WO2004083533A1

WO2004083533A1 - 形鋼及び該形鋼を用いた壁体

Info

Publication number: WO2004083533A1
Application number: PCT/JP2004/003581
Authority: WO
Inventors: Kunihiko Onda; Yuichi Tatsumi; Yasushi Wakiya; Akira Yamaguchi; Takeshi Ishizawa; Atsushi Takeda; Mitsuo Higashino; Jyunichi Hirao; Toshinobu Kawakami
Original assignee: Jfe Steel Corporation; Obayashi Corporation
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2004-09-30
Also published as: CN100439606C; TW200500537A; JP2005098059A; EP1605102A4; US20060248840A1; KR20050109991A; KR100752618B1; CN1745219A; TWI271465B; JP4278149B2; EP1605102A1

Abstract

本発明の目的は、コンクリートとの付着力に優れた形鋼を得ること、及び壁厚みを薄くすることができる壁体を得ることである。内面側に複数の突起を有するＨ形鋼であって、前記突起が形成されたＨ形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅ｂ2、突起高さｈ、突起ピッチＰが、Ｐ／ｈ≦１０、かつ、Ｐ／ｂ2≧4を満たすようにする。また、前記Ｈ形鋼を構造部材として使用した壁体であって、前記Ｈ形鋼がフランジ外面を壁面に向けて壁体長手方向に複数立設されてなるものである。

Description

明細書

形鋼及ぴ該形鋼を用いた壁体

技術分野

本発明は、土木、建築分野に適用できる形鋼及ぴ該形鋼を用いた壁体に関する。背景技術

鋼'コンクリート合成構造として、例えば H形鋼の表面に突起を設け、該 H形鋼の周囲にコンクリートを付着させるものがある。このような、突起付の H形鋼としては、フランジ内面に突起を設けたものが知られている (例えば、特公平 1-55042 号公報）。

他方、形鋼を芯材として用いた壁体としては、例えば図 2 7に示すように、 H形鋼 1 0 1を用いた S R C壁体がある。この、図 2 7に示す壁体は、コンクリート 1 0 3の両側に壁体に対して横方向に敷設された横鉄筋 1 0 4と、横鉄筋 1 0 4に交. 叉させて壁体に対して縦方向に敷設された主鉄筋 1 0 5とを有し、壁体の中央部に H形鋼 1 0 1を配置したものである。

この壁体においては、コンクリート 1 0 3と横鉄筋 1 0 4及ぴ主鉄筋 1 0 5が一体となって鋼'コンクリート構造を構成しているが、 H形鋼 1 0 1とコンクリート 1 0 3との付着はとられておらず H形鋼 1 0 1とコンクリート 1 0 3との一体ィ匕は図られていない。発明の開示

上記特許文献 1においては、コンクリートとの結合カを增加させるためには H形鋼の内面に突起を設けることが望ましいとの記载があるのみで、どのような突起をどのような配置で設けることがコンクリートとの付着力を高めるために望ましいかについては何らの開示もない。実際、形鋼内面に突起を設けたとしても突起の大きさや配置によっては十分な付着力を得られないことが発明者の研究により分かっている。

そこで、本発明の第 1の目的は、突起の大きさや配置を特定することによりコンクリートとの付着力に優れた形鋼を得ることを目的としている。また、図 2 7に示した壁体では、横鉄筋 1 0 4及ぴ主鉄筋 1 0 5とコンクリート 1 0 3との間で鋼 ·コンクリート合成構造を構成しており、横鉄筋 1 0 4及ぴ主鉄筋 1 0 5の周囲に一定量のコンクリート 1 0 3を配置することを要する。そのため、図 2 7において示す B 1 0の距離が一定量必要となり、その結果、壁体の厚み A 1 0が大きくなるという問題がある。

近年、土木、建築分野においては、有効利用できる面積を広くするため、地下壁や建物の構造壁の壁厚みを薄くすることが指向されている力 S、図 2 7に示すような壁体では、壁体の耐カを維持しつつ、壁厚みを薄くすることが困難である。

そこで、本発明の第 2の目的は壁厚みを薄くすることができる壁体を得ることを目的としている。

( 1 ) 形鋼との付着力を增すために、本発明に係る形鋼は、.内面側に複数の突起を有する形鋼であつて、前記突起が形成された形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅 b₂、突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とするものである。 Ρ/1ι≤1 0、かつ、

以下、上式の根拠について説明する。まず、 PZh≤ 1 0とした根拠について説明し、次に P/ b ₂≥4として根拠を説明する。

(ァ） PZh ^ l 0とした根拠

図 1 8 ( a ) と図 1 8 ( b ) は突起が形成された形鋼面に垂直な突起断面の一例を示しており、図 1 8 ( a ) は台形断面の突起を示し、図 1 8 (b ) は矩形断面の突起を示している。

鋼'コンクリート構造において、高耐カ ·高剛性化を実現するため必要不可欠なことは、両者を一体化させ、鋼とコンクリートで作用外力をパランスよく負担する構造を得ることである。鋼'コンクリートの一体化とは、鋼とコンクリートの間で応力のやりとりができる構造であり、そのためには、鋼とコンクリート間において十分な付着力（性能）を有することが必要となる。

上述した突起付き形鋼とコンクリ一トとの付着力は、形鋼内面に形成した突起とコンクリートとの嚙み込みによって生み出され、コンクリートの支圧破壊ていもしくはせん断破壌て ₂に依存する。ここで、支圧破壊て iとは、突起前面のコンクリートの支圧破壤により定まるせん断強度であり、 τ ₂とは突起とコンクリート境界面でのせん断破壊により定まるせん断強度である。そして、支圧破壊て i及びせん断破壊て ₂を一般モデル式で表すと、下式のとおりとなる。

_ /ix Lx a_c _ h a_c ,】〉

— PxL ― P

P：突起ピッチ

h：突起高さ

L：突起長さ（突起付け根から突起先 Sまでの距離）

σ ：コンクリー卜の一 ¾圧縮強度

r _e：コンクリー卜のせん断強度前述のように、付着力は τい τ ₂に依存するが、ていて ₂のうち、値の小さい方が鋼材とコンクリート間の付着強度に対するポトルネックとなるので、これが ϋ · コンクリート間の付着応力度 _{T max}となる。したがって、付着強度を増すための条件を検討するためには付着応力度 τ_∞χを求める必要がある。

