(57)【要約】【課題】  建築物におけるＣＦＴ柱と梁を強固に接合することが可能であって、優れた耐震性を発揮することができ、しかも柱を細くして梁のスパンを長くできる接合構造及び接合方法並びに建築物の骨組み構造を提供すること。【解決手段】  建築物における柱と梁の接合構造であって、閉鎖形断面を有し且つ内部が中空の柱と梁をその内部同士が連通するように接合し、該柱及び梁の内部にコンクリートを充填してなる柱と梁の接合構造とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物における柱と梁の接合構造であって、閉鎖形断面を有し且つ内部が中空の柱と梁をその内部同士が連通するように接合し、該柱及び梁の内部にコンクリートを充填してなることを特徴とする柱と梁の接合構造。
【請求項２】
前記柱の側部に開口部が設けられ、該開口部の周囲を囲うように前記梁の端部が接合されてなることを特徴とする請求項１記載の柱と梁の接合構造。
【請求項３】
前記コンクリートが自己充填コンクリートであることを特徴とする請求項１又は２記載の柱と梁の接合構造。
【請求項４】
前記柱及び梁が鋼管であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の柱と梁の接合構造。
【請求項５】
垂直に立設された複数本の柱と、隣り合う柱の間に架設された複数本の梁を有する建築物の骨組構造であって、前記柱と梁は閉鎖形断面を有し且つ内部が中空の柱と梁であってその内部同士が連通するように接合され、該柱及び梁の内部にコンクリートが充填されてなることを特徴とする建築物の骨組み構造。
【請求項６】
前記コンクリートが自己充填コンクリートであることを特徴とする請求項５記載の建築物の骨組み構造。
【請求項７】
前記柱及び梁が鋼管であることを特徴とする請求項５又は６記載の建築物の骨組み構造。
【請求項８】
建築物における柱と梁の接合方法であって、閉鎖形断面を有する内部が中空の柱と梁をその内部同士が連通するように接合し、次いで前記柱又は梁の内部にコンクリートを注入することにより、該柱及び梁の内部にコンクリートを充填することを特徴とする柱と梁の接合方法。
【請求項９】
前記コンクリートが自己充填コンクリートであることを特徴とする請求項８記載の柱と梁の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は建築物における柱と梁の接合構造及び接合方法並びに建築物の骨組み構造に関し、特にＣＦＴ柱と梁の接合構造及び接合方法並びにこの接合構造を有する建築物の骨組み構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、中高層の建築物において、鋼管の中にコンクリートを充填したコンクリート充填鋼管柱（Concrete Filled steel Tubular member）（以下、ＣＦＴ柱と略）が広く用いられるようになってきた。
ＣＦＴ柱は、鉄骨柱に比べて剛性や耐火性能が高く、鋼材量や耐火被覆を少なくできるため、躯体工事費を低減することが可能となり、また、鉄筋コンクリート柱や鉄骨鉄筋コンクリート柱と比べても、鉄筋や型枠作業がなくなるため、施工期間を大幅に短縮することができる等の多くの長所を有している。
【０００３】
従来、このようなＣＦＴ柱と梁との接合は、図１０に示すように、ＣＦＴ柱（Ａ）の中途部に、通しダイアフラムや外ダイアフラム等のダイアフラム（Ｂ）を溶接し、該ダイアフラムに対してＨ型鋼からなる梁（Ｃ）の端部を溶接して固定することによって行われているのが一般的である。
【０００４】
しかしながら、上記のような従来の接合構造は、最も応力が集中する場所に溶接による接合部が位置するため、接合部が破断し易いという大きな問題があった。実際、先の阪神淡路大震災においても、角形鋼管とＨ型梁が溶接された梁端部における破断が多く見られたのである。
【０００５】
