JP5039616B2 - 梁ユニット - Google Patents

Description

本発明は、梁ユニットに関する。

プレストレストコンクリート製の梁本体を含む梁ユニットが特許文献１に開示されている。特許文献１の梁ユニットは、梁本体と、その端部に埋設した鋼製の接合部材とを備えるものであり、柱に設けた鋼製のブラケットに接合部材を溶接するとともに、柱および梁本体の端部に跨設した連結用ＰＣ鋼材に引張力を付与することで柱に接合されている。

また、特許文献２には、柱に設けたダイアフラムにプレストレストコンクリート製の梁本体を突き合せ、梁本体の端部に挿通した連結用ＰＣ鋼材を利用して梁本体とダイアフラムとを圧着する技術が開示されている。

特許第２８７８３８２号公報 特開平８−１０９６７７号公報

梁本体がプレストレストコンクリート製である場合には、プレストレスを付与するためのプレストレス導入用鋼材が梁本体の全長に亘って配置されるところ、特許文献１，２の梁本体には、プレストレス導入用鋼材に加えて、前記した連結用ＰＣ鋼材が配置されることになるので、梁本体の端部における配筋が複雑になるとともに、プレストレス導入用鋼材の位置や本数が制約される虞がある。特に、梁本体の端部に接合部材が埋設されている特許文献１の梁ユニットにおいては、プレストレス導入用鋼材や鉄筋を配置可能な領域が連結部材の周囲のコンクリート部分に限定されることになるので、プレストレス導入用鋼材の位置等がより一層制約される虞がある。

このような観点から、本発明は、プレストレストコンクリート製の梁本体を含む梁ユニットを提供することを課題とする。

第一の課題を解決する本発明に係る梁ユニットは、二つの構造要素間に架設される梁ユニットであって、プレストレストコンクリート製の梁本体と、前記構造要素に接続される連結部材と、を備え、前記連結部材は、前記梁本体の長手方向の端部のコンクリート部に配置されており、前記連結部材が、前記梁本体のコンクリート部の上面、下面および側面のうちの少なくとも一面に固着されていることを特徴とする。

このようにすると、連結部材を梁本体のコンクリート部に埋設した場合（すなわち、連結部材をコンクリート部の断面内に配置した場合）に比べて、プレストレス導入用鋼材（ＰＣ鋼材や高強度鉄筋など）の位置や本数等が制約され難くなり、その結果、プレストレスを効率よく導入することができる位置にプレストレス導入用鋼材を配置することが可能になるので、例えば、梁本体のロングスパン化を図ることが可能になる。

なお、本発明における「構造要素」には、柱、桁、壁などのほか、これらから張り出すブラケットも含まれる。

なお、前記梁本体の長手方向の端部におけるコンクリート部の高さ寸法および幅寸法を、当該端部以外の部位である一般部におけるコンクリート部の高さ寸法および幅寸法よりも小さくした場合には、前記連結部材に、前記端部におけるコンクリート部の上面に固着される上板部と、前記端部におけるコンクリート部の下面に固着される下板部と、前記端部におけるコンクリート部の側面に固着される側板部とを前記端部のコンクリート部の上面に固着される上板部と、前記端部の下面に固着される下板部と、前記端部の側面に固着される側板部とを具備させることが望ましい。このようにすると、連結部材とコンクリートとの一体性が高まるので、梁本体の端部の耐力を向上させることが可能となる。

連結部材の材質にも制限はないが、構造要素が鋼材で構成されている場合には、連結部材も鋼材とすることが望ましい。このようにすると、溶接やボルト接合等といった簡易な接合方法により構造要素と連結部材とを接合することが可能となる。

前記連結部材にせん断伝達部材（シアーコネクタ）を固着しておき、前記せん断伝達部材を、前記コンクリート部に埋設してもよい。このようにすると、梁本体と連結部材との一体化が図られることになるので、梁本体の端部の耐力をより一層向上させることが可能となる。

