JP2013036174A - 柱梁接合部の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】柱断面寸法や柱主筋量を増大させることなく柱梁接合部を効果的に補強して、構造設計者の想定した梁曲げ強度を発揮できる柱梁接合部の補強構造を提供する。
【解決手段】鉄筋コンクリート造の柱１０と梁３０との接合部分である柱梁接合部１内の柱主筋１１に沿って補強筋２０が配筋されており、補強筋２０の両端の定着部２１，２１が、柱梁接合部１のコンクリート３に定着されており、補強筋２０の上端は、柱梁接合部１内の最上の梁主筋３１よりも上方に位置し、補強筋２０の下端は、柱梁接合部１内の最下の梁主筋３１よりも下方に位置することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、柱梁接合部の補強構造に関する。

図４に示すような柱１１０および梁１２０からなる鉄筋コンクリート造骨組の一般的な耐震設計は、梁の端部に降伏ヒンジを想定し、梁の危険断面１３０で曲げ強度が十分に発揮されることを前提としている。つまり、柱には降伏ヒンジを想定せず、柱の危険断面１４０での主筋の降伏は許容しないものとして設計している。従来、前記のような梁降伏先行型とするためには、柱の曲げ強度を梁よりもある程度大きく設定すればよいと考えられてきた。具体的には、柱梁曲げ強度比（柱曲げ強度／梁曲げ強度）を１．０〜１．５程度確保すればよいと考えられてきた。図５に地震時の鉄筋コンクリート造骨組の変形状態の模式図を示す。従来は、図５に示すように、前記鉄筋コンクリート造骨組には、梁端部の曲げひび割れ１５０と、柱端部の曲げひび割れ１６０と、柱１１０と梁１２０の交差部分である柱梁接合部（パネルゾーン）１０１のせん断ひび割れ１７０とが発生するとされていた。

しかしながら、最新の研究（非特許文献１〜５参照）により、地震時の柱梁接合部の変形状態は図６に示すような状態となり、柱梁接合部１０１の隅角部１０２を起点とするひび割れ１０３が発生することが明らかとなった。このひび割れ１０３が卓越すると、柱主筋１１１がひび割れ１０３を横切る位置で降伏し、柱梁接合部１０１が破壊する虞がある。

塩原等「鉄筋コンクリート柱梁接合部：見逃された破壊機構、日本建築学会構造系論文集、第７３巻、第６３１号」日本建築学会、２００８年９月、ｐ．１６４１−１６４８ 塩原等「鉄筋コンクリート柱梁接合部：終局強度と部材端力の相互作用、日本建築学会構造系論文集、第７４巻、第６３５号」日本建築学会、２００９年１月、ｐ．１２１−１２８ 塩原等「鉄筋コンクリート柱梁接合部：梁曲げ降伏型接合部の耐震設計、日本建築学会構造系論文集、第７４巻、第６４０号」日本建築学会、２００９年６月、ｐ．１１４５−１１５４ 楠原文雄、塩原等ほか「柱と梁の曲げ強度の比が小さい鉄筋コンクリート造十字形柱梁接合部の耐震性能、日本建築学会構造系論文集、第７５巻、第６５６号」日本建築学会、２０１０年１０月、ｐ．１８７３−１８８２ 楠原文雄、塩原等「鉄筋コンクリート造十字形柱梁接合部の終局モーメント算定法、日本建築学会構造系論文集、第７５巻、第６５７号」日本建築学会、２０１０年１１月、ｐ．２０２７−２０３５

地震時に、柱梁接合部の隅角部を起点とするひび割れが卓越して、柱梁接合部が破壊すると、構造設計者の想定した梁曲げ強度が発揮されず、建物の耐震性が低下してしまう。

構造設計者の想定した梁曲げ強度を得るためには、柱梁曲げ強度比を大きく（柱曲げ強度を高く）する必要があるが、そのためには、「柱断面寸法を大きくする」、「柱主筋の配筋量を増やす」、「柱主筋に高強度鉄筋を用いる」などの対策が必要となる。しかしながら、前記の各対策には、「居室の有効床面積が減少してしまう」、「建設費用が高くなってしまう」といった問題があるので、現実的ではない。

このような観点から、本発明は、柱断面寸法や柱主筋量を増大させることなく柱梁接合部を効果的に補強して、構造設計者の想定した梁曲げ強度を発揮できる柱梁接合部の補強構造を提供することを課題とする。