このような従来のダイアフラム型接合構造の欠点を解消すべく、既に様々な改良案が提案されているものの（例えば、特許文献１参照）、溶接部における応力集中が若干緩和される程度の改良に過ぎず、耐震性の面で不安が残ることは否めなかった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３１３９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、建築物におけるＣＦＴ柱と梁を強固に接合することが可能であって、優れた耐震性を発揮することができ、しかも柱を細くして梁のスパンを長くできる接合構造及び接合方法並びに建築物の骨組み構造を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、建築物における柱と梁の接合構造であって、閉鎖形断面を有し且つ内部が中空の柱と梁をその内部同士が連通するように接合し、該柱及び梁の内部にコンクリートを充填してなることを特徴とする柱と梁の接合構造に関する。
請求項２に係る発明は、前記柱の側部に開口部が設けられ、該開口部の周囲を囲うように前記梁の端部が接合されてなることを特徴とする請求項１記載の柱と梁の接合構造に関する。
請求項３に係る発明は、前記コンクリートが自己充填コンクリートであることを特徴とする請求項１又は２記載の柱と梁の接合構造に関する。
請求項４に係る発明は、前記柱及び梁が鋼管であることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の柱と梁の接合構造に関する。
【０００９】
請求項５に係る発明は、垂直に立設された複数本の柱と、隣り合う柱の間に架設された複数本の梁を有する建築物の骨組構造であって、前記柱と梁は閉鎖形断面を有し且つ内部が中空の柱と梁であってその内部同士が連通するように接合され、該柱及び梁の内部にコンクリートが充填されてなることを特徴とする建築物の骨組み構造に関する。
請求項６に係る発明は、前記コンクリートが自己充填コンクリートであることを特徴とする請求項５記載の建築物の骨組み構造に関する。
請求項７に係る発明は、前記柱及び梁が鋼管であることを特徴とする請求項５又は６記載の建築物の骨組み構造に関する。
【００１０】
請求項８に係る発明は、建築物における柱と梁の接合方法であって、閉鎖形断面を有する内部が中空の柱と梁をその内部同士が連通するように接合し、次いで前記柱又は梁の内部にコンクリートを注入することにより、該柱及び梁の内部にコンクリートを充填することを特徴とする柱と梁の接合方法に関する。
請求項９に係る発明は、前記コンクリートが自己充填コンクリートであることを特徴とする請求項８記載の柱と梁の接合方法に関する。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明によれば、内部同士が連通するように接合された柱及び梁の内部にコンクリートが充填されているので、柱と梁がコンクリートによって強固に接合一体化され、非常に耐震性に優れるとともに、柱を細くして梁のスパンを長くできる柱と梁の接合構造となる。
請求項２に係る発明によれば、柱と梁とのコンクリートによる接合を容易且つ確実に行うことが可能となる。
請求項３に係る発明によれば、流動性に優れた自己充填コンクリートが用いられることで、振動締め固めが不要となるとともに、柱と梁の間のコンクリートの流れが円滑なものとなり、確実に柱及び梁の内部にコンクリートを充填することが可能となる。
請求項４に係る発明によれば、引張りに強い鋼と圧縮に強いコンクリートの相乗作用によって優れた強度を有する柱梁接合構造となる。
【００１２】
請求項５に係る発明によれば、柱と梁の接合部が、内部同士が連通するように接合された柱及び梁の内部にコンクリートが充填され、柱と梁がコンクリートによって強固に接合一体化された構造となっているので、非常に耐震性に優れるとともに、柱が細くて梁のスパンが長い建築物が得られる。
請求項６に係る発明によれば、流動性に優れた自己充填コンクリートが用いられることで、振動締め固めが不要となるとともに、柱と梁の間のコンクリートの流れが円滑なものとなり、確実に柱及び梁の内部にコンクリートを充填することができ、施工性及び耐震性に優れた建築物が得られる。
