(57)【要約】【課題】塑性変形に強く、必要保有水平耐力を低く抑えてコスト的に有利に設計可能な複合梁を備える建物を提供する。【解決手段】対向する柱１２間に架け渡された鉄骨Ｓの両端部をＲＣで覆い、鉄骨Ｓの中央部を鉄骨梁部１０Ａとし、両端部をＲＣ梁部１０Ｂとし、ＲＣ梁部１０Ｂの、柱１２側の端部と鉄骨梁部１０Ａ側の端部をそれぞれ補強筋１４により補強したハイブリッド（複合）梁１０を備える建物である。ＲＣ梁部１０Ｂの鉄骨部１０Ａ側の端部を、地震時に塑性変形する塑性ヒンジがＲＣ梁部１０Ｂ内に生じないように補強した鉄骨梁部側補強部１６が設けられ、鉄骨梁部１０Ａの両端が、塑性ヒンジが生じる塑性ヒンジ領域１８となっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する柱間に架け渡された鉄骨の両端部を鉄筋コンクリートで覆い、前記鉄骨の中央部を鉄骨梁部とし、両端部を鉄筋コンクリート梁部とし、前記鉄筋コンクリート梁部の前記柱側の端部と前記鉄骨梁側の端部をそれぞれ補強筋により補強した複合梁を備える建物であって、
前記鉄筋コンクリート梁部の前記鉄骨部側の端部を、地震時に塑性変形する塑性ヒンジが前記鉄筋コンクリート梁部内に生じないように補強した鉄骨梁部側補強部が設けられ、
前記鉄骨梁部の両端が、前記塑性ヒンジが生じる塑性ヒンジ領域となっていることを特徴とする複合梁を備える建物。
【請求項２】
前記鉄骨梁部側補強部は、前記鉄筋コンクリート梁部のコンクリート中に埋設された複数の追加の補強筋を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合梁を備える建物。
【請求項３】
前記鉄骨梁部側補強部は、前記鉄筋コンクリート梁部のコンクリート中に埋設されたメッシュ筋を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合梁の建物。
【請求項４】
前記鉄骨梁部側補強部は、強化繊維からなるメッシュ筋を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合梁の建物。
【請求項５】
前記鉄骨梁部側補強部は、前記鉄筋コンクリート梁部の小口部に取着された鋼製のプレートを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合梁の建物。
【請求項６】
前記鉄骨梁部側補強部は、前記鉄筋コンクリート梁部の周囲に巻装された鋼製で帯状のプレートを含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合梁の建物。
【請求項７】
前記鉄骨梁部側補強部は、前記鉄筋コンクリート梁部の小口部分のかぶり厚さを大きくすることで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の複合梁の建物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端部が鉄筋コンクリート造で中央が鉄骨造の複合梁（ハイブリッド梁）を備える建物に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年高層の建物の梁躯体として、鉄筋コンクリート（ＲＣ）と鉄骨（Ｓ）造とで構成された複合構造の梁（以下、複合梁またはハイブリッド梁とも称する）が採用されてきている。このような構造の梁は、両端部をＲＣで覆った鉄骨が、ＲＣ造等の柱間に架け渡されて接合されたものである。以下、ハイブリッド梁のうち、Ｓ造である中央部を鉄骨梁部、ＲＣで覆われた両端部をＲＣ梁部と便宜的に称する。ハイブリッド梁のＲＣ梁部においては、一般的に柱側の端部と鉄骨梁部側の端部をそれぞれ補強筋により補強している。たとえば、あばら筋と呼ばれるスパイラル状の鉄筋が、鉄骨梁の両端部の周囲を取り囲むように、ＲＣ梁部全体に渡り埋設されている。このあばら筋には、上述の柱側の端部及び鉄骨梁部側の端部の配筋を密にした集中補強筋も形成されている。ハイブリッド梁は、中央部がＳ造であることから梁自重が軽減され、梁成が減少するために梁のロングスパン化を可能とした建物が得られる新しい構法として注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４４６２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、建物の設計に際しては、大地震の発生時に梁に作用する曲げモーメントにより、柱に接続している梁の端部に塑性ヒンジが発生することを想定して、その建物の必要保有水平耐力を算出している。