JP6205115B2 - コーベル及び建築物 - Google Patents

Description

本発明は、梁の端部や橋桁などを支持させるために柱や橋脚の頭部などから張り出されるコーベルなどの支持構造体、及びそれが設けられる建築物に関するものである。

柱間に梁を掛け渡すに際して、柱からコーベルを張り出させてその上に梁の端部を設置する構造が知られている（特許文献１，２など参照）。また、橋台や橋脚の頭部から水平方向にコーベルを張り出させて、その上に床版縁部を支持させる橋桁などを設置する構造も知られている。

ここで、コーベルは、厚さ（高さ）に比べて張出し量（突出量）が小さく、荷重の伝達が主にせん断によってなされる。そこで、特許文献１には、張出し方向と平行かつ厚さ方向に直交するように板状のひび割れ阻止部材を埋設することで、せん断耐力を増加させる構造が開示されている。

一方、特許文献３には、梁のように厚さ（高さ）に比べて張出し量（突出量）が大きくなる棒状構造物の撓みを抑制させるための構造が開示されている。特許文献３に開示された梁は、鋼管によって外周が覆われるとともに、梁の端面と柱の背面に一対の端板が設置されている。そして、梁の内部を軸方向に貫通させた緊張材を両側の端板に定着させることで、梁にプレストレスを導入している。

特開２００６−２４９９１６号公報 特開２０１２−１４４９３６号公報 特開２０００−２０４６５７号公報

しかしながら、特許文献３に開示されたプレストレスを導入する構造は、コンクリートに予め圧縮力を導入しておくことで引張力によるひび割れ等の発生を抑えるもので、せん断耐力の増加を目的にした補強構造ではない。

また、特許文献１に開示されているような板状のひび割れ阻止部材を埋設させる構造では、コンクリートを隅々まで充填しにくくなったり、バイブレータによる締め固め作業が難しくなったりしてコンクリートの品質に影響を与えるおそれがある。

そこで、本発明は、簡単な構成によってせん断補強筋の配筋量を低減できる、又はせん断耐力を増加させることができる支持構造体、及びそれが設けられる建築物を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の支持構造体は、鉄筋コンクリート構造の本体部材から張り出される支持構造体であって、張り出された側の端面に配置される端面プレートと、前記本体部材に定着されるとともに前記端面プレートに先端が固定される主筋と、前記主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋と、前記端面プレートと前記本体部材との間に充填されるコンクリートとを備えたことを特徴とする。

ここで、前記端面プレートから前記本体部材に向けて厚さが漸増する構成とするのが好ましい。例えば、側面視において前記端面プレート側が上辺となる台形状に形成することができる。また、前記漸増によって形成される傾斜面に沿って斜めに鉄筋が配筋されるようにするのが好ましい。

さらに、前記主筋は前記端面プレートを貫通して先端が突出するとともに、その先端に装着されるナットを介して前記端面プレートへの固定が行なわれる構成とすることができる。

そして、本発明の建築物は、上記の支持構造体を、鉄筋コンクリート構造の本体部材に接合させたことを特徴とする。

このように構成された本発明の支持構造体及び建築物は、張り出された側の端面に端面プレートが配置される。そして、本体部材に定着されて支持構造体内部に配筋される主筋の先端は、端面プレートに固定される。

このような構造にすることによって、主筋の先端側の定着を行うことができる。また、端面プレートは、後述する支持構造体内部のコンクリートの圧縮束の反力板として機能して圧縮束の幅をより広くすることができるので、これによって増加した圧縮束分、せん断耐力を増加させることができる。

その結果、せん断補強筋の配筋量を低減することが可能になる。他方、支持構造体のせん断補強筋の配筋量を低減させない場合は、せん断耐力を増加させることができる。

また、端面プレートから本体部材に向けて厚さを漸増させることによって、コンクリートの圧縮束の幅を最大限に確保することができるようになる。例えば、側面視において端面プレート側が上辺となる台形状に形成すればよい。さらに、傾斜面に沿って配筋をおこなうことで、傾斜面周辺のひび割れの発生を抑えることができる。

