TW202126882A - Pc結構的3軸壓縮樑柱接合部的預應力導入方法 - Google Patents

Abstract

本發明為一種用以將PC結構之樑柱接合部設為3軸壓縮狀態之預應力之導入方法，不僅將樑柱接合部設為3軸壓縮狀態，並且包括形成樑柱接合部之柱端及樑端之構件剖面在內來合理地提供預應力之導入方法。上述預應力導入方法為了使PC索31貫穿樑柱接合部10而張緊固定來賦予張緊導入力，且對各軸方向之構件端部剖面導入預應力而設為3軸壓縮狀態，因此以滿足以下之條件（1）及（2）之方式來決定於各軸方向上導入之預應力。（1）於與樑柱接合部接觸之樑端7與柱端6之構件剖面中，對於長期設計負載不會產生拉伸應力度。（2）於樑柱接合部，於大規模地震時（極少發生之地震），不容許傾斜裂紋之發生，且使藉由因地震負載所引起之輸入剪切力而產生之傾斜拉伸應力度達到混凝土容許拉伸應力度以下。

Description

PC結構的3軸壓縮樑柱接合部的預應力導入方法

本發明係關於用以將PC結構之樑柱接合部設為3軸壓縮狀態之預應力之導入方法。

利用混凝土構件且於3軸方向（平面X、Y之2方向之樑構件與鉛直Z方向之柱構件）上形成之樑柱接合部中，發生因傾斜拉伸力而產生之傾斜剪切裂紋，因此混凝土構件受到損傷，裂紋擴大而引起無黏性之脆性破壞，樑柱接合部之破壞直接導致結構骨架之崩塌，構造物整體遲早會達到致命之剪切破壞，這自古已由大量研究所證明。

為了防止該樑柱接合部中之傾斜裂紋之發生，增強樑柱接合部之各種方法揭示於以下所示之專利文獻中。 關於RC結構，例如，專利文獻1（日本特開2005-23603號公報）所示之增強方法係於混凝土構造物之樑柱接合部中，自兩個樑之端面延伸至樑柱接合部內之上部樑主鋼筋朝向另一個樑之端面而向傾斜下方延伸，且自另一個樑之端面水平地朝向內部固定而成為下部樑主鋼筋，自兩個樑之端面延伸至樑柱接合部內的下部樑主鋼筋朝向另一個樑之端面而向傾斜上方延伸，自另一個樑之端面水平地朝向內部固定而成為上部樑主鋼筋，藉此使拉伸主應力降低，並且使壓縮主應力增大。 關於PC結構，專利文獻2中揭示有PC結構之2階段非線形彈性抗震設計法，利用將預鑄混凝土構件貫穿樑柱接頭腹板區（樑柱接合部）之2次索，將柱與樑壓接接合而一體化。 根據該2階段非線形彈性抗震設計法，於樑柱壓接接合部中，至既定之地震負載設計值為止設為全預應力之接合狀態，於超過上述既定之地震負載設計值的極大地震來襲之情形時，藉由設為部分預應力接合之狀態，而不致使主要結構構件（柱、樑、樑柱接頭腹板區）產生致命性損傷。 又，本申請人於日本特願2019-167793號中提出一種樑柱接合部的預應力導入方法，其係於利用PC柱及PC樑且以複數層形成之建築物結構之樑柱接合部中，藉由將配置於平面2方向（X、Y軸）之PC樑、及鉛直方向（Z軸）之PC柱上的PC索貫穿樑柱接合部而張緊固定之張緊導入力，對樑柱接合部導入預應力而設為3軸壓縮狀態的方法，並且於樑柱接合部中，即便於大規模地震時（極少發生之地震），亦能全部或者部分地消除因地震負載所引起的輸入剪切力而產生之傾斜拉伸力，不容許傾斜裂紋之發生，且使於各軸方向上導入之預應力之比例滿足既定之算式。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2005-23603號公報 [專利文獻2]日本專利第5612231號公報 [專利文獻3]日本專利第4041828號

[發明所欲解決之問題]

