JP7746641B2

JP7746641B2 - ＰＣａ接合部材

Info

Publication number: JP7746641B2
Application number: JP2021196380A
Authority: JP
Inventors: 盈朱
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2021-12-02
Filing date: 2021-12-02
Publication date: 2025-10-01
Anticipated expiration: 2041-12-02
Also published as: JP2023082541A

Description

本発明は、ＰＣａ接合部材に関する。

例えば、ＲＣ（Reinforced Concrete）造の上下階の柱同士の柱接合部や、ＲＣ造の柱と梁の柱梁接合部、ＲＣ造の柱とＳ（Steel）造の梁のハイブリッド構造の柱梁接合部等を、現場におけるコンクリート打設により施工する場合、工期の長期化が課題としてあり、高層建築物の場合はこの課題が一層顕著になる。そこで、上下階の柱、あるいは柱と仕口をいずれもプレキャストコンクリート（以下、適宜「ＰＣａ」とする）製とし、ＰＣａ柱やＰＣａ仕口（いずれもＰＣａ部材に含まれる）を現場に搬送して組み付けてＰＣａ接合部材とすることにより、最小限のグラウト充填のみで一体化を図る施工方法が適用されることがある。このＰＣａ接合部材の施工方法によれば、高層建築物を含め、工期を格段に短縮できるとともに、上下階に連続する柱や柱梁接合部がＰＣａ部材により形成されることから、構造信頼性の高い建築物を施工することが可能になる。ＰＣａ接合部材の施工方法の中でも、ＰＣａ部材同士をＰＣ（Prestressed Concrete）鋼棒やＰＣ鋼線等の緊張材にて緊張し、相互に締め付けることによってプレキャストプレストレストコンクリート（以下、適宜「ＰＣａＰＣ」とする）接合部材を施工することにより、工期のより一層の短縮を図ることができる。本明細書では、ＰＣａＰＣ接合部材はＰＣａ接合部材に含まれるものとし、その構成部材であるＰＣａＰＣ部材はＰＣａ部材に含まれるものとする。

上記するＰＣａ部材はその内部に複数のシース管を備えており、相互に接合されるＰＣａ部材は、対応する双方のシース管を連通させて連通シース管を形成し、連通シース管に緊張材が挿入されて緊張された後、連通シース管の内部にグラウトが充填されて緊張材がボンド状態とされることにより、複数の緊張されたボンド状態の緊張材によりＰＣａ部材同士の接続が図られるのが一般的である。しかしながら、連通シース管の内部にグラウトを充填する作業には手間がかかり、連通シース管の本数の増加や、建築物の高層化によりグラウト充填箇所が増加することによって、この課題は一層顕著になる。さらに、連通シース管に充填されたグラウトが所定の強度を発現するまでの養生期間が、工期の長期化に少なからず影響を及ぼし得るといった課題もある。

ここで、特許文献１には、プレキャストプレストレストコンクリート柱を備えた高層建物が提案されている。この高層建物は、コンクリート柱体に緊張材が鉛直方向に挿通された複数のプレキャストプレストレストコンクリート柱と、建物の揺れを抑制する複数の制振装置とを備えた高層建物であり、プレキャストプレストレストコンクリート柱は、緊張材がアンボンド状態でコンクリート柱体に配設され、制振装置は、高層建物の揺れによる緊張材の変形が緊張材の弾性範囲内に収まるように高層建物の揺れを抑制するものである。

