に配置していた集中補強筋を排し、同時にせん断強度を上昇させることでせん断補強量を低減できる、又はそれ故に材端部を短くしても既往のこの種の複合構造梁と同程度のせん断補強量で構造設計を成立させることが可能なために部材を軽量化することができるうえに、境界プレートを簡素化できる複合構造体、及びそれが設けられる建築物を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明の複合構造体は、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部とによって長尺状に形成される複合構造体であって、前記中央部を形成するとともに前記材端部に一部が埋設される鋼材と、前記中央部と前記材端部との境界に配置される境界プレートと、前記材端部に前記鋼材と略平行に配置されるとともに前記境界プレートに先端が固定される主筋と、前記鋼材及び前記主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋と、前記材端部に充填されるコンクリートとを備え、前記鋼材と前記境界プレートとは力学的に一体化されないことを特徴とする。
【００１６】
ここで、前記鋼材と前記境界プレートとの間には隙間がある構成とすることができる。また、前記主筋は前記境界プレートを貫通して先端が前記中央部側に突出するとともに、その先端に装着されるナットを介して前記境界プレートへの固定が行なわれる構成とするのが好ましい。
【００１７】
さらに、前記鋼材の終端は前記材端部内に配置されるとともに、前記鋼材の終端付近に集中補強筋が配置される構成にすることができる。他方、前記鋼材の終端が、前記材端部に接合させる部材の内部に埋設される構成であってもよい。
【００１８】
また、前記境界プレートは、前記鋼材の外周を囲繞するように配置される構成とすることができる。一方、前記主筋が引張主筋と圧縮主筋の組として機能する曲げ材となる複合構造体において、前記境界プレートは前記鋼材を挟んで複数に分割されるとともに、分割されたそれぞれの部分は少なくとも前記引張主筋と前記圧縮主筋とに跨って配置される構成とすることもできる。
【００１９】
また、前記鋼材は一対の平行なフランジがウエブによって連結された部材とすることができる。また、前記鋼材を、多角筒状又は円筒状の鋼管にすることもできる。
【００２０】
そして、本発明の建築物は、上記の複合構造体の前記材端部を、鉄筋コンクリート構造の部材に接合させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
このように構成された本発明の複合構造体及び建築物は、鉄骨構造の中央部と鉄筋コンクリート構造の材端部との境界に境界プレートが配置される。そして、材端部の主筋の先端は境界プレートに固定されるが、鋼材と境界プレートとは力学的に一体化されない。
【００２２】
このような構造にすることによって、主筋の定着を行うことができるうえに、境界プレートの面内剛性により主筋を軸直交方向に拘束することができるので、従来、材端部の始端（中央部側）付近に配置していた集中補強筋を省略することができる。
【００２３】
また、境界プレートは、後述する材端部のコンクリートの圧縮束の反力板として機能して圧縮束の幅をより広くすることができるので、材端部のせん断強度を増加させることができる。その結果、せん断補強筋の配筋量を低減することが可能になる。
【００２４】
また、材端部のせん断補強筋の配筋量を低減させない場合は、鋼材の埋め込み長さを短くしても、従来の複合構造梁と同程度のせん断補強量で構造設計を成立させることができるため、この範囲で鋼材の埋め込み長さ、ひいては材端部の長さを自由に調整した設計ができる。例えば、材端部を短くした場合は、部材の軽量化を図ることができる。また、材端部付近に配管等が配置される場合に、材端部を回避しやすくなって施工の容易化が図れたり、設計の自由度が増したりする。
【００２５】
一方、境界プレートと鋼材とは力学的に一体化させないため、境界プレートを薄くして簡素化することができる。例えば、鋼材と境界プレートとの間に隙間を設けることによって、確実に境界プレートと鋼材とを力学的に一体化させない構造にすることができる。また、溶接が不要となれば、境界プレートや鋼材に使用できる材料の選択幅も広くなる。
