JP6274171B2 - 耐震構造物及びその設計方法 - Google Patents
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Description
m1:第1の柱部と第1の梁部との曲げ耐力比
MB1’:第1の梁部の曲げ破壊時における節点モーメント
MC1’:第1の柱部の曲げ破壊時における節点モーメント
と定義した場合に、式1で求められる曲げ耐力比m1が1.2以上となるように、第1の梁部の延在方向において第1の柱部の側面よりも第1の梁部側に向けて突出しているか、又は、第1の柱部の延在方向において第1の梁部の側面よりも第1の柱部側に向けて突出している。なお、本明細書において、関数「max()」は、括弧内の要素のうち最大の値(括弧内の要素が全て等しい場合にはその値)を返す関数である。本明細書において、関数「min()」は、括弧内の要素のうち最小の値(括弧内の要素が全て等しい場合にはその値)を返す関数である。
この場合、耐震構造物の実耐力が計算値と同等になる。従って、実耐力と計算値との乖離をより抑制することが可能となる。
m2:第2の柱部と第2の梁部との曲げ耐力比
MB2’:第2の梁部の曲げ破壊時における節点モーメント
MC2’:第2の柱部の曲げ破壊時における節点モーメント
と定義した場合に、式2で求められる曲げ耐力比m2が1.2以上となるように、第2の柱部の延在方向において第2の梁部の側面よりも第2の柱部側に向けて突出していてもよい。
m:柱部と梁部との曲げ耐力比
MB’:梁部の曲げ破壊時における節点モーメント
MC’:柱部の曲げ破壊時における節点モーメント
と定義した場合に、式3で求められる曲げ耐力比mが1.2以上となるように、第1又は第2の突出量を設定する。
(A)建物の構成
まず、建物1Aの構造について、図1を参照して説明する。建物1Aは、耐震構造物の一例である。建物1Aは、図1において前方に位置する前面部2を有する。建物1A(耐震構造物)の耐震性能は、前面部2において特に発揮される。
ここで、ポリマーセメントモルタルについて説明する。ポリマーセメントモルタルは、ポリマーセメント組成物と水との混合物である。
ポリマーセメント組成物は、耐震工法用のポリマーセメント組成物であって、セメント、細骨材、流動化剤、再乳化形粉末樹脂、無機系膨張材、及び、合成樹脂繊維を含有する。
好ましくは3000cm2/g〜6000cm2/gであり、
より好ましくは4000cm2/g〜5000cm2/gであり、
さらに好ましくは4200cm2/g〜4800cm2/gである。
ふるい目開き1180μmにおいて、5.0〜25.0であり、
ふるい目開き600μmにおいて、20.0〜50.0であり、
ふるい目開き300μmにおいて、20.0〜50.0であり、
ふるい目開き150μmにおいて、5.0〜25.0であり、
ふるい目開き75μmにおいて、0〜10.0であることが好ましい。
ふるい目開き1180μmにおいて、10.0〜20.0であり、
ふるい目開き600μmにおいて、25.0〜45.0であり、
ふるい目開き300μmにおいて、25.0〜45.0であり、
ふるい目開き150μmにおいて、10.0〜20.0であり、
ふるい目開き75μmにおいて、0〜5.0であることがより好ましい。
好ましくは1.60〜3.00であり、
より好ましくは1.90〜2.80であり、
さらに好ましくは2.10〜2.70であり、
特に好ましくは2.30〜2.60である。
好ましくは80質量部〜130質量部であり、
より好ましくは85質量部〜125質量部であり、
さらに好ましくは90質量部〜120質量部であり、
特に好ましくは95質量部〜115質量部であり、
最も好ましくは100質量部〜110質量部である。
好ましくは0.04質量部〜0.55質量部であり、
より好ましくは0.10質量部〜0.45質量部であり、
さらに好ましくは0.15質量部〜0.35質量部であり、
特に好ましくは0.20質量部〜0.30質量部である。
好ましくは0.2質量部〜6.0質量部であり、
より好ましくは0.5質量部〜3.5質量部であり、
さらに好ましくは0.7質量部〜2.8質量部であり、
特に好ましくは0.9質量部〜2.1質量部であり、
