(57)【要約】【課題】使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができるＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造を提供する。【解決手段】下方のＣＦＴ柱２と上方のＲＣ柱３とを接合するための構造Ａであって、ＣＦＴ柱２の上端部に、鋼管５を上方に延出させた形で形成されるとともに内面から内側に突出する補剛部９を備えてなる根巻鋼管部６を設け、ＲＣ柱３の主筋７を根巻鋼管部６の内部に挿入するとともに根巻鋼管部６の内部にコンクリート８を打設充填して構成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下方のＣＦＴ柱と上方のＲＣ柱とを接合するための構造であって、
前記ＣＦＴ柱の上端部に、鋼管を上方に延出させた形で形成された根巻鋼管部が設けられ、
前記ＲＣ柱の主筋が前記根巻鋼管部の内部に挿入されるとともに、前記根巻鋼管部の内部にコンクリートが打設充填されていることを特徴とするＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造。
【請求項２】
前記根巻鋼管部は、内面から内側に突出する補剛部を備えることを特徴とする請求項１に記載のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造。
【請求項３】
請求項２記載のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造において、
応力伝達に関する条件として、
曲げモーメントの分担要素を、前記ＲＣ柱の反曲点高さから前記根巻鋼管部の頂部の切替え高さまでのＲＣ柱部と、前記切替え高さから前記ＣＦＴ柱に接続される直下の梁の上端までの第１テコ部と、前記補剛部から前記根巻鋼管部の底部までの第２テコ部とに区分し、
前記第１テコ部及び前記第２テコ部の曲げ応力と付加せん断力が下記の式（１）〜式（５）を満たすように設置されていることを特徴とするＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造。
【数１】
2019138137.tif 000011
【数２】
2019138137.tif 000012
【数３】
2019138137.tif 000013
【数４】
2019138137.tif 000014
【数５】
2019138137.tif 000015
ここに、ａは切替え高さから反曲点高さまでの距離、Ｍ１は根巻鋼管部の底部高さ位置の曲げモーメント、Ｑは反曲点高さ位置のせん断力、ｈ１は切替え高さから補剛部までの距離、ｈｅは根巻鋼管部から切替え高さまでの距離、ｈ２は根巻鋼管部の底部からＣＦＴ柱に接続される直下の梁の上端までの距離、ｈ０はＣＦＴ柱に接続される直下の梁の上端から補剛部までの距離、Ｒ１は補剛部高さ位置のせん断力、Ｒ２はＣＦＴ柱に接続される直下の梁の上端高さ位置のせん断力である。
【請求項４】
前記ＲＣ柱の主筋の下端部には、該主筋を前記根巻鋼管部の内部のコンクリートに定着させる定着板が設けられている請求項１から３のいずれか一項に記載のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造。
【請求項５】
上下方向に延び、前記根巻鋼管部と前記ＲＣ柱との境界部をまたがって配置された補強筋を有する請求項１から４のいずれか一項に記載のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、重層物流施設では、低層階に階高１０ｍを超える階を設け、その中に重層且つ複雑なマテハン架台を備えて倉庫設備を構成したものが提案、実用化されている。
【０００３】
一方で、階高１０ｍを超える高階高ＲＣ柱を計画することは、コンクリート打設方法やＰＣ化の重量などの技術的困難さにより事実上適用が難しい。また、マテハン架台のための複雑な鉄骨取合い、マテハン乗り入れ時期の前倒し・工程確保に伴う高階高の層の短工期化の要請などの技術的困難さによってもやはり適用が難しい。
【０００４】
これに対し、高階高の低層階をＣＦＴ柱で構成し、低層階のＣＦＴ柱（コンクリート充填鋼管柱）と上層階のＲＣ柱（鉄筋コンクリート柱）とを接合することにより、上記課題を解決することができ得る。
【０００５】
また、ＲＣ柱とＣＦＴ柱とを接合する構造／工法としては、ＣＦＴ柱からＲＣ柱への切替えを層単位で行うものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この構造／工法では、ＣＦＴ柱を備える下層部とＲＣ柱を備える上層部との間に境界層が形成され、ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合部であるこの境界層に上下の梁間にわたって延在する鋼管が配設される。そして、鋼管内にコンクリートが充填されるとともに上層部のＲＣ柱から延在する柱主筋が挿入され、さらに、境界層の柱のうちの柱頭部には、複数の柱主筋を囲う帯筋が配筋されるとともに境界層の柱のうちの柱頭部よりも下方の部分の鋼管の内周面にスタッドが突設されている。
