(57)【要約】【課題】高強度材料を用いる外殻ＰＣａ部材と、外殻ＰＣａ部材とはコンクリート強度が異なる後打ちコンクリート部分とから構成される外殻ＰＣａ柱について、外殻ＰＣａ柱を過剰品質にすることなく外殻ＰＣａ柱の剪断強度、曲げ強度、並びに付着強度を一体打ちＲＣ柱と同等の設計精度にして、所望の品質に設計できる外殻ＰＣａ柱の設計方法を提供する。【解決手段】ＲＣ柱に対する特定の剪断強度式を用いる柱の設計方法であって、コンクリート強度σB、横補強筋降伏強度σwyをそれぞれ特定の式で求められる等価コンクリート強度eσB、横補強筋有効降伏強度eσwyとし、かつコンクリート強度有効係数νoを特定の式で求めて剪断設計する。また、ＮＺストレスブロック法を用いる設計方法であって、コンクリート強度として等価コンクリート強度eσBを用いて曲げ設計する。【選択図】図７
2005320734.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（式１）の剪断強度式を用いる柱の設計方法であって、該（式１）のコンクリート強度σB、横補強筋降伏強度σwyをそれぞれ下記（式２），（式３）で求められる等価コンクリート強度eσB、横補強筋有効降伏強度eσwyとし、かつコンクリート強度有効係数νoを下記（式４）で求めて剪断設計することを特徴とする外殻ＰＣａ柱の設計方法。
【数１】
2005320734.tif 000019
【数２】
2005320734.tif 000020
（式３）
横補強筋有効降伏強度：eσwy＝１２５√（νoeσB）
（式４）
コンクリート強度有効係数：νo＝１．７０eσB-0.333
【請求項２】
外殻ＰＣａ柱のコンクリート断面積、主筋断面積、所定係数を有するコンクリート強度、主筋の材料強度および柱軸力を勘案して構成されるNew Zealandストレスブロック法の下記（式５）を用いる設計方法を使用し、かつコンクリート強度として等価コンクリート強度eσBを用いて曲げ設計することを特徴とする請求項１に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法。
【数５】
2005320734.tif 000021
【請求項３】
柱主筋の付着強度に対する外殻ＰＣａ部材のコンクリートおよび後打ちコンクリートそれぞれの寄与分を累加する付着強度式である下記（式６）により付着設計することを特徴とする請求項１または２に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法。
【数６】
2005320734.tif 000022
【請求項４】
コンクリート強度が６０Ｎ／ｍｍ2以上であり、主筋の種類がＳＤ４９０以上であることを特徴とする請求項１〜３いずれかの項に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外殻ＰＣａ柱の設計方法に関し、特に、高強度コンクリートを外殻ＰＣａ部材に後打ちする外殻ＰＣａ柱について、剪断強度と曲げ強度とを一体打ちＲＣ柱と同等の設計精度にするように設計する外殻ＰＣａ柱の設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高強度から超高強度の材料を用いる建物が増えているが、これらの設計指標としては、コンクリート強度が６０Ｎ／ｍｍ2以下、鉄筋がＳＤ３９０以下を適用範囲とする日本建築学会「鉄筋コンクリート造建物の靭性保証型耐震設計指針・同解説」を基本的には準用して設計している（非特許文献１参照）。
【０００３】
本「鉄筋コンクリート造建物の靭性保証型耐震設計指針・同解説」では、剪断強度の設計式を、コンクリート強度、横補強筋降伏強度およびコンクリート強度有効係数等を勘案して構成し、下記（式１）のように設定している。
【数１】
2005320734.tif 000003
【０００４】
