JP2010024659A - Structure for joining structural material and fixing end together - Google Patents
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Description
本発明は、構造材とこれが接合される固定端とを考慮に入れて、超高強度コンクリートの採用を前提とすることなく、圧壊の発生原因である曲げモーメントによる応力を、ヒンジが発生する箇所またはヒンジが発生する前にコンクリートの圧壊が顕著に生じ得る箇所に絞って効果的に低減することが可能な構造材と固定端の接合構造に関する。 The present invention takes into account the structural material and the fixed end to which it is joined, and does not assume the use of ultra-high-strength concrete, and places where the hinge generates stress due to bending moment that is the cause of crushing. Alternatively, the present invention relates to a joint structure between a structural member and a fixed end that can be effectively reduced by narrowing down to a portion where concrete collapse may occur significantly before the hinge is generated.
柱部材は、上方からの軸力を負担する構造材である。例えば、建築物一階のRC柱は、材端部である柱脚部が通常、一階の床スラブを含む基礎梁やフーチングなどの固定端に接合される。このRC柱が、上層階から高軸力を受けつつ、横方向の地震力を受けて変形が進むと、図8に示すように、固定端aと接合されたRC柱bの柱脚部c下端縁に、曲げモーメントに起因するヒンジが生じて、コンクリートの圧壊dが発生する。圧壊dが発生すると、RC柱bの曲げ耐力は急激に減少する。また、圧壊による断面欠損は、RC柱bの軸方向耐力を減少させる。 The column member is a structural material that bears an axial force from above. For example, in an RC column on the first floor of a building, a column base that is a material end is usually joined to a fixed end such as a foundation beam or a footing including a floor slab on the first floor. When this RC column receives a high axial force from the upper floor and undergoes a deformation due to a lateral seismic force, as shown in FIG. 8, the column base portion c of the RC column b joined to the fixed end a. A hinge due to a bending moment is generated at the lower end edge, and concrete crushing d occurs. When the crushing d occurs, the bending strength of the RC column b decreases rapidly. Moreover, the cross-sectional defect | deletion by crushing reduces the axial direction yield strength of RC pillar b.
この種の現象は、柱梁仕口部が固定端となる各階の柱部材の柱脚部でも、同様に起こり得る。柱部材については、この他にも、地震力で軸力が小さくなる、いわゆる引張側の柱であったり、コア壁で地震力を負担するようにした建築物の外周柱等にあっても、同様のことが言える。さらに、建築物最上階の柱部材の柱頭部とこれが接合される屋上スラブとの間でも、圧壊は生じ得る。 This kind of phenomenon can also occur in the column base portion of the column member on each floor where the column beam joint is a fixed end. For pillar members, in addition to this, the axial force is reduced by seismic force, so-called tension side pillars, even in outer peripheral pillars of buildings that are designed to bear seismic force on the core wall, etc. The same can be said. Furthermore, crushing can also occur between the column head of the column member on the top floor of the building and the roof slab to which it is joined.
また、柱部材以外で、上方からの軸力を負担する構造材として、杭部材や壁杭部材、壁部材がある。杭部材や壁杭部材では、材端部となる杭頭部が基礎梁やフーチングなどの固定端に接合される。壁部材では、上端部や下端部が梁や床スラブなどの固定端に接合される。これら柱部材以外の構造材であっても、上方からの軸力を受けつつ、横方向の地震力を受けると、曲げモーメントに起因するヒンジが材端部に生じて、コンクリートの圧壊が発生し得る。 In addition to the pillar member, there are a pile member, a wall pile member, and a wall member as a structural material that bears an axial force from above. In a pile member or a wall pile member, a pile head as a material end is joined to a fixed end such as a foundation beam or a footing. In a wall member, an upper end part and a lower end part are joined to fixed ends, such as a beam and a floor slab. Even with structural materials other than these pillar members, when receiving a lateral seismic force while receiving an axial force from above, hinges due to bending moments occur at the end of the material, causing concrete collapse. obtain.
