JP5751862B2 - Steel plate concrete structure design system and steel plate concrete structure design method - Google Patents
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Description
本発明は、鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法に関する。 The present invention relates to a steel plate concrete structure design system and a steel plate concrete structure design method.
コンクリート構造としては、張力部材に鉄筋を用いた鉄筋コンクリート構造(RC構造)が一般的であるが、近年、張力部材に鋼板を用いた鋼板コンクリート構造(SC構造)が注目されている。このSC構造は、例えば、複数の表面鋼板で形成された鋼板枠と、複数の表面鋼板相互を連結するタイバーと、各表面鋼板の内面に固設されたスタッドと、鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えて構成されている(例えば、特許文献1参照)。 As a concrete structure, a reinforced concrete structure (RC structure) using a reinforcing bar as a tension member is common, but in recent years, a steel plate concrete structure (SC structure) using a steel plate as a tension member has attracted attention. This SC structure is, for example, placed in a steel plate frame, a steel plate frame formed of a plurality of surface steel plates, a tie bar connecting the plurality of surface steel plates, a stud fixed to the inner surface of each surface steel plate, and a steel plate frame. (See, for example, Patent Document 1).
また、RC構造に配管サポート等の付帯物を取り付ける際には、例えば、付帯物の取付位置を予め定めておき、そこにボルト等を配置してからコンクリートを打設し、コンクリート硬化後に、RC構造の壁面から突出しているボルト部分に付帯物を連結している。これに対し、SC構造では、表面鋼板に付帯物を直接溶接等で接合できるため、付帯物の取付位置を予め定めておく必要がなく、しかも、コンクリート硬化時期と関係なく付帯物を取り付けることができる。このため、SC構造は、RC構造と比較し、付帯物の取付時期や取付位置の自由度が高く、付帯物の取付施工性を高めることができるという大きな利点を有している。 In addition, when attaching an accessory such as a pipe support to the RC structure, for example, the attachment position of the accessory is determined in advance, and concrete is placed after bolts are placed there. The accessory is connected to the bolt portion protruding from the wall surface of the structure. In contrast, in the SC structure, the accessory can be joined directly to the surface steel plate by welding or the like, so there is no need to predetermine the attachment position of the accessory and the accessory can be attached regardless of the concrete hardening time. it can. For this reason, compared with RC structure, SC structure has the big advantage that the attachment time of an attachment or the freedom degree of an attachment position is high, and can improve the attachment construction property of an attachment.
一方、このようなSC構造を設計する場合、コンクリート1に埋設されたスタッド2の破壊モードとしては、図7(a)及び図7(b)に示すスタッド中心に45度の角度で破壊するコーン破壊と、鋼材破壊(スタッド破断)の2通りの破壊モードについて検討する。また、このうち、現状のコーン破壊に対する耐力(強度)評価手法では、1本のスタッド2の耐力を、下記の式(1)に基づいて評価することが一般的に行われている。ここで、図7(b)、式(1)において、Leはスタッドの埋め込み深さ、Dはスタッドの径、φは低減係数(安全係数)、Acは投影面積、Fcはコンクリート強度を示す。
On the other hand, when designing such an SC structure, the failure mode of the
この式(1)の通り、スタッド2のコーン破壊での耐力は投影面積Acに依存する。そして、図8(a)に示すように、スタッド2が1本の場合には、埋め込み深さLeを半径とした円形面積が有効投影面積Acとなる。また、図8(b)に示すように、複数のスタッド2が群状に配置され、且つスタッド2の間隔が狭く、各スタッド2の埋め込み深さLeを半径とした円形面積が重なる場合には、隣り合うスタッド2の間隔を一辺とした矩形面積を有効投影面積Acとしている。さらに、図8(c)に示すように、複数のスタッド2が群状に配置され、スタッド2の間隔が十分広い場合には、埋め込み深さLeを半径とした円形面積が有効投影面積Acとなる。なお、有効投影面積Acが重なるようにスタッド2が群状に配置され、引抜荷重が均一に作用した場合には(均等載荷状態では)、図8(d)に示すように大きな有効投影面積Acを設定してコーン破壊に対する耐力評価を行っている。
As shown in this equation (1), the yield strength of the
しかしながら、従来のSC構造の設計方法では、図8(b)に示す通り、群状に配置されたスタッド2に荷重が均一に作用した状態で、中央の1本のスタッド2に大きな引抜荷重が作用した場合、1本のスタッド2を引き抜く図8(a)の場合よりも、有効投影面積Acが小さくなってしまい、コーン破壊での耐力が小さく評価されてしまう。すなわち、従来のSC構造の設計方法においては、SC構造に躯体荷重(SC構造の自重や地震荷重など、付帯物による荷重以外の設計上考慮しうる荷重)が作用した場合のスタッド2の引抜耐力を考慮して評価がなされていない。
However, in the conventional SC structure design method, as shown in FIG. 8 (b), a large pulling load is applied to one
