SABTEC 機構

2012 年 2 月 20 日

WEB 講座-02

一般社団法人建築構造支援機構
代表理事

益尾

潔

AIJ 靱性保証型耐震設計指針 6.8.3 項による
2 段筋 RC 梁の付着信頼強度の問題点と対策
1. はじめに当機構では、HP（https://sabtec.or.jp/method.php）に掲載しているように、技術支援業務として、岸和田製鋼(株)・岸和田金属(株)開発の785N/mm2級高強度せん断補強筋スーパーフープの設計指針(改定版)を作成した。スーパーフープ設計指針では、日本建築学会(AIJ)「鉄筋コンクリート造建物の靱性保証型耐震設計指針・同解説(以下、靱性保証型指針と略記する)」に準拠した終局強度設計を行うことにしている。
靱性保証型指針を準拠するに当たり、同指針6.8.3項による付着信頼強度に関して、ケーススタディーによって適用性について検討した。その結果、同指針6.8.3項によると、2段筋RC梁の付着信頼強度が過大評価される恐れがあることが判明した。
本稿では、この問題点とその対策について説明する。
2. AIJ 靱性保証型耐震設計指針 6.8.3 項に準拠した RC 柱、梁の付着割裂耐力
付着割裂耐力 Qbu は、式(1)によって算定できる。
Qbu = Σ(τbu･ψ)･je + {ν･Fc-2.5Σ(τbu･ψ)/(λ･be)}･b･D･tanθ/2(1)

ここに、τbu：付着信頼強度、ψ：主筋周長、b,D：部材断面の幅およびせい
be,je：トラス機構に関与する断面の有効幅および有効せい
λ：トラス機構の有効係数、tanθ= (L/D)2 + 1 - L/D
L：部材の内法長さ
付着信頼強度と主筋周長の積の総和Σ(τbu･ψ)は、式(2)によって算定できる。
降伏ヒンジを計画しない部材：

Σ(τbu･ψ)=τbu･Σψ1+τbu2･Σψ2

降伏ヒンジを計画する部材：

Σ(τbu･ψ)=(1-10Rp)･(τbu･Σψ1+τbu2･Σψ2)(2)
式(2)右辺中のτbu とψは 1 段筋目の付着信頼強度と周長、τbu2 とψ2 は 2 段筋目の付着信頼強度と周長であり、Rp は保証回転角である。
1 段筋目の付着信頼強度τbu は、式(3)によって算定できる。
τbu = αt･{(0.085bi+0.10)･ Fc +kst}(梁上端筋)

αt=0.75+Fc/400、(3)(上記以外の主筋)αt = 1

bi=min(bsi, bci)：1 段目主筋の割裂線長さ比
bsi=(b-N1･db)/(N1･db)：サイドスプリットの場合
bci={ 2 (dcs+dct)-db}/db ：コーナースプリットの場合(bci≧bsi の時) kst=(54+45Nw/N1)･(bsi+1)･pw(bci＜bsi の時) kst=140Aw/(db･s)
ここに、αt：上端筋に対する付着強度低減係数1dcs：主筋中心からの側面かぶり厚さ、dct：主筋中心からの底面かぶり厚さ
db：主筋直径、kst：横補強筋の効果、Nw(=Ns+2)：1 組の横補強筋の足の本数
Ns：中子筋の本数、N1：1 段目主筋の本数

Aw：横補強筋 1 本の断面積、

s：横補強筋の間隔、

pw：横補強筋比

Fc：コンクリートの設計基準強度
2 段筋目の付着信頼強度τbu2 は、式(4)によって算定できる。
τbu2 = α2･αt･{(0.085bsi2+0.10)･ Fc +kst2}
bsi2=(b-N2･db)/(N2･db),

kst2=99(bsi2+1)･pw,

ここに、bsi2：2 段目主筋の割裂線長さ比、

α2=0.6

kst2：2 段目主筋に対する横補強筋の効果

α2：2 段目主筋の付着強度低減係数、(a) 梁断面(4)

