JP3999591B2 - 繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造 - Google Patents

Description

【０００１】
この発明は、全体崩壊を想定するようなコンクリート系ラーメン構造物において、梁部材の端部の塑性ヒンジの形成が想定される範囲（以下、単に塑性ヒンジ形成範囲という場合がある。）を繊維補強セメント系材料によりプレキャスト部材として形成して同構造物の地震応答を制御可能とする、繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図１０に例示したようなコンクリート系ラーメン構造物において、大地震時に同構造物に入力したエネルギは、図１１に例示したように、１階の柱脚部ａ…および各階の梁端部ｂに形成される塑性ヒンジ（部材断面が荷重によって降伏することにより形成されるピン状態のヒンジ。）によって吸収するように設計、施工が行なわれている。そのため塑性ヒンジの形成が想定される部分には、脆性破壊を防ぎ、十分な耐力と回転変形能力を持たせる目的で剪断補強筋や帯筋を密に配筋することなどが行われる。
【０００３】
しかし、通常の鉄筋コンクリート造の場合は、補強筋を密に配置しても、ひび割れの分散性に限度があり、ひび割れが特に集中する塑性ヒンジ部分での損傷を制御することは至難である。
【０００４】
また、制震デバイスとして図１２のようにＹ型ブレースｃ…を配置したり、図１３のように間柱ｄ…を配置する対策も実施される。しかし、これらの制震デバイスは上下の梁部材間に組み込まれるものであるから、出入り口や通路などを確保する平面計画と、ブレース、間柱の配置計画の双方を両立させねばならないという面倒な解決課題が存在する。間柱ｄの場合には、通常の建物で制震効果を期待するためには多数配置する必要があることも問題である。
【０００５】
異なる従来技術として、特開平１１−２２２４０号公報に記載された鉄筋コンクリート系建物の制震構造は、耐震壁の左右の両側縁と柱との間に間隙を設け、更に耐震壁の高さ方向の中間部位を上下に分断する間隙を設けて垂れ壁と腰壁に形成し、前記の間隙に繊維補強セメント系材料によるダンパーを配置して上下の垂れ壁と腰壁を締結した構成とされている。
【０００６】
次に、特公平６−９９９５５号公報に記載された鉄筋コンクリート柱の施工方法は、柱の上端位置までを普通コンクリートで形成し、その上の柱主筋同士の重ね継手部分を繊維補強セメント系材料により形成する技術を開示している。
【０００７】
また、特開平１０−８５５１号公報に記載された柱梁仕口部構造は、柱梁仕口部を繊維補強コンクリート（繊維補強セメント系材料）で形成する技術を開示している。
【０００８】
【本発明が解決しようとする課題】
通常の鉄筋コンクリートラーメン構造において、大地震時の大きな繰り返し荷重を受ける場合には、梁端部に塑性回転変形が集中することが知られている。この塑性回転変形は、図９に誇張して示したように、梁部材端部の曲げ変形と曲げひび割れの発生、コンクリートの圧壊、そして、剪断変形と梁危険断面近傍における繰り返し荷重による付着の劣化から生ずる引張り側鋼材（梁主筋）の抜け出しなどが原因であり、補強筋量が少ないと急激に耐力が低下するので、塑性変形回転能力は小さく、大きなエネルギ吸収能力を期待できない。しかも地震後に簡単な補修だけで構造物が使用可能である場合でも、見かけの損傷が激しいとの印象を与えることが問題である。
【０００９】
このような梁端部の塑性回転変形に関する改善策としては、上記特開平１１−２２２４０号公報に記載された鉄筋コンクリート系建物の制震構造に係る発明、特公平６−９９９５５号公報に記載された鉄筋コンクリート柱の施工方法に係る発明、特開平１０−８５５１号公報に記載された柱梁仕口部構造に係る発明は、それぞれ技術的思想が異なり無力である。
【００１０】