專利文獻1中，自其中一個樑端，將主鋼筋傾斜地延伸至樑柱接合部而固定於另一個樑端，藉此降低拉伸主應力。 然而，眾所周知地，RC結構中，鋼筋無法防止裂紋之發生，於裂紋發生之後，鋼筋擔負抑制裂紋之進展，且抑制裂紋寬度之擴大之作用。即，鋼筋無法發揮積極地防止裂紋之發生的作用，只能於裂紋發生之後才抑制裂紋之擴大。 因此，即便如專利文獻1所示般配置鋼筋，亦無法積極地防止於樑柱接合部發生傾斜裂紋，只是於裂紋發生之後不再進展的消極方法，因此無法防止若反覆受到地震負載，則由傾斜裂紋之發生所引起的樑柱接合部之抗震性及耐久性下降。 又，其中一個樑端之上部樑主鋼筋與另一個樑端之下部樑主鋼筋之數量或鋼筋直徑未必相等，鋼筋之彎曲加工或傾斜配置不僅相當費時費力，且樑柱接合部內之鋼筋錯綜複雜，因此為接合性相當差的狀態，容易發生混凝土未均勻澆鑄，由混凝土之填充不良所引起之混凝土之蜂窩。

專利文獻2中記載有：「於樑柱接頭腹板區（柱與樑之接合部），藉由跨度方向之大樑與長邊方向之桁樑及柱構件均賦予預應力，樑柱接頭腹板區自XYZ所有方向，三維地受到預應力」，進一步記載有：「於樑柱接頭腹板區三維地附加軸壓縮，故而具有由預應力所帶來的復原力特性，完全不會產生地震後之殘留變形；是與藉由利用習知之設計法的RC結構及PC結構之樑柱接頭腹板區破壞來吸收能量完全不同的設計思想」。 基於該設計思想，對樑柱接合部向3軸方向導入預應力來積極地消除地震時於樑柱接合部產生之傾斜拉伸力，結果不會產生傾斜拉伸力，可完全避免剪切破壞，不再需要設置專利文獻1所示之大量傾斜配置鋼筋，因此於樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）內不會產生混凝土之蜂窩發生之問題。

專利文獻2中示出設為3軸壓縮樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）的設計思想，但並未提及向3軸方向導入預應力之具體設計法。 通常，對於樑構件基本上不存在由作用負載所引起之軸力，但於柱構件上，會持續產生由作用負載所引起之軸力，根據作用負載之種類，軸力方向並非單一值，而會發生變動，由持續性負載（鉛直負載）所引起之軸力是壓縮，但由地震或風等偶發性負載（水平負載）所引起之軸力有壓縮與拉伸兩種。尤其，常常於圍繞建築物之外周而配置之外柱或角柱，因地震負載而產生大的牽引力或者壓縮力。

又，柱之軸力根據樓層而有不同值，於高層或超高層建築物中，最上層與最下層之軸力之差非常大，由作用負載所引起之柱軸力之大小或方向（壓縮或者拉伸）各不相同，並非單一值。 又，樑柱接合部係柱端與樑端交叉而形成，但柱端與樑端之構件剖面並不相同，而是分別不同，進一步地，平面2方向（X、Y軸）之樑端構件剖面亦存在大量因軸方向而不同之情形。 為將樑柱接合部設為3軸壓縮狀態，勢必與對周圍之柱端與樑端之構件剖面導入預應力相關，因此必須確立不僅包括樑柱接合部，而且包含接合於其周圍之柱端與樑端之構件剖面的預應力導入方法。

現行之設計法中，於對於作為PC結構而由長期設計負載所引起之彎曲應力的構件剖面推算中，有如下兩種情況：設為於各構件剖面不容許拉伸應力度之發生的所謂全預應力之應力狀態；以及使於構件剖面產生之拉伸應力度成為混凝土之容許拉伸應力度以下，即所謂部分預應力之應力狀態。並且根據構造物之使用條件及要求性能從以上情況選擇一者，分別算出各軸方向所需要之預應力導入力來決定。

但是，對於由作為短期設計負載之地震負載所引起之樑柱接合部之傾斜裂紋之發生，僅僅以與RC結構相同之想法，而基於RC設計法，將PC鋼材當作鋼筋而作為與拉伸應力對抗之鋼材來對應，故而結果為，鋼筋有效地於傾斜裂紋發生之後控制裂紋之寬度，但無法預先防止裂紋之發生。 總而言之，於大規模地震時，用以使樑柱接合部不產生傾斜裂紋之預應力導入方法尚未確立。 本發明係使先申請案（日本特願2019-167793號）中揭示之設計法進一步發展而成，目的為提供如下方法：不僅將樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）設為3軸壓縮狀態，並且包括形成樑柱接合部之柱端與樑端之構件剖面在內而合理地導入預應力。 [解決問題之手段]

