(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＣ柱とＰＣ梁とで複数層階で形成された建物構造の柱梁接合部において、平面２方向（Ｘ、Ｙ軸）のＰＣ梁と、鉛直方向（Ｚ軸）のＰＣ柱に配置されたＰＣケーブルを柱梁接合部を貫通して緊張定着して緊張導入力を与え、各軸方向の部材端部断面にプレストレスを導入すると共に、柱梁接合部にプレストレスを導入して３軸圧縮状態にするため、以下の条件（１）と（２）のいずれも満足するように、各軸方向に導入するプレストレスσｘ、σｙ、σｚをそれぞれ定めることを特徴とするプレストレス導入法。
（１）柱梁接合部に接する梁端と柱端の部材断面において、長期設計荷重に対して引張応力度が生じないようにする。
（２）柱梁接合部において、大規模地震時（極稀に起きる地震）において、斜めひび割れの発生を許容せず、地震荷重による入力せん断力で生じた斜め引張応力度がコンクリート許容引張応力度以下になるようにする。
なお、σｘ、σｙ、σｚは、各軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）に導入されるプレストレスである。
【請求項２】
請求項１において、σｘ、σｙ、σｚの値は、以下に示す範囲内とすることを特徴とするプレストレス導入法。
２．０  ≦  σｘ  ≦  １０．０  Ｎ/ｍｍ2 
２．０  ≦  σｙ  ≦  １０．０  Ｎ/ｍｍ2 
０．６  ≦  σｚ  ≦    ９．０  Ｎ/ｍｍ2
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＣ構造の柱梁接合部を３軸圧縮状態とするためのプレストレスの導入法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンクリート部材で３軸方向（平面Ｘ、Ｙの２方向の梁部材と、鉛直Ｚ方向の柱部材）で形成された柱梁接合部において、斜引張力によって生じる斜めせん断ひび割れが発生するため、コンクリート部材が損傷を受けてひび割れが拡大して粘りのない脆性的破壊を引き起こし、柱梁接合部の破壊が直ちに構造骨組の崩壊に繋がり、やがて構造物全体が致命的なせん断破壊に至ることが古くから多くの研究によって証明されている。
【０００３】
この柱梁接合部における斜めひび割れの発生を防止するために、柱梁接合部を補強する種々の方法が以下に示す特許文献に開示されている。
ＲＣ造に関しては、例えば、特許文献１（特開２００５−２３６０３号公報）に示された補強方法は、コンクリート構造物の柱梁接合部において、双方の梁の端面から柱梁接合部内に延びる上部梁主筋が、他方の梁の端面に向かって斜め下方に延びて、他方の梁の端面から水平に内部に向かって定着されて下部梁主筋となり、双方の梁の端面から柱梁接合部内に延びる下部梁主筋が、他方の梁の端面に向かって斜め上方に延びて、他方の梁の端面から水平に内部に向かって定着されて上部梁主筋とすることによって引張主応力を低減させると共に、圧縮主応力を増大させるものである。
ＰＣ造に関しては、特許文献２に、プレキャストコンクリート部材をパネルゾーン（柱梁接合部）を貫通する２次ケーブルによって柱と梁を圧着接合して一体化するＰＣ構造の２段階非線形弾性耐震設計法が開示されている。
この２段階非線形弾性耐震設計法によれば、柱梁圧着接合部において、所定の地震荷重設計値までは、フルプレストレスの接合状態とし、前記所定の地震荷重設計値を超える極大地震が襲来した場合には、パーシャルプレストレス接合の状態とすることによって主要構造部材（柱、梁、パネルゾーン）の致命的な損傷が起こらないようにしたものである。
また、本出願人は、特願２０１９−１６７７９３号において、ＰＣ柱とＰＣ梁とで複数層階で形成された建物構造の柱梁接合部において、平面２方向（Ｘ、Ｙ軸）のＰＣ梁と、鉛直方向（Ｚ軸）のＰＣ柱に配置されたＰＣケーブルを柱梁接合部に貫通して緊張定着した緊張導入力で柱梁接合部にプレストレスを導入して３軸圧縮状態にする方法であって、柱梁接合部において、大規模地震時（極稀に起きる地震）においても、地震荷重による入力せん断力で生じた斜め引張力の全部または一部を打ち消し、斜めひび割れの発生を許容せず、各軸方向に導入されるプレストレスの割合を下記の式（１）を満たすようにする柱梁接合部のプレストレス導入法を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３６０３号公報
【特許文献２】特許第５６１２２３１号公報
【特許文献３】特許第４０４１８２８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、一方の梁端から主筋を柱梁接合部に斜めに延びて他方の梁端に定着することによって引張り主応力を低減させるというものである。
