JP2015021270A - 鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発目地構造 - Google Patents

Abstract

【課題】梁材の中央部に２枚の板材を離間可能に埋設してなる内部目地を設けることで、梁材の内部にひび割れを誘発するようにした鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発目地構造を提案する。
【解決手段】長手方向に延びる複数の主鉄筋を有する鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発構造であって、
コンクリート製の梁材の長手方向と直交する一つの仮想断面Ｓと梁体４の表面とが交差する箇所の少なくとも一部に外部目地１０_Ｏを形成し、
上記仮想断面の中心部に、長手方向と直交しかつ分離可能に重なり合う２枚の板材１２を埋設してなる内部目地１０_Ｉを形成し、
外部目地と内部目地との間の中間領域に複数の主鉄筋６を挿通させることで、２枚の板材１２の重ね面を境目として、ひび割れが誘発されるように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄筋コンクリート製梁（特にＲＣ梁又はＰＣａ梁）のひび割れ誘発目地構造に関する。

建築物のコンクリート構造は、膨張収縮を繰り返すことでひび割れ（亀裂とも云う。）を生ずる。このひび割れをコントロールするために、構造物の一部にひび割れを誘発する技術を壁面に適用することが一般的に行われている。すなわち、ひび割れ誘発目地とは、乾燥収縮などコンクリート自身が持つ機能によって、不可避的に発生するひび割れを、想定した位置に発生させ、有害なひび割れが発生することを防止するために意図的に設けられるコンクリートの壁に入れる目地のことであって、一定間隔に壁厚の薄い箇所を設け、ひび割れを誘発させるために設ける目地を云い、特に外壁であればこの部分にはシーリング材を充填しておくことが一般的に行われている。時には鉄筋も切断してひび割れを入れ易くする技術も適用されている。

例えば特許文献１の図６には、コンクリート耐力壁の表裏両面に、一対の目地を、当該コンクリート耐力壁の内部に、耐力壁の幅方向に幅広に埋め込まれた帯板状の金属製遮断部材を、それぞれ平行に形成した技術が開示されている。しかしながら、この形態では、コンクリートと遮断部材との付着力により十分なひび割れ効果が得られないという問題がある。

そこで特許出願人は、上記遮蔽部材に代えて、壁厚方向に幅広の２枚の平行な縁部材を分離可能に重ね合せて埋設し、その重ね合せ面を境目にひび割れを誘発する技術を開発した（特許文献１の図１参考）。

特開２００６−９００３９

特許文献１の技術は、耐力壁を対象としたものであり、梁（特にＲＣ梁）に適用することに関しては特別に開示していない。梁は、或る二点（例えば柱）の間に架設され垂直荷重を支える機能を有しており、上記技術を適用する上でも、当該機能を担保することが必要である。

一般にＲＣ部材で十分なひび割れ集中機能を発揮させるには、目地の断面欠損は部材厚さの２０％である。部材表面の目地（以下「外部目地」という）だけで必要な欠損率を得るためには、外部目地の深さを大きくする必要があり、他方、梁の機能を担保するためには、外部目地を設けた横断面において、目地形成箇所を除く残りの梁部分だけで梁の剛性及び強度を担保しなければならない。そうなると、梁部材の横断面の四方に位置する主鉄筋の外側に、目地深さに相当する厚みの余裕を持たせておくことになる。すなわち部材の目地深さ相当部分が増厚することになるので、より多くの材料が必要となり、重量も大となる。

本発明の第１の目的は、梁材の中央部に２枚の板材を離間可能に埋設してなる内部目地を設けることで、梁材の内部にひび割れを誘発するようにした鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発目地構造を提案することである。
本発明の第２の目的は、鉄筋コンクリート製梁の中央部に内部目地に形成することにより、梁部材の目地深さ（外部目地の深さ）相当部分の増厚を低減できるようにすることである。

第１の手段は、
長手方向に延びる複数の主鉄筋を有する鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発構造であって、
コンクリート製の梁材の長手方向と直交する一つの仮想断面と梁材の表面とが交差する箇所の少なくとも一部に外部目地を形成し、
上記仮想断面の中心部に、長手方向と直交しかつ分離可能に重なり合う２枚の板材を埋設してなる内部目地を形成し、
外部目地と内部目地との間の中間領域に複数の主鉄筋を挿通させることで、２枚の板材１２の重ね面を境目としてひび割れが誘発されるように構成した。

本手段は、図１に示す如く、梁体４の表面に外部目地１０_Ｏを、また梁体４の中央部に内部目地１０_Ｉをそれぞれ形成し、外部目地１０_Ｏと内部目地１０_Ｉとの間の中間領域Ｍに主鉄筋を設ける構造を示している。主鉄筋の設置箇所より内側に内部目地を設けているので、十分なひび割れ誘発機能を期待できる。

