特集

建築特集【企画主旨】
本号は毎年恒例の建築特集号で，プレストレスを使用した建築物に関する報告などで構成されております。建築におけるプレストレスの使用率はまだまだ高いとはいえません。
プレストレス補強した耐震改修，プレストレストコンク
リート造と他工法とのハイブリット建築物など建築におけるプレストレスの適応性を紹介することにより，より一層多くの方々に建築分野におけるプレストレスの有用性・可能性を理解いただき，プレストレスト技術の進歩，普及に役立つことを期待しております。

本特集号
上原富士夫・田沼高津比呂人・片担当編集委員
毅彦・妹尾
健一

正和

論

特集 : 建築特集

説

建築における PC 技術の展開
鈴木計夫＊

社会はそもそもどのような建物を求めているのか，求めるようになるのか。
高耐久性，高耐震安全性（軽微被害，高復元性），利便性（組立て解体が容易），快適性，意匠性…等々：これらはすべて
PC の技術が解決できるのである。
最近の話題の主役は，東日本大震災のとくに津波被害とその復興，さらには原子力発電問題等である。が，基本的には地震時の安全性，といえよう。一般に PC 構造は過去の大地震での被害例は数えるほどであり，その被害の原因も支持体の RC 部
分によるものであった。本稿は “PC 構造はきわめて耐震性，耐久性が高い ” ことを背景に，この素晴らしい構造をどのように社会に普及，発展させて行くべきか，筆者の考えを要約した。PC の専門家である本誌の読者とともに考えてゆきたい。
キーワード：PC 構造の新技術，高強度鉄筋利用，手締め PC 工法，Soft-story（免震層）

1．は じ め にと思われる方策を以下にまとめた。
各方策，事項はスペースの関係もあって，それぞれ充分

前世紀前半に PC 技術が日本に伝わって以来，土木構造な説明ができていない部分もあるが，社会の現状，今後の物においては順調に発展し普通の技術として普及し，今日方向等を考慮すると，これらは一般技術者，デザイナー等に至っている。しかるに，建築に於いてはその技術レベルの関心を高めるのに役立つはずであると考えている。

は高いにもかかわらず，一向に普及してきていない。ただ2．PC 構造は素晴らしい構造であるのに，なぜ1986 年に日本建築学会の「プレストレスト鉄筋コンクリート（Ⅲ種 PC）構造設計・施工指針・同解説」が刊行さ2.1れたときに少し実施例が増えたようであるが，一般化には

筆者は，図 - 1 を一般の構造技術者に示し，二次元で未だ程遠いという状態であろう。

構造設計の 3 次元表示

はなく三次元の世界で仕事をするようつねに勧めている。

その理由として，PC は設計が面倒・・，コストが高い・・，

当然デザイナーにもプレストレスの利用で設計の可能性，施工も面倒・・，PC の講義をしている大学も僅か・・，等々，

自由度が大きく拡大することを強調している。

いろいろな理由がいわれている。

同図は，x 軸をコンクリート軸，y 軸を鉄（鉄骨）軸と筆者は，棚橋，小堀両先生の許で，耐震性の基本思想をすると，x - y 平面上のある点は，RC 造，SRC 造，S 造等

学び，㈱ 大林組入社直後から 2 年間，坂，六車両先生のを概念的に表わす，としたものである。

許で PC 構造の真髄を伝授していただき，その後東京代々たとえば，スパン，たわみ，剛性等，RC，SRC および S 造

木の NHK 正面の東京オリンピック体育館をはじめとしてだけでは解決が困難あるいは不可能であるというときに，数多くの PC 建築を手がけてきた。

Z 軸にプレストレスの軸を設けると，RC であれば PRC と阪大に移ってからは，本格的に PC，PRC 構造の研究として一挙に解決できることを，一般の技術者に分り易く説

教育に専念でき，学会の PC 規準，PRC 指針等の作成に関明することができる。S-Z 平面でも，強い鉄との組合せで，与することができた。
最近は，耐震診断物件の審査等も行っている。
PC 構造という素晴らしい技術を，今後大きく展開し普z（プレストレス軸）

