JP7452721B2 - 構造体の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、滑面を備えた構造体の構築方法に関する。

風洞実験を行なう施設では、風管と呼ばれる曲面形状を有する円筒状の躯体を用いる。風管は、円形から矩形に断面が連続的に変化するため複雑な形状を有するとともに、断面における寸法精度が要求される。
この風管の構築には、鋼材を用いることが多い。この場合には、コストが高くなるとともに、溶接した箇所が熱で歪み、高精度の曲面を形成し難い。

一方で、風管をコンクリートで構築する場合には、コンクリート内の遊離物（例えば、気泡及びブリーディング水）の発生に起因する表面の凹凸によって、曲面の精度を確保し難い。そこで、コンクリートの表面における凹凸形状を低減する技術が検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この文献に記載のプレキャストコンクリートは、型枠によって形成される上部が開口する空間内にコンクリートを打設し、空間の開口部を蓋体で閉塞する。蓋体の裏面には、フィルターシートを設け、蓋体の一部にはフィルターシートの一部を開口させる開口部が設けられる。コンクリート打設の際にコンクリート中に混入する気泡は、フィルターシート及び開口部を介して外部に放出されるので、コンクリートの表面を円滑にすることができる。

特開２００４－１９７３６１号公報

ところで、高速の風を流す風管の内側表面には、大きな圧力が加わる。このため、文献に記載の技術では、フィルターシートとコンクリートとの境に圧力差が生じ、フィルターシートよりも上の表面部分が剥がれ易くなる。また、表面部分が剥がれた箇所の凹凸を左官で均した場合にも、補修部分も剥がれる可能性があり、滑面の維持が難しい。

上記課題を解決する構造体の構築方法は、コンクリートで構成されるプレキャスト部材の第１滑面を所定位置に配置した下部部材と、前記第１滑面を形成する型枠を用いて形成される第２滑面を有した上部部材とを備えた構造体を構築する方法であって、打設時のコンクリート内の遊離物が出る上方向とは反対の下向きに、前記プレキャスト部材の前記第１滑面が配置されるように、前記第１滑面の曲面形状に応じた形成面を有した前記型枠を配置し、前記型枠を用いてコンクリートを打設することにより前記プレキャスト部材を形成し、前記第１滑面が前記所定位置になるように前記プレキャスト部材を前記下部部材として配置した後、前記プレキャスト部材の上に支保工を設置して、前記支保工を用いて、下向きの前記第２滑面を形成するために前記形成面を上向きにした前記型枠を、前記プレキャスト部材の上方に配置し、コンクリートを打設することにより、前記上部部材を形成することにより前記構造体を構築する。

本発明によれば、滑らかな面を有する構造体を形成することができる。

実施形態における構造体の構築方法の概念図。 実施例における風洞装置の構成を説明する断面図であって、（ａ）は断面が円形状の場合、（ｂ）は断面が角丸形状の場合を示す。 実施例において形成されたプレキャスト部材の斜視図。 実施例においてプレキャスト部材を形成するために用いる型枠の説明図。 実施例においてプレキャスト部材を形成する型枠の配置を説明する図であって、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図。 実施例における風洞装置を構築する方法の説明図であって、（ａ）は柱及び床部を形成した状態、（ｂ）は下部のプレキャスト部材を配置した状態、（ｃ）は側壁の型枠を配置した状態、（ｄ）は側壁を形成した状態を示す。 実施例において側壁部までを形成した状態の要部の斜視図。 実施例における風洞装置を構築する方法の説明図であって、（ａ）は上部部材を形成する型枠を配置した状態、（ｂ）は上部部材を形成した状態を示す。 変更例におけるプレキャスト部材の形成を説明する説明図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は上面図、（ｄ）は断面図。 変更例における凹凸形状の外曲面を有する構造体の説明図。

以下、図１～図８を用いて、構造体の構築方法を具体化した一実施形態を説明する。
まず、図１を用いて、構造体の構築方法の概略について説明する。
本実施形態では、構造体１０は、上部部材１１及び下部部材１２を用いて構築される。上部部材１１は、滑面としての内曲面１１ｓを有し、下部部材１２は第２滑面としての内曲面１２ｓを有する。下部部材１２を、内曲面１２ｓが下向き（第２方向）になる状態で形成し、上下反転して設置する。具体的には、形成面である外曲面５０ｓを上に向けた状態の曲面型枠５０の上に、コンクリートを打設することにより下部部材１２を形成する。そして、形成時に下向きだった内曲面１２ｓを上向き（第１方向）の所定位置になるように、構造体の下部部材１２として設置し、この上に、内曲面１１ｓを下向きとした状態で上部部材１１を構築する。