第２の手段は、第１の手段を有し、かつ
上記梁材の長手方向と直交する梁材の縦断面を、横方向に平行な一対の第１辺及び縦方向に平行な一対の第２辺を有する長方形状とし、それら第２辺の一方又は双方にのみ外部目地を形成している。

本手段は、縦断面長方形状のひび割れ誘発構造体の第２辺（図示例において垂直方向の辺）にのみ外部目地を形成することを提案している。みかけ上の増厚を少なくするためである。本手段において、「縦方向」及び「横方向」とは、それぞれ梁部材を水平に架設した状態での各方向をいうものとする。なお、より好適な形態として上記側方に図った梁材の幅をＤ、内部目地の幅をｄ_Ｉ、外部目地の深さの和をｄ_Ｏとするとき、［（ｄ_Ｉ＋ｄ_Ｏ）／Ｄ］で与えられる欠損率が２０％以上４０％以下である形態とすることができる。

第３の手段は、第１の手段又は第２の手段を有し、かつ
上記梁材の長手方向と直交する梁材の縦断面を、横方向に平行な一対の第１辺及び縦方向に平行な一対の第２辺を有する長方形状とし、かつ上記２枚の板材を、側方及び長手方向と直交する方向に波形が繰り返す波形コッターに形成した。

本手段は、図４に示すように内部目地を形成する２枚の板材を波形に形成する態様を設ける。波形が連なる方向へのせん断力に対する抵抗が大となる。

第１の手段に係る発明によれば、梁体４の表面に外部目地１０_Ｏを、また梁体４の中央部に内部目地１０_Ｉをそれぞれ形成し、外部目地１０_Ｏと内部目地１０_Ｉとの間の中間領域に主鉄筋を設けたから、内部目地による十分なひび割れ誘発機能を発揮できる。
第２の手段に係る発明によれば、梁部材の第２辺にのみ外部目地を設けたから、外部目地による増厚を低減できる。
第３の手段に係る発明によれば、内部目地１０_Ｉを形成する板材１２を波形に形成したから、せん断力に対する抵抗が大である。

本発明の第１実施形態に係る鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発目地構造を側方から見た縦断面図である。 図１のひび割れ誘発目地構造を含む梁体を前方からみた縦断面図である。 図１の梁体の斜視図である。 図１の目地を構成する２枚の板材の斜視図であり、同図（Ａ）は２枚の板材を分離して示した様子を、同図（Ｂ）はそれぞれ別々に示した様子を描いている。 本発明の実験に用いる一つの試験体の形態を表す図であり、同図（Ａ）は、試験体を側方からみた断面図であり、同図（Ｂ）は試験体の一部を正面方向からみた図であり、同図（Ｃ）は上記試験体を上方から見た横断面であり、同図（Ｄ）は、（Ｃ）の横断面の一部拡大図である。 本発明の実験に用いる他の試験体の形態を表す図であり、側方からみた断面図を示している。 本発明の実験に用いるさらに他の試験体の形態を表す図であり、同図（Ａ）は、側方からみた断面図であり、同図（Ｂ）は試験体の一部を正面方向からみた図である。 は、引張載荷試験を各試験体に対して行って生じたひびの様子を示す図であり、同図（Ａ）は試験体Ｂ−１３の試験結果を、同図（Ｂ）は試験体Ｓ−２５の試験結果を、同図（Ｃ）は試験体Ｓ−４０の試験結果を、また同図（Ｄ）は試験体Ｗ−４０の試験結果をそれぞれ表している。 は、水平荷重と部材角度との関係を表す試験結果の説明図であり、同図（Ａ）は試験体Ｂ−１３の試験結果を、同図（Ｂ）は試験体Ｓ−２５の試験結果を、同図（Ｃ）は試験体Ｓ−４０の試験結果を、また同図（Ｄ）は試験体Ｗ−４０の試験結果をそれぞれ表している。 せん断力載荷試験を各試験体に対して行って生じたひびの様子を示す図であり、同図（Ａ）は試験体Ｂ−１３の試験結果を、同図（Ｂ）は試験体Ｓ−２５の試験結果を、同図（Ｃ）は試験体Ｓ−４０の試験結果を、また同図（Ｄ）は試験体Ｗ−４０の試験結果をそれぞれ表している。 断面積欠損率とひび割れ荷重低減係数ηとの関係を表す実験結果を示す図である。