また、主筋の先端が端面プレートを貫通してナットを介して固定される構成であれば、主筋を端面プレートに確実に固定することができる。さらに、主筋の先端を熱によって劣化させることもない。

本発明の実施の形態の片持ち式構造物の構成を説明する断面図である。 コーベルの端面側の構成を説明する正面図である。 本発明の実施の形態のコーベルの応力伝達機構を説明する説明図である。 従来のコーベルについて説明する図であって、（ａ）は配筋図、（ｂ）は応力伝達機構を説明する図である。 実施例１のコーベルの構成を説明する断面図である。 実施例２のコーベルの構成を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態の支持構造体としてのコーベル１について図面を参照して説明する。図１，２は、コーベル１及びそれが設けられる建築物としての片持ち式構造物２の構成を説明する図である。

まず、図１，２を参照しながら片持ち式構造物２の全体構成について説明する。この片持ち式構造物２は、鉄筋コンクリート構造の本体部材としての柱２１の側面から水平方向にコーベル１が張り出される構成となっている。

このコーベル１は、柱２１の側面に接合される鉄筋コンクリート構造である。コーベル１は、厚さ（高さ）に比べて張出し量（突出量）が小さく、荷重の伝達が主にせん断によってなされる。なお、図１では柱２１の右側にのみコーベル１を図示したが、柱２１の左右両側にコーベル１，１を張り出させることもできる。

また、コーベル１は、張り出された側の端面３ｃから柱２１に向けて厚さが漸増する形状に成形される。本実施の形態のコーベル１は、側面視において端面３ｃ側が上辺となり、下面側の傾斜面３ａが斜辺となる台形状に形成される。

そして、コーベル１の端面３ｃには、端面プレート４が配置される。この端面プレート４は、図２の正面図に示すように、端面３ｃの形状と略同じ長方形の鋼板によって形成される。

一方、コンクリート３の内部には、主筋５Ａ，５Ｂが配置される。ここでは、上側の主筋５Ａは水平な上面３ｂと略平行に配置され、下側の主筋５Ｂは傾斜面３ａと略平行に配置される。

これらの主筋５Ａ，５Ｂの端部（終端）は、柱２１の内部に埋設される。図１では、主筋５Ａ，５Ｂの柱２１側の端部の定着構造の詳細は省略しているが、フック状に加工したり、定着板を取り付けたりして柱２１内部に定着させることができる。

コーベル１を接合させる柱２１は、鉛直方向に立設される複数の主筋（図示省略）と、その外周を囲むとともに鉛直方向に間隔を置いて複数設置されるせん断補強筋（図示省略）と、コンクリート２１ａとによって、四角柱状に成形される。

そして、主筋５Ａ，５Ｂの柱２１側に突出する部分は、柱２１の主筋やせん断補強筋に干渉しないように配置され、コンクリート２１ａによって一体化される。

一方、主筋５Ａ，５Ｂの端面３ｃ側の端部となる先端５２は、図１，２に示すように、端面プレート４にナット５１を介して固定される。また、図１に示すように、斜めに配置される主筋５Ｂは、端面プレート４とナット５１との間にテーパ座金５１ａを挟んで定着される。すなわち、テーパ座金５１ａを介在させることによって、主筋５Ｂの先端５２を折り曲げたり、ナット５１の下面を特殊形状に加工したりしなくても、主筋５Ｂの先端５２を端面プレート４に固定することができる。

そして、主筋５Ａ，５Ｂを囲むようにせん断補強筋６，・・・が配置される。例えばせん断補強筋６は、長方形状に形成される。また、せん断補強筋６は、図１に示すようにコーベル１の軸方向に一定の間隔を置いて複数、配置される。このせん断補強筋６，・・・の間隔は、コーベル１に作用するせん断力及びコーベル１のせん断耐力に基づいて算定される。

