(57)【要約】      （修正有）【課題】使用鋼材量を削減できるＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造を提供する。【解決手段】ＣＦＴ柱と該ＣＦＴ柱の上方に配置されたＲＣ柱とを接合するＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造であって、ＣＦＴ柱の上端部に、鋼管を上方に延出させるように形成された接合鋼管が設けられ、ＲＣ柱の主筋が接合鋼管の内部に挿入されるとともに、接合鋼管の内部にコンクリートが充填され、接合鋼管の上端部には、内面から内側に突出する補剛部が設けられ、主筋の下端部には、定着板が設けられ、接合鋼管脚部に作用するコンクリート支圧力ＮＢＳ及び接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げ戻し応力ＭＢＳが、下記の条件式（１），（２）で表されているＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造。［数１］2022000557.tif 000049【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＦＴ柱と該ＣＦＴ柱の上方に配置されたＲＣ柱とを接合するＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造であって、
前記ＣＦＴ柱の上端部に、鋼管を上方に延出させるように形成された接合鋼管が設けられ、
前記ＲＣ柱の主筋が前記接合鋼管の内部に挿入されるとともに、前記接合鋼管の内部にコンクリートが充填され、
前記接合鋼管の上端部には、内面から内側に突出する補剛部が設けられ、
前記主筋の下端部には、定着板が設けられ、
前記接合鋼管脚部に作用するコンクリート支圧力ＮＢＳ及び前記接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げ戻し応力ＭＢＳが、下記の条件式（１），（２）で表されていることを特徴とするＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造。
【数１】
2022000557.tif 000042
【数２】
2022000557.tif 000043
【請求項２】
接合鋼管の設計用曲げモーメントＳＭＤ、接合鋼管の設計用軸力ＳＮＤ及び接合鋼管の設計用せん断力ＳＱＤが、下記の条件式（３）〜（７）で表されていることを特徴とする請求項１に記載のＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造。
【数３】
2022000557.tif 000044
【数４】
2022000557.tif 000045
【数５】
2022000557.tif 000046
【数６】
2022000557.tif 000047
【数７】
2022000557.tif 000048
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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化とした場合には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、高階高の低層部をＣＦＴ柱で構成し、低層部のＣＦＴ柱（コンクリート充填鋼管柱）と上層部の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柱と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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【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】
【０００８】
しかしながら、上記従来の境界層に鋼管を配設する構造においては、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。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、使用鋼材量を削減できるＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造を提供する。
【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、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造は、ＣＦＴ柱と該ＣＦＴ柱の上方に配置されたＲＣ柱とを接合するＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造であって、前記ＣＦＴ柱の上端部に、鋼管を上方に延出させるように形成された接合鋼管が設けられ、前記ＲＣ柱の主筋が前記接合鋼管の内部に挿入されるとともに、前記接合鋼管の内部にコンクリートが充填され、前記接合鋼管の上端部には、内面から内側に突出する補剛部が設けられ、前記主筋の下端部には、定着板が設けられ、前記接合鋼管脚部に作用するコンクリート支圧力ＮＢＳ及び前記接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げ戻し応力ＭＢＳが、下記の条件式（１），（２）で表されていることを特徴とする。
【数１】
2022000557.tif 000002
【数２】
2022000557.tif 000003
【００１１】
このように構成されたＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造では、接合鋼管脚部に作用するコンクリート支圧力ＮＢＳ及び接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げ戻し応力ＭＢＳを条件式（１），（２）で表すように設計することで、層単位でＣＦＴ柱からＲＣ柱へ切替える必要がなく、部分的に切替えることができ、使用鋼材量を削減することができる。例えば、マテハン（マテリアルハンドリングの略称で、原材料から完成品の全ての移動にかかわる取扱いのこと）工期の確保が可能となる。
