JP5323653B2

JP5323653B2 - 柱構造

Info

Publication number: JP5323653B2
Application number: JP2009267232A
Authority: JP
Inventors: 健好是永; 悟士渡邉; 和正今井; 努小室
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: JP2011111751A

Description

本発明は、柱構造に関する。

従来より、高層マンションや長大なスパンを有する建物を鉄筋コンクリート造で建設することが行われている。この場合、建物の柱に大きな軸力が作用するため、超高強度コンクリートが用いられている。

特開２００９−７９３９７号公報

ところで、以上のような超高強度コンクリートからなる柱では、コンクリート初期硬化時の自己収縮を低減させるため、コンクリートに収縮低減剤を混入している。
また、耐火性能を確保するため、コンクリートに有機繊維を混入している。このとき、コンクリートの流動性を確保するため、高性能ＡＥ減水剤などの混和剤も使用している。有機繊維の混入量や混和剤の使用量は、コンクリートの強度が高くなるほど、多くなっている。
このように、超高強度コンクリートを使用する場合、収縮低減剤、有機繊維、混和剤などを使用する必要があるため、材料コストが高くなる、という問題があった。

本発明は、低コストで大きな軸力を負担できる柱を構築できる柱構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の柱構造は、鉛直方向に延びて超高強度コンクリートからなる芯部と、当該芯部の側面を囲んで設けられて耐火性を有するコンクリートからなる外周部と、を備え、前記外周部は、少なくとも４本の軸筋と、当該軸筋を囲繞するフープ筋と、を備え、前記軸筋は、上階の柱梁接合部および下階の柱梁接合部のうち少なくとも一方の柱梁接合部に定着されないことを特徴とする。

この発明によれば、超高強度コンクリートからなる芯部を囲んで外周部を設けた。よって、芯部自体の圧縮強度が高いうえに、外周部により芯部の変形が拘束されるので、大きな軸力を負担できる。

また、外周部に軸筋およびフープ筋を設けたので、芯部の鉄筋量を無筋あるいは少量とすることができる。よって、芯部では鉄筋によりコンクリートがほとんど拘束されないから、芯部に超高強度コンクリートを用いても、コンクリートの自己収縮によってひび割れが生じるのを防止できる。その結果、芯部のコンクリートに混入する収縮低減剤の使用量を低減でき、低コストとなる。

また、芯部ではコンクリートが鉄筋にほとんど拘束されないため、材齢初期に高温養生など特殊な養生を施して、早期にコンクリート強度を発現させることができる。よって、セメント量を低減でき、低コストとなる。

また、耐火性を有するコンクリートで外周部を形成したので、外周部により柱の耐火性能を確保できるから、芯部のコンクリートで耐火性能を確保する必要がない。よって、芯部のコンクリートの有機繊維をなくして、混和剤を少量にできるので、低コストとなる。

また、柱の断面積を小さくできるので、柱表面を打放し仕上げとしたり、表面に凹凸模様を設けたりして、意匠性の高い柱を構築できる。

また、軸筋を上階の柱梁接合部および下階の柱梁接合部のうち少なくとも一方に定着しないので、柱と梁とが半剛接合されることとなり、地震時に柱の柱頭部および柱脚部の損傷を低減できる。

請求項２に記載の柱構造は、前記外周部の上端部と前記上階の柱梁接合部との間、および、前記外周部の下端部と前記下階の柱梁接合部との間のうち少なくとも一方には、隙間が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、外周部の端部と柱梁接合部との間に隙間を形成したので、地震時に柱の柱頭部および柱脚部の損傷を確実に低減できる。

本発明によれば、超高強度コンクリートからなる芯部を囲んで外周部を設けた。よって、芯部自体の圧縮強度が高いうえに、外周部により芯部の変形が拘束されるので、大きな軸力を負担できる。また、外周部に軸筋およびフープ筋を設けたので、芯部の鉄筋量を無筋あるいは少量とすることができる。よって、芯部では鉄筋によりコンクリートがほとんど拘束されないから、芯部に超高強度コンクリートを用いても、コンクリートの自己収縮によってひび割れが生じるのを防止できる。その結果、芯部のコンクリートに混入する収縮低減剤の使用量を低減でき、低コストとなる。また、芯部ではコンクリートが鉄筋にほとんど拘束されないため、材齢初期に高温養生など特殊な養生を施して、早期にコンクリート強度を発現させることができる。よって、セメント量を低減でき、低コストとなる。また、耐火性を有するコンクリートで外周部を形成したので、外周部により柱の耐火性能を確保できるから、芯部のコンクリートで耐火性能を確保する必要がない。よって、芯部のコンクリートの有機繊維をなくして、混和剤を少量にできるので、低コストとなる。

