JP2004044207A

JP2004044207A - 繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造

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Publication number: JP2004044207A
Application number: JP2002202660A
Authority: JP
Inventors: Hiroto Takatsu; 高津　比呂人; Hideki Kimura; 木村　秀樹
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2022-07-11
Also published as: JP3942973B2

Abstract

【課題】繊維補強セメント系材料を利用して、コンクリート系構造物の地震応答を制御可能とする制震構造を提供する。
【解決手段】コンクリート系構造物において、スパンが短い短スパン梁１の中央部１Ａ又は全部を繊維補強セメント系材料により形成する。
【効果】塑性回転能力を増大させ建物全体の地震応答制御を可能にし、さらに、せん断補強筋量を節減しつつ変形能力を増大させ全体として大きな地震エネルギ吸収能力を発揮させると共に、ひび割れを分散させ損傷度を低減し地震後の簡単な補修だけで建造物の再使用を可能にする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、短スパン梁を有する各種のコンクリート系構造物において、短スパン梁部材の中央部又は全部を繊維補強セメント系材料により形成して同構造物の地震応答を制御可能とした、繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
コンクリート系構造物の一つの形式として、スパンが短い短スパン梁を具備するコンクリート系構造物も多く実施されている。
例えば図６に例示したようなコンクリート系ラーメン構造物が具備する短スパン梁１、又は図７及び図８に例示したコンクリート系耐震壁２による構造物における境界梁１、若しくは図９に例示したコンクリート系チューブ架構構造物における外周部及びコア部を構成する短スパン梁１、或いは図１０に例示したコンクリート系板状集合住宅のバルコニー部（又は廊下部）を構成する短スパン梁１などが該当する。
【０００３】
因みに、本発明でいう短スパン梁とは、例えば梁の全長と同梁の横断面における高さ寸法との比率（地震荷重時の剪断スパン比）が１．５程度のような短い梁を指して云う。前記短スパン梁１を含むコンクリート系構造物は、大地震時に同構造物に入力した地震エネルギが、短スパン梁１に対しては剪断力が卓越する形に作用し、剪断破壊が集中しやすい。しかし、短スパン梁は、充分な剪断補強筋を配さない限り、脆性的な剪断破壊をし、変形能力は殆どないに等しいことが問題である。
【０００４】
普通コンクリートによる通常の鉄筋コンクリート造短スパン梁の場合には、剪断補強筋や帯筋などを密に配置しても、ひび割れの分散性に限度があり、損傷を制御することは至難である。
【０００５】
制震デバイスとしてコンクリート系構造物にブレースを配置したり、間柱を配置する対策も実施されている。しかし、これらの制震デバイスは上下の梁部材間に組み込まれるものであるから、出入り口や通路などを確保する平面計画と、ブレース、間柱の配置計画の双方を両立させねばならないという面倒な解決課題が存在する。間柱は、通常の建物で制震効果を期待するためには多数配置する必要があることも問題である。
【０００６】
異なる従来技術として、特許第３１７１０９２号公報に記載された建物の制震構造は、梁の中間部に低降伏点鋼を接合し、該低降伏点鋼部分に変形を集中させてエネルギ吸収を行わしめ制震効果を得る構成である。但し、梁もＨ形鋼から成る鉄骨造建物の実施例である。
【０００７】
【本発明が解決しようとする課題】
上述の如く短スパン梁を含むコンクリート系構造物が大地震時の大きな繰り返し荷重を受けた場合は、短スパン梁の剪断耐力によって設計が決まると云って良い。したがって、最大剪断力を正確に見積もり、配筋やコンクリート強度の設計を適正に行う必要がある。
それにしても短スパン梁の変形能力は本来的に小さく、エネルギ吸収能力を期待できないし、剪断破壊してしまうと、修復して利用することも至難である。
