(57)【要約】【課題】  地震時における中柱のせん断および曲げ破壊を抑制し、かつ大変形時における上載土圧の支持機能を保持して、ＲＣ地下構造物全体の耐震性を向上させたＲＣ地下構造物およびＲＣ柱の構造を提供する。【解決手段】  中柱１の柱頭部Ａと柱脚部Ｂをそれぞれ、天井スラブ３と基礎スラブ２に複数のアンボンド芯材４によって接合する。中柱１はプレキャストコンクリートで形成する。柱頭部Ａと柱脚部Ｂは高い支圧力にも耐え得る材料の高性能コンクリートから形成する。中柱１の柱頭部Ａの天井スラブ３との当接部および柱脚部Ｂの基礎スラブ１との当接部はともに回転を容易とする形状に形成する。【選択図】              図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部構造体と下部構造体との間に配置されたＲＣ柱の構造であって、高い支圧力にも耐え得るように形成され、前記上部構造体および下部構造体との当接部が回転を容易にする形状に形成され、かつ前記柱頭部と柱脚部が前記上部構造体と下部構造体にそれぞれＲＣ柱の軸方向に挿通された複数のアンボンド芯材によって接合されてなることを特徴とするＲＣ柱の構造。
【請求項２】
柱頭部と柱脚部にアンボンド芯材が挿通された貫通孔が設けられ、当該柱頭部と柱脚部との間に前記アンボンド芯材の一端側が定着された切欠部が設けられてなることを特徴とする請求項１記載のＲＣ柱の構造。
【請求項３】
アンボンド芯材は柱頭部と柱脚部、および当該柱頭部と柱脚部との間に連続して挿通され、かつその上下両端部は上部構造体と下部構造体にそれぞれ定着されてなることを特徴とする請求項１記載のＲＣ柱の構造。
【請求項４】
柱頭部と柱脚部、および当該柱頭部と柱脚部との間はプレキャストコンクリート部材から一体に形成されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載のＲＣ柱の構造。
【請求項５】
上部構造体と下部構造体との間に中柱を配置してなるＲＣ地下構造物であって、前記中柱の柱頭部と柱脚部が高い支圧力にも耐え得るように形成され、前記上部構造体および下部構造体との当接部が回転を容易にする形状に形成され、かつ前記柱頭部と柱脚部が前記上部構造体と下部構造体にそれぞれ柱の軸方向に挿通された複数のアンボンド芯材によって接合されてなることを特徴とするＲＣ地下構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い耐震性と施工性を有するＲＣ地下構造物およびＲＣ柱の構造に関し、例えば地下鉄駅舎のホーム等のように、ＲＣ地下構造物の中央に構築される中柱などに適用される。              
【背景技術】
【０００２】
例えば、図４に図示するように、中央に中柱２０があって、その両側に線路２１とホーム２２がある地下鉄駅舎のホーム等のように、中央に中柱を有して構築されたＲＣ地下構造物の場合、大地震時の耐震性は中柱２０に大きく依存することが知られている。
【０００３】
先の兵庫県南部地震においても、ＲＣ構造の中柱に多くの損傷が見られ、その原因として中柱がせん断破壊したために地下構造物が上載土圧を支持できなくなったことが指摘されている。
【０００４】
一般に、上述するような地下構造物の場合、地震時には、図５に図示するように、周囲の地盤変形に追従した変形を示し、特に中柱２０の柱頭部Ａや柱脚部Ｂなどのように、曲げ剛性の異なるスラブまたは梁などの部材が接合する位置に大きな曲げ曲率が発生し、その結果、中柱２０の柱頭部Ａと柱脚部Ｂがせん断および曲げ破壊することにより上載土圧を支持することができなくなり、地下構造物全体の崩壊に至る。
【０００５】
このため、上述するような地下構造物の耐震性を向上させるためには、高い耐震性を有する中柱構造の開発が不可欠であり、今後、大規模な地下構造物が建設されていく中で、経済的で耐震性の高い中柱構造形式の出現が強く望まれている。
【０００６】
この種の関連発明として、例えば、引用文献１には、中柱の柱頭部と柱脚部に、回転変形を吸収するための免震装置を設置して中柱の柱頭および柱脚部の回転拘束を解放することにより、中柱の地震時におけるせん断および曲げ破壊を抑制し、軸力保持機能を確保する中柱構造について記載されている。
【０００７】
また、引用文献２には、中柱の柱脚部を地震時に弾性挙動するアンカーボルトで固定することにより、柱脚部を剛性を有する回転バネ構造とする柱脚部構造について記載されている。