一種預應力導入方法，其特徵在於：於利用PC柱及PC樑且以複數層來形成之建築物結構之樑柱接合部中，將配置於平面2方向（X、Y軸）之PC樑、及鉛直方向（Z軸）之PC柱上之PC鋼腱貫穿樑柱接合部而張緊固定，賦予張緊導入力，對各軸方向之構件端部剖面導入預應力，並且對樑柱接合部導入預應力而設為3軸壓縮狀態，因此以滿足以下之條件（1）及（2）中任一者之方式，來分別決定於各軸方向上導入之預應力σx、σy、σz。 （1）於與樑柱接合部接觸之樑端與柱端之構件剖面中，對於長期設計負載不會產生拉伸應力度。 （2）於樑柱接合部中，於大規模地震時（極少發生之地震），不容許傾斜裂紋之發生，且使藉由因地震負載所引起之輸入剪切力而產生之傾斜拉伸應力度達到混凝土容許拉伸應力度以下。 此外，σx、σy、σz係於各軸（X、Y、Z軸）上導入之預應力。 又，進一步地，σx、σy、σz之值設為以下所示之範圍內。 2.0≦σx≦10.0 N/mm² 2.0≦σy≦10.0 N/mm² 0.6≦σz≦9.0 N/mm² [發明之效果]

以下列舉本發明之效果。 （1）利用包括樑柱接合部及各軸方向之構件端部剖面來考慮之預應力導入方法，不僅滿足各軸方向之構件端剖面所需之結構性能，並且樑柱接合部成為3軸壓縮狀態，全部或者其大部分地消除因地震負載而對樑柱接合部輸入之剪切力而於樑柱接合部之對角線上產生之傾斜拉伸力，於地震時可防止傾斜裂紋之發生，而且，於各軸方向之構件端部剖面中，可適度地分別合理地導入預應力。 （2）進一步地，以預應力之值之適用範圍基本上，設為σx＝σy＝2.0～10.0 N/mm² ，根據考慮柱之軸力影響而降低之比例關係，來設為σz＝0.6～9.0 N/mm² ，藉此與PC構造物中通常使用之混凝土設計基準強度（Fc＝40～60 N/mm² ）對應，導入力不會過小或者過大，可成為合理且經濟之設計。 （3）於大規模地震時，即使是樑柱接合部產生之傾斜拉伸力之一部分被所導入之預應力消除，一部分殘留之情形，由該傾斜拉伸力所引起之拉伸應力度亦成為用於構築樑柱接合部之混凝土之容許拉伸應力度以下，藉此不會產生對結構體而言致命之傾斜剪切裂紋，可確保抗震性能。 （4）藉由本發明之預應力導入方法，與如習知之RC結構般將鋼筋配置於樑柱接合部而被動地抑制裂紋發生後之進展完全不同，樑柱接合部在將柱之軸力變動之因素考慮在內之最合理之平衡下成為3軸壓縮狀態，積極地消除成為裂紋發生之因素的拉伸力，可確實地抑制裂紋之發生。

圖1係表示應用本發明之建築物之一部分者，係複數層之建築物之中間層之PC柱1與PC樑2以及柱端6與樑端7相交而形成之樑柱接合部10之（1）俯視圖及（2）側視圖。 PC柱1、PC樑2均為預鑄構件，PC柱1係從基礎（圖示省略）上立設，使作為PC鋼腱之PC鋼棒3貫穿PC柱1而張緊固定。PC樑2載置於設置於PC柱1上之顎11上，作為PC鋼腱之PC索31貫穿樑柱接合部10而配設且張緊固定。

如圖示般，於樑柱接合部10中，於平面（X、Y）2方向、鉛直（Z）方向上貫穿配置有作為PC鋼腱之PC鋼棒3及PC索31，且張緊固定，藉此對樑柱接合部10導入預應力。 此外，使用PC鋼腱，將與本發明無直接關係之構成部分、例如PC柱及PC樑張緊固定而一體化之後，於預鑄製PC樑之上端，包括頂部混凝土及平板在內來澆鑄而形成合成樑，上述情況等如同習知技術，故而省略詳情。 此外，於本說明書中，所謂PC柱及PC樑，意指預應力混凝土結構構件。 又，將於預鑄構件之柱與樑之接合中不使用鋼筋，而僅利用PC鋼腱來壓接接合之情況稱為全壓接接合，將併用鋼筋及PC鋼腱來接合之情況稱為半壓接接合。

