JP2016069924A - 鉄筋コンクリート造の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い耐震性を有するとともに柱の断面積を小さくできる鉄筋コンクリート造の設計方法を提供する。【解決手段】柱３の柱梁接合部２００の付け根部Ｒでの柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）を、１．５倍を超える値としたので、大きな地震があっても、柱用の主筋３１が降伏しない。しかも、柱３の高強度部分３１１と普通強度部分３１２との境界部Ｑでの曲げモーメントに対する安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）を１．１倍以上とする。【選択図】図３

Description

本発明は、柱と梁との柱梁接合部を備えた鉄筋コンクリート造を設計する鉄筋コンクリート造の設計方法に関する。

柱と梁とを有する鉄筋コンクリート造の建物では、柱と梁とは互いに柱梁接合部で接合されている。
通常、柱の主筋本数（鉄筋量）は、柱梁接合部の付け根部の曲げモーメントの大きさに基づいて算定されている。
従来の鉄筋コンクリート造建物の設計では、最大級の地震等の荷重に対して、建物の倒壊や層崩壊を防ぐため、２階以上では梁端部の曲げ降伏は許容するが、柱は曲げ降伏させないようにしている。そこで、地震等の最大級の外力が建物に作用した際に、梁の曲げ降伏を柱の曲げ降伏より先行させるため、現在では、柱の曲げ強度の梁の曲げ強度に対する比（柱梁接合部曲げ強度比）が１．１倍〜１．５倍となるように設定されている。
しかし、柱梁曲げ強度比が１．５倍を超えないと、柱主筋の降伏や、柱梁接合部の破壊が生じ、想定通りの建物の崩壊型が実現できない危険性があることが指摘されている（非特許文献１及び非特許文献２）。

塩原等、楠原文夫「鉄筋コンクリート造の柱はり接合部のせん断破壊に関する実験」の実験結果報告（ビルディングレター20〜29頁2010年８月） 塩原等、楠原文夫「鉄筋コンクリート造の各種柱はり接合部の耐力評価に関する実験」の実験結果報告（ビルディングレター18〜29頁2011年２月）

非特許文献１や非特許文献２では、柱梁曲げ強度比が１．５倍を超える値にする基準が記載されているが、建物の高い耐震性を考慮すると、この基準を満たすように鉄筋コンクリート造の設計をすることが望ましい。
前述の基準を満たすには、柱の主筋本数（鉄筋量）を増加させなければならず、条件によっては、柱の断面寸法を大きくしなければならない。

柱の主筋本数は曲げモーメントに基づいて算出されるが、曲げモーメントは、柱の上下の付け根部（柱頭・柱脚）が最も大きく、この付け根部とは反対側に位置する柱脚や柱頭で曲げモーメントが反転し、柱の中央部付近で０となる。
ここで、通常、１層の柱の配筋は上から下まで同一であることから、曲げモーメントを柱梁接合部の柱の付け根部での値に基づいて主筋本数を算出すると、曲げモーメントの小さな中央部付近では必要以上の主筋が配置されることになる。この傾向は、非特許文献１や非特許文献２で記載されるように、柱梁曲げ強度比が１．５倍を超える値となった場合には顕著となる。

本発明の目的は、高い耐震性を有するとともに柱の断面積を小さくできる鉄筋コンクリート造の設計方法を提供することにある。

本発明の鉄筋コンクリート造の設計方法は、梁と接合される複数の柱用の主筋を備え、前記柱用の主筋は、普通強度部分と、前記普通強度部分よりも強度が大きい高強度部分とを有し、前記高強度部分は、前記柱用の主筋のうち前記梁と接合される柱梁接合部と前記柱梁接合部の付け根部から柱長さ方向に沿った高強度領域とに配置され、前記普通強度部分は、前記高強度領域を挟んで前記柱梁接合部とは反対側に位置する普通強度領域に配置された鉄筋コンクリート造を設計する方法であって、前記柱の前記高強度部分の曲げ強度をＭ１、前記梁の曲げ強度を前記柱の前記柱梁接合部の付け根部の曲げモーメントに換算した値をＭｄ１、前記柱の前記普通強度部分の曲げ強度をＭ２、前記梁の曲げ強度時に発生する前記高強度部分と前記普通強度部分との境界部での曲げモーメントの値をＭｄ２、とすると、前記柱の前記柱梁接合部の付け根部での柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）が１．５倍を超える値とし、前記柱の前記高強度部分と前記普通強度部分との前記境界部での曲げモーメントに対する安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）を１．１倍以上とすることを特徴とする。

