(57)【要約】【課題】木質または鉄筋コンクリート構造物の柱梁接合部において、内部に鋼棒を埋設し、地震時等にこの鋼棒に作用する引張力により鋼棒が塑性化する性質を利用して、地震荷重による繰り返しエネルギーの吸収能力を高めてぜい性的な破壊を防止する。【解決手段】木質または鉄筋コンクリート構造物の柱梁接合部において、梁端部４の内部に設けた穴５を利用して、柱２の位置から梁長手方向に所定の長さに渡って鋼棒６を配設し、該鋼棒６には柱面から離れた位置にエネルギー吸収用のくびれ部７からなる塑性化部８が設けられて、くびれ部７の周囲にアンボンド材１０が配置され他の部位は接着材１１により梁１に定着されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
木質または鉄筋コンクリート構造物の柱梁接合部において、梁端内部に梁長手方向に伸長する鋼棒を埋設し、該鋼棒には、梁曲げ荷重の集中が想定される範囲にエネルギー吸収用の塑性化部が設けられていることを特徴とする柱梁接合部のエネルギー吸収機構。
【請求項２】
前記鋼棒は梁端内部に形成した穴部に配置されると共に、前記塑性化部は鋼棒に設けたくびれ部によって形成され、該くびれ部の周囲にアンボンド材が配置され他の部位は梁に定着されていることを特徴とする請求項１記載の柱梁接合部のエネルギー吸収機構。
【請求項３】
前記鋼棒はくびれ部を除いて表面に突起部を有する鉄筋で構成され、該突起部を有する鋼棒表面と穴の間隙に定着材料として接着材が充填されていることを特徴とする請求項２記載の柱梁接合部のエネルギー吸収機構。
【請求項４】
前記鋼棒は、梁せいの中立軸の上下に設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の柱梁接合部のエネルギー吸収機構。
【請求項５】
前記梁は、梁通しタイプであって、前記鋼棒は柱の軸線に対し左右対称に梁端内部に設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項記載の柱梁接合部のエネルギー吸収機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、木質または鉄筋コンクリート系ラーメン構造物において、柱梁接合部のエネルギー吸収機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、木質構造物および鉄筋コンクリートラーメン構造物において、地震等により構造物躯体が繰り返し荷重を受けるとき、地震時に構造物に入力した地震エネルギーは柱梁接合部において、該柱梁接合部を支点として梁端部を回転させるモーメントとして作用する。このときの最も大きな応力は、柱表面に近い梁端部に集中し、特に、靭性が乏しい木質梁（製材または集成材）にあっては、設計値以上の荷重が梁端部に作用したとき木質繊維が切断してぜい性破壊を起こしやすく建物全体の崩壊につながる。このため木質系ラーメン構造物では、地震時に梁端部に集中する荷重で柱梁接合部が損傷し、ぜい性破壊するのを防止する工夫が必要性である。
【０００３】
前記の問題はコンクリート系構造物でも同様である。すなわち、コンクリート系構造物に地震エネルギーが入力したときは、柱梁接合部を支点としてコンクリートの梁端部を回転させるモーメントとして作用し、このときの最も大きな応力は、柱表面に近い梁端部に引張と圧縮の繰り返し応力となって集中し、特に、引張に弱い鉄筋コンクリートにあっては、設計値以上の引張応力が梁端部に作用したときコンクリートが破壊して建物全体の崩壊につながる。このため繊維補強コンクリートを柱梁接合部に使用するなどの改良が試みられているが必ずしも実効性が期待できない。
【特許文献１】特開平１０−８５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来、木質構造物において、地震により繰り返し荷重を受けるラーメン架構に対して、その柱梁接合部にエネルギー吸収能力を積極的に持たせた制振構造は見当たらない。また、特開平１０−８５５１号公報に開示の制震構造では、柱梁仕口部を繊維補強コンクリートで補強して地震時に梁端部に作用する塑性回転変形を制御するものであるが、コンクリートの破壊を防止する点に関する改善策としては実効に乏しい。 
【０００５】
前記のように柱梁接合部が地震等により繰り返し荷重を受ける場合に、従来構造では梁端部において荷重が集中する部位の塑性変形回転能力は小さく、大きなエネルギー吸収能力を期待できず、この架構に設計想定を上回る巨大地震が入力した場合、素材の特性により梁端部が設計値以上の曲げ応力により急激に耐力が低下するので、脆性的な破壊モードを呈するものとなり、ついには建物の崩壊に至る危険性がある。
【０００６】