図１から図４は、本発明の第１実施形態に係るＲＣ梁のひび割れ誘発目地構造の縦断面図である。

説明の都合上、まずＲＣ梁２から説明を始める。ＲＣ梁２は、柱などの連結箇所（図示せず）に長手方向Ｘの両端部を連結して用いるコンクリート製の梁体４の内部に、そのＸ方向に延びる主鉄筋６と、あばら筋８とを埋設してなる。なお、ＲＣ梁に代えてＰＣａ梁としてもよい。主鉄筋６は、コンクリート製梁体４の表面から一定の被り深さＡ_１の位置に埋め込まれている。

ひび割れ誘発目地構造１０は、梁体４の長手方向の少なくとも一か所（好適には梁材の長手方向中間部と両端部との間の２箇所）に、長手方向と直交する仮想断面Ｓに沿って形成される。具体的には、当該ひび割れ誘発目地構造は、当該仮想断面Ｓの中央部に形成される内部目地１０_Ｉと、当該仮想断面Ｓと梁体４の表面との交差箇所付近に形成される外部目地１０_Ｏとからなる。図２に示すように上記仮想断面Ｓは、各あばら筋８の設置箇所から十分に離して設定する。

内部目地１０_Ｉは、上記仮想断面Ｓの中心部に沿って重ね合せた２枚の板材１２を分離可能に埋設することで、それら２枚の板材１２の境目に形成される。これら板材１２は、コンクリートが進入しないように隙間なく重ね合せる。隙間をなくするのは、その間にコンクリートが進入することを防止するためである。実際には２枚の板材の重なり合う面に撥水剤を塗布した後、無収縮モルタルを注入して隙間を埋め、無収縮モルタル硬化後に側面をシールしてなる。好適な図示例では、上記一対の板材１２は、相互に係合可能な波形スレートとして形成されている。これによって、無収縮モルタルを注入して隙間の密着性が向上するばかりか、梁体４のせん断力を相互に伝達可能とするとともに、撥水剤の塗布によりひび割れを容易に誘発させることができる。撥水剤は、上記一対の板材の向かい合う面の一方に塗布してもよいが、双方に塗布した場合の方が好適である。

上記の構成において、２枚の板材１２を重ね合わせた状態でコンクリート内に図示のように埋め込むことで、コンクリートが乾燥収縮したときに２枚の板材の合わせ目を境としてひび割れが誘起される。２枚の板材の代わりに一枚の板材の表面及び（／又は）裏面に撥水剤を塗ったものでもある程度のひび割れ誘発作用を生ずるが、その作用の程度において本願発明の構成の方が優る。

上記梁体４の製造工程において、上記一対の板材１２は、図示しない連結具を介して、主鉄筋６に連結され、図示の位置に支持されるものとする。図２の如く重ね合わせた２枚の板材１２の両側（紙面の手前側及び奥側）に位置する少なくとも一対の水平な支持鉄筋（図示せず）を、板材の高さの範囲で上述のあばら筋に連結させ、これら支持鉄筋の間に、一対の板材１２の図左方及び右方を通過する押さえ鉄筋（図示せず）を架設し、これら押さえ鉄筋を番線で縛って、一対の板材１２が押さえ鉄筋の間に挟持されるように構成してもよい。

上記内部目地１０_Ｉを形成する一対の板材１２と主鉄筋６との間には、コンクリートの流動性及び充填性を確保するために“あき”Ａ_２をとる。主鉄筋６の近傍領域Ｍでもコンクリートの回りを良好とするためである。あきの大きさは、主鉄筋同士の“あき”と同程度とし、具体的には、粗骨材寸法の１．２５倍以上で隣り合う鉄筋の平均径（ｄ）の１．５倍以上とすればよい。次の表１に粗骨材の最大寸法が２５ｍｍである場合の、主鉄筋の平均径ｄ毎のあきＡ_２の最小値を示す。

外部目地１０_Ｏは、仮想断面Ｓ上において、断面縦長の梁体４の４辺のうち少なくとも一対の縦辺（請求項にいう第２辺）に沿って設けるものとする。ひび割れを誘発させるという意味では、外部目地１０_Ｏは、上記一対の縦辺に設ければ十分であり、梁体４の一対の横辺には設けなくてよい。もっとも梁体４の上面側及び下面側に生じたひびが人の目に触れて体裁を損なう可能性がある場合には、図示の如く、梁体４の一対の横辺にも外部目地を設け、これらの目地を後でシールすることができる。梁体４の上部側にスラブを設ける場合には梁体４の上横辺に外部目地を設ける必要がない。