【００２６】
また、主筋の先端が境界プレートを貫通してナットを介して固定される構成であれば、主筋を境界プレートに確実に固定することができる。さらに、主筋の先端を熱によって劣化させることもない。
【００２７】
そして、鋼材の終端が材端部内に配置される場合は、その終端付近に集中補強筋を配置させることで、後述するてこ機構を成立させるために必要な支圧反力を確保することができる。
【００２８】
他方、材端部に接合させる部材の内部に鋼材の終端を埋設すれば、終端が材端部内に配置される場合に終端付近に必要となる集中補強筋を省略することができる。
【００２９】
また、境界プレートを鋼材の外周を囲繞するように配置することで、全周において力の入力方向が限定されない柱などの構造体にも適用できるようになる。一方、梁などの引張主筋と圧縮主筋とが特定できる場合は、境界プレートを分割して一部の引張主筋と圧縮主筋とに跨って配置させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態の複合構造梁の構成を示した説明図である。
【図２】柱間に複合構造梁が架け渡された梁柱構造物の構成を説明する斜視図である。
【図３】複合構造梁の構成を説明する図であって、（ａ）は図１のＡ−Ａ矢視方向で見た断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視方向で見た断面図である。
【図４】材端部に形成される応力伝達機構のうちのアーチ機構を説明する図であって、（ａ）は本実施の形態の複合構造梁について説明する図、（ｂ）は従来の複合構造梁について説明する図である。
【図５】境界プレート周辺の挙動を模式的に示した図であって、（ａ）は境界プレートと鉄骨とを溶接しない場合の図、（ｂ）は境界プレートと鉄骨とを溶接した場合の図である。
【図６】実施例１で説明する複合構造梁の構成を説明する図であって、（ａ）は鋼材が形鋼である場合の断面図、（ｂ）は鋼材が角形鋼管である場合の断面図である。
【図７】実施例２で説明する複合構造梁の構成を説明する図であって、（ａ）は鋼材が形鋼である場合の断面図、（ｂ）は鋼材が角形鋼管である場合の断面図である。
【図８】実施例３の複合構造梁の構成を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態の複合構造体としての複合構造梁１について図面を参照して説明する。図１，２は、複合構造梁１及びそれが設けられる建築物としての梁柱構造物２の構成を説明する図である。
【００３２】
まず、図２を参照しながら梁柱構造物２の全体構成について説明する。この梁柱構造物２は、鉄筋コンクリート構造の間隔を置いて構築される２本の柱２１，２１の上部間に、複合構造梁１が架け渡された構成となっている。
【００３３】
この複合構造梁１は、柱２１の上部側面に接合させる材端部１２と、材端部１２，１２間の中央部１１とによって長尺状に形成される。また、材端部１２は鉄筋コンクリート構造であり、中央部１１は鉄骨構造となっている。
【００３４】
中央部１１を形成する鉄骨３は、一対の平行なフランジ３１，３２がウエブ３３によって連結された鋼材である。例えば、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼などの形鋼が使用できる。以下では、Ｈ形鋼によって形成される鉄骨３を適用する場合について説明する。
【００３５】
中央部１１は、図１に示すように鉄骨３の露出部３ａに相当する。また、鉄骨３の端部は、埋設部３ｂとして材端部１２に埋め込まれる。よって、材端部１２は、鉄骨３の埋設部３ｂが埋め込まれているため、詳細にいえば一部が鉄骨鉄筋コンクリート構造になり得るといえる。
【００３６】
そして、中央部１１と材端部１２との境界、換言すると材端部１２の始端となる端面１２ａには、境界プレート４が配置される。
【００３７】