以上の構成の本発明では、柱の付け根部での曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）が１．５倍を超える値となるので、大きな地震等があっても、梁用の主筋が降伏する前に、柱用の主筋が降伏したり、柱梁接合部の破壊が生じたりすることを確実に防止できる。
しかも、柱の中央部での安全率を求めるにあたり、高強度部分と普通強度部分との境界部での曲げモーメントの値から求められる強度Ｍｄ２を用いている。柱の柱梁接合部の付け根部での柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）が１．５倍を超える値にするのは、柱梁接合部のコンクリートの破壊を抑制するためのであり、柱の柱長さ方向の中央部付近では必ずしも１．５倍の安全率を必要としない。柱の柱長さ方向の中央部付近では、梁が曲げ降伏する前に降伏しなければよく、柱の柱長さ方向の中央部の曲げモーメントに対する安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）は１．１倍以上あれば十分である。そのため、柱の少なくても中央部での鉄筋量を増やさなくてもよいので、柱の断面積を大きくすることを要しない。

本発明では、前記普通強度部分は降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２で規定され、前記高強度部分は前記普通強度部分よりも降伏点又は０.２％耐力が大きく設定され、
前記柱用の主筋は、前記普通強度部分と同じ強度の１本の普通鉄筋を部分焼入れして前記高強度部分とする構成が好ましい。
この構成では、降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２で規定される１本の普通鉄筋を部分焼入れして普通強度部分と高強度部分とを形成しているので、柱梁接合部に配置される高強度部分の太さを太くしなくてもよく、この点からも、柱梁接合部の断面積を大きくすることを要しない。しかも、普通強度部分と高強度部分とが１本の鉄筋から構成されるので、現場での取り扱いが容易となる。

本発明では、前記高強度領域は、前記柱の柱せいに対して１．０倍以上の長さであることが好ましい。
この構成では、高強度領域を必要十分な長さとすることで、高強度部分と普通強度部分との境界部での曲げモーメントの値から求められる強度Ｍｄ２を小さなものにできる。その結果、柱の柱長さ方向の中央部付近での普通強度部分の曲げ強度Ｍ２が小さくても、安全率を所定値とすることができるので、柱自体の断面積を小さくできる。

本発明の鉄筋コンクリート造の設計方法は、梁と接合される複数の柱用の普通強度の主筋を備え前記柱用の主筋のうち前記梁と接合される柱梁接合部の付け根部から、前記柱の柱せいに対して１．０倍以上の長さを補強して高強度部分とした鉄筋コンクリート造を設計する方法であって、前記柱の前記高強度部分の曲げ強度をＭ１、前記梁の曲げ強度を前記柱の前記柱梁接合部の付け根部の曲げモーメントに換算した値をＭｄ１、前記柱の主筋の普通強度部分の曲げ強度をＭ２、前記梁の曲げ強度時に発生する前記高強度部分と前記普通強度部分との境界部での曲げモーメントの値をＭｄ２、とすると、前記柱の前記柱梁接合部の付け根部での柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）が１．５倍を超える値とし、前記柱の前記高強度部分と前記普通強度部分との前記境界部での曲げモーメントに対する安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）を１．１倍以上とすることを特徴とする。

以上の構成の本発明では、前述の発明と同様に、柱の付け根部での曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）が１．５倍を超える値となるので、大きな地震等があっても、梁用の主筋が降伏する前に、柱用の主筋が降伏したり、柱梁接合部の破壊が生じたりすることを確実に防止できる。しかも、安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）を１．１倍以上とすることで、柱の少なくても中央部での鉄筋量を増やさなくてもよいので、柱の断面積を大きくすることを要しない。

