JP6438213B2 - 鉄筋構造及び鉄筋コンクリート構造物 - Google Patents

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本発明は、梁と接合される複数の梁用の主筋を備えた鉄筋構造及び鉄筋コンクリート構造物に関する。
従来、柱用の主筋と、柱用の主筋と接合される梁用の主筋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には、柱用の主筋及び梁用の主筋が配筋されており、コンクリートが打設されて鉄筋コンクリート構造物とされる。
一般的な鉄筋コンクリート構造物では、梁の端部である付け根部で降伏させる設計をしているが、大地震時に梁の端部である付け根部に力が集中して建物倒壊のおそれがあるため、梁の付け根部ではなく、この付け根部から離れた箇所を降伏させて建物自体を倒壊させないように設計されている従来例がある。
この従来例の一の例として、柱梁接合部の高強度プレキャスト化とヒンジリロケーションを壁床架構に適用したものがある(非特許文献1)。非特許文献1の従来例では、プレキャスト梁にスラブ主筋をU字定着させ、このU字のスラブ主筋を柱梁接合部分で重ねている。スラブ主筋が重ねられた柱梁接合部が高強度領域とされ、この高強度領域から離れた箇所で降伏する。
従来例の他の例として、梁用の主筋のうち柱梁接合部分から所定長さに渡って定着プレートを複数接合するものがある(非特許文献2)。非特許文献2の従来例では、梁用の主筋のうち定着プレートが接合されている領域が高強度領域とされ、この高強度領域を離れた箇所で降伏する。
ヒンジリロケーションを用いたRC壁柱・床梁架構の構造性能:日本建築学会大会学術講演梗概集P377〜378(高稲、山元、永井、丸田著:2009年8月) 柱に高強度コンクリートを用いた十字形架構の加力実験:日本建築学会大会学術講演梗概集P493〜494(松永、新上、河上、小坂著:2011年8月)
鉄筋コンクリート構造物では、梁に設備配管用貫通孔、例えば、台所から引き出された換気用配管を挿通させるための貫通孔が設けられることがある。
通常の鉄筋コンクリート構造物では、破壊が集中する柱の端部(付け根部)を回避するために、設備配管用貫通孔は、柱の端部から離れた位置に形成されている。しかし、柱の端部から離れた位置に設備配管用貫通孔が形成されると、換気用の配管を迂回させて配置しなければならず、配管の施工が煩雑なものとなる。しかも、設備配管用貫通孔を形成するために、梁の内装を部分的に張り出さなければならなくなり、建物の内装上好ましくない。
そこで、非特許文献1や非特許文献2で示される高強度領域に設備配管用貫通孔を形成することが考えられる。
非特許文献1の従来例では、高強度領域は、スラブ主筋が重ねられた柱梁接合部であり、柱梁接合部とプレキャスト梁との間に貫通孔を形成することになる。しかし、非特許文献1の従来例では、柱の端部とプレキャスト梁との間に設備配管用貫通孔を形成しなければならないので、設備配管用貫通孔の施工工事が煩雑となる。
さらに、非特許文献2の従来例では、柱梁接合部や梁の端部における鉄筋の数が多くなり、しかも、これらの梁用の鉄筋に定着プレートが接合されているので、設備配管用貫通孔の施工工事が煩雑となる。
そして、非特許文献1,2の従来例のいずれも、鉄筋量を増やす工程であるため、柱梁接合部の配筋が過密となる、という課題もある。
本発明の目的は、設備配管用貫通孔を柱の近傍において容易に施工することができる鉄筋構造及び鉄筋コンクリート構造物を提供することにある。
本発明の鉄筋構造は、柱と接合される複数の梁用の主筋を備え、前記梁用の主筋の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力がJISG3112で規定される普通鉄筋と、前記普通鉄筋よりも降伏点又は0.2%耐力が大きい高強度鉄筋とを有し、前記高強度鉄筋は、普通鉄筋からなる鉄筋材の一部分を高強度化して形成され、前記普通強度鉄筋は、前記鉄筋材のうち高強度化されていない部分であり、前記高強度鉄筋は、前記梁用の主筋のうち前記柱と接合される柱梁接合部と前記柱梁接合部から梁長さ方向に沿った高強度領域とに配置され、前記普通鉄筋は、前記高強度領域を挟んで前記柱梁接合部とは反対側に位置する普通鉄筋領域に配置され、かつ、前記高強度鉄筋と接続され、前記高強度領域の一端部と前記柱梁接合部の他端部との間の距離は、梁成の0.25倍以上1.3倍以下であり、前記高強度領域に、設備配管用貫通孔が配置される開孔領域が含まれていることを特徴とする。
