(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラーメン架構を有する建物で、コンクリート製の梁を介して、前記梁の上に設けるコンクリート製の上柱と、梁の下に設けるコンクリート製の下柱とを接合する柱脚半固定接合構造であって、
前記上柱と前記梁との間には、コンクリート部の周囲を鋼板で囲んでなるコンクリート接合部が介在され、
前記上柱と前記下柱とには、前記コンクリート部の中央を通して主筋とは異なる定着用の鉄筋が各階毎に前記梁の上下に設けた前記上柱と前記下柱とに配筋されていることを特徴とする柱脚半固定接合構造。
【請求項２】
請求項１記載の柱脚半固定接合構造において、
前記コンクリート接合部のコンクリート部は、延長されて、前記上柱、前記下柱の少なくともいずれかに貫入させられていることを特徴とする柱脚半固定接合構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の柱脚半固定接合構造において、
前記鋼板はリングに形成されていることを特徴とする柱脚半固定接合構造。
【請求項４】
建物の各階における梁と、前記梁の上に設ける上柱と、前記梁の下に設ける下柱との接合に、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の柱脚半固定接合構造が使用されていることを特徴とする建物。
【請求項５】
コンクリート製の梁を介して、前記梁の上に設けるコンクリート製の上柱と、梁の下に設けるコンクリート製の下柱とを接合する柱脚半固定接合構造のラーメン架構を有する建物の設計方法であって、
前記上柱と前記梁との間には、コンクリート部の周囲を鋼板で囲んでなるコンクリート接合部が介在され、
前記上柱と前記下柱とには、前記コンクリート部の中央を通して主筋とは異なる定着用の鉄筋が各階毎に前記梁の上下に設けた前記上柱と前記下柱とに配筋された柱脚半固定接合構造の柱の柱頭曲げ応力を、梁の曲げ応力の４／３以上と算出することを特徴とする柱脚半固定接合構造を有する建物の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高層ビルなどの複数階および１階の建物の各階部分における梁を挟んで接合する上柱と下柱との柱脚半固定接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄筋コンクリート造（ＲＣ構造）の柱は、上階からの鉛直軸力を常時支持し、地震などにより発生する水平力（慣性力）による曲げ応力および剪断力に耐えるため、上下階の梁に固定されている。
【０００３】
上記応力を伝達させるために、コンクリート柱内を通る柱主筋は、直上階部で直下階から伸ばしてきた柱主筋と、さらにその上の階に伸ばす柱主筋とを、重ね継手、または圧接（溶接）継手で接合して、コンクリート柱内を最下階から最上階まで通して配筋されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成では、各階で、下階から伸ばした柱主筋と、直上階に伸ばす柱主筋とを、重ね継手あるいは圧接継手で接合しなければならず、接合位置がずれないように、下階からの柱主筋を所定位置に正確に伸ばしておく必要がある。
【０００５】
そのため、下階側の柱にコンクリート打設して形成する際には、柱を通す柱主筋の通し方向が逸れないように、柱主筋の位置確保の養生が必要となる。
【０００６】
そのために、柱にコンクリートを打設するに際しては、コンクリートの充填均しを慎重に行わなければならない。かかる作業は難しく、慎重を要するため、どうしても手間がかかり、継手作業の施工コストが高くなっている。
【０００７】
さらに、かかる継手作業を含めて、柱主筋と帯筋との鉄筋工事作業を終了させないと、次の工程には進めず、継手作業工程を早く行う技術の開発が現場からは強く求められていた。
【０００８】
また、上記従来構成の梁と柱とを剛接合したラーメン構造では、地震に対して十分に対応出来ない場合もあり、本発明者は、特段の免震装置を介在させることなく、柱の接合構造に幾分かの柔構造を加味して、従来より高い耐震力を得ることができないかと考えた。
【０００９】