次に、図２～図８を用いて、構造体の構築方法を具体化した実施例を詳述する。なお、実施例において鉄筋コンクリート及び曲面型枠の部分については、ハッチングを省略している。
図２に示すように、風洞実験を行なう空間を構成する構造体１５を形成する。この構造体１５は、複数の柱２０の上に形成された床部２１の上に設置される。この構造体１５は、断面が円形状から角丸四角形状に連続的に変化する空間を形成する内曲面１５ｓを備えた長尺物である。この角丸四角形状は、四角形状（正方形）の角が円弧となった形状である。

図２（ａ）及び図２（ｂ）には、この構造体１５の一端部と中央部における断面をそれぞれ示している。図２（ａ）に示すように、構造体１５の一端部における内曲面１５ｓは、全体として円形状の断面を有する。図２（ｂ）に示すように、構造体１５の中央部における内曲面１５ｓは、全体として角丸四角形状の断面を有する。本実施例の構造体１５は、上下左右に四分割されて軸方向に延在する断面が円弧の４つの部材（２６，２７，３１，３２）を備える。構造体１５の上部部材２６，２７及び下部部材３１，３２は、同じ曲面形状の内曲面２６ｓ，２７ｓ，３１ｓ，３２ｓをそれぞれ有する。このうち下側に配置される１対（２つ）の下部部材３１，３２を、プレキャスト部材で形成する。

図３には、曲面型枠５１に載置された下部部材３１の斜視図である。この下部部材３１は、一端側（図の前方）は１／４円弧を有し、他端側（後方）になるに従って、角丸四角形状の角の円弧を形成する内曲面３１ｓを有した長尺物である。この内曲面３１ｓは、円弧の曲率半径が後方になるに従って小さくなる。本実施形態では、この内曲面３１ｓを、風洞実験に影響を与えない精度（基準値以下の表面粗さ）で形成する。下部部材３１は、複数のプレキャスト部材３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄで構成される。

図４には、曲面型枠５１，５２を示す。曲面型枠５１，５２は、上部部材２６，２７及び下部部材３１，３２を形成するために用いられる。各曲面型枠５１，５２の形成面としての外曲面５１ｓ，５２ｓは、上部部材２６，２７及び下部部材３１，３２の滑面としての内曲面２６ｓ，２７ｓ，３１ｓ，３２ｓの形状に沿う形状を有している。具体的には、曲面型枠５１，５２の外形状は、一方側が１／４円弧形状で、他方側が角丸を有したＬ形状になるように連続的に変化する形状である。このため、曲面型枠５１，５２の断面形状は、その断面における内曲面２６ｓ，２７ｓ，３１ｓ，３２ｓと同じ曲率の平面形状で構成される。更に、各曲面型枠５１，５２の内側部５１ａ，５２ａは、台形形状である。これにより、後述する架台の載置や支保工の取り付けが可能である。

＜構造体の構築方法＞
次に、図５～図８を用いて、実施例における構造体の構築方法について説明する。
まず、現場で構築する前に、下部部材３１，３２を形成する。ここでは、下部部材３１，３２の形成方法は同じため、下部部材３１の形成方法について説明する。

図５（ａ）、（ｂ）に示すように、複数のＨ形鋼６１を組み合わせて構成される架台６０を設置する。この場合、架台６０の上部が台形形状となるように、Ｈ形鋼６１を組み立てる。

次に、架台６０の上に曲面型枠５１を載置する。この場合、架台６０の上部に曲面型枠５１の台形形状の内側部５１ａが嵌合するように、曲面型枠５１を設置する。
この曲面型枠５１に接続させて、型枠（５５，５６，５７，５８）を配置する。この場合、最上部に開口部Ｐ１を設ける。更に、各プレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）の大きさに応じた位置に仕切り板６５を、曲面型枠５１に立設する。この仕切り板６５は、各プレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）のそれぞれの重量や長さの設定に応じた位置に配置され、１回に打設するコンクリートの範囲（領域）を特定する。なお、曲面型枠５１、型枠（５５，５６，５７，５８）及び仕切り板６５で囲まれた領域内には、鉄筋（図示せず）が配筋されており、その一端が下部部材３１の片面から突出させる。

