JP2006104863A - 応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブ及びその施工法 - Google Patents

Abstract

【課題】スラブの変形や応力の制御が可能なボイドスラブ及びその施工法を提供する。
【解決手段】鋼管１の内部に、両端部を鋼管１の内面部へ定着された引張り材２が設置されている。引張り材２の中央部に束材当接部５が設けられ、束材当接部５と相対峙する位置の鋼管壁に雌ネジ部７が設けられ、雌ネジ部７へねじ込まれた束材８の先端が束材当接部５へ突き当てられている。束材８のねじ込み量の調整により引張り材２の張力が管理され、ボイドスラブ１０の変形、応力が制御されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、図５Ａ、Ｂのようにスラブ厚の中に中空部（ボイド）ａ…を設けた鉄筋コンクリート造床スラブ、特に鋼管による中空部を設けた鋼管合成ボイドスラブであって、スラブの変形や応力の制御が可能なボイドスラブの技術分野に属する。

ボイドスラブは、中空部の分だけ重量が軽減され、その分スラブ厚を大きくできるので、大スパンで、梁型を持たない建物の構築に広く採用されている。中空部は通例紙管等で形成される。
従来、上記ボイドスラブの特長をより一層活用するための改良、工夫として、例えば下記の特許文献１には、下側スラブにＩ型鉄骨の下側フランジ及びＰＣ鋼材を埋設すると共に前記ＰＣ鋼材にプレストレスを導入し、前記Ｉ型鉄骨の上に床パネルを敷設して上側スラブを形成したボイドスラブ及びその施工法が開示されている。
特許文献２には、プレストレスを導入したコンクリート円筒体を複数本横に並べて括ったユニットを形成し、このユニットの上にコンクリートを打設し一体化した構成のボイドスラブ及びその施工法が開示されている。

更に下記の特許文献３には、床鋼板上に鋼管と鉄筋を配置し、コンクリートを打設して成る鋼管合成ボイドスラブ及びその施工法が開示されている。このボイドスラブは橋梁、高架道路などの橋桁上に架設する床版として使用される旨が説明されている。

特公平７−６２４８号公報 特許第２５２９６１２号公報 特開２００４−２１１３６７号公報

上記特許文献２には、プレストレスを導入したコンクリート円筒体を複数本横に並べて括ったユニットを形成し、このユニットの上にコンクリートを打設し一体化した構成のボイドスラブ及びその施工法が開示されているのであって、プレストレスはコンクリート円筒体へ予め導入しておくものでしかなく、ボイドスラブが負担する負荷の大きさに応じてプレストレスの大きさを事後的に管理、調整することはできない構成である。
上記特許文献３には、鋼管により中空部を形成した鋼管コンクリート合成のボイドスラブが開示されているが、プレストレスの導入については全く考慮されていない。

本発明の目的は、ボイドスラブ本来の特長である軽量性を損なうことなく、スラブが負担する応力、変形を施工の当初段階、及びその後も必要に応じて事後的に、即ち、長期間供用した後のクリープ変形や使用条件の変更に対して任意に制御、調整することが可能な鋼管合成ボイドスラブを提供することである。

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に記載した発明に係る応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブは、
梁スパン方向に複数の鋼管１…を配置して中空部を設けた鋼管合成ボイドスラブ１０であって、前記鋼管１の内部に、両端部を同鋼管１の内面部へ定着された引張り材２が設置されており、前記引張り材２の中央部に束材当接部５が設けられ、該束材当接部５と相対峙する位置の鋼管壁に雌ネジ部７が設けられ、該雌ネジ部７へねじ込まれた束材８の先端が前記束材当接部５へ突き当てられており、同束材８のねじ込み量の調整により前記引張り材２の張力が管理され、当該ボイドスラブ１０の変形、応力が制御されていることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブにおいて、
鋼管壁の雌ネジ部７は鋼管壁の下穴にタップ切り加工して設けられており、該雌ネジ部７へねじ込まれて当該ボイドスラブの変形・応力を制御した束材８の外端部にロックナット１１が締結され、更に前記束材８の外端及びロックナット１１を覆い隠すカバー１２が設置されていることを特徴とする。

