JPH0598697A - 鉄骨造架構における柱・梁の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンクリートが充填される鉄骨柱に角形鋼管
を使用する場合の角形鋼管自身の強度を維持すると同時
に、鉄骨梁との接合部におけるコンクリートの品質を高
める。 【構成】 鉄骨梁２との接合部位置にボルト孔3aが明け
られた補強プレート３が内接し、少なくとも接合部の区
間にコンクリート６, もしくはモルタル15が充填された
角形鋼管の鉄骨柱１の、補強プレート３に対応する位置
のフランジに鉄骨梁２の端部に接合されたエンドプレー
ト４を当接させ、エンドプレート４の挿通孔4aに鉄骨柱
１のフランジを貫通するボルト５を挿通し、これを補強
プレート３のボルト孔3aに螺合させて鉄骨梁２を鉄骨柱
１に接合するもので、鉄骨柱１に加工を施すことなく補
強プレート３を内接させることにより角形鋼管自身の強
度を維持し、また鉄骨柱１の少なくとも鉄骨梁２との接
合部位置に予めコンクリート６, もしくはモルタル15が
充填されていることにより接合部におけるコンクリート
６等の品質を高め、鉄骨柱１の耐力を高めるものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は予め内部にコンクリー
トが充填された角形鋼管の鉄骨柱に鉄骨梁を接合する、
鉄骨造架構における柱・梁の接合方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術及び発明が解決しようとする課題】角形鋼管
を始め、閉鎖断面形状の鉄骨柱と鉄骨梁との接合部には
通常、応力の円滑な伝達と、鉄骨柱のフランジの変形防
止を図る必要から、鉄骨柱の鉄骨梁のフランジのレベル
にダイヤフラムが溶接され、鉄骨梁との接合は鉄骨柱の
フランジから張り出したダイヤフラムの周囲に鉄骨梁の
端部に位置するブラケットを突き合わせ溶接しておき、
現場でブラケットと鉄骨梁のフランジ間に継手プレート
を渡し、両者をボルト接合する、という要領で行われる
が、ダイヤフラムを用いる構造は鉄骨柱回りの組立の多
くが溶接に依存するため製作性が悪いと同時に、組立ま
で多くの工数を要し、また接合部に相当数のボルトを必
要とするため施工性も悪い、という問題を抱えている。

【０００３】この問題に対し、角形鋼管の構成部材を断
面上の対角線方向に２分割して製作し、そのＬ形部材の
内周にナットが固定された補強板を取り付けておき、Ｌ
形部材の組立後、フランジに連結金具を当接させ、この
連結金具とフランジを貫通するボルトを挿通し、これを
ナットに螺合させて緊結し、連結金具に鉄骨梁の端部を
接続することにより接合部における溶接作業を省略し、
更に鉄骨梁を鉄骨柱に接合した後、鉄骨柱内にコンクリ
ートを充填する方法が特開平1-142144号で提案されてい
る。

【０００４】しかしながら、Ｌ形部材を溶接することに
より角形鋼管を組み立てる方法では、構造的に脆弱な角
形鋼管の隅角部を溶接熱によって傷める、あるいはここ
に残留応力を発生させる等の問題を残し、角形鋼管とし
ての強度と靱性を低下させる結果となる。

【０００５】加えて上記方法では鉄骨梁の鉄骨柱への接
合が終了した後にコンクリートを充填することから、そ
の締め固めを行うことが難しくなるためコンクリートの
充填に不良が生じ易く、その接合部における耐力が十分
に発揮されない恐れがある。

【０００６】また夏期や冬期の施工ではコンクリート
と、角形鋼管や補強板との温度差が極端に大きくなるた
めコンクリートの付着性が低下する、等の問題も指摘さ
れる。

【０００７】この発明はこうした背景を踏まえてなされ
たもので、組立作業性がよく、また角形鋼管やコンクリ
ートの耐力の低下を招くことのない接合方法を新たに提
案しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では角形鋼管とし
て成型されたまま、鉄骨柱の鉄骨梁との接合部位置にボ
ルト孔が明けられた補強プレートを予めコンクリート，
もしくはモルタルを充填して内接させることにより分割
された部材を溶接して角形鋼管を組み立てる場合の溶接
による影響を回避し、また鉄骨柱の少なくとも鉄骨梁と
の接合部の区間に予めコンクリート, もしくはモルタル
を充填しておくことにより接合部におけるコンクリート
の品質を高め、角形鋼管とコンクリートの耐力を確保す
る。