為了容易理解本發明，圖2中省略PC鋼腱之圖示，取而代之地，利用箭頭，將預應力σ（σx、σy、σz）作用於樑柱接合部10，樑柱接合部10成為3軸壓縮狀態之情況示於（1）俯視圖（x、y軸）、（2）側視圖（x、z軸）。 又，將x軸、y軸之樑2與z軸柱1之構件端剖面形狀分別示於a-a剖面、b-b剖面、c-c剖面圖。 本發明中，配置於樑構件2上而貫穿樑柱接合部10之作為PC鋼腱之2次索之張緊固定作業係於澆鑄頂部混凝土20之前進行，因此於σx、σy之推算中，設為樑端7之構件剖面積中不包括頂部混凝土20。但，當以相對於長期設計負載不產生拉伸應力度之方式進行剖面檢測時，樑端7之構件剖面設為包括頂部混凝土20在內而形成之合成剖面（預鑄與場鑄之合成之T型剖面）。

通常，頂部混凝土與平板係利用場鑄混凝土一體地形成，樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區）之上部由於被周圍之平板所包圍而視作剛性區域，不會受到因地震負載所引起之影響。因此，本發明中，所謂樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區），不包含頂部混凝土20，意指圖2之陰影線部分。 又，預應力σ（σ×、σy、σz）係考慮到PC鋼腱之張緊導入力、以及藉由PC鋼腱之圖心偏心於構件剖面來配設所引起之影響而合成。 即，預應力σ（σx、σy、σz）之推算值係考慮到P/A、以及由P・e所引起之影響而合成。 此處，P：由PC鋼腱所引起之有效張緊導入力 A：上述構件剖面積（不包括頂部混凝土） e：PC鋼腱之圖心相對於構件剖面中立軸之偏心距離。 因此，導入至剖面之預應力於無偏心之情形時成為均勻分佈，於有偏心之情形時不成為均勻分佈，但均為本發明之適用範圍。

又，本說明書中，所謂PC柱1、PC樑2，意指對構件全長賦予預應力者，預應力之賦予包括利用1次PC鋼腱（於工廠進行張緊作業者）、以及2次PC鋼腱（於現場進行張緊作業者）者。 1次PC鋼腱雖省略圖示，但係於工廠進行張緊作業者，因此可為先拉法方式或者後拉法方式中之任一方式，但2次PC鋼腱之張緊作業由於在現場實施，故而以後拉法方式來進行。 此外，於使用PC索來作為2次PC鋼腱之情形時，亦稱為2次索。

圖3係圖1所示之預鑄製PC柱1與PC樑2交叉而形成之樑柱接合部10之側面詳細圖。PC樑2之樑端7利用由柱構件1與PC鋼腱亦即PC索31所帶來之張緊力，進行PC壓接接合而一體化，因此，於該例中，樑端7成為樑柱PC壓接接合部（面）。 關於柱1，柱端6成為不同之兩處，一處於頂部混凝土20之上端，利用PC鋼腱亦即PC鋼棒3將柱彼此藉由PC壓接接合而一體化，成為PC壓接接合部（面）。另一個柱端6係位於樑2之下端之樑柱接合部10與PC柱1邊界之剖面。 本發明中，所謂樑端7、或者柱端6之構件剖面，係設想為與構件本體進行樑柱接合之PC壓接接合部（面）之剖面、以及構件本體之連續體與樑柱接合部10之邊界之剖面之2個剖面，兩者均對於長期設計負載不會於樑端7或者柱端6之構件剖面中產生拉伸應力度，即設為全預應力之應力狀態。

利用圖4之樑柱接合部10之鋼腱之（1）配設狀態之立體圖、以及（2）樑柱接合部10之3軸壓縮應力之作用狀態圖，來表示本發明中之經導入預應力之3軸壓縮樑柱接合部10之預應力導入狀態之意象。 如圖4所示，為了形成3軸壓縮樑柱接合部來適當地消除傾斜拉伸力，當然需要對樑柱接合部10向3軸方向導入預應力（σx、σy、σz），但為了導入，必然會對導入至周圍之柱端及樑端之構件剖面的預應力造成影響，因此為了滿足兩者之結構性能要求，適當地決定導入預應力（σx、σy、σz）之大小非常重要，藉此形成包括樑柱接合部10在內，利用PC柱1及PC樑2來獲得所需之抗震性能的PC構造物。

其次，基於圖5之樑柱接合部10之應力與裂紋發生之關係狀態圖，對本發明之作用效果進行詳細說明。 圖5（1）中示出於地震負載自右方作用於建築物時之情形時之習知的RC結構樑柱接頭腹板區受到地震負載之狀態。此外，於地震負載自左方作用於建築物時之情形時，雖圖示省略，但應力或變形、裂紋等與圖5（1）所示者相反。