付着応力度てを求めるためには、、て ₂を比較する必要があり、そのため下記の仮定をおこなう。

(仮定 1)

建設材料として通常用いられるコンクリートの一軸圧縮強度び _cとせん断強度て。の関係として、下式を仮定する（設計基準等にも近似）。

て _c=0, I X σ ( 3 )

上記仮定をもとにていて ₂と P/hの関係を示すと、図 1 9のようになる。両破壊形式のうち小さい方の値が鋼' コンクリート間の付着応力度てとなるが、上記のグラフからおよそ P / h = 1 0を境に、それ以下の領域ではコンクリート破壌がせん断破壊形式（て ₂

依存) となり、 τ雌に大きな変化がないのに対し、それ以上になるとコンクリート破壊が支圧破壊形式（_{T l}依存）となり、ての低下が顕著となる。したがって、 ' 付着力を大きく確保するためには、コンクリート破壊がせん断破壊形式の領域になるようにするのが望ましい。

そこで、コンクリートの一軸圧縮強度び。とせん断強度て _cの関係のばらつきも考慮した上で、安定した付着応力度 _τ∞が得られる突起ピッチとして下式を満たすことを条件とした。 P/h≤l 0 (4)

(ィ） P, 4の根拠

ま岡 'コンクリート間のせん断破壊は、主として、コンクリートと突起上辺 b ₂との境界線上 (図 20参照)で発生する。一般的に、前記境界線上にあるコンクリートの占める割合が大きい程 (即ち、上辺 b₂が占める割合が小さい程)、せん断強度は上昇する。

突起ピッチ Pと突起上辺幅 b₂との比が、鋼'コンクリート間のせん断強度て ₂ に及ぼす影響は次式で評価できる。

て ₂- (P— b₂) /P - て c (5)

て c：コンクリートのせん断強度

( 5 ) 式は突起上辺幅 b ₂分のコンクリートせん断破壊面長さ損失による強度低下を考慮したせん断強度 τ₂を表現したものであり、コンクリートせん断強度て c に、せん断破壊面長さ損失率（P—b₂) /Pを乗じたものがて ₂と表せる。

(5) 式における T C を左辺に移行すると、て ₂/て c= (P-b₂) /? となる力この関係をグラフ化したものが図 21となる。図 21より P/b₂が 4未満の領域で、せん断強度 τ ₂は急激に低下することがわかる。

また、て ₂/て cの増分変化率（一階微分）と P/b₂の関係を図 22に示す。図 22より P/b₂が 4以上の領域で、増分変化率はサチユレ一トすることがわかる。以上のことから安定した付着応力度を維持するための突起ピッチ Pと突起上辺幅 b ₂との関係は下式を満たす必要がある。

P/b₂≥4 -―- (6)

(2) 本発明に係る形鋼は、内面側に複数の突起を有するものであって、前記突起が形成された形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅 b₂、突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とするものである。 2mm^h≤50mm、力つ、 4 b₂≤P≤ 10 h

突起高さ hを上記範囲にしたのは以下の理由による。

高さが 2mmよりも小さいと、地下壁体のように水中コンクリート打設を行う場合、突起へのスライムと呼ばれる不純物の付着や突起の腐食等により、コンクリートとの確実な付着の確保が困難になるため、 2 mmを下限とした。 —方、突起高さが 50mmを超えるとトレミー管揷入時あるいは引き上げ時の障害になる恐れが高まるため、 5 O mmを上限とした。

ただし、圧延製造する場合には、突起高さの上限は 5 mmとすることが好ましい _t 圧延で 5 mm以上の突起高さを形成するためには、過大な圧延荷重が必要となり、経済的ではない為である。また、突起を棒鋼、角材等の溶接等により取り付ける湯合は、突起高さは 9 mmを下限とすることが好ましい。突起高さが 9 mmより小さい場合、溶接取付作業が煩雑でかつ取付数量が多くなるため現実的ではないためでる。

なお、突起ピッチ Pの範囲を規定する 4 b₂≤P≤ 10 hは、これを 2つの式に分解して整理すると、 PZh≤10、かつ、 P/b₂≥4となる。そして、この関係に規定した根拠は上記 (1) で説明した通りである。

(3) 本発明に係る形鋼は、内面側に複数の突起を有するものであって、前記突起が形成された形鋼面に垂直な断面における該突起の下辺幅 b 突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とするものである。 2mrn≤h≤50mm、かつ、 4 b P 10 h

上記の関係において、 4 b^Pとした理由は以下の通りである。突起の強度を考慮すると突起の上辺幅 b ₂と突起の下辺幅 b iとの関係は 1≤ bノ b ₂とすることが好ましい。そうすれば、 b /baの下限値は 1となる。そこで、上記 (2) の 4 2≤Pにおける突起の上辺幅 b ₂に代えて突起の下辺幅 b を用いることができ、上記 (2) における突起の上辺幅 b₂を突起の下辺幅 1^に代えたものが、 4

Pである。

なお、突起断面が図 18 (b) に示す矩形の場合には、 1^=1^=13となる。

また、突起は圧延等によって形成することも可能であるが、その場合にはその断面形状等が必ずしも、図 18 (a) 、図 18 (b) に示すような理想的な台形又は矩形となるとは限らない。例えば、図 23に示す突起のように、先端方向に向かつて高さが低くなる湾曲した略三角形となる場合は、場所によつて断面形状が異なるともおる。

このような場合には、代表値を設けて評価し、上記 (1) 〜 (3) に示した本発明の条件式にあてはめればよい。例えば、図 23に示した例では、以下のように代表値を設ければよい（図 24参照）。 (ァ）突起高さ h:突起付け根（ウェブ側）から 1/2L地点における高さの値

(L：突起長さ（突起付け根から突起先端までの距離） )

(ィ）突起幅 bl:突起付け根（ウェブ側）から 1Z2L地点における下辺の値 (ゥ）突起幅 b2:突起付け根（ウェブ側）から 1Z2L地点における上辺の値 (ェ）突起ピッチ P:突起付け根 (ウェブ側) から 1/2L地点における突起（幅方向）中央位置間の距離

