(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＲＣ造とする基礎から柱および梁とで複数階構築される建物構造にプレストレスを導入する方法であって、
前記柱については、基礎から最上階の柱まで連通させ、前記梁については、柱間の全スパンに渡って外周柱面まで連通させて、それぞれ緊張材を挿入するシースを予め埋設して最上階までＲＣ造として構築し、
その後に前記シースに緊張材を挿入して緊張定着することによって基礎から柱および梁までＲＣ造とする建物構造全体にプレストレスを導入すること
を特徴とするＲＣ造建物のＰＳ後導入方法。
【請求項２】
前記建物構造の所要中間層の柱および所要中間スパンの梁においてそれぞれ一対の箱抜き定着部を形成し、
前記シースは、柱において基礎から箱抜き定着部までと、箱抜き定着部から最上階まで、および梁において箱抜き定着部から両方の外周柱面までそれぞれ配設し、
箱抜き定着部でオーバーラッピングさせて緊張材を挿通させてプレストレスを付与すること
を特徴とする請求項１に記載のＲＣ造建物のＰＳ後導入方法。
【請求項３】
ＲＣ造とする基礎から柱および梁とで複数階構築される建物構造にプレストレスを導入した建造物であって、
前記柱については、基礎から最上階の柱まで連通させ、前記梁については、柱間の全スパンに渡って外周柱面まで連通させて、それぞれ緊張材を挿入するシースを予め埋設して最上階までＲＣ造として構築し、
該構築物の構築後に、前記シースに緊張材を挿入して緊張定着することによって基礎から柱および梁までＲＣ造とする建物構造全体にプレストレスを導入すること
を特徴とするＰＳ後導入されたＲＣ造の建物構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄筋コンクリート構造（ＲＣ造）にプレストレス（ＰＳ）を導入する方法およびその方法によって得られる構造物に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例を挙げるまでもなく、アパートやマンションなどの集合住宅において、居住性を考慮して柱の間隔（スパン）を飛ばす必要がないため、鉄筋コンクリート造が安価で好適な条件を満たす構造物として、ＲＣ造の柱と梁とからなるラーメン構造の建造物が一般的で、最も多く造られている。
【０００３】
また、プレストレストコンクリート構造（ＰＣ構造）は、予めコンクリート部材断面にプレストレス（ＰＳ）を付与し、予め想定される荷重に対して抵抗できるようにしたもので、ＰＣ梁はロングスパンに飛ばすことができるし、地震に対して強い耐震性能を有するものである。さらに、プレストレス（ＰＳ）力は、予め部材内部に存在している内力であり、常に断面に対する垂直方向に作用しているから、緊張材であるＰＣ鋼材が弾性範囲であればバネのように働き、地震などにより建物が変形しようとした時に抵抗する力になり、振り子のように変形した建物を元に戻そうとしており、つまり、元に戻そうとする力になり、これはプレストレス（ＰＳ）による復元力の効果である。この効果はプレストレスによる制震作用および効果であり、ＲＣ構造や鉄骨構造などでは得られないのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
なし（ＲＣ構造にＰＳを付与した文献は見当たらない）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、現行の耐震設計基準は震度５強程度で構造体の損傷を許容し、生命の安全性を確保した設計を行えば倒壊することも許容してきた。震度６を越える巨大地震時に、ＲＣ造の建物が崩壊し、または大きく変形すると共に損傷し、地震後残留変形が残ったままで修復できないという被害が多く発生したという報告があった。
【０００６】
本発明は、従来通りに設計されたＲＣ造建物にプレストレス（ＰＳ）を付与し、常時荷重時においては、ＲＣ造建物として使用される。地震時において、ＲＣ造建物としての設計で想定以上の巨大地震が発生した場合は、付与されたプレストレスで強度を補って耐震性能をアップさせ、震度７まで耐えられるようなＲＣ造の建物を提供し、そのプレストレスを簡単に且つ合理的に付与する方法を提案することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための具体的手段として、本発明に係る第１の発明は、ＲＣ造とする基礎から柱および梁とで複数階構築される建物構造にプレストレスを導入する方法であって、前記柱については、基礎から最上階の柱まで連通させ、前記梁については、柱間の全スパンに渡って外周柱面まで連通させて、それぞれ緊張材を挿入するシースを予め埋設して最上階までＲＣ造として構築し、その後に前記シースに緊張材を挿入して緊張定着することによって基礎から柱および梁までＲＣ造とする建物構造全体にプレストレスを導入することを特徴とするＲＣ造建物のＰＳ後導入方法を提供するものである。
