JP6771882B2

JP6771882B2 - 梁の補強材及び梁の補強構造

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Publication number: JP6771882B2
Application number: JP2015233325A
Authority: JP
Inventors: 裕織田; 栄一足立; 神谷　隆; 隆神谷; 剛成羽生田; 孝田口; 尚人深津; 慎也宮川; 啓井上
Original assignee: Yahagi Construction Co Ltd
Current assignee: Yahagi Construction Co Ltd
Priority date: 2015-11-30
Filing date: 2015-11-30
Publication date: 2020-10-21
Anticipated expiration: 2035-11-30
Also published as: JP2017101403A

Description

本発明は、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁の補強材及び梁の補強構造に関する。

鉄筋コンクリート造の建造物を建造する際に、設備配管やその点検等のために、鉄筋コンクリート造の梁に貫通孔を設けることがある。このような貫通孔を有する梁を補強する方法として、主筋を囲むあばら筋（梁あばら筋）が疎らになる貫通孔の上方と下方とに、上下の主筋をそれぞれ別個に囲む貫通孔上下部補強金物を配置する技術がある（例えば、特許文献１）。

特開平７−２０７８３７号公報

ところで、梁に貫通孔を設けると、貫通孔の上下部分の強度が低下して、この部分でせん断破壊が起こりやすい、という課題がある。
本発明は、このような課題に着目してなされたものである。その目的とするところは、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁において、せん断破壊を抑制することができる補強材及び補強構造を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する梁の補強材は、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁の補強材であって、前記貫通孔の上方及び下方のうち少なくとも一方に、前記梁の延設方向が長手方向となるように配置される水平補強部を備え、前記水平補強部は形鋼または鋼板からなる。

この構成によれば、形鋼または鋼板からなる水平補強部により、梁において貫通孔が設けられた部分の補強材のせん断破壊に対して有効に作用する断面積を大きくすることができるので、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁において、せん断破壊を抑制することができる。

上記梁の補強材において、前記水平補強部には複数の孔が設けられることが好ましい。
この構成によれば、水平補強部に設けられた複数の孔にコンクリートが入ることにより、形鋼または鋼板である水平補強部と梁を構成するコンクリートとの一体性を高めることができる。

上記梁の補強材において、前記孔に挿通される軸材を備えることが好ましい。
この構成によれば、水平補強部に設けられた孔に挿通される軸材により、水平補強部と梁を構成するコンクリートとの一体性を高めることができる。

上記課題を解決する梁の補強材は、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁を補強する補強材であって、前記梁の延設方向に延びる水平補強部と、前記貫通孔を囲むように配置される環状補強部と、を備える。

この構成によれば、貫通孔を囲むように配置される環状補強部によって、貫通孔の周囲にひび割れが生じることを抑制することができる。また、延設方向に延びる水平補強部によって、せん断破壊に対して有効に作用する補強材の断面積を大きくすることができるので、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁において、せん断破壊を抑制することができる。

上記梁の補強材において、前記環状補強部は、前記延設方向に延びる水平部を有することが好ましい。
この構成によれば、環状補強部が延設方向に延びる水平部を有するので、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁において、せん断破壊を効果的に抑制することができる。

上記課題を解決する梁の補強構造は、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁の補強構造であって、前記貫通孔の上方及び下方のうち少なくとも一方に、前記梁の延設方向が長手方向となるように配置される水平補強部を備え、前記水平補強部は形鋼または鋼板からなる。

この構成によれば、上記補強材と同様の作用効果を得ることができる。
上記課題を解決する梁の補強構造は、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁の補強構造であって、前記梁の延設方向に延びる水平補強部と、前記貫通孔を囲むように配置される環状補強部と、を備える。

この構成によれば、上記補強材と同様の作用効果を得ることができる。

本発明によれば、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁において、せん断破壊を抑制することができる。

