鋼管柱の仕口部補強構造
【課題】梁と接合される鋼管柱の仕口部を外側から補強し、せん断耐力を上昇させることができる鋼管柱の仕口部補強構造を得る。
【解決手段】鋼管柱の仕口部補強構造１０は、円柱状の鋼管柱１２と、鋼管柱１２の仕口部１４の上下に配置されて鋼管３０の外周に溶接により接合されたダイアフラム１６と、上下のダイアフラム１６の間で鋼管柱１２の外側に鋼管３０とクリアランスを設けて外挿された円筒状の外鋼管１８と、上下のダイアフラム１６の間で外鋼管１８に溶接により接合されたプレート２０と、を備えている。梁２２のフランジ２２Ｂはダイアフラム１６の縁部に溶接により接合されており、梁２２のウエブ２２Ａとプレート２０は、両側からスプライスプレート２４が面接触状態で配置されて高力ボルト２６とナット２８により摩擦接合されている。
【解決手段】鋼管柱の仕口部補強構造１０は、円柱状の鋼管柱１２と、鋼管柱１２の仕口部１４の上下に配置されて鋼管３０の外周に溶接により接合されたダイアフラム１６と、上下のダイアフラム１６の間で鋼管柱１２の外側に鋼管３０とクリアランスを設けて外挿された円筒状の外鋼管１８と、上下のダイアフラム１６の間で外鋼管１８に溶接により接合されたプレート２０と、を備えている。梁２２のフランジ２２Ｂはダイアフラム１６の縁部に溶接により接合されており、梁２２のウエブ２２Ａとプレート２０は、両側からスプライスプレート２４が面接触状態で配置されて高力ボルト２６とナット２８により摩擦接合されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管柱の仕口部補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円形や角形の鋼管柱にＨ型断面からなる鉄骨梁を接合する柱・梁接合構造として、通しダイアフラム形式、増厚パネル形式が知られている。
【０００３】
通しダイアフラム形成は、例えば、鋼管柱を梁のフランジ部及びウエブ部の接合位置で切断し、そこにリング状のダイアフラムを挟み込んで鋼管柱と溶接し、ダイアフラムに梁のフランジ部を溶接した構造である。しかし、通しダイアフラム形成では、鋼管柱の切断やダイアフラムとの溶接工程が必要となると共に、鋼管柱の内部にダイアフラムの突出部があるため、鉄筋籠の挿入やコンクリートの充填に関して施工上の困難がある。
【０００４】
また、増厚パネル形式は、例えば、鋼管柱を梁のフランジ部及びウエブ部の接合位置で切断し、そこに鋼管柱よりも厚い増厚管を溶接し、増厚管に梁のフランジ部を溶接した構造である。しかし、増厚パネル形式では、鋼管柱の切断や増厚管との溶接工程が必要となると共に、鋼管柱の鉄骨数量が増加する可能性がある。
【０００５】
一方、柱を梁のフランジ部及びウエブ部の接合位置で切断しない形式として、下記特許文献１には、八角形状の鉄骨柱と鉄骨梁とを接合金物を介して接合する際に、接合金物の巾方向両側に設けられた一対のボルト接合部を八の字形状とし、接合金物のボルト接合部と鉄骨柱とをワンサイドボルト接合する構造が開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、鋼管柱の外周に外部鋼管を配置し、外部鋼管に形成されたスリットに梁接合片部とスリット接合部を有する接合部材を挿通し、梁接合片部を外部鋼管の外側へ突出されたうえ、梁接合片部と梁のフランジを接合し、外部鋼管と鋼管柱の間隙に経時硬化性材料を充填することにより、鋼管柱と外部鋼管と接合部材を一体化させた構造が開示されている。
【０００７】
さらに、下記特許文献３には、鋼管柱の外側にダイアフラムを設けて梁と接合すると共に、鋼管柱、梁、およびダイアフラムの三者にまたがって強化用繊維シート状物が貼り付けられている構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−９３０５３号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３４４１号公報
【特許文献３】特開２００７−２５４９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１では、接合金物のボルト接合部と鉄骨柱とをワンサイドボルト接合することで、鉄骨柱と鉄骨梁とを簡単に接合することができるが、鉄骨梁と接合される鉄骨柱の仕口部（梁との接合部位）のせん断耐力が不足する可能性がある。
【００１０】
上記特許文献２では、接合部材の梁接合片部と梁のフランジを接合し、外部鋼管と鋼管柱の間隙に経時硬化性材料を充填することにより、鋼管柱と梁とを簡単に接合することができるが、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）をせん断補強することはできない。
【００１１】
上記特許文献３では、鋼管柱、梁、およびダイアフラムの三者にまたがって強化用繊維シート状物を貼り付けることで、鋼管柱、梁、およびダイアフラムの溶接欠陥部を補強することができるが、鋼管柱の強化用繊維シート状物が貼り付けられていない部分で応力が集中する可能性がある。
【００１２】
本発明は上記事実を考慮し、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）を外側から補強し、せん断耐力を上昇させることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、内部にコンクリートが充填された鋼管柱と、前記鋼管柱の仕口部の上下に設けられる共に、前記鋼管柱の外周にそれぞれ接合され、梁のフランジが接合される環状のダイアフラムと、前記仕口部における前記鋼管柱の外周に沿って設けられ、上端と下端が前記ダイアフラムに接合される補強部材と、前記補強部材に設けられ、梁のウエブに接合されるプレートと、を有するものである。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、内部にコンクリートが充填された鋼管柱の仕口部の上下に環状のダイアフラムが設けられており、ダイアフラムは鋼管柱の外周にそれぞれ接合されている。仕口部における鋼管柱の外周に沿って補強部材が設けられており、補強部材の上端と下端が上下のダイアフラムに接合されている。そして、梁のフランジが上下のダイアフラムに接合され、補強部材に設けられたプレートに梁のウエブが接合されている。このような構成では、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）が、鋼管柱の外周に沿って設けられた補強部材により補強される。すなわち、補強部材により鋼管柱の仕口部を外側から補強することで、仕口部のせん断耐力を上昇させることができる。