次に、本実施の形態のコーベル１の作用について、力学モデルを使って説明する。

図３に示した力学モデルは、本実施の形態のコーベル１の応力伝達機構を説明するためのものである。また、比較例として図４（ａ）に従来の片持ち式構造物ａ２のコーベルａ１の配筋図を示し、そのコーベルａ１の応力伝達機構を図４（ｂ）に示した。

これらの力学モデルを使って説明するのは、端面プレート４付近のコーベル１の上面３ｂに作用したせん断力Ｑに起因して発生する応力の伝達機構の一部である。まず、図４（ａ）を参照しながら、従来のコーベルａ１の構成について説明する。

従来のコーベルａ１は、柱ａ２１から水平方向に張り出されて、コンクリートａ３が露出する端面ａ３１が形成される。また、コンクリートａ３の内部に埋設される主筋ａ５は、柱ａ２１内部に定着された上側の端部からコーベル１の上面ａ３３に沿って張り出され、端面ａ３１付近で折り曲げられる。そして、傾斜面ａ３２に沿って戻るように配筋されて、下側の端部も柱ａ２１内部に定着される。

また、主筋ａ５を囲むように配置されるせん断補強筋ａ６，・・・の間隔は、上述した本実施の形態のコーベル１内部に配置されるせん断補強筋６，・・・の間隔より短くなっている。

従来のコーベルａ１では、図４（ｂ）に示すように、端面ａ３１付近の上面ａ３３に作用したせん断力Ｑは、柱ａ２１側の反力と釣り合うことになる。この釣り合いは、反力の作用位置との間に斜め方向に力を伝達する圧縮束が形成されることで成立する（圧縮束に働く圧縮力Ｎ_Ｃ参照）。これをアーチ機構という。そして、この圧縮束の幅が広くなるほどコーベルａ１のせん断耐力は大きくなる。

このせん断力の釣り合いによって求められるアーチ機構によるせん断耐力Ｖ_Ｎは、次式で表すことができる。

Ｖ_Ｎ ＝ Ａ_Ｎ・ｆｃ・sinθ_Ｎ （１）
ここで、Ａ_Ｎは圧縮束の断面積、ｆｃはコンクリートａ３の圧縮強度、θ_Ｎは圧縮束の傾きを示す。

これに対して本実施の形態のコーベル１は、図３に示すように、アーチ機構を構成するコンクリート３の圧縮束に働く圧縮力Ｆ_Ｃを端面プレート４位置で強力に受けられるようにするために、主筋５Ａ，５Ｂと端面プレート４とを一体化している。このため、反力の作用位置との間に斜め方向に力を伝達する圧縮束の幅を、従来のコーベルａ１の圧縮束の幅に比べて広くすることができる。

上式（１）と同様にせん断力の釣り合いによって求められるコーベル１のアーチ機構によるせん断耐力Ｖ_Ｆは、次式で表すことができる。

Ｖ_Ｆ ＝ Ａ_Ｃ・ｆｃ・sinθ （２）
ここで、Ａ_Ｃは圧縮束の断面積、ｆｃはコンクリート３の圧縮強度、θは圧縮束の傾きを示す。そして、Ａ_Ｃ＞Ａ_Ｎ、θ＜θ_Ｎとなる。

すなわち、本実施の形態のコーベル１は、端面プレート４を配置することによって、従来よりもアーチ機構に寄与するコンクリートの圧縮束のボリュームが増加される。この結果、コーベル１のせん断耐力を上昇させることができたといえる。

このように構成された本実施の形態のコーベル１及び片持ち式構造物２は、張り出された側の端面３ｃに端面プレート４が配置される。そして、終端が柱２１内部に定着されてコンクリート３内部を貫通して配筋される主筋５Ａ，５Ｂの先端５２は、端面プレート４に固定される。このような構造にすることによって、主筋５Ａ，５Ｂの定着を行うことができる。

