JP6139120B2

JP6139120B2 - プレストレスト鉄筋コンクリート柱部材の圧着接合構造およびプレストレスト鉄筋コンクリート梁部材と柱部材間の圧着接合構造

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Publication number: JP6139120B2
Application number: JP2012269769A
Authority: JP
Inventors: 健好是永; 努小室; 隆夫甲斐; 慎一郎河本
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2017-05-31
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: JP2014114612A

Description

本発明は、ＰＣａ（プレキャスト）部材間を緊張材によって緊張して圧着接合する圧着接合技術に関する。

ＰＣ（プレストレストコンクリート）技術として、ＰＣ部材（例えば特許文献１〜３）や、圧着接合工法（例えば、特許文献４〜７、非特許文献１）に関する技術が提案されている。

圧着接合工法は、重積載荷重かつ大スパンの物流倉庫等において多用されているコンクリート系の工法の１つである。圧着接合工法では、工場製作したＰＣａ部材（柱や梁）を、現場でＰＣ鋼材（ＰＣ鋼棒、ＰＣ鋼より線）によって圧着接合するものであり、構造架構はフルＰＣａのため、在来工法（場所打ち、ＰＣａ工法と場所打ちの併用）における型枠材や支保工が不要となり、現場工期を大幅に短縮できる。近年、この施工上の利点を活かして、物流倉庫だけでなく、低層構造物を中心に、工場、各種競技場、駐車場、ショッピングセンター等、広範な用途の大規模建物にも採用されている。

特許第４３２６５１８号公報特開２００９−１９７４９９号公報特開２０１１−１８４８７１号公報特開２００２−４４１７号公報特開２００２−４４１８号公報特開２００７−１６４４９号公報特開２０１０−１９６４３０号公報

「プレストレスコンクリート設計施工基準・同解説」、日本建築学会編、１９９８年

ところで、現状の耐震設計では、一部の低層建物を除き、ラーメン構造骨組では建物全体崩壊形を前提とし、１階柱脚部、最上階柱頭部および２階以上の全ての梁端部に曲げ降伏ヒンジを形成させる設計体系となっており、部材端の曲げ降伏ヒンジには十分な変形性能およびエネルギー吸収能力が要求される。圧着接合工法を、建物全体崩壊形を想定した中層以上の高層建物に適用する際、上記の構造規範にも関連して、次のような問題点がある。

従来の圧着接合構造ではヒンジを想定する部位に存在する圧着目地を、ＰＣ鋼棒やＰＣ鋼より線のみが貫通している。圧着接合に用いるＰＣ鋼棒やＰＣ鋼より線は、ＰＣａ部材に予め設置したシース管内に挿入され、シース管内のグラウト材を介して部材コンクリートに応力伝達されるが、ＰＣ鋼材は必ずしも付着性能が高くないため、地震時の繰り返し荷重によってＰＣ鋼材とグラウト材の界面で付着劣化が進行する。そのため、圧着接合工法の骨組はエネルギー吸収能力に乏しい場合がある。

また、ＰＣ鋼材は引張強度が高く、部材終局時にＰＣ鋼材が降伏しないケースがある。この場合、ＰＣ鋼材降伏前に部材端圧縮部のコンクリートが圧壊する場合があり、ＰＣ鋼材の引張特性を十分に活かした設計にはなっていない。しかも、ＰＣ鋼材は材料コストが安くはないことから、性能・コスト両面から不合理な設計に陥り易い。