本発明の実施形態にかかる鉄筋コンクリート造の概略図。 （Ａ）は柱と梁に荷重をかけた場合の十字形の柱梁接合部の模式図、（Ｂ）は（Ａ）に対応した力の釣り合いの基づく曲げモーメントの概略図。 （Ａ）は本実施形態の要部を示す概略図、（Ｂ）は（Ａ）に対応した曲げモーメントの概略図。 （Ａ）柱と梁に荷重をかえた場合のト字形の柱梁接合部の模式図、（Ｂ）は（Ａ）に対応した曲げモーメントの概略図。 試験体を示す正面図。 試験体を示す平面図。 （Ａ）は第１実施形態に対応する試験体の柱梁接合部の断面図、（Ｂ）は試験体の梁の断面図、（Ｃ）は試験体の柱の断面図。 （Ａ）は従来例に対応する試験体の柱梁接合部の断面図、（Ｂ）は試験体の梁の断面図、（Ｃ）は試験体の柱の断面図。 （Ａ）は第１実施形態に対応する試験体の層せん断力と層間変形角との関係を示すグラフ、（Ｂ）は従来例に対応する試験体の層せん断力と層間変形角との関係を示すグラフ。

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図面の図１から図９に基づいて説明する。
図１には第１実施形態の全体構成が示されている。
図１において、建物は、複数の梁２と、梁２と接合する複数の柱３とを備えた複数階建ての鉄筋コンクリート造であり、鉄筋構造１にコンクリート体１００が打設されている。
梁２と柱３とが接合された柱梁接合部２００の形態としては、十字形接合Ｓ１やト字形接合Ｓ２があるが、本実施形態では、他の接合に適用されるものでもよい。

梁２の鉄筋構造１は、水平方向に延びて配筋された複数の梁用の主筋２１と、主筋２１の軸方向と交差する平面内において主筋２１を囲んで等間隔に配筋されて梁２のせん断強度を補強する複数の梁用のせん断補強筋２２とを備える。
主筋２１は、例えば、降伏点又は０.２％耐力が３４５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)の普通鉄筋である。
せん断補強筋２２は、普通鉄筋の降伏点又は０.２％耐力（３４５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)）よりも大きい降伏点又は０.２％耐力（１２７５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)）を有するウルボン１２７５（高周波熱錬（株）の商品名）を用いることが好ましい。なお、本実施形態では、ウルボン１２７５に代えて普通鉄筋と同じ降伏点又は０.２％耐力を有するせん断補強筋を用いてもよい。
水平方向に隣合う主筋２１は、継手４で接合されている。継手４の位置は、隣合う柱３の間に設けられた梁２の中央部２Ｃである。
継手４は、機械式継手や、それ以外の継手でもよい。あるいは、端部同士を重ね合わせ、針金等で結線する構成でもよい。さらには、端部同士を突き合わせて溶接等で接合する構成でもよい。

柱３の鉄筋構造１は、垂直方向に延びて所定間隔を空けて配筋された複数の柱用の主筋３１と、主筋３１の軸方向と交差する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柱３のせん断強度を補強する複数の柱用のせん断補強筋３２とを備える。せん断補強筋３２は普通鉄筋であり、せん断補強筋２２と同じ鉄筋から構成されるものでもよい。
上下に隣合う主筋３１は、継手４で接合されている。継手４の位置は、隣合う梁２の間に設けられた柱３の中央部３Ｃである。柱用の主筋３１同士を接合する継手４は、梁用の主筋２１同士を接合する継手４と同様に、その構造は問われず、省略されるものであってもよい。
なお、主筋２１や主筋３１の本数や配列は、図１と後述する図３（Ａ）とは異なる。

十字形接合Ｓ１を含む領域において、柱用の主筋３１は、その中央部分に高強度部分３１１があり、その両端部にそれぞれ普通強度部分３１２がある。
高強度部分３１１は、十字形接合Ｓ１と十字形接合Ｓ１から柱長さ方向に沿った高強度領域３１０Ａとに配置される。普通強度部分３１２は、高強度領域３１０Ａを挟んで十字形接合Ｓ１とは反対側に位置する普通強度領域３１０Ｂに配置されている。高強度部分３１１及び普通強度部分３１２は、１本の鉄筋から一体に形成されている。
普通強度部分３１２は、降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２で規定されている。
高強度部分３１１は、普通強度部分３１２より高強度である。
例えば、高強度部分３１１の降伏点又は０.２％耐力は、４９０ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以上１０００ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以下である。普通強度部分３１２の降伏点又は０.２％耐力は、２９５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以上３９０ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以下である。
以上の構成の主筋２１は、普通強度部分３１２と同じ強度の１本の普通鉄筋を部分焼入れして高強度部分３１１にする。

