JP7023066B2 - 円柱状部材の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート造の円柱状部材の構築方法、およびプレストレスが導入されたＰＣ鋼材が鉄骨芯材を囲んで配置されたプレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート造の棒状部材に関する。

従来より、鉄骨とプレストレストコンクリートとを組み合わせたプレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート構造（以下、ＳＰＣ造と呼ぶ）が知られている。このＳＰＣ造は、部材の軸剛性を高くできるため、長い梁や柱に適用されることが多い。
例えば、特許文献１～３には、ＳＰＣ造の長い梁を用いた、大スパンの建物構造が示されている。

ところで、ＳＰＣ造の長い円柱をプレキャスト化する場合、この円柱を立てた状態で構築する方法と円柱を寝かせた状態で構築する方法とが考えられるが、いずれの場合でも、円柱にプレストレスを導入するため、円柱の両端側にプレストレス導入装置を配置する必要がある。
まず、円柱を立てた状態で構築する場合、鉛直方向に延びる円筒形状の型枠を建て込んで、この型枠内にコンクリートを打設することになる。この場合、打設したコンクリートを確実に円柱形状に成形できるが、円柱の上端側にプレストレス導入装置を配置できず、プレストレスを導入することが困難となる。
一方、円柱を寝かせた状態で構築する場合、水平方向に延びる円筒形状の型枠を建て込んで、この型枠の上面に設けたコンクリート打設口から型枠内にコンクリートを打設する。この場合、円柱の両端側にプレストレス導入装置を配置できるため、プレストレスを容易に導入できるが、コンクリート打設口に露出したコンクリート面を円形に成形することが困難となる。

特開平１－１３７０３４号公報 特開昭６４－１８３６号公報 特開平３－２９０５４３号公報

本発明は、プレストレスを容易に導入できかつ打設したコンクリートを容易に円柱形状に成形できる、円柱状部材の構築方法、およびプレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート構造の棒状部材を提案することを課題とする。

本発明者らは、ＳＰＣ造の棒状部材として、プレストレスが導入されたＰＣ鋼材を、棒状のコンクリート体に埋設された鉄骨芯材を囲んで配置することで、棒状コンクリートの断面内が略一様な圧縮応力状態になるとともに、この棒状コンクリート体の軸剛性およびひびわれ発生強度が増大するため、外部荷重が比較的低い段階において棒状コンクリートに発生していたひびわれを防止できる点に着眼して、本発明に至った。また、本発明者らは、プレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート構造に代表されるコンクリート造の円柱状部材の構築方法として、円柱状部材を形成するために材軸方向に沿うように断面円弧状の第１型枠材を設置し、その第１型枠材の内側にコンクリートを打設した後、その第１型枠材の最上面の開口部に断面円弧状の第２型枠材を取り付けることで、コンクリート表面が断面円弧状に成形できる点を実験によって確認し、本発明に至った。

第１の発明の円柱状部材の構築方法は、コンクリート造の円柱状部材（例えば、後述の棒状柱１）の構築方法であって、前記円柱状部材を寝かせた状態で当該円柱状部材の最上面（例えば、後述の最上面１０Ａ）を除く外周面（例えば、後述の上面１０Ｂ、両側面１０Ｃ、下面１０Ｄ）を覆う断面円弧状の第１の型枠材（例えば、後述の下面型枠材５０、側面型枠材５１、上面型枠材５２）と、前記円柱状部材の最上面を覆う断面円弧状の第２の型枠材（例えば、後述の最上面型枠材５３）と、を用意し、前記第１の型枠材の内側にコンクリートを打設する工程（例えば、後述のステップＳ３、Ｓ４）と、前記第１の型枠材の最上面の開口部（例えば、後述の開口部５８）に前記第２の型枠材を取り付ける工程（例えば、後述のステップＳ５）と、打設したコンクリートが硬化した後、前記第１の型枠材および前記第２の型枠材を解体する工程（例えば、後述のステップＳ６）と、を含むことを特徴とする。

