JP6554367B2 - 鉄筋コンクリート造の設計方法及び施工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、鉄筋コンクリート造の設計方法及び施工方法に関する。
鉄筋コンクリート造建物の柱のせん断補強筋(帯筋)は建築基準施行令第77条により定められている。建築基準施行令第77条では、帯筋の径は6mm以上であること、隣合う帯筋の間隔が15cm以下、かつ、最も細い主筋の径の15倍以下とすること、帯筋比は0.2%以上とすること等が規定されている。
また、日本建築学会が発行する鉄筋コンクリート構造計算規準では、柱及び梁のせん断補強筋について、梁、柱のせん断補強筋は軽微な場合を除いて直径9mm以上の丸鋼または呼び名がD10以上の異形鉄筋を用いること、梁、柱のせん断補強筋比は0.2%以上とすること、梁のせん断補強筋(あばら筋)の間隔は、梁せいの1/2以下かつ250mm以下とすることが規定されている(特許文献1)。実際の設計では、柱のせん断補強筋比の配筋間隔は、施工性を考慮して、100mm、125mm、150mm等が一般的であり、95mmや110mmのような設計が行われることが殆どない。
せん断補強筋には、規格降伏点が295N/mm、345N/mm、390N/mm、490N/mm、685N/mm、785N/mm、1275N/mm等の種類がある。規格降伏点が295N/mm、345N/mm、390N/mm、490N/mmの鉄筋はJISG3112の「鉄筋コンクリート用棒鋼」の規格で製造され、685N/mm及び785N/mmの鉄筋の径は、JISG3112に準拠して設定されている。さらに、規格降伏点が1275N/mmの鉄筋の径はJISG3137の「細径異形PC鋼棒」に準拠して設定される。一般的に、せん断補強筋に使用される鉄筋の直径は、JISG3112の「鉄筋コンクリート用棒鋼」では、呼び名がD10、D13、D16、D19の4種類、JISG3137の「細径異形PC鋼棒」では、呼び名が7.1mm、9mm、10.7mm、12.6mmの4種類である。
鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説(2010改定):日本建築学会
現状、せん断補強筋に使用される鉄筋の径は、JIS規格に準じて固定されている。
例えば、幅が1100mmの柱であって、せん断に対する耐力がせん断補強筋比0.2%で十分にある場合、鉄筋径が12.6mm(断面積が125mm)の鉄筋を四角形状に配置すると、せん断補強筋量は0.23%となり、最小せん断補強筋比の0.2%に対して0.03%大きくなる。また、鉄筋径が10.7mm(断面積が90mm)の鉄筋を用いた場合、四角状に配置しただけではせん断補強筋量が0.16%となり、最小せん断補強筋比の0.2%を満たさないことになる。そのため、鉄筋を1本追加することになるが、これでは、せん断補強筋量が0.25%となり、最小せん断補強筋比0.2%より0.05%大きくなる。
比率でみると、0.2%に対するせん断補強筋量の増加率は、鉄筋径12.6mmを使用する場合では、(0.03/0.2)×100=15(%)であり、鉄筋径10.7mmを使用する場合では、(0.05/0.2)×100=25(%)であり、いずれも、必要な補強量に対してかなりの増分となる。必要以上に鉄筋を使用することは、鉄筋コンクリート造のコストが高いものとなる。
せん断補強筋比の増加率を小さくするために、柱幅を変更(大きく)することも考えられるが、多くの場合、柱幅は、柱の剛性、居住空間の確保等の要因から決定されているので、柱幅を変更することは実質的に不可能である。
本発明の目的は、使用する鉄筋量を必要最小限に抑えることができる鉄筋コンクリート造の設計方法及び施工方法を提供することにある。
本発明の鉄筋コンクリート造の設計方法は、せん断補強筋比の規定以上となるように複数のせん断補強筋を選択する鉄筋コンクリート造の設計方法であって、前記複数のせん断補強筋は、少なくとも1本がJISの規格にある規格径とは異なる径の異径せん断補強筋を用い、前記異径せん断補強筋の本数を選択した場合のせん断補強筋量を前記せん断補強筋比の規定の最小値に近づけることを特徴とする。