【００１５】
請求項２の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、請求項１に記載の発明において、前記補強部材は、前記鋼管柱の外側に前記鋼管柱とクリアランスを設けて外挿される筒状の外鋼管であるものである。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、鋼管柱の外側に、鋼管柱とクリアランスを設けて補強部材としての筒状の外鋼管が外挿されている。筒状の外鋼管により、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）を外側から補強し、仕口部のせん断耐力を上昇させることができる。
【００１７】
請求項３の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、請求項１に記載の発明において、前記補強部材は、前記鋼管柱の外周面に固着される繊維強化プラスチックシートであるものである。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、鋼管柱の外周面に補強部材としての繊維強化プラスチックシートが固着されている。繊維強化プラスチックシートにより、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）を外側から補強し、仕口部のせん断耐力を上昇させることができる。
【００１９】
請求項４の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、請求項３に記載の発明において、前記繊維強化プラスチックシートは、前記鋼管柱の外周面に強化用繊維シートを多層に貼付し、前記強化用繊維シートに樹脂を含浸させて硬化させたものである。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、鋼管柱の外周面に強化用繊維シートを多層に貼付し、強化用繊維シートに樹脂を含浸させて硬化させることで、鋼管柱の外周面に繊維強化プラスチックシートを簡単に固着させることができる。また、強化用繊維シートの厚さや枚数により仕口部のせん断耐力を容易に調整することができる。
【００２１】
請求項５の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の発明において、前記鋼管柱の内部には、軸方向筋とせん断補強筋が配筋されているものである。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、鋼管柱の内部に軸方向筋とせん断補強筋が配筋されていることで、鋼管柱を構成する鋼管の厚さをより薄くすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）を外側から補強し、せん断耐力を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造の基本構成を示す一部分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造を示す横断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造に用いられる鋼管柱を示す横断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造を示す横断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造の施工途中を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第１実施形態〕
以下、図１〜図４を用いて、本発明の鋼管柱の仕口部補強構造の第１実施形態について説明する。
【００２６】
図１には、鋼管柱の仕口部補強構造１０の基本構成が一部分解斜視図にて示されている。図２には、鋼管柱の仕口部補強構造１０が縦断面図にて示されている。また、図３には、鋼管柱の仕口部補強構造１０が横断面図にて示されており、図４には、鋼管柱の仕口部補強構造１０に用いられる鋼管柱１２が横断面図にて示されている。
【００２７】
これらの図に示されるように、鋼管柱の仕口部補強構造１０は、上下方向に沿って立設された円柱状の鋼管柱１２と、鋼管柱１２の仕口部１４（梁２２との接合部位）の上下に設けられた外リングダイヤ形式のダイアフラム１６と、上下のダイアフラム１６の間で鋼管柱１２の外側に外挿された補強部材としての円筒状の外鋼管１８と、上下のダイアフラム１６の間で外鋼管１８に溶接により接合されたプレート２０と、を備えている。
【００２８】
鋼管柱１２の仕口部１４には、鋼管柱１２に相対して４方向からＨ形断面の梁２２が水平方向に接続されている。梁２２は鉄骨からなり、縦方向のウエブ２２Ａと、ウエブ２２Ａの上下に形成されたフランジ２２Ｂと、を備えている。ダイアフラム１６の縁部には、梁２２のフランジ２２Ｂの縁部が溶接により接合されている。
【００２９】