ここでいうコンクリート造には、プレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート造、プレストレスト鉄骨コンクリート造、および鉄筋コンクリート造が含まれる。
この発明によれば、断面円弧状の第１の型枠材の内側にコンクリートを打設し、その後、断面円弧状の第２の型枠材により第１の型枠材の最上面の開口部を塞ぐことで、寝かせた状態でコンクリート造の円柱状部材を構築できる。
また、断面円弧状の第１の型枠材の内側にコンクリートを打設した後、この第１の型枠材の最上面の開口部に断面円弧状の第２の型枠材を取り付けることで、第１の型枠材の開口部に露出したコンクリート表面を断面円弧状に成形して、円柱状部材を容易に構築できる。
また、円柱状部材の両端側にプレストレス導入装置を配置できるので、プレストレストコンクリート造の円柱状部材を構築する場合、円柱状部材にプレストレスを容易に導入できる。

第２の発明の円柱状部材の構築方法では、前記断面円弧状の第１の型枠材の最上面の開口部は、開口幅が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であり、前記第２の型枠材は、前記開口部から露出したコンクリート表面を押さえる押さえ部（例えば、後述の押さえ部７０）と、当該押さえ部に設けられて前記第１の型枠材に係止する係止部（例えば、後述の係止部７１）と、を備え、前記押さえ部の下面には、不織布（例えば、後述の不織布７３）および織布（例えば、後述の織布７４）が積層して貼り付けられていることを特徴とする。

この発明によれば、開口部を塞ぐ押さえ部の下面に、不織布と織布とを積層して貼り付けた。よって、コンクリート表面に浮き上がった余剰水および気泡は、織布を透過し、織布を透過した余剰水は、不織布により外部に排水される。よって、第２の型枠材に貫通孔を設けることなく、コンクリート表面に浮き上がった余剰水を排水できる。

第３の発明の棒状部材（例えば、後述の棒状柱１）は、プレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート造の棒状部材であって、棒状のコンクリート体（例えば、後述のコンクリート体１０）と、当該コンクリート体に埋設されて当該コンクリート体の軸方向に延びる鋼製の芯材（例えば、後述の芯材１１）および複数本のＰＣ鋼材（例えば、後述のＰＣ鋼材１３）と、を備え、前記ＰＣ鋼材は、引張力が導入されており、断面視で前記芯材を囲んで配置されていることを特徴とする。

ここで、棒状部材としては、断面円形状の円柱状部材や断面矩形状の四角柱状部材が挙げられる。
また、ＰＣ鋼材とは、プレストレストコンクリート（ＰＣ）に引張力を導入する緊張材であり、ＰＣ鋼線（直径９ｍｍ以下の高強度鋼）、ＰＣ鋼棒（直径９ｍｍを超える高強度鋼）およびＰＣ鋼より線（ＰＣ鋼線をより合わせたもの）が含まれる。
この発明によれば、ＰＣ鋼材を、断面視で芯材を囲んで配置したので、棒状部材の断面内のコンクリートには、略一様な圧縮応力が生じる。よって、棒状部材の断面内における軸剛性の偏りが少なくなり、略均等な軸剛性を有する棒状部材を実現できる。また、棒状部材の断面内のコンクリートを略一様な圧縮応力状態とすることで、棒状部材のコンクリート体に生じるひびわれを防止できる。

本発明によれば、プレストレスを容易に導入できかつ打設したコンクリートを容易に円柱形状に成形できる、円柱状部材の構築方法およびプレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート構造の棒状部材を提供できる。