【０００８】
さらに、特許文献３には、コンクリート躯体にその軸方向に延在するように埋設された構造用主筋を備えるとともに、当該構造用主筋の内側に当該構造用主筋より高強度の芯材としてアンボンド芯材を挿入してなる鉄筋コンクリート橋脚が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３３５８７３７号
【特許文献２】特開２００３−２２７１７３
【特許文献３】特開２００１−２９５２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１に記載された中柱構造では、中柱の柱頭および柱脚部に免震装置を取り付ける必要があるため、コスト増が免れないものであった。また、ゴム製の免震装置を用いた場合は、ゴムの経年劣化や火災時における性能劣化などの耐久性について問題が残る。
【００１１】
さらに、中柱の転倒モーメントに抵抗する復元モーメントは、中柱に作用する軸力に起因するもののみであるため、中柱の変形に伴って軸力の作用点が変化することによって抵抗モーメントの大きさが変化する可能性があり、中柱が大変形した状態では抵抗モーメントが失われる場合もあった。
【００１２】
一方、特許文献２に記載された中柱構造では、柱脚部における軸力がベースプレートの比較的小断面の接触個所で伝達されるため、大きな上載軸力が作用する地下構造物の中柱では、地震時に軸力保持機能が失われる可能性があり、逆に、安定した軸力保持機能を確保するためには、その断面規模が大きくなることが考えられる。
【００１３】
また、中柱の断面中心に近い部分にアンカーボルトが設置されているため、転倒モーメントに抵抗するモーメントをアンカーボルトの弾性挙動による引張り力と断面中心からの配置位置との積として期待する場合、その大きさを増大させるためには、アンカーボルトの配置面積を増加させる必要があった。
【００１４】
そして、特許文献３に開示された鉄筋コンクリート橋脚は、アンボンド芯材の利用により、コンクリートの圧壊が早期化し、変形性能が低下する可能性がある等の課題があった。
【００１５】
本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、地震時におけるＲＣ柱のせん断および曲げ破壊を抑制し、かつ大変形時における上載土圧の支持機能を保持して、地下構造物全体の耐震性を著しく向上させることのできるＲＣ地下構造物およびＲＣ柱の構造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】
【００１６】
請求項１記載のＲＣ柱の構造は、上部構造体と下部構造体との間に配置されたＲＣ柱の構造であって、高い支圧力にも耐え得るように形成され、前記上部構造体および下部構造体との当接部が回転を容易とする形状に形成され、かつ前記柱頭部と柱脚部が前記上部構造体と下部構造体にそれぞれＲＣ柱の軸方向に挿通された複数のアンボンド芯材によって接合されてなることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明は、ＲＣ柱の柱頭部と柱脚部を高性能コンクリートと復元力の大きいアンボンド芯材の併用によって回転ばね構造としたことで、地震時における柱頭および柱脚部のせん断および曲げ破壊を抑制するとともに、軸力保持機能を確保することにより、ＲＣ構造物全体の耐震性能を著しく向上させるようにしたものであり、主にＲＣ地下構造物の中央に設けられる中柱などに適用することができる。なお、本発明における高性能コンクリートとは、圧縮強度が100〜250N/mm2のコンクリート、またはモルタルで、圧壊する際の爆裂を防ぐために、適度な量の鋼繊維や炭素繊維、あるいはガラス繊維などが混入された材料をいう。 
【００１８】
また、ゴム製の免震装置などを必要とせず、かつアンボンド芯材の使用による回転ばね構造を実現したことで、経済性および施工性、耐久性、特に耐火性において有利である。
【００１９】
なお、高い支圧力に耐え得る構造としては、例えば高性能コンクリートを用いたり、特に上部構造体および下部構造体との当接部のコンクリートを一定の厚さを有する鋼板で被覆する等の方法が上げられる。
【００２０】
また、上部構造体および下部構造体との当接部が回転容易な形状としては、例えば凸曲面状や球座状などの形状が考えられる。さらに、柱頭部と柱脚部は前記上部構造体と下部構造体に一定の強度を保持しつつ回転変形するように接合するのがよい。
