JP2006037504A - プレストレストコンクリート構造 - Google Patents

Abstract

【課題】緊張材が、段差付き床スラブの段差部を貫通する方向に敷設されるプレストレストコンクリート構造において、プレストレスの効果を高める。
【解決手段】プレストレストコンクリート構造は、第１の重心一定部１１と第２の重心一定部１２と接合部１８を有する部材１と、部材１の面内を段差を横切る方向に延びる緊張材とを有している。緊張材は、第１、第２の緊張部２１，２２と、第１、第２の緊張部２１，２２を結ぶ連結部２４とを有し、第１の緊張部２１は少なくとも一部が第１の重心一定部１１を、第２の緊張部２２は少なくとも一部が第２の重心一定部１２を各々延びている。連結部２４と第２の緊張部２２とが連結される第２の連結点２７は、連結部２４と第１の緊張部２１とが連結される第１の連結点２６を通る第１の緊張部２１の接線２８で区画される領域のうち、荷重方向の下手側の領域４４にある。
【選択図】 図３

Description

本発明はプレストレストコンクリート構造に関し、特に段差を有する梁やスラブ等に適用されるプレストレストコンクリート構造に関する。

近年、集合住宅に対する様々なニーズに応えるため、床に段差を設けた建物構造が多く見られる。例えば、集合住宅の外周に住戸ゾーンを、内周に共用廊下と、水道・ガス等の設備用配管や電気・電話等の配線類を設置する縦シャフトとを設置し、内周部を外周部に対して一段低くすることによって、共用廊下の床下に配管や配線類の水平展開スペースを設け、そこから各住戸に配管等を引き込む建物構造が開示されている（特許文献１参照）。これによって、配管等の縦シャフトが各住戸内を貫通することがなくなり、縦シャフトの存在による居住空間の圧迫や、配水音による騒音といった問題を解消することができる。図９（ａ）にはこのような建物構造の平面図の一例を示す。中央部１６１は廊下等の共用部分で、住戸ゾーンは建物の外周部１６２に設けられている。中央部１６１を外周部１６２に対して一段下がった構造とすることで、上記のような合理的な建物設計が可能となる。

一方、近年、高い天井や、広々とした居住空間といった、集合住宅に対する新たなニーズが高まっており、上述のような床段差のある建物もその例外ではない。梁をなくすためには、無梁プレストレストコンクリート構造の床スラブが用いられることが多い。図９（ｂ）には、図９（ａ）に示した建物構造に対して、無梁プレストレストコンクリート構造を適用した例を示す。床スラブ１０１の面内には、床スラブ１０１の自重の支持のため、梁の代わりに、ＰＣ鋼線からなる緊張材１０２が設けられている。緊張材１０２の敷設方向は、図９のような建物構造ではスパンの短いｙ−ｙ方向が合理的であり、この結果、破線で示したように、床スラブの段差を横切る方向に、緊張材１０２が敷設される。

緊張材の設置方法としてはいくつかの方法が考えられるが、１本のＰＣ鋼線を床スラブの形状に合せて曲げて設置する方法（特許文献２参照）や、２本のＰＣ鋼線を定着具を介して接続する方法（特許文献３参照）が提案されている。

図１０には、段差のある床スラブに緊張材を敷設したときの、床スラブの断面図の一例を示す。緊張材２０２は、床スラブ２０１の両端部から中央部に向かって、高さｒ（この高さｒをライズという。）だけ懸垂して敷設されている。緊張材２０２が引張力Ｐｓで緊張されると、床スラブ２０１はその反作用として圧縮力（図中白抜き矢印）を受け、スラブ断面における圧縮領域が増加して、曲げに対する耐力が高まる。また、これと同時に、緊張材２０２が真直ぐな状態になろうとする結果、緊張材２０２自体にも、自重等の鉛直荷重による曲げモーメントを緩和する方向に曲げモーメントＭｒが発生し、床スラブは上方に持ち上げられる。
特開２００２−４６０３号公報 特開２００２−２４２３４８号公報（図６） 特開２００３−４９５０４号公報（図１）