請求項３に記載した発明に係る応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブの施工法は、
鋼管１の内部に、両端部を同鋼管１の管壁内面へ定着した引張り材２を設置し、引張り材２の中央部に束材当接部５を設け、該束材当接部５と相対峙する位置の鋼管壁に雌ネジ部７若しくはその下穴を設け、前記雌ネジ部７又は下穴をコンクリートが流入しないように養生した複数本の鋼管１…を、スラブ鉄筋の配筋と共に前記雌ネジ部７若しくは下穴が上向きとなる配置で梁スパン方向に設置し、コンクリートを打設し、同コンクリート１０が強度を発現した後に、前記養生材１３を除去して露出した雌ネジ部７へ束材８をねじ込み、同束材８の先端を前記束材当接部５へ突き当て、束材８のねじ込み量の調整により前記引張り材２の張力を管理して、当該ボイドスラブ１０の変形・応力を制御することを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブの施工法において、
引張り材２は、必要とする最終張力が得られる初期長さに設定し、必要に応じて両端の定着部（定着金物３のナット４）において予備張力を導入することを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、請求項３に記載した応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブの施工法において、
当該ボイドスラブ１０の変形・応力を制御した束材８の外端部にロックナット１１を締結し、更に前記束材８の外端及びロックナット１１を覆い隠すカバー１２を設置することを特徴とする。

請求項１、２の発明に係る鋼管合成ボイドスラブ１０によれば、鋼管１により中空部を形成しているのでボイドスラブとしての特長を発揮し、且つ鋼管１とコンクリート１０の合成効果による優れた力学特性も発揮する。しかも鋼管１の中空部を利用して張弦梁機構を組み立てており、別途にプレストレス導入のためにＰＣ鋼棒等を設置する必要が無いから、スラブ厚に占めるスペース的な計画の自由度が高い。
その上、束材８のねじ込み量の調整により、極端に言えば随時必要に応じて、当該ボイドスラブ１０の変形度や応力度の調整、制御を自在に行うことができ、当該ボイドスラブ１０の使用条件に適合させることができる。例えば長期の供用期間の経過後に、クリープ変形を修正する制御も可能である。しかも前記の制御手段は、鋼管１の内部に用意した引張り材２の張力を管理する張弦梁方式であるから、高張力鋼管の使用と、引張り材端部の定着部の補強により、コンクリート中に直接定着する通常のプレストレス導入構造に比して大きな張力の導入に対応することができる。また、ボイドスラブ１０のスラブ厚を変更することなく補強することができる。
更に、鋼管１の外径を通常のボイド管外径と同一に設計することにより同一のスラブ厚に構成できるので、同一スラブ内で、納まりを代えることもなく通常のボイドスラブと本発明の鋼管合成ボイドスラブ１０とを混用することができて至便である。

請求項３〜５に記載した発明に係る応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブの施工法によれば、現場打ちであるか、プレキャスト製品であるかの別無く、内部に引張り材２等の張弦梁機構を予め組み立てた鋼管１を使用することにより、既往の例えば紙管を使用する施工法と全く同様な手法、工程で鋼管合成ボイドスラブ１０を容易に能率良く製造することが出来る。しかもプレストレスの導入は、コンクリート１０が強度を発現した後に、束材８をスラブ上からねじ込み、引張り材２に張力を付与する操作により所謂張弦梁方式で行うから、ＰＣ鋼材を水平に近い状態に埋設して行う通常のプレストレス導入法に比して効率よく、大幅な省力化のもとに能率良く行うことができる。
また、プレストレス導入の手段である引張り材２等の張弦梁機構は全部鋼管１の内部に設置しているので、スラブ鉄筋等の配置に支障が一切無く、施工が容易でもある。

鋼管１の内部に、両端部を同鋼管１の管壁内面へ定着した引張り材２を設置し、引張り材２の中央部に束材当接部５を設け、該束材当接部５と相対峙する位置の鋼管壁に雌ネジ部７若しくはその下穴を設け、前記雌ネジ部７又は下穴をコンクリートが流入しないように養生した複数本の鋼管１…を、スラブ鉄筋の配筋と共に、前記雌ネジ部７若しくは下穴が上向きとなる配置で梁スパン方向に設置する。コンクリートを打設し、同コンクリート１０が強度を発現した後に、養生材１３を除去して露出した雌ネジ部７へ束材８をねじ込み、同束材８の先端を前記束材当接部５へ突き当て、束材８のねじ込み量の調整により前記引張り材２の張力を管理して、当該ボイドスラブ１０の変形・応力を制御する。

図１は、内部に引張り材２等のいわゆる張弦梁機構を設置した鋼管１を示している。この鋼管１には、プレストレスが直接導入されるので、使用条件に応じて高張力鋼管を使用することも好ましい。鋼管１の外径は、既往のいわゆるボイド管（紙管など）と同径とし、もって既往の通常のボイドスラブと同厚に構成し、混用を可能にすることも好ましい。かくすると、鉄筋の納まりも同様に行うことができる。前記引張り材２としては、通例ＰＣ鋼棒やＰＣ鋼線等が使用されるが、フラットバー、アングル、ケーブル等を使用することもできる。この引張り材２は、後のプレストレス導入に於いて必要な大きさの最終張力を達成できるように、予め初期長さを適正に設定しておくことが好ましい。