本発明の鋼板コンクリート構造の設計システムは、複数の表面鋼板で形成された鋼板枠と、前記表面鋼板の内面に固設されたスタッドと、前記鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えてなる鋼板コンクリート構造の設計システムであって、スタッド間隔及びスタッド長さを含む構造条件を入力する構造条件入力手段と、構造条件入力手段で入力された構造条件に基づいて躯体荷重を演算する躯体荷重演算手段と、複数のスタッド全体で支持した場合に、スタッド1本あたりで支持可能な基準荷重を演算する基準荷重演算手段と、基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率を演算する荷重比率演算手段と、荷重比率と有効投影面積との関係を記憶する記憶手段と、記憶手段で記憶された荷重比率と有効投影面積との関係を参照して、荷重比率から有効投影面積を演算する有効投影面積演算手段と、有効投影面積演算手段で演算された有効投影面積に基づき、スタッド1本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を演算する荷重演算手段とを備えていることを特徴とする。 A design system for a steel plate concrete structure according to the present invention includes a steel plate frame formed of a plurality of surface steel plates, a stud fixed to an inner surface of the surface steel plate, and a concrete cast in the steel plate frame. A steel plate concrete structure design system comprising: a structural condition input means for inputting structural conditions including stud spacing and stud length; and a structural load for calculating a structural load based on the structural conditions input by the structural condition input means A calculation means; a reference load calculation means for calculating a reference load that can be supported per stud when supported by a plurality of studs; a load ratio calculation means for calculating a load ratio of the housing load to the reference load; Refer to the relationship between the load ratio and the effective projection area, the storage means for storing the relationship between the load ratio and the effective projection area, and the relationship between the load ratio and the effective projection area stored in the storage means. An effective projected area calculating means for calculating an effective projected area, and a load calculating means for calculating a supportable load including incidental loads with one stud based on the effective projected area calculated by the effective projected area calculating means. It is characterized by.
本発明の鋼板コンクリート構造の設計方法は、複数の表面鋼板で形成された鋼板枠と、前記表面鋼板の内面に固設されたスタッドと、前記鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えてなる鋼板コンクリート構造の設計システムによる設計方法であって、前記設計システムの構造条件入力手段が入力したスタッド間隔及びスタッド長さを含む構造条件に基づいて、前記設計システムの躯体荷重演算手段が躯体荷重を求め、前記設計システムの基準荷重演算手段が、複数のスタッド全体で支持した場合に、スタッド1本あたりで支持可能な基準荷重を求め、前記設計システムの荷重比率演算手段が、基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率を求め、前記設計システムの有効投影面積演算手段が、前記設計システムの記憶手段が記憶する予め求められた荷重比率と有効投影面積との関係を参照して、荷重比率から有効投影面積を求め、求めた有効投影面積に基づき、前記設計システムの荷重演算手段が、スタッド1本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を求めるようにしたことを特徴とする。
The method for designing a steel plate concrete structure of the present invention comprises a steel plate frame formed of a plurality of surface steel plates, a stud fixed on the inner surface of the surface steel plate, and a concrete cast in the steel plate frame. The steel plate concrete structure design system is a design method according to the present invention, wherein the frame load calculation means of the design system is based on the structure conditions including the stud interval and the stud length input by the structure condition input means of the design system. When the reference load calculation means of the design system supports the entire stud, the reference load that can be supported per stud is obtained, and the load ratio calculation means of the design system determines the housing for the reference load. calculated load ratio of the load, the effective projected area calculation means of the design system, previously obtained et the storage means of the design system stores Was with reference to the relationship between the load ratio and the effective projected area, determine the effective projected area from the load ratio, based on the effective projected area determined, a load calculating means of the design system, comprising a supplementary material load in one stud It is characterized in that a load that can be supported is obtained.