ところで、段差付き床スラブの段差部を貫通する方向に緊張材が敷設される構造のプレストレストコンクリート構造には、以下のような課題があった。

すなわち、図１１に示すように、緊張材２０２が両端から引張力Ｐｓで引張られると、床スラブ２０１の各断面には引張力Ｐｓと大きさが等しい圧縮力Ｐｃが作用する。一方、段差付き床スラブの場合、段差部の境界位置である接合部２１８で、重心距離のずれｅが生じる。この圧縮力Ｐｃとずれｅとによって、床スラブ２０１は接合部２１８で、Ｐｃ×ｅに相当する局所的な曲げモーメントＭｅを受ける。曲げモーメントＭｅは曲げモーメントＭｒと反対方向に作用するので、床スラブ２０１を上方に持ち上げる効果を打ち消す方向に働き、結果として、プレストレスの効果が十分に発揮できない。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、緊張材が、段差付き床スラブの段差部を貫通する方向に敷設されるプレストレストコンクリート構造において、プレストレスの効果を高めるプレストレストコンクリート構造を提供することを目的とする。

本発明のプレストレストコンクリート構造は、鉛直荷重を受け、断面の重心位置が鉛直荷重方向に対して相対的に上手側となる第１の重心一定部と、鉛直荷重方向に対して相対的に下手側となる第２の重心一定部と、第１、第２の重心一定部を連結する接合部とを有する部材と、部材の面内を第１、第２の重心一定部を横切る方向に延びる緊張材とを有している。緊張材は、少なくとも一部が第１の重心一定部を通る第１の緊張部と、少なくとも一部が第２の重心一定部を通る第２の緊張部と、第１、第２の緊張部を結ぶ連結部とを有している。ここで、第１の緊張部と連結部とは、変曲点または折点からなる第１の連結点を介して接続し、第２の緊張部と連結部とは、変曲点または折点からなる第２の連結点を介して接続している。また、第２の連結点は、第１の連結点を通る第１の重心一定部の接線で区画される領域のうち、鉛直荷重方向の下手側の領域にある。

このような構成の部材においては、緊張材の緊張によって部材に生じる圧縮力と、各重心一定部の重心位置のずれとによって、接合部に、部材を鉛直荷重方向に対して下手側に曲げようとする曲げモーメントが発生する。しかしながら、上記のように第１、第２の連結点を選択することによって、緊張材を緊張させたときに、接合部付近にはこれとは反対方向の曲げモーメントが発生し、部材を鉛直荷重方向に対して上手側に曲げようと作用する。この結果、上記の曲げモーメントが低減され、接合部における曲げモーメントの局所的な不連続性を抑制することができる。

緊張材は、部材の緊張材が貫通する端面に近い側から離れるにしたがって、鉛直荷重方向の上手側から下手側へ曲線状に遠ざかり、かつ接線の向きが徐々に水平方向に近づくように設けることもできる。

また、接合部は、緊張材が延びる方向と鉛直荷重方向とを含む断面において、略矩形の形状をなすように構成するのが望ましい。

連結部は、第１、第２の緊張部を各々が保持する２つのカプラーと、２つのカプラーを互いに固定する連結冶具とを有するように構成してもよい。また、対向する面に第１、第２の緊張部が貫通する貫通穴を各々備え、貫通穴の内側に、貫通穴に挿入された第１、第２の緊張部を緊張させる中間緊張具を各々備えた、ボックス形状で中空の連結フレームを有し、中間緊張具によって第１、第２の緊張部が緊張された後、連結フレームの内部は、第１、第２の緊張部を相互に連結するようにモルタルが充填されるように構成してもよい。

さらに、部材は、典型的には、段差を有する床スラブや、段差を有する梁である。

以上説明したように、本発明によれば、段差のある部材に緊張材を設けたプレストレストコンクリート構造においても、接合部における形状の不連続性による曲げモーメントの局所的な不連続性を抑制することが可能となり、段差のある部材においても、段差のない平坦な部材と同様に、プレストレスの効果を発揮させ、梁の不要な建物構造を実現することが容易となる。