図示した実施例の場合、引張り材２は左右対称な配置に２本使用し、各々の外端部を鋼管１の管壁内面へ固定した定着金物３へ通し、定着具としてのナット４等（楔式定着具、或いはピン止めなども可。）で強固に定着されている。ナット４には図示例のように着座面に自在性のある球座ナットを使用するのが好ましい。２本の引張り材２、２の内端部は、後記の束材８による押し下げ力を受け止めるのに好適な平板状をなす束材当接具５とピン６で自在に連結されている。但し、引張り材２がケーブル等の如く自在性を有する場合には、１本物を使用して、左右両端の定着部のほぼ中央部位に束材当接具５を設置した構成で実施することもできる。図示例のように、引張り材２がロッド或いはアングルなど剛性の大きな材である場合、定着金物３との取り合い、及び束材当接具５との取り合い部は、後述する張力導入時における引張り材２の角度変化に対応するように自在なピン構造の採用が好ましい。

図１に示す製作段階では、引張り材２および束材当接具５は鋼管１の内面とほぼ平行に相対峙するようにほぼピンと張った状態に静止されている。前記の静止状態を安定させ、或いは後述するプレストレス導入作業を省力化するために、例えば両端の定着部に於けるナット４を締め込むことにより、引張り材２へ適度な予備張力を予め導入することも必要に応じて行われる。
上記したようにして引張り材２および束材当接具５が鋼管１の内面とほぼ平行に相対峙する静止状態に於いて、丁度前記束材当接具５と相対峙する位置の鋼管壁に、後述する束材８のねじ込みを可能にする雌ネジ部７又は同雌ネジ部を形成するための下穴が設けられている。雌ネジ部７は、通例下穴のタップ切り加工で雌ネジを形成することにより設けられるが、下穴の位置にナットを溶接して設けることもできる。

上記のようにいわゆる張弦梁機構を内蔵させた鋼管１を複数本、前記雌ネジ部７にコンクリートが流入しないように例えば木片或いは硬質プラスチックフォーム等の養生材１３を詰めて養生した上で、図示省略の型枠上に、やはり図示を省略したスラブ鉄筋の配筋と共に、通例のボイドスラブを製作する場合と同様に梁スパン方向に設置する。しかる後にスラブコンクリートを打設して、図２Ｂに示すようなボイドスラブ１０を製造する（符号１０はコンクリートを指す場合もある）。前記の打設コンクリートが強度を発現した後に、前記養生材１３を除去して雌ネジ部７（又は下穴）を露出させ、この雌ネジ部７へボルト状の束材８をねじ込み、同束材８の先端を前記束材当接部５へ突き当てて押し進める。この束材８のねじ込み量の調整により、左右２本の引張り材２、２を、図３、図４のように弓なりに緊張させて張力を導入し増大させる、いわゆる張弦梁方式を実施する。かくして引張り材２の張力の大きさを管理、調整することにより、当該ボイドスラブ１０の変形度・応力度を適正に制御することができる。

上記のようにして引張り材２へ適度な張力を導入すると、鋼管１へプレストレスを導入する結果となり、鋼管コンクリート合成構造である当該ボイドスラブ１０の積載荷重に対する耐力性能（面外剛性）を向上することが出来る。例えばボイドスラブに開口などの不規則な形状が有る場合、応力の流れが一方向的でなくなり、スラブの一部に大きな曲げモーメントが集中する。また、局所的に重量物を積載したり、室の用途の違いなどにより、同一スラブ内でも、ボイドスラブが負担する曲げモーメントの大きさが異なってくる。このような場合に、本発明の鋼管合成ボイドスラブ１０は、該当する部位の鋼管１についてプレストレスの大きさを調整、制御して自在に効率よく対応することができる。このような次第で、本発明の場合、全ての鋼管１に張弦梁機構を組み込む必要はない。変形度・応力度の調整、制御が必要と思われる部位の鋼管１にのみ張弦梁機構を組み込んで実施することができる。