然るに、本剪断強度の設計式では、上記（式１）中の(vii)から得られたコンクリート有効係数νoを用いると、コンクリート有効強度νoσBは、図８に見られるようにσB＝７０Ｎ／ｍｍ2以上においてコンクリート強度σBが増大するにつれて減少するという性質を有しており、コンクリート強度σBが７０Ｎ／ｍｍ2未満であって、柱主筋の種類でＳＤ３９０以下では、精度が高いものの、コンクリート強度７０Ｎ／ｍｍ2以上では、その精度が劣ってくることが既に指摘されている。
【０００５】
即ち、横補強筋（剪断補強筋ともいう）の実測においては、図９に示すように、下記（式２）から得られた等価コンクリートが４５〜８５Ｎ／ｍｍ2の領域であってＵＳＤ７８５（高強度鉄筋であって、７８５Ｎ／ｍｍ2級のもの）を用いた場合に、横補強筋の降伏強度（降伏点ともいう）が実測値で１０６０Ｎ／ｍｍ2であったにもかかわらず、最大強度における横補強筋の応力度は、実測値においておおよそ６００〜８００Ｎ／ｍｍ2程度であり、応力度の降伏強度に対する比率は、５５〜７５％程度であったこと、等価コンクリートが１２０Ｎ／ｍｍ2の領域であってＵＳＤ７８５を用いた場合には、横補強筋の降伏強度が実測値で９４０Ｎ／ｍｍ2であったにもかかわらず、最大強度における横補強筋の応力度は、実測値においておおよそ５００〜８００Ｎ／ｍｍ2程度であるから、応力度の降伏強度に対する比率は５５〜８５％程度であって、等価コンクリートが１２０Ｎ／ｍｍ2でＵＳＤ１２７５（高強度鉄筋であって、１２７５Ｎ／ｍｍ2級のもの）を用いた場合には、横補強筋の降伏強度が実測値で１３８０Ｎ／ｍｍ2であったにもかかわらず、最大強度における横補強筋の応力度は、実測値においておおよそ８００〜１２００Ｎ／ｍｍ2程度であった。
【数２】
2005320734.tif 000004
【０００６】
このことは、外殻ＰＣａ柱が最大強度に至った際における横補強筋の有効応力は、降伏強度の実測値よりかなり低いことを明らかにしているとともに、応力度のレベルは、それらの横補強筋の降伏強度の規格値よりも低い場合が多いので、降伏強度として規格値を採ることは、危険側に評価していることであって適切な状況にないこと、を示している。
【０００７】
一方、外殻ＰＣａ柱の場合には、外殻ＰＣａ柱を構成している外殻ＰＣａ部材と後打ちコンクリートとの間でコンクリート強度が異なっており、外殻ＰＣａ部材のコンクリート強度は、後打ちコンクリート強度よりも高くしている場合が多い。これは、後打ちコンクリート強度に比べて外殻ＰＣａ部材のコンクリート強度を高くすることにより、大変形時において柱主筋の座屈等を防ぎ、靭性を保持するための余力を確保するためであるが、外殻ＰＣａ柱の強度算定には、安全側の配慮から、この外殻ＰＣａ部材のコンクリート強度でなく、後打ちコンクリート強度の値を全断面に用いているのが現状である。
【０００８】
また、外殻ＰＣａ柱の設計方法では、その剪断強度を設計するとともに曲げ強度および付着強度の設計を行うのが一般的である。
【０００９】
従来における曲げ強度の設計では、ＡＣＩストレスブロック法（非特許文献１参照）における下記の（式７）を採用しているが、高強度の材料を用いたとき並びに高軸力を受けるときには、用いる等価ストレスブロックの設定上、高強度コンクリートの特性を適切に評価していないことから、その計算値が、実験値に対して危険側の評価を与える可能性があることが指摘されており、ＡＣＩストレスブロック法の実質的な適用範囲は、７０Ｎ／ｍｍ2以下と考えられてきた。
【数７】
2005320734.tif 000005
【００１０】
以上のことから、上記指針やＡＣＩストレスブロック法では、コンクリート強度７０Ｎ／ｍｍ2以上の領域において、直接的に適用できないのが実情であるが、最近の超高層建物においては、下層階の柱のコンクリート強度は７０Ｎ／ｍｍ2以上、柱主筋並びに梁主筋の種類はＳＤ４９０以上という状況に至っている。また、施工の簡便さから、ＲＣ柱に代えて外殻ＰＣａ柱を用いる工法を採用する事例が徐々にではあるが増加している。
【００１１】
