(57)【要約】【課題】柱および梁を有する鉄筋コンクリート構造物において、柱を長スパン化したり、梁断面高さを縮小したりしても、柱と梁との接合部の耐力を所定以上に保てるようにする。【解決手段】接合部１ａにおいて、柱２と梁３のうち一方の部材２の先端部が、他方の部材３の何処かの部位と接合しており、一方の部材２を構成する複数の主鉄筋２１は、接合部１ａを貫通するとともに、接合部１ａの、一方の部材２が存在する側とは反対側の面から各先端部を突出させており、当該反対側の面には、所定形状の支持板２３が当接しており、支持板２３に主鉄筋２１の各先端部が固定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄筋コンクリートからなる柱と、鉄筋コンクリートからなり前記柱と直交する梁と、の接合部における柱梁接合構造であって、
前記接合部において、前記柱と前記梁のうち一方の部材の先端部が、他方の部材の何処かの部位と接合しており、
前記一方の部材を構成する複数の主鉄筋は、前記接合部を貫通するとともに、前記接合部の、前記一方の部材が存在する側とは反対側の面から各先端部を突出させており、
当該反対側の面には、所定形状の支持板が当接しており、
前記支持板に前記主鉄筋の各先端部が固定されていることを特徴とする柱梁接合構造。
【請求項２】
前記主鉄筋の先端部にはネジが切られており、
前記支持板は、前記複数の主鉄筋を軸方向から見たときの配置に合わせて形成された複数の孔を有しており、
前記複数の主鉄筋の各先端部は、前記複数の孔のうち対応する孔に通され、前記支持板から突出した部位に螺合されたナットによって前記支持板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合構造。
【請求項３】
前記一方の部材は柱であり、
前記柱の上端部と前記梁の何処かの部位とが接合され、
前記接合部の上面から前記柱の主鉄筋が突出しており、
前記鉄筋支持板は、前記接合部の上面において、前記柱の主鉄筋先端部に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の柱梁接合構造。
【請求項４】
前記一方の部材は梁であり、
前記梁の側端部と前記柱の何処かの部位とが接合され、
前記接合部の、前記梁が存在する側とは反対側の面から前記梁の主鉄筋が突出しており、
前記鉄筋支持板は、前記接合部の前記反対側の面において、前記梁の主鉄筋先端部に固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の柱梁接合構造。
【請求項５】
複数立設された柱と、
前記柱と、当該柱と隣り合う柱との間に水平に設けられた梁と、を有する鉄筋コンクリート構造物であって、
前記柱と前記梁との接合部の少なくとも一部が、請求項１から４の何れか一項に記載の柱梁接合構造となっていることを特徴とする鉄筋コンクリート構造物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柱と梁を有する鉄筋コンクリート構造物における柱と梁との接合部の構造、およびこの構造を有する鉄筋コンクリート構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道高架橋の多くは鉄筋コンクリート造となっており、地面に埋設された基礎、基礎の上に複数立設された柱、柱と柱との間に水平に設けられた梁、梁と梁との間に設けられたスラブ等で構成されている。このような鉄道高架橋における梁の下の空間（以下梁下空間）は、駅舎をはじめとする様々な商業施設に用いられていることが多い。
柱と梁との接合部のうち、柱の上端部と、当該柱に設けられる最も上の梁との接合部は、柱の主鉄筋の上端部が接合部内においてコンクリートに定着した構造となっている。
【０００３】
柱と梁の接合部は、地震の際、少なくとも柱や梁より先に損傷することのない程度の耐力を有することが設計の前提となっている。上述した柱の上端部と梁との接合部の耐力を所定以上とするためには、柱の主鉄筋の上端部を、接合部内において所定以上の定着長で定着させる必要がある。この接合部内という限られた範囲で鉄筋の定着長を確保するため、従来は、主鉄筋の上端部をフック状に曲げて定着させることが多かった。