ト字形接合Ｓ２を含む領域においても、柱用の主筋３１の構成は十字形接合Ｓ１を含む場合と同じである。
つまり、主筋３１は、その中央部分に高強度部分３１１があり、その両端部にそれぞれ普通強度部分３１２がある。普通強度部分３１２は、高強度領域３１０Ａを挟んでト字形接合Ｓ２とは反対側に位置する普通強度領域３１０Ｂに配置されている。

次に、第１実施形態において、鉄筋コンクリート造を設計する方法について説明する。
この設計方法は、従来と同様の設計手法に従うが、従来の設計手法と異なる点を重点的に説明する。
図２には、十字形接合Ｓ１において、柱と梁に荷重がかけた場合の柱梁接合部２００の状態が（Ａ）に模式的に示されている。
図２（Ａ）において、柱３の中央部３Ｃに荷重３Ｐをかけ、梁２の中央部２Ｃに荷重３Ｐの反力として生じる荷重２Ｐをかけると、梁２の柱梁接合部２００の周囲には時計回りのモーメント２Ａが働き、柱３の柱梁接合部２００の周囲には反時計回りのモーメント３Ａが働く。

図２（Ｂ）は（Ａ）に対応した力の釣り合いの基づく曲げモーメントの概略図である。
図２（Ｂ）において、柱３の中央部３Ｃに荷重３Ｐをかけた場合の曲げモーメント３Ｍが示され、梁２の中央部２Ｃに荷重２Ｐをかけた場合の曲げモーメント２Ｍが示されている。
曲げモーメント３Ｍは、柱３の中央部３Ｃで０となり、曲げモーメント２Ｍは、梁２の中央部２Ｃで０となる。これらの曲げモーメント２Ｍ，３Ｍは、例えば、常時（自重）モーメントに地震荷重のみによるモーメントを加えた地震時モーメントであり、梁２の長さ、柱３の高さ、その他の設計条件により、予め設定される。なお、図２（Ｂ）は曲げモーメント２Ｍ，３Ｍの曲げモーメントの釣り合いを考慮して柱梁接合部２００の中心で示しているため、曲げモーメント２Ｍ，３Ｍは、柱梁接合部２００の中心で最大となるように示されているが、実際は、柱及び梁の設計では、柱梁接合部２００の柱３の付け根部Ｒや梁２の付け根部の曲げモーメントが採用される（図３参照）。

図３には柱梁接合部２００の周囲の構成を拡大した概略図が（Ａ）に示されている。
図３（Ａ）に示される通り、柱梁接合部２００と高強度領域３１０Ａとに高強度部分３１１が配置され、普通強度部分３１２は普通強度領域３１０Ｂに配置されている。
高強度領域３１０Ａは、柱３の柱せいに対して１．０倍以上の長さＳに設定される。図３（Ａ）では、柱せいｄに対して、高強度領域３１０Ａの長さＳは１．１倍である。なお、図３（Ａ）では、柱３は、柱梁接合部２００での付け根部Ｒから中央部３Ｃまでが示されている。
図３（Ｂ）には図３（Ａ）に対応した曲げモーメント３Ｍが示されている。
図３（Ｂ）において、曲げモーメント３Ｍは、柱３の付け根部Ｒで最も大きく、その値はＭｄ０であり、中央部３Ｃで０となる。なお、図３（Ｂ）で示される柱３の曲げモーメント３Ｍの最大値Ｍｄ０は、図２（Ｂ）で示される梁２の曲げモーメント２Ｍの柱梁接合部２００の梁２の付け根部Ｒの曲げモーメントＭｄ１を力の釣り合いから求めた値と同じ値である。