特開２０１９－１９６６４号公報

特許文献１に記載される高層建物によれば、アンボンド状態の緊張材を適用することにより、グラウトを充填する際の上記課題を解消することができる。ところで、緊張材がシース管の内部にアンボンド状態で緊張している形態では、緊張材がグラウトにより防護されていないことから、ＰＣａ部材の例えば接合領域における緊張材の発錆が課題となり得る。また、建築物の地震時の変形の際に、例えば上記接合領域において緊張材がシース管に衝突する恐れがある。そして、これら接合領域における発錆と衝突によって緊張材が破損に至り、全ての緊張材が例えば接合領域において破損することにより、ＰＣａ接合部材の一体性の喪失に至り得る。さらに、建築物の地震時の変形の際に、例えば上記接合領域においてＰＣａ部材同士が相互にずれる恐れもある。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、アンボンド状態の緊張材によりＰＣａ部材同士が接合されているＰＣａ接合部材において、全ての緊張材が発錆やシース管への衝突によって破損してＰＣａ接合部材の一体性が喪失されることや、接合されているＰＣａ部材相互のずれを抑制もしくは抑止できる、ＰＣａ接合部材を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明によるＰＣａ接合部材の一態様は、
プレキャストコンクリート製で複数のシース管を備えているＰＣａ部材が、対応する前記シース管を連通させて連通シース管を形成しながら相互に接合されている、ＰＣａ接合部材であって、
全ての前記連通シース管には緊張材が挿入され、前記緊張材はアンボンド状態で緊張されており、
相互に接合される一方の前記ＰＣａ部材の端面に凸部が設けられ、他方の前記ＰＣａ部材の端面に前記凸部が挿通される凹部が設けられていることを特徴とする。

本態様によれば、相互に接合される一方のＰＣａ部材の端面に凸部が設けられ、他方のＰＣａ部材の端面に凸部が挿通される凹部が設けられていることにより、仮に全ての緊張材が例えば接合領域において発錆やシース管への衝突によって破損した場合でも、ＰＣａ接合部材の一体性が喪失されることを解消でき、また、接合されているＰＣａ部材相互のずれを抑制もしくは抑止できる。

例えば、相互に接合されるＰＣａ部材がともにＰＣａ柱である場合、下方のＰＣａ柱が凸部を有し、上方のＰＣａ柱が凹部を有する形態であってもよいし、逆の構成を有する形態であってもよい。また、相互に係合される凸部と凹部は様々な相補的形状を有しており、直方体や立方体、多角柱体、円柱体、半球体等の凸部と、凸部と相補的形状な凹部との組み合わせが一例として挙げられる。また、ＰＣａ部材の端面の中央に一つの凸部と凹部を有していてもよいし、ＰＣａ部材の端面に複数の凸部と凹部を有していてもよい。さらに、凸部と凹部の間の隙間にグラウトを充填してもよく、一般には、ＰＣａ部材間に設けられる目地を形成する目地材が隙間に充填される。尚、上記するように、本態様のＰＣａ接合部材はＰＣａＰＣ接合部材を含み、ＰＣａ部材はＰＣａＰＣ部材を含み、ＰＣａ仕口はＰＣａＰＣ仕口を含み、ＰＣａ柱はＰＣａＰＣ柱を含み、ＰＣａ梁はＰＣａＰＣ梁を含んでいる。

また、本発明によるＰＣａ接合部材の他の態様は、
前記凹部を含む領域が、他の一般領域に比べて相対的に高強度のコンクリートにより形成されていることを特徴とする。

本態様によれば、凹部を含む領域が他の一般領域に比べて相対的に高強度のコンクリートにより形成されていることにより、例えば凹部の周囲に形成され得る幅狭領域を補強することができ、凹部の周囲の狭幅領域の欠けや破損を抑制することができる。

また、本発明によるＰＣａ接合部材の他の態様は、
前記凸部が、他の一般領域に比べて相対的に高強度のコンクリートにより形成されていることを特徴とする。

本態様によれば、凸部が他の一般領域に比べて相対的に高強度のコンクリートにより形成されていることにより、一般領域に比べて幅狭の凸部を補強することができ、凸部の欠けや破損を抑制することができる。

また、本発明によるＰＣａ接合部材の他の態様は、
前記凹部を含む領域と前記凸部が、高強度コンクリートにより形成されていることを特徴とする。

本態様によれば、凹部を含む領域と凸部がいずれも高強度コンクリートによって形成されていることにより、凹部の周囲の狭幅領域や凸部の欠けや破損を効果的に抑止できる。ここで、高強度コンクリートは、例えば５０Ｎ／ｍｍ^２以上の設計基準強度を有するコンクリートであるが、高層建築物においてはＰＣａ部材の一般領域でも６０Ｎ／ｍｍ^２乃至１２０Ｎ／ｍｍ^２程度の設計基準強度のコンクリートが適用される場合があり、このような場合はＰＣａ部材の全域が高強度コンクリートにより形成されることになる。