鋼管柱１２は、円形の鋼管３０の内部に、鋼管３０の内壁に近接する位置に軸方向に沿って配筋された複数の軸方向筋３２と、軸方向筋３２の外側に周方向に沿って配筋された複数のせん断補強筋３４と、を備えている。軸方向筋３２は、鋼管３０の内壁に沿ってほぼ等間隔で配置されている。せん断補強筋３４は、上下方向にほぼ等間隔に配筋されている。鋼管３０の内部には、軸方向筋３２とせん断補強筋３４とを配筋した状態でコンクリート３６が充填されている。すなわち、鋼管柱１２は、鋼管３０の内部にコンクリート３６を充填して構成されたＣＦＴ（Concrete Filled Steel Tube）造柱とされている。本実施形態では、鋼管３０として、径厚比が大きい薄肉の鋼管を用い、内部に軸方向筋３２とせん断補強筋３４を配筋している。ここで、鋼管の径厚比は、直径をＤ、厚さをｔとしたときに、Ｄ／ｔで示される値である。
【００３０】
ダイアフラム１６は、略八角形状の板材からなり、中心部に鋼管柱１２が貫通する開口部１６Ａが形成されている。ダイアフラム１６は、鋼管柱１２を構成する鋼管３０の外周に溶接により接合されている。ダイアフラム１６の八角形状の縁部は、梁２２と対向する縁部１６Ｂの長さが短く、梁２２の間の縁部１６Ｃの長さが長く形成されている。梁２２と対向する縁部１６Ｂ（端面）に梁２２のフランジ２２Ｂの縁部（端面）が突き当てられて接合されている。本実施形態では、ダイアフラム１６の梁２２に相対する部分（縁部１６Ｂの位置）の鋼管３０からの突出長さは、約２００ｍｍとされている。
【００３１】
外鋼管１８は、鋼管柱１２の外側に鋼管柱１２（鋼管３０）とクリアランスを設けて外挿されている。外鋼管１８と鋼管柱１２（鋼管３０）と間は空隙となっている。外鋼管１８の上端と下端は、上下のダイアフラム１６に溶接により接合されている。本実施形態では、外鋼管１８として、鋼管３０（例えば、直径９００ｍｍ、厚さ９ｍｍ）に対してひと回り大きい径の既製品の鋼管（例えば、直径９２０ｍｍ、厚さ９ｍｍ）が用いられており、外鋼管１８と鋼管３０のクリアランスは約１ｍｍとされている。外鋼管１８の主な役割は、鋼管柱１２の仕口部１４のせん断力に抵抗するための補強である。仕口部１４のせん断耐力は、鋼管柱１２と、外鋼管１８と、コンクリート３６と、せん断補強筋３４の累加として算出することができる。
【００３２】
プレート２０には、上下方向に沿ってほぼ等間隔で複数のボルト貫通孔２０Ａが形成されている（図１参照）。梁２２のウエブ２２Ａの縁部付近には、上下方向に沿ってほぼ等間隔で複数のボルト貫通孔２２Ｃが形成されている。また、プレート２０とウエブ２２Ａとを接合する２枚のスプライスプレート２４には、ボルト貫通孔２０Ａとボルト貫通孔２２Ｃの位置に合わせて上下方向に沿って２列の複数のボルト貫通孔２４Ａが形成されている。そして、プレート２０の縁部（端面）にウエブ２２Ａの縁部（端面）を突き合わせた状態で、これらの両側からスプライスプレート２４が面接触状態で配置されている。さらに、プレート２０のボルト貫通孔２０Ａとスプライスプレート２４のボルト貫通孔２４Ａ、ウエブ２２Ａのボルト貫通孔２２Ｃとスプライスプレート２４のボルト貫通孔２４Ａにそれぞれ高力ボルト２６を挿通し、反対側からナット２８を螺合させることで、スプライスプレート２４を介してプレート２０とウエブ２２Ａとが摩擦接合されている。
【００３３】
この鋼管柱の仕口部補強構造１０を施工する際には、まず、鋼管柱１２の仕口部１４である鋼管３０の外側に、鋼管３０の外径より内径が大きい外鋼管１８を外挿し、鋼管３０の外鋼管１８の上下にダイアフラム１６を設ける。そして、鋼管３０とダイアフラム１６とを溶接により接合すると共に、外鋼管１８の上端及び下端と上下のダイアフラム１６を溶接により接合する。さらに、梁２２が接合される位置に対応して、上下のダイアフラム１６の間にダイアフラム１６及び外鋼管１８に接触するようにプレート２０を配置し、ダイアフラム１６及び外鋼管１８にプレート２０を溶接により接合する。
【００３４】
次いで、鋼管柱１２の仕口部１４における上下のダイアフラム１６の縁部１６Ｂに梁２２の上下のフランジ２２Ｂの縁部（端面）を突き合わせると共に、プレート２０の縁部に梁２２のウエブ２２Ａの縁部（端面）を突き合わせる。そして、ダイアフラム１６の縁部１６Ｂとフランジ２２Ｂとを溶接により接合し、さらに、プレート２０とウエブ２２Ａの両側からスプライスプレート２４を面接触状態で配置して高力ボルト２６とナット２８によりプレート２０とウエブ２２Ａとを接合する。このような手順によって鋼管柱１２の仕口部補強構造１０が形成される。
【００３５】
次に、本実施形態の鋼管柱の仕口部補強構造１０の作用並びに効果について説明する。
【００３６】
鋼管柱１２の仕口部１４の上下に環状のダイアフラム１６が設けられており、ダイアフラム１６は鋼管柱１２の外周（鋼管３０）にそれぞれ溶接により接合されている。仕口部１４における鋼管柱１２の外側に円筒状の外鋼管１８が鋼管３０とクリアランスを設けて外挿されており、外鋼管１８の上端と下端が上下のダイアフラム１６に溶接により接合されている。そして、梁２２のフランジ２２Ｂが上下のダイアフラム１６に溶接により接合されると共に、外鋼管１８に接合されたプレート２０と梁２２のウエブ２２Ａとが両側からスプライスプレート２４を面接触させた状態で高力ボルト２６とナット２８により摩擦接合されている。これによって、梁２２と接合される鋼管柱１２の仕口部１４（梁２２との接合部位）が、鋼管柱１２に外挿された外鋼管１８により補強される。すなわち、筒状の外鋼管１８によって、鋼管柱１２の仕口部１４を外側から補強することで、仕口部１４のせん断耐力を上昇させることができる。
【００３７】
鋼管柱１２の仕口部補強構造１０では、梁２２のウエブ２２Ａの曲げモーメントは、ウエブ２２Ａが接合されるスプライスプレート２４を介してプレート２０に伝わり、ダイアフラム１６との隅肉溶接部応力の偶力によってダイアフラム１６に伝達される。このため、外鋼管１８の変形等による梁２２のウエブ２２Ａの曲げモーメントの鋼管柱１２への伝達効率の低下を抑制することができる。
【００３８】