及させていくために，これまでの筆者の経験を通して有効＊

Kazuo SUZUKI

RC，SRC，S構造のみの利用：二次元的世界
プレストレスを利用した構造の場合：三次元的世界
）
造
骨
鉄
：
プレストレスト軸
鉄
鉄骨造
y（（PRC，PSRC 造）（PC 造）（RC，SRC 造）
（S 造）

解決へ

x（コンクリート軸）

木造
ブロック造

大阪大学名誉教授

図- 116構造と設計手法の 3 次元表示

プレストレストコンクリート

特集 / 論説
主要設計法となっている。もしそのレベル 2 地震を超える

S 造の種々の問題が解決される。べつの見方をすれば，局所的に深く掘り下げる研究者はべつとして，一般の技術者

地震力が作用した場合は，Ds 値換算の塑性変形能力で対には，平面上でなくプレストレスを利用する 3 次元空間で応できる，としている。これは，構造体の変形能力をいち仕事をするようこの図によって勧めることができる。

いち算定しなくて済む大変便利な方法ではある。が，そのなお，x 軸，y 軸の負の側に，木造，ブロック・レンガ

変形能力の評価に関してはきわめてあいまいである。それゆ造の軸を採れば，活動空間は一挙に拡大される。

え，建物が被害を受けた場合，“ 予想を超えた地震力が作すなわち，この図は一般の構造設計者の関心を高める効用したため ” という表現でいつも片付けられている。

果があるのではないか。
2.2

筆者はこれからの設計は，社会はどのような建物を求めるのか

レベル 2 地震（400 ～ 500 gal）：構造体の断面寸法を決

21 世紀の主流となるべき建物としては，どのようなもめるための地震力：降伏域近辺にくる保有耐力設計のが求められるのであろうか。

レベル 3 地震（約 1 000 gal）：変型能力を決めるための一般論的には，意匠も満たしたうえで，高耐久性，高耐

地震力：必要塑性率に対する変形能力設計

震安全性，利便性等の諸事項の更新版である。

のように，レベル 3 地震を正式に設計の対象とすべきであ

それらの “ 更新版 ” とは次のようなものであろう。
2.2.1

ると考える。レベル 3 地震は “予想を超えた” ではない。事これから求められる耐久性

実 “兵庫県南部地震は 818 gal”，以後台湾地震，トルコ地

近年国交省の方針として，200 年住宅，200 年建築の推震，鳥取県西部地震，・・等々，いずれも 1 000 gal を超え進が図られている。

た地震力が観測されているという歴然たる事実がある。そコンクリートの建物ではこの高耐久性のためには，れにもかかわらず，いまだ正式な設計力にはなっていな

・ひび割れが無く，中性化の進行も遅い調合，材料も使用い。将来を考えると大きな問題点である。

されていること

レベル 3 の対応策として，レベル 2 を超える水平力に対・ひび割れが生じている場合は，必要な耐久性が確保されして，構造耐力を上げて対応すると，その比率でコストる設計となっており，上記材料面の配慮もあること

UP となるのに対し，変形能力で対応する場合はあまりコなどが考えられるが，これに対し，RC・SRC 造等では不スト UP にはならない。図 - 2 に示すように塑性率 3 倍程

可能か，かなり困難であることは明白である。この要請に度でもエネルギー吸収能力は数倍になる。地動速度が 2対し，PC 構造であればきわめて簡単に対応できる。

倍，すなわちエネルギーで 4 倍になっても対応できる。

2.2.2

変形能力確保のための方法も容易である（4 . 参照）。

これから求められる利便性

一般に建物は，一旦建てられると増改築，移設等はかな

耐震設計点（変位 1δ）
じん性率： 2 倍， 3 倍

り困難である。これに対し PC 造であれば，組立て，解体，増改築等は RC・SRC 造等と比べれば，そのための工法は力容易であり，きわめて簡単に実施することができる。このAA

