(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の表面鋼板で形成された鋼板枠と、前記表面鋼板の内面に固設されたスタッドと、
前記鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えてなる鋼板コンクリート構造の設計システムであって、
スタッド間隔及びスタッド長さを含む構造条件を入力する構造条件入力手段と、
構造条件入力手段で入力された構造条件に基づいて躯体荷重を演算する躯体荷重演算手段と、
複数のスタッド全体で支持した場合に、スタッド１本あたりで支持可能な基準荷重を演算する基準荷重演算手段と、
基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率を演算する荷重比率演算手段と、
荷重比率と有効投影面積との関係を記憶する記憶手段と、
記憶手段で記憶された荷重比率と有効投影面積との関係を参照して、荷重比率から有効投影面積を演算する有効投影面積演算手段と、
有効投影面積演算手段で演算された有効投影面積に基づき、スタッド１本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を演算する荷重演算手段とを備えていることを特徴とする鋼板コンクリート構造の設計システム。
【請求項２】
複数の表面鋼板で形成された鋼板枠と、前記表面鋼板の内面に固設されたスタッドと、
前記鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えてなる鋼板コンクリート構造の設計システムによる設計方法であって、
前記設計システムの構造条件入力手段が入力したスタッド間隔及びスタッド長さを含む構造条件に基づいて、前記設計システムの躯体荷重演算手段が躯体荷重を求め、
前記設計システムの基準荷重演算手段が、複数のスタッド全体で支持した場合に、スタッド１本あたりで支持可能な基準荷重を求め、
前記設計システムの荷重比率演算手段が、基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率を求め、
前記設計システムの有効投影面積演算手段が、前記設計システムの記憶手段が記憶する予め求められた荷重比率と有効投影面積との関係を参照して、荷重比率から有効投影面積を求め、
求めた有効投影面積に基づき、前記設計システムの荷重演算手段が、スタッド１本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を求めるようにしたことを特徴とする鋼板コンクリート構造の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート構造としては、張力部材に鉄筋を用いた鉄筋コンクリート構造（ＲＣ構造）が一般的であるが、近年、張力部材に鋼板を用いた鋼板コンクリート構造（ＳＣ構造）が注目されている。このＳＣ構造は、例えば、複数の表面鋼板で形成された鋼板枠と、複数の表面鋼板相互を連結するタイバーと、各表面鋼板の内面に固設されたスタッドと、鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えて構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、ＲＣ構造に配管サポート等の付帯物を取り付ける際には、例えば、付帯物の取付位置を予め定めておき、そこにボルト等を配置してからコンクリートを打設し、コンクリート硬化後に、ＲＣ構造の壁面から突出しているボルト部分に付帯物を連結している。これに対し、ＳＣ構造では、表面鋼板に付帯物を直接溶接等で接合できるため、付帯物の取付位置を予め定めておく必要がなく、しかも、コンクリート硬化時期と関係なく付帯物を取り付けることができる。このため、ＳＣ構造は、ＲＣ構造と比較し、付帯物の取付時期や取付位置の自由度が高く、付帯物の取付施工性を高めることができるという大きな利点を有している。
【０００４】
一方、このようなＳＣ構造を設計する場合、コンクリート１に埋設されたスタッド２の破壊モードとしては、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すスタッド中心に４５度の角度で破壊するコーン破壊と、鋼材破壊（スタッド破断）の２通りの破壊モードについて検討する。また、このうち、現状のコーン破壊に対する耐力（強度）評価手法では、１本のスタッド２の耐力を、下記の式（１）に基づいて評価することが一般的に行われている。ここで、図７（ｂ）、式（１）において、Ｌｅはスタッドの埋め込み深さ、Ｄはスタッドの径、φは低減係数（安全係数）、Ａｃは投影面積、Ｆｃはコンクリート強度を示す。
