JP5248784B2

JP5248784B2 - 柱と梁の接合構造

Info

Publication number: JP5248784B2
Application number: JP2007014748A
Authority: JP
Inventors: 信之和泉; 聡濱田; 隆清水
Original assignee: Toda Corp
Current assignee: Toda Corp
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2027-01-25
Also published as: JP2008180008A

Description

本願発明は柱と梁の接合構造およびその構築方法に関するものである。

鉄筋コンクリート造の超高層建物における下層階の柱は、高軸力が作用するため高強度コンクリートで構築する必要がある。そのため地下階柱の高強度コンクリートの強度は１階柱よりも大きくなる。例えば、３０階建ての超高層建物の場合、１階柱のコンクリート強度（Ｆｃ）は６０Ｎ／ｍｍ^２が必要になるため、１階柱脚の曲げ降伏耐力を保証する場合には、地下階柱のコンクリート強度も同程度のＦｃ６０Ｎ／ｍｍ^２が必要になる。また例えば、４０階建て以上の超高層建物になると、１階柱のコンクリート強度はＦｃ１００Ｎ／ｍｍ^２を超えるため、地下階柱についてもＦｃ１００Ｎ／ｍｍ^２程度が必要になる。そのため地下階柱の高強度コンクリートの強度を１階柱よりも小さくする場合、そのコンクリート強度の差は特別な検討をしない限り、Ｆｃ６Ｎ／ｍｍ^２前後となる。このような柱と梁の接合構造は、図７および図８に示すように、地下階柱２０の断面積を１階柱２１よりもわずかに大きくし、１階柱の柱主筋２２を柱梁接合部２３で折り曲げて地下階柱２０に連続して配筋していた。また、その他の柱と梁の接合構造としては、例えば特開２００５−１７１７２８号公報の発明が知られている。
特開２００５−１７１７２８号公報

しかし、上記の柱と梁の接合構造のように、地下階に１階とほぼ同じ強度の高強度コンクリートを用いると、耐力壁を含んだ地下階は部材断面が大きいために、コンクリート硬化時の発熱が大きくなるとともに、コンクリートに過大な温度差、すなわち内部の膨張と外部の初期乾燥収縮によるひび割れが発生しやすくなるという問題があった。また高強度コンクリートは非常に高価で、例えばＦｃ３０Ｎ／ｍｍ^２の高強度コンクリートでは１３０００円／ｍ^３となり、Ｆｃ４２Ｎ／ｍｍ^２では１９０００円／ｍ^３、Ｆｃ６０Ｎ／ｍｍ^２では２１０００円／ｍ^３、Ｆｃ８０Ｎ／ｍｍ^２では３６０００円／ｍ^３、Ｆｃ１００Ｎ／ｍｍ^２では４６０００円／ｍ^３、Ｆｃ１３０Ｎ／ｍｍ^２では６１０００円／ｍ^３となる。したがって、Ｆｃ１３０Ｎ／ｍｍ^２の高強度コンクリートは、Ｆｃ６０Ｎ／ｍｍ^２の高強度コンクリートの約３倍の単価となるため、全体として部材断面が大きな地下階、１階柱下側における柱梁接合部、梁および床に１階と同じ強度の高強度コンクリートを用いるのは経済的でないという問題があった。

本願発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高強度コンクリートを使用した場合でも地下階におけるコンクリートのひび割れが防げるとともに経済性の良い柱と梁の接合構造およびその構築方法を提供することである。

以上の課題を解決するための柱と梁の接合構造は、鉄筋コンクリート造の超高層建物における１階柱下側の柱梁接合部の断面積を１階柱の断面積及び地下階柱の断面積よりも大きくすると共に、前記柱梁接合部の柱主筋の角部において分散された圧縮応力に抵抗するように拘束筋が梁間を結ぶ四辺に沿って配筋されてなり、１階柱下側の柱梁接合部の断面積は、１階柱のコンクリート強度をＦｃ１として、柱梁接合部のコンクリート強度をＦｃ２として、１階柱下側の柱梁接合部の断面積≧（√（Ｆｃ１/Ｆｃ２））×（１階柱断面積）の式で求めるものである。更に、１階柱と１階柱下側の柱梁接合部と地下階柱とのそれぞれのコンクリート強度は、互いに異なると共に、１階柱のコンクリート強度＞１階柱下側の柱梁接合部のコンクリート強度＞地下階柱のコンクリート強度の大小関係であることを含むものである。
また、鉄筋コンクリート造の超高層建物における１階柱下側の柱梁接合部の断面積を１階柱の断面積及び地下階柱の断面積よりも大きくすると共に、前記柱梁接合部の柱主筋の角部において分散された圧縮応力に抵抗するように拘束筋が梁間を結ぶ四辺に沿って配筋されてなり、１階柱と１階柱下側の柱梁接合部と地下階柱とのそれぞれのコンクリート強度は、互いに異なると共に、１階柱のコンクリート強度＞１階柱下側の柱梁接合部のコンクリート強度＞地下階柱のコンクリート強度の大小関係であることである。

