(57)【要約】【課題】鉄筋コンクリートに大開口を設けることができ、かつ、性能確認を容易に行うことのできる開口の補強構造を提供する。【解決手段】鉄筋コンクリート梁をの開口の補強構造１０は、開口１２の内側に嵌挿された鋼管１１と、鋼管１１の外周面に対して略垂直となるように接合されているせん断補強筋１３と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する鉄筋コンクリート梁を補強する構造であって、
前記開口の内側に嵌挿された円筒状の開口補強部材と、
前記開口補強部材の外周面に対して略垂直となるように接合されている複数のせん断補強筋と、を備えることを特徴とする開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造。
【請求項２】
請求項１記載の鉄筋コンクリート梁の補強構造であって、
前記複数のせん断補強筋は、
梁主筋の長さ方向に沿って略等間隔に設定した前記複数のせん断補強筋に夫々対応する複数の点と、各点を通る前記梁主筋に略垂直な直線と前記開口補強部材との交点との中点を、対応するせん断補強筋が通るように配置されたことを特徴とする開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造。
【請求項３】
前記開口補強部材は、軸方向に複数に分割された鋼管からなることを特徴とする請求項１又は２記載の開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造。
【請求項４】
前記開口の径が鉄筋コンクリート梁の梁せいの１／３以上、
かつ、梁せいより、前記鉄筋コンクリート梁の上下のかぶり厚と、せん断補強筋の径と、主筋の径と、の合計を減じた値以下であることを特徴とする請求項１から３何れかに記載の開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造。
【請求項５】
前記せん断補強筋はコの字状に成形され、その両端が前記開口補強部材の外周面に接合されていることを特徴とする請求項１から４何れかに記載の開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造。
【請求項６】
前記せん断補強筋は前記開口の上下で長方形に成形され、その開口側の一辺が前記開口補強部材の外周面に接合されていることを特徴とする請求項１から４何れかに記載の開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造。
【請求項７】
開口を有する鉄筋コンクリート梁の製造方法であって、
外周面に対して略垂直となるようにせん断補強筋が接合された円筒状の開口補強部材を前記開口の内側部分に配置し、
前記鉄筋コンクリート梁を構成するコンクリートを打設することを特徴とする開口を有する鉄筋コンクリート梁の製造方法。
【請求項８】
開口を有する鉄筋コンクリート梁の製造方法であって、
円筒状の開口補強部材を前記開口の内側部分に配置し、
前記開口補強部材の外周面に対して略垂直となるようにせん断補強筋を接合し、
前記鉄筋コンクリート梁を構成するコンクリートを打設することを特徴とする開口を有する鉄筋コンクリート梁の製造方法。
【請求項９】
請求項７又は８記載の製造方法により製造された鉄筋コンクリート梁を含む梁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造及び製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄筋コンクリート造の建物を構築する際に、設備配管等を設置するため、鉄筋コンクリート梁を貫通するように開口を設けることがある。しかし、鉄筋コンクリート梁に開口を設けると、開口周辺のコンクリートに局所的な応力が作用し、鉄筋コンクリート梁の強度が低下してしまうため、鉄筋コンクリート梁に開口を設ける際には、開口の径は一般には梁せいの１／３以下と制限されている。このため、梁部材に大開口を設ける必要がある、設備機器を集中管理するオフィスビルなどには、鉄筋コンクリート構造を用いることは難しかった。
