JP4369077B2 - 鉄筋コンクリート柱と梁部材の接合部の補強構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は鉄筋コンクリート柱又は梁部材の補強構造及びその接合部の補強構造に関するもので、ＲＣ軸部材の軸方向に対し略直角方向に配置する補強材による補強構造を特徴とするものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄筋コンクリート柱又は梁部材（以下ＲＣ軸部材という。）の構築又は製造は、型枠内に所定構成の鉄筋群を配置した後、コンクリートを打設することにより行われるが、この鉄筋群の構成については建築基準法等の諸規定に従って行わなければならない。上記鉄筋群のうち最も重要なことは、ＲＣ軸部材の軸方向に複数本の鉄筋を組として配置される主鉄筋群であるが、上記諸規定によれば、主として部材のせん断補強のため主鉄筋群の外周に、該ＲＣ軸部材の軸方向に対して略直角方向に補強筋（柱部材の場合は帯鉄筋、梁部材の場合はあばら鉄筋という。）の所定量を配置しなければならず、またこの配置は原則として部材全長にわたり均等間隔で配置しなければならないことが定められている。
【０００３】
上記主鉄筋群の軸方向での相互の連結には様々な手段があるが、その一つとしてスリーブ継手を使用することがある。鉄筋の端部相互を公知（特公昭５３−１２７３２号、特開昭６１−２００２４６号公報参照）のスリーブ継手によって連結するものである。
該スリーブ継手は、両端に開口部を有する細長い中空管状体よりなる鉄筋用継手で、その開口部の一端部はＲＣ軸部材の各主鉄筋の端部に結合され、他端部は連結される他の主鉄筋の端部に結合され、コンクリート部材中に埋設される。
【０００４】
上記スリーブ継手を採用することにより、ＲＣ軸部材の構築又は製造に於いて、各主鉄筋相互の連結が簡易迅速に実施できるという利点がある。主鉄筋相互の連結にあたって、接合対をなす主鉄筋の軸線方向が高精度で一線上とならなければならないが、スリーブ継手を使用する場合、相手方主鉄筋は管状体である継手の他の開口部から挿入することにより接合できるので、両者の主鉄筋の軸線に少々の狂いがあっても支障なく接合することが可能なものである。これがスリーブ継手を使用するＲＣ軸部材の構築又は製造の最大の利点である。
【０００５】
上記スリーブ継手により主鉄筋が連結された構造のＲＣ軸部材に於いても、一般の軸部材における構造と同様、ＲＣ部材軸の軸方向全長にわたり上記したように主鉄筋の略直角方向に補強材となる補強筋が配置される。この補強筋の配置は主鉄筋群のみならず埋設スリーブ継手群の外周においても均等間隔で配置されるが、埋設スリーブ継手群外周には主鉄筋群外周におけるよりも割り増しした量の補強筋の配置が推奨されている。
従来のスリーブ継手を埋設したＲＣ軸部材の構築又は製造には、以下に述べる問題点があつた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（１）埋設スリーブ継手外周に所定量の補強筋を配置する作業には困難性があった。それはスリーブ継手が埋設されている主鉄筋群（主として端部）は、スリーブ継手が主鉄筋径より太くなっており、更に注入口等の突起物が突出している場合があり、これらにより鉄筋間の間隙空間が狭くなっており、この空間内に所定量、特に割り増し量の補強筋を配置する作業には大きな困難性があり、割り増し量の補強筋を配置できない場合がしばしば生じる。
【０００７】
（２）部材軸方向の略直角方向となる箇所に補強筋を所定間隔毎に配置する作業工程が煩雑であった。該補強筋は、通常、主鉄筋群の配置後、所定間隔毎に該主鉄筋群の周囲に配設することになるので、その所定位置毎に補強筋を取り付ける作業となり、上記のとおり、鉄筋間の間隙空間が狭くなっており、その分設作業は煩雑であった。