この境界プレート４は、図１のＡ−Ａ矢視方向で見た断面図である図３（ａ）に示すように、鉄骨３の外周を囲繞するように配置される。例えば、境界プレート４は、材端部１２の端面形状と略同じ長方形の鋼板の中央に、鉄骨３の外形より一回り大きな穴をくり抜くことによって形成される。
【００３８】
すなわち、境界プレート４とそれに貫通させた鉄骨３との間には、隙間４１が形成される。隙間４１は、図３（ａ）に示すように、鉄骨３の断面の全周に沿って形成される。
【００３９】
このため、鉄骨３と境界プレート４とは力学的に一体化されない。なお、組み付けに際して作業性や組付け精度を向上させるために行われる仮止め程度の溶接は、力学的な一体化につながらないので許容される。
【００４０】
材端部１２のコンクリート８に埋設される鉄骨３の終端３ｃは、図１に示すように柱２１との接合部より少し中央部１１側に位置する。また、材端部１２のコンクリート８内部には、鉄骨３と略平行に主筋５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ，５Ｅ，５Ｆが配置される。
【００４１】
この主筋５Ａ−５Ｆの端部（終端）は、柱２１の内部に埋設される。図１では、主筋５Ａ−５Ｆの端部に定着板を装着した形態を図示しているが、これに限定されるものではなく、端部をフック状に加工した形態であってもよい。
【００４２】
材端部１２に接合させる柱２１は、鉛直方向に立設される複数の主筋２１ａ，・・・と、その外周を囲むとともに鉛直方向に間隔を置いて複数設置されるせん断補強筋２１ｂ，・・・と、コンクリート２１ｃとによって、四角柱状に成形される。
【００４３】
そして、主筋５Ａ−５Ｆの柱２１側に突出する部分は、柱２１の主筋２１ａ，・・・やせん断補強筋２１ｂ，・・・に干渉しないように配置され、コンクリート２１ｃによって一体化される。
【００４４】
一方、主筋５Ａ−５Ｆの中央部１１側の端部となる先端５２は、図３（ａ）に示すように、境界プレート４にナット５１を介して固定される。また、図１に示すように境界プレート４を挟んだ材端部１２側にもナット５１ａが装着される。すなわち、２つのナット５１，５１ａで境界プレート４を挟持することによって、主筋５Ａ−５Ｆの先端５２を境界プレート４に固定したことになる。
【００４５】
なお、図１，３に示すように、鉄骨３の上側のフランジ３１の上方に配置されるのを主筋５Ａ，・・・、そのフランジ３１の両横に配置されるのを主筋５Ｃ，５Ｃとする。また、鉄骨３の下側のフランジ３２の下方に配置されるのを主筋５Ｂ，・・・、そのフランジ３２の両横に配置されるのを主筋５Ｄ，５Ｄとする。さらに、フランジ３１の内側となる下方、換言するとウエブ３３の上部の両横に配置されるのを主筋５Ｅ，５Ｅとする。そして、フランジ３２の内側となる上方、換言するとウエブ３３の下部の両横に配置されるのを主筋５Ｆ，５Ｆとする。
【００４６】
これらの主筋５Ａ−５Ｆは、図１のＢ−Ｂ矢視方向で見た断面図である図３（ｂ）に示すように、材端部１２の内部においても鉄骨３の内側と外側の両方に配置される。
【００４７】
また、図２に示すような複合構造梁１においては、例えば常時荷重に対し、下側に配置される主筋５Ｂ，５Ｄ，５Ｆが圧縮主筋となり、上側に配置される主筋５Ａ，５Ｃ，５Ｅが引張主筋となる。
【００４８】
そして、鉄骨３及び主筋５Ａ−５Ｆを囲むようにせん断補強筋６，６が配置される。この図３（ｂ）では、鉄骨３の部分がラップするように左右にずらしてせん断補強筋６，６を配置しているが、これに限定されるものではない。
【００４９】
このようなせん断補強筋６は、図１に示すように複合構造梁１（材端部１２）の軸方向に一定の間隔を置いて複数、配置される。このせん断補強筋６の間隔は、材端部１２に作用するせん断力に基づいて算定される。なお、上述したように、鉄骨３を埋め込むことによって鉄筋コンクリートが負担するせん断力は割り増しされる（非特許文献１等参照）。
【００５０】
そして、鉄骨３の終端３ｃ付近には、集中補強筋７が配置される。この終端３ｃ付近に集中補強筋７を配置する理由を次に述べる。図４（ａ）に示すように、鉄骨３の中央部１１側にせん断力Ｑが作用すると、鉄筋コンクリートからの支圧反力に基づく材端部１２の始端付近を支点とするてこ機構が形成されると考えられる。
【００５１】