しかし、接合部によっては、例えば縦横に梁が交差している等の理由により、接合部内を通る鉄筋が多く、上述したようなフック状の鉄筋を配置することが困難な場合がある。そのような場合には、フランジ状の定着板部が形成されたねじ定着板を先端部に螺合させた鉄筋（特許文献１参照）や、先端部をフランジ状の拡径部となるように加熱加工した鉄筋（特許文献２参照）を用いることで、従来よりも短い定着長で、従来と同程度の耐力を得られるようにしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２６６２１５０号公報
【特許文献２】特開２０００−２５７２０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、鉄道高架橋の梁下空間における商業施設を拡大するため、柱を長スパン化することが求められている。しかし、単に長スパン化するだけでは、鉄道高架橋の耐震強度が低下してしまうので、長スパン化する際には、その分だけ梁幅、特に、梁断面高さを拡大する必要がある。しかし、梁断面高さを拡大すると、梁下空間の高さ（空頭）が取れなくなってしまうので、せっかく柱を長スパン化しても、商業施設としては利用しづらい空間となってしまう。
必要な空頭を確保しつつ梁下空間の幅を広げるには、梁断面高さを拡大することなく柱を長スパン化する必要があるが、特許文献１，２に挙げたような従来構造の接合部を有する鉄道高架橋をそのようにすると、鉄筋の定着長が十分に取れなくなってしまうので、接合部の耐力が不足してしまう。接合部の耐力が低い鉄道高架橋は、地震の際、柱や梁に先行して接合部が損傷してしまう虞があり、揺れに対して非常に脆弱なものとなる。
【０００６】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、柱および梁を有する鉄筋コンクリート構造物において、柱を長スパン化したり、梁断面高さを縮小したりしても、柱と梁との接合部の耐力を所定以上に保てるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するため、本出願に係る一の発明は、鉄筋コンクリートからなる柱と、鉄筋コンクリートからなり前記柱と直交する梁と、の接合部における柱梁接合構造であって、前記接合部において、前記柱と前記梁のうち一方の部材の先端部が、他方の部材の何処かの部位と接合しており、前記一方の部材を構成する複数の主鉄筋は、前記接合部を貫通するとともに、前記接合部の、前記一方の部材が存在する側とは反対側の面から各先端部を突出させており、当該反対側の面には、所定形状の支持板が当接しており、前記支持板に前記主鉄筋の各先端部が固定されていることを特徴とする。
【０００８】
上記発明によれば、一方の部材の主鉄筋が、一方の部材とは反対側にある支持板に固定されるので、従来の、主鉄筋の先端部をフック状に曲げたり、主鉄筋の先端部にフランジ状の部材を取り付けたりして、接合部内で定着させていた従来構造よりも接合部の耐力が高くなる。
また、接合部の耐力が従来構造の接合部の耐力を下回らない範囲で、梁断面高さを従来よりも縮小することができるので、接合部の耐力を従来と同程度にするのに必要なコンクリートや鉄筋の量を少なくすることができる。
【０００９】
なお、上記発明において、前記主鉄筋の先端部にはネジが切られており、前記支持板は、前記複数の主鉄筋を軸方向から見たときの配置に合わせて形成された複数の孔を有しており、前記複数の主鉄筋の各先端部は、前記複数の孔のうち対応する孔に通され、前記支持板から突出した部位に螺合されたナットによって前記支持板に固定されているものとしてもよい。
このようにすれば、溶接や接着の場合に比べて容易に固定することができるので、施工現場での作業を簡素にすることができる。
【００１０】