【０００８】
（３）主鉄筋相互を連結するスリーブ継手部分は、該主筋鉄筋より太くなり、当該箇所の外側にせん断補強筋を配設することになるので、コンクリートの被り厚等の関係上、部材断面が大きくなり、当該部材に使用するコンクリート使用量も多くなるので部材重量は増加し、この増加した重量を支えるために鉄筋量を多くする必要が生じていた。これらはコストを増大させる原因となり、部材重量増大に伴う建物全体の重量増大、部材断面増大に伴う有効床面積の減少等多くの問題点を有していた。
【０００９】
（４）スリーブ継手の表面形状によっては、コンクリートとの付着が期待できず、設計上主鉄筋の定着長を確保することが困難な場合があった。
軸組工法のプレキャスト柱のように、継手が部材端部の有効せいの範囲に納まれば該主鉄筋の定着長さを、部材端部から有効せいだけ離れた位置から算定するので問題が生じることはないが、鉄筋先組み工法に於いては、部材端部から断面せい程度離れた位置にスリーブ継手を設ける場合、或いはプレキャスト工法でも、梁主鉄筋の継手を接合部内に設ける場合等は、継手部の付着力が期待できないと定着長さを確保することが困難となる。
【００１０】
本発明は、スリーブ継手等の機械式継手を有するＲＣ軸部材に於ける補強筋の配置方法について種々実験を重ねた結果、補強筋を部材全長にわたり均等間隔に配置することなく、同量の補強筋に於いてスリーブ継手の端部となる主鉄筋側に集約配置すること等により、従来の全量均等間隔配置の場合以上の補強効果が得られることを見い出した。
更に、ＲＣ軸部材に於いて、補強筋を主鉄筋群外周に配置すること及びその一部を埋設継手群付近に集約配置することにより、所定の効果が得られることを見い出した。本発明は、上記考えに基づいてなされたものである。
【００１１】
【問題を解決するための手段】
本発明は、鉄筋コンクリート柱と梁部材の接合部の補強構造であって、梁の主筋を柱との接合部内で一体化する仕口部に於いて、該主筋の先端部に固定された定着金物の内側部分に、せん断補強筋を集中配置した鉄筋コンクリート柱と梁部材の接合部の補強構造を特徴とする。
【００１３】
更に、上記接合部を左右両方向側からの梁と柱とよりなる仕口部とした鉄筋コンクリート柱と梁部材の接合部の補強構造を特徴とする。
【００１４】
また、上記接合部を片方向側からの梁と柱とよりなる仕口部とした鉄筋コンクリート柱と梁部材の接合部の補強構造を特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の鉄筋コンクリート柱又は梁部材の補強構造及びその接合部の補強構造について詳述する。
【実施態様１】
この実施態様では、鉄筋コンクリート柱又は梁部材のＲＣ軸部材途中に、付着力の期待できないスリーブ継手がある場合の実施例を示している。
本実施例では、本発明の補強構造を従来例と比較しながら、その有効性について説明する。
【００１６】
ＲＣ軸部材１に於いて、部材端部の曲げせん断ひび割れにより、テンションシフトが起こり、更に継手部に付着力が期待できないと、上端主筋２の引張力は図１（ａ）のように変化し、定着長さが短くなる。
スリーブ継手３に於いては主筋２の径に比較してスリーブ径が太くなるので、図２のようにスリーブ継手３の小口面でコンクリート５からの反力が得られ、スリーブ継手３両端の主筋２の引張力に差（Ｔ1ーＴ2）が生じてもよいことになる。部材端部では、曲げひび割れのためにＲ1の反力は得られないので、Ｒ2からの反力の鉛直成分に釣り合う力が必要となる。せん断補強筋６がこの力を負担すればよいが、量的に不十分で、上記スリーブ継手３の両端部に位置する主筋２の基端部にせん断補強筋を集中配置することによりスリーブ継手３の両端に於ける主筋２の引張力の差（Ｔ1ーＴ2）に見合う大きな引張力を負担できることになる。
