(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮設用の土留め壁と本設壁とを一体化させる合成壁の設計方法において、
本設時の設計荷重に対して、前記合成壁の発生せん断力を算定し、その後、前記合成壁のせん断耐力を照査する際に、当該せん断力を、予め設定された断面力の分配に基づいて、前記土留め壁と前記本設壁とが各々分担するせん断力に分配し、
発生せん断力のうち、前記土留め壁の分担するせん断力が、当該土留め壁のせん断耐力に到達しないこと、
および、発生せん断力のうち、前記本設壁の分担するせん断力が、当該本設壁のせん断耐力に到達しないことの双方を確認する合成壁の設計方法であって、
前記土留め壁と本設壁とが各々分担する断面力の決定は、合成壁の断面二次モーメントのてい減率を設定した後に行うことを特徴とする合成壁の設計方法。
【請求項２】
前記合成壁は、Ｈ形鋼を芯材とするソイルセメント壁で形成した前記土留め壁と、鉄筋コンクリートで形成した前記本設壁とを備え、
前記本設壁の分担するせん断力Qc  と前記土留め壁の分担するせん断力Qs  とを、以下の式に基づいて演算することを特徴とする請求項１記載の合成壁の設計方法。
Qc＝｛（1−Js／ψJ’）×Ｄｌ＋（EcJc／EsψJ’）×Hu｝×Q／（Ｄｌ＋Hu）                                                      ・・・（1）
Qs＝｛（Ｊs／ψＪ’）×Ｄｌ十（1−EcJc／E sψJ’）×Hu｝×Q／（Ｄｌ＋Hu）                                                       ・・・（2）
ψ＝J／J’                                                  ・・・（3）
J＝Js＋ Ec／Es×Jc＋（Ｄｌ＋Hu）２／〔｛（π２／（1x２×bu×k）＋１／（Ec ×Ac）＋１／（Es As））×Es ｝                        ・・・（4）
J' ＝Js＋ Ec／Es×Jc＋（Ｄｌ＋Hu）２×Ec Ac／[｛１＋（Ec Ac）／（Es As）｝×Es]                                                ・・・（5）
ここに、
Ｑ：合成壁の発生せん断力
ψ：合成壁の断面二次モーメントてい減率                              
J：合成壁の断面二次モーメント（鋼換算）
J’：完全合成（k→∞）の合成壁の断面二次モーメント（鋼換算）
k：合成壁接合面のせん断剛性
Jc：本設壁の断面二次モーメント
Js：H形鋼の断面二次モーメント
Ec：コンクリートのヤング係数
Es：H形鋼のヤング係数
Ac：本設壁の断面積（1ｙ×h）
As：H形鋼の断面積
1x：合成壁の支間長
1y：合成壁の有効幅（通常は、H形鋼の配置間隔）
bu：H形鋼のフランジ幅
h：本設壁の厚さ
Ｄｌ：本設壁の重心から合成壁接合面までの間の長さ
Hu：Ｈ形鋼の重心から合成壁接合面までの間の長さ
π：円周率
とする。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、合成壁の設計方法に関し、特に、土留め用の仮設壁と本設壁とを一体化させる合成壁の設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地下構造物を構築する際に、通常、地盤中に仮設用の土留め壁を形成して、その内部を掘削した後に、土留め壁の内方に構造物が構築される。図９には、従来から土木の分野で用いられている地中壁の構築状態を示している。
【０００３】
同図に示した例では、H形鋼を芯材１として構築されたソイルセメント壁２からなる土留め壁３の内側に、鉄筋コンクリート製の本設壁４が構築されている。
【０００４】
このような合成壁５を構築する際には、従来、土木分野では、H形鋼を芯材１とする土留め壁３は、あくまでも仮設構造物なので、本設壁４を設計する際には、その存在を無視して設計されていた。