【０００７】
ＲＣ柱にＣＦＴ柱を接合する他の構造／工法として、ＣＦＴ柱の鋼管の下端にベースプレートを設け、ベースプレートをＲＣ柱のコンクリート部の上端面の上に載せてＣＦＴ柱を立設し、ＲＣ柱のコンクリート部内に定着したアンカーボルトを介してベースプレートをコンクリート部に固定するものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２００６号公報
【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、上記従来の境界層に鋼管を配設する構造／工法においては、境界層の柱全体、すなわち層単位でＣＦＴ柱からＲＣ柱への切替えを行うため、使用鋼材量が非常に多くなるという問題がある。
【００１０】
また、上記従来のベースプレートをＲＣ柱のコンクリート部の上端面の上に載せてＣＦＴ柱を立設する構造／工法においては、ＲＣ柱のコンクリート部を打設する前にアンカーボルトを所定位置に配置したり、ベースプレートとアンカーボルトとをナットなどで締結したりする必要があり、現場作業が煩雑で多大な労力と時間を要するという問題がある。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑み、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができるＣＦＴ柱とＲＣ柱の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】
【００１２】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１３】
本発明のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造は、下方のＣＦＴ柱と上方のＲＣ柱とを接合するための構造であって、前記ＣＦＴ柱の上端部に、鋼管を上方に延出させた形で形成された根巻鋼管部が設けられ、前記ＲＣ柱の主筋が前記根巻鋼管部の内部に挿入されるとともに、前記根巻鋼管部の内部にコンクリートが打設充填されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造においては、従来と比較し、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができ、ＣＦＴ柱とＲＣ柱を接合する施工性、経済性を大幅に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造を備えた重層物流施設を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造（接合部）のモーメント分担、設計用応力を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造（接合部）を用いた施工方法を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態の変形例に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造を示す図である。
【図７】構造性能確認実験で用いられた試験体Ｎｏ．１の構成を示す（ａ）立面図であり、（ｂ）図７（ａ）のＡ−Ａ’線断面図であり、（ｃ）図７（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図８】構造性能確認実験で行った加力サイクルを示す図である。
【図９】試験体Ｎｏ．１のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント−部材変形角関係（せん断力−部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図１０】試験体Ｎｏ．２のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント−部材変形角関係（せん断力−部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図１１】試験体Ｎｏ．３のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント−部材変形角関係（せん断力−部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図１２】試験体Ｎｏ．４のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント−部材変形角関係（せん断力−部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図１３】試験体Ｎｏ．５のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント−部材変形角関係（せん断力−部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図１４】試験体Ｎｏ．６のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント−部材変形角関係（せん断力−部材変形角関係も併記）を示す図である。
【図１５】試験体Ｎｏ．１における破壊状況を示す写真であり、（ａ）Ｒ＝＋１．０％の時を示し、（ｂ）＋５．０％（最終破壊）時を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１から図５を参照し、本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造について説明する。
【００１７】
はじめに、本実施形態では、例えば図１に示すように、本発明のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａが重層物流施設の倉庫１の架構に適用されるものとして説明を行う。
また、この倉庫１は、例えば、低層階に階高１０ｍを超える階を設け、その中に重層且つ複雑なマテハン架台を備えて構成されている。さらに、高階高の下層部１ａをＣＦＴ柱２を備えたＣＦＴ構造、上層部１ｂをＲＣ柱３と鉄骨梁４を組み合わせたハイブリッド架構を備えたＲＣＳＳ構造として構成されている。
【００１８】
なお、本発明のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａは、重層物流施設（１）への適用だけでなく、例えば、ＣＦＴ構造の低層部（下層部１ａ）をオフィスや商業施設、ＲＣＳＳ構造やＲＣ構造の高層部（上層部１ｂ）を住宅・ホテルを有する複合施設とする施設に採用してもよく、下層部１ａにＣＦＴ柱２を備え、上層部１ｂにＲＣ柱３を備えていれば、特にその適用対象を限定する必要はない。
【００１９】
一方、本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａは、図２及び図３に示すように、下層部１ａのＣＦＴ柱２の鋼管５をＣＦＴ柱２の頂部２ａから根巻きレベル程度（約１．５ｍ程度）上方に延出させ、その鋼管５の延出部分である根巻鋼管部６の内部に上層部１ｂのＲＣ柱３の主筋７を挿入するとともにコンクリート８を打設充填して定着させるように構成されている。
【００２０】
また、根巻鋼管部６の頂部６ａ側は、根巻鋼管部６の内面から内側に突出し周方向に延びて繋がる環状のリブプレートが補剛部９として設けられ、このリブプレートによって根巻鋼管部６を補剛し、面外変形を抑制するようにしている。さらに、図３に示すように、根巻鋼管部６に挿入される部分のＲＣ柱３の主筋７の下端部７ｄには、定着板１０が取り付けられている。これにより、主筋７と根巻鋼管部６内部のコンクリート８とが一体化するため、変形の漸増に伴って根巻鋼管部６内部のコンクリート８から主筋７が抜け出すことを防ぐとともに、根巻鋼管部６内部のコンクリート８のせん断耐力が確実に確保される。
【００２１】
さらに、本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａは、下記の応力伝達に関する条件を満たすように構成されている。
【００２２】
まず、図３、図４に示すように、曲げモーメントの分担要素を、ＲＣ柱３の反曲点高さから根巻鋼管部６の頂部６ａの切替え高さまでのＲＣ柱部と、切替え高さからＣＦＴ柱２に接続される直下の梁４の上端までの第１テコ部と、リブプレートによる補剛部９から根巻鋼管部６の底部６ｂまでの第２テコ部とに区分する。
【００２３】
そして、図４、表１に示すように、各要素の設計用応力を設定する。なお、軸力は鉄筋コンクリート部分でのみ伝達し、テコ部の鋼管６では軸力を負担しない。
【００２４】
【表１】
2019138137.tif 000003
【００２５】
また、テコ部の曲げ応力と付加せん断力を図４及び式（１）〜式（５）のように設定する。
【００２６】
ここに、ａは切替え高さから反曲点高さまでの距離、Ｍ１は根巻鋼管部６の底部６ｂ高さ位置の曲げモーメント、Ｑは反曲点高さ位置のせん断力、ｈ１は切替え高さから補剛部９までの距離、ｈｅは根巻鋼管部６から切替え高さまでの距離、ｈ２は根巻鋼管部６の底部６ｂからＣＦＴ柱２に接続される直下の梁４の上端までの距離、ｈ０はＣＦＴ柱２に接続される直下の梁４の上端から補剛部９までの距離、Ｒ１は補剛部高さ位置のせん断力、Ｒ２はＣＦＴ柱２に接続される直下の梁４の上端高さ位置のせん断力である。