ここで、鉄骨３の終端３ｃが材端部１２内に配置される場合は、その終端３ｃ付近に集中補強筋７を配置することで、てこ機構を成立させるために必要となる鉄筋コンクリートの支圧反力を確保することができる（図１参照）。
【００５２】
この集中補強筋７は、他の箇所に設置されるせん断補強筋６の間隔を狭くすることによって形成できる。また、螺旋状に成形された鉄筋を使って集中補強筋７とすることもできる。
【００５３】
次に、本実施の形態の複合構造梁１の作用について、力学モデルを使って説明する。
【００５４】
図４に示した力学モデルは、本実施の形態の複合構造梁１（図４（ａ））と、境界プレート４が配置されない従来の複合構造梁ａ１（図４（ｂ））の応力伝達機構を説明するためのものである。
【００５５】
この力学モデルを使って説明するのは、鉄骨３，ａ３に作用したせん断力Ｑに起因して発生する応力の伝達機構のうち、アーチ機構と呼ばれる構成についてである。まず、図４（ｂ）を参照しながら、従来の複合構造梁ａ１に形成されるアーチ機構から説明する。ここで、ａ３は鉄骨、ａ３１は鉄骨ａ３の終端、ａ５は主筋、ａ７は集中補強筋、ａ８はコンクリートを示している。なお、この図４（ｂ）は、既往のこの種の複合構造梁に形成されるアーチ機構について解説している非特許文献１の記載に基づいている。このため、図４においては、下側引張・上側圧縮となる曲げ応力場で説明を行うが、図４以外の説明では常時荷重を想定して上側引張・下側圧縮となる曲げ応力場での例示を行う。
【００５６】
従来の複合構造梁ａ１では、鉄骨ａ３に作用したせん断力Ｑは、埋込み始端ａ１１位置の支圧応力ＳＳに釣り合うように配置された集中補強筋ａ７を介して鉄筋コンクリート部（主筋ａ５、コンクリートａ８）に伝達される。また、埋込み始端ａ１１近傍の鉄筋コンクリート部には、柱２１と複合構造梁ａ１との接合部に作用する曲げモーメント（Ｑ・Ｌ）によって下側の主筋ａ５に発生する引張力ＳＴも作用することになる。なお、上側の主筋ａ５には、この曲げモーメント（Ｑ・Ｌ）によって圧縮力ＳＰが作用する。
【００５７】
この埋込み始端ａ１１における支圧応力ＳＳ及び引張力ＳＴは、梁と柱の接合部における反力ＮＲと釣り合うことになるが、この釣り合いは反力ＮＲの作用位置との間に斜め方向に力を伝達する圧縮束ＮＣが形成されることで成立する。これをアーチ機構という。そして、この圧縮束ＮＣの幅が広くなるほど材端部ａ１２のせん断強度は大きくなる。
【００５８】
これに対して本実施の形態の複合構造梁１は、図４（ａ）に示すように、鉄骨３からのせん断力Ｑは、境界プレート４の面内力ＦＳとして鉄筋コンクリート部（主筋５Ａ−５Ｆ、コンクリート８）に伝達される。このため、従来の複合構造梁ａ１で必要であった埋込み始端ａ１１付近の集中補強筋ａ７を省略することができる。
【００５９】
そして、アーチ機構を構成するコンクリート８の圧縮束ＦＣによる力を境界プレート４位置で強力に受けられるようにするために、主筋５Ａ−５Ｆと境界プレート４とを一体化している。このため、反力ＦＲの作用位置との間に斜め方向に力を伝達する圧縮束ＦＣの幅を、従来の複合構造梁ａ１の圧縮束ＮＣの幅に比べて広くすることができる。
【００６０】
すなわち、本実施の形態の複合構造梁１は、境界プレート４を中央部１１と材端部１２との境界に配置することによって、従来よりもアーチ機構に寄与するコンクリートの圧縮束ＦＣのボリュームが増加される。この結果、材端部１２のせん断強度を上昇させることができたといえる。
【００６１】
続いて、図５を参照しながら、鉄骨３と境界プレート４とを力学的に一体化させない作用について説明する。図５（ａ）は鉄骨３と境界プレート４とを力学的に一体化させない本実施の形態の複合構造梁１を示し、図５（ｂ）は鉄骨ａ３と境界プレートａ４とを溶接ａ４１によって力学的に一体化させた複合構造梁ａ１０を示している。この図５は、上側引張・下側圧縮となる曲げ応力場にある複合構造梁１，ａ１０を例示している。
【００６２】
まず、図５（ｂ）を参照しながら溶接ａ４１がある場合について説明すると、このような構造の複合構造梁ａ１０は、鉄骨ａ３が材端部ａ１２から抜け出す方向（図の左から右に向かう方向）の力が作用すると、溶接ａ４１によって力学的に一体化された境界プレートａ４も材端部ａ１２のコンクリートａ８から離隔する方向に移動しようとする。