この種の問題に対処すべく、コンクリート柱のみを対象とした技術として、特許文献1の「鉄筋コンクリート柱構造」や特許文献2の「プレキャストコンクリート部材」が知られている。
In order to deal with this type of problem, “reinforced concrete column structure” in
特許文献1は、地震時のかぶりコンクリートの圧壊、剥離を防止するとともに材料費を低減することを目的として、柱の下端部のかぶりコンクリートと、その他の部分のコンクリートとが異なる配合のコンクリートで形成されている鉄筋コンクリート柱構造であって、前記下端部のかぶりコンクリートは、超高強度高靭性コンクリート製のプレキャスト筒体で形成されており、前記その他の部分のコンクリートは、超高強度コンクリートで形成されているものである。
特許文献2は、耐震性および耐久性に優れ、経済的で工期を短縮することができる高強度・高靭性・高耐久性のプレキャストコンクリート柱として使用することを目的として、超高強度コンクリートまたは超高強度モルタルで中空の外殻体を形成し、該外殻体の中空部を必要な耐震性能に応じた形状にし、大きな応力が作用する箇所を厚肉にし、小さな応力が作用する箇所を薄肉にするものである。
これら特許文献では、構造材単体で、圧壊を防止したり、靭性や耐久性の向上を狙って対策を施したものであって、構造材が接合される相手である固定端まで考慮したものではなく、得られる構造性能に限界があるという課題があった。また、これら特許文献は、超高強度コンクリートを採用することを前提としていて、材料費が嵩んでしまうという課題があった。 In these patent documents, the structural material alone is used to prevent crushing or to take measures to improve toughness and durability, and it does not consider the fixed end to which the structural material is joined. However, there was a problem that the obtained structural performance was limited. Moreover, these patent documents are based on the premise that ultra-high strength concrete is adopted, and there is a problem that material costs increase.
本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、構造材とこれが接合される固定端とを考慮に入れて、超高強度コンクリートの採用を前提とすることなく、圧壊の発生原因である曲げモーメントによる応力を、ヒンジが発生する箇所またはヒンジが発生する前にコンクリートの圧壊が顕著に生じ得る箇所に絞って効果的に低減することが可能な構造材と固定端の接合構造を提供することを目的とする。 The present invention was devised in view of the above-mentioned conventional problems, taking into consideration the structural material and the fixed end to which it is joined, without causing the use of ultra-high-strength concrete, and the occurrence of crushing Bonding structure between structural material and fixed end that can effectively reduce the stress caused by the bending moment by focusing on the location where the hinge occurs or the location where concrete collapse can occur significantly before the hinge occurs The purpose is to provide.
本発明にかかる構造材と固定端の接合構造は、構造材の材端部と接合される固定端に、該構造材の材端部外周縁に沿って、当該構造材と該固定端との間に生じる応力の一部を解放するための応力緩和部を形成したことを特徴とする。 The structure-to-fixed-end joining structure according to the present invention is such that the structure material and the fixed end are joined to the fixed end joined to the material end of the structure material along the outer peripheral edge of the structure material. It is characterized in that a stress relaxation portion for releasing a part of the stress generated therebetween is formed.
前記応力緩和部は、前記構造材材端部の外回りに沿って配置される溝であることを特徴とする。 The stress relaxation part is a groove arranged along the outer periphery of the end of the structural material.
前記溝には、前記固定端よりも低圧縮強度の充填材が充填されることを特徴とする。 The groove is filled with a filler having a compressive strength lower than that of the fixed end.
前記溝には、前記固定端よりも低剛性の充填材が充填されることを特徴とする。 The groove is filled with a filler having a rigidity lower than that of the fixed end.