本発明では、JISの規格にある規格径のせん断補強筋を用いる場合に比べて、JISで径が規格化されていない異径せん断補強筋を用いることで、せん断補強筋量がせん断補強筋比の規定の最小値に近づくことになる。そのため、使用する鉄筋量を必要最小限に抑えることができる。なお、本発明では、異径せん断補強筋とは、径の大きさが異なるせん断補強筋を意味するものであって、異なる形状を意味する「異形」鉄筋とは異なる。
前記規格径はJISにおいて複数の数値が設定されており、これらの数値のうち互いに近い2つの数値の中間径を前記規格径とは異なる径とする構成が好ましい。
この構成では、JISに規定されている複数の規格径のうち互いに近接する値の中間値を直径とする異径せん断補強筋を用いるので、せん断補強筋量をせん断補強筋比の規定の最小値に容易に近づけることが可能となる。
前記せん断補強筋比の規定は0.2%以上であり、前記異径せん断補強筋のせん断補強筋量は0.200%以上0.238%以下である構成が好ましい。
この構成では、異径せん断補強筋のせん断補強筋量の最大値と最小値とをJISの規格化されたせん断補強筋に基づいて予め設定しておくことで、設計上、許容できるせん断補強量の範囲が決まることになり、設計を容易に行うことができる。
本発明の鉄筋コンクリート造の施工方法は、前述の鉄筋コンクリート造の設計方法を実施する設計工程と、前記設計工程で選択された異径せん断補強筋を、引き抜きダイスを用いて製造する鉄筋製造工程と、前記鉄筋製造工程で製造された異径せん断補強筋を複数の主筋の周囲に配設する配筋工程と、を備えたことを特徴とする。
この構成では、鉄筋製造工程において、ダイスの内径を変更するだけで、JISの規格径のせん断補強筋を製造する引き抜きダイスを用いて異径せん断補強筋を製造することが可能となるので、異径せん断補強筋を容易に製造することができる。
本発明の鉄筋コンクリート造の施工方法は、前述の鉄筋コンクリート造の設計方法を実施する設計工程と、前記設計工程で選択された異径せん断補強筋を、圧延ロールを用いて製造する鉄筋製造工程と、前記鉄筋製造工程で製造された異径せん断補強筋を複数の主筋の周囲に配設する配筋工程と、を備えたことを特徴とする。
この構成では、鉄筋製造工程において、圧延ロールを構成する一対のローラの外径寸法やロール間寸法を変更するだけで、JISの規格径のせん断補強筋を製造する圧延ロールを用いて異径せん断補強筋を容易に製造することができる。
本発明の一実施形態にかかる鉄筋コンクリート造を示すもので、(A)は鉄筋本数が2本の場合の断面図、(B)は(A)のB−B線に沿う断面図。 本発明の一実施形態にかかる鉄筋コンクリート造を示すもので、(A)は鉄筋本数が3本の場合の断面図、(B)は(A)のB−B線に沿う断面図。 本発明の一実施形態にかかる鉄筋コンクリート造を示すもので、(A)は鉄筋本数が4本の場合の断面図、(B)は(A)のB−B線に沿う断面図。 鉄筋製造工程の一例を示す概略図。 鉄筋製造工程の一例を示す概略図。
本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
[鉄筋コンクリート造の構造]
図1から図3には、本発明の一実施形態にかかる鉄筋コンクリート造が示されている。図1は、鉄筋本数が2本の場合の例であり、図2は、鉄筋本数が3本の例であり、図3は、鉄筋本数が4本の例である。本実施形態における鉄筋コンクリート造は柱である。
図1(A)において、柱は、4本の主筋1と、主筋1の外周を囲う異径せん断補強筋2と、主筋1及び異径せん断補強筋2が埋設され水平断面が正方形のコンクリート体3とを備えている。異径せん断補強筋2は帯筋と称されるものであり、本実施形態における設計対象である。図1(B)において、異径せん断補強筋2は、水平方向に隣合う2本が1組とされている。異径せん断補強筋2は、上下に延びた主筋1の長手方向に沿って複数組が互いに等間隔に配置されている。