【０００８】
上記第１の発明において、前記建物構造の所要中間層の柱および所要中間スパンの梁においてそれぞれ一対の箱抜き定着部を形成し、前記シースは、柱において基礎から箱抜き定着部までと、箱抜き定着部から最上階まで、および梁において箱抜き定着部から両方の外周柱面までそれぞれ配設し、箱抜き定着部でオーバーラッピングさせて緊張材を挿通させてプレストレスを付与すること、を含むものである。
【０００９】
本発明に係る第２の発明は、ＲＣ造とする基礎から柱および梁とで複数階構築される建物構造にプレストレスを導入した建造物であって、前記柱については、基礎から最上階の柱まで連通させ、前記梁については、柱間の全スパンに渡って外周柱面まで連通させて、それぞれ緊張材を挿入するシースを予め埋設して最上階までＲＣ造として構築し、該構築物の構築後に、前記シースに緊張材を挿入して緊張定着することによって基礎から柱および梁までＲＣ造とする建物構造全体にプレストレスを導入することを特徴とするＰＳ後導入されたＲＣ造の建物構造を提供するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るＲＣ造建物のＰＳ後導入方法よれば、ＲＣ造とする柱と梁を構築して建物構造全体を完成した後に、緊張材であるＰＣ鋼材を予め柱と梁とに埋設したシースに挿入し、緊張材を緊張定着してプレストレスをＲＣ造建物全体に導入することにより、ＲＣ造として設計された建物構造は、全体の耐震性能が大幅に向上される。常時荷重および中小地震時において、設計したＲＣ造の鉄筋で対応し、設計で想定以上の巨大地震に対し、導入されたプレストレスで補い、震度５強程度で設計されたＲＣ造の建物が震度７までの巨大地震にも耐えられるようにすることができるという優れた効果を奏する。
また、導入されたＰＳの復元力によって地震時の揺れを格段に小さく抑えることができ、地震後、建物が元の状態に戻るから、地震による繰り返しの揺れ変形を抑制し優れた制震効果が得られる。
【００１１】
また、本発明に係るＲＣ造の建物構造によれば、従来通りのＲＣ造として設計するから、安価で構築することができると共に、ＲＣ造建物全体を完成するまで通常長い期間が経過するのでコンクリートの材齢が長くなるから、コンクリート強度を十分に達成させることが確保されると共に、コンクリートの乾燥収縮の進行が概ね完了するから、通常のＰＣ構造に要求される高強度コンクリートを使用せずに、ＲＣ造建物に使用する安価な普通のコンクリートを使用すればよい。また、導入されるプレストレス（ＰＳ）は、コンクリートの乾燥収縮による損失量を大幅に減らすことができるという種々の優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るＲＣ造建物であって、ＰＳを付与する前のＲＣ造建物の一部を省略して示した側面図である。
【図２】同実施の形態に係るＲＣ造建物であって、ＰＳを付与する前のＲＣ造建物の要部のみを示した平面図である。
【図３】同実施の形態に係るＲＣ造建物であって、ＰＳを付与する状態を略示的に示した側面図である。
【図４】同実施の形態に係るＲＣ造建物であって、ＰＳを付与する状態を略示的に示した平面図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係るＲＣ造建物であって、ＰＳを付与する状態を略示的に一部を省略して示した側面図である。
【図６】同実施の形態に係るＲＣ造建物であって、ＰＳを付与する状態を略示的に示した要部のみの平面図である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係るＲＣ造建物であって、ＰＳを付与する状態を略示的に一部を省略して示した側面図である。
【図８】同実施の形態に係るＲＣ造建物であって、ＰＳを付与する状態を略示的に示した要部のみの平面図である。
【図９】本発明の第１〜３の実施の形態に適用できる柱構造の実施例であって、ＰＳを付与する状態を略示的に示した側面図である。
【図１０】同様に第１〜３の実施の形態に適用できる梁構造の実施例であって、ＰＳを付与する状態を略示的に示した側面図である。