請求項７に係る発明によれば、引張りに強い鋼と圧縮に強いコンクリートの相乗作用によって優れた強度をもつ骨組みを有する建築物が得られる。
【００１３】
請求項８に係る発明によれば、内部同士が連通するように接合された柱及び梁の内部にコンクリートを注入して充填することにより、柱と梁がコンクリートによって強固に接合一体化され、非常に耐震性に優れるとともに、柱を細くして梁のスパンを長くできる柱と梁の接合構造を得ることができる。
請求項９に係る発明によれば、流動性に優れた自己充填コンクリートを用いることで、振動締め固めが不要となって作業性に優れるとともに、柱と梁の間のコンクリートの流れが円滑なものとなり、確実に柱及び梁の内部にコンクリートを充填することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る柱と梁の接合構造及び接合方法並びに建築物の骨組み構造の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る柱と梁の接合構造の基本形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）はＡ−Ａ線断面図、（ｅ）はＢ−Ｂ線断面図である。
本発明に係る接合構造は、閉鎖形断面を有し且つ内部が中空の柱（１）及び梁（２）を、その内部同士が連通するように直角に接合し、これら柱（１）及び梁（２）の内部にコンクリート（３）を充填した構造である。
【００１５】
コンクリート（３）が充填される柱（１）及び梁（２）としては、鋼管が好適に用いられる。
このように、鋼管とコンクリートを組み合わせる構造とすることで、引張りに強い鋼と圧縮に強いコンクリートの相乗作用が発揮され、柱（１）及び梁（２）共に非常に優れた強度（剛性）や耐火性能を有するものとなる。
柱（１）及び梁（２）を構成する鋼管としては、図示のような角形鋼管に限らず、円形鋼管を用いることも可能である。
【００１６】
柱（１）を構成する鋼管と梁（２）を構成する鋼管は溶接により接合されている。
図２は、柱（１）を構成する鋼管（１０）と梁（２）を構成する鋼管（２０）の接合部を抽出して示す斜視図である。
図示の如く、柱（１）を構成する鋼管（１０）と、梁（２）を構成する鋼管（２０）は、プレート（４）を介して接合されている。
プレート（４）は鋼製の平板であって、鋼管（１０）の側面に形成された四角形の開口部（１１）の四辺を囲うように４枚のプレート（４）が溶接によって固着される。尚、図２においては、説明の都合上、開口部（１１）が見えるように、手前側のプレート（４）の図示を省略している。
【００１７】
各プレート（４）は、上下の２枚が等脚台形状であり、左右の２枚は長方形状である。
上下のプレート（４）は、互いに平行な長辺と短辺のうち、長辺側が柱（１）を構成する鋼管（１０）に溶接され、短辺側が梁（２）を構成する鋼管（２０）に溶接されている。また、左右のプレート（４）は、互いに平行な上辺と下辺がそれぞれ柱（１）を構成する鋼管（１０）と梁（２）を構成する鋼管（２０）に溶接されている。
これによって、鋼管（１０）と鋼管（２０）、即ち柱（１）と梁（２）がプレート（４）を介して接合されている。
【００１８】
図３は、本発明に係る柱と梁の接合構造において、柱（１）を構成する鋼管（１０）と、梁（２）を構成する鋼管（２０）の接合形態の別の例であって、図２と同じく接合部を抽出して示す斜視図である。
この例も図２示の例と同様に、柱（１）を構成する鋼管（１０）と、梁（２）を構成する鋼管（２０）は、プレート（４）を介して接合されており、また各プレート（４）は鋼製の平板であって、鋼管（１０）の側面に形成された四角形の開口部（１１）の四辺を囲うように４枚のプレート（４）が溶接によって固着されている。尚、この図においても、開口部（１１）が見えるように、手前側のプレート（４）の図示を省略している。
【００１９】
プレート（４）は、上下左右の４枚が全て等脚台形状とされている。
これら４枚のプレート（４）は、互いに平行な長辺と短辺のうち、長辺側が柱（１）を構成する鋼管（１０）に溶接され、短辺側が梁（２）を構成する鋼管（２０）に溶接されている。