次に、仕切り板６５で区画した範囲毎に、開口部Ｐ１からコンクリートを流し込み、バイブレータによりコンクリートを締固める。この場合、端からコンクリートを流し入れて順番に締固めてもよいし、順番でなくてもよい。コンクリートが硬化する際には、コンクリートの遊離物（例えば、気泡及びブリーディング水等）が、上方向に浮き出る。
ここでは、図３に示すように、内曲面３１ｓを下向きにした状態で、下部部材３１が形成される。この下部部材３１の角の面取り部分Ｃ１は、型枠に流し入れた生コンクリートの水平面によって形成される。

その後、型枠（５５，５６，５７，５８）を取り外して、各プレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）の境界である仕切り板６５を取り外す。なお、仕切り板６５は、すべてのプレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）が形成される前に、区画している範囲のコンクリート打設が完了した場合に取り外してもよい。そして、形成されたプレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）を吊り上げて曲面型枠５１から取り外す。

（構造体の構築）
次に、図６～図８を用いて、現場において構造体１５を構築する方法について説明する。

図６（ａ）に示すように、まず、構造体を支持する複数の柱２０及び床部２１を設置する。本実施形態では、柱２０及び床部２１も鉄筋コンクリート造を用いるが、これに限定されるものではない。

次に、図６（ｂ）に示すように、床部２１の上に、プレキャストコンクリート造による１対の下部部材３１，３２を据え付ける。この場合、下部部材３１，３２から突出する鉄筋３１ｒ，３２ｒが外側になるように配置する。そして、下部部材３１の面取り部分Ｃ１と床部２１との間にグラウト（又はコンクリート）２２を注入する。また、下部部材３１と下部部材３２との間に、グラウト（又はコンクリート）２３を注入する。なお、下部部材３１や下部部材３２を構成するプレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）の間においても、グラウト（又はコンクリート）２３を注入する。

次に、図６（ｃ）に示すように、返し型枠７１、外側型枠７２からなる側壁用型枠を設置する。具体的には、下部部材３１，３２の上部の内側に、返し型枠７１を設置する。
更に、返し型枠７１と対向するように、外側型枠７２を設置する。この外側型枠７２は、上部に外側に広がった拡幅部を備える。そして、各外側型枠７２は、床部２１の両端部の上に、各下部部材３１，３２の端部から、所定の距離だけ離した位置に配置される。

次に、返し型枠７１及び外側型枠７２の内部に鉄筋を配筋する。各鉄筋は、返し型枠７１及び外側型枠７２の上面よりも上部に突出した状態で配置する。

次に、図６（ｄ）に示すように、下部部材３１，３２の外側に側壁部２５を形成する。具体的には、返し型枠７１及び外側型枠７２の間にコンクリートを流し込み、バイブレータによりコンクリートを締固める。そして、返し型枠７１及び外側型枠７２を取り外す。
この場合、図７に示すように、上部に鉄筋２５ｒが突出した側壁部２５が形成される。

次に、図８（ａ）に示すように、下部部材３１，３２の内部に、支保工７４を設置する。そして、支保工７４の上に、曲面型枠５１，５２を取り付ける。この場合、曲面型枠５１，５２の外曲面５１ｓ，５２ｓと、下部部材３１，３２の内曲面３１ｓ，３２ｓとに段差が生じないように、曲面を整合させる。更に、曲面型枠５１，５２の側部に、型枠７５を配置する。