利便性はもっともっと強調されるべきである。
2.2.3

B
安

C
全

危

険

破

これから求められる耐震性

免震構造は，地震対策の主要な手段として求められるこ壊とは確かであるが，免震で無い場合に対しての要望事項は
1 ）大地震に於いても軽微な被害で済むこと，

02 ）大地震が終われば，ほとんど元の位置，状態に戻る

図- 2こと（高復元性），

δ

2δ

3δ 変位

靭性（変形能力）と耐震安全性

3 ）その後の補修，補強はほとんど無いか簡単に済むこ⑵と，などであろう。

全層降伏設計はもう止めるべき：現在の設計法の基本

これらの諸要求に対し，PC 構造とすれば，骨組架構のは，免震構造でないかぎり，地震動のエネルギーの吸収は弾性範囲が大きいことに加えて，高復元性を供えているの建物全体で行わなければ無理である，という思想に基づいで，部材端部を横拘束補強（コンファインド補強）等で局ている。そのために，柱を降伏させた場合は層崩壊の危険部破損しないようにしておけば，これらの条件はほとんど性があるので，梁を降伏させて地震エネルギーを吸収させ解決される（たとえば，文献 9 ）参照）。

るという手法が採られている。したがって，レベル 2，レベル 3 の地震が襲った場合，建物の梁端部は大部分が壊れ，

具体的には，後述の “ 圧着工法 ”（5.2 参照），および “ ピ
ロティ層を Soft-story（免震層）”（5.4 参照）とする方法

また建物も傾いたままとなる。さらに大変なことは，その等が考えられる。

後の修復工事が長期間続くことである。これは建物の所有⑴

者，使用者にとっては，ある意味では耐え難いこととなる

現在の地震力の仮定の問題点：現在の耐震設計は，水平震度 1 を前提にし，その構造体の変形能力を判断した耐のである。

力低減係数（構造特性係数）Ds 値を用い，極めて稀に起この解決策が，コストが高めの免震構造であり，またこる大地震（レベル 2 地震）に対し，その構造物の降伏域

PC 技術による後述の PC 圧着工法であり，Soft-story（免近辺にくるように設計するという，「保有耐力設計法」が，震層）構造ということになる。これらによって，地震後はVol.54, No.4, July. 201217

特集 / 論説
元の状態に復元し補修もほとんど行わなくて済むことにな

近も SRC 構造との比較も話題になるが，梁 1 本の比較でる。PC 構造の活躍舞台が開かれているのである。

も，SRC 造よりは 1 割以上は安くなり，それどころか建全層降伏設計はもう止めるべき，という考えの賛同者は物全体では鉄骨部分が無くなるので 3 割位は安くなるとも

次第に増えてきていることを強調しておきたい。

いわれている。これに耐久性も考慮に入れれば，という点⑶を強調したい。

地盤と建物との共振性の検討の必要性：現在この事項

結論としてについては，現存の建物の耐震診断においても行われてい⑴ない。規定の入力地震波を用いた弾塑性応答解析が行われPC 造は，設計施工を直接行えば決して高くはなく，る場合は，ある程度の予測にはなるが，ただそこの地盤のRC 造より少しだけ高く，SRC 造よりははるかに安くて振動特性ではないので一応の参考データ程度であろう。

済み，耐久性も考慮すれば実に何分の一にもなる！
⑵

地震は動荷重である。その地盤の振動に対して建物が共現在高いとされるのは，これを特殊な技術として設計

振性をもつかどうかのチェックができれば，地震時の安全施工が行われているからであり，これが普及を妨げてい性はかなりの確かさで推測でき，さらに建物が塑性域に入ることを認識すべきである。すなわち自分で自分の首をり長周期化するときの安全性も推測できる。この検討は将絞めていることになっているのではないだろうか。

来の重要課題である（詳細省略）。

2.3.3

2.3

なぜ PC の技術は普及，一般化しないのか

設計，施工が面倒

設計法が昔から確立されている RC，SRC 造等と比べれこれまでに述べてきただけでも，PC 構造は種々の事項

ば，確かに条件は悪いが，PC の設計基本式，計算式は “＋，を簡単に解決してしまう素晴らしい構造であるのに，なぜ－，×，÷ ” 算だけで済むことは強調しなければならない。

普及し，一般化してこないのか。

設計は決して面倒ではないこと，設計モーメントが分かっ

2.3.1ていれば，断面係数 Z，プレストレス力 P，その偏心 e の大学での講義が少ない

確認等は簡単な 3 個の式でその場で求めることができるこ

筆者は，以前行われた PC 技術協会の全国調査結果にわとを次の項で示す（2.4 参照）。

が耳を疑った。それは全国の大学のカリキュラムにおいて施工もプレストレス力の導入作業が他種構造に無い作業「プレストレストコンクリート構造」の名称で講義を行っではあるが，これも慣れてしまえば問題は無い。