【００１２】
また、本発明に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造は、接合鋼管の設計用曲げモーメントＳＭＤ、接合鋼管の設計用軸力ＳＮＤ及び接合鋼管の設計用せん断力ＳＱＤが、下記の条件式（３）〜（７）で表されていることを特徴とする。
【数３】
2022000557.tif 000004
【数４】
2022000557.tif 000005
【数５】
2022000557.tif 000006
【数６】
2022000557.tif 000007
【数７】
2022000557.tif 000008
【００１３】
このように構成されたＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造では、接合鋼管の設計用曲げモーメントＳＭＤ、接合鋼管の設計用軸力ＳＮＤ及び接合鋼管の設計用せん断力ＳＱＤを条件式（３）〜（７）で表すように設計することで、層単位でＣＦＴ柱からＲＣ柱への切替える必要がなく、部分的に引替えることができ、使用鋼材量を削減することができる。例えば、マテハン工期の確保が可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造によれば、使用鋼材量を削減できる。例えば、マテハン（マテリアルハンドリングの略称で、原材料から完成品の全ての移動にかかわる取扱いのこと）工期の確保が可能となる。
【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柱との接合構造を示す図である。
【図２】（ａ）図１のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）図１のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）Ｃ−Ｃ線断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造の応力伝達機構を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造におうて、接合鋼管脚部におけるコンクリートの応力度を示す図である。
【図５】回帰分析評価結果と実験結果との比較を示す。
【図６】全体変形角Ｒ（０〜１．０％）と接合鋼管の変形角ＲＳとの関係を示し、（ａ）は試験体Ｎｏ．２であり、（ｂ）は試験体Ｎｏ．４であり、（ｃ）は試験体Ｎｏ．５であり、（ｄ）は試験体Ｎｏ．６であり、（ｅ）は試験体Ｎｏ．７である。
【図７】試験体Ｎｏ．１において、実験結果から算出した曲げモーメントと（解１３）式で算出した曲げモーメントとの比較を示し、（ａ）はＲ＝０．５％のときであり、（ｂ）はＲ＝１．０％のときである。
【図８】試験体Ｎｏ．２において、実験結果から算出した曲げモーメントと（解１３）式で算出した曲げモーメントとの比較を示し、（ａ）はＲ＝０．５％のときであり、（ｂ）はＲ＝１．０％のときである。
【図９】試験体Ｎｏ．３において、実験結果から算出した曲げモーメントと（解１３）式で算出した曲げモーメントとの比較を示し、（ａ）はＲ＝０．５％のときであり、（ｂ）はＲ＝１．０％のときである。
【図１０】試験体Ｎｏ．４において、実験結果から算出した曲げモーメントと（解１３）式で算出した曲げモーメントとの比較を示し、（ａ）はＲ＝０．５％のときであり、（ｂ）はＲ＝１．０％のときである。
【図１１】試験体Ｎｏ．５において、実験結果から算出した曲げモーメントと（解１３）式で算出した曲げモーメントとの比較を示し、（ａ）はＲ＝０．５％のときであり、（ｂ）はＲ＝１．０％のときである。
【図１２】試験体Ｎｏ．６において、実験結果から算出した曲げモーメントと（解１３）式で算出した曲げモーメントとの比較を示し、（ａ）はＲ＝０．５％のときであり、（ｂ）はＲ＝１．０％のときである。
【図１３】試験体Ｎｏ．７において、実験結果から算出した曲げモーメントと（解１３）式で算出した曲げモーメントとの比較を示し、（ａ）はＲ＝０．５％のときであり、（ｂ）はＲ＝１．０％のときである。
【図１４】ＲＳと設計式／実験式（接合鋼管内コンクリートのせん断応力度τｃ）を示す。
【図１５】ＲＳと設計式／実験式（接合鋼管のせん断応力度τｓ）を示す。
【図１６】ＲＳと設計式／実験式（接合鋼管の曲げ応力度σｓ）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態によるＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造について、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造を示す図である。図２は、（ａ）図１のＡ−Ａ線断面図であり、（ｂ）図１のＢ−Ｂ線断面図であり、（ｃ）Ｃ−Ｃ線断面図である。
【００１７】
図１及び図２に示す本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造２０は、例えば、重層物流施設の倉庫の架構等に適用される。倉庫は、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ＲＣＳ（柱ＲＣ梁鉄骨）構造として構成されている。
【００１８】
なお、ＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造２０は、重層物流施設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、ＲＣＳ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】
本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造２０では、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）上方に延出させている。鋼管５の延出部分である接合鋼管（根巻鋼管）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を打設充填され、主筋７がコンクリート８に定着している。
