開孔補強金物を用いた大開孔 RC 造基礎梁の実験的研究
Experimental Study on Reinforced Concrete Foundation Beams
with a Large Web Opening using Opening Reinforcement Hardware
村上秀夫*1

森

Hideo Murakami

誠司*1

Seiji Mori

要旨
鉄筋コンクリート造（以下、RC 造）の梁に貫通孔を設ける場合の孔径は、梁せいの 1/3 以下とすることが望ましいとされている。このため、人通孔を有する RC 造基礎梁の梁せいは、構造計算から定まる断面寸法ではなく、人通孔の孔径から定まる場合があり、土工事や躯体工事のコストアップに繋がっている。本研究では、既製の開孔補強金物を用いて開孔部を補強し、開孔径が梁せいの 1/3 を超える人通孔梁試験体の曲げせん断実験を実施した。その結果、開孔径が梁せいに対して大きくなる場合の開孔部せん断強度は、開孔上下部分を閉鎖形の開孔上下補強筋で補強することにより、修正広沢式による開孔部のせん断強度式を用いて安全側に評価できることを示した。
キーワード：鉄筋コンクリート 基礎梁 貫通孔 開孔補強金物 せん断強度

１．はじめにに密に配筋される。開孔補強金物は、梁貫通孔せん断補強材であり、加工形状は、内リング筋が四角形，外リング筋

鉄筋コンクリート造建物の基礎梁には、設備配管の保が八角形となっている。水平補強筋は、開孔部の上下に 2守・点検を行うために人通孔が設けられる。一般に、人通本ずつ配置される鉄筋であり、水平補強筋の長さは、開孔孔の孔径は 600mm～750mm とされており、容易に人や機材が径の 2.5 倍とした。開孔上下補強筋は、最外縁主筋と水平通れるような大きさにする必要がある。一方、鉄筋コンク補強筋との間を補強するために配筋し、その加工形状は閉リート構造計算規準・同解説では、梁に貫通孔を設ける場鎖形とした。

合の孔径は、梁せいの 1/3 以下とすることが望ましいとしている

1)

表 1 に試験体一覧、図 2 に開孔部配筋図を示す。試験体。このため、人通孔を有する基礎梁の梁せいは、は、縮 尺 1/2 の基 礎梁 であ り、梁 断面 寸法（ b×D） は構造計算から定まる断面寸法ではなく、人通孔の孔径から300mm×750mm、梁内法スパン長さ（L0）は 2250mm（内法ス決まる場合があり、土工事や躯体工事のコストアップに繋

パン比：L0/D=3.0）とした。開孔は部材中央部に 1 個設け、がっている。

開孔補強金物に使用した鉄筋の種類は SD345 である。

本研究では、既製の開孔補強金物を用い、梁せいに対する開孔径の割合を大きくした場合の開孔部のせん断性状について検討した。そして、開孔径の大きさや開孔周囲の補Ｇ:開孔両側にある孔際補強筋の間隔強筋が開孔部のせん断強度に及ぼす影響について調べた。
なお、本報告は、2017 年度日本建築学会大会で発表した論Ｃ区間：孔中心位置と孔中心から 45 度方向に引いた直線が梁１段筋の重心と交わる位置との軸方向距離

Ｃ区間

水平補強筋

開孔上下 孔際
一般部
補強筋 補強筋 せん断補強筋

開孔上下補強筋

文 2),3),4)を加筆修正したものである。

水平補強筋

開孔補強金物

２．実験概要

開孔部

水平補強筋

2.1

試験体

開孔上下補強筋

図 1 に開孔部の補強方法を示す。開孔部の補強は、孔際一般部
孔際 開孔上下
せん断補強筋 補強筋 補強筋

補強筋，開孔補強金物，開孔上下補強筋および水平補強筋

Ｃ区間から構成される。孔際補強筋は、開孔周囲の補強に有効な(a) 配筋図範囲（Ｃ区間）に配置するあばら筋であり、開孔部の左右

図1

*1

技術研究所
― 69 ―

水平補強筋
開孔補強金物(b) 断面図
開孔部の補強方法

鴻池組技術研究報告

試験体

梁部材寸法

ｺﾝｸﾘｰﾄの目標強度

b×D×L0mm

FcN/mm2

試験体一覧

一般部
せん断補強筋

梁主筋開孔径Hmm■開孔補強金物比：36300×750×2250

2-D10 2組
[SD345](po =0.30%)
2-D10 2組
[SD345](po =0.26%)