本発明の一実施形態に係る棒状部材および円柱状部材としての棒状柱の側面図である。 棒状柱の軸方向断面図である。 図２の棒状柱のＡ－Ａ断面図（図２（ａ））およびＢ－Ｂ断面図（図２（ｂ））である。 棒状柱を構築するための型枠装置およびプレストレス導入装置の平面図および側面図である。 図４の型枠装置のＣ－Ｃ断面図である。 図４の型枠装置のＤ－Ｄ断面図である。 棒状柱を寝かせた状態の断面図である。 型枠装置の動作を示す断面図である。 型枠装置の上部の幅方向の縦断面図である。 型枠装置の上部の長さ方向の縦断面図である。 型枠装置を構成する最上面型枠の押さえ部の断面図である。 棒状柱の構築手順のフローチャートである。 棒状柱の構築手順の説明図（型枠装置の断面図）である。 本発明の変形例に係る棒状柱の断面図（その１）である。 本発明の変形例に係る棒状柱の断面図（その２）である。

本発明は、ＳＰＣ造の棒状部材、および、当該棒状部材の柱断面を円形状に限定したコンクリート造の円柱状部材の構築方法である。本発明は、ＳＰＣ造の棒状部材において、プレストレスが導入されたＰＣ鋼材を、棒状コンクリート体に埋設された鉄骨芯材を囲んで配置することを特徴とする（図３、図１４、図１５）。また、本発明は、鉄骨鋼材およびＰＣ鋼材がコンクリート体に埋設された円柱状部材の構築方法において、円柱状部材の材軸方向に延びて一部に開口部が設けられた円弧状の型枠材（下面型枠材５０、側面型枠材５１、上面型枠材５２）を設置し、その開口部に、透水性シートが下面に貼り付けられた円弧状の型枠材（最上面型枠材５３）を設置して、コンクリート表面を円柱状に成形することを特徴とする（図４～図１１）。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る棒状部材および円柱状部材としての棒状柱１の側面図である。図２（ａ）は、棒状柱１の配筋状況を示す軸方向断面図であり、図２（ｂ）は、棒状柱１に埋め込まれた芯材１１を示す軸方向断面図である。図３は、図２の棒状柱１のＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図である。
棒状柱１は、鉛直方向に延びるプレキャスト造のプレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート柱であり、円柱形状の鉄筋コンクリート造のコンクリート体１０と、このコンクリート体１０に埋設されてコンクリート体１０の軸方向（鉛直方向）に延びる鋼製の芯材１１、柱鉄筋１２およびＰＣ鋼材１３と、を備える。このＰＣ鋼材１３には、プレテンション方式により、引張力が導入されている。

芯材１１は、鉛直方向に延びるＨ形鋼である柱鉄骨２０と、この柱鉄骨２０の中間高さから側方に延びる継手部２１と、柱鉄骨２０の下端部に設けられてＰＣ鋼材１３の位置決めを行うための板状のガイド部材２２と、柱鉄骨２０の下端部に設けられて後述の柱主筋３０が接合される定着部材２３と、を備える。
柱鉄骨２０は、コンクリート体１０の上下の端面から突出して、上下の柱の柱鉄骨２４に接合されている。また、継手部２１は、コンクリート体１０の外周面から側方に突出して、梁鉄骨２５に接合されている。

柱鉄筋１２は、水平断面視で柱鉄骨２０を囲んで円環状に配置された８本の柱主筋３０と、これら柱主筋３０に巻かれて鉛直方向に所定間隔おきに設けられた複数の円環状のフープ筋３１と、を備える。
ＰＣ鋼材１３は、水平断面視で、柱鉄筋１２の内側で芯材１１を囲んで略均等に配置されており、ガイド部材２２に挿通されている。これらＰＣ鋼材１３には、引張力が導入されており、これにより、コンクリート体１０には圧縮応力が生じている。
以上の棒状柱１を構築するため、以下の型枠装置４０およびプレストレス導入装置２が用いられる。

図４（ａ）は、型枠装置４０およびプレストレス導入装置２の平面図であり、図４（ｂ）は、型枠装置４０およびプレストレス導入装置２の側面図である。図５は、図４の型枠装置４０のＣ－Ｃ断面図であり、図６は、図４の型枠装置４０のＤ－Ｄ断面図である。
この型枠装置４０は、棒状柱１を寝かせた状態で構築する。図７に示すように、棒状柱１を寝かせた状態で、この棒状柱１のコンクリート体１０の外周面のうち最上面の所定幅（ここでは１００ｍｍ）の部分を最上面１０Ａとし、この最上面１０Ａの両脇の部分を上面１０Ｂとする。また、コンクリート体１０の外周面のうち両側面となる部分を側面１０Ｃとし、下面となる部分を下面１０Ｄとする。

