東急建設技術研究所報 No. 44

U.D.C 624.012.35 : 624.078.4

柱梁接合部一体型プレキャスト部材を用いた鉄筋コンクリート造十字形骨組架構の構造性能
佐藤

要

約：良介 ＊嶋司

靖彦 ＊＊ 小澤潤治 ＊本論文は，梁と柱梁接合部を一体化して製造されるプレキャスト部材を活用した鉄筋コンクリート造に関し，実際に設計・施工され得るプロポーションの架構が有する構造性能について論じるものである。当該架構から切り出される十字形接合部を模した試験体と，同一プロポーションの架構を在来工法で製作した試験体に対する構造実験の結果に基づき，「プレキャスト型と現場打設型の試験体との同等性」ならびに「接合部プレキャスト部材内に埋設されるシース管が構造性能に及ぼす影響の有無」について触れられている。

キーワード：

鉄筋コンクリート造，十字形骨組，柱梁接合部一体型プレキャスト部材，シース管，構造実験目

1．はじめに

3．実験結果

2．実験概要4．まとめ

次：1．はじめに加えられる機構となっている。なお図中に示す通り，梁の建設業界における人手不足問題が顕在化し，省力化によ反曲点間距離が 4000 mm，柱の反曲点距離が 1900 mm とる生産性向上対策に関する議論が活況を呈している。周知なっているため，梁・柱ともに地震時の曲げモーメントがの通り，鉄筋コンクリート（以下，RC と略記）造架構の逆対称分布を呈するとすれば，本架構の梁スパン長構築に関して言えば，「部材のプレキャスト（以下，PCa4000 mm，階高はは 1900 mm となる。と略記）化」による生産性向上に期待が寄せられており，加力に際しては，地震力は相互に逆向き伸縮する 2 本の国内では，柱梁接合部を梁と一体化して PCa 化する動き

1000 kN 油圧ジャッキが接続される梁先端の変位絶対値がも見られるようになっている 1)。

等しくなるよう，軸力は 3000 kN 油圧ジャッキの負担力

本論文は，この「柱梁接合部の PCa 部材を活用した RCが所定値として保持されるよう，それぞれ自動制御が行わ造」に着目し，実際に設計・施工され得るプロポーションの架構が有する構造性能について論じるものである。当該架構から切り出される十字形接合部を含んだ骨組を対象に実施した構造実験の結果に基づき，その構造性能に関する「現場打設型の試験体との同等性」ならびに「接合部 PCa 部材内に埋設されるシース管の影響」について検討を加える。
2．実験概要2.1加力システム

図 1 に本実験における加力システムを，写真 1 にその実験状況を示す。図 1 に示す通り，本システムは，一般的なRC 造架構から切り出された十字形接合部を含む骨組に対し，柱に軸力を作用させながら梁に地震力に相当する力を加えることを意図して設計されている。

図1加力システム

左梁・右梁・下階柱・上階柱のそれぞれの先端側に架構の反曲点が存在すると仮定して個々の反曲点位置をピン支持し，梁に関しては当該支持治具を介して 1000 kN の櫛形油圧ジャッキを接続のうえ地震力を作用させ，柱に関してはピン支持部にてその反力が確保できる構造になっている。上階柱についてはさらに，ピン支持された上方，試験体頂部にて柱上部取付治具を介して 3000 kN の油圧ジャッキが接続されており，このジャッキによって柱に軸力が＊技術研究所

構工法・材料グループ＊＊建築事業本部

写真 1設計統括部

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構造設計部

実験状況

構造設計第一グループ

東急建設技術研究所報 No. 44れる。
2.2

図 3 に，PCa 系 2 体の組立て概要を示す。これら 2 体
試験体

は，図示の通り 3 ピースに分節のうえそれぞれを PCa 部

表 1 に試験体一覧を，図 2 に配筋図を示す。試験体は，材として製作した後に接合される。PCa 部材相互の接合在来型の現場打ち（Cast In Place）を模した試験体 CIP

