(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築される複数の柱、該柱間に配置されるプレキャスト梁及び該プレキャスト梁に受け渡され、下面に形成しているリブに格子状に形成したスラブ補強筋を配置して該スラブ補強筋の下弦材にプレストレスを導入して成るスラブから構成される大スパンスラブ架構。
【請求項２】
プレキャスト梁が、下弦側にプレストレスを導入していることを特徴とする請求項１に記載の大スパンスラブ架構。
【請求項３】
下面にリブを形成し、該リブに格子状に形成したスラブ補強筋を配置して成るスラブにおいて、少なくとも一方向に配置されるスラブ補強筋をラチス状に構成し、該スラブ補強筋の下弦材にプレストレスを導入することを特徴とする請求項１に記載された大スパンスラブ架構に用いるスラブ。
【請求項４】
構築される複数の柱間にプレキャスト梁を配置し、次いでリブに相当する位置に格子状に形成したスラブ補強筋を先組みしたスラブ型枠を該プレキャスト梁間に配置し、しかる後にスラブコンクリートを打設することを特徴とする請求項１又は２に記載の大スパンスラブ架構の構築法。
【請求項５】
格子状に形成したスラブ補強筋がラチス状に構成され、該スラブ補強筋の下弦材に、先組に際してプレストレスを導入することを特徴とする請求項４に記載の大スパンスラブ架構の構築法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大スパンスラブ架構及び架構に用いるスラブと架構の構築法に関し、特に、数百年の使用に耐え得るコンクリート造永続建物等に適用できるように大スパンで梁形のない架構を提供する大スパンスラブ架構及び架構に用いるスラブと架構の構築法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、製品の長寿命化やメンテナンス技術、再資源化など循環系の技術の必要性が多くの分野で認識されるようになった。
このような観点を建築分野に当てはめてみると、建物を数百年という期間に亘り建て替えずに使用する長寿命化対応にするためには、建物の使用期間に亘って数回の大地震を受けても地震で被災する部分を限定し、建物の主体構造は被災しないようにする必要がある。しかし、現状の建物構造では、建物を長寿命化させ、建物の主体構造部が被災しないようにする課題には対応ができない。
【０００３】
そこで、最近になって数百年の使用に耐えうるコンクリート造永続建物が指向されている。このコンクリート造永続建物では、建物自体を、▲１▼  物理的寿命が比較的短期間でリニューアルが数年ごとに必要な部分、▲２▼  メンテナンスを行うが所定期間を過ぎるとメンテナンスが不経済に成る部分及び▲３▼  数百年間は永続的に使用できる部分のように機能分けをして、各部分がそれぞれの機能を分担するようにしている。
このために、建物の躯体部分は、スパンや階高という面で建物寸法を大きくし、永続的に使用できる部分として対応することになる。そして、位置の変更が容易でない耐震壁などの部材は、建物の居住部分となる主体構造部に配置しないようにして、数百年という期間に対して予測出来ないような住み方の変更や改修性に対応している。
【０００４】
図７は、上記の観点から構築されたコンクリート造永続建物の概念図である。
集合住宅２０には、人工地盤を形成している主体構造部２１によって、大スパンで階高が高く、壁の少ない広い空間が形成されており、各住戸はロの字型平面に配置され、空間の中には生活環境に応じて変転して行く住戸２５が構築されている。
建物中心には変形制御要素２２が剛性を持った架構として独立に建っている。変形制御要素２２は、建物各階の損傷集中を制御するために、建物各階とせん断力のみを伝達するピン接合で結合されており、変形制御要素２２の中には上下方向の移動手段であるエレベーターや階段が内包されている。
【０００５】
建物全体の地震応答を低減する制震要素２３は、建物内部に配置されているために、特に図示していないが、変形制御要素２２と建物各階とを接続する桟橋の上部に設置されており、ブレース構造の上部にダンパーを介して建物各階と接合されている。そして、剛性要素２４は、建物外周部に各階ごとに取り付けられていて、固有周期を制御するとともに地震応答を収束させるバネを構成して、建物の躯体を数百年の使用に耐えうるように構築している。
【０００６】