【０００９】鉄骨梁はその端部に接合されたエンドプレ
ートを鉄骨柱のフランジの、補強プレートに対応する位
置に当接させ、エンドプレートの挿通孔から鉄骨柱のフ
ランジを貫通するボルトを挿通し、これを補強プレート
のボルト孔に螺合させることにより鉄骨柱に接合され
る。

【００１０】鉄骨梁と鉄骨柱の接合には角形鋼管の組立
や溶接作業が伴わないことによって角形鋼管の強度は維
持されると同時に、接合部の製作性が向上され、またエ
ンドプレートと補強プレートとの接合が引張ボルト接合
であることによってボルトの本数が削減され、現場での
作業性も高められる。

【００１１】

【実施例】以下本発明を一実施例を示す図面に基づいて
説明する。

【００１２】この発明は工場等で予め内部にコンクリー
ト６，もしくはモルタル15が充填された角形鋼管の鉄骨
柱１と鉄骨梁２を、鉄骨柱１に内接する補強プレート３
と鉄骨梁２の端部に接合されたエンドプレート４をボル
ト５で接続して接合する方法である。

【００１３】鉄骨柱１のフランジの鉄骨梁２との接合部
位置には図１，図２に示すようにボルト５が挿通する挿
通孔1aと、後述する、補強プレート３の保持のための保
持孔1bが穿設されている。また図１に示すように補強プ
レート３を外した位置には接合部へコンクリート６，も
しくはモルタル15を充填するための充填孔1cが明けられ
る。

【００１４】図１は３層分軸方向に継目なく連続した鉄
骨柱１の製作例を示したものであるが、鉄骨柱１の各階
の鉄骨梁２との接合部の位置には挿通孔1aと保持孔1b
が、また１層目の接合部を除く各接合部位置には充填孔
1cが明けられ、柱脚部の下端にはコンクリート６の充填
用の充填孔7aが明けられたベースプレート７が接合され
ている。１層目の鉄骨梁２との接合部にはベースプレー
ト７の充填孔7aから、その上層の接合部にはそれぞれの
充填孔1cからコンクリート６やモルタル15の充填が行わ
れる。充填孔1cはコンクリート６やモルタル15の粒径に
応じた大きさが与えられるが、後述するように充填後の
充填孔1cの閉塞の手間を省くには１層目を除く接合部に
は粒径の小さいモルタル15の充填が適当である。

【００１５】図１，図２に示す実施例では鉄骨柱１内部
で対向する補強プレート３，３間の距離が小さいことか
ら、コンクリート６やモルタル15の回りをよくする目的
で各充填孔1cを接合部の下方に位置させ、接合部の下側
からコンクリート６等の圧入を行う配置にしているが、
補強プレート３，３間に十分な距離が確保される場合は
接合部の上方からの注入を行う位置に充填孔1cを配置す
ることもある。

【００１６】角形鋼管が、帯板を角形に折り曲げ、その
突き合わせ面を溶接して成型される電縫管である場合、
突き合わせ面は角形鋼管の隅角部を除くフランジに位置
し、外側から溶接されるためフランジの内周面に溶接ビ
ードが突出し、補強プレート３の配置上の障害となる
が、この問題はビードを平滑に仕上げることにより、も
しくはビードに干渉しない溝を補強プレート３に形成し
ておくことにより回避される。