そして、図８（ｂ）に示すように、下部部材３１，３２の上方に上部部材２６，２７を形成する。具体的には、曲面型枠５１，５２及び型枠７５で囲まれた空間にコンクリートを注入し、バイブレータによりコンクリートを締固める。この場合、曲面型枠５１，５２の外曲面５１ｓ，５２ｓに沿って、下方向（第３方向）に向く第２滑面としての内曲面２６ｓ，２７ｓが形成される。
その後、曲面型枠５１，５２及び型枠７５を取り外す。以上により、図２で示した構造体１５が完成する。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、下部部材１２の滑らかさが要求される内曲面１２ｓを下向きにした状態で予め作成し、上下反転して設置して構造体１０を形成する。また、下部部材３１，３２を、内曲面３１ｓ，３２ｓを下向きにした状態で形成し、内曲面３１ｓ，３２ｓが上に向くように配置して構造体１５を設置する。これにより、コンクリートが固まる際に浮き出る遊離物が、内曲面１２ｓや内曲面３１ｓ，３２ｓに滞留しないため、滑らかな表面を実現できる。また、下部部材３１，３２を、予め形成したプレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）で構成するので、現場において構造体１５を効率的に設置することができる。

（２）本実施形態では、下部部材１２，３１，３２の形成には、下部部材１２，３１，３２の内曲面１２ｓ，３１ｓ，３２ｓに沿う外曲面５０ｓ，５１ｓ，５２ｓを備えた曲面型枠５０，５１，５２を用いる。これにより、型枠を用いることにより、任意の滑らかな曲面を、効率的に形成することができる。

（３）本実施形態では、曲面型枠５１を載置する架台６０の上部を、曲面型枠５１の内側部５１ａが嵌合するような台形形状となるように構成する。これにより、曲面型枠５１を内側から強固に支持することができるので、外曲面５１ｓを変形し難くし、外曲面５１ｓに沿う内曲面３１ｓ，３２ｓを精度よく形成することができる。

（４）本実施形態では、１回のコンクリート打設を行なう範囲に応じて仕切り板６５を１つの曲面型枠５１上に配置し、仕切り板６５によって区画された領域にコンクリートを打設して各プレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）を形成する。これにより、１つの連続する曲面型枠５１を用いて、複数のプレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）を形成するので、コンクリート打設のタイミングが異なっても、各プレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）の境界部分（ジョイント部分）を、滑らかに連続して形成することができる。

（５）本実施形態では、上部部材２６，２７は、下部部材３１の形成に用いた曲面型枠５１，５２を用いて形成する。これにより、同じ曲面型枠５１，５２を用いて、構造体１５を形成することができる。
（６）本実施形態では、下部部材３１の上方に形成する上部部材２６，２７を、現場でコンクリート打設した。これにより、上下反転する必要のない上部部材２６，２７は、現場打ちにより形成することができる。

（７）本実施形態では、下部部材３１，３２を、鉄筋３１ｒ，３２ｒが外側に突出するように配置し、これら鉄筋３１ｒ，３２ｒが突出した端部を内蔵させて側壁部２５を形成する。これにより、下部部材３１，３２と側壁部２５とを、鉄筋３１ｒ，３２ｒによって一体化することができる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、上部部材２６，２７は、設置した下部部材３１，３２の上方に、現場打ちにより形成した。上部部材の構成は、これに限られず、下部部材と同様に、プレキャスト部材として形成し、現場で据え付けてもよい。

・上記実施形態では、支保工７４の上に、曲面型枠５１，５２を取り付けて、同時期に上部部材２６，２７を構築する。上部部材２６，２７も、下部部材３１，３２と同様に１つの曲面型枠を用いて、片側ずつ構築してもよい。この場合には、準備する曲面型枠は１つでよい。

・上記実施形態では、構造体１５の下部部材３１，３２は、正方形の角が円弧となった角丸四角形状の同一曲面形状として説明した。１対の下部部材の形状は、同一形状に限らず、曲面と平面とが組み合わせた形状や非対称の形状であってもよい。ここで、１対の下部部材が、断面が左右対称の場合には、同一の曲面型枠を用いてもよい。

例えば、図９には、横に対して縦が長い略長方形の角丸四角形を有する構造体の右側下部部材８１と左側下部部材８２とを示している。図９（ａ）及び図９（ｂ）は、右側下部部材８１の上面図及び断面図、図９（ｃ）及び図９（ｄ）は、左側下部部材８２の上面図及び断面図を示している。これら右側下部部材８１及び左側下部部材８２を、同じ曲面型枠７７を用いて形成する。この場合、曲面型枠７７の中心軸７７ｃに対して、中心位置をズラすように型枠７８を配置する。そして、曲面型枠７７の上で、型枠７８によって囲まれた空間にコンクリートを流し入れて、右側下部部材８１及び左側下部部材８２を形成する。これにより、右側及び左側の下部部材（８１，８２）が同じ形状でなくても、１つの曲面型枠７７を用いて下部部材（８１，８２）を形成することができる。