次に、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ビニロン繊維、ポリプロピレン繊維、鋼繊維などの短繊維をコンクリートの補強材として混入した所謂繊維補強セメント系材料（又は繊維補強モルタル）は、従来の普通コンクリートに比較して、引張り時のひび割れが分散されること、繊維によってひび割れの幅が開くのを拘束する作用があることにより、見かけの引張り強度や引張り靱性に優れていることが公知であり、上記従来技術の項でも説明した通り、既にコンクリート構造物の一部として使用されている。
【００１１】
したがって、コンクリート系ラーメン構造物の梁端部の「少なくとも塑性ヒンジの形成が想定される範囲」を前記繊維補強セメント系材料により形成すると、同塑性ヒンジ部分の曲げひび割れ、剪断ひび割れが分散され、繊維によってひび割れの幅が開くのを拘束するので、所謂コンクリートの剥落などは発生せず、耐力の急激な低下も生じない。また、鉄筋とコンクリートの付着強度が向上し、結局、塑性変形回転能力が増大する。よって、より大きなエネルギ吸収能を期待できる。そこで、このエネルギ吸収量を適切に把握して設計することにより、建物全体の地震応答を制御することが出来ることに着眼して本発明がなされた。
【００１２】
なお、繊維補強セメント系材料は、性質上、現場打ち施工が難しいことも解決課題である。
【００１３】
したがって、本発明の目的は、全体崩壊を想定するようなコンクリート系ラーメン構造物の梁端部の「少なくとも塑性ヒンジの形成が想定される範囲」を前記繊維補強セメント系材料により形成することにより、塑性変形回転能力を増大させ、建物全体の地震応答制御を可能にして、開口部の平面計画等に影響を与える制震デバイスの設置を無用としつつ、構造物に制震効果を付与する制震構造を提供することである。
【００１４】
本発明の次の目的は、塑性ヒンジの形成が想定される範囲を前記繊維補強セメント系材料により形成することにより、塑性ヒンジの想定部分の剪断補強筋量を節減しつつ変形能力を増大させ、全体として大きな地震エネルギ吸収能力を発揮させると共に、ひび割れの分散性に優れ、損傷度を低減して地震後には簡単な補修だけで構造物の再使用を可能にする制震構造を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明に係る繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造は、
地震時の入力エネルギを各階の梁端部に形成される塑性ヒンジによって吸収する全体崩壊想定のコンクリート系ラーメン構造物において、
その梁部材２は、両端部の塑性ヒンジ形成範囲３が繊維補強セメント系材料により、中間部分４は普通コンクリートでそれぞれ一体的に形成されたプレキャスト梁部材であり、前記のプレキャスト梁部材を柱１、１間へ架設して梁が構築されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２記載の発明に係る繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造は、
地震時の入力エネルギを各階の梁端部に形成される塑性ヒンジによって吸収する全体崩壊想定のコンクリート系ラーメン構造物において、
その梁部材２は、両端部の塑性ヒンジ形成範囲３が繊維補強セメント系材料により形成され、中間部分４も同じ繊維補強セメント系材料により梁型枠を兼ねるＵ字形断面部として一連に形成されたプレキャスト梁部材であり、前記のプレキャスト梁部材を柱１、１間へ架設して前記梁型枠を兼ねるＵ字形断面部に普通コンクリートを打設して梁が構築されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項３記載の発明に係る繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造は、
地震時の入力エネルギを各階の梁端部に形成される塑性ヒンジによって吸収する全体崩壊想定のコンクリート系ラーメン構造物において、
