JP5384603B2

JP5384603B2 - コンクリート構造体

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Publication number: JP5384603B2
Application number: JP2011258873A
Authority: JP
Inventors: 章夫安納; 公一中澤; 和浩金田
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2011-11-28
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2027-03-28
Also published as: JP2012077606A

Description

本発明は、コンクリート構造体に関する。

壁体、床スラブ、基礎スラブ、屋根スラブなどのように面内・面外のせん断力を受けたり、遮蔽機能を有する従来のコンクリート構造体としては、複数の横材と複数の縦材とを組み合わせてなる格子状配筋（例えば、壁配筋やスラブ配筋など）を二重に配置した鉄筋コンクリート構造体が一般的である（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

ところで、この種のコンクリート構造体においては、応力やコンクリートの乾燥収縮等に起因するひび割れが少なからず発生する。適正量の格子状配筋を有するものであれば、ひび割れが適度に分散するので、コンクリート構造体の耐久性や性能（放射線の遮蔽性能や遮音性能など）に大きな影響を及ぼすことはないが、耐久性や遮蔽性能のさらなる向上や美観を維持する場合には、配筋量を増やすなどの対策を講じる必要がある。

特開２０００−３２８７８８号公報特開２００４−１９０２２８号公報（段落［００１０］）

格子状配筋の配筋量を増大させることで、ひび割れの発生を抑制することはできるが、材料費や施工費が嵩むとともに、構造上必要とされる配筋量を大幅に上回ることになるので、不経済になる虞がある。

このような観点から、本発明は、格子状配筋を二重に配したコンクリート構造体であって、配筋量を大幅に増大させることなくひび割れの発生や拡幅を抑制することが可能なコンクリート構造体を提供することを課題とする。

このような課題を解決すべく創案された本発明に係る第一のコンクリート構造体は、地震時のせん断力を負担する密組格子状壁配筋および粗組格子状壁配筋の一方を壁芯よりも表面側に配置するとともに他方を前記壁芯よりも裏面側に配置してなるコンクリート構造体であって、前記密組格子状壁配筋および前記粗組格子状壁配筋は、一列ずつ配置されており、前記密組格子状壁配筋は、第一横材と第一縦材とを組み合わせてなり、前記粗組格子状壁配筋は、第二横材と第二縦材とを組み合わせてなり、前記第一横材の配筋間隔が、前記第二横材の配筋間隔よりも狭く、かつ、前記第一横材が、前記第二横材よりも細径であることを特徴とする。

以下では、第一横材と第一縦材とを組み合わせてなる密組格子状壁配筋を有するコンクリート部分を「密配筋部」と称し、第二横材と第二縦材とを組み合わせてなる粗組格子状壁配筋を有するコンクリート部分を「粗配筋部」と称する。
なお、密配筋部および粗配筋部の「密」および「粗」は、配筋間隔の粗密に基づいて定義されるものであり、配筋量の「多い」「少い」とは必ずしも合致しない。また、密配筋部および粗配筋部の「密」および「粗」は、相対的なものであり、一般的な格子状壁配筋からみた絶対的な粗密ではない。

本発明に係る第一のコンクリート構造体によれば、密配筋部に配筋される第一横材の配筋間隔を粗配筋部に配筋される第二横材の配筋間隔よりも狭めることで、密配筋部側のコンクリート面（壁面、床面、天井面など）に現れるひび割れ（主として縦方向）を抑制するとともに、発生したひび割れ幅を小さくすることが可能となるが、第一横材を第二横材よりも細径にしているので、配筋量が大幅に増大することはない。つまり、配筋量を大幅に増大させることなくひび割れの発生を抑制することが可能となり、ひいては、その耐久性や遮蔽性能などを高めることが可能となる。また、本発明においては、二重に配置された格子状壁配筋のうちの一方（すなわち、密組格子状壁配筋）についてだけ、横材の配筋間隔を狭めているので、二重に配置された格子状壁配筋の各々において一律に横材の配筋間隔を狭める場合よりも、配筋作業の煩雑さを軽減することが可能となる。なお、本発明に係るコンクリート構造体は、建築構造物のみならず、土木構造物にも適用できる。また、本発明に係るコンクリート構造体は、荷重に対して設計される構造要素（例えば、耐力壁など）に適用できる。

