(57)【要約】【課題】必要な量の鉄筋を配置することが容易で、且つコストの増加を抑えることの可能な鉄筋継手構造を提供する。【解決手段】鉄筋継手構造は、第１の鉄筋５と、第２の鉄筋と、第１の鉄筋５と第２の鉄筋とを接続する、熱処理されていない機械式継手７と、を有している。第１の鉄筋５と第２の鉄筋の機械式継手７で固定される端部の近傍における降伏点は５００Ｎ／ｍｍ2以上であり、第１の鉄筋５と第２の鉄筋の外径φ１に対する機械式継手７の厚さｔ１の比ｔ１／φ１は０．２５〜０．３６である。【選択図】図４
2020148024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の鉄筋と、第２の鉄筋と、前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋とを接続する熱処理されていない機械式継手と、を有し、
前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋の前記機械式継手が接続される端部領域における降伏点が５００Ｎ／ｍｍ2以上であり、前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋の外径に対する前記機械式継手の厚さの比が０．２５〜０．３６である、鉄筋継手構造。
【請求項２】
第１の鉄筋と、第２の鉄筋と、前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋とを接続する機械式継手と、を有し、
前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋の前記機械式継手が接続される端部領域における降伏点が５００Ｎ／ｍｍ2以上であり、前記機械式継手の引張強さが８００Ｎ／ｍｍ2以下であり、前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋の外径に対する前記機械式継手の厚さの比が０．２５〜０．３６である、鉄筋継手構造。
【請求項３】
前記厚さの比が０．２８〜０．３４である、請求項１または２に記載の鉄筋継手構造。
【請求項４】
柱と、前記柱に接続され、請求項１から３のいずれか１項に記載の鉄筋継手構造を備える梁と、を有し、
前記梁は、前記柱との接続部に隣接する非ヒンジ領域と、前記非ヒンジ領域の、前記接続部の反対側の端部に隣接するヒンジ領域と、を有し、前記機械式継手は前記非ヒンジ領域に設けられている、建物。
【請求項５】
前記機械式継手は前記接続部に隣接して設けられている、請求項４に記載の建物。
【請求項６】
前記第１の鉄筋は前記非ヒンジ領域と前記ヒンジ領域とに渡って設けられ、前記第１の鉄筋の前記非ヒンジ領域における降伏点は、前記ヒンジ領域における降伏点より大きい、請求項４または５に記載の建物。
【請求項７】
前記ヒンジ領域及び前記非ヒンジ領域にせん断補強筋を有し、前記非ヒンジ領域のせん断補強筋の径は前記ヒンジ領域のせん断補強筋の径より大きい、請求項４から６のいずれか１項に記載の建物。
【請求項８】
第１の鉄筋と第２の鉄筋とを熱処理されていない機械式継手で接続することを有し、
前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋の前記機械式継手が接続される端部領域における降伏点が５００Ｎ／ｍｍ2以上であり、前記第１の鉄筋と前記第２の鉄筋の外径に対する前記機械式継手の厚さの比が０．２５〜０．３６である、鉄筋継手構造の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋継手構造とこれを用いた建物、及び鉄筋継手構造の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート造の建物においては、鉄筋と鉄筋を接続する継手が用いられることがある。特許文献１には機械的継手を用いた柱と梁の接続構造が開示されている。機械式継手はスリーブ状の金物である。接続される２本の鉄筋は継手の両側の開口からそれぞれ継手の貫通孔に挿入され、モルタル注入、ねじ、圧着などの方法によって継手に固定される。
【０００３】