【０００５】
一方、建築分野では、ビルの地下室にH形鋼を芯材とした仮設壁を構築した際に、これを本体の一部として利用した実績があり、土木の分野でも、仮設壁を本設壁として利用することが検討されていて、これが実用化される段階にある。
【０００６】
このような技術思想に基づいて、合成壁を設計する際には、一般的に、図１０に示すような手順で、その設計を行うものと思われる。同図に示した手順では、まず、ステップＳ１〜Ｓ４で土留め壁３の設計が行われ、この後に、合成壁５の設計がステップＳ５〜Ｓ８までで行われる。
【０００７】
土留め壁３の設計では、ステップＳ１で、仮設時の荷重の設定が行われ、これに基づいて、続くステップＳ２で、土留め壁３の仮設時の構造計算を行い、得られた計算結果と土留め壁３の性能照査をステップＳ３で行う。
【０００８】
この性能照査で土留め壁３の性能が条件を満足していなければ、ステップＳ４で、土留め壁３の仕様を変更して仮定し、再び、ステップＳ２に戻り、構造計算を行い、さらに、得られた計算結果と土留め壁３の性能照査をステップＳ３で行い、このようなステップを順次繰り返すことにより、土留め壁３の性能が条件を足すると、土留め壁３の構築仕様が決定する。
【０００９】
一方、合成壁５の設計では、ステップＳ５で、本設時の荷重の設定が行われ、これに基づいて、続くステップＳ６で、合成壁５の構造計算（曲げモーメント、軸力、せん断力）を行い、得られた計算結果と合成壁５の性能照査をステップＳ７で行う。
【００１０】
この性能照査で合成壁５の性能が条件を満足していなければ、ステップＳ８で、合成壁５の仕様を変更して仮定し、再び、ステップＳ６に戻って構造計算を行い、さらに、得られた計算結果と合成壁５の性能照査をステップＳ７で行い、このようなステップを順次繰り返すことにより、合成壁５の性能が条件を満足すると、合成壁５の構築仕様が決定することになる。
ところが、このような従来の合成壁の設計方法には、以下に説明する課題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、図１０に示した手順の設計方法では、例えば、せん断の照査は、合成壁５の全体に対して行われ、具体的には、設計荷重に対して算定される合成壁５の発生せん断力Qが、その耐力Qdに到達していないことを確認することで行われる。
【００１２】
ところが、この場合の合成壁５のせん断耐力Qdは、H形鋼からなる芯材１と鉄筋コンクリート製の本設壁４とが、完全に剛結合していて、完全に一体化していることを前提にしていた。
【００１３】
しかし、本発明者らの知得によると、H形鋼からなる芯材１と鉄筋コンクリート製の本設壁４とのせん断耐力は、当然のことながら、同じ値ではなく、鉄筋コンクリートの方がH形鋼よりも小さくなっていて、このような設計方法では、鉄筋コンクリート壁の部分的なせん断破壊に対応しておらず、照査の信頼性に問題がある。
【００１４】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、本設壁（鉄筋コンクリート壁）の部分的なせん断破壊に対応することができる信頼性の高い照査が可能になる合成壁の設計方法を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、仮設用の土留め壁と本設壁とを一体化させる合成壁の設計方法において、本設時の設計荷重に対して、前記合成壁の発生せん断力を算定し、その後、前記合成壁のせん断耐力を照査する際に、当該せん断力を、予め設定された断面力の分配に基づいて、前記土留め壁と前記本設壁とが各々分担するせん断力に分配し、発生せん断力のうち、前記土留め壁の分担するせん断力が、当該土留め壁のせん断耐力に到達しないこと、および、発生せん断力のうち、前記本設壁の分担するせん断力が、当該本設壁のせん断耐力に到達しないことの双方を確認する合成壁の設計方法であって、前記土留め壁と本設壁とが各々分担する断面力の決定は、合成壁の断面二次モーメントのてい減率を設定した後に行うようにした。
【００１６】