【００２７】
【数１】
2019138137.tif 000004
【００２８】
【数２】
2019138137.tif 000005
【００２９】
【数３】
2019138137.tif 000006
【００３０】
【数４】
2019138137.tif 000007
【００３１】
【数５】
2019138137.tif 000008
【００３２】
なお、本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａは、その適用範囲を以下のａ）〜ｇ）、表２のように設定することが望ましい。
ａ）高さ６０ｍ以下の建物に適用する。
ｂ）地震時に引抜力が発生する柱には適用しない。
ｃ）ＲＣ柱及びＣＦＴ柱には正方形断面の部材を使用する。
ｄ）ＲＣ柱とＣＦＴ柱は芯合わせとし、偏心は許容しない。
ｅ）当該接合柱に直接ブレースは取付けない。
ｆ）接合材料、被接合材料の材料規格や形状・寸法・板厚等の適用範囲は表１を基本とする。
ｇ）本接合部及び接合部脚部での降伏ヒンジは許容しない。
【００３３】
【表２】
2019138137.tif 000009
【００３４】
次に、本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａを用いて下層部１ａのＣＦＴ柱２と上層部１ｂのＲＣ柱３を接合施工する方法の一例について説明する。
【００３５】
まず、図５（ａ）に示すように、リブプレート（補剛部９）、根巻鋼管部６を頂部２ａに溶接するなどして一体に備えたＣＦＴ柱２の鋼管５を所定位置に建て込む。
【００３６】
図５（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、ＣＦＴ柱２の鋼管５に端部をボルト接合して鉄骨梁４を架設し、鉄骨梁４に支持させつつデッキプレート１１を敷き込み、スラブ筋１２を配筋する。
【００３７】
次に、図５（ｄ）、図５（ｅ）に示すように、根巻鋼管部６を除くＣＦＴ柱２の鋼管５の内部にコンクリート８を打設充填するとともに、スラブコンクリート１３を打設する。
【００３８】
図５（ｆ）に示すように、上下の所定位置にドーナツスペーサ１４、四隅にガイドアングル１５を取り付けたＲＣ柱３の鉄筋ユニット１６を揚重機で吊り上げ、下端部側を根巻鋼管部６の内部に挿入して鉄筋ユニット１６を建て込む。また、図５（ｇ）に示すように、ＲＣ柱３の型枠１７を支保工で支持させつつ根巻鋼管部６の上方に設置する。
【００３９】
次に、図５（ｈ）に示すように、ＲＣ柱３のコンクリート８を打設するとともに根巻鋼管部６の内部にコンクリート８を打設する。コンクリート８が所定の強度を発現した段階で型枠１７を取り外すことにより、ＣＦＴ柱２とＲＣ柱３が本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａで一体に接続して構築される。
【００４０】
したがって、上記構成からなる本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａにおいては、従来と比較し、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができ、ＣＦＴ柱２とＲＣ柱３を接合する施工性、経済性を大幅に向上させることが可能になる。
【００４１】
本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａにおいては、上記の式（１）〜式（５）の条件を満たすように構成されていることで、施工性、経済性に加え、信頼性の高い接合部を実現することができる。
【００４２】
さらに、本実施形態においては、ＲＣＳＳ構法にしたエリアの分だけ、躯体費用（鉄骨数量）を削減することが可能になる。さらに、ＣＦＴ構造の高階高の層だけを先行して建方が行えるため、下層エリアのマテハン工期を確保できる。
【００４３】
また、ＲＣ柱３の主筋７の下端部７ｄには定着板１０が取り付けられているため、変形の漸増に伴う根巻鋼管部６内部のコンクリート８からの主筋７の抜け出しを防ぐとともに、根巻鋼管部６内部のコンクリート８のせん断耐力が確実に確保される。
【００４４】
（変形例）
次に、上記に示す実施形態の変形例について、主に図６を用いて説明する。
以下の変形例において、前述した実施形態で用いた部材と同一の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
図６に示すように、本変形例では、補強筋（主筋７とは異なる主筋）１８が設けられている。補強筋１８は、上下方向に延びている。補強筋１８は、根巻鋼管部６とＲＣ柱３との境界部Ｐをまたがって配置されている。
【００４５】