その梁部材２は、両端部の塑性ヒンジ形成範囲が繊維補強セメント系材料によるプレキャスト梁ブロック３０として形成され、前記梁ブロック３０が柱１の梁位置に設置され、同梁部材２の中間部分は、梁型枠を用い普通コンクリートを打設して前記梁ブロック３０と一連に一体的に形成して梁が構築されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４記載の発明に係る繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震
構造は、
地震時の入力エネルギを各階の梁端部に形成される塑性ヒンジによって吸収する全体崩壊想定のコンクリート系ラーメン構造物において、
その梁部材２は、柱１の梁接合部分が普通コンクリートによるプレキャスト柱梁接合ブロック１０として形成され、その外側部位に梁両端部の塑性ヒンジ形成範囲が繊維補強セメント系材料によるプレキャスト梁ブロックとして一体的に形成されており、前記柱梁接合ブロック１０と繊維補強セメント系材料によるプレキャスト梁ブロックとが合一に柱１上へ設置され、梁部材２の中間部分は、梁型枠を用い普通コンクリートを打設して前記プレキャスト梁ブロック３０と一連に一体的に形成して梁が構築されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施形態】
以下に、請求項１〜４に記載した発明に係る繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造を、図１〜図８に示した実施形態に基づいて説明する。
【００２１】
先ず図１は、柱１及び梁２が鉄筋コンクリート造であるコンクリート系ラーメン構造物において、梁部材２の端部の「塑性ヒンジの形成が想定される範囲３」が繊維補強セメント系材料により形成された制震構造の実施形態を概念的に簡略化して示している。繊維補強セメント系材料の定義及び内容並びに性質は、上記段落番号［００１０］に説明した通りである。
【００２２】
図２は、図１に記載した繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造の更に具体的な実施形態を示す。即ち、梁部材２の両端部の塑性ヒンジの形成が想定される範囲３が繊維補強セメント系材料により形成され、中間部分４を普通コンクリートで形成されたプレキャスト梁部材を予め工場で製作し、これを現場へ搬入し、柱１、１の間へ公知の手法で架設して梁が構築されている（請求項１記載の発明）。繊維補強セメント系材料は、その性質上、現場打ち施工が難しいからである。
【００２３】
なお、図示の梁部材２は、その上面に梁主筋５及びフープ筋６の一部を露出させて、後打ちするスラブコンクリートとの一体化施工を容易にする公知のハーフプレキャスト梁部材として構成されたものを示している。
【００２４】
次に、図３の実施形態は、図２と同様に梁部材２の両端部の塑性ヒンジの形成が想定される範囲３が繊維補強セメント系材料により形成されているものの、中間部分４は、図３Ｃに示したように、繊維補強セメント系材料により梁型枠を兼ねるＵ字形断面として一連に（一体的に）形成されている。そして、前記の溝内に梁主筋５とフープ筋６とから成る梁鉄筋を納めた構成のプレキャスト梁部材として予め工場で製作し、これを現場へ搬入し、柱１、１の間へ公知の手法で架設して梁が構築されている。
【００２５】
中間部分４はまた、図３Ｄに示した例のように、梁鉄筋の下半部を繊維補強セメント系材料の中に埋設した構成でも実施される。
【００２６】
いずれにしても、本実施形態の梁部材２は、柱１、１の間へ架設した後、スラブコンクリートの打設に際して、普通コンクリートを中間部分４の前記梁型枠を兼ねるＵ字形断面部分の溝内に打設して梁が完成される（以上、請求項２記載の発明）。
【００２７】
本発明の実施形態によれば、中間部分４を、梁型枠を兼ねるＵ字形断面として欠き込み形成して現場へ搬入するから、図２の実施形態に比して梁部材の軽量化が格別であり、運搬や設置の取り扱い手間を軽減できるから、コストダウンを図れる利点がある。
