JP4449595B2 - 柱梁接合構造、柱梁接合構造の構築方法、地下構造物の建設方法、および建物 - Google Patents

Description

本発明は、柱梁接合構造、柱梁接合構造の構築方法、地下構造物の建設方法、および建物に関し、特に、柱梁接合構造を溶接によるピン接合という簡易的な接合とすることができる柱梁接合構造、柱梁接合構造の構築方法、地下構造物の建設方法、および建物に関する。

従来より、例えば、地下構造物を構築する場合には、周辺地盤の崩壊を防ぐために山留め壁を設け、対向する山留め壁間に腹起こしを介して仮設の切梁を掛け渡すことにより、山留め壁を支持することが行われている。この仮設の切梁は山留め壁から加わる軸方向の力のみを負担すればよいため、一般的には、腹起しと仮設切梁との接合部にはピン接合のような簡易的な接合が採用される。しかしながら、上述した切梁はあくまで仮設の部材であるため、本設梁を構築した後に撤去しなけばならず手間や費用が掛かる。そこで、例えば、特許文献１には、仮設の切梁を用いずに切梁を本設梁として利用する方法が開示されている。この方法によれば、切梁を本設梁とするため、切梁を後で撤去する必要がなく、手間や費用を抑えることができる利点がある。

しかしながら、上述したような、切梁を本設梁として利用する方法では、柱梁接合部では、軸力のみならず曲げ荷重も負担しなければならないため、ボルト等を用いて剛接合とする必要があり、柱梁接合部の構築が煩雑になるという問題がある。
なお、このような問題は、上述した地下構造物を構築する場合に限らず、地上の構造物を建設する場合にも同様に生じる。すなわち、地上の構造物においても、柱と梁との柱梁接合部は、軸力に加えてせん断力や曲げ荷重を負担すべく剛接合とする必要があり、このため、前記地下構造物の場合と同様に、柱梁接合部の構築が煩雑になるからである。

本発明の目的は、柱梁接合構造を溶接によるピン接合という簡易的な接合とすることができる柱梁接合構造、柱梁接合構造の構築方法、地下構造物の建設方法、および建物を提供することにある。

本発明は、建物の梁と、この梁に接合される柱とを備える柱梁接合構造であって、前記柱と前記梁とは溶接によりピン接合され、前記柱と前記梁の接合部が埋設されるように、前記柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、柱の外周にキャピタル部を設けることにより、梁の固定端の位置がキャピタル部の先端部となるため、梁に等分布荷重が作用した場合には、キャピタル部の先端部に大きなモーメントが作用し、柱と梁の接合部に作用するモーメントは小さく抑えられる。このため、柱と梁の接合部を溶接によるピン接合という簡易的な接合とすることができる。このため、柱梁接合部を簡単に構築できる。

本発明は、山留め壁を支持する切梁と兼用される本設梁と、この本設梁に接合される支柱とを備える柱梁接合構造であって、前記支柱と前記梁とは溶接によりピン接合され、前記支柱が埋設されたコンクリート製の本設柱と一体的に形成され、前記支柱と前記本設梁の接合部が埋設されるように、前記本設柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、本設柱の外周にキャピタル部を設けることにより、本設梁の固定端の位置がキャピタル部の先端部となるため、本設梁に等分布荷重が作用した場合には、キャピタル部の先端部に大きなモーメントが作用し、支柱と本設梁の接合部に作用するモーメントは小さく抑えられる。このため、支柱と本設梁の接合部を溶接によるピン接合という簡易的な接合とすることができ、柱梁接合部を簡単に構築できる。また、山留め壁を支持する切梁を本設梁として利用することにより、切梁が本設梁となるため、後で切梁を撤去する必要もない。

本発明は、建物の梁と、この梁に接合される柱とを備える柱梁接合構造を構築する柱梁接合構造の構築方法であって、前記柱間に前記梁を掛け渡して、溶接によりピン接合し、前記柱と前記梁の接合部が埋設されるように前記柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を、前記柱と一体的に形成することを特徴とする。

本発明は、山留め壁を支持する切梁と兼用される本設梁と、この本設梁に接合される支柱とを備える柱梁接合構造を構築する柱梁接合構造の構築方法であって、地盤に打ち込まれた前記支柱間に前記本設梁を掛け渡して、溶接によりピン接合し、前記支柱が埋設されるようにコンクリート製の本設柱を形成し、前記支柱と前記本設梁の接合部が埋設されるように前記本設柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を、前記本設柱と一体的に形成することを特徴とする。