本発明の目的は、圧着目地部を含む部材端ヒンジの変形性能およびエネルギ吸収能力を向上しつつ、工事費のコストダウンを図ることにある。

本発明によれば、柱部材間を緊張材によって緊張して圧着接合するプレストレスト鉄筋コンクリート柱部材の圧着接合構造において、前記柱部材間の圧縮目地部を跨いで配設された、鉄筋コンクリート用異形棒鋼である柱主筋を備え、全ての前記柱主筋はシース管に挿入されて配置され、前記緊張材を兼ねており、前記シース管には拡径部が設けられ、定着板、及びナットによって緊張力が導入された下層側の前記柱主筋が、当該拡径部内において、上層側の前記柱主筋と継ぎ手で接続されていることを特徴とするプレストレスト鉄筋コンクリート柱部材の圧着接合構造が提供される。
また、本発明によれば、プレストレスト鉄筋コンクリート梁部材と柱部材との間を第１の緊張材によって緊張して圧着接合するプレストレスト鉄筋コンクリート梁部材と柱部材間の圧着接合構造において、前記プレストレスト鉄筋コンクリート梁部材は、鉄筋コンクリート用異形鋼棒である第１および第２の梁主筋を備え、前記第１の梁主筋は、前記梁部材の長手方向の略全域に渡って配設されて第２の緊張材として機能し、その各端部は前記梁部材内に位置し、前記第２の梁主筋は、前記柱部材及び前記梁部材間の圧縮目地部を跨いで配設され、その一方端部は前記梁部材に、その他方端部は前記柱部材にそれぞれ位置し、前記第２の梁主筋はシース管に挿入されて配置され、前記第１の緊張材を兼ねることを特徴とするプレストレスト鉄筋コンクリート梁部材と柱部材間の圧着接合構造が提供される。

本発明によれば、圧着目地部を含む部材端ヒンジの変形性能およびエネルギ吸収能力を向上しつつ、工事費のコストダウンを図ることができる。

本発明の一実施形態に係る圧着接合構造を適用した架構を示す図。（Ａ）は実験例のせん断力−変形関係を示す図、（Ｂ）はＰＣ鋼材の応力−ひずみ関係等を示す図。（Ａ）は図１の線I-Iに沿う断面図、（Ｂ）は従来例の断面図。（Ａ）は柱最上部の構造を示す説明図、（Ｂ）は柱中間の接続部の構造を示す説明図。（Ａ）は柱主筋応力の応力状態の説明図、（Ｂ）は柱中間の接続部の別例の構造を示す説明図。（Ａ）は図１の線II-IIに沿う断面図、（Ｂ）は図１の線III-IIIに沿う断面図、（Ｃ）は別例の断面図。柱−梁接続部の構造を示す説明図。梁の曲げモーメント分布の説明図。目地部周辺の応力状態の説明図。（Ａ）上部の梁主筋の応力状態の説明図、（Ｂ）は下部の梁主筋の応力状態の説明図。

図１は本発明の一実施形態に係る圧着接合構造を適用した架構Ａを示す図である。架構Ａは、複数の柱１と、柱１間の梁２と、少なくとも梁２上の部分が現場打ちされるスラブコンクリート３とを含む。各柱１は複数のＰＣａ柱部材１０（以下、単に柱部材１０と呼ぶ）を上下に接合して構成される。柱１の下部には、不図示の台座ブロックが設けられ、柱建て方の基準とされる。この台座ブロックに取り付く柱部材１０は、本実施形態の場合、２層１節となっている。梁２はＰＣａ梁部材２０（以下、単に梁部材２０と呼ぶ）から構成され、その各端部２０ｂが柱１に接合される。梁部材２０は、中間部２０ａと、その左右の端部２０ｂとを含む。なお、梁２の柱１間の部分を複数のＰＣａ部材を左右に接合して構成することも可能である。

柱部材１０には柱主筋１１が、梁部材２０の端部２０ｂには梁主筋２１が、それぞれ設けられている。なお、図１においては、柱部材１０及び梁部材２０の部材内の構成として柱主筋１１、梁主筋２１のみを示しており、他の構成（補強鉄筋、シース管その他の部材）は省略している。この点は他の図も同様であり、説明な必要な範囲で他の構成を図示している。

柱主筋１１及び梁主筋２１は、鉄筋コンクリート用異形棒鋼であり、本実施形態ではこれを緊張材として用いて部材間の圧接接合を行うことを１つの特徴としている。ＰＣ鋼材は用いない。柱主筋１１は柱部材１１間の圧接接合に用い、梁主筋２１は柱部材１０−梁部材２０間の圧接接合に用いる。

柱主筋１１及び梁主筋２１として、一般に市販されている電炉品の異形鉄筋（ねじ節タイプ）を使用することができ、例えば、降伏点強度が２９５Ｎ／ｍｍ²以上６８５Ｎ／ｍｍ²以下の異形鉄筋（ＳＤ２９５〜ＳＤ６８５）を用いることができる。