上記のように使用する束材８は、引張り材２への張力の導入に耐える外径の鋼棒にねじ切り加工すると共に、最終的には図４Ａ、Ｂに示すように鋼管１の中空部内及びスラブコンクリートの厚みの範囲内に埋没する長さに用意し、その上端部にはねじ回し工具を装着しやすくトルクの伝達効率が良い角軸を加工した構成とされる。なお、鋼管１及び引張り材２のスパンが長大であるときは、そのスパンを３等分ないし４等分した位置に２本又は３本の束材８を使用する構成で張弦梁機構を構成し実施することが好ましい。

上記したように雌ネジ部７へ束材８をねじ込み、同束材８の先端を前記束材当接部５へ突き当てて押し進め、この束材８のねじ込み量の調整により左右２本の引張り材２、２を緊張させて張力を導入し増大させる構成であるが故に、束材８と束材当接部５との関係は、大きな張力の導入時にずり動いて外れることは決して無いように、たとえば束材当接部５の当接面に束材８が若干の深さ嵌まり込む凹部を設け、更に束材８の回転の抵抗を軽減するスラスト軸受を設ける等の構成で実施することが好ましい。

上記のようにして当該ボイドスラブ１０の変形・応力を制御する処置を行った後、その束材８の外端部にはロックナット１１を締結して揺るみ止めを行い、更に前記束材８の外端及びロックナット１１を覆い隠すカバー１２を設置して、スラブ上面の平坦度を全面にわたり確保する。

以上に図示した実施例に基づいて本発明を説明したが、勿論、本発明の実施例は上記のものに限らない。本発明の要旨、技術的思想の範囲で当業者が行う設計変更、応用変形なども広く含まれることを念のために申し添える。

中空部内に張弦梁機構の要素を組み込んだ鋼管の断面図である。 Ａ、Ｂは図１の鋼管を使用したボイドスラブの正面方向の断面図とII−II線矢視断面図を示す。 鋼管の張弦梁機構でプレストレスを導入する要領を示す断面図である。 Ａ、Ｂは完成したボイドスラブの正面方向の断面図とIV−IV線矢視断面図を示す。 Ａ、Ｂは既往のボイドスラブの平面図と側面図を示す。

符号の説明

１ 鋼管
２ 引張り材
１０ 鋼管合成ボイドスラブ（又はコンクリート）
５ 束材当接部
７ 雌ネジ部
８ 束材
１３ 養生材
３ 定着金物
４ ナット
１１ ロックナット
１２ カバー

Claims (5)

1. 梁スパン方向に複数の鋼管を配置して中空部を設けた鋼管合成ボイドスラブであって、前記鋼管の内部に、両端部を同鋼管の内面部へ定着された引張り材が設置されており、前記引張り材の中央部に束材当接部が設けられ、該束材当接部と相対峙する位置の鋼管壁に雌ネジ部が設けられ、該雌ネジ部へねじ込まれた束材の先端が前記束材当接部へ突き当てられており、同束材のねじ込み量の調整により前記引張り材の張力が管理され、当該ボイドスラブの変形、応力が制御されていることを特徴とする、応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブ。
2. 鋼管壁の雌ネジ部は鋼管壁の下穴にタップ切り加工して設けられており、該雌ネジ部へねじ込まれて当該ボイドスラブの変形・応力を制御した束材の外端部にロックナットが締結され、更に前記束材の外端及びロックナットを覆い隠すカバーが設置されていることを特徴とする、請求項１に記載した応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブ。
3. 鋼管の内部に、両端部を同鋼管の管壁内面へ定着した引張り材を設置し、引張り材の中央部に束材当接部を設け、該束材当接部と相対峙する位置の鋼管壁に雌ネジ部若しくはその下穴を設け、前記雌ネジ部又は下穴をコンクリートが流入しないように養生した複数本の鋼管を、スラブ鉄筋の配筋と共に前記雌ネジ部若しくは下穴が上向きとなる配置で梁スパン方向に設置し、コンクリートを打設し、同コンクリートが強度を発現した後に、前記養生材を除去して露出した雌ネジ部へ束材をねじ込み、同束材の先端を前記束材当接部へ突き当て、束材のねじ込み量の調整により前記引張り材の張力を管理して、当該ボイドスラブの変形・応力を制御することを特徴とする、応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブの施工法。
4. 引張り材は、必要とする最終張力が得られる初期長さに設定し、必要に応じて両端の定着部において予備張力を導入することを特徴とする、請求項３に記載した応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブの施工法。
5. 当該ボイドスラブの変形・応力を制御した束材の外端部にロックナットを締結し、更に前記束材の外端及びロックナットを覆い隠すカバーを設置することを特徴とする、請求項３に記載した応力・変形の制御が可能な鋼管合成ボイドスラブの施工法。

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