型枠装置４０は、棒状柱１の下部を構築する柱下部型枠装置４１と、棒状柱１の中間部を構築する柱中間部型枠装置４２と、棒状柱１の上部を構築する柱上部型枠装置４３と、芯材１１の柱鉄骨２０の両端部を下から支持する支持部４４と、芯材１１の継手部２１を上から吊り下げ支持する門型の吊下げ支持部４５と、を備える。
柱下部型枠装置４１、柱中間部型枠装置４２、柱上部型枠装置４３は一直線上に配置されている。

柱下部型枠装置４１および柱上部型枠装置４３は、棒状柱１の下面１０Ｄを覆う断面円弧状の第１の型枠材としての下面型枠材５０と、棒状柱１の両側面１０Ｃを覆う断面円弧状の第１の型枠材としての一対の側面型枠材５１と、棒状柱１の上面１０Ｂを覆う断面円弧状の第１の型枠材としての一対の上面型枠材５２と、棒状柱１の最上面１０Ａを覆う断面円弧状の第２の型枠材としての最上面型枠材５３と、一対の側面型枠材５１を開閉する開閉機構５４と、を備える。

開閉機構５４は、棒状柱１の軸方向に直交する方向に延びるレール６０と、このレール６０を走行する一対の走行部６１と、を備える。一対の側面型枠材５１は、それぞれ、走行部６１上に取り付けられている。走行部６１がレール６０を走行することで、図８に示すように、一対の側面型枠材５１同士が接近あるいは離間して、側面型枠材５１を開閉するようになっている。また、一対の側面型枠材５１は、閉じた状態で、下面型枠材５０にボルト５５を取り付けるとともに、一対の側面型枠材５１の上端同士を連結部材５６で連結することで、仮固定可能となっている。

一対の上面型枠材５２は、図８に示すように、それぞれ、一対の側面型枠材５１に開閉可能に設けられている。また、一対の上面型枠材５２は、閉じた状態で、一対の側面型枠材５１にボルト５７で仮固定可能となっている。この一対の上面型枠材５２同士の間の開口部５８は、開口幅ｄが１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下となっている（図９参照）。

図９は、型枠装置４０の上部の幅方向の縦断面図であり、図１０は、型枠装置４０の上部の長さ方向の縦断面図である。
最上面型枠材５３は、一対の上面型枠材５２同士の間の開口部５８上に、一直線上に複数並んで配置されている。この最上面型枠材５３は、断面が曲面の金鏝である押さえ部７０と、この押さえ部７０の上面に設けられて側方に突出する係止部７１と、押さえ部７０に設けられて作業員が把持する把持部７２と、を備える。
押さえ部７０の下面には、図１１に示すように、不織布７３および織布７４が積層された透水性シートが貼り付けられている。具体的には、押さえ部７０の下面に板状の不織布７３が貼り付けられ、この不織布７３の下面に板状の織布７４が貼り付けられている。
この最上面型枠材５３の係止部７１を一対の上面型枠材５２の上に載置して係止することで、開口部５８を最上面型枠材５３の押さえ部７０が塞いで、コンクリート表面Ｃを押さえるようになっている。

図６に戻って、柱中間部型枠装置４２は、柱下部型枠装置４１および柱上部型枠装置４３と同様の構成であるが、以下の点が異なる。
すなわち、柱中間部型枠装置４２で、一対の側面型枠材５１は、下面型枠材５０にボルト５５で仮固定可能であるが、開閉機構５４が設けられていない。
また、一対の上面型枠材５２は、一対の側面型枠材５１にボルト５７で仮固定可能であるが、一対の側面型枠材５１に開閉可能な構造にはなっていない。
また、最上面型枠材５３は、継手部２１のフランジを両側から挟んで配置され、一対の上面型枠材５２にボルト５９で仮固定可能となっている。