このような鋼管柱１２の仕口部補強構造１０では、鋼管柱１２を切断する必要がなく、加工度が低い。また、鋼管柱１２を構成する鋼管３０の内部に突出部がないため、軸方向筋３２とせん断補強筋３４の挿入や、コンクリート３６の充填が容易である。また、鋼管柱１２の仕口部１４の設計せん断力に対して外鋼管１８の厚さ又は強度を設定するため、効率的な設計が可能である。
【００３９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の鋼管柱の仕口部補強構造について説明する。なお、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００４０】
図５及び図６に示されるように、鋼管柱１２の仕口部補強構造５０では、鋼管柱１２の仕口部１４における鋼管３０の外周に沿った位置に、第１実施形態の外鋼管１８に代えて、補強部材としての繊維強化プラスチックシート５２が設けられている。鋼管３０の外周面の梁２２と相対する４方向には、プレート２０が溶接により接合されている。繊維強化プラスチックシート５２は、４枚のプレート２０の間の鋼管３０の外周に沿った４箇所にそれぞれ配設されている。繊維強化プラスチックシート５２は、鋼管３０の外周面に接合（固着）された壁面部５２Ａと、壁面部５２Ａの周方向両側の端部がプレート２０に沿って折り曲げられた折り曲げ部５２Ｂと、を備えている。壁面部５２Ａの上端と下端は、ダイアフラム１６に接合（固着）されている。
【００４１】
繊維強化プラスチックシート５２を鋼管３０の外周面に接合する際には、まず、図７に示されるように、鋼管柱１２の仕口部１４における鋼管３０の外周面に強化用繊維シート６０を多層（２層以上）に貼付する。強化用繊維シート６０は、鋼管３０の外周面に貼付したシート面６０Ａの周方向両側の端部６０Ｂをプレート２０の接合部付近（プレート２０の根元部付近）まで巻き込むように折り曲げ、鋼管３０とプレート２０に仮接着する。そして、強化用繊維シート６０に樹脂（例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂）を含浸させて所定の温度で硬化させることによって繊維強化プラスチックシート５２を形成する。強化用繊維シート６０に樹脂を含浸させて硬化させることで、繊維強化プラスチックシート５２の壁面部５２Ａと折り曲げ部５２Ｂが鋼管３０の外周面とプレート２０に接合（固着）されると共に、壁面部５２Ａの上端と下端がダイアフラム１６に接合（固着）される（図５及び図６参照）。強化用繊維シート６０としては、例えば、炭素繊維、アラミド繊維などが用いられる。
【００４２】
このような鋼管柱１２の仕口部補強構造５０では、鋼管柱１２の仕口部１４における鋼管３０に繊維強化プラスチックシート５２が接合（固着）され、繊維強化プラスチックシート５２の上端と下端が上下のダイアフラム１６に接合（固着）されており、梁２２と接合される鋼管柱１２の仕口部１４（梁２２との接合部位）が、繊維強化プラスチックシート５２により補強される。すなわち、繊維強化プラスチックシート５２によって、鋼管柱１２の仕口部１４を外側から補強することで、仕口部１４のせん断耐力を上昇させることができる。
【００４３】
このような鋼管柱１２の仕口部補強構造５０では、第１実施形態の効果に加えて、必要な鋼管柱１２の仕口部１４のせん断耐力を強化用繊維シート６０の厚さや枚数により容易に調整できるという利点がある。また、鋼管柱１２の鋼管３０を厚くして仕口部１４のせん断耐力を確保する従来工法と比較して、仕口部１４の躯体コスト（ダイアフラム１６を含まず）を３０〜４０％程度削減することができる。
【００４４】
なお、第１及び第２実施形態では、鋼管柱１２として、円形の鋼管が用いられているが、これに限定されず、四角、六角などの角形の鋼管を用いてもよい。第１実施形態では、鋼管柱１２として、四角、六角などの角形の鋼管を用いた場合、外鋼管は、鋼管柱１２よりもひと回り大きい四角、六角などの角形の鋼管を用いることが望ましい。
【００４５】
また、第１及び第２実施形態では、鋼管柱１２は、内部に軸方向筋とせん断補強筋が配筋されているが、軸方向筋とせん断補強筋を配筋せずに鋼管３０の内部にコンクリートを充填した構成でもよい。
【００４６】
なお、第２実施形態では、強化用繊維シート６０に含浸させた樹脂を硬化させることで、繊維強化プラスチックシート５２を鋼管３０に固着したが、これに限定されず、繊維強化プラスチックシートを鋼管３０及び上下のダイアフラム１６に接着剤により接合する構成でもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 鋼管柱の仕口部補強構造
１２ 鋼管柱
１４ 仕口部
１６ ダイアフラム
１８ 外鋼管（補強部材）
２０ プレート
２２ 梁
２２Ａ ウエブ
２２Ｂ フランジ
３０ 鋼管
３２ 軸方向筋
３４ せん断補強筋
３６ コンクリート
５０ 鋼管柱の仕口部補強構造
５２ 繊維強化プラスチックシート（補強部材）
６０ 強化用繊維シート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼管柱の仕口部補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、円形や角形の鋼管柱にＨ型断面からなる鉄骨梁を接合する柱・梁接合構造として、通しダイアフラム形式、増厚パネル形式が知られている。
【０００３】
通しダイアフラム形成は、例えば、鋼管柱を梁のフランジ部及びウエブ部の接合位置で切断し、そこにリング状のダイアフラムを挟み込んで鋼管柱と溶接し、ダイアフラムに梁のフランジ部を溶接した構造である。しかし、通しダイアフラム形成では、鋼管柱の切断やダイアフラムとの溶接工程が必要となると共に、鋼管柱の内部にダイアフラムの突出部があるため、鉄筋籠の挿入やコンクリートの充填に関して施工上の困難がある。
【０００４】
また、増厚パネル形式は、例えば、鋼管柱を梁のフランジ部及びウエブ部の接合位置で切断し、そこに鋼管柱よりも厚い増厚管を溶接し、増厚管に梁のフランジ部を溶接した構造である。しかし、増厚パネル形式では、鋼管柱の切断や増厚管との溶接工程が必要となると共に、鋼管柱の鉄骨数量が増加する可能性がある。