D10 4枚[SD345](pwd=0.82%)

上：8-D16
下：8-D16No.421

σy=980級[熱処理]（pt=0.78%）(L0 /D=3.0)
36

No.8

4-D10@90[SD345](pw =1.06%)

300（H=D/2.5）

孔際補強筋の全断面積

ad ： Ｃ区間に対応する開孔補強金物の計算用断面積

nd ： 開孔補強金物の枚数
ao ： 開孔上下補強筋の全断面積
b ： 梁幅、 C ： Ｃ区間の長さ
G ： 開孔両側にある孔際補強筋の間隔

90300

109067 50 45375875300

9010

図260 65 50 65 60330330109030010

開孔部配筋図

実験因子は、コンクリート強度（Fc21，Fc36）、開孔径表2（250mm，300mm，350mm）、開孔補強金物の枚数（2 枚，4鉄筋引張試験結果

N/mm2

降伏ひずみμD169875208

190

D16 ※10585687

186D13370

2010184D103752090179

種類降伏点枚）、開孔上下補強筋比（0.28%，0.54%）とし、合計 6 体の試験体を計画した。いずれの試験体も、開孔部のせん断破壊が先行するように計画し、梁曲げ降伏を避けるために、
2梁主筋には降伏点強度が 980N/mm 級の熱処理品を用いた。

梁主筋
水平補強筋
孔際補強筋

使用材料

ヤング係数kN/mm2

せん断補強筋
開孔補強金物2.2(c) 試験体 No.8
試験体 No.880 4545

350φ60 65 50 65 60
33090 304@65=2604550 674550 92
3304204545 80

375

92 50 454545

750
90105@74=370

30 90(b) 試験体 No.3
試験体 No.3

300φ

60 65 50 65 60
330

90 55

375

117 50 454545

2504550 117

625

660

37037555 90(a) 試験体 No.1
試験体 No.1

250φ

10as ： Ｃ区間に配筋される

660
90 80

4545 106 108 106 4545

330

2-D10 4組
[SD345](po =0.51%)

375

320

■開孔上下補強筋比：

4-D10 3組
[SD345](pws=0.86%)

D10 2枚[SD345]1.27%(pwd=0.41%)
D10 4枚
2-D10 5組
350
[SD345][SD345]
1.68%（H=D/2.14）(pwd=0.82%)(po =0.57%)
共通事項 ： 水平補強筋 上下共：2-D13[SD345]、 水平補強筋の長さ 2.5･H660
80 901.68%■開孔部補強筋比：

300

No.3

開孔上下補強筋

375

No.290■孔際補強筋比：
開孔部補強筋比ｐwo

250（H=D/3.0）

No.1

No.5

開孔部
開孔補強金物

孔際補強筋350

表12018開孔上下補強筋
D16の降伏点は、0.2%オフセット耐力※印の鉄筋は、試験体No.8に使用

表 2 に鉄筋引張試験結果、表 3 にコンクリート試験結果を示す。コンクリートは、実験時のコンクリート圧縮強度が目標強度となるように調合計画し、粗骨材の最大寸法は13mm の 6 号砕石を使用した。

表3試験体

コンクリート試験結果
圧縮強度
2割裂強度

N/mm

N/mm2

No.1

37.8

2.65

No.238.62.66図 3 に加力装置図を示す。加力は、建研方式の加力装置

No.340.12.71を用いて行った。鉛直方向に取り付けられた 2 台のアクチ

No.423.7

2.21No.536.02.60

No.833.7

2.412.3

載荷方法

ュエータは、実験中、上下スタブが常に平行かつ軸力が試― 70 ―

開孔補強金物を用いた大開孔 RC 造基礎梁の実験的研究

験体に作用しないように制御し、試験体内法スパン中央位置に取り付けられた水平力用のアクチュエータによりせん断力を与えた。
図 4 に加力スケジュールを示す。加力の制御は、部材角（R=δ/L0，δ：上下スタブ間の相対変位，L0：梁の内法スパン長さ）による制御とした正負交番の繰り返し漸増載荷を行い、R=1/800，1/600，1/400，1/200rad で各 2 回、試験体