梁の補強構造及び補強材の第１実施形態を正面視で示す模式図。図１の補強構造及び補強材の構造を断面視で示す模式図。図１の補強構造及び補強材の構造を平面視で示す模式図。第１実施形態の補強材の水平補強部の第１変更例を示す正面図。第１実施形態の補強材の水平補強部の第２変更例を示す正面図。第１実施形態の補強材の水平補強部の第３変更例を示す正面図。図６の水平補強部の側面図。第１実施形態の補強構造及び補強材の第４変更例を断面視で示す模式図。第１実施形態の補強構造及び補強材の第５変更例を断面視で示す模式図。第１実施形態の補強構造及び補強材の第６変更例を断面視で示す模式図。第１実施形態の補強構造及び補強材の第７変更例を断面視で示す模式図。第１実施形態の補強構造及び補強材の第８変更例を断面視で示す模式図。第１実施形態の補強構造及び補強材の第９変更例を断面視で示す模式図。梁の補強構造及び補強材の第２実施形態を正面視で示す模式図。図１４の補強構造及び補強材の構造を断面視で示す模式図。図１４の補強構造及び補強材の構造を平面視で示す模式図。第２実施形態の補強材の水平補強部の第１０変更例を示す正面図。第２実施形態の補強材の水平補強部の第１１変更例を示す正面図。

以下、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁の補強材及び補強構造の実施形態について、図面に従って説明する。
（第１実施形態）
図１に示すように、鉄筋コンクリート造の梁１１は水平方向が延設方向Ｙであって、延設方向Ｙと交差する軸方向Ｘに貫通形成される貫通孔１２と、梁１１を補強する補強材１３と、延設方向Ｙに延びる主筋１４と、主筋１４に沿うように配置される段取り鉄筋１５と、主筋１４と直交するように主筋１４を囲むあばら筋１６,１７と、を備える。また、梁１１は、補強材１３、主筋１４、段取り鉄筋１５及びあばら筋１６,１７を覆うコンクリート部１８を備える。

梁１１の設置状態において、軸方向Ｘは貫通孔１２の軸心ＳＣが延びる方向であって、軸方向Ｘは延設方向Ｙと交差（好ましくは、直交）し、軸方向Ｘ及び延設方向Ｙは何れも重力方向Ｚと交差（好ましくは、直交）する。

本実施形態の貫通孔１２は、梁１１に設備配管をしたりその点検をしたりするために設けられる人通用の孔である。こうした貫通孔１２の直径（外径）は、梁せい（梁１１の天端から下端までの長さ）の１／３以下とすることが推奨されているが、本実施形態では、補強材１３の補強効果により、貫通孔１２の直径（例えば、６００ｍｍ）を梁せいの１／２〜１／２．５とすることができる。

梁１１の延設方向Ｙにおいて、貫通孔１２が形成された部分を開孔部１９とすると、延設方向Ｙにおいて開孔部１９から離れた領域には、上下の主筋１４を囲むように配置される梁あばら筋１６が所定の間隔で配置される。また、開孔部１９において貫通孔１２の上方及び下方には、上下の主筋１４をそれぞれ個別に囲むように配置される開孔部あばら筋１７が配置される（図２を併せて参照）。

補強材１３は、貫通孔１２を囲むように配置される環状補強部２１と、延設方向Ｙに延びる水平補強部３１と、を備える。すなわち、貫通孔１２を有する鉄筋コンクリート造の梁１１は、補強材１３による補強構造を備える。

環状補強部２１と水平補強部３１とは、溶接等によって互いに連結することが好ましい。この連結は、現場で行ってもよいし、予め連結により一体化した補強材１３を設置してもよい。あらかじめ一体化した補強材１３を設置する場合には、環状補強部２１と水平補強部３１とを個別に設置する場合よりも、配置の手間を少なくすることができる。

環状補強部２１は、一の連続する鉄筋（高強度異形鉄筋が好ましい）を折り曲げ加工して貫通孔１２を二重に囲むように形成することが好ましい。また、環状補強部２１は、上端部と下端部とに位置して延設方向Ｙに延びる水平部２２と、重力方向Ｚ及び延設方向Ｙに対して斜めに交差する４辺の傾斜部２３とを有することが好ましい。

本実施形態の水平補強部３１は、複数の孔３２が設けられた板状の鋼材（鋼板）からなる。水平補強部３１を鋼板とすることにより、水平補強部３１を鉄筋とする場合よりも、開孔部１９における水平補強部３１のせん断破壊に対して有効に作用する断面積が大きくなるので、より高い補強効果を得ることができる。また、鋼材に複数の孔３２を設けることにより、水平補強部３１を軽量化できるとともに、孔３２の中にコンクリート部１８が形成されるので、水平補強部３１とコンクリート部１８との一体性を高めることができる。

