JP5483055B2 - 混合構造梁 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート造の一対の柱からそれぞれ内側に向けて突設した一対の鉄筋コンクリート部と、両端部側がそれぞれ各鉄筋コンクリート部に埋設されて架構された鉄骨部とを備える混合構造梁に関する。

従来、柱と梁からなるラーメン架構において、在来、若しくはプレキャスト（ＰＣａ）工法により構築される柱を鉄筋コンクリート造（ＲＣ造）とし、これに接合する鉄骨梁（鉄骨梁長さは柱の端面まで）の端部を鉄筋コンクリートで巻くことによって剛接合を実現させる混合構造梁が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
この種の混合構造梁では、一対の柱とそれぞれ接合する梁両端部側に、それぞれ鉄筋コンクリート部が設けられ、これら鉄筋コンクリート部のそれぞれに所定埋設長だけ埋設して鉄骨梁を設けたものであり、架構剛性の向上と梁のたわみが軽減できるという利点を有する。

特開平７−１１７３６号公報 特開平５−２８７７９９号公報

しかしながら、従来の混合構造梁では、以下のような問題があった。
すなわち、鉄骨梁の両端部に設けられた鉄筋コンクリート部が鉄骨梁からの入力せん断力による支圧力を負担することになる。そして、この鉄筋コンクリート部のせん断破壊を防止するためには、鉄筋コンクリートの材軸方向に所定間隔をあけて多数のせん断補強筋を設ける必要があることから過密配筋となっていた。この場合における施工では、鉄骨梁を取り囲むようにして多数のせん断補強筋を配筋しなければならず、過密配筋による部材数の増加によって、多大な労力を要するうえ、当該部にコンクリートを密実に打設するには細心の注意を払う必要があり、施工性が低下するという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、鉄筋コンクリート部のせん断補強筋の過密配筋を抑えることで簡便な構築が可能となり、施工性を向上させることができる混合構造梁を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る混合構造梁では、鉄筋コンクリート造の一対の柱からそれぞれ柱間の離間方向の内側に向けて突設した一対の鉄筋コンクリート部と、一対の柱同士の間に配置される長さを有し、その長さ方向の両端部側がそれぞれ各鉄筋コンクリート部に埋設されて架構された鉄骨部と、鉄筋コンクリート部の軸線方向外側に突出して柱の内部に延設されて、柱と一体に接合される梁主筋と、鉄筋コンクリート部内で軸線方向に所定間隔をもって配筋された複数のせん断補強筋と、鉄筋コンクリート部の一端から他端に向かう方向に長手方向を向けて延びるとともに、その延在方向に緊張可能とされた補強棒材とが設けられていることを特徴としている。

本発明では、鉄筋コンクリート部に補強棒材を配置しているため、鉄筋コンクリート部が負担するせん断力を軽減できることになる。剛性の高い架構になる。また、鉄骨部が柱端面までしか貫入されていないため、この接合部分に降伏ヒンジを形成することができ、靭性に富んだ曲げ降伏型の架構となる。
さらに、補強棒材に緊張力を導入する場合には鉄筋コンクリート部の略軸線方向に圧縮力がかかり、鉄筋コンクリート部に作用する引張応力に補強棒材が抵抗することから、前記引張応力の発生が抑えられ、せん断耐力が向上することになる。また、補強棒材に緊張力を導入しない場合でも、変形に伴い見掛け上緊張力が導入された状態になる。そのため、いずれの場合にも鉄筋コンクリート部に設けられるせん断補強筋の数量を減少させることができ、過密配筋のない構造を実現することができる。

また、本発明に係る混合構造梁では、補強棒材は、鉄骨部の上下フランジとウェブとに囲まれた領域の側部に沿う位置に配置されていることがより好ましい。

本発明では、鉄骨部のフランジとウェブとによって囲まれた鉄骨部内領域外のコンクリート部分に補強棒材の緊張力によって作用する圧縮力がかかった状態となり、これにより前記鉄骨部内領域のコンクリート部分にアーチ機構が形成され、その鉄筋コンクリート部のせん断耐力がより向上することになる。

