JP5684541B2 - 鉄筋補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、座屈抵抗性の向上を目的とした鉄筋コンクリート柱の鉄筋補強構造に関する。

従来、鉄筋コンクリート造の構造物の柱は、軸方向鉄筋（主筋）と横方向鉄筋（帯筋）とからなり、柱の断面形状、荷重に合わせてそれら主筋や帯筋の径寸法、配置等が設定されている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、鉄筋コンクリート部材の最大変形量は、軸方向鉄筋の座屈に大きく影響を受けている。そして、一般的に軸方向鉄筋の座屈抵抗を向上させるためには、軸方向鉄筋を取り囲む横方向鉄筋量を増加させている。

特開２００９−１７９９８７号公報

しかしながら、横方向鉄筋を増加させることにより軸方向鉄筋の座屈抵抗を向上させる従来の方法では、施工性および部材性能といった観点から限界があった。
そのため、鉄筋コンクリート部材の軸方向鉄筋においては、大規模な地震時の繰返し載荷によって、部材端の軸方向鉄筋が座屈し、荷重低下に至って塑性ひずみが蓄積し、ある値に達した後に塑性座屈が起こるといった問題があった。
また、終局時の軸方向鉄筋の座屈の方向が軸方向鉄筋や横方向鉄筋の配置によって異なることから、軸方向鉄筋を補強する好適な構造がなく、その点で改良の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、軸方向鉄筋の座屈を防止し、または発生を遅らせることによって、部材の変形性能の向上を図ることができる鉄筋補強構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る鉄筋補強構造では、鉄筋コンクリート柱を構成する鉄筋の補強構造であって、地震時に作用する軸方向鉄筋の座屈方向の側部に、柱の長さ方向に連続に非定着状態で補強材を設け、多角形状の柱の角部における軸方向鉄筋の内側に、それ以外の部分における軸方向鉄筋の外側に前記補強材を設けたことを特徴としている。

本発明では、地震時に作用する軸方向鉄筋の座屈方向の側部に非定着状態で補強材を設けておくことで、その補強材が軸方向鉄筋の座屈方向への変形の抵抗となり、軸方向鉄筋に生じる塑性ひずみの蓄積が抑えられるので、軸方向鉄筋の塑性座屈を防止することができる。そのため、地震終局時に、鉄筋コンクリート柱の荷重低下領域の軸方向鉄筋の座屈の性状に対応し、その座屈により鉄筋がはらみ出す位置に補強材を配置することで、鉄筋コンクリート柱の荷重低下を防止し、その耐力を向上させることができる。つまり、軸方向鉄筋が柱内側方向へ座屈する場合には、その鉄筋の内側に補強材を配置し、軸方向鉄筋が柱外側方向へ座屈する場合には、その鉄筋の外側に補強材を配置することで、柱の耐力を向上させることができる。

また、軸方向鉄筋の座屈方向が柱内側となる多角形状の柱の角部では、その鉄筋内側の側部に補強材を配置し、角部以外で座屈方向が柱外側となる部分では、その鉄筋外側の側部に補強材を配置して、柱の耐力を向上させることができる。

また、本発明に係る鉄筋補強構造では、鉄筋コンクリート柱を構成する鉄筋の補強構造であって、地震時に作用する軸方向鉄筋の座屈方向の側部に、柱の長さ方向に連続に非定着状態で補強材を設け、丸柱の軸方向鉄筋において、隣り合う軸方向鉄筋で互いに異なる位置に補強材を設けたことを特徴としている。
本発明では、丸柱内の軸方向鉄筋の配置により予測される座屈方向に合わせて補強材をバランスよく好適に配置することができる。例えば、周方向に配列される軸方向鉄筋に対して内外側に交互に補強材を設けることで、軸方向鉄筋に生じる変形を丸柱断面において均等に抑えることができる。

また、本発明に係る鉄筋補強構造では、軸方向鉄筋の外側に配置される補強材は、軸方向鉄筋と横方向鉄筋との間の位置に配置されていることが好ましい。
この場合、軸方向鉄筋の外側に配置された補強材が横方向鉄筋よりも外側、すなわち柱の表面寄りに配置されないので、横方向鉄筋のコンクリートの被り厚さを確保することができる。

また、本発明に係る鉄筋補強構造では、鉄筋コンクリート柱を構成する鉄筋の補強構造であって、地震時に作用する軸方向鉄筋の座屈方向の側部に、柱の長さ方向に連続に非定着状態で補強材を設け、多角形状の柱のすべての軸方向鉄筋の外側に補強材を設けたことを特徴としている。
本発明では、多角形状の柱の角部でない中央部分の軸方向鉄筋に十分な耐力がある場合に、角部の鉄筋が外側へ変形しようとするのを防止することができる。

また、本発明に係る鉄筋補強構造では、補強材は、柱の長さ方向に同一断面の部材であることが好ましい。
本発明では、補強材の長さ方向に延びる面をコンクリートに対して非定着状態とすることができる。

また、本発明に係る鉄筋補強構造では、補強材は、型鋼であることが好ましい。
本発明では、補強材に大きな曲げ剛性をもたせることができ、これにより軸方向鉄筋の変形に対する抵抗性を向上させることができる。