本発明は、木質梁またはＲＣ梁の梁端内に埋設して設置された鋼棒の塑性時の性質を利用して、梁端部の地震荷重による繰り返しエネルギー吸収能力を高め、架構の脆性的な破壊・倒壊を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するため、本発明は次のように構成する。
【０００８】
第１の発明は、木質または鉄筋コンクリート構造物の柱梁接合部において、梁端内部に梁長手方向に伸長する鋼棒を埋設し、該鋼棒には、梁曲げ荷重の集中が想定される範囲にエネルギー吸収用の塑性化部が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記鋼棒は梁端内部に形成した穴部に配置されると共に、前記塑性化部は鋼棒に設けたくびれ部によって形成され、該くびれ部の周囲にアンボンド材が配置され他の部位は梁に定着されていることを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第２の発明において、 前記鋼棒はくびれ部を除いて表面に突起部を有する鉄筋で構成され、該突起部を有する鋼棒表面と穴の間隙に接着材が充填されていることを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１〜第３の発明において、前記鋼棒は梁せいの中立軸の上下に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
第５の発明は、第１〜第４の発明において、前記梁は、梁通しタイプであって、前記鋼棒は柱の軸線に対し左右対称に梁端内部に設けられていることを特徴とする。 
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、木質構造及びＲＣ（鉄筋コンクリート）構造のラーメン架構において、地震水平力により柱梁接合部に曲げ応力が作用したとき、梁端内部に埋設設置された鋼棒の定着部の働きにより該鋼棒に軸力が作用し、軸力がある大きさを越えると、鋼棒はその断面積が最小である塑性化部において軸降伏を起こして塑性伸びを開始し、この時点から梁端部はその曲げ耐荷力を急激に低減することなく回転変形を生じるので、架構の水平変形性能が確保され、該鋼棒の塑性化の性質によって、柱梁接合部の地震エネルギー吸収能力を高め、地震入力に対してじん性に富んだ架構を実現できた。    
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態を、木質構造のラーメン架構における柱梁接合構造を例にとって説明する。本発明において、木質構造とは製材または集成材の両方の意味で使用する。
【００１５】
本発明の柱梁接合部は、柱貫通タイプ・梁貫通タイプどちらにも適用でき、図には上下階が通し梁によって切離されている梁貫通タイプを示し、この通し梁に鋼棒を主要素とするエネルギー吸収機構を設置した例を示す。各図において、集成材などの木質の梁１は上下に分断された柱２をよこ方向に貫通しており、両側の梁端面３が柱２の軸心部または軸心部を外れた部位で突き合わされ接着材で一体化されている。本発明において、梁端面３から左右両側の所定範囲を梁端部４という。梁１の長手方向と直交する断面は図３（ｂ）に示すように垂直両側面が長辺の矩形であり、この矩形断面の梁端内部に梁長手方向に伸びる穴５が開設されていて、この穴５にエネルギー吸収部材として複数本の鋼棒６が配設されている。梁１の長手方向と直交する断面は矩形でなくても構わない。各鋼棒６は図３（ｂ）に示すように、梁せいの中立軸に対して上下対称的にそれぞれ２本ずつ、合計４本配置されている。穴５は、梁端面３から穿孔するなどの方法で設けることができる。鋼棒６の配置は、中立軸の上下に非対称に設ける場合もある。この場合も、梁１の上下方向の曲げにより中立軸の上下に交互に作用する引張力に対し、中立軸の上下に設けた鋼棒６が引張力に抵抗するよう有効に作用する。
【００１６】
鋼棒６は異形鉄筋など表面に突起部を有する鉄筋で構成されており、その長さ方向の一部にくびれ部７を形成し、このくびれ部７を鋼棒の塑性化部８としている。鋼棒６を収納する穴５において、くびれ部７の周囲の空間には梁１との摩擦接合を絶縁するアンボンド材１０が巻かれていると共に、くびれ部７を除く鋼棒の周囲の間隙には樹脂系の接着材１１が充填されており、この接着材１１が硬化することで鋼棒６の表面の突起部（図示せず）と接着材１１の相互作用によって、該鋼棒６は木質の梁１にしっかりと定着されている。
【００１７】
図１において、地震により構造物に水平力が作用したとき、柱梁接合部を支点として、梁端部４は矢印（ホ）で示すように上下に回転する。また梁端部４が上方に回転するときは、梁せいの中立軸の上側では圧縮力が作用し下側では引張力が作用する。反対に梁端部４が下方に回転するときは、梁せいの中立軸の上側では引張力が作用し下側では圧縮力が作用する。このとき梁端内部に埋設した複数本の各鋼棒６において、梁端部４の圧縮力が作用する部位の鋼棒６には圧縮軸力が入力し、梁端部４の引張力が作用する部位の鋼棒６には引張軸力が入力する。