図2(A)において、柱は、4本の主筋1と、主筋1の外周を囲う異径せん断補強筋2と、異径せん断補強筋2で囲われた矩形状領域内で十字状に配置された異径せん断補強筋4と、主筋1及び異径せん断補強筋2,4が埋設されたコンクリート体3とを備えている。異径せん断補強筋4は、帯筋と称されるものであり、異径せん断補強筋2とともに本実施形態における設計対象である。
異径せん断補強筋4は、フック状の両端部と直線部とを有する形状であり、フック状の両端部は、互いに対向する異径せん断補強筋2に接合されている。
図2(B)において、異径せん断補強筋2,4は、水平方向に隣合う2本の異径せん断補強筋2と、これらの異径せん断補強筋2の中間位置に配置された1本の異径せん断補強筋4との合計3本が1組とされている。異径せん断補強筋2,4は、上下に延びた主筋1の長手方向に沿って複数組が等間隔に配置されている。
図3(A)において、柱は、4本の主筋1と、主筋1の外周を囲う異径せん断補強筋2と、異径せん断補強筋2で囲われた矩形状領域内で配置された異径せん断補強筋5と、主筋1及び異径せん断補強筋2,5が埋設されたコンクリート体3とを備えている。異径せん断補強筋5は、帯筋と称されるものであり、異径せん断補強筋2とともに本実施形態における設計対象である。異径せん断補強筋5は、平面外形が短寸部と長寸部とを有する長方形状であり、短寸部が互いに対向する異径せん断補強筋2に接合されている。
図3(B)において、異径せん断補強筋2,5は、水平方向に隣合う2本の異径せん断補強筋2と、これらの異径せん断補強筋2の中間位置に配置された2本の異径せん断補強筋5との合計4本が1組とされている。異径せん断補強筋2,5は、上下に延びた主筋1の長手方向に沿って複数組が等間隔に配置されている。
本実施形態では、異径せん断補強筋2,4,5は、全てがJISの規格径とは異なる径のせん断補強筋である。JISの規格は、JIS G3112とJIS G3137である。JIS G3112では、直径が10mm(D10)、13mm(D13)、16mm(D16)が規格径であり、ここでは、便宜上、Aタイプと称する。JIS G3137では、直径が9mm、10.7mm、12.6mmが規格径であり、ここでは、便宜上、Bタイプと称する。
本実施形態では、Aタイプのみ、あるいは、Bタイプのみのせん断補強筋のみが使用されるものであり、Aタイプの鉄筋とBタイプの鉄筋とが混合して使用されることがない。Aタイプ又はBタイプのせん断補強筋のうち規格径が互いに近い数値の中間値の径を有するせん断補強筋が用いられる。例えば、Bタイプにおいて、互いに数値が近い規格径が10.7mmと12.6mmとすると、これらの中間値の11.8mmの異径せん断補強筋が用いられる。
[鉄筋コンクリート造の設計方法]
せん断補強筋比に対応して許容できるせん断補強量の最大値及び最小値を求める。
建築基準施行令第77条で規定するせん断補強筋比の規定は0.2%以上である。
1組のせん断補強筋の断面積をawとし、コンクリート体(柱)の水平面内における躯体断面幅(柱幅寸法)をbとし、上下に隣合うせん断補強筋の間隔をxとすると、せん断補強筋量(Pw)は、次の計算式で求められる。
Pw=aw/(b×x)×100(%)
JISで規格化されたせん断補強筋のせん断補強筋量Pwを表1から表3に示される条件で求めた。表1から表3において、断面幅は柱の断面幅寸法bであり、本数はせん断補強筋の本数である。本数が2本とは図1で示されるせん断補強筋の場合であり、本数が3本とは図2で示されるせん断補強筋の場合であり、本数が4本とは図3で示されるせん断補強筋の場合である。間隔は上下に隣合うせん断補強筋の間隔xである。
Figure 0006554367
Figure 0006554367