また、本発明に係る第二のコンクリート構造体は、地震時のせん断力を負担する密組格子状壁配筋および粗組格子状壁配筋の一方を壁芯よりも表面側に配置するとともに他方を前記壁芯よりも裏面側に配置してなるコンクリート構造体であって、前記密組格子状壁配筋および前記粗組格子状壁配筋は、一列ずつ配置されており、前記密組格子状壁配筋は、第一横材と第一縦材とを組み合わせてなり、前記粗組格子状壁配筋は、第二横材と第二縦材とを組み合わせてなり、前記第一縦材の配筋間隔が、前記第二縦材の配筋間隔よりも狭く、かつ、前記第一縦材が、前記第二縦材よりも細径であることを特徴とする。

本発明に係る第二のコンクリート構造体によれば、密配筋部側のコンクリート面に現れる横方向のひび割れを抑制することが可能となる。

コンクリート構造体の一方の面が、他方の面側よりも劣悪な環境に暴露される場合には、より劣悪な環境に暴露される一方の面側に前記密組格子状壁配筋を配置し、他方の面側に前記粗組格子状壁配筋を配置することが望ましい。このようにすると、劣悪な環境に曝されるコンクリート面（例えば、雨水、海水、汚水等に曝される面）に開口するようなひび割れの発生を効果的に抑制でき、長寿命化を図ることが可能となる。

なお、横材や縦材を鉄筋とするのが一般的であるが、同等の剛性や強度を有するものであれば、これに限定されることはない。

本発明に係るコンクリート構造体によれば、配筋量を大幅に増大させることなくひび割れの発生を抑制することが可能となる。

参考実施形態に係るコンクリート構造体を縦方向に切断した状態を示す断面図である。参考実施形態に係るコンクリート構造体を横方向に切断した状態を示す横断面図であって、図１のＩ−Ｉ断面図である。本発明の実施形態に係るコンクリート構造体を縦方向に切断した状態を示す縦断面図である。

（参考実施形態）
参考実施形態において例示するコンクリート構造体は、原子力発電所や放射線を発する機器を備えた施設（ＰＥＴ（陽電子放射断層撮影施設）、ＲＩ（放射線同位元素）施設等）において放射線を遮蔽することを目的として構築されるコンクリート製の遮蔽壁（壁体）である。この種の遮蔽壁においては、その壁厚が１０００〜３０００ｍｍ程度になることも珍しくない。なお、本実施形態では、コンクリート構造体が極厚の遮蔽壁である場合を例示するが、その使用目的や厚さ寸法の大きさを限定する趣旨ではない。

本実施形態に係るコンクリート構造体は、必要耐力から算出される壁厚よりも厚く形成されていて、地震時水平力（例えば、想定しているベースシアから定まる水平力）に対する平均せん断応力度が、打設するコンクリートの短期許容せん断応力度以下に制限されている。

図１および図２に示すように、本実施形態に係るコンクリート構造体Ｗ１は、格子状配筋である壁配筋１０，２０を具備する一対の補強コンクリート部Ｒ，Ｒと、この補強コンクリート部Ｒ，Ｒ間に設けられた無筋コンクリート部Ｃとを備えて構成されている。無筋コンクリート部Ｃは、鉄筋や鉄骨などの補強部材を含まない部位であり、本実施形態では、コンクリートのみから構成されている。なお、補強コンクリート部Ｒ，Ｒ間に鉄筋等が配置されていても、その鉄筋等の存在が構造設計に反映されていない場合には、無筋コンクリート部Ｃとみなすことができる。