前記した梁ユニットを二個一組にしてもよい。この場合には、前記両梁ユニットを幅方向に併設し、一方の前記梁ユニットの前記連結部材と他方の前記梁ユニットの前記連結部材とを連結するとよい。

梁ユニットが大規模になると、重量が嵩むことから、運搬等に支障をきたす虞があるし、大規模な製造設備が必要になるので、既存の製造設備で製造できない場合には、新たな設備投資を行う必要がある。これに対し、梁ユニットを二個一組にした梁構造によれば、梁ユニット一つ一つが小規模なものになるので、運搬等が容易になるとともに、大規模な設備投資が不要になる。

本発明に係る梁ユニットによれば、梁本体に埋設されるプレストレス導入用鋼材の位置や本数等が制約され難くなるので、ロングスパン化を図ることが可能になる。
また、本発明に係る梁構造によれば、運搬等が容易になるとともに、大規模な設備投資が不要になる。

図１に示すように、本実施形態に係る梁構造Ｂは、二つの構造要素Ｋ，Ｋ（図面においては一方のみを図示している）間に架設されるものであって、プレストレストコンクリート製の梁本体１を含む梁ユニットＵを二個一組にしてなるものである。両梁ユニットＵ，Ｕは、幅方向に併設されている。

梁ユニットＵは、梁本体１と、構造要素Ｋに接続される連結部材２と、を備えている。本実施形態の梁ユニットＵは、工場や施工ヤードなどにおいて製作されるハーフプレキャスト部材であり、梁の一部を構成する。

梁本体１は、プレストレスが導入された鉄筋コンクリート構造であり、図２の（ａ）に示すように、複数の上端筋（梁主筋）１ａ，１ａ，…と、上端筋１ａ群の下方に配筋された複数の下端筋（梁主筋）１ｂ，１ｂ，…と、複数のあばら筋１ｃ，１ｃ，…と、コンクリート部１ｄとを含んで構成されている。

上端筋１ａは、梁本体１の全長に亘って配筋されている。上端筋１ａの位置、本数、公称径、強度などは、梁ユニットＵに要求される曲げ強度等に応じて適宜変更されるものであるが、本実施形態では、上下２段に配筋されている（本実施形態では、各段につき二本ずつ合計四本）。なお、下段の上端筋１ａ，１ａは、コンクリート部１ｄに埋設されているが、上段の上端筋１ａ，１ａは、コンクリート部１ｄの上方に配筋されており、コンクリート部１ｄの上側に場所打ちコンクリートＳを打設するまで露出している。

下端筋１ｂは、高強度鉄筋からなり、梁本体１の全長に亘って配筋されている。本実施形態の下端筋１ｂは、コンクリート部１ｄにプレストレスを導入するためのプレストレス導入用鋼材（緊張材）を兼ねている。下端筋１ｂの位置、本数、公称径、強度などは、梁ユニットＵに要求される曲げ強度等に応じて適宜変更されるものであるが、図２の（ｂ）および（ｃ）に示すように、本実施形態では、上下２段に配筋されていて（本実施形態では、各段につき二本ずつ合計四本）、いずれの位置の下端筋１ｂもコンクリート部１ｄに埋設されている。

あばら筋１ｃは、上端筋１ａ群と下端筋１ｂ群とを取り囲むように配筋されている。あばら筋１ｃの上部は、コンクリート部１ｄの上面から突出していて、コンクリート部１ｄの上側に場所打ちコンクリートＳを打設するまで露出している。なお、連結部材２によって囲まれた部位においては、コンクリート部１ｄの内部（連結部材２の内側）にあばら筋１ｃを配筋する（図２の（ａ）および（ｃ）参照）。