【０００５】
一方、柱を梁のフランジ部及びウエブ部の接合位置で切断しない形式として、下記特許文献１には、八角形状の鉄骨柱と鉄骨梁とを接合金物を介して接合する際に、接合金物の巾方向両側に設けられた一対のボルト接合部を八の字形状とし、接合金物のボルト接合部と鉄骨柱とをワンサイドボルト接合する構造が開示されている。
【０００６】
また、下記特許文献２には、鋼管柱の外周に外部鋼管を配置し、外部鋼管に形成されたスリットに梁接合片部とスリット接合部を有する接合部材を挿通し、梁接合片部を外部鋼管の外側へ突出されたうえ、梁接合片部と梁のフランジを接合し、外部鋼管と鋼管柱の間隙に経時硬化性材料を充填することにより、鋼管柱と外部鋼管と接合部材を一体化させた構造が開示されている。
【０００７】
さらに、下記特許文献３には、鋼管柱の外側にダイアフラムを設けて梁と接合すると共に、鋼管柱、梁、およびダイアフラムの三者にまたがって強化用繊維シート状物が貼り付けられている構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平８−９３０５３号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３４４１号公報
【特許文献３】特開２００７−２５４９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献１では、接合金物のボルト接合部と鉄骨柱とをワンサイドボルト接合することで、鉄骨柱と鉄骨梁とを簡単に接合することができるが、鉄骨梁と接合される鉄骨柱の仕口部（梁との接合部位）のせん断耐力が不足する可能性がある。
【００１０】
上記特許文献２では、接合部材の梁接合片部と梁のフランジを接合し、外部鋼管と鋼管柱の間隙に経時硬化性材料を充填することにより、鋼管柱と梁とを簡単に接合することができるが、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）をせん断補強することはできない。
【００１１】
上記特許文献３では、鋼管柱、梁、およびダイアフラムの三者にまたがって強化用繊維シート状物を貼り付けることで、鋼管柱、梁、およびダイアフラムの溶接欠陥部を補強することができるが、鋼管柱の強化用繊維シート状物が貼り付けられていない部分で応力が集中する可能性がある。
【００１２】
本発明は上記事実を考慮し、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）を外側から補強し、せん断耐力を上昇させることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、請求項１の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、内部にコンクリートが充填された鋼管柱と、前記鋼管柱の仕口部の上下に設けられる共に、前記鋼管柱の外周にそれぞれ接合され、梁のフランジが接合される環状のダイアフラムと、前記仕口部における前記鋼管柱の外周に沿って設けられ、上端と下端が前記ダイアフラムに接合される補強部材と、前記補強部材に設けられ、梁のウエブに接合されるプレートと、を有するものである。
【００１４】
請求項１に記載の発明によれば、内部にコンクリートが充填された鋼管柱の仕口部の上下に環状のダイアフラムが設けられており、ダイアフラムは鋼管柱の外周にそれぞれ接合されている。仕口部における鋼管柱の外周に沿って補強部材が設けられており、補強部材の上端と下端が上下のダイアフラムに接合されている。そして、梁のフランジが上下のダイアフラムに接合され、補強部材に設けられたプレートに梁のウエブが接合されている。このような構成では、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）が、鋼管柱の外周に沿って設けられた補強部材により補強される。すなわち、補強部材により鋼管柱の仕口部を外側から補強することで、仕口部のせん断耐力を上昇させることができる。
【００１５】
請求項２の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、請求項１に記載の発明において、前記補強部材は、前記鋼管柱の外側に前記鋼管柱とクリアランスを設けて外挿される筒状の外鋼管であるものである。
【００１６】
請求項２に記載の発明によれば、鋼管柱の外側に、鋼管柱とクリアランスを設けて補強部材としての筒状の外鋼管が外挿されている。筒状の外鋼管により、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）を外側から補強し、仕口部のせん断耐力を上昇させることができる。
【００１７】
請求項３の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、請求項１に記載の発明において、前記補強部材は、前記鋼管柱の外周面に固着される繊維強化プラスチックシートであるものである。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、鋼管柱の外周面に補強部材としての繊維強化プラスチックシートが固着されている。繊維強化プラスチックシートにより、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）を外側から補強し、仕口部のせん断耐力を上昇させることができる。
【００１９】
請求項４の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、請求項３に記載の発明において、前記繊維強化プラスチックシートは、前記鋼管柱の外周面に強化用繊維シートを多層に貼付し、前記強化用繊維シートに樹脂を含浸させて硬化させたものである。
【００２０】
