JP2006097320A - 鉄筋コンクリート梁のせん断強度評価方法および鉄筋コンクリート梁構造 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 先行して形成される梁下半部2と、梁下半部2に使用される高強度コンクリートよりも圧縮強度の低い普通強度コンクリートを用いて、水平方向に連続するスラブ部4と一体に形成される梁上半部3と、からなる鉄筋コンクリート梁1のせん断強度評価方法であって、スラブ部4で負担される圧縮力が、スラブ部4と梁上半部3との境界面Sで伝達可能なせん断力を上回らない範囲内で、スラブ部4の協力幅Bを定める第1工程と、協力幅Bに基づいて普通強度コンクリートの圧縮強度を割り増しする第2工程と、割り増しした普通強度コンクリートの圧縮強度に基づいて鉄筋コンクリート梁1のせん断強度を求める第3工程と、を有する。
【選択図】 図1
Description
なお、「協力幅」とは、鉄筋コンクリート梁に作用するせん断力を負担し得るスラブ部の区間をいう。
B<L/(2×σc2/σs2) ・・・ 式(1)
ここに、B:協力幅
L:鉄筋コンクリート梁の内法長さ
σc2:第2コンクリートの圧縮強度
σs2:第2コンクリートのせん断強度
σc2’=σc2×(B×(t1+t2)+b×t1)/(b×t1) ・・・ 式(2)
ただし、σc2’がσc1を超える場合はσc2’=σc1とする。
ここに、σc2’:割り増しした第2コンクリートの圧縮強度
σc1:第1コンクリートの圧縮強度
t1、t2:梁の左右にとりつくスラブ部の厚さ(ただし、t1≧t2)
b:鉄筋コンクリート梁の幅
これにより、鉄筋コンクリート梁は、圧縮強度σc2’のコンクリートで形成された矩形断面の梁として、そのせん断力を計算することができる。
V0=bjtpwσwycotφ+tanθ(1−β)bDνσc2’/2・・・式(3)
ただし、pwσwyがνσc2’/2を超える場合はpwσwy=νσc2’/2とする。
ここに、
tanθ=((L/D)2+1)0.5−L/D
β=((1+cot2φ)pwσwy)/(νσc2’)
V0:鉄筋コンクリート梁のせん断強度
σwy:せん断補強筋の強度。ただし、σwyが25・σc2’(kgf/cm2)を超える場合はσwy=25・σc2’とする。
jt:主筋中心間距離
D:全せい
pw:せん断補強筋比
ν:コンクリート圧縮強度の有効係数
φ:トラス機構のコンクリート圧縮束の角度
なお、かかる式(3)は、「鉄筋コンクリート造建物の終局強度型耐震設計指針(案)・解説」の6.3「柱および梁のせん断強度」に記載されている。
なお、従来の鉄筋コンクリート梁のように、スラブ部と梁上半部とに跨って配筋されたせん断力伝達筋(図6参照)によってせん断力を伝達するような構造、換言すれば、コンクリートによるせん断力の伝達を期待していない構造は、本発明から除外される。
また、前記境界面のうち、曲げモーメントによって引張域となった範囲については、コンクリートのアーチ機構によるせん断力負担を期待できないことから、「スラブ部と梁上半部との境界面で伝達可能なせん断力」は、当該境界面のうち、鉄筋コンクリート梁に作用する曲げモーメントによる圧縮域の面積と第2コンクリートのせん断強度(例えば設計せん断応力度)に基づいて計算するのが望ましい。
鉄筋コンクリート梁1は、図1に示すように、鉄筋コンクリート製の柱5、5の間に構築される鉄筋コンクリート製の梁部材であり、プレキャスト部材からなる梁下半部2と、その上部にあと打ちされる梁上半部3とから構成されている。また、この梁上半部3の両側方にはスラブ部4が連続して一体的に形成されている。
梁下半部2は、第1コンクリートたる高強度コンクリートを用いて構成されたプレキャスト部材からなり、その横断面形状は矩形形状を呈している。梁下半部2は、梁下端主筋21と、せん断補強筋22とを予め配筋した状態で形成されている。せん断補強筋22は、その上端部が梁下半部2のコンクリート躯体から突出するように配筋されている(図2(a)参照)。