【００２０】
図２（ｃ）に示すように、接合鋼管６は、角筒状をなしている。接合鋼管６の頂部６ａ（図１参照）側は、接合鋼管６の上端部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として設けられている。補剛部９は、接合鋼管６の４辺に設けられている。補剛部９によって接合鋼管６を補剛し、面外変形を抑制するようにしている。
【００２１】
図１に示すように、接合鋼管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。定着板１０によって、主筋７と接合鋼管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接合鋼管６内部のコンクリート８から主筋７が抜け出すのを防ぐ。
【００２２】
次に、本実施形態のＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造２０における応力切替柱の設計方法を説明する。
図３は、ＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造２０の応力伝達機構を示す図である。
ここで、反曲点でのせん断力をＱｄとし、接合鋼管上端部のてこ反力をＲ１とし、接合鋼管脚部のてこ反力をＲＢＳとする。応力切替柱（接合鋼管６及びその内部とＲＣ柱との一体柱）の設計用軸力をＮｄとし、接合鋼管内面と接合鋼管内コンクリートとの摩擦および付着抵抗力をΔＮとし、接合鋼管脚部のコンクリート支圧力をＮＢＳとする。切り替え高さ（接合鋼管上端部）から反曲点までの距離をａとし、接合鋼管の高さをＨｓとし、ＮＢＳによる曲げ戻し応力をＭＢＳとする。応力切替柱の設計用せん断力をＱｄとし、接合鋼管上端部でのせん断力をＲ１とする。
ＲＣ柱の最大曲げモーメント（終局曲げ強度）ｒｃＭｄは、接合鋼管天端レベルに塑性ヒンジが形成されることで発揮され、接合鋼管の設計用曲げモーメントｓＭｄは接合鋼管脚部で最大になる。
【００２３】
ＲＣに関する外力および反力のつり合いから、式（８）〜（１０）が成り立つ。
【００２４】
【数８】
2022000557.tif 000009
【００２５】
【数９】
2022000557.tif 000010
【００２６】
【数１０】
2022000557.tif 000011
【００２７】
接合鋼管脚部に作用するコンクリート支圧力ＮＢＳが、式（１１）で表されるものとする。
【００２８】
【数１１】
2022000557.tif 000012
【００２９】
接合鋼管脚部に作用するコンクリート支圧力ＮＢＳによって接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げ戻し応力ＭＢＳが、式（１２）で表されるものとする。
【００３０】
【数１２】
2022000557.tif 000013
【００３１】
接合鋼管上端部のてこ反力Ｒ１は、式（１０）より式（１３）となる。接合鋼管脚部のてこ反力ＲＢＳは、式（８），（１３）より式（１４）となる。
【００３２】
【数１３】
2022000557.tif 000014
【００３３】
【数１４】
2022000557.tif 000015
【００３４】
接合鋼管の各設計用応力を式（１５）〜（１９）で定義する。
【００３５】
【数１５】
2022000557.tif 000016
【００３６】
【数１６】
2022000557.tif 000017
【００３７】
【数１７】
2022000557.tif 000018
【００３８】
【数１８】
2022000557.tif 000019
【００３９】
【数１９】
2022000557.tif 000020
【００４０】
次に、接合鋼管脚部に作用するコンクリート支圧力ＮＢＳ及びＮＢＳによって接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げ戻し応力ＭＢＳの算定方法について説明する。
【００４１】
接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げモーメントＭＢＳ（ｍＢＳ）から接合鋼管脚部軸力ＮＢＳ（ηＢＳ）への誘導を行う。
始めに断面が一体であると仮定し、ＭＢＳが作用した応力状態を考える（図４参照）。その後、引張応力を解放した場合における応力状態および軸力増分について検討する。なお、評価に際しては、曲げモーメントの増分はないものとする。
【００４２】
断面が一体であると仮定した応力状態における関係式は、式（２０）〜（２３）（解１〜４）に示すとおりである。
【００４３】
【数２０】
2022000557.tif 000021
【００４４】
【数２１】
2022000557.tif 000022
【００４５】
【数２２】
2022000557.tif 000023
【００４６】
【数２３】
2022000557.tif 000024
【００４７】
σｔが解放されても曲げモーメントの変化はないものと仮定し、α，βの関係を求めると、式（２４），（２５）（解５，６）となる。
【００４８】
【数２４】
2022000557.tif 000025
【００４９】
【数２５】
2022000557.tif 000026
【００５０】
軸力は式（２６）（解７）式で表され、これに（解６）式を代入してαを消去すると、軸力増分を表す式（２７）（解８）式が得られる。
【００５１】
【数２６】
2022000557.tif 000027
【００５２】
【数２７】
2022000557.tif 000028
【００５３】
軸力増分ΔＮＢＳ（ΔηＢＳ）の評価を行う。
【００５４】
【数２８】
2022000557.tif 000029
【００５５】
βも係数の一つとして回帰分析を行うために、便宜上の目的関数を（−η０’）とすると、式（２８）（解９）式は式（２９）(解１０)式で書き表される。
【００５６】
【数２９】
2022000557.tif 000030
【００５７】
ｍＢＳの評価を行う。
ｍＢＳは、（解８）式より式（３０）（解１１）式で書き表される。
【００５８】
【数３０】
2022000557.tif 000031
【００５９】
回帰分析に用いたパラメータと観測一覧を表１、回帰分析結果を表２、回帰分析評価結果と実験結果との比較を図５に示す。