従来の圧着接合では、ＰＣ鋼材が利用されているが、既に述べた通り、ＰＣ鋼材は必ずしも付着性能が高くないため、地震時の繰り返し荷重によってＰＣ鋼材とグラウト材の界面で付着劣化が進行する。そのため、圧着接合工法の骨組はエネルギー吸収能力に乏しい場合がある。図２（Ａ）は発明者の実験結果を示しており、緊張材としてＰＣ鋼材を用いて柱−梁接合部を圧着接合した場合のせん断力−変形関係を示している。

同図に示すように、ＰＣ鋼材を用いた圧着接合工法の骨組はエネルギー吸収能力の乏しいＳ字形の履歴性状となる。終局時の大変形域においてＰＣ鋼材が降伏しておらず（鋼材降伏を前提とした終局耐力計算値に達していない）、引張強度の高いＰＣ鋼材を十分活かしきれていない。

この理由は、普通強度の異形鉄筋（ＳＤ２９５，ＳＤ３４５）では、無応力状態から鉄筋が降伏するまで０．２％の伸びひずみで降伏するが、ＰＣ鋼材は引張強度が極めて高いため、予め緊張力が導入されていても鋼材が降伏するためには、図２（Ｂ）に示すように、ＰＣ鋼棒では０．３％程度、ＰＣ鋼より線では０．４〜０．５％という大きな伸びひずみが必要となるとともに、ＰＣ鋼材の付着劣化により、変形の増大に比べてひずみ量の増大割合が小さい点にあると考えることができる。

部材に長期的に引張力を導入するための緊張材は、ＰＣ鋼材が用いられてきたが、本実施形態は、これに代えて異形鉄筋を用いるものである。

一定の長さの鋼材に弾性範囲内で引張力が長期的に作用している状態において、最も注意しなければならない点は、その引張力が時間の経過とともに減退する現象（以下、レラグゼーション）と、鋼材が外見上ほとんど塑性変形を伴うことなく、突然脆性的に破断する現象（以下、遅れ破壊）である。

ＰＣ鋼材は、昭和３０年頃から本格的に使用されるようになり、現在まで高品質化を目指し加工法・処理法などの製造技術の進歩により、前述したレラグゼーションと遅れ破壊に関しては十分な技術資料・実績を有している。

レラグゼーションに関して、「プレストレスコンクリート設計施工基準・同解説」（非特許文献１）では、ＰＣ鋼材のレラグゼーション係数（引張力減退率）について、ＰＣ鋼線・ＰＣ鋼より線で５％、ＰＣ鋼棒・異形ＰＣ鋼棒で３％、低レラグゼーションＰＣ鋼線およびＰＣ鋼より線で１．５％と規定されている。レラグゼーション係数はできるだけ小さい値が良いことは周知のことであるが、コンクリートのクリープ現象に伴う緊張材の引張力減退率に比べてできるだけ小さくするとともに、同規準に示される上限値5％程度に抑える必要がある。

遅れ破壊に関する研究は、古くから行われている。遅れ破壊の大きな要因の一つとして、鋼材腐食に伴い鋼材中の水素量増加が挙げられる。また、焼き入れ焼き戻し等を行った高強度の鋼材ではその感受性が高く（遅れ破壊しやすい）、冷間加工材では高応力レベルでもその感受性は低いということ、同じ鋼材でも引張応力が高いほど遅れ破壊の可能性が高くなること、等の知見が得られているが、大部分が高張力の高力ボルトやＰＣ鋼材に関するものである。

遅れ破壊の現象解明には長期的な実証データ（曝露試験、促進試験等）が必要なため、高炉製品に比べて品質の劣る電炉品の高強度鉄筋（ＳＤ５９０、ＳＤ６８５）についての研究資料は従来皆無であった。しかし、ねじ節の異形鉄筋を緊張材として使用する際、前述したレラグゼーションと遅れ破壊に関する検証データが必要であり、出願人は業界で初めてその検証を行い、ＰＣ鋼材の代替品として、以下の理由により電炉品の高強度鉄筋が使用可能と結論付けている。

まず、高強度鉄筋はＳＤ６８５までの範囲であれば、緊張材としての使用時応力は５００Ｎ／ｍｍ²以下（部材内の鉄筋の有効緊張力）であり、ＰＣ鋼材に比べて常時引張応力が小さい。

また、コンクリートに予め圧縮力が作用しているプレストレストコンクリート造部材として使用する場合、常時荷重下でコンクリートの耐久性（中性化⇒鋼材腐食）上問題となる有害なひび割れ（０．３ｍｍ以上）は生じない。すなわち、鋼材に腐食の原因となる水と酸素が供給されない。