このように構成した合成壁の設計方法によれば、後述する試験結果からも明らかなように、本設壁（鉄筋コンクリート壁）の部分的なせん断破壊に対応することができる信頼性の高い照査が可能になる。
【００１８】
また、本発明の設計方法では、前記合成壁は、Ｈ形鋼を芯材とするソイルセメント壁で形成した前記土留め壁と、鉄筋コンクリートで形成した前記本設壁とを備え、前記本設壁の分担する発生せん断力Qcと前記土留め壁の分担する発生せん断力Qsとを、以下の式に基づいて演算することができる。
Qc＝｛（1−Js／ψJ’）×Ｄｌ＋（EcJc／EsψJ’）×Hu｝×Q／（Ｄｌ＋Hu）                                                    ・・・（1）
Qs＝｛（Ｊs／ψＪ’）×Ｄｌ十（1−EcJc／E sψJ’）×Hu｝×Q／（Ｄｌ＋Hu）                                                     ・・・（2）
ψ＝J／J’                                                  ・・・（3）
J＝Js＋ Ec／Es×Jc＋（Ｄｌ＋Hu）２／〔｛（π２／（1x２×bu×k）＋１／（Ec ×Ac）＋１／（Es As））×Es ｝                        ・・・（4）
J' ＝Js＋ Ec／Es×Jc＋（Ｄｌ＋Hu）２×Ec Ac／[｛１＋（Ec Ac）／（Es As）｝×Es]                                                ・・・（5）
ここに、
Ｑ：合成壁の発生せん断力
ψ：合成壁の断面二次モーメントてい減率
J：合成壁の断面二次モーメント（鋼換算）
J’：完全合成（k→∞）の合成壁の断面二次モーメント（鋼換算）
k：合成壁接合面のせん断剛性
Jc：本設壁の断面二次モーメント
Js：H形鋼の断面二次モーメント
Ec：コンクリートのヤング係数
Es：H形鋼のヤング係数
Ac：本設壁の断面積（1ｙ×h）
As：H形鋼の断面積
1x：合成壁の支間長
1y：合成壁の有効幅（通常は、H形鋼の配置間隔）
bu：H形鋼のフランジ幅
h：本設壁の厚さ
Ｄｌ：本設壁の重心から合成壁接合面までの間の長さ
Hu：Ｈ形鋼の重心から合成壁接合面までの間の長さ
π：円周率
とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図８は、本発明にかかる合成壁の設計方法の一実施例を示している。
【００２０】
本実施例の合成壁の設計方法では、図1に示すように、仮設用の土留め壁１０と本設壁１２とを一体化させる合成壁１４を横築する際に、本設時の設計荷重に対して、合成壁１４の発生せん断力を算定し、その後、合成壁１４のせん断耐力を照査する際に、合成壁１４を土留め壁１０と本設壁１２とに分けて、土留め壁１０の分担する発生せん断力Qsが、当該土留め壁１０のせん断耐力Qsdに到達しないこと、および、本設壁１２の分担する発生せん断力Qcが、当該本設壁のせん断耐力Qcdに到達しないことの双方を確認する基本的な構成としている。
【００２１】
この時の照査は、以下の式で表される。
本設壁１２のせん断耐力照査：Qc／Qcd≦1．0                ・・(6)
土留め壁１０のせん断耐力照査：Qs／Qsd≦1．0              ・・・(7)
図１に示した例では、仮設用の土留め壁１０は、芯材１０ａとソイルセメント体１０ｂとを備え、H形鋼を芯材１０ａとして、この芯材１０ａを内部に埋設したソイルセメント体１０ｂが、横方向において、相互にオーバラップするように構築されている。
【００２２】
このような構成の土留め壁１０では、土留め壁１０の分担する発生せん断力Qsは、実質的には、H形鋼からなる芯材１０ａの値に相当し、また、せん断耐力Qsdも同様にH形鋼の値に相当する。
【００２３】
また、本設壁１２は、本実施例の場合には、鉄筋１２ａとこれが埋設されたコンクリート体１２ｂとを備えた鉄筋コンクリートから構築されていて、本設壁１２の分担する発生せん断力Qcおよびせん断耐力Qcdは、同様に、鉄筋コンクリート製の壁の値に相当する。
