JP2015113667A

JP2015113667A - 鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造及び方法

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Publication number: JP2015113667A
Application number: JP2013257994A
Authority: JP
Inventors: 健次米澤; Kenji Yonezawa; 西村　勝尚; Katsuhisa Nishimura; 勝尚西村
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2015-06-22

Abstract

【課題】大掛かりな開口補強を要することなく、端部に開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の梁主筋の曲げ降伏後の変形性能を確保する。【解決手段】コンクリート柱１２に接合された端部に開口１６が設けられた鉄筋コンクリート梁１０の当該端部の補強構造であって、開口１６の周囲に配筋されて開口１６の周囲を補強すると共に、鉄筋コンクリート柱１２に定着されて鉄筋コンクリート梁１０の端部の曲げ補強をする補強筋２０、２２を備える。鉄筋コンクリート梁１０の曲げ降伏が、鉄筋コンクリート梁１０と鉄筋コンクリート柱１２との境界に位置する第１の降伏箇所Ｍ１と、補強筋２０、２２よりも鉄筋コンクリート梁１２の材軸方向中央側に位置する第２の降伏箇所Ｍ２とで生じるように、補強筋２０、２２の強度が設定されている。【選択図】図３

Description

本発明は、端部に開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の当該端部の補強構造及び方法に関する。

鉄筋コンクリート梁の端部に設けられた開口の周囲の補強構造として、鉄筋コンクリート梁の開口の周囲に補強筋を配筋すると共に高強度のコンクリート板を埋設したもの（例えば、特許文献１参照）、又は、鉄筋コンクリート梁の開口に鋼管を設けて該鋼管の軸方向両端をコンクリート梁のスターラップ筋に定着させたもの（例えば、特許文献２参照）が知られている。

特開２００１−２０４４９号公報特開平６−１９３１９６号公報

ところで、鉄筋コンクリート梁の設計は、大地震時に材端が曲げ降伏することを許容するように行われているが、材端が曲げ降伏した後も、鉄筋コンクリート梁の変形性能を確保する必要がある。ここで、材端が曲げ降伏した後は、鉄筋コンクリート梁の端部での回転角が大きくなることにより、当該端部に局部的な圧縮力が作用する。このため、当該端部に開口が設けられている場合には、特許文献１、２に記載の開口補強構造のように、大掛かりな開口補強を施すことにより、上記局部的な圧縮力による当該端部の破壊を抑えて、材端の曲げ降伏後の鉄筋コンクリート梁の変形性能を確保しようとしている。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、大掛かりな開口補強を要することなく、端部に開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の材端の曲げ降伏後の変形性能を確保することを課題とするものである。

本発明に係る鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造は、コンクリート柱に接合された端部に開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の当該端部の補強構造であって、前記開口の周囲に配筋されて前記開口の周囲を補強すると共に、前記コンクリート柱に定着されて前記鉄筋コンクリート梁の前記端部の曲げ補強をする補強筋を備える。

前記鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造において、前記鉄筋コンクリート梁の曲げ降伏が、前記鉄筋コンクリート梁と前記コンクリート柱との境界に位置する第１の降伏箇所と、前記補強筋よりも前記鉄筋コンクリート梁の材軸方向中央側に位置する第２の降伏箇所とで生じるように、前記補強筋の強度が設定されてもよい。

また、前記鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造において、前記補強筋は、前記鉄筋コンクリートの曲げ変形により前記開口から前記鉄筋コンクリート梁の材軸方向中央側へせん断亀裂が生じた場合に、該せん断亀裂に対して一部が交差するように構成されてもよい。

また、前記鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造において、前記補強筋は、両端側が前記コンクリート柱に定着され、中央側が曲げられて前記開口を囲うように構成された鉄筋であってもよい。

また、前記鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造において、前記補強筋は、前記開口を複数段で囲うように配筋されてもよい。

また、前記鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造において、前記開口は、前記コンクリート柱の拘束効果により、前記開口と前記鉄筋コンクリート梁の端面との間にせん断亀裂が生じないように、前記コンクリート柱の近傍に配されてもよい。

