JP2013253441A - 鉄筋構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】柱用の主筋の耐力を大きくでき、柱の断面積を小さくできる鉄筋構造を提供すること。
【解決手段】鉄筋構造1は、梁3と接合される複数の柱2用の主筋21を備え、柱2用の主筋21の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力は、JISG3112で規定する普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい。また、柱2は、柱2用の主筋21の軸方向と交差する平面内において柱2用の主筋21を囲んで配筋された複数の柱2用のせん断補強筋22を備え、複数の柱2用のせん断補強筋22の降伏点又は0.2%耐力は普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい。
【選択図】図2

Description

本発明は、梁と接合される複数の柱用の主筋を備えた鉄筋構造に関する。
従来、柱と、柱と接合される梁とを備えた鉄筋構造が知られている。
このような鉄筋構造では、柱と梁とが接合する柱梁接合部分には、柱用の主筋及びせん断補強筋や、梁用の主筋が配筋されて、コンクリートが打設される。そして、鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説第8版第1刷(社団法人日本建築学会編集)によると、以下の式から求められる許容せん断力Qに応じて接合部分が設計されることが一般的である。
Q=κ(f−0.5)bD(κ:接合部分の形状による係数、f:コンクリートの短期許容せん断応力度、b:接合部分の有効幅、D:柱せい)
さらに、鉄筋構造として、特許文献1で示される従来例がある。
特許文献1で示される鉄筋構造では、柱用の主筋は、所定強度であって継手部分を有する普通強度部分と、所定強度よりも高い強度である高強度部分とを備え、普通強度部分は柱用の主筋の中央部に配筋され、高強度部分は梁との接合部分に配筋されている。このような柱用の主筋では、普通強度部分の端部どうしが溶接等の継手手段で接合される。
実用新案登録第3147699号公報
しかし、一般的な設計による鉄筋構造では、接合部分の許容せん断力(せん断耐力)を大きくするためには、コンクリートを構成する材料を変えてコンクリート強度を大きくするか、又は、前述の式からわかる通り、柱せいDを大きくして接合部の断面積を大きくしなければならない。
コンクリート強度を大きくすると、コストがかかる。また、接合部の断面積を大きくすると、柱全体や梁全体の断面積も大きくなり、居住空間が狭くなってしまう。
特許文献1は、強度が変化する鉄筋どうしを確実に継手するという課題を解決するために主筋を部分的に補強したものであり、居住空間が狭くなってしまうことは特許文献1では解決できるものではない。
本発明の目的は、柱用の主筋の耐力を大きくでき、柱の断面積を小さくできる鉄筋構造を提供することである。
本発明の鉄筋構造は、梁と接合される複数の柱用の主筋を備え、前記柱用の主筋の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力は、JISG3112で規定する普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいことを特徴とする。
この構成の本発明では、柱用の主筋の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力は、JISG3112において鉄筋コンクリート用鋼棒として規定する普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいため、柱用の主筋の少なくとも一部が高強度である。このため、柱用の各主筋を細くできて隣り合う主筋どうしの間隔を小さくでき、これによって、柱の断面積を小さくできる。
本発明では、前記柱は、前記柱用の主筋の軸方向と交差する平面内において前記柱用の主筋を囲んで配筋された複数の柱用のせん断補強筋を備え、前記複数の柱用のせん断補強筋の降伏点又は0.2%耐力は前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい構成が好ましい。
この構成の本発明では、柱用のせん断補強筋の降伏点又は0.2%耐力は普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいため、せん断補強筋が負担できるせん断力が大きくなり、その分、柱のコンクリート断面の負担分が小さくできる。これによって、柱の断面積をさらに小さくできる。
本発明では、降伏点又は0.2%耐力が前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい部位は、前記柱用の主筋のうち、前記梁と接合される柱梁接合部を含む構成が好ましい。