本発明にかかる構造材と固定端の接合構造にあっては、構造材とこれが接合される固定端とを考慮に入れて、超高強度コンクリートの採用を前提とすることなく、圧壊の発生原因である曲げモーメントによる応力を、ヒンジが発生する箇所またはヒンジが発生する前にコンクリートの圧壊が顕著に生じ得る箇所に絞って効果的に低減することができる。 In the joining structure of the structural material and the fixed end according to the present invention, taking into account the structural material and the fixed end to which the structural material is joined, without causing the use of ultra-high-strength concrete, the cause of the occurrence of crushing It is possible to effectively reduce the stress caused by the bending moment by focusing on a portion where the hinge is generated or a portion where the concrete collapse may occur significantly before the hinge is generated.
以下に、本発明にかかる構造材と固定端の接合構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図1および図2には、本発明にかかる構造材と固定端の接合構造の第1実施形態が示されている。第1実施形態にあっては、上方から軸力を受ける構造材として、上層階からの荷重を負担する建築物1階のRC柱1を例示して説明する。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of a structure for joining a structural member and a fixed end according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 1 and 2 show a first embodiment of a structure for joining a structural member and a fixed end according to the present invention. In the first embodiment, the
RC柱1自体の構造は従来周知のものであって、柱コンクリート2の内部に、柱の周方向に間隔を隔てて配筋した柱主筋3と、これら柱主筋3を取り囲んで柱の高さ方向に間隔を隔てて配筋したフープ筋4とを埋設して形成される。コンクリート材料としては、普通コンクリートでも、高強度・超高強度コンクリートであってもよく、また補強材として鋼繊維やカーボン繊維、樹脂繊維等を混入したものであってもよい。また、RC柱1は、中空外殻プレキャストコンクリート柱部材に中詰めコンクリートを充填したものであっても、中実プレキャストコンクリートであっても、コンクリートを現場打ちして構築されるものであってもよい。
The structure of the
図示にあっては、RC柱1の材軸端部である柱脚部1a周辺が示されている。建築物1階のRC柱1の柱脚部1a周辺には、縦横に配設される基礎梁5の交差部に、杭部材6上に位置させてフーチング7が設けられる。基礎梁5上には、建築物1階の床スラブ8が敷設される。これら基礎梁5や杭部材6、フーチング7、床スラブ8はRC構造で構築される。床スラブ8上には、基礎梁5と結合しつつフーチング7上に立ち上げて、RC柱1が設けられる。RC柱1の材軸端部である柱脚部1aは、床スラブ8を含む基礎梁5を固定端として接合してもよいし、フーチング7を固定端として接合してもよい。本実施形態にあっては、床スラブ8を含む基礎梁5を固定端としている。
In the figure, the periphery of the
固定端となる床スラブ8の上面には、RC柱1の柱脚部1aの外周縁に沿って、RC柱1と床スラブ8との間に生じる応力の一部を解放するための応力緩和部として、溝9が形成される。柱脚部1aの外周縁は具体的には、床スラブ8上面に現れる柱脚部1aとの接合境界B(図3参照)である。溝9は、柱脚部1aの外回り、詳細には接合境界Bよりも外側に、当該接合境界Bに沿って配置される。
On the upper surface of the