なお、本実施形態においては、梁下半部2をプレキャスト部材により構成したが、これに限られるものではなく、現場打設方式で構成してもよい。
梁上半部3は、第2コンクリートたる普通強度コンクリートを用いて梁下半部2の上部に打設して形成される部分である。梁上半部3には、せん断補強筋22の上端部と梁上端主筋31とが配筋されている。また、梁上半部3は、梁下半部2から突出したせん断補強筋22によって梁下半部2と一体化するようになっている。
スラブ部4は、構造物のフロアの床版を構成する部材であり、梁上半部3の側方に連続して構築されている。スラブ部4は、梁上半部3と同時に、梁上半部3と同じく普通強度コンクリートを用いて打設される。スラブ部4には、スラブ筋41がメッシュ状に配筋されている。
なお、鉄筋コンクリート梁1と直交する方向に配筋されたスラブ筋41は、梁上半部3を貫通して配筋されているが、鉄筋コンクリート梁1に作用するせん断力を伝達するために配筋されたものではない。
つづいて鉄筋コンクリート梁1の構築方法について図2を参照して説明する。
なお、本実施形態においては、梁下半部2を柱5、5の間に架設した後に梁上端主筋31を配筋することとしたが、梁上端主筋31を梁下半部2に予め配筋しておいてもよい。
つづいて、鉄筋コンクリート梁1のせん断強度を評価する方法について図面を参照して説明する。
図4(a)に示すように、スラブ部4の協力幅をB、スラブ部4の厚さをt、普通強度コンクリートの圧縮強度をσc2とすると、当該スラブ部4において負担可能な圧縮力Nは、次式(1−1)のように表すことができる。
N=B×t×σc2 ・・・ 式(1−1)
Q=t×L/2×σs2 ・・・ 式(1−2)
Q>N ・・・ 式(1−3)
にあてはめると、次式(1)を得ることができる。
ここに、B:協力幅
L:鉄筋コンクリート梁1の内法長さ
σc2:普通強度コンクリートの圧縮強度
σs2:普通強度コンクリートのせん断強度
つづいて、前記式(1)に基づいて定めたスラブ部4の協力幅Bを考慮して、梁上半部3を構成する普通強度コンクリートの圧縮強度σc2を割り増しする。
すなわち、鉄筋コンクリート梁1の断面形状を、梁下半部2と梁上半部3とからなる矩形断面と考えて、当該鉄筋コンクリート梁1のせん断強度を求める場合は、前記第1工程で定めたスラブ部4の協力幅Bの範囲内におけるスラブ部4の断面積X(以下「有効断面積X」という場合がある。)と梁上半部3の断面積Yとの合計面積(2X+Y)と、梁上半部3の断面積Yとの面積比((2X+Y)/Y)に基づいて、梁上半部3を構成する普通強度コンクリートの圧縮強度σc2を割り増しする。
=σc2×(2×B×t+b×t)/(b×t)
=σc2×(2×B+b)/b ・・・ 式(2’)
ただし、σc2’がσc1を超える場合はσc2’=σc1とする。
ここに、σc2’:割り増しした普通強度コンクリートの圧縮強度
σc1:高強度コンクリートの圧縮強度
b:鉄筋コンクリート梁1の幅
なお、前記式(2’)は、特許請求の範囲における式(2)において、t1=t2=tとした場合の式を示している。
つづいて、割り増しした普通強度コンクリートの圧縮強度σc2’を用いて、鉄筋コンクリート梁1のせん断強度を計算する。
具体的には、次式(3)を用いて鉄筋コンクリート梁1のせん断強度を計算する。
ただし、pwσwyがνσc2’/2を超える場合はpwσwy=νσc2’/2とする。
ここに、
tanθ=((L/D)2+1)0.5−L/D
β=((1+cot2φ)pwσwy)/(νσc2’)
V0:鉄筋コンクリート梁1のせん断強度
σwy:せん断補強筋の強度。ただし、σwyが25・σc2’(kgf/cm2)を超える場合はσwy=25・σc2’とする。
jt:主筋中心間距離
D:全せい
pw:せん断補強筋比
ν:コンクリート圧縮強度の有効係数
φ:トラス機構のコンクリート圧縮束の角度
cotφ=2.0 ・・・ 式(4−1)
cotφ=jt/(Dtanθ) ・・・ 式(4−2)
cotφ=(νσc2’/(pwσwy)−1.0)0.5 ・・・ 式(4−3)
N=(B×t1+B×t2)×σc2
=B×(t1+t2)×σc2 ・・・ 式(1−1’)