最も好ましくは1.1質量部〜1.8質量部である。
好ましくは2.0質量部〜10.0質量部であり、
より好ましくは3.0質量部〜9.0質量部であり、
さらに好ましくは4.0質量部〜8.0質量部であり、
特に好ましくは5.0質量部〜7.0質量部である。
好ましくは4mm〜20mmであり、
より好ましくは6mm〜18mmであり、
さらに好ましくは8mm〜16mmであり、
特に好ましくは10mm〜14mmである。
好ましくは0.11質量部〜0.64質量部であり、
より好ましくは0.21質量部〜0.53質量部であり、
さらに好ましくは0.28質量部〜0.47質量部であり、
特に好ましくは0.32質量部〜0.43質量部である。
ポリマーセメントモルタルは、上述のポリマーセメント組成物と水とを含む。ポリマーセメントモルタルは、上述のポリマーセメント組成物と水とを配合し混練することによって調製することができる。このようにして調製されるポリマーセメントモルタルは、優れた流動性(フロー値)を有する。このため、耐震構造物を形成するための型枠内への充填を円滑に行うことができる。従って、建物1A用のポリマーセメントモルタルとして好適に用いることができる。ポリマーセメントモルタルを調製する際に、水粉体比(水量/ポリマーセメント組成物量)を適宜変更することによって、ポリマーセメントモルタルのフロー値を調整することができる。
好ましくは0.135〜0.175であり、
より好ましくは0.140〜0.170であり、
さらに好ましくは0.143〜0.167であり、
特に好ましくは0.145〜0.165である。
好ましくは160mm〜270mmであり、
より好ましくは165mm〜260mmであり、
さらに好ましくは170mm〜250mmである。
モルタル硬化体は、ポリマーセメントモルタルを硬化して形成することができる。このようにして形成されるモルタル硬化体は、建物1Aを構成するコンクリートの柱部6及び梁部7と一体化するに際し、強度発現性に優れる。このため、工期を短縮することができる。また、高い圧縮強度を有することから、建物1Aの耐震性を向上することができる。ポリマーセメントモルタルの硬化体の圧縮強度は、同日の材齢で比較した場合、コンクリート硬化体の圧縮強度よりも大きい。
好ましくは60N/mm2以上であり、
より好ましくは61N/mm2以上であり、
さらに好ましくは62N/mm2以上であり、
特に好ましくは63N/mm2以上である。
好ましくは65N/mm2以上であり、
より好ましくは70N/mm2以上であり、
さらに好ましくは71N/mm2以上であり、
特に好ましくは72N/mm2以上である。
続いて、超高強度モルタルについて説明する。超高強度モルタルの一例として、セメント、シリカフューム、細骨材、無機質微粉末、減水剤及び消泡剤を含む水硬性組成物に繊維及び水を添加して製造されるモルタル組成物が挙げられる。
好ましくは40.0質量%〜75.0質量%であり、
より好ましくは45.0質量%〜73.0質量%であり、
さらに好ましくは48.0質量%〜70.0質量%であり、
特に好ましくは50.0質量%〜68.0質量%である。
好ましくは2.7質量%未満であり、
より好ましくは2.3質量%未満であり、
さらに好ましくは2.1質量%未満であり、
特に好ましくは1.9質量%未満である。
好ましくは9.5質量%〜40.0質量%であり、
より好ましくは10.0質量%〜35.0質量%であり、
さらに好ましくは12.0質量%〜30.0質量%である。
好ましくは9.0質量%〜18.0質量%であり、
より好ましくは10.0質量%〜15.0質量%であり、
さらに好ましくは11.0質量%〜15.0質量%である。
好ましくは25.0質量%であり、
より好ましくは20.0質量%であり、
さらに好ましくは18.0質量%であり、
特に好ましくは15.0質量%である。
好ましくは0.0質量%であり、
より好ましくは1.0質量%であり、
さらに好ましくは2.0質量%であり、
特に好ましくは3.0質量%である。
好ましくは2500cm2/g〜4800cm2/gであり、
より好ましくは2800cm2/g〜4000cm2/gであり、
さらに好ましくは3000cm2/g〜3600cmcm2/gであり、
特に好ましくは3200cm2/g〜3500cm2/gである。