また、本発明によるＰＣａ接合部材の他の態様は、
二つの前記ＰＣａ部材の接合界面を跨いでそれらの外周を囲繞している、補剛材をさらに備えていることを特徴とする。

本態様によれば、接合界面を跨いでそれらの外周を囲繞している補剛材をさらに備えていることにより、双方のＰＣａ部材の断面欠損による剛性低下領域である接合領域を補剛することができ、補剛材が接合領域におけるかぶり部のコンクリートの剥離を防止することができる。さらに、補剛材が接合領域の外周を囲繞することにより、外気や雨水等が界面内部へ浸入することを抑制でき、緊張材の発錆を抑制することが可能になる。

また、本発明によるＰＣａ接合部材の他の態様において、
相互に接合される前記ＰＣａ部材は、ＰＣａ柱とＰＣａ柱であることを特徴とする。

本態様によれば、相互に接合されるＰＣａ部材がいずれもＰＣａ柱であることにより、縦方向に連続するＰＣａ柱同士を繋ぐ緊張材が発錆やシース管への衝突によって破損して、ＰＣａ柱同士の一体性が喪失されることを解消でき、また、接合されているＰＣａ柱相互のずれを抑制もしくは抑止できる。

また、本発明によるＰＣａ接合部材の他の態様において、
相互に接合される前記ＰＣａ部材は、ＰＣａ柱とＰＣａ仕口であることを特徴とする。

本態様によれば、相互に接合されるＰＣａ部材がＰＣａ柱とＰＣａ仕口であることにより、柱梁接合部の備える緊張材が発錆やシース管への衝突によって破損して、柱梁接合部の一体性が喪失されることを解消でき、また、接合されているＰＣａ柱とＰＣａ仕口相互のずれを抑制もしくは抑止できる。

また、本発明によるＰＣａ接合部材の他の態様において、
相互に接合される前記ＰＣａ部材は、ＰＣａ梁とＰＣａ梁であることを特徴とする。

本態様によれば、相互に接合されるＰＣａ部材がいずれもＰＣａ梁であることにより、横方向に連続するＰＣａ梁同士を繋ぐ緊張材が発錆やシース管への衝突によって破損して、ＰＣａ梁同士の一体性が喪失されることを解消でき、また、接合されているＰＣａ梁相互のずれを抑制もしくは抑止できる。

以上の説明から理解できるように、本発明のＰＣａ接合部材によれば、アンボンド状態の緊張材によりＰＣａ部材同士が接合されているＰＣａ接合部材において、全ての緊張材が発錆やシース管への衝突によって破損してＰＣａ接合部材の一体性が喪失されることや、接合されているＰＣａ部材相互のずれを抑制もしくは抑止できる。

第１実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例の縦断面図であって、相互に接合されるＰＣａ柱の接合領域の周辺の拡大図である。図１のII－II矢視図である。第２実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例の縦断面図であって、相互に接合されるＰＣａ柱の接合領域の周辺の拡大図である。第３実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例の縦断面図であって、相互に接合されるＰＣａ柱の接合領域の周辺の拡大図である。

以下、各実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［第１実施形態に係るＰＣａ接合部材］
はじめに、図１及び図２を参照して、第１実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例について説明する。ここで、図１は、第１実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例の縦断面図であって、相互に接合されるＰＣａ柱の接合領域の周辺の拡大図であり、図２は、図１のII－II矢視図である。