【０００３】
そこで、鉄筋コンクリート梁の強度を確保しつつ、開口を設ける方法として、例えば特許文献１には、鉄筋コンクリート梁を貫通するように鋼管を設け、この鋼管の両端付近にリング状の鉄板を固着し、このリング状の鉄板にせん断補強筋を固着した鉄筋コンクリート梁の開口補強構造が記載されている。
【特許文献１】特開平６―１９３１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、この開口補強構造を用いて大きな径を有する開口を設けようとすると、施工の際には、リング状の鉄板が障害となるため、梁主筋の配筋作業に手間がかかってしまう。また、リング状の鉄板を避けて配筋の設計をしなければならず、例えば梁主筋を２段配筋できないなど、設計の自由度が損なわれる。また、リング状の鉄板を設けるので、鋼材の使用量が増え、経済性が損なわれる。
【０００５】
そこで、発明者らは、例えば、図７に示すように、鉄筋コンクリート梁１１５の開口１１２の内側に嵌挿された鋼管１１１と、鋼管１１１の外周面に溶接されたせん断補強筋１１３とからなる開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造１００を提案している（特願２００５−３５０４３０号参照）。
【０００６】
しかしながら、この方法では、円筒形の鋼管１１１の外周面にせん断補強筋１１３を鉛直方向に延びるように溶接しているため、図８（Ａ）に示すように、せん断補強筋１１３を鋼管１１１表面に対して傾いた状態で溶接しなければならない箇所がでてくる。図８（Ｂ）に示すように、せん断補強筋を鋼管の表面に対して垂直に溶接した場合には、余盛り量を目視により確認することにより、溶接箇所の性能確認を行うことができるが、図８（Ａ）のようにせん断補強筋１１３を表面に対して斜めに溶接する場合には、このような目視による性能確認の基準を適用することができず、別途ＵＴ検査や非破壊検査を行わなければならなかった。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、鉄筋コンクリートに大開口を設けることができ、かつ、性能確認を容易に行うことのできる開口の補強構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造は、開口を有する鉄筋コンクリート梁を補強する構造であって、前記開口の内側に嵌挿された円筒状の開口補強部材と、前記開口補強部材の外周面に対して略垂直となるように接合されている複数のせん断補強筋と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記の開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造において、前記複数のせん断補強筋は、梁主筋の長さ方向に沿って略等間隔に設定した前記複数のせん断補強筋に夫々対応する複数の点と、各点を通る前記梁主筋に略垂直な直線と前記開口補強部材との交点との中点を、対応するせん断補強筋が通るように配置されてもよい。
【００１０】
また、前記開口補強部材は、軸方向に複数に分割された鋼管からなるものであってもよい。また、前記開口の径が鉄筋コンクリート梁の梁せいの１／３以上、かつ、梁せいより、前記鉄筋コンクリート梁の上下のかぶり厚と、せん断補強筋の径と、主筋の径と、の合計を減じた値以下であってもよい。
【００１１】
また、前記せん断補強筋はコの字状に成形され、その両端が前記開口補強部材の外周面に接合されていてもよく、前記せん断補強筋は前記開口の上下で長方形に成形され、その開口側の一辺が前記開口補強部材の外周面に接合されていてもよい。
【００１２】
また、本発明の開口を有する鉄筋コンクリート梁の製造方法は、開口を有する鉄筋コンクリート梁を製造方法であって、外周面に対して略垂直となるようにせん断補強筋が接合された円筒状の開口補強部材を前記開口の内側部分に配置し、前記鉄筋コンクリート梁を構成するコンクリートを打設することを特徴とする。