好ましくは0.05μm〜2.0μmであり、
より好ましくは0.10μm〜1.5μmであり、
さらに好ましくは0.18μm〜0.28μmであり、
特に好ましくは0.20μm〜0.28μmである。
好ましくは3質量%〜30質量%含み、
より好ましくは5質量%〜20質量%含み、
さらに好ましくは10質量%〜18質量%含み、
特に好ましくは10質量%〜15質量%含む。
100kg/m3〜800kg/m3が好ましく、
200kg/m3〜600kg/m3がより好ましく、
250kg/m3〜500kg/m3がさらに好ましい。
好ましくは3000cm2/g〜5000cm2/gであり、
より好ましくは3200cm2/g〜4500cm2/gであり、
さらに好ましくは3400cm2/g〜4300cm2/gであり、
特に好ましくは3600cm2/g〜4300cm2/gである。
好ましくは40質量%〜80質量%含み、
より好ましくは45質量%〜80質量%含み、
さらに好ましくは50質量%〜75質量%含む。
好ましくは30質量%〜80質量%含み、
より好ましくは35質量%〜70質量%含み、
さらに好ましくは40質量%〜65質量%含む。
好ましくは細骨材を10質量部〜60質量部、無機質微粉末を5質量部〜55質量部含み、
より好ましくは細骨材を15質量部〜45質量部、無機質微粉末を10質量部〜40質量部含み、
さらに好ましくは細骨材を20質量部〜35質量部、無機質微粉末を15質量部〜30質量部含む。
好ましくは200kg/m3〜1000kg/m3であり、
より好ましくは400kg/m3〜900kg/m3であり、
さらに好ましくは500kg/m3〜800kg/m3である。
好ましくは0.01質量部〜6.0質量部含み、
より好ましくは0.05質量部〜4.0質量部含み、
さらに好ましくは0.07質量部〜3.0質量部含み、
特に好ましくは0.10質量部〜2.0質量部含む。
好ましくは0.01質量部〜2.0質量部含み、
より好ましくは0.02質量部〜1.5質量部含み、
さらに好ましくは0.03質量部〜1.0質量部含む。
好ましくは10質量部〜25質量部であり、
より好ましくは12質量部〜20質量部であり、
さらに好ましくは13質量部〜18質量部である。
好ましくは180kg/m3〜280kg/m3であり、
より好ましくは200kg/m3〜270kg/m3であり、
さらに好ましくは210kg/m3〜260kg/m3である。
好ましくは2mm〜50mmであり、
より好ましくは3mm〜40mmであり、
さらに好ましくは4mm〜30mmであり、
特に好ましくは5mm〜20mmである。
好ましくは200%以下であり、
より好ましくは100%以下であり、
さらに好ましくは50%以下であり、
特に好ましくは30%以下である。
好ましくは0.90〜3.00であり、
より好ましくは1.00〜2.00であり、
さらに好ましくは1.10〜1.50である。
好ましくは5〜1200であり、
より好ましくは10〜600であり、
さらに好ましくは20〜300であり、
特に好ましくは30〜200である。
好ましくは0.05体積%〜4体積%であり、
より好ましくは0.1体積%〜3体積%であり、
さらに好ましくは0.3体積%〜2体積%である。
80N/mm2〜200N/mm2が好ましく、
100N/mm2〜200N/mm2がより好ましく、
150N/mm2〜200N/mm2がさらに好ましく。
続いて、建物1Aの前面部2の構成についてより詳しく説明する。図2及び図3に示されるように、前面部2を構成する柱部6、梁部7及び交差部8内には鉄筋11が設けられている。鉄筋11は、鉛直鉄筋12と水平鉄筋13とを有する。
続いて、建物1Aの設計方法の一部をなす、交差部8の突出量の設計方法について説明する。本明細書でいう「突出量」は、交差部8のうち梁部7の延在方向において柱部6の側面よりも梁部7側に向けて突出している部分の当該方向における長さ、又は、交差部8のうち柱部6の延在方向において梁部7の側面よりも柱部6側に向けて突出している部分の当該方向における長さを意味する。以下では、図1に示される柱部6c,6d及び梁部7b,7cで囲まれる部分に着目して説明する。
MB:曲げ破壊時における梁部7cの曲げ耐力