本実施形態において、孔３２は水平補強部３１の開孔部１９を避けた延設方向Ｙにおける両端側に複数個ずつ設けられる。なお、水平補強部３１に孔３２を備えない構成に変更することも可能である。また、例えば貫通孔１２が梁１１の天端または下端の何れか一方に近い位置に配置される場合には、貫通孔１２の上方または下方の何れか一方にのみ水平補強部３１を配置するようにしてもよい。

ここで、梁１１にせん断応力が作用した場合、貫通孔１２の周囲に応力が集中する結果、まず貫通孔１２の軸心ＳＣから４５度方向にひび割れが発生し、最終的に貫通孔１２の縁から接線方向にひび割れが発生して梁１１が破断することが多い。そのため、貫通孔１２の軸心ＳＣから延設方向Ｙに対して４５度の方向に延びて貫通孔１２の円周と垂直に交わる垂線を仮想線ＣＲ１とした場合に、環状補強部２１及び水平補強部３１は仮想線ＣＲ１と交差する位置に配置することが好ましい。

特に、補強材１３が仮想線ＣＲ１と直交すると補強効果が高いため、仮想線ＣＲ１と直交するように傾斜部２３を配置するとよい。また、水平補強部３１に孔３２を設ける場合には、仮想線ＣＲ１よりも両端側に孔３２を設けることが好ましい。

これにより、貫通孔１２の中心から４５度方向にひび割れが発生したとしても、傾斜部２３及び水平補強部３１によりひび割れの延伸を抑制して、梁１１のせん断破壊を防ぐことが可能になる。また、水平補強部３１及び水平部２２により靭性（ねばり強さ）が増すので、ひび割れが生じたとしても、梁１１の急激な破壊が抑制される。

また、貫通孔１２の縁から接線方向に延びる仮想線のうち、開孔部１９に延びるものを仮想線ＣＲ２とすると、環状補強部２１と水平補強部３１の両方が仮想線ＣＲ２と交差するように補強材１３を配置することが好ましい。特に、環状補強部２１については、水平部２２が仮想線ＣＲ２と交差するように配置して、靭性を高めることが好ましい。

なお、貫通孔１２の直径に対して梁せいを低くすると、環状補強部２１の高さ（重量方向Ｚの長さ）も低くする必要があるため、環状補強部２１の上端と下端に水平部２２を設けると、補強材１３の重力方向Ｚにおける小型化という点でも有利である。一方、環状補強部２１の延設方向Ｙにおける両端部は、傾斜部２３を長くした方が、貫通孔１２の縁から開孔部１９の外側に向けて接線方向に延びるひび割れ仮想線と交差する位置に傾斜部２３を配置することができる。そのため、環状補強部２１の延設方向Ｙにおける両端部には重力方向Ｚに延びる部分を設けない方がよい。

図２及び図３に示すように、補強材１３は、貫通孔１２の軸方向Ｘに並ぶように複数配置するとよい。本実施形態において、水平補強部３１は、環状補強部２１よりも軸方向Ｘにおける内側に配置される。なお、軸方向Ｘに並ぶ環状補強部２１及び水平補強部３１の数及び並び順は、それぞれ任意に変更することができる。

次に、本実施形態の補強材１３及び補強構造の作用について説明する。
本実施形態の補強材１３及び補強構造によれば、貫通孔１２の存在に起因する梁１１のひび割れを抑制することができる。また、梁１１において貫通孔１２の周囲にひび割れが生じたとしても、水平部２２及び水平補強部３１により梁１１の靱性が増すので、梁１１の急激な破壊を防ぐことが可能となる。

そして、このように補強材１３で補強を行えば、貫通孔１２の直径比が推奨値（梁せいの１／３以下）より大きくなるように、貫通孔１２に対して梁せいを低くすることができるので、その分、コストダウンや工期の短縮等を図ることができる。

また、補強材１３により開孔部１９を補強することにより、開孔部あばら筋１７の設置数を少なくすることが可能になる。これにより、開孔部あばら筋１７を施工する手間を少なくすることができる。

以上詳述した実施形態によれば、次のような効果が発揮される。
（１）鋼板からなる水平補強部３１により、梁１１において貫通孔１２が設けられた部分の補強材１３のせん断破壊に対して有効に作用する断面積を大きくすることができるので、貫通孔１２を有する鉄筋コンクリート造の梁１１において、せん断破壊を抑制することができる。

（２）水平補強部３１に設けられた複数の孔３２にコンクリートが入ることにより、鋼板である水平補強部３１と梁１１を構成するコンクリートとの一体性を高めることができる。