【図１１】同実施例の梁構造であって、ＰＳを付与する状態を略示的に示した要部のみの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明を図示の複数の実施の形態に基づいて詳しく説明する。図１〜図４に示した第１の実施の形態において、ＲＣ造建物１は、従来通りの基礎、柱、梁の順序で構築する。例えば、所要間隔で地中に打ち込んで形成した杭基礎２の上に、それぞれ型枠を組み内部に所要の鉄筋を配設し、コンクリートを打設してフーチング３を構築すると共に、各フーチング３間を連結する地中梁４と、フーチング３の上部に柱５とを構築する。これら構築されるコンクリート部材、即ち、フーチング３、地中梁４および柱５を形成する時に、予め緊張材を挿入するための複数のシース６を配設しておくことで、コンクリート部材の内部における所要位置にシース６が埋設される。
【００１４】
地中梁４内に配設されるシース６は、一方の側面のフーチング３から他方の側面のフーチング３まで、フーチング３と地中梁４の内部を貫通するように連続させた状態で直線状に配設され、各両側端部に位置するフーチング３の外側側面に緊張材を緊張定着するための鋼管スリーブで形成される定着部７を設ける。
【００１５】
また、各柱５に配設されるシース６は、フーチング３から最上階の柱５の上端まで、その内部を貫通するように連続させた状態で直線状に配設され、最上端に緊張材を緊張定着するための鋼管スリーブで形成される定着部７を設け、下端部側のフーチング３内においては、緊張材の下端が固定されるべき手段が設けられる。
【００１６】
さらに、各階層の梁８と柱５との連結部分については、前記地中梁４の場合と同様に、梁８の内部に配設されるシース６は、一方の側面の柱５から他方の側面の柱５まで、各柱５と梁８との内部を貫通するように連続させた状態で直線状に配設され、各両側端面の柱５の外側側面等に緊張材を緊張定着するための定着部７を設けることができる。
【００１７】
この場合に、梁４、８に対しては、２本のシース６を梁の断面図心に沿って水平に配設し、柱５に対しては、４本のシース６を柱断面図心に対称的な配置とし、つまり、緊張材図心を柱梁の断面図心に合わせて偏心することなく柱梁の軸方向にＰＳ導入されるように配置することが好ましい。
なお、梁４、８に対しては、梁成方向において断面図心に対称的にシース６を２段配置することとしてもよい。
【００１８】
このように基礎上にフーチング３と、地中梁４と、柱５および各階層の梁８との内部にそれぞれシース６を埋め込んだ状態で、現場打ちコンクリートやプレキャストコンクリート工法によりＲＣ造建物１を構築した後に、各シ―ス６内に緊張材９を挿通し、緊張材９の端部において定着部に設置される定着具を用いて緊張定着して各コンクリート部材の軸芯方向にプレストレスが付与された後に、グラウト１０を高圧注入してシース６内に充填する。その結果ＲＣ造建物１の全体にプレストレスが導入されることになるのである。
また、複数配置される緊張材の図心を柱梁部材の断面図心に合わせて配置することにより,部材断面に軸力のみ導入されるから、ＲＣ造として設計された部材断面に偏心による複雑な応力が発生しないから、設計は簡単に確認することができる。
【００１９】
この場合に、梁については横方向からシース６内に緊張材９を挿通し、端部のフーチング３の側面で緊張材９の端部において定着部７に設置される定着具を用いて緊張定着してコンクリート部材である地中梁４と梁８との軸芯方向にプレストレスが付与された後に、グラウト１０を高圧注入してシース６内に充填する。このようにしてコンクリート部材である地中梁４と梁８との軸芯方向にプレストレスが付与されるのである。また、柱５に付いては、最上端からシース６内に緊張材９を挿通し、その緊張材９の先端がフーチング３に埋設されたシース６の先端まで達した後に、シース６に設けているホースで形成されている注入孔１３と排出孔（排気孔）１１とを用いてシース６内にグラウト１０を高圧注入して充満させ、該グラウト１０が硬化した後に、最上端の定着部７で緊張材９の上端部を緊張定着して、ＲＣ造部材のコンクリート部材である柱５にプレストレスを付与するのである。要するに、フーチング内に通常の定着具を使用せずにグラウトの付着力で定着するから、極めて簡単で且つ安価に施工できるのである。
【００２０】
なお、構築されたＲＣ造建物１に対して緊張材９を緊張定着する場合に、下層階の地中梁４から上部建物の梁８側への順で緊張定着作業を行い、梁８の緊張材９の緊張作業が終了してから柱５に対する緊張材９の緊張定着作業を行うのである。その理由は、建造物が下層側から構築されるから、下層側のコンクリート部材は、経時によって充分に養生されて硬化しているので、プレストレスを導入しても乾燥収縮等による変形は生じないからである。
【００２１】
図５と図６に示した第２の実施の形態について説明する。この実施の形態に係るＲＣ造建物１においては、前記第１の実施の形態と柱５に対するシースおよび緊張材の配設構成が異なるのみで、他の構成部分については略同一であるので、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