MC:曲げ破壊時における柱部6dの曲げ耐力
L0:水平方向における柱部6c,6d間の内法
h0:鉛直方向における梁部7b,7c間の内法
と定義すると、梁部7cに作用する曲げモーメントの勾配は式4により求められ、柱部6dに作用する曲げモーメントの勾配は式5により求められる。
MB’:曲げ破壊時における梁部7cの節点モーメント
MC’:曲げ破壊時における柱部6dの節点モーメント
L:柱部6c及び梁部7cの節点と柱部6d及び梁部7cの節点との直線距離
h:柱部6d及び梁部7bの節点と柱部6d及び梁部7cの節点との直線距離
と定義したときに、式6,7が成り立つ。
従って、節点モーメントMB’,MC’はそれぞれ、式8,9で与えられる。
梁部7cの曲げ耐力MBは、梁部7cの断面仕様が変化しない限り同じ値を示す。そのため、式4,13を対比すると、式13の分母が式4の分母よりも小さくなるので、式13で得られる勾配は式4で得られる勾配よりも大きくなる。換言すれば、図4における交差部8と図5における交差部8との間で、曲げ耐力MBの大きさが同じであるにもかかわらず、曲げ耐力MBが発揮される位置(梁部7cと交差部8との接続部分)が突出量a1だけ異なるので、勾配に変化が生ずる。
従って、節点モーメントMB’は式15で与えられる。式8,15を対比すると、式15の分母が式8の分母よりも小さくなるので、式15で得られる節点モーメントMB’は式4で得られる節点モーメントMB’よりも大きくなる。すなわち、梁部7cの延在方向における交差部8の突出量a1を変化させることによって、節点モーメントMB’の大きさが調節される。
以上のような第1実施形態では、交差部8が、柱部6及び梁部7を構成するコンクリート硬化体よりも高い圧縮強度を示す材料で構成されている。そのため、建物1Aに地震力等の外力が作用した場合、交差部8と柱部6及び梁部7との接続部分において破壊が生じやすい。第1実施形態では、交差部8が、梁部7の延在方向において柱部6の側面よりも梁部7側に向けて突出している。この場合、交差部8が突出した位置(交差部8と梁部7との境界近傍)において曲げ破壊が生じやすいので、当該位置において曲げ耐力(モーメント)が発揮される。従って、交差部8が突出していない場合と比較して、梁部7におけるモーメント勾配が大きくなり、梁部7の曲げ破壊時の節点モーメントMB’が大きくなる。このように、節点モーメントMB’が大きくなることにより、曲げ耐力比mが大きくなる。特に、第1実施形態では、曲げ耐力比mが第1の設計条件を満たすように、交差部8の突出量a1が設定されている。そのため、交差部8の突出量a1を調整するという極めて簡易な手法で、建物1Aの実耐力を計算値に近づけることができる。従って、実耐力と計算値との乖離の抑制を簡易且つ低コストで実現することが可能となる。
続いて、耐震構造物の他の例に係る建物1Bの構造について、図6及び図7を参照して説明する。建物1Bは、交差部8の突出態様の点で、建物1Aと異なる。以下では、第1実施形態に係る建物1Aとの相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
柱部6dの曲げ耐力MCは、柱部6dの断面仕様が変化しない限り同じ値を示す。そのため、式5,18を対比すると、式18の分母が式5の分母よりも小さくなるので、式18で得られる勾配は式5で得られる勾配よりも大きくなる。換言すれば、図4における交差部8と図8における交差部8との間で、曲げ耐力MCの大きさが同じであるにもかかわらず、曲げ耐力MCが発揮される位置(柱部6dと交差部8との接続部分)が突出量a2だけ異なるので、勾配に変化が生ずる。
従って、節点モーメントMC’は式20で与えられる。式9,20を対比すると、式20の分母が式9の分母よりも小さくなるので、式20で得られる節点モーメントMC’は式9で得られる節点モーメントMC’よりも大きくなる。すなわち、柱部6dの延在方向における交差部8の突出量a2を変化させることによって、節点モーメントMC’の大きさが調節される。
続いて、耐震構造物の他の例に係る建物1Cの構造について、図9を参照して説明する。建物1Cは、交差部8の突出態様の点で、第1実施形態に係る建物1Aと異なる。以下では、第1実施形態に係る建物1Aとの相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