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表1から表3のJISで規格化されたせん断補強筋は、従来の設計手法等により、配筋されている例である。これらのせん断補強筋で設計されたせん断補強筋量は、過剰な設計基準とはならず、最低限のせん断補強量を備えているため、許容される範囲にある。
JISで規格化されたせん断補強筋の許容補強筋量は、0.200%以上0.238%以下である。これらの範囲に本実施形態で用いられる異径せん断補強筋2,4,5のせん断補強筋量がある必要がある。
JISで規格化されたせん断補強筋のうち互いに近い2つの数値の中間値に直径が一致する異径せん断補強筋を選択する。
例えば、タイプBのJIS G3137において、複数の規格径のうち互いに近い2つの数値を10.7mmと12.6mmとすると、その中間値の11.8mmを直径とする異径せん断補強筋2,4,5を選択する。
この異径せん断補強筋2,4,5におけるせん断補強筋量Pwを、配筋間隔が100mm、断面幅(柱幅)が1100mmであるという条件で、前述の数式に基づいて求める。
直径11.8mmの異径せん断補強筋2,4,5を2本使用した場合のせん断補強筋量Pwは0.20%である。
規格径10.7mmと12.6mmとの中間値の12.0mmを直径とする異径せん断補強筋2,4,5を2本使用した場合には、せん断補強筋量Pwは0.21%であり、同様に、規格径12.4mmの異径せん断補強筋2,4,5を2本使用した場合には、せん断補強筋量Pwは0.22%である。
これに対して、タイプBのJIS G3137において、規格径10.7mmのせん断補強筋を3本使用する場合、せん断補強筋量Pwは0.25%であり、規格径12.6mmのせん断補強筋を使用する場合、せん断補強筋量Pwは0.23%である。
タイプAのJIS G3112において、複数の規格径のうち互いに近い2つの数値を10mmと13mmとすると、これらの数値の中間値にある12mmを直径とする異径せん断補強筋2,4,5を選択する。
この異径せん断補強筋2,4,5におけるせん断補強筋量Pwを、配筋間隔が100mm、断面幅(柱幅)が1100mmであるという条件で求める。
直径12mmの異径せん断補強筋2,4,5を2本使用した場合には、せん断補強筋量Pwは0.205%である。
これに対して、タイプAのJIS G3112において、規格径10mmのせん断補強筋を3本使用する場合、せん断補強筋量Pwは0.214%であり、規格径13.0mmのせん断補強筋を2本使用する場合、せん断補強筋量Pwは0.241%である。
タイプBのJIS G3137において、規格径10.7mmと12.6mmとの間の数値を直径とした異径せん断補強筋2,4,5を選択する。
この異径せん断補強筋2,4,5におけるせん断補強筋量Pwを、配筋間隔が100mm、断面幅(柱幅)が1000mmであるという条件で求める。直径11.8mmの異径せん断補強筋2,4,5を2本使用した場合には、せん断補強筋量Pwは0.22%であり、直径12.0mmの異径せん断補強筋2,4,5を2本使用した場合には、せん断補強筋量Pwは0.23%であり、直径12.4mmの異径せん断補強筋2,4,5を2本使用した場合には、せん断補強筋量Pwは0.24%である。
これに対して、規格径10.7mmのせん断補強筋を3本使用する場合、せん断補強筋量Pwは0.28%であり、規格径12.6mmのせん断補強筋を使用する場合、せん断補強筋量Pwは0.25%である。
以上の通り、規格径のせん断補強筋を使用した場合のせん断補強筋量に比べて、規格径とは異なる直径の異径せん断補強筋2,4,5を使用した場合のせん断補強筋量がせん断補強筋比の最小値である0.2%に近いことがわかる。
[コンクリート造の施工方法]
次に、鉄筋コンクリート造の施工方法の実施形態を図4及び図5に基づいて説明する。
[1.鉄筋製造工程]
まず、前述の設計方法で用いられるせん断補強筋を製造する工程を説明する。
本実施形態では、図4に示される例と、図5に示される例とがあり、これらの例は、規格径を有するせん断補強筋を製造する装置と基本構成が同じである。
図4は、圧延ロールを用いてせん断補強筋を製造する例である。