柱３の高強度部分３１１での曲げ強度をＭ１、
梁２の曲げ強度を柱３の柱梁接合部２００２００の付け根部Ｒの曲げモーメントに換算した値をＭｄ１、
柱３の普通強度部分３１２の曲げ強度をＭ２、
梁２の曲げ強度時に発生する高強度部分３１１と普通強度部分３１２との境界部Ｑでの曲げモーメント３Ｍの値から求められる曲げモーメントをＭｄ２、とすると、
柱３の柱梁接合部２００の付け根部Ｒでの柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）を、１．５倍を超える値に設定する。柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）は大きい程よいが、柱３の高さや断面積、その他の条件で上限値が具体的に設定される。この上限値は、好ましくは、３．０倍以下である。

柱３の高強度部分３１１と普通強度部分３１２との境界部Ｑで曲げモーメントに対する安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）を１．１倍以上に設定する。安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）の上限値は、柱３の高さや断面積、その他の条件で具体的に設定されるが、好ましくは、２．５倍以下である。

１．５＜（Ｍ１／Ｍｄ１）≦３．０
１．１≦（Ｍ２／Ｍｄ２）≦２．５
式（Ａ）

本実施形態では、柱用の主筋３１の鉄筋量（主筋本数）を求めるため、鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説（日本建築学会2010年2月20日第８版第１刷）に記載された設計方法を参照する。まず、「（１）圧縮縁がコンクリートの許容圧縮応力度ｆｃに達したとき、圧縮側鉄筋が鉄筋の許容圧縮応力度ｆｃに達したとき、または、引張鉄筋が鉄筋の許容引張応力度ｆｔに達したときに対して求めたそれぞれの曲げモーメントのうち、最小値を許容曲げモーメントとする。（２）曲げ終局強度に達した断面内各点のひずみ度は、中立軸からの距離に比例する。（３）鉄筋の応力度とひずみ度の関係は、引張及び圧縮とも降伏点強度以下では弾性とする。（４）コンクリートは引張応力を負担しない。（５）圧縮を受けるコンクリートの応力度−ひずみ度関係は三角形分布とし、ヤング係数はコンクリートに対する鉄筋のヤング係数比ｎを用いて評価する。」と仮定する。
このような仮定に基づいて、許容曲げモーメントの最小値を求め、この結果として主筋３１の必要量（本数）が算定される。

図４には、ト字形接合Ｓ２において、柱と梁に荷重をかけた場合の柱梁接合部２００の状態が（Ａ）に模式的に示されている。
図４（Ａ）で示される通り、柱３の中央部３Ｃに荷重３Ｐがかかり、梁２の中央部２Ｃに荷重２Ｐがかかると、梁２の柱梁接合部２００の周囲には時計回りのモーメント２Ａがかかり、柱３の柱梁接合部２００の周囲には反時計回りのモーメント３Ａがかかる。
図４（Ｂ）は（Ａ）に対応して柱３と梁２とにかかる曲げモーメントの概略図である。
図４（Ｂ）において、柱３の中央部３Ｃに荷重３Ｐがかかった場合の曲げモーメント２０Ｍが示され、梁２の中央部２Ｃに荷重２Ｐがかかった場合の曲げモーメント２０Ｍが示されている。曲げモーメント２０Ｍは、柱３の中央部３Ｃで０となり、曲げモーメント２Ｍは、梁２の中央部２Ｃで０となる。
ト字形接合Ｓ２において、柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）や、安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）の求め方は、前述の十字形接合Ｓ１の場合と同じである。

次に、本実施形態の効果を確認するための実験例について説明する。
図５から図８は試験体を示す。
図５及び図６において、試験体は、複数の梁用の主筋２１と複数の柱用の主筋３１とにコンクリート体１００が打設されたものである。
梁の幅寸法２Ｙ０は２５０ｍｍであり、高さ寸法２Ｚ０は４００ｍｍである。
複数の主筋２１の外周部には複数のせん断補強筋２２が等間隔に配置されている。せん断補強筋２２は、ＳＢＰＤ１２７５からなる。隣合うせん断補強筋２２の間隔は１４０ｍｍである。
主筋２１の両端部には梁用端鋼板２５０が設けられており、主筋３１の両端部には柱用端鋼板２６０が設けられている。梁用端鋼板２５０は、４９０ｍｍ×３９０ｍｍ×２５ｍｍの寸法の鋼板である。柱用端鋼板２６０は、６６０ｍｍ×７６０ｍｍ×２５ｍｍの寸法の鋼板である。