補強コンクリート部Ｒは、その表層部に形成された密配筋部１と、この密配筋部１よりも無筋コンクリート部Ｃ側に形成された粗配筋部２とを備えて構成されている。つまり、本実施形態に係るコンクリート構造体Ｗ１は、一対の表層部の各々に形成された密配筋部１，１と、この一対の密配筋部１，１間に形成された一対の粗配筋部２，２とを具備していることになる。

密配筋部１は、複数の第一横材１ａ，１ａ，…と複数の第一縦材１ｂ，１ｂ，…とを格子状に組み合わせてなる壁配筋１０を有する部位である。壁配筋１０は、コンクリートとともに地震等のせん断力を負担するとともに、コンクリート構造体Ｗ１の表層部に発生するひび割れを抑制することを目的として設けられ、壁面（コンクリート面）Ｗａと実質的に平行となるように配置されている。第一横材１ａは、第一縦材１ｂよりも壁面Ｗａ側において横方向（本実施形態では略水平方向）に配置されていて、縦方向（本実施形態では上下方向）に入るひび割れを抑制する役割を担っている。第一縦材１ｂは、第一横材１ａよりも壁芯側において上下方向に配置されていて、同様に、横方向に入るひび割れを抑制する。

粗配筋部２は、複数の第二横材２ａ，２ａ，…と複数の第二縦材２ｂ，２ｂ，…とを格子状に組み合わせてなる壁配筋２０を有する部位であり、密配筋部１の厚さ方向（壁厚方向）の内側（無筋コンクリート部Ｃ側）に形成されている。壁配筋２０は、密配筋部１の壁配筋１０と同様に、せん断力を負担するとともに、コンクリート構造体Ｗ１の表層部に発生するひび割れを抑制することができ、壁面Ｗａと実質的に平行となるように配置され、かつ、密配筋部１の壁配筋１０と厚さ方向に間隔をあけた状態で対峙している。第二横材２ａは、第二縦材２ｂよりも壁芯側において横方向に配置され、上下方向に入るひび割れを抑制する。第二縦材２ｂは、第二横材２ａよりも壁面Ｗａ側において上下方向に配置されていて、横方向に入るひび割れを抑制する。

なお、壁配筋１０，２０の配筋量は、建物の必要保有水平耐力に対してコンクリート構造体Ｗ１が負担する水平力を壁配筋１０，２０のみで保持できる量とすることもできるが、厚さ寸法が大きい場合など、コンクリートの耐力を期待できるような場合には、前記した量にこだわる必要はない。

第一横材１ａ、第一縦材１ｂ、第二横材２ａおよび第二縦材２ｂは、本実施形態ではいずれも異径鉄筋からなるが、コンクリートよりもヤング係数の大きい材質（カーボン、アラミド、強化プラスチックなど）の棒材や繊維などで構成してもよい。

図１に示すように、第一横材１ａの配筋間隔（鉄筋間隔）ｄ_１ａは、第二横材２ａの配筋間隔（鉄筋間隔）ｄ_２ａよりも狭くなっている。また、第一横材１ａは、第二横材２ａよりも細径である。

第一横材１ａの配筋間隔ｄ_１ａは、コンクリート構造体Ｗ１に要求される性能、コンクリートの流動性、粗骨材の最大粒径、配筋作業の容易さといった様々な要因を考慮して設定すればよいが、ひび割れの発生を効果的に抑制するという観点から、第一横材１ａの公称径の１５倍以下で、かつ、３００ｍｍ以下とすることが望ましい。なお、第一横材１ａの公称径が第二横材２ａの公称径の１／２以下である場合には、第一横材１ａの配筋間隔ｄ_１ａを、第二横材２ａの配筋間隔ｄ_２ａの１／２以下とすることが望ましい。

第一横材１ａの公称径（有効径）は、コンクリート構造体Ｗ１に要求される性能（強度、耐久性、遮蔽性など）、コンクリートとの付着強度、かぶり厚さといった様々な要因を考慮して設定すればよいが、例えば、密配筋部１におけるかぶり厚さ（すなわち、第一横材１ａのかぶり厚さ）ｅの２／５以下で、かつ、２９ｍｍ以下とすることが望ましく、より好適には、第二横材２ａの公称径の１／２以下とすることが望ましい。