コンクリート部１ｄには、プレストレスが導入されている。コンクリート部１ｄの長手方向の端部（連結部材２に囲まれた部位）の高さ寸法および幅寸法は、その他の部位（以下、「一般部」という。）よりも小さくなっている。本実施形態では、コンクリート部１ｄの端部の上面を一般部の上面よりも一段下がった位置に設けるとともに、端部の下面を一般部の下面よりも一段上った位置に設けることで、コンクリート部１ｄの端部の高さ寸法を一般部の高さ寸法よりも小さくしており、コンクリート部１ｄの二つの側面のうちの一方（本実施形態では、他の梁ユニットＵに対向する側面）の端部に段差を設けることで、コンクリート１ｄの端部の幅寸法を一般部の幅寸法よりも小さくしている。なお、本実施形態においては、コンクリート部１ｄの断面形状を縦長の長方形としているが、断面形状を限定する趣旨ではない。

連結部材２は、図２の（ａ）に示すように、梁本体１の長手方向の端部に固着される部位（図２の（ｃ）参照）と、コンクリート部１ｄの端面から構造要素Ｋに向って延出する部位（図２の（ｄ）参照）とを備えている。本実施形態の連結部材２は、断面コ字状を呈する鋼製の部材であり、コンクリート部１ｄの上面に固着される上板部２ａと、コンクリート部１ｄの下面に固着される下板部２ｂと、コンクリート部１ｄの一方の側面（本実施形態では、他の梁ユニットＵに対向する側面）に固着される側板部２ｃとを備えている。

上板部２ａは、コンクリート部１ｄの上面に設けられた段差と同じ厚さ寸法を有し、上板部２ａの上面は、コンクリート部１ｄの一般部の上面と面一になる。上板部２ａの下面（連結部材２の内周面）には、コンクリート部１ｄに埋設されるせん断伝達部材３ａ，３ａ，…が突設されている。せん断伝達部材３ａは、コンクリート部１ｄと上板部２ａとの付着強度を増大させる役割を担うものであり、本実施形態では、スタッド溶接により上板部２ａに固着されたスタッドボルトからなる。また、上板部２ａの上面には、その上側に打設される場所打ちコンクリートＳとの付着強度を増大させるためのせん断伝達部材３ｅ，３ｅ，…が突設されている。なお、せん断伝達部材３ａ，３ｅとして、鉄筋や孔あき鋼板等を使用しても差し支えない。

下板部２ｂは、コンクリート部１ｄの下面に設けられた段差と同じ厚さ寸法を有し、下板部２ｂの下面は、コンクリート部１ｄの一般部の下面と面一になる。下板部２ｂの上面（連結部材２の内周面）には、コンクリート部１ｄに埋設されるせん断伝達部材３ｂ，３ｂ，…が突設されている。せん断伝達部材３ｂは、コンクリート部１ｄと下板部２ｂとの付着強度を増大させる役割を担うものであり、本実施形態では、スタッド溶接により上板部２ａに固着されたスタッドボルトからなる。なお、せん断伝達部材３ｂとして、鉄筋や孔あき鋼板等を使用しても差し支えない。

側板部２ｃは、コンクリート部１ｄの側面に設けた段差よりも小さな厚さ寸法を有し、図２の（ｃ）に示すように、他の梁ユニットＵの連結部材２の側板部２ｃと隙間をあけて対向する。側板部２ｃのコンクリート部１ｄ側の側面（連結部材２の内周面）には、コンクリート部１ｄに埋設されるせん断伝達部材３ｃ，３ｃ，…が突設されている。せん断伝達部材３ｃは、コンクリート部１ｄと側板部２ｃとの付着強度を増大させる役割を担うものであり、本実施形態では、スタッド溶接により側板部２ｃに固着されたスタッドボルトからなる。なお、せん断伝達部材３ｃとして、鉄筋や孔あき鋼板等を使用しても差し支えない。