住戸２５は、図示のように戸境壁のような耐久構造部材２６と、襖や間仕切壁のような可変構造材２７から構築されており、耐久構造部材２６は、住戸境としての機能等を目的にして設置されている。可変構造材２７は、数世代に亘る住み方の変更に適切に対応できると共に、模様替えやニーズに合わせて間仕切りの変更もできる可変性と多様性を持って、容易にリニューアルができる構造に形成されている。
【０００７】
従って、数百年の使用に耐えうるコンクリート造永続建物においては、スラブのスパンは大凡１０ｍ以上にすることが望ましいが、スラブの振動障害や遮音等を考慮するとスラブ厚は少なくとも４０ｃｍ程度は必要になることから、１グリッドの重量は１００ｔ以上になってしまう。
しかるに、従来のスラブ工法では、スパンの大きさは７ｍ以下が限界であり、重量に関しても約１／４であることから、従来のプレキャスト化構法では大スパンスラブ架構の構築に適用できないのが現状である。
【０００８】
ところで、大スパンスラブを構築するためには、以下の問題点を解決しなければならない。
▲１▼  鉄筋コンクリートスラブにはクリープが発生する。このために、スラブ構築時の弾性たわみをスパンの１／４０００程度に押さえる必要がある。
▲２▼  コンクリートは、乾燥収縮等を原因にしてひび割れを発生する。このために、スラブ周辺の上端にひび割れが発生すると、中立軸位置は極端に下方に移ることになって、スラブ周辺の固定条件を満足させることが困難になる。
▲３▼  施工合理化の観点からスラブのプレキャスト化等が必要になる。このために、大スパン化に対応するためには揚重機が指数的に大型化して機械損料面からの制約を受ける。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点に鑑みて検討を加えた改善策を提案するものであり、上記の問題点を解消することで１０ｍ以上の大スパンスラブを構築可能にするものであって、建物が数百年という期間に亘り建て替えずに使用できる大スパンスラブ架構及び架構に用いるスラブと架構の構築法を提供している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された発明である大スパンスラブ架構は、構築される複数の柱と、柱間に配置されるプレキャスト（以下、ＰＣａと呼称する）梁及びＰＣａ梁に受け渡され、下面に形成しているリブに格子状に形成したスラブ補強筋を配置し、スラブ補強筋の下弦材にプレストレス（以下、ＰＣと呼称する）を導入して成るスラブから構成されており、格子状スラブ補強筋に上向きの初期変位を生じさせることでクリープやひび割れの発生によるたわみを制御している。
【００１１】
請求項２に記載された発明である大スパンスラブ架構は、請求項１に記載の大スパンスラブ架構において、ＰＣａ梁が下弦側にＰＣを導入していることを特徴としており、上記機能に加えて、梁型部のたわみを制御することで梁型部に初期たわみを与えることなくスラブを受けることができる。。
【００１２】
請求項３に記載された発明であるスラブは、請求項１に記載された大スパンスラブ架構に用いるものであって、下面にリブを形成し、リブに格子状に形成したスラブ補強筋を配置して成り、少なくとも一方向に配置されるスラブ補強筋をラチス状に構成してスラブ補強筋の下弦材にＰＣを導入することを特徴としており、上記機能に加えて、スラブ補強筋にＰＣを与えることでコンクリートが硬化した後に断面で生じる初期たわみを打ち消している。
【００１３】
請求項４に記載された発明である大スパンスラブ架構の構築法は、構築される複数の柱間にプレキャスト梁を配置し、次いでリブに相当する位置に格子状に形成したスラブ補強筋を先組みしたスラブ型枠をＰＣａ梁間に配置し、しかる後にスラブコンクリートを打設することを特徴としており、コンクリートを現場打ちすることで大スパン化に対応すると共に、施工時の揚重機に関する問題を解消している。
【００１４】
請求項５に記載された発明である大スパンスラブ架構の構築法は、請求項４に記載の大スパンスラブ架構の構築法において、格子状に形成したスラブ補強筋がラチス状に構成され、スラブ補強筋の下弦材に、先組に際してＰＣを導入することを特徴としており、上記機能に加えて、スラブの初期たわみを所定値に抑制している。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明による大スパンスラブ架構は、構築される複数の柱と、柱間に配置されるＰＣａ梁及びＰＣａ梁に受け渡され、下面に形成しているリブに格子状に形成したスラブ補強筋を配置し、スラブ補強筋の下弦材にＰＣを導入して成るスラブから構成されている。これによって、格子状スラブ補強筋に上向きの初期変位を生じさせることで大スパンスラブのたわみを制御し、スラブにおけるクリープやひび割れの発生を阻止している。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１に、本発明による大スパンスラブ架構を斜視図で示している。