また、上記発明において、前記一方の部材は柱であり、前記柱の上端部と前記梁の何処かの部位とが接合され、前記接合部の上面から前記柱の主鉄筋が突出しており、前記鉄筋支持板は、前記接合部の上面において、前記柱の主鉄筋先端部に固定されているものとしてもよい。
このようにすれば、接合部の耐力を従来の鉄筋コンクリート構造物と同程度以上に保ちつつ、柱の上端部と接合される梁の断面高さを縮小することができるので、梁の下の空間を広くとることができる。
【００１１】
また、上記発明において、前記一方の部材は梁であり、前記梁の側端部と前記柱の何処かの部位とが接合され、前記接合部の、前記梁が存在する側とは反対側の面から前記梁の主鉄筋が突出しており、前記鉄筋支持板は、前記接合部の前記反対側の面において、前記梁の主鉄筋先端部に固定されているものとしてもよい。
このようにすれば、接合部の上にも柱が存在し、接合部の上面において鉄筋支持板を主鉄筋の先端部に固定することができない場合であっても、接合部の耐力を高めることができる。
【００１２】
また、本出願に係る他の発明は、複数立設された柱と、前記柱と、当該柱と隣り合う柱との間に水平に設けられた梁と、を有する鉄筋コンクリート構造物であって、前記柱と前記梁との接合部の少なくとも一部が、上述した柱梁接合構造となっていることを特徴とする。
【００１３】
上記発明によれば、接合部の耐力が高いので、柱のスパンや梁の寸法が同じで、接合部が従来構造の鉄筋コンクリート構造物よりも高い耐震性を有することになる。
また、柱を従来の鉄筋コンクリート構造物よりも長スパン化したり、梁断面高さを従来の鉄筋コンクリート構造物より縮小したりしても、接合部の耐力を従来の鉄筋コンクリート構造物と同程度以上に保つことができるので、必要な耐震強度を有しつつ、柱や梁に囲まれる空間を従来よりも広げることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、柱および梁を有する鉄筋コンクリート構造物において、柱を長スパン化したり、梁断面高さを縮小したりしても、柱と梁との接合部の耐力を所定以上に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る鉄筋コンクリート構造物における柱と梁との接合部を示した斜視図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】（ａ）は図１と同じ接合部を有する試験体を示した正面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃ断面図である。
【図４】（ａ）は図３の試験体の耐力特性を示すグラフであり、（ｂ）は柱と梁を従来方法で接合した試験体の耐力特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）は同実施形態の変形例に係る鉄筋コンクリート構造物における柱と梁の接合部を示した斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図６】（ａ）本発明の第２実施形態に係る鉄筋コンクリート構造物における柱と梁の接合部を示した斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【図７】（ａ）本発明の第３実施形態に係る鉄筋コンクリート構造物における柱と梁の接合部を示した斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、図１〜５を参照して、本発明の第１実施形態について詳細に説明する。
まず、本実施形態に係る鉄筋コンクリート構造物（以下構造物１）の概略構成について説明する。図１は構造物１の一部を示した斜視図である。
構造物１は、例えば高架橋やビルであり、図示しない基礎の上に立設された複数の柱２、柱２と、当該柱２と隣り合う柱２との間に水平方向に延設された複数の梁３等を備えている。柱２と梁３とは、図１に示したように、それぞれの軸が直交するように、かつ互いに一体となるように接合されている。また、本実施形態の構造物１は、柱２の上端部と、当該柱２における最も上に設けられた梁３の中間部との（上に柱２が存在しない側面視Ｔ字状の）接合部１ａの上面に、外部定着部２ａが設けられている。なお、図１には、柱２と梁３の中間部との接合部１ａを例示したが、梁３の側端部との接合部をこのような構造としてもよい。