しかしながら、周知のように、ＲＣ構造では、鉄筋がひび割れの発生を防止することができず、ひび割れが発生してから鉄筋がひび割れの進展を抑制し、ひび割れ幅の拡大を抑止する役割を担っている。つまり、鉄筋が積極的にひび割れの発生を防止する役割を果たすことはできないが、ひび割れが発生してから初めてひび割れの拡大を抑制するものにすぎないのである。
従って、特許文献１に示されているように鉄筋を配置しても、積極的に柱梁接合部に斜めひび割れの発生を防ぐことはできず、あくまでもひび割れが発生してから、進展しないようにする消極的な方法にすぎないため、繰り返し地震荷重を受けると、斜めひび割れの発生による柱梁接合部の耐震性及び耐久性が低下することを防止できない。
また、一方の梁端の上部梁主筋と他方の梁端の下部梁主筋の数量や鉄筋径は必ずしも等しいとは限らず、鉄筋の曲げ加工や斜めに配置するにはかなり手間がかかるばかりではなく、柱梁接合部内の鉄筋が錯綜することから納まりがかなり悪い状態であり、コンクリートが均一に打設されずコンクリートの充填不良によるコンクリートのジャンカが発生しがちである。
【０００６】
特許文献２には、「パネルゾーン（柱と梁の接合部）において、スパン方向の大梁と長手方向の桁梁及び柱部材ともプレストレスを与えることによって、パネルゾーンはＸＹＺ全ての方向から３次元的にプレストレス力を受けることになる。」と記載され、更に、「パネルゾーンに３次元的に軸圧縮を付加しているのでプレストレスによる復元力特性を有しているため、地震後の残留変形は全く生じない。従来の設計法によるＲＣ構造およびＰＣ構造のパネルゾーンが破壊することでエネルギーを吸収することと全く違う設計思想である。」と記載されている。
この設計思想に基づいて柱梁接合部に３軸方向に予めプレストレスを導入して地震時に柱梁接合部に生じる斜め引張力を積極的に打ち消し、結果的に斜め引張力が生じることなくせん断破壊することを完全に回避でき、特許文献１に示される多くの斜め配筋を設ける必要がなくなるので柱梁接合部（パネルゾーン）内にコンクリートのジャンカ発生の問題は起きることがない。
【０００７】
特許文献２には、３軸圧縮柱梁接合部（パネルゾーン）とする設計思想が示されているが、３軸方向にプレストレスを導入する具体的設計法については言及されていない。
一般的に梁部材には作用荷重による軸力が殆どないが、柱部材には、作用荷重による軸力が常に生じており、作用荷重の種類によって軸力方向が一定ではなく変動するものであり、常時荷重（鉛直荷重）による軸力は圧縮であるが、地震や風等の偶発荷重（水平荷重）による軸力が圧縮と引張との２種類ある。特に、建物の外周周りに配置された外柱や隅柱に地震荷重によって大きな引抜力または圧縮力が発生することが多い。
【０００８】
また、柱の軸力は、階層によって値が異なるものであり、高層や超高層建物において、最上層と最下層との軸力の差は非常に大きく、作用荷重による柱軸力の大きさや方向（圧縮または引張）がまちまちであり、一定ではない。
また、柱梁接合部は、柱端と梁端が交差して形成されているが、柱端と梁端の部材断面が同一ではなくそれぞれ異なるものであり、更に、平面２方向（Ｘ、Ｙ軸）の梁端部材断面も、軸方向によって異なる場合が多く存在する。
柱梁接合部を３軸圧縮状態にするために、必ず周囲の柱端と梁端の部材断面にプレストレスを導入することに関連するから、柱梁接合部と共にその周囲に接合している柱端と梁端の部材断面を含めたプレストレス導入法を確立する必要がある。
【０００９】
現行の設計法では、ＰＣ構造として長期設計荷重による曲げ応力に対する部材断面算定において、各部材断面に引張応力度の発生を許容しない、いわゆるフルプレストレスの応力状態にすることと、部材断面に生じる引張応力度がコンクリートの許容引張応力度以下になるようにすること、いわゆるパーシャルプレストレスの応力状態にすることとの２通りあり、構造物の使用条件と要求性能に従ってその内の一つとして、各軸方向に所要のプレストレス導入力をそれぞれ算出して定めることにしてある。
【００１０】
しかし、短期設計荷重である地震荷重による柱梁接合部の斜めひび割れの発生に対し、ＲＣ構造と同じ考え方でＲＣ設計法に基づいてＰＣ鋼材を鉄筋と見なして引張応力に対抗する鋼材として対応させるだけのため、結果的に鉄筋は斜めひび割れが発生した後にひび割れの幅を制御することに有効ではあるが、ひび割れの発生を未然に防ぐことができない。
要するに、大規模地震時に、柱梁接合部に斜めひび割れが発生しないようにするためのプレストレス導入法はまだ確立されていない。
本発明は、先願（特願２０１９−１６７７９３号）で開示した設計法を更に進展させたものであり、柱梁接合部（パネルゾーン）を３軸圧縮状態にすると共に、柱梁接合部を形成する柱端と梁端の部材断面を含めて合理的にプレストレスを導入する方法を提供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】