一般に機械式継手の外径は鉄筋の外径の２倍程度であるため、通常、機械式継手は配置スペースの確保しやすいところに設置される。例えば、柱と梁の接続部に隣接する領域は鉄筋の配置密度が高いため、機械式継手は配置されないことが多い。しかし、機械式継手は通常一箇所に集中配置されるため、鉄筋同士の間隔は機械式継手の外径で決定されることが多い。このため、鉄筋の配置スペースに余裕があっても、鉄筋の配置間隔が機械式継手によって制約され、必要な量の鉄筋を配置できない可能性がある。
【０００４】
鉄筋の配置間隔の制約を緩和するためには、機械式継手を薄肉化することが有効である。このため、機械式継手に熱処理を行い、機械式継手の強度を増加させることが行われている。これによって、機械式継手が薄肉化され、鉄筋をより高密度で配置することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−２０９６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、機械式継手の熱処理はコストがかかり、建物の建設コストの増加の一因となっている。一方、熱処理を行わないと機械式継手の薄肉化が困難となり、必要な量の鉄筋を配置するために柱や梁のサイズアップが必要となることがある。
【０００７】
本発明は必要な量の鉄筋を配置することが容易で、且つコストの増加を抑えることが可能な鉄筋継手構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の鉄筋継手構造は、第１の鉄筋と、第２の鉄筋と、第１の鉄筋と第２の鉄筋とを接続する熱処理されていない機械式継手と、を有している。第１の鉄筋と第２の鉄筋の機械式継手が接続される端部領域における降伏点が５００Ｎ／ｍｍ2以上であり、第１の鉄筋と第２の鉄筋の外径に対する機械式継手の厚さの比が０．２５〜０．３６である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１の鉄筋と第２の鉄筋はいわゆる高強度鉄筋を用いているため、鉄筋の外径を抑え、それによって機械式継手の必要内径を減少させることができる。機械式継手は熱処理されていないため、熱処理された機械式継手と比べて材料強度は低下するが、機械式継手の必要内径が減少するため、厚さを増加しても外径を大きく増加させることなく、必要な断面積を確保することができる。また、機械式継手の重量は増加するが、熱処理が不要であるため、機械式継手のコストは全体として抑えられる。
【００１０】
よって、本発明によれば、必要な量の鉄筋を配置することが容易で、且つコストの増加を抑えることの可能が鉄筋継手構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】鉄筋継手構造を示す、建物の部分側面図である。
【図２】図1のＡ−Ａ線からみた柱と梁の水平断面図である。
【図３】機械式継手と第１及び第２の鉄筋の端部の詳細断面図である。
【図４】実施形態と比較例における機械式継手と鉄筋の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は、鉄筋継手構造２を示す、建物１の部分側面図である。図２は、図1のＡ−Ａ線からみた柱３と梁４の水平断面図である。本実施形態の建物１はプレキャスト（ＰＣａ）構造であるが、本発明は現場打ちの鉄筋コンクリート構造にも適用可能である。建物１は柱３と梁４を有し、柱３と梁４はそれぞれ内部に鉄筋２１を備えている。鉄筋２１の周囲にはコンクリート２２が設けられている。梁４の主筋は梁４の上部と下部にそれぞれ設けられ、機械式継手７によって隣接する主筋に接続されている。本明細書では、機械式継手７によって接続される２本の主筋を第１の鉄筋５及び第２の鉄筋６と呼び、柱３と梁４が交差する直方体状の領域を交差部８と呼ぶ。第１の鉄筋５は機械式継手７の、交差部８と反対側に設けられた鉄筋であり、第２の鉄筋６は交差部８を通る鉄筋である。柱３の鉄筋２１（主筋）は柱３の外周部に沿って、梁４の主筋と干渉しないように設けられている。梁４の鉄筋２１も機械式継手７によって隣接する鉄筋２１と接続されている。機械式継手７は交差部８の外側に配置されている。第１の鉄筋５と第２の鉄筋６は同一の直径（呼び径または公称直径）を有している。