この構成の本発明では、降伏点又は0.2%耐力が普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい部位は、梁と接合される柱梁接合部を含む。柱梁接合部は、柱にかかる応力が集中するので、柱用の主筋のうち、少なくとも柱梁接合部が高強度になり、柱梁接合部における柱の耐力を向上できる。
本発明では、前記柱用の主筋は、降伏点又は0.2%耐力が前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい高強度鉄筋部分と、前記普通鉄筋から構成される普通鉄筋部分とを備える構成が好ましい。
この構成の本発明では、柱用の主筋は高強度鉄筋部分と普通鉄筋部分とを備えるので、主筋の全部分を高強度にするよりも、コストが低くて済む。
本発明では、各柱用の主筋の端部は、前記柱用の別の主筋の端部と、前記柱用の主筋の軸方向と交差する方向において重ねることが可能である構成が好ましい。
この構成の本発明では、各柱用の主筋の端部は、柱用の別の主筋の端部と重ねることが可能であるため、柱用の別の主筋と連結させるときに、容易に連結できる。
本発明では、前記柱用の主筋は、前記普通鉄筋を焼入れすることによって形成される構成が好ましい。
この構成の本発明では、柱用の主筋は、普通鉄筋を焼入れすることによって形成されるため、母材である普通鉄筋よりも確実に強度を高めることができる。
本発明の鉄筋構造の全体の模式図。 本発明の実施形態に係る鉄筋構造の要部を示す断面図。 本発明の実施形態に係る主筋の端部を示す断面図。 本発明の実施形態に係る柱を試験する試験装置を示す図。 せん断力に対する層間変形角の変化を示すグラフ。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は鉄筋構造1の全体の模式図であり、図2は鉄筋構造1の要部断面図であり、図3は主筋21の端部を示す断面図である。
図1及び図2に示すように、建物は、複数の柱2と、柱2と接合する複数の梁3とを備えた複数階建ての鉄筋コンクリート造りであり、鉄筋構造1にコンクリート100が打設されている。
柱2と梁3との接合形態としては、十字形接合S1、ト形接合S2、L形接合S3やT形接合S4があり、本実施形態は、これらの接合S1〜S4の柱梁接合部に適用される。以下では、十字形接合S1を例にとって説明する。
柱2は柱せいD0を有し、その鉄筋構造は、垂直方向に延びて等間隔に配筋された複数の柱2用の主筋21と、主筋21の軸方向と交差する平面(図2における紙面と垂直な平面)内において主筋21を囲んで等間隔に配筋されて柱2のせん断強度を補強する複数の柱2用のせん断補強筋22とを備える。
主筋21は、降伏点又は0.2%耐力が、JISG3112で規定する普通鉄筋(以下、単に普通鉄筋という。)の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい高強度鉄筋部分21Aと、普通鉄筋から構成される普通鉄筋部分21Bとを備える。本実施形態では、高強度鉄筋部分21Aの降伏点又は0.2%耐力は900MPa(N/mm2)であり、普通鉄筋部分21Bの降伏点又は0.2%耐力は390MPa(N/mm2)である。また、主筋21は、丸鋼でも、異形棒鋼でもよい。
高強度鉄筋部分21Aは、柱2の梁3との接合部分である柱梁接合部200を含め、柱梁接合部200よりも上側の上側領域201と柱梁接合部200よりも下側の下側領域202に延びている。上側領域201の上端部と柱梁接合部200の上端部との間の距離T1は、柱せいD0の約1.1倍〜1.3倍となっている(T1≒D0×1.1〜D0×1.3)。同様に、下側領域202の下端部と柱梁接合部200の下端部との間の距離T2は、柱せいD0の約1.1倍〜1.3倍となっている(T2≒D0×1.1〜D0×1.3)。この距離T1,T2は、隣り合う梁3間の層間寸法を柱せいD0の4倍としたとき、高強度鉄筋部分21Aの降伏点又は0.2%耐力と、普通鉄筋部分21Bの降伏点又は0.2%耐力との比から求められる。
このような高強度鉄筋部分21Aは、主筋21の母材である普通鉄筋を図示しない加熱コイル内に通して、主筋21のうち柱梁接合部200、上側領域201及び下側領域202に対応する部分だけを部分的に焼入れすることによって形成される。
また、図3に示すように、直列に配置された主筋21を軸方向に連結するため、主筋21の上下端部は、別の主筋21の端部と、主筋21の軸方向と交差する方向(図2における左右方向)において一部が重ねられている。重ねられた部分は、必要に応じて結線される。
せん断補強筋22は、普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力(390MPa)よりも大きい降伏点又は0.2%耐力(900MPa)を有するウルボン1275(高周波熱錬(株)の商品名)である。