図２に示すように、第一縦材１ｂの配筋間隔（鉄筋間隔）ｄ_１ｂは、第二縦材２ｂの配筋間隔（鉄筋間隔）ｄ_２ｂよりも狭くなっている。また、第一縦材１ｂは、第二縦材２ｂよりも細径である。

第一縦材１ｂの配筋間隔ｄ_１ｂは、コンクリート構造体Ｗ１に要求される性能、コンクリートの流動性、粗骨材の最大粒径、配筋作業の容易さといった様々な要因を考慮して設定すればよいが、第一縦材１ｂの公称径の１５倍以下で、かつ、３００ｍｍ以下とすることが望ましく、さらに、第一縦材１ｂの公称径が第二縦材２ｂの公称径の１／２以下である場合には、第二縦材２ｂの配筋間隔ｄ_２ｂの１／２以下とすることが望ましい。なお、本実施形態では、第一縦材１ｂの配筋間隔ｄ_１ｂを第一横材１ａの配筋間隔ｄ_１ａ（図１参照）と同一にしている。

第一縦材１ｂの公称径も、コンクリート構造体Ｗ１に要求される性能やかぶり厚さといった様々な要因を考慮して設定すればよいが、第一横材１ａと同様に、密配筋部１におけるかぶり厚さｅの２／５以下で、かつ、２９ｍｍ以下とすることが望ましく、より好適には、第二縦材２ｂの公称径の１／２以下とすることが望ましい。なお、本実施形態では、縦断面と横断面とで鉄筋比が同一になるように、第一縦材１ｂの公称径を第一横材１ａの公称径と同一にしている。

第二横材２ａの公称径や配筋間隔ｄ_２ａ（図１参照）および第二縦材２ｂの公称径や配筋間隔ｄ_２ｂ（図２参照）は、コンクリート構造体Ｗ１に要求される性能、コンクリートの流動性、配筋作業の容易さ等を考慮して設定すればよい。なお、図１に示すように、第一縦材１ｂと第二縦材２ｂとの配筋間隔ｄ_１２は、コンクリートの流動性や粗骨材の最大粒径などを考慮して設定すればよいが、本実施形態では、第一横材１ａの配筋間隔（鉄筋間隔）ｄ_１ａと同一にしている。

以上のように構成されるコンクリート構造体Ｗ１は、粗配筋部２の壁配筋２０，２０を組み立てるとともに、その外側に密配筋部１の壁配筋１０，１０を組み立て、その後、これらを挟むように図示せぬ型枠を設置し、コンクリートを打設することで構築する。

なお、壁配筋１０，２０は、打設場所で組み立ててもよいし、他の場所で組み立てたものを建て込んでもよい。また、補強コンクリート部Ｒ，Ｒおよび無筋コンクリート部Ｃとなる領域に対して一括してコンクリートを打設してもよいが、別々にコンクリートを打設してもよい。例えば、無筋コンクリート部Ｃとなる領域を挟むように設置した図示せぬ型枠間にコンクリートを打設し、型枠を脱型した後に、無筋コンクリート部Ｃの両側の各々において壁配筋１０，２０を組み立て、その後、補強コンクリート部Ｒとなる領域にコンクリートを打設してもよいし、あるいは、補強コンクリート部Ｒ，Ｒを構築した後に、補強コンクリート部Ｒ，Ｒ間にコンクリートを打設して無筋コンクリート部Ｃを構築してもよい。

以上説明した第一の実施形態に係るコンクリート構造体Ｗ１によると、密配筋部１の壁配筋１０の配筋間隔ｄ_１ａ，ｄ_１ｂをそれぞれ粗配筋部２の壁配筋２０の配筋間隔ｄ_２ａ，ｄ_２ｂよりも狭めるとともに、各補強コンクリート部Ｒにおいて密配筋部１を粗配筋部２よりも壁面Ｗａ側に形成したので、壁面Ｗａに現れるひび割れを抑制するとともに、発生したひび割れ幅を小さくすることが可能となるが、第一横材１ａおよび第一縦材１ｂをそれぞれ第二横材２ａおよび第二縦材２ｂよりも細径にしているので、配筋量が大幅に増大することはない。つまり、配筋量を大幅に増大させることなくひび割れの発生を抑制し、ひいては、その耐久性や遮蔽性能を高めることが可能となる。