【００２４】
なお、図１に符号１６で示した部材は、H形鋼からなる芯材１０ａの表面に片端が固定された状態で本設壁１２に埋め込まれた、土留め壁１０と本設壁１２との間を一体的に結合させるシアコネクタである。
【００２５】
図２，３は、本発明にかかる設計方法の基本概念を示すものであり、これらの図に示した符号は、以下の内容になっている。
1x：合成壁１２の支間長、1y：合成壁の有効幅（通常は、H形鋼の配置間隔）、bu：H形鋼のフランジ幅、h：本設壁１２の厚さ、Cc：本設壁１２の重心、Cs：Ｈ形鋼の重心、Ｄｌ：本設壁１２の重心Ccから合成壁接合面までの間の長さ、Hu：Ｈ形鋼の重心Csから合成壁接合面までの間の長さ
このような寸法構造の合成壁１４においては、図３に示すような、発生せん断力Q（Qs＋Qc）が本設壁１２側から作用した際には、Ｈ形鋼からなる芯材１０ａと、鉄筋コンクリート製の本設壁１２とは、シアコネクタ１６で連結されているものの、両者は、完全に一体化されておらず、両者間には、ズレが発生し、それぞれ異なる挙動をとり、歪分布は、図３に示すようになるものと考えられる。
【００２６】
ところが、前述した従来の設計方法では、図１１に示すように、合成壁５の芯材１と鉄筋コンクリート製の本設壁４とが、ズレが発生することなく完全に一体化されていて、せん断外力Qが本設壁１２側から作用した際には、これらが一体的として変形するとの概念に基づいている。
【００２７】
そこで、本発明者らは、このような基本概念を確認すべく実証実験を試みた。
この実証実験では、図４に示した寸法形状の供試体を合計5本作製した。各供試体の詳細な内容を以下の表１に示している。
【００２８】
【表１】
0004028746.tif 000002
実証実験は、供試体をその下側から４７５０ｍｍスパン長で支持し、支持点の中心部の上方から荷重Ｐを載荷して、供試体がせん断破壊するまでのせん断力を測定した。
【００２９】
５個の供試体は、シアコネクタ１６に相当する部材にスタッドボルトを用い、これをＨ形鋼の本設壁側表面（フランジ）のみに溶接し、両者間の合成度合いとして、スタッドボルトを３列で８４本用いた場合を合成度１．０（供試体Ｎｏ．５）とし、合成度が４段階になるように設定した。
【００３０】
図５〜図７は、試験結果をグラフ表示したものである．図５は、合成壁のせん断耐力Qdと、破壊時の合成壁の発生せん断力Qmaxとの関係を示している。
図６は、鉄筋コンクリート壁のせん断耐力Qcｄと、破壊時の鉄筋コンクリート壁が分担する発生せん断力Qcmaxとの関係を示している。
図７は、Ｈ形鋼のせん断耐力Qsdと、破壊時のＨ形鋼が分担する発生せん断力Qsmaxとの関係を示している。各図において折れ線で示したグラフがせん断照査結果（Q／Qd），（Qcmax／Qcd），（Qsmax／Qs d）を示していて、×印が鉄筋コンクリート壁の部分せん断破壊を、また、黒丸印が曲げ破壊をそれぞれ示している。
【００３１】
この試験結果から明らかなように、まず、図５においては、せん断照査結果（Q／Qd）が１．０以下であるにも係わらず、Ｎｏ．２，３，５の供試体にせん断破壊が認められ、この破壊モードは、鉄筋コンクリート壁の部分的なせん断破壊であった。
【００３２】
このことから、いえることは、従来の設計方法では、Ｈ形鋼と鉄筋コンクリート壁とが完全な合成にあると仮定して設計するが、この状態に非常に近い形態を具現化した供試体５においても、合成壁の発生せん断力 Qmaxが、せん断耐力Qdを超えていないのにも係わらず、鉄筋コンクリート壁のせん断破壊が認められ、従来の設計方法では、合成壁の破壊モード（鉄筋コンクリート壁の部分的なせん断破壊）は、予測できないことが判った。
【００３３】
一方、図６に示す鉄筋コンクリート壁のせん断照査（Qcmax／Qcd）と、図７に示すＨ形鋼のせん断照査（Qsmax／Qsd）とをそれぞれ個別に行う場合には、これらの値が１．０を超えないまでは、コンクリート壁のせん断破壊が起こらないことが判る。