【００１１】
ＰＣ柱とＰＣ梁とで複数層階で形成された建物構造の柱梁接合部において、平面２方向（Ｘ、Ｙ軸）のＰＣ梁と、鉛直方向（Ｚ軸）のＰＣ柱に配置されたＰＣ緊張材を柱梁接合部を貫通して緊張定着して緊張導入力を与え、各軸方向の部材端部断面にプレストレスを導入すると共に、柱梁接合部にプレストレスを導入して３軸圧縮状態にするため、以下の条件（１）と（２）のいずれも満足するように、各軸方向に導入するプレストレスσｘ、σｙ、σｚをそれぞれ定めることを特徴とするプレストレス導入法である。
（１）柱梁接合部に接する梁端と柱端の部材断面において、長期設計荷重に対して引張応力度が生じないようにする。
（２）柱梁接合部において、大規模地震時（極稀に起きる地震）において、斜めひび割れの発生を許容せず、地震荷重による入力せん断力で生じた斜め引張応力度がコンクリート許容引張応力度以下になるようにする。
なお、σｘ、σｙ、σｚは、各軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）に導入されるプレストレスである。
また、更に、σｘ、σｙ、σｚの値は、以下に示す範囲内とすることを特徴とするプレストレス導入法である。
２．０  ≦  σｘ  ≦  １０．０  Ｎ/ｍｍ2 
２．０  ≦  σｙ  ≦  １０．０  Ｎ/ｍｍ2 
０．６  ≦  σｚ  ≦    ９．０  Ｎ/ｍｍ2
【発明の効果】
【００１２】
本発明の効果を以下に列挙する。
（１）柱梁接合部と各軸方向の部材端部断面とを含めて考慮したプレストレス導入法によって、各軸方向の部材端断面が所要の構造性能を満足すると共に、柱梁接合部が３軸圧縮状態になり、地震荷重で柱梁接合部に入力せん断力によって柱梁接合部の対角線上に生じた斜め引張力の全部またはその殆どを打ち消し、地震時に斜めひび割れの発生を防ぐことができ、しかも、各軸方向の部材端部断面においては、無理なくそれぞれ合理的にプレストレスを導入することができるのである。
（２）さらに、プレストレスの値の適用範囲を基本としては、σｘ＝σｙ＝２．０〜１０．０Ｎ/ｍｍ2とし、柱の軸力影響を考慮して低減した割合関係によってσｚ＝０．６〜９．０Ｎ/ｍｍ2とすることによって、ＰＣ構造物に一般的に使用されているコンクリート設計基準強度（Ｆｃ＝４０〜６０Ｎ／ｍｍ２）に対応させてあり、導入力の過小または過大にはならず、合理的かつ経済的な設計とすることができる。
（３）大規模地震時に、柱梁接合部に生じた斜め引張力の一部が導入されたプレストレスに打ち消され、一部が残された場合でも、その斜め引張力による引張応力度が柱梁接合部の構築に使用したコンクリートの許容引張応力度以下になるようにすることによって、構造体にとって致命的な斜めせん断ひび割れが発生することなく、耐震性能を保つことができる。
（４）本発明のプレストレス導入法によって、従来のＲＣ構造のように鉄筋を柱梁接合部に配筋してひび割れ発生後の進展を受け身で抑制することとは全く異なり、柱梁接合部が柱の軸力が変動する要因を考慮した最も合理的なバランスで３軸圧縮状態になり、ひび割れ発生する要因となる引張力を積極的に打ち消すものであり、確実にひび割れの発生を抑止できるものになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明のプレキャスト製ＰＣ部材のみからなる柱梁接合部を有する建物の中間層一部の（１）平面図及び（２）側面図。
【図２】本発明の柱梁接合部が３軸圧縮状態とされた説明するための（１）平面図、（２）側面図及び（３）梁断面図。
【図３】図１に示す柱梁接合部の側面詳細図。
【図４】柱梁接合部の緊張材の（１）配設状態斜視図、（２）柱梁接合部における３軸圧縮応力の方向の説明図。
【図５】柱梁接合部における応力とひび割れ発生との関係状態説明図。
【図６】柱梁接合部を現場打ちコンクリートとして構築されたセミ圧着ＰＣ構造の（１）平面図、（２）側面図及び（３）梁断面図。
【図７】図６に示す柱梁接合部の側面詳細図。
【図８−１】ＦＥＭ解析のための解析モデルの構造図及びフレームのメッシュ分割図及びＰＣ緊張力。
【図８−２】柱梁接合部の水平方向（梁方向）及び柱方向に導入されたプレストレスの分布図。
【図８−３】強制水平変位をさせたＰＣフレームとＲＣフレームとの比較図。
【図８−４】ＰＣとＲＣのそれぞれの柱梁接合部に生じた引張応力発生ゾーン図。
【図８−５】ＰＣとＲＣのそれぞれの柱梁接合部に生じた引張応力発生ゾーン図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明を適用する建築物の一部を示すものであって、複数層階の建築物の中間層のＰＣ柱１とＰＣ梁２及び柱端６と梁端７が交わって形成された柱梁接合部１０の（１）平面図と（２）側面図である。