１階柱下側における柱梁接合部の断面積を１階柱の断面積と地下階柱の断面積よりも大きくしたことにより、高圧縮応力を柱梁接合部で分散することができるので、地下階における柱や耐力壁の強度を１階柱よりも小さくすることができる。例えば、従来の構成においては、１階柱がＦｃ６０Ｎ／ｍｍ^２の場合、柱梁接合部をＦｃ５０Ｎ／ｍｍ^２、地下階柱をＦｃ５０Ｎ／ｍｍ^２しか落とすことができなかったが、本願発明の構成においては、１階柱がＦｃ６０Ｎ／ｍｍ^２の場合、柱梁接合部をＦｃ４２Ｎ／ｍｍ^２、地下階柱をＦｃ３６Ｎ／ｍｍ^２まで落とすことができる。また従来の構成においては、１階柱がＦｃ１３０Ｎ／ｍｍ^２の場合、柱梁接合部をＦｃ１２０Ｎ／ｍｍ^２、地下階柱をＦｃ１２０Ｎ／ｍｍ^２しか落とすことができなかったが、本願発明の構成においては、１階柱がＦｃ１２０Ｎ／ｍｍ^２の場合、柱梁接合部をＦｃ１００Ｎ／ｍｍ^２、地下階柱をＦｃ６０Ｎ／ｍｍ^２まで落とすことができる。このことから本願発明においては、１階柱の強度に対して柱梁接合部および地下階柱の強度を５〜８割程度の強度まで落とすことが可能となった。このことから地下階全体として高価な高強度コンクリートの使用量を低減することができるので、効果的なマスコン対策となってコンクリートのひび割れを防ぐとともに、経済性の向上を図ることもできる。また地下階柱、１階柱、１階柱下側における柱梁接合部および、梁と床のコンクリートの強度を打ち分けることができるので合理的なコンクリート強度の設定、すなわち各箇所ごとを適正なコンクリート強度にすることができる。

以下、本願発明の柱と梁の接合構造および柱と梁の接合構造の構築方法の実施の形態について説明する。この接合構造および構築方法の各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成にのみ異なった符号を付して説明する。

この柱と梁の接合構造１は、鉄筋コンクリート造の超高層建物における１階柱の柱と梁の接合構造であり、１階柱下側の柱梁接合部２の断面積を１階柱３と地下階柱４の断面積よりも大きくして高圧縮応力を分散させることにより、地下階柱４のコンクリート強度を１階柱３よりも大幅に小さくしようとするものである。これは耐力壁を含めた地下階の部材のコンクリート強度を小さくすることにより、効果的なマスコン対策と経済性の向上を図ろうとするものである。

このように地下階柱４のコンクリート強度を１階柱３よりも小さくするには、１階柱下側の柱梁接合部２の断面積を１階柱３と地下階柱４の断面積よりも大きくする他、地下階柱４の断面積を１階柱３の断面積よりもやや大きな構成にする。

この柱梁接合部２は、図１に示すように、１階柱３と地下階柱４の断面積よりも大きな平面八角形に形成されている。この柱梁接合部２の対向する四辺には各梁５が接合され、これらの梁間を結ぶ他の四辺６が地下階柱の四隅７を通るように形成されている。

また柱梁接合部２には、図２に示すように、柱主筋８と帯筋９とからなる１階柱の柱鉄筋１０が配筋され、この柱鉄筋１０の角部には拘束筋１１が梁間を結ぶ四辺６に沿って配筋されている。これは分散された圧縮応力に拘束筋１１で抵抗することによって断面積が大きくなった部分１２のコンクリートが割れてしまうのを防ぐためである。したがって、断面積が大きくなった（支圧の面積が大きくなった）１階柱下側の柱梁接合部２を介して断面積の異なる１階柱３と地下階柱４とが接合された構成になっている。