また、本発明に係る鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強方法は、コンクリート柱に接合された端部に開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の当該端部の補強方法であって、前記開口の周囲に補強筋を配筋して前記開口の周囲を補強すると共に、該補強筋を前記コンクリート柱に定着させて前記鉄筋コンクリート梁の前記端部の曲げ補強をするものである。

前記鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強方法において、前記補強筋の強度を、前記鉄筋コンクリート梁の端部の曲げ降伏が、前記鉄筋コンクリート梁と前記コンクリート柱との境界に位置する第１の降伏箇所と、前記補強筋よりも前記鉄筋コンクリート梁の材軸方向中央側に位置する第２の降伏箇所とで生じるように設定してもよい。

本発明によれば、大掛かりな開口補強を要することなく、端部に開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の材端の曲げ降伏後の変形性能を確保することができる。

一実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の端部の補強構造を示す斜視図である。大地震時の比較例に係る鉄筋コンクリート梁の端部の作用を示す立断面図である。大地震時の本実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の端部の作用を示す立断面図である。他の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の端部の補強構造を示す立断面図である。他の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁の端部の補強構造を示す立断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態に係る鉄筋コンクリート梁１０の端部の補強構造を示す立断面図である。この図に示すように、鉄筋コンクリート梁１０の端部は、鉄筋コンクリート柱１２に接合されており、当該端部には、上下の梁主筋１４の間を貫通する開口１６が設けられている。

開口１６は、空調設備用のダクトや配線等を通すために設けられており、その直径は、鉄筋コンクリート梁１０の梁せいＤの１／４〜１／３程度の大きさである。ここで、開口１６は、鉄筋コンクリート梁１０の端面１０Ａに近接されており、開口１６の端面１０Ａ側の端部と端面１０Ａとの距離は、施工上可能な範囲で短く（例えば、数ｃｍ〜１０ｃｍや、開口１６の半径以下等に）設定されている。

鉄筋コンクリート梁１０の端部及び鉄筋コンクリート柱１２には、これらに跨るように二段の補強筋２０、２２が開口１６と梁主筋１４との間に配筋されている。この補強筋２０、２２は、中央部が円弧状に湾曲されたＵ字状の鉄筋であり、その両端にはＵ字状に湾曲されたフック部２０Ａ、２２Ａが設けられている。

補強筋２０の中央部の湾曲部２０Ｂは、鉄筋コンクリート梁１０の端部において開口１６の材軸方向中央側の半円に沿って湾曲し、その両側の直線部２０Ｃは、開口１６の上又は下から鉄筋コンクリート梁１０の端部と鉄筋コンクリート柱１２とに跨るように水平に延びている。また、補強筋２０の両端のフック部２０Ａが鉄筋コンクリート柱１２に埋設されることによって、補強筋２０の両端が鉄筋コンクリート柱１２に定着されている。

補強筋２２は、補強筋２０よりも長くなっており、補強筋２２の中央部の湾曲部２２Ｂは、補強筋２０の湾曲部２０Ｂよりも大径であり、補強筋２２の両側の直線部２２Ｃは、補強筋２０の直線部２０Ｃよりも長尺である。湾曲部２２Ｂは、鉄筋コンクリート梁１０の端部において湾曲部２０Ｂに沿って湾曲し、その両側の直線部２２Ｃは、開口１６の上又は下から鉄筋コンクリート梁１０の端部と鉄筋コンクリート柱１２とに跨るように水平に延びている。また、補強筋２２の両端のフック部２２Ａが鉄筋コンクリート柱１２に埋設されることによって、補強筋２２の両端が鉄筋コンクリート柱１２に定着されている。

鉄筋コンクリート梁１０の材軸方向の開口１６が無い位置では、スターラップ筋１８が上下の梁主筋１４を囲うように配筋され、鉄筋コンクリート梁１０の材軸方向の開口１６が有る位置では、開口１６の上及び下において、スターラップ筋１８が梁主筋１４と補強筋２０とを囲うように配筋されている。