本発明の鉄筋補強構造によれば、補強材が軸方向鉄筋の座屈方向への変形に対する抵抗となるので、軸方向鉄筋の座屈を防止することができ、又は座屈の発生を遅らせることができ、これにより鉄筋コンクリート柱の変形性能の向上が図れ、構造物の耐震性の向上を図ることができる。

本発明の第１の実施の形態による鉄筋補強構造の構成を示す一部破断斜視図である。 鉄筋補強構造の柱の水平断面図である。 図２に示すＡ−Ａ線方向から見た側断面図であって、コンクリートを省略した図である。 図２に示す柱の部分拡大図である。 第２の実施の形態による鉄筋補強構造における柱の部分水平断面図であって、図４に対応する図である。 第３の実施の形態による鉄筋補強構造における柱の水平断面図である。 第４の実施の形態による鉄筋補強構造における柱の水平断面図である。

以下、本発明の実施の形態による鉄筋補強構造について、図面に基づいて説明する。かかる実施の形態は、本発明の一態様を示すものであり、この発明を限定するものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。

（第１の実施の形態）
図１乃至図３に示すように、本第１の実施の形態による鉄筋補強構造は、鉄筋コンクリート造の構造物において、フーチング１１上に立設された鉄筋コンクリート柱（以下、単に「柱１」という）を構成する鉄筋を補強するものである。
柱１は、断面視正方形で、コンクリート５に埋設された複数の軸方向鉄筋（主筋２）および複数の横方向鉄筋（帯筋３）と、主筋２の側部に柱１の長さ方向Ｙに連続に非定着状態で配置された補強材４とを備えた構造となっている。
主筋２は、図２において２列に配置され、１列あたり４本が設けられている。

図４に示すように、補強材４は、曲げ剛性を有するＬ型鋼であり、所定の長さ寸法でその長さ方向を柱１の長さ方向Ｙに並行に向けて配置され、本実施の形態では柱１の長さ方向Ｙの帯筋３が配置される位置に設けられている。ここで、長さ方向Ｙにおける補強材４の配置範囲は、主筋２の座屈の発生位置を予め設定し、柱１の下端部１ｃ（図１）、すなわち図１のフーチング１１の上端から部材高さ程度の範囲とされる。

これら補強材４は、柱１の角部１ａの主筋２の内側に配置されるもの（内側補強材４Ａ）と、角部１ａ以外の部分（中央部１ｂ）における主筋２の外側に配置されるもの（外側補強材４Ｂ）とからなる。
また、補強材４は、柱１の長さ方向Ｙに同一断面の部材であることから、補強材４の長さ方向に延びる面がコンクリート５に対して非定着状態となっている。

中央部１ｂに設けられる外側補強材４Ｂは、断面視Ｌ字型に直交する２辺部４ａ、４ｂのうち１辺４ａを主筋２と帯筋３との間の位置に配置させている。そして、角部１ａに設けられる内側補強材４Ａは、両辺４ａ、４ｂにより形成される頂部４ｃを柱１のほぼ中心側に向けた状態で配置されている。

このように構成される鉄筋補強構造の柱１では、地震時に作用する主筋２の座屈方向(図２、４に示す矢印Ｆ１、Ｆ２)の側部に非定着状態で補強材４Ａ、４Ｂを設けておくことで、その補強材４Ａ、４Ｂが主筋２の座屈方向Ｆ１、Ｆ２への変形の抵抗となり、主筋２に生じる塑性ひずみの蓄積が抑えられるので、主筋２の塑性座屈を防止することができる。

そのため、地震終局時に、柱１の荷重低下領域の主筋２の座屈の性状に対応し、その座屈により主筋２がはらみ出す位置に補強材４Ａ、４Ｂを配置することで、柱１の荷重低下を防止し、その耐力を向上させることができる。
そして、本第１の実施の形態では、主筋２の座屈方向Ｆ１が柱内側となる柱１の角部１ａでは、その主筋内側の側部に補強材４Ａを配置し、角部１ａ以外の中央部１ｂで座屈方向Ｆ２が柱外側となる部分では、その主筋外側の側部に補強材４Ｂを配置して、柱１の耐力を向上させることができる。

また、主筋２の外側に配置される補強材４Ｂの一部が主筋２と帯筋３との間の位置に配置されているので、その補強材４Ｂの辺部４ａが帯筋３よりも外側、すなわち柱１の表面寄りに配置されないので、帯筋３のコンクリート５の被り厚さを確保することができる。

上述した本第１の実施の形態による鉄筋補強構造では、補強材４が主筋２の座屈方向Ｆ１、Ｆ２への変形に対する抵抗となるので、主筋２の座屈を防止することができ、又は座屈の発生を遅らせることができ、これにより１の変形性能の向上が図れ、構造物の耐震性の向上を図ることができる。