また、本発明に係る混合構造梁では、補強棒材は、側面視でＸ型に配されていてもよい。

本発明では、鉄筋コンクリート部において斜め方向に作用する引張応力に対しても有効に対応することができ、その作用する引張応力の発生を抑えることができる。

また、本発明に係る混合構造梁では、補強棒材は、柱側端部の定着部が鉄筋コンクリート部内に定着されていることが好ましい。

本発明では、鉄筋コンクリート部のみに緊張力が導入された補強棒材を設ける構造であるので、この鉄筋コンクリート部を予め工場などでプレキャスト化させて製造しておくことができる。そのため、現場ではプレキャスト化した鉄筋コンクリート部を柱に接続する作業となり、施工の簡略化が図れる効果を奏する。

また、本発明に係る混合構造梁では、補強棒材は、柱側端部の定着部が柱内に定着されていることが好ましい。

本発明では、緊張力が導入されている補強棒材が鉄筋コンクリート部と柱との両方に埋設されているので、鉄筋コンクリート部に作用する引張応力を柱にも負担させることができる。したがって、鉄筋コンクリート部のせん断耐力が向上し、せん断補強筋の数量を少なくすることができる利点を有する。

本発明の混合構造梁によれば、鉄筋コンクリート部に設けられる補強棒材に緊張力を導入することで、この鉄筋コンクリート部の軸線方向に圧縮力がかかり、鉄筋コンクリート部に作用する引張応力の発生が抑えられることから、せん断耐力の向上を図ることができる。そのため、せん断補強筋の配置数量を低減することが可能となり、過密配筋を抑えることで簡便な構築が可能となり、施工性を向上させることができる。

本発明の第１の実施の形態による混合構造梁の概略構成を示す側面図である。 図１に示す鉄筋コンクリート部の詳細を示す側断面図である。 図２に示すＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２の実施の形態による混合構造梁の概略構成を示す側断面図であって、図２に対応する図である。 本発明の第３の実施の形態による混合構造梁の概略構成を示す側断面図であって、図２に対応する図である。 本発明の第４の実施の形態による混合構造梁の概略構成を示す側断面図であって、図２に対応する図である。

以下、本発明の第１の実施の形態による混合構造梁について、図１乃至図３に基づいて説明する。

図１に示すように、本第１の実施の形態による混合構造梁Ａは、隣り合う一対の鉄筋コンクリート造の柱１、１どうしの間に架構され、両柱１の側端１ａにそれぞれ接続してこれら側端１ａから所定の長さで内側（一対の柱１、１間の中央側）に突出した一対の鉄筋コンクリート部２、２と、両端部３ａ、３ｂ側がそれぞれ鉄筋コンクリート部２内に所定の埋設長を確保して埋設されて架構したＨ形鋼からなる鉄骨部３とから概略構成されている。

図２および図３に示すように、鉄筋コンクリート部２は、上方と下方とにそれぞれ軸線Ｏ１（材軸）に沿って延びる複数の梁主筋４、４、…と、これら上下の梁主筋４を囲み、軸線Ｏ１方向に所定間隔をもって配筋された複数のせん断補強筋５、５、…と、鉄筋コンクリート部２の一端２ａから他端２ｂに向かう方向に長手方向を向けて延びるとともにその延在方向に緊張されたＰＣ鋼棒６（補強棒材）とを備えて構成されている。

各梁主筋４は、柱１側の一端４ａが鉄筋コンクリート部２の軸線Ｏ１方向外側に突出してなり、その一端４ａが定着板４ｃを固着させた状態で柱１の内部に延設されて柱１に一体に接合している。
また、鉄筋コンクリート部２の軸線Ｏ１方向内側の他端４ｂに配された複数のせん断補強筋５、５、…は、軸線Ｏ１方向の間隔が他の部分よりも小さく集中した状態で配筋されて集中補強筋部５Ａを形成している。

ＰＣ鋼棒６は、柱１側の一端６ａが定着プレート６ｃを固着させた状態で、鉄骨部３の上下フランジ３ｃ、３ｄとウェブ３ｅとに囲まれた領域Ｒ（図３に示す二点差線）の側部に沿う位置に配置され、軸線Ｏ１方向内側（図２で右側）の他端６ｂが鉄筋コンクリート部２の軸線方向内側端面２ａから突出した状態で鉄筋コンクリート部２に一体に接合している。そして、ＰＣ鋼棒６は、図３に示す断面視で鉄骨部３の両側に２本ずつ設けられ、それぞれが軸線Ｏ１に沿う方向に平行に配されている。本実施の形態では、ＰＣ鋼棒６を鉄骨部３の両側に２本ずつ配したが、梁端部の曲げ耐力およびせん断耐力で適宜決めればよい。