R=1/133rad で 1 回繰り返した後、正載荷方向での押し切り正載荷負載荷加力とした。
1500 kNアクチュエータ

３．実験結果3.1

破壊経過3000 kN アクチュエータ

図 5 にせん断力－部材角関係、写真 1 に最終破壊状況を

図3加力装置図示す。全試験体とも、R=1/800rad の繰り返しで梁端部に曲10れが発生した。そして、R=1/400rad の繰り返しで梁端部に曲げせん断ひび割れが、R=1/200rad の繰り返しで孔接線ひび割れが発生した。その後は、45 度方向ひび割れと孔接線ひび割れが伸展・拡大し、開孔部がせん断破壊した。なお、開孔径の最も大きな試験体 No.8（H=350mm）では、梁端部部材角 Ｒ（×10-3rad）げひび割れが発生した後、開孔中心から 45 度方向のひび割に発生する曲げひび割れが観察される前に、開孔中心から▲50-5-100

45 度方向のひび割れとは角度の異なるひび割れが開孔周

246810サイクル ｎ（回目）

囲に発生し、開孔径の大きさによる影響が見られた。

図4

相対変位 繰り返し
回数
δ(rad) (×10 rad)1/800
1.25-3(mm)2.81(回)
21/6001.67

3.75

21/400

2.50

5.63

2

1/200

5.00

11.25

2

1/133

7.52

16.92

1

1/100

10.00

22.50

---

1/67

14.93

33.58

---

1/50

20.00

45.00

--L0 =2250mm

加力スケジュール

1200－ No.1 (H=250)－ No.2 (H=300)

800

せん断力 Ｑ (kN)

せん断力 Ｑ (kN)1200

cＱsuo=511(No.1)
cＱsuo=482(No.2)

4000-400

1/400
1/800-800-101/133
1/200

1/100

1/67

010部材角 Ｒ (×10-3 rad)－ No.3 (H=300)－ No.8 (H=350)

800

cＱsuo=485(No.3)
cＱsuo=445(No.8)

4000-400

1/400
1/800

-800
20-101/133
1/200

1/10001/67

1020

部材角 Ｒ (×10-3 rad)(a) 開孔径の違い（No.1 と No.2）(b) 開孔径の違い（No.3 と No.8）
1200

1200
－ No.3 (Fc36)－ No.4 (Fc21)

800

せん断力 Ｑ (kN)

せん断力 Ｑ (kN)

部材角R（=δ/L0 ）cＱsuo=485(No.3)
cＱsuo=455(No.4)

4000-400

1/400
1/800

-800
-1001/133
1/200

1/100

1/67

10－ No.3 (pwo=1.68%)－ No.5 (pwo=1.27%)800cＱsuo=485(No.3)
cＱsuo=428(No.5)

4000-4001/400
1/800-800-1020

部材角 Ｒ (×10-3 rad)(c) コンクリート強度の違い（No.3 と No.4）
図51/133
1/200

1/100

1/67010部材角 Ｒ (×10-3 rad)(d) 開孔部補強筋比の違い（No.3 と No.5）

せん断力(Ｑ)－部材角(Ｒ)関係― 71 ―20

鴻池組技術研究報告

3.22018

主筋および補強筋の挙動

開孔径が最も小さい試験体 No.1 の最大耐力は、略算式による梁の曲げ終局強度の計算値を越え、危険断面位置における主筋の最大引張ひずみは 8800μ（材料試験結果による応力－ひずみ関係から得られる応力度は 1010N/mm2）程度であった。一方、他の試験体の最大引張ひずみについては、(a) 試験体 No.1（H=250、Fc36、pwo=1.68%、po=0.30%）4800μ程度であり、ほぼ弾性的な挙動を示した。
開孔補強金物のひずみは、試験体 No.5 と試験体 No.8 はR=1/200rad の繰り返し時に、試験体 No.2 と試験体 No.3 では R=1/133rad の繰り返し時に、試験体 No.1 と試験体 No.4は最大耐力発現前に降伏ひずみに達した。孔際補強筋のひずみは、試験体 No.4 を除く試験体が、最大耐力発現前に降伏ひずみに達した。開孔上下補強筋のひずみについては、(b) 試験体 No.2（H=300、Fc36、pwo=1.68%、po=0.26%）

試験体 No.1～試験体 No.3 が、最大耐力発現前に降伏ひずみに達した。

４．開孔部のせん断強度
4.1

実験値と計算値の比較

図 6 に最大耐力の実験値と開孔部せん断強度の計算値との比較を示す。ここで、計算値は、修正広沢式（式(1)）を(c) 試験体 No.3（H=300、Fc36、pwo=1.68%、po=0.51%）