(A)補強済建物の構成
続いて、既存建物3に補強構造物4が施工された補強済建物5Aの構造について、図10〜12を参照して説明する。補強構造物4は、耐震構造物の一例である。補強構造物4が既存建物3に施工された補強済建物5Aも、耐震構造物の一例である。補強済建物5A(耐震構造物)の耐震性能は、補強構造物4(耐震構造物)において特に発揮される。
補強構造物4は、既存建物3の外壁面(図10において既存建物3のうち前方に位置する面)上に設けられている。補強構造物4は、図10に示されるように、複数の補強柱部26(柱部)と、複数の補強梁部27(梁部)と、複数の補強交差部28(交差部)とを備える。
補強交差部28の突出量a3は、第1実施形態に係る交差部8と同様に設計できる。すなわち、補強梁部27の延在方向における補強交差部28の突出量a3は、式10で示される曲げ耐力比mが1.2以上となるように設定される(第3の設計条件)。当該突出量a3は、曲げ耐力比mが1.5以上となるように設定されてもよい。曲げ耐力比mの上限は、3.0であってもよいし、2.5であってもよいし、2.0であってもよい。
以上のような第4実施形態に係る補強済建物5Aでは、第1実施形態に係る建物1Aと同様に、補強交差部28の突出量a3を調整するという極めて簡易な手法で、補強構造物4が施工された補強済建物5Aの実耐力を計算値に近づけることができる。従って、実耐力と計算値との乖離の抑制を簡易且つ低コストで実現することが可能となる。
続いて、耐震構造物の他の例に係る補強済建物5Bの構造について、図13及び図14を参照して説明する。補強済建物5Bは、補強交差部28の突出態様の点で、第4実施形態に係る補強済建物5Aと異なる。以下では、第4実施形態に係る補強済建物5Aとの相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
続いて、耐震構造物の他の例に係る補強済建物5Cの構造について、図15を参照して説明する。補強済建物5Cは、交差部の突出態様の点で、第4実施形態に係る補強済建物5Aと異なる。以下では、第4実施形態に係る補強済建物5Aとの相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
続いて、耐震構造物の他の例に係る補強済建物5Dの構造について、図16を参照して説明する。補強済建物5Dは、補強交差部28の形状の点で、第4実施形態に係る補強済建物5Aと異なる。以下では、第4実施形態に係る補強済建物5Aとの相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
続いて、耐震構造物の他の例に係る補強済建物5Eの構造について、図17を参照して説明する。補強済建物5Eは、補強構造物4が既存建物3の外壁面に接していない点で、第4実施形態に係る補強済建物5Aと異なる。以下では、第4実施形態に係る補強済建物5Aとの相違点を中心に説明し、重複する説明は省略する。
以上、本開示に係る実施形態について詳細に説明したが、本発明の要旨の範囲内で種々の変形を上記の実施形態に加えてもよい。例えば、第4実施形態〜第8実施形態において、補強構造物4が山型状を呈していなくてもよい。
補強構造物4のうち水平方向における少なくとも一方の側部の高さが、補強構造物4のうち水平方向における両側部の間に位置する部分(中央部)の高さよりも低くなっていてもよい。すなわち、補強構造物4は、凸型状以外の山型状を呈していてもよい。
Claims (8)
- 内部に鉄筋が配置されたコンクリート硬化体を含む第1の柱部と、
内部に鉄筋が配置されたコンクリート硬化体を含む第1の梁部と、
前記第1の柱部及び前記第1の梁部が交差する箇所に位置し、前記第1の柱部の端部及び前記第1の梁部の端部にそれぞれ接続された第1の交差部とを備え、
前記第1の交差部は、
コンクリート硬化体よりも高い圧縮強度を示す硬化体であって、内部に鉄筋が配置された硬化体を含み、
パラメータm1,MB1’,MC1’をそれぞれ
m1:前記第1の柱部と前記第1の梁部との曲げ耐力比
MB1’:前記第1の梁部の曲げ破壊時における節点モーメント
MC1’:前記第1の柱部の曲げ破壊時における節点モーメント