【０００８】
上記のような問題点の対策としては、上記特許第３１７１０９２号公報に記載された制震構造は無力である。コンクリート系構造物の短スパン梁に低降伏点鋼を接合して該低降伏点鋼の部分に変形を集中させてエネルギ吸収を行わしめることは実施不可能だからである。
【０００９】
ところで、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、鋼繊維などの短繊維をコンクリートの補強材として混入した所謂繊維補強セメント系材料（又は繊維補強モルタル）は、従来の普通コンクリートに比較して、引張り時のひび割れが分散されること、繊維によってひび割れの幅が開くのを拘束する作用があることにより、見かけの引張り強度や引張り靱性に優れていることが公知であり、上記従来技術の項でも説明した通り、既にコンクリート系構造物の一部として使用されている。
【００１０】
したがって、コンクリート系構造物の短スパン梁に上記繊維補強セメント系材料を適用すると、同短スパン梁の部位で曲げひび割れ、剪断ひび割れが分散され、繊維によってひび割れの幅が開くのを拘束するので、所謂コンクリートの剥落などは発生せず、耐力の急激な低下も生じない。また、鉄筋とコンクリートの付着強度が向上し、塑性回転変形能力が増大するから、より大きなエネルギ吸収能を期待できる。
そこで、前記エネルギ吸収量を適切に把握して設計することにより、建物全体の地震応答を制御することが出来ることに着眼して本発明がなされた。
なお、繊維補強セメント系材料は、性質上、現場打ち施工が難しいことも解決課題である。
【００１１】
本発明の目的は、コンクリート系構造物の短スパン梁の中央部又は全部を繊維補強セメント系材料で形成することにより、塑性変形回転能力を増大させて、建物全体の地震応答制御を可能にし、開口部の平面計画等に影響を与える制震デバイスの設置を無用としつつ、構造物に制震効果を付与した制震構造を提供することである。
【００１２】
本発明の次の目的は、短スパン梁の中央部又は全部を繊維補強セメント系材料で形成することにより、剪断補強筋量を節減しつつ変形能力を増大させ、全体として大きな地震エネルギ吸収能力を発揮させると共に、ひび割れの分散性に優れ、損傷度を低減して地震後には簡単な補修だけで構造物の再使用を可能にした制震構造を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造は、
コンクリート系構造物において、
スパンが短い短スパン梁の中央部又は全部が繊維補強セメント系材料により形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造において、
短スパン梁の中央部の剪断変形が集中する範囲が繊維補強セメント系材料により形成され、その他の部分は普通コンクリートで形成されたプレキャスト梁部材により短スパン梁が構築されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造において、
短スパン梁の中央部の剪断変形が集中する範囲が繊維補強セメント系材料により形成され、その他の部分は同じ繊維補強セメント系材料により梁型枠を兼ねるＵ字形断面として一連に形成されたプレキャスト梁部材により短スパン梁が架構され、前記梁型枠を兼ねるＵ字形断面部分に普通コンクリートが打設されて成ることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載した発明は、請求項１に記載した繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造において、
短スパン梁の中央部の剪断変形が集中する範囲が繊維補強セメント系材料による梁ブロックとして形成され、前記梁ブロックは底面の鋼板等を利用して梁部材の中央部に配置され、他の普通コンクリートにより形成された部分と一連に一体的に短スパン梁が構築されていることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下に、請求項１〜４に記載した発明に係る繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造を、図１〜図５に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１８】
