(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上であるコンクリートと、柱軸方向に配筋されている複数の主鉄筋と、前記複数の主鉄筋のうち対向している主鉄筋を囲繞する横補強鉄筋とを含む構造部材であって、
端部におけるかぶりコンクリートの部位に相当する全周領域を、
前記コンクリートより小さい圧縮強度を有し、かつ、圧縮靱性を有する耐火被覆部材で置換したことを特徴とする構造部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄筋コンクリート造の構造部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高層集合住宅等の需要増加を背景に、鉄筋コンクリート造建築物の高層化、大スパン化が盛んに進められている。このような高層集合住宅等では、下層階における柱部材に過大な圧縮力が作用することから、当該柱部材に使用されるコンクリートの品質は高強度であることが求められており、既に設計基準圧縮強度が１００N/mm2程度であるコンクリート（以下、「超強度コンクリート」という）の設計施工技術が実用化されている。
このような超強度コンクリートは、各種の実証実験から以下のような利点及び欠点が明らかになっている。
【０００３】
（１）設計基準圧縮強度が１００N/mm2程度であることから、柱部材として使用した場合には弾性領域を大きく確保することができ、部材角が１／２００程度である中規模程度の地震時におけるひび割れ発生等の損傷を低減することができる。
（２）高強度鉄筋を用いて適切に横補強を行うことにより、既存のコンクリートでは耐えることが不可能である過大な圧縮力が作用している場合においても、充分な変形性能を得ることができる。
【０００４】
（３）部材角が１／１００以上の大地震時には、柱部材の端部において、かぶりコンクリート（主鉄筋からコンクリート表面部までの部位）の非常に激しい圧縮破壊（以下、「圧壊」という）が発生してしまう。なお、図３は、柱部材に作用するせん断力Ｑ［縦軸］と部材角Ｒ［横軸］の関係を示したグラフであり、部材角が１／１００の近傍において、せん断力が過大になり、激しいかぶりコンクリートの圧壊が発生することがわかる。
（４）材料強度から定まる柱断面の曲げ終局強度に達する以前に、かぶりコンクリートが圧壊し、本来かぶりコンクリートが負担すべき圧縮力が負担できなくなることから、現時点で実施設計に用いている設計法を使用して構造設計を行った場合には、曲げ耐力についての安全率が低くなってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記超高強度コンクリートのさらなる普及を図るためには、前記欠点を改善することが不可欠であり、そのためには、過大な圧縮力を受ける構造部材の端部における圧縮靱性を改善するとともに、せん断強度をも向上させる必要がある。
【０００６】
このような場合において、従来の技術で対処するには、構造部材の端部におけるコンクリートコア部の周囲を以下の方法により補強することが考えられる。
（ａ）フープ筋を配筋する方法。
（ｂ）鋼管、炭素繊維或いはアラミド繊維等の補強部材を設ける方法。
【０００７】
しかし、前記フープ筋を配筋する方法では、コンクリートコア部の横拘束を行うことができるが、フープ筋の外周部は拘束することができず、当該部位が早期に剥離することにつながってしまうという問題点を有している。
また、前記補強部材を設ける方法では、構造部材の断面積が大きくなってしまうとともに、耐火性に劣るという問題点を有している。
【０００８】
本発明は前記の問題点を解決するためになされたものであり、部材端部における圧壊を防止することができる、超高強度のコンクリートを使用した高品質な構造部材を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の構造部材は、圧縮強度が１００Ｎ／ｍｍ２以上であるコンクリートと、柱軸方向に配筋されている複数の主鉄筋と、前記複数の主鉄筋のうち対向している主鉄筋を囲繞する横補強鉄筋とを含む構造部材であって、端部におけるかぶりコンクリートの部位に相当する全周領域を、前記コンクリートより小さい圧縮強度を有し、かつ、圧縮靱性を有する耐火被覆部材で置換したことを特徴としている。
【００１０】