本発明の鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法においては、従来の鋼板コンクリート構造の設計方法に対し、コーン破壊における有効投影面積の求め方を見直すことにより、合理的なスタッド耐力の評価を行うことが可能になる。 In the design system of steel plate concrete structure and the design method of steel plate concrete structure of the present invention, by reexamining how to determine the effective projected area in cone fracture, the conventional stud steel structure structure design method can provide a reasonable stud strength. An evaluation can be performed.
以下、図1から図6を参照し、本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法について説明する。 Hereinafter, a design system for a steel plate concrete structure and a design method for a steel plate concrete structure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
はじめに、本実施形態のSC構造(鋼板コンクリート構造)10は、例えば、図1に示すように、複数の表面鋼板3、4で形成された鋼板枠5と、鋼板枠5を形成する複数の表面鋼板3、4のうち、互いに向かい合う一対の表面鋼板3、4同士を連結する複数のタイバー6と、各表面鋼板3、4の内面に固設された複数のスタッド2と、鋼板枠5内に打設されたコンクリート1とを備えて構成されている。
First, an SC structure (steel plate concrete structure) 10 of the present embodiment includes, for example, a
また、タイバー6は、その一端を一対の表面鋼板3、4のうちの一方の表面鋼板3に接合し、他端を他方の表面鋼板4に接合して鋼板枠5内に配設(コンクリート1に埋設)されている。スタッド2は、表面鋼板3、4とコンクリート1との接続性等を高めるためのものである。そして、本実施形態のスタッド2は、軸部2aの一端側に頭部2bを備えた頭付きスタッドであり、軸部2aの他端を表面鋼板3、4の内面に隅肉溶接等で接合して鋼板枠5内に配設(コンクリート1に埋設)されている。なお、本実施形態のSC構造10は、図2(a)及び図2(b)に模式的に示すように、複数のスタッド2が群状に配置されている。
The tie bar 6 has one end joined to one
また、このSC構造10には、図1に示すように、付帯物7が取り付けられる。本実施形態では、この付帯物7が配管8を支持するための配管サポート7aとされ、例えばH型鋼を用いて形成されている。また、この付帯物7の配管サポート7aは、鋼板であるベースプレート(取付板)7bが取り付けられ、このベースプレート7bを表面鋼板3に溶接などで接合してSC構造10に取り付けられる。
Further, as shown in FIG. 1, an
次に、本実施形態では、図3に示すように、構造条件入力手段11と躯体荷重演算手段12と基準荷重演算手段13と荷重比率演算手段14と記憶手段15と有効投影面積演算手段16と荷重演算手段17とを備えてなる設計システム(鋼板コンクリート構造の設計システム)20を用いて、上記構成からなるSC構造10を設計する。
Next, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the structural condition input means 11, the frame load calculation means 12, the reference load calculation means 13, the load ratio calculation means 14, the storage means 15, the effective projection area calculation means 16, The
そして、本実施形態においてSC構造10を設計する際には(本実施形態のSC構造の設計方法では)、群状に配置されたスタッド2に荷重が均一に作用した状態(図8(b)に示した状態)で中央の1本のスタッド2に大きな引抜荷重が作用した場合において、次のような考え方を適用する。
When the
まず、コーン破壊でのスタッド耐力の計算式には、次の式(2)を用いる。 First, the following formula (2) is used as a calculation formula for the stud strength in cone fracture.
