JP5791305B2

JP5791305B2 - 鋼板コンクリート構造

Info

Publication number: JP5791305B2
Application number: JP2011040006A
Authority: JP
Inventors: 克実 ▲高▼木; 清水　弘; 弘清水; 拓岡本; 藤本　良; 良藤本
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-10-07
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012177236A

Description

本発明は、鋼板コンクリート構造に関する。

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）。

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。

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、ｈ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。

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ｈ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ｈ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。

特開２００３−３２８４３３号公報

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、群状に配置された複数のスタッド２に荷重が作用した状態で、中央の１本のスタッド２に他の複数のスタッドよりも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、スタッド２が群状に配置された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。そのため、スタッド２を群状に配置した場合に、引抜耐力を考慮して評価することが難しい。本発明は、耐力の評価を行う際に、群状配置の影響を考慮する必要がなくなるようなスタッドの合理的な配置を提供することを目的とする。

本発明の鋼板コンクリート構造は、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複数のスタッドと、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であって、前記複数のスタッドが千鳥状に配列され、前記複数のスタッドは、隣接する３つのスタッドが正三角形の頂点をなすようにして配列され、前記正三角形の一辺の長さＬが、前記スタッドの直径をＤ、前記スタッドのコンクリートへの埋め込み深さ（スタッド長さ）をｈとしたとき、Ｌ＝２×ｈ＋Ｄとされていることを特徴とする。

本発明の鋼板コンクリート構造においては、複数のスタッドを千鳥状に配列して設けることにより、各スタッドをそれぞれ独立のスタッドとして評価することが可能になり、複数のスタッドを縦横整列配置した場合（格子状に配列した場合）と比較し、合理的なスタッド耐力の評価を行うことが可能になる。

本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造の千鳥状に配置した複数のスタッドを示す平面視図である。本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造のスタッドを示す断面図である。本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造への付帯物（ベースプレート）の取付位置による荷重伝達の違いを示す図である。本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造のスタッドの配置の変形例を示す図である。本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造を模式的に示す断面図である。鋼板コンクリート構造におけるスタッドのコーン破壊を示す図である。従来の鋼板コンクリート構造の設計方法における有効投影面積の求め方を示す図である。

以下、図１から図４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について説明する。

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。

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。

また、本実施形態のＳＣ構造１０では、複数のスタッド２が群状に配置して表面鋼板３、４に固設されている。さらに、複数のスタッド２は、図２（ａ）に示す従来のように縦横整列配置（格子状配列）されているのではなく、図２（ｂ）に示すように千鳥状に配列されている。

また、本実施形態において、千鳥状に配列した複数のスタッド２は、図２（ｂ）及び図３に示すように、隣接する３つのスタッド２が正三角形の頂点をなすように配列されている。さらに、このとき、正三角形の一辺の長さＬがスタッドの長さに応じて設定されている。具体的に、本実施形態では、スタッドの直径をＤ、スタッド２のコンクリート１への埋め込み深さ（スタッド長さ）をｈとしたとき、正三角形の一辺の長さＬがＬ＝２×ｈ＋Ｄとされている。なお、本実施形態では、頭付きスタッドが用いられているため、スタッド２の直径Ｄは軸部２ａの直径ではなく、頭部２ｂの直径となる。

そして、スタッド２の引抜耐力の評価に用いる考え方はコーン破壊を想定し、コーンの破壊面の角度を４５度とする。このため、上記のように隣接する３つのスタッド２が正三角形の頂点をなすように複数のスタッド２を配列すると、隣り合うスタッド２の間隔Ｌがコーン破壊の円形投影面Ａｃの直径が正三角形の一辺となり、隣り合うスタッド２の円形投影面Ａｃ同士が重なることなく接する。このように複数のスタッド２の円形投影面Ａｃ同士が重なることなく接することで、複数のスタッド２の円形投影面Ａｃが鋼板平面内で最も密に配置した状態となる。

そして、本実施形態のＳＣ構造１０においては、上記のように複数のスタッド２を配置することで、ＳＣ構造１０の表面全体において均等且つ合理的なスタッド配置となり、スタッド間での投影面の重複がないことで、耐力の評価を行う際に、群状配置の影響を考慮する必要がなくなる。