次に、本発明の鉄筋補強構造による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。

（第２の実施の形態）
図５に示すように、第２の実施の形態による鉄筋補強構造は、補強材４のうち柱１の中央部１ｂに対応する外側補強材４Ｂの形状を代えたものであって、溝形鋼を用いた構成となっている。なお、柱１の角部１ａに対応する内側補強材４Ａは、上述した第１の実施の形態と同様にＬ型鋼からなる。この場合の溝形鋼からなる外側補強材４Ｂは、凹部４ｄに主筋２を配置させ、ウェブ４ｅを主筋２と帯筋３との間に配置させた状態で設けられている。
第２の実施の形態においても、第１の実施の形態と同様、外側補強材４Ｂによって補強材４が主筋２の座屈方向Ｆ１、Ｆ２への変形に対する抵抗となるので、主筋２の座屈を防止することができ、又は座屈の発生を遅らせることができる。

（第３の実施の形態）
図６に示すように、第３の実施の形態による鉄筋補強構造は、丸柱６（鉄筋コンクリート柱）の主筋２（軸方向鉄筋）の外側のみに補強材４を設けた構成となっている。主筋２は、帯筋３（横方向鉄筋）の内周側に沿って一定の間隔をもって均等に配置されている。補強材４は、すべてＬ型鋼であり、一方の辺部４ａが主筋２と帯筋３との間に配置された状態で設けられている。
本第３の実施の形態の丸柱６のように、主筋２の座屈方向が予測できない場合には、すべての主筋２の外側の側部に補強材４を設けることで、少なくとも丸柱外への主筋２の変形を抑えることができる。

（第４の実施の形態）
図７に示すように、第４の実施の形態による鉄筋補強構造は、上述した第３の実施の形態の補強材４（図６参照）の主筋２に対する位置（向き）を代えた構成となっている。
すなわち、丸柱６の主筋２において、隣り合う主筋２、２で互いに異なる位置に補強材４を設けた構成となっている。具体的には、周方向に配列される主筋２に対して内外側に交互に補強材４（内側補強材４Ａ、外側補強材４Ｂ）を設けることで、主筋２に生じる変形を丸柱断面において均等に抑えることができる。
つまり本第４の実施の形態では、丸柱６内の主筋２の配置により予測される座屈方向に合わせて補強材４をバランスよく好適に配置することができる。

以上、本発明による鉄筋補強構造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、本実施の形態では四角形状（正方形状）の柱１と丸柱６を鉄筋補強構造の適用対象としているが、これらの形状の柱であることに制限されることはなく、例えば五角形、或いは八角形などの多角形状の柱であってもかまわない。

また、本実施の形態では補強材４としてＬ型鋼や溝形鋼を採用しているが、これについても限定されることはない。要は、長さ方向の曲げ剛性の高い部材であればよいのである。
そして、これら補強材４の厚さ寸法、長さ寸法、位置、向きなどについても、適宜な部材を用いることが可能である。例えば、多角形状の柱のすべての軸方向鉄筋の外側に補強材を設けるようにすることも可能である。この場合、多角形状の柱の角部でない中央部分の軸方向鉄筋に十分な耐力がある場合に、角部の鉄筋が外側へ変形しようとするのを防止することができる。

さらに、主筋２（軸方向鉄筋）、帯筋３（横方向鉄筋）の位置、本数、径寸法などに限定されることはない。
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した複数の実施の形態を適宜組み合わせてもよい。

１ 柱（鉄筋コンクリート柱）
１ａ 角部
１ｂ 中央部
２ 主筋（軸方向鉄筋）
３ 帯筋（横方向鉄筋）
４ 補強材
４Ａ 内側補強材
４Ｂ 外側補強材
５ コンクリート
６ 丸柱（鉄筋コンクリート柱）
Ｙ 柱の長さ方向

Claims (6)

1. 鉄筋コンクリート柱を構成する鉄筋の補強構造であって、
   地震時に作用する軸方向鉄筋の座屈方向の側部に、柱の長さ方向に連続に非定着状態で補強材を設け、
   多角形状の柱の角部における軸方向鉄筋の内側に、それ以外の部分における軸方向鉄筋の外側に前記補強材を設けたことを特徴とする鉄筋補強構造。
2. 鉄筋コンクリート柱を構成する鉄筋の補強構造であって、
   地震時に作用する軸方向鉄筋の座屈方向の側部に、柱の長さ方向に連続に非定着状態で補強材を設け、
   丸柱の軸方向鉄筋において、隣り合う軸方向鉄筋で互いに異なる位置に前記補強材を設けたことを特徴とする鉄筋補強構造。
3. 前記軸方向鉄筋の外側に配置される前記補強材は、前記軸方向鉄筋と横方向鉄筋との間の位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄筋補強構造。
4. 鉄筋コンクリート柱を構成する鉄筋の補強構造であって、
   地震時に作用する軸方向鉄筋の座屈方向の側部に、柱の長さ方向に連続に非定着状態で補強材を設け、
   多角形状の柱のすべての軸方向鉄筋の外側に前記補強材を設けたことを特徴とする鉄筋補強構造。
5. 前記補強材は、前記柱の長さ方向に同一断面の部材であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の鉄筋補強構造。
6. 前記補強材は、型鋼であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の鉄筋補強構造。

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