また、使用するコンクリートおよびグラウト材（シース管内）が比較的高強度のものであれば、それらの中性化速度は遅く、適正な品質管理状態では部材内の鋼材腐食はほとんど生じない。

更に、建築構造物は、外装材や仕上材等により直接外気と接することがなく、鋼材腐食の主原因となる塩害も起こりづらい。

以上の観点から、鉄筋のレラグゼーションについては事前に同試験を行って検証されていること、遅れ破壊については鋼材の腐食が生じない設計・施工条件の場合を前提とすれば、緊張材として鉄筋を利用可能であると結論づけた。なお、将来的に、ＳＤ６８５を超えるＳＤ９８０等の高強度鉄筋も、レラグゼーションと遅れ破壊に関して十分な検証または鋼材の品質改善ができれば適用可能である。また、出願人は、部材の緊張材として異形鉄筋を用いる例を既に公表している（特許文献１）。

本実施形態は、圧着接合工法における緊張材として、ＰＣ鋼材に代えて異形棒鋼を用い、かつ、主筋として兼用するものであって、これにより圧着目地部を含む部材端ヒンジの変形性能およびエネルギ吸収能力を向上しつつ、工事費のコストダウンを図るものである。

＜柱部材間の圧接接合＞
柱部材１０間の圧接接合構造（図１のＪ１部分の接合構造）について説明する。図３（Ａ）は図１の線I-Iに沿う断面図であり、柱主筋１１周辺の構造を示している。柱主筋１１は、シース管（例えばスパイラルシース管）１２に挿入されて配置され、その周囲には補強鉄筋１３が設けられている。シース管１２内にはグラウト材（モルタル）が充填されている。

図３（Ｂ）は比較例として、緊張材としてＰＣ鋼材を用いた場合の一例を示す断面図である。柱主筋１１’とは別に、ＰＣ鋼材１００及びシース管１２を設ける必要があり、部品点数や部材作成時の設置の手間等の点で本実施形態のように柱主筋１１を緊張材としてい利用する方が有利である。柱主筋１１の強度は、設計想定応力に対して適宜設定される（例えば、ＳＤ２９５〜ＳＤ４９０）。

なお、本実施形態では、全ての柱主筋１１を緊張材として用いる場合を想定するが、一部の柱主筋１１を緊張材として用いてもよい。緊張材として用いない柱主筋１１には、シース管１２が不要となる。緊張材として用いない柱主筋１１は、柱部材１０間で接続してもよいし、接続しなくてもよい。接続する場合は公知の機械式継ぎ手を用いて接続することができる。例えば、鋼製スリーブに各柱主筋１１の端部を挿入して、グラウト材を充填、固化させることにより行う。接続しない場合、各柱部材１０内の柱主筋１１は、その柱部材１０内に埋没して外部にはみ出ない形態となる。この点は、後述する柱と梁の圧着接合においても同様である。

次に、Ｊ１部分の圧接接合構造について説明する。図４（Ａ）は柱１の最上部の構造を示す説明図であり、図４（Ｂ）は柱１の中間部分の接続部（Ｊ１部分）の構造を示す。

図４（Ｂ）を参照して、柱部材１０間は圧縮目地部４１を介して接続される。下層側の柱部材１０の柱主筋１１は、圧縮目地部４１を跨いで上層側の柱部材１０に延設されている。シース管１２の下端部は、継ぎ手１７を挿入可能なように拡径部１２ａとなっている。継ぎ手１７は例えば鋼製スリーブであり、下層側の柱主筋１１の上端部と上層側の柱主筋１１の下端部とが挿入される。シース管１２内及び継ぎ手１７内にはグラウト材（モルタル）１６が充填される。

次に、施工手順について説明する。下層側の柱部材１０を配設し、その上面に、圧縮目地部４１の高さ調整用のスペーサを設置する。また、圧縮目地部４１を構成するグラウト材（モルタル）を施工する際に、シース管１２内にこれが流入しないように、シース管１２の端部回りに流入防止措置を取る。

上層側の柱部材１０をスペーサ上に下ろし、下層側の柱主筋１１と上層側の柱主筋１１とを継ぎ手１７で接続し、シース管１２の拡径部１２ａ内に位置させる。圧縮目地部４１を構成するグラウト材を、柱部材１０間に注入する。

