JP6023476B2

JP6023476B2 - 鉄筋構造

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Publication number: JP6023476B2
Application number: JP2012130668A
Authority: JP
Inventors: 福馬飯干; 義行村田; 佳史中村
Original assignee: Neturen Co Ltd
Current assignee: Neturen Co Ltd
Priority date: 2012-06-08
Filing date: 2012-06-08
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2032-06-08
Also published as: JP2013253441A

Description

本発明は、梁と接合される複数の柱用の主筋を備えた鉄筋構造に関する。

従来、柱と、柱と接合される梁とを備えた鉄筋構造が知られている。
このような鉄筋構造では、柱と梁とが接合する柱梁接合部分には、柱用の主筋及びせん断補強筋や、梁用の主筋が配筋されて、コンクリートが打設される。そして、鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説第８版第１刷（社団法人日本建築学会編集）によると、以下の式から求められる許容せん断力Ｑに応じて接合部分が設計されることが一般的である。
Ｑ＝κ（ｆ−０．５）ｂＤ（κ：接合部分の形状による係数、ｆ：コンクリートの短期許容せん断応力度、ｂ：接合部分の有効幅、Ｄ：柱せい）

さらに、鉄筋構造として、特許文献１で示される従来例がある。
特許文献１で示される鉄筋構造では、柱用の主筋は、所定強度であって継手部分を有する普通強度部分と、所定強度よりも高い強度である高強度部分とを備え、普通強度部分は柱用の主筋の中央部に配筋され、高強度部分は梁との接合部分に配筋されている。このような柱用の主筋では、普通強度部分の端部どうしが溶接等の継手手段で接合される。

実用新案登録第３１４７６９９号公報

しかし、一般的な設計による鉄筋構造では、接合部分の許容せん断力（せん断耐力）を大きくするためには、コンクリートを構成する材料を変えてコンクリート強度を大きくするか、又は、前述の式からわかる通り、柱せいＤを大きくして接合部の断面積を大きくしなければならない。
コンクリート強度を大きくすると、コストがかかる。また、接合部の断面積を大きくすると、柱全体や梁全体の断面積も大きくなり、居住空間が狭くなってしまう。
特許文献１は、強度が変化する鉄筋どうしを確実に継手するという課題を解決するために主筋を部分的に補強したものであり、居住空間が狭くなってしまうことは特許文献１では解決できるものではない。

本発明の目的は、柱用の主筋の耐力を大きくでき、柱の断面積を小さくできる鉄筋構造を提供することである。

本発明の鉄筋構造は、梁と接合される複数の柱用の主筋を備え、前記柱用の主筋の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力は、ＪＩＳＧ３１１２で規定する普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きく、降伏点又は0.2%耐力が前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい部位は、前記柱用の主筋のうち、前記梁と接合される柱梁接合部を含み、かつ、前記柱梁接合部の端縁から前記柱用の主筋が延びる方向に所定距離にあり、前記所定距離は柱せいの１．１〜１．３倍であることを特徴とする。
この構成の本発明では、柱用の主筋の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力は、ＪＩＳＧ３１１２において鉄筋コンクリート用鋼棒として規定する普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいため、柱用の主筋の少なくとも一部が高強度である。このため、柱用の各主筋を細くできて隣り合う主筋どうしの間隔を小さくでき、これによって、柱の断面積を小さくできる。
しかも、降伏点又は0.2%耐力が普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい部位は、梁と接合される柱梁接合部を含む。柱梁接合部は、柱にかかる応力が集中するので、柱用の主筋のうち、少なくとも柱梁接合部が高強度になり、柱梁接合部における柱の耐力を向上できる。

本発明では、前記柱は、前記柱用の主筋の軸方向と交差する平面内において前記柱用の主筋を囲んで配筋された複数の柱用のせん断補強筋を備え、前記複数の柱用のせん断補強筋の降伏点又は0.2%耐力は前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい構成が好ましい。
この構成の本発明では、柱用のせん断補強筋の降伏点又は0.2%耐力は普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいため、せん断補強筋が負担できるせん断力が大きくなり、その分、柱のコンクリート断面の負担分が小さくできる。これによって、柱の断面積をさらに小さくできる。

本発明では、前記柱用の主筋は、降伏点又は0.2%耐力が前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい高強度鉄筋部分と、前記普通鉄筋から構成される普通鉄筋部分とを備える構成が好ましい。
この構成の本発明では、柱用の主筋は高強度鉄筋部分と普通鉄筋部分とを備えるので、主筋の全部分を高強度にするよりも、コストが低くて済む。