ている大学は唯 1 校，という結果を知ったときである。そ計算規準，指針の内容が複雑？

の 1 校は実は阪大であると分ったからである。筆者は阪大

2.3.4

において 30 年間この科目名で講義を行ってきたが，他大一般論として，研究者が研究すればするほど，研究事項，

学では RC 構造の講義の中に入れて，半期あるいは大部分

算定事項も増え，その計算式も複雑となる。規準，指針作

は 2 ～ 3 駒程度の講義を行っていることを知った。これで成委員会では，それら研究成果，算定式等がそのまま載せは一般の学生が PC 構造を，その設計法を理解して卒業す

られてしまう。

ることにならないこと，したがって実務についている構造

したがって，初めて PC 構造に接する技術者たちは，そ

技術者もほぼ同様であろうことが分かった。実際はいわゆの複雑さゆえに尻込みをしてしまうことになるであろう。

る “ 専門業者 ” が設計も施工も行って実施されているからコストの高い，設計も複雑な PC で設計するよりも，従来であろう。

の慣れた構造にしよう，ということになってしまうのである。規準，指針作成に携わる委員会メンバーの方々は是非

今後は，大学が変わらなければ，一般技術者を対象としこのことを考えていただきたい。

た講習会等によって普及を図る必要性を痛感している。
2.3.2

その一つの対策例として，複雑な算定式の場合は，そのPC の価格が高すぎる

PC は高い，という通念はここ数十年固まっているとい

精度を少し落として多少不経済な結果になってもよいとしって良い。最近関西のある地方で，ある先進的設計事務所

た簡略式も同時に示しておくことである。

が PC 構造を設計したところ，価格が高過ぎたため他の構

あるいは，算定図表を提示するとか，計算ソフトを添付造に変更されたという話を聞いた。また大分以前，あるゼ

するとか，その考えがあれば何か方法はあるはずである。

ネコンの一施設を筆者の勧めで PRC 構造によって完成さその例として，筆者が PRC 指針作成時に，わが国で初せたが，同社の責任者から，“ こんなに高いものはもう 2

めてひび割れ幅算定式を載せたとき，共線図表を利用し度と使わない ” といわれたことも思い出す。

て，平均ひび割れ間隔，鉄筋応力，平均・最大ひび割れ幅

しかし，筆者が ㈱ 大林組に在職当時，十数件以上の等の算定図表を提示した。たとえば図 - 3 は，平均ひび

PC 建築の設計施工を直接行ったが，たとえば現場では，割れ間隔の算定図であるが，梁幅，かぶり厚さ，主筋本数，

その現場にきていた型枠，配筋，コンクリート打設等の作

使用主筋等が分かれば，わずか 3 ～ 5 秒で，平均ひび割れ

業員にそのまま，固練りコンクリートの施工，PS の導入

間隔 lav を求めることができるようになっている。この図

工事等の作業を行ってもらったが，何の支障もなく作業はによって，何をどうすれば lav がどうなるか，という傾向行われた。そしてそれら PC 建物のコストは，その大空間を簡単に目の下で知ることができ，その影響を感覚的に捉にもかかわらず，RC 造のわずか数％程度のコスト UP でえ，その感覚を養うことができるのである。この感覚をも済んでいたのである。

てることが設計上大切であることを強調したい。
2.4

もし PC 造の耐久性が RC 造の 2 ～ 3 倍と少な目に評価しても，PC 造とする優位性は図り知れない。さらに，最PC の断面設計は簡単

詳細は省略するとして，プレストレス導入後に作用する

18

プレストレストコンクリート

D16

2
2
m＝

100 100

100 100

b＝30

m＝
2
4

7 6
b＝35

b＝40

5

150

8 7 6

①

5

150

6

150

4

150 150

8 7 6

5

200

PC 構造の利用は，構造設計上いくつかの利点をもたら

4

4

①
200

4

200

3

250
200

3．構造設計の連続・統一化

3
3

250

ー等にも是非知っておいて欲しい事項である。
3

m＝
2

250

3

200

250

300

5

平均ひびわれ間隔 lav（mm）

300
250

m＝

2

D19

D22

の断面を計算できることは，初心者ばかりでなくデザイナ

300

m＝

300

5

300

D25

D29

特集 / 論説b＝45

す。その一つの見方として，設計上断絶状態となっている構
造種等を連続化することができ，統一的見地に立って構造設計を行うことができるようになる。その例を以下に示す。

b＝50

3.1

100

30 40 50 60 70
30 40 50 60 70
30 40 50 60 70
30 40 50 60 70
30 40 50 60 70
かぶり厚さ c（mm）