圧縮目地部４１を構成するグラウト材が所定強度に達した段階で、柱主筋１１の緊張作業を行う。図４（Ａ)に示すように、柱１の最上部において柱主筋１１の上端部には、定着板１４、ナット１５が設けられている。ナット１５は柱主筋１１に螺着可能である。

ジャッキと架台等を用いた公知の緊張力導入方法により、柱主筋１１を引き上げ、柱主筋１１に緊張力を導入する。なお、特に言及していないが、柱１の最下部において柱主筋１１は例えば定着板、ナット等により、定着されている。また、定着板１４、ナット１５を不要とする公知の定着方法（特許文献３）も利用可能である。

柱主筋１１を緊張させると、その状態を維持すべく、ナット１５を締め込んでいく。シース管１２内へのグラウト材１６（モルタル）の注入は、最後に行ってもよいし、柱部材１０を順次積んでいく過程で行ってもよい。

本実施形態のように、柱主筋１１による圧着接合であれば、工事で柱部材１０の仮緊張（建て方だけのための緊張）で仮設サポートを使用せずに、柱を自立させること（柱建て方の安定）ができ、施工の効率化および施工時の構造安全性向上等のメリットがある。この仮緊張は行わず、緊張力を管理する本緊張を行ってしまってもよく、その場合の方が多いと考えられる。本緊張した後には、いつでもシース１２管内にグラウト材１６を注入可能となる。

本実施形態では、このように、柱主筋１１そのものが圧縮目地部４１を貫通し、曲げに抵抗する仕組になっている。柱主筋１１の初期緊張力を適宜設定することで、建物竣工時及びそれ以降においては、緊張力をほとんど消失させることも可能である。つまり、建物が建設され、完成されていくにしたがって、建物重力によって柱部材１０が圧縮されることから、想定される建物重量に合わせて初期緊張力を設定する。

これにより、地震時には柱主筋１１を圧縮・引張に偏りなく有効に働かせることができる。図５（Ａ）は柱主筋１１の応力状態の説明図である。緊張力導入時に作用している引張応力は、その柱部材１０が負担する建物重量による柱部材１０の圧縮によって、減少していく。建物竣工時、つまり、建物重量の確定時点で、柱主筋１１の応力が略０となるように初期緊張力を設定すると、地震発生時には柱主筋１１を圧縮・引張に偏りなく有効に働かせることができることになる。

建物が高層建物の場合、階層によって柱部材１０が負担する建物重量に大きな差が生じる場合がある。この場合、複数階層単位で初期緊張力を異ならせることも可能である。図５（Ｂ）は柱１の中間部分の接続部（Ｊ１部分）の別の構造例を示す。

概説すると、接続部に、定着板１４、ナット１５を設けて、それよりも下層側の柱主筋１１に対して緊張力を導入するものである。図５（Ｂ）の例では、下層側の柱部材１０の上面付近において、定着板１４、ナット１５が設けられている。

施工手順としては、下層側の柱部材１０を配設し、その上面付近に定着板１４、ナット１５を配設する。そして、柱主筋１１を引き上げ、柱主筋１１に緊張力を導入する。柱主筋１１を緊張させると、その状態を維持すべく、ナット１５を締め込んでいく。シース１２管内へのグラウト材１６の注入はこの段階で行ってもよいし、最後にまとめて行ってもよい。その後の手順は上記の施工手順と同じであり、下層側の柱部材１０の上面にスペーサを設置する等して、上層側の柱部材１０をスペーサ上に下ろすことになる。柱主筋１１の緊張力は、建物上層部に行くほど小さくなる（支える建物重量が小さくなる）ため、下層部の既に導入済みの緊張力に影響を与えない。この方式であれば、柱１の部位によって柱主筋１１の初期緊張力を異ならせることができ、建物竣工時に柱主筋１１の引張・圧縮応力を０にすることが、より容易になる。

以上述べた通り、本実施形態では、緊張材として鉄筋コンクリート用異形棒鋼である柱主筋１１を用いたことで、異形棒鋼はＰＣ鋼材よりも付着性能が高いことから、圧着目地部４１を含む柱部材１０の端部のヒンジの変形性能およびエネルギー吸収能力を向上させることができる。更に、異形棒鋼はＰＣ鋼材よりも安価であり、仮設サポートを使用せずに、柱を自立させることもできることから、工事費のコストダウンを図れる。