つぎに、梁上半部3とスラブ部4、4との境界面Sで負担可能なせん断力Qは、鉄筋コンクリート梁1に作用する曲げモーメントM(図4(b)参照)の上側圧縮領域の長さ(L/2)を考慮して、次式(1−2’)のように表すことができる。
Q=(L/2×t1+L/2×t2)×σs2
=L/2×(t1+t2)×σc2 ・・・ 式(1−2’)
そして、この両式を、「スラブ部4の一定範囲のコンクリートにおいて負担される圧縮力Nは、スラブ部4と梁上半部3との境界面Sのコンクリートが伝達可能なせん断力Qを上回らない」という条件、すなわち、
Q>N ・・・ 式(1−3)
にあてはめると、前記式(1)を得ることができる。
すなわち、割り増しされた普通強度コンクリートの圧縮強度σc2’は、次式(2)により求められる。
σc2’=σc2×((X1+X2+Y)/Y)
=σc2×(B×t1+B×t2+b×t1)/(b×t1)
=σc2×(B×(t1+t2)+b×t1)/(b×t1) ・・・ 式(2)
ただし、σc2’がσc1を超える場合はσc2’=σc1とする。
ここに、σc2’:割り増しした普通強度コンクリートの圧縮強度
σc1:高強度コンクリートの圧縮強度
t1、t2:梁の左右にとりつくスラブ部の厚さ(ただし、t1≧t2)
b:鉄筋コンクリート梁1の幅
このように、梁上半部3に連続するスラブ部の厚さが異なる場合でも、式(2)を用いて本発明を適用することができる。
なお、式(1)により求めたスラブ部4の協力幅Bの最大範囲が実際のスラブ幅よりも大きい場合は協力幅Bを実際のスラブ幅とするのが好適である。
2 梁下半部
3 梁上半部
4 スラブ部
5 柱
A 圧縮ストラット
B 協力幅
Claims (4)
- 先行して形成される梁下半部と、
前記梁下半部に使用される第1コンクリートよりも圧縮強度の低い第2コンクリートを用いて、その水平方向に連続するスラブ部と一体に形成される梁上半部と、からなる鉄筋コンクリート梁のせん断強度評価方法であって、
前記スラブ部で負担される圧縮力が前記スラブ部と前記梁上半部との境界面で伝達可能なせん断力を上回らない範囲内で、前記スラブ部の協力幅を定める第1工程と、
前記協力幅に基づいて前記第2コンクリートの圧縮強度を割り増しする第2工程と、
割り増しした前記第2コンクリートの圧縮強度に基づいて前記鉄筋コンクリート梁のせん断強度を求める第3工程と、を有することを特徴とする鉄筋コンクリート梁のせん断強度評価方法。 - 前記第1工程において、前記協力幅を、次式(1)の範囲内にあるように定め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梁のせん断強度評価方法。
B<L/(2×σc2/σs2) ・・・ 式(1)
ここに、B:協力幅
L:鉄筋コンクリート梁の内法長さ
σc2:第2コンクリートの圧縮強度
σs2:第2コンクリートのせん断強度 - 前記第2工程において、次式(2)により前記第2コンクリートの圧縮強度を割り増しすることを特徴とする請求項2に記載の鉄筋コンクリート梁のせん断強度評価方法。
σc2’=σc2×(B×(t1+t2)+b×t1)/(b×t1) ・・・ 式(2)
ただし、σc2’がσc1を超える場合はσc2’=σc1とする。
ここに、σc2’:割り増しした第2コンクリートの圧縮強度
σc1:第1コンクリートの圧縮強度
t1、t2:梁の左右にとりつくスラブ部の厚さ(ただし、t1≧t2)
b:鉄筋コンクリート梁の幅 - 先行して形成される梁下半部と、
前記梁下半部に使用される第1コンクリートよりも圧縮強度の低い第2コンクリートを用いて、その水平方向に連続するスラブ部と一体に形成される梁上半部と、からなる鉄筋コンクリート梁構造であって、
前記鉄筋コンクリート梁にせん断力が作用したときに、前記スラブ部は、該せん断力の一部を、該スラブ部と前記梁上半部との境界面で伝達可能なせん断力を上回らない範囲で、圧縮力として負担することを特徴とする鉄筋コンクリート梁構造。
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