【００１３】
梁４は、終局耐力に達した際に塑性ヒンジが形成されるように設計されている。塑性ヒンジは梁４の全断面で鉄筋の塑性変形が生じた状態のことである。以下の説明では、塑性ヒンジが生じる領域をヒンジ領域９、塑性ヒンジが生じない領域を非ヒンジ領域１０という。梁４の曲げ応力は通常柱３と梁４の接合部１１で最大となり、接合部１１から離れに従い減少するため、一般にヒンジ領域９は柱３と梁４の接合部１１に生じる。しかし、本実施形態のように接合部１１の近傍を非ヒンジ領域１０とし、ヒンジ領域９を柱３と梁４の接合部１１から離れた位置に形成することで、鉄筋の合理化が可能となる場合がある。すなわち、ヒンジ領域９を梁４の中央側に移す（ヒンジリロケーション）ことで鉄筋の設計応力度が下がるため、鉄筋の径や本数を低減することが可能となる。
【００１４】
本実施形態では、ヒンジリロケーションを行うため、第１の鉄筋５として、特定の部分の降伏点が高められた部分高強度鉄筋を採用している。このような部分高強度鉄筋は、例えば強度を高めたい部分を熱処理することによって得られる。第１の鉄筋５の降伏点は柱３と梁４の接合部１１に隣接する端部領域１２で高くされ（一例として７００Ｎ／ｍｍ2）、それ以外の領域で小さくされている（一例として４９０Ｎ／ｍｍ2）。このため、接合部１１に隣接する端部領域１２では第１の鉄筋５の強度が増し、非ヒンジ領域１０が形成され、ヒンジ領域９が端部領域１２に隣接する梁４の中央側に移動する。つまり、本実施形態では、非ヒンジ領域１０が柱３との接合部１１に隣接し、ヒンジ領域９が非ヒンジ領域１０の、接合部１１の反対側の端部に隣接するように形成されている。ヒンジリロケーションの方法は上記の方法に限定されず、例えば部分的に鉄筋の本数を増やす方法によってもよい。
【００１５】
機械式継手７は大きな塑性変形が発生する可能性のあるヒンジ領域９を避けて配置するのが好ましい。このため、機械式継手７は非ヒンジ領域１０に設けられ、本実施形態では柱３と梁４との接合部１１に隣接して設けられている。機械式継手７を非ヒンジ領域１０に設置することで、非ヒンジ領域１０の剛性を増加することもできる。また、本実施形態では機械式継手７の熱処理を行っていない。熱処理されているか否かは金属組織を観察することによって容易に識別することができる。熱処理されていない機械式継手７の引張強さは概ね３００Ｎ／ｍｍ2以上、８００Ｎ／ｍｍ2以下である。
【００１６】
図３は、機械式継手７と第１及び第２の鉄筋６の端部をより詳細に示す、図２のＢ部詳細断面図である。機械式継手７は鋳鉄で形成されたスリーブ状の金物であり、第１の鉄筋５と第２の鉄筋６が挿入される貫通孔１３を有している。第１の鉄筋５と第２の鉄筋６は異形鉄筋である。第１の鉄筋５と第２の鉄筋６は貫通孔１３の両側の開口から挿入され、貫通孔１３の内壁と第１及び第２の鉄筋６との間の隙間がグラウト１４で充填される。梁４には同じ径及び長さの主筋が規則的に多数配置されるため、多数の機械式継手７は接合部１１から同じ距離に配置され、且つ機械式継手７は互いに隣接して配置される。機械式継手７の間隔Ｓは施工性を考慮して設定される。
【００１７】
図４は、図３のＣ−Ｃ線に沿った第１の鉄筋５及び機械式継手７の断面図と、主要寸法を、実施例及び比較例１，２について示している。比較例１では呼び径Ｄ３８の普通鉄筋（ＳＤ４９０）を使用しており、機械式継手７は熱処理されている。比較例１はこれまでの一般的な設計思想に基づくものであり、鉄筋継手の間隔Ｓの増加を抑えるために機械式継手７を熱処理して、機械式継手７の厚さを抑えている。これに対して、比較例２は、比較例１において機械式継手７の熱処理を省略した場合を示している。熱処理はコストが掛かるため、熱処理を省略することによってコストの低減が可能となる。しかし、非ヒンジ領域１０を柱３と梁４の接合部１１の隣接領域１２に形成するためには、機械式継手７の強度が必要となる。熱処理を省略すると継手の強度が低下し、非ヒンジ領域１０を隣接領域１２に形成できない可能性がある。このため、比較例２では、比較例１の機械式継手７と同等の強度を確保するために、機械式継手７の厚さを増加している。この結果、機械式継手７の外径が増加し、配置可能な鉄筋本数が減少する可能性が生じる。