図４に戻って、プレストレス導入装置２は、ＰＣ鋼材１３に引張力を導入するものである。このプレストレス導入装置２は、型枠装置４０の一端側に配置されてＰＣ鋼材１３の一端側が固定される固定装置３と、型枠装置４０の他端側に配置されてＰＣ鋼材１３の他端側を引っ張ることで引張力を導入するジャッキ４と、を備える。

以上の型枠装置４０およびプレストレス導入装置２を用いて棒状柱１を構築する手順について、図１２のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳ１では、型枠装置４０の内側に、芯材１１、柱鉄筋１２、およびＰＣ鋼材１３を配置する。
すなわち、まず、上述の型枠装置４０を用意し、図８に示すように、最上面型枠材５３を取り外しておき、型枠装置４０の側面型枠材５１および上面型枠材５２を開いておく。この状態で、芯材１１を支持部４４および吊下げ支持部４５に支持させて、下面型枠材５０の上方に配置する。次に、柱鉄筋１２を配筋するとともに、ＰＣ鋼材１３を配置する。次に、図１３に示すように、上面型枠材５２を開いた状態で、型枠装置４０の側面型枠材５１を閉じる。

ステップＳ２では、ＰＣ鋼材１３に引張力を導入する。すなわち、プレストレス導入装置２の固定装置３にＰＣ鋼材１３の一端側を固定し、プレストレス導入装置２のジャッキ４によりＰＣ鋼材１３の他端側を引っ張って、ＰＣ鋼材１３に引張力を導入する。

ステップＳ３では、図１３に示すように、型枠装置４０の下面型枠材５０、側面型枠材５１、および上面型枠材５２の内側に、側面型枠材５１の上端付近の高さまでコンクリートを打設する。このとき、上面型枠材５２が開いているので、コンクリート打設ホースを型枠装置４０内に容易に挿入でき、コンクリートの打設が容易となっている。
ステップＳ４では、上面型枠材５２を閉じて、上面型枠材５２同士の間の開口部５８を通して、引き続き、型枠装置４０の内側に最上面までコンクリートを打設する。
ステップＳ５では、上面型枠材５２同士の間の開口部５８に最上面型枠材５３を取り付けて、開口部５８から露出したコンクリート表面Ｃを押さえる。

ステップＳ６では、打設したコンクリートが硬化した後、型枠装置４０を解体する。すなわち、最上面型枠材５３を取り外し、上面型枠材５２および側面型枠材５１を開く。この状態で、構築した棒状柱１を吊り上げて移動する。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）ＰＣ鋼材１３を、断面視で芯材１１を囲んで略均等に配置したので、棒状柱１の断面内のコンクリートには、略一様な圧縮応力が生じる。よって、棒状柱１の断面内における軸剛性の偏りが少なくなり、略均等な軸剛性を有する棒状柱１を実現できる。また、棒状柱１の断面内のコンクリートを略一様な圧縮応力状態とすることで、棒状柱１のコンクリート体１０に生じるひびわれを防止できる。

（２）断面円弧状の下面型枠材５０、側面型枠材５１、および上面型枠材５２の内側にコンクリートを打設し、その後、断面円弧状の最上面型枠材５３により上面型枠材５２同士の間の開口部５８を塞ぐことで、寝かせた状態で棒状柱１を構築できる。
また、断面円弧状の下面型枠材５０、側面型枠材５１、および上面型枠材５２の内側にコンクリートを打設した後、上面型枠材５２同士の間の開口部５８に断面円弧状の最上面型枠材５３を取り付けることで、開口部５８に露出したコンクリート表面Ｃを断面円弧状に成形して、棒状柱１を容易に構築できる。
また、棒状柱１の両端側にプレストレス導入装置２を配置できるので、棒状柱１にプレストレスを容易に導入できる。