時には，まず下階柱の主筋と柱梁接合部内のシース管とをと，柱梁接合部を梁と一体化して PCa 化した架構を模し一体化するためのグラウティングが求められる。ついで下た PCa̲3000 および PCa̲1000A の全 3 体である。

階柱の主筋と上階柱の主筋とをスリーブ継手を介して一体3 体ともに，部材寸法や断面外形，鉄筋位置が全て同一化するためにもグラウティングが求められる。なお下階柱となっており，これは実務上の構造設計の結果として得らPCa 部材ならびに柱梁接合部 PCa 部材の頂面コンクリーれる典型的なプロポーションが約 3/5 に縮小された結果に相当する。CIP と PCa 系は「コンクリートの打ち継ぎ計画」および「柱主筋の継手の有無」等に差異が存在し，PCa 系 2 体相互は，柱梁接合部内に埋設されるシース管のみが変動因子となっている。
PCa 系 2 体の柱梁接合部に埋設されるシース管は，管外面に設けられるリブの高さおよびその粗密によってコンクリートとの付着性能に差異があることが要素実験レベルで指摘されており 2)，PCa̲3000 には既製品の中で最も高いリブが密に配されたシース管，PCa̲1000A にはリブがやや低く粗いシース管が柱梁接合部内に配されている。な
おこれらのシース管の製品陣容に限りがあり内径の最小規格値が 40 mm となる制約があったため，「柱主筋径とシー図 2(ａ)配筋図（CIP）

ス管内径の比率」を原寸設計同等（D41 筋に対しシース管内径 62 mm 程度）に保つには試験体の柱主筋を D25 とする必要があり，この D41 から D25 への縮尺率（25/41=0.609…）が，上記の「約 3/5」なるスケール・ダウンに帰結している。なおこれら 3 体はいずれも，上記の通り「実務上の構造設計」の結果が反映されているため，当然「梁曲げ降伏先行」が指向されている。また平面図上，柱と梁は偏心なく接合されている。
表1

試験体一覧

図 2(ｂ)

配筋図（PCa̲3000 および PCa̲1000A）

図332

PCa 部材の組立て概要

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トには，実務に準じて櫛引きにより凹凸が形成されてい件・境界条件より / （=4000/1900）を乗じた値を「層る。

せん断力」としている。また実験中は，左右の梁についてまた 2 体分の PCa 部材のコンクリートは，2 日間に分それぞれ，反曲点位置におけるせん断変位を変位計で計測じて，1 日目に下階柱部材と柱梁接合部と一体化された梁のうえ，両者の合算値を「梁変位」と定義したうえで，こ部材を，2 日目に上階柱部材を打設されている。さらに
CIP も，PCa 部材の 1 日目に「下階柱と梁上まで」，2 日目に「上階柱」を，それぞれ 1 台のアジテータ車で運搬できるコンクリートで打設される計画となっており，結果として 3 体とも，「下階柱から梁上まで」と「上階柱」が，それぞれ同じアジテータ車のコンクリートで構成されていることになる。
3．実験結果3.1

材料試験結果

表 2〜表 4 に，材料試験の結果を示す。
鉄筋は，いずれの降伏強度もいわゆる信頼強度 3)を上回る結果となっている。コンクリートについては，目標強度54 N/mm 2 をやや下回る結果が得られている。なお 3 体の試験体はいずれも，下階柱が 1 回目の打設コンクリートで，上階柱が 2 回目の打設コンクリートで構成されているため，以降，「柱コンクリートの物性値」としては，表 3中に示した「柱平均」の値を採用して論を進めることとする。グラウトの圧縮強度は，いずれもメーカー標榜の「保証強度」以上の圧縮強度が得られている。
3.2

結果概要

図 4 に，各試験体の荷重―変形曲線を示す。
加 力 に 際 し て は，ま ず 左 右 の 梁 端 に 接 続 さ れ て い る1000 kN 油圧ジャッキ付属のロードセルによる計測値の平均を「梁せん断力」と定義のうえ，試験体の幾何学的条