【００１７】
継手区間の付着力に相当する引張力の差（Ｔ1ーＴ2）を、集約せん断補強筋７により生じさせれば、図３に示すように、見かけ上、継手区間も含めて定着長さを算定することが可能となる。
上記補強筋の材料としては、主として鉄筋が用いられるが鉄筋に限らず平帯鋼、線材等も使用される。補強材の配置態様としては、通常、主筋群外周にこれに接し、これを螺旋状に囲繞する態様、主筋群外周に接する大きさの輪状に成形した補強材リングを間隔を置いて多数段状に配置する態様、４枚程度の板材を互いにその端で連結して閉環を形成したものを段状に配置する態様等の各種態様がとられている。
【００１８】
図４に示すものは、ＲＣ軸部材１の試験体８を示している。
図４（ａ）は、比較用の基準試験体８で、ＲＣ軸部材１にスリーブ継手３の無い通常のＲＣ軸部材１の試験体８で、付着割裂破壊が先行するように設計している。
図４（ｂ）は、上記図１の部材に相当するもので、ＲＣ軸部材１に端部からおよそ有効せいと同じだけ離れた位置に、主筋２の連結手段としてモルタル充填式のスリーブ継手３を設けたもので、他の条件は同図（ａ）の基準試験体８と同一である。
図４（ｃ）は、図３の部材の状態となることを意図した試験体８で、ＲＣ軸部材１のスリーブ継手３の両端部に位置する主筋２の基端部に集約せん断補強筋７を配設したものである。丸鋼のφ１６を２本束ねて集約せん断補強筋７としている。
【００１９】
図５は、本実施例の継手に使用したスリーブ継手３の長手方向の断面形状を示している。主筋径φ１９用のものを連結する継手で、外径４０ｍｍ、長さ２６０ｍｍの筒形状のものを示している。筒状体の空間部９は、その内壁にモルタル等の注入材との付着力を高めるために適宜凹凸部１０が形成されている。
空間部の両端は、解放された開口部１１とされ、当該開口部１１から上記主筋２を挿入し、その先端は長手方向の略中央部に至ることになる。該開口部１１の端部と主筋２との隙間には、シール材１２が配設される。該スリーブ継手３の周壁部１３には、上記挿入された主筋２を押さえる固定ボルト１４を挿入するための孔１５と、該空間部９に流動性モルタル等を注入するグラウト注入孔１６及び、該注入材を充填したときに押し出されてくる空気の逃げ道及び注入材が充填されたことを確認することが可能なグラウト排出孔１７とが形成されている。該固定ボルト１４による圧接固定及びグラウト注入孔１６からのモルタル等の充填材の注入により、主筋２を固定することが可能となる。
上記試験体８では、スリーブ継手３の付着力をなくすため、グラウト注入孔１６やグラウト排出孔１７等の突出部を削り取り、表面にパラフィンワックスを塗布した後、ビニールテープを巻き付けている。
【００２０】
図６は、加力装置１８を示している。試験部分が逆対称モーメント状態となるように、連続梁形式で、部材角で制御し、変形漸増の正負繰り返し載荷試験を行った。主筋２、せん断補強筋６及び集約せん断補強筋７のひずみは、ひずみゲージで測定した。
図７は、各試験体８を上記加力装置１８による載荷試験の結果を測定した主筋２のひずみ分布を示している。上記試験体８は全て付着割裂破壊したため、主筋２は降伏していない。従って、ひずみ分布は、引張力分布と同一形となる。主筋２の降伏以前でもあり、どの試験体８の端部区間でも完全なテンションシフトは起こっていない。曲げ及び曲げせん断ひび割れは生じているが、ひび割れ間の付着があるので、図８のように、端部のせん断補強筋６の引張力が主筋２の引張力と釣り合えば、主筋２の左右で引張力の差が生じても良いことになる。