【００２１】
例えば、ＲＣ地下構造物の中柱に本発明を適用した場合、中柱の柱頭および柱脚部をアンボンド芯材のみで接合することで、中柱が大きく回転変位した状態でも、そのひずみが平滑化されることと高強度であることから、弾性挙動を示し適度な回転剛性を中柱の柱頭および柱脚部に安定して与えることができ、しかも、柱頭および柱脚部の回転剛性はアンボンド芯材の配置により容易に制御することができる。
【００２２】
また、アンボンド芯材の復元力が中柱の転倒に抵抗する抵抗モーメントに寄与するため、地下構造物に残留変形が残るような大変形下でも中柱が転倒するようなことはなく、高い軸力保持機能を確保することができる。
【００２３】
また、アンボンド芯材は、中柱の断面中心より離れた外周部に配置することで、配置量の増加を伴わずに、その弾性挙動を保持しつつ抵抗モーメントの増大を図ることができる。
【００２４】
さらに、中柱が回転変形した場合、中柱の柱頭および柱脚部の当接面積は小さくなり、上載土圧による大きな圧縮力が作用することが考えられるが、係る圧縮力に対しては、柱頭および柱脚部が高性能コンクリートで形成されていることで、圧壊するようなことはなく、安定した軸力保持機能を、高性能コンクリートの使用量を最小限に抑えながら確保することができるとともに、中柱の省スペース化を図ることができる。
【００２５】
また、ある程度の厚さを有する鋼板により柱部材の上部構造体および下部構造体との当接部分のコンクリートのみを被覆することによっても、当接部分におけるコンクリートの圧壊を防ぎつつ、中柱が回転した時の上載土圧を伝達することができる。
【００２６】
特に、柱部材の当接部分のコンクリートをある程度の厚さを有する鋼板により被覆する方法は、普通コンクリートのみの柱でも、当接部における圧壊等を回避することができ、安定した軸力伝達を行うことができる。
【００２７】
また、中柱に伝達されるせん断力と曲げモーメントが共に小さくなるため、中柱の寸法を軸力保持のための最小限寸法とすることができ、さらに、中柱をＲＣ部材によって構築することは、鋼部材を適用する場合に比べて軸力保持に有効であり、かつコスト的にも有意である。
【００２８】
請求項２記載のＲＣ柱の構造は、請求項１記載のＲＣ柱の構造において、柱頭部と柱脚部にアンボンド芯材が挿通された貫通孔が設けられ、当該柱頭部と柱脚部との間に前記アンボンド芯材の端部が定着された切欠部が設けられてなることを特徴とするものである。
【００２９】
本発明は特に、柱頭部と柱脚部にアンボンド芯材を挿通するための貫通孔を、柱頭部と柱脚部との間にアンボンド芯材の片方の端部を定着するための切欠部を予め設けておくことで、アンボンド芯材の設置および定着をきわめて効率的に行うことができて施工性が良い。
【００３０】
なお、この場合の貫通孔および切欠部は柱断面の隅角部に設けることで、アンボンド芯材を柱断面の中心から最も離れた位置に配置することができるため、柱の回転変位に対してアンボンド芯材の配置量が少ない場合でも安定した抵抗モーメントを付与することができ、また貫通孔および切欠部の加工も場所的に比較的簡単に設けることができる。
【００３１】
請求項３記載のＲＣ柱の構造は、請求項１記載のＲＣ柱の構造において、アンボンド芯材は、柱頭部と柱脚部、および当該柱頭部と柱脚部との間に連続して挿通され、かつその上下両端部はそれぞれ上部構造体と下部構造体に定着されてなることを特徴とするものである。
【００３２】
この場合のアンボンド芯材として、特に可とう性を有するアンボンド高強度ストランドを使用することで、アンボンド芯材の可とう性を利用してその配置や定着を容易に行うことができる。なお、高強度ストランドには、例えば数多くの鋼線を撚り合わせたものやワイヤーロープ、あるいはケーブル等を用いることができる。
【００３３】
請求項４記載のＲＣ柱の構造は、請求項１〜３のいずれか１に記載のＲＣ柱構造において、柱頭部および柱脚部、当該柱頭部と柱脚部との間はプレキャストコンクリートから一体に形成されてなることを特徴とするものである。
【００３４】
本発明は、ＲＣ柱をプレキャストコンクリート部材として施工することで、シールド工法や開削工法など、幅広い地下構造物の施工法に適用することができる。
【００３５】