【００１７】
次に、上記接合部１ａの詳細について説明する。図２は図１のII−II断面図である。
柱２の内部には、軸方向（鉛直方向）に延びる複数の主鉄筋２１と、図示しない複数の帯鉄筋が配設されており、周囲のコンクリート２２にそれぞれ定着している。また、主鉄筋２１は、接合部１ａを貫通するとともに、先端部を接合部１ａの上面から突出させている。主鉄筋２１の、接合部１ａの上面から突出した部位にはネジが切られている。
【００１８】
梁３の内部には、接合部１ａを貫通し、軸方向（水平方向）に延びる複数の主鉄筋３１と、図示しない複数の帯鉄筋が配設されており、周囲のコンクリート３２にそれぞれ定着している。
【００１９】
外部定着部２ａは、鉄筋支持板２３およびナット２４からなる。
鉄筋支持板２３は、鉄等の硬質の材料で形成された板材であり、所定の厚さを有し、柱２の水平断面と等しい形状に形成されている。鉄筋支持板２３の周縁部には、梁３の上面から突出する複数の主鉄筋２１の先端部を通すための孔２３ａが、複数の主鉄筋２１を軸方向から見たときの配置に合わせて複数形成されている。この鉄筋支持板２３は、接合部１ａの上面に配置され、孔２３ａに通された主鉄筋２１の先端部に切られたねじにナット２４を螺合させることによって接合部１ａに固定されている。なお、鉄筋支持板２３の主鉄筋２１への固定は溶接や接着によって行ってもいいが、本実施形態のように、ねじを切った主鉄筋２１とナット２４を用いることで、溶接や接着の場合に比べ、主鉄筋２１と鉄筋支持板２３とを容易に固定することができるので、施工現場での作業を簡素にすることができる。
また、図１，２には、接合部１ａの上面を窪ませ、梁３の上面と鉄筋支持板２３の上面とを面一にした状態を示したが、接合部１ａの上面を加工せずに鉄筋支持板２３を配置して、鉄筋支持板２３が梁３の上面よりも出っ張った状態としてもよいし、梁３の上面をより深く窪ませて、主鉄筋２１の先端が梁３の上面と面一になるようにしてもよい。
【００２０】
次に、本実施形態の接合部１ａの耐力特性について説明する。
発明者は、本発明の効果を確かめるための試験を行った。具体的には、まず、梁の中央部に柱の下端部を接合した逆Ｔ字状の試験体を用意した。試験体は、図３（ａ）に示したような、接合部を上記実施形態の接合部１ａと同様に構成したもの（以下試験体Ａ）と、図示は省略するが、従来のように柱の主鉄筋の先端部をフック型に曲げ、接合部内でコンクリートに定着させたもの（以下試験体Ｂ）の２種類を用意した。
そして、試験体Ａ，Ｂの柱２の所定箇所（以下載荷点Ｐ）に梁３の軸方向（梁３の一端側方向が正、梁３の他端側方向が負）の荷重を作用させた時の、荷重の大きさと載荷点の変位量との関係を調べた。図４はその結果を示したグラフである。
【００２１】
試験体Ａは、柱２が幅５００ｍｍ、奥行き５００ｍｍ、高さ１８００ｍｍの直方体で、梁３が、幅５００ｍｍ、奥行き５００ｍｍ、延長３８００ｍｍの直方体のものとした。柱２のコンクリート強度は２４．８Ｎ／ｍｍ２、梁３のコンクリート強度は１９．１Ｎ／ｍｍ２とした。柱２の主鉄筋２１にはＤ１９（公称直径１９．１ｍｍ）を用い、５９ｍｍのかぶりを設け、５９〜８０ｍｍの間隔を開けて並ぶように配筋した。梁３の主鉄筋３１にはＤ２９（公称直径２８．６ｍｍ）を用い、図３（ｃ）に示したように、梁３の上端部および下端部に、梁３の上面および下面に沿って柱２の主鉄筋２１の間を通るように配筋した。試験体Ａの接合部は、上述したように、本実施形態の接合部１ａと同じ、すなわち、柱２の主鉄筋２１を、接合部１ａの下面まで貫通させ、図３（ａ）に示したように、当該下面において外部定着部２ａを構成するようにした。鉄筋支持板２３の寸法は柱２の水平断面と同じ一辺が５００ｍｍの正方形で、厚さを２２ｍｍとした。