図- 3

平均ひび割れ間隔

PC ～ PRC ～ RC によるコンクリート構造の連続化

算定図 1 ）p.119

lav

連続・統一化（その 1）：

PRC の設計指針が日本建築学会から発刊されたのは，
1986 年であった。筆者は在ドイツ時代に，日本も早く西

曲げモーメント Mℓが求められていれば，次のように簡単

欧のように RC ～ PC 構造を連続，統一化する必要性を痛に “ 断面係数 Z，プレストレス力 P，偏心位置 e” 等のおよ感していたのであるが，この年にそれがやっと実現した 1 ）。

その値を求めることができる。今，断面は長方形断面とす

この “PRC” は，プレストレスト鉄筋コンクリート（第Ⅲ

れば次のようになる。

種 PC）構造であるが，西欧では学術的にも “PPC” と表現

1 ）Z（断面係数）：（Z1 ＝ Z2 ＝ Z ＝ bh 2/6 とする）
Z ≧ Mℓ / fc

されている。筆者は，当時 PC 造が日本の建築分野では普及していない現実を考慮し，また PRC は RC を改良，改⑴

善するものであるという印象を与える目的で，RC 分野の

これは，正しくは次の式で求めるべきであるが，技術者があまり抵抗なく参入できるよう，“PRC” という表

Mℓ＋（1 －η）Md
Z ≧ ——————————
fc ＋ηft '現を固持したが，それが実現したものである。実はずっと
以前日本の土木で，北大の横道先生がこの PRC の表現を

ここに，Md：梁自重による曲げモーメント，

用いておられたのである 2 ）（この経過は文献参照）。この

fc，ft ʼ：コンクリートの圧縮，引張許容値（1 －η）の値は 0.15 程度（η：プレストレス力有効率

PRC は建築における PC 構造の普及に少しは貢献できたの≒ 0.85 とする）となるので，分子と分母の第 2 項を省略

ではないかと考えている。
3.2

すると ⑴ 式となる。これで断面の b と h（幅，高さ）を2 ）P（プレストレス力）：一般に，実は，鉄材（鉄筋，PC 鋼材等）利用のうえで，設計上P ＝断面積×断面図心の圧縮応力度であるから，P ≧ b × h × fc /2

連続・統一化（その 2 ）：
鉄筋～ PC 鋼材の設計上の連続・統一化

定めれるが，多少の余裕は見ておく方が良い。

連続化ができないものかと以前から考えていたところ，⑵“1888 年ドイツの Doehring が普通鉄筋の緊張で PC 部材をと，簡単に P を求めることができる。

製作したところ，導入力が消失して失敗 ” したのを思い出

3 ）e（偏心距離）：プレストレス力 P だけであれば，断し，これをこの PRC の概念と重ねたときに，本項の方式

面に引張応力を発生させない偏心距離は核半径の e k が限を思い付いた。それは “ 高強度鉄筋の高強度になった分を界位置となるが，自重が同時に作用するので，その分偏心

プレストレスに利用し，それを PC ではなく PRC 部材と距離を大きくできる。したがって偏心距離 e は，して利用する ” ということであった。これによって，プレe ＝ e k ＋ Md /P⑶

ストレスは減少しても，発生ひび割れ幅は RC の半分程度で与えられる。以上より，P に対して決めた PC 鋼材の本には直ぐなる，という効果がいとも簡単に得られることに数の重心が，断面のこの e を満足するように配置できればなる。さらに高強度になった分はフルに利用でき，また数よい。

倍の強度をもつ PC 鋼材まで，連続的に利用できるように

本項では，次の過程で行う設計計算の詳細は記述できななった。これに関する論文は 1987 年に報告した 3 ）。1988

いが，これらの Z，P，e 算出の後，精算によって最終断年イスラエルのエルサレムで開催された FIP の国際会議に面を決めることになる。上記のような簡単な概算にもかか