補強筋２０、２２は、湾曲部２０Ｂ、２２Ｂで開口１６を囲っていることにより、開口１６の周囲のせん断耐力を補強している。また、補強筋２０、２２は、鉄筋コンクリート柱１２に定着されていることにより、鉄筋コンクリート梁１０の端部の曲げ耐力を補強している。ここで、梁主筋１４と補強筋２０、２２とは、大地震時に、鉄筋コンクリート梁１０と鉄筋コンクリート柱１２との境界に位置する第１の降伏箇所Ｍ１と、補強筋２２の湾曲部２２Ｂよりも材軸方向中央側に位置する第２の降伏箇所Ｍ２とが、曲げ降伏するように強度設計が行われている。

図２は、大地震時の比較例に係る鉄筋コンクリート梁１００の端部の作用を示す立断面図である。この図に示すように、比較例に係る鉄筋コンクリート梁１００は、補強筋２０、２２を備えず、梁端から開口の中心までの距離が、梁せいの１／３程度と本実施形態よりも長く設定されている。

比較例に係る鉄筋コンクリート梁１００では、大地震時に、端部に生じる曲げモーメントにより上記降伏箇所Ｍ１の位置で曲げ降伏が生じる。これにより、鉄筋コンクリート梁１００が材端において回転角θ_０で回転する。ここで、降伏箇所Ｍ１の位置において曲げ降伏した後の鉄筋コンクリート梁１００の端部では、圧縮領域と引張領域との中立軸の位置が圧縮領域側に移動することによって、Ｍ３で示す部分において厳しい圧縮応力状態が引き起こされる。そして、このような厳しい圧縮応力状態の鉄筋コンクリート梁１００の端部に開口１６による断面欠損があることによって、鉄筋コンクリート梁１００の端部での変形性能を確保することが難しくなる。そのため、比較例に係る鉄筋コンクリート１００では、鉄筋コンクリート梁１０の端部での変形性能を確保するために、大掛かりな開口１６の周囲の補強が必要になる。

図３は、大地震時の鉄筋コンクリート梁１０の端部の作用を示す立断面図である。この図に示すように、大地震時には、補強筋２０、２２が、鉄筋コンクリート梁１０の端部に生じた曲げモーメントに抵抗するが、上記第１の降伏箇所Ｍ１での曲げ降伏を許容する。これにより、鉄筋コンクリート梁１０が、材端において回転角θ_１（＜θ_０）で回転する。ここで、鉄筋コンクリート梁１０の補強筋２０、２２よりも材軸方向中央側では、補強筋２０、２２による曲げ耐力の補強効果が無いことにより、当該位置、即ち上記第２の降伏箇所Ｍ２での曲げ降伏が生じる。これにより、鉄筋コンクリート梁１０が、補強筋２０、２２よりも材軸方向中央側において回転角θ_２で回転する。

即ち、上記比較例では、曲げ降伏する箇所が材端の１箇所に集中していることによって、材端での回転角θが大きくなるのに対して、本実施形態では、曲げ降伏する箇所が材端とそれよりも材軸方向中央側の２点とに分散されていることによって、材端での回転角θ_１が比較例に比して小さくなる。これによって、本実施形態では、曲げ降伏後の鉄筋コンクリート梁１０の端部での圧縮応力を緩和できる。

また、鉄筋コンクリート梁１０では、開口１６から材軸方向中央側の斜め上方及び斜め下方へせん断亀裂が生じるが、補強筋２０、２２の湾曲部２０Ｂ、２２Ｂが、せん断亀裂に対して交差するように配されていることによりせん断破壊しないように抵抗する。ここで、鉄筋コンクリート梁１０の開口１６と端面１０Ａとの間では、開口１６に近接した鉄筋コンクリート柱１２の拘束効果により、開口１６から鉄筋コンクリート柱１２側へのせん断亀裂の発生が防止される。