即ち、外殻ＰＣａ柱１は、平断面を図１に示すように、柱主筋２と、横補強筋３を包含した外殻ＰＣａ部材４と、外殻ＰＣａ部材４の中空部分に打設される後打ちコンクリート５とで構成されており、外殻ＰＣａ部材４を構成しているコンクリートは、柱主筋２に対してこれを拘束する効果を与えられるように考慮して、後打ちコンクリート５と同等もしくはそれ以上の高強度品質のものを採用している。
【００１２】
このことは、横補強筋３を外殻ＰＣａ部材４中に埋設して当該外殻ＰＣａ部材４からこの横補強筋３の一部（中子筋の足部）を部分的に露出させるのみで、柱主筋２に緊結させるという手間を掛けずに、簡易に造成するためであり、結果的に、柱主筋２と横補強筋３との間に間隙６を形成して、柱主筋２を横補強筋３が完全に補強していないことを、外殻ＰＣａ部材４でもって補強するための構成である。
【００１３】
そこで、このような条件の超高層建物を建設する際には、コンクリート強度７０Ｎ／ｍｍ2以上、柱主筋並びに梁主筋の種類がＳＤ４９０以上という下層階の柱において、その剪断強度と曲げ強度とに関する設計方法を確立してその妥当性を明示する必要がある。
【００１４】
然るに、コンクリート強度が６０Ｎ／ｍｍ2を超えて、柱主筋並びに梁主筋の種類がＳＤ３９０を超える領域については、上述したようにその設計方法が依然として確立していないのが現状であり、特に、これらの外殻ＰＣａ柱において、柱主筋と横補強筋とを緊結させることなく、外殻ＰＣａ部材の中空部に外殻ＰＣａ部材とコンクリート強度の異なる後打ちコンクリートを打ち込む場合には、外殻ＰＣａ柱の剪断強度および曲げ強度を高精度に評価できる設計方法が不明であり、超高層建物における外殻ＰＣａ柱の設計方法は確立していなかった。
【非特許文献１】「鉄筋コンクリート造建物の靭性保証型耐震設計指針・同解説」、１９９９年、日本建築学会
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、上記の状況に鑑みて問題点を改良した外殻ＰＣａ柱の設計方法について提案するものであり、高強度材料を用いる外殻ＰＣａ部材と、外殻ＰＣａ部材とはコンクリート強度が異なっている後打ちコンクリート部分とから構成される外殻ＰＣａ柱について、外殻ＰＣａ柱を過剰品質にすることなく外殻ＰＣａ柱の剪断強度と曲げ強度、並びに付着強度を一体打ちＲＣ柱の場合と同等の設計精度にして、所望の品質に設計できる外殻ＰＣａ柱の設計方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の発明である外殻ＰＣａ柱の設計方法は、下記（式１）の剪断強度式を用いる柱の設計方法であって、該（式１）のコンクリート強度σB、横補強筋降伏強度σwyをそれぞれ下記（式２），（式３）で求められる等価コンクリート強度eσB、横補強筋有効降伏強度eσwyとし、かつコンクリート強度有効係数νoを下記（式４）で求めて剪断設計することを特徴としており、高強度コンクリートを外殻ＰＣａ部材に後打ちする外殻ＰＣａ柱を過剰品質にせずに柱主筋と横補強筋とを緊結させない状態にしている外殻ＰＣａ柱において、その剪断強度を一体打ちＲＣ柱と同等になるように設計している。
【数１】
2005320734.tif 000006
【数２】
2005320734.tif 000007
（式３）
横補強筋有効降伏強度：eσwy＝１２５√（νoeσB）
（式４）
コンクリート強度有効係数：νo＝１．７０eσB-0.333
【００１７】
請求項２に記載の発明である外殻ＰＣａ柱の設計方法は、請求項１に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法において、外殻ＰＣａ柱のコンクリート断面積、主筋断面積、所定係数を有するコンクリート強度、主筋の材料強度および柱軸力を勘案して構成されるNew Zealandストレスブロック法（以下、ＮＺストレスブロック法という：非特許文献１参照）の下記（式５）を用いる設計方法を使用し、かつコンクリート強度として等価コンクリート強度eσBを用いて曲げ設計することを特徴としており、高強度コンクリートを外殻ＰＣａ部材に後打ちする外殻ＰＣａ柱を過剰品質にせずに柱主筋と横補強筋とを緊結させない状態にしている外殻ＰＣａ柱において、曲げ強度を一体打ちＲＣ柱と同等の設計精度になるように設計している。