【００６３】
一方、境界プレートａ４は、ナットａ５１を介して主筋ａ５に固定されているため、境界プレートａ４の上方において、鉄骨ａ３上面と上側の主筋ａ５との間に面外曲げが発生することになる。このため、この面外曲げに耐えることができる厚さの境界プレートａ４を、複合構造梁ａ１０では使用しなければならない。
【００６４】
これに対して図５（ａ）に示した本実施の形態の複合構造梁１では、鉄骨３と境界プレート４とが力学的に一体化されていないので、鉄骨３が材端部１２から抜け出す方向の力が作用しても、それに伴う移動が境界プレート４に生じることはほとんどない。
【００６５】
ここで、図５（ａ）では、わずかに境界プレート４を変形させた図にしているが、その理由は上述したアーチ機構における圧縮束ＦＣによる力を境界プレート４が受けるためである。この圧縮束ＦＣによる力を受けることによって生じる境界プレート４の面外曲げは、鉄骨ａ３と境界プレートａ４とが力学的に一体化されることによって生じる境界プレートａ４の面外曲げに比べて無視できるほどに小さいことは、実験によって確認できた。
【００６６】
このため、本実施の形態の複合構造梁１であれば、境界プレート４の厚さを比較的薄くすることができるようになる。そして、境界プレート４の厚さが薄くなれば、重量及び材料費が低減できるだけでなく、加工もしやすくなるためその費用も削減できる。
【００６７】
このように構成された本実施の形態の複合構造梁１及び梁柱構造物２は、鉄骨構造の中央部１１と鉄筋コンクリート構造の材端部１２との境界に、鉄骨３の外周を囲繞するように境界プレート４が配置される。そして、材端部１２の主筋５Ａ−５Ｆの先端５２は境界プレート４に固定されるが、鉄骨３と境界プレート４とは力学的に一体化されない。
【００６８】
このような構造にすることによって、主筋５Ａ−５Ｆの定着を行うことができるうえに、境界プレート４の面内剛性により主筋５Ａ−５Ｆを軸直交方向に拘束することで割り裂き破壊を防止できる。また、これにより近傍の鉄筋コンクリートから支圧反力が確保できるようになり、従来の複合構造梁ａ１の材端部ａ１２の埋込み始端ａ１１付近に配置していた集中補強筋ａ７（図４（ｂ）参照）を、本実施の形態の複合構造梁１では省略することができる。
【００６９】
また、境界プレート４が材端部１２のコンクリートの圧縮束ＦＣの反力板として機能することによって圧縮束ＦＣの幅をより広くすることができるので、材端部１２のせん断強度を増加させることができる。その結果、せん断補強筋６の配筋量を、従来の埋込み形式の複合構造梁ａ１よりも低減することができる。
【００７０】
そして、せん断補強筋６の配筋量が低減できれば、材料費や施工費が低減できるうえに、コンクリート８を材端部１２の隅々にまで充填したりバイブレータによって締め固めたりする作業がしやすくなって、コンクリート８の品質の良い材端部１２を構築することができる。
【００７１】
また、材端部１２のせん断補強筋６の配筋量を低減させない場合は、圧縮束ＦＣの拡幅に伴うせん断強度の上昇分は鉄骨３の埋設部３ｂの長さを短くしても構造設計を成立させることができるため、この範囲で鉄骨３の埋設部３ｂの長さ、ひいては材端部１２の長さを自由に調整した設計ができる。例えば、材端部１２を短くした場合は、部材の軽量化を図ることができる。
【００７２】
さらに、図２に示すように、材端部１２付近に設備配管２２などが配置される場合に、材端部１２を回避して容易に施工することができるようになる。すなわち、従来の材端部が長くて設備配管２２の迂回が難しい場合は材端部内部に埋設させていたので、施工が複雑になったり、設備配管２２が貫通することによる断面欠損を補う補強が必要になったりしていた。これに対して、材端部１２を短くすることで設備配管２２との干渉が起きなくなれば、従来のような処理が不要になって容易に施工することができる。また、より材端部１２側に近付けた配管にしたり別の配管も並設させたりするなど、設備設計の自由度を上げることができる。
【００７３】