表2

表3鉄筋の材料試験結果

表4

コンクリートの材料試験結果

グラウトの材料試験結果

図433

各試験体の荷重―変形関係

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表5実験結果一覧

図 5(ａ)

等価粘性減衰定数の推移（CIP）

図 5(ｂ)

等価粘性減衰定数の推移（PCa̲3000）

図 5(ｃ)

等価粘性減衰定数の推移（PCa̲1000A）

一方柱は，曲げひび割れこそ認められるもののそれ以上の損傷は観察されていない。すなわち，試験体の柱に発生れを梁スパン （=4000）で除した値が「層間変位角（以したひび割れは曲げひび割れのみであったことになり，こ降，「 」と略記）」に相当するとしている。

れより柱に関しては，「3 体ともにせん断系の損傷なし」

いずれの試験体も， =±1/100 超で想定通りに左右のと判断される。

梁の曲げ降伏が先行している。降伏後，優れたエネルギー

また柱梁接合部は，せん断ひび割れこそ確認されている=±3/100 近傍まで最大耐力を更新

もののその後際立った損傷が集中した痕跡もなく，「試験し続けた後に若干の耐力低下が確認されているが，同様の体としての終局状態」すなわち梁の曲げ終局にまで到って傾向は過去の類似実験からも看取されている 1)。なおすべいる。加えて，多くの試験体において，梁が曲げ降伏したての試験体において梁にせん断ひび割れが見られている

後に，試験体の耐力が設計上の「接合部せん断強度 3)」をが，それらが，加力の進展に伴って顕著な拡幅を見せるこ超えるまで上昇する結果が見られている。これは，「計算となく梁の曲げ降伏に到っていることから，3 体の試験体上，梁の曲げ終局に先んじて接合部がせん断破壊に到り得の梁はいずれも，顕著なせん断損傷の進展もなく曲げ破壊る条件を超えても試験体の耐力が上がり続けていた」ことしたと判断しても差し支えないと解釈される。

を意味するため，この意味で本実験結果には，国内の設計吸収能を示しながらなお本実験において，3 体の試験体に導入された柱軸力体系において，柱梁接合部の破壊に対して十分な安全率がは，いずれも 3000 kN の油圧ジャッキに対する制御が正設けられていることを改めて示唆する側面もあると考えらしく機能し，所望の軸力比 η=0.1 の保持が終始確認されれる。ている。
3.33.3.1

以上より，3 体の試験体はすべて，設計通りに梁の曲げ詳細検討

降伏・曲げ終局に到ったものと判断される。

最終的な破壊形式

3.3.2

表 5 に実験結果一覧を示す。上記の通り曲げ破壊と判断

等価粘性減衰定数

図 5(ａ)〜図 5(ｃ)に，各試験体の荷重―変形曲線からされる梁は，曲げ降伏時耐力 4)，曲げ終局耐力 3) ともに，算出される等価粘性減衰定数

比較的計算値に近く，かつそれを上回る耐力を発揮してい角る。

について，その層間変位の漸増に伴う推移を示す。
これらのグラフはいずれも，加力直後の曲げひび割れ発

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生に伴う若干のエネルギー吸収ならびに梁主筋の降伏を契機に発揮される良好な履歴特性が反映された挙動を示している。さらにその挙動は前掲の荷重―変形曲線上にて耐力低下が確認される領域にあっても負勾配を見せておらず，3 体の試験体が， =±5/100 もの大変形領域まで豊かなエネルギー吸収能を保持していたことが読み取られる。
3.3.3