図4において、圧延ロールは、線状のワークWの送り方向に沿って配置された粗ロール11、中間ロール12及び仕上ロール13を備えており、これらは、それぞれワークWを挟持する一対のローラを有する。図示しない加熱炉から送られるワークWは、粗ロール11、中間ロール12及び仕上ロール13によって徐々に径が細く形成される。本実施形態では、仕上ロール13のローラの外径寸法あるいはローラ間の寸法を従来の装置に比べて変更することで、異径せん断補強筋2,4,5の外径と一致させる。圧延ロールで所定径とされた線状のワークWは、図示しないカッタで切断された後、図1(A)、図2(A)、図3(A)で示される所定形状に成形されて異径せん断補強筋2,4,5となる。
図5は引き抜きダイスを用いてせん断補強筋を製造する例である。
図5において、引き抜きダイスは、線状のワークWの送り方向に沿って配置された金型21及び引抜具22を備えている。引抜具22はワークWを保持するものである。
図示しない加熱炉から送られる線状のワークWは、金型21の孔部21Aに通った状態で、引抜具22により引き抜かれると、径が細く形成される。
本実施形態では、規格径のせん断補強筋を製造する場合に比べて孔部21Aの内径寸法が変更された金型21を用いることで、引き抜かれるワークWの径を異径せん断補強筋2,4,5の外径と一致させる。孔部21Aを中心として金型21を回動させることで、ワークWに異形鉄筋を形成するための節を設けることができる。
本実施形態では、金型21よりワーク送り方向の上流側において、潤滑剤をワークWに供給する構成としてもよい。つまり、パウダー状の潤滑剤が収納されたケース20に挿通孔を設け、ワークWを挿通孔に挿通させた後に金型21に送る。これによると、金型21で引き抜かれるワークWに潤滑剤が付着されているので、ワークWの引き抜き時に摩擦に伴う発熱が低減される。
引き抜きダイスで所定径とされた線状のワークWは、図示しないカッタで切断された後、図1(A)、図2(A)、図3(A)で示される所定形状に成形されて異径せん断補強筋2,4,5となる。
[2.配筋工程]
建設現場では、鉄筋製造工程で製造された異径せん断補強筋2,4,5を複数の主筋1の周囲に配設して鉄筋の組立を行う。
[3.コンクリート打設工程]
主筋1及び異径せん断補強筋2,4,5にコンクリートを打設してコンクリート体3を成形し、鉄筋コンクリート造を施工する。
なお、本実施形態では、鉄筋の組立及びコンクリートの打設は現場打ちに限定されるものではなく、プレキャスト部材とするものでもよい。
従って、本実施形態では、次の効果を奏することができる。
(1)せん断補強筋として、JISの規格にある規格径とは異なる径の異径せん断補強筋2,4,5を用い、これらの異径せん断補強筋2,4,5の本数を選択した場合のせん断補強筋量Pwをせん断補強筋比の規定の最小値に近づけた。規格径のせん断補強筋を用いる場合に比べて、JISで径が規格化されていない異径せん断補強筋2,4,5を用いることで、せん断補強筋量Pwがせん断補強筋比の規定の最小値により近づくことになるから、使用する鉄筋量を必要最小限に抑えることができる。
(2)規格径はJISにおいて複数の数値が設定されており、これらの数値のうち互いに近い2つの数値の中間径を規格径とは異なる径として選択したから、せん断補強筋量Pwをせん断補強筋比の規定の最小値に容易に近づけることが可能となる。
(3)せん断補強筋比の規定は0.2%以上であり、せん断補強筋のせん断補強筋量Pwは0.200%以上0.238%以下である。つまり、異径せん断補強筋2,4,5のせん断補強筋量Pwの最大値と最小値とを予め設定しておくことで、設計を容易に行うことができる。
(4)異径せん断補強筋2,4,5を引き抜きダイスで製造する鉄筋製造工程と、異径せん断補強筋2,4,5を複数の主筋1の周囲に配設する配筋工程と、を実施して鉄筋コンクリート造を施工すれば、規格化されたせん断補強筋の製造で用いられるダイスを金型21の内径を変更するだけで利用することができるので、異径せん断補強筋2,4,5を容易に製造することができる。