また、本発明の開口を有する鉄筋コンクリート梁の製造方法は、円筒状の開口補強部材を前記開口の内側部分に配置し、前記開口補強部材の外周面に対して略垂直となるようにせん断補強筋を接合し、前記鉄筋コンクリート梁を構成するコンクリートを打設することを特徴とする。
なお、本発明は、上記の補強方法により補強された鉄筋コンクリート梁を含む梁構造を含むものとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、せん断補強筋が鋼管表面に対して略垂直に取り付けられているため、余盛り量を目視により検査することにより性能確認が可能となる。これにより、別途ＵＴ検査や非破壊検査などを行う必要がなく、手間とコストを削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の開口の補強構造の一実施形態について図面に基づき説明する。
図１（Ａ）は、本実施形態の補強構造１０が適用された鉄筋コンクリート梁２０の長手方向断面図であり、同図（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ−Ａ´断面の鉛直断面図である。同図に示すように鉄筋コンクリート梁２０は幅方向に貫通する開口１２を有しており、この開口１２を利用して設備配管などが行われる。
【００１５】
図１に示すように、鉄筋コンクリート梁２０の開口１２付近以外の部分は、通常の鉄筋コンクリート梁と同様に梁主筋１６と、梁主筋１６を囲むように配設されたせん断補強筋１７とを備える。本実施形態の開口１２の補強構造１０は、開口１２に嵌挿された鋼管１１と、鋼管１１の外周面に対して略垂直となるように溶接接合されたせん断補強筋１３とで構成される。せん断補強筋１３はコの字型に成形されており、両端が鋼管１１に溶接接合されている。
このような補強構造１０を備えた鉄筋コンクリート梁２０は、予め、外周面に対して略垂直となるようにせん断補強筋１３が接合された鋼管１１を開口１２の内側部分に配置し、型枠を配置し、記鉄筋コンクリート梁を構成するコンクリートを打設することにより構築することができる。
【００１６】
一般に、鉄筋コンクリート梁に開口を設けると、内部荷重の流れが変化し、開口の周辺の内部応力が局所的に高くなる。このため、開口の周辺より破壊を生じてしまい、鉄筋コンクリート梁の強度が低下してしまう。かかる理由により、鉄筋コンクリート梁には大開口を設けることができず、鉄筋コンクリート梁に開口を設ける場合には、開口の径が梁せいの１／３以下となるように制限されていた。
【００１７】
これに対して、本実施形態の開口補強構造１０によれば、開口１２の内側に鋼管１１が嵌挿されているため、無開口の場合に鉄筋コンクリート梁の開口１２に相当する部分のコンクリート部材が負担する圧縮荷重を鋼管１１が負担する。これにより、開口１２を設けることによる応力分布の変化を抑えることができるため、開口１２の周辺のコンクリートに局所的に大きな圧縮応力が作用することを抑止できる。また、せん断補強筋１３は鋼管１１に堅く溶接されているため、上下のせん断補強筋１３に作用する応力がお互いに伝達され、上下のせん断補強筋１３が一体となり、せん断力に抵抗する。さらに、開口１２の周辺のコンクリート部材に亀裂が入っても、せん断補強筋１３によりコンクリート部材が欠落することを防止する。
これにより、開口１２を設けることによる鉄筋コンクリート梁２０の強度の低下を抑えることができ、鉄筋コンクリート梁２０に、鉄筋コンクリート梁２０の梁せいの１／３以上、かつ、梁せいより、鉄筋コンクリート梁２０の上下のかぶり厚と、せん断補強筋１３の径と、梁主筋１６の径との合計を減じた値以下の径の開口１２を設けることが可能になる。
【００１８】
ここで、従来技術の欄に記載したように、従来はせん断補強筋を鉛直方向に延びるように設ける構成であったため、せん断補強筋を鋼管の外周面に対して垂直方向から斜めに傾いた状態で溶接接合していた。このように鋼管表面に対して斜めに傾いた状態で溶接接合する場合には、溶接部の性能確認を目視で行うことができず、ＵＴ検査や非破壊検査などにより性能確認を行う必要がある。