溝9は、これにより床スラブ8上面を区分けしてその内側に、柱脚部1aを取り囲む床スラブ8の柱脚部周辺部8aを形成する(図3参照)。そして溝9は、軸力を負担しつつ横方向の地震力を受けることでRC柱1に発生する曲げモーメントに起因するヒンジが柱脚部周辺部8aに生じた際に、このヒンジ発生によって柱脚部周辺部8aがRC柱1で押圧されて僅かながら膨れる変形D(図3参照)を許容し、これによりRC柱1と床スラブ8との間で発生する応力の一部を解放する空隙となる。柱脚部周辺部8aが膨れる変形量は、応力解析により推定可能である。
The
溝9の内回りの内径寸法は、柱脚部周辺部8aに発生する膨れる変形Dを、溝9内方へ向けて生じさせ、これにより応力をスムーズに解放するために、柱脚部1aの外径寸法よりも僅かに大きく設定される。溝9の深さ寸法は、膨らむ変形Dを許容できる適宜深さに設定される。溝9の外径寸法は、内径寸法との関係で溝幅を決定するもので、柱脚部周辺部8aの膨れる変形Dを妨げず、床スラブ8の必要強度を損なわずかつRC柱1回りへの接近を過度に妨げないように、適宜に設定される。溝9の形成については、高い寸法精度が得られるように、型枠などを用いて予め床スラブ8に形成しておくことが好ましいが、RC柱1設置後に斫るなどして形成してもよい。また、柱脚部周辺部8aには、鉄筋などの補強材は配筋されない。
The inner diameter dimension of the inner periphery of the
溝9は、本実施形態にあっては図2に示すように、床スラブ8上面位置におけるRC柱1の平断面外形輪郭に沿って、当該RC柱1の全周に亘り環状に連続して形成される。図示例にあっては、RC柱1の平断面外形輪郭が四角形状であるので、溝9も四角形状に形成されている。RC柱1の平断面外形輪郭が円形状あるいは多角形状である場合には、溝9も円形状もしくは多角形状に形成される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
本実施形態にあっては、溝9は単一の連続する環状に形成されているが、RC柱1の回りに断続的に形成される複数の溝9であってもよい。溝9が断続的に形成される場合には、連続的に形成する場合に比べて、溝9を分断する箇所により、柱脚部1a回りが補強される。
In the present embodiment, the
床スラブ8の強度は、応力の一部が溝9によって解放されたRC柱1に残る応力によって当該RC柱1に圧壊が生じない強度に設定される。
The strength of the
次に、本実施形態にかかる構造材と固定端の接合構造の作用について説明する。図3(a)に示すように、通常時は、上層階から加わる軸力は、建築物1階のRC柱1からそのまま直下の杭部材6へ向かって流れて、地盤で支持される。従って、この通常時には、床スラブ8に形成した応力緩和部としての溝9が機能することはなく、一般的な建築物と同様である。
Next, the effect | action of the joining structure of the structural material concerning this embodiment and a fixed end is demonstrated. As shown in FIG. 3A, in the normal state, the axial force applied from the upper floor flows from the
他方、図3(b)に示すように、軸力を負担している状態で横方向の地震力を受けると、RC柱1の柱脚部1aには、曲げモーメントに起因するヒンジが生じる。このヒンジ発生により、圧縮側の柱脚部1aが柱脚部周辺部8aにめり込む挙動を呈すると、柱脚部1aと床スラブ8の接合境界Bで応力が増加し、これに伴って溝9よりも内側の柱脚部周辺部8aの応力も増加する。柱脚部周辺部8aは空隙である溝9に面しているため、増加した応力に応じた膨らむ変形Dが生じる。すなわち、溝9は、柱脚部周辺部8aの膨らむ変形Dを許容する。
On the other hand, as shown in FIG. 3 (b), when a lateral seismic force is received while bearing an axial force, a hinge due to a bending moment is generated in the
このように、溝9によって柱脚部周辺部8aの膨らむ変形Dを許容できることにより、柱脚部1aと床スラブ8の接合境界B、ひいてはRC柱1の柱脚部1aで増加する曲げモーメントに起因する応力を部分的に解放することができる。膨れる変形Dを呈する床スラブ8側の柱脚部周辺部8aは、弾性域もしくは塑性域での変形により、応力をスムーズに解放することができる。
In this way, by allowing the
そして、柱脚部1aで増加する応力を部分的に解放することができるので、図4に示すように、溝がない場合と対比して、RC柱1の水平変位が進行しても、RC柱1の曲げ耐力を維持することができ、当該柱脚部1aでの圧壊発生を遅延させたり、圧壊発生を防止することができる。これにより、RC柱1の曲げ耐力をより長く維持することができる。また圧壊発生を防止できるので、RC柱1に断面欠損が生じることもなく、RC柱1の軸方向耐力も維持することができる。