【０００５】
【数１】
0005751862.tif 000002
【０００６】
この式（１）の通り、スタッド２のコーン破壊での耐力は投影面積Ａｃに依存する。そして、図８（ａ）に示すように、スタッド２が１本の場合には、埋め込み深さＬｅを半径とした円形面積が有効投影面積Ａｃとなる。また、図８（ｂ）に示すように、複数のスタッド２が群状に配置され、且つスタッド２の間隔が狭く、各スタッド２の埋め込み深さＬｅを半径とした円形面積が重なる場合には、隣り合うスタッド２の間隔を一辺とした矩形面積を有効投影面積Ａｃとしている。さらに、図８（ｃ）に示すように、複数のスタッド２が群状に配置され、スタッド２の間隔が十分広い場合には、埋め込み深さＬｅを半径とした円形面積が有効投影面積Ａｃとなる。なお、有効投影面積Ａｃが重なるようにスタッド２が群状に配置され、引抜荷重が均一に作用した場合には（均等載荷状態では）、図８（ｄ）に示すように大きな有効投影面積Ａｃを設定してコーン破壊に対する耐力評価を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１６９９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＳＣ構造の設計方法では、図８（ｂ）に示す通り、群状に配置されたスタッド２に荷重が均一に作用した状態で、中央の１本のスタッド２に大きな引抜荷重が作用した場合、１本のスタッド２を引き抜く図８（ａ）の場合よりも、有効投影面積Ａｃが小さくなってしまい、コーン破壊での耐力が小さく評価されてしまう。すなわち、従来のＳＣ構造の設計方法においては、ＳＣ構造に躯体荷重（ＳＣ構造の自重や地震荷重など、付帯物による荷重以外の設計上考慮しうる荷重）が作用した場合のスタッド２の引抜耐力を考慮して評価がなされていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の鋼板コンクリート構造の設計システムは、複数の表面鋼板で形成された鋼板枠と、前記表面鋼板の内面に固設されたスタッドと、前記鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えてなる鋼板コンクリート構造の設計システムであって、スタッド間隔及びスタッド長さを含む構造条件を入力する構造条件入力手段と、構造条件入力手段で入力された構造条件に基づいて躯体荷重を演算する躯体荷重演算手段と、複数のスタッド全体で支持した場合に、スタッド１本あたりで支持可能な基準荷重を演算する基準荷重演算手段と、基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率を演算する荷重比率演算手段と、荷重比率と有効投影面積との関係を記憶する記憶手段と、記憶手段で記憶された荷重比率と有効投影面積との関係を参照して、荷重比率から有効投影面積を演算する有効投影面積演算手段と、有効投影面積演算手段で演算された有効投影面積に基づき、スタッド１本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を演算する荷重演算手段とを備えていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の鋼板コンクリート構造の設計方法は、複数の表面鋼板で形成された鋼板枠と、前記表面鋼板の内面に固設されたスタッドと、前記鋼板枠内に打設されたコンクリートとを備えてなる鋼板コンクリート構造の設計システムによる設計方法であって、前記設計システムの構造条件入力手段が入力したスタッド間隔及びスタッド長さを含む構造条件に基づいて、前記設計システムの躯体荷重演算手段が躯体荷重を求め、前記設計システムの基準荷重演算手段が、複数のスタッド全体で支持した場合に、スタッド１本あたりで支持可能な基準荷重を求め、前記設計システムの荷重比率演算手段が、基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率を求め、前記設計システムの有効投影面積演算手段が、前記設計システムの記憶手段が記憶する予め求められた荷重比率と有効投影面積との関係を参照して、荷重比率から有効投影面積を求め、求めた有効投影面積に基づき、前記設計システムの荷重演算手段が、スタッド１本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を求めるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法においては、従来の鋼板コンクリート構造の設計方法に対し、コーン破壊における有効投影面積の求め方を見直すことにより、合理的なスタッド耐力の評価を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造のスタッド配置を示す模式図である。