JP2020183643A - 配筋構造 - Google Patents

Abstract

【課題】曲げ耐力を確保しながら、柱梁接続部におけるエネルギー吸収性能を確保可能な配筋構造を得る。【解決手段】第１の配筋構造１００は、４本のコア鉄筋１１１〜１１４と、４本のコア管１２１〜１２４と、１０本のコア拘束筋１３１とを主に備え、柱１０内から梁２０内に渡って設置される。コア鉄筋１１１〜１１４は、柱１０内部から梁２０に渡って互いに平行に延びる。柱１０内部に位置するコア鉄筋１１１〜１１４を巻回すように柱内拘束筋１５１が取り付けられ、これらを拘束する。コア管１２１〜１２４は、コア鉄筋１１１〜１１４の外径と同じ又は略同じ内径、例えば１３ｍｍの内径を有する円筒型の鋼管４本から成る。コア管１２１〜１２４の内周には、柱１０に対向する開口からコア鉄筋１１１〜１１４が進退自在に挿入される。これにより、コア鉄筋１１１〜１１４にコンクリートが付着せず、コア鉄筋１１１〜１１４は梁２０の長手方向に拘束されない。【選択図】図１

Description

本発明は、柱と梁との接合部に設けられる配筋構造に関する。

従来、梁端部に塑性ヒンジ部を設け、塑性ヒンジ部の主筋の断面積をヒンジが生じない部分と比べ相対的に小さく、また塑性ヒンジ長を部材長に比べかなり短くしている柱梁構造が知られている（特許文献１）。

特開２０１７−１５０１７９号明細書

しかし、この柱梁構造では、断面積が縮小された部分において主筋が降伏するため、降伏時の曲げ耐力が、塑性ヒンジ部の断面積を相対的に小さくしない場合と比べ小さくなる。

本発明は、曲げ耐力を確保しながら、柱梁接続部におけるエネルギー吸収性能を確保可能な配筋構造を提供することを目的とする。

本発明による配筋構造は、柱に固定されるコア鉄筋と、梁に固定されるコア管とを備え、コア鉄筋は、コア管の内周に挿入されることを特徴とする。

コア管は、柱と梁との接合面から梁側に設けられることが好ましい。

配筋構造は、柱と梁との接合面から梁側に向けて梁せいと略同じ長さに渡って設けられるヒンジ領域を備え、コア管は、柱と梁との接合面から、ヒンジ領域を超えて梁側に延びることが好ましい。

梁は、長手方向に延びる複数の梁主筋と、複数の梁主筋に跨がって設けられる梁肋筋とを備え、複数の梁主筋と梁肋筋とは筒状に設けられ、コア鉄筋及びコア管は、筒状の内側に設けられることが好ましい。

重力方向に対する配筋構造の高さは、梁の梁せいの０．６倍以下であることが好ましい。

配筋構造は、複数のコア鉄筋と、複数のコア管と、複数のコア管に跨がって設けられる複数のコア拘束筋とを備えることが好ましい。

コア管は、柱に向けて開口してコア鉄筋が挿入される第１の開口と、第１の開口とは反対側の端部に開口する第２の開口とを備え、配筋構造は、第２の開口に取り付けられる定着部材をさらに備え、コア管の長手方向に直交する平面において、定着部材の大きさは、コア管の断面よりも大きいことが好ましい。

本発明によれば、曲げ耐力を確保しながら、柱梁接続部におけるエネルギー吸収性能を確保可能な配筋構造を得る。

第１の実施形態による配筋構造を含む柱と梁の接合部を概略的に示す正面図である。 配筋構造を含む柱と梁の接合部を概略的に示す平面図である。 図１及び２のＩＩＩ−ＩＩＩ線による配筋構造の断面図である。 第２の実施形態による配筋構造を含む柱と梁の接合部を概略的に示す正面図である。 図４のＶ−Ｖ線による配筋構造の断面図である。 第３の実施形態による配筋構造を含む柱と梁の接合部を概略的に示す正面図である。 図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線による配筋構造の断面図である。