以下、図面を参照して本発明のプレストレストコンクリート構造の実施形態について説明する。本発明は床スラブだけでなく、梁にも適用可能であり、より一般的には、柱などの曲げを受ける部材一般に適用できるが、ここでは床スラブを代表例として説明する。図１には、段差部を有する部材の斜視図を示し、図２には、図１中２−２断面にそった部材の側方断面図を示している。

部材１は、鉄筋コンクリート製の無梁構造の床スラブであり、梁５１、５２の間を延び、面外方向に、図面下向きを鉛直荷重方向４１とする自重、積載荷重その他の鉛直荷重を受けている。ここで、説明の便宜上、図面上側を鉛直荷重方向４１に対する上手側４２、図面下側を鉛直荷重方向４１に対する下手側４３とする。部材１は断面の重心位置が相対的に上手側４２となる第１の重心一定部１１、第３の重心一定部１３と、相対的に下手側４３となる第２の重心一定部１２とを有している。第１の重心一定部１１と第２の重心一定部１２との間には、重心位置を遷移させるための接合部１８が設けられ、第１、第２の重心一定部１１、１２は接合部１８を介して接続している。第２の重心一定部１２と第３の重心一定部１３との間にも、同様に接合部１９が設けられている。また、部材１の上手側４２に面する面を荷重作用面１４とする。第１の重心一定部１１と第３の重心一定部１３の重心位置は、同じでなくてもかまわない。

部材１の面内には、第１、第２、第３の重心一定部１１，１２，１３を貫く方向に、ＰＣ鋼線からなる緊張材２が延びている。緊張材２は、専用のシースの中を延びるアンボンド方式である。緊張材２は、複数本が一定の間隔で互いに平行に延びていてもよく、複数本が同一シースの中を延びていてもよい。

緊張材２は、全体として１本の鋼線であるが、少なくとも一部が第１の重心一定部１１を延びる第１の緊張部２１と、少なくとも一部が第２の重心一定部１２を延びる第２の緊張部２２と、少なくとも一部が第３の重心一定部１３を延びる第３の緊張部２３と、第１の緊張部２１と第２の緊張部２２とを連結する第１の連結部２４と、第２の緊張部２２と第３の緊張部２３とを連結する第２の連結部２５とに区分されている。第１、第３の緊張部２１，２３は各々、緊張材２が貫通する部材１の端面１５，１６に近い側から離れるにしたがって、全体として、荷重作用面１４から徐々に遠ざかるように、曲線状に、かつ接線の向きが徐々に水平方向に近づくように、部材１の厚み方向での位置を変えながら延びている。第２の緊張部２２も、端面１５，１６に近い側から離れるにしたがって、全体として、荷重作用面１４から徐々に遠ざかるように、曲線状に、かつ接線の向きが徐々に水平方向に近づくように延びているが、部材１のほぼ中央にあるため、結果的に、部材１の中央付近が荷重作用面１４から最も離れるような放物線状の形状となっている。また、第１、第２の連結部２４、２５はここでは直線として表示しているが、隣接する緊張部同志を力学的に連結可能であれば、曲線状の形状その他の任意の形状とすることができ、隣接する緊張部同志が同一の線材は、別の線材かも問わない。緊張材２のこのような形状は、曲げ加工、溶接、カプラー、リングアンカーによる接合等種々の方法によって実現できる。カプラーは、例えば、住友電工製のＳＭＣ−Ｃシリーズ、ＳＭＣ−Ｇシリーズ等の、市販されている一般的なカプラーを用いることが可能である。リングアンカーも、例えば、住友電工製のＳＭＧ−Ｇシリーズ等の、市販されている一般的なリングアンカーを用いることが可能である。第２の連結部２４、２５はまた、後述するモルタル材のような３次元的な広がりを有する形状でもよい。

部材１の、両端面１５，１６には緊張具３が設けられている。緊張具３は、緊張材２の両端付近を引張力Ｐｓで引張り、緊張させることによって、その反作用として、部材１を緊張材２の延びる方向と逆方向に圧縮する。