本発明の一実施形態に係る柱構造が適用された柱の縦断面図および横断面図である。本発明の第１の変形例に係る柱構造が適用された柱の縦断面図および横断面図である。本発明の第２の変形例に係る柱構造が適用された柱の縦断面図である。本発明の第３の変形例に係る柱構造が適用された柱の横断面図である。本発明の第４の変形例に係る柱構造が適用された柱の横断面図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る柱構造が適用された柱１０の縦断面図および横断面図である。
柱１０は、プレキャスト工場で製造されて施工現場に運搬されたプレキャスト柱であり、柱１０の上方に位置する柱梁接合部２０および柱１０の下方に位置する柱梁接合部３０に半剛接合されている。

柱１０は、鉛直方向に延びる円柱状の芯部１１と、この芯部１１を囲んで鉛直方向に延びる四角筒状の外周部１２と、を備える。
柱１０の柱頭部上端には、外周に沿ってテーパ１０１が形成されている。すなわち、外周部１２は、上方に向かうに従って断面積が小さくなっており、柱梁接合部２０の下端面に接合していない。
柱１０の柱脚部下端には、外周に沿ってテーパ１０１が形成されている。すなわち、外周部１２は、下方に向かうに従って断面積が小さくなっており、柱梁接合部３０の上端面に接合していない。

外周部１２は、鉄筋コンクリート製である。この外周部１２は、１２本の軸筋としての柱主筋１２１と、これら柱主筋１２１を囲繞する閉鎖型のフープ筋１２２と、が配筋されている。
柱主筋１２１の上下端は、柱梁接合部２０、３０まで到達しておらず、柱梁接合部２０、３０に定着していない。
また、この外周部１２に用いられるコンクリートは、耐火性を有しており、Ｆｃ（設計基準強度）１５０Ｎ／ｍｍ^２以下である。また、外周部１２の厚さは、耐火対策が不要もしくは軽微な対策を施す程度で十分となるように、５０〜２００ｍｍ程度の範囲である。

芯部１１の上端面は、柱梁接合部２０の下端面に支圧面として接合しており、芯部１１の下端面は、柱梁接合部２０の上端面に支圧面として接合している。
芯部１１は、無筋のコンクリート製である。また、この芯部１１に用いるコンクリートは、１５０〜３００Ｎ／ｍｍ^２程度の超高強度コンクリートであり、外周部１２に用いるコンクリートよりも高強度である。
柱梁接合部２０、３０には、鉛直方向に延びる６本のダボ筋２１、３１が突出して設けられており、芯部１１には、これらダボ筋２１、３１が埋め込まれている。

以上の芯部１１および外周部１２に用いるコンクリートの強度は、柱１０に要求される物理的な耐力、耐火性能、施工性に応じて、決定されている。

以上の柱１０は、以下の手順で製造される。
まず、芯部１１の型枠を設置する。このとき、型枠の内側面にポリエチレン製の凹凸のある気泡緩衝材を貼り付けておくことが好ましい。そして、型枠内に鉄筋を配筋しない状態で、型枠内に超高強度コンクリートを打設する。このようにして、芯部１１を形成する。
ここで、芯部１１を無筋とする理由は、以下の通りである。すなわち、超高強度コンクリートでは、セメント量が多いため、自己収縮が大きく、ひびわれが生じやすくなる。そこで、芯部１１を無筋として、鉄筋による拘束をなくし、コンクリートを自由に収縮させるようにして、ひびわれが生じるのを防止している。

また、このように型枠の内側面に気泡緩衝材を貼り付けておく理由は、芯部１１の側面つまり外周部１２との打継部に凹凸を設けて、芯部１１と外周部１２との一体性を確保するためである。

次に、芯部１１を脱型し、この芯部１１の周囲に柱主筋１２１およびフープ筋１２２を配筋して、外周部１２の型枠を設置し、この型枠内にコンクリートを打設する。このようにして、芯部１１の周囲に外周部１２を形成する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）超高強度コンクリートからなる芯部１１を囲んで外周部１２を設けた。よって、芯部自体の圧縮強度が高いうえに、外周部により芯部の変形が拘束されるので、大きな軸力を負担できる。