本発明では、各柱用の主筋の端部は、前記柱用の別の主筋の端部と、前記柱用の主筋の軸方向と交差する方向において重ねることが可能である構成が好ましい。
この構成の本発明では、各柱用の主筋の端部は、柱用の別の主筋の端部と重ねることが可能であるため、柱用の別の主筋と連結させるときに、容易に連結できる。

本発明では、前記柱用の主筋は、前記普通鉄筋を焼入れすることによって形成される構成が好ましい。
この構成の本発明では、柱用の主筋は、普通鉄筋を焼入れすることによって形成されるため、母材である普通鉄筋よりも確実に強度を高めることができる。

本発明の鉄筋構造の全体の模式図。本発明の実施形態に係る鉄筋構造の要部を示す断面図。本発明の実施形態に係る主筋の端部を示す断面図。本発明の実施形態に係る柱を試験する試験装置を示す図。せん断力に対する層間変形角の変化を示すグラフ。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は鉄筋構造１の全体の模式図であり、図２は鉄筋構造１の要部断面図であり、図３は主筋２１の端部を示す断面図である。

図１及び図２に示すように、建物は、複数の柱２と、柱２と接合する複数の梁３とを備えた複数階建ての鉄筋コンクリート造りであり、鉄筋構造１にコンクリート１００が打設されている。
柱２と梁３との接合形態としては、十字形接合Ｓ１、ト形接合Ｓ２、Ｌ形接合Ｓ３やＴ形接合Ｓ４があり、本実施形態は、これらの接合Ｓ１〜Ｓ４の柱梁接合部に適用される。以下では、十字形接合Ｓ１を例にとって説明する。

柱２は柱せいＤ０を有し、その鉄筋構造は、垂直方向に延びて等間隔に配筋された複数の柱２用の主筋２１と、主筋２１の軸方向と交差する平面（図２における紙面と垂直な平面）内において主筋２１を囲んで等間隔に配筋されて柱２のせん断強度を補強する複数の柱２用のせん断補強筋２２とを備える。
主筋２１は、降伏点又は0.2%耐力が、ＪＩＳＧ３１１２で規定する普通鉄筋（以下、単に普通鉄筋という。）の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい高強度鉄筋部分２１Ａと、普通鉄筋から構成される普通鉄筋部分２１Ｂとを備える。本実施形態では、高強度鉄筋部分２１Ａの降伏点又は0.2%耐力は９００MPa(N/mm²)であり、普通鉄筋部分２１Ｂの降伏点又は0.2%耐力は３９０MPa(N/mm²)である。また、主筋２１は、丸鋼でも、異形棒鋼でもよい。

高強度鉄筋部分２１Ａは、柱２の梁３との接合部分である柱梁接合部２００を含め、柱梁接合部２００よりも上側の上側領域２０１と柱梁接合部２００よりも下側の下側領域２０２に延びている。上側領域２０１の上端部と柱梁接合部２００の上端部との間の距離Ｔ１は、柱せいＤ０の約１．１倍〜１．３倍となっている（Ｔ１≒Ｄ０×１．１〜Ｄ０×１．３）。同様に、下側領域２０２の下端部と柱梁接合部２００の下端部との間の距離Ｔ２は、柱せいＤ０の約１．１倍〜１．３倍となっている（Ｔ２≒Ｄ０×１．１〜Ｄ０×１．３）。この距離Ｔ１，Ｔ２は、隣り合う梁３間の層間寸法を柱せいＤ０の４倍としたとき、高強度鉄筋部分２１Ａの降伏点又は0.2%耐力と、普通鉄筋部分２１Ｂの降伏点又は0.2%耐力との比から求められる。

このような高強度鉄筋部分２１Ａは、主筋２１の母材である普通鉄筋を図示しない加熱コイル内に通して、主筋２１のうち柱梁接合部２００、上側領域２０１及び下側領域２０２に対応する部分だけを部分的に焼入れすることによって形成される。

また、図３に示すように、直列に配置された主筋２１を軸方向に連結するため、主筋２１の上下端部は、別の主筋２１の端部と、主筋２１の軸方向と交差する方向（図２における左右方向）において一部が重ねられている。重ねられた部分は、必要に応じて結線される。

せん断補強筋２２は、普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力（３９０MPa）よりも大きい降伏点又は0.2%耐力（９００MPa）を有するウルボン１２７５（高周波熱錬（株）の商品名）である。
せん断補強筋２２は、柱梁接合部２００を含め、主筋２１が延びている方向に配筋される。