これによって、本実施形態に係る鉄筋コンクリート梁１０の端部の補強構造によれば、上記比較例にして少ない開口補強で、曲げ降伏後の鉄筋コンクリート梁１０の端部での変形性能を確保することができる。従って、開口補強の施工を容易化できる。また、鉄筋コンクリート梁１０の開口１６を設けた部分は、鉄筋コンクリート柱１２とスラブとから突出する下がり天井となるところ、開口１６を鉄筋コンクリート柱１２に近接させたことで下がり天井の部分を小さくでき、下がり天井の存在による室内での圧迫感を減らすことができる。

また、大地震時における端部での曲げ降伏を、第１の降伏箇所Ｍ１の位置では許容せずに、第２の降伏箇所Ｍ２でのみ許容するようにしてもよいが、その場合、太径または高強度の補強筋２０、２２が必要となり、コストが増加する。それに対して、本実施形態に係る鉄筋コンクリート梁１０の端部の補強構造では、大地震時における端部での曲げ降伏の発生箇所を、材端の第１の降伏箇所Ｍ１とそれよりも材軸方向中央側の第２の降伏箇所Ｍ２とに分散させた、即ち、大地震時における第１の降伏箇所Ｍ１での曲げ降伏を許容したことにより、上記の場合に比して、補強筋２０、２２の必要強度が低くなり、補強筋２０、２２のコストを低減できる。

図４は、他の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁１１０の端部の補強構造を示す立断面図である。この図に示すように、鉄筋コンクリート梁１０の端部及び鉄筋コンクリート柱１２には、これらに跨るように補強筋２０及び一対の補強筋１２２が開口１６と梁主筋１４との間に配筋されている。この補強筋２０は、上述の実施形態と同様の構成であり、同様に配筋されている。

一対の補強筋１２２は、中間部で屈曲され、一端にＵ字状のフック部１２２Ａが設けられた鉄筋であり、補強筋２０を上下に挟むように配筋されている。上下の補強筋１２２は、フック部１２２Ａから水平に延びる水平部１２２Ｂと、水平部１２２Ｂの先端から梁せいの中央側に屈曲した傾斜部１２２Ｃとを備えており、上下の傾斜部１２２Ｃが互いに交差している。また、水平部１２２Ｂは、鉄筋コンクリート柱１２と鉄筋コンクリート梁１１０とに跨っており、フック部１２２Ａは鉄筋コンクリート柱１２に定着されている。

ここで、水平部１２２Ｂと傾斜部１２２Ｃとの角度は鈍角（例えば、１３５°）であり、傾斜部１２２Ｃが、大地震時に開口１６から材軸方向中央側の斜め上方及び斜め下方へ生じるせん断亀裂に対して直交するように配されている。

補強筋２０、１２２は、湾曲部２０Ｂ及び上下の傾斜部１２２Ｃで開口１６を囲っていることにより、開口１６の周囲のせん断耐力を補強している。また、補強筋２０、１２２は、鉄筋コンクリート柱１２に定着されていることにより、鉄筋コンクリート梁１０の端部の曲げ耐力を補強している。ここで、梁主筋１４と補強筋２０、１２２とは、大地震時に、鉄筋コンクリート梁１１０と鉄筋コンクリート柱１２との境界に位置する第１の降伏箇所Ｍ１と、補強筋１２２の傾斜部１２２Ｃの基端よりも材軸方向中央側の第２の降伏箇所Ｍ２とにおいて、鉄筋コンクリート梁１１０に曲げ降伏が生じるように強度設計が行われている。

以上のような構成の鉄筋コンクリート梁１１０の端部の補強構造によれば、上述の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁１０の端部の補強構造と同様に、上記比較例と比して少ない開口補強で、鉄筋コンクリート梁１１０の端部での変形性能を確保することができる。

図５は、他の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁２１０の端部の補強構造を示す立断面図である。この図に示すように、鉄筋コンクリート梁１０の端部及び鉄筋コンクリート柱１２には、これらに跨るように補強筋２０が開口１６と梁主筋１４との間に配筋されている。この補強筋２０は、上述の実施形態と同様の構成であり、同様に配筋されている。即ち、上述の実施形態では、補強筋２０、２２（１２２）が２段で配筋されているのに対して、本実施形態では、補強筋２０が１段で配筋されている。