と定義した場合に、式1で求められる曲げ耐力比m1が1.2以上となるように、前記第1の梁部の延在方向において前記第1の柱部の側面よりも前記第1の梁部側に向けて突出しているか、又は、前記第1の柱部の延在方向において前記第1の梁部の側面よりも前記第1の柱部側に向けて突出している、耐震構造物。
- 前記第1の交差部は、式1で求められる曲げ耐力比m1が1.5以上となるように、前記第1の梁部の延在方向において前記第1の柱部の側面よりも前記第1の梁部側に向けて突出しているか、又は、前記第1の柱部の延在方向において前記第1の梁部の側面よりも前記第1の柱部側に向けて突出している、請求項1に記載の耐震構造物。
- 材齢28日における前記第1の交差部の圧縮強度が65N/mm2以上である、請求項1又は2に記載の耐震構造物。
- 前記第1の交差部は、ポリマーセメントモルタル又は超高強度モルタルが硬化したモルタル硬化体で構成されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載の耐震構造物。
- 前記第1の交差部は、鉛直方向における長さが前記第1の梁部に向かうにつれて小さくなる部分を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の耐震構造物。
- 内部に鉄筋が配置されたコンクリート硬化体を含む第2の柱部と、
内部に鉄筋が配置されたコンクリート硬化体を含む第2の梁部と、
前記第2の柱部及び前記第2の梁部が交差する箇所に位置する第2の交差部とをさらに備え、
前記第1の交差部は、
水平方向において前記第2の交差部よりも中央寄りに位置し、
曲げ耐力比m1が式1を満たすように、前記第1の梁部の延在方向において前記第1の柱部の側面よりも前記第1の梁部側に向けて突出しており、
前記第2の交差部は、
前記第2の柱部の端部及び前記第2の梁部の端部にそれぞれ接続され、
コンクリート硬化体よりも高い圧縮強度を示す硬化体であって、内部に鉄筋が配置された硬化体を含み、
パラメータm2,MB2’,MB2’をそれぞれ
m2:前記第2の柱部と前記第2の梁部との曲げ耐力比
MB2’:前記第2の梁部の曲げ破壊時における節点モーメント
MC2’:前記第2の柱部の曲げ破壊時における節点モーメント
と定義した場合に、式2で求められる曲げ耐力比m2が1.2以上となるように、前記第2の柱部の延在方向において前記第2の梁部の側面よりも前記第2の柱部側に向けて突出している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の耐震構造物。
- 前記第1の柱部は、既存建物の外表面側で且つ既存建物の既存柱部に対応する位置に配置され、
前記第1の梁部は、既存建物の外表面側で且つ既存建物の既存梁部に対応する位置に配置され、
前記第1の交差部は、既存建物の外表面側で且つ前記既存柱部及び前記既存梁部が交差する箇所に位置する既存建物の既存交差部に対応する位置に配置されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の耐震構造物。 - 内部に鉄筋が配置されたコンクリート硬化体を含む柱部と、内部に鉄筋が配置されたコンクリート硬化体を含む梁部と、前記柱部及び前記梁部が交差する箇所に位置し、前記柱部の端部及び前記梁部の端部にそれぞれ接続された交差部とを備える耐震構造物の設計方法であって、
前記交差部は、
コンクリート硬化体よりも高い圧縮強度を示す硬化体であって、内部に鉄筋が配置された硬化体を含み、
前記梁部の延在方向において前記柱部の側面よりも前記梁部側に向けて第1の突出量で突出しているか、又は、前記柱部の延在方向において前記梁部の側面よりも前記柱部側に向けて第2の突出量で突出しており、
パラメータm,MB’,MC’をそれぞれ
m:前記柱部と前記梁部との曲げ耐力比
MB’:前記梁部の曲げ破壊時における節点モーメント
MC’:前記柱部の曲げ破壊時における節点モーメント
と定義した場合に、式3で求められる曲げ耐力比mが1.2以上となるように、前記第1又は第2の突出量を設定する、設計方法。
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