以下、本発明の第１の実施形態による第１の配筋構造１００について図１から３を用いて説明する。なお、以下いずれの実施形態においても、各部材の寸法は、構造実験において用いられた１／２縮尺の試験体における値である。

まず、第１の配筋構造１００が設けられる柱１０及び梁２０について説明する。柱１０は、複数の柱主筋１１及び柱帯筋１２と、柱主筋１１及び柱帯筋１２に密着するコンクリートとから主に構成される。柱主筋１１は鉛直方向に延びる（図１参照）とともに水平断面において矩形を成す（図２参照）ように並べられる。柱帯筋１２は、水平断面において複数の柱主筋１１全てを取り囲み、かつ巻回すように設けられ、鉛直方向に対して複数の柱帯筋１２が互いに平行に並べられる。これにより、柱主筋１１及び柱帯筋１２は、鉛直方向に延びる角筒を成す。コンクリートは、柱主筋１１及び柱帯筋１２を内包しつつ、鉛直方向に延びる直方体を成す。

梁２０は、８本の鉄筋Ｄ１３（ＳＤ４９０）から成る梁主筋２１と、複数の鉄筋Ｄ６（ＳＤ２９５Ａ）から成る梁肋筋２９と、梁主筋２１及び梁肋筋２９に密着するコンクリート３０とから主に構成される。梁主筋２１は水平方向に延びるとともに長手方向に直交する断面において矩形を成すように並べられる。梁肋筋２９は、梁主筋２１の長手方向に直交する断面において、複数の梁主筋２１全てを取り囲み、かつ巻回すように設けられ、かつ梁主筋２１の長手方向に沿って複数の梁肋筋２９が平行に並べられる。梁主筋２１は、柱主筋１１及び／又は柱帯筋１２に固定される。これにより、梁主筋２１及び梁肋筋２９は、水平方向に延びる角筒を成す。コンクリート３０は、梁主筋２１及び梁肋筋２９を内包しつつ、水平方向に延びる直方体を成す。なお、図２において、梁主筋２１の一部は省略されている。

第１の配筋構造１００は、４本のコア鉄筋１１１〜１１４と、４本のコア管１２１〜１２４と、１０本のコア拘束筋１３１と、４つの定着部材１４１と、１本の柱内拘束筋１５１とを主に備え、柱１０内から梁２０内に渡って設置される。

コア鉄筋１１１〜１１４は、４本の鉄筋Ｄ１３（ＳＤ４９０）から成り、柱１０内部から梁２０に渡って互いに平行に延びるとともに、コア鉄筋１１１〜１１４の長手方向に直交する断面において、長方形の角部分に各々置かれる。柱１０内部に位置するコア鉄筋１１１〜１１４を巻回すように柱内拘束筋１５１が取り付けられ、これらを拘束する。また、柱１０内部に位置するコア鉄筋１１１〜１１４の端部付近は、柱主筋１１に板線等で固定されるととともに、コンクリートで柱１０内に固定される。コア鉄筋１１１〜１１４が柱１０の表面から柱１０内部に延びる長さは、第１の配筋構造１００に必要とされる強度に応じて適宜決定される。コア鉄筋１１１〜１１４は、梁主筋２１及び梁肋筋２９が形成する角筒の内側に設けられる。

コア管１２１〜１２４は、コア鉄筋１１１〜１１４の外径と同じ又は略同じ内径、例えば１３ｍｍの内径を有する円筒型の鋼管４本から成る。コア管１２１〜１２４は、柱１０と梁２０との接合面Ｓから梁２０内部に延びるとともに、コア管１２１〜１２４の長手方向に直交する断面において、長方形の角部分に各々置かれる。そして、コア管１２１〜１２４の中心軸は、コア鉄筋１１１〜１１４の中心軸と各々一致する。コア管１２１〜１２４の長さ、すなわち接合面Ｓから梁２０内部に延びる長さＭは、梁せいＬよりも長く、例えば梁せいの１．２倍である。つまり、コア管１２１〜１２４は、柱１０と梁２０との接合面Ｓから、ヒンジ領域を超えて梁２０側に延びる。ここで、接合面Ｓから梁せいＬと同じ長さまでの領域をヒンジ領域という。また、コア管１２１〜１２４の長さは、梁２０内部に位置するコア鉄筋１１１〜１１４の長さよりも長い。コア管１２１〜１２４、梁主筋２１及び梁肋筋２９が形成する角筒の内側に設けられる。