せん断補強筋22は、柱梁接合部200を含め、主筋21が延びている方向に配筋される。
梁3を構成する鉄筋構造は、水平方向に延びて所定間隔を空けて配筋された複数の梁3用の主筋31と、主筋31の軸方向と交差する平面(図2における紙面と垂直な平面)内において主筋31を囲んで等間隔に主筋31の延出方向に配筋されて梁3のせん断強度を補強する複数の梁3用のせん断補強筋32とを備える。主筋31及びせん断補強筋32は普通鉄筋である。
次に、高強度鉄筋部分21Aの曲げ耐力が普通鉄筋部分21Bの曲げ耐力が大きいことを明らかにするために、せん断力に対する柱2の曲げ耐性試験について説明する。
図4は試験装置4を示す。
試験装置4は、反力床41と、反力床41上であって柱2の一端側に固定された第1固定部42A及び柱2の他端側に固定された第2固定部42Bと、柱2の一端側に負荷を付与する第1負荷付与部43A及び柱2の他端側に負荷を付与する第2負荷付与部43Bと、第1固定部42Aと第1負荷付与部43Aとの間に設けられて第1負荷付与部43Aを移動自在に支持する第1計測部44Aと、第2固定部42Bと第2負荷付与部43Bとの間に設けられて第2負荷付与部43Bを移動自在に支持する第2計測部44Bと、梁3の上下端部を保持する保持部45A,45Bとを備える。
第1計測部44Aには、第1負荷付与部43Aが移動した移動量を計測する図示しないセンサなどが取り付けられている。第1負荷付与部43Aが図4における上方向に移動した場合を正の移動とし、図4における下方向に移動した場合を負の移動とする。
第2計測部44Bにも、第2負荷付与部43Bが移動した移動量を計測する図示しないセンサなどが取り付けられている。第2負荷付与部43Bが図4における下方向に移動した場合を正の移動とし、図4における上方向に移動した場合を負の移動とする。
次に、試験装置4を用いたせん断力に対する柱2の曲げ耐性に関する試験動作について説明する。
まず、柱2を第1負荷付与部43A及び第2負荷付与部43B上に固定し、梁3を保持部45A,45Bによって保持して鉛直方向に沿って固定する。
柱2の一端(図4における右端)に、第1負荷付与部43Aから上向きの荷重をかけ、第1負荷付与部43Aの上方向への移動量、すなわち柱2の一端側の上向きの変形量δ1を第1計測部44Aで計測する。また、ほぼ同時に、柱2の他端(図4における左端)に、第2負荷付与部43Bから、第1負荷付与部43Aでかけた荷重と同じ荷重を下向きにかけ、第2負荷付与部43Bの下方向への移動量、すなわち柱2の他端側の下向きの変形量δ2を第2計測部44Bで計測する。
ここで、第1負荷付与部43Aからかけた上向きの荷重及び第2負荷付与部43Bからかけた下向きの荷重は、柱2に加えられたせん断力であり、変形量δ1とδ2の平均を柱2の変形量δとする(δ=(δ1+δ2)/2)。
以上のような試験装置4を用いた試験により、本実施形態の柱2用の主筋21と普通鉄筋とにおいて、せん断力に対する曲げ耐性について比較する。曲げ耐性を示す指標としては、層間変形角X(%)を用いる。層間変形角Xは、柱2の長さLの半分の長さL/2に対する柱2の変形量δの割合である(X=δ×200/L(%))
図5は、縦軸にせん断力(kN、キロニュートン)をとり、横軸に層間変形角X(%)をとったグラフである。
図5に示すように、例えば、せん断力が100kNであった場合には、実線P1で示される主筋21の層間変形角X1は、破線P0で示される普通鉄筋の層間変形角X0よりも小さい(X1<X0)。このことは、試験におけるせん断力の全範囲において成り立つ、すなわちX1<X0である。このため、せん断力に対して、普通鉄筋よりも主筋21のほうが変形しにくく、高強度である。
従って、本実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
(1)本実施形態の鉄筋構造1では、柱2用の主筋21の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力は普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいため、柱2用の主筋21の少なくとも一部が高強度である。このため、柱2用の各主筋21を細くできて隣り合う主筋21どうしの間隔を小さくでき、これによって、柱2の断面積を小さくできる。
(2)また、柱2用のせん断補強筋22の降伏点又は0.2%耐力は普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいため、せん断補強筋22が負担できるせん断力が大きくなり、その分、柱2のコンクリート断面の負担分が小さくできる。これによって、柱2の断面積をさらに小さくできる。
(3)また、高強度鉄筋部分21Aは柱梁接合部200を含む。柱梁接合部200は、柱2にかかる応力が集中するので、柱2用の主筋21のうち、少なくとも柱梁接合部200が高強度になり、柱梁接合部200における柱2の耐力を向上できる。