【００２１】
図９は、図８の△Ｔ・ｊ＝Σａｗ・σｗｉ・（ｉｘーｘ／２）となる釣り合い式の左辺と右辺をひずみ測定結果に基づいて、図４（ａ）の試験体８について示したもので、ほぼ図８の釣り合い状態を示している。
【００２２】
図７（ｂ）は、付着力を無くしたスリーブ継手３を配置し、集約せん断補強筋７を配置しなかったものの下端主鉄筋２のひずみ分布を示し、スリーブ継手３の両端部のひずみがほぼ同じとなり、図１に示した継手部の付着力が無い場合の主筋引張力分布を示している。これに対して図７（ｃ）は、集約せん断補強筋７を配置したもので、スリーブ継手３の両端部にひずみ差が生じ、図７（ａ）のスリーブ継手３のない試験体８と同様の分布形で、図３に示した集約せん断補強筋７を配置した場合の主筋引張力分布を示している。
【００２３】
図１０は、図３に示した力の釣り合い状態を拡大した図である。Ａ点とＢ点との引張力の差（△Ｔ）、集約せん断補強筋７の引張力（ＴISR）及びコンクリートストラットの圧縮力（Ｃ）が釣り合うものとすれば、コンクリートストラットの角度をφとすると、上記ＴISRと△Ｔの比はｔａｎφとなる。
図１１は、図４（ｃ）に示した試験体８について、上記△Ｔを継手両端部の主筋ひずみ測定値の差から計算し、ＴISRを集約せん断補強筋７のひずみ測定値から計算したものをグラフとして示したものである。図中の斜線部分は、コンクリートストラットの方向が、部材端部の圧縮主筋位置を向いているとした場合のＴISRと△Ｔの比を表すものである。
この実験結果は、ほぼこの線に近く、ＴISRに集約せん断補強筋７近傍のせん断補強筋６の引張力を加えれば、さらにこの線に近づくことから、図１０に示す釣り合いが生じていることがわかる。
【００２４】
スリーブ継手３両端部の設計上意図する引張力（△Ｔ）を求めれば、図１０に示した釣り合いより、これに釣り合う集約せん断補強筋量を算定することができる。図１２の主筋引張力分布を保証するためには、
ＴISR＝△Ｔ・ｔａｎφ
△Ｔ ＝２σy・ａｒ・ｌｓ／（ｌーｄ）
ａISR；集約せん断補強筋の断面積
σISR；集約せん断補強筋に許容する応力度
とすると
ａISR＝２σy・ａｒ・ｌｓ・ｔａｎφ／（ｌーｄ）／σISR
となる。
【００２５】
上記△Ｔの反力としては、コンクリート圧縮ストラットの水平分力を期待し、その強度に依存する。△Ｔの反力をコンクリートの支圧力に期待するとすれば、
△Ｔ≦ＡLC・ｆLC
ＡLC；スリーブ端部の支圧面積
ｆLC；支圧強度
となり、上記ｆLCを、ＰＣ規準を参考に最大２．０Ｆｃ（Ｆｃ；コンクリートの設計基準強度）程度期待できると考えると、
ＴISR≦ＡLC・２．０Ｆｃ・ｔａｎφ
ａISR≦ＡLC・ｆLC・ｔａｎφ／σISR
となる。
上記式より、集約せん断補強筋量の上限値を求めることができることになる。
【００２６】
他方、図１０に示す力の釣り合いが確保できても、集約せん断補強筋７を高強度化して断面積を小さくできるという保証にはならない。それは、集約せん断補強筋７の伸びが大きくなり、図１０に示すメカニズムが保証されない可能性が高くなるからである。
【００２７】
図１３は、図４（ａ）〜（ｃ）に示した試験体８と、該試験体８の最大耐力時のひび割れ状況を示した図である。試験体８の最終破壊モードは付着割裂破壊であるが、集約せん断補強筋７を配置したものは、主筋２に沿うひび割れが少ないことがわかる。最大せん断力も１０％程度大きくなった。
集約せん断補強筋７を配置することは、付着割裂耐力を大きくする効果があることが認められた。
【００２８】