試験体Ｂは、コンクリート強度と接合部の構造以外は、試験体Ａと同様の構成とした。柱、梁のコンクリート強度は、それぞれ２０．４Ｎ／ｍｍ２，１８．０Ｎ／ｍｍ２とした。試験体Ｂの接合部は、従来の一般的な構造である、柱の主鉄筋の先端部がフック状に曲げられ、接合部内でコンクリートに定着した構造とした。
【００２２】
このように構成された試験体Ａ，Ｂの梁３の上面から１２００ｍｍの高さを載荷点Ｐとして試験を行った結果、従来構造の試験体Ｂの接合部は、図４（ｂ）に示したように、正方向４９４．８ｋＮ、負方向４２２．２ｋＮにて最大荷重に達したのに対し、本実施形態に係る試験体Ａの接合部１ａは、図４（ａ）に示したように、正方向６６４．５ｋＮ、負方向６３０．４ｋＮにて最大荷重に達した。
建築分野で定められた接合部耐力の計算式に、試験体Ａ，Ｂの各種諸言を当てはめて算出した耐力の計算値は、試験体Ａが３９０．８ｋＮ、試験体Ｂが３７５．０ｋＮとなったので、試験体Ｂの試験で得られた耐力は、計算上の耐力の１．１３〜１．３２倍ということになる。計算式は、複数の試験値の下限に基づいて設定するため、算出される値は、限界値よりも２，３割程度低くなる。このため、試験体Ｂの試験で得られた接合部の耐力は、概ね計算通りであるということが言える。一方、試験体Ａの試験で得られた接合部１ａの耐力は、計算上の耐力に比べ１．６１〜１．７０倍ということになる。これは、計算値を低めに出していることを加味しても、計算値を大きく上回る結果であると言える。
また、試験体Ｂには、最大荷重を加えた後、接合部の急激な耐力低下が見られたのに対し、試験体Ａにおいては、そのような傾向は見られなかった。
【００２３】
この試験結果から、柱２と梁３の接合部１ａを上記実施形態のような構造とすることにより、従来のように、柱の先端部をフック状に曲げ、接合部内で定着させていた場合よりも接合部１ａの耐力を高めることができる、ということが言える。すなわち、本実施形態の接合部１ａを有する構造物１は、当該構造物１と接合部以外の構造が同じで接合部が従来構造の鉄筋コンクリート構造物よりも高い耐震強度を発揮することができる。
また、本実施形態の構造物１は、接合部１ａの耐力が従来構造の接合部の耐力を下回らない範囲で、柱２を従来よりも長スパン化したり、梁３の断面高さを従来よりも縮小したりすることができる。逆に言えば、柱２を従来の鉄筋コンクリート構造物よりも長スパン化したり、梁３の断面高さを従来の鉄筋コンクリート構造物より縮小したりしても、接合部１ａの耐力を従来の鉄筋コンクリート構造物と同程度以上に保つことができる。このため、必要な耐震強度を有しつつ、梁３の下の空間を従来よりも広げることができる。
【００２４】
（変形例）
なお、上記実施形態では、柱２の上に梁３が一方向にだけ延設された部分を例に説明したが、図５（ａ）に示したように、柱２の上に、一方向に延設された縦梁３と、この縦梁３と、柱２の上において直交する横梁４を有する接合部１ｂを上述したような外部定着部２ａを用いた構造としてもよい。接合部１ｂの構造は、図５（ｂ）に示したように、内部に横梁４の主鉄筋４１が配設されている点を除いて上記実施形態の接合部１ａと同じである。
このようにすれば、構造物１に、例えば縦梁３（横梁４）の延設方向の荷重が作用した時に、横梁４（縦梁３）も荷重を負担するので、柱２や接合部１ｂに係る負担を少なくすることができる。また、接合部１ｂは、横梁４が存在する分だけ上記実施形態の接合部１ａに比べ多くの部材に囲まれているので、接合部１ｂのコンクリートが崩れにくくなり、接合部１ｂが所定以上の耐力をより長く維持し続けることができる。
なお、図５には、縦梁３と横梁４が十字に交差する接合部１ｂを例示したが、縦梁３または横梁４が接合部１ｂの一方側にしか存在しない（上面視Ｔ字状の）接合部であってもよい。
【００２５】
（第２実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態について説明する。なお、ここでは、第１実施形態と異なる点についてのみ説明することとし、第１実施形態と同様の点については説明を省略する。