【００１７】図２は鉄骨柱１内への補強プレート３の配
置状態を示したものであるが、ここに示すように補強プ
レート３は鉄骨柱１の各フランジの内周面に接触して設
置され、フランジの板厚を増し、これを補剛する役目を
持つ。エンドプレート４を貫通するボルト５はこの補強
プレート３の、エンドプレート４の挿通孔4aに対応する
位置に明けられたボルト孔3aに螺合してエンドプレート
４と鉄骨柱１を接合する。

【００１８】ボルト孔3aには接合部へ先行してコンクリ
ート６を充填する際の、コンクリート６の浸入を防止す
るために鉄骨柱１の内周側からボルトキャップ８が固着
され、ボルト孔3aは内側から閉塞されている。ボルト孔
3aの他に明けられる、後述するボルト孔3bには鉄骨柱１
の保持孔1bを貫通する仮止めボルト９が鉄骨柱１の外側
から螺合するためボルトキャップ８は不要である。ボル
トキャップ８はコンクリート６等の充填によってそのま
ま埋殺しされる。

【００１９】ボルト孔3aへのコンクリート６の浸入防止
はボルトキャップ８に相当する部分を一体的に形成して
補強プレート３を鋳造で製作する、あるいはボルト孔3a
を板厚方向に貫通させることなく穿設することによって
も実現される。前者の場合は図２に示すように相隣る補
強プレート３，３間の衝突回避のための切断加工が省略
されるため製作効率がよい。

【００２０】補強プレート３の両端は相隣る補強プレー
ト３との衝突回避のため、斜めにカットされており、こ
のカットによって補強プレート３は鉄骨柱１の各フラン
ジ背面のほぼ全成に重なって配置され、フランジの剛性
と耐力を高めながら鉄骨梁２からの引張力を分散させて
フランジに負担させる。圧縮力はコンクリート６が負担
する。相隣る補強プレート３，３の端面間距離はコンク
リート６やモルタル15の、それぞれの粒径に基づく鉄骨
柱１の隅角部への充填性と、鉄骨柱１のフランジの必要
な引張強度を考慮して決定される。コンクリート６を充
填する場合は粒径が大きいことから間隔を大きく取る必
要があるが、モルタル15の場合は間隔を小さく設定で
き、フランジの補剛効果が高められる。

【００２１】また補強プレート３を鋳造により製造する
場合にその背面のコンクリート６側に凹凸面を形成して
おけば、コンクリート６等との付着性が高まり、角形鋼
管とコンクリート６との一体性が確保される。

【００２２】なお、補強プレート３を鉄骨梁２の各フラ
ンジに独立して設置すれば、上下１組の補強プレート３
のみで梁成の寸法の変化に対応可能となる。補強プレー
ト３にはボルト５用のボルト孔3aの他に、図１，図２に
示すように接合部へのコンクリート６やモルタル15の充
填が完了するまで補強プレート３を鉄骨柱１に保持する
仮止めボルト９のためのボルト孔3bが明けられている。
補強プレート３は鉄骨柱１の保持孔1bを貫通する仮止め
ボルト９がボルト孔3bに螺合することにより接合部のコ
ンクリート６やモルタル15が一定の強度を発現するまで
鉄骨柱１に保持される。コンクリート６等が一定の強度
を発現した後は補強プレート３はコンクリート６等に保
持される。仮止めボルト９は鉄骨梁２の接合時以前に撤
去される。

【００２３】補強プレート３はまず図３に示すように挿
入具10に保持され、鉄骨柱１の上方から懸垂された状態
で鉄骨柱１の頂部から目標の接合部位置まで差し込ま
れ、鉄骨柱１の保持孔1bから仮止めボルト９が挿通さ
れ、補強プレート３のボルト孔3bに螺合することにより
図１に示すように各接合部位置に仮止めされる。

【００２４】仮止めボルト９の頭部は図１，図２に示す
ように楔形の立面形状をし、またこの仮止めボルト９が
挿通する保持孔1bはその軸部の径より大きく明けられて
おり、補強プレート３は仮止めボルト９が締め付けられ
ることにより容易にフランジの背面に密着した状態で鉄
骨柱１に取り付けられる。仮止めボルト９は図示するよ
うに各補強プレート３に上下２箇所以上設置され、鉄骨
梁２の曲げモーメントによる応力が小さい、鉄骨梁２の
成方向の中央部付近に配置される。