このような課題を解決するための請求項１に係る本発明は、鉄筋コンクリート造の柱と梁との接合部分である柱梁接合部内の柱主筋に沿って補強筋が配筋されており、前記補強筋の両端の定着部が、前記柱梁接合部のコンクリートに定着されていることを特徴とする柱梁接合部の補強構造である。

このような構成によれば、柱梁接合部内のみに両端に定着部を有する補強筋を配筋することによって、柱梁接合部の隅角部を起点とするひび割れの卓越を防ぎ、柱梁接合部の破壊を防止することができる。これによって、構造設計者の想定した梁曲げ強度を発揮できる。また、前記構成によれば、柱および柱梁接合部の全長に渡って柱主筋を増やしたり柱主筋を高強度鉄筋としたりする場合と比較して建設費用を抑えることができるとともに、柱断面寸法を大きくする必要もないので居室の有効面積の減少を防止できる。さらには、補強筋が柱梁接合部内において定着されているので、柱梁接合部外に突出せず、柱内の配筋に干渉しない。また、柱梁接合部にプレキャスト工法を採用した場合、補強筋が柱梁接合部から突出しないので取扱いが容易になり施工性が良好である。

請求項２に係る発明は、前記補強筋の上端は、前記柱梁接合部内の最上の梁主筋よりも上方に位置し、前記補強筋の下端は、前記柱梁接合部内の最下の梁主筋よりも下方に位置することを特徴とする。このような構成によれば、柱梁接合部の補強効果がより一層高くなり、隅角部を起点とするひび割れの開口を効果的に防止できる。

請求項３に係る発明は、前記柱梁接合部の水平方向断面において前記補強筋は、前記柱梁接合部のフープ筋の内側で配筋されていることを特徴とする。なお、補強筋は、フープ筋に内接して配筋してもよいし、フープ筋と離間させてさらに内側に配筋してもよい。フープ筋と離間して内側に配筋した場合でも補強効果を得ることができるが、フープ筋に内接する位置が、補強効果が最も大きく好ましい。

請求項４に係る発明は、鉄筋コンクリート造の柱と梁との接合部分である柱梁接合部内の梁主筋に沿って補強筋が配筋されており、前記補強筋の両端の定着部が、前記柱梁接合部のコンクリートに定着されていることを特徴とする柱梁接合部の補強構造である。このように補強筋を梁主筋に沿って横方向に配筋した場合でも、柱梁接合部の隅角部を起点とするひび割れの卓越を防ぎ、柱梁接合部の破壊を防止することができ、請求項１と同等の作用効果が得られる。

本発明に係る柱梁接合部の補強構造によれば、柱断面寸法や柱主筋を増大させることなく柱梁接合部を効果的に補強して、構造設計者の想定した梁曲げ強度を発揮させることができる。

本発明の実施形態に係る柱梁接合部の補強構造を示した透過斜視図である。 本発明の実施形態に係る柱梁接合部の補強構造を示した透過側面図である。 本発明の実施形態に係る柱梁接合部の補強構造を示した透過平面図である。 柱および梁からなる鉄筋コンクリート造骨組と柱梁接合部の説明図である。 従来の考え方による地震時の柱梁接合部の変形状態を示した模式図である。 最新の研究から明らかとなった地震時の柱梁接合部の変形状態を示した模式図である。

以下、本発明の実施形態に係る柱梁接合部の補強構造について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１乃至図３に示すように、本実施形態に係る柱梁接合部の補強構造Ｓは、鉄筋コンクリート造の柱１０と梁３０との接合部分である柱梁接合部（パネルゾーン）１を補強する構造である。図２に示すように、柱梁接合部１は、柱１０と梁３０が交差する部分であって、梁３０の上端面を延長した仮想境界線Ｌ１から下端面を延長した仮想境界線Ｌ２までの高さの範囲で、柱１０の側面を延長した仮想境界線Ｌ３に囲まれた部位（図２中、ドットにて色付けした部分）である。なお、図１乃至図３においては、鉄筋を実線にて図示し、コンクリートの表面を仮想線（二点鎖線）にて図示している。

図１乃至図３に示すように、柱１０には、長手方向（鉛直方向）に延在する複数の柱主筋１１，１１…と、これらの柱主筋１１，１１…を囲う複数のフープ筋１２，１２…（図２および図３に図示）とが設けられている。柱主筋１１は、水平方向に所定間隔をあけて配筋されており、少なくとも柱１０の断面の隅角（四隅）部に設けられている。フープ筋１２は、平面視で隅角部の柱主筋１１を頂角とする矩形形状に形成されている。フープ筋１２は、鉛直方向に所定間隔をあけて配筋されている。柱主筋１１は、柱梁接合部１を鉛直方向に貫通している。