次に、本実施形態では、構造条件入力手段11によって、スタッド間隔aとスタッド長さLeとスタッド径Dを入力する。そして、このように構造条件入力手段11で入力された構造条件に基づいて、躯体荷重演算手段12によって躯体荷重を演算する。ここで、躯体荷重とは、SC構造10の自重や地震荷重など、付帯物7による荷重以外の設計上考慮しうる荷重を示す。
Next, in this embodiment, the stud interval a, the stud length Le, and the stud diameter D are input by the structural condition input means 11. Based on the structural condition input by the structural
また、基準荷重演算手段13によって、複数のスタッド全体で支持した場合にスタッド1本あたりで支持可能な基準荷重を演算する。ここで、基準荷重とは、スタッド2の許容荷重を意味し、図8(b)に示した(後述の図4(b)に示す)複数のスタッド2が群状に配置され、且つスタッド2の間隔が狭く、各スタッド2の埋め込み深さLeを半径とした円形面積が重なる場合の有効投影面積がA□である場合のコーン引抜耐力を意味する。言い換えれば、基準荷重は、有効投影面積がA□である場合にどのくらいのコーン引抜力を持っているかを意味する。
Further, the reference load calculating means 13 calculates a reference load that can be supported per stud when the entire stud is supported. Here, the reference load means an allowable load of the
次に、荷重比率演算手段14によって、基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率αを演算する。また、記憶手段15で記憶された荷重比率αと有効投影面積Acとの関係を参照し、有効投影面積演算手段16によって荷重比率αから有効投影面積Acを演算する。
Next, the load ratio calculation means 14 calculates the load ratio α of the housing load with respect to the reference load. The effective projection area Ac is calculated from the load ratio α by the effective projection
例えば、本実施形態では、記憶手段15に、図5に示すような荷重比率と有効投影面積の関係が予め記憶されている。そして、有効投影面積演算手段16では、図4(a)に示す面積A○を式(3)で、図4(b)に示す面積A□を式(4)で求め、これら式(3)、式(4)で求めた各面積と、荷重比率演算手段14で演算した基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率αから、荷重比率αと有効投影面積Acの関係(式(5))により有効投影面積Acを演算する。 For example, in this embodiment, the relationship between the load ratio and the effective projection area as shown in FIG. Then, the effective projection area calculating means 16 obtains the area A ○ shown in FIG. 4A by the equation (3) and the area A □ shown in FIG. 4B by the equation (4), and these equations (3) From the respective areas obtained by the expression (4) and the load ratio α of the housing load to the reference load calculated by the load ratio calculating means 14, the effective projection is performed according to the relationship between the load ratio α and the effective projection area Ac (expression (5)). The area Ac is calculated.
そして、有効投影面積演算手段16で演算された有効投影面積Acに基づき、荷重演算手段17によってスタッド1本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を演算する。ここで、図6は、スタッド間隔aを200mm、スタッド径Dを35mm、スタッド長さLeを170mm、コンクリート強度Fcを30MPaとし、上記の設計方法を適用してスタッド耐力を試算した結果である。 Then, based on the effective projection area Ac calculated by the effective projection area calculation means 16, the load calculation means 17 calculates a load that can be supported including one incidental load by one stud. Here, FIG. 6 shows the result of trial calculation of the stud strength by applying the above design method with the stud interval a being 200 mm, the stud diameter D being 35 mm, the stud length Le being 170 mm, and the concrete strength Fc being 30 MPa.
この試算結果に示すように、本実施形態の設計方法では、躯体荷重が全く作用していない状態(有効投影面積A○の状態)と、躯体荷重としてスタッド2の許容荷重(基準荷重)が作用した状態(有効投影面積A□の状態)との間の荷重状態(躯体荷重としてスタッド許容荷重の1/3が作用した状態や躯体荷重としてスタッド許容荷重の2/3が作用した状態など)におけるスタッド耐力が求まる。
As shown in this trial calculation result, in the design method of the present embodiment, a state in which the body load is not acting at all (state of the effective projection area A ○) and an allowable load (reference load) of the
すなわち、本実施形態の鋼板コンクリート構造10の設計システム20及び鋼板コンクリート構造10の設計方法においては、従来の鋼板コンクリート構造の設計方法に対し、コーン破壊における有効投影面積の求め方を見直し、作用する荷重に応じた有効投影面積Acを求めることで、合理的なスタッド耐力の評価を行うことが可能になる。
That is, in the
以上、本発明に係る鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施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。 As mentioned above, although one embodiment of the design system of the steel plate concrete structure and the design method of the steel plate concrete structure according to the present invention has been described, the present invention is not limited to the above one embodiment, and does not depart from the spirit thereof. It can be changed as appropriate.