主筋２１と主筋３１との柱梁接合部２００は、縦寸法２Ｘ１が３５０ｍｍであり、横寸法２Ｙ１が３５０ｍｍであり、高さ寸法２Ｚ０が４００ｍｍである。
複数の主筋３１の外周部には複数のせん断補強筋３２が等間隔に配置されている。せん断補強筋３２はＳＢＰＤ１２７５からなる。
主筋３１は、その全長寸法３Ｌが１８６０ｍｍであり、梁の下縁から下端までの寸法３Ｌ１が８５０ｍｍであり、梁の上縁から上端までの寸法３Ｌ２が６１０ｍｍである。

図７には本実施形態に対応する試験体が拡大して示されている。
図７（Ａ）（Ｂ）に示される通り、梁用の主筋２１は、上部に４本、下部に４本、側部に上下左右に１本ずつが配置されている。主筋２１は、各々Ｄ１６（ＳＤ３４５）からなる。
図７（Ａ）（Ｃ）に示される通り、柱用の主筋３１は、Ｄ１６（ＳＤ３４５）の鋼材からなり、高強度部分３１１と、高強度部分３１１の両端にそれぞれ配置された普通強度部分３１２とを有する。高強度部分３１１は、柱梁接合部２００と柱梁接合部２００からそれぞれ柱の上下方向に沿った高強度領域３１０Ａに配置されている。高強度領域３１０Ａの寸法Ｓは３５０ｍｍである。
高強度部分３１１の長さ寸法２Ｌ１は９８６ｍｍであり、普通強度部分３１２の長さ寸法２Ｌ２は、６３２ｍｍである。
本実施形態に対応した試験体の主筋３１は、前述の実施形態の設計方法により求める。その結果、主筋３１は、左右に５本ずつ合計１０本配置した。Ｍ１が４８６．５ｋＮ／ｍ、Ｍｄ１が１４０．２ｋＮ・ｍであるため、曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）は、３．４７である。軸力を考慮した別途計算から、Ｍ２が１４６．０ｋＮ・ｍであり、Ｍｄ２が９９．８ｋＮ・ｍ（＝（１４０．２ｋＮ・ｍ／１２１５ｍｍ）×（１２１５ｍｍ−３５０ｍｍ））である。なお、３５０ｍｍは高強度領域３１０Ａの寸法Ｓであり、１２１５ｍｍは、後述する実験に際して用いられる装置の３軸１点クレビスの中心（荷重を加える点）と梁の上面との間の距離である。
以上の式から、安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）は１．４６である。

コンクリート体１００のコンクリート強度は、４１．７Ｎ／ｍｍ^２であり、ヤング率は２．８５×１０^４Ｎ／ｍｍ^２であり、最大強度時ひずみは２５２２μである。
試験体の柱の軸力比は０．１６であり、柱梁接合部の補強量は０．３２％であり、接合部せん断余裕度は１．３０である。付着余裕度は、梁用の主筋２１で０．８８であり、柱用の主筋３１で１．０４である。

これに対して、従来の設計手法により鉄筋量が求められた従来例の試験体を、図８に基づいて説明する。
図８に示される通り、試験体は、梁用の主筋の構成以外は図５、図６及び図７（Ｂ）で示される試験体と基本的に同じ構成である。
従来の設計手法で鉄筋量を求めるにあたり、主筋３１Ｐは普通強度のＤ１６（ＳＤ３４５）の鉄筋を用いる。
従来の設計手法でも、従来と同様の方法で作成した曲げモーメントからモーメント値を求めるが、モーメント値を、柱梁接合部２００の柱３の付け根部Ｒを降伏ヒンジの位置として求める。求めたモーメント値、その他条件から鉄筋量（鉄筋本数）を前述の式に基づき算出した。
その結果、主筋３１Ｐを柱の外周に沿って合計１６本配置した（図８（Ｃ）参照）。