請求項４に記載の発明によれば、鋼管柱の外周面に強化用繊維シートを多層に貼付し、強化用繊維シートに樹脂を含浸させて硬化させることで、鋼管柱の外周面に繊維強化プラスチックシートを簡単に固着させることができる。また、強化用繊維シートの厚さや枚数により仕口部のせん断耐力を容易に調整することができる。
【００２１】
請求項５の発明に係る鋼管柱の仕口部補強構造は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の発明において、前記鋼管柱の内部には、軸方向筋とせん断補強筋が配筋されているものである。
【００２２】
請求項５に記載の発明によれば、鋼管柱の内部に軸方向筋とせん断補強筋が配筋されていることで、鋼管柱を構成する鋼管の厚さをより薄くすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、梁と接合される鋼管柱の仕口部（梁との接合部位）を外側から補強し、せん断耐力を上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造の基本構成を示す一部分解斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造を示す縦断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造を示す横断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造に用いられる鋼管柱を示す横断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造を示す縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造を示す横断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る鋼管柱の仕口部補強構造の施工途中を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
〔第１実施形態〕
以下、図１〜図４を用いて、本発明の鋼管柱の仕口部補強構造の第１実施形態について説明する。
【００２６】
図１には、鋼管柱の仕口部補強構造１０の基本構成が一部分解斜視図にて示されている。図２には、鋼管柱の仕口部補強構造１０が縦断面図にて示されている。また、図３には、鋼管柱の仕口部補強構造１０が横断面図にて示されており、図４には、鋼管柱の仕口部補強構造１０に用いられる鋼管柱１２が横断面図にて示されている。
【００２７】
これらの図に示されるように、鋼管柱の仕口部補強構造１０は、上下方向に沿って立設された円柱状の鋼管柱１２と、鋼管柱１２の仕口部１４（梁２２との接合部位）の上下に設けられた外リングダイヤ形式のダイアフラム１６と、上下のダイアフラム１６の間で鋼管柱１２の外側に外挿された補強部材としての円筒状の外鋼管１８と、上下のダイアフラム１６の間で外鋼管１８に溶接により接合されたプレート２０と、を備えている。
【００２８】
鋼管柱１２の仕口部１４には、鋼管柱１２に相対して４方向からＨ形断面の梁２２が水平方向に接続されている。梁２２は鉄骨からなり、縦方向のウエブ２２Ａと、ウエブ２２Ａの上下に形成されたフランジ２２Ｂと、を備えている。ダイアフラム１６の縁部には、梁２２のフランジ２２Ｂの縁部が溶接により接合されている。
【００２９】
鋼管柱１２は、円形の鋼管３０の内部に、鋼管３０の内壁に近接する位置に軸方向に沿って配筋された複数の軸方向筋３２と、軸方向筋３２の外側に周方向に沿って配筋された複数のせん断補強筋３４と、を備えている。軸方向筋３２は、鋼管３０の内壁に沿ってほぼ等間隔で配置されている。せん断補強筋３４は、上下方向にほぼ等間隔に配筋されている。鋼管３０の内部には、軸方向筋３２とせん断補強筋３４とを配筋した状態でコンクリート３６が充填されている。すなわち、鋼管柱１２は、鋼管３０の内部にコンクリート３６を充填して構成されたＣＦＴ（Concrete Filled Steel Tube）造柱とされている。本実施形態では、鋼管３０として、径厚比が大きい薄肉の鋼管を用い、内部に軸方向筋３２とせん断補強筋３４を配筋している。ここで、鋼管の径厚比は、直径をＤ、厚さをｔとしたときに、Ｄ／ｔで示される値である。
【００３０】
ダイアフラム１６は、略八角形状の板材からなり、中心部に鋼管柱１２が貫通する開口部１６Ａが形成されている。ダイアフラム１６は、鋼管柱１２を構成する鋼管３０の外周に溶接により接合されている。ダイアフラム１６の八角形状の縁部は、梁２２と対向する縁部１６Ｂの長さが短く、梁２２の間の縁部１６Ｃの長さが長く形成されている。梁２２と対向する縁部１６Ｂ（端面）に梁２２のフランジ２２Ｂの縁部（端面）が突き当てられて接合されている。本実施形態では、ダイアフラム１６の梁２２に相対する部分（縁部１６Ｂの位置）の鋼管３０からの突出長さは、約２００ｍｍとされている。
【００３１】
外鋼管１８は、鋼管柱１２の外側に鋼管柱１２（鋼管３０）とクリアランスを設けて外挿されている。外鋼管１８と鋼管柱１２（鋼管３０）と間は空隙となっている。外鋼管１８の上端と下端は、上下のダイアフラム１６に溶接により接合されている。本実施形態では、外鋼管１８として、鋼管３０（例えば、直径９００ｍｍ、厚さ９ｍｍ）に対してひと回り大きい径の既製品の鋼管（例えば、直径９２０ｍｍ、厚さ９ｍｍ）が用いられており、外鋼管１８と鋼管３０のクリアランスは約１ｍｍとされている。外鋼管１８の主な役割は、鋼管柱１２の仕口部１４のせん断力に抵抗するための補強である。仕口部１４のせん断耐力は、鋼管柱１２と、外鋼管１８と、コンクリート３６と、せん断補強筋３４の累加として算出することができる。
【００３２】