ここで、耐火被覆部材は、主として耐火被覆の役割を果たすために設けるものであり、例えば、セラミック繊維ボード等の前記コンクリートより小さい圧縮強度かつ圧縮靱性に優れた耐火被覆材料から形成されていることが好ましい。また、この耐火被覆部材は、柱軸に直交する方向（以下、「横方向」という）に対する所定の引張強度、剛性及び伸縮性能を備えていることが必要となる。なお、この耐火被覆部材は、力学的効果を期待せず、圧縮力は負担することは考えないものとする。
また、横補強鉄筋はその内側領域のコンクリートが横方向に変形することを拘束する（以下、「横拘束」という）ために設けるものであり、高強度鉄筋を用いることが好ましく、加えて、その配筋は効果を奏することができるように適切に定める必要がある。
【００１１】
本発明では、構造部材の端部に耐火被覆部材を設けているが、当該耐火被覆部材は、過大な圧縮力が作用した場合であっても超強度コンクリートの圧縮強度以下の値で破壊することになるため、構造部材における従来のかぶりコンクリート部への過大な圧縮力の伝達がなされず、圧壊が生じることを防止することができる。
また、構造部材に過大な圧縮力が作用した場合であっても、圧縮靱性に優れている耐火被覆部材と横補強鉄筋の存在により、当該横補強鉄筋の内側領域のコンクリートが横拘束されるため、充分な変形性能を確保することができることから、その損傷を大幅に低減させることができる。
さらに、本発明の構造部材は、耐火被覆部材の存在により、耐火性能に優れた構造とすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の一形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明において、同一の構成要素については同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００１３】
まず、本発明の柱部材１の考え方について説明する。
図１は、コンクリートの圧縮強度（縦軸）とひずみ（横軸）の関係を示したグラフである。本図では、圧縮強度は、Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄの順に大きくなっており、本発明の柱部材に使用する超強度コンクリートはＤに相当している。
一般的に、コンクリートは、圧縮強度が大きくなるに従い圧壊が発生するひずみ（図中×が圧壊の生じる点を示す）が小さくなることがわかっており、超強度コンクリートを使用した構造部材のかぶりコンクリートでは、圧縮強度以降の圧壊までのひずみが小さく、前記かぶりコンクリートの激しい圧壊が発生するものと考えられる。
【００１４】
しかし、前記圧壊が発生した場合においても、構造部材におけるかぶりコンクリートの内側部が充分に横補強されていれば、圧縮靱性が確保されるため、充分な変形能力を確保できることが実験により明らかにされている（Ｄ’）。
そこで、本発明の構造部材では、端部におけるかぶりコンクリートの部位に耐火被覆部材を設け、当該耐火被覆部材の圧縮強度を、前記超強度コンクリートの圧縮強度より小さくすることにより、圧壊が発生する過大な圧縮力より小さい値で破壊させることとした。また、耐火被覆部材を圧縮靱性に優れた部材とすることにより、破壊後における変形性能を確保し、さらに、柱軸方向の主鉄筋を囲繞する横補強筋を配筋することにより当該構造部材の横拘束を担保して、充分な変形性能を確保したものである。
これらの要因により、本発明の構造部材は、その端部における従来のかぶりコンクリートの部位への過大な圧縮力の伝達を遮断することができることから、圧壊による損傷を大幅に低減させることができることになる。
【００１５】
なお、前記構造部材における耐火被覆部材は圧縮力を負担しないため、応力の算定にはそれ以外の部位のみを考慮してその設計を行うことになる。
【００１６】
続いて、本発明の構造部材として、柱部材１を例として説明する。
図２は、本発明の柱部材１と梁部材２の接合部を模式的に示した図であり、符号３はスラブを示している。
平面視で正方形断面の柱部材１は、本体部１ａと、その端面から所定長さの範囲である両側の端部１ｂとから構成されている。