本発明の目的は、柱の接合構造において、柱主筋の継手を不要とすることにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、従来の柱の接合構造よりも、柱脚部での剛性を低減させて、水平力などに対する変形能力を向上させることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ラーメン架構を有する建物で、梁を介して、前記梁の上に設ける上柱と、梁の下に設ける下柱とを接合する柱脚半固定接合構造であって、前記梁と前記柱との間には、コンクリート部の周囲を鋼板で囲んでなるコンクリート接合部が介在され、前記コンクリート部を通して前記柱に鉄筋が配筋されていることを特徴とする。
【００１２】
前記鉄筋は、複数階の梁を通して設けられていることを特徴とする。前記コンクリート接合部のコンクリート部は、延長されて、前記上柱、前記下柱の少なくともいずれかに貫入させられていることを特徴とする。
【００１３】
上記いずれかの柱脚半固定接合構造において、前記鋼板はリングに形成されていることを特徴とする。
【００１４】
前記リングの径（φ）は、前記上柱が四角柱である場合には、前記上柱の最大の辺の長さ（Ｄ）との間に、φ＝（０．６〜０．８）Ｄなる関係があることを特徴とする。
【００１５】
前記コンクリート接合部の高さ（ｈ）は、前記リングの径（φ）と、φ／７≦ｈ  ≦  φ／５の関係があることを特徴とする。前記鋼板の厚さ（ｔ）は、前記リングの径（φ）に対して、ｔ≧φ／６０なる関係があることを特徴とする。
【００１６】
本発明は、建物の各階における梁と、前記梁の上に設ける上柱と、前記梁の下に設ける下柱との接合に、上記いずれかの柱脚半固定接合構造が使用されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明では、上記のように、梁と上柱とは、コンクリート部の周囲を鋼板で囲まれたコンクリート接合部で接合されているため、梁に上柱を固定する剛接合の従来構造と比べて、柱脚部の剛性を低減して、その分変形性能を大きくすることができる。剛性の大きな従来構成の柱の接合構造に比べて、耐震力の向上が図れる。
【００１８】
複数階建物の一階部分、あるいは一階建て建物では、地上階部分で、基礎梁と柱との間にコンクリート接合部を介在させて、上記と同様に、柱脚の半固定接合を行えばよい。
【００１９】
コンクリート接合部のコンクリート部は、梁と上柱との間だけではなく、上柱側に貫入する構造としてもよい。あるいは、梁側に貫入するようにしてもよい。あるいは、上柱と梁の双方に貫入するように構成してもよい。さらには、上柱、梁および下柱のそれぞれに貫入するようにしてもよい。
【００２０】
かかる柱脚半固定接合構造では、コンクリート接合部が高圧縮力（支圧）を受けても、コンクリート部の周囲に設けた鋼板により拘束されるため、圧縮力、剪断力に対して優れた耐力性能を発揮することとなる。
【００２１】
本発明の前記構成では、従来構成の柱主筋の重なり継手、あるいは圧接継手を使用せずに、コンクリート接合部を通して、上柱と下柱との双方に亙って鉄筋を配筋することにより、この鉄筋を、軸力が小さい柱に必要な定着筋として機能させている。
【００２２】
定着筋には、両端が例えば鉤型などの曲げ部を有した構成の鉄筋、または定着耐力を有した異径直鉄筋を使用すればよい。かかる構成の鉄筋は、コンクリート接合部の略中央を通すようにして配筋しておけばよい。
【００２３】
かかる柱の接合構造を採用することにより、柱主筋、帯筋に関わる鉄筋工事作業の手間を省くことができ、鉄筋工事の施工が容易になる。また、かかる手間を省くことにより、その分次工程への取りかかりが早くでき、施工期間の短縮も図れる。
【００２４】
上記構成のコンクリート接合部では、例えば、鋼板をリングに形成して、このリング内にコンクリートを充填して施工すればよい。鋼板の厚さｔは、リングの径をφとしたとき、ｔ≧φ／６０となるように設定すればよい。鋼板の厚さｔが、φ／６０未満の場合には、幅厚比が大きくなり、座屈が生じて十分な構造耐力が得られない場合がある。但し、十分な構造耐力が得られれば、鋼板の厚さは上記値に限定する必要はない。
【００２５】
コンクリート接合部の高さ（リング状鋼板の高さに等しい）ｈは、鋼板のリング径φと、φ／７≦  ｈ  ≦  φ／５の関係となるように設定すればよい。高さｈがφ／７より小さい場合には、柱脚部の剛性低下が十分に得られない場合がある。高さｈが、φ／５より大きいときは、接合部に剪断ひび割れが生じて十分な構造耐力が得られない場合がある。但し、十分な構造耐力が得られれば、ｈの大きさは上記値に限定する必要はない。
【００２６】
本発明の構成を採用することにより、柱脚の耐力を一定とした架構が設計でき、コンピュータシュミレーションなどでの架構の崩壊メカニズムが明快に解析でき、柱、梁の設計をより合理的に行うことができる。