また、図２（ａ）が正面視図であり、図２（ｂ）が平断面視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造の設計システムを示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造の設計方法における有効投影面積の求め方を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造の設計方法における荷重比率と有効投影面積の関係の一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造の設計方法における荷重比率とスタッド耐力の関係の一例を示す図である。
【図７】鋼板コンクリート構造におけるスタッドのコーン破壊を示す図である。
【図８】従来の鋼板コンクリート構造の設計方法においける有効投影面積の求め方を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図１から図６を参照し、本発明の一実施形態に係る鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法について説明する。
【００１４】
はじめに、本実施形態のＳＣ構造（鋼板コンクリート構造）１０は、例えば、図１に示すように、複数の表面鋼板３、４で形成された鋼板枠５と、鋼板枠５を形成する複数の表面鋼板３、４のうち、互いに向かい合う一対の表面鋼板３、４同士を連結する複数のタイバー６と、各表面鋼板３、４の内面に固設された複数のスタッド２と、鋼板枠５内に打設されたコンクリート１とを備えて構成されている。
【００１５】
また、タイバー６は、その一端を一対の表面鋼板３、４のうちの一方の表面鋼板３に接合し、他端を他方の表面鋼板４に接合して鋼板枠５内に配設（コンクリート１に埋設）されている。スタッド２は、表面鋼板３、４とコンクリート１との接続性等を高めるためのものである。そして、本実施形態のスタッド２は、軸部２ａの一端側に頭部２ｂを備えた頭付きスタッドであり、軸部２ａの他端を表面鋼板３、４の内面に隅肉溶接等で接合して鋼板枠５内に配設（コンクリート１に埋設）されている。なお、本実施形態のＳＣ構造１０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に模式的に示すように、複数のスタッド２が群状に配置されている。
【００１６】
また、このＳＣ構造１０には、図１に示すように、付帯物７が取り付けられる。本実施形態では、この付帯物７が配管８を支持するための配管サポート７ａとされ、例えばＨ型鋼を用いて形成されている。また、この付帯物７の配管サポート７ａは、鋼板であるベースプレート（取付板）７ｂが取り付けられ、このベースプレート７ｂを表面鋼板３に溶接などで接合してＳＣ構造１０に取り付けられる。
【００１７】
次に、本実施形態では、図３に示すように、構造条件入力手段１１と躯体荷重演算手段１２と基準荷重演算手段１３と荷重比率演算手段１４と記憶手段１５と有効投影面積演算手段１６と荷重演算手段１７とを備えてなる設計システム（鋼板コンクリート構造の設計システム）２０を用いて、上記構成からなるＳＣ構造１０を設計する。
【００１８】
そして、本実施形態においてＳＣ構造１０を設計する際には（本実施形態のＳＣ構造の設計方法では）、群状に配置されたスタッド２に荷重が均一に作用した状態（図８（ｂ）に示した状態）で中央の１本のスタッド２に大きな引抜荷重が作用した場合において、次のような考え方を適用する。
【００１９】
まず、コーン破壊でのスタッド耐力の計算式には、次の式（２）を用いる。
【００２０】
【数２】
0005751862.tif 000003
ここで、φは低減係数（安全係数）、Ａｃは投影面積、Ｆｃはコンクリート強度を示す。
【００２１】