図１４は、上記同様、図４（ａ）〜（ｃ）に示した試験体８のせん断力相対変位曲線を示している。図１４（ｂ）に示すように、スリーブ継手３に付着力がなくとも、せん断力には殆ど差異はなかった。また、図１４（ｃ）に示すように、集約せん断補強筋７がある場合は、せん断力が高くなった。
【００２９】
【実施態様２】
部材端部に継手がある場合には、上記実施例１と同様、部材端部のｄ（有効せい）の範囲に納まっていれば、付着設計上問題はない。継手の両端部に集約せん断補強筋７を配置することで、この集約せん断補強筋７が大きな引張力を負担し、スリーブ継手３部も含めて主筋２をコアコンクリートに押しつける力が大きくなり、摩擦力も増大し、付着割裂強度が大きくなる。
【００３０】
【実施態様３】
図１５は、梁１９、２０の梁主筋を柱２１との接合部内で継ぐ仕口部での実施例を示している。
左側の梁１９に配筋された梁主筋２と右側の梁２０に配筋された梁主筋２とを柱２１の上部に於いて、スリーブ継手３を介して継いでいる状態を示している。
スリーブ継手３の長さに比較して接合部幅が十分であれば、上記で説明した考え方が適用できることになる。
接合部内では、圧縮ストラットの角度が大きくなり易いので、集約せん断補強筋量は多くなる。しかし、柱主筋が集約せん断補強筋７に替わって引張力を負担できれば、集約せん断補強筋７が全ての引張力を負担する必要はない。接合部内は複雑であるが、上記考え方を適用することができる。
【００３１】
【実施態様４】
図１６は、梁２２の梁主筋２５を柱２３の接合部内で一体化する仕口部での連結状態の他の実施例を示し、定着金物の内側部分に集約せん断補強筋７を配設した例を示している。
定着プレート２４を先端に螺合したネジ節鉄筋を定着筋２５とし、これを定着する部材内に所定の長さをのみ込ませ、定着プレート２４の支圧強度と定着筋２５の付着強度によって定着するものである。
鉄筋コンクリート梁部材の定着筋２５の上記定着プレート２４の内側に集約せん断補強筋７を配設する。
図１６（ａ）、（ｂ）は、片方側のみの梁２２と柱２３との接合部を示し、梁２２から延出した定着筋２５は、柱２３の主筋間より柱の上部へ挿入され、その先端部は、定着プレート２４により定着される。該定着プレート２４の内側には、集約せん断補強筋７が配設され、上記同様、集約せん断補強筋７が引張力を負担することが可能となる。
【００３２】
図１６（ｃ）は、左右の梁２６、２７と柱２８との接合部を示し、左右の梁２６、２７から延出した定着筋２５は、各々柱２８の主筋間より柱上部へ挿入され、その先端部は、定着プレート２４により定着される。該定着プレート２４の内側には、各々集約せん断補強筋７が配設され、上記同様、集約せん断補強筋７が引張力を負担することが可能となる。
以上鉄筋同士の接合にスリーブ継手（スリーブ充填法、スリーブ圧着法、スリーブねじ締め付け法）を使用した実施例で説明したが、上記スリーブ継手は、機械式継手の一手段にすぎず、他の機械式継手もある。例えば、カプラーとねじ付き鉄筋により鉄筋相互を連結する継手である。従って、上記実施例ではスリーブ継手に沿って説明したが、本願発明の対象となるのはスリーブ継手に限定されるものではなく、他の機械式継手も上記実施例同様の効果を奏するものであり、本発明の対象の範囲内のものである。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の鉄筋コンクリート柱又は梁部材の補強構造及びその接合部の補強構造は、上記実施態様に示した構成により、従来のＲＣ軸部材と比較して、以下の利点を有する。
【００３４】
（１）所定量の補強材を配置する作業が、一部集中配置となったため、その分、作業が容易に遂行できるようになった。