これによって、鋼管（１０）と鋼管（２０）、即ち柱（１）と梁（２）がプレート（４）を介して接合されている。
【００２０】
図４は、本発明に係る柱と梁の接合構造において、柱（１）を構成する鋼管（１０）と、梁（２）を構成する鋼管（２０）の接合形態の更に別の例であって、図２と同じく接合部を抽出して示す斜視図である。
この例では、図示の如く、柱（１）を構成する鋼管（１０）と、梁（２）を構成する鋼管（２０）は、同じ径（同じ断面形状）の鋼管とされており、鋼管（２０）の端面は溶接により直接鋼管（１０）の側面に接合されている。尚、この図では、鋼管（２０）により開口部（１１）が隠れているが、柱（１）には図２と同様の開口部（１１）が設けられている。
【００２１】
図５は、本発明に係る柱と梁の接合構造において、柱（１）を構成する鋼管（１０）と、梁（２）を構成する鋼管（２０）の接合形態の更に別の例であって、図２と同じく接合部を抽出して示す斜視図である。
この例では、鋼管（２０）の端部に四角形枠状のフランジ（５）が形成されており、このフランジ（５）を、図中の一点鎖線矢印で示す如く、鋼管（１０）の側面に形成された四角形の開口部（１１）の周囲に固定することによって、鋼管（１０）と鋼管（２０）、即ち柱（１）と梁（２）が接合されている。
【００２２】
鋼管（２０）端部のフランジ（５）と、鋼管（１０）の側面との接合は、溶接やボルト止めによって行われる。
図６は、鋼管（２０）端部のフランジ（５）と鋼管（１０）の側面とを、ボルト止めによって接合した場合における接合部を示す断面図である。尚、この図においては、コンクリート（３）の図示は省略されている。
図示の例では、柱（１）を構成する鋼管（１０）の右側面と左側面に対して夫々直角に梁（２）を構成する鋼管（２０）が配置され、左右の鋼管（２０）のフランジ（５）同士が長ねじボルト（６）とナット（７）によって接合されている。
長ねじボルト（６）は、左右のフランジ（５）及び鋼管（２０）を貫通しており、その両端部にナット（７）が螺着されている。
【００２３】
上記のようにして互いに接合された柱（１）と梁（２）（鋼管（１０）と鋼管（２０））の内部には、コンクリートが充填される。
コンクリートとしては、普通コンクリート（一般構造用コンクリート）を用いることも可能であるが、自己充填コンクリート（高流動コンクリート）を用いることが好ましい。
自己充填コンクリートは、コンクリートの基本構成物であるセメント、水、骨材（細骨材と粗骨材）に、更に減水剤、増粘剤等を所定の割合で加えることによって、通常のコンクリートに比べて高い流動性と材料分離抵抗性（モルタルと粗骨材（砂利・砕石）が分離しにくい）を確保したものであり、これら２つの特性が相俟って、振動締め固めを不要もしくは低減して型枠の隅々にまで充填できるという特長を有している。
【００２４】
自己充填コンクリートとしては、従来公知のものを使用すればよく、増粘剤の添加により材料分離抵抗性を確保した増粘剤系のもの、粉体量の増加により材料分離抵抗性を確保した粉体系のもののいずれを用いることも可能である。
増粘剤としては、ポリアクリルアミド、Ｎ−メチルアクリルアミドと特定のアクリル系単量体との共重合体、Ｎ−ビニルアセトアミド、カルボキシセルロース等を使用することができる。
減水剤としては、リグニン系、ナフタレンスルホン酸系、メラミン系、ポリカルボン酸系等の減水剤、ＡＥ減水剤、高性能減水剤、高性能ＡＥ減水剤等を使用することができる。
【００２５】
コンクリートとしては、普通ポルトランドセメント、早強ポルトランドセメント、超早強ポルトランドセメント、中庸熱ポルトランドセメント、耐硫酸塩ポルトランドセメント、ビーライトセメント等のポルトランドセメントが好適に用いられる。
また、これらコンクリートの一部を、高炉スラグ粉末、フライアッシュ、石灰石粉末、シリカヒューム、珪石粉末等の混和材で置き換えることもできる。
【００２６】