さらに、鉄筋コンクリート部２の端面２ａから突出するＰＣ鋼棒６の他端６ｂには、支圧プレート６ｄを介してナット６ｅを螺合させて締付けた緊張力導入部Ｔが形成されており、ＰＣ鋼棒６に緊張力が導入された状態となっている。すなわち、ＰＣ鋼棒６は、緊張力導入状態において、引張応力に抵抗する圧縮力が鉄筋コンクリート部２に付与されるようになっている。

また、鉄骨部３は、図１に示すように、一対の柱１、１の間隔と略同一の長さを有し、その軸線Ｏ２（材軸）を鉄筋コンクリート部２の軸線Ｏ１と同軸上に配した状態で設けられている。また、鉄骨部３は、図２、図３に示すように、鉄筋コンクリート部２内に埋設した両端部３ａ、３ｂ側が鉄筋コンクリート部２の上下の主筋４とせん断補強筋５で囲繞されるように設けられている。

なお、鉄筋コンクリート部２は、プレキャストコンクリート（ＰＣａ）製により形成されており、鉄骨部３の上フランジ３ｃまでがＰＣａ製をなし、鉄骨部３上のコンクリートは現場にて打設されたスラブコンクリート７（図２参照）と一体的に接合されている。

上記のように構成した混合構造梁Ａは、予め工場などで所定長さの鉄骨部３を形成するとともに、鉄骨部３の両端部３ａ、３ｂを囲繞するように鉄筋コンクリート部２の梁主筋４およびせん断補強筋５を配筋しつつ、ＰＣ鋼棒６を所定位置に配設して型枠を設置し、型枠内にコンクリートを打設して鉄骨部３の両端部３ａ、３ｂ側に鉄筋コンクリート部２を一体形成したＰＣａ造の混合構造梁Ａを形成する。このとき、ＰＣ鋼棒６には、緊張力を導入させた状態にしておく。

次いで、混合構造梁Ａを架構する際には、混合構造梁Ａの端部の鉄筋コンクリート部２を柱１の所定位置に配置する。このとき、混合構造梁Ａから柱１側に突出する梁主筋４の一端４ａを柱１内となるように配置した後、柱１のコンクリートを打設し、混合構造梁Ａと一体に接合する。なお、柱１の打設前には、とくに図示しないが主筋や配筋を組み立てておく。
これにより、本第１の実施の形態の混合構造梁Ａは、鉄筋コンクリート部２の梁主筋４が柱１に接合し、一対の柱１、１間に架構される。このように架構した混合構造梁Ａは、鉄骨部３を鉄筋コンクリート部２の梁主筋４に接合することなく、且つこの鉄骨部３を柱１に貫入することなく柱１と接合されるため、その施工が容易である。

そして、上記のように構築した混合構造梁Ａは、混合構造梁Ａに自重及び架構が地震力を受け混合構造梁Ａに下向きのせん断力が作用した際に、鉄筋コンクリート部２の端面２ａ側の集中補強筋部５Ａの位置における鉄骨部３の上フランジ下面と下フランジ上面には鉄筋コンクリート部２のコンクリートを介して支圧力が作用する。

これに対し、この混合構造梁Ａでは、柱１に定着した梁主筋４が、鉄骨部３に作用する引抜力、すなわちせん断応力の一部を受け止め、これにより鉄筋コンクリート部２が負担するせん断応力が軽減することになり、剛性の高い架構になる。また、鉄骨部３が柱表面部手前までしか貫入されていないため、この接合部分に降伏ヒンジを形成することができ、靭性に富んだ曲げ降伏型の架構となる。