(5)異径せん断補強筋2,4,5を圧延ロールで製造する鉄筋製造工程と、異径せん断補強筋2,4,5を複数の主筋1の周囲に配設する配筋工程と、を実施して鉄筋コンクリート造を施工すれば、規格化されたせん断補強筋の製造で用いたれる圧延ロールをローラ径やローラ間寸法を変更するだけで利用することができるので、異径せん断補強筋2,4,5を容易に製造することができる。そのため、せん断補強筋自体の製造コストを抑えることができる。
なお、本発明は前述の各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、柱に適用した例を説明したが、本発明では、梁に適用することもできる。つまり、せん断補強筋量を算出する式は、柱と梁とで同じであるため、梁の場合でも、柱と同様の方法によって、鉄筋コンクリート造を設計することができる。
さらに、前記実施形態では、異径せん断補強筋2,4,5の全てがJISの規格にある径とは異なる径のせん断補強筋としたが、本発明では、異径せん断補強筋2,4,5は、少なくとも1本がJISの規格にある径とは異なる径のせん断補強筋であればよい。
1…主筋、2,4,5…異径せん断補強筋、3…コンクリート体、11…粗ロール(圧延ロール)、12…中間ロール(圧延ロール)、13…仕上ロール(圧延ロール)、21…金型(引き抜きダイス)

Claims (5)

  1. せん断補強筋比の規定以上となるように複数のせん断補強筋を選択する鉄筋コンクリート造の設計方法であって、
    前記複数のせん断補強筋は、少なくとも1本がJISの規格にある規格径とは異なる径の異径せん断補強筋を用い、前記異径せん断補強筋の本数を選択した場合のせん断補強筋量を前記せん断補強筋比の規定の最小値に近づける
    ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の設計方法。
  2. 請求項1に記載された鉄筋コンクリート造の設計方法において、
    前記規格径はJISにおいて複数の数値が設定されており、これらの数値のうち互いに近い2つの数値の中間値を前記規格径とは異なる径とする
    ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の設計方法。
  3. 請求項1又は請求項2に記載された鉄筋コンクリート造の設計方法において、
    前記せん断補強筋比の規定は0.2%以上であり、前記異径せん断補強筋のせん断補強筋量は0.200%以上0.238%以下である
    ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の設計方法。
  4. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の鉄筋コンクリート造の設計方法を実施する設計工程と、
    前記設計工程で選択された異径せん断補強筋を、引き抜きダイスを用いて製造する鉄筋製造工程と、
    前記鉄筋製造工程で製造された異径せん断補強筋を複数の主筋の周囲に配設する配筋工程と、を備えた
    ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の施工方法。
  5. 請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の鉄筋コンクリート造の設計方法を実施する設計工程と、
    前記設計工程で選択された異径せん断補強筋を、圧延ロールを用いて製造する鉄筋製造工程と、
    前記鉄筋製造工程で製造された異径せん断補強筋を複数の主筋の周囲に配設する配筋工程と、を備えた
    ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の施工方法。
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