於いて筆者は周りの何人かの西欧の人達にこのアイディア

わらず，ほとんど大きな変更は無くことを進めることがでを話したが，残念ながら理解してもらえなかった。この力きる。もし，たとえば断面が少し不足するときは，断面を学性状，有効利用等の詳細は後の 5.1 に示した。
3.3

大とするよりも，コンクリートの強度を少し調整するほう

連続・統一化（その 3 ）：
建物の層剛性比制限の撤廃と免震への連続化

が，架構の応力計算をやり直さなく済むので良い。
なお，施工方法として柱完成後，プレキャストの PC 梁

建築基・規準では，建物の層剛性比は 0.6 以上と定めらを柱に剛接する場合は良いが，柱梁一体打で梁にプレストれている。“ 阪神大震災 ” においてこの値が 0.6 に近かっレスを導入する場合は，不静定ニ次応力が生じるのでこのたと思われるピロティ建物が多く被害を受けたこともあっ計算を行って再チェックする必要がある（これが PC 構造て，一時はピロティ構造を禁止する意見も出されたようでとしての面倒な点であるともいえる）。

あるが，何とか継続されている。被害が多かった理由は，ピロティ層に変位が集中するのに対し，変形能力の明確な以上，⑴，⑵，⑶ 式によって，こんなに簡単に PC 部材

Vol.54, No.4, July. 201219

特集 / 論説
4.3

設計が普通はなされていないからである。
この場合の “ 連続化 ” とは，後述の表 - 1 に明示してあ円形 CFT 柱

円形 CFT とすれば，そのままで充分な横拘束柱となるが，この場合鋼管の上下端は柱が変形しても梁部材に接触るように，層剛性比≒ 0 の免震構造と繋ぐことである。

しないよう，空隙を設けておくことが必要である。

繋ぐためには，ピロティ層の変形能力を，層剛性比 0.6の層間変位，数 cm から免震の約 30 cm までを連続化させ

4.4て，このピロティ層を Soft-story（免震層）にすればよい。

角型柱に対して鋼板巻立て補強をすると，変形能力を向この層の柱の変形能力を大とする方法は，次の事項で述べ上させる効果がある，とよくいわれる。しかし，実部材でるように簡単である。

角型柱の鋼板巻立て補強＋端部アングル補強 7，8 ）はこの方法による “ 横拘束効果 ” は期待できない。その理

筆者は，約 40 年以前からこのための研究を続けてきた

由は，実験の試験体の大きさが 30 cm 程度と小さいものがが，その研究委員会を，数年前は JCI に，現在は国交省系

使われており，柱端部が塑性域に入ると内部からの膨らみの “建築研究開発コンソーシアム” に立ち上げて研究開発活に対し巻立て鋼板が寸法が小さい理由で簡単に円形になっ動を行っている。これに PC の技術を応用すれば，2.2 のて，横拘束状態になるからである。

⑶ に述べた，“ 大地震でもあまり被害が無くほとんど元の実際の柱の寸法は一辺の長さが試験体の場合の 3 倍程度状態に戻る ” 建物が可能となろう（詳細は 4 . と 5.4 参照）。

はあり，巻立て鋼板は簡単に膨らんで，小試験体のように円形にはなれず，横拘束効果は生じないからである。

4．変形能力を大とする経済的方法

そこで，写真 - 1 に示すように，巻立て鋼板の端部に

図 - 2 で説明したように，これからの耐震設計，とくアングル材を取り付けて，鋼板の外側への孕み出しを拘束にレベル 3 地震も正式に考慮に入れて設計するには，コスするよう，したがって横拘束効果が得られるよう取り付け