従来例に対応する試験体では、コンクリート体１００のコンクリート強度は、３９．２Ｎ／ｍｍ^２であり、ヤング率は２．９０×１０^４Ｎ／ｍｍ^２であり、最大強度時ひずみは２３１９μである。
試験体の柱の軸力比は０．１６であり、柱梁接合部の補強量は０．３２％であり、柱梁曲げ強度比は２．０４であり、接合部せん断余裕度は１．２５である。付着余裕度は、梁用の主筋２１で０．９０であり、柱用の主筋３１で１．０８である。

本実施形態に対応する試験体と従来例に対応する試験体とのそれぞれに実験を行った。
実験は、試験体の梁端をローラー支持し、下柱をピン支持とし、上柱加力点には３軸１点クレビスを設け、水平２方向、鉛直方向の合計３基のジャッキを取り付けた。軸力及び水平力は柱頭から導入し、変位制御で正負交互繰り返して載荷として、層せん断力と層間変形角との関係を調べた。主筋の降伏の判断は鉄筋のひずみゲージで行った。
図９には層せん断力と層間変形角との関係が示されている。（Ａ）が実施形態に対応した試験体のグラフであり、（Ｂ）が従来例に対応した試験体のグラフである。なお、実施形態に対応する試験体では、主筋３１の柱主筋降伏強度は１１１６Ｎ／ｍｍ^２であり、従来例に対応する試験体では、主筋３１Ｐの柱主筋降伏強度は３７０Ｎ／ｍｍ^２である。
図９（Ａ）と図９（Ｂ）とを対比すると、実施形態に対応する試験体と従来例に対応する試験体とでは、層せん断力に変わりはない。両者に差異がないことにより、本実施形態の設計方法を用いて設計されたコンクリート造に問題がないことがわかる。

従って、第１実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）柱３の柱梁接合部２００の付け根部Ｒでの曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）を、１．５倍を超える値としたので、大きな地震等があっても、柱用の主筋３１が降伏したり、柱梁接合部２００の破壊が生じたりすることを確実に防止できる。柱３の柱長さ方向の中央部３Ｃでの曲げモーメントに対する安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）を求めるにあたり、梁２の曲げ強度時に発生する高強度部分３１１と普通強度部分３１２との境界部Ｑでの曲げモーメントの値強度Ｍｄ２を用いているため、柱３の少なくても中央部３Ｃでの鉄筋量を増やさなくてもよいので、柱３の断面積を大きくすることを要しない。

（２）主筋３１は、普通強度部分３１２と同じ強度の１本の普通鉄筋を部分焼入れして高強度部分３１１としたから、柱梁接合部に配置される高強度部分３１１の太さを太くすることを要しない。そのため、現場での取り扱いが容易となる。

（３）高強度領域３１０Ａは、柱３の柱せいに対して１．０倍以上の長さであるため、高強度領域３１０Ａを必要十分な長さとすることができる。これにより、梁２の曲げ強度時に発生する高強度部分３１１と普通強度部分３１２との境界部Ｑでの曲げモーメントの値強度Ｍｄ２を小さなものにし、柱自体の断面積を小さくできる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を説明する。
第２実施形態は、柱用の主筋３１の構成が第１実施形態とは異なり、他の構成は第１実施形態と同じである。
図１において、第２実施形態では、高強度部分３１１及び普通強度部分３１２からなる主筋３１に代えて、普通強度部分のみからなる主筋３１Ｐを用いる。
普通強度部分３１２は、普通強度の主筋３１Ｐから構成される。高強度部分３１１は、これらの主筋３１Ｐと、主筋３１Ｐの間に配置された補強筋（図示せず）とから構成されている。補強筋は、十字形接合Ｓ１と十字形接合Ｓ１から柱長さ方向に沿った高強度領域３１０Ａとに配置される。
補強筋は、主筋３１Ｐと同じ材料からなる普通鉄筋から構成される。

即ち、第２実施形態は、柱梁接合部２００の付け根部Ｒから、柱３の柱せいＤに対して１．０倍以上の長さが補強筋で補強された鉄筋コンクリート造である。
第２実施形態では、第１実施形態と同様の方法で鉄筋コンクリート造を設計する。つまり、柱３の高強度部分の曲げ強度をＭ１、梁２の曲げ強度を柱３の柱梁接合部２００の付け根部Ｒの曲げモーメントに換算した値をＭｄ１、柱３の普通強度部分の曲げ強度をＭ２、梁２の曲げ強度時に発生する高強度部分と普通強度部分との境界部Ｑでの曲げモーメントの値をＭｄ２、とすると、柱３の柱梁接合部２００の付け根部Ｒでの柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）が１．５倍を超える値とし、高強度部分３１１と普通強度部分３１２との境界部Ｑでの曲げモーメントに対する安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）を１．１倍以上とする。

