JP2004316367A

JP2004316367A - 鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法

Info

Publication number: JP2004316367A
Application number: JP2003115187A
Authority: JP
Inventors: Masaru Teraoka; 勝寺岡; Hitoshi Sasaki; 仁佐々木
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2003-04-21
Filing date: 2003-04-21
Publication date: 2004-11-11

Abstract

【課題】圧縮強度が高いコンクリート、例えば１００Ｎ／ｍｍ^２以上のコンクリートを用いた鉄筋コンクリート柱の剪断強度を、剪断余裕度及び軸力保持限界に対する余裕度を、設計的に大きくとることなく向上させる補強技術を提供する。
【解決手段】コンクリート１１に圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ^２以上の超高強度コンクリートを用いた鉄筋コンクリート柱１の内部に、コーナー主筋１２、外側フープ筋１３、内側主筋１４及び内側フープ筋１５が配筋され、コンクリート１１と一体化されている。鉄筋コンクリート柱１の外周面には、これを外周から拘束するように、引張強度の大きい金属材料からなる略正方形の角筒状の帯状プレート３が、上下の鉄筋コンクリート大梁２，２間のクリアスパンＣＳ内に長手方向等間隔で設けられている。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建築及び土木構造物を構築するために用いられる鉄筋コンクリート柱に、地震等により作用する剪断力に対する所要の強度を与えるための剪断補強方法に関し、特に、いわゆる超高強度コンクリートを用いた鉄筋コンクリート柱の剪断補強に有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート（以下、ＲＣと略称する）柱の剪断補強は、一般に、柱主筋の外周を囲むように、四角形あるいは八角形の環状に形成したフープ筋を配置し、あるいは四角形の外側フープ筋と八角形の内側フープ筋又は中子筋の組み合わせて配置することによって行われている。柱主筋の外周に四角形のフープ筋を配置することによる剪断補強方法は、例えば下記の特許文献１に開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−２３０８７６（第４図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の技術による剪断補強方法において、例えば超高層ビル等の構造材料として用いられる超高強度コンクリート、すなわち圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ^２以上のコンクリートを用いたＲＣ柱の場合、地震等による正負の繰り返し水平剪断力の作用下で剪断ひび割れが発生すると、この剪断ひび割れが、人工骨材をも貫通して延び、その破断面が比較的平滑であるため、コンクリートのダイラタンシー（Ｄｉｌａｔａｎｃｙ；応力の作用速度で粘度が変化する現象）が著しく大きくなって、部材の一体性が損なわれやすい。
【０００５】
図５は、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ^２以上のコンクリートを用い鉄筋による剪断補強を施したＲＣ柱のサンプルに、試験装置によって正負の繰り返し水平剪断力を与えて、剪断ひび割れを発生させた状況を示すものである。この図から、コンクリートに発生した剪断ひび割れが、網の目のように延びることによって、部材の一体性が損なわれた状況がわかる。すなわち、鉄筋のみによる剪断補強では、剪断ひび割れ面のずれや開きの進行を抑えることができず、部材の一体性を維持することが困難になる。
【０００６】
また、上述のように、剪断ひび割れ面のずれや開きの進行によって部材の一体性が失われると、正負の最大荷重が大きく異なるようになり、すなわち負の最大荷重が正の最大荷重よりも小さくなる。このようなことは、普通強度のコンクリートを用いたＲＣ柱ではみられない現象であり、結果的に、コンクリート圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ^２以上の超高強度ＲＣ柱では普通強度のＲＣ柱に比較して、剪断余裕度及び軸力保持限界に対する余裕度を、設計的に大きくとることを余儀なくされる。
【０００７】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたもので、その技術的課題は、圧縮強度が高いコンクリート、例えば１００Ｎ／ｍｍ^２以上のコンクリートを用いたＲＣ柱の剪断強度を、剪断余裕度及び軸力保持限界に対する余裕度を、設計的に大きくとることなく向上させる補強技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法は、鉄筋コンクリート柱の外周部をその断面形状と対応する環状に連続した帯状プレートで拘束するものである。帯状プレートは、地震による正負の繰り返し水平剪断力により生じるひび割れ面のずれや開きを、外周側からの拘束力により抑制して、部材の一体性を確保するものである。
【０００９】