即ち、柱５に対する４本のシース６の下端部は、フーチング３の側面に設けた箱抜き凹部１２に開口させ、上端部は最上階の柱５の上端まで連続させて直線状に延ばして配設し、その最上端において緊張材９を緊張定着するための定着部７を設ける。そして箱抜き凹部１２は、アンカーヘッド等の定着具の格納スペースとなるので実質的に箱抜き定着部７ということができる。
【００２２】
そして、前記第１の実施の形態と同様に、下層階の地中梁４および上部建物の梁８側から緊張定着作業を行い、梁８の緊張材９の緊張作業が終了してから柱５に対する緊張材９の緊張定着作業を行うのである。その理由は、建造物が下層側から構築されるから、下層側のコンクリート部材は、経時によって充分に養生されて硬化しているので、プレストレスを導入しても支障は生じないからである。このようにコンクリート部材の軸芯方向にプレストレスが付与され、その結果ＲＣ造建物１の全体にプレストレスが導入されることになるのである。但し、この順序に限定されることなく、全体の施工工程によって、先に柱５に対して緊張定着作業を行い、その後、下層階の梁４から上層階の梁８への順で緊張定着してもよい。
【００２３】
図７と図８に示した第３の実施の形態について説明する。この実施の形態においても、構築されるＲＣ造建物１は、前記第１の実施の形態と柱５に対するシースおよび緊張材の配設構成が異なるのみで、他の構成部分については略同一であるので、同一符号を付して詳細な説明は省略する。
即ち、柱５に対する４本のシース６の下端部は、各柱５の脚部、つまり、下端部側の側面に設けた箱抜き凹部１２に開口させ、上端部は最上階の柱５の上端まで連続させて直線状に延ばして配設し、その最上端において緊張材９を緊張定着するための定着部７を設ける。そして箱抜き凹部１２は、定着具の格納スペースとなるので実質的に箱抜き定着部７ということができる。
【００２４】
そして、この実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、下層階の地中梁４および上部建物の梁８側から緊張定着作業を行い、梁８の緊張材９の緊張作業が終了してから柱５に対する緊張材９の緊張定着作業を行うのである。その理由も、建造物が下層側から構築されるから、下層側のコンクリート部材は、経時によって充分に養生されて硬化しているので、プレストレスを導入しても支障が生じないからである。このようにコンクリート部材の軸芯方向にプレストレスが付与され、その結果ＲＣ造建物１の全体にプレストレスが導入されることになるのである。
いずれにしても、前記第１〜３の実施の形態において、箱抜き定着部と鋼管スリーブの定着部７の先端にそれぞれアンカープレートを配置し、鋼管スリーブ内にアンカーヘッド等の定着具を配置して定着すること、これらを含めて定着部７と称しているのである。
【００２５】
さらに、前記第１〜第３の実施の形態に適用できる柱と梁との実施例について説明する。つまり、ＲＣ造建物１が中・高層建造物、および／または横長の大きい（広い）建造物になった時に、適用できる技術である。
【００２６】
まず、図９に示した、柱５について説明する。
ＲＣ造建物１が中・高層になった時に、柱５の高さ（長さ）が高く（長く）なるので、内部に埋設されるシース６や緊張材９もそれに合わせて長尺のものが必要になり、これら材料を一本ものにすると取り扱いが必然的に厄介になると共に、作業上で支障を来すばかりでなく、距離が長過ぎてコンクリート部材に均等なプレストレスを付与できないのであります。
【００２７】
そこで、ＲＣ造建物１が中・高層建物の場合には、柱５に対して複数本の緊張材を挿通する位置で、所要中間層の柱５の側面に所要間隔をおいて、向かい合う方向に定着部７となるそれぞれ一対の箱抜き凹部１２を設け、シース６の配置は基礎となるフーチング３から所要中間層の上側の箱抜き凹部１２までと、所要中間層の下側の箱抜き凹部１２から最上階まで延長して配置する。この場合に、所要中間層におけるシース６の端部はオーバーラップする。要するに、柱５が長い場合には、緊張材９は基礎から最上階まで連続的に一本ものとせずに所要中間層でラップジョイントとすることができる。なお、建物の高さによって、所要中間層を１個所だけでなく、同じ要領で複数個所設けることができる。  
【００２８】
また、図１０と図１１に示した、梁４、８について説明する。
ＲＣ造建物１が横長の大きい（広い）建造物になった時に、建物の一側端から他側端までの柱間の全スパンに渡る梁４、８の数が多くなるので、内部に埋設されるシース６や緊張材９もそれに合わせて長尺のものが必要になり、これら材料を一本ものにすると取り扱いが必然的に厄介になると共に、作業上で支障を来すばかりでなく、距離が長過ぎてコンクリート部材に均等なプレストレスを付与できないのであります。
【００２９】