スラブ架構１は、１０ｍ以上のピッチで配置されている複数の柱２と柱間に配置された扁平状の梁３及びスラブ４とで構築されている。扁平状の梁３は軽量化を図るために、下弦側の補強鉄筋に鋼管５又は通常のシース管を配置し、その内部に複数本のＰＣより鋼線を配置しており、ＰＣを加えた状態のＰＣａ梁として構成されている。
スラブ４は、ワッフルスラブで構成している。２方向のうちの１方向をラチス状にしたリブの補強筋６は、下端には鋼管７を使用しており、鋼管内部にアンボンドＰＣ鋼材またはカーボンファイバーより線を通しＰＣを与えている。
【００１７】
以上のように、本発明による大スパンスラブ架構は、上記構成によって、ＰＣａ梁やワッフルスラブのリブに配置されたラチス状補強筋に上向きの初期変位を与えることで、スラブのクリープやひび割れの発生によるたわみを制御しており、これによってスラブ厚を制限しながら大スパンスラブを構築している。
従って、本発明による大スパンスラブ架構は、数百年の使用に耐えうるコンクリート造永続建物の構築に適用可能であり、その実現に貢献できる。
【００１８】
次に、本発明による大スパンスラブ架構の構築法について説明する。
本発明による大スパンスラブ架構の構築法は、構築される複数の柱間にＰＣａ梁を配置し、次いでリブの形成位置に格子状に形成したスラブ補強筋を先組みしたスラブ型枠をＰＣａ梁間に配置して、ＰＣａ梁と取り合ってからスラブコンクリートを打設している。これによって、コンクリートを現場打ちすることで大スパン化に対応すると共に、施工時の揚重機に関する問題を解消している。
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図２は、本発明による大スパンスラブ架構の構築法を説明するための概要図である。
スラブ架構１の構築は、複数の柱２を構築した後に、構築された柱２の間にＰＣしたＰＣａ梁３を配置する。次に、下階の床に枠組足場８を井桁状に組んで図示のように配置して置く。
本発明では、スラブ４をＰＣａ造でなく、コンクリートの現場打ちで施工しているので、上記枠組足場８の上にスラブ型枠９を配置してＰＣａ梁との結合がなされている。そして、本実施の形態ではスラブ型枠は、ワッフル型枠９として構成されており、現場で直接製作されずに他の場所で別途に製作されている。
【００２０】
ワッフル型枠９の上には、スラブのリブに相当する位置に先組みされた補強筋６、６’が格子状に配備されており、補強筋は２方向のうち１方向の補強筋６をラチス状にして下端に鋼管７を使用してＰＣにしている。
従って、本発明による大スパンスラブ架構は、先組みされたスラブ型枠９を揚重機で吊り上げて上記枠組足場８の上に載置し、しかる後にコンクリートを打設してスラブ構築を完了する。
【００２１】
以上のように、本発明による大スパンスラブ架構の構築法では、従来の合理化対策のようにＰＣａ構法を採用せずに、リブに相当する位置に補強鉄筋が先組みされたスラブ型枠を揚重機で吊り上げて枠組足場の上に載置し、その後にコンクリートを現場打ちしているので、揚重機が指数的に大型化して機械損料からの制約を受けることがなく、スラブとしての構造性能、工事コスト、整然とした工事による安全の確保等の施工時における合理化問題を解決している。
【００２２】
図３、４は、上述したスラブとＰＣａ梁の平面図と断面図であり、その構成を詳細に示している。
図３は、構築した大スパンスラブの平面図（ａ）と平面図（ａ）の（ｂ）−（ｂ）矢視断面図（ｂ）である。
スラブ４は、補強鉄筋の下弦側に鋼管５又は通常のシース管を配置してＰＣを与えているＰＣａ梁３と掛け合せて配置されている上記型枠９によって、ワッフルスラブとして通常の施工で構築されている。従って、スラブ４には、図示のように格子状に形成されたリブ１０、１０’が設けられており、各リブの中に補強筋６、６’が配置されている。
補強筋６は、ラチス状に構成されており、下端には鋼管７を使用して鋼管内部にＳＷＰＲ７Ａ−７本より線等のアンボンドＰＣ鋼材またはカーボンファイバーより線を通しＰＣを与えている。
【００２３】
図４は、ＰＣａ梁の形状を示す実施の形態図である。図において、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）、（ｄ）は平面図（ａ）における（ｃ）−（ｃ）、（ｄ）−（ｄ）矢視の断面図である。