ＰＣ柱１、ＰＣ梁２ともプレキャスト部材であり、ＰＣ柱１は、基礎（図示省略）から立設してあり、ＰＣ緊張材とするＰＣ鋼棒３をＰＣ柱１に貫通させて緊張定着してある。ＰＣ梁２は、ＰＣ柱１に設けてある顎１１に載せてあり、ＰＣ緊張材であるＰＣケーブル３１が柱梁接合部１０を貫通して配設されて緊張定着してある。
【００１５】
図示のように、柱梁接合部１０において、平面（Ｘ、Ｙ）２方向、鉛直（Ｚ）方向にＰＣ緊張材とするＰＣ鋼棒３とＰＣケーブル３１が貫通配置してあり、緊張定着することによって柱梁接合部１０にプレストレスが導入されている。
なお、本発明と直接関係しない構成部分、例えば、ＰＣ柱とＰＣ梁とをＰＣ緊張材を用いて緊張定着して一体化した後に、プレキャスト製ＰＣ梁の上端にトップコンクリートとスラブを含めて打設して合成梁になること等については、従来通りであるので詳細は省略とする。
なお、本明細書においては、ＰＣ柱及びＰＣ梁とは、プレストレストコンクリート構造部材であることを意味するものである。
また、プレキャスト部材の柱と梁との接合に鉄筋を使用せずにＰＣ緊張材のみで圧着接合することをフル圧着接合と称し、鉄筋とＰＣ緊張材とを併用して接合することをセミ圧着接合と称することとする。
【００１６】
本発明の理解を容易にするため、図２にＰＣ緊張材の図示を省略して、代わりに矢印でプレストレスσ（σｘ、σｙ、σｚ）が柱梁接合部１０に作用し、柱梁接合部１０が３軸圧縮状態になっていることを（１）平面図（ｘ、ｙ軸）、（２）側面図（ｘ、ｚ軸）に示す。
また、ｘ軸、ｙ軸の梁２とｚ軸柱１の部材端断面形状をそれぞれａ−ａ断面、ｂ-ｂ断面、ｃ-ｃ断面図に示す。
本発明においては、梁部材２に配置して柱梁接合部１０に貫通されるＰＣ緊張材とする２次ケーブルの緊張定着作業は、トップコンクリート２０を打設する前に行うため、σｘ、σｙの算定においては、梁端７の部材断面積にはトップコンクリート２０を含めないこととする。ただし、長期設計荷重に対して引張応力度が生じないように断面照査する際に、梁端７の部材断面は、トップコンクリート２０を含めて形成された合成断面（プレキャストと現場打ちとの合成したＴ型断面）とする。
【００１７】
通常、トップコンクリートとスラブは現場打ちコンクリートで一体的に形成されており、柱梁接合部１０（パネルゾーン）の上部が周囲のスラブに囲まれているために剛域と見なし、地震荷重による影響は受けないものとされている。従って、本発明において、柱梁接合部１０（パネルゾーン）とは、トップコンクリート２０を含まず、図２のハッチング部分を意味するものである。
また、プレストレスσ（σｘ、σｙ、σｚ）は、ＰＣ緊張材の緊張導入力と、ＰＣ緊張材の図心が部材断面に偏心して配設されることによる影響を考慮して合成することとする。
つまり、プレストレスσ（σｘ、σｙ、σｚ）の算定値は、Ｐ/Ａと、Ｐ・ｅによる影響を考慮して合成したものとする。
ここで、Ｐ：ＰＣ緊張材による有効緊張導入力
Ａ：前述した部材断面積（トップコンクリートを含めない）
ｅ：ＰＣ緊張材の図心の部材断面中立軸に対する偏心距離である。
従って、断面に導入されるプレストレスは、偏心なしの場合には、一様分布となるが、偏心ありの場合には、一様分布とはならないが、いずれも本発明の適用範囲とする。
【００１８】
また、本明細書において、ＰＣ柱１、ＰＣ梁２とは、部材全長にプレストレスが付与されたものを意味し、プレストレスの付与は、１次ＰＣ緊張材（工場にて緊張作業を行うもの）と、２次ＰＣ緊張材（現場にて緊張作業を行うもの）によるものを包含するものである。
１次ＰＣ緊張材は図示を省略しているが、工場にて緊張作業を行うものであるので、プレテンション方式またはポストテンション方式のいずれの方式でもよいが、２次ＰＣ緊張材の緊張作業は、現場において実施するのでポストテンション方式で行う。
なお、２次ＰＣ緊張材としてＰＣケーブルを用いる場合は、２次ケーブルともいう。
【００１９】
図３は、図１に示すプレキャスト製ＰＣ柱１とＰＣ梁２が交差して形成された柱梁接合部１０の側面詳細図である。ＰＣ梁２の梁端７は、柱部材１とＰＣ緊張材であるＰＣケーブル３１による緊張力によってＰＣ圧着接合されて一体化されており、従ってこの例においては、梁端７は、柱梁ＰＣ圧着接合部（面）となる。
柱１については、柱端６は、異なる２箇所となり、１箇所は、トップコンクリート２０の上端においては柱同士をＰＣ緊張材であるＰＣ鋼棒３によってＰＣ圧着接合で一体化されてＰＣ圧着接合部（面）となる。もう一方の柱端６は、梁２の下端に位置する柱梁接合部１０とＰＣ柱１と境目の断面である。