なお、突起高さ hを突起付け根 (ウェブ側) から 1ノ 2L地点における下辺の値で評価したのは、この地点においてコンクリートと鋼材の有効支圧面積（突起側面の投影面積）が四角形状の場合と等しくなるからである。

また、突起幅 bl、 b2および突起ピッチ Pについては、突起付け根（ウェブ側）から 1/2L地点においてコンクリートと鋼材の有効コンクリ一トせん断長 (隣接する突起間のコンクリート長さ）が四角形状の場合と等しくなるからである。

(4) 本発明における形鋼は、ウェブ面を互いに対向させて壁体長手方向に複数立設して鋼'コンクリート壁体の構造部材として使用される H型の形鋼であって、フランジ内面側に複数の突起を有すると共に前記突起が形成された H形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅 b ₂、突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とするものである。 P/h 40、かつ、 PZb₂≥4

上記の数値限定のうち PZ b ₂≥4とした根拠は上記 ( 1 ) で説明した通りである。以下においては PZh 40と.した根拠について説明する。

H形鋼の突起による鋼一コンクリート間の付着応力度て_∞χは、コンクリート支圧破壊形式時の強度（てと、コンクリートせん断破壊形式時の強度（て ₂) との比較で、両者のうちの小さい方の値として定義される。てュとて ₂について、一般モデル式で表すと、前述したように下記のようになる。

(コンクリ_トの支圧破壊型）

PxL P

PxLx _c (コンクリ-トのせん断破壊型）

PxL

P：突起ピッチ

h：突起高さ

L:突起長さ（突起付け根から突起先端までの距離）

: コンクリート ©—¾圧縮強度

て G：コンクリートのせん断強度実際にコンクリートにこの突起付 H形鋼を埋め込んで壁体として使用する場合、ウェブ面を対向させて連続的に離散配置される（図 25参照)。

この構造では、隣り合う H形鋼が内部のコンクリートの変形を、ウェブ面とフランジ面で拘束することから、その強度が割増される。よって、現実に使用する鋼。コンクリート間の付着応力度 τ ' 瞧は、上記てて ₂について強度の割増係数

«! ：フランジ間の拘束効果による支圧破壊に対する割増係数

α₂ ：フランジ間の拘束効果によるせん断破壊に対する割增係数

をそれぞれ乗じた値 a！ · τ _x a₂ · て ₂との比較で、両者のうちの小さい方の値として定義される。

壁体のとして H形銷を用いる場合、その割増分を実験結果をもとに算定すると、それぞれ割増係数として、 _αι=10、 α ₂=3程度が導力れる。ここで、 ο^ · ,てい α₂ - て ₂の両者を比較するため前述したて c=0. IX という仮定をおこない、この仮定をもとにズてい α₂Χ τ₂と P/hの関係を示すと図 26の通りになる。

両破壊形式のうち小さい方の値が鋼'コンクリート間の付着応力度 τ となるが、上記のグラフからおよそ P/h=42を境に、それ以下の領域ではコンクリ^" ト破壌がせん断破壊形式（τ₂依存）となり、て，に大きな変化がないのに対し、それ以上になるとコンクリート破壌が支圧破壌形式（τ〖依存）となり、て，雌の低下が顕著となる。したがって、付着力を大きく確保するためには、コンクリート破壊がせん断破壊形式の領域になるように突起ピッチを決めるのが望ましい。

この関係から、コンクリートの一軸圧縮強度とせん断強度 T Cの関係のばらつきも考慮した上で、安定した付着応力度 τ， _fflaxが得られる突起ピッチの形状として、 P/h≤40とした。

(5) 本発明に係る形鋼は、ウェブ面を互いに対向させて壁体長手方向に複数立設して鋼'コンクリート壁体の構造部材として使用される H型の形鋼であって、フランジ内面側に複数の突起を有すると共に前霄己突起が形成された H形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅 b₂、突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とするものである。 2mm≤h≤ 50mm、かつ、 4 b₂≤P≤401i

突起高さ hを 2 mm≤h≤ 5 Ommとした理由は上記 (2) で述べたとおりである。また、突起ピッチ Pについて規定する 4 b₂≤P≤40 hは、これを 2つの式に分解して整理すると、 PZh≤40、かつ、 P/b₂≥4となる。そして、 PZ h≤ 40の根拠については上記（4) で述べた通りであり、 PZb₂≥4については上記 (1) で述べた通りである。

(6) 本発明に係る形鋼は、ウェブ面を互いに対向させて壁体長手方向に複数立設して鋼 ·コンクリート壁体の構造部材として使用される H型の形鋼であって、フランジ内面側に複数の突起を有すると共に前記突起が形成された H形鋼面に垂直な靳面における該突起の下辺幅 b 突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とするものである。 2mm≤h≤ 50mm、力つ、 4 b!≤P≤40h

突起高さ hを 2mm^h≤50mmとした理由は上記（2) で述べたとおりである。また、

Ohは上記 (5) における突起の上辺幅 b₂を下辺幅に代えたものであり、この代替の根拠は上記 (3) で述べた通りである。

(7) 本発明に係る形鋼は、上記 (1) 〜（6) に記載の形鋼において、付着力強化手段をウェブ面に設けたことを特徴とするものである。

このウェブ面に設ける付着力強化手段としては、突起であってもよいし、あるいは凹部のようなものでもよい。突起の場合には、上記 (1) 〜（6) に示した条件を満たすものであってもよいし、あるいは満たさないものであってもよい。いずれにしても、付着力強化手段ウェブ面に付着力強化手段を設けることで、上記 (1) 〜（6) で設けた突起と相まって付着力を向上させることができる。

(8) 本発明に係る形鋼は、上記 (1) 〜（7) に記載の形鋼において、突起の下辺幅を b としたときに、 h≤ b iであることを特徴とするものである。

h≤ b丄としたのは、突起幅下辺 b iが狭すぎると突起部に変形が生じてコンクリートのずれ止め効果が低減する恐れがあるので、少なくとも突起高さ h以上としたものである。