【数５】
2005320734.tif 000008
【００１８】
請求項３に記載の発明である外殻ＰＣａ柱の設計方法は、請求項１または２に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法において、柱主筋の付着強度に対する外殻ＰＣａ部材のコンクリートおよび後打ちコンクリートそれぞれの寄与分を累加する付着強度式である下記（式６）により付着設計することを特徴としており、柱主筋と横補強筋とを緊結させない状態にしている外殻ＰＣａ柱に対する柱主筋の付着強度を適切に評価して設計している。
【数６】
2005320734.tif 000009
【００１９】
請求項４に記載の発明である外殻ＰＣａ柱の設計方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法において、コンクリート強度が６０Ｎ／ｍｍ2以上であり、主筋の種類がＳＤ４９０以上であることを特徴としており、上記機能に加えて、超高層建物における外殻ＰＣａ柱を一体打ちＲＣ柱と同等の品質にしている。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法は、下記（式１）の剪断強度式を用いる柱の設計方法であって、該（式１）のコンクリート強度σB、横補強筋降伏強度σwyをそれぞれ下記（式２），（式３）で求められる等価コンクリート強度eσB、横補強筋有効降伏強度eσwyとし、かつコンクリート強度有効係数νoを下記（式４）で求めて剪断設計することを特徴としており、高強度コンクリートを外殻ＰＣａ部材に後打ちする外殻ＰＣａ柱を過剰品質にせずに柱主筋と横補強筋とを緊結させない状態にしている外殻ＰＣａ柱において、その剪断強度を一体打ちＲＣ柱と同等の設計精度になるように設計できる効果を奏している。
【数１】
2005320734.tif 000010
【数２】
2005320734.tif 000011
（式３）
横補強筋有効降伏強度：eσwy＝１２５√（νoeσB）
（式４）
コンクリート強度有効係数：νo＝１．７０eσB-0.333
【００２１】
請求項２に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法は、請求項１に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法において、外殻ＰＣａ柱のコンクリート断面積、主筋断面積、所定係数を有するコンクリート強度、主筋の材料強度および柱軸力を勘案して構成されるＮＺストレスブロック法の下記（式５）を用いる設計方法を使用し、かつコンクリート強度として等価コンクリート強度eσBを用いて曲げ設計することを特徴としており、高強度コンクリートを外殻ＰＣａ部材に後打ちする外殻ＰＣａ柱を過剰品質にせずに柱主筋と横補強筋とを緊結させない状態にしている外殻ＰＣａ柱において、その曲げ強度を一体打ちＲＣ柱と同等の設計精度になるように設計できる効果を奏している。
【数５】
2005320734.tif 000012
【００２２】
請求項３に記載の発明である外殻ＰＣａ柱の設計方法は、請求項１または２に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法において、柱主筋の付着強度に対する外殻ＰＣａ部材のコンクリートおよび後打ちコンクリートそれぞれの寄与分を累加する付着強度式である下記（式６）により付着設計することを特徴としており、柱主筋と横補強筋とを緊結させない状態にしている外殻ＰＣａ柱に対する柱主筋の付着強度を適切に評価して設計できる効果を奏している。
【数６】
2005320734.tif 000013
【００２３】