加えて、第一横材１ａおよび第一縦材１ｂを鉄筋にて構成した第一の実施形態においては、密配筋部１の壁配筋１０の配筋間隔ｄ_１ａ，ｄ_１ｂをそれぞれ粗配筋部２の壁配筋２０の配筋間隔ｄ_２ａ，ｄ_２ｂよりも狭めたことで、狭めない場合に比べて、電磁波に対する遮蔽性能が向上することになる。

また、第一の実施形態に係るコンクリート構造体Ｗ１においては、多重に配置された壁配筋１０，１０，２０，２０のうち一部（すなわち、密配筋部１の壁配筋１０，１０）についてだけ、配筋間隔ｄ_１ａ，ｄ_１ｂを狭めているので、多重に配置された壁配筋１０，１０，２０，２０の各々において一律に配筋間隔を狭める場合よりも、配筋作業の煩雑さを軽減することが可能となる。

なお、コンクリート構造体Ｗ１の壁厚が１０００〜３０００ｍｍ程度になると、温度応力によるひび割れの発生が懸念されるが、一対の表層部の各々に密配筋部１を形成しておけば、温度応力によるひび割れの発生を効果的に抑制することができる。

（変形例）
参考実施形態においては、第一横材１ａおよび第一縦材１ｂの両方を密に配置し、かつ細径にした場合を例示したが、これに限定されることはない。例えば、横方向のひび割れの発生があまり問題にならない場合には、第一縦材１ｂの配筋間隔および公称径を第二縦材２ｂと同じにしてもよい。また、例えば、縦方向のひび割れよりも横方向のひび割れの方が発生し易いような場合であれば、第一横材１ａの配筋間隔および公称径を第二横材２ａと同じにしてもよい。なお、縦方向のひび割れよりも横方向のひび割れの方が発生し易いような場合には、第一縦材１ｂを、第一横材１ａよりも壁面Ｗａ側に配置するとよい。

また、参考実施形態においては、補強コンクリート部Ｒ，Ｒの間に無筋コンクリート部Ｃを設けた場合を例示したが、これに限定されることはなく、第一の実施形態において無筋コンクリート部Ｃとした領域に、格子状配筋（壁配筋）を配置しても差し支えない。

また、参考実施形態では、補強コンクリート部Ｒ，Ｒの各々に密配筋部１を設けた場合を例示したが、これに限定されることはなく、一方の補強コンクリート部Ｒのみに密配筋部１を設けてもよい。

また、参考本実施形態では、密配筋部１の壁配筋１０が一列である場合を例示したが、これに限定されることはなく、二列以上であっても差し支えない。

（本発明の実施形態）
図３に示すように、本発明の実施形態に係るコンクリート構造体Ｗ２は、マスコンクリートにならない程度の厚さを具備するコンクリート製の構造壁（耐力壁）である。

コンクリート構造体Ｗ２は、表裏一対の壁面Ｗａ，Ｗｂのうち、より劣悪な環境（例えば、コンクリートの劣化や鉄筋の腐食が進行しやすい環境）に暴露される壁面（コンクリート面）Ｗａ側に形成された密配筋部１と、他方の壁面（コンクリート面）Ｗｂ側に形成された粗配筋部２とを備えて構成されている。

なお、「劣悪」であるか否かは、絶対的なものではなく、コンクリート構造体Ｗ２の使用目的等に応じて定まる相対的なものである。例えば、通常の建物の外壁である場合は、風雨に曝される室外側の壁面が「より劣悪な環境に暴露される壁面」となり、海洋構造物や下水処理施設などの場合であれば、一方の壁面が風雨に曝されていたとしても、海水や汚水に曝される他方の壁面が「より劣悪な環境に暴露される壁面」となる。