なお、上記の説明は突起幅下辺 ^についてである力突起幅上辺めについてもこれが広すぎるとコンクリートとのせん断面積を減少（せん断応力減少）させる要因になるので、一定の制限が必要となる。し力し、この点については、上記 (2) で既にせん断応力 τ ₂の低下を防止するための制限式として 4b₂≤Ρを設けているので、新たに加える必要はない。

(9) 本発明に係る形鋼は、上記 (1) 〜 (8) に記載の形鋼において、突起がフランジ内面及びゥヱプ面に設けられると共に、これら両方に設けた突起が一体化されていることを特徴とするものである。 (10) 本発明に係る壁体は、上記（1) 〜（9) のいずれかに記載の形鋼を構造部材として使用した壁体であって、前記形鋼がフランジ外面を壁面に向けて壁体長手方向に複数立設されてなることを特徴とするものである。

(1 1) また、上記（10) のものにおいて、瞵接する形鋼同士が連結部材により連結されていることを特徴とするものである。

(12) また、上記 (10) のものにおいて、形鋼のフランジ外面に接触して壁体高さ方向複数箇所に横鉄筋を配設したことを特徴とするものである。

(13) また、上記 (12) のものにおいて、隣接する形鋼のフランジ間であって横鉄筋の内側に該横鉄筋に接触すると共に十字状に交叉するように主鉄筋を配設したことを特徴とするものである。

(14) また、上記 (12) 又は (13) のものにおいて、横鉄筋を形鋼のフランジ外面に固着したことを特徴とするものである。図面の簡単な説明

図 1 (a) 、図 1 (b) は、本発明の実施の形態 1に係る突起付き H形鋼 1の説明図であり、図 1 (a) は概略平面図、図 1 (b) は X— X部分断面図である。図 2 (a) 、図 2 (b) は、本発明の実施の形態 2に係る突起付き H形鋼 11の説明図であり、図 2 (a) は概略平面図、図 2 (b) は Y— Y部分断面図である。 '図 3は、本発明の実施の形態 3に係る突起付き H形鋼 21の概略平面図である。図 4 (a) 、図 4 (b) 、図 4 (c) は、本発明の実施の形態 4に係る壁体を説明する説明図である。

図 5は、本発明の実施の形態 4の効果を m明する説明図である。

図 6 (a) 、図 6 (b) は、本発明に係る壁体の構築方法の一例を示す模式図である。

図 7 (a) 、図 7 (b) は、実施例における突起付き H形鋼の付着力測定実験を説明する説明図であり、図 7 (a) は側面図、図 7 (b) は正面図である。

図 8は、実施例 1における突起付き H形鋼の効果を示すグラフである。

図 9は、実施例 2における突起ピッチの影響を説明するダラフである。

図 10は、実施例 2における突起高さの影轡を説明するグラフである。

図 11 (a) 、図 11 (b) は、実施例 2における突起の向きの説明図である。図 12は、実施例 2における突起の向きの影響を説明するダラフである。

図 13は、実施例 2における突起の形状の説明図である。

図 14 (a) 、図 14 (b) 、図 14 (c) は、実施例 3における模擬壁体構造を示す図であり、図 14 (a) は正面図、図 14 (b) は側面図、図 14 (c) は Z —Z断面図である。

図 15は、実施例 3における模擬壁体における突起付き H形鋼の効果を示すグラフ C*め o₀

図 16は、実施例 4の試験体装置の説明図である。

図 17は、実施例 4の効果を説明するダラフである。

図 18 (a) 、図 18 (b) は、本発明に係る突起の断面形状の説明図である。図 19は、本発明の数値限定の根拠を説明するための説明図である。

図 20は、せん断破壊を説明する説明図である。

図 21は、本発明の数値限定の根拠を |¾明するための説明図である。

図 22は、本発明の数値限定の根拠を説明するための説明図である。

図 23は、本発明の突起形状の説明図である。

図 24は、本発明の突起形状及び配置を説明する説明図である。

図 25は、本発明に係る壁体構造の説明図である。

図 26は、本発明の数値限定の根拠を説明するための説明図である。

図 27は、従来の SRC壁体の構造を示す横断面図である。

図中の符号の意味は下記のとおりである。

1、 11、 21 突起付き H形鋼

2 突起部材

3、 31、 32 コンクリート（固化処理土）

4 横鉄筋

5 主鉄筋

h、 hl、 h2 突起高さ

b 矩形断面突起の突起幅

bl 突起断面における下辺突起幅

b2 突起断面における上辺突起幅

L、 U、 L2、 L3 突起長さ：突起付け根から突起先端までの距離 P 突起ピッチ

Al、 A2、 A3、 A10 壁厚み

B l、 B 2、 B3、 B I O フランジ外面から壁面までの間隔

H ウェブ高さ

Wf フランジ幅発明を実施するための最良の形態

実施の形態 1

図 1 (a) 、図 1 (b) は、本発明の実施の形態 1に係る突起付き H形鋼 1の説明図である。図 1 (a) は概略平面図、図 1 (b) は X— X部分断面図である。実施の形態 1に係る突起付き H形鋼 1は、図 1 (a) 、図 1 (b) に示すようにフランジ内面の 4面に断面矩形状の突起 2が突起長手方向をフランジ幅 Wf 方向として、 H形鋼長手方向複数箇所に形成されてなる。フランジ内面の突起 2は、突起高さ hl、突起幅 bおよび突起長さ L1を有し、フランジとウェブとで構成される角部に接触せずに形成されている。

突起の形状及ぴ配置については、コンクリトもしくは固化処理土との間の付着力を増大させるために、突起ピッチ Pが 4 b≤P≤40 hl、突起高さ hiが 2m m≤hl≤50mm, に設定されている。また、突起 2は、突起長手方向をフランジ幅 Wf方向と平行になるように形成されている。

突起 2がフランジ幅方向と平行であれば、左右どちらの向きに生じる付着特性も同様のものとなり強弱の差がなくなり安定した付着性能を得ることができる。一方、突起の向きがフランジ幅方向に対し傾きを持つと、付着の働く向きによってその特性が異なる可能性はあるものの、圧延成形により得られた突起の場合、一方向に傾きを持つ形状であつたが、付着の向きによる特性の違いはごくわずかであった。実施の形態 2