鉄骨梁を用いた鋼構造の建物では、その構造特性係数の値（Ｄｓ値）を、鉄筋コンクリート梁を用いたＲＣ造の建物と比べて概ね０．０５程度小さくすることができるため、その分、必要保有水平耐力を小さく抑えることができる。しかるに、上述したハイブリッド梁を用いた建物では、柱に接続している梁端部分がＲＣ梁部であることから、塑性ヒンジはそのＲＣ梁部の柱側の端部に発生する。それゆえ通常は、ハイブリッド梁を用いた建物のＤｓ値は、鉄筋コンクリート梁を用いた建物のＤｓ値に準じたものとなる。
ただし、鉄骨梁部の長いハイブリッド梁の場合には、そのＲＣ梁部を十分に短くするならば、梁端部分にではなく、鉄骨梁部の端部（即ち、鉄骨梁部とＲＣ梁部との境界の鉄骨梁側の部位）に塑性ヒンジを発生させることができる。このように塑性ヒンジ発生領域を鉄骨梁部の端部に設定した場合に、もし、当該領域に塑性ヒンジが確実に安定して発生するのであれば、塑性ヒンジが鉄骨梁部に発生するのであるから、その建物のＤｓ値は、ＲＣ造の建物のＤｓ値より小さい、鋼構造の建物のＤｓ値に準じた値とすることができる。
【０００５】
しかしながら実際には、上述したようにハイブリッド梁の鉄骨梁部の端部に塑性ヒンジ発生領域を設定した場合には、次のような課題が生じることが避けられなかった。即ち、大地震時に大きな曲げモーメントを受けて鉄骨が塑性変形を繰返すと、それによって塑性ヒンジ発生領域の耐力の上昇につれて、ＲＣ梁部の損傷が進行するため、ハイブリット梁の塑性変形能力が低下する。ついには、ハイブリッド梁の両端部分のＲＣ梁部に塑性ヒンジが発生するおそれがある。ＲＣ梁部に塑性ヒンジが発生するおそれがあるならば、その建物のＤｓ値は、ＲＣ造の建物のＤｓ値に準じた値としなければならず、従って、Ｄｓ値を小さくして必要保有水平耐力を低く抑えようとする試みは無に帰する。
この発明は以上の点を鑑みてなされたものであり、ハイブリッド梁を用いた建物において、そのハイブリッド梁の鉄骨梁部の端部に設定した塑性ヒンジ発生領域に、塑性ヒンジを確実に安定して発生させることができるようにし、それによって建物のＤｓ値を、鋼構造の建物のＤｓ値に準じた小さな値とし、もって、必要保有水平耐力を低く抑えてコスト的に有利な建物を設計し得るようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した目的を達成するために、本発明の複合梁（ハイブリッド梁）を備える建物は、対向する柱間に架け渡された鉄骨の両端部を鉄筋コンクリートで覆い、鉄骨の中央部を鉄骨梁部とし、両端部を鉄筋コンクリート梁部とし、鉄筋コンクリート梁部の柱側の端部と鉄骨梁側の端部をそれぞれ補強筋により補強した複合梁を備える建物であって、鉄筋コンクリート梁部の鉄骨部側の端部を、地震時に塑性変形する塑性ヒンジが鉄筋コンクリート梁部内に生じないように補強した鉄骨梁部側補強部が設けられ、鉄骨梁部の両端が、塑性ヒンジが生じる塑性ヒンジ領域となっていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のハイブリッド梁（複合梁）を備える建物は、鉄骨梁部補強部を設けることで、鉄筋コンクリート梁部の鉄骨梁部側の端部の損傷を防止し、地震時にハイブリッド梁のＳ梁部の端部に確実に安定して塑性ヒンジを発生させることができるため、このハイブリッド梁を備える建物のＤｓ値を、ＲＣ造の建物のＤｓ値より小さい、鋼構造の建物のＤｓ値に準じた値にすることができる。
このため、柱や梁を大きくすることなく塑性変形に強い建物を得ることができることとなり、建物を安価に設計する上で非常に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態のハイブリッド梁の概略図である。
【図２】第１の実施の形態のハイブリッド梁の、ＲＣ梁部付近における詳細な図である。
【図３】第１の実施の形態のハイブリッド梁の、鉄骨梁部補強部の概略的な説明図である。
【図４】（Ａ）は片持ち梁先端に載荷し、その変位δから部材各Ｒを求め、Ｐ−Ｒ関係を得る説明図、（Ｂ）は第１の実施の形態のハイブリッド梁１０の力学性能確認試験から得られた荷重―変位関係の図である。
【図５】第２の実施の形態のハイブリッド梁の鉄骨梁部補強部の概略図である。
【図６】第３の実施の形態のハイブリッド梁の鉄骨梁部補強部の概略図である。