梁３を構成する鉄筋構造は、水平方向に延びて所定間隔を空けて配筋された複数の梁３用の主筋３１と、主筋３１の軸方向と交差する平面（図２における紙面と垂直な平面）内において主筋３１を囲んで等間隔に主筋３１の延出方向に配筋されて梁３のせん断強度を補強する複数の梁３用のせん断補強筋３２とを備える。主筋３１及びせん断補強筋３２は普通鉄筋である。

次に、高強度鉄筋部分２１Ａの曲げ耐力が普通鉄筋部分２１Ｂの曲げ耐力が大きいことを明らかにするために、せん断力に対する柱２の曲げ耐性試験について説明する。
図４は試験装置４を示す。
試験装置４は、反力床４１と、反力床４１上であって柱２の一端側に固定された第１固定部４２Ａ及び柱２の他端側に固定された第２固定部４２Ｂと、柱２の一端側に負荷を付与する第１負荷付与部４３Ａ及び柱２の他端側に負荷を付与する第２負荷付与部４３Ｂと、第１固定部４２Ａと第１負荷付与部４３Ａとの間に設けられて第１負荷付与部４３Ａを移動自在に支持する第１計測部４４Ａと、第２固定部４２Ｂと第２負荷付与部４３Ｂとの間に設けられて第２負荷付与部４３Ｂを移動自在に支持する第２計測部４４Ｂと、梁３の上下端部を保持する保持部４５Ａ，４５Ｂとを備える。

第１計測部４４Ａには、第１負荷付与部４３Ａが移動した移動量を計測する図示しないセンサなどが取り付けられている。第１負荷付与部４３Ａが図４における上方向に移動した場合を正の移動とし、図４における下方向に移動した場合を負の移動とする。
第２計測部４４Ｂにも、第２負荷付与部４３Ｂが移動した移動量を計測する図示しないセンサなどが取り付けられている。第２負荷付与部４３Ｂが図４における下方向に移動した場合を正の移動とし、図４における上方向に移動した場合を負の移動とする。

次に、試験装置４を用いたせん断力に対する柱２の曲げ耐性に関する試験動作について説明する。
まず、柱２を第１負荷付与部４３Ａ及び第２負荷付与部４３Ｂ上に固定し、梁３を保持部４５Ａ，４５Ｂによって保持して鉛直方向に沿って固定する。

柱２の一端（図４における右端）に、第１負荷付与部４３Ａから上向きの荷重をかけ、第１負荷付与部４３Ａの上方向への移動量、すなわち柱２の一端側の上向きの変形量δ１を第１計測部４４Ａで計測する。また、ほぼ同時に、柱２の他端（図４における左端）に、第２負荷付与部４３Ｂから、第１負荷付与部４３Ａでかけた荷重と同じ荷重を下向きにかけ、第２負荷付与部４３Ｂの下方向への移動量、すなわち柱２の他端側の下向きの変形量δ２を第２計測部４４Ｂで計測する。
ここで、第１負荷付与部４３Ａからかけた上向きの荷重及び第２負荷付与部４３Ｂからかけた下向きの荷重は、柱２に加えられたせん断力であり、変形量δ１とδ２の平均を柱２の変形量δとする（δ＝（δ１＋δ２）／２）。

以上のような試験装置４を用いた試験により、本実施形態の柱２用の主筋２１と普通鉄筋とにおいて、せん断力に対する曲げ耐性について比較する。曲げ耐性を示す指標としては、層間変形角Ｘ（％）を用いる。層間変形角Ｘは、柱２の長さＬの半分の長さＬ／２に対する柱２の変形量δの割合である（Ｘ＝δ×２００／Ｌ（％））

図５は、縦軸にせん断力（ｋＮ、キロニュートン）をとり、横軸に層間変形角Ｘ（％）をとったグラフである。
図５に示すように、例えば、せん断力が１００ｋＮであった場合には、実線Ｐ１で示される主筋２１の層間変形角Ｘ１は、破線Ｐ０で示される普通鉄筋の層間変形角Ｘ０よりも小さい（Ｘ１＜Ｘ０）。このことは、試験におけるせん断力の全範囲において成り立つ、すなわちＸ１＜Ｘ０である。このため、せん断力に対して、普通鉄筋よりも主筋２１のほうが変形しにくく、高強度である。