ＰＣａ梁３は、下弦側に４本の鋼管５又は通常のシース管を配置して、その内部にＳＷＰＲ７Ｂ−１９本より線等のアンボンドＰＣ鋼材またはカーボンファイバーより線１５を通してＰＣを与えられている。又、ＰＣａ梁３の両側面には、スラブ４との係合部１１と補強筋６、６’との掛かり代になる切り込み１２が設けられている。
切り込み１２には、図４（ｄ）に示すようにＵ型筋１３を出しており、スラブの各々の掛かり代で格子状補強筋を挟むように配置している。これにより、Ｕ型筋１３とスラブ補強筋の間にあるコンクリートの捩じり抵抗によって、スラブ周辺が固定条件の時に発生する端部モーメントの１／２程度は伝達できるので、スラブ周辺の曲げ耐力を保持することができる。
【００２４】
（実施例）
上述したＰＣａ梁３とワッフルスラブ４とで１０ｍスパンのスラブ架構を構築した場合について、たわみの発生状況を以下に検証する。
従来のスラブでは、鉄筋コンクリート構造計算規準（ＲＣ規準）に基づいて、辺長比を１とし、積載荷重と仕上げ荷重の和を４００ｋｇ／ｍ2にして計算すると、スパン１０ｍのスラブに必要な厚さは４０ｃｍになる。
【００２５】
しかして、本発明によるスラブを曲げ剛性の等価なワッフル型スラブと考えると断面は図５に示すようになる。
即ち、ワッフルスラブには、幅ｂ＝３０ｃｍ、高さｈ＝５０ｃｍのリブ１０をピッチＬ＝１００ｃｍで格子状に形成しており、スラブ４の厚さｄを２０ｃｍに構成している。
格子状のリブの内、１方向のリブ１０の補強筋６はラチス状に構成されており、下端には鋼管７を使用して鋼管内部にＰＣ材１４としてＳＷＰＲ７Ａ−７本より線等のカーボンファイバーより線等を通して両端に配置した支圧板を用いてＰＣを導入する。
尚、鋼管の圧縮応力とＰＣ鋼材の引張応力とは釣り合い状態になるので、プレストレス導入に伴って鋼管が座屈することはない。
【００２６】
今、アンボンドＰＣ鋼材に２．０ｔのＰＣ（鋼管φ21.7の応力度でσ＝1.7t/ｃｍ2）を与えると、図６（ａ）のように格子状の補強筋６には上向きに約３ｃｍの変位が生じることになる。
次いで、スラブ型枠９と共に先組した格子状補強筋６を、図２に示したように枠組足場８で井桁状にサポートして、スラブ型枠９にコンクリートを打ち込むと、スラブ４には格子状補強筋の剛性によって１．４ｃｍ程度の下向き変位が生じることから、上向き変位は図６（ｂ）に示すように約１．６ｃｍになる。
そして、所定の養生後に枠組足場８を除去してコンクリートのサポートを外すと、ワッフル断面の剛性によって１．５ｃｍ程度のたわみが発生することから、構築後の大スパンスラブには図６（ｃ）に見られるように、最終的に約０．１ｃｍの上向きのたわみ（むくり）が発生していることになる。
【００２７】
尚、スラブを受けるＰＣａ梁についても、スラブと同様にＰＣを導入することでたわみを制御している。
本実施例でも、図４で説明した実施の形態と同様に、ＰＣａ梁に用いるＰＣ材１５をＳＷＰＲ７Ｂ-１９本より線やカーボンファイバーより線で４ケーブル程度に構成しており、これによって初期たわみをなくしている。又、スラブ補強筋の掛かり代部には、梁型に切り込み部を設けて梁型からＵ型筋を出すことで格子状補強筋を挟むようにしてある。従って、Ｕ型筋とスラブ補強筋は、コンクリートの捩じり抵抗によって端部モーメントを伝達して、スラブ周辺固定条件の時に発生する端部モーメントの１／２スラブ周辺の曲げ耐力を保持できる。
【００２８】
本発明による格子状配筋には、以上のようにＰＣによって上向きのたわみ（むくり）を与えてあるので、大スパンスラブとして充分な剛性を確保していると同時に、従来工法によると、厚さ４０ｃｍ程度のスラブ構築時には１．５〜２ｍ間隔でパイプサポートを建てる必要があったものが、井桁状の枠組足場で支持すれば良いことになり、施工上においても大幅なコストダウンを図れる。
尚、ワッフル型スラブの経済性についてはワッフルの既成品もあり、スパン１０ｍ程度以上では最も経済的スラブ構法といえる。
【００２９】
以上のように、本発明による大スパンスラブ架構及び架構に用いるスラブと架構の構築法は、１０ｍ以上のスパンを構成しても充分な剛性を有するスラブを提供し、施工時においてもサポートの低減や大型揚重機の不要によって大幅なコスト低減を図れるものである。そして、本発明による大スパンスラブ架構を採用することで、数百年の使用に耐えうるコンクリート造永続建物の実現が確実になる。