【００２７】
本発明の柱脚半固定接合構造は、例えば、免震建物、高層鉄筋コンクリート造建物在来のマンション建物など、種々の分野の広範囲の建物の現場打ちコンクリート柱、あるいはプレキャストコンクリート柱の接合構造に適用できる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２９】
図１は、ラーメン架構を有する建物で本発明の柱脚半固定接合構造を適用した様子を示す断面図である。図２は、図１の丸で囲んだ柱接合部の要部拡大図である。図３は、図２に示す切断線Ａ−Ａ線でコンクリート接合部を切断した様子を示す断面図である。
【００３０】
建物の各階には、図１に示すように、大梁１が柱２、３間を通して渡されている。図１で示す大梁１ａ（１）は、大梁１ａの下に下柱として設けた柱２ａ（２）、３ａ（３）により支持されている。大梁１ａの上には、上柱として柱２ｂ（２）、３ｂ（３）が、下柱としての柱２ａ、３ａとそれぞれ柱の通し方向、すなわち軸方向が一致するように設けられている。
【００３１】
大梁１ａと柱２ｂ、３ｂとの間には、コンクリート接合部４が介在させられている。コンクリート接合部４は、図２に示すように、リングに形成した鋼板５の内側にコンクリートが充填されたコンクリート部４ａを有する構造に構成されている。図１に示す場合には、鋼板５はリングに形成したが、他の形状に形成しても構わない。
【００３２】
本実施の形態では、図３に示すように、鋼板５のリング径をφとして、柱２ｂを四角柱に形成した場合には、柱２ｂの一辺の長さＤに対して、φは約０．７Ｄとなるケースを示したが、φを０．６≦φ≦０．８の範囲内に設定すればよい。これは、円形のリングの鋼板５の拘束効果で内部のコンクリート部４ａの耐力が２〜３倍になるからである。
【００３３】
また、鋼板５の厚さ（ｔ）は、例えば、前記リングの径（φ）に対して、ｔ≧φ／６０となるように設定すればよい。また、コンクリート接合部４の高さ（ｈ）は、前記リングの径（φ）に対して、例えば、φ／７≦  ｈ  ≦  φ／５となるように設定した。
【００３４】
上記構成では、さらに、上柱としての柱２ｂと、下柱としての柱２ａとの間に、コンクリート接合部４を通して、引張用の定着筋として鉄筋７が配筋されている。鉄筋７は、両端が略鉤型に曲げられた曲げ部７ａを有し、両端の曲げ部７ａがそれぞれ、図１に示すように、柱２ｂ、２ａのコンクリート内に配在させられている。
【００３５】
なお、定着筋としての鉄筋７には、定着耐力を有していれば、上記のように両端部に曲げ部７ａを設けない異径直鉄筋を使用してもよい。
【００３６】
かかる定着筋としての鉄筋７は、図３に示すように、コンクリート接合部４の略中央を通すように複数本配筋されている。図３に示す場合には、かかる鉄筋７の周囲には帯筋７ｂが設けられているが、かかる帯筋７ｂはなくても構わない。
【００３７】
かかる構成のコンクリート接合部４を介して、大梁１ａに対して上柱の柱２ｂが設けられている。柱３ｂも同様に、コンクリート接合部４を介して大梁１ａの上に上柱として設けられている。柱３ａ、３ｂにも、上記構成と同様の鉄筋７が定着筋として配筋されている。
【００３８】
柱２ｂ、３ｂの柱頭部には、大梁１ｂ（１）が渡されている。大梁１ｂの上には、柱２ｂ、３ｂを下柱とみなして、これらと柱の通し方向を一致させるように、上柱の柱２ｃ（２）、３ｃ（３）が、コンクリート接合部４を介して設けられている。鉄筋７も定着筋として上記と同様に上柱と下柱とに配筋されている。
【００３９】
柱２ｃ、３ｃの柱頭部には、大梁１ｃ（１）が渡されている。大梁１ｃの上に、上柱として柱２ｄ（２）、３ｄ（３）が、コンクリート接合部４を介して、設けられている。柱２ｃ、３ｃをそれぞれ下柱とみなして、柱２ｄ、３ｄの双方に鉄筋７が定着筋として配筋されている。
【００４０】
上記コンクリート接合部４を使用した柱の接合は、以下のようにして施工すればよい。例えば、下柱として柱２ａ、３ａを現場打設でコンクリート成形する際に、柱２ａ、３ａの柱頭側から、定着筋としての上記構成の鉄筋７を突出させておく。この状態で柱２ａ、３ａをコンクリート成形する。
【００４１】
その後、梁形成用の型枠を形成して、柱頭部側に大梁１ａをコンクリート成形する。コンクリート成形した大梁１ａ面には、鉄筋７が突出されていることとなる。この状態で、鉄筋７を囲むように、リング状に形成した鋼板５を大梁１ａ面上に配置し、さらに柱成形用の型枠を形成して柱３ａにコンクリートを打設して、併せてリング状の鋼板５の内側にコンクリートを充填する。