＜柱−梁間の圧接接合＞
柱部材１０−梁部材２０間の圧接接合構造（図１のＪ２、Ｊ３部分の接合構造）について説明する。まず、３部分の圧接接合構造について説明する。図６（Ａ）は図１の線II-IIに沿う断面図であり、梁部材２０の中間部２０ａの断面構造を示す。図６（Ｂ）は図１の線III-IIIに沿う断面図であり、梁部材２０の端部２０ｂの断面構造を示す。

梁部材２０は、その長手方向の略全域に渡って、複数の梁主筋２３ａが延在している。梁主筋２３ａは鉄筋コンクリート用異形棒鋼であり、中間部２０ａのみならず端部２０ｂにも延在しているが、梁部材２０内のみに延在し、外部にはみ出していない。梁主筋２３ａの周囲には補強鉄筋２３ｂが設けられている。

なお、梁部材２０の制作時に梁主筋２３ａを緊張材としてプレテンション方式でプレストレスを導入し、梁部材２０をＰＣａＰＣ部材とすることも可能である。その場合、梁主筋２３ａとしては、例えば、高強度鉄筋（ＳＤ４９０〜ＳＤ６８５）を用いることができる。

中間部２０ａは本実施形態の場合、Ｉ型の断面形状を有しているが方形の断面形状等、他の断面形状であってもよい。特に図示していないが、中間部２０ａの上下方向中央の薄肉部分には、その厚み方向に貫通する孔を複数個所に渡って形成し、その軽量化を図ることも可能である。

端部２０ｂは中間部２０ａを上方向及び左右方向に拡幅した方形状の断面形状を有しており、その周縁部分に沿って梁主筋２１が配設されている。梁主筋２１は、端部２０ｂを貫通して設けられており、端部２０ｂの端面から柱部材１０側へ突出するが、中間部２０ａ内には設けられていない。

なお、本実施形態の場合、端部２０ｂとして、中間部２０ａを上方向及び左右方向に拡幅した方形状の断面形状を有する構成としたが、これに限られず、例えば、図６（Ｃ）に例示する端部２０ｂ’のように中間部２０ａを上下方向（梁せい方向）に拡幅したＩ型の断面形状としてもよく、拡幅部分に梁主筋２１を配設してもよい。

本実施形態の場合、柱部材１０−梁部材２０間の圧接接合は、梁主筋２１を緊張材としたホッチキス形式による圧接接合としている。梁主筋２１は、シース管（例えばスパイラルシース管）２２に挿入されて配置される。シース管２２内にはグラウト材（モルタル）が充填されている。

続いて、Ｊ３部分の圧接接合構造について説明する。図７はＪ３部分の圧接接合構造の説明図である。梁部材２０−柱部材１０間は圧縮目地部４２を介して接続される。梁主筋２１は圧縮目地部４２を跨いで柱部材１０に延設されている。梁主筋２３ａは端部２０ｂ内でカットさせている。柱部材１０には横孔が形成されており、梁部材２０のシース管２２と同心となるようにシース管２２’が配設されている。梁主筋２１はシース管２２及び２２’を貫通する。シース管２２内にはグラウト材（モルタル）２６が充填される。

梁主筋２１の両端部には、定着板２４、ナット２５がそれぞれ設けられている。ナット２５は柱主筋２１に螺着可能である。本実施形態の場合、定着板２４、ナット２５が外部に露出しないように、端部２ｂの端面及び柱部材１０の端面に、それぞれ、凹部２７、凹部１８が形成されており、定着板２４、ナット２５が凹部２７、凹部１８に収容されるようにしている。

次に、施工手順について説明する。柱部材１０に仮設ブラケット４を設置し、仮設ブラケット４上に梁部材２０を下ろす。梁主筋２１をシース管２２及び２２’に通し、また、圧縮目地部４２を構成するグラウト材（モルタル）を施工する際に、シース管２２及び２２’内にこれが流入しないように、シース管２２及び２２’の端部回りに流入防止措置を取る。更に梁主筋２１の両端部に定着板２４、ナット２５をセットする。