請求項４に記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法は、請求項１乃至３のいずれかに記載の外殻ＰＣａ柱の設計方法において、コンクリート強度が６０Ｎ／ｍｍ2以上であり、主筋の種類がＳＤ４９０以上であることを特徴としているので、上記効果に加えて、超高層建物における外殻ＰＣａ柱を一体打ちＲＣ柱と同等の品質にできる効果を奏している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の設計方法における外殻ＰＣａ柱の剪断強度は、下記（式１）の剪断強度式を用いる柱の設計方法であって、該（式１）のコンクリート強度σB、横補強筋降伏強度σwyをそれぞれ下記（式２），（式３）で求められる等価コンクリート強度eσB、横補強筋有効降伏強度eσwyとし、かつコンクリート強度有効係数νoを下記（式４）で求めて剪断設計することを特徴としており、剪断強度を一体打ちＲＣ柱のそれと同等の設計精度に設計している。
【数１】
2005320734.tif 000014
【数２】
2005320734.tif 000015
（式３）
横補強筋有効降伏強度：eσwy＝１２５√（νoeσB）
（式４）
コンクリート強度有効係数：νo＝１．７０eσB-0.333
【００２５】
以下に、本発明の外殻ＰＣａ柱の設計方法における剪断強度の設計方法を従来と同様の平断面図と新規に関連させる計算式に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
本発明の外殻ＰＣａ柱の設計方法における剪断強度Ｖuの設計方法では、従来の「鉄筋コンクリート造建物の靭性保証型耐震設計指針・同解説」における剪断強度の設計式において、コンクリート強度有効係数νoをコンクリート強度σBが７０Ｎ／ｍｍ2以上でも精度の高いものにし、外殻ＰＣａ柱の最大強度における実際に横補強筋（剪断補強筋ともいう）に生じている応力度から横補強筋の有効降伏強度eσwyを適切に評価し、さらに外殻ＰＣａ柱の強度算定における外殻ＰＣａ部材と後打ちコンクリートそれぞれのコンクリート強度と断面積の積を累加したものを外殻ＰＣａ柱の柱断面積で除算して得られたコンクリート強度であるところの等価コンクリート強度eσBにすることで、コンクリート強度７０Ｎ／ｍｍ2以上、柱主筋並びに梁主筋の種類がＳＤ４９０以上の柱における剪断強度Ｖuと曲げ強度Ｍuとを一体打ちＲＣ柱と同等の設計精度に設計して超高層建物の建設に適用できる設計方法を確立している。
【００２７】
即ち、本発明による設計方法では、コンクリート強度σBとコンクリート強度有効係数νoとの積が、７０Ｎ／ｍｍ2を最大値にして放物線状に降下することで、コンクリート強度が高くなるにつれてコンクリート有効強度が低くなるという実態と遊離していた従来における設計指針でのコンクリート有効強度の計算式を採用していないものであり、本発明による設計方法では、コンクリート強度有効係数νoを下記の（式４）（非特許文献１参照）で計算している。
（式４）
νo＝１．７０eσB-0.333
【００２８】
従って、本発明による設計方法では、図２のコンクリート有効強度が示すように、コンクリート強度σBとコンクリート強度有効係数νoとの積が４２Ｎ／ｍｍ2以上においてもコンクリート強度σBの上昇に応じて増加するように設定していることから、コンクリート強度７０Ｎ／ｍｍ2以上においても対応可能なように対処しているので、超高層建物の建設にも適用することができるものである。
【００２９】
また、従来の実験で確認された範囲では、横補強筋の応力度が外殻ＰＣａ柱の最大強度において規格降伏強度に至らない場合が多かったが、本発明による設計方法では、横補強筋有効降伏強度eσwyの計算式を下記の（式３）（非特許文献２参照）に示す計算式に変えることによって、従来からの問題点を解決している。
（式３）
eσwy＝１２５√（νoeσB）
【非特許文献２】建設省総合技術開発プロジェクト：鉄筋コンクリート造建物の超軽量化・超高層化技術の開発、平成４年度構造性能分科会報告書、（財）国土開発技術研究センター、１９９３年３月
【００３０】