於習知之RC結構樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區）中，於大地震時在XZ方向上，因地震負載所引起之輸入剪切力（圖示省略）作用於結構骨架，且因該輸入剪切力而於樑端與柱端分別產生彎曲力矩Mx、Mz。作為軸力之持續性鉛直負載（N）作用於柱1，但其大小根據樓層而變動，並非單一值。另一方面，通常軸力不作用於樑。由於無法抑制因地震負載所引起之彎曲力矩，因此如圖5（1）所示，於樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）之鉛直方向上，於上下端之柱1上產生相對之偏移，於水平方向上左右側之樑端分別旋轉變形，因該變形而樑柱接合部10成為菱形，圖示雖省略，但因作用於柱端及樑端之彎曲力矩M_x 、M_z 而於構件剖面之單側產生拉伸應力，且於相反側產生壓縮應力。該等拉伸應力於樑柱接合部之對角線上以及角落部產生合成之傾斜拉伸力（T及Tc），且於對角線上產生傾斜裂紋（有對角傾斜裂紋4與角落傾斜裂紋41此2種），遲早會成為脆性之剪切破壞，骨架整體達到致命之崩塌的危險性極高。 此外，存在產生對角傾斜裂紋4及角落傾斜裂紋41中之任一者之情況、以及同時產生之情況。本發明中所謂之於對角線上之傾斜裂紋之產生，係包括兩者。

與此相對，圖5（2）中示出本發明之導入預應力而樑柱接合部10被3軸壓縮之狀態。此外，圖示雖僅為X-Z（2軸），但關於Y-Z（2軸），雖未圖示，但相同。 如圖5（2）所示，雖然因地震負載會以與習知相同之方式，於樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區）產生傾斜拉伸力（對角線上之拉伸力T及角落部之拉伸力Tc），但藉由導入至樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）周圍之預應力σ（圖示中為σx及σz），樑柱接合部10自周圍被強力地抑制，不會如習知般變形。

而且，根據本發明中新提出之條件（2）之「不容許傾斜裂紋之發生，藉由因地震負載所引起之輸入剪切力而產生之傾斜拉伸應力度達到混凝土容許拉伸應力度以下」之要件，為了於對角線上形成合成壓縮力Cp，並且於角落部形成合成壓縮力Cc而導入所需之預應力σ（σx、σy、σz），故而消除拉伸力T及Tc全部或者一部分，因此不會產生傾斜裂紋。而且，為了與條件（1）之「於形成樑柱接合部之樑端與柱端之構件剖面中，對於長期設計負載不會產生拉伸應力度」一併，同時滿足兩者，而藉由分別決定σ（σx、σy、σz）之值，來分別導入有效且合理之預應力σ（σx、σy、σz）。

又，即便於對角線上產生之拉伸力T之一部分由合成壓縮力Cp來消除，一部分殘留之情形時，為了使因該合成壓縮力而於混凝土之剖面產生之拉伸應力度（每單位面積之拉伸力）達到用於構築樑柱接合部10之混凝土之容許拉伸應力度以下，亦以根據條件（2）來導入所需之預應力之方式來配置PC鋼腱，進行張緊固定，藉此，不會產生混凝土傾斜裂紋。

舉具體例來進行說明，若用於構築樑柱接合部10之混凝土設計基準強度設為Fc＝60 N/mm² ，則混凝土之容許拉伸應力度ft＝1/30 Fc＝2 N/mm² ，如上所述於拉伸力T殘留一部分之情形時，為了使由該拉伸力所引起之拉伸應力度達到混凝土之容許拉伸應力度以下，亦導入所需之預應力。關於角落部產生之拉伸力Tc，亦可藉由以相同之方式來應對，而使混凝土傾斜裂紋不會產生。

於將習知之PC柱1及PC樑2作為預鑄構件來構築之PC結構中，為了將樑構件與柱構件進行全壓接接合來一體化，而於樑端7，將PC鋼材貫穿柱而配置來張緊固定，但該張緊導入力只要為PC壓接接合所需要之PC壓接力即為充分。同樣，為了柱構件1彼此進行PC壓接接合來一體化，而於柱軸方向上配置PC鋼材來導入所需要之預應力，並且導入與剪切力對抗之PC壓接力。

其X-Z方向或者Y-Z方向之預應力之相互關係並未考慮到於樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區）之對角線上形成用以消除傾斜拉伸力T之合成壓縮力Cp，即，於各方向上導入之張緊導入力只要可僅將構件彼此進行全壓接接合即可，因此並不保證藉由張緊導入力而於樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區）之對角線上形成有效之合成壓縮力Cp。關於該方面，對於樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區）之角落部亦同樣未考慮。