また、端面プレート４は、コンクリート３の圧縮束の反力板として機能することによって圧縮束の幅をより広くすることができるので、コーベル１全体のせん断耐力を増加させることができる。その結果、せん断補強筋６の配筋量を、従来のコーベルａ１よりも低減することができる。

そして、せん断補強筋６の配筋量が低減できれば、材料費や施工費が低減できるうえに、コンクリート３をコーベル１の隅々にまで充填したりバイブレータによって締め固めたりする作業がしやすくなって、コンクリート３の品質の良いコーベル１を構築することができる。

また、コーベル１のせん断補強筋６の配筋量を低減させない場合は、せん断耐力を増加させることができる。すなわち、より大きなせん断力をコーベル１に作用させることができるようになる。

ここで、構造設計とは、「設計対象に作用する力（入力）」が「設計対象の対荷能力（キャパシティ）」を下回る、換言すると入力／キャパシティが１より小さくなるようにすることである。

端面プレート４を配置した本実施の形態のコーベル１は、設計対象（コーベル１）の対荷能力（キャパシティ）をできるだけ大きくすることによって、入力／キャパシティを１より小さくするという設計思想といえる。

また、コンクリート３を打設するための端面３ｃの型枠は、端面プレート４に兼用させることができるので、型枠の設置や撤去などの作業を省略することができる。

さらに、端面プレート４から柱２１に向けて厚さを漸増させることによって、コンクリート３の圧縮束の幅を最大限に確保することができるようになる。すなわち、側面視において端面プレート４側が上辺となる台形状に形成されていれば、圧縮束の下側が途中でカットされるのを防ぐことができる。

また、傾斜面３ａに沿って鉄筋としての主筋５Ｂの配筋をおこなうことで、傾斜面３ａ周辺のひび割れの発生を抑えることができる。

さらに、主筋５Ａ，５Ｂの先端５２が端面プレート４を貫通してナット５１によって固定される構成であれば、主筋５Ａ，５Ｂの先端５２を端面プレート４に確実に固定することができる。

また、この固定方法であれば、主筋５Ａ，５Ｂや端面プレート４を溶接などの熱によって劣化させることもない。また、溶接作業が不要となるため、そのコストも削減することができる。

さらに、溶接をする必要がなければ、溶接に向いていない材料であっても端面プレート４に使用できるようになるので、材料の選択幅も広くなる。例えば、「ＳＭ490Ａ」と呼ばれる鋼材と「ＳＭ490Ｂ」と呼ばれる鋼材とは、強度性能は同じであるが、溶接性能に違いがある。溶接性能の良い「ＳＭ490Ｂ」は材料費が高いうえに入手が難しい場合もあるが、「ＳＭ490Ａ」であれば材料費が安いうえに入手が容易なため、端面プレート４を溶接性能の低い材料によって形成できるメリットは大きいといえる。

以下、前記実施の形態のコーベル１とは別の形態のコーベル１Ａについて、図５を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。

前記実施の形態では、コーベル１の傾斜面３ａと略平行に下側の主筋５Ｂを配置したが、実施例１の片持ち式構造物２Ａのコーベル１Ａでは、上下の主筋５Ｃ，５Ｄはいずれも上面３ｂに略平行に配置される。また、上下の主筋５Ｃ，５Ｄは、せん断補強筋６Ａ，・・・によって囲まれる。

そして、図５に示すように、傾斜面３ａに沿って鉄筋としての斜め筋７１が配筋される。この斜め筋７１も、せん断補強筋７２，・・・によって囲まれる。このように傾斜面３ａに沿って斜め筋７１の配筋を行うことで、傾斜面３ａ周辺のひび割れの発生を抑えることができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態と略同様であるので説明を省略する。

以下、前記実施の形態又は実施例１のコーベル１，１Ａとは別の形態のコーベル１Ｂについて、図６を参照しながら説明する。なお、前記実施の形態又は実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については、同一用語や同一符号を付して説明する。