さらに、ＰＣ鋼棒６に緊張力を導入することで鉄筋コンクリート部２の軸線Ｏ１方向に圧縮力がかかり、鉄筋コンクリート部２に作用する引張応力にＰＣ鋼棒６が抵抗することから、前記引張応力の発生が抑えられ、せん断耐力が向上することになる。そのため、鉄筋コンクリート部２に設けられるせん断補強筋５の数量を減少させることができ、過密配筋のない構造を実現することができる。
とくに、本第１の実施の形態では、鉄骨部３の両側にＰＣ鋼棒６を設けることによって、鉄骨部３の上下フランジ３ｃ、３ｄとウェブ３ｅとによって囲まれた鉄骨部内領域Ｒ（図３の二点鎖線の領域）外のコンクリート部分にＰＣ鋼棒６の緊張力によって作用する圧縮力がかかった状態となり、これにより前記鉄骨部内領域Ｒのコンクリート部分にアーチ機構が形成され、その鉄筋コンクリート部２のせん断耐力がより向上することになる。

また、本混合構造梁Ａでは、ＰＣ鋼棒６に緊張力を導入する場合でも、鉄筋コンクリート部２のみに緊張力が導入されたＰＣ鋼棒６を設ける構造であるので、この鉄筋コンクリート部２を予め工場などでプレキャスト化させて製造しておくことができる。そのため、現場ではプレキャスト化した鉄筋コンクリート部２を柱１に接続する作業となり、施工の簡略化が図れる効果を奏する。

上述のように本第１の実施の形態による混合構造梁では、鉄筋コンクリート部２に設けられるＰＣ鋼棒６に緊張力を導入することで、この鉄筋コンクリート部２の軸線Ｏ１方向に圧縮力がかかり、鉄筋コンクリート部２に作用する引張応力の発生が抑えられることから、せん断耐力の向上を図ることができる。そのため、せん断補強筋５の配置数量を低減することが可能となり、過密配筋を抑えることで簡便な構築が可能となり、施工性を向上させることができる。

次に、他の実施の形態について、添付図面に基づいて説明するが、上述の第１の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第１の実施の形態と異なる構成について説明する。

例えば、上述した第１の実施の形態の混合構造梁Ａでは、ＰＣ鋼棒６を鉄筋コンクリート部２の材軸（軸線Ｏ１）方向に平行に配置させたものとしているが、これに限定されることはない。すなわち、図４に示す第２の実施の形態による混合構造梁Ｂは、ＰＣ鋼棒６１を側面視でＸ型に配置させた構成となっている。
本第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同様に、斜めに配されるＰＣ鋼棒６１に緊張力を導入することで、この鉄筋コンクリート部２のほぼ軸線Ｏ１方向に圧縮力がかかり、鉄筋コンクリート部２の斜め方向に作用する引張応力に対しても有効に対応することができ、その作用する引張応力の発生が抑えられ、せん断耐力の向上が図れる効果を奏する。

次に、図５に示すように、第３の実施の形態では、混合構造梁Ｃの鉄筋コンクリート部２を在来工法、すなわち現場施工によるコンクリート打設で構築する構造となっている。すなわち、上述した第１の実施の形態（図２参照）では、ＰＣ鋼棒６の柱１側の一端６ａ（定着プレート６ｃ）が鉄筋コンクリート部２内に埋設されて一体に接合されているが、これに代えて、本第３の実施の形態では、鉄筋コンクリート部２の軸線Ｏ１方向に平行に延びるＰＣ鋼棒６２の一端６２ａ（定着プレート６２ｃ）が柱１側に軸線Ｏ１方向で柱側に突出して配置され、その柱１に埋設されて一体に接合された構造となっている。

上記のように構成した第３の実施の形態の混合構造梁Ｃは、現場において、予め工場などで所定長さに形成した鉄骨部３の端部３ａを囲繞するように鉄筋コンクリート部２の梁主筋４およびせん断補強筋５を配筋しつつ、ＰＣ鋼棒６２をその一端６２ａが柱１内に配置するようにして所定位置に配置し、型枠を設置してから、その型枠内にコンクリートを打設して鉄骨部３の端部３ａ側に鉄筋コンクリート部２を一体形成して形成される。このとき、鉄筋コンクリート部２と同時に柱１もコンクリート打設によって構築される。
このように、本第３の実施の形態による混合構造梁Ｃでは、緊張力が導入されているＰＣ鋼棒６２が鉄筋コンクリート部２と柱１との両方に埋設されているので、鉄筋コンクリート部２に作用する引張応力を柱にも負担させることができる。したがって、鉄筋コンクリート部２のせん断耐力が向上し、せん断補強筋の数量を少なくすることができる利点を有する。