これによると、外殻ＰＣａ柱に対する加力実験によって得られた最大強度における横補強筋の応力度は、図３に示す等価コンクリート強度eσBと横補強筋の応力度sσとの関係において、（式３）から得られる有効降伏強度eσwyに至っていることが検証されている。
【００３１】
即ち、（式３）の計算式による横補強筋有効降伏強度eσwyは、図３に示されているように、上記の加力実験において得られた外殻ＰＣａ柱の最大強度において、横補強筋の応力度の実測値を平均した値と概ね近似していることを明らかにしている。
【００３２】
従って、横補強筋の降伏強度として（式３）の横補強筋有効降伏強度eσwyを採用している本発明による設計方法は、靭性保証型耐震設計指針における剪断強度の設計式をして、外殻ＰＣａ柱の最大強度における横補強筋の降伏強度を規格値よりも安全側に算出されるように形成されている。
【００３３】
即ち、これによる外殻ＰＣａ柱の剪断強度Ｖuは、図４における柱剪断力Ｑと層間変形角Ｒとの関係で明確にしているように、実測された最大強度は本発明による設計方法で算定された最大強度よりも大きい値を示しており、降伏強度として（式３）により得られた横補強筋有効降伏強度eσwyを採っても安全側に評価できることを検証している。
【００３４】
さらに、本発明による設計方法では、等価コンクリート強度eσBについても考慮している。一般的に、外殻ＰＣａ柱の場合には、外殻ＰＣａ部材と後打ちコンクリートとがコンクリート強度を異にしており、外殻ＰＣａ部材の強度は後打ちコンクリート強度より高い場合が多い。しかして、外殻ＰＣａ柱の設計には、付着強度の設計も行われているが、発明者は、上記非特許文献１の付着強度式を基本にして、これに鉄筋の付着強度に与える外殻ＰＣａ部材のコンクリートの効果を考慮して求めた下記に示す（式６）の付着強度式を得ている。
【数６】
2005320734.tif 000016
【００３５】
外殻ＰＣａ柱の場合、柱主筋と横補強筋が緊結されていない。このため、在来一体打ちＲＣ柱の柱主筋に比べ、外殻ＰＣａ柱の柱主筋の付着強度は低下することが予想される。しかしながら、発明者が行った加力実験によれば、外殻ＰＣａ部材のコンクリートと後打ちコンクリートとの打ち継ぎ界面におけるシアコッターを、シアコッター面積比にして０．３５〜０．４程度設けると、打ち継ぎ界面での支圧破壊並びに剪断破壊は発生せず、一体打ちＲＣ柱の柱主筋の付着強度と同等であった。これは、外殻ＰＣａ部材のコンクリートの強度を、後打ちコンクリートの強度と同等もしくはそれ以上にすることによる外殻ＰＣａ部材のコンクリートのコンファインド効果により、柱主筋が横補強筋に緊結されていなくても、柱主筋の付着強度が確保されることによるものと考えられる。
【００３６】
そこで、柱主筋の付着強度を評価するにあたっては、後打ちコンクリートと外殻ＰＣａ部材のコンクリートの、柱主筋の付着強度に対する寄与分をそれぞれ個別に考慮し、それらを累加して付着強度を得る上記（式６）を提案することができる。
【００３７】
（式６）では、外殻ＰＣａ柱の柱主筋の付着強度の中央値（平均値）を示す算定式Ａ：式（６−１）と付着強度の下限値を示す算定式Ｂ：式（６−２）とを提示しているが、各算定式を用いた付着強度の計算値と実験によって得られた付着強度の実測値との関係を見ると、算定式Ｂ：式（６−２）では、付着強度の下限値を安全側に評価できるようになっており、算定式Ａ：式（６−１）による付着強度の計算値は実験値の中央値と良く対応しているので、上記付着強度式は妥当であり、（式６）によって得られた下限値と中央値とは充分に評価し得るものであることが検証されている。
【００３８】
そこで、本発明による設計法では、外殻ＰＣａ部材と後打ちコンクリートとは、打ち継ぎ界面の付着力が完全であって両者は終局状態まで一体に挙動するとして、両者のコンクリート強度のそれぞれの効果を、柱主筋の付着強度の評価に考慮して良いと判断している。
【００３９】
【数２】
2005320734.tif 000017