このような形態の梁ユニットＵは、図示せぬ型枠内において上端筋１ａ、下端筋１ｂおよびあばら筋１ｃを配筋するとともに、下段の上端筋１ａと上下段の下端筋１ｂの長手方向の端部を取り囲むように連結部材２を配置し（図２の（ｃ）参照）、下端筋１ｂに緊張力（引張力）を付与した状態でコンクリート部１ｄの素となるフレッシュコンクリートを打設して硬化させることで得ることができる。なお、図示は省略するが、プレストレス導入用鋼材であるＰＣ鋼線やＰＣ鋼棒をコンクリート部１ｄに配置し、ポストテンション方式またはプレテンション方式によりプレストレスを導入しても差し支えない。

次に、構造要素Ｋの構成を説明する。図１に示すように、構造要素Ｋは、柱４と、この柱４から梁ユニットＵに向って張り出すブラケット５と、柱４と図示せぬ他の柱との間に架設される桁６とを含んで構成されている。

柱４は、角形鋼管からなり、図３の（ａ）にも示すように、その側面には、ダイアフラム４ａ，４ｂや接続プレート４ｃが突設されている。なお、本実施形態では、角形鋼管からなる柱４を例示するが、柱４の構成を限定する趣旨ではない。図示は省略するが、鉄筋コンクリート構造、鉄骨鉄筋コンクリート構造、充填型若しくは被覆型の鋼管コンクリート構造、鉄骨構造の柱４としても差し支えない。

ブラケット５は、図３の（ｃ）に示すように、柱４と梁ユニットＵとの間に介設される部材であって、例えば、Ｈ形鋼、Ｉ形鋼、溝形鋼といった鋼製の形材からなり、梁の一部を構成する。ブラケット５の先端部には、図３の（ｂ）にも示すように、梁ユニットＵに接続される接続部５ｄが形成されている。接続部５ｄは、ブラケット５の素となる形材の上下のフランジ５ａ，５ｂを切除することで形成したものであり、ウェブ５ｃと一体になっている。ブラケット５の上面には、その上側に打設される場所打ちコンクリートＳとの付着強度を増大させるためのせん断伝達部材５ｅ，５ｅ，…が突設されている。せん断伝達部材５ｅは、溶接等の手段によりブラケット５に固着されている。

図１に示す桁６は、Ｈ形鋼やＩ形鋼といった鋼製の形材からなる。なお、桁６の構成を限定する趣旨ではない。

次に、梁構造Ｂと構造要素Ｋを含む柱梁架構の構築方法を説明する。この柱梁架構は、異種の構造（本実施形態ではプレストレストコンクリート構造と鋼構造）を組み合わせた複合構造となる。また、梁構造Ｂとブラケット５とを含んで構成される「梁」は、異種の構造を組み合わせた複合構造の梁となる。なお、図３においては、間隔をあけて配置される二つの構造要素Ｋ，Ｋのうちの一方のみを図示し、他方の図示を省略している。

まず、柱４を立設するとともに（図３の（ａ）参照）、柱４にブラケット５を接続する（図３の（ｂ）参照）。柱４にブラケット５を接続する場合には、柱４の接続プレート４ｃにブラケット５のウェブ５ｃを沿わせつつ、柱４のダイアフラム４ａ，４ｂにブラケット５のフランジ５ａ，５ｂの端面を溶接し、かかる状態で接続プレート４ｃとウェブ５ｃとをボルト接合や溶接等の手段により接合すればよい。

次に、図示したブラケット５とこれに対向する図示せぬ他方のブラケット（構造要素）との間に、梁ユニットＵを架設する（図３の（ｃ）参照）。ブラケット５に梁ユニットＵを接続する場合には、ブラケット５の接続部５ｄの側面に連結部材２の側板部２ｃを沿わせつつ、ブラケット５のフランジ５ａ，５ｂの端面に連結部材２の上板部２ａおよび下板部２ｂの端面を突き合わせ、かかる状態で接続部５ｄと側板部２ｃとをボルト接合や溶接等の手段により接合すればよい。