本体部１ａは、一体的である、超強度コンクリートから形成されている正方形断面である中央のコア部１２と、前記超強度コンクリート及び各種鉄筋（主鉄筋２１Ａ，２１Ａ’，２１Ｂ［以下、主鉄筋を総称するときには符号は「２１」とする］、フープ筋２２）から形成されてい前記コア部１２の周囲におけるコア周囲部１３と（以下、コア部１２とコア周囲部１３とを、「コアコンクリート部１１」という）、当該コア周囲部１３の周縁部におけるかぶりコンクリート部１４とから構成されている。
【００１７】
前記コアコンクリート部１１は正方形断面であり、コア周囲部１３の周縁部の内側に沿って所定間隔で、複数本（本実施形態では１２本）の柱軸方向の主鉄筋２１が配筋されている。そして、主鉄筋２１の周囲には、柱軸方向（図２（ａ）の高さ方向）に所定間隔となるように複数のフープ筋２２が配筋されている。
【００１８】
また、端部１ｂは、中央のコア部１２と、前記超強度コンクリートリート及び各種鉄筋（主鉄筋２１、フープ筋２２、横補強鉄筋２３，２３’）から形成されている前記コア部１２の周囲におけるコア周囲部１３と、前記かぶりコンクリート部を耐火被覆部材により置換することにより形成されている置換部１５と、から構成されている。
【００１９】
端部１ｂにおけるコア周囲部１３において、対向するそれぞれの２辺（図２（ｂ）における、上下方向の辺と、左右方向の辺）に配置されている中間部の主鉄筋（２１Ａと２１Ａ、及び、２１Ａ’と２１Ａ’）の周囲には、平面視で長方形形状に加工された横補強鉄筋２３，２３’が、柱軸方向に所定間隔であり、上下方向及び左右方向に十字形状となるように配筋されており、コア部１２を横拘束することができるようになっている。
【００２０】
さらに、置換部１５は平面視で口字形状であり、その圧縮強度は、コア部１２と比較してその値が小さくなるように形成されている。
なお、前記置換部１５は、端部１ｂから所定長さの範囲であるかぶりコンクリート部１４に相当する全周領域を耐火被覆部材で置換して一体に形成したものであるが、その範囲は、柱部材１の圧壊が生じないように適切に定める必要がある。
【００２１】
前記柱部材１によれば、過大な圧縮力が作用した場合であっても、置換部１５はコア部１２における超強度コンクリートの圧縮強度以下の値で破壊することになるため、当該置換部１５への過大な圧縮力の伝達がなされず、柱部材１の損傷を防止することができる。
また、柱部材１に過大な圧縮力が作用した場合であっても、圧縮靱性に優れている置換部１５と横補強鉄筋２３の存在により、コアコンクリート部１１が横拘束されるため、充分な変形性能を確保することができることから、その損傷を大幅に低減させることができる。
また、本発明の柱部材１は、置換部１５に耐火被覆部材であるセラミック繊維ボード等を使用しているため、耐火性能に優れた構造部材とすることができる。
【００２２】
以上、本発明について、好適な実施形態についての一例を説明したが、本発明は当該実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。特に、耐火被覆部材の材質及び寸法、主鉄筋又は横補強筋等の材質、寸法、本数及びその配置等についても、適宜定めることが可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、部材端部における圧壊を防止することができる、超高強度のコンクリートを使用した高品質な構造部材を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コンクリートの圧縮応力とひずみの関係を示すグラフである。
【図２】本発明の構造部材を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）はＸ−Ｘ断面図である。
【図３】柱部材に作用するせん断力と部材角の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１      柱部材（構造部材）
１ａ    本体部
１ｂ    端部
２      梁部材
１１    コアコンクリート部
１２    コア部
１３    コア周囲部
１４    かぶりコンクリート部
１５    置換部
２１    主鉄筋
２２    フープ筋
２３，２３’    横補強鉄筋
【図１】
0004863587.tif 000002
【図２】
0004863587.tif 000003
【図３】
0004863587.tif 000004