圧縮目地部４２となる梁部材２０−柱部材１０間の隙間を囲い、圧縮目地部４２を構成するグラウト材を、この隙間に注入する。

圧縮目地部４２を構成するグラウト材が所定強度に達した段階で、梁主筋２１の緊張作業を行う。ジャッキと架台等を用いた公知の緊張力導入方法により、梁主筋２１の一端側を引っ張り、梁主筋２１に緊張力を導入する。梁主筋２１を緊張させると、その状態を維持すべく、ナット２５を締め込んでいく。その後、シース管２２及び２２’内へのグラウト材２６（モルタル）を注入して施工が完了する。なお、定着板２４、ナット２５を不要とする公知の定着方法（特許文献３）も利用可能である。

このように、本実施形態では、また、緊張材として鉄筋コンクリート用異形棒鋼である梁主筋２１を用いたことで、異形棒鋼はＰＣ鋼材よりも付着性能が高いことから、圧着目地部４２を含む梁部材２０の端部のヒンジの変形性能およびエネルギー吸収能力を向上させることができる。更に、異形棒鋼はＰＣ鋼材よりも安価であり、工事費のコストダウンを図れる。

梁主筋２１の強度は、設計想定応力に対して適宜設定されるが、端部２０ｂの下部の梁主筋２１（例えば、図６（Ｂ）の下側４つの梁主筋２１）は、端部２０ｂの上部の梁主筋２１（例えば、図６（Ｂ）の上側４つの梁主筋２１）よりも低強度であることが好ましい。例えば、下部の梁主筋２１はＳＤ２９５〜ＳＤ４９０とし、上部の梁主筋２１はＳＤ４９０〜ＳＤ６８５とする。その理由は以下の通りである。

長スパンの梁部材では、常時荷重に対して、梁のモーメント分布に相反するように梁中央付近には梁下側に、梁両端部付近では梁上側に適正な緊張力を導入する必要がある。

一方、地震荷重に対しては、梁両端部の上部および下部の梁主筋で抵抗するが、上部では常時荷重用の緊張力が地震荷重によって大きく減退しないように高強度鉄筋を使用することが望ましくなる。それに対して、梁端部の下部の梁主筋は、主として地震荷重のみに抵抗するため、高強度鉄筋を使用しなくても大きな地震荷重を受けた状態で塑性化（鉄筋の降伏）した方が部材のエネルギー吸収能力向上し、合理的な設計が可能となる。

以上の点から、例えば、常時荷重に対する中央部２０ａの緊張力は、梁主筋２３ａを緊張材として梁部材２０の製作時にプレストレスを導入して１次緊張とし、梁部材２０の両端部２０ｂについては梁主筋２１を緊張材として建物施工時にプレストレスを導入して２次緊張とすることが好ましい。そして、下部の梁主筋２１は相対的に低強度の鉄筋を、上部の梁主筋２１は相対的に高強度の鉄筋を使用する。下部の梁主筋２１は、技術的にはあえて緊張力を導入しなくても良い。ただし、施工時における架構Ａの建方安定性確保と、以下に述べる建物竣工後以降の緊張力の消失が逆に構造的メリットとなる。

２次緊張の技術的な説明を、建物の施工時〜竣工時以降〜地震時における梁部材２のモーメント分布および断面コンクリートおよび鉄筋の応力性状を基に図８〜図１０を参照して説明する。

図８（Ａ）は、梁部材２０−柱部材１０の圧着接合時（２次緊張）の梁２の曲げモーメント分布を示す。図８（Ｂ）は、床スラブ３打設完了時における梁２の曲げモーメント分布を示す。

梁部材２０−柱部材１０の圧着接合時には、上記の通り、仮設ブラケット４を利用し、圧着目地部４２のグラウト材の充填を行う。したがって、その時点の梁２の曲げモーメント分布は図８（Ａ）のようになる。充填後、グラウト材が所定の強度に達した時点で梁主筋２１の緊張作業を行い、圧着接合する。ここまでを１次工程と呼ぶ。１次工程までの梁部材２０の圧縮目地部４２周辺には、ほとんど曲げ応力は生じておらず、圧着目地部４２周辺には梁主筋２１の緊張による圧縮応力が主に生じている。

次に、仮設ブラケット４を取り外し、梁部材２０の上部を含む床スラブコンクリート３を打設して柱１及び梁２とスラブ３を一体化する。この状態を２次工程と呼ぶ。２次工程以降は、圧縮目地部４２周辺には図８（Ｂ）に示すように、上端引張・下端圧縮の曲げ応力が作用しており、建物竣工後には建物使用時の積載荷重により、梁端部２０ｂの曲げ応力が積載荷重分だけ更に付加される。