【図７】第４の実施の形態のハイブリッド梁の鉄骨梁部補強部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１は、第１の実施の形態の複合梁を示す概略図であり、複合梁１０を備えた建物の一部を示している。また、図２は図１の一部の詳細な拡大図であり、具体的には柱際のＲＣ梁部付近の拡大図である。
【００１０】
図１−図３は、第１の実施の形態のハイブリッド梁１０の構成を説明するための概略図である。第１の実施の形態のハイブリッド梁１０は、これを備えた建物（図示せず）の一部を構成するものとする。
ハイブリッド梁１０は、対向する柱１２間に架け渡された、Ｉ鋼やＨ鋼等の鉄骨Ｓの両端部をＲＣで覆う構造のものである。ここでは、鉄骨Ｓの中央部を鉄骨梁部１０Ａとし、両端部をＲＣ部１０Ｂとしており、図１において符号１１は床スラブを示している。ＲＣ梁部１０Ｂは、これに該当する部位にあばら筋等の補強筋１４を埋設して補強している。また、補強筋１４のうち、ＲＣ梁部１０Ｂの柱１２側の端部と鉄骨梁１０Ａ側の端部に相当する部分においては、図２に示されるように、特にあばら筋の配筋を密に配している。これを集中補強筋１４Ａとも称する。以上のような構成のハイブリッド梁１０を備える建物として、たとえば橋梁や高層の建物等、様々な建造物が考えられる。
【００１１】
上述のハイブリッド梁１０のうち、ＲＣ梁部１０Ｂの鉄骨梁部１０Ａ側の端部を、地震時に塑性変形する塑性ヒンジがＲＣ梁部１０Ｂ内に生じないように補強した、鉄骨梁部側補強部１６が設けられている。
ここでは、図３に示されるように、鉄骨梁部側補強部１６は、ＲＣ梁部１０Ｂのコンクリート中に埋設された複数の追加の補強筋１７を含んで構成されている。鉄骨梁部側補強部１６として上記の構成を採択する場合、通常の補強筋ではなく、メッシュ筋を用いてもよい。または、グラスファイバー、アラミド等の強化繊維からなるメッシュ筋であっても良い。この場合も、追加の補強筋１７と同様の効果を得ることが出来る。
【００１２】
また、鉄骨梁部１０Ａの両端には、地震発生時に、ハイブリッド梁１０が曲げモーメントを受けた際に塑性ヒンジが生じるように設定された、塑性ヒンジ領域１８が存在する。本発明を構成するハイブリッド梁は、ＲＣ梁部１０Ｂにおいて鉄骨梁部側補強部１６を備えているため、塑性ヒンジ領域１８は、ＲＣ梁部１０Ｂに係る部分には生じることがない。
地震発生時に、塑性ヒンジ領域１８が繰り返し塑性変形することで、塑性ヒンジ領域１８の鉄骨梁が硬化し、耐力上昇が生じる。これによりＲＣ梁部１０Ｂの鉄骨梁部１０Ａ側の端部が損傷し、塑性ヒンジが鉄筋コンクリート梁部にひろがるように作用するが、塑性ヒンジ１８は、柱１２から離れた位置にあり、さらにＲＣ梁部１０Ｂは補強筋１４及び鉄骨梁部側補強部１６を備えているため、ＲＣ梁部１０Ｂは損傷を受けるおそれがない。具体的には、鉄骨梁部補強部１６が設けられているため、塑性ヒンジ領域１８に塑性ヒンジが形成されても、ＲＣ梁部１０Ｂの鉄骨梁部１０Ａ側の端部の損傷を防止することができる。このように、地震時にハイブリッド梁のＳ梁部の端部に確実に安定して塑性ヒンジを発生させることができるため、このハイブリッド梁を備える建物のＤｓ値を、ＲＣ造の建物のＤｓ値より小さい、鋼構造の建物のＤｓ値に準じた値にすることができる。
したがって、柱や梁を大きくすることなく塑性変形に強い建物を得ることができ、建物を安価に設計する上で非常に効果的である。
【００１３】
図４（Ｂ）は第１の実施の形態のハイブリッド梁１０の力学性能確認試験から得られた荷重―変位関係の図である。この試験は、加力スタブにハイブリット梁１０を接合した構造の試験体に対し、図４（Ａ）に示すように、片持ち梁先端に荷重Ｐを載荷し、その変位δから部材角Ｒを求め、Ｐ−Ｒ関係を得、鉄骨梁部補強部１６による補強前と補強後について行い、それぞれのＰ−Ｒ関係を示した。
【００１４】
図４の結果から明らかなように、第１の実施の形態のハイブリッド梁１０では、鉄骨梁部補強部１６により補強されたＲＣ梁部１０Ｂは、水平力によってその補強筋に発生する歪みが十分に抑制されている。これは、補強されたＲＣ端部１０Ｂでは、鉄骨Ｓが鉄筋コンクリートによって強固に包持されていることを意味しており、そのため、大地震時に鉄骨梁部１０Ａの両端部の塑性ヒンジ領域１８に発生した塑性ヒンジが塑性変形を繰返して当該部分の耐力が上昇した場合でも、塑性ヒンジ領域１８が鉄骨梁部１０Ａの中へ進展することが、その補強された鉄筋コンクリートによって阻止されるため、塑性ヒンジは、設計時に設定した塑性ヒンジ領域１８にのみ、確実に安定して発生する。このため、このハイブリッド梁を備える建物のＤｓ値は、鋼構造の建物とＤｓ値に準じた小さな値にすることができ、建物の必要保有水平耐力を低く抑えることが可能となる。