図３には、図２に丸印を付した接合部１８付近の詳細を示す。第１の連結部２４の端部は、第１、第２の連結点２６、２７となっており、第１の連結点２６で第１の連結部２４と第１の緊張部２１とが連結し、第２の連結点２７で第１の連結部２４と第２の緊張部２２とが連結している。第１の連結点２６は、第１の緊張部２１と第１の連結部２４との間に存在する変曲点または折点である。図３に示す緊張材２の場合、１本のＰＣ鋼線を曲げて作成しているので、厳密には変曲点である。また、接合部１８は両端において、緊張材２の引張力Ｐｓに等しい大きさの圧縮力Ｐｃを受け、第１の重心一定部１１と第２の重心一定部１２との重心位置のずれｅにより、図面では時計回りとなる向きの曲げモーメントＭｅを受けている。

ここで、第１、第２の連結点２６、２７の位置関係は以下のように設定することが望ましい。すなわち、本発明の目的は、接合部において、隣り合う重心一定部の面内方向に生じる圧縮力と重心位置のずれとによって生じる曲げモーメントＭｅの影響を緩和することにあり、そのためには、接合部１８において反時計回りの曲げモーメントを発生させればよい。ここで第１の連結部２４は、第１、第２の連結点２６，２７において、各々端面１５，１６に向かう引張力Ｐｓで逆向きに引っ張られているので、第２の連結点２７が、第１の連結点２６を通る第１の緊張部２１の接線２８で区画される領域のうち、鉛直荷重方向４１の下手側４３となる領域４４にあれば、この条件が満たされることになる。第２の連結点２７が領域４４にある限り、引張力Ｐｓの向きは逆方向であるので、常に反時計回りの曲げモーメントＭａが発生し、曲げモーメントＭｅを打ち消すように作用する。

また、曲げモーメントＭｅを抑制するという狙いから、曲げモーメントＭａは接合部１８の近傍で発生させることが望ましいが、第１の連結部２４や第１、第２の連結点２６、２７の位置は部材の形状等によって適宜設定すればよく、必ずしも接合部１８の中にある必要はない。

なお、部材１には、この他に、背景技術の欄で説明したのと同様に、緊張材２の引張力Ｐｓによる曲げモーメントＭｒが生じる。本発明では曲げモーメントＭｒと、部材１の圧縮力に起因し、接合部１８において局所的に作用する曲げモーメントＭｅに加えて、曲げモーメントＭｅを緩和する曲げモーメントＭａが、接合部１８付近に作用することになる。

図４は、接合部付近の緊張材と配筋との取り合い状況を示す断面図であり、ほぼ図３で示した部位に相当している。第１の重心一定部１１の荷重作用面１４側には互いに直交する上端筋３１ａ、３１ｂが、荷重作用面１４の反対面には同じく互いに直交する下端筋３１ｃ、３１ｄが延びている。同様に、第２の重心一定部１２の荷重作用面１４側には互いに直交する上端筋３２ａ、３２ｂが、荷重作用面１４の反対面には同じく互いに直交する下端筋３２ｃ、３２ｄが延びている。緊張材２は第１、第２の重心一定部１１、１２のこれらの配筋を避けた位置を延びているので、干渉することはない。また、上端筋３１ａは接合部１８を延びた後、第２の重心一定部１２との境界付近で下方に９０°曲がって延びて、定着部３４ａを形成している。同様に、下端筋３２ｃは接合部１８を延びた後、第１の重心一定部１１との境界付近で上方に９０°曲がって延びて、定着部３４ｂを形成している。これらの定着部３４ａ、３４ｂは、鉄筋のコンクリート躯体への定着を図る効果のほか、上記で説明した曲げモーメントＭｅに抵抗して、接合部１８のひび割れ防止や、強度を高める効果を奏する。さらに、第１の重心一定部１１と第２の重心一定部１２との間を斜めに延びる補強筋３３ａ，３３ｂを設けてもよい。