本発明は、山留め壁を支持する切梁と兼用される本設梁と、この本設梁に接合された支柱とを有する柱梁接合構造を備える地下構造物の建設方法であって、前記支柱を地盤に打ち込む支柱打込工程と、前記地下構造物の建設箇所を掘削する根切工程と、前記支柱間に前記本設梁を掛け渡して、溶接によりピン接合する本設梁接合工程と、前記支柱を埋設するコンクリート製の本設柱を形成する本設柱形成工程と、前記支柱と前記本設梁の接合部が埋設されるように前記本設柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を、前記本設柱と一体的に形成する一体形成工程とを備えることを特徴とする。

本発明の建物は、前記柱梁接合構造を備えることを特徴とする。

本発明によれば、柱梁接合構造を溶接によるピン接合という簡易的な接合とすることができるという効果がある。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態に係る柱梁接合構造を備える建物を、図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態に係る建物１の地下構造物Ｘを示す縦断面図である。図２は、図１のＡ部を拡大して示す縦断面図である。図３は、図２から後述するキャピタル部を取り除いたものを示す縦断面図である。図４は、図３に示す部分を上方から見た平面図である。

図１に示すように、建物１は、地下構造物Ｘと地上構造物Ｙとを有し、下記の手順により建設される。まず、建物１を建設する地盤Ｇの周囲に山留め壁１０を形成し、山留め壁１０の内側にＨ型鋼である複数の支柱１２を打ちこみ（支柱打込工程）、山留め壁１０で囲まれる地盤Ｇを一次掘削する（根切工程）。次に、支柱１２の上部に、地上構造物Ｙの鉄骨柱１４を設けるとともに、鉄骨柱１４間に例えば鉄骨製の切梁１６を取り付け、この切梁１６を地上構造物Ｙの本設梁として利用しつつ、切梁１６の上部に１階の床を構成する床コンクリート１８を形成する。その後、地上構造物Ｙの建設と並行して、地下構造物Ｘを以下の手順により建設する。

まず、切梁１６によって山留め壁１０を支持しつつ、山留め壁１０で囲まれる地盤Ｇを二次掘削する（根切工程）。次に、隣接する支柱１２間に、地下構造物Ｘの地下１階部分を構成する本設梁を兼用する例えばＨ型鋼の切梁２０を掛け渡し、支柱１２と切梁２０とを溶接によるピン接合により簡易的に接合する（本設梁接合工程）。具体的には、図３に示すように、支柱１２のフランジ面にボルト２２等で取り付けたアングル材２４で切梁２０を支持するとともに、支柱１２のフランジ面と切梁２０の端部とを溶接等により接合する。

次に、図１に示すように、切梁２０によって山留め壁１０を支持しつつ、山留め壁１０で囲まれる地盤Ｇを三次掘削し（根切工程）、鉄筋コンクリート製の、地下２階の床２６および基礎２８を形成する。次に、図２に示すように、支柱１２の周囲に鉄筋１３を配置した後、支柱１２を埋設する鉄筋コンクリート製の本設柱３０を地下１階のレベルまで形成する（本設柱形成工程）。次に、支柱１２と切梁２０の接合部が埋設されるように、所定位置に鉄筋を配置してから、切梁２０によって支持される地下１階の床３２と、本設柱３０から外周側へ張り出したキャピタル部３４と、前記本設柱３０とをコンクリートにより一体的に形成する（一体形成工程）。なお、キャピタル部３４は、切梁２０の端部に形成された配筋孔２０Ａ（図３）に鉄筋を通した後、これらの鉄筋を被覆するような平面視矩形状（図４）に形成されている。また、図２に示すように、キャピタル部３４は、その厚み寸法が切梁２０の梁せいよりも小さくなるように形成されている。

このようにして、本設梁となる切梁２０に簡易的に接合される支柱１２を埋設する本設柱３０と、本設柱３０と一体的に形成されたキャピタル部３４とを備える柱梁接合構造２を構築する。
次に、図１に示すように、山留め壁１０に接合されるコンクリート製である地下２階の外周壁３６を形成して、地下１階レベルよりも地下側の構造物を構築する。