（２）集約せん断補強筋の所定位置への配置により、主筋群外周に配置した補強材量を同−条件としたとき、部材の継手埋設部位のせん断補強及びＲＣ軸部材の接合部でのせん断補強等の補強効果を一層増大することができる。
【００３５】
（３）従来、スリーブ継手部分は、主筋径より太くなり、更に当該箇所の外側に補強筋を配設することになるので、コンクリートの被り厚等の関係上、部材断面が大きくなり、当該部材に使用するコンクリート使用量も多くなる。これに対し、本発明は、補強筋の配置をスリーブ継手の部材周囲に配設するのを止めて、スリーブ継手の端部となる主鉄筋側に集約配置したので、同一量の補強筋で、部材断面を大きくする必要がなく、部材断面が大きくなることに伴う直接的および間接的不利益が改善される。
（４）補強材によるせん断補強等の補強効果は従来のもの以上となった。
【００３６】
（５）スリーブ継手部に付着力が無い場合でも、継手両端部に配置した集約せん断補強筋がその付着力を補うことができることとなった。
（６）定着プレートと集約せん断補強筋との組み合わせによってもせん断力に対して有効であることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）主筋引張力分布図。
（ｂ）スリーブ継手を配置したＲＣ軸部材の側断面図。
【図２】スリーブ継手部の釣り合い関係を示す側面図。
【図３】スリーブ継手と集約せん断補強筋とを配置したＲＣ軸部材の側断面図。
【図４】（ａ）基準試験体の側断面図。
（ｂ）スリーブ継手部を設けた試験体の側断面図。
（ｃ）スリーブ継手部と集約せん断補強筋とを設けた試験体の側断面図。
【図５】スリーブ継手の側断面図。
【図６】加力装置の側面図。
【図７】主筋のひずみ分布図。
【図８】釣り合い式の説明図。
【図９】試験体（ａ）における主筋のひずみ測定の分布図。
【図１０】スリーブ継手部と集約せん断補強筋の位置での釣り合い関係を示す説明図。
【図１１】試験体（ｃ）における主筋のひずみ測定の分布図。
【図１２】集約せん断補強筋量決定の説明図。
【図１３】試験体のひび割れ状況を示した側面図。
【図１４】試験体のせん断力相対変位曲線を示す図。
【図１５】梁と梁との接合部の実施例の側面図。
【図１６】（ａ）梁と柱との接合部の他の実施例の側面図。
（ｂ）梁と柱との接合部の他の実施例の平面図。
（ｃ）梁と柱との接合部の他の実施例の平面図。
【符号の説明】
１・・ＲＣ軸部材
２・・主筋
３・・スリーブ継手
４・・補強筋
５・・コンクリート
６・・せん断補強筋
７・・集約せん断補強筋
８・・試験体
９・・空間部
１０・・凹凸部
１１・・開口部
１２・・シール材
１３・・周壁部
１４・・固定ボルト
１５・・孔
１６・・グラウト注入孔
１７・・グラウト排出孔
１８・・加力装置
１９、２０・・梁
２１・・柱
２２・・梁
２３・・柱
２４・・定着プレート
２５・・定着筋
２６、２７・・梁
２８・・柱

Claims (3)

1. 梁の主筋を柱との接合部内で一体化する仕口部に於いて、該主筋の先端部に固定された定着金物の内側部分にせん断補強筋を集中配置したことを特徴とする鉄筋コンクリート柱と梁部材の接合部の補強構造。
2. 接合部を左右両方向側からの梁と柱とよりなる仕口部としたことを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート柱と梁部材の接合部の補強構造。
3. 接合部を片方向側からの梁と柱とよりなる仕口部としたことを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート柱と梁部材の接合部の補強構造。

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