請求項２の発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法は、請求項１に記載の方法において、帯状プレートを、鉄筋コンクリート柱のクリアスパン内に長手方向等間隔で設けるものである。これは、柱・梁接合部には水平剪断力が作用しないからである。
【００１０】
請求項３の発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法は、鉄筋コンクリート柱に、その長手方向に延びる複数の板状張出部を有する補強コアを埋設するものである。補強コアは、地震による正負の繰り返し水平剪断力により生じるひび割れ面のずれや開きを、ダウエル効果により抑制して部材の一体性を確保するものである。
【００１１】
請求項４の発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法は、請求項３に記載の方法において、補強コアを鉄筋コンクリート柱のクリアスパンにほぼ相当する範囲にわたって埋設するものである。これは、柱・梁接合部には水平剪断力が作用しないからである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法の好ましい第一の形態を示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、図２は図１における帯状プレートを示す斜視図である。この実施の形態は、請求項１及び請求項２の発明を実施したものである。
【００１３】
図１において、参照符号１は、鉛直に建て込まれた鉄筋コンクリート（以下、ＲＣと略称する）柱、参照符号２は、このＲＣ柱１に水平に架設されたＲＣ大梁である。ＲＣ柱１は、長手方向と直交する断面（水平断面）が略正方形をなすものであって、そのコンクリート１１としては、圧縮強度を１００Ｎ／ｍｍ^２以上とした超高強度コンクリートが用いられている。
【００１４】
ＲＣ柱１の内部には、その四隅近傍に位置して、長手方向へ互いに平行に延びるコーナー主筋１２と、その外周を拘束するように略水平面に沿って略正方形をなして延びる多数の外側フープ筋１３と、コーナー主筋１２よりも内側に正八角形の各頂点に対応するように配置された内側主筋１４と、この内側主筋１４の外周を拘束するように略水平面に沿って略正八角形をなして延びる多数の内側フープ筋１５が配筋され、コンクリート１１と一体化されている。そして、これらコーナー主筋１２、外側フープ筋１３、内側主筋１４及び内側フープ筋１５からなる篭状の配筋構造は、コンクリート１１の剪断強度や引張強度を増大して一体性を確保するものである。
【００１５】
ＲＣ柱１の外周面には、鋼材や他の鉄系金属等、引張強度の大きい金属材料からなる帯状プレート３が、上下のＲＣ大梁２，２間のクリアスパンＣＳ内に長手方向（鉛直方向）等間隔で設けられ、すなわち柱頭部１ａ及び柱脚部１ｂと、その間の等間隔位置に配置されている。帯状プレート３は、ＲＣ柱１の水平断面形状と対応する形状に連続したものであって、ＲＣ柱１の長手方向に所定の幅を有し、すなわち図２に示されるように略正方形の角筒状を呈し、ＲＣ柱１を外周から拘束した状態に密接して装着されている。
【００１６】
帯状プレート３は、ＲＣ柱１の施工において、型枠の組立や配筋作業の際に、型枠の内面にその延長方向等間隔で組み込み、その後、型枠内にコンクリートを打設することによって、図１に示される状態に装着される。
【００１７】
以上の構成において、帯状プレート３は、ＲＣ柱１に地震等による水平方向の正負の繰り返し剪断力が作用して、コンクリート１１に剪断ひび割れが発生した場合に、外周側からの拘束力によって、このひび割れ面におけるコンクリート１１のずれや開きの進行を抑制するものである。このため、コンクリート１１を構成するセメントと骨材等の配合材の一体性や、コンクリート１１とコーナー主筋１２、外側フープ筋１３、内側主筋１４及び内側フープ筋１５の一体性が、破壊に到るまで維持される。したがって、耐震設計に際して、剪断余裕度や、軸力保持限界に対する余裕度を普通強度のコンクリートを用いたＲＣ柱よりも大きくとる、といった必要がなく剪断補強を行うことができる。
【００１８】
また、帯状プレート３は、クリアスパンＣＳの範囲内に等間隔で設けられているため、上下のＲＣ大梁２，２の水平方向相対変位を許容し、また、長手方向（鉛直方向）等間隔で設けられていることによってＲＣ柱１の変形性を確保している。
【００１９】
次に、図３は本発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法の好ましい第二の形態を示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、図４は図３における補強コア４を示す斜視図である。この実施の形態は、請求項３及び請求項４の発明を実施したものである。
【００２０】
図３においても、先の図１と同様、参照符号１はＲＣ柱、２はＲＣ大梁で、ＲＣ柱１のコンクリート１１には、圧縮強度を１００Ｎ／ｍｍ^２以上とした超高強度コンクリートが用いられており、ＲＣ柱１の内部には、コーナー主筋１２、外側フープ筋１３、内側主筋１４及び内側フープ筋１５により配筋されている。
【００２１】
また、内側主筋１４及び内側フープ筋１５の内側には、鋼材や他の鉄系金属等、剪断強度の大きい金属材料からなる補強コア４が埋設されている。この補強コア４は、図４に示されるように、長手方向に延びる複数の板状張出部４ａが、水平断面において十字状をなして形成されたものであって、ＲＣ大梁２，２間のクリアスパンＣＳにほぼ相当する範囲にわたって連続している。