梁３０には、長手方向（水平方向）に延在する複数の梁主筋３１，３１…と、これらの梁主筋３１，３１…を囲う複数のスターラップ筋３２，３２…（図２および図３に図示）とが設けられている。梁主筋３１は、鉛直または水平方向に所定間隔をあけて配筋されており、少なくとも梁３０の断面の隅角部に設けられている（本実施形態では、上下に３本ずつ）。スターラップ筋３２は、正面視で隅角部の梁主筋３１を頂角とする矩形形状に形成されている。スターラップ筋３２は、梁３０の長手方向に所定間隔をあけて配筋されている。梁主筋３１は、柱梁接合部１を水平方向に貫通している。

柱梁接合部の補強構造Ｓは、柱梁接合部１に、柱梁接合部１内の柱主筋１１に沿って補強筋２０が配筋されており、この補強筋２０の両端の定着部２１が、柱梁接合部１のコンクリートに定着されていることを特徴とする。

補強筋２０は、柱主筋１１と略平行に配筋されている。補強筋２０は、本体鉄筋部２２とその両端に設けられた定着部２１とを備えてなる。本体鉄筋部２２のサイズは適宜設定されるものである。補強筋２０の両端の定着部２１は、本体鉄筋部２２よりも大径の円形鋼板を、本体鉄筋部２２の端面に圧接することで構成されている。なお、定着部２１の形状は一例であって、これに限定する趣旨ではない。

図２に示すように、補強筋２０は、両端の定着部２１を含む全長に渡って柱梁接合部１の内部に配筋されている。具体的には、補強筋２０の上端は、柱梁接合部１内の最上の梁主筋３１よりも上方に位置しており、且つ柱梁接合部１の上端（梁３０の上端高さ）よりも上方にはみ出さないようになっている。すなわち、補強筋２０の上端は、柱梁接合部１の上端より上方に突出しない高さでなるべく上端に近い高さに位置している。また、補強筋２０の下端は、柱梁接合部１内の最下の梁主筋３１よりも下方に位置しており、且つ柱梁接合部１の下端（梁３０の下端高さ）よりも下方にはみ出さないようになっている。すなわち、補強筋２０の下端は、柱梁接合部１の下端より下方に突出しない高さでなるべく下端に近い高さに位置している。

図３に示すように、補強筋２０は、柱梁接合部１の水平方向断面において平面視で、柱梁接合部１のフープ筋１２の内側に配筋されている。補強筋２０は、フープ筋１２に内接して配筋されている。具体的には、補強筋２０の本体鉄筋部２２の外周面が、フープ筋１２の内側に接触している。柱梁接合部１内には、平面視で互いに平行な３本の梁主筋３１，３１，３１が貫通しており、隣り合う梁主筋３１，３１の中間部に補強筋２０が配筋されている。補強筋２０は、フープ筋１２の梁３０に近い両辺部に２本ずつ内接し、合計４本設けられている。なお、本実施形態では、補強筋２０はフープ筋１２に内接しているが、柱主筋などが多量に配筋され他の鉄筋と干渉する場合などには、柱１０の内側で、他の鉄筋に干渉しない位置に配筋すればよい。但し、柱１０の外側に近い方が補強効果は大きいので、フープ筋１２の内側でなるべく外側（梁３０に近い側）に配筋するのが好ましい。

以上のような構成の柱梁接合部の補強構造Ｓによれば、補強筋２０が曲げ補強筋としての役目を果たし、柱梁接合部１の隅角部を起点とするひび割れの進展を防ぐことができる。これによって、柱梁接合部１の隅角部を起点とするひび割れを横切る位置での柱主筋１１の降伏とそれに伴う柱梁接合部の破壊を防止することができるので、構造設計者の想定した梁曲げ強度を発揮するために必要十分な柱梁曲げ強度比を確保することができる。

また、前記柱梁接合部の補強構造Ｓによれば、少ない鉄筋量の補強筋２０で、柱梁接合部１を効率的に補強できる。したがって、柱および柱梁接合部の全長に渡って柱主筋を増やしたり柱主筋を高強度鉄筋としたりする場合と比較して、材料費を低減でき、建設費用の上昇を抑えることができる。さらに、柱１０の断面寸法を大きくする必要もないので居室の有効床面積や空間の減少を防止できる。