本発明では梁端７、または、柱端６の部材断面とは、部材本体と柱梁接合するＰＣ圧着接合部（面）の断面と、部材本体の連続体と柱梁接合部１０との境目の断面の２つの断面を想定するものであり、いずれも長期設計荷重に対して梁端７または柱端６の部材断面において引張応力度が生じないようにすること、すなわち、フルプレストレスの応力状態とするものである。
【００２０】
図４の柱梁接合部１０の緊張鋼材の（１）配設状態の斜視図、及び（２）柱梁接合部１０の３軸圧縮応力の作用状態図によって、本発明におけるプレストレスが導入された３軸圧縮柱梁接合部１０のプレストレス導入状態のイメージを示す。
図４に示されるように、３軸圧縮柱梁接合部を形成して斜め引張力を適切に打ち消すためには、柱梁接合部１０に３軸方向にプレストレス（σｘ、σｙ、σｚ）を導入することは勿論必要であるが、導入するためには、必然的に周囲の柱端と梁端の部材断面に導入されるプレストレスに影響を与えるものであるから、両者の構造性能要求を満たすため、導入プレストレス（σｘ、σｙ、σｚ）の大きさを適切に定めることが非常に重要であり、それによって柱梁接合部１０を含めてＰＣ柱１とＰＣ梁２で所要の耐震性能が得られるＰＣ構造物が形成される。
【００２１】
次に、図５の柱梁接合部１０の応力とひび割れ発生との関係状態図に基づいて本発明の作用効果を詳しく説明する。
図５（１）に地震荷重が建物に右作用時の場合における従来のＲＣ造パネルゾーンが地震荷重を受けた状態を示す。なお、地震荷重が建物に左作用時の場合には、図示は省略するが、応力や変形、ひび割れ等は、図５（１）に示したものとは逆となる。
【００２２】
従来のＲＣ造柱梁接合部１０（パネルゾーン）において、大地震時にＸ―Ｚ方向に地震荷重による入力せん断力（図示省略）が構造骨組に作用し、その入力せん断力によって梁端と柱端にそれぞれ曲げモーメントＭｘ、Ｍｚが生じる。柱１には軸力として常時鉛直荷重が（Ｎ）が作用しているが、その大きさは階層によって変動するものであり一定していない。一方、梁には一般的に軸力が作用していない。地震荷重による曲げモーメントに対して拘束できないため、図５（１）に示すように、柱梁接合部（パネルゾーン）の鉛直方向に上下端の柱１に相対的なずれが生じ、水平方向に左右側の梁端がそれぞれ回転変形し、その変形によって柱梁接合部１０が菱形となり、図示は省略するが、柱端と梁端に作用する曲げモーメントＭX、ＭＺによって部材断面の片側に引張応力、反対側に圧縮応力が夫々発生する。これらの引張応力が柱梁接合部の対角線上及びコーナー部に合成した斜め引張力（ＴとＴＣ）が発生し、対角線上に斜めひび割れ（対角斜めひび割れ４とコーナー斜めひび割れ４１との２種類ある）が発生し、やがて脆性的なせん断破壊になり、骨組全体が致命的な崩壊に至る危険性が極めて高い。
なお、対角斜めひび割れ４とコーナー斜めひび割れ４１のいずれかが発生するケースと、同時に発生するケースとがある。本発明でいう対角線上に斜めひび割れの発生とは、両方含むこととする。  
【００２３】
それに対して図５（２）に本発明のプレストレスが導入されて柱梁接合部１０が３軸圧縮された状態を示す。なお、図示はＸ−Ｚ（２軸）だけであるが、Ｙ−Ｚ（２軸）については図示していないが同様である。
図５（２）に示されるように、地震荷重によって柱梁接合部１０（パネルゾーン）に従来と同じように斜め引張力（対角線上の引張力Ｔとコーナー部の引張力Ｔｃ）が生じようとするが、柱梁接合部（パネルゾーン）周囲に導入されたプレストレスσ（図示ではσｘとσｚ）によって、柱梁接合部１０が周囲から強く拘束され、従来のような変形はしない。
【００２４】
しかも、本発明で新たに提案した条件（２）の「斜めひび割れの発生を許容せず、地震荷重による入力せん断力で生じた斜め引張応力度がコンクリート許容引張応力度以下になるようにする」という要件によって、対角線上に合成圧縮力Ｃｐと共にコーナー部に合成圧縮力Ｃｃが形成されるように所要のプレストレスσ（σｘ、σｙ、σｚ）が導入されているので、引張力ＴとＴｃ全部または一部を打ち消されるので、斜めひび割れは発生しないことになる。そして、条件（１）の「柱梁接合部を形成する梁端と柱端の部材断面において、長期設計荷重に対して引張応力度が生じないようにする。」と併せて両者共に満足するように、σ（σｘ、σｙ、σｚ）の値をそれぞれ定めることによって、有効かつ合理的なプレストレスσ（σｘ、σｙ、σｚ）がそれぞれに導入されることになる。
【００２５】
また、対角線上に生じた引張力Ｔの一部が合成圧縮力Ｃｐによって打ち消され、一部が残留する場合でも、その合成圧縮力によってコンクリートの断面に生じた引張応力度（単位面積当たりの引張力）が柱梁接合部１０の構築に使用したコンクリートの許容引張応力度以下になるように、条件（２）に従って所要のプレストレスが導入されるようにＰＣ緊張材を配置して緊張定着することによってコンクリート斜めひび割れが発生しないようにする。