定着部材１４１は、厚さ３ｍｍを持つ２５ｍｍ×２５ｍｍの矩形の鋼板である。コア管１２１〜１２４の梁２０側の開口端（第２の開口）には、定着部材１４１が、例えば溶接等により取り付けられる。コア管１２１〜１２４の長手方向に直交する平面において、定着部材１４１の大きさは、コア管１２１〜１２４の断面よりも大きい。これにより、コア管１２１〜１２４の梁側開口が塞がれ、コンクリート打設時に、コア管１２１〜１２４内にコンクリートが進入しない。

コア管１２１〜１２４の内周には、柱１０に対向する開口（第１の開口）からコア鉄筋１１１〜１１４が進退自在に挿入される。これにより、コア鉄筋１１１〜１１４にコンクリートが付着せず、コア鉄筋１１１〜１１４は梁２０の長手方向に拘束されない。柱１０に対して梁２０が変形すると、コア鉄筋１１１〜１１４はコア管１２１〜１２４内部で移動する。そのため、コア鉄筋１１１〜１１４は、ヒンジ領域における曲げ強度を十分に上昇させない。また、前述のように、コア管１２１〜１２４は、柱１０と梁２０との接合面Ｓから梁２０内部に延び、柱１０内に侵入しないため、ヒンジ領域における曲げ強度を十分に上昇させない。なお、コア管１２１〜１２４の柱側開口とコア鉄筋１１１〜１１４との隙間は、例えばブチルゴムや粘土等によって塞がれ、コンクリート打設時にコア管１２１〜１２４内にコンクリートが進入しない。

４本のコア管１２１〜１２４全てに跨がって、かつ外周を巻回すようにして、複数のコア拘束筋１３１が取り付けられる。複数のコア拘束筋１３１は、複数の鉄筋Ｄ４（ＳＤ２９５Ａ）から成り、コア管１２１〜１２４の長手方向に沿って平行に並べられる。ここで、例えばコア幅Ｗ１（図３参照）は梁幅Ｗ２の０．５倍、コアせいＬ１（図３参照）は梁せいＬ２の０．５倍である。なお、梁せいは、重力方向に対する梁２０の高さであり、コアせいは、重力方向に対する第１の配筋構造１００の高さである。

次に、第１の配筋構造１００の機能について、片持ち梁形式とした梁に対して正負交番の繰り返し載荷を行った事例を用いて説明する。

第１の配筋構造１００を設けない場合、載荷によって柱１０及び梁２０が曲げ降伏すると、コンクリートが主筋及び肋筋から剥離するとともにひび割れて劣化する。その後に正負交番の載荷を繰り返すと、コンクリートの劣化に伴い、せん断変形やスリップ変形成分が増加する。これらせん断変形やスリップ変形成分の増加により、柱梁部材の強度が低下する。

他方、載荷によって柱１０及び梁２０が曲げ降伏し、コンクリートが主筋及び肋筋から剥離するとともにひび割れて劣化するときに、第１の配筋構造１００が設けられていれば、コア鉄筋１１１〜１１４がせん断力を吸収するとともに、コア管１２１〜１２４内部で移動する。これにより、第１の配筋構造１００が載荷によるエネルギーを吸収して、せん断ひび割れ強度及び曲げ・せん断剛性を高め、せん断変形やスリップ変形成分を抑制するため、ヒンジ領域の損傷を抑制できる。
また、第１の配筋構造１００は、変形の初期段階からヒンジ領域におけるせん断ひび割れ強度及び曲げ・せん断剛性を高め、ヒンジ領域におけるエネルギーを変形の初期段階から吸収し、せん断力が上昇することを防ぐことができる。