（３）貫通孔１２を囲むように配置される環状補強部２１によって、貫通孔１２の周囲にひび割れが生じることを抑制することができる。また、延設方向Ｙに延びる水平補強部３１によって、せん断破壊に対して有効に作用する補強材１３の断面積を大きくすることができるので、貫通孔１２を有する鉄筋コンクリート造の梁１１において、せん断破壊を抑制することができる。

（４）環状補強部２１が延設方向Ｙに延びる水平部２２を有するので、貫通孔１２を有する鉄筋コンクリート造の梁１１において、せん断破壊を効果的に抑制することができる。

（変更例）
上記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・図４に示す第１変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｂ）に設ける孔３２は、上下に２つまたは３つ以上並ぶようにしてもよい。その他、水平補強部３１に設ける孔３２の位置や数は任意に変更することができる。

・図５に示す第２変更例のように、梁１１の開孔部１９を含む延設方向Ｙにおける中央付近において、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｃ）の天端縁及び下端縁に凹部３３を設けてもよい。これにより、水平補強部３１を軽量化することができる。

・図６に示す第３変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｄ）に設ける孔３２の形状や配置は任意に変更することができる。
・図６及び図７に示すように、第３変更例において、延設方向Ｙ及び重力方向Ｚに延びる水平補強部３１（３１Ｄ）から切り起こし等によって軸方向Ｘに沿って突出する突部３４を設けてもよい。これにより、水平補強部３１とコンクリート部１８との一体性を高めるとともに、耐力を高めることができる。

・図８に示す第４変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｅ）は、Ｈ形鋼またはＩ形鋼などの形鋼であってもよい。これにより、水平補強部３１（３１Ｅ）は、鋼板よりも、引っ張り、曲げ、圧縮といった応力に対して高い耐力を発揮することができる。

・図９に示す第５変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｆ）は、溝形鋼であってもよい。これにより、水平補強部３１（３１Ｆ）は、鋼板よりも高い耐力を発揮することができる。

・図１０に示す第６変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｇ）は、山形鋼であってもよい。これにより、水平補強部３１（３１Ｇ）は、鋼板よりも高い耐力を発揮することができる。

・図１１に示す第７変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｈ）に設けられた孔３２の一部または全部に、鉄筋等の軸材３５を挿通してもよい。すなわち、補強材１３及び補強構造は、孔３２に挿通される軸材３５を備えてもよい。これにより、水平補強部３１とコンクリート部１８との一体性を高めることができるとともに、水平補強部３１は、より高い耐力を発揮することができる。また、軸方向Ｘに並ぶ複数の水平補強部３１の孔３２に一の軸材３５を挿通することにより、軸方向Ｘに並ぶ複数の水平補強部３１を一体化して、より高い耐力を発揮することができる。

・図１２に示す第８変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｉ）に頭付きスタッド３６を溶接してもよい。
・図１３に示す第９変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｉ）に設けられた孔３２に鉄筋等の軸材３５を挿通し、水平補強部３１の両面を挟むように軸材３５に２つのナット３７を螺合させて、２つのナット３７によって軸材３５を水平補強部３１に固定してもよい。これにより、軸材３５と水平補強部３１を容易に一体化することができる。

・図１１〜図１３に示すように、鋼材からなる水平補強部３１と環状補強部２１とは、互いに連結されていなくてもよい。また、図１１〜図１３において、軸方向Ｘに３以上の水平補強部３１が並ぶようにしてもよい。

（第２実施形態）
次に、貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁の補強材及び補強構造の第２実施形態について説明する。

なお、第２実施形態において第１実施形態と同じ符号を付したものは第１実施形態と同様の構成を備えるので説明を省略し、以下においては第１実施形態と異なる点を中心に説明を行う。

図１４に示すように、本実施形態の梁１１は、水平補強部３１として、水平補強部３１Ｋを備える点が第１実施形態と異なる。本実施形態の水平補強部３１Ｋは、延設方向Ｙにおける両端がフック状に折り曲げられた折り曲げ部３８を有することにより、コンクリート部１８への付着力を高めた鉄筋からなる。なお、折り曲げ部３８の形状は、任意に変更することができる。

水平補強部３１Ｋは、開孔部あばら筋１７の重力方向Ｚにおける長さを考慮して、梁１１の天端よりも貫通孔１２の上端に近い位置に配置される。また、水平補強部３１Ｋの折り曲げ部３８は、重力方向Ｚにおいて貫通孔１２と重なる位置（貫通孔１２の上端から下端までの間）に配置されてもよい。