そして上記（式２）の等価コンクリート強度eσBは、上記の図３に示した横補強筋の応力度を表示する際のコンクリート強度として採用しているものであり、外殻ＰＣａ柱の最大強度における横補強筋の実測値が、その平均値において本発明による設計方法による計算値と近似していることを確認できる基礎を形成している。さらに、本発明による設計方法によって計算された外殻ＰＣａ柱の剪断強度は、図４に示した柱剪断力と層間変形角との関係において、実測された最大強度が、本発明による設計方法で算定された最大強度よりも大きいことを確認できる根拠を提示するものであり、横補強筋の降伏強度として有効降伏強度eσwyを採っても安全側に評価できることと同時に等価コンクリート強度eσBの採用が妥当であることを検証している。
【００４０】
なお、外殻ＰＣａ部材と後打ちコンクリートの強度とが同一の場合には、（式２）で得られる等価コンクリート強度eσBは、当然に両者のコンクリート強度と一致するものであり、この際には、一体打ちＲＣ造の柱のコンクリート強度と同等になるものである。
【００４１】
次に、本発明による外殻ＰＣａ柱の設計方法における曲げ強度Ｍuの設計について説明する。本発明の設計方法における外殻ＰＣａ柱の曲げ強度Ｍuは、外殻ＰＣａ柱のコンクリート断面積、主筋断面積、所定係数を有するコンクリート強度、主筋の材料強度および柱軸力を勘案して構成されるＮＺストレスブロック法の下記（式５）を用いる設計方法を使用し、かつコンクリート強度として等価コンクリート強度eσBを用いて曲げ設計することを特徴としており、曲げ強度Ｍuを一体打ちＲＣ柱と同等の設計精度・品質になるように設計している。
【数５】
2005320734.tif 000018
【００４２】
以下に、本発明の外殻ＰＣａ柱の設計方法における曲げ強度の設計方法を、ＮＺストレスブロック法における評価式を形成するためのストレスブロック図と新規に関連させる計算式に基づいて詳細に説明する。
【００４３】
本発明の設計方法における曲げ強度の設計方法は、図５に示すストレスブロック図に基づいた考え方による上記（式５）の計算式から曲げ強度Ｍuを算出しているが、この際のコンクリート強度としては、剪断強度の場合と同様に外殻ＰＣａ部材と後打ちコンクリートとの両者を考慮できる等価コンクリート強度eσBを用いている。
【００４４】
当該（式５）は、従来から採用されてきたＡＣＩストレスブロック法における上記（式７）と基本形態は同様であるが、図５に示す等価ストレスブロックにおいて、等価ストレスブロックの高さを表す係数α1を上記（式５）のように設定しており、等価コンクリート強度eσBが８０Ｎ／ｍｍ2以上においては０．７５にしている。同じく、等価ストレスブロック深さの中立軸深さに対する比を表す係数β1を上記（式５）のように設定しており、等価コンクリート強度eσBが５５Ｎ／ｍｍ2以上においては０．６５にしている。
【００４５】
上記曲げ設計法の精度に関しては、外殻ＰＣａ柱の試験体の加力実験を行うことで検証しており、曲げ強度の設計方法についてその妥当性を立証することができた。
【００４６】
即ち、本実験によると、試験体は想定通り曲げ破壊したが、実験から得られた外殻ＰＣａ柱の剪断力Ｑと層間変形角Ｒとの関係は、図６に示す通りであり、その最大強度についてみると、計算値が示す最大強度は、図示のように実験値を安全側に精度良く評価しているものであり、本発明の設計方法における曲げ強度の設計方法が、妥当であることを確認できるものである。
【００４７】
以上のように、本発明による外殻ＰＣａ柱の設計方法によると、外殻ＰＣａ柱の剪断強度Ｖuと曲げ強度Ｍuとについては、個別の強度式による計算値が、それぞれに設計法としての精度を確立していることを確認できたが、以下において、最大強度について実験値と計算値との関係を総合的に確認する。
【００４８】
図７は、最大強度の実験値と計算値との関係を示すものであり、実験値と計算値とを比較することで、その精度を確認している。
【００４９】