【００３４】
すなわち、図６においては、供試体Ｎｏ．２，３，５に鉄筋コンクリート壁にせん断破壊が発生しているが、これらの供試体の場合には、せん断照査（Qcmax／Qcd）が１．０を超えている。
【００３５】
また、図７においては、供試体Ｎｏ．２，３，５に鉄筋コンクリート壁にせん断破壊が発生しているが、全ての供試体は、せん断照査（Qsmax／Qsd）が1．0を超えていない。
【００３６】
従って、合成壁のせん断耐力を照査する際に、銑筋コンクリート壁とＨ形鋼とに分けてせん断照査を行い、これらがともに限界値を超えないような照査を行うと、コンクリートの部分的なせん断破壊が起こらず、高い信頼性の基で照査が行えることを確認した。
【００３７】
なお、上述した実証試験では、Qsdは、Ｈ形鋼の設計せん断耐力を用い、Qcdには、鉄筋コンクリート壁の設計せん断耐力を用いた。また、Qcdおよび Qsd の算定には、コンクリート標準示方書・設計編（土木学会）や各種合成構造物設計指針・同解説（日本建築学会）に準拠した。
【００３８】
図８は、本発明にかかる設計方法の手順をより具体的に示したフローチャート図である。同図に示した手順では、まず、スタートすると従来の設計方法と同様に、ステップＳ１０〜Ｓ１３で土留め壁１０の設計が行われ、この後に、合成壁１４の設計がステップＳ１４〜Ｓ１９までで行われる。
【００３９】
土留め壁１０の設計では、ステップＳ１０で、仮設時の荷重の設定が行われ、これに基づいて、続くステップＳ１１で、土留め壁１０の仮設時の構造計算を行い、得られた計算結果と土留め壁１０の性能照査をステップＳ１２で行う。
【００４０】
この性能照査で土留め壁１０の性能が条件を満足していなければ、ステップＳ１３で、土留め壁１０の仕様を変更して仮定し、再び、ステップＳ１１に戻り、構造計算を行い、さらに、得られた計昇結果と土留め壁１０の性能照査をステップＳ１２で行い、このようなステップを順次繰り返すことにより、土留め壁１０の性能が条件を満足すると、土留め壁3の構築仕様が決定する。
【００４１】
一方、合成壁１４を設計する際には、ステップＳ１４で、本設時の荷重の設定が行われ、これに基づいて、続くステップＳ１５で、合成壁１４の構造計算（曲げモーメント，軸力，せん断力）を行う。
【００４２】
次に、ステップＳ１６で、合成壁の断面二次モーメントてい減率ψの設定を行い、その後に、ステップＳ１７で、土留め壁１０と本設壁１２の断面力の分配を決定し、ついで、合成壁１４の性能照査をステップＳ１８で行う。
【００４３】
この場合、ステップＳ１６，１７で行われるてい減率ψの設定や、断面力の分配は、以下の式３〜５に基づいて演算される。
ψ＝J／J’                                                  ・・・（3）
J＝Js＋ Ec／Es×Jc＋（Ｄｌ＋Hu）２／
〔｛（π２／（1x２×bu×k）＋１／（Ec ×Ac）＋１／（Es As）｝×Es ）
・・・（4）
J' ＝Js＋ Ec／Es×Jc＋（Ｄｌ＋Hu）２×Ec Ac／[｛１＋（Ec Ac）／（Es As）｝×Es]                                                ・・・（5）
ここに、
Ｑ：合成壁の発生せん断力
ψ：合成壁の断面二次モーメントてい減率
J：合成壁の断面二次モーメント（鋼換算）
J’：完全合成（k→∞）の合成壁の断面二次モーメント（鋼換算）
k：合成壁接合面のせん断剛性
Jc：本設壁の断面二次モーメント
Js：H形鋼の断面二次モーメント
Ec：コンクリートのヤング係数
Es：H形鋼のヤング係数
Ac：本設壁の断面積（1ｙ×h）
As：H形鋼の断面積
1x：合成壁の支間長
1y：合成壁の有効幅（通常は、H形鋼の配置間隔）
bu：H形鋼のフランジ幅
h：本設壁の厚さ
Ｄｌ：本設壁の重心から合成壁接合面までの間の長さ
Hu：Ｈ形鋼の重心から合成壁接合面までの間の長さ
π：円周率
とする。
【００４４】
ステップＳ１８で性能照査を行う際には、ステップ１６、１７で求めたてい減率ψと断面力の分配に基づいて、以下