以上に述べたように本実施の形態の複合構造梁１は、境界プレート４と鉄骨３とを力学的に一体化させない。ここで、構造設計とは、「設計対象に作用する力（入力）」が「設計対象の対荷能力（キャパシティ）」を下回る、換言すると入力／キャパシティが１より小さくなるようにすることである。上述した境界プレートａ４と鉄骨ａ３とを溶接ａ４１によって力学的に一体化させる従来の複合構造梁ａ１０の設計は、設計対象（材端部ａ１２）に作用する力（入力）をできるだけ小さくしようとする設計思想である。
【００７４】
これに対して、境界プレート４と鉄骨３とを力学的に一体化させない本実施の形態の複合構造梁１は、設計対象（材端部１２）の対荷能力（キャパシティ）をできるだけ大きくすることによって、入力／キャパシティを１より小さくするという設計思想といえる。
【００７５】
そして、境界プレート４と鉄骨３とを力学的に一体化させないことによって、上述したように境界プレート４を薄くして簡素化することができる。例えば、鉄骨３と境界プレート４との間に隙間４１を設けることによって、境界プレート４と鉄骨３との間の縁が切れるので、確実に力学的に一体化させない構造にすることができる。
【００７６】
また、溶接をする必要がなければ、溶接に向いていない材料であっても境界プレート４や鉄骨３に使用できるようになるので、材料の選択幅も広くなる。例えば、「ＳＭ490Ａ」と呼ばれる鋼材と「ＳＭ490Ｂ」と呼ばれる鋼材とは、強度性能は同じであるが、溶接性能に違いがある。溶接性能の良い「ＳＭ490Ｂ」は材料費が高いうえに入手が難しい場合もあるが、「ＳＭ490Ａ」であれば材料費が安いうえに入手が容易なため、境界プレート４や鉄骨３を溶接性能の低い材料によって形成できるメリットは大きいといえる。
【００７７】
さらに、溶接をしなければ、鉄骨３及び境界プレート４を溶接の熱によって劣化させることもない。また、溶接作業が不要となるため、そのコストも削減することができる。
【００７８】
さらに、コンクリート８を打設するための中央部１１と材端部１２との境界の型枠は、境界プレート４に兼用させることができるので、型枠の設置や撤去などの作業を省略することができる。
【００７９】
また、主筋５Ａ−５Ｆの先端５２が境界プレート４を貫通してナット５１，５１ａによって固定される構成であれば、主筋５Ａ−５Ｆの先端５２を境界プレート４に確実に固定することができる。また、この固定方法であれば、主筋５Ａ−５Ｆの端部を溶接などの熱によって劣化させることもない。
【実施例１】
【００８０】
以下、前記実施の形態の複合構造梁１とは別の形態の複合構造梁１Ａ，１Ｂについて、図６を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。
【００８１】
前記実施の形態では、鉄骨３のＨ形鋼材の外形に合わせた穴がくり抜かれた境界プレート４を配置した複合構造梁１の構成について説明したが、図６（ａ）では、鉄骨３を貫通させる長方形の穴が設けられた境界プレート４Ａを配置した形態について説明する。
【００８２】
この図６（ａ）は、前記実施の形態の複合構造梁１でいえば図１のＡ−Ａ矢視方向で見た断面図（図３（ａ））と同じ位置の断面図である。そして、この複合構造梁１Ａに使用される鋼材も前記実施の形態の複合構造梁１と同じ鉄骨３である。
【００８３】
一方、境界プレート４Ａは、材端部１２の端面１２ａよりも一回り小さな長方形の鋼板によって形成される。そして、この鋼板の中央に、フランジ３１，３２の幅より僅かに広い短辺と、ウエブ３３の長さにフランジの３１，３２の厚さを加えた長さより僅かに長い長辺を有する長方形の穴が形成される。
【００８４】
このため、境界プレート４Ａとウエブ３３との間の隙間４１Ａは、前記実施の形態の複合構造梁１の隙間４１に比べて広い。すなわち、境界プレート４Ａは、鉄骨３の外周を囲繞するように配置されているが、鉄骨３との間には比較的大きな隙間４１Ａが確保される。
【００８５】
この境界プレート４Ａには、すべての主筋５Ａ−５Ｃがナット５１を介して固定されている。なお、前記実施の形態の複合構造梁１とこの複合構造梁１Ａとは配筋が異なっているが、配筋は材端部１２の設計に応じて決められるものなので、いずれの配筋にも限定されるものではなく、単なる例示である。また、以下の説明においても同様である。