この柱梁接合部２の断面積は、１階柱下側の柱梁接合部の断面積≧√(Fc1/FC2)×（１階柱断面積）の式から算出することにより、最も効率的な大きさに設定することができる。ここにFc1は１階柱のコンクリート強度、FC2は柱梁接合部のコンクリート強度であり、柱梁接合部２の断面積が１階柱の断面積よりも割り増し（支圧の面積を大きくした）したものとなる。

したがって、例えば１階柱３をＦｃ１３０Ｎ／ｍｍ^２にし、地下階柱４をＦｃ６０Ｎ／ｍｍ^２に設定する場合には、上記の式から柱梁接合部２の断面積を算出して、このコンクリート強度を設定することもできる。

なお柱梁接合部２は上記の平面八角形に限らず、平面四角形または平面円形であってもよい。

また地下階柱４は、図３に示すように、１階柱３よりもコンクリート強度が大幅に小さくなるため、断面積がやや大きくなっている。そして、この地下階柱４の下部にまで１階柱３の柱鉄筋１０が連続して配筋され、この柱鉄筋１０の外側に、地下階柱の他の柱鉄筋１３が配筋された二重配筋になっている。そして、この柱鉄筋１３における柱主筋１５の上端部に定着具１６が設置されている。

このように１階柱３と地下階柱４の大きさ（断面積）が異なる場合、従来は図８に示すように、柱梁接合部２３において１階柱２１の柱鉄筋の柱主筋２２を折り曲げて地下階柱２０に配筋していたが、あまり大きく折り曲げると高応力によって弾けてしまうため、このような二重配筋にして高応力に対して抵抗している。

このように１階の柱梁接合部２、地下階柱４および梁５の高強度コンクリートの強度をそれぞれ適正に設定することにより、各部のコンクリートを強度に応じて打ち分けることができる。その打ち分け方法としては、１階柱下側の柱梁接合部２、地下階柱４および梁５のコンクリート強度がそれぞれ異なっている場合、まず地下階柱４の高強度コンクリートを梁下まで打ち込んだ後、この高強度コンクリートと異なった強度の高強度コンクリートを１階柱下側の柱梁接合部２に打ち込み、最後に、これらと強度の異なる高強度コンクリートを梁５に打ち込むものである。

また１階柱下側の柱梁接合部２と地下階柱４とのコンクリート強度が同じ場合の打ち分け方法としては、まず地下階柱４と１階柱下側の柱梁接合部２の上面まで高強度コンクリートを打ち込んだ後、この高強度コンクリートと異なる強度の高強度コンクリートを梁５に打ち込むものである。

次に、上記の柱と梁の接合構造の構築方法の実施の形態を図３に基づいて説明する。まず、コンクリート基礎１４上に、地下階柱の柱鉄筋１０と１階柱の柱鉄筋１０とを連続して配筋するとともに、該地下階柱の柱鉄筋１０の外側に、他の柱鉄筋１３を配筋して二重配筋とする。そして、この柱鉄筋１３における柱主筋１５の上端部に定着具１６を設置する。

次に、これらの地下階柱間に耐力壁の壁鉄筋（図示せず）を配筋するとともに、１階柱下側の柱梁接合部２に梁鉄筋（図示せず）を配筋する。次に、地下階柱の柱鉄筋１０と耐力壁の壁鉄筋とを囲むようにして、柱型枠と壁型枠（図示せず）を、梁鉄筋を囲むように梁型枠（図示せず）をそれぞれ組立形成する。

そして１階柱下側の柱梁接合部２、地下階柱４、梁５のコンクリート強度がそれぞれ異なっている場合は、まず柱型枠および壁型枠の梁下まで高強度コンクリートを打ち込んだ後、これと異なった強度の高強度コンクリートを１階柱下側の柱梁接合部２に打ち込む。そして最後に、これらと強度の異なる高強度コンクリートを梁型枠に打ち込むと、各箇所に強度の異なる高強度コンクリートが打ち分けられた柱と梁の接合構造１が構築される。

なお、１階柱下側の柱梁接合部２と地下階柱４とのコンクリート強度が同じ場合は、まず地下階柱４と１階柱下側の柱梁接合部２の上面まで高強度コンクリートを打ち込んだ後、この高強度コンクリートと異なる強度の高強度コンクリートを梁５に打ち込むものとする。