【００２６】
具体例を挙げて説明すると、柱梁接合部１０の構築に使用するコンクリート設計基準強度Ｆｃ＝６０Ｎ/ｍｍ２とすると、コンクリートの許容引張応力度ｆｔ＝１/３０Ｆｃ＝２Ｎ/ｍｍ２になり、前述のように引張力Ｔが一部残された場合でも、その引張力による引張応力度がコンクリートの許容引張応力度以下になるように、所要のプレストレスを導入する。コーナー部に生じる引張力Ｔｃについても同様に対することによってコンクリート斜めひび割れが発生しないようにすることができる。
【００２７】
従来のＰＣ柱１とＰＣ梁２をプレキャスト部材として構築されたＰＣ構造では、梁部材と柱部材とをフル圧着接合して一体化するために、梁端７にＰＣ鋼材を柱に貫通して配置して緊張定着することになるが、その緊張導入力は、ＰＣ圧着接合に必要なＰＣ圧着力があれば十分であるとされている。同様に、柱部材１同士をＰＣ圧着接合して一体化するために、柱軸方向にＰＣ鋼材を配置して必要とされるプレストレス力と共に、せん断力に抵抗するＰＣ圧着力を導入することになっている。
【００２８】
そのＸ−Ｚ方向または、Ｙ−Ｚ方向のプレストレスの相互関係は、柱梁接合部１０（パネルゾーン）の対角線上に斜め引張力Ｔを打ち消すための合成圧縮力Ｃｐが形成されるように配慮したものではなく、つまり、各方向に導入される緊張導入力は、単に部材同士をフル圧着接合することができればよいとしたものであるため、緊張導入力によって柱梁接合部１０（パネルゾーン）の対角線上に有効な合成圧縮力Ｃｐを形成することは担保されていない。この点については、柱梁接合部１０（パネルゾーン）のコーナー部についても同様に配慮されていない。
【００２９】
本発明では、条件（１）と（２）を両者同時に満足するようにプレストレスを定めることによって、柱梁接合部１０（パネルゾーン）の対角線上に有効な合成圧縮力Ｃｐとコーナー部に生じる圧縮力Ｃｃが形成され、斜めひび割れの発生防止が確実となる。
なお、プレキャスト部材同士のＰＣ圧着接合部（面）に対して、条件（１）と（２）を満足するようにプレストレスを導入するが、長期設計荷重と短期地震荷重によるせん断力に対して、所要のＰＣ圧着力（摩擦接合力）を導入することは、従来通り必要であり、別途検討する必要があることは言うまでもないことである。但し、短期地震荷重によるせん断力に対して、顎のせん断耐力を考慮にいれることにより、ＰＣ圧着力（摩擦接合力）と分担して負担させることができる。
【００３０】
また、図６に示すように、積層工法を用いてＰＣ構造物を構築する場合は、柱、梁をプレキャスト部材とし、柱梁接合部（パネルゾーン）１０が現場打ちコンクリートであり、プレキャスト製梁部材から鉄筋を出して柱梁接合部１０に定着することによって、部材同士を接合することができる。また、プレキャスト製柱部材については、図示は省略するが、特許文献３の図５に示されるように、プレキャスト製柱から鉄筋を突出させておき、この鉄筋を柱梁接合部を貫通させて上階のプレキャスト柱部材とモルタル充填式鉄筋継手等で接続することも可能である。つまり、柱梁部材はＰＣ造であるが、柱梁接合部１０がＲＣ造としたものである。
【００３１】
また、従来の積層工法では、鉄筋量を減らしてＰＣ鋼材を配置して緊張力を導入する場合もあるが、その場合は、フル圧着接合とするのではなく、セミ圧着接合となるので、必要とするＰＣ鋼材をフル圧着接合に比べて大幅に減らすことができ、経済的となる。
この場合、柱梁接合部１０に導入されるプレストレスを大幅に減少させることができるが、柱梁接合部１０（パネルゾーン）に有効な合成圧縮力（ＣｐとＣｃ）を形成することが難しいものとなる。
そのため、積層工法によるＰＣ構造においては、柱梁接合部がＲＣ造もしくはＰＲＣ造となるため、通常のＰＣ造柱梁接合部よりも斜めひび割れが発生しやすいものとなり、プレストレス力を導入して補強する必要性がフル圧着接合よりも一段と高まってしまうことになる。
【００３２】
そこで、従来の柱梁接合部に３軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ）にＰＣ鋼材を配置することに加え、（１）柱梁接合部を形成する梁端と柱端の部材断面において、長期設計荷重に対して引張応力度が生じないようにする、という点に加えて条件（２）柱梁接合部において、大規模地震時（極稀に起きる地震）において、斜めひび割れの発生を許容せず、地震荷重による入力せん断力で生じた斜め引張応力度がコンクリート許容引張応力度以下となるようにするという点を満足することによって適切にプレストレスを導入することができる。