次に、前述と同様に、支柱１２の周囲に鉄筋を配置した後、支柱１２を埋設する鉄筋コンクリート製の本設柱３０を地上１階のレベルまで形成し（本設柱形成工程）、地下２階の外周壁３６の上側に、山留め壁１０に接合されるコンクリート製である地下１階の外周壁３８を形成する。このようにして地下構造物Ｘを建設する。
以上のようにして、地下構造物Ｘと地上構造物Ｙとを備える建物１を建設する。

次に、支柱１２と切梁２０の柱梁接合部１００、および、鉄骨柱１４と切梁１６の接合部１１０に掛かるモーメントについてそれぞれ説明する。
図５は、キャピタル部３４が設けられていない場合において、切梁１６に等分布荷重が加わった際のモーメント図である。図６は、キャピタル部３４が設けられた場合において、切梁１６に等分布荷重が加わった際のモーメント図である。図５の（Ａ）に示すように、建物１の地上１階部分を構成する、鉄骨柱１４と切梁１６の接合部１１０にキャピタル部３４（図５では仮想的に示す）が設けられていない場合には、切梁１６に等分布荷重が加わると、切梁１６には、図５（Ｂ）に示すモーメントが作用する。このようなモーメント図から分かるように、鉄骨柱１４と切梁１６の接合部１１０に大きなモーメントが作用するため、接合部１１０を剛接合としなければならない。

一方、図６（Ａ）に示すように、地下構造物Ｘを構成する地下１階部分の、支柱１２と切梁２０の柱梁接合部１００にキャピタル部３４が設けられている場合には、切梁２０の固定端（端部）の位置がキャピタル部３４の先端部３４Ａとなるため、切梁２０に等分布荷重が加わると、切梁２０には、図６（Ｂ）に示すモーメントが作用する。このようなモーメント図によれば、キャピタル部３４の先端部３４Ａに大きなモーメントが作用するが、支柱１２と切梁２０の柱梁接合部１００には作用するモーメントは小さく抑えられる。このため、支柱１２と切梁２０の柱梁接合部１００をピン接合のような比較的簡易な構造として構築しても、当該柱梁接合部１００に十分な剛性を確保できる。

本実施形態においては、次のような効果がある。
(１)本設柱３０の外周にキャピタル部３４を設けることにより、切梁２０の固定端の位置がキャピタル部の先端部３４Ａとなるため、切梁２０に等分布荷重が作用した場合には、キャピタル部３４の先端部３４Ａに大きなモーメントが作用し、支柱１２と切梁２０の柱梁接合部１００には作用するモーメントが小さく抑えられる。このため、支柱１２と切梁２０の柱梁接合部１００をピン接合等の簡易的な接合とすることができ、柱梁接合構造２を簡単に構築できる。

(２)切梁２０を本設梁として利用するので、後で切梁２０を撤去する必要がなく、地下構造物Ｘを建設する際の手間や費用等を軽減できる。

(３)山留め壁１０および外周壁３６を通じて、地盤Ｇからの土圧や水圧が切梁２０の軸方向に加わるため、切梁２０に圧縮力が掛かることになる。このため、切梁２０にプレストレスト的な効果が加わることとなり、切梁２０が長期のモーメントも負担できるため、切梁２０の剛性が向上する。

(４)地下構造物Ｘの地下１階部分に、切梁２０とキャピタル部３４とを備える柱梁接合構造２を採用したので、従来のフラットスラブ構造のように、キャピタル部だけで地下１階の床３２を支持する場合と比べて、キャピタル部３４の寸法や地下１階の床３２の厚みを小さくすることができる。これにより、キャピタル部３４や地下１階の床３２に使用するコンクリートの量や、形成時の手間を軽減できる。

［参考例］
次に、本発明の参考例である柱梁躯体構造を図面に基づいて説明する。図７は、本参考例の柱梁接合構造３を拡大して示す縦断面図である。図７に示すように、柱梁接合構造３は、前記柱梁接合構造２とは、切梁４０がプレキャストコンクリート製である点で主に相違している。このため、以下、この相違点を中心に説明する。