用いて算出した。

＝0.053 . ( + 18)
1 − 1.61⁄( ∙ ) + 0.12+ 0.85(d) 試験体 No.4（H=300、Fc21、pwo=1.68%、po=0.51%）∙+∙∙

b：梁幅 (mm)， D：梁せい (mm)， d：有効せい (mm)j：応力中心間距離 (mm)，M/(Q･d)：せん断スパン比
pt：引張鉄筋比 (%)，
H：開孔径(mm)pws：孔際補強筋比，pwd：開孔補強金物の補強筋比
σB：コンクリート圧縮強度 (N/mm2)
sσy ：孔際補強筋の降伏強度 (N/mm 2)
dσ y：開孔補強金物の降伏強度 (N/mm 2)×1.4

×1.2900
No.1No.3
No.2700

ｅＱmax(kN)(e) 試験体 No.5（H=300、Fc36、pwo=1.27%、po=0.51%）

No.5No.8

実験値

No.4(f) 試験体 No.8（H=350、Fc36、pwo=1.68%、po=0.57%）
写真 1

最終破壊状況

500

300
300500
計算値

図6― 72 ―(1)700cＱsuo

900(kN)

実験値と計算値との比較

開孔補強金物を用いた大開孔 RC 造基礎梁の実験的研究

同図より、実験値は、修正広沢式による計算値を大きく1.8No.1上回り、計算値に対する実験値の比率は 1.25～1.72 とな
1.6eＱmax／cＱsuoった。ここで、修正広沢式には、開孔上下補強筋による効果が考慮されていない。このため、開孔径が梁せいに対して大きくなる場合の開孔部せん断強度は、開孔上下部分をNo.3No.8No.2

1.41.2閉鎖形の開孔上下補強筋で補強することにより、実験結果を安全側に評価できたと考えられる。

H/D= 1/31.0200

H/D= 1/2.5H/D= 1/2.14300350250
開孔径4.2

各種実験因子の影響

400H (mm)(a) 開孔径

写真 2 に R=1/133rad 時（各試験体のせん断力が、cＱsuo1.8を超えた時の変形角）における開孔周囲のひび割れ状況、
1.6
eＱmax／cＱsuo

表 4 に修正広沢式（式(1)）から求まる開孔部せん断強度の計算値と最大耐力の実験値を示す。また、図 7 には計算値に対する実験値の比率（eＱmax／cＱsuo）と各種実験因子（開No.31.4No.4
1.2

孔径，コンクリート強度，開孔部補強筋比および開孔上下補強筋比）との関係を示す。ここで、図 7 中に示した実線

1.021は、直接比較できる試験体を結んでいる。
4.2.12733

コンクリート強度

開孔径の影響3945σB (N/mm2)(b) コンクリート強度

開孔径（H）の大きさだけが異なる場合（No.1 と No.2，1.8

No.3 と No.8）、R=1/133rad 時における開孔周囲のひび割れ
1.6
eＱmax／cＱsuo

状況は、開孔径が大きくなると開孔周囲のひび割れが多く発生している。また、最大耐力の実験値は、開孔径が大きくなると小さくなる傾向が見られた。修正広沢式から求ま1.4

1.2

る計算値に対する実験値の比率については、試験体 No.1（H=250mm）が 1.72，試験体 No.2（H=300mm）が 1.49，試1.01.0験体 No.3（H=300mm）が 1.51，試験体 No.8（H=350mm）が1.2

1.42 となり、梁せいに対する開孔径の割合（H/D）が高く

1.6

実験値と開孔部せん断強度の計算値

計算値
cＱsuo

実験値
eＱmax

比較できる実験因子

実験値／計算値
eＱmax／cＱsuo

HkNkN

No.1511878

1.72250mm

No.2482720

1.49300

No.3485732

1.51300

No.4455569

1.25No.5428636

1.49No.8445631

1.42(a) 試験体 No.11.6pwo (％)

1.81.8eＱmax／cＱsuo

試験体

1.4

開孔部補強筋比(c) 開孔部補強筋比

なると小さくなる傾向が認められる。
表4No.3No.5FcNmm2pwo

po%%361.681.4

1.20.26

1.00.00.510.20.60.8

po (％)(d) 開孔上下補強筋比

1.27350

写真 20.4開孔上下補強筋比21(b) 試験体 No.2No.3No.2図7(c) 試験体 No.3eＱmax／cＱsuo と各種実験因子との関係(d) 試験体 No.4(e) 試験体 No.5