【００２５】なお、鉄骨柱１の挿通孔1aと補強プレート
３のボルト孔3aは共に複数個明けられるため、保持孔1b
やボルト孔3bを穿設することなく、双方の対応する挿通
孔1aとボルト孔3aの内の一部をそれぞれ保持孔1bやボル
ト孔3bとして兼用することもできる。

【００２６】各階毎の補強プレート３の仮止めに先立
ち、図１に示すように鉄骨柱１の対向するフランジ間を
貫通する支持バー11を１層目の接合部を除く各接合部の
下方位置に架設し、その上に、接合部へ充填されるコン
クリート６，もしくはモルタル15を支持する支持板12が
一体化した、樹脂体等の仕切り材13を載置しておく。

【００２７】仕切り材13の設置と補強プレート３の仮止
め終了後、図１に示すように鉄骨柱１の頂部，またはそ
の位置の補強プレート３の上端に頂部プレート14を溶
接, もしくはボルト接合により接合する。頂部プレート
14の接合は接合部へのモルタル15やコンクリート６の充
填後でもよいが、頂部プレート14のモルタル15等への密
着性が悪くなるためその場合は目地にグラウト材の注入
を必要とする。

【００２８】頂部プレート14の接合後、図１に示す鉄骨
柱１の製作例の場合は鉄骨柱１を起立させ、図４に示す
ように１層目の接合部に、ベースプレート７の充填孔7a
から補強プレート３の上端の上方までコンクリート６を
圧入する。この場合、コンクリート６の充填が下から行
われるため充填性はよいが、状況に応じて振動締め固め
を並行して行う場合もある。

【００２９】続いて２層目と３層目の接合部に鉄骨柱１
の充填孔1cからモルタル15，もしくはコンクリート６を
注入する。前記した通り、充填孔1cの径が小さくて足り
ることから、これらの接合部へはモルタル15の充填が適
当であるが、１層目の接合部と同じくコンクリート６を
充填する場合は、充填孔1cの径が大きくなるため事後こ
れを塞ぐ等、断面欠損を補う処理を行うことが望まし
い。

【００３０】コンクリート６やモルタル15が工場内での
移動に耐える強度に達した後、仮止めボルト９が取り外
され、図４に示すように接合部に補強プレート３が内接
し、コンクリート６やモルタル15が充填された鉄骨柱１
が製作される。

【００３１】鉄骨柱１は現場に搬入された後、まず図５
に示すようにコンクリート基礎16にアンカーボルト17に
よって固定される。このとき、鉄骨柱１内のコンクリー
ト６やモルタル15は１階柱部分と各階接合部にのみ充填
されているため鉄骨柱１の運搬や吊り上げ作業性がよ
く、重心も中央より下方に位置するため立設時の安定性
も高い。

【００３２】その後、端部にエンドプレート４が接合さ
れた鉄骨梁２を鉄骨柱１，１間に吊り込んでエンドプレ
ート４と補強プレート３に対応する位置のフランジを対
向させ、エンドプレート４の挿通孔4aからボルト５を挿
通し、鉄骨柱１の挿通孔1aを貫通させて補強プレート３
のボルト孔3aに螺合し、これを緊結して鉄骨梁２と鉄骨
柱１との接合が完了する。このとき、鉄骨柱１のフラン
ジからは突出する部品はなく、その表面は平坦な状態に
あるためエンドプレート４の接合は障害なく行われる。

【００３３】仮に、接合部にコンクリート６やモルタル
15が充填されていない場合、鉄骨柱１は仮止めボルト９
が付属したまま搬入されることになり、現場では仮止め
ボルト９を撤去する作業が付加されることに加え、エン
ドプレート４との接続時に補強プレート３を保持する他
の手段が必要となるが、本発明ではコンクリート６等の
存在によってこの問題は解消されている。