上記構成によれば、主鉄筋６によりコンクリートが拘束されている中間領域Ｍをさけて、梁体４の表面に外部目地１０_Ｏを、また梁体４の中心部に内部目地１０_Ｉをそれぞれ形成しているので、各目地が十分なひび割れ誘発機能を発揮できるとともに、せん断応力の伝達ができる。

次に本発明の成果を複数の試験体を用いて試験したので、その内容を説明する。
［試験体の説明］
ＲＣ梁２の試験体として、外部目地のみを有する１種類の試験体（Ｂ−１３）と、内部目地及び外部目地を有する３種類の試験体（図６に示すＳ−２５、図５に示すＳ−４０、図７に示すＷ−４０）を使用した。Ｂ−１３は、他の試験体の構造から内部目地形成用の板材を省略した形態であるので、作図を省略する。試験体の一覧を表２に、試験体の属性（材料試験結果など）を表３に記載する。
試験体の断面は、幅１５０ｍｍ×高さ６５０ｍｍであり、せん断スパン比は２．８とする。外部目地は全試験体に共通とし、内部目地の有無と内部目地の種類と欠損率（外部目地深さと内部目地深さとの和を梁幅で除した値）を変数とした。外部目地は、梁の両側に深さの台形状の欠け込みとし、欠損率は１３％である。内部目地は、スレート波板２枚重ね合わせたもの（図５及び図６）と波形鋼板（図７）との２種類とし、欠損率を２５％（図６）と４０％（図５、図７）とした。欠損率に関しては、２０％程度以下ではひび割れ集中効果が小さく、４０％以上ではひび割れ集中性能に変化がなくなることが知られている。
なお、図５（Ａ）中、ｂ（＝７０ｍｍ）、ｃ（＝４０ｍｍ）、ｄ（＝１０ｍｍ）、ｅ（＝４３０ｍｍ）、ｆ（＝７０ｍｍ）、ｇ（＝４０ｍｍ）は、各試験体共通である。他方、図５でのａ_１及び図７のａ_３はともに４０ｍｍ、図６のａ_２は１７．５ｍｍである。

［試験内容の説明］
積載履歴は、ひび割れ荷重の測定および提案目地のひび割れ集中性能の把握のための引張載荷、および、ひび割れ後の梁の構造性能の把握のためのせん断力載荷の２段階で実施した。
（１）引張載荷試験
各試験体Ｅの下部を土台Ｂに固定するとともに、試験体の上部を図示しない加力鉄骨と一体化して、加力鉄骨をジャッキで押し上げることで試験体に引張加重を加えた。この試験での力の制御は、実大で目地部に残留ひび割れ幅０．３ｍｍのひび割れを再現することを目標とした。引張荷重は、次のいずれかまで与えることにした。
（ａ）目地部にひび割れが生ずる場合、目地部延長鉛直伸び変位δｍを測定するために取り付けた３箇所の変位計の測定値の平均が０．３ｍｍ
（ｂ）目地部にひび割れが発生しない場合、試験体の全長鉛直変位δａを計背側するために取り付けた２箇所の変位計の測定値の平均が０．６ｍｍ
（２）せん断力載荷試験
各試験体の下部を固定するとともに、試験体の上部に水平力を加えた。長周期地震動を模擬した多数回繰り返し載荷を設定した。±１．０、±２．０、±３．３、±５．０、（±２．０）、±７．５、±１０、（±５．０）、±２０、±３０、±４０、±５０×１０^−３ｒａｄ．をそれぞれ基本的に２回ずつ繰り返す。但し、２．０×１０^−３ｒａｄ．及び５．０×１０^−３ｒａｄ．［（）内は小サイクル］の部材角では繰り返し回数を各１０回とした。

［実験結果］
（１）引張載荷試験の結果
加力終了時のひび割れ図を図８に示す。内部目地を有しない試験体Ｂ−１３では、ひび割れが目地部では発生せず、目地部以外（一般部と称す）で発生した。一方、内部目地を設けた試験体では、ひび割れが目地部で発生した後に一般部で発生した。ひび割れが発生した荷重は、内部目地の種類を波形鋼板とした試験体Ｗ−４０の値が最小であった。
（２）せん断力載荷試験の結果
加力時のせん断力−部材角関係を図９に、部材角Ｒ＝５／１０００ｒａｄ．時のひび割れ状況を図１０に示す。全試験体において部材角Ｒ＝０．４／１０００ｒａｄ．で曲げひび割れが発生した。その後、数本の曲げひび割れがあばら筋位置に発生し、梁成中央に向かって斜めに進展した。部材角Ｒ＝±７．５／１０００ｒａｄ．サイクル時に、主筋とあばら筋に貼り付けたひずみゲージの値が降伏ひずみに達した。部材角Ｒ＝８〜１０／１０００ｒａｄ．で梁端部に圧壊の兆候が見られた。部材角Ｒ＝８〜１０／１０００ｒａｄ．以降のサイクルで最大耐力をむかえたが、その後のサイクルでも大きな耐力低下は見られなかった。部材角Ｒ＝３０／１０００ｒａｄ．で試験体が面外に倒れ込む様子が確認された。なお、本願明細書において“部材角が○○ｒａｄ．サイクル時であるときにある事象が生じた。”とは、そのサイクルの中のどこかで当該事象が生じたことをいい、また“部材角が○○ｒａｄ．（時）であるときにある事象を生じたとは、その部材角になったときに当該事象が生じたことをいう。