また、外周部１２に柱主筋１２１およびフープ筋１２２を設けたので、芯部１１の鉄筋量を無筋あるいは少量とすることができる。よって、芯部１１では鉄筋によりコンクリートがほとんど拘束されないから、芯部１１に高強度のコンクリートを用いても、コンクリートの自己収縮によってひび割れが生じるのを防止できる。その結果、芯部１１のコンクリートに混入する収縮低減剤の使用量を低減でき、低コストとなる。

また、芯部１１ではコンクリートが鉄筋にほとんど拘束されないため、材齢初期に高温養生など特殊な養生を施して、早期にコンクリート強度を発現させることができる。よって、セメント量を低減でき、低コストとなる。

また、耐火性を有するコンクリートで外周部を形成したので、外周部１２により柱１０の耐火性能を確保できるから、芯部１１のコンクリートで耐火性能を確保する必要がない。よって、芯部１１のコンクリートの有機繊維をなくして、混和剤を少量にできるので、低コストとなる。

また、柱１０の断面積を小さくできるので、柱表面を打放し仕上げとしたり、表面に凹凸模様を設けたりして、意匠性の高い柱を構築できる。

また、柱主筋１２１を上下階の柱梁接合部２０、３０に定着しないので、柱１０と梁とが半剛接合されることとなり、地震時に柱１０の柱頭部および柱脚部の損傷を低減できる。

（２）外周部１２の上下端部と上下階の柱梁接合部２０、３０との間に隙間を形成したので、地震時に柱１０の柱頭部および柱脚部の損傷を確実に低減できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、外周部１２を四角筒状としたが、これに限らず、図２に示すように、外周部１２Ａを円筒状とし、柱１０Ａの形状を円柱形としてもよい。
また、本実施形態では、柱１０、１０Ａ柱頭部および柱脚部の外周部１２、１２Ａにテーパを設けたが、これに限らず、図３に示すように、柱１０、１０Ａの柱頭部および柱脚部の外周部１２、１２Ａに溝１０２を設けて、芯部１１を上下端が突出した形状としてもよい。

また、本実施形態では、芯部１１を円柱形状としたが、これに限らず、図４に示すように、柱１０Ｂの芯部１１Ｂを四角柱状としてもよい。
また、本実施形態では、芯部１１を１つとしたが、柱の幅が広い場合には、図５に示すように、柱１０Ｃに芯部１１Ｃを複数設けてもよい。この場合、芯部１１Ｃ同士の間に、両端にプレート４１が設けられた幅止め筋４０を設けるが、この幅止め筋としては、これに限らず、両端に１３５°フックが設けられたものを用いてもよい。また、柱１０Ｃの支圧面は、図５中破線Ｓで囲まれた部分となる。

また、本実施形態では、芯部１１を無筋としたが、これに限らない。例えば、柱の製造行程で芯部が損傷しない程度に、最小限の鉄筋を配筋してもよい。例えば、芯材の中心に長さ方向に沿って少なくとも１本の軸筋を設け、せん断補強筋を設けないような構造が考えられる。このようにすれば、超高強度コンクリートの自己収縮によるひび割れを防止しつつ、自重や揚重時の応力で芯部が損傷するのを防止できる。

また、本実施形態では、外周部１２のフープ筋１２２を閉鎖型フープとしたが、これに限らず、フック付き１ターンフープやスパイラルフープとしてもよい。
また、本実施形態では、芯部１１にダボ筋２１、３１を埋め込む構造としたが、これに限らず、芯部自体を柱梁接合部に埋め込む構造としてもよい。
また、本実施形態では、芯部１１を形成した後に外周部１２を形成したが、これに限らず、外周部を形成した後に芯部を形成してもよい。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ柱
１１、１１Ｂ、１１Ｃ芯部
１２、１２Ａ外周部
２０、３０柱梁接合部
２１、３１ダボ筋
４０幅止め筋
４１プレート
１０１テーパ
１０２溝
１２１柱主筋（軸筋）
１２２フープ筋

Claims

鉛直方向に延びて超高強度コンクリートからなる芯部と、当該芯部の側面を囲んで設けられて耐火性を有するコンクリートからなる外周部と、を備え、
前記外周部は、少なくとも４本の軸筋と、当該軸筋を囲繞するフープ筋と、を備え、
前記軸筋は、上階の柱梁接合部および下階の柱梁接合部のうち少なくとも一方に定着されないことを特徴とする柱構造。
前記外周部の上端部と前記上階の柱梁接合部との間、および、前記外周部の下端部と前記下階の柱梁接合部との間のうち少なくとも一方には、隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の柱構造。