【００３４】補強プレート３を現場で保持しながら鉄骨
梁２との接合を行うには特開昭63−241238号のようにエ
ンドプレート４に代え、鉄骨梁２の各フランジ毎に取り
付くスプリットＴ金物を使用しなければならないが、こ
の場合のスプリットＴ金物は鉄骨梁のフランジに摩擦接
合されるためエンドプレート４を使用した場合より施工
性や応力の伝達性が低く、また補強プレート３との接続
作業も煩雑化する、等の問題がある。

【００３５】図６は１層目の接合部にもコンクリート６
に代えてモルタル15を充填した場合の、図７は鉄骨柱１
の全長に亘ってコンクリート６を充填した場合の鉄骨柱
１の製作例をそれぞれ示したものである。図６に示す製
作例では鉄骨柱１がより軽量化されることにより輸送性
や施工性が高められる。

【００３６】ところで図４，図６に示す鉄骨柱１の製作
例では仕切り材13に樹脂体を用いたが、鉄骨柱１内でコ
ンクリート６やモルタル15を仕切るためには他に、例え
ばＡＬＣ粉，発泡ビーズ等の粉体，もしくは粒体を上下
接合部のコンクリート６とコンクリート６の間に隙間な
く充填する方法や、仕切り材13としてエアバッグを鉄骨
柱１の頂部, もしくは接合部のやや下方に設けた穴から
挿入し、これを内部で膨張させる方法を採用することも
可能である。その場合もエアバッグを支持バー11に支持
させることによりその設置精度及び支持力はより確実に
なる。

【００３７】また図４，図７に示す実施例ではコンクリ
ート６をベースプレート７の中央に設けた充填孔7aから
充填しているが、コンクリート６の充填は鉄骨柱１の頂
部から行うこともできる。但し、その場合、コンクリー
ト６の充填時にエアの巻き込み等が生じ易いので充填を
数回に分け、振動締め固めを行いながら実施することに
なる。

【００３８】以上いずれの実施例においても、コンクリ
ート６には無収縮性，もしくは低膨張性のコンクリート
を使用することが角形鋼管の内面との密着性を確保する
上で望ましく、特に、低膨張性の場合は、補強プレート
３に仮止めボルト９を締め付けた後にコンクリート６が
膨張することにより鉄骨柱１のフランジと補強プレート
３との密着性が高まる。本発明のようにエンドプレート
４を使用した引張接合の場合、鉄骨梁２の鉄骨柱１への
ボルト５の緊結に伴い、補強プレート３が鉄骨梁２側へ
引き寄せられる傾向があるため充填済みのコンクリート
６が補強プレート３から剥離する恐れがあるが、低膨張
性のコンクリート６の使用によってこの事態は回避され
る。

【００３９】

【発明の効果】この発明は以上の通りであり、角形鋼管
を分割することなく、ボルト孔を有する補強プレートを
フランジに内接させ、そのまま補強プレートを鉄骨柱の
少なくとも鉄骨梁との接合部位置に予め充填されるコン
クリートやモルタルによって保持するものであるため、
鉄骨柱に溶接による影響を与えることがなく、成型時の
角形鋼管自身の強度と靱性を維持することができると同
時に、工場での充填によって接合部におけるコンクリー
トの品質が向上され、コンクリートと一体化した鉄骨柱
の耐力を十分に発揮させることが可能である。

【００４０】また鉄骨柱の組立には溶接が不要であるた
め鉄骨柱の製作性がよいことに加え、鉄骨梁と鉄骨柱と
の接合はエンドプレートを用いた引張ボルト接合である
ため施工性も高いことに他に、以下に列挙する効果を得
ることができる。

【００４１】1) 補強プレートは現場搬入時にはコンク
リートにより所定位置に保持されていることから、鉄骨
柱のフランジには補強プレート保持のための突出物がな
いためエンドプレートとの接続作業性がよく、また鉄骨
柱の輸送効率が高い。

【００４２】2) 補強プレートの保持が溶接に依存しな
い結果、複数層分継目なく連続した角形鋼管を軸方向に
分割する必要も、軸に沿って切断する必要もないため上
記の通り、角形鋼管の強度と靱性は維持される。