【００２８】
次に図４に示した実施形態の場合は、梁部材の端部の塑性ヒンジの形成が想定される範囲が繊維補強セメント系材料による梁ブロック３０として独立に形成され、この梁ブロック３０が柱１の梁取付位置に設置されている。但し、前記梁ブロック３０を支持する手段（支保工）の図示は省略した。梁ブロック３０は、図４Ｂに示したように、下端主筋を通す位置にシース孔７…及び梁用のフープ筋６を有する。
【００２９】
更に図５は、図４のように柱１の梁取付位置に設置された梁ブロック３０の前記シース孔７へ主筋５…を通し、梁中央部の型枠とスラブ型枠を設置した後に、他の梁鉄筋５、６並びにスラブ筋を設置し、スラブコンクリートと共にパネルゾーンを現場でコンクリート打設して一体化させるほか、同時に梁部材２の中間部分も普通コンクリートにより前記梁ブロック３０と一連に一体的に構築する方法を示している（以上、請求項３記載の発明）。図４及び図５中の符号８は柱用の鉄筋を示す。
【００３０】
図６は、上記繊維補強セメント系材料による梁ブロック３０を、そのシース孔へ通したＰＣ鋼材９を柱１をも貫通させて配置し、公知の手法で柱１の梁位置へ圧着して一体化させ、しかる後に、上記図５の例と同様に、梁部材２の中間部分を現場打ちの普通コンクリートにより前記梁ブロック３０と一連に一体的に構築する実施形態を示している。
【００３１】
次に図７は、柱１の梁接合部分として普通コンクリートで形成された柱梁接合ブロック１０に、梁部材２の端部の塑性ヒンジの形成が想定される範囲を繊維補強セメント系材料による梁ブロック３０として一体的に形成したものが予め工場でプレキャストコンクリート部材として製作され、これを現場へ搬入し、柱１の上に設置する要領を示している。柱梁接合ブロック１０には、柱１の主筋８ａを通すシース孔１０ａ…が上下方向に設けられている。また、梁ブロック３０には梁鉄筋を構成する主筋５が前記柱梁接合ブロック１０を貫通して配筋され、更にフープ筋６…も配置され、且つ、上端主筋５及びフープ筋６の上半部が露出するハーフプレキャスト部材として構成されている。
【００３２】
図８は、上記構成の柱梁接合ブロック１０が梁ブロック３０と合一に柱１の上部（梁取付位置）へ、前記シース孔１０ａへ柱１の各主筋８ａを通す要領で設置された実施形態を示している。その後に、図示を省略したが、梁部材２の中間部分が梁型枠を用いた普通コンクリートにより前記梁ブロックと一連に一体的に構築される（以上、請求項４記載の発明）。
【００３３】
【本発明が奏する効果】
請求項１〜４に記載した発明に係る繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造は、梁部材における端部の塑性ヒンジの形成が想定される範囲を繊維補強セメント系材料により形成するので、前記範囲での曲げひび割れ、剪断ひび割れが分散され、鉄筋とコンクリートとの付着強度が高く、塑性回転変形性能が増大するので、より大きな地震エネルギの吸収能力を期待でき、この地震エネルギ吸収性能を適切に把握して設計することにより、当該コンクリート系構造物全体の地震応答を制御する制震構造とすることができる。
【００３４】
しかも、他の高価なダンパーの如き制震デバイスを使用する必要がなく、コンクリート系構造物に制震性能を付与することが出来る。したがって、安価に、しかも建物の平面計画に何の影響を及ぼすことなく実施することが出来る。
【００３５】
梁端部の塑性ヒンジの形成が想定される範囲を、十分な塑性回転変形性能を付与するために必要な密な配筋も無用であるから、施工性が大きく向上する。
【００３６】
しかも繊維補強セメント系材料には、ひび割れを分散させる作用効果があり、損傷が一箇所に集中して起こりにくい為、見た目の損傷も軽減され、地震後の再使用に有利である。
【００３７】
更に、構造物の梁部材端部の塑性ヒンジ形成範囲を繊維補強セメント材料によるプレキャスト化を行う結果、現場作業の省略化、品質の向上に寄与するところが大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンクリート系構造物の制震構造の基本的な実施形態を示した立面図である。