の式１，２により、土留め壁１０のせん断力応答値Qsと、本設壁１２のせん断応答値Qcとが演算される。
Qc＝｛（1−Js／ψJ’）×Ｄｌ＋（Ec Jc／E s ψJ’）×Hu｝×Q／
（Ｄｌ ＋Hu）                                            ・・・（1）
Qs＝｛（Js／ψJ’）×Ｄｌ＋（1−EcJc／E s ψJ’）×Hu｝×Q／
（Ｄｌ ＋Hu）                                            ・・・（2）
そして、性能照査では、土留め壁１０のせん断耐力Qsdと、当該本設壁のせん断耐力Qcdとを演算し、以下の式により判定される。
本設壁１２のせん断耐力照査：
Qc／Qc d≦1．0                  ・・・(6)
土留め壁１０のせん断耐力照査：
Qs／Qs d≦1．0                      ・・・(7)
この性能照査で合成壁１４の性能が条件を満足していなければ、ステップＳ１９で、合成壁１４の仕様を変更（本設壁１２の厚さや鉄筋量など、および、シアコネクタ１６の仕様の変更）して仮定し、再び、ステップＳ１５に戻って構造計算を行い、さらに、得られた計算結果と合成壁１４の性能照査をステップＳ１８で行い、このようなステップを順次繰り返すことにより、合成壁１４の性能が条件を満足すると、合成壁１４の構築仕様が決定することになる。
【００４５】
さて、以上のように構成した合成壁の設計方法によれば、上述した実証試験の結果からも明らかなように、本設壁１２（鉄筋コンクリート壁）の部分的なせん断破壊に対応することができる信頼性の高い照査が可能になる。
【００４６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる合成壁の設計方法によれば、本設壁（鉄筋コンクリート壁）の部分的なせん断破壊に対応することができるとともに、このような対応を可能にすることで信頼性の高い照査が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる設計方法が適用される合成壁の断面図である。
【図２】  本発明にかかる設計方法の概念説明図である。
【図３】                      本発明にかかる設計方法の概念説明図である。
【図４】  本発明にかかる設計方法の実証実験に用いた供試体の説明図である。
【図５】  本発明にかかる設計方法の実証実験の試験結果を示すグラフである。
【図６】  本発明にかかる設計方法の実証実験の試験結果を示すグラフである。
【図７】  本発明にかかる設計方法の実証実験の試験結果を示すグラフである。
【図８】  本発明にかかる合成壁の設計方法の一実施例を示すフローチャート図である。
【図９】  従来の設計方法が適用される合成壁の断面図である。
【図１０】  従来の合成壁の設計方法の一例を示すフローチャート図である。
【図１１】  従来の設計方法の概念説明図である。
【符号の説明】
１０          土留め壁
１０ａ         芯材（H形鋼）
１０ｂ         ソイルセメント体
１２          本設壁（鉄節コンクリート壁）
１２ａ         鉄筋
１２ｂ         コンクリート体
１４          合成壁
１６          シアコネクタ
【図１】
0004028746.tif 000003
【図２】
0004028746.tif 000004
【図３】
0004028746.tif 000005
【図４】
0004028746.tif 000006
【図５】
0004028746.tif 000007
【図６】
0004028746.tif 000008
【図７】
0004028746.tif 000009
【図８】
0004028746.tif 000010
【図９】
0004028746.tif 000011
【図１０】
0004028746.tif 000012
【図１１】
0004028746.tif 000013