【００３０】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、発明の趣旨に反しない範囲において各種の変更が可能であることは当然である。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１に記載された発明である大スパンスラブ架構は、構築される複数の柱と、柱間に配置されるＰＣａ梁及びＰＣａ梁に受け渡され、下面に形成しているリブに格子状に形成したスラブ補強筋を配置し、スラブ補強筋の下弦材にＰＣを導入して成るスラブから構成されているので、スラブ構築時の弾性たわみを制御でき、又、コンクリートにひび割れが発生した時にもスラブ周辺の支持条件の変化によるたわみ制御も可能になる効果を奏している。
【００３２】
請求項２に記載された発明である大スパンスラブ架構は、請求項１に記載の大スパンスラブ架構において、ＰＣａ梁が下弦側にＰＣを導入していることを特徴としており、上記効果に加えて、梁型部のたわみを制御して梁型部に初期たわみを与えずにスラブを受けることができるので、スラブ周辺のたわみ制御をし易くする効果を奏している。
【００３３】
請求項３に記載された発明であるスラブは、請求項１に記載された大スパンスラブ架構に用いるものであって、下面にリブを形成し、リブに格子状に形成したスラブ補強筋を配置して成り、少なくとも一方向に配置されるスラブ補強筋をラチス状に構成してスラブ補強筋の下弦材にＰＣを導入することを特徴としているので、スラブ補強筋にＰＣを与えることで硬化した後のコンクリートの断面に生じる初期たわみを打ち消すことを可能にしてスラブ周辺のたわみ制御をし易くする効果を奏している。
【００３４】
請求項４に記載された発明である大スパンスラブ架構の構築法は、請求項１又は２に記載の大スパンスラブ架構の構築法であって、構築される複数の柱間にＰＣａ梁を配置し、次いでリブに相当する位置に格子状に形成したスラブ補強筋を先組みしたスラブ型枠をＰＣａ梁間に配置し、しかる後にスラブコンクリートを打設することを特徴としているので、コンクリートの現場打ちで大スパン化に対応すると共に、以下の効果を奏している。
▲１▼    スラブ補強筋を先組みしたスラブ型枠を、井桁状に形成した枠組足場に支持すれば良いので、従来は１．５〜２ｍ間隔で均等にパイプサポートする必要のあった仮設材の数が大幅に減り、整然、かつ整理された合理化施工ができる。
▲２▼    補強筋の重量は型枠付きであっても３t程度であり、大スパン化しても、従来のように１００ｔ以上を吊り上げる大型の揚重機は必要でない。
▲３▼    補強筋の組立等の錯綜した作業は地上で行ない、上部作業は補強筋のセットとコンクリート打設のみであるから、施工管理やシステム工法の採用を容易にして施工の合理化を図れる。
▲４▼    １グリットに用いるＰＣ鋼材の量は３０ｋｇ程度であるが、ワッフルスラブの採用によるコンクリート量の低減が１０〜１５％あり、材料費の増減がほぼ釣り合っており、仮設資材量の減少に相当するコスト低減が図れる。
【００３５】
請求項５に記載された発明である大スパンスラブ架構の構築法は、請求項４に記載の大スパンスラブ架構の構築法において、格子状に形成したスラブ補強筋がラチス状に構成され、スラブ補強筋の下弦材に、先組に際してＰＣを導入することを特徴としてしているので、上記効果に加えて、スラブの初期たわみを所定値に抑制できる効果を奏している。
【図面の簡単な説明】
【  図１】本発明による大スパンスラブの平面図と断面図の斜視図
【  図２】本発明による大スパンスラブ架構の構築法の説明図
【  図３】本発明による大スパンスラブの平面図と断面図
【  図４】本発明に採用するＰＣａ梁の平面図、側面図と矢視した部分断面図
【  図５】本発明による大スパンスラブの実施例図
【  図６】本発明による大スパンスラブ施工時のたわみ状態図
【  図７】本発明による大スパンスラブを適用できるコンクリート造永続建物の斜視図
【符号の説明】
１  大スパンスラブ架構、  ２  柱、  ３  ＰＣａ梁、  ４  スラブ、
５  鋼管、  ６、６’  格子状補強筋、  ７  鋼管、  ８  枠組足場、
９  スラブ型枠、  １０、１０’  リブ、  １１  係合部、
１２  切り込み、  １３  Ｕ型筋、  １４、１５  ＰＣ材、
２０  コンクリート造永続建物、  ２１  主体構造部、
２２  変形制御要素、  ２３  制震要素、  ２４  剛性要素、  ２５  住戸、
２６  耐久構造材、  ２７  可変構造材、
【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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