また、接合部１８は、定着部３４ａ、３４ｂの設置領域を有効に確保し、定着部３４ａ、３４ｂや緊張材２のかぶりを確保するためにも、略直角な隅部１９ａ、１９ｂを有し、緊張材２が延びる方向と鉛直荷重方向とを含む断面において、矩形形状であるのが好ましい。

本発明は、さらに以下のような実施形態も可能である。まず、緊張材を１本のＰＣ鋼線で形成する代わりに、複数本のＰＣ鋼線を連結して構成することができる。図５（ａ）には、連結手段としてカプラーを用いたときの接合部付近の断面図を示す。緊張材６は、互いに独立した第１の緊張部６１と、第２の緊張材６２と、第１、第２の緊張部６１、６２を相互に連結する連結部６３とを有している。図５（ｂ）には、連結部の図５（ａ）中ａ−ａ線からみた第１の連結部の側方図を示している。連結部６３は、穴に第１の緊張部６１を貫通させて、第１の緊張部６１を固定する第１の締結冶具６４と、同様にして第２の緊張部６２を固定する第１の締結冶具６５と、第１、第２の締結冶具６４、６５を連結する連結冶具６６とを有している。第１、第２の緊張部６１、６２と連結部６３とを結ぶ各連結点は、第１、第２の緊張部６１、６２と連結部６３との接触範囲の端部となり、折点として構成される。ここで、第１、第２の締結冶具６４、６５は前述の一般的なカプラーでかまわない。

図６には、緊張材を同様に複数本のＰＣ鋼線で構成する他の実施形態を示している。緊張材９は、第１の緊張部９１と、第２の緊張部９２と、これらの緊張部同志をモルタル充填によって固定する連結部９３とを有している。連結部９３は、ボックス形状で中空のフレームであり、鋼板やＰＣａ板等で製作される。連結部９３は、対向する面に第１、第２の緊張部９１、９２が貫通する貫通穴９４，９５を各々備え、貫通穴９４，９５の内側に、貫通穴９４，９５に挿入された第１、第２の緊張部９１、９２を緊張させる中間緊張具９６，９７を各々備えている。連結部９３の内部には、中間緊張具９６，９７によって第１、第２の緊張部９１、９２が緊張された後、モルタル９８が充填され、第１、第２の緊張部９１、９２は相互に連結される。緊張材が長いときには、上述のいずれの構成によっても、適宜の長さの緊張材を連結して、長い緊張材を製作することができるので、製作性の向上が可能となる。

また、本発明は、上述したような、中央が凹部を形成する３つの重心一定部を有する床スラブに限定されないことは無論である。図７には、種々の形状の床スラブに対する本発明の適用例を示している。図中、太い折れ線が緊張材を、折れ線の折れ部が緊張部と連結部との連結点を示している。また、、図中の各図は図面上側が荷重作用面としている。

図中、（ａ）〜（ｄ）が２つの重心一定部を有する（重心位置が１回変化する）床スラブに対する適用例を、（ｅ）〜（ｊ）が３つの重心一定部を有する（重心位置が２回変化する）床スラブに対する適用例を、（ｋ）〜（ｍ）が重心一定部が階段状に変化する床スラブに対する適用例を、各々示している。なお、図中（ｅ）は上記の実施形態と同一である。このように、本発明は、任意の形状の床スラブに同様に適用することが可能である。

本発明は、さらに梁にも同様に適用することができる。図８は、部材が梁である場合の本発明の適用例を示している。梁は、第１の梁７１と、第２の梁７２とからなり、第１の梁７１の両端部は梁７３，７４に支持され、第２の梁７２の両端部は梁７４，７５に支持されている。緊張材８は、第１の梁７１を延びる第１の緊張部８１と、第２の梁７２を延びる第２の緊張部８２と、第１の緊張部８１と第２の緊張部８２とを連結する連結部８３とに区分されている。

このような構成によっても、上述の実施形態と同様の効果を奏することが可能であり、特に梁７３，７５が柱７６，７７に支持されているが、中間の梁７４は柱に支持されていないような構造でも、梁７４にかかる自重を支えるとともに、梁７４に生じる曲げモーメントＭｅを抑えることができ、梁の構造健全性を高めることができる。