本發明中，藉由以同時滿足條件（1）及（2）此兩者之方式來決定預應力，而於樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區）之對角線上形成有效之合成壓縮力Cp以及於角落部產生之壓縮力Cc，確實地防止傾斜裂紋之發生。 此外，雖對於預鑄構件彼此之PC壓接接合部（面），以滿足條件（1）及（2）之方式導入預應力，但對於由長期設計負載及短期地震負載所引起之剪切力，導入所需之PC壓接力（摩擦接合力），這與習知一樣為必需，當然需要另行研究。但，對於由短期地震負載所引起之剪切力，可藉由將顎之剪切耐力列入考慮，而與PC壓接力（摩擦接合力）分擔來負擔。

又，於如圖6所示，使用積層工法來構築PC構造物之情形時，藉由將柱、樑設為預鑄構件，樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）10為場鑄混凝土，且自預鑄製樑構件伸出鋼筋而固定於樑柱接合部10，可將構件彼此接合。又，關於預鑄製柱構件，圖示雖省略，但如專利文獻3之圖5所示，使鋼筋預先自預鑄製柱突出，使該鋼筋貫穿樑柱接合部，利用砂漿填充式鋼筋接頭等而與上層之預鑄柱構件連接亦可。即，樑柱構件雖為PC結構，但樑柱接合部10設為RC結構。

又，習知之積層工法中，亦存在減少鋼筋量而配置PC鋼材來導入張緊力之情形，於該情形時，並不進行全壓接接合，而為半壓接接合，因此與全壓接接合相比，可大幅度減少所需要之PC鋼材，較為經濟實惠。 於該情形時，雖可使導入至樑柱接合部10之預應力大幅度減少，但難以於樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區）形成有效之合成壓縮力（Cp及Cc）。 因此，於利用積層工法之PC結構中，由於樑柱接合部成為RC結構或者PRC結構，故而較通常之PC結構樑柱接合部更容易產生傾斜裂紋，導入預應力以強化之必要性較全壓接接合而言進一步提高。

因此，除了於習知之樑柱接合部上於3軸方向（X、Y、Z）上配置PC鋼材以外，還可藉由滿足以下方面來適當地導入預應力，即，除了滿足（1）於形成樑柱接合部之樑端與柱端之構件剖面中，對於長期設計負載不產生拉伸應力度的方面以外，還滿足條件（2）於樑柱接合部中，於大規模地震時（極少發生之地震）中不容許傾斜裂紋之發生，且藉由因地震負載所引起之輸入剪切力而產生之傾斜拉伸應力度達到混凝土容許拉伸應力度以下之方面。 進一步地，藉由考慮到作用於柱之軸力來減少鉛直方向之預應力σz，而決定預應力σx、σy、σz之值之適用範圍，從而對PC結構賦予與通常使用之混凝土設計基準強度相符之預應力，不會過小・過大，且可於樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）形成有效之合成壓縮力（Cp及Cc）。

圖7係圖6所示之積層工法中之樑柱接合部，且係柱1、樑2之構件為預鑄構件，且樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）10為場鑄混凝土，PC柱1與PC樑2交叉而形成之樑柱接合部10之側面詳細圖。 PC樑2之樑端7在與樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）10之接合時，使用PC鋼腱即PC索31、下端鋼筋5、及上端鋼筋5來共同負擔，藉由所謂之半壓接接合而一體化。 柱1之柱端6成為不同之兩處。亦存在如下情形：一處於頂部混凝土20之上端，除了使用PC鋼腱之PC鋼棒3以外，還連結鋼筋（未圖示），而將柱1與樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）10進行半壓接接合而一體化。另一處為位於樑2之下端之樑柱接合部10與PC柱1接合之剖面。於該情形時，顎不包括於柱端6之構件剖面中。

對圖6所示之積層工法之構築方法進行說明。 首先，將預鑄製PC柱1自基礎（圖示省略）上立設，插入作為PC鋼腱之PC鋼棒3並張緊固定。其次，於設置於PC柱1上之顎11上架設預鑄製PC樑2，利用鋼筋接頭將自樑端伸出之下端鋼筋5彼此連接。但，不使用鋼筋接頭，而是設為搭接接頭亦可。接著，實施樑柱接合部10（樑柱接頭腹板區）內之配線、配筋，澆鑄具有與PC樑2同等以上之壓縮強度之場鑄混凝土至預鑄製PC樑2之上端為止並使其硬化。硬化後，將配置於PC樑2上之作為PC鋼腱之PC索31張緊固定而於水平2方向（X、Y）導入預應力。 然後，於預鑄製PC樑2之上端配置上端鋼筋5，將頂部混凝土20與平板一併澆鑄。亦即，通常而言，由於PC樑2與平板之混凝土強度不同，PC樑2之強度高，相對而言平板之強度低，故而樑柱接合部20（樑柱接頭腹板區）之場鑄混凝土分成2次來打接。