また、図６に示すように、第４の実施の形態による混合構造梁Ｄは、上述した第２の実施の形態（図４参照）と同様に混合構造梁Ｄ内の側面視でＸ型に配置したＰＣ鋼棒６３の柱側の一端６３ａ（定着プレート６３ｃ）を柱１に埋設させて一体に接合させたものである。本混合構造梁Ｄでは、上述した第２の実施の形態（図４）と同様に鉄筋コンクリート部２の斜め方向に作用する引張応力に対しても有効に対応することができ、さらに上述した第３の実施の形態（図５）と同様にＰＣ鋼棒６３が鉄筋コンクリート部２と柱１との両方に埋設されているので、鉄筋コンクリート部２に作用する引張応力を柱にも負担させることができる利点を有している。

以上、本発明による混合構造梁の第１乃至第４の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本第１乃至第４の実施の形態では混合構造梁の構築時においてＰＣ鋼棒６、６１、６２、６３にプレテンションにより緊張力を与えているが、これに限らず、ポストテンションにより緊張力を与えるようにしてもかまわない。この場合、例えばシース管を予め鉄筋コンクリート部２内に設けておき、そのシース管内にＰＣ鋼棒を挿通させ、鉄筋コンクリート部２のコンクリートを打設した後に緊張力を導入し、その後、ＰＣ鋼棒とシース管との間にグラウト材を充填する手順により施工することができる。

また、本第１乃至第４の実施の形態ではＰＣ鋼棒６（補強棒材）に緊張力を導入した形態としているが、これに制限されることはない。すなわち、補強棒材に緊張力を導入しない場合でも、変形に伴い見掛け上緊張力が導入された状態となり、鉄筋コンクリート部のひび割れが抑止され、せん断耐力の向上の向上を図ることができる。

また、本第１乃至第４の実施の形態ではＰＣ鋼棒６を補強棒材としているが、これに制限されることはなく、鉄筋鋼棒などを使用し、その鉄筋鋼棒に緊張力を導入することも可能である。
さらに、ＰＣ鋼棒および梁主筋の本数、位置、柱１に対する埋設長さ等の構成は鉄骨部３の収まりを勘案したうえで、鉄筋コンクリート部２がせん断破壊しないように設定することができる。

１ 柱
２ 鉄筋コンクリート部
３ 鉄骨部
４ 梁主筋
５ せん断補強筋
５Ａ 集中補強筋部
６、６１、６２、６３ ＰＣ鋼棒（補強棒材）
６ｃ 定着プレート
６ｄ 支圧プレート
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ 混合構造梁
Ｏ１ 鉄筋コンクリート部２の軸線
Ｏ２ 鉄骨部３の軸線
Ｔ 緊張力導入部
Ｒ 鉄骨部内領域

Claims (5)

1. 鉄筋コンクリート造の一対の柱からそれぞれ柱間の離間方向の内側に向けて突設した一対の鉄筋コンクリート部と、
   前記一対の柱同士の間に配置される長さを有し、その長さ方向の両端部側がそれぞれ前記各鉄筋コンクリート部に埋設されて架構された鉄骨部と、
   前記鉄筋コンクリート部の軸線方向外側に突出して前記柱の内部に延設されて、前記柱と一体に接合される梁主筋と、
   前記鉄筋コンクリート部内で前記軸線方向に所定間隔をもって配筋された複数のせん断補強筋と、
   前記鉄筋コンクリート部の一端から他端に向かう方向に長手方向を向けて延びるとともに、その延在方向に緊張可能とされた補強棒材と、
   が設けられていることを特徴とする混合構造梁。
2. 前記補強棒材は、前記鉄骨部の上下フランジとウェブとに囲まれた領域の側部に沿う位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の混合構造梁。
3. 前記補強棒材は、側面視でＸ型に配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の混合構造梁。
4. 前記補強棒材は、柱側端部の定着部が前記鉄筋コンクリート部内に定着されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の混合構造梁。
5. 前記補強棒材は、柱側端部の定着部が前記柱内に定着されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の混合構造梁。

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