本発明においては、このような自己充填コンクリートを、互いに接合された柱（１）と梁（２）（鋼管（１０）と鋼管（２０））の内部に充填する構成とすることによって、柱（１）と梁（２）（鋼管（１０）と鋼管（２０））の双方の隅々にまで容易にコンクリートを充填させることが可能となり、柱及び梁に高い強度を確保することができるとともに、柱と梁を強固に一体化することができ、しかも柱を細くして梁のスパンを長くすることが可能となる。
【００２７】
次に、上記構成からなる接合構造を得るための方法、即ち本発明に係る柱と梁の接合方法について説明する。
先ず、閉鎖形断面を有する内部が中空の柱と梁、好適には円形又は四角形断面を有する鋼管同士をその内部同士が連通するように接合する。
このときの接合方法としては、図２乃至図４に示した方法を用いることができる。
具体的には、上述したように、柱（１）を構成する鋼管（１０）と梁（２）を構成する鋼管（２０）をプレート（４）を介して溶接により接合する方法（図２参照）や、柱（１）を構成する鋼管（１０）と梁（２）を構成する鋼管（２０）をフランジ（５）を介してボルト止めや溶接により接合する方法（図３及び図４参照）を用いることができる。
このとき、梁（２）を構成する鋼管（２０）の内部は、柱（１）を構成する鋼管（１０）の側面に設けられた開口部（１１）を介して、柱（１）を構成する鋼管（１０）の内部と連通状態となる。
【００２８】
次いで、柱（１）を構成する鋼管（１０）の内部、又は梁（２）を構成する鋼管（２０）の内部、或いはその両方の内部にコンクリートを注入することによって、柱（１）を構成する鋼管（１０）及び梁（２）を構成する鋼管（２０）の内部の両方にコンクリートを満遍なく充填する。コンクリートの注入方法としては、ポンプによる圧送供給や上方からの自然流下等のＣＦＴ柱におけるコンクリート注入方法として用いられている公知の方法を用いればよい。
注入されるコンクリートとしては、普通コンクリート（一般構造用コンクリート）を用いることも可能であるが、上記した自己充填コンクリート（高流動コンクリート）を用いることが好ましい。
これは、上述した如く、自己充填コンクリートを用いることによって、振動締め固めを全くもしくは殆ど必要とせずに、柱（１）を構成する鋼管（１０）及び梁（２）を構成する鋼管（２０）の隅々にまでコンクリートを充填することができ、現場の作業性に非常に優れたものとなるとともに、高い強度を確実に確保することが可能となるためである。
【００２９】
また、上記方法に代えて、予め梁（２）を構成する鋼管（２０）の内部にコンクリートを充填固化しておいて、これを現場にて図２乃至図６に示した方法を用いて柱（１）を構成する鋼管（１０）に接合し、その後に現場にて鋼管（１０）にコンクリートを注入する方法を採用することもできる。
この場合、充填性及び強度の点から、鋼管（２０）の内部に予め充填されるコンクリートは普通コンクリート（一般構造用コンクリート）とし、後から鋼管（１０）に注入されるコンクリートは自己充填コンクリートとすることが好ましいが、両方共に普通コンクリートとすることも可能である。
【００３０】
図７は本発明に係る建築物の骨組み構造を部分的に示す斜視図である。
本発明に係る建築物の骨組み構造は、垂直に立設された複数本の柱（１）と、隣り合う柱（１）（１）の間に架設された複数本の梁（２）を有しており、これら柱（１）と梁（２）の接合構造として、上記説明した本発明に係る柱と梁の接合構造が採用されているものである。
すなわち、この骨組み構造は、各柱（１）と梁（２）が図１乃至図６に示したような接合構造を有しているものである。この接合構造の詳細については、図１乃至図６を参照しながら既に説明した通りであるので、ここでは繰り返しの説明を省略する。尚、図示例では、図５及び図６の接合構造が用いられている場合を示しているが、図１乃至図４の接合構造を用いてもよいことは勿論である。
このような骨組み構造、すなわち柱と梁の接合部が、内部同士が連通するように接合された柱及び梁の内部にコンクリートが充填された構造とされることで、コンクリートにより柱と梁が強固に接合一体化され、非常に耐震性に優れるとともに、柱が細くて梁のスパンが長い建築物とすることができる。
【試験例】
【００３１】
以下、本発明の効果を明確にするために、本発明に係る構造について行った強度試験の結果を以下に示す。但し、本発明はこの試験例には何ら限定されない。