なお、本発明は前記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、本実施形態では、プレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート造の棒状部材として、コンクリート体１０に、芯材１１、柱鉄筋１２およびＰＣ鋼材１３を埋設したが、これに限らない。例えば、図１４に示すように、プレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート造の棒状部材である棒状柱１Ａとして、円柱形状のコンクリート体１０に、柱鉄筋を埋設せず、芯材１１およびＰＣ鋼材１３のみを埋設してもよい。あるいは、コンクリート造の棒状部材として、円柱形状のコンクリート体に、芯材およびＰＣ鋼材を埋設せず、柱鉄筋のみを埋設してもよい。
また、本実施形態では、コンクリート体１０を円柱状とし、フープ筋３１を円環状としたが、これに限らず、図１５（ａ）に示すように、棒状柱１Ｂのコンクリート体１０を四角柱状とし、フープ筋３１を矩形環状として、柱主筋３０をフープ筋３１の四隅に配置してもよい。また、図１５（ｂ）に示すように、棒状柱１Ｃの四角柱状のコンクリート体１０に、芯材１１およびＰＣ鋼材１３のみを埋設してもよい。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ…棒状柱（棒状部材、円柱状部材）
２…プレストレス導入装置 ３…固定装置
４…ジャッキ １０…コンクリート体
１０Ａ…コンクリート体の最上面 １０Ｂ…コンクリート体の上面
１０Ｃ…コンクリート体の側面 １０Ｄ…コンクリート体の下面
１１…芯材 １２…柱鉄筋 １３…ＰＣ鋼材
２０…柱鉄骨 ２１…継手部 ２２…ガイド部材 ２３…定着部材
２４…上下の柱鉄骨 ２５…梁鉄骨
３０…柱主筋 ３１…フープ筋
４０…型枠装置 ４１…柱下部型枠装置 ４２…柱中間部型枠装置
４３…柱上部型枠装置 ４４…支持部 ４５…吊下げ支持部
５０…下面型枠材（第１の型枠材） ５１…側面型枠材（第１の型枠材）
５２…上面型枠材（第１の型枠材） ５３…最上面型枠材（第２の型枠材）
５４…開閉機構 ５５…ボルト ５６…連結部材 ５７…ボルト ５８…開口部
５９…ボルト
６０…レール ６１…走行部
７０…押さえ部 ７１…係止部 ７２…把持部 ７３…不織布 ７４…織布

Claims (2)

1. プレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート造の円柱状部材の構築方法であって、
   前記円柱状部材を寝かせた状態で当該円柱状部材の最上面を除く外周面を覆う断面円弧状の第１の型枠材と、前記円柱状部材の最上面を覆う断面円弧状の第２の型枠材と、を用意し、
   前記第２の型枠材は、前記開口部から露出したコンクリート表面を押さえる押さえ部と、当該押さえ部に設けられて前記第１の型枠材に係止する係止部と、を備え、
   前記押さえ部の下面には、不織布および織布が積層して貼り付けられており、
   前記第１の型枠材の内側に、直線状に延びる鋼製の芯材および鉄筋を配置するとともに、当該芯材を囲んで複数本のＰＣ鋼材を略均等に配置する工程と、
   前記ＰＣ鋼材に引張力を導入する工程と、
   前記第１の型枠材の内側にコンクリートを打設する工程と、
   前記第１の型枠材の最上面の開口部に前記第２の型枠材を取り付ける工程と、
   打設したコンクリートが硬化した後、前記第１の型枠材および前記第２の型枠材を解体する工程と、を含み、
   前記ＰＣ鋼材を配置する工程では、前記ＰＣ鋼材は、前記第１の型枠材の内側に設けられたガイド部材に挿通されて位置決めされていることを特徴とする円柱状部材の構築方法。
2. 前記断面円弧状の第１の型枠材の最上面の開口部は、開口幅が１００ｍｍ以上２００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の円柱状部材の構築方法。

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