本実験は、外殻ＰＣａ部材のコンクリート強度が１３０〜１４０Ｎ／ｍｍ2、後打ちコンクリートの強度が１１４Ｎ／ｍｍ2、柱主筋はＵＳＤ６８５（高強度鉄筋であって、６８５Ｎ／ｍｍ2級のもの）、横補強筋がＵＳＤ７８５もしくはＵＳＤ１２７５を用いた曲げ破壊型試験体５体と剪断破壊型試験体３体とを対象にして加力実験したものである。
【００５０】
図７は、最大強度の計算値を横軸にして、最大強度の実験値を縦軸にして表示しているが、剪断破壊した試験体、曲げ破壊した試験体は、図示のようにともにその実験値が計算値を上回っている。
【００５１】
即ち、本発明による外殻ＰＣａ柱の設計方法を構成している剪断強度式並びに曲げ強度式は、高強度コンクリートを用い異なる強度を有する外殻ＰＣａ部材と後打ちコンクリートから形成される外殻ＰＣａ柱に対して、最大強度を安全側に評価することが確かめられたものであり、併せて、実験値の計算値に対する比率も曲げ破壊型で１．１１〜１．２９、剪断破壊型で１．０９〜１．２４であることから、上述した剪断強度式並びに曲げ強度式による計算値は、妥当な安全率を有していることを検証できるものである。
【００５２】
以上のように、本発明による外殻ＰＣａ柱の設計方法は、検証されている付着強度式を加味した等価コンクリート強度eσBを採用しながらの剪断強度式と曲げ強度式による計算値によって、高強度コンクリートを外殻ＰＣａ部材に後打ちする外殻ＰＣａ柱における剪断強度Ｖuと曲げ強度Ｍuとを一体打ちＲＣ柱と同等の設計精度・品質になるように設計できるものであり、外殻ＰＣａ柱を過剰品質にせずに柱主筋と横補強筋とを緊結させない状態にしている外殻ＰＣａ柱において、その剪断強度と曲げ強度とを一体打ちＲＣ柱と同等の設計精度にして所望の品質に合理的に設計できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明による外殻ＰＣａ柱の設計方法は、一体打ちＲＣ柱から高強度コンクリートを外殻ＰＣａ部材に後打ちする外殻ＰＣａ柱へと変遷してきた過程において、外殻ＰＣａ柱を過剰品質にせずに柱主筋と横補強筋とを緊結させない構成にしても、外殻ＰＣａ柱の設計を一体打ちＲＣ柱と同等の品質に設計できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明にかかる外殻ＰＣａ柱の設計方法を適用する外殻ＰＣａ柱の平断面図である。
【図２】本発明にかかる外殻ＰＣａ柱の設計方法による外殻ＰＣａ柱におけるコンクリート有効強度と従来用いられてきたコンクリート有効強度との関係を示す図である。
【図３】本発明にかかる外殻ＰＣａ柱の設計方法による外殻ＰＣａ柱の加力実験での最大強度における横補強筋の応力度の実測値を示す図である。
【図４】本発明にかかる外殻ＰＣａ柱の設計方法による外殻ＰＣａ柱の加力実験での柱剪断力と層間変形角との関係および剪断強度の実験値と計算値との比較を示す図である。
【図５】ストレスブロック法の等価ストレスブロック図である。
【図６】本発明にかかる外殻ＰＣａ柱の設計方法による外殻ＰＣａ柱の加力実験での柱剪断力と層間変形角との関係および曲げ強度の実験値と計算値との比較を示す図である。
【図７】本発明にかかる外殻ＰＣａ柱の設計方法による外殻ＰＣａ柱の加力実験での最大強度における実験値と計算値との関係を示す図である。
【図８】従来の設計方法におけるコンクリート有効強度を示す図である。
【図９】外殻ＰＣａ柱の最大強度における横補強筋の応力度の実測値と等価コンクリート強度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１  外殻ＰＣａ柱
２  柱主筋
３  横補強筋
４  外殻ＰＣａ部材
５  後打ちコンクリート
６  間隙
【図１】
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【図２】
2005320734.tif 000024
【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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