また下記の表１は、Ｆｃ１３０Ｎ／ｍｍ^２の超高強度鉄筋コンクリート柱の構造実験を行ったものである。ここにおいて試験体は１階柱を想定した１／３〜１／４の縮尺模型とした。また柱にはコンクリート圧縮強度（σ_Ｂ）１３０Ｎ／ｍｍ^２の超高強度コンクリート、ＵＳＤ６８５級の主筋（Ｄ１６）、およびＳＢＰＤ１２７５のせん断補強筋を使用した。また柱の下部は柱梁接合部、地下階柱、１階梁を想定した形状とする。またＵＨＲＣ１９は、４５°方向加力とする。なお表中※１は（靭性保証せん断強度Ｒｐ＝０．０１）／（断面分割法曲げ耐力）であり、表中※２は（靭性保証せん断強度Ｒｐ＝０）／（断面分割法曲げ耐力）であり、図中３の［］内は、テストピース圧縮強度（對緘養生）である。

またＵＨＲＣ１８、ＵＨＲＣ１９、ＵＨＲＣ２０は、図４〜図６に示す柱と梁の接合構造１７、１８、１９で実験を行ったものである。この結果、Ｆｃ１３０Ｎ／ｍｍ^２の柱直下の接合部について、八角形の形状にしたＵＨＲＣ１８およびＵＨＲＣ１９は、１／２５〜１／２０ｒａｄ.まで裁荷した場合でも、縦ひび割れと斜めひび割れとが発生したものの、接合部かぶりコンクリートの剥落は見られなかった。

一方、地下階柱４と同じ大きさの通常の接合部としたＵＨＲＣ２０の場合は、１／５０ｒａｄ.で接合部コーナーのかぶりコンクリートのひび割れが大きくなり、１／３３ｒａｄ.でほとんど剥落直前の状態になった。このことから本願発明の上記の効果を確認することができた。

なお、上記の実施の形態においては高強度コンクリートを用いて説明したが、これは高強度コンクリートに限らず、通常の強度のコンクリートであっても適用することができる。

柱と梁の接合構造の概念図であり、（１）は平面図、（２）は側面図である。（１）は柱梁接合部の断面図、（２）は１階柱の断面図、（３）は地下階柱の断面図である。柱と梁の接合構造の断面図である。（１）は構造実験における柱と梁の接合構造の断面図、（２）および（３）は（１）の履歴曲線図である。（１）は構造実験における柱と梁の接合構造の断面図、（２）および（３）は（１）の履歴曲線図である。（１）は構造実験における柱と梁の接合構造の断面図、（２）および（３）は（１）の履歴曲線図である。従来の柱と梁の接合構造の概念図であり、（１）は平面図、（２）は側面図である。従来の柱と梁の接合構造の断面図である。

符号の説明

１、１７、１８、１９柱と梁の接合構造
２、２３柱梁接合部
３、２１１階柱
４、２０地下階柱
５梁
６四辺
７四隅
８、１５、２２柱主筋
９帯筋
１０柱鉄筋
１１拘束筋
１２コンクリート
１３他の柱鉄筋
１４コンクリート基礎
１６定着具

Claims

鉄筋コンクリート造の超高層建物における１階柱下側の柱梁接合部の断面積を１階柱の断面積及び地下階柱の断面積よりも大きくすると共に、前記柱梁接合部の柱主筋の角部において分散された圧縮応力に抵抗するように拘束筋が梁間を結ぶ四辺に沿って配筋されてなり、
１階柱下側の柱梁接合部の断面積は、１階柱のコンクリート強度をＦｃ１として、柱梁接合部のコンクリート強度をＦｃ２として、１階柱下側の柱梁接合部の断面積≧（√（Ｆｃ１/Ｆｃ２））×（１階柱断面積）の式で求めるものであること、
を特徴とする柱と梁の接合構造。
１階柱と１階柱下側の柱梁接合部と地下階柱とのそれぞれのコンクリート強度は、互いに異なると共に、１階柱のコンクリート強度＞１階柱下側の柱梁接合部のコンクリート強度＞地下階柱のコンクリート強度の大小関係であること、
を特徴とする請求項１に記載の柱と梁の接合構造。
鉄筋コンクリート造の超高層建物における１階柱下側の柱梁接合部の断面積を１階柱の断面積及び地下階柱の断面積よりも大きくすると共に、前記柱梁接合部の柱主筋の角部において分散された圧縮応力に抵抗するように拘束筋が梁間を結ぶ四辺に沿って配筋されてなり、
１階柱と１階柱下側の柱梁接合部と地下階柱とのそれぞれのコンクリート強度は、互いに異なると共に、１階柱のコンクリート強度＞１階柱下側の柱梁接合部のコンクリート強度＞地下階柱のコンクリート強度の大小関係であること、
を特徴とする柱と梁の接合構造。