本実施形態によれば、ヒンジ領域における曲げ耐力を確保しながら、柱梁接続部におけるエネルギー吸収性能を確保できる。

次に、本発明の第２の実施形態による第２の配筋構造２００について図４及び５を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。第２の配筋構造２００は、コア鉄筋２１１〜２１４及びコア管２２１〜２２４の位置が第１の配筋構造１００と異なる。

第２の配筋構造２００は、４本のコア鉄筋２１１〜２１４と、４本のコア管２２１〜２２４と、１０本のコア拘束筋２３１と、４つの定着部材１４１と、１本の柱内拘束筋１５１とを主に備え、柱１０内から梁主筋２１及び梁肋筋２９により形成される角筒内に渡って設置される。

コア鉄筋２１１〜２１４は、４本の鉄筋Ｄ１３（ＳＤ４９０）から成り、柱１０内部から梁２０に渡って互いに平行に延びるとともに、コア鉄筋２１１〜２１４の長手方向に直交する断面において、正方形の角部分に各々置かれる。

コア管２２１〜２２４は、コア鉄筋２１１〜２１４の外径と同じ又は略同じ内径、例えば１３ｍｍの内径を有する円筒型の鋼管４本から成る。コア管２２１〜２２４は、柱１０と梁２０との接合面Ｓから梁２０内部に延びるとともに、コア管２２１〜２２４の長手方向に直交する断面において、正方形の角部分に各々置かれる。そして、コア管２２１〜２２４の中心軸は、コア鉄筋２１１〜２１４の中心軸と各々一致する。ここで、例えばコア幅Ｗ１は梁幅Ｗ２の０．５倍、コアせいＬ１は梁せいＬ２の０．４倍である（図５参照）。その他の構成及び第２の配筋構造２００の機能については、第１の配筋構造１００と実質的に同じであるため、説明を省略する。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得る。

次に、本発明の第３の実施形態による第３の配筋構造３００について図６及び７を用いて説明する。第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略する。第３の配筋構造３００は、コア鉄筋３１１〜３１６及びコア管３２１〜３２６の構成が第１の配筋構造１００と異なる。

第３の配筋構造３００は、６本のコア鉄筋３１１〜３１６と、６本のコア管３２１〜２２６と、１０本のコア拘束筋３３１と、４つの定着部材１４１と、１本の柱内拘束筋１５１とを主に備え、柱１０内から梁主筋２１及び梁肋筋２９により形成される角筒内に渡って設置される。

コア鉄筋３１１〜３１６は、６本の鉄筋Ｄ１３（ＳＤ４９０）から成り、柱１０内部から梁２０に渡って互いに平行に延びるとともに、コア鉄筋３１１〜３１４の長手方向に直交する断面において、４本が長方形の角部分に各々置かれ、その他２本が長方形の長辺の中間に置かれる。すなわち、コア鉄筋３１２が、コア鉄筋３１１とコア鉄筋３１３との中間に置かれ、コア鉄筋３１５が、コア鉄筋３１４とコア鉄筋３１６との中間に置かれる。

コア管３２１〜３２６は、コア鉄筋３１１〜３１６の外径と同じ又は略同じ内径、例えば１３ｍｍの内径を有する円筒型の鋼管４本から成る。コア管３２１〜３２６は、柱１０と梁２０との接合面Ｓから梁２０内部に延びるとともに、コア管３２１〜３２６の長手方向に直交する断面において、そのうちの４本が長方形の角部分に各々置かれ、その他２本が長方形の長辺の中間に置かれる。すなわち、コア管３２２が、コア管３２１とコア管３２３との中間に置かれ、コア管３２５が、コア管３２４とコア管３２６との中間に置かれる。そして、コア管３２１〜３２６の中心軸は、コア鉄筋３１１〜３１６の中心軸と各々一致する。ここで、例えばコア幅Ｗ１は梁幅Ｗ２の０．５倍、コアせいＬ１は梁せいＬ２の０．５倍である（図７参照）。その他の構成及び第３の配筋構造３００の機能については、第１の配筋構造１００と実質的に同じであるため、説明を省略する。