【００１８】
実施例ではこれまでの設計思想とは異なり、機械式継手７の熱処理を行っていないため、機械式継手７の厚さが比較例１より増加している。単純に機械式継手７の厚さを増加すると、比較例２に示すように機械式継手７の外径が増えてしまうが、実施例では非ヒンジ領域１０で第１の鉄筋５の降伏点を高めているため（ＳＤ７００）、鉄筋径を呼び径Ｄ３２まで低減することが可能である。このため、鉄筋径が減少した分、機械式継手７の配置領域を内側に広げることができ（φ２を小さくすることができ）、これによって、機械式継手７の外径を減少することができる。また、機械式継手７の外径を減少することができない場合でも、機械式継手７の外径の増加は、配置領域を内側に広げるだけでは不足する分を補う程度で十分となるため、機械式継手７の外径の増加を抑制することができる。
【００１９】
以上から分かるように、本実施形態では、機械式継手７の厚さｔ１に対する鉄筋の外径φ１の比φ１／ｔ１が、比較例１，２よりも小さくされている。鉄筋の外径φ１は呼び径であるが、呼び径と公称直径（節間における直径）との間に大きな違いはないため、鉄筋の外径φ１を公称直径としても大差はない。なお、機械式継手７に広口径側と狭口径側がある場合、機械式継手７の内径及び厚さは広口径側で定義する。
【００２０】
実施例では部分高強度鉄筋を採用しているため、鉄筋の単位重量コストは比較例１，２よりも高くなるが、鉄筋の単位長さ当たり重量が減少するため、鉄筋コストとしては比較例１，２と同等である。また、機械式継手７のコストに関しては、厚さの増加により材料コストは増加するものの、熱処理が不要となるため、トータルのコストは低減する。よって、鉄筋と機械式継手７とを合わせたコストは低減する。
【００２１】
さらに、径の小さい鉄筋を用いることにより鉄筋１本当たりの重量が減少するため、施工コストの低減も可能となる。機械式継手７については、厚さを増加することによる重量増加は生じるものの、鉄筋と比べて物量が少ないため、施工性への影響は小さい。
【００２２】
機械式継手７の断面積が増加するため、軸剛性、曲げ剛性、せん断剛性などの継手剛性が増加する。端部領域１２の剛性が増加し、変形が抑制されるため、非ヒンジ領域１０が端部領域１２により確実に形成される。
【００２３】
図１，２に示すように、柱３と梁４の接合部１１の隣接領域１２である非ヒンジ領域１０及び非ヒンジ領域１０に隣接するヒンジ領域９にはせん断補強筋１５が設けられている。上述の通り比較例１と比べて主筋の鉄筋径が減少しているため、かぶり厚さに余裕が生じる。このため、せん断補強筋１５の配置スペースの確保が容易であり、非ヒンジ領域１０のせん断補強筋１５の径をヒンジ領域９のせん断補強筋１５の径より大きくすることも可能である。
【００２４】
なお、柱３に対しても、梁４について説明した鉄筋継手構造２を適用できることはいうまでもない。柱３についても、高強度鉄筋を採用することで、従来と同程度の曲げ強度を確保することができる。柱３においては通常ヒンジ領域を想定しないが、本実施形態においても従来と同等以上の曲げ強度を確保できることから、ヒンジ領域は想定しない。従って、柱３における機械式継手７の設置位置は特に制約されない。
【００２５】
以上、本発明を一実施形態と実施例により説明した。部分高強度鉄筋における高強度部の降伏点は実施形態では７００Ｎ／ｍｍ2であるが、より一般的には、第１の鉄筋５と第２の鉄筋６の機械式継手７で固定される端部領域１２の降伏点は５００Ｎ／ｍｍ2以上であればよい。また、機械式継手７の厚さｔ１に対する第１の鉄筋５と第２の鉄筋６の外径φ１の比φ１／ｔ１は実施形態では０．３０であるが、０．２５〜０．３７、より好ましくは０．２８〜０．３４とすることができる。
【符号の説明】
【００２６】
１  建物
２  鉄筋継手構造
３  柱
４  梁
５  第１の鉄筋
６  第２の鉄筋
７  機械式継手
９  ヒンジ領域
１０  非ヒンジ領域
１２  端部領域
１５  せん断補強筋
【図１】
2020148024.tif 000003
【図２】
2020148024.tif 000004
【図３】
2020148024.tif 000005
【図４】
2020148024.tif 000006