本発明のプレストレストコンクリート構造が適用される、段差付きの床スラブの斜視図である。 図１に示す床スラブの側方断面図である。 図２に示す床スラブの部分側方断面図である。 接合部付近の緊張材と配筋との取り合い状況を示す断面図である。 緊張材の構成方法を示す、床スラブの側方断面図である。 緊張材の構成方法を示す、床スラブの側方断面図である。 種々の形状の床スラブに対する本発明の適用例を示す説明図である。 本発明のプレストレストコンクリート構造が適用される、段差付きの梁の断面図である。 従来技術における、床段差のある建物構造の平面図である。 従来技術における、床段差のある床スラブの側方断面図である。 従来技術における、床段差のある床スラブの荷重の状態を示す説明図である。

符号の説明

１ 部材
１１ 第１の重心一定部
１２ 第２の重心一定部
１３ 第３の重心一定部
１４ 荷重作用面
１５，１６ 端面
１８、１９ 接合部
２ 緊張材
２１ 第１の重心一定部
２２ 第２の重心一定部
２３ 第３の重心一定部
２４ 第１の連結部
２５ 第２の連結部
２６ 第１の連結点
２７ 第２の連結点
２８ 接線
３ 緊張具
４１ 鉛直荷重方向
４２ 上手側
４３ 下手側
４４ 領域

Claims (7)

1. 鉛直荷重を受け、断面の重心位置が鉛直荷重方向に対して相対的に上手側となる第１の重心一定部と、鉛直荷重方向に対して相対的に下手側となる第２の重心一定部と、該第１、第２の重心一定部を連結する接合部とを有する部材と、
   前記部材の面内を前記第１、第２の重心一定部を横切る方向に延びる緊張材とを有し、
   前記緊張材は、少なくとも一部が前記第１の重心一定部を通る第１の緊張部と、少なくとも一部が前記第２の重心一定部を通る第２の緊張部と、該第１、第２の緊張部を結ぶ連結部とを有し、
   前記第１の緊張部と前記連結部とは、変曲点または折点からなる第１の連結点を介して接続し、
   前記第２の緊張部と前記連結部とは、変曲点または折点からなる第２の連結点を介して接続し、
   前記第２の連結点は、前記第１の連結点を通る前記第１の緊張部の接線で区画される領域のうち、鉛直荷重方向の下手側の領域にある、プレストレストコンクリート構造。
2. 前記緊張材は、前記部材の前記緊張材が貫通する端面に近い側から離れるにしたがって、鉛直荷重方向の前記上手側から前記下手側へ曲線状に遠ざかり、かつ接線の向きが徐々に水平方向に近づくように設けられている、請求項１に記載のプレストレストコンクリート構造。
3. 前記接合部は、前記緊張材が延びる方向と鉛直荷重方向とを含む断面において、略矩形の形状をなす、請求項１または２に記載のプレストレストコンクリート構造。
4. 前記連結部は、
   前記第１、第２の緊張部を各々が保持する２つのカプラーと、
   前記２つのカプラーを互いに固定する連結冶具と
   を有する、請求項１から３のいずれか１項に記載のプレストレストコンクリート構造。
5. 前記連結部は、対向する面に第１、第２の緊張部が貫通する貫通穴を各々備え、該貫通穴の内側に、該貫通穴に挿入された前記第１、第２の緊張部を緊張させる中間緊張具を各々備えた、ボックス形状で中空の連結フレームを有し、
   前記中間緊張具によって前記第１、第２の緊張部が緊張された後、前記連結フレームの内部は、前記第１、第２の緊張部を相互に連結するようにモルタルが充填される、請求項１から３のいずれか１項に記載のプレストレストコンクリート構造。
6. 前記部材は、段差を有する床スラブである、請求項１から５のいずれか１項に記載のプレストレストコンクリート構造。
7. 前記部材は、段差を有する梁である、請求項１から５のいずれか１項に記載のプレストレストコンクリート構造。
   
   

Images