【００２２】
補強コア４は、ＲＣ柱１の施工において、配筋作業の際に、内側主筋１４及び内側フープ筋１５の内側に、ＲＣ大梁２の上端高さとその上階側のＲＣ大梁２の下端高さとの間に位置して挿入し、適当な連結材を介して内側主筋１４あるいは内側フープ筋１５等の鉄筋に結合させ、その後、型枠内にコンクリートを打設することによって、図３に示される状態に装着される。
【００２３】
以上の構成において、補強コア４は、ＲＣ柱１に地震等による水平方向の正負の繰り返し剪断力が作用して、コンクリート１１に剪断ひび割れが発生した場合に、断面十字形をなす板状張出部４ａのダウエル効果によって、剪断ひび割れ面におけるコンクリート１１のずれや開きの進行を抑制するものである。このため、コンクリート１１を構成するセメントと骨材等の配合材の一体性や、コンクリート１１とコーナー主筋１２、外側フープ筋１３、内側主筋１４及び内側フープ筋１５の一体性が、破壊に到るまで維持される。したがって、耐震設計に際して、剪断余裕度や、軸力保持限界に対する余裕度を普通強度のコンクリートを用いたＲＣ柱よりも大きくとる、といった必要がなく剪断補強を行うことができる。
【００２４】
また、補強コア４は、ＲＣ柱１とＲＣ大梁２の接合部分で不連続となっているため、上下のＲＣ大梁２，２の水平方向相対変位を許容するものである。
【００２５】
なお、図３に示される例においては、補強コア４を、各板状張出部４ａがＲＣ柱１の四方の外側面に対してほぼ直角をなすように埋設しているが、各板状張出部４ａが対角方向を向くように埋設することもできる。また、補強コア４は、断面形状が図示のような十字形には限定されず、＊形、あるいはＨ形等、種々のものが適用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１の発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法によれば、地震等による繰り返し剪断力によって鉄筋コンクリート柱のコンクリートに剪断ひび割れが発生した場合に、帯状プレートが、その拘束力によって、ひび割れ面のずれや開きの進行を抑制してコンクリートの配合素材や鉄筋との一体性を維持するので、剪断余裕度や、軸力保持限界に対する余裕度を普通強度のコンクリートを用いた鉄筋コンクリート柱よりも設計的に大きくとる、といった必要がなく剪断補強を行うことができる。
【００２７】
請求項２の発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法によれば、請求項１による効果に加え、鉄筋コンクリート柱の上下の水平方向相対変位を許容することができる。
【００２８】
請求項３の発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法によれば、地震等による繰り返し剪断力によって鉄筋コンクリート柱のコンクリートに剪断ひび割れが発生した場合に、内蔵された補強コアが、その板状張出部のダウエル効果によって、ひび割れ面のずれや開きの進行を抑制してコンクリートの配合素材や鉄筋との一体性を維持するので、剪断余裕度や、軸力保持限界に対する余裕度を普通強度のコンクリートを用いた鉄筋コンクリート柱よりも設計的に大きくとる、といった必要がなく剪断補強を行うことができる。
【００２９】
請求項４の発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法によれば、請求項３による効果に加え、鉄筋コンクリート柱の上下の水平方向相対変位を許容することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法の好ましい第一の形態を示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図２】図１における帯状プレート３を示す斜視図である。
【図３】本発明に係る鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法の好ましい第二の形態を示すもので、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図３における補強コア４を示す斜視図である。
【図５】従来の技術による剪断補強を施したＲＣ柱のサンプルに、試験装置によって繰り返し剪断力を与えて、剪断ひび割れを発生させた状況を示す図である。
【符号の説明】
１ＲＣ柱（鉄筋コンクリート柱）
１１コンクリート
１２コーナー主筋
１３外側フープ筋
１４内側主筋
１５内側フープ筋
２ＲＣ大梁
３帯状プレート
４補強コア
４ａ板状張出部

Claims

鉄筋コンクリート柱の外周部をその断面形状と対応する環状に連続した帯状プレートで拘束することを特徴とする鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法。
帯状プレートを、鉄筋コンクリート柱のクリアスパン内に長手方向等間隔で設けることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法。
鉄筋コンクリート柱に、その長手方向に延びる複数の板状張出部を有する補強コアを埋設することを特徴とする鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法。
補強コアを鉄筋コンクリート柱のクリアスパンにほぼ相当する範囲にわたって埋設することを特徴とする請求項３に記載の鉄筋コンクリート柱の剪断補強方法。