【００１８】
鋼棒６に引張力が作用するとき、特定部位に設けたくびれ部７だけが他の部位より先に降伏する。特に、くびれ部７は鋼棒６の塑性化の性質によって梁端部４は曲げ耐荷力を急速に低減することなく徐々に回転変形を生じ、結果として、柱梁接合部における梁端部４は靭性に富む架構となる。
【００１９】
図２（ｂ）によってさらに説明すると、鋼棒６は、梁１に対して接着材１１により形成される定着部１２とアンボンド材１０により形成されるアンボンド部１３を有している。また塑性化部８では、くびれ部７によって鋼棒断面積が他よりも減少されており、アンボンド部１３はこの部位に形成されている。このアンボンド部１３においては、鋼棒６と梁１とは摩擦抵抗なく自由に滑動できる。この結果、地震水平力により接合部に曲げ応力が作用したとき、定着部１２の働きにより鋼棒６に引張軸力が作用する。この引張軸力がある大きさを越えると、鋼棒６は断面積が最小である塑性化部８（くびれ部７）において軸降伏を起こし塑性伸びを開始する。この時点から梁端部４はその曲げ耐荷力を急激に低減することなく回転変形を生じるので、架構の水平変形性能が確保され、じん性に富んだ架構となる。
【００２０】
図２（ａ）のグラフは、梁せいの低減とレベル２の大地震時の梁端の塑性回転性能の付与（つまり、破壊に伴う急激な耐力低下の防止）を示している。よこ軸に梁端部４の回転角をとり、たて軸に梁端部４の曲げモーメント応力を示している。図の太線（イ）は、塑性化部を有する鋼棒を内蔵した梁端部の曲げ挙動を示し、点線（ロ）は、鋼棒を内蔵しない木質梁の曲げ挙動を示す。この図２（ａ）から分るように、木質梁端部の曲げ応力の挙動としては、あるところまでは耐力が上がってから、急激に木質繊維が破断し、点線矢印（ハ）のように直下に向かって落ちる、つまり急激に曲げ耐力が０となる。また、図の細い直線（ニ）は、くびれ部のある鋼棒の曲げ挙動を示し、グラフから分るように耐力が上がったところで鋼棒が降伏することで耐力が０にならないで一定の耐力を保つ。
【００２１】
したがって、細い直線（ニ）と点線（ロ）を足すと太線（イ）のようになって、鋼棒６が降伏の後、鉄筋の伸びがあるのですぐには耐力が低下しないで、梁端部４はずっと回転変形を続け、急激に破壊するのではなく回転性能が上がることが分かる。
【００２２】
図３に鋼棒６の長さ方向に寸法Ｌ１〜Ｌ４を付し、塑性化部８のくびれ部の断面積を決定する条件を以下の計算式によって説明する。図３のL１、L３は定着部長さであり、これはダボ接合の必要長より決める。Ｌ４は塑性化部長さであり、この長さL４は梁端部の回転による鋼棒の累積塑性歪による素材疲労特性から決定する。また、Ｌ２はアンボンド部長さであり、この範囲にアンボンド材１１を巻く。図において、Ｎ：鋼棒１本の軸力を示す。
【００２３】
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Ｌ１、Ｌ３は、ダボ接合の必要定着長より求める。
【００２４】
前記から、柱曲げモーメントMC ＞鋼棒入り梁端降伏モーメントＭの条件を満たし、かつ木質部と鋼棒の回転剛性寄与が同程度となるように鋼棒の塑性化部断面積ＡＰを決定することができる。したがって、設計上入力される曲げモーメントに対して、その曲げモーメントが（１０）式を上回らないように設計しておけば、その荷重に対して鋼棒は未だ降伏していない状態となる。もしも、その設計荷重よりも大きなモーメントが入ってきたら鋼棒は降伏を始めるが、鋼素材の性質上耐力が急激に降下することはなく、複合部材（梁）の効果として、曲げ性能、回転性能が向上する。
【００２５】
本発明の塑性化部を有する鋼棒からなる柱梁接合部エネルギー吸収機構は、鉄筋コンクリート構造物における柱梁接合部にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のエネルギー吸収機構を組み込んだ木質構造のラーメン架構における柱梁接合構造の断面図である。
【図２】（ａ）は、梁せいの低減とレベル２の大地震時の梁端の塑性回転性能の付与（つまり、破壊に伴う急激な耐力低下の防止）を示すグラフ、（ｂ）は、図１の部分断面図、（ｃ）、（ｄ）は計算式の説明図である。
【図３】鋼棒の塑性化部断面積を決定する計算式を説明するための説明図で、図（ｂ）は、図（ａ）のヘーヘ断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  梁    
２  柱
３  梁端面
４  梁端部
５  穴
６  鋼棒
７  くびれ部
８  塑性化部
１０  アンボンド材
１１  接着材
１２  定着部
１３  アンボンド部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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