なお、本実施形態では、二つの梁ユニットＵ，Ｕを幅方向に併設し（図２の（ｂ）および（ｃ）参照）、一方の梁ユニットＵの連結部材２と他方の梁ユニットＵの連結部材２とを、接続部５ｄを介在させた状態で連結する（図２の（ｄ）参照）。すなわち、図２の（ｄ）に示すように、ブラケット５の接続部５ｄの一側面に一方の梁ユニットＵの側板部２ｃを沿わせつつ、接続部５ｄの他側面に他方の梁ユニットＵの側板部２ｃを沿わせ、一方の梁ユニットＵの側板部２ｃと他方の梁ユニットＵの側板部２ｃとで接続部５ｄを挟みつつ側板部２ｃ，２ｃと接続部５ｄを接合する。なお、図示は省略するが、側板部２ｃと接続部５ｄに施工用のボルト孔を別途設けておき、このボルト孔を利用して接続部５ｄの両側に梁ユニットＵ，Ｕを接続してもよい。

その後、図示せぬスラブ筋を配筋し、図３の（ｄ）に示すように、梁ユニットＵのコンクリート部１ｄおよび上板部２ａの上側やブラケット５の上側などに場所打ちコンクリートＳを打設し、梁の上層部とスラブとを一体に構築する。なお、梁ユニットＵは、コンクリート部１ｄの上側に露出させた上端筋１ａおよびあばら筋１ｃ（図３の（ｃ）参照）、並びに、連結部材２の上側に露出させたせん断伝達部材３ｅ（図３の（ｃ）参照）の作用により、場所打ちコンクリートＳとの一体化が図られ、ブラケット５は、その上側に露出させたせん断伝達部材５ｅ（図３の（ｃ）参照）の作用により、場所打ちコンクリートＳとの一体化が図られる。

なお、柱梁架構の構築手順は、適宜変更しても差し支えない。例えば、柱４を立設した後に、柱４にブラケット５を接続してもよいし、柱４にブラケット５を接続した後に、柱４を立設してもよい。また、梁ユニットＵの連結部材２にブラケット５を予め接続しておき、ブラケット５が接続された状態の梁ユニットＵを柱４，４間に架設してもよい。

以上説明した本実施形態に係る梁ユニットＵによれば、連結部材２の全部を梁本体１のコンクリート部１ｄに埋設した場合に比べて、プレストレスを導入する際に使用する下端筋１ｂの位置や本数等が制約され難くなる。つまり、梁ユニットＵによれば、プレストレスを効率よく導入することができる位置に下端筋１ｂを配置することが可能になるので、例えば、梁本体１のロングスパン化を図ることが可能となる。

また、本実施形態においては、梁本体１のコンクリート部１ｄの三面（上面、下面、側面）を覆うことができる形態の連結部材２を使用しているので、コンクリートとの一体性が高まり、その結果、梁本体１の端部の耐力を向上させることが可能となる。

さらに、梁ユニットＵによれば、連結部材２が鋼材で形成されているので、鋼材からなる構造要素Ｋ（ブラケット５）に簡易迅速に接合することが可能となる。

しかも、梁ユニットＵによれば、連結部材２の内周面に固着したせん断伝達部材３ａ，３ｂ，３ｃの作用により、梁本体１と連結部材２との一体性が高まるため、梁本体１の端部の耐力をより一層向上させることが可能となる。