さらに、柱に作用している軸力を考慮して鉛直方向のプレストレスσｚを低減してプレストレスσｘ、σｙ、σｚの値の適用範囲を定めることによって、ＰＣ構造によく使用するコンクリート設計基準強度に見合うプレストレスが付与され、過小・過大になることなく、柱梁接合部（パネルゾーン）に有効な合成圧縮力（ＣｐとＣｃ）を形成することができるようにした。
【００３３】
図７は、図６に示した積層工法における柱梁接合部であって、柱１、梁２の部材がプレキャスト部材であり、柱梁接合部（パネルゾーン）１０を現場打ちコンクリートとしたものであり、ＰＣ柱１とＰＣ梁２が交差して形成された柱梁接合部１０の側面詳細図である。
ＰＣ梁２の梁端７は、柱梁接合部（パネルゾーン）１０との接合には、ＰＣ緊張材であるＰＣケーブル３１と、下端鉄筋５と、上端鉄筋５を用いて共同負担とし、いわゆるセミ圧着接合によって一体化してある。
柱１の柱端６は、異なる２箇所になる。１つはトップコンクリート２０の上端で、柱１と柱梁接合部（パネルゾーン）１０をＰＣ緊張材のＰＣ鋼棒３を用いる他に鉄筋（図示せず）を連結してセミ圧着接合して一体化する場合もある。もう１箇所は、梁２の下端に位置する柱梁接合部１０とＰＣ柱１と接合する断面である。この場合は、顎は柱端６の部材断面に含まないものとする。
【００３４】
図６に示した積層工法の構築方法について説明する。
まず、プレキャスト製ＰＣ柱１を基礎（図示省略）から立設して、ＰＣ緊張材とするＰＣ鋼棒３を挿入して緊張定着する。次に、ＰＣ柱１に設けてある顎１１にプレキャスト製ＰＣ梁２を架設し、梁端から出している下端鉄筋５同士を鉄筋継手にて接続する。ただし、鉄筋継手を使用せず重ね継手としてもよい。続いて、柱梁接合部１０（パネルゾーン）内の配線、配筋を実施し、プレキャスト製ＰＣ梁２の上端までＰＣ梁２と同等以上の圧縮強度を有する現場打ちコンクリートを打設して硬化させる。硬化後、ＰＣ梁２に配置されたＰＣ緊張材とするＰＣケーブル３１を緊張定着して水平２方向（Ｘ、Ｙ）にプレストレスを導入する。
その後、プレキャスト製ＰＣ梁２の上端に上端鉄筋５を配筋し、トップコンクリート２０とスラブを一緒に打設する。つまり、通常、ＰＣ梁２とスラブとのコンクリート強度が異なり、ＰＣ梁２の強度のほうが高く、相対的にスラブの強度が低いため、柱梁接合部２０（パネルゾーン）の現場打ちコンクリートは２回に分けて打接することになる。
【００３５】
トップコンクリートの硬化後、柱梁接合部１０の上にさらにプレキャスト製ＰＣ柱１を設置してＰＣ緊張材とするＰＣ鋼棒３をカップラーにて接続して、緊張定着して鉛直方向（Ｚ方向）にプレストレスを導入する。ＰＣ柱１に鉄筋を出す場合には、コンクリートを打設前に予め柱梁接合部に貫通させ、コンクリート硬化後、上層階の柱部材とモルタル充填式鉄筋継手にて接続して連結する。
【００３６】
以上、説明したように構築された積層工法による柱梁接合部（パネルゾーン）１０において、図１に示すオールプレキャスト部材で形成された実施例の場合と同様に、梁端の部材断面積については、トップコンクリートを梁の断面に含めないことになるため、条件（１）と（２）を適用することができる。
また、図示は省略するが、ＰＣ柱、ＰＣ梁及び柱梁接合部は全て現場打ちコンクリートで構築され、いわゆる、場所打ちプレストレストコンクリート造によるＰＣ構造物でも、本発明の柱梁接合部のプレストレス導入法は同様に適用可能である。但し、その場合には、梁端の部材断面積は、ＰＣ緊張材を緊張定着してプレストレスを導入する際に存在する断面積とする。例えば、緊張定着時に、梁の上端にスラブがまだ打設されていない場合には、梁断面積はスラブを含まない面積である。梁とスラブが形成された後に緊張定着する場合は、梁断面積はスラブを含むこととする。
【００３７】
また、ＰＣ柱１に導入するプレストレスを少なくとも５層分を一区分として同一値とすることが望ましい。この点について以下に詳細に説明する。
各層階の柱に作用する軸力は一致するものでなくまちまちであり、その軸力に応じて導入するプレストレスを求め、軸力とプレストレスを合計したものが同じになるようにすることが理想的であるが、そうすると、施工面において緊張管理が非常に煩雑となるため、梁に対して柱の割合を許容範囲内（σｚ＝０．３〜９．０）として調整し、５層分を一区分として同一値とすることが設計面及び施工面において効率の面で好ましいものであり、施工期間及びコストの低減を図ることができる。
【００３８】
具体的には、例えば、１０階建のＰＣ構造建物において、１〜５階までの柱にはＰＣ鋼棒を複数本配置することとし、それ以上の６〜１０階の柱には軸力が減ることから、減った分に応じてＰＣ鋼棒を追加して配置して補う。各階層の柱に作用する軸力とプレストレスと合計が、許容範囲内（σｚ＝０．３〜９．０）に容易に納めることができ、設計、施工とも簡単に実施ができるので実用的である。