プレート２０には、上下方向に沿ってほぼ等間隔で複数のボルト貫通孔２０Ａが形成されている（図１参照）。梁２２のウエブ２２Ａの縁部付近には、上下方向に沿ってほぼ等間隔で複数のボルト貫通孔２２Ｃが形成されている。また、プレート２０とウエブ２２Ａとを接合する２枚のスプライスプレート２４には、ボルト貫通孔２０Ａとボルト貫通孔２２Ｃの位置に合わせて上下方向に沿って２列の複数のボルト貫通孔２４Ａが形成されている。そして、プレート２０の縁部（端面）にウエブ２２Ａの縁部（端面）を突き合わせた状態で、これらの両側からスプライスプレート２４が面接触状態で配置されている。さらに、プレート２０のボルト貫通孔２０Ａとスプライスプレート２４のボルト貫通孔２４Ａ、ウエブ２２Ａのボルト貫通孔２２Ｃとスプライスプレート２４のボルト貫通孔２４Ａにそれぞれ高力ボルト２６を挿通し、反対側からナット２８を螺合させることで、スプライスプレート２４を介してプレート２０とウエブ２２Ａとが摩擦接合されている。
【００３３】
この鋼管柱の仕口部補強構造１０を施工する際には、まず、鋼管柱１２の仕口部１４である鋼管３０の外側に、鋼管３０の外径より内径が大きい外鋼管１８を外挿し、鋼管３０の外鋼管１８の上下にダイアフラム１６を設ける。そして、鋼管３０とダイアフラム１６とを溶接により接合すると共に、外鋼管１８の上端及び下端と上下のダイアフラム１６を溶接により接合する。さらに、梁２２が接合される位置に対応して、上下のダイアフラム１６の間にダイアフラム１６及び外鋼管１８に接触するようにプレート２０を配置し、ダイアフラム１６及び外鋼管１８にプレート２０を溶接により接合する。
【００３４】
次いで、鋼管柱１２の仕口部１４における上下のダイアフラム１６の縁部１６Ｂに梁２２の上下のフランジ２２Ｂの縁部（端面）を突き合わせると共に、プレート２０の縁部に梁２２のウエブ２２Ａの縁部（端面）を突き合わせる。そして、ダイアフラム１６の縁部１６Ｂとフランジ２２Ｂとを溶接により接合し、さらに、プレート２０とウエブ２２Ａの両側からスプライスプレート２４を面接触状態で配置して高力ボルト２６とナット２８によりプレート２０とウエブ２２Ａとを接合する。このような手順によって鋼管柱１２の仕口部補強構造１０が形成される。
【００３５】
次に、本実施形態の鋼管柱の仕口部補強構造１０の作用並びに効果について説明する。
【００３６】
鋼管柱１２の仕口部１４の上下に環状のダイアフラム１６が設けられており、ダイアフラム１６は鋼管柱１２の外周（鋼管３０）にそれぞれ溶接により接合されている。仕口部１４における鋼管柱１２の外側に円筒状の外鋼管１８が鋼管３０とクリアランスを設けて外挿されており、外鋼管１８の上端と下端が上下のダイアフラム１６に溶接により接合されている。そして、梁２２のフランジ２２Ｂが上下のダイアフラム１６に溶接により接合されると共に、外鋼管１８に接合されたプレート２０と梁２２のウエブ２２Ａとが両側からスプライスプレート２４を面接触させた状態で高力ボルト２６とナット２８により摩擦接合されている。これによって、梁２２と接合される鋼管柱１２の仕口部１４（梁２２との接合部位）が、鋼管柱１２に外挿された外鋼管１８により補強される。すなわち、筒状の外鋼管１８によって、鋼管柱１２の仕口部１４を外側から補強することで、仕口部１４のせん断耐力を上昇させることができる。
【００３７】
鋼管柱１２の仕口部補強構造１０では、梁２２のウエブ２２Ａの曲げモーメントは、ウエブ２２Ａが接合されるスプライスプレート２４を介してプレート２０に伝わり、ダイアフラム１６との隅肉溶接部応力の偶力によってダイアフラム１６に伝達される。このため、外鋼管１８の変形等による梁２２のウエブ２２Ａの曲げモーメントの鋼管柱１２への伝達効率の低下を抑制することができる。
【００３８】
このような鋼管柱１２の仕口部補強構造１０では、鋼管柱１２を切断する必要がなく、加工度が低い。また、鋼管柱１２を構成する鋼管３０の内部に突出部がないため、軸方向筋３２とせん断補強筋３４の挿入や、コンクリート３６の充填が容易である。また、鋼管柱１２の仕口部１４の設計せん断力に対して外鋼管１８の厚さ又は強度を設定するため、効率的な設計が可能である。
【００３９】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態の鋼管柱の仕口部補強構造について説明する。なお、第１実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００４０】
図５及び図６に示されるように、鋼管柱１２の仕口部補強構造５０では、鋼管柱１２の仕口部１４における鋼管３０の外周に沿った位置に、第１実施形態の外鋼管１８に代えて、補強部材としての繊維強化プラスチックシート５２が設けられている。鋼管３０の外周面の梁２２と相対する４方向には、プレート２０が溶接により接合されている。繊維強化プラスチックシート５２は、４枚のプレート２０の間の鋼管３０の外周に沿った４箇所にそれぞれ配設されている。繊維強化プラスチックシート５２は、鋼管３０の外周面に接合（固着）された壁面部５２Ａと、壁面部５２Ａの周方向両側の端部がプレート２０に沿って折り曲げられた折り曲げ部５２Ｂと、を備えている。壁面部５２Ａの上端と下端は、ダイアフラム１６に接合（固着）されている。
【００４１】
繊維強化プラスチックシート５２を鋼管３０の外周面に接合する際には、まず、図７に示されるように、鋼管柱１２の仕口部１４における鋼管３０の外周面に強化用繊維シート６０を多層（２層以上）に貼付する。強化用繊維シート６０は、鋼管３０の外周面に貼付したシート面６０Ａの周方向両側の端部６０Ｂをプレート２０の接合部付近（プレート２０の根元部付近）まで巻き込むように折り曲げ、鋼管３０とプレート２０に仮接着する。そして、強化用繊維シート６０に樹脂（例えば、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂）を含浸させて所定の温度で硬化させることによって繊維強化プラスチックシート５２を形成する。強化用繊維シート６０に樹脂を含浸させて硬化させることで、繊維強化プラスチックシート５２の壁面部５２Ａと折り曲げ部５２Ｂが鋼管３０の外周面とプレート２０に接合（固着）されると共に、壁面部５２Ａの上端と下端がダイアフラム１６に接合（固着）される（図５及び図６参照）。強化用繊維シート６０としては、例えば、炭素繊維、アラミド繊維などが用いられる。