於頂部混凝土之硬化後，於樑柱接合部10之上進一步設置預鑄製PC柱1，利用續接器來連接作為PC鋼腱之PC鋼棒3，張緊固定而於鉛直方向（Z方向）上導入預應力。於PC柱1上伸出鋼筋之情形時，於澆鑄混凝土前使其預先貫穿樑柱接合部，混凝土硬化後，利用砂漿填充式鋼筋接頭與上層之柱構件連接而連結。

是以，於以上述所說明之方式利用積層工法來構築之樑柱接合部（樑柱接頭腹板區）10中，與利用圖1所示之牆預鑄構件來形成之實施例之情形同樣地，關於樑端之構件剖面積，樑之剖面中不包含頂部混凝土，因此可應用條件（1）及（2）。 又，雖省略圖示，但PC柱、PC樑及樑柱接合部全部利用場鑄混凝土來構築，即便為利用所謂之場鑄預應力混凝土結構之PC構造物，本發明之樑柱接合部的預應力導入方法亦能同樣應用。但，於該情形時，樑端之構件剖面積設為將PC鋼腱張緊固定而導入預應力時所存在之剖面積。例如，於張緊固定時，於樑之上端尚未澆鑄平板之情形時，樑剖面積為不包含平板之面積。於形成樑與平板後進行張緊固定之情形時，樑剖面積包含平板。

又，較佳為將至少5層作為一區，而將導入至PC柱1之預應力設為同一值。關於該方面，以下進行詳細說明。 作用於各層之柱之軸力並不一致，各不相同，理想上根據該軸力而求出所導入之預應力，以使將軸力與預應力合計而成者成為相同，但如此一來，於施工方面，張緊管理變得非常繁瑣，因此相對於樑，將柱之比例調整為容許範圍內（σz＝0.3～9.0），將5層作為一區而設為同一值，這於設計方面及施工方面，就效率方面而言較佳，可實現施工期間及成本之降低。

具體而言，例如於建有10層之PC結構建築物中，於第1～5層之柱上配置複數根PC鋼棒，於其以上之第6～10層之柱上軸力減少，因此根據減少的程度來追加配置PC鋼棒而加以彌補。作用於各層之柱之軸力與預應力之合計可容易地限制於容許範圍內（σz＝0.3～9.0），設計、施工均可簡單地實施，因此實用。 又，即便為於樑柱接合部產生之傾斜拉伸力之一部分殘留之情形，關於拉伸應力度設為混凝土之容許拉伸應力度以下，於重視建設成本之情形時，考慮到極少發生之大地震於建築物之使用期間僅會發生一次，只要未產生傾斜裂紋，則構造物上不產生損傷，因此亦可減少PC鋼腱來實現成本降低。

關於本發明之預應力導入方法之適當性及有效性，以下示出將實施設計例作為分析模型來進行FEM（Finite Element Method，有限元素法）分析而驗證之結果。 圖-8（1）中示出使用PC索，將預鑄製之PC柱與PC樑進行PC壓接接合而一體化之平面（X-Z）構架。柱剖面為850×850（mm），樑剖面為650×600（mm）。 圖8-1（2）中示出構架之網格劃分狀況及PC張緊力。導入至柱端之構件剖面之預應力σz＝3.1（N/mm² ），導入至樑端之構件剖面之預應力σx＝6.7（N/mm² ）。 圖8-2（1）中示出於樑柱接合部之水平方向（樑方向）上導入之預應力之分佈狀況。其平均值大致為σx＝4.1（N/mm² ）。 圖8-2（2）中示出於樑柱接合部之鉛直方向（柱方向）上導入之預應力之分佈狀況。其平均值大致為σx＝2.3（N/mm² ）。 圖8-3中示出進行強制水平位移之PC構架（左欄）與RC構架（右欄）之對比。強制水平位移以層間變形角計，設為1/400、1/200、1/100共計3種。 如圖8-3所示，於PC結構中，隨著層間變形角增大，樑端之接縫部有開口，柱整體傾斜而變形，但樑柱接合部基本上未變形。另一方面，於RC結構中表示，隨著柱本體之變形，樑柱接合部亦大幅度變形。 圖8-4（1）中，於水平方向（樑方向）上，於PC與RC之各自之樑柱接合部示出拉伸應力產生區域。顏色深之部分為拉伸應力所產生之部分。 PC結構中，基本上未產生，與此相對，RC結構中，拉伸應力於樑柱接合部之對角線上廣泛且顯著地產生。 圖8-4（2）於鉛直方向（柱方向）上示出PC與RC之各自之樑柱接合部中之拉伸應力發生區域，表現出與圖8-4（1）相同之傾向。