先ず図１は、図６に例示したコンクリート系ラーメン構造物における柱３、３と接合された短スパン梁１…について、剪断変形、剪断破壊が集中する中央部１Ａを上述した繊維補強セメント系材料により形成し（図１Ｃを参照）、これ以外の両側部分１Ｂは普通コンクリートで形成された（図１Ｂ）プレキャスト梁部材を予め工場で製作し、これを現場へ搬入し、柱３、３の間へ公知の手法で架設して短スパン梁１が構築された実施例（請求項１及び２記載の発明）を示している。繊維補強セメント系材料は、その性質上、現場打ち施工が難しいからである。なお、図１に示した短スパン梁１は、その上面に梁主筋５及びフープ筋６の一部を露出させ、後打ちするスラブコンクリートとの一体化施工を容易にする、公知のハーフプレキャスト梁部材として構成されたものを示している。
【００１９】
次に、図２の実施形態は、図１と同様、短スパン梁１において剪断変形、剪断破壊が集中する中央部１Ａが繊維補強セメント系材料により形成されている（図２Ｂを参照）。また、前記中央部１Ａ以外の両側部分１Ｂも、図２Ｃに示したように、梁型枠を兼ねるＵ字形断面が繊維補強セメント系材料により一連に（一体的に）形成されている。更に前記両側部分１Ｂの溝内に梁主筋５とフープ筋６とから成る梁鉄筋が予め納められた構成のプレキャスト梁部材として予め工場で製作し、これを現場へ搬入し、柱３、３の間へ公知の手法で架設した段階を図２Ａに示す。その後スラブコンクリートの打設と共に前記梁型枠を兼ねるＵ字形断面部分１Ｂの溝内へ普通コンクリートを打設して、短スパン梁１が構築される（請求項１及び２に載した発明）。
【００２０】
両側部分１Ｂの梁型枠を兼ねるＵ字形断面構造はまた、図２Ｄに示した実施例のように、梁鉄筋の下半部までを繊維補強セメント系材料の中に埋設した構成でも実施される。
いずれにしても、上記のプレキャスト梁部材を柱３、３の間へ架設した後、スラブコンクリートの打設に際して、普通コンクリートを前記梁型枠を兼ねるＵ字形断面の溝内へ打設して短スパン梁１とスラブが一気に完成される（請求項３記載の発明）。
この実施形態によれば、両側部分１Ｂを、梁型枠を兼ねるＵ字形断面として欠き込み形成して現場へ搬入するから、図１の実施形態に比して、プレキャスト梁部材の軽量化を格別に図れ、運搬や設置の取り扱いの手間を軽減できる。ひいてはコストダウンを図れる利点がある。
【００２１】
次に図３は、柱３の梁接合部分として普通コンクリートで形成された柱梁接合ブロック４と、短スパン梁１の中央部を除く両側部分１Ｂとが、それぞれ普通コンクリートで一体的なプレキャストコンクリート部材として予め工場で製作され、これを現場へ搬入し、柱３の上に設置する実施形態を示している。
柱梁接合ブロック４には、柱３の各主筋７を通すシース孔が上下方向に設けられている。また、短スパン梁の両側部分１Ｂには、梁鉄筋を構成する主筋５が前記柱梁接合ブロック４をも貫通して配筋され、更にフープ筋６…も配置され、上端主筋５及びフープ筋６の上半部が露出するハーフプレキャスト部材として構成されている。
【００２２】
図３はまた、上記構成の柱梁接合ブロック４を短スパン梁の両側部分１Ｂと共に柱３の上部（梁取付位置）へ、同ブロック４のシース孔へ柱３の各主筋７を通す要領で設置した後、短スパン梁の中央部分１Ａの梁型枠を現場で組み立て、更に梁鉄筋の組み立てを完成して、繊維補強セメント系材料を用いて前記両側部分１Ｂと一連に中央部分１Ａを一体構造に構築して、短スパン梁１を完成した状況を示している（請求項１記載の発明）。
【００２３】
次に図４では、短スパン梁１の中央部１Ａを除く両側部分１Ｂが、普通コンクリートによる現場打ち工法で、又は工場製作のプレキャストコンクリート部材として柱３の梁取り付け位置へ先行して設置されている。一方、短スパン梁１の中央部１Ａは、予め工場で繊維補強セメント系材料によるプレキャストコンクリート部材として製作し、これを現場へ搬入し、先行して柱３へ設置した前記両側部分１Ｂ、１Ｂの間へ嵌め込まれている。そして、予め中央部１Ａ及び両側部分１Ｂの底面に一体化施工しておいた鋼板９及び１０の接合部１１を溶接等の手段で曲げモーメントを伝達可能に接続して一体化した実施形態を示している。
【００２４】
図４の実施形態においては、上記中央部１Ａをスラブコンクリート１２とも縁切りすることを目的として、前記中央部１Ａの上面に蓋板１３を被せておく。