従って、本実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
（１）本実施形態の鉄筋構造１では、柱２用の主筋２１の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力は普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいため、柱２用の主筋２１の少なくとも一部が高強度である。このため、柱２用の各主筋２１を細くできて隣り合う主筋２１どうしの間隔を小さくでき、これによって、柱２の断面積を小さくできる。

（２）また、柱２用のせん断補強筋２２の降伏点又は0.2%耐力は普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいため、せん断補強筋２２が負担できるせん断力が大きくなり、その分、柱２のコンクリート断面の負担分が小さくできる。これによって、柱２の断面積をさらに小さくできる。

（３）また、高強度鉄筋部分２１Ａは柱梁接合部２００を含む。柱梁接合部２００は、柱２にかかる応力が集中するので、柱２用の主筋２１のうち、少なくとも柱梁接合部２００が高強度になり、柱梁接合部２００における柱２の耐力を向上できる。

（４）また、柱２用の主筋２１は、高強度鉄筋部分２１Ａと普通鉄筋部分２１Ｂとを備えるので、主筋２１の全部分を高強度にするよりも、コストが低くて済む。

（５）また、各柱２用の主筋２１の端部は、柱２用の別の主筋２１の端部と重ねることが可能である。このため、柱２用の別の主筋２１と連結させるときに、容易に連結できる。

（６）また、柱２用の主筋２１は、普通鉄筋を焼入れすることによって形成されるため、母材である普通鉄筋よりも確実に強度を高めることができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、主筋２１は、その一部の降伏点又は0.2%耐力が普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きいが、主筋２１全体の降伏点又は0.2%耐力が普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きくてもよく、主筋２１の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力が普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きければよい。
また、前記実施形態では、高強度鉄筋部分２１Ａは、柱梁接合部２００を含め、柱梁接合部２００よりも上側の上側領域２０１と柱梁接合部２００よりも下側の下側領域２０２に延びていたが、少なくとも、柱梁接合部２００に配筋されていればよく、上側領域２０１や下側領域２０２に延びていなくてもよい。

また、前記実施形態では、主筋２１は高強度鉄筋部分２１Ａと普通鉄筋部分２１Ｂとを備えていたが、高強度鉄筋部分２１Ａだけを備えていてもよい。つまり、主筋２１全体を焼入れて普通鉄筋よりも高強度な高強度鉄筋としてもよい。
また、前記実施形態では、主筋２１の上下端部は、別の主筋２１の端部と、主筋２１の軸方向と交差する方向（図２における左右方向）において重ねているが、これには限定されず、直列に接続する主筋２１の端部どうしが長ナットなどのカプラーによって連結可能となっていてもよい。

本発明は、梁と接合される複数の柱用の主筋を備えた鉄筋構造として利用できる。

１…鉄筋構造、２…柱、３…梁、２１…主筋、２１Ａ…高強度鉄筋部分、２１Ｂ…普通鉄筋部分、２２…せん断補強筋、２００…柱梁接合部

Claims

梁と接合される複数の柱用の主筋を備え、
前記柱用の主筋の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力は、ＪＩＳＧ３１１２で規定する普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きく、
降伏点又は0.2%耐力が前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい部位は、前記柱用の主筋のうち、前記梁と接合される柱梁接合部を含み、かつ、前記柱梁接合部の端縁から前記柱用の主筋が延びる方向に所定距離にあり、前記所定距離は柱せいの１．１〜１．３倍である
ことを特徴とする鉄筋構造。
請求項１に記載の鉄筋構造において、
前記柱は、前記柱用の主筋の軸方向と交差する平面内において前記柱用の主筋を囲んで配筋された複数の柱用のせん断補強筋を備え、
前記複数の柱用のせん断補強筋の降伏点又は0.2%耐力は前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい
ことを特徴とする鉄筋構造。
請求項１又は請求項２に記載の鉄筋構造において、
前記柱用の主筋は、降伏点又は0.2%耐力が前記普通鉄筋の降伏点又は0.2%耐力よりも大きい高強度鉄筋部分と、前記普通鉄筋から構成される普通鉄筋部分とを備える
ことを特徴とする鉄筋構造。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の鉄筋構造において、
各柱用の主筋の端部は、前記柱用の別の主筋の端部と、前記柱用の主筋の軸方向と交差する方向において重ねることが可能である
ことを特徴とする鉄筋構造。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の鉄筋構造において、
前記柱用の主筋は、前記普通鉄筋を焼入れすることによって形成される
ことを特徴とする鉄筋構造。