この構成の本発明では、大地震等により、柱梁接合部に力が集中しても、高強度鉄筋が配置された柱梁接合部と高強度領域とでは降伏せず、柱梁接合部から離れた高強度領域と普通鉄筋領域との間の境界や、普通鉄筋領域で降伏する。
そのため、梁用の主筋のうち柱梁接合部の近傍の高強度領域を開孔領域とし、この開孔領域のコンクリート体に設備配管用貫通孔を形成しても、柱梁接合部の強度の低下を抑制できる。
さらに、梁用の主筋の数を高強度領域と普通鉄筋領域とで変える必要がない。しかも、柱梁接合部や高強度領域では、高強度鉄筋を使用しているので、梁用の主筋として普通鉄筋を使用した場合に比べて、各主筋を細くしたり、主筋の本数を減らしたりすることができる。そのため、隣合う梁用の主筋同士の間隔を大きくすることができるから、設備配管用貫通孔を形成しやすくなる。
また、設備配管用貫通孔の形成位置が柱に近接しているので、梁の内装を部分的に張り出す必要がなくなり、建物の内装上好ましい。
本発明の鉄筋コンクリート構造物は、前述の構成の鉄筋構造と、前記鉄筋構造に打設されたコンクリート体とを備え、前記コンクリート体のうち前記開孔領域に相当する部分に前記設備配管用貫通孔が貫通して形成されていることを特徴とする。
この構成の本発明では、前述と同様の効果を奏することができる。
本発明の第1実施形態にかかる鉄筋コンクリート構造物を示す概略図。 第1実施形態の要部を示す概略図。 本発明の第2実施形態にかかる鉄筋コンクリート構造物を示すもので、図2に相当する図。 第2実施形態に係る機械式継手を示すもので、(A)は正面図、(B)は端面図。 機械式継手を示す断面図。
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[第1実施形態]
図1及び図2には本発明の第1実施形態が示されている。
図1には本実施形態の全体構成が示され、図2には本実施形態の要部が示されている。
図1において、建物は、複数の梁2と、梁2と接合する複数の柱3とを備えた複数階建ての鉄筋コンクリート構造物であり、鉄筋構造1にコンクリート体100が打設されている。
梁2と柱3との接合形態としては、十字形接合S1やト形接合S2の柱梁接合部に適用されるが、本実施形態では、他の接合に適用されるものでもよい。以下では、十字形接合S1を例にとって詳細に説明する。
図1及び図2において、梁2の鉄筋構造1は、水平方向に延びて配筋された複数の梁用の主筋21と、主筋21の軸方向と交差する平面内において主筋21を囲んで等間隔に配筋されて梁2のせん断強度を補強する複数の梁用のせん断補強筋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211と、普通鉄筋212と、を備える。また、主筋21は、丸鋼でも、異形棒鋼でもよい。
本実施形態では、高強度鉄筋211と普通鉄筋212とは1本の鉄筋材から形成されている。高強度鉄筋211と普通鉄筋212とを1本の鉄筋材から形成するには、普通鉄筋からなる鉄筋材を用意し、任意の部分を熱処理して高強度化する。
水平方向に隣合う主筋21は、普通鉄筋212同士が継手4で接合されている。継手4は、後述する機械式継手213のような継手や、それ以外の継手でもよい。あるいは、普通鉄筋212の端部同士を溶接で接合するものでもよく、普通鉄筋212の端部同士を重ね合わせ、針金等で結線する構成でもよい。
高強度鉄筋211の降伏点又は0.2%耐力は490MPa(N/mm)以上1300MPa(N/mm)以下、例えば900MPa(N/mm)である。普通鉄筋212の降伏点又は0.2%耐力は295MPa(N/mm)以上390MPa(N/mm)以下、例えば390MPa(N/mm)である。
高強度鉄筋211は、梁2の柱3との接合部分である柱梁接合部200と、柱梁接合部200よりも水平方向一方側の第一高強度領域201と、柱梁接合部200よりも水平方向他方側の第二高強度領域202とに配置されている。
第一高強度領域201の一端部と柱梁接合部200の他端部との間の距離T1は、梁成D0の約0.25倍〜1.3倍となっている。同様に、第二高強度領域202の一端部と柱梁接合部200の他端部との間の距離T2は、梁成D0の約0.25倍〜1.3倍となっている。この距離T1,T2は、隣り合う柱3間の内法寸法を梁成D0の4倍としたとき、曲げモーメントの分布から決まり、梁2の付け根の応力が高強度鉄筋211の耐力以下であることを確認する。