【００４３】3) 鉄骨柱の少なくとも鉄骨梁との接合部
位置に予め工場でコンクリート等が充填されているため
コンクリートの品質が安定し、特にコンクリート充填時
に鋼材温度及び養生条件を容易に調節可能であるため表
層部分のコンクリートの品質も安定し、角形鋼管及び補
強板との密着性がよい。同時に、コンクリートを角形鋼
管の表面から直接に振動締め固めできるため低スランプ
のコンクリートを補強プレート間を含め、角形鋼管内に
空隙等の欠陥を生じさせるなく充填可能であり、角形鋼
管の隅角部の補強効果も確保される。

【００４４】4) 鉄骨柱の接合部におけるフランジはエ
ンドプレートと補強プレートとに挟持されることによっ
て剛性が高められるため挿通孔や保持孔を明けたことに
よる欠損の影響が生ずることなく鉄骨梁からの応力を補
強プレートとともに負担することができる。

【００４５】5) エンドプレートを貫通するボルトが螺
合するボルト孔は補強プレートに形成されているため、
各ボルト毎に角形鋼管の内周にナットを固定しておく場
合に比べ、ボルト孔相互間の位置の精度が高い。

【００４６】6) 鉄骨柱には複数層分継目なく連続した
角形鋼管が使用できることから、溶接して継手した場合
に比べ、溶接歪みが生じない分鉄骨柱の直線精度、すな
わち隣接する鉄骨柱間距離の精度が高く、エンドプレー
トの接合時に鉄骨柱間距離の誤差による余分な応力の発
生を防止できる。

【００４７】7) 接合部にのみコンクリートを充填した
鉄骨柱は、接合部とそれ以外の部分の剛性の差が大きく
なり、水平力作用時の変形は接合部以外の部分に集中し
て起こるため繰り返し荷重に対する変形性能が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】鉄骨柱の接合部への補強プレートの取り付き状
態を示した縦断面図である。

【図２】図１の接合部位置の横断面図である。

【図３】補強プレートの接合部への挿入の様子を示した
縦断面図である。

【図４】図１に示す鉄骨柱の接合部にコンクリート等を
充填した様子を示した縦断面図である。

【図５】鉄骨梁を隣接する鉄骨柱間に架設し、これを鉄
骨柱に接合した様子を示した架構の縦断面図である。

【図６】全接合部にモルタルを充填した場合の鉄骨柱の
製作例を示した縦断面図である。

【図７】全長に亘ってコンクリートを充填した場合の鉄
骨柱の製作例を示した縦断面図である。

【符号の説明】

１……鉄骨柱、1a……挿通孔、1b……保持孔、1c……充
填孔、２……鉄骨梁、３……補強プレート、3a……ボル
ト孔、3b……ボルト孔、４……エンドプレート、4a……
挿通孔、５……ボルト、６……コンクリート、７……ベ
ースプレート、7a……充填孔、８……ボルトキャップ、
９……仮止めボルト、10……挿入具、11支持バー、12…
…支持板、13……仕切り材、14……頂部プレート、15…
…モルタル、16……コンクリート基礎、17……アンカー
ボルト。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄骨梁との接合部位置にボルト孔が明け
   られた補強プレートが内接し、少なくとも接合部の区間
   にコンクリート, もしくはモルタルが充填された角形鋼
   管の鉄骨柱に鉄骨梁を突き合わせ、鉄骨梁の端部に接合
   されたエンドプレートを鉄骨柱のフランジの補強プレー
   トに対応する位置に当接させ、エンドプレートの挿通孔
   に鉄骨柱のフランジを貫通するボルトを挿通し、これを
   補強プレートのボルト孔に螺合させて鉄骨梁を鉄骨柱に
   接合する鉄骨造架構における柱・梁の接合方法。
2. 【請求項２】 鉄骨柱は複数層分軸方向に継ぎ目なく連
   続していることを特徴とする請求項１記載の鉄骨造架構
   における柱・梁の接合方法。