請求項５記載のＲＣ地下構造物は、上部構造体と下部構造体との間に中柱を配置してなるＲＣ地下構造物であって、前記中柱の柱頭部と柱脚部が高い支圧力に耐え得るように形成され、前記上部構造体および下部構造体との当接部が凸曲面状に形成され、かつ前記柱頭部と柱脚部が前記上部構造体と下部構造体にそれぞれ柱の軸方向に挿通された複数のアンボンド芯材によって接合されてなることを特徴とするものである。
【００３６】
高い支圧力に耐え得る柱頭部および柱脚部とする方法としては、例えば高性能コンクリートを用いたり、所定の厚さを有する鋼板で柱頭部および柱脚部のコンクリートを被覆する等の方法が上げられる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明は、特にＲＣ柱の柱頭部と柱脚部を高性能コンクリートと大変形時にも弾性挙動を示し、安定した復元力を発揮できるアンボンド芯材の併用によって回転ばね構造としたことで、地震時における柱頭および柱脚部のせん断および曲げ破壊を抑制し、軸力保持機能を確保することができ、またアンボンド芯材が弾性挙動を示すことにより、ＲＣ柱の転倒に抵抗するモーメントが安定して作用するため、中柱が転倒することなく大変形時における上載土圧の支持機能も確保することができる。
【００３８】
したがって、例えば、ＲＣ地下構造物の中柱に本発明を適用することによりＲＣ地下構造物全体の耐震性を経済的に著しく向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
図１と図２は、例えば地下鉄駅舎のホーム等として構築されたＲＣ地下構造物の一部を示し、図において、符号１は地下構造物の中柱、符号２と３はその下部構造体と上部構造体としての基礎スラブと天井スラブであり、いずれもＲＣ構造によって構築されている。
【００４０】
また、中柱１の柱頭部Ａと柱脚部Ｂはそれぞれ、天井スラブ３と基礎スラブ２に複数のアンボンド芯材４によって接合されている。
【００４１】
中柱１はプレキャストコンクリート部材として形成され、特に柱頭部Ａと柱脚部Ｂは高性能コンクリートから形成されている。なお、本発明における高性能コンクリートとは、圧縮強度が100〜250N/mm2のコンクリート、または、モルタルで、圧壊する際の爆裂を防ぐために、適度な量の鋼繊維や炭素繊維、あるいはガラス繊維などが混入された材料をいう。
【００４２】
また、ある程度の厚さを有する鋼板で柱部材の上部構造体および下部構造体との当接部を被覆することにより、回転時における当接部分のコンクリートの圧壊を防ぎつつ、高い軸力を伝達し得る構造を採用してもよい。
【００４３】
また、当該中柱１の中間部Ｃ（柱頭部Ａと柱脚部Ｂとの間部分）は、基本的にせん断力および曲げモーメントの伝達が少ないため、上載荷重より決定される必要最小限大の断面積に形成され、また普通コンクリートで形成され、鉄筋量も、ひび割れの分散などを目的とした必要最小限量の鉄筋が配筋されている。中柱１の中間部Ｃについては、施工条件により、コンクリートの場所打ちにより構成しても良い。この場合、上下端の高性能コンクリート製部材のみプレキャスト部材とし、その中間部を普通コンクリートを打設することにより、プレキャスト部材の軽量化を図り、条件によっては施工性を向上させることができる。
【００４４】
さらに、中柱１の柱頭部Ａと柱脚部Ｂの各隅角部（コーナ部）には、アンボンド芯材４，４が挿通された貫通孔５，５がそれぞれ中柱１の軸方向に連続して形成され、また中柱１の中間部Ｃの各隅角部には切欠部６が形成されている。
【００４５】
また、中柱１の柱頭部Ａの天井スラブ３との当接部および柱脚部Ｂの基礎スラブ１との当接部はともに回転が容易な形状、例えば、曲率を有する凸曲面状や球座状に形成されている。柱頭部Ａおよび柱脚部Ｂがこのように形成されていることで、中柱１は地震動による水平力に対して回転変形しやすいようになっている。
【００４６】
アンボンド芯材４にはアンボンド高強度鉄筋が用いられ、各アンボンド芯材４の一端側４ａは切欠部６側に突出され、かつ切欠部６内に定着ナット７によってそれぞれ定着されている。
【００４７】
また、アンボンド芯材４のうち、柱頭部Ａ側の各貫通孔５に挿通されたアンボンド芯材４の他端側４ｂは、天井スラブ３のコンクリート内に定着用インサート８によってそれぞれ定着され、柱脚部Ｂ側の各貫通孔５に挿通されたアンボンド芯材４の他端側４ｂは、基礎スラブ２のコンクリート内に定着用インサート８によってそれぞれ定着されている。
【００４８】