本発明に係る構造として、図５及び図６に示した方法により柱と梁が接合された構造（自己充填コンクリートによる柱と梁の充填有）を用いた。
【００３２】
試験は、図８に示すような載荷装置を用い、柱（１）を鉛直に立てて上から圧縮力を加えた後、左右水平方向に張り出した梁（２）の先端に上下方向の力を加えることにより行った。尚、左右の梁への荷重は逆向きで、右側を上に押す場合は左側を下に引くという載荷方法を採用し、このとき柱の上端が左右に振れないように側方から拘束した。
これにより、柱（１）は鉛直のままで梁（２）が上下に曲がるように変形する。これは、地震時の建物の揺れを想定したものである。実際の地震時には、梁はほぼ水平を保ったまま柱が傾くが、本試験では相対的に同じ動きを再現していることになる。
【００３３】
図９は本発明に係る構造についての試験結果を示す。図において、（ａ）は「荷重−変形量」の関係、（ｂ）は「荷重−層間変形角」の関係をそれぞれ示しており、梁が破損するまでの値の変化を示している。
尚、今回の試験では左梁が破損したので、これらの図では、荷重、変形量、層間変形角は、いずれも左梁についての値を示している。
【００３４】
図９に示す結果から、本発明に係る構造は、降伏時の変形の４〜５倍の変形に耐えられることが分かった。
このことから、本発明に係る構造は、非常に優れた耐震性を有していることが確かめられた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、高い耐震性が要求される中高層建築物における柱と梁の接合に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る柱と梁の接合構造の基本形態を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）はＡ−Ａ線断面図、（ｅ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図２】柱を構成する鋼管と梁を構成する鋼管の接合部を抽出して示す斜視図である。
【図３】本発明に係る柱と梁の接合構造において、柱を構成する鋼管と、梁を構成する鋼管の接合形態の別の例であって、図２と同じく接合部を抽出して示す斜視図である。
【図４】本発明に係る柱と梁の接合構造において、柱を構成する鋼管と、梁を構成する鋼管の接合形態の更に別の例であって、図２と同じく接合部を抽出して示す斜視図である。
【図５】本発明に係る柱と梁の接合構造において、柱を構成する鋼管と、梁を構成する鋼管の接合形態の更に別の例であって、図２と同じく接合部を抽出して示す斜視図である。
【図６】鋼管端部のフランジと鋼管の側面とを、ボルト止めによって接合した場合における接合部を示す断面図である。
【図７】本発明に係る建築物の骨組み構造を示す部分斜視図である。
【図８】試験に用いられた載荷装置を示す図である。
【図９】本発明に係る構造についての試験結果を示す図である。
【図１０】従来の柱と梁の接合構造の一例を示す外観斜視図である。
【符号の説明】
【００３７】
１      柱
１０    柱を構成する鋼管
１１    開口部
２      梁
２０    梁を構成する鋼管
３      コンクリート
４      プレート
５      フランジ
６      長ねじボルト
７      ナット
【図１】
2005232826.tif 000003
【図２】
2005232826.tif 000004
【図３】
2005232826.tif 000005
【図４】
2005232826.tif 000006
【図５】
2005232826.tif 000007
【図６】
2005232826.tif 000008
【図７】
2005232826.tif 000009
【図８】
2005232826.tif 000010
【図９】
2005232826.tif 000011
【図１０】
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