ここで、梁主筋１４と補強筋２０とは、大地震時に、鉄筋コンクリート梁１０と鉄筋コンクリート柱１２との境界に位置する第１の降伏箇所Ｍ１と、補強筋２０の湾曲部２０Ｂよりも材軸方向中央側に位置する第２の降伏箇所Ｍ２とにおいて、鉄筋コンクリート梁２１０に曲げ降伏が生じるように強度設計が行われている。

以上のような構成の鉄筋コンクリート梁２１０の端部の補強構造によれば、上述の実施形態に係る鉄筋コンクリート梁１０、１１０の端部の補強構造と同様に、上記比較例と比して少ない開口補強で、鉄筋コンクリート梁２１０の端部での変形性能を確保することができる。

なお、上述の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。例えば、上述の実施形態では、柱を鉄筋コンクリート造としたが、鉄骨鉄筋コンクリート造や鋼管コンクリート造としてもよい。また、開口の周囲を補強すると共に曲げ補強をする補強筋を、２段又は１段としたが、３段以上にしてもよい。

さらに、上述の実施形態では、補強筋の鉄筋コンクリート柱に埋込んだ部分の定着を、フックによる折曲定着としたが、これに限られるものではなく、定着金物等の機械式定着等を用いてもよい。

１０鉄筋コンクリート梁、１０Ａ端面、１２鉄筋コンクリート柱、１４梁主筋、１６開口、１８スターラップ筋、２０補強筋、２０Ａフック部、２０Ｂ湾曲部、２０Ｃ直線部、２２補強筋、２２Ａフック部、２２Ｂ湾曲部、２２Ｃ直線部、１００鉄筋コンクリート梁、１１０鉄筋コンクリート梁、１２２補強筋、１２２Ａフック部、１２２Ｂ水平部、１２２Ｃ傾斜部、２１０鉄筋コンクリート梁

Claims

コンクリート柱に接合された端部に開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の当該端部の補強構造であって、
前記開口の周囲に配筋されて前記開口の周囲を補強すると共に、前記コンクリート柱に定着されて前記鉄筋コンクリート梁の前記端部の曲げ補強をする補強筋を備える、鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造。
前記鉄筋コンクリート梁の曲げ降伏が、前記鉄筋コンクリート梁と前記コンクリート柱との境界に位置する第１の降伏箇所と、前記補強筋よりも前記鉄筋コンクリート梁の材軸方向中央側に位置する第２の降伏箇所とで生じるように、前記補強筋の強度が設定されている請求項１に記載の鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造。
前記補強筋は、前記鉄筋コンクリートの曲げ変形により前記開口から前記鉄筋コンクリート梁の材軸方向中央側へせん断亀裂が生じた場合に、該せん断亀裂に対して一部が交差するように構成されている請求項１又は請求項２に記載の鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造。
前記補強筋は、両端側が前記コンクリート柱に定着され、中央側が曲げられて前記開口を囲うように構成された鉄筋である請求項３に記載の鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造。
前記補強筋は、前記開口を複数段で囲うように配筋されている請求項４に記載の鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造。
前記開口は、前記コンクリート柱の拘束効果により、前記開口と前記鉄筋コンクリート梁の端面との間にせん断亀裂が生じないように、前記コンクリート柱の近傍に配されている請求項１から請求項５までの何れか１項に記載の鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強構造。
コンクリート柱に接合された端部に開口が設けられた鉄筋コンクリート梁の当該端部の補強方法であって、
前記開口の周囲に補強筋を配筋して前記開口の周囲を補強すると共に、該補強筋を前記コンクリート柱に定着させて前記鉄筋コンクリート梁の前記端部の曲げ補強をする、鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強方法。
前記補強筋の強度を、前記鉄筋コンクリート梁の端部の曲げ降伏が、前記鉄筋コンクリート梁と前記コンクリート柱との境界に位置する第１の降伏箇所と、前記補強筋よりも前記鉄筋コンクリート梁の材軸方向中央側に位置する第２の降伏箇所とで生じるように設定する請求項７に記載の鉄筋コンクリート梁の開口が設けられた端部の補強方法。