そこで、ＲＣ造建物１が横長の大きい（広い）建造物になった場合には、梁４、８に対して複数本の緊張材を挿通する位置で、横長の所要中間スパンの梁４、８の上面に所要間隔をおいて、向かい合う方向に定着部７となるそれぞれ一対の箱抜き凹部１２を設け、シース６の配置は建物の一方の側端からから中間スパン梁４、８の右側箱抜き凹部１２までと、中間スパン梁４、８の左側の箱抜き凹部１２から建物の他方の端部まで延長して配置する。この場合に、中間スパン梁４、８におけるシース６の端部はオーバーラップする。要するに、建物の横長が大きい場合には、建物の一側端から他側端までの梁の本数が多くなるので、緊張材９は一側端から他側端まで連続的に一本ものとせずに所要中間スパン梁４、８でラップジョイントとすることができる。なお、建物の長さによって、所要中間スパンを１個所だけでなく、同じ要領で複数個所設けることができる。
【００３０】
いずれにしても、前記した柱５と梁４、８の実施例は、建造物の高さおよび広さが大きい場合に、前記第１〜３の実施の形態の工法に適用できるのであり、それによって、コンクリート部材にプレストレスを効果的に付与することができるのである。また、使用される緊張材としては、ＰＣ鋼より線、ＰＣ鋼線のいずれでも良く、ＲＣ造建物１として使用コンクリートについては、普通のコンクリートから高強度コンクリートまでのいずれとしてもよい。特に、普通のコンクリートの場合は、コンクリートの設計強度Ｆ＝250Ｎ／ｍｍ２以上とすることが望ましい。また、実施の形態では基礎杭として説明したが、これに限定されることなく、例えば、ベタ基礎、布基礎等様々な基礎であってもよい。さらに、上部構造と基礎構造との間に免震装置を設けて免震構造としてもよい。要するに、上部構造としてＲＣ造建物で設計された建造物において、ＰＳ後導入方法を適用した構造物は全て本発明の趣旨に含まれるのである。
また、地盤と基礎状況により、地中梁４にＰＳ後導入せず、ＲＣ上部構造のコンクリート部材のみにＰＳ後導入方法を適用することもできる。なお、いずれの実施の形態でも、定着部７において緊張材９を緊張定着した後は、モルタル等を詰めて定着具の防錆処理とするのである。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明に係るＲＣ造建物のＰＳ後導入方法は、ＲＣ造とする基礎から柱および梁とで複数階構築される建物構造にプレストレスを導入する方法であって、前記基礎と各階の柱および梁の所要個所に予め緊張材を挿入するシースを埋設して最上階までＲＣ造として構築し、その後に前記シースに緊張材を挿入して緊張定着することによって基礎から柱および梁までＲＣ造とする建物構造全体にプレストレスを導入にしたことによって、ＲＣ造として設計された建物構造は、全体の耐震性能が大幅に向上される。常時荷重および中小地震時において、設計したＲＣ造の鉄筋で対応し、設計で想定以上の巨大地震に対し、導入されたプレストレスで補い、震度５強程度で設計されたＲＣ造の建物が震度７までの巨大地震にも耐えられるようにすることができるので、上部構造としてＲＣ造で設計された建造物において、合理的に且つ簡単にＰＳ後導入方法を適用することができるので、安価に設計できるＲＣ造に対して耐震性能を付与でき広く利用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
１  ＲＣ造建物
２  杭基礎
３  フーチング
４  地中梁
５  柱
６  シース
７  定着部
８  梁
９  緊張材
１０  グラウト
１１  排出孔（排気孔）
１２  箱抜き凹部（定着部）
１３  注入孔
【要約】      （修正有）【課題】ＲＣ造建物としての設計で想定以上の巨大地震が発生した場合は、付与されたプレストレスで強度を補って耐震性能をアップさせ、震度７まで耐えられるプレストレスを付与する方法を提供する。【解決手段】ＲＣ造とする基礎から柱および梁とで複数階構築される建物構造にプレストレスを導入する方法であって、フーチング３と各階の柱５および梁８の所要個所に予め緊張材９を挿入するシース６を埋設して最上階までＲＣ造として構築し、その後にシース６に緊張材９を挿入して緊張定着することによって基礎から柱および梁までＲＣ造とする建物構造全体にプレストレスを導入にしたことによって、ＲＣ造として設計された建物構造は、全体の耐震性能が大幅に向上される。常時荷重および中小地震時において、設計したＲＣ造建物の鉄筋で対応し、設計で想定以上の巨大地震に耐えられるようにする。【選択図】図３【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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