トがかかる耐力 up ではなく，変形能力を大とする方法がたところ，図 - 5 のような良い結果が得られた 7，8 ）。すな

正解である。架構の降伏は，梁，柱のどちらを降伏させる

わち，試験体は一辺 60 cm であったが，部材の大きさが大かでもあるが，梁については “ 圧着工法 ” の所で述べる

きくなれば，補強アングル材の寸法を大とすれば一応そのので，ここでは柱についてその方法の例を示す。

効果がえられると考えて良いであろう。

4.1

円形柱の横拘束補強

以上，柱の変形能力を大とする補強法 4 例を示したが，5）

図 - 4 は円形柱のフープ筋ピッチを数 cm とした横拘束低コストでもレベル 3 地震程度に対応できる変形能力は容易に得られるであろうことが分かった。

（コンファインド）PRC 柱の繰返し実験結果であるが，数

さらに，このような大変形能力柱を用いれば，ピロティ

十回の正負繰返し荷重であっても，部材角が実に 1/10 まの Soft-story（免震層）化も可能であるといえる。

で耐えることを示している。この際重要なことは，この大変形塑性域における繰返し荷重による耐力劣化は，部材角

既存建物の角形 RC 柱

1/10 付近より小の領域では安定状態にあることである。こ充填モルタルの実験は，塑性域の各変位階で 10 回ずつ計数十回にもお巻立て鋼板よぶ正負繰返し載荷を行った結果である。

床スラブ

このほかにも関連する多くの実験結果を得ている。
4.2

角型柱の横拘束実験

補強アング

角型柱であれば，中子筋を縦横に 15 cm 間隔程度に配置
し，フープ・中子筋を数 cm ピッチで配置すれば，円形柱に近い変型性能が得られるであろう。必要変形能力と横配

写真 - 1筋ピッチの計算式も示してある 6 ）。もちろんその補強範囲
は部材丈の 1.5 倍程度の範囲でよい。
〔No.12〕

巻立て鋼板裾のアングル補強

従来型鋼板巻立て補強

層間変形角 R≒1/15

アングル付き鋼板巻立て補強

800

TYPE-S
TYPE-N

水平力 Q（kN）

700
600
500

曲げ耐力計算値

400
300

補強なし

200

主筋引張降伏鋼板降伏
せん断補強筋降伏

100
0

0

図- 5

10

20
30
40
層間変形角 R（1/1 000 rad）

○
△
◇

50

60

裾部アングル補強巻立て鋼板柱の実験結果

5．今後の PC 技術の展開
図- 4

円形横拘束柱の大変型能力 5 ）すでにいくつかの新技術を部分的に紹介してきたが，本

20

プレストレストコンクリート

特集 / 論説
項では，それらに関する補足と，今後大きく展開させて行あろうから，ひび割れやたわみは半分程度かそれ以下になけるであろうと考えているいくつかの技術を要約した。

ることが推測される。

5.1

次に図 - 8 であるが，高強度鉄筋の緊張力を，100，200，

高強度鉄筋緊張の PRC 部材：連続化（その 2 ）

3.2 で述べたように，高強度になった分をプレストレス

300 N/mm2 とした場合の応力の減少状況，荷重－たわみ関

導入に利用する “ 連続・統一化（その 2）” であるが，これ係およびモーメント－ひび割れ関係を RC 部材と比較したによる利点をいくつか揚げれば次のようなものであろう。

実験結果であるが，その効果が明確に示されている 3 ）。

RC では不利：すなわち，高強度になった分を長期荷重の設計には使えない。理由はひび割れ幅制御のため鉄筋（の応力制限があるからである。ただし梁，柱であれば，短期の地震力には役立つ。
⑵（

PRC で有効利用：前記のように PRC 部材に使えば，後述するように長期荷重に対してはひび割れ制御にそのま
ま役立ち，また梁，柱であれば短期荷重に対して高強度に｛プレストレス導入なった分がそのまま利用できるので，100 ％活用となる。
⑶