1 コンクリート
2 スタッド
2a 軸部
2b 頭部
3 表面鋼板
4 表面鋼板
5 鋼板枠
6 タイバー
7 付帯物
7a 配管サポート
7b ベースプレート
8 配管
10 鋼板コンクリート構造(SC構造)
11 構造条件入力手段
12 躯体荷重演算手段
13 基準荷重演算手段
14 荷重比率演算手段
15 記憶手段
16 有効投影面積演算手段
17 荷重演算手段
20 鋼板コンクリート構造の設計システム
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えてなる鋼板コンクリート構造の設計システムであって、
スタッド間隔及びスタッド長さを含む構造条件を入力する構造条件入力手段と、
構造条件入力手段で入力された構造条件に基づいて躯体荷重を演算する躯体荷重演算手段と、
複数のスタッド全体で支持した場合に、スタッド1本あたりで支持可能な基準荷重を演算する基準荷重演算手段と、
基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率を演算する荷重比率演算手段と、
荷重比率と有効投影面積との関係を記憶する記憶手段と、
記憶手段で記憶された荷重比率と有効投影面積との関係を参照して、荷重比率から有効投影面積を演算する有効投影面積演算手段と、
有効投影面積演算手段で演算された有効投影面積に基づき、スタッド1本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を演算する荷重演算手段とを備えていることを特徴とする鋼板コンクリート構造の設計システム。 A steel plate frame formed of a plurality of surface steel plates, a stud fixed to the inner surface of the surface steel plate,
A design system of a steel plate concrete structure comprising concrete placed in the steel plate frame,
A structural condition input means for inputting a structural condition including a stud interval and a stud length;
A body load calculating means for calculating a body load based on the structural condition input by the structural condition input means;
Reference load calculating means for calculating a reference load that can be supported per stud when supported by a plurality of studs,
Load ratio calculating means for calculating the load ratio of the housing load to the reference load;
Storage means for storing the relationship between the load ratio and the effective projected area;
With reference to the relationship between the load ratio stored in the storage means and the effective projection area, effective projection area calculation means for calculating the effective projection area from the load ratio;
A design system for a steel plate concrete structure comprising load calculating means for calculating a supportable load including incidental load with one stud based on the effective projected area calculated by the effective projected area calculating means .
前記鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えてなる鋼板コンクリート構造の設計システムによる設計方法であって、
前記設計システムの構造条件入力手段が入力したスタッド間隔及びスタッド長さを含む構造条件に基づいて、前記設計システムの躯体荷重演算手段が躯体荷重を求め、
前記設計システムの基準荷重演算手段が、複数のスタッド全体で支持した場合に、スタッド1本あたりで支持可能な基準荷重を求め、
前記設計システムの荷重比率演算手段が、基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率を求め、
前記設計システムの有効投影面積演算手段が、前記設計システムの記憶手段が記憶する予め求められた荷重比率と有効投影面積との関係を参照して、荷重比率から有効投影面積を求め、
求めた有効投影面積に基づき、前記設計システムの荷重演算手段が、スタッド1本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を求めるようにしたことを特徴とする鋼板コンクリート構造の設計方法。 A steel plate frame formed of a plurality of surface steel plates, a stud fixed to the inner surface of the surface steel plate,
A design method using a steel plate concrete structure design system comprising concrete placed in the steel plate frame,
Based on the structural conditions including the stud interval and the stud length input by the structural condition input means of the design system, the structural load calculation means of the design system obtains the structural load,
When the reference load calculation means of the design system supports a plurality of studs, a reference load that can be supported per stud is obtained,
The load ratio calculation means of the design system obtains the load ratio of the housing load to the reference load,
The effective projection area calculation means of the design system refers to the relationship between the load ratio obtained in advance and the effective projection area stored in the storage means of the design system, and determines the effective projection area from the load ratio,
A design method of a steel plate concrete structure, wherein the load calculation means of the design system obtains a load that can be supported including an incidental load with one stud based on the obtained effective projected area.
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