柱主筋のひずみ分布

図 6(ａ)〜図 6(ｃ)に，正加力下にある各試験体ごとの柱主筋のひずみ分布を示す。全ての試験体が，柱軸力の影響で全計測点にて圧縮側へのひずみの偏差が認められる加力開始直後から=5/100 もの大変形領域まで，相互の差異を殆ど認めない同様の分布を呈している。この過程の中で，引張鉄筋がそのピークにあっても降伏ひずみに遥かに及んでいないことは明らかであり，これより改めて，「全試験体が想定通りに梁曲げ終局先行に到っていた」ことが確認される。
また言うまでもなく，3 体の試験体のうち試験体 CIP 以外の PCa 系の 2 体の柱主筋は，上階柱の柱脚近傍で分断され，当該位置に配されたスリーブ継手を介して継がれている。この観点で 3 体の柱主筋の挙動を比較して見ると，
物理的に分断された主筋にあっても，当該箇所のひずみ分布が試験体 CIP の主筋のそれと何ら変わらない様相を呈していることは明らかであり，また併せて，この継手の存在によって柱梁接合部内を貫通する主筋のひずみ分布に差

図 6(ａ)

柱主筋のひずみ分布（CIP）

異が生じている様子も見られない。すなわち，柱梁接合部

図 6(ｂ)

柱主筋のひずみ分布（PCa̲3000）

図 6(ｃ)

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柱主筋のひずみ分布（PCa̲1000A）

東急建設技術研究所報 No. 44を PCa 化した際，本試験体のように当該接合部内を貫通で，在来の現場打ちで製作された場合と柱梁接合部をする柱主筋を上階柱脚部で継いでも，継手部において十分PCa 化して製作された場合の比較を主軸に，さらに PCaな応力伝達を期待できることが分かる。また同様に，「殆化した場合においては柱梁接合部に埋設されるシースに 2

ど差異のない状況」が看取される PCa 系 2 体の，特に接種類のバリエーションを設けてその相互関係を探るために合部内におけるひずみ分布は，「本実験の範囲においては，計画された全 3 体の試験体に対して加力した結果，「これ接合部に埋設されるシース管の差異が構造性能に及ぼす影ら 3 体の構造的な挙動に差異が生じず，通常の建築物で設響は軽微である」と判断しても差し支えない程度の挙動を計され得る架構が想定通りに機能すること」が確認され見せている。

た。すなわち，「本試験体程度のプロポーションであれば，柱梁接合部を PCa 化した RC 造架構は在来型の現場打ち4．まとめ架構と同等の性能を有する」と考えられる。さらに，PCa「柱梁接合部を PCa 化した RC 造架構」について，実務架構を模した試験体 2 体についても，ほぼ同一の結果が得上，設計・施工され得る典型的なプロポーションの十字形られていたため，本実験の範囲内であれば，試験体に採用接合部を模した試験体を製作し，その構造性能を確認するされた 2 種のシース管に，ほぼ同等の性能を期待し得るこための構造実験を実施した。とが示されたものと考えられる。

部材寸法や断面外形，鉄筋の配置等を同一としたうえ
参考文献
1) 高井茂光・飯塚信一・他 2 名：シース管を省略した柱梁接合部一体型 PCa 化工法の開発，西松建設技報，VOL. 37, 20142) 池田秀樹・森岡徹・他 2 名：シース管を設けたコンクリートからの鉄筋引張試験，日本建築学会大会学術講演梗概集（中国），
2008
3) 日本建築学会：鉄筋コンクリート造建物の靭性保証型耐震設計指針・同解説，1999
4) 日本建築学会：鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説，2010

STRUCTURAL PERFORMANCE OF INTERIOR REINFORCED CONCRETE FRAME
WITH PRECAST BEAMS‑COLMUN JOINT
R. Sato, Y. Shimaji, and J. Ozawa
This is a technical report concerning with structural performance of interior reinforced concrete frame based on
experimental results carried out on three specimens designed according to practical typical buildings. The prior aim of theexperiment is comparison of structural performance between two specimens, with precast member composed of beams
and a joint‑portion to columns, and a specimen built with conventional process. And it is also discussed about infuluence ofsheath type on structural performance of frame.

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