図９は圧縮目地部４２周辺の応力状態の説明図である。同図に示すように、１次工程の段階での圧縮目地部４２周辺の断面コンクリート応力分布は、梁２の上部では、相対的に高強度の鉄筋である梁主筋２１による大きな緊張力が作用し、梁２の下部では相対的に低強度の鉄筋である梁主筋２１による小さい緊張力が作用するため、上部の圧縮応力が大きい台形状の分布となる。

一方、２次工程以降は、床スラブコンクリート３および積載荷重によって梁２の上部のコンクリートの圧縮応力は減少して無応力状態に近くなる（設計条件によっては僅かな引張応力となる場合ある。）。

図１０（Ａ）は上部の梁主筋２１の、図１０（Ｂ）は下部の梁主筋２１の応力状態の説明図であり、応力履歴を示す。

圧縮応力を受けるコンクリートのクリープの進行によって梁２の端部２０ｂが縮むことによって、梁主筋２１の緊張力も減少するが、１次工程から２次工程までの期間が短く、２次工程以降は圧縮目地部４２周辺において上部のコンクリートの応力が小さくなる。よって、図１０（Ａ）に示すように、上部の梁主筋２１（相対的に高強度）の緊張力の減退は少なく、建物竣工後の常時荷重による図８（Ｂ）に示す梁２の圧縮目地部４２周辺の曲げモーメントに十分抵抗できる緊張力を維持できる。

逆に、下部の梁主筋２１（想定的に低強度）は、２次工程以降はコンクリートのクリープの進行が進み、図１０（Ｂ）に示すように建物竣工時以降には緊張力がほとんど消失してしまう。

以上により、梁２の端部２０ｂの上部の梁主筋２１は常時荷重による曲げモーメントに抵抗するとともに、下部の梁主筋２１は地震荷重による圧縮・引張に有効に働き、梁２のエネルギー吸収性能を向上させることができ、理想的な梁架構システムを実現できる。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、柱部材間及び梁部材−柱部材間の双方に、鉄筋コンクリート用異形棒鋼である主筋を緊張材として利用した圧縮接合構造を採用したが、いずれか一方のみとしたり、建物の接合部の一部に採用し、他は在来の場所打ち工法やプレキャスト工法と組み合わせることも勿論可能である。

Claims

柱部材間を緊張材によって緊張して圧着接合するプレストレスト鉄筋コンクリート柱部材の圧着接合構造において、
前記柱部材間の圧縮目地部を跨いで配設された、鉄筋コンクリート用異形棒鋼である柱主筋を備え、
全ての前記柱主筋はシース管に挿入されて配置され、前記緊張材を兼ねており、
前記シース管には拡径部が設けられ、定着板、及びナットによって緊張力が導入された下層側の前記柱主筋が、当該拡径部内において、上層側の前記柱主筋と継ぎ手で接続されていることを特徴とするプレストレスト鉄筋コンクリート柱部材の圧着接合構造。
プレストレスト鉄筋コンクリート梁部材と柱部材との間を第１の緊張材によって緊張して圧着接合するプレストレスト鉄筋コンクリート梁部材と柱部材間の圧着接合構造において、
前記プレストレスト鉄筋コンクリート梁部材は、鉄筋コンクリート用異形鋼棒である第１および第２の梁主筋を備え、
前記第１の梁主筋は、前記梁部材の長手方向の略全域に渡って配設されて第２の緊張材として機能し、その各端部は前記梁部材内に位置し、
前記第２の梁主筋は、前記柱部材及び前記梁部材間の圧縮目地部を跨いで配設され、その一方端部は前記梁部材に、その他方端部は前記柱部材にそれぞれ位置し、
前記第２の梁主筋はシース管に挿入されて配置され、前記第１の緊張材を兼ねることを特徴とするプレストレスト鉄筋コンクリート梁部材と柱部材間の圧着接合構造。
前記緊張材の初期緊張力が、建物重量による前記柱部材の圧縮によって前記緊張材の緊張力が建物竣工時に消失するように、設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプレストレスト鉄筋コンクリート柱部材の圧着接合構造。