【００１５】
以上の説明からも明らかなように、第１の実施の形態のハイブリッド梁１０は、ＲＣ梁部１０Ｂに塑性ヒンジが形成されないようにしているため、鉄骨梁部１０Ａの両端部に塑性ヒンジ領域１８を確実に設けることが出来る。このため、このようなハイブリッド梁を備える建物のＤｓ値を、鋼構造の建物と同程度の値に設定することができ、塑性変形に強い建物を得ることができる。
【００１６】
次に、図５を用いて第２の実施の形態のハイブリッド梁１００について説明する。
これは、鉄骨梁部側補強部１６Ａを、ＲＣ梁部１０Ｂの小口部に取着された鋼製のプレート（ＰＬ）２０を含んで構成したものである。鉄骨梁部側補強部１６を上記のようなＰＬ２０で構成した場合、第１の実施の形態のハイブリッド梁１０と同様の効果を得ることができる。またさらに、鉄骨梁部側補強部１６Ａは、ＲＣ梁部１０Ｂの製造工程において、ＰＬ２０をコンクリートを流し込む際の型枠を兼用することもできるため、施工性の向上を計ることができる。
【００１７】
次に、図６を用いて第３の実施の形態のハイブリッド梁１１０について説明する。
これは、鉄骨梁部側補強部１６Ｂを、ＲＣ梁部１０Ｂの周囲に巻装された鋼製で帯状のプレート（ＰＬ）２２を含んで構成したものである。鉄骨梁部側補強部１６Ｂを上記のような帯状のＰＬ２２で構成した場合も、第１及び第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。なお、帯状のＰＬ２２を巻く部位は、ＲＣ梁部１０Ｂの鉄骨部１０Ａ側の端部周辺の周囲全てでもよいが、鉄骨梁下まで等、所望の補強強さを得るために適宜設定することが可能である。
【００１８】
次に、図７を用いて第４の実施の形態のハイブリッド梁１２０について説明する。
これは、鉄骨梁部側補強部１６Ｃを、ＲＣ梁部１０Ｂの小口部分のコンクリートのかぶり厚さＴを厚くすることで構成したものであり、ＲＣ梁部１０Ｂの小口部分にコンクリートのかぶり部２４を設けたものである。かぶり厚さＴの厚みは、たとえばＲＣ梁部１０ｂの長手方向の幅を１５％程度延長して配設するものとする。また、図７に示すように、かぶり部２４を、ＲＣ梁部１０Ｂ自体のコンクリートの厚さを左右側方および下方に１０−１５％程度多く取るようにして構成し、これにより鉄骨梁部側補強部１６Ｃを構成してもよい。このようにすることで、地震発生時、塑性ヒンジ領域５０に塑性ヒンジが形成されても、ＲＣ梁部１０Ｂが損傷するおそれが少ない。
【００１９】
本発明は上述の実施の形態に限定されないことは明らかである。
たとえば、鉄骨梁部側補強部は、実施の形態の鉄骨梁部側補強部１６−１６Ｃではなくとも、地震時に塑性変形する塑性ヒンジがＲＣ梁部内に生じないようにＲＣ梁部の鉄骨部側の端部を補強することが可能であれば、どのような形態のものを採択しても良い。
また同様に、鉄骨梁部側補強部は、所定の部位を補強することができるものであれば、実施の形態で採択した材料を用いることに限定する必要はなく、種々好適な材料を採択することができる。
【００２０】
またそのほかにも、第４の実施の形態においては、鉄骨梁部側補強部１６Ｃを、ＲＣ梁部１０Ｂの小口部分のコンクリートのかぶり厚さＴを、一例としてＲＣ梁部１０ｂの長手方向の幅を１５％程度延長して配設したものとしたが、鉄骨梁部側補強部１６Ｃをどの程度補強するかによって、好適な厚さに設計可能である。
その他、発明の主旨を逸脱しない範囲内で適宜他の形態へ変更することができるものとする。
【符号の説明】
【００２１】
Ｓ……鉄骨、１０,１００,１１０,１２０……ハイブリッド梁（複合梁）、１０Ａ……鉄骨梁部、１０Ｂ……ＲＣ梁部、１２……柱、１４……補強筋、１４Ａ……集中補強筋、１６,１６Ａ,１６Ｂ,１６Ｃ……鉄骨梁部側補強部、１７……追加の補強筋、１８……塑性ヒンジ領域、２０……鋼製のプレート、２２……帯状のプレート、２４……かぶり部。
【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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