柱梁接合構造３は、以下のようにして構築される。まず、Ｈ型鋼である支柱１２のフランジ面にボルト４２等で取り付けられたアングル材４４で切梁４０を支持し、支柱１２のフランジ面と切梁４０の隙間にグラウト材４６等を充填して、支柱１２と切梁４０との柱梁接合部１２０を比較的簡単な構造で構成する（本設梁接合工程）。続いて、支柱１２と切梁４０の接合部が埋設されるように、所定位置に鉄筋４８を配置してから、切梁４０によって支持される地下１階の床３２と、本設柱３０から外周側へ張り出したキャピタル部３４と、前記本設柱３０とをコンクリートにより一体的に形成する（一体形成工程）。この際、切梁４０とキャピタル部３４とを確実に連結するために、切梁４０とキャピタル部３４との間にアンカー材（図示略）を設置する。このようにして、柱梁接合構造３を構築する。このような第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を奏することができる。なお、切梁４０には、鉄筋４８にプレストレストを掛けたプレキャストコンクリートを使用してもよく、この場合には、切梁４０の剛性を高めることができ、従来のフラットスラブ構造の場合に比べて、キャピタル部３４の寸法を小さくできる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されない。前記実施形態では、柱梁接合部１００，１２０を地下構造物Ｘに適用したが、地上階の構造物に適用してもよい。この場合には、切梁２０，４０を切梁として使用するのではなく、建物の梁としてのみ使用するようにして、柱梁接合部を構築すればよい。

本発明の第１実施形態に係る柱梁接合構造を備える建物の地下構造物を示す縦断面図である。 図１のＡ部を拡大して示す縦断面図である。 図２からキャピタル部を取り除いたものを示す縦断面図である。 図３に示す部分を上方から見た平面図である。 キャピタル部が設けられていない場合において、本設梁に等分布荷重が加わった際のモーメント図である。 キャピタル部が設けられた場合において、本設梁に等分布荷重が加わった際のモーメント図である 本発明の参考例に係る柱梁接合構造を拡大して示す縦断面図である。

符号の説明

１ 建物
２，３ 柱梁接合構造
１０ 山留め壁
１２ 支柱
２０，４０ 本設梁となる切梁
２２，４２ ボルト
２４，４４ アングル材
３０ 本設柱
３２ 床
３４ キャピタル部
３４Ａ 先端部
３６，３８ 外周壁
１００，１２０ 柱梁接合部
Ｇ 地盤
Ｘ 地下構造物
Ｙ 地上構造物

Claims (6)

1. 建物の梁と、この梁に接合される柱とを備える柱梁接合構造であって、
   前記柱と前記梁とは溶接によりピン接合され、
   前記柱と前記梁の接合部が埋設されるように、前記柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を備えることを特徴とする柱梁接合構造。
2. 山留め壁を支持する切梁と兼用される本設梁と、この本設梁に接合される支柱とを備える柱梁接合構造であって、
   前記支柱と前記梁とは溶接によりピン接合され、
   前記支柱が埋設されたコンクリート製の本設柱と一体的に形成され、前記支柱と前記本設梁の接合部が埋設されるように、前記本設柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を備えることを特徴とする柱梁接合構造。
3. 建物の梁と、この梁に接合される柱とを備える柱梁接合構造を構築する柱梁接合構造の構築方法であって、
   前記柱間に前記梁を掛け渡して、溶接によりピン接合し、
   前記柱と前記梁の接合部が埋設されるように前記柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を、前記柱と一体的に形成することを特徴とする柱梁接合構造の構築方法。
4. 山留め壁を支持する切梁と兼用される本設梁と、この本設梁に接合される支柱とを備える柱梁接合構造を構築する柱梁接合構造の構築方法であって、
   地盤に打ち込まれた前記支柱間に前記本設梁を掛け渡して、溶接によりピン接合し、
   前記支柱が埋設されるようにコンクリート製の本設柱を形成し、
   前記支柱と前記本設梁の接合部が埋設されるように前記本設柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を、前記本設柱と一体的に形成することを特徴とする柱梁接合構造の構築方法。
5. 山留め壁を支持する切梁と兼用される本設梁と、この本設梁に接合された支柱とを有する柱梁接合構造を備える地下構造物の建設方法であって、
   前記支柱を地盤に打ち込む支柱打込工程と、
   前記地下構造物の建設箇所を掘削する根切工程と、
   前記支柱間に前記本設梁を掛け渡して、溶接によりピン接合する本設梁接合工程と、
   前記支柱を埋設するコンクリート製の本設柱を形成する本設柱形成工程と、
   前記支柱と前記本設梁の接合部が埋設されるように前記本設柱の外周側へと張り出した、前記梁の梁せいよりも小さな厚みのキャピタル部を、前記本設柱と一体的に形成する一体形成工程とを備えることを特徴とする地下構造物の建設方法。
6. 請求項１または請求項２に記載の柱梁接合構造を備えることを特徴とする建物。

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