【００６０】
【表１】
2022000557.tif 000032
【００６１】
【表２】
2022000557.tif 000033
【００６２】
回帰分析による評価結果は概ね実験結果と整合している。設計式としては、ばらつきを考慮してＭＢＳ（ｍＢＳ）の評価式に係数γ（０．８５）を乗じ、安全側の評価とする。
回帰分析結果から得れた値を（解９）式、（解１１）式に代入すると、ηＢＳ、ｍＢＳはそれぞれ式（３１），（３２）（解１２，１３）式となる。
【００６３】
【数３１】
2022000557.tif 000034
【００６４】
【数３２】
2022000557.tif 000035
【００６５】
全体変形角Ｒ（０〜１．０％）と接合鋼管の変形角ＲＳとの関係を図６に示す。各試験体とも、Ｒ＝０〜１．０％におけるＲＳは最大１／２２０で、ほぼ線形関係にある。なお、接合鋼管の応力度が許容応力度以内であることを実験により確認している。
【００６６】
（解１２）式、（解１３）式の妥当性をＲ＝０．５％，１．０％について回帰分析を行い、検討した。その結果、図６と併せて接合鋼管の非線形化による影響は微小であることが分かる。
実験から得られた接合鋼管のせん断力負担面に貼付した３軸ひずみゲージの値を用いて算定した接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げモーメントと（解１３）式で算定した接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げモーメントとの比較を図７〜図１３に示す。図７〜図１３において、横軸の「Ｍ」は「曲げモーメントＭ」を示し、図中の「ＭＲＣ」は「接合鋼管内コンクリートの負担曲げモーメント」を示し、「∫Ｑｓ・ｄｘ」は「接合鋼管の負担曲げモーメント」を示している。
（解１３）式で算定される曲げモーメントは実験から得られた曲げモーメントを安全側に評価できることが分かる。
【００６７】
ｋ＝１．０７の根拠は以下の式（３３），（３４）のとおりである。設計式の式（３３）は式（１１）より導いたものであり、実験式の式（３４）は（解１２）式より導いたものである。
【００６８】
【数３３】
2022000557.tif 000036
【００６９】
【数３４】
2022000557.tif 000037
【００７０】
式（３３）は、式（３４）からＲｓに関する項（Ｒｓ／Ｒｓ0）を除外し、右辺第５項の１．０７を定数項ｋとする簡略化を行っている。
ここでは、下記の表３に（１）〜（７）示す７変数の組み合わせ全２１６，０００ケースについて検討を行い、設計式と実験式の関係について比較した。
【００７１】
【表３】
2022000557.tif 000038
【００７２】
設計式および実験式を用いて下記の表４〜６に示す３つの応力度比を算定した。
【００７３】
【表４】
2022000557.tif 000039
【００７４】
【表５】
2022000557.tif 000040
【００７５】
【表６】
2022000557.tif 000041
【００７６】
その結果をＲＳと設計式／実験式の関係として図１４〜１６に示す。
【００７７】
検討結果を以下にまとめて列記する。
（１）接合鋼管内コンクリートのせん断応力度τｃおよび接合鋼管のせん断応力度τｓの設計式／実験式が常に１．０以上であることから、提案式によって部材の応力状態を安全側に評価することができる（図１４，１５）。
（２）接合鋼管の曲げ応力度σｓの設計式／実験式が常に１．０以下であることから、接合鋼管の設計用曲げモーメント、接合鋼管の設計用軸力を５％大きく評価する（式（１５）〜（１７））ことにより、部材の応力状態を安全側に評価することができる。
【００７８】
このように構成されたＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造では、接合鋼管脚部に作用するコンクリート支圧力ＮＢＳ及び接合鋼管脚部のコンクリート部分に作用する曲げ戻し応力ＭＢＳを条件式（１１），（１２）で表し、接合鋼管の設計用曲げモーメントＳＭＤ、接合鋼管の設計用軸力ＳＮＤ及び接合鋼管の設計用せん断力ＳＱＤを条件式（１５）〜（１９）で表すように設計することで、層単位でＣＦＴ柱２からＲＣ柱３へ切替える必要がなく、部分的に切替えることができ、使用鋼材量を削減することができる。
【００７９】
また、ＲＣＳ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。例えば、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（マテリアルハンドリングの略称で、原材料から完成品の全ての移動にかかわる取扱いのこと）工期の確保が可能となる。
【００８０】
以上、本発明に係るＣＦＴ柱とＲＣ柱と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】
【００８１】
１ａ  下層部
１ｂ  上層部
２    ＣＦＴ柱
３    ＲＣ柱
４    鉄骨梁
５    鋼管
６    接合鋼管
７    主筋
８    コンクリート
９    補剛部
１０  定着板
２０  ＣＦＴ柱とＲＣ柱との接合構造
【図１】
2022000557.tif 000050
【図２】
2022000557.tif 000051
【図３】
2022000557.tif 000052
【図４】
2022000557.tif 000053
【図５】
2022000557.tif 000054
【図６】
2022000557.tif 000055
【図７】
2022000557.tif 000056
【図８】
2022000557.tif 000057
【図９】
2022000557.tif 000058
【図１０】
2022000557.tif 000059
【図１１】
2022000557.tif 000060
【図１２】
2022000557.tif 000061
【図１３】
2022000557.tif 000062
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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