本実施形態によれば、第１及び第２の実施形態と同様の効果を得る。

なお、配筋構造の大きさは、前述のものに限定されない。配筋構造の断面積が大きくなるにつれて、吸収エネルギーが大きくなる。また、コア主筋よりもコア拘束筋の鉄筋量が多くなるにつれて、吸収エネルギーが大きくなる。

また、梁せいに対するコアせいの比は前述の値に限定されないが、約０．４倍から約１／√３倍程度が好ましい。

梁せい及びコアせいは、重力方向に対する高さでなく、柱１０が延びる方向に対する長さであってもよい。

なお、柱１０、梁２０、及び配筋構造１００〜３００は矩形断面を有するものでなくてもよく、他の多角形形状の断面を有するものであってもよい。これら内部の主筋が角筒でなく、円筒や多角形筒を成すように配置されてもよい。また、柱１０は鉛直方向に延びるものでなくてもよく鉛直方向に対して傾いたものであってもよい。梁２０及び配筋構造１００〜３００は水平方向に延びるものでなくてもよく水平方向に対して傾いたものであってもよい。

なお、いずれの実施形態においても、鉄筋の種類及び数は例示であって、前述したものに限定されず、他の種類及び数を採ってもよい。

定着部材１４１は矩形の鋼板に限定されず、例えばブチルゴムや粘土等であってもよい。また、柱内拘束筋１５１は設けられなくてもよい。

なお、本明細書および図中に示した各部材の大きさは例示であって、これらの大きさに限定されない。また、各部材の素材は例示であって、これらの素材に限定されない。

ここに付随する図面を参照して本発明の実施形態が説明されたが、記載された発明の範囲と精神から逸脱することなく、変形が各部の構造と関係に施されることは、当業者にとって自明である。

１０ 柱
１１ 柱主筋
１２ 柱帯筋
２０ 梁
２１ 梁主筋
２９ 梁肋筋
３０ コンクリート
１００ 第１の配筋構造
１１１ コア鉄筋
１１２ コア鉄筋
１１３ コア鉄筋
１１４ コア鉄筋
１２１ コア管
１２２ コア管
１２３ コア管
１２４ コア管
１３１ コア拘束筋
１４１ 定着部材
１５１ 柱内拘束筋
２００ 第２の配筋構造
３００ 第３の配筋構造

Claims (7)

1. 柱に固定されるコア鉄筋と、
   梁に固定されるコア管とを備え、
   前記コア鉄筋は、前記コア管の内周に挿入される配筋構造。
2. 前記コア管は、前記柱と前記梁との接合面から前記梁側に設けられる請求項１に記載の配筋構造。
3. 前記柱と前記梁との接合面から前記梁側に向けて梁せいと略同じ長さに渡って設けられるヒンジ領域を備え、
   前記コア管は、前記柱と前記梁との接合面から、前記ヒンジ領域を超えて前記梁側に延びる請求項１又は２に記載の配筋構造。
4. 前記梁は、長手方向に延びる複数の梁主筋と、前記複数の梁主筋に跨がって設けられる梁肋筋とを備え、
   前記複数の梁主筋と前記梁肋筋とは筒状に設けられ、
   前記コア鉄筋及び前記コア管は、前記筒状の内側に設けられる請求項１から３のいずれかに記載の配筋構造。
5. 重力方向に対する前記配筋構造の高さは、前記梁の梁せいの０．６倍以下である
   請求項１から４のいずれかに記載の配筋構造。
6. 前記配筋構造は、複数の前記コア鉄筋と、複数の前記コア管と、前記複数のコア管に跨がって設けられる複数のコア拘束筋とを備える請求項１から５のいずれかに記載の配筋構造。
7. 前記コア管は、前記柱に向けて開口して前記コア鉄筋が挿入される第１の開口と、前記第１の開口とは反対側の端部に開口する第２の開口とを備え、
   前記配筋構造は、前記第２の開口に取り付けられる定着部材をさらに備え、
   前記コア管の長手方向に直交する平面において、前記定着部材の大きさは、前記コア管の断面よりも大きい請求項１から６のいずれかに記載の配筋構造。