本実施形態の鉄筋コンクリート構造物１Ａは、図６（ａ）に示したように、柱２の中間部と梁３の側端部との（一側方に梁３が存在するが他側方に梁３が存在しない側面視ト字状の）接合部１ｃの、梁３が存在する側とは反対側の側面に、外部定着部３ａが設けられている。
なお、図６には、梁３と柱２の中間部との接合部１ｃを例示したが、柱２の上端部または下端部との接合部をこのような構造としてもよい。また、図６には、１本の梁３だけが接合した接合部１ｃを例示したが、この梁３と直交する梁が設けられた接合部であってもよい。
【００２６】
梁３の主鉄筋３１は、図６（ｂ）に示したように、接合部１ｃを貫通するとともに、接合部１ｃの、梁３が存在する側とは反対側の側面から先端部を突出させている。主鉄筋３１の、柱２の側面から突出した部位にはネジが切られている。
【００２７】
本実施形態の外部定着部３ａは、鉄筋支持板３３およびナット３４からなる。
鉄筋支持板３３は、形状や孔の数が梁３の断面形状や主鉄筋の本数に合わせて変更されている点を除いて第１実施形態の鉄筋支持板２３とほぼ同様に構成されている。この鉄筋支持板３３は、柱２の、梁３が存在するのと反対側の側面に配置され、孔３３ａに通された主鉄筋３１の先端部に切られたねじにナット３４を螺合させることによって柱に固定されている。
こうすることで、接合部１ｃの上にも柱２が存在し、接合部１ｃの上面に第１実施形態のような外部定着部２ａを設けることができない場合であっても、接合部１ｃの耐力を高めることができる。
【００２８】
（第３実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態について説明する。なお、ここでは、第１実施形態と異なる点についてのみ説明することとし、第１実施形態と同様の点については説明を省略する。
本実施形態の鉄筋コンクリート構造物１Ｂは、図７に示したように、柱２の上端部と梁３の側端部との（上に柱２が存在せず、かつ、一側方に梁３が存在するが他側方に梁３が存在しない側面視逆Ｌ字状の）接合部１ｄの上面に第１実施形態と同様の外部定着部２ａが設けられるとともに、接合部１ｄの、梁３が存在する側とは反対側の側面に第２実施形態と同様の外部定着部３ａがそれぞれ設けられている。ここで例示したような、柱２の上端部と梁３の側端部とが接合する構造は、背割れ式高架橋の背割部においてよく見られるため、本実施形態の接合部１ｄは、背割れ式高架橋において適用すると好ましい。
なお、図７には、縦梁３の他に横梁４も接合された接合部１ｄを例示したが、柱２の上端部と縦梁３の側端部のみが接合した接合部であってもよい。
【００２９】
以上、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
例えば、実施形態では、鉄筋支持板２３の形状を、柱２の水平断面と等しい形状としたが、構造物と干渉することなく、柱２の複数の主鉄筋２１の先端が、軸方向から見たときに描く形状を内包できる形状であればどのような形状であってもよい。
また、上記実施形態では、外部定着部を露出させた状態としたが、施工後は、他の部材（高架橋の場合は橋桁や隣接する高架橋）で遮蔽したり、コンクリートＣ（図２参照）で埋めたりしてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１，１Ａ，１Ｂ鉄筋コンクリート構造物
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ      接合部
２     柱
２ａ   外部定着部
２１   主鉄筋
２２   コンクリート
２３   鉄筋支持板
２３ａ 孔
２４   ナット
３     梁、縦梁
３ａ   外部定着部
３１   主鉄筋
３２   コンクリート
３３   鉄筋支持板
３３ａ 孔
３４   ナット
４     横梁
４１   主鉄筋
Ａ     試験体
Ｐ     載荷点
Ｃ     コンクリート
【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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