And since the stress which increases in the
以上説明したように、本実施形態にかかる構造材と固定端の接合構造にあっては、RC柱1とこれが接合される床スラブ8とを考慮に入れて、背景技術で述べられているような超高強度コンクリートの採用を前提とすることなく、圧壊の発生原因である曲げモーメントによる応力を、ヒンジが発生する箇所またはヒンジが発生する前にコンクリートの圧壊が顕著に生じ得る箇所に絞って効果的に低減することができる。
As described above, in the joint structure of the structural material and the fixed end according to the present embodiment, it is described in the background art in consideration of the
溝9を、RC柱1の外回りに沿って配置するようにしたので、RC柱1回りのいかなる方向にヒンジが発生しても、圧壊発生を防止することができる。溝9を断続的に複数形成した場合には、連続的に形成する場合に比べて、溝9を分断する箇所によって、柱脚部1a回りを補強することができる。
Since the
上記実施形態にあっては、床スラブ8を含む基礎梁5を固定端とした場合について説明したが、フーチング7を固定端とした場合であっても、同様に溝9を形成することで、同様の作用効果を得ることができる。
In the above embodiment, the case where the
図5には、上記実施形態の変形例が示されている。上記実施形態では、空隙を形成する溝9について説明したが、溝9には、固定端となる床スラブ8やフーチング7の圧縮強度よりも低圧縮強度あるいは低剛性の充填材10を充填してもよい。低圧縮強度の充填材10としては例えば、固定端に用いられるものよりも強度が低いモルタルや木材などがある。低剛性の充填材10としては例えば、発泡ポリエチレンや塩ビ製中空パイプなどがある。
FIG. 5 shows a modification of the above embodiment. In the above embodiment, the
これら充填材10を溝9に充填すれば、柱脚部周辺部8aで増加する応力の一部をこれら充填材10で負担させることができ、溝9を空隙のままとする場合に比べて、膨れる変形Dを生じる柱脚部周辺部8aの構造健全性を向上することができる。また、溝9を充填材10で埋めることにより、RC柱1へ自由に接近することができる。
If these
図6および図7には、本発明にかかる構造材と固定端の接合構造の第2実施形態が示されている。第2実施形態にあっては、上方から軸力を受ける構造材として、杭部材6が示されている。杭部材6としては、既製杭や場所打ち杭など、従来周知のどのような構造形式・施工形式のものであってもよい。
6 and 7 show a second embodiment of the structure for joining a structural member and a fixed end according to the present invention. In 2nd Embodiment, the
図示にあっては、杭部材6の材軸端部である杭頭部6a周辺が示されている。杭頭部6a上には、基礎梁5と連結されたフーチング7が接合されていて、このフーチング7を杭部材6の固定端としている。固定端であるフーチング7の下面には、杭部材6の杭頭部6aの外周縁に沿って、杭部材6とフーチング7との間に生じる応力の一部を解放するための応力緩和部として、第1実施形態と同様の溝9が形成される。
In the drawing, the periphery of a
杭頭部6aの外周縁は具体的には、フーチング7下面に現れる杭頭部6aとの接合境界Cである。溝9は、杭頭部6aの外回り、詳細には接合境界Cよりも外側に、当該接合境界Cに沿って配置される。
Specifically, the outer peripheral edge of the
溝9は、これによりフーチング7下面を区分けしてその内側に、杭頭部6aを取り囲むフーチング7の杭頭部周辺部7aを形成する。そして溝9は、軸力を負担しつつ横方向の地震力を受けることで杭部材6に発生する曲げモーメントに起因するヒンジが杭頭部周辺部7aに生じた際に、このヒンジ発生によって杭頭部周辺部7aが杭部材6から押圧されて僅かながら膨れる変形を許容し、これにより杭部材6とフーチング7との間で発生する応力の一部を解放する空隙となる。杭頭部周辺部7aが膨れる変形量は、応力解析により推定可能である。
The