N2：2 段目主筋の本数(b) 柱断面図1

付着設計の対象となる主筋

3. 2 段筋 RC 梁の付着割裂耐力の問題点
靱性保証型指針 6.8.3 項では、2 段目主筋の付着信頼強度τbu2 は、2 段目主筋の割裂線長さ比
bsi2、横補強筋の効果 kst2 および付着強度低減係数α 2 を考慮して算定することにしている。
また、付着強度低減係数α 2 は、実験に基づく 2 段目主筋の付着応力の検討結果より、1 段目主筋と 2 段目主筋の本数等に係わらず、「0.6」とし、2 段目主筋の割裂線長さ比 bsi2 は、1 段目主筋と同様、bsi2=(b-N2･db)/(N2･db)として算定することにしている。
この算定式によると、2 段目主筋本数 N2 が 1 段目主筋本数 N1 よりも少ない場合、2 段目主筋の割裂線長さ比 bsi2 は、1 段目主筋の割裂線長さ比 bsi よりも大きくなる。
実務設計では、梁の 2 段目主筋本数 N2 と 1 段目主筋本数 N1 は同程度であるとは限らず、梁の曲げ耐力の不足分を補うために、1 本だけ 2 段目主筋とすることもある。そのような場合、2 段目主筋の割裂線長さ比 bsi2 が過度に大きくなり、その結果、2 段目主筋の付着信頼強度τbu2 が過大評価される恐れがある。
4. 2 段筋 RC 梁の付着割裂耐力算定の対策
上記の問題点に対する対策として、スーパーフープ設計指針では、「τbu2≦τbu」とし、τbu2の上限を設けた修正式によって付着割裂耐力 Qbu を算定することにしている。次に、下記の検討
対象梁について、靱性保証型指針式(原式)と修正式によって算定した付着割裂耐力 Qbu を比較検討する。

2(梁断面) b×D = 600mm×900mm、(主筋) 呼び名：D32、(内法スパン長) 5000mm

1 段目主筋の本数 N1： 6 本

2 段目主筋の本数 N2： 0 本、1 本、2 本、3 本、4 本、5 本、6 本(横補強筋) 2-K13@100mm (pw=0.42%)(コンクリート設計基準強度 Fc) 36 N/mm2
本検討では、靭性保証型指針式による付着割裂耐力は、トラス機構に関与する有効幅 be は、両側スラブ付きの梁を想定し、梁幅 b と等しいと仮定して算定する。
なお、梁隅筋の中心間隔 bo を 0.8b とすると、1 段目主筋の平均間隔 pave=bo/(N1-1)は、3.0 となる。また、梁の引張鉄筋比 pt は、N2=0 本の場合 pt=0.98%、N2=6 本の場合 pt=1.96%となる。
表 1 に、検討対象梁の付着割裂耐力の算定結果を示す。
同表によると、2 段目主筋本数 N2 が 1 本～4 本の場合、2 段目主筋の付着信頼強度τbu2 は、1段目主筋の付着信頼強度τ bu よりも大きい。特に、2 段目主筋本数 N2 が 1 本の場合、2 段目主筋の付着信頼強度τbu2 (8.83N/mm2)は、1 段目主筋の付着信頼強度τ bu(2.18N/mm2)の 4 倍程度になるので、付着割裂耐力 Qbu が過大評価される恐れがある。
表1
主筋
本数
6+06+16+26+36+46+56+6

2 段筋梁の付着割裂耐力の算定結果

1段目主筋
bi

2.13

k st0.91

τ bu(N/mm 2 )

2.18

原式
2段目主筋
τ bu2b si2
k st2
2

Q bu

Q bu(kN)

(kN)

－17.8
8.4
5.33.72.82.1941
1409
1412141414161419
1421941
1056
1172
1288
140414191421(N/mm )

－7.86
3.93
2.62
1.96
1.57
1.31

－8.83
4.44
2.97
2.24
1.80
1.51

修正式

(注) b i ,k st ,τ bu ：1段目主筋の割裂線長さ比、横補強筋の効果、付着信頼強度
b si2 ,k st2 ,τ bu2 ：2段目主筋の割裂線長さ比、横補強筋の効果、付着信頼強度
Q bu 付着割裂耐力、原式：靱性指針式、修正式：本設計指針式

5. まとめ本資料では、靱性保証型指針 6.8.3 項によると、2 段筋 RC 梁の付着信頼強度が過大評価される恐れがあることを明確にし、その対策として、「τbu2≦τbu」とし、τbu2 の上限を設けた修正式
によって付着割裂耐力 Qbu を算定することを提案した。

【注記】本資料では、2011 年 6 月 22 日に日本建築学会より公表された「靭性保障型設計指針」の正誤表に従い、柱および梁の 1 段目主筋および 2 段目主筋の付着信頼強度の設計式中の諸係数の値を修正した。

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