又，於樑柱接合部中，圖8-5（1）中表示於強制水平位移時水平方向上產生之拉伸應力度之詳細分佈，圖8-5（2）中表示於鉛直方向上產生之拉伸應力度之詳細分佈。 根據圖8-5（1）及圖8-5（2）可理解到，RC結構中，確認拉伸應力度廣泛產生，將其等合成之拉伸力使傾斜裂紋產生。 根據以上之FEM分析結果，PC結構中，確認局部地稍微產生集中拉伸應力，但其值為混凝土之容許拉伸應力度以下，並不對構造物造成影響。 根據以上之分析結果，確認本發明之預應力導入方法適當且有效。

1:PC柱（柱） 10:樑柱接合部（樑柱接頭腹板區） 11:顎 2:PC樑（樑） 20:頂部混凝土 3:PC鋼棒 31:PC索 4:對角傾斜裂紋 41:角落傾斜裂紋 5:鋼筋 6:柱端 7:樑端 T:拉伸力（對角線上之拉伸力） Tc:拉伸力（角落部之拉伸力） Cp:合成壓縮力（對角線上形成之合成壓縮力） Cc:角落合成壓縮力（角落部形成之合成壓縮力） Mx、Mz:彎曲力矩 σ、σx、σy、σz:預應力

[圖1]係包括僅由本發明之預鑄製PC構件所形成之樑柱接合部的建築物之中間層一部分之（1）俯視圖及（2）側視圖。 [圖2]係用以對本發明之樑柱接合部成為3軸壓縮狀態進行說明之（1）俯視圖、（2）側視圖及（3）樑剖面圖。 [圖3]係圖1所示之樑柱接合部之側面詳細圖。 [圖4]係樑柱接合部之鋼腱之（1）配設狀態立體圖、（2）樑柱接合部之3軸壓縮應力之方向之說明圖。 [圖5]係樑柱接合部中之應力與裂紋發生之關係狀態說明圖。 [圖6]係將樑柱接合部作為場鑄混凝土來構築之半壓接PC結構之（1）俯視圖、（2）側視圖及（3）樑剖面圖。 [圖7]係圖6所示之樑柱接合部之側面詳細圖。 [圖8-1]係用以進行FEM分析之分析模型之結構圖以及構架之網格劃分圖及PC張緊力。 [圖8-2]係向樑柱接合部之水平方向（樑方向）及柱方向導入之預應力之分佈圖。 [圖8-3]係進行強制水平位移之PC構架與RC構架之比較圖。 [圖8-4]係於PC與RC之各自之樑柱接合部產生之拉伸應力發生區域圖。 [圖8-5]係於PC與RC之各自之樑柱接合部產生之拉伸應力發生區域圖。

1:PC柱

10:樑柱接合部(樑柱接頭腹板區)

2:PC樑

20:頂部混凝土

3:PC鋼棒

31:PC索

6:柱端

7:樑端

σx、σy、σz:預應力

Claims (2)

1. 一種預應力導入方法，於利用PC柱及PC樑且以複數層來形成之建築物結構之樑柱接合部，將配置於平面2方向（X、Y軸）之PC樑、及鉛直方向（Z軸）之PC柱上之PC索貫穿樑柱接合部而張緊固定，賦予張緊導入力，對各軸方向之構件端部剖面導入預應力，並且對樑柱接合部導入預應力而設為3軸壓縮狀態，因此以滿足以下之條件（1）及（2）中之任一者之方式，來分別決定於各軸方向上導入之預應力σx、σy、σz： （1）於與樑柱接合部接觸之樑端與柱端之構件剖面中，對於長期設計負載不會產生拉伸應力度； （2）於樑柱接合部中，於大規模地震時（極少發生之地震），不容許傾斜裂紋之發生，且使藉由因地震負載所引起之輸入剪切力而產生之傾斜拉伸應力度成為混凝土容許拉伸應力度以下； 此外，σx、σy、σz係於各軸（X、Y、Z軸）上導入之預應力。
2. 如請求項1之預應力導入方法，其中 σx、σy、σz之值設為以下所示之範圍內： 2.0≦σx≦10.0 N/mm² 2.0≦σy≦10.0 N/mm² 0.6≦σz≦9.0 N/mm² 。

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