【図２】Ａは梁部材の構造を示す正面図、Ｂ、ＣはＡ図のｂ−ｂおよびｃ−ｃ断面図である。
【図３】Ａは梁部材の異なる構造を示す正面図、Ｂ、Ｃ、ＤはＡ図のｂ−ｂおよびｃ−ｃ断面図である。
【図４】Ａは梁ブロックを柱へ設置した状態を示す立面図、ＢはＡ図のｂ−ｂ断面図である。
【図５】前記梁ブロックによる梁部材の構築例を示す立面図である。
【図６】Ａは前記梁ブロックによる梁部材の構築例を示す立面図、ＢはＡ図のｂ−ｂ断面図である。
【図７】Ａは柱梁接合ブロックと梁ブロックを合一に柱へ設置する要領を示した立面図である。
【図８】前記梁ブロックによる梁部材の構築例を示す立面図である。
【図９】梁端部の塑性回転変形性能についての説明図である。
【図１０】コンクリート系構造物一般の例を示す立面図である。
【図１１】地震エネルギによる塑性ヒンジの発生状況を示した説明図である。
【図１２】コンクリート系構造物にＹ型ブレースを設置した例を示す立面図である。
【図１３】コンクリート系構造物に間柱を設置した例を示す立面図である。
【符号の説明】
１ 柱
２ 梁部材
３ 塑性ヒンジが形成される範囲
４ 梁の中間部分
３０ 梁ブロック
１０ 柱梁接合ブロック

Claims (4)

1. 地震時の入力エネルギを各階の梁端部に形成される塑性ヒンジによって吸収する全体崩壊想定のコンクリート系ラーメン構造物において、
   その梁部材は、両端部の塑性ヒンジ形成範囲が繊維補強セメント系材料により、中間部分は普通コンクリートでそれぞれ一体的に形成されたプレキャスト梁部材であり、前記のプレキャスト梁部材を柱間へ架設して梁が構築されていることを特徴とする、繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造。
2. 地震時の入力エネルギを各階の梁端部に形成される塑性ヒンジによって吸収する全体崩壊想定のコンクリート系ラーメン構造物において、
   その梁部材は、両端部の塑性ヒンジ形成範囲が繊維補強セメント系材料により形成され、中間部分も同じ繊維補強セメント系材料により梁型枠を兼ねるＵ字形断面部として一連に形成されたプレキャスト梁部材であり、前記のプレキャスト梁部材を柱間へ架設して前記梁型枠を兼ねるＵ字形断面部に普通コンクリートを打設して梁が構築されていることを特徴とする、繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造。
3. 地震時の入力エネルギを各階の梁端部に形成される塑性ヒンジによって吸収する全体崩壊想定のコンクリート系ラーメン構造物において、
   その梁部材は、両端部の塑性ヒンジ形成範囲が繊維補強セメント系材料によるプレキャスト梁ブロックとして形成され、前記梁ブロックが柱の梁位置に設置され、同梁部材の中間部分は、梁型枠を用い普通コンクリートを打設して前記梁ブロックと一連に一体的に形成して梁が構築されていることを特徴とする、繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造。
4. 地震時の入力エネルギを各階の梁端部に形成される塑性ヒンジによって吸収する全体崩壊想定のコンクリート系ラーメン構造物において、
   その梁部材は、柱の梁接合部分が普通コンクリートによるプレキャスト柱梁接合ブロックとして形成され、その外側部位に梁両端部の塑性ヒンジ形成範囲が繊維補強セメント系材料によりプレキャスト梁ブロックとして一体的に形成されており、前記柱梁接合ブロックと繊維補強セメント系材料によるプレキャスト梁ブロックとが合一に柱へ設置され、梁部材の中間部分は、梁型枠を用い普通コンクリートを打設して前記プレキャスト梁ブロックと一連に一体的に形成して梁が構築されていることを特徴とする、繊維補強セメント系材料によるコンクリート系構造物の制震構造。

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