図 2は、本発明の実施の形態 2に係る突起付き H形鋼 11の説明図であり、図 2 (a) は概略平面図、図 2 (b) は X— X部分断面図である。

実施の形態 2に係る突起付き H形鋼 11は、図 2に示すように、フランジ内面の

4面に断面矩形状の突起 2が第 1実施の形態に係る突起 2と同様に形成されていると共に、ウェブ両表面に付着力強化手段としての突起 2Aがそれぞれ突起長手方向をウェブ高さ方向とし、 H形鋼長手方向複数箇所に形成されている。

ゥェプ面の突起 2Aはゥヱブ両表面にそれぞれ形成され、突起高さ h2、突起幅 b ぉょぴ突起長さ L2を有し、フランジ内面の突起 2およびウェブ面の突起 2A共にフランジとウェブとで構成される角部に接触せずに形成されている。なお、ウェブ面に形成する突起 2Aの突起高さ h2、突起幅 bおよび突起長さ L2は、フランジ内面に形成する突起 2に対して独自に決めることができる。

ウェブ面に形成する突起の形状及ぴ配置については、実施の形態 1と同様に、コンクリートもしくは固化処理土との間の付着力を増大させるために、突起ピッチ P が 4b P≤4 0h2、突起高さ h2が 2 mm≤h2≤50mmを満たすように設定されていることが好ましい。

もっとも、フランジ面に形成した突起によって必要とされる付着力の大半が確保できるのであれば、ウェブ面に形成する突起は補助的に付着力を増加させるものと位置づけ、その場合には必ずしも上記の形状 ·配置を満たす必要はない。

実施の形態 3

図 3は、本発明の実施の形態 3に係る突起付き H形鋼 2 1の説明図である。実施の形態 3に係る突起付き H形鋼 2 1は、図 3に示すように、フランジ内面にフランジ内面の 4面に突起高さ hl、突起幅！)、突起長さ L1の突起 2が形成されていると共にウェブ面に突起高さ h2、突起幅 b、突起長さ L3の突起 2Bが形成されている。またフランジ内面の突起 2おょぴゥェプ面の突起 2Bが共にフランジとウェブとで構成される角部に接触して形成され、ウェブ面の突起 2Bは、ウェブ面の中央部に形成されていない。

前記した角部の接触により、さらにコンクリートもしくは固化処理土との間の付着力増大させること（一体化効果）ができる。実施の形態 3に係る突起付き H形ま岡 2 1のウェブ面に形成されている突起 2Bの突起長さ L3は、第 2実施の形態に係る突起付き H形鋼 1 1のウェブ面に形成されている突起 2Aの突起長さ L2より短く設定されている。

なお、突起の形状及ぴ配置、すなわち突起ピッチ P、突起幅 b、突起高さ h iと 2については、実施の形態 1及ぴ 2と同様である。上述した実施の形態 1〜3に係る突起付き H形鋼 1、 1 1、 2 1は、突起 2が突起長手方向をフランジ幅方向と ψ ^にした場合を示したが、本発明に係る突起付き H形鋼としては、突起 2がフランジ幅方向に対して傾斜させて形成されていても一定の付着力を得ることができるのは前述した通りである。

なお、実施の形態 1に示した突起 2をフランジ内面に形成する方法は、圧延で形成してもよいし、角材、丸棒、異形鉄筋、スタッド等の突起部材をそれぞれ用い、所定長さに切断し、フランジ内面に固着することにより形成してもよい。突起 2を突起部材により形成する場合には、容易に固着することができるようにするため突起部材を鋼製とするのが好ましい。突起 2Aおよび 2Bも突起 2と同様にして形成でさる。

実施の形態 4

図 4は本発明の実施の形態 4に係る壁体の説明図であり、壁体を立設した場合の水平断面を示している。

本実施の形態 4に係る壁体は、図 4に示すように、実施の形態 1に示した突起付き H形鋼 1を構造部材として使用した壁体であり、構造部材として突起付き H形鋼 1のみを用いたもの（図 4 ( a ) ) 、突起付き H形鋼 1に加えて横鉄筋 4を構造部材としたもの（図 4 ( b ) ) 、さらに縦鉄筋 5を構造部材として加えたもの（図 4 ( c ) ) を示している。

図 4 ( a ) に示した壁体においては、突起付き H形鋼 1がコンクリートもしくは固化処理土との付着力に優れているので、 H形鋼 1とコンクリートもしくは固化処理土が一体化して、引張力は主として鋼が負担し、圧縮力はコンクリート等が主として負担するという鋼 ·コンクリート構造を構成する。

この結果、 H形鋼とコンクリート間で付着をとらない従来例の場合（図 2 7参照）には、鉄筋 1 0 4、 1 0 5との間で付着をとつて鋼 ·コンクリート構造にする必要があつたが、本実施の形態においては、コンクリート等との付着を取るために鉄筋 1 0 4、 1 0 5を配置したり、これらの周囲に所定の厚み以上のコンクリートを配置したりすることを必要としない。しかも突起がフランジの内面側に形成されているので、フランジ外面には H形鋼 1との付着を取るためのコンクリート等を必要としない。その結果、突起付き H形鋼 1のフランジ外面から壁面までの間隔 B 1を従来例におけるフランジ外面から壁面までの間隔 B 1 0より小さくすることができ、壁厚みを薄くすることができる。

また、構造体自体の耐力が増カ卩しているので、その意眛でも壁厚みを薄くできる。また、本実施の形態の壁体は複数の H形鋼 1をウェブ面を対向させて配置していることから各 H形鋼 1のフランジ間でのコンクリートの拘束効果が壁体幅方向全長に渡って期待でき、より付着力を高めることができる。すなわち、図 5 ( a ) に示すように、 H形鋼 1の隣に何もない場合にはコンク V一トにひぴ割れが発生した場合にはフランジ間で拘束されたコンクリートが図中左右方向に離れてしまい付着力が大きく低減する。これに対して、図 5 ( b ) に示すように、 H形鋼 1が互いにゥェプ面を対向させて配置されていると、各 H形鋼 1のフランジで挟まれたコンクリ一トが離れようとしたときに隣接間相互に拘束しあってこれを防ぐ。このため付着力を維持することができ、壁体の耐カ低下を防止できる。