このように、中柱１の柱頭部Ａと柱脚部Ｂがそれぞれ天井スラブ２と基礎スラブ３に複数のアンボンド芯材４によって接合されていることで、中柱１が柱頭部Ａおよび柱脚部Ｂにおいて、中柱部材が横滑りすることなく回転変形を示すことができる。なお、中柱部材の横滑りを防止するためにせん断キーを柱部材の上下端に設置してもよい。
【００４９】
また、大きな回転変形を起こした場合でも、アンボンド芯材が弾性挙動を示すことにより、回転変形量に伴ったアンボンド芯材４の復元力の増加が実現され、中柱１の転倒に抵抗する抵抗モーメントが大きくなることが期待される。
【００５０】
したがって、中柱１の柱頭部Ａと柱脚部Ｂが高い支圧力にも耐え得る材料の高性能コンクリートによって形成され、かつ天井スラブ２および基礎スラブ３との当接部が、回転を容易とする形状に形成され、さらに複数のアンボンド芯材４によって天井スラブ２と基礎スラブ３に接合されていることで、地震時における中柱のせん断および曲げ破壊が抑制される。
【００５１】
また、アンボンド芯材４が弾性挙動を示すことにより、中柱１の転倒に抵抗する抵抗モーメントが安定して作用するため、中柱が転倒することなく大変形時における上載土圧の支持機能も確保される。
【００５２】
なお、シールド工法によってＲＣ地下構造物が構築される場合、アンボンド芯材４の他端側４ｂを定着するための定着用インサート８は、あらかじめ該当するセグメント部材に埋設しておいてもよい。
【００５３】
図３は、本発明の他の例を示し、図において、アンボンド芯材４として、可とう性を有する高強度ストランドが用いられ、またアンボンド芯材４は、柱頭部Ａおよび柱脚部Ｂとその間の中間部Ｃ内に、中柱１の軸方向に連続して挿通され、かつ中間部Ｃの中央部分で対角線状に交差した状態に挿通されている。
【００５４】
また、アンボンド芯材４の他端側４ｂのうち、柱頭部Ａ側に配置されたアンボンド芯材４の他端側４ｂは、天井スラブ３内に逆Ｕ字状に挿通され、かつ天井スラブ３の天井面に定着ナット１０によって定着されている。
【００５５】
また、柱頭部Ｂ側に配置されたアンボンド芯材４の他端側４ｂは、基礎スラブ２内にＵ字状に挿通され、かつ基礎スラブ２の床面に定着用ナット１０によって定着されている。
【００５６】
アンボンド芯材４がこのように配置されていることで、アンボンド芯材４による中柱１の拘束力が増大して構造的に有効なだけでなく、施工上も、アンボンド芯材４の中柱１への定着が不要になり、これに伴い切欠部６を設ける必要もないので、中柱１の施工が容易になる等のメリットがある。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、例えばＲＣ地下構造物の中柱に適用することにより、ＲＣ地下構造物全体の耐震性を経済的に著しく向上させることのできる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】中央に中柱を有するＲＣ地下構造物の一部を示し、（ａ）はＲＣ中柱の構造を示す一部縦断面図、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ（ａ）におけるイ−イ線、ロ−ロ線断面図である。
【図２】外力を受けたＲＣ中柱の弾性挙動を示す縦断面図である。
【図３】中央に中柱を有するＲＣ地下構造物の一部を示し、（ａ）はＲＣ中柱の構造を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるハ−ハ線線断面図である。である。
【図４】中央に中柱を有するＲＣ地下構造物を示す断面図である。
【図５】中柱を有するＲＣ地下構造物の地震時における挙動を示すモデル図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  中柱
２  基礎スラブ（下部構造体）
３  天井スラブ（上部構造体）
４  アンボンド芯材
４ａ  アンボンド芯材の一端側
４ｂ  アンボンド芯材の他端側
５  貫通孔
６  切欠部
７  定着ナット
８  定着用インサート
Ａ  柱頭部
Ｂ  柱脚部
Ｃ  中間部（柱頭部と柱脚部との間部分）
【図１】
2007031956.tif 000003
【図２】
2007031956.tif 000004
【図３】
2007031956.tif 000005
【図４】
2007031956.tif 000006
【図５】
2007031956.tif 000007