溝9に設定される寸法は、上記第1実施形態と同様である。すなわち、溝9の内径寸法は、杭頭部周辺部7aに発生する膨れる変形を、溝9内方へ向けて生じさせ、これにより応力をスムーズに解放するために、杭頭部6aの外径寸法よりも僅かに大きく設定される。溝9の深さ寸法は、膨らむ変形を許容できる適宜深さに設定される。溝9の外径寸法は、内径寸法との関係で溝幅を決定するもので、杭頭部周辺部7aの膨れる変形を妨げず、フーチング7の必要強度を損なわないように、適宜に設定される。
The dimensions set in the
溝9は、本実施形態にあっては図7に示すように、フーチング7下面位置における杭部材6の平断面外形輪郭に沿って、当該杭部材6の全周に亘り環状に連続して形成される。図示例にあっては、杭部材6の平断面外形輪郭が円形状であるので、溝9も円形状に形成されている。
In this embodiment, as shown in FIG. 7, the
本実施形態にあっては、溝9は単一の連続する環状に形成されているが、杭部材6の回りに断続的に形成される複数の溝9であってもよい。溝9が断続的に形成される場合には、杭頭部6a回りが補強される。
In the present embodiment, the
フーチング7の強度は、応力の一部が溝9によって解放された杭部材6に残る応力によって当該杭部材6に圧壊が生じない強度に設定される。
The strength of the
第2実施形態にかかる構造材と固定端の接合構造の作用は、上記第1実施形態と同様であって、溝9によって杭頭部周辺部7aの膨らむ変形を許容できることにより、杭頭部6aとフーチング7の接合境界C、ひいては杭部材6の杭頭部6aで増加する曲げモーメントに起因する応力を部分的に解放することができ、杭頭部6aでの圧壊発生を遅延させたり、圧壊発生を防止することができる。また圧壊発生を防止できるので、杭部材6に断面欠損が生じることもなく、杭部材6の軸方向耐力も維持することができる。
The effect | action of the joining structure of the structural material concerning 2nd Embodiment and a fixed end is the same as that of the said 1st Embodiment, By allowing the deformation | transformation which the pile
第2実施形態にあっても、溝9には、フーチング7よりも低圧縮強度もしくは低剛性の充填材10を充填して構成することができ、これにより上記変形例と同様の作用効果を得ることができる。
Even in the second embodiment, the
以上の実施形態にあっては、構造材として、建築物1階のRC柱1および杭部材6を例示して説明したが、各階の柱部材の場合には柱梁仕口部回りに、建築物最上階の柱部材の柱頭部と屋上スラブとの間では屋上スラブに、溝9を形成すればよい。また柱部材の材軸端部を固定端に接合する箇所であれば、いわゆる引張側の柱や、コア壁で地震力を負担するようにした建築物の外周柱等にあっても、溝9によって有効に応力を解放して、建築物の健全性を向上することができる。
In the above embodiment, the
例えば節付きの壁杭など、壁杭部材の場合には、材軸端部が接合される基礎梁5やフーチング7などの固定端に、当該壁杭部材の表裏に沿って溝9を形成すればよい。壁部材であっても、上端部や下端部が接合される梁や床スラブに、当該壁部材の表裏に沿って溝9を形成すればよい。これらいずれの例にあっても、上記実施形態と同様に、構造材と固定端との間に生じる応力の一部を溝9で解放することができ、圧壊など損傷発生を効果的に防止することができる。
For example, in the case of a wall pile member such as a wall pile with a knot, a
さらに、上記実施形態にあっては、構造材としてRC造の部材を例示して説明したが、SRC造の部材であってもよい。またさらに、S造の構造材であっても、露出された材軸端部の固定端への接合箇所で発生する曲げモーメントに対して、溝9で応力の一部を解放することができて、その損傷を防止することができる。
Furthermore, in the said embodiment, although the member made from RC was illustrated and demonstrated as a structural material, the member made from SRC may be sufficient. Furthermore, even in the case of the S-structured material, a part of the stress can be released by the
1 RC柱
1a 柱脚部
6 杭部材
6a 杭頭部
7 フーチング
8 床スラブ
9 溝
10 充填材
1
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