突起付き H形鋼 1を複数立設した壁体のコンクリートに対する最大付着応力度 τ ' _mx (N/mm² ) は、フランジ間の拘束なしの場合（すなわち突起付き形鋼が —つの場合）に対して 2. 7〜25倍となる。

なお、突起付き H形鋼 1を構造部材として使用した壁体においては、隣接する突起付き H形鋼 1の中心同士の間隔を過度に空けると、耐力おょぴ岡 IJ性が極端に低下し、例えば、地下壁においてはコンクリートのパンチング（脆性破壊の一種）が生じる恐れがあると共に、壁厚を薄ぐする効果が低くなる。そこで、隣接する突起付き H形鋼 1の中心同士の間隔は壁体に加わる力に応じてフランジ幅の 1.0〜2. 5倍の範囲に設定するのが望ましい。

なお、地下壁を構築するには、.隣接する突起付き H形鋼 1間にトレミー管

(一般に直径； 2 0 0〜 2 5 0 mm) と呼ばれるパイプが揷入できるようにする一方、十分な薄壁化を達成するために、突起付き H形鋼 1のウェブ高さが 6 0 0 mm 以上、フランジ幅 Wf が 3 0 0 mm以上、鋼材降伏点が 3 1 5 N/mm²以上のものを使用するのが望ましい。

次に、図 4 ( b ) の壁体構造について説明する。この壁体は、前述したように、突起付き H形鋼 1のフランジ外面に接触させて壁体高さ方向複数箇所に横鉄筋 4を配設したものである。図 4 (b ) に示したものにおいては、壁体に対して作用する横鉄筋 4に直交方向の曲げに対する抵抗力を増すことができる。

なお、図 4 ( b ) の壁体構造においては、横鉄筋 4は補助的な構造部材であり、図 2 7に示したようにコンクリ^ "ト 1 0 3と鉄筋 1 0 4との付着を必須とすると比べて、フランジ外面から壁面までの間隔 B 2を小さくすることができる。

次に、図 4 ( c ) の壁体構造について説明する。この壁体は、前述したように、横鉄筋 4に加えて隣接する突起付き H形鋼 1のフランジ間であって横鉄筋 4の内側に接触すると共に十字状に交叉するように主鉄筋 5を配設したものである。

この壁体においては、壁体に対して作用する主鉄筋 5に直交方向の曲げに対する抵抗力を增すことができる。

また、この壁体においては、主鉄筋 5を横鉄筋 4の内側に配置したので、主鉄筋 5を配置することによってフランジ外面から壁面までの間隔 B 3が大きくなるこどはなく、全体として壁厚を薄くできる。

なお、本実施の形態 4の壁体においては、壁体構築時、隣接する突起付き H形鋼 1同士を連結することにより H形鋼部材の建て &み精度を高めることができる。例えば図 4 ( a ) に示した壁体構造においては、連結部材として例えば平鋼を用い、壁体構築時、平鋼を突起付き H形鋼 1のフランジに溶接で固着することにより、突起付き H形鋼 1に固着された平鋼により隣接する H形鋼 1同士が連結されてなる壁体とすることができる。

また、図 4 ( b ) および（c ) に示した壁体構造.においては、壁体構築時、横鉄筋 4をフランジ面に溶接することにより、鉄骨構造部の隣接する突起付き H形鋼 1 同士が連結されてなる壁体とすることができる。

このような隣接する H形鋼 1同士が連結部材または横鉄筋 4により連結されてなる壁体は、壁体長手方向に不均一な力、例えば地下壁の場合には偏土圧等が作用したとしても、連結部材により横方向へ力を伝搬することができ、隣接する突起付き H形鋼 1のウェブ面と接触し、かつフランジ内面に挾まれたコンクリートの拘束力をより高めることができる。

なお、横鉄筋 4およぴ主鉄筋 5としては、適宜な異形鉄筋を用いればコンクリート等との付着力を増すことができ、より好ましい。なお、上記実施の形態 4においては、実施の形態 1で示した突起付の H形鋼 1を例に挙げて説明したが、実施の形態 2、 3に示した H形鋼 1 1, 21を構造部材として壁体を構築できることはいうまでもない。

そして、実施の形態 2、 3に示した H形鋼 11, 21を構造部材として壁体を構築した湯合には、 H形鋼 11, 21とコンクリート等との付着力が大きいことからより大きな耐カを有する壁体とすることができる。

なお、本発明に係る壁体の構築方法は特に限定されないが、例えば、図 6 (a) 、 (b) に示すようにして地下壁とすることができる。まず、地盤内に土留め壁を構築し、土留め壁に到達するまで地盤内空間側の地盤を掘削して、土砂を除去した後、突起付き H形鋼のフランジ外面を壁面と向かい合わせ、壁体長手方向に間隔を空けて突起付き H形鋼を複数立設して鉄骨構造部を作成する。その後、コンクリート、もしくは固化処理土を型枠内に打設することにより、鉄骨構造部とコンクリート、もしくは固化処理土とを一体化させて壁体を構築する。その後、突起付き H形鋼が構造部材として使用された鉄骨構造部を有する壁体と土留め壁との間を埋め戻し、地下壁とする。

実施例 1

ウェブ高さ Hが 588mm、フランジ幅 Wfが 300 mm、ウェブ厚みが 12m m、フランジ厚みが 20 mmの H形鋼 1、及ぴ固化後の圧縮強度 σ cが 29 (N /mm²) のコンクリート 31を用いて図 7に示すような H形鋼とコンクリート間の付着力を測定する試験体により本発明の効果を検証した。

その際、フランジ内面に突起を形成していない H形鋼（突起なし H形鋼という）を試験体 1に用い、突起 2を設けたものを試験体 2〜4とした。試験体 2〜 4における突起ピッチ P、'突起高さ h、突起幅 b、はそれぞれ以下の通りである。