従って、第２実施形態では第１実施形態の（１）（３）の他、次の効果を奏することができる。
（４）普通強度部分３１２より鉄筋の本数を増やして高強度部分３１１を形成した。そのため、１本の普通鉄筋の一部を焼入れして高強度部分３１１を形成する場合に比べて、鉄筋の製造コストを下げることができる。

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、本発明では、建築構造物以外にも、橋等の土木構造物にも適用することができる。

本発明は、コンクリート造の建築構造物や土木構造物に利用することができる。

１…鉄筋構造、２…梁、３…柱、２１…梁用の主筋、３１…柱用の主筋、３２…柱用のせん断補強筋、３１１…高強度部分、３１２…普通強度部分、３１０Ａ…高強度領域、１００…コンクリート体、２００…柱梁接合部、Ｒ…付け根部、Ｓ１…十字形接合、Ｓ２…ト字形接合

Claims (4)

1. 梁と接合される複数の柱用の主筋を備え、前記柱用の主筋は、普通強度部分と、前記普通強度部分よりも強度が大きい高強度部分とを有し、前記高強度部分は、前記柱用の主筋のうち前記梁と接合される柱梁接合部と前記柱梁接合部の付け根部から柱長さ方向に沿った高強度領域とに配置され、前記普通強度部分は、前記高強度領域を挟んで前記柱梁接合部とは反対側に位置する普通強度領域に配置された鉄筋コンクリート造を設計する方法であって、
   前記柱の前記高強度部分の曲げ強度をＭ１、
   前記梁の曲げ強度を前記柱の前記柱梁接合部の付け根部の曲げモーメントに換算した値をＭｄ１、
   前記柱の前記普通強度部分の曲げ強度をＭ２、
   前記梁の曲げ強度時に発生する前記高強度部分と前記普通強度部分との境界部での曲げモーメントの値をＭｄ２、とすると、
   前記柱の前記柱梁接合部の付け根部での柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）が１．５倍を超える値とし、前記柱の前記高強度部分と前記普通強度部分との前記境界部での曲げモーメントに対する安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）を１．１倍以上とする
   ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の設計方法。
2. 請求項１に記載された鉄筋コンクリート造の設計方法において、
   前記普通強度部分は降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２で規定され、前記高強度部分は前記普通強度部分よりも降伏点又は０.２％耐力が大きく設定され、
   前記柱用の主筋は、前記普通強度部分と同じ強度の１本の普通鉄筋を部分焼入れして前記高強度部分とする
   ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の設計方法。
3. 請求項２に記載された鉄筋コンクリート造の設計方法において、
   前記高強度領域は、前記柱の柱せいに対して１．０倍以上の長さである
   ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の設計方法。
4. 梁と接合される複数の柱用の普通強度の主筋を備え前記柱用の主筋のうち前記梁と接合される柱梁接合部の付け根部から、前記柱の柱せいに対して１．０倍以上の長さを補強して高強度部分とした鉄筋コンクリート造を設計する方法であって、
   前記柱の前記高強度部分の曲げ強度をＭ１、
   前記梁の曲げ強度を前記柱の前記柱梁接合部の付け根部の曲げモーメントに換算した値をＭｄ１、
   前記柱の主筋の普通強度部分の曲げ強度をＭ２、
   前記梁の曲げ強度時に発生する前記高強度部分と前記普通強度部分との境界部での曲げモーメントの値をＭｄ２、とすると、
   前記柱の前記柱梁接合部の付け根部での柱梁曲げ強度比（Ｍ１／Ｍｄ１）が１．５倍を超える値とし、前記柱の前記高強度部分と前記普通強度部分との前記境界部での曲げモーメントに対する安全率（Ｍ２／Ｍｄ２）を１．１倍以上とする
   ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の設計方法。
   

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