・上記実施形態では、断面が円形状から角丸四角形状に連続的に変化する空間を形成するための内曲面１５ｓを備えた構造体１５を形成する。形成される滑面は、構造体の内側に構成される内曲面に限定されない。例えば、外曲面を滑面とする構造体を形成してもよい。

図１０には、外曲面８５ｓを有する構造体８５の断面図を示している。この構造体８５の外曲面８５ｓは、上に凸の曲面及び下に凸の曲面を連続した滑面である。ここで、外曲面８５ｓに沿う形状の曲面を有する型枠を用いて、外曲面８５ｓが下を向いた状態でプレキャスト部材として、構造体８５を構成し、上下反転して設置する。また、滑面は、曲面に限定されず、一部にフラットな傾斜面を含む複雑な形状の面であってもよい。

・上記実施形態では、内曲面１２ｓ，３１ｓ，３２ｓを下に向けた状態で下部部材１２，３１，３２を形成した。滑面を形成する際の方向（第２方向）は、下方向に限られず、遊離物が出る方向と異なる方向であればよい。例えば、斜め下向きであってもよい。

また、構造体が備える滑面が向く第１方向は、遊離物が出る方向と同じ方向（上方向）に限らない。例えば、図１０に示す構造体８５が、鉛直方向に延在するように配置される場合であっても、同様に構築することにより、滑らかな滑面を形成することができる。

・上記実施形態では、下部部材３１を複数のプレキャスト部材（３１ａ～３１ｄ）で構成した。構造体の大きさによっては、下部部材３１を１つのプレキャスト部材で構成してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（ａ）前記滑面は曲面であることを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の構造体の構築方法。
従って、この（ａ）に記載の発明によれば、左官で困難な曲面において滑らかな面を形成することができる。
（ｂ）前記滑面は、長手方向に曲率が異なる円弧を連続して形成した断面を備えて曲面であることを特徴とする上記（ａ）に記載の構造体の構築方法。
従って、この（ｂ）に記載の発明によれば、曲率が異なる円弧の断面を連続して形成した曲面を、滑らかに形成することができる。

Ｃ１…面取り部分、Ｐ１…開口部、１０，１５，８５…構造体、１１，２６，２７…上部部材、１１ｓ，１２ｓ，１５ｓ，２６ｓ，２７ｓ，３１ｓ，３２ｓ…内曲面、１２，３１，３２…プレキャスト部材としての下部部材、２０…柱、２１…床部、２２，２３…グラウト材、２５…側壁部、２５ｒ，３１ｒ、３２ｒ…鉄筋、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ…プレキャスト部材、５０，５１，５２，７７…曲面型枠、５０ｓ，５１ｓ，５２ｓ，８５ｓ…形成面としての外曲面、５１ａ，５２ａ…内側部、６０…架台、６１…Ｈ形鋼、６５…仕切り板、７１…返し型枠、７２…外側型枠、７４…支保工、７５，７８…型枠、７７ｃ…中心線、８１…右側下部部材、８２…左側下部部材。

Claims (1)

1. コンクリートで構成されるプレキャスト部材の第１滑面を所定位置に配置した下部部材と、前記第１滑面を形成する型枠を用いて形成される第２滑面を有した上部部材とを備えた構造体を構築する方法であって、
   打設時のコンクリート内の遊離物が出る上方向とは反対の下向きに、前記プレキャスト部材の前記第１滑面が配置されるように、前記第１滑面の曲面形状に応じた形成面を有した前記型枠を配置し、
   前記型枠を用いてコンクリートを打設することにより前記プレキャスト部材を形成し、
   前記第１滑面が前記所定位置になるように前記プレキャスト部材を前記下部部材として配置した後、
   前記プレキャスト部材の上に支保工を設置して、前記支保工を用いて、下向きの前記第２滑面を形成するために前記形成面を上向きにした前記型枠を、前記プレキャスト部材の上方に配置し、コンクリートを打設することにより、前記上部部材を形成することにより前記構造体を構築することを特徴とする構造体の構築方法。

Images