試験体 2 ： P =50mm、 P/h=17、 b =12.5mm

試験体 3 ： P= 100mm, P/h=33, b =12.5mm

試験体 4 ： P=150mm、 P/h=50、 b =12.5mm

なお、試験体 2、 3および 4に用いた突起付き H形鋼 1の突起 2は、鋼製角材を突起部材として用いて H形鋼に溶接した。また、試験に際しては、鋼製冶具を用いて、側部のコンクリ一ト面を両面から挟み込み拘束した。得られた各試験体に図 7中の矢印で示す方向に荷重を載荷し、その際の相対ずれ量を検出し、横軸に相対ずれ量（mm) 、縦軸に付着応力度 τ (NXmm² ) を取つて図 8に示した。付着応力度 τ (N/mm² ) は、载荷重をコンクリートと接しているフランジ内面

積の総和 S UM ( S UM= (300-12) X 500 X2=288000mm²) で除した値である < 載荷方法は、変位制御により押し抜き単調载荷方式で行つた。

また、上述した各試験体における最大付着応力度て ^, _∞x、各試験体の最大付着応力度 τ， _raxと試験体 1の最大付着応力度て ' の比、最大载荷重、最大载荷重時の相対ずれ量をまとめて表 1に示した。なお、鋼 · コンクリート壁体とした場合の鋼一コンクリート間の相対ずれ量の許容値は、 5mm程度と想定されるので、その範囲にて比較した。表 1

表 1から分かるように、突起を設けた試験体 2 4では突起なしの試験体 1に比ぺて最大付着応力度が格段に大きくなっている。

もっとも、壁体構造として必要な付着強度は 3. ON/腿²であるところ、試験体 2 (突起ピッチ P=50腿）、および試験体 3 (突起ピッチ P= 100腿）では、 3. 0N/mm² を大きく超えていたが、試験体 4 (突起ピッチ P= 150mm) では最大付着応力度は 3. ON/画²未満であった。このことから、壁体構造として必要な付着強度を確保するには、本発明の範囲である P/h≤40かつ P/b≥ 4を満たすことが必要であることが分かる。

つまり、本発明の範囲内の突起を有するフランジ内面突起付き H形鋼 1を用いることにより、高耐力、高剛性を有する壁体とすることができ、より薄壁とすることができる。 . 実施例 2

圧延成形突起（図 1 1 ( a ) 、図 1 1 ( b ) 、図 2 4参照）の付着特性を調べるために、実施例 1と同様の実験を行った。本実施例では本発明例を試験体 5， 9 , 1 0とし、突起ピッチの影響を検証するための比較例を試験体 6、突起高さの影響を検証するための比較例を試験体 7、突起の向きの影響を検証するための本発明例を試験体 8とした。なお、試験に際しては実施例 1と同様に鋼製冶具を用いて、側部のコンクリート面を両面から挟み込み拘束した。表 2

( 1 ) 突起ピッチ Pの影響についての考察

突起ピッチの影響を考察するために、試験体 i、試験体 5およ tm験体 6についての付着応力度 (N/mm²) と相対ズレ量 (mm) の関係を図 9に示す。

図 9から分かるように、相対ずれ量 δ =5ram以内における最大付着応力度は、試験体 5 (突起ピッチ P=50腿）では、壁体構造として必要な付着強度 3. ON/腿²を大きく超えていたが、試験体 6 (突起ピッチ P=150匪）では最大付着応力度は 3. ON/腿²未満であった。このことから、圧延成形突起において、突起ピッチを P/ h≤ 40とすることが、壁体構造として必要な付着強度を得るのに有効であることがわかる。

(2) 突起高さ hの影響についての考察

突起ピッチの影響を考察するために、試験体 1、試験体 5およぴ試験体 7についての付着応力度（NZmm²) と相対ズレ量（mm) の関係を図 10に示す。

図 10から分かるように、相対ずれ量 § =5mraにおける最大付着応力度は、試験体 5 (突起高さ h=3腿）では、壁体構造として必要な付着強度 3. ON/腿²を大きく超えていたが、試験体 7 (突起高さ h=1.2醒）では最大付着応力度は 3. ON/腿²未満であった。

また、試験体 9 (突起高さ h=2腿）、試験体 10 (突起高さ h=2.5腿）についても、表 2に示すように最大付着応力度はそれぞれ 3.95N/腕²、 4.01N/mm²であり、壁体構造として必要な付着強度 3. ON/腿²を超えている。

以上の結果から、所定の付着強度を得るための突起高さ hは、本発明の範囲内 (P/h≤40) とすることが望ましいことがわかる。

(3) 突起向き（湾曲形状）の影響についての考察

図 11 (a) 、図 11 (b) に示すような湾曲形状の突起を設けた場合に、凹面側がコンクリートを押し抜く面となる^^を逆方向（図 11 (a) 、試験体 8) とし、凸面側がコンクリートを押し抜く面となる場合を逆方向（図 11 (b) 、試験体 5) とした。

突起向き（湾曲形状）の影響を考察するために、試験体 5と試験体 8についての付着応力度（NZmm²) と相対ズレ量（mm) の関係を図 12に示す。

図 12から分かるように、相対ずれ量 δ =5腿以内における最大付着応力度は、両試験体ともに壁体構造として必要な付着強度 3. ON/腿²を大きく超えており、コンクリート押し抜く突起の湾曲面が変わっても付着特性に大きな差異はみられなかつた。すなわち、突起向き (湾曲形状）は付着特性に大きな影響を与えず、湾曲方向はいずれの向きであってもよいことがわかる。

なお、本実施例のように圧延によって突起を成形した場合には、図 13に示すように、フランジとウェブの境界部に出っ張りが形成されることがある。そこで、この出っ張りが形成されることによる付着力への影響を検証したが、少なくとも出つ張りが形成されることで付着力が低下することはないことを確認した。実施例 3

実施例 1と同じ断面寸法を有する H形鋼を用い、そのフランジ内面に突起高さが 3mm、突起幅が 12. 5mm、突起長さが 50mmの突起 2を突起ピッチ P =50mmで形成した。但し、フランジ内面突起付き H形鋼 1の突起 2は、 $岡製角材を突起部材として用い、図 1 ( a ) 、図 1 (b ) に示すように溶接取付けにより配設した。上記フランジ内面突起付き H形鋼 1を構造部材として図 1 4 ( a ) 、図 1 4 (b ) 、図 1 4 ( c ) に示すように直方体状の基部に模擬壁体を構築し、図中矢印で示す方向の繰り返し荷重を载荷して試験を行つた。