したがって、本実施形態のＳＣ構造１０においては、各スタッド２の耐力をそれぞれ独立のスタッド２として評価することが可能になり、複数のスタッド２を縦横整列配置した場合（格子状に配列した場合）と比較し、合理的なスタッド耐力の評価を行うことが可能になる。

一方、本実施形態の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。

ここで、ＳＣ構造では、表面鋼板３にベースプレート７ｂ（配管サポート７ａ）を接合する際、より多くのスタッド２に荷重を伝達させることが強度上有利となる。これに対し、本実施形態のＳＣ構造１０は、上記のように隣接する３つのスタッド２が正三角形の頂点をなすように複数のスタッド２を配置し、円形投影面Ａｃ同士が重なることなく接するように複数のスタッド２を配置している。

そして、複数のスタッド２がこのように配置されている本実施形態のＳＣ構造１０においては、図４に示すように、ベースプレート７ｂをスタッド２の取付間隔Ｌと同じ半径を有する円形状にすると、最大で７箇所のスタッド２に荷重を直接的に伝達することができ、最低でも３箇所のスタッド２に荷重を伝達させることが可能になる。

以上、本発明に係る鋼板コンクリート構造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。

例えば、本実施形態では、複数のスタッド２を、千鳥状に配置し、隣接する３つのスタッド２が正三角形の頂点をなすように配置して、円形投影面Ａｃ同士が重なることなく接するようにしている。これに対し、図５（ａ）に示すように、隣り合うスタッド２のコーン破壊面の円形投影面Ａｃ同士が重なるようにして、いかなる点においてもスタッド２の円形投影面Ａｃに含まれるようにしてもよい。そして、このようにいかなる点においてもスタッド２の円形投影面Ａｃに含まれるようにする際、図５（ｂ）に示すように複数のスタッド２を格子状に配置した場合には、スタッド長さｈを√２倍（＝１．４１４・・・）する必要があるのに対し、本実施形態のように複数のスタッド２を三角形状配置した場合には、図５（ａ）に示すように、スタッド長さｈを２／√３倍（＝１．１５４・・・）程度にすれば鋼板平面を埋め尽くすことが可能になる。すなわち、スタッド２による表面鋼板３、４とコンクリート１の付着強度を増大させることを目的に、スタッド長さｈを長くする（もしくは、スタッド間隔Ｌを小さくする）ことによる効果が、従来の格子状配置に比べ、本実施形態のように正三角形配置の方が大きくなる。よって、本発明によれば、スタッド２による表面鋼板３、４とコンクリート１の付着強度の増加が効率的に可能になる。

また、ＳＣ構造１０におけるスタッド配置は、ＳＣ構造１０の鋼板３、４に座屈を生じさせないように決定されるのが一般的である。そして、「鋼板コンクリート構造耐震設計技術規程」、電気技術規程原子力編、ＪＥＡＣ４６１８−２００９、社団法人日本電気協会、平成２２年３月３０日、ｐ４９には、スタッド２で点支持された鋼板３の幅厚比として、次の式（２）が示されている（図６参照）。ここで、Ｌはスタッド間隔（ｍｍ）、ｔは表面鋼板３の厚さ（ｍｍ）、Ｆは鋼板３の許容応力度を決定する場合の基準値（Ｎ／ｍｍ^２）である。

そして、このような式（２）を基にしてスタッド間隔Ｌを設定した場合には、正三角形状にスタッド３を合理的に配置することを目的とすると、本実施形態よりもより合理的なスタッド長さｈを設定することが可能になる。すなわち、本実施形態とは逆に、スタッド間隔Ｌを先に設定した場合においても、正三角形にスタッド２を配置する際のスタッド長さｈを合理的に決定することが可能になる。

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）
Ａｃ有効投影面積（投影面）

Claims

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複数のスタッドと、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であって、
前記複数のスタッドが千鳥状に配列され、
前記複数のスタッドは、隣接する３つのスタッドが正三角形の頂点をなすようにして配列され、
前記正三角形の一辺の長さＬが、前記スタッドの直径をＤ、前記スタッドのコンクリートへの埋め込み深さ（スタッド長さ）をｈとしたとき、Ｌ＝２×ｈ＋Ｄとされていることを特徴とする鋼板コンクリート構造。