本実施形態の主眼は、地震時の剪断変形が集中し破壊された中央部１Ａは、事後に上記鋼板９及び１０の接合部１１を切り離し、新規製作の中央部１Ａと交換して修復することを可能にすることである。
【００２５】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜４に記載した発明に係る繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造は、短スパン梁において剪断力、剪断変形が集中する中央部又は全部を繊維補強セメント系材料により形成するので、前記範囲での曲げひび割れ、剪断ひび割れが分散され、見かけの付着強度が高くなり、塑性回転変形性能が増大するので、より大きな地震エネルギの吸収能力を期待できる。よって、この地震エネルギ吸収性能を適切に把握して設計することにより、当該コンクリート系構造物全体の地震応答を制御する制震構造とすることができる。
しかも、他の高価なダンパーの如き制震デバイスを使用する必要がなく、コンクリート系構造物に制震性能を付与することが出来る。したがって、安価に、しかも建物の平面計画に何の影響を及ぼすことなく実施することが出来る。
したがって、短スパン梁について必要以上に密な配筋も無用であるから、施工性が大きく向上する。
しかも繊維補強セメント系材料には、ひび割れを分散させる作用効果があり、損傷が一箇所に集中して起こりにくい為、見た目の損傷も軽減され、地震後の再使用に有利である。
更に、構造物のプレキャスト化を進められる結果、現場作業の省力化、品質の向上にも寄与するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは短スパン梁の構造を示す正面図、Ｂ、ＣはＡ図のｂ−ｂおよびｃ−ｃ断面図である。
【図２】Ａは短スパン梁の異なる構造を示す正面図、Ｂ、Ｃ、ＤはＡ図のｂ−ｂおよびｃ−ｃ断面図である。
【図３】短スパン梁の異なる構造を示す立面図である。
【図４】短スパン梁の更に異なる構造を示す立面図である。
【図５】図４の平面図である。
【図６】コンクリート系ラーメン構造物の短スパン梁を示す立面図である。
【図７】耐震壁によるコンクリート系構造物の短スパン梁を示した正面図である。
【図８】コンクリート系耐震壁構造物の短スパン梁を示した側面図である。
【図９】コンクリート系チューブ架構構造物の短スパン梁を示す平面図である。
【図１０】コンクリート系板状集合住宅の短スパン梁を示した平面図である。
【符号の説明】
１　　　　短スパン梁
３　　　　柱
１Ａ　　　短スパン梁の中央部（繊維補強セメント系材料）
１Ｂ　　　短スパン梁の両側部分（普通コンクリート）

Claims

コンクリート系構造物において、
スパンが短い短スパン梁の中央部又は全部が繊維補強セメント系材料により形成されていることを特徴とする、繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造。
短スパン梁の中央部の剪断変形が集中する範囲が繊維補強セメント系材料により形成され、その他の部分は普通コンクリートで形成されたプレキャスト梁部材により短スパン梁が構築されていることを特徴とする、請求項１に記載した繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造。
短スパン梁の中央部の剪断変形が集中する範囲が繊維補強セメント系材料により形成され、その他の部分は同じ繊維補強セメント系材料により梁型枠を兼ねるＵ字形断面として一連に形成されたプレキャスト梁部材により短スパン梁が架構され、前記梁型枠を兼ねるＵ字形断面部分に普通コンクリートが打設されて成ることを特徴とする、請求項１に記載した繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造。
短スパン梁の中央部の剪断変形が集中する範囲が繊維補強セメント系材料による梁ブロックとして形成され、前記梁ブロックは底面の鋼板等を利用して梁部材の中央部に配置され、他の普通コンクリートにより形成された部分と一連に一体的に短スパン梁が構築されていることを特徴とする、請求項１に記載した繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造。