普通鉄筋212は、第一高強度領域201を挟んで柱梁接合部200とは反対側に位置する普通鉄筋領域210に配置されている。
以上の構成の本実施形態では、大地震等によって、柱梁接合部に力が集中しても、高強度鉄筋211が配置された柱梁接合部200、第一高強度領域201及び第二高強度領域202では降伏せず、第一高強度領域201と普通鉄筋領域210との間の境界や、普通鉄筋領域210で降伏する。そのため、大地震に伴って建物が揺れても、建物自体の倒壊が防止される。
第一高強度領域201と第二高強度領域202とには、それぞれ設備配管用貫通孔5が配置される開孔領域50が含まれている。
開孔領域50は、上下に隣合う高強度鉄筋211の間と、左右に隣合うせん断補強筋22の間とで区画されたスペースである。開孔領域50が設けられる箇所は、図では、第一高強度領域201と第二高強度領域202とにそれぞれ1つずつであって、最も柱3に近接した位置である。なお、本実施形態では、開孔領域50が設けられる箇所は、第一高強度領域201と第二高強度領域202との少なくとも一方であれば、その数や位置は限定されるものではない。例えば、開孔領域50は、第一高強度領域201と第二高強度領域202とに複数設けられてもよく、その位置は、柱3から最も離れた位置であってもよい。
設備配管用貫通孔5は、梁2のコンクリート体100のうち開孔領域50に相当する部分に貫通して形成されている。
設備配管用貫通孔5は、台所から引き出された換気用配管(図示せず)や、電線を通す配管、その他の設備配管を通すものである。
設備配管用貫通孔5の開口形状は、図では、円形である。なお、本実施形態では、設備配管用貫通孔5の開口形状は、円形に限定されるものではなく、楕円でも、矩形状でもよい。設備配管用貫通孔5の大きさは、開孔領域50の大きさに制限される。そのため、開孔領域50に対して、設備配管用貫通孔5の大きさが小さいのであれば、設備配管用貫通孔5を複数設けることも可能である。なお、開孔領域50の位置が柱3から最も離れている場合、設備配管用貫通孔5が第一高強度領域201と普通鉄筋領域210との境界線上にあってもよい(図2想像線参照)。
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。
柱3を構成する鉄筋構造1は、垂直方向に延びて所定間隔を空けて配筋された複数の柱3用の主筋31と、主筋31の軸方向と交差する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柱3のせん断強度を補強する複数の柱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。
以下、鉄筋コンクリート構造物の施工方法について説明する。
まず、高強度鉄筋211と普通鉄筋212とが一体となった主筋21を水平方向に延びた状態で配筋し、これらの主筋21を複数のせん断補強筋22で囲む。この複数のせん断補強筋22は水平方向に等間隔に配筋する。これにより、梁構成ユニットを複数形成する。
このような梁構成ユニットは、施工現場に持ち込む前に形成可能であるが、これに限られず、施工現場でも形成可能である。
次に、施工現場で梁構成ユニットを所定位置に配置する。
高強度鉄筋211の中央部分は、梁2に接合させて柱梁接合部200を形成する。そして、普通鉄筋212の端部同士を継手4や溶接等で接合する。これにより、鉄筋構造1が製造されることになる。
さらに、鉄筋構造1にコンクリート体100を打設する。コンクリート体100を打設するに際して、第一高強度領域201と第二高強度領域202の開孔領域50に図示しない円筒状の型枠を鉄筋構造1に設置しておく。コンクリート体100を打設した後に、型枠を外すことで、設備配管用貫通孔5がコンクリート体100に形成されることになる。なお、本実施形態では、コンクリート体100を打設した後に、ドリル等で孔を掘って設備配管用貫通孔5を形成してもよい。
第1実施形態では、以下の作用効果を奏することができる。