ＰＣａ接合部材（ＰＣａＰＣ接合部材）１００は、下階のＰＣａ柱（ＰＣａＰＣ柱）１０（ＰＣａ部材（ＰＣａＰＣ部材）の一例）と上階のＰＣａ柱（ＰＣａＰＣ柱）２０（ＰＣａ部材（ＰＣａＰＣ部材）の一例）が相互に接合されることにより形成される。ここで、図示を省略するが、ＰＣａ接合部材は図示例の他にも、ＰＣａ柱（ＰＣａＰＣ柱）とＰＣａ仕口（ＰＣａＰＣ仕口）の接合部材や、ＰＣａ梁（ＰＣａＰＣ梁）とＰＣａ梁（ＰＣａＰＣ梁）の接合部材があり、これら様々なＰＣａ接合部材により、複数階の建築物を構成するハイブリッド架構体が形成される。

ここで、「ハイブリッド架構体」とは、プレキャストのＲＣ（Reinforced Concrete）造の柱であるＰＣａ柱１０，２０と、同様にプレキャストのＲＣ造の仕口である不図示のＰＣａ仕口と、ＰＣａ仕口同士を繋ぐ不図示の鉄骨梁とを備えた構造である。ＰＣａ仕口は詳細には、鉄骨梁の一部を形成するブラケットを内蔵している、ＳＲＣ（Steel Reinforced Concrete）造とも言える。

下階のＰＣａ柱１０は、直方体状のＰＣａコンクリート体１１を有し、ＰＣａコンクリート体１１の内部には複数（図示例は四本）のシース管１６が埋設されており、各シース管１６にはアンボンドＰＣ鋼材１７（緊張材の一例）が挿通されている。ここで、アンボンドＰＣ鋼材１７はＰＣ鋼棒であるが、その他、ＰＣ鋼線等であってもよい。図示を省略するが、ＰＣａ柱１０は、鉛直方向に延設する複数の柱主筋を有し、各柱主筋の外周を包囲する複数の矩形枠状の帯筋を有している。

アンボンドＰＣ鋼材１７は、ＰＣａコンクリート体１１の上端１２から上方に突出しており、緊張された状態でナット１９を締め付けることにより、定着プレート１８がＰＣａコンクリート体１１の上端１２に定着され、アンボンドＰＣ鋼材１７の緊張状態が保持される。

シース管１６の内部の隙間Ｇにはグラウトが充填されておらず、従って、アンボンドＰＣ鋼材１７は、文字通りシース管１６の内部においてアンボンド状態となっている。

一方、上階のＰＣａ柱２０は、直方体状のＰＣａコンクリート体２１を有し、ＰＣａコンクリート体２１の内部における各シース管１６に対応する位置には、複数（図示例は四本）のシース管２６が埋設されており、各シース管２６にはアンボンドＰＣ鋼材２７（緊張材の一例）が挿通されている。ここで、アンボンドＰＣ鋼材２７はＰＣ鋼棒である。

アンボンドＰＣ鋼材１７の上端とアンボンドＰＣ鋼材２７の下端は、カップラー等の機械式継手３５を介して相互に繋がれる。また、シース管１６、２６が上下に連通することにより連通シース管３０が形成され、相互に繋がれたアンボンドＰＣ鋼材１７，２７が連通シース管３０に挿通されている。

ここで、上方にあるシース管２６の下方は、管径が拡大している拡幅シース管２６Ａとなっており、この拡幅シース管２６Ａの内部に機械式継手３５が収容されるようになっている。

図示を省略するが、アンボンドＰＣ鋼材２７は、ＰＣａコンクリート体２１の上端から上方に突出しており、緊張された状態でナットを締め付けることにより、定着プレートがＰＣａコンクリート体２１の上端に定着され、アンボンドＰＣ鋼材２７の緊張状態が保持される。シース管２６にもグラウトは充填されておらず、従って、アンボンドＰＣ鋼材２７は、文字通りシース管２６の内部においてアンボンド状態となっている。

このように、各階のアンボンドＰＣ鋼材１７，２７は、対応するＰＣａコンクリート体１１，２１の上端において定着プレートを介して定着される。

ＰＣａコンクリート体１１の上端１２における定着プレート１８の周囲には、上方に突出するアンボンドＰＣ鋼材１７を囲繞する養生部材３７が設置され、ＰＣａ柱１０の上端１２とＰＣａ柱２０の下端２２の間の目地空間４１（接合界面８０）に打設される目地材４０が、上下のシース管２６，１６に入り込まないようにされている。