【００４２】
このような鋼管柱１２の仕口部補強構造５０では、鋼管柱１２の仕口部１４における鋼管３０に繊維強化プラスチックシート５２が接合（固着）され、繊維強化プラスチックシート５２の上端と下端が上下のダイアフラム１６に接合（固着）されており、梁２２と接合される鋼管柱１２の仕口部１４（梁２２との接合部位）が、繊維強化プラスチックシート５２により補強される。すなわち、繊維強化プラスチックシート５２によって、鋼管柱１２の仕口部１４を外側から補強することで、仕口部１４のせん断耐力を上昇させることができる。
【００４３】
このような鋼管柱１２の仕口部補強構造５０では、第１実施形態の効果に加えて、必要な鋼管柱１２の仕口部１４のせん断耐力を強化用繊維シート６０の厚さや枚数により容易に調整できるという利点がある。また、鋼管柱１２の鋼管３０を厚くして仕口部１４のせん断耐力を確保する従来工法と比較して、仕口部１４の躯体コスト（ダイアフラム１６を含まず）を３０〜４０％程度削減することができる。
【００４４】
なお、第１及び第２実施形態では、鋼管柱１２として、円形の鋼管が用いられているが、これに限定されず、四角、六角などの角形の鋼管を用いてもよい。第１実施形態では、鋼管柱１２として、四角、六角などの角形の鋼管を用いた場合、外鋼管は、鋼管柱１２よりもひと回り大きい四角、六角などの角形の鋼管を用いることが望ましい。
【００４５】
また、第１及び第２実施形態では、鋼管柱１２は、内部に軸方向筋とせん断補強筋が配筋されているが、軸方向筋とせん断補強筋を配筋せずに鋼管３０の内部にコンクリートを充填した構成でもよい。
【００４６】
なお、第２実施形態では、強化用繊維シート６０に含浸させた樹脂を硬化させることで、繊維強化プラスチックシート５２を鋼管３０に固着したが、これに限定されず、繊維強化プラスチックシートを鋼管３０及び上下のダイアフラム１６に接着剤により接合する構成でもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１０ 鋼管柱の仕口部補強構造
１２ 鋼管柱
１４ 仕口部
１６ ダイアフラム
１８ 外鋼管（補強部材）
２０ プレート
２２ 梁
２２Ａ ウエブ
２２Ｂ フランジ
３０ 鋼管
３２ 軸方向筋
３４ せん断補強筋
３６ コンクリート
５０ 鋼管柱の仕口部補強構造
５２ 繊維強化プラスチックシート（補強部材）
６０ 強化用繊維シート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部にコンクリートが充填された鋼管柱と、
前記鋼管柱の仕口部の上下に設けられる共に、前記鋼管柱の外周にそれぞれ接合され、梁のフランジが接合される環状のダイアフラムと、
前記仕口部における前記鋼管柱の外周に沿って設けられ、上端と下端が前記ダイアフラムに接合される補強部材と、
前記補強部材に設けられ、梁のウエブに接合されるプレートと、
を有する鋼管柱の仕口部補強構造。
【請求項２】
前記補強部材は、前記鋼管柱の外側に前記鋼管柱とクリアランスを設けて外挿される筒状の外鋼管である請求項１に記載の鋼管柱の仕口部補強構造。
【請求項３】
前記補強部材は、前記鋼管柱の外周面に固着される繊維強化プラスチックシートである請求項１に記載の鋼管柱の仕口部補強構造。
【請求項４】
前記繊維強化プラスチックシートは、前記鋼管柱の外周面に強化用繊維シートを多層に貼付し、前記強化用繊維シートに樹脂を含浸させて硬化させたものである請求項３に記載の鋼管柱の仕口部補強構造。
【請求項５】
前記鋼管柱の内部には、軸方向筋とせん断補強筋が配筋されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の鋼管柱の仕口部補強構造。
【請求項１】
内部にコンクリートが充填された鋼管柱と、
前記鋼管柱の仕口部の上下に設けられる共に、前記鋼管柱の外周にそれぞれ接合され、梁のフランジが接合される環状のダイアフラムと、
前記仕口部における前記鋼管柱の外周に沿って設けられ、上端と下端が前記ダイアフラムに接合される補強部材と、
前記補強部材に設けられ、梁のウエブに接合されるプレートと、
を有する鋼管柱の仕口部補強構造。
【請求項２】
前記補強部材は、前記鋼管柱の外側に前記鋼管柱とクリアランスを設けて外挿される筒状の外鋼管である請求項１に記載の鋼管柱の仕口部補強構造。
【請求項３】
前記補強部材は、前記鋼管柱の外周面に固着される繊維強化プラスチックシートである請求項１に記載の鋼管柱の仕口部補強構造。
【請求項４】
前記繊維強化プラスチックシートは、前記鋼管柱の外周面に強化用繊維シートを多層に貼付し、前記強化用繊維シートに樹脂を含浸させて硬化させたものである請求項３に記載の鋼管柱の仕口部補強構造。
【請求項５】
前記鋼管柱の内部には、軸方向筋とせん断補強筋が配筋されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の鋼管柱の仕口部補強構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−７７４７６（Ｐ２０１２−７７４７６Ａ）
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２２１８３５（Ｐ２０１０−２２１８３５）
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月１９日（２０１２．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月３０日（２０１０．９．３０）
【出願人】（０００００３６２１）株式会社竹中工務店 (1,669)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]