図１５及び図１６に示すように、水平補強部３１Ｋは、環状補強部２１よりも軸方向Ｘにおける外側に配置される。
そして、第２実施形態によれば、上記（３）,（４）の効果が発揮される。

（変更例）
上記第２実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・図１７に示す第１０変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｌ）は、環状をなす鉄筋であってもよい。

・水平補強部３１が鉄筋である場合には、水平補強部３１と環状補強部２１を一の連続する鉄筋を折り曲げ加工することにより、一体化した状態で補強材１３を構成してもよい。この場合には、補強材１３が一の部材からなるので、環状補強部２１と水平補強部３１が別体からなる場合よりも設置の手間を少なくすることができる。

・図１８に示す第１１変更例のように、補強材１３を構成する水平補強部３１（３１Ｍ）は、直線状の鉄筋の両端付近にナット３７を螺合させたものであってもよい。また、補強材１３を構成する水平補強部３１は、直線状の鉄筋であって、両端付近にナット３７を備えないものであってもよい。

・例えば貫通孔１２が梁１１の天端または下端の何れか一方に近い位置に配置される場合には、貫通孔１２の上方または下方の何れか一方にのみ水平補強部３１を配置するようにしてもよい。あるいは、貫通孔１２の上方または下方の何れか一方に第１実施形態の水平補強部３１を配置して、他方に第２実施形態の水平補強部３１を配置してもよい。

・水平補強部３１として形鋼または鋼板を採用する場合には、環状補強部２１を備えなくてもよい。例えば、環状補強部２１に替えて、貫通孔１２の周囲に複数の鉄筋を組み合わせて傾斜部２３とすることで、ひび割れを抑制するようにしてもよい。

１１…梁、１２…貫通孔、１３…補強材、１４…主筋、１５…段取り鉄筋、１６,１７…あばら筋、１８…コンクリート部、１９…開孔部、２１…環状補強部、２２…水平部、２３…傾斜部、３１…水平補強部、３２…孔、３３…凹部、３４…突部、３５…軸材、３６…頭付きスタッド、３７…ナット、３８…折り曲げ部、Ｘ…軸方向、Ｙ…延設方向、Ｚ…重力方向、ＣＲ１…仮想線、ＣＲ２…仮想線、ＳＣ…軸心。

Claims

貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁を補強する補強材であって、
前記梁の延設方向に延びる水平補強部と、
前記貫通孔を囲むように配置される環状補強部と、
を備え、
前記環状補強部は、当該環状補強部における上端部と下端部とに位置して前記延設方向に延びる水平部と、重力方向及び前記延設方向に対して斜めに交差する傾斜部とを有し、前記水平部は、前記重力方向において前記水平補強部と同じ位置又は当該水平補強部よりも前記貫通孔から離れた位置で前記延設方向に延びるように配置され、
前記梁の前記延設方向において前記貫通孔が形成された部分を開孔部としたとき、前記貫通孔の縁から接線方向に延びる仮想線のうち前記重力方向及び前記延設方向に対して斜めに交差して前記開孔部に延びるものを仮想線ＣＲ２とすると、前記環状補強部における前記水平部及び前記水平補強部の両方が前記仮想線ＣＲ２と交差するように配置される
ことを特徴とする梁の補強材。
貫通孔を有する鉄筋コンクリート造の梁の補強構造であって、
前記梁の延設方向に延びる水平補強部と、
前記貫通孔を囲むように配置される環状補強部と、
を備え、
前記環状補強部は、当該環状補強部における上端部と下端部とに位置して前記延設方向に延びる水平部と、重力方向及び前記延設方向に対して斜めに交差する傾斜部とを有し、前記水平部は、前記重力方向において前記水平補強部と同じ位置又は当該水平補強部よりも前記貫通孔から離れた位置で前記延設方向に延びるように配置され、
前記梁の前記延設方向において前記貫通孔が形成された部分を開孔部としたとき、前記貫通孔の縁から接線方向に延びる仮想線のうち前記重力方向及び前記延設方向に対して斜めに交差して前記開孔部に延びるものを仮想線ＣＲ２とすると、前記環状補強部における前記水平部及び前記水平補強部の両方が前記仮想線ＣＲ２と交差するように配置される
ことを特徴とする梁の補強構造。