ここで、養生部材３７には、例えばジャバラジョイントが適用され、目地材には、モルタル等のグラウトが適用される。

図１及び図２に示すように、下方にあるＰＣａ柱１０の上端１２の中央位置には、上方に突出する直方体状の凸部１５が設けられており、上方にあるＰＣａ柱２０の下端２２の中央位置には、凸部１５が挿通される凹部２５が設けられている。目地材４０は、凸部１５と凹部２５の間の隙間にも充填されている。

ここで、図示を省略するが、ＰＣａ柱１０が凹部を備え、ＰＣａ柱２０が凹部に挿通される凸部を備えていてもよい。また、凸部や凹部の形状は図示例以外にも、多角柱体や円柱体等であってよく、さらには、ＰＣａ柱１０，２０の端面に複数の凸部と凹部が設けられていてもよい。

ＰＣａ接合部材１００によれば、相互に接合されるＰＣａ柱１０の端面１２に凸部１５が設けられ、ＰＣａ柱２０の端面２２に凸部１５が挿通される凹部２５が設けられていることにより、仮に全てのアンボンドＰＣ鋼材１７，２７の接合界面８０の近傍箇所が、発錆やシース管１６，２６への衝突によって破損した場合でも、相互に係合している凸部１５と凹部２５によってＰＣａ接合部材１００の一体性が喪失されることを解消でき、また、接合されているＰＣａ柱１０，２０の相互のずれを抑制もしくは抑止できる。

［第２実施形態に係るＰＣａ接合部材］
次に、図３を参照して、第２実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例について説明する。ここで、図３は、第２実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例の縦断面図であって、相互に接合されるＰＣａ柱の接合領域の周辺の拡大図である。

ＰＣａ接合部材１００Ａは、凸部１５がＰＣａ柱１０の他の一般領域に比べて相対的に高強度のコンクリートにより形成され、凹部２５を含む領域がＰＣａ柱２０の他の一般領域に比べて相対的に高強度のコンクリートにより形成されている点においてＰＣａ接合部材１００と相違する。

例えば、ＰＣａ柱１０，２０の一般領域のコンクリートが５０Ｎ／ｍｍ^２未満の設計基準強度を有する場合に、凸部１５が５０Ｎ／ｍｍ^２以上の設計基準強度を有する高強度コンクリート１１Ａにより形成され、凹部２５を含む領域も同様に５０Ｎ／ｍｍ^２以上の設計基準強度を有する高強度コンクリート２１Ａにより形成されている。尚、高層建築物においては、ＰＣａ柱１０，２０の一般領域でも６０Ｎ／ｍｍ^２乃至１２０Ｎ／ｍｍ^２程度の設計基準強度のコンクリートが適用され得ることから、この場合はＰＣａ柱１０，２０の全域が高強度コンクリートにより形成されることになる。

ＰＣａ接合部材１００Ａによれば、ＰＣａ接合部材１００と同様の効果が奏されることに加えて、相互に係合される凸部１５と凹部２５を含む領域がいずれも、他の一般領域よりも高強度な高強度コンクリート１１Ａ，２１Ａにより形成されていることによって、特に凹部２５の周囲や凸部１５の欠けや破損を抑制することができる。

［第３実施形態に係るＰＣａ接合部材］
次に、図４を参照して、第３実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例について説明する。ここで、図４は、第３実施形態に係るＰＣａ接合部材の一例の縦断面図であって、相互に接合されるＰＣａ柱の接合領域の周辺の拡大図である。

ＰＣａ接合部材１００Ｂは、ＰＣａ接合部材１００に対して、ＰＣａ柱１０，２０の接合界面８０を跨いでそれらの外周（側面１３，２３）を囲繞している、補剛材７０をさらに備えている。ここで、ＰＣａ接合部材１００に代わり、ＰＣａ接合部材１００Ａに対してさらに補剛材７０を備えている形態であってもよい。