【００４２】
あるいは、柱にプレキャストコンクリートを使用する場合には、予め穴抜きをしておき、この穴抜きにコンクリートを打設することにより、コンクリート接合部４のコンクリート部４ａにコンクリートを充填すればよい。かかる施工方法をとれば、図４に示すように、コンクリート接合部４のコンクリート部４ａが、上柱側に貫入した構造とすることができる。
【００４３】
また、上記柱脚半固定接合構造を採用することにより、図５に示すように、構造設計時の柱耐力の算出が簡単に行える。従来とは異なり、図５に示す場合には、柱脚曲げ応力（耐力）と梁の曲げ応力（耐力）とが一定ヒンジ状態となって終局メカニズムが構成され、柱の反曲点高さが定まり、柱頭の曲げ応力（耐力）が決定できる。
【００４４】
しかし、従来の構成では、地震外力により各階の柱の反曲点高さが変化するため、柱頭、柱脚の両方に生ずる最大の曲げ耐力で設計するしかなかった。
【００４５】
本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変更してもよい。
【００４６】
例えば、上記説明では、ラーメン架構を有する建物の中間階における上柱と下柱との接合状況について説明したが、例えば、複数階の建物の地上１階部分、あるいは一階建ての建物の地上階部分で、基礎梁に柱を接合する際に、柱と基礎梁との間に前記構成のコンクリート接合部を介在させる構成としてもよい。鉄筋は、柱と基礎梁とに亙って、コンクリート接合部を通して配筋させておけばよい。
【００４７】
例えば、上記説明では、鋼板のリングの径φを断面形状が正方形の四角柱の一辺の長さＤの０．６〜０．８倍と設定したが、柱の断面形状が正方形以外の四角形である場合には、断面形状よりコンクリート接合部の断面積が小面積となるように設定すればよい。また、柱形状は、上記角柱以外にも、円柱に形成しても構わない。鋼板５の形状は、リングではなく、正方形などの多角形でもよい。
【００４８】
上記説明では、コンクリート接合部のコンクリート部を上柱側に延長して貫入させた場合について説明したが、梁側に貫入させる構造にしても構わない。あるいは、下柱側に延長して、すなわち下柱の柱頭側に貫入させる構造にしても構わない。あるいは、下柱、上柱の両方に、梁部分を通して貫入させるようにしてもよい。
【００４９】
また、前記説明では、定着筋として使用する鉄筋は、各階毎に、梁の上下に設けた上柱、下柱の双方に配筋する構成を示したが、一本の鉄筋を長く構成して、複数階の梁を通して、上柱、下柱に配筋させるようにしてもよい。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、建物を構成するラーメン構造の柱の柱脚が半固定ヒンジとなるので、外力に影響されないで、各階毎の耐力が簡便に算出でき、構造設計の簡略化が図れる。
【００５１】
柱主筋の重ね継手などの接合が不要となるので、その分鉄筋作業の手間が省けて施工が容易になる。鉄筋工事費用の削減にも繋がる。
【００５２】
柱、梁の一体鉄筋先組、柱プレキャストコンクリート部材の接合継手が不要となるので、工期の短縮も図れる。工費の低減も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の柱脚半固定接合構造をラーメン架構を有する建物に適用した一例を示す断面図である。
【図２】柱の接合構造の一例を示す断面図である。
【図３】図２の切断線Ａ−Ａでコンクリート接合部を切断した様子を示す断面図である。
【図４】柱の接合構造の他の例を示す断面図である。
【図５】柱、梁の曲げ応力の算出方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１    大梁
１ａ、１ｂ、１ｃ、大梁
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  柱
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  柱
４    コンクリート接合部
４ａ  コンクリート部
５    鋼板
６    コンクリート
７    鉄筋
７ａ  曲げ部
７ｂ  帯筋
φ    径
ｔ    厚さ
ｈ    高さ
Ｄ    長さ
【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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