［実験結果の考察］
（１）試験１に関して
引張ひび割れ荷重における計算値と実験値との比較を表４に示す。ここで引張ひび割れ荷重の計算値は、次の式１から算定されるコンクリート引張強度に断面欠損を考慮した断面積を乗じて計算した。
［式１］ｆ_ｔ＝０．３３×（√ｆ_ｃ）（Ｎ／ｍｍ^２）
内部目地を設置した試験体Ｓ−２５、Ｓ−４０、Ｗ−４０の目地部において、実験値／計算値が０．８４、０．６３、０．３６であることから、外部目地によるひび割れ集中性能以上に内部目地の効果が発揮されたことが確認できる。なお、目地部に加え一般部においても実験値が計算値を大きく下回った主因は、載荷前に乾燥収縮及び主筋による内部拘束により、コンクリート内部に引張応力が生じたことによると考えられる。
断面欠損率とひび割れ荷重低減係数ηの関係を図１１に示す。目地部ひび割れ荷重低減係数ηとは、目地部のひび割れ荷重の実験値を一般部ひび割れ荷重計算値（コンクリート引張強度に、一般部断面積を乗じた値）で除した値と定義する。断面積欠損率が１３％程度では目地部にひび割れを生じない。断面積欠損率が２２パーセントを超えると目地部でひび割れが発生し、断面積欠損率が大きくなるほど目地部のひび割れ荷重低減係数ηが小さくなり、一般部に先駆けて目地部でひび割れが発生する確率が高まる傾向が認められる。

（２）試験２に関して
最大耐力実験値と終局曲げ耐力のせん断力計算値の比較を表５に示す。実験値は計算値（日本建築学会による終局曲げ耐力をせん断力に換算した値）１．０９〜１．２１を上回まった。試験体間に大きな相違はなかった。
破壊経過、荷重−部材角関係、ひび割れ状況、鉄筋の歪みおよび変位計測値において、内部目地を設けない試験体Ｂ−１３と提案する目地工法を有するその他の試験体との間に大きな相違は見られなかったことから、内部目地による構造性能への影響は殆どないと考えられる。

なお、上記実施形態及び実験例は単に本発明の好適な一例を示すものであり、本発明の技術的範囲がこれらに限定されるものではないことは言うまでもない。

２…梁（ＲＣ梁） ４…梁体 ６…主鉄筋 ８…あばら筋
１０…ひび割れ誘発目地構造 １０_Ｉ…内部目地 １０_Ｏ…外部目地
１２…板材
Ａ_１…被り代 Ａ_２…あき Ｂ…土台 Ｅ…試験体
Ｍ…主鉄筋近傍領域 Ｓ…仮想断面

Claims (3)

1. 長手方向に延びる複数の主鉄筋を有する鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発構造であって、
   コンクリート製の梁材の長手方向と直交する一つの仮想断面と梁材の表面とが交差する箇所の少なくとも一部に外部目地を形成し、
   上記仮想断面の中心部に、長手方向と直交しかつ分離可能に重なり合う２枚の板材を埋設してなる内部目地を形成し、
   外部目地と内部目地との間の中間領域に複数の主鉄筋を挿通させることで、２枚の板材１２の重ね面を境目として、ひび割れが誘発されるように構成したことを特徴とする、鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発目地構造。
2. 上記梁材の長手方向と直交する梁材の縦断面を、横方向に平行な一対の第１辺及び縦方向に平行な一対の第２辺を有する長方形状とし、それら第２辺の一方又は双方にのみ外部目地を形成したことを特徴とする、請求項１記載の鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発目地構造。
3. 上記梁材の長手方向と直交する梁材の縦断面を、横方向に平行な一対の第１辺及び縦方向に平行な一対の第２辺を有する長方形状とし、かつ上記２枚の板材を、側方及び長手方向と直交する方向に波形が繰り返す波形コッターに形成したことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の鉄筋コンクリート製梁のひび割れ誘発目地構造。