補剛材７０は、ＰＣａ柱１０，２０の側面１３，２３の接合界面８０を跨ぐ接合領域Ａに亘って配設され、ボルト７５によりＰＣａ柱１０，２０に固定される。

ここで、接合領域Ａは、接合界面８０を跨いで双方のＰＣａ柱１０，２０の内部にそれぞれ、例えば数ｃｍ乃至数十ｃｍ程度の範囲の領域であるが、この範囲は、接合界面８０から発錆の可能性のある範囲を特定し、建物変形時にシース管１６，２６にアンボンドＰＣ鋼材１７、２７が衝突する範囲を特定し、特定された範囲のうちの大きな範囲に設定される。また、発錆の範囲は、建築物の立地環境等に応じて設定される。

図示する補剛材７０は、鋼板や炭素繊維シートであるが、その他、複数の形鋼材や鋼管、角パイプ等によるフレーム架構等が適用されてもよい。

ＰＣａ接合部材１００Ｂによれば、接合界面８０を跨いでそれらの外周を囲繞している補剛材７０をさらに備えていることにより、双方のＰＣａ柱１０，２０における断面欠損による剛性低下領域である接合領域Ａを補剛することができ、補剛材７０が接合領域Ａにおけるかぶり部のコンクリートの剥離を防止することができる。さらに、補剛材７０が接合領域Ａの外周を囲繞することにより、外気や雨水等が界面内部へ浸入することを抑制でき、アンボンドＰＣ鋼材１７、２７の発錆を抑制することが可能になる。

上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０：ＰＣａ柱（下階のＰＣａ柱、ＰＣａ部材、ＰＣａＰＣ柱）
１１：ＰＣａコンクリート体
１１Ａ：高強度コンクリート
１２：上端（端面）
１３：側面
１５：凸部
１６：シース管
１７：アンボンドＰＣ鋼材（緊張材）
１８：定着プレート
１９：ナット
２０：ＰＣａ柱（上階のＰＣａ柱、ＰＣａ部材、ＰＣａＰＣ柱）
２１：ＰＣａコンクリート体
２１Ａ：高強度コンクリート
２２：下端（端面）
２３：側面
２５：凹部
２６：シース管
２６Ａ：拡幅シース管
２７：アンボンドＰＣ鋼材（緊張材）
３０：連通シース管
３５：機械式継手
３７：養生部材（ジャバラジョイント）
４０：目地材
４１：目地空間
５０：グラウト
７０：補剛材（鋼板）
７５：ボルト
８０：接合界面
１００，１００Ａ，１００Ｂ：ＰＣａ接合部材（ＰＣａＰＣ接合部材）
Ａ：接合領域
Ｇ：隙間

Claims

プレキャストコンクリート製で複数のシース管を備えているＰＣａ部材が、対応する前記シース管を連通させて連通シース管を形成しながら相互に接合されている、ＰＣａ接合部材であって、
全ての前記連通シース管には緊張材が挿入され、前記緊張材はアンボンド状態で緊張されており、
相互に接合される一方の前記ＰＣａ部材の端面に凸部が設けられ、他方の前記ＰＣａ部材の端面に前記凸部が挿通される凹部が設けられており、
前記凹部を含む領域が、他の一般領域に比べて相対的に高強度のコンクリートにより形成されていることを特徴とする、ＰＣａ接合部材。
前記凸部が、他の一般領域に比べて相対的に高強度のコンクリートにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のＰＣａ接合部材。
前記凹部を含む領域と前記凸部が、高強度コンクリートにより形成されていることを特徴とする、請求項２に記載のＰＣａ接合部材。
二つの前記ＰＣａ部材の接合界面を跨いでそれらの外周を囲繞している、補剛材をさらに備えていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＰＣａ接合部材。
相互に接合される前記ＰＣａ部材は、ＰＣａ柱とＰＣａ柱であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＰＣａ接合部材。
相互に接合される前記ＰＣａ部材は、ＰＣａ柱とＰＣａ仕口であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＰＣａ接合部材。
相互に接合される前記ＰＣａ部材は、ＰＣａ梁とＰＣａ梁であることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のＰＣａ接合部材。