また、梁ユニットＵ，Ｕを二個一組にした梁構造Ｂによれば、梁ユニットＵ一つ一つが小規模なものになるので、運搬等が容易になるとともに、大規模な設備投資が不要になる。

なお、本実施形態では、梁ユニットＵがハーフプレキャスト部材である場合を例示したが、フルプレキャスト部材であっても差し支えない。

また、本実施形態では、梁ユニットＵとブラケット５の接続構造として、連結部材２の側板部２ｃとブラケット５の接続部５ｄとを接合する形態を例示したが、適宜変更しても差し支えない。例えば、両者の接合部分を剛なものにする場合には、図４の（ａ）および（ｂ）に示すように、連結部材２の上板部２ａとブラケット５の上側のフランジ５ａとを接合するとともに、連結部材２の下板部２ｂとブラケット５の下側のフランジ５ｂとを接合するとよい。なお、図４の（ａ）および（ｂ）においては、連結部材２とブラケット５の境界部分を跨ぐように配置したスプライスプレート７，７，…を介して両者を接合する形態を例示しているが、溶接等により両者を接合しても勿論差し支えない。

また、本実施形態では、断面コ字状を呈する連結部材２を例示したが、連結部材２の形態を限定する趣旨ではない。図示は省略するが、連結部材を断面箱型（角筒状）とし、コンクリート部１ｄの四面（上面、下面および二つの側面）に連結部材２を固着しても差し支えない。また、連結部材を断面Ｌ字状として、コンクリート部１ｄの二面に連結部材２を固着しても差し支えないし、連結部材を平板状として、コンクリート部１ｄの上面、下面および側面の少なくとも一面に連結部材を固着しても差し支えない。

また、本実施形態では、ブラケット５を設けた形態を例示したが、ブラケット５を省略し、梁ユニットＵを柱４に直接接続しても差し支えない。また、図示は省略するが、図１に示す桁６の側面に梁ユニットＵを接続しても勿論差し支えない。

また、本実施形態では、梁ユニットＵ，Ｕを二個一組にして使用する場合を例示したが、図５の（ａ）〜（ｄ）に示すように、一の梁ユニットＵを単独で使用しても勿論差し支えない。なお、図５の形態においては、上板部２ａと下板部２ｂと側板部２ｃとで囲まれた空間内にブラケット５の接続部５ｄを位置させている。

本発明の実施形態に係る梁ユニットおよびこれを利用した梁構造を示す斜視図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る梁ユニットおよびこれを利用した梁構造を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１断面図、（ｃ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２断面図、（ｄ）は（ａ）のＸ３−Ｘ３断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明の実施形態に係る梁ユニットおよびこれを利用した 梁構造を含む柱梁架構の構築手順を説明する側面図である。 （ａ）は梁ユニットと構造要素の接続構造の変形例を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ３−Ｘ３断面図である。 （ａ）は本発明の実施形態に係る梁ユニットの変形例を示す側面図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１断面図、（ｃ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２断面図、（ｄ）は（ａ）のＸ３−Ｘ３断面図である。

符号の説明

Ｂ 梁構造
Ｕ 梁ユニット
１ 梁本体
１ｄ コンクリート部
２ 連結部材
２ａ 上板部
２ｂ 下板部
２ｃ 側板部
３ａ，３ｂ，３ｃ せん断伝達部材
Ｋ 構造要素

Claims (3)

1. 二つの構造要素間に架設される梁ユニットであって、
   プレストレストコンクリート製の梁本体と、
   前記構造要素に接続される連結部材と、を備え、
   前記連結部材は、前記梁本体の長手方向の端部のコンクリート部に配置されており、
   前記連結部材が、前記梁本体のコンクリート部の上面、下面および側面のうちの少なくとも一面に固着されていることを特徴とする梁ユニット。
2. 前記梁本体の長手方向の端部におけるコンクリート部の高さ寸法および幅寸法は、当該端部以外の部位である一般部におけるコンクリート部の高さ寸法および幅寸法よりも小さく、
   前記連結部材が、前記端部におけるコンクリート部の上面に固着される上板部と、前記端部におけるコンクリート部の下面に固着される下板部と、前記端部におけるコンクリート部の側面に固着される側板部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の梁ユニット。
3. 前記連結部材にせん断伝達部材が固着されており、
   前記せん断伝達部材が、前記コンクリート部に埋設されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の梁ユニット。

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