開孔周囲のひび割れ状況（R=1/133rad 時）― 73 ―(f) 試験体 No.8

鴻池組技術研究報告

4.2.2

2018

コンクリート強度の影響

開孔径の大きさやコンクリート強度の相違によっコンクリート強度（σB）だけが異なる場合（No.3 と No.4）、て、差が見られた。

R=1/133rad 時における開孔周囲のひび割れ状況は、コンク（2）開孔部のせん断強度は、開孔径の大きさ，コンクリート強度が低くなると開孔周囲のひび割れが多く発生しリート強度，開孔部補強筋比の影響を受ける。ている。また、最大耐力の実験値は、コンクリート強度が（3）開孔径が梁せいに対して大きくなる場合の開孔部せ低くなると小さくなる傾向が見られた。修正広沢式から求ん断強度は、閉鎖形の開孔上下補強筋を配置するこまる計算値に対する実験値の比率については、試験体 No.3とにより、修正広沢式による開孔部のせん断強度式22（σB=40.1N/mm ）が 1.51，試験体 No.4（σB=23.7N/mm ）が 1.25 となり、コンクリート強度が低くなると小さくなるを用いて安全側に評価することができる。
（4）梁せいに対する開孔径の割合が高くなると、修正傾向が認められる。

広沢式から求まる計算値に対する実験値の比率は、4.2.3

小さくなる傾向が見られた。

開孔部補強筋比の影響開孔部補強筋比（pwo）だけが異なる場合（No.3 と No.5）、（5）コンクリート強度が低くなると、修正広沢式からR=1/133rad 時における開孔周囲のひび割れ状況には、顕著求まる計算値に対する実験値の比率は、小さくなるな差は見られなかった。最大耐力の実験値は、開孔部補強傾向が見られた。

筋比が低くなると小さくなる傾向が見られるが、修正広沢（6）開孔上下補強筋比の相違が最大耐力に及ぼす影響式から求まる計算値に対する実験値の比率については、試ついては、大差が見られなかった。

験体 No.3（pwo=1.68%）が 1.51，試験体 No.5（pwo=1.27%）
が 1.49 となり、開孔部補強筋比の相違による影響は認めら謝辞れない。
4.2.4

本研究は、民間企業 5 社（鴻池組，清水建設，錢高組，開孔上下補強筋比の影響東急建設，コーリョー建販）の共同によって行われました。

開孔上下補強筋比（po）だけが異なる場合（No.2 と No.3）、R=1/133rad 時における開孔周囲のひび割れ状況には、顕著研究に当たってご尽力戴きました各社委員の皆様に深く感謝いたします。

な差は見られなかった。また、最大耐力の実験値については大差が見られず、開孔上下補強筋比の相違による影響は参考文献見られなかった。なお、修正広沢式から求まる計算値に対1)する実験値の比率は、試験体 No.2（po=0.26%）が 1.49，試験体 No.3（po=0.51%）が 1.51 となった。

日本建築学会：鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説、
pp.354-355、2010.2

2)

村上秀夫，木村匠，金本清臣，五十嵐治人，白都滋，岩倉知行：開孔補強金物を用いた大開孔ＲＣ基礎梁のせん断性

５．まとめ状に関する実験的研究（その１大会学術講演梗概集

開孔径が梁せいの 1/3 を超える場合のせん断性能を調べ

3)白都

実験概要）、日本建築学会

構造Ⅳ、pp.25-26、2017.8

滋，佐藤良介，山野辺宏治，森誠司，五十嵐治人，るために、既製の開孔補強金物を用いて開孔部を補強した

岩倉知行：開孔補強金物を用いた大開孔ＲＣ基礎梁のせん断

人通孔梁の曲げせん断実験を実施した。そして、開孔上下性状に関する実験的研究（その２部分を閉鎖形の開孔上下補強筋で補強した場合、開孔径の大きさや開孔周囲の補強筋が開孔部のせん断強度に及ぼす会大会学術講演梗概集4)

五十嵐治人，白都

実験結果）、日本建築学

構造Ⅳ、pp.27-28、2017.8

滋，村上秀夫，小澤潤治，山野辺宏治，影響について検討を行った。その結果、以下の知見が得ら

岩倉知行：開孔補強金物を用いた大開孔ＲＣ基礎梁のせん断れた。

性状に関する実験的研究（その３（1）R=1/133rad 時（各試験体のせん断力が、cＱsuo を超え

建築学会大会学術講演梗概集た時の変形角）における開孔周囲のひび割れ状況は、

5)― 74 ―

実験結果の考察）、日本

構造Ⅳ、pp.29-30、2017.8

コーリョー建販：ダイヤレン技術マニュアル、1997.4