(1)JISG3112で規定される普通鉄筋212と、普通鉄筋212よりも降伏点又は0.2%耐力が大きい高強度鉄筋211とを備えて梁用の主筋21を構成し、高強度鉄筋211を、柱梁接合部200と、柱梁接合部200からそれぞれ梁長さ方向に沿った第一高強度領域201及び第二高強度領域202とに配置し、普通鉄筋212を、第一高強度領域201を挟んで柱梁接合部200とは反対側に位置する普通鉄筋領域210に配置した。そのため、柱梁接合部200に地震等で力が集中しても、柱梁接合部200、第一高強度領域201及び第二高強度領域202では降伏しないので、第一高強度領域201及び第二高強度領域202に、設備配管用貫通孔5が配置される開孔領域50を含むものとしても、建物の強度が低下することを抑制することができる。その上、主筋21の数や高さ位置は領域によって変わらないので、設備配管用貫通孔5を形成しやすくなる。梁用の主筋21として全て普通鉄筋を使用した場合に比べて、主筋21を細くしたり、本数を減らしたりすることができるため、隣合う梁用の主筋21同士の間隔を大きくすることで、この点からも、設備配管用貫通孔5を形成しやすくなる。さらに、設備配管用貫通孔5の形成位置が柱3に近接しているので、梁2の内装を部分的に張り出す必要がなくなり、建物の内装上好ましい。
(2)隣合う普通鉄筋212が同軸上に接続される構成となるので、これらの端部同士の接合を、従来通りの方法で実現することができる。
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について、図3から図5に基づいて説明する。なお、第2実施形態の説明において、第1実施形態と同一の構成は同一符号を付して説明を省略する。
図3には、第2実施形態の要部が示され、図4及び図5には、機械式継手が示されている。
図3に示される通り、第2実施形態は、高強度鉄筋211と、普通鉄筋212とがそれぞれ1本の鉄筋材から構成されており、普通鉄筋212の端部と高強度鉄筋211とは同一軸上に機械式継手213を介して接続されている点で、第1実施形態とは異なるもので、他の構成は第1実施形態と同じである。
図4及び図5において、高強度鉄筋211は、水平方向に延びた鉄筋本体211Aと、鉄筋本体211Aの水平方向両端部にそれぞれ形成された螺合部としての雄ねじ部211Bとを備えている。雄ねじ部211Bの軸方向長さは、後述するカプラー本体213Bの軸方向長さと同等以上である。
普通鉄筋212は、水平方向に延びた鉄筋本体212Aと、鉄筋本体212Aの水平方向両端部にそれぞれ形成された螺合部としての雄ねじ部212Bとを備えている。雄ねじ部212Bの軸方向長さは、後述するカプラー本体213Bの軸方向長さの2分の1以上である。雄ねじ部212Bは、そのねじ切り方向が雄ねじ部211Bと同じである。
機械式継手213は、雄ねじ部211B,212Bが水平方向で近接するところに配置される断面六角形状のカプラー213Aを備えている。
カプラー213Aは、筒状のカプラー本体213Bと、カプラー本体213Bの内周面に規定された貫通孔213Cと、カプラー本体213Bの内周面に形成された雌ねじ部213Dとによって構成される。
カプラー213Aは、普通鉄筋212の強度よりも高い強度を有している。貫通孔213Cには雄ねじ部211B,212Bが配され、雌ねじ部213Dは、これら雄ねじ部211B,212Bと螺合する。この螺合により、機械式継手213は、高強度鉄筋211の端部と普通鉄筋212の端部とを機械式に接続している。
以下、鉄筋コンクリート構造物の施工方法について説明する。
第2実施形態における鉄筋コンクリート構造物の施工方法は、第1実施形態と同様である。第2実施形態では、同軸上に配置される高強度鉄筋211と普通鉄筋212との接続を機械式継手213で行う。
具体的には、先ず、カプラー213Aの一端を高強度鉄筋211の雄ねじ部211Bの先端に当接させる。つづいて、このカプラー213Aを回転させて、雌ねじ部213Dを雄ねじ部211Bに螺合させる。そのまま回転をつづけて雄ねじ部211Bを貫通孔213Cに挿入し、雄ねじ部211Bの先端を、図5の想像線で示されるように、カプラー213Aの他端に到達させる。このとき、雄ねじ部211Bの先端の端面211Cは、想像線で示されるカプラー213Aの他端から突出する。なお、前述した突出までさせなくても、雄ねじ部211Bの先端の端面211Cが雄ねじ部212Bの先端に対面できる位置にあればよく、例えば前記他端と面一にしてもよい。
次に、高強度鉄筋211と普通鉄筋212とを接続する。具体的には、先ず、高強度鉄筋211の雄ねじ部211Bの先端の端面211Cを普通鉄筋212の雄ねじ部212Bの先端の端面212Cに対向させ、これら端面211C,212Cを当接させる。つづいて、雄ねじ部211Bに螺合した状態のカプラー213Aを逆回転させて、雌ねじ部213Dを雄ねじ部212Bに螺合させ、そのまま回転をつづけて貫通孔213Cに挿入する(図5実線参照)。