また、柱梁接合部に生ずる斜め引張力の一部が残留する場合であっても、引張応力度がコンクリートの許容引張応力度以下とすることについて、建設コストを重視する場合には、極稀に起きる大地震が建物の供用期間中に一度しか起きないことを考え、斜めひび割れが発生しなければ構造物に損傷が生じないので、ＰＣ緊張材を減らしてコスト軽減を図るようにしてもよい。
【００３９】
本発明のプレストレス導入法の適切性と有効性について、実施設計例を解析モデルとしてＦＥＭ解析を行い検証した結果を以下に示す。
図−８（１）に、プレキャスト製のＰＣ柱とＰＣ梁とをＰＣケーブルを用いてＰＣ圧着接合して一体化した平面（Ｘ―Ｚ）フレームを示す。柱断面は、８５０×８５０（ｍｍ）、梁断面は、６５０×６００（ｍｍ）である。
図８−１（２）に、フレームのメッシュ分割状況とＰＣ緊張力を示す。柱端の部材断面に導入されたプレストレスσｚ＝３．１（Ｎ/ｍｍ２）、梁端の部材断面に導入されたプレストレスσｘ＝６．７（Ｎ/ｍｍ２）である。
図８−２（１）に、柱梁接合部の水平方向（梁方向）に導入されたプレストレスの分布状況を示す。その平均値は、概ねσｘ＝４．１（Ｎ/ｍｍ２）である。
図８−２（２）に、柱梁接合部の鉛直方向（柱方向）に導入されたプレストレスの分布状況を示す。その平均値は、概ねσｘ＝２．３（Ｎ/ｍｍ２）である。
図８−３に、強制水平変位をさせたＰＣフレーム(左欄)とＲＣフレーム（右欄）との対比を示す。強制水平変位は、層間変形角として、１/４００、１/２００、１/１００、計３種類とした。
図８−３に示すように、ＰＣ構造では、層間変形角が大きくなるにつれて、梁端の目地部が口開き、柱全体が傾いて変形したが、柱梁接合部が殆ど変形しなかった。一方で、ＲＣ構造では、柱本体の変形に伴って柱梁接合部も大きく変形してしていることが示されている。
図８−４（１）に、水平方向（梁方向）にＰＣとＲＣのそれぞれ柱梁接合部に引張応力発生ゾーンを示したものである。色濃い部分は引張応力が発生している部分である。
ＰＣ構造では、殆ど発生していないに対して、ＲＣ構造では、引張応力が柱梁接合部の対角線上に広範囲にわたって顕著に発生している。
図８−４（２）は、鉛直方向（柱方向）にＰＣとＲＣのそれぞれの柱梁接合部における引張応力発生ゾーンを示したものであり、図８−４（１）と同様な傾向がみられた。
【００４０】
また、柱梁接合部において、図８−５（１）に強制水平変位時水平方向に、図８−５（２）に鉛直方向に、それぞれ発生した引張応力度の詳細分布を示す。
図８−５（１）と図８−５（２）から分かるように、ＲＣ構造では、引張応力度が広範囲に発生していることが認められ、それらを合成した引張力が斜めひび割れを発生させるものである。
以上のＦＥＭ解析結果によれば、ＰＣ構造では、局部的に僅かに集中引張応力が発生することが認められたが、その値はコンクリートの許容引張応力度以下であり、構造物に影響を与えるものでない。
以上の解析結果から、本発明のプレストレス導入法が適切かつ有効であることが確認された。
【符号の説明】
【００４１】
１    ＰＣ柱
１０  柱梁接合部(パネルゾーン)
１１  顎
２    ＰＣ梁
２０  トップコンクリート
３    ＰＣ鋼棒
３１  ＰＣケーブル
４    対角斜めひび割れ
４１  コーナー斜めひび割れ
５    鉄筋
６    柱端
７    梁端
Ｔ    引張力
Ｔｃ  引張力
Ｃｐ  合成圧縮力
Ｃｃ   コーナー合成圧縮力
【要約】      （修正有）【課題】ＰＣ構造の柱梁接合部を３軸圧縮状態とするためのプレストレスの導入法であって、柱梁接合部を３軸圧縮状態にすると共に、柱梁接合部を形成する柱端と梁端の部材断面を含めて合理的にプレストレスの導入法を提供する。【解決手段】ＰＣケーブル３１を柱梁接合部１０を貫通して緊張定着して緊張導入力を与え、各軸方向の部材端部断面にプレストレスを導入して３軸圧縮状態にするため、以下の条件（１）と（２）を満足するように各軸方向に導入するプレストレスを定めるプレストレス導入法である。（１）柱梁接合部に接する梁端７と柱端６の部材断面において、長期設計荷重に対して引張応力度が生じないようにする。（２）柱梁接合部において、大規模地震時（極稀に起きる地震）において、斜めひび割れの発生を許容せず、地震荷重による入力せん断力で生じた斜め引張応力度がコンクリート許容引張応力度以下になるようにする。【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８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図８−４】
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【図８−５】
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