密配筋部１は、第一横材１ａ，１ａ，…と複数の第一縦材１ｂ，１ｂ，…とを格子状に組み合わせてなる壁配筋１０を有する部位である。壁配筋１０は、コンクリートとともにせん断力を負担するとともに、主として壁面Ｗａ側に発生するひび割れを抑制するもので、壁芯よりも壁面Ｗａ側において壁面Ｗａと実質的に平行となるように配置されている。

粗配筋部２は、複数の第二横材２ａ，２ａ，…と複数の第二縦材２ｂ，２ｂ，…とを格子状に組み合わせてなる壁配筋２０を有する部位である。壁配筋２０は、コンクリートとともにせん断力を負担するとともに、主として壁面Ｗｂ側に発生するひび割れを抑制するもので、壁芯よりも壁面Ｗｂ側において壁面Ｗｂと実質的に平行となるように配置されていて、密配筋部１の壁配筋１０と厚さ方向に間隔をあけた状態で対峙している。

第一横材１ａ、第一縦材１ｂ、第二横材２ａおよび第二縦材２ｂについての説明は、前記した第一の実施形態のものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。なお、壁配筋１０，２０の配筋量（鉄筋量）は、建物の必要保有水平耐力に対してコンクリート構造体Ｗ２が負担する水平力を壁配筋１０，２０のみで保持できる量とするのが一般的である。

以上説明した本実施形態に係るコンクリート構造体Ｗ２によれば、密配筋部１側の壁面Ｗａに現れるひび割れが粗配筋部２側の壁面Ｗｂ側よりも抑制されることになるが、第一横材１ａおよび第一縦材１ｂをそれぞれ第二横材２ａおよび第二縦材２ｂよりも細径にしているので、配筋量が大幅に増大することはない。つまり、配筋量を大幅に増大させることなくひび割れの発生を抑制し、ひいては、その耐久性や遮蔽性能を高めることが可能となる。

しかも、本実施形態に係るコンクリート構造体Ｗ２においては、より劣悪な環境に暴露される壁面Ｗａ側に開口するようなひび割れを密配筋部１によって効果的に抑制することが可能となるので、その長寿命化を図ることが可能となる。

Ｗ２コンクリート構造体
Ｗａ，Ｗｂ壁面（コンクリート面）
１密配筋部
１ａ第一横材
１ｂ第一縦材
２粗配筋部
２ａ第二横材
２ｂ第二縦材
１０壁配筋（密組格子状配筋）
２０壁配筋（粗組格子状配筋）

Claims

地震時のせん断力を負担する密組格子状壁配筋および粗組格子状壁配筋の一方を壁芯よりも表面側に配置するとともに他方を前記壁芯よりも裏面側に配置してなるコンクリート構造体であって、
前記密組格子状壁配筋および前記粗組格子状壁配筋は、一列ずつ配置されており、
前記密組格子状壁配筋は、第一横材と第一縦材とを組み合わせてなり、
前記粗組格子状壁配筋は、第二横材と第二縦材とを組み合わせてなり、
前記第一横材の配筋間隔が、前記第二横材の配筋間隔よりも狭く、かつ、
前記第一横材が、前記第二横材よりも細径であることを特徴とするコンクリート構造体。
地震時のせん断力を負担する密組格子状壁配筋および粗組格子状壁配筋の一方を壁芯よりも表面側に配置するとともに他方を前記壁芯よりも裏面側に配置してなるコンクリート構造体であって、
前記密組格子状壁配筋および前記粗組格子状壁配筋は、一列ずつ配置されており、
前記密組格子状壁配筋は、第一横材と第一縦材とを組み合わせてなり、
前記粗組格子状壁配筋は、第二横材と第二縦材とを組み合わせてなり、
前記第一縦材の配筋間隔が、前記第二縦材の配筋間隔よりも狭く、かつ、
前記第一縦材が、前記第二縦材よりも細径であることを特徴とするコンクリート構造体。