補強筋１８の下部は、根巻鋼管部６の内部に配置されている。補強筋１８の下端部１８ｄは、主筋７の下端部７ｄよりも上方に配置されている。補強筋１８の下端部１８ｄには、定着板１９が取り付けられている。定着版１９は、主筋７とコンクリート８とを一体化させるものである。なお、補強筋１８の定着位置は、主筋７の下端部７ｄの高さ位置までとしてもよい。
【００４６】
補強筋１８の上部は、ＲＣ柱３の内部に配置されている。補強筋１８の上端部１８ｕは、主筋７の上端部（不図示）よりも下方に配置されている。
【００４７】
境界部Ｐから補強筋１８の下端部１８ｄまでの長さ及び境界部Ｐから補強筋１８の上端部１８ｕまでの長さは、コンクリート強度と鉄筋強度により設定され、例えばそれぞれ補強筋１８の径の５０倍程度である。
【００４８】
本変形例では、上記の実施形態で示すリブプレート（補剛部９）は設けられていない。
【００４９】
上記に示すＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａ１おいては、従来と比較し、使用鋼材量を削減でき、且つ、現場作業を軽減することができ、ＣＦＴ柱２とＲＣ柱３を接合する施工性、経済性を大幅に向上させることが可能になる。
【００５０】
次に、上記に示す実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａの構造性能確認実験結果について説明する。
本実験は、高階高の低層階の柱をＣＦＴ造とし，上層の階高の途中でＲＣ柱に切り替えるＣＦＴ柱−ＲＣ柱について構造性能確認実験を行い、想定している耐力式の妥当性を検証するものである。
【００５１】
試験体諸元を表３に示し、試験体図（代表例として試験体Ｎｏ．１のみ）を図７に示す。
【００５２】
【表３】
2019138137.tif 000010
【００５３】
加力方法は、加力点水平変位を制御することにより、図８に示す加力サイクルにしたがい、一定軸力（軸力比η＝０，＋０．１５，＋０．４）下における正負交番繰返しせん断加力を与える。
【００５４】
各試験体のＣＦＴ柱脚部曲げモーメント−部材変形角関係（せん断力−部材変形角関係も併記）を図９〜図１４に示す。また、代表例として試験体Ｎｏ．１におけるＲ＝＋１．０％，５．０％（最終破壊）時の破壊状況を図１５に示す。
【００５５】
図１５では、代表例として試験体ＮＯ．１の破壊状況を示しているが、他の試験体ＮＯ．２〜６においても試験体ＮＯ．１と同様に、根巻鋼管部６とＲＣ柱３との境界部Ｐ近傍の最外縁の主筋７が降伏し、境界部Ｐよりも上方（ＲＣ柱３）のコンクリートが剥落した。ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造Ａにおいては、上記の式（１）〜式（５）の条件を満たすように構成されていることで、根巻鋼管部６内部のコンクリート８がせん断破壊しないことを確認した。試験体Ｎｏ.６のように、根巻鋼管部６を含めてＣＦＴ柱２の内部にせん断補強筋が設けられていない構成であっても、根巻鋼管部６内部のコンクリート８はせん断破壊に至らなかった。
【００５６】
図１３に示すように、試験体Ｎｏ.５では軸力を無しとしているため、履歴ループ面積が小さく、エネルギー吸収能が低い結果となっている。
【００５７】
以上、本発明に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００５８】
１    重層物流施設（倉庫）
１ａ  下層部
１ｂ  上層部
２    ＣＦＴ柱
２ａ  頂部
３    ＲＣ柱
４    鉄骨梁
５    鋼管
６    根巻鋼管部
６ａ  頂部
６ｂ  底部
７    主筋
８    コンクリート
９    補剛部
１０  定着板
１１  デッキプレート
１２  スラブ筋
１３  スラブコンクリート
１４  ドーナツスペーサ
１５  ガイドアングル
１６  鉄筋ユニット
１７  型枠
Ａ    ＣＦＴ柱とＲＣ柱の接合構造
【図１】
2019138137.tif 000016
【図２】
2019138137.tif 000017
【図３】
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【図４】
2019138137.tif 000019
【図５】
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【図６】
2019138137.tif 000021
【図７】
2019138137.tif 000022
【図８】
2019138137.tif 000023
【図９】
2019138137.tif 000024
【図１０】
2019138137.tif 000025
【図１１】
2019138137.tif 000026
【図１２】
2019138137.tif 000027
【図１３】
2019138137.tif 000028
【図１４】
2019138137.tif 000029
【図１５】
2019138137.tif 000030