前記実施の形態及び実施例１では、端面プレート４から柱２１側に向かって漸増するコーベル１，１Ａについて説明したが、実施例２では梁状に均一の厚さで張り出される支持構造体としてのコーベル１Ｂについて説明する。

この実施例２の片持ち式構造物２Ｂのコーベル１Ｂは、柱２１から直方体状に張り出されており、上面３ｂと下面３ｄとが略平行になる。また、コンクリート３の内部に埋設される主筋５Ｅ，５Ｆも、上面３ｂ及び下面３ｄと略平行になるように配置される。

このように構成された実施例２のコーベル１Ｂにおいても、端面プレート４が配置され、主筋５Ｅ，５Ｆの先端５２が端面プレート４に固定される。このため、主筋５Ｅ，５Ｆの定着を行うことができる。

また、端面プレート４がコンクリート３の圧縮束の反力板として機能することによって圧縮束の幅をより広くすることができるので、コーベル１Ｂ全体のせん断耐力を増加させることができる。

なお、他の構成及び作用効果については、前記実施の形態又は実施例１と略同様であるので説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態又は実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、前記実施の形態及び実施例では、鉄筋コンクリート構造の柱２１に支持構造体としてのコーベル１，１Ａ，１Ｂを接合した片持ち式構造物２，２Ａ，２Ｂについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば鉄筋コンクリート構造の壁にコーベル１，１Ａ，１Ｂを接合した建築物であってもよい。

また、前記実施の形態及び実施例１では、側面視台形状のコーベル１，１Ａについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば階段状に厚さが増していく形態の支持構造体であってもよい。

さらに、前記実施の形態及び実施例では、梁状に水平に張り出されるコーベル１，１Ａ，１Ｂについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば床版などの本体部材から垂直方向に突出される支持構造体であってもよい。

また、前記実施の形態及び実施例では、端面プレート４を貫通させた主筋５Ａ−５Ｆの先端５２をナット５１で固定する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、端面プレート４の端面３ｃ側の面に溶接で固定したナットに締結させたり、主筋の先端を端面プレート４に溶接で直接固定したりする構成であってもよい。

さらに、前記実施の形態では、端面プレート４を一枚の鋼板で製作するように説明したが、これに限定されるものではなく、複数の鋼板を組み合わせて製作することもできる。

１，１Ａ，１Ｂ コーベル（支持構造体）
２，２Ａ，２Ｂ 片持ち式構造物（建築物）
２１ 柱（本体部材）
３ コンクリート
３ａ 傾斜面
３ｃ 端面
４ 端面プレート
５Ａ−５Ｆ 主筋
５１ ナット
５２ 先端
６，６Ａ，６Ｂ せん断補強筋
７１ 斜め筋（鉄筋）

Claims (6)

1. 鉄筋コンクリート構造の本体部材から張り出されて上面に作用する力を支持させるコーベルであって、
   張り出された側の端面に配置される端面プレートと、
   前記本体部材に定着されるとともに前記端面プレートに先端が固定される主筋と、
   前記主筋を囲むように軸方向に間隔を置いて複数配置されるせん断補強筋と、
   前記端面プレートと前記本体部材との間に充填されるコンクリートとを備えたことを特徴とするコーベル。
2. 前記端面プレートから前記本体部材に向けて厚さが漸増することを特徴とする請求項１に記載のコーベル。
3. 側面視において前記端面プレート側が上辺となる台形状に形成されることを特徴とする請求項２に記載のコーベル。
4. 前記漸増によって形成される傾斜面に沿って斜めに鉄筋が配筋されることを特徴とする請求項２又は３に記載のコーベル。
5. 前記主筋は前記端面プレートを貫通して先端が突出するとともに、その先端に装着されるナットを介して前記端面プレートへの固定が行なわれることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコーベル。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコーベルを、鉄筋コンクリート構造の本体部材に接合させたことを特徴とする建築物。