次に、本実施形態では、構造条件入力手段１１によって、スタッド間隔ａとスタッド長さＬｅとスタッド径Ｄを入力する。そして、このように構造条件入力手段１１で入力された構造条件に基づいて、躯体荷重演算手段１２によって躯体荷重を演算する。ここで、躯体荷重とは、ＳＣ構造１０の自重や地震荷重など、付帯物７による荷重以外の設計上考慮しうる荷重を示す。
【００２２】
また、基準荷重演算手段１３によって、複数のスタッド全体で支持した場合にスタッド１本あたりで支持可能な基準荷重を演算する。ここで、基準荷重とは、スタッド２の許容荷重を意味し、図８（ｂ）に示した（後述の図４（ｂ）に示す）複数のスタッド２が群状に配置され、且つスタッド２の間隔が狭く、各スタッド２の埋め込み深さＬｅを半径とした円形面積が重なる場合の有効投影面積がＡ□である場合のコーン引抜耐力を意味する。言い換えれば、基準荷重は、有効投影面積がＡ□である場合にどのくらいのコーン引抜力を持っているかを意味する。
【００２３】
次に、荷重比率演算手段１４によって、基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率αを演算する。また、記憶手段１５で記憶された荷重比率αと有効投影面積Ａｃとの関係を参照し、有効投影面積演算手段１６によって荷重比率αから有効投影面積Ａｃを演算する。
【００２４】
例えば、本実施形態では、記憶手段１５に、図５に示すような荷重比率と有効投影面積の関係が予め記憶されている。そして、有効投影面積演算手段１６では、図４（ａ）に示す面積Ａ○を式（３）で、図４（ｂ）に示す面積Ａ□を式（４）で求め、これら式（３）、式（４）で求めた各面積と、荷重比率演算手段１４で演算した基準荷重に対する躯体荷重の荷重比率αから、荷重比率αと有効投影面積Ａｃの関係（式（５））により有効投影面積Ａｃを演算する。
【００２５】
【数３】
0005751862.tif 000004
【００２６】
【数４】
0005751862.tif 000005
【００２７】
【数５】
0005751862.tif 000006
【００２８】
そして、有効投影面積演算手段１６で演算された有効投影面積Ａｃに基づき、荷重演算手段１７によってスタッド１本で付帯物荷重を含む支持可能な荷重を演算する。ここで、図６は、スタッド間隔ａを２００ｍｍ、スタッド径Ｄを３５ｍｍ、スタッド長さＬｅを１７０ｍｍ、コンクリート強度Ｆｃを３０ＭＰａとし、上記の設計方法を適用してスタッド耐力を試算した結果である。
【００２９】
この試算結果に示すように、本実施形態の設計方法では、躯体荷重が全く作用していない状態（有効投影面積Ａ○の状態）と、躯体荷重としてスタッド２の許容荷重（基準荷重）が作用した状態（有効投影面積Ａ□の状態）との間の荷重状態（躯体荷重としてスタッド許容荷重の１／３が作用した状態や躯体荷重としてスタッド許容荷重の２／３が作用した状態など）におけるスタッド耐力が求まる。
【００３０】
すなわち、本実施形態の鋼板コンクリート構造１０の設計システム２０及び鋼板コンクリート構造１０の設計方法においては、従来の鋼板コンクリート構造の設計方法に対し、コーン破壊における有効投影面積の求め方を見直し、作用する荷重に応じた有効投影面積Ａｃを求めることで、合理的なスタッド耐力の評価を行うことが可能になる。
【００３１】
以上、本発明に係る鋼板コンクリート構造の設計システム及び鋼板コンクリート構造の設計方法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１      コンクリート
２      スタッド
２ａ    軸部
２ｂ    頭部
３      表面鋼板
４      表面鋼板
５      鋼板枠
６      タイバー
７      付帯物
７ａ    配管サポート
７ｂ    ベースプレート
８      配管
１０    鋼板コンクリート構造（ＳＣ構造）
１１    構造条件入力手段
１２    躯体荷重演算手段
１３    基準荷重演算手段
１４    荷重比率演算手段
１５    記憶手段
１６    有効投影面積演算手段
１７    荷重演算手段
２０    鋼板コンクリート構造の設計システム
【図１】
0005751862.tif 000007
【図２】
0005751862.tif 000008
【図３】
0005751862.tif 000009
【図４】
0005751862.tif 000010
【図５】
0005751862.tif 000011
【図６】
0005751862.tif 000012
【図７】
0005751862.tif 000013
【図８】
0005751862.tif 000014