このように、カプラー213Aの回転、逆回転で雌ねじ部213Dを雄ねじ部211B,212Bに螺合させることで、高強度鉄筋211と普通鉄筋212とを接続する。
これにより、高強度鉄筋211、普通鉄筋212を回転させなくても、これらを相互に接続することができ、各梁構成ユニットの接続を簡単に行うことができる。
第2実施形態では、第1実施形態の(1)と同様の作用効果を奏することができる他、次の作用効果を奏することができる。
(3)主筋21が、高強度鉄筋211の端部と普通鉄筋212の端部とが機械式継手213で接続されて構成されるため、鉄筋構造1の施工時に、梁構成ユニットを構成する高強度鉄筋211の端部から先の構成を省くことができる。このため、梁構成ユニットの大型化を阻止できる。しかも、高強度鉄筋211と普通鉄筋212との溶接は困難であるが、本実施形態では、これらを機械式継手213で接続したので、高強度鉄筋211と普通鉄筋212とを強固に結合できる。従って、梁構成ユニットの形成、移動、接合などの作業を容易ならしめ、施工作業性を向上させることができる。
(4)カプラー213Aに高強度鉄筋211及び普通鉄筋212の螺合部としての雄ねじ部211B,212Bをそれぞれ螺合させることで、高強度鉄筋211の端部と普通鉄筋212の端部とを簡単に接続することができる。また、カプラー213Aと高強度鉄筋211及び普通鉄筋212の雄ねじ部211B,212Bとの螺合長さは調整可能であるため、高強度鉄筋211と普通鉄筋212との相互の軸方向位置を何度も調整できる。このため、施工時に梁2の軸方向寸法に変更があっても、螺合長さの調整により対応可能である。
(5)機械式継手213が、普通鉄筋212の強度よりも高い強度を有した普通鉄筋用の継手であるため、主筋21に引張力が作用した場合、最終的に普通鉄筋212の母材破断を生じさせることができる。このため、例えば高強度鉄筋211が曲げモーメントの大きい柱梁接合部200に配置され、かつ、普通鉄筋212が曲げモーメントの小さい高強度鉄筋211間の中央部に配置された場合に、鉄筋構造1全体の耐力を向上させることができる。
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、複数の高強度鉄筋211を複数のせん断補強筋22で囲んで鉄筋籠を形成することで高強度の柱構成ユニットを構成するが、これに限定されない。例えば、複数の高強度鉄筋211を複数のせん断補強筋22で囲んで鉄筋籠を形成し、さらにこの鉄筋籠にコンクリートを打設してプレキャストコンクリートを形成することで高強度の柱構成ユニットを構成してもよい。
本発明は、柱と接合される複数の梁用の主筋を備えた鉄筋構造および鉄筋構造の施工方法として利用できる。
1…鉄筋構造、2…梁、3…柱、5…設備配管用貫通孔、21…主筋、22…せん断補強筋、50…開孔領域、100…コンクリート体、200…柱梁接合部、201…第一高強度領域、202…第二高強度領域、210…普通鉄筋領域、211…高強度鉄筋、212…普通鉄筋、213…機械式継手、213A…カプラー、213B…カプラー本体

Claims (2)

  1. 柱と接合される複数の梁用の主筋を備え、前記梁用の主筋の少なくとも一部の降伏点又は0.2%耐力がJISG3112で規定される普通鉄筋と、前記普通鉄筋よりも降伏点又は0.2%耐力が大きい高強度鉄筋とを有し、
    前記高強度鉄筋は、普通鉄筋からなる鉄筋材の一部分を高強度化して形成され、前記普通強度鉄筋は、前記鉄筋材のうち高強度化されていない部分であり、
    前記高強度鉄筋は、前記梁用の主筋のうち前記柱と接合される柱梁接合部と前記柱梁接合部から梁長さ方向に沿った高強度領域とに配置され、
    前記普通鉄筋は、前記高強度領域を挟んで前記柱梁接合部とは反対側に位置する普通鉄筋領域に配置され、かつ、前記高強度鉄筋と接続され、
    前記高強度領域の一端部と前記柱梁接合部の他端部との間の距離は、梁成の0.25倍以上1.3倍以下であり、
    前記高強度領域に、設備配管用貫通孔が配置される開孔領域が含まれている
    ことを特徴とする鉄筋構造。
  2. 請求項1に記載された鉄筋構造と、前記鉄筋構造に打設されたコンクリート体とを備え、前記コンクリート体のうち前記開孔領域に相当する部分に前記設備配管用貫通孔が貫通して形成されている
    ことを特徴とする鉄筋コンクリート構造物。
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