【００８６】
このように構成された複合構造梁１Ａは、鉄骨３を貫通させる穴が長方形という単純な形状になっているため加工がしやすい。このようにより簡素な構成の境界プレート４Ａを配置しただけでも、引張主筋（主筋５Ａ，５Ｃ）と圧縮主筋（主筋５Ｂ）とに跨って配置される板部分が圧縮束ＦＣの反力板として機能するので、材端部１２のキャパシティを大きくすることができる。
【００８７】
一方、図６（ｂ）に示した複合構造梁１Ｂは、鋼材として四角筒状の角形鋼管３Ａを使用している。なお、ここでは梁として説明するが、正方形断面の角形鋼管３Ａのように、全周において力の入力方向に制限がない鋼材を使用するのであれば、配筋をそれに合わせることで柱などの構造体にも適用できる。
【００８８】
そして、境界プレート４Ｂは、材端部１２の端面１２ａよりも一回り小さな長方形の鋼板の中央に、角形鋼管３Ａの外形よりも一回り大きな長方形の穴をくり抜くことによって形成される。
【００８９】
この境界プレート４Ｂと角形鋼管３Ａの外周面との間には、隙間４１Ｂが確保される。すなわち、境界プレート４Ｂと角形鋼管３Ａとは、力学的に一体化されない。
【００９０】
このように鋼材に角形鋼管３Ａを使用する場合にも、その外周を囲繞する境界プレート４Ｂを配置することによって、引張主筋（主筋５Ａ，５Ｃ）と圧縮主筋（主筋５Ｂ，５Ｄ）とに跨って配置される板部分が圧縮束ＦＣの反力板として機能するので、材端部１２のキャパシティを大きくすることができる。
【００９１】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。
【実施例２】
【００９２】
以下、前記実施の形態又は実施例１の複合構造梁１，１Ａ，１Ｂとは別の形態の複合構造梁１Ｃ，１Ｄについて、図７を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。
【００９３】
実施例２では、鋼材（鉄骨３、角形鋼管３Ａ）を挟んで複数の部分に分割される境界プレート９Ａ，９Ｂについて説明する。また、実施例２では、常時荷重を想定して、複合構造梁１Ｃ，１Ｄの上側の主筋５Ａ，５Ｃが引張主筋として、下側の主筋５Ｂ（，５Ｄ）が圧縮主筋として機能する場合について説明する。
【００９４】
図７（ａ）に示した複合構造梁１Ｃは、鉄骨３を挟んだ左右に上下方向が長手方向となる矩形板９１，９１がそれぞれ配置される。すなわち、２枚の矩形板９１，９１によって境界プレート９Ａは構成される。
【００９５】
そして、各矩形板９１には、上部に引張主筋（主筋５Ａ，５Ｃ）がナット５１を介して固定され、下部に圧縮主筋（主筋５Ｂ）がナット５１を介して固定される。
【００９６】
各矩形板９１と鉄骨３のウエブ３３との間には、隙間９１Ａが確保されて力学的に一体化されない。また、この複合構造梁１Ｃでは、材端部１２の一部の主筋５Ｂは境界プレート９Ａに固定されない。
【００９７】
このように引張主筋（主筋５Ａ，５Ｃ）と圧縮主筋（主筋５Ｂ）とに跨って矩形板９１を配置するだけでもアーチ機構の反力板として機能し得るので、材端部１２のキャパシティを大きくすることができる。
【００９８】
一方、図７（ｂ）に示した複合構造梁１Ｄは、角形鋼管３Ａを挟んだ左右に上下方向が長手方向となる帯板９２，９２がそれぞれ配置される。すなわち、２枚の帯板９２，９２によって境界プレート９Ｂは構成される。
【００９９】
そして、各帯板９２には、上部に引張主筋（主筋５Ａ，５Ｃ）がナット５１を介して固定され、下部に圧縮主筋（主筋５Ｂ，５Ｄ）がナット５１を介して固定される。
【０１００】
また、各帯板９２と角形鋼管３Ａの外周面との間には、隙間９２Ａが確保されて力学的に一体化されない。さらに、この複合構造梁１Ｄでは、材端部１２の一部の主筋５Ａ，５Ｂは境界プレート９Ｂに固定されない。
【０１０１】
このように引張主筋（主筋５Ａ，５Ｃ）と圧縮主筋（主筋５Ｂ，５Ｄ）とに跨って帯板９２を配置するだけでもアーチ機構の反力板として機能し得るので、材端部１２のキャパシティを大きくすることができる。