【００１９】
これに対して、本実施形態の補強構造１０では、図１に示すように、せん断補強筋１３を鋼管１１の外周面に対して略垂直になるように溶接接合している。かかる構成により、余盛り量に基づく目視による溶接部の性能確認ができるため、ＵＴ検査や非破壊検査などの性能確認を別途行う必要がなくなり、コストや手間を削減することができる。
【００２０】
ここで、せん断補強筋１３を鋼管１１の外周面に等間隔に取付けると、梁主筋１６近傍でせん断補強筋１３の間隔が広くなってしまい、この部分の強度が低下する虞がある。また、逆に、梁主筋１６において等間隔になるようにせん断補強筋１３を配置すると、鋼管１１外周面におけるせん断補強筋１３の溶接位置が近くなってしまい施工が困難になる。そこで、本実施形態では、梁主筋１６の近傍においてせん断補強筋１３の間隔が広い箇所が生じてしまったり、鋼管１１表面においてせん断補強筋１３の接合位置が近くなってしまったりすることを防ぐため、以下に説明するように、せん断補強筋１３の配置を決定している。
【００２１】
図２は、せん断補強筋１３の配置を決定する方法を説明するための図である。同図（Ａ）に示すように、まず、略一定の間隔でせん断補強筋の位置を仮決めする。仮決めしたせん断補強筋と梁主筋の交点をＡ、仮決めしたせん断補強筋と鋼管との交点をＢとする。
【００２２】
次に、同図（Ｂ）に示すように、交点Ａと交点Ｂとの中間点を求め、この中間点をＣとする。
次に、同図（Ｃ）に示すように、中間点Ｃと鋼管の中心点Ｏとを結び、この直線上の鋼管表面から梁主筋に到達する直線ＯＤ上にせん断補強筋１３の配置を決定する。
【００２３】
上記のようにせん断補強筋１３の配置を決定することにより、梁主筋１６の位置におけるせん断補強筋１３の間隔が広すぎたり、鋼管１１表面におけるせん断補強筋１３の接合位置の間隔が狭すぎたりすることを防ぐことができる。このため、強度の低下や、施工性の低下を防ぐことができる。
【００２４】
以上説明したように、本実施形態の補強構造１０によれば、鉄筋コンクリート梁２０の強度を低下させることなく、径が梁せいの１／３以上の大開口１２を設けることができる。また、特許文献１記載の開口補強構造に比べて鋼材の使用量が少ないため、コストを削減することができる。さらに、補強構造１０は、従来の開口補強構造に比べてコンパクトであるため、設計の自由度が向上する。
【００２５】
また、鋼管１１の外周面に対して略垂直にせん断補強筋１３を溶接接合するため、余盛り量に基づき目視により性能確認を行うことができる。これにより、別途ＵＴ検査や非破壊検査を行う必要がなくなり、手間やコストを削減することができる。
【００２６】
なお、本実施形態では、一体成形された鋼管１１を開口１２に嵌挿しているが、これに限らず、軸方向に複数に分割された鋼管を嵌挿する構成としてもよい。鉄筋コンクリート梁２０には作用する荷重は、主に面内方向に作用する荷重であるため、上記のような軸方向に複数に分割された鋼管を用いても強度が低下してしまうことはない。このように軸方向に複数に分割された鋼管を用いることで、鋼管を軽量化できるため、揚重装置を用いることなく、容易に鋼管を配置することができる。
また、上記実施形態では、予め、せん断補強筋１７を鋼管１１の外周面に対して略垂直となるように接合しておく構成としたが、これに限らず、現場において、鋼管１１を配置した後、鋼管１１の外周面に溶接接合してもよい。
【００２７】
また、本実施形態では、せん断補強筋をコの字型に成形し、その両端を鋼管表面に溶接接合する構成としたが、これに限らず、せん断補強筋を長方形状に成形し、上側のせん断補強筋は下辺を、下側のせん断補強筋は上辺を鋼管に溶接接合する構成としてもよい。
【００２８】
ここで、本実施形態の開口補強構造を用いた場合にも、従来のせん断補強筋を鉛直方向に延びるように鋼管に溶接接合した開口補強構造を用いた場合と同等の構造性能が得られることを数値解析による検討により確認したので、以下説明する。なお、発明者らは、せん断補強筋を鉛直方向に延びるように鋼管に溶接接合した開口補強構造を鉄筋コンクリート梁に設けることにより、開口のない鉄筋コンクリート梁と同等の構造性能が得られることを解析及び模型実験により確認している（特願２００５−３５０４３０号参照）。