この結果、図 1 5に示すように、本発明の範囲内の突起をフランジ内面に有するフランジ内面突起付き H形鋼を用いた模擬壁体は、载荷点位置の変位に対する最大荷重が突起なし H形鋼を用いた模擬壁体の最大荷重に比べて 1. 3倍以上という値を示し、高耐カを有することがわかった。また、本発明の範囲内の突起をフランジ内面に有するフランジ内面突起付き H形鋼を用いた模擬壁体の岡 ij性は、突起なし H形鋼を用いた模擬壁体の 1¾性に対しても 1. 3倍以上となった。

実施例 4

上記実施例：！〜 3によって押し抜き力に対して所定の付着強度が確保できていることが実証された。

しかレながら、実際の壁体に卓越して作用する力は、曲げ-せん断力であるため、押し抜き力に対する性能の実証のみでは壁体としての性能の実証としては十分とは言えない。

そこで、本実施例では曲げ■せん断力に対する鋼 'コンクリート壁体の性能を実大サイズの試験体により確認した。

図 1 6は本実施例の試験体の説明図であり、 H形鋼 1を中心部に配置し、その周囲をコンクリート 3 1で囲んだ構造である。試験体の両端部及ぴ軸方向中央部にはコンクリート 3 1を保護するための保護プレート 3 3を設け、両端部を支持すると共に軸方向中央部に载荷する構造とした。なお、 H形鋼の仕様は、実施例 1に示したものと同様であり、突起の仕様（製法、寸法を含む）及ぴコンクリートの仕様は実施例 2の試験体 5と同様とした。

鋼 ·コンクリート壁体として備えるべき性能については、 F EM解析による計算を実施して求めた。なお、解析モデルとしては、本試験体モデルに対しコンクリートおよび H形鋼の力学特性は各要素試験結果により得られた応力一ひずみ曲線（非線形モデル）によりモデル化するとともに、コンクリートと H形鋼間の境界面には、押し抜き付着試験に基づき、インターフェース要素を用いて付着特性をモデル化し o

試験としては、図 1 6に示した試験体に対してその中央部に載荷したときに载荷点のたわみを求めた。図 1 7はこの試験結果を示すダラフであり、横軸が載荷点のたわみ (譲）を示し、縦軸が荷重 (k )を示している。

図 1 7から分かるように、実験結果は付着特性を考慮した計算値と良く一致していることから、曲げ ·せん断力に対し、鋼'コンクリート壁体として期待どおりの性能を有しているが確認できた。産業上の利用可能性

本発明においては、形鋼内面側に複数の突起を設け、これら突起が所定の数値条件を満たすように設定したので、コンクリートとの付着力を増すことができる。その結果、このような形鋼を壁体の構造部材として使用することで、壁厚みを薄くできる。

Claims

請求の範囲

1. 内面側に複数の突起を有する形鋼であって、前記突起が形成きれた形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅 b₂、突起高さ 1ι、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とする形鋼。 P/h≤ 10, かつ、 PZb₂≥4

2. 内面側に複数の突起を有する形鋼であって、前記突起が形成された形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅 b₂、突起高さ 1ι、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とする形鋼。 2mm≤h≤50mm、かつ、 4b₂≤P≤10h

3. 内面側に複数の突起を有する形鋼であって、前記突起が形成された形鋼面に垂直な断面における該突起の下辺幅 1^、突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とする形鋼。 2mm≤h≤50 mm, かつ、 Al^^P^l Oh

4. ウェブ面を互いに対向させて壁体長手方向に複数立設して鋼 ·コンクリート壁体の構造部材として使用される H型の形鋼であって、フランジ内面側に複数の突起を有すると共に前記突起が形成された H形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅 b₂、突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とする形鋼。

P/h≤40, 力っ、 P/b₂≥4

5. ウェブ面を互いに対向させて壁体長手方向に複数立設して鋼'コンクリート壁体の構造部材として使用される H型の形鋼であって、フランジ内面側に複数の突起を有すると共に前記突起が形成された H形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅 b₂、突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とする形鋼。

2mm h≤ 5ひ mm、力つ、 4b₂≤P≤40h

6. ウェブ面を互いに対向させて壁体長手方向に複数立設して鋼'コンクリート壁体の構造部材として使用される H型の形鋼であつて、フランジ内面側に複数の突起を有すると共に前記突起が形成された H形鋼面に垂直な断面における該突起の下辺幅突起高さ h、突起ピッチ Pが下式を満たすことを特徴とする形鋼。 2m m≤ ≤ 50mm かつ、 Ab P^ O h

7. 付着力強化手段がウェブ面に設けられていることを特徴とする請求項：！〜 6 のいずれか一項に記载の形鋼。

8. 突起の下辺幅をとしたときに、 h^b であることを特徴とする請求項

1〜 7のいずれか一項に記載の形鋼。

9. 突起がフランジ内面及びウェブ面に設けられると共に、これら両方に設けた突起が一体化されていることを特徴とする請求項 1〜 8のいずれか一項に記載の形鋼。

10. 請求項 1〜 9のいずれ力一項に記載の形鋼を構造部材として使用した壁体であって、前記形鋼がフランジ外面を壁面に向けて壁体長手方向に複数立設されてなることを特徴とする壁体。

1 1. 隣接する形鋼同士が連結部材により連結されていることを特徴とする請求項 10記載の壁体。

12. 形鋼のフランジ外面に接触して壁体高さ方向複数箇所に横鉄筋を配設したことを特徴とする請求項 10記載の壁体。 . .

13. 隣接する形鋼のフランジ間であって横鉄筋の内側に該横鉄筋に接触すると共に十字状に交叉するように主鉄筋を配設したことを特徴とする請求項 12記載の壁体。 ·

14. 横鉄筋を形鋼のフランジ外面に固着したことを特徴とする請求項 12又は

13に記载の壁体。