【０１０２】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【０１０３】
以下、前記実施の形態又は他の実施例の複合構造梁１，１Ａ−１Ｄとは別の形態の複合構造梁１Ｅについて、図８を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は他の実施例で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。
【０１０４】
前記実施の形態で説明した複合構造梁１は、鉄骨３の終端３ｃが柱２１から少し離れた材端部１２の内部に埋設されていた。この実施例３で説明する複合構造梁１Ｅは、図８に示すように、中央部１１Ｅと材端部１２Ｅの長さは複合構造梁１（図１）と同じであるが、鋼材としての鉄骨３Ｂの終端３ｃが材端部１２Ｅから突出して柱２１の内部に埋設されている。
【０１０５】
このように、材端部１２Ｅを接合させる柱２１の内部に鉄骨３Ｂの終端３ｃを埋設すれば、終端３ｃが大きな抵抗力を備えた鉄筋コンクリートの塊の中に埋め込まれることになるため、この位置の支圧反力が充分に確保される。よって、終端３ｃ付近には上述したような集中補強筋７を配置する必要はなく、省略することができる。
【０１０６】
なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は他の実施例と略同様であるので説明を省略する。
【０１０７】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【０１０８】
例えば、前記実施の形態では、鉄筋コンクリート構造の柱２１に複合構造梁１を接合した梁柱構造物２について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば鉄筋コンクリート構造の壁に複合構造梁１を接合した建築物であってもよい。
【０１０９】
さらに、前記実施の形態及び実施例では、複合構造体として複合構造梁１，１Ａ−１Ｅについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば柱脚が材端部となる複合構造柱であってもよい。
【０１１０】
また、前記実施の形態及び実施例では、境界プレート４，４Ａ，４Ｂ，９Ａ，９Ｂを貫通させた主筋５Ａ−５Ｆの先端５２をナット５１，５１ａで固定する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、境界プレート４，４Ａ，４Ｂ，９Ａ，９Ｂの材端部１２側の面に溶接で固定したナットに締結させたり、主筋の先端を境界プレート４，４Ａ，４Ｂ，９Ａ，９Ｂに溶接で直接固定したりする構成であってもよい。
【０１１１】
さらに、前記実施の形態及び実施例１では、境界プレート４，４Ａ，４Ｂを一枚の鋼板で製作するように説明したが、これに限定されるものではなく、複数の鋼板を組み合わせて製作することもできる。
【符号の説明】
【０１１２】
１，１Ａ−１Ｅ  複合構造梁（複合構造体）
１１，１１Ｅ    中央部
１２，１２Ｅ    材端部
２              梁柱構造物（建築物）
２１            柱（材端部に接合させる部材）
３，３Ｂ        鉄骨（鋼材）
３Ａ            角形鋼管（鋼材）
３１，３２      フランジ
３３            ウエブ
３ｃ            終端
４，４Ａ，４Ｂ  境界プレート
４１，４１Ａ，４１Ｂ  隙間
５Ａ−５Ｆ      主筋
５１，５１ａ    ナット
５２            先端
６              せん断補強筋
７              集中補強筋
８              コンクリート
９Ａ，９Ｂ      境界プレート
９１            矩形板
９１Ａ          隙間
９２            帯板
９２Ａ          隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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