【００２９】
本検討では、試験体として一般的な鉄筋コンクリート梁の１／２の縮小モデルを用いて、２次元有限要素解析を行った。なお、実物大の試験体を用いて解析を行った場合に比べて、せん断強度等は１／４倍になる。図３及び図４は本検討に用いた試験体ＮＯ．１及びＮＯ．２を示す図である。本検討では、図３に示すような、従来のせん断補強筋を鉛直方向に延びるように鋼管に溶接接合した開口補強構造を備える鉄筋コンクリート梁をモデル化した試験体ＮＯ．１と、図４に示すような、本実施形態のせん断補強筋を鋼管に対して略垂直となるように溶接接合した開口補強構造を備える鉄筋コンクリート梁をモデル化した試験体ＮＯ．２を試験体として用い、両試験体にせん断力を単調に載荷して、ひび割れ状況及び荷重―変形関係について調べた。
【００３０】
両試験体ともに、断面形状：３５０×４５０ｍｍ（実物大では７００×９００ｍｍ）、内法スパン：１８００ｍｍ（実物大では３６００ｍｍ）、開口径：２２５ｍｍ（実物大では４５０ｍｍ）（梁せいの１／２）、鋼管の厚さ：６ｍｍ（実物大では１２ｍｍ）、鋼管の降伏応力：２８３ＭＰａ（鋼種ＳＳ４００に相当）、梁主筋：４−Ｄ２５、梁主筋降伏応力：１１７０ＭＰａ（鋼種：ＰＣ鋼棒Ｃ種に相当）、せん断補強筋：Ｄ１０、せん断補強筋降伏応力：３５０ＭＰａ（鋼種ＳＤ２９５に相当）、コンクリート強度：４０Ｎ／ｍｍ２とした。
【００３１】
図５は、せん断力が約１５８ｋＮの時点における開口周辺のひび割れ状況を示す図であり、（Ａ）は、試験体ＮＯ．１を、（Ｂ）は、試験体ＮＯ．２を示す。また、図６は、試験体ＮＯ．１及びＮＯ．２の荷重―変形の関係を示すグラフである。図５（Ａ）及び（Ｂ）を比較してわかるように、試験体ＮＯ．１及びＮＯ．２には略同様なひび割れが発生している。また、図６に示すように、試験体ＮＯ．２は試験体ＮＯ．１に比べて最大耐力が若干（約６％）低めであるものの、変形性能が優れている。このことから、本実施形態の開口補強構造のように、せん断補強筋を鋼管表面に対して略垂直となるように溶接接合しても、せん断補強筋を鉛直方向に延びるように鋼管に溶接接合した場合と、実用上、同等な構造性能が発揮されることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本実施形態の補強構造が適用された鉄筋コンクリート梁の長手方向断面図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ−Ａ´断面の鉛直断面図である。
【図２】せん断補強筋の配置を決定する方法を説明するための図である。
【図３】試験体ＮＯ．１を示す図である。
【図４】試験体ＮＯ．２を示す図である。
【図５】せん断力が約１５８ｋＮの時点における開口周辺のひび割れ状況を示す図であり、（Ａ）は、試験体ＮＯ．１を、（Ｂ）は、試験体ＮＯ．２を示す。
【図６】試験体ＮＯ．１及びＮＯ．２の荷重―変形の関係を示すグラフである。
【図７】（Ａ）は、従来の鉄筋コンクリート梁の開口補強構造を示す図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＡ−Ａ´断面の鉛直断面図である。
【図８】（Ａ）は、せん断補強筋を鋼管表面に対して傾けて溶接した場合を示す図であり、（Ｂ）は、せん断補強筋を鋼管表面に対して垂直に溶接した場合を示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  開口補強構造
１１  鋼管
１２  開口
１３  せん断補強筋
１６  梁主筋
１７  せん断補強筋
２０  鉄筋コンクリート梁
１００  （従来の）開口補強構造
１１１  鋼管
１１２  開口
１１３  せん断補強筋
１１５  鉄筋コンクリート梁
【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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