(4)また、柱2用の主筋21は、高強度鉄筋部分21Aと普通鉄筋部分21Bとを備えるので、主筋21の全部分を高強度にするよりも、コストが低くて済む。
(5)また、各柱2用の主筋21の端部は、柱2用の別の主筋21の端部と重ねることが可能である。このため、柱2用の別の主筋21と連結させるときに、容易に連結できる。
(6)また、柱2用の主筋21は、普通鉄筋を焼入れすることによって形成されるため、母材である普通鉄筋よりも確実に強度を高めることができる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、主筋21は、その一部の降伏点又は0.2%耐力が普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいが、主筋21全体の降伏点又は0.2%耐力が普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きくてもよく、主筋21の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力が普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きければよい。
また、前記実施形態では、高強度鉄筋部分21Aは、柱梁接合部200を含め、柱梁接合部200よりも上側の上側領域201と柱梁接合部200よりも下側の下側領域202に延びていたが、少なくとも、柱梁接合部200に配筋されていればよく、上側領域201や下側領域202に延びていなくてもよい。
また、前記実施形態では、主筋21は高強度鉄筋部分21Aと普通鉄筋部分21Bとを備えていたが、高強度鉄筋部分21Aだけを備えていてもよい。つまり、主筋21全体を焼入れて普通鉄筋よりも高強度な高強度鉄筋としてもよい。
また、前記実施形態では、主筋21の上下端部は、別の主筋21の端部と、主筋21の軸方向と交差する方向(図2における左右方向)において重ねているが、これには限定されず、直列に接続する主筋21の端部どうしが長ナットなどのカプラーによって連結可能となっていてもよい。
本発明は、梁と接合される複数の柱用の主筋を備えた鉄筋構造として利用できる。
1…鉄筋構造、2…柱、3…梁、21…主筋、21A…高強度鉄筋部分、21B…普通鉄筋部分、22…せん断補強筋、200…柱梁接合部

Claims (6)

  1. 梁と接合される複数の柱用の主筋を備え、
    前記柱用の主筋の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力は、JISG3112で規定する普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい
    ことを特徴とする鉄筋構造。
  2. 請求項1に記載の鉄筋構造において、
    前記柱は、前記柱用の主筋の軸方向と交差する平面内において前記柱用の主筋を囲んで配筋された複数の柱用のせん断補強筋を備え、
    前記複数の柱用のせん断補強筋の降伏点又は0.2%耐力は前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい
    ことを特徴とする鉄筋構造。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の鉄筋構造において、
    降伏点又は0.2%耐力が前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい部位は、前記柱用の主筋のうち、前記梁と接合される柱梁接合部を含む
    ことを特徴とする鉄筋構造。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の鉄筋構造において、
    前記柱用の主筋は、降伏点又は0.2%耐力が前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい高強度鉄筋部分と、前記普通鉄筋から構成される普通鉄筋部分とを備える
    ことを特徴とする鉄筋構造。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の鉄筋構造において、
    各柱用の主筋の端部は、前記柱用の別の主筋の端部と、前記柱用の主筋の軸方向と交差する方向において重ねることが可能である
    ことを特徴とする鉄筋構造。
  6. 請求項1ないし請求項5のいずれかに記載の鉄筋構造において、
    前記柱用の主筋は、前記普通鉄筋を焼入れすることによって形成される
    ことを特徴とする鉄筋構造。
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