さらには、補強筋２０が柱梁接合部１内において定着されているので、柱梁接合部１外に突出しない。したがって、補強筋２０が、柱１０内の配筋に干渉することもない。特に、柱梁接合部１にプレキャスト工法を採用した場合、補強筋２０が柱梁接合部１から突出しないので取扱いが容易になり施工性が非常に良好である。

また、本実施形態では、補強筋２０の上端が、柱梁接合部１内の最上の梁主筋３１よりも上方に位置し、補強筋２０の下端が、柱梁接合部１内の最下の梁主筋３１よりも下方に位置するので、柱梁接合部１の補強効果がより一層高くなり、隅角部を起点とするひび割れの開口をより一層効果的に防止できる。

なお、前記実施形態では、補強筋２０は、柱主筋１１に沿って配筋されているが、梁主筋３１に沿って配筋させてもよい（図示せず）。この場合も、補強筋の両端の定着部が、柱梁接合部のコンクリートに定着されている。補強筋は、柱を挟むように接続される梁の延在方向に沿って配筋されている。補強筋の一端は、柱梁接合部内の柱主筋よりも一方の梁側に位置して、補強筋の他端は、逆側に位置する柱主筋よりも他方の梁側に位置しているのが好ましい。すなわち、補強筋の両端は、柱梁接合部の内部であって、柱梁接合部の両側に位置する梁内に突出しない長さでなるべく梁に近い場所に位置しているのが良い。

また、補強筋は、最上部および最下部の梁主筋と同等の高さに配筋することが好ましい。しかし、梁主筋が多量に存在する場合など、その高さに補強筋を配筋できないときは、梁の各隅角部の４つの梁主筋で囲まれる部分の内側に配筋してもよい。但し、補強筋を上下の梁主筋と同等の高さに配筋する方が、補強効果が高いので好ましい。

このような構成によっても、前記実施形態と同様に、構造設計者の想定した梁曲げ強度を発揮するために、柱梁接合部の隅角部を起点とするひび割れの卓越を防いで、柱梁接合部の破壊を防止することができる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、前記実施形態では、定着部２１を鉄筋の端部に円形鋼板を圧接することで構成しているが、これに限定されるものではない。例えば、鉄筋の端部に矩形鋼板を圧接してもよいし、鉄筋の端部を９０，１３５，１８０°に折り曲げる折曲げ定着としてもよい。また、両端の定着部の形状が異なっていてもよい。

また、前記実施形態では、補強筋２０を柱主筋１１または梁主筋３１のいずれか一方に沿って配筋しているが、柱主筋１１に沿って縦方向に配筋した補強筋と、梁主筋３１に沿って横方向に配筋した補強筋を組み合わせる構造としてもよい。さらに、Ｌ字状に屈曲した補強筋を用いて、柱主筋１１と梁主筋３１の両方に沿うように配筋してもよい。このような構成によっても、前記実施形態と同様に、構造設計者の想定した梁曲げ強度を発揮するために、柱梁接合部の隅角部を起点とするひび割れの卓越を防いで、柱梁接合部の破壊を防止することができる。

Ｓ 柱梁接合部の補強構造
１ 柱梁接合部
１０ 柱
１１ 柱主筋
１２ フープ筋
２０ 補強筋
２１ 定着部
３０ 梁
３１ 梁主筋

Claims (4)

1. 鉄筋コンクリート造の柱と梁との接合部分である柱梁接合部内の柱主筋に沿って補強筋が配筋されており、
   前記補強筋の両端の定着部が、前記柱梁接合部のコンクリートに定着されている
   ことを特徴とする柱梁接合部の補強構造。
2. 前記補強筋の上端は、前記柱梁接合部内の最上の梁主筋よりも上方に位置し、
   前記補強筋の下端は、前記柱梁接合部内の最下の梁主筋よりも下方に位置する
   ことを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合部の補強構造。
3. 前記柱梁接合部の水平方向断面において前記補強筋は、前記柱梁接合部のフープ筋の内側に配筋されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の柱梁接合部の補強構造。
4. 鉄筋コンクリート造の柱と梁との接合部分である柱梁接合部内の梁主筋に沿って補強筋が配筋されており、
   前記補強筋の両端の定着部が、前記柱梁接合部のコンクリートに定着されている
   ことを特徴とする柱梁接合部の補強構造。

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