｛）
｛）

短期応力
または破壊耐力への余力
長期応力⊿σs≒1500〜
2000
Wmas≦0.2 mm

さらに，プレキャストの床スラブ等の場合，通常プレ

高強度鉄筋
6 000
5 000

2
σ（kg/cm
）
s

⑴

3 000

図- 6

えてこの高強度鉄筋を用いるとすれば，導入とひび割れ制

長期許容引張応力最大値≒2 200 kg/cm2，
ひび割れ幅 W≦0.2〜0.3 mm

2 000

（

1 000

高強度鉄筋応力の利用法

ストレスの導入が PC 鋼材によって行われるが，これに替

普通強度鉄筋

4 000

）

0

2
（kg/cm）εs

高強度鉄筋の PRC 部材への利用

御・分散効果等，一石 2 ～ 3 鳥となる。
以下その具体的内容を示す 3 ）（以下の図は旧単位表示）。

ひび割れ

図 - 6 は，高強度になった分をプレストレス導入力にT

T

利用し，その部材は PC ではなく PRC 部材に用いることを示したもので，長期・短期応力に対する効果が同図左側

F

2 000

に，またひび割れ制御のために鉄筋応力度は 200 N/mm

荷重との釣り合い位置2程度に抑えられてしまうことを図中に示してある。
σs

図 - 7 は引張材に用いた場合の RC と PRC の状態を比較したもので，発生ひび割れ幅に大きな違いが生じること

B

1 000

を明確に示したものである。すなわち，この図は両者の違

RC

PRC

いを，応力度－ひずみ度平面に表したもので，RC は原点
0 からコンクリートの乾燥収縮で A 点まで圧縮された後，釣り合い位置（載荷前）

C

収縮 + クリープ

引張荷重によって許容引張応力度点 F で釣り合い状態となる。それに対して，PRC はここでは緊張応力度を少し

0

ンクリートのクリープ・乾燥収縮により C 点まで応力度Aが下がり，引張荷重によって釣り合い点 F に移る，といAうことを示した。この際注目すべきは，両者のひび割れ幅
図- 7

σp ＝

2
σp ＝

­2

0

引張材に用いた場合の RC と PRC

2
6

0

2 00

0

1 00

0

0
σp ＝

3 00

w：RC のひび割れ幅∝たわみ
コンクリートの引張

M（tm）

σp ＝

4

w：PRC のひび割れ幅∝たわみ

8

P（t）

有効プレストレス力（t）

2/3 位にはなることが分かる。実際の緊張力はもっと大で解析値

C

コンクリートの自由収縮

やたわみの違いである。PRC はわずかな緊張力でも RC の実験値
R 3‑3 MR 2‑3 M
R 1‑3 M
R 0‑3 M

ε（
10­4）
s

10

釣り合い位置（載荷前）低めの 100 N/mm2 とした場合を示しているが，B 点からコ

6

5

R 0‑3 M4

R 1‑3 MR 2‑3 MR 3‑3 M2

1
R 0‑3 M
R 1‑3 MR 2‑3 MR 3‑3 M△ ひび割れ発生点

0（RC

）

20

40
60
80
導入後の日数（日）（a） 導入プレストレス力の減少状況

100

∝

0

5

δ
（mm）

10

15

（b） 荷重 ‑ たわみ関係
試 験 体 R 0 ： RC〃
R 1 ： 鉄 筋 緊 張 応 力 1 000 kgf/cm2〃
R2：〃
2 000 〃〃
R3：〃
3 000 〃

図- 8

Vol.54, No.4, July. 2012

鉄筋緊張 PRC 梁と RC 梁の力学性状の比較 3 ）

21

0

0.1

0.2
0.3
Wav（mm）（c） 曲げモーメント ‑ひび割れ幅関係

特集 / 論説
5.2

PC 圧着工法の展開

れ，梁の上端に定着されているようであるが，ケーブルが次に地震時の，“ 軽微被害・高復元性 ” の解決策の一つ

短いための定着時のセットロスを補うため，定着具はねじとしてこの圧着工法がある。

切りナット定着加工されたものが用いられている。これにこれは下の図 - 9 に示すように，梁をプレキャスト等

対し，圧着用の PC 鋼棒を少し長めにして曲線配置ができとして PC 鋼材で柱に圧着するというもので，“ 全層降伏

るようにすれば，定着も簡単になり，この工法の一層の普設計 ” に代わる有力な構・工法として実施例も増えてきて及に役立つであろう。また梁を I 型断面とすれば，定着部いる。

を梁側面とすることができ，PC 鋼棒も直線にでき，コン
クリートの量も少しは少なくなる。なお，大梁が PC 鋼棒

M：曲げモーメント

使用であれば，梁端で止められている鋼棒をそのままカップラ―で延長して反対側の梁に定着することもできる。

上昇勾配は
PC 鋼棒等の長さで決める

4 ）鉄骨造への展開：鉄骨梁端の溶接破断も大地震時にこの高さは PC 鋼棒等の本数（断面積）等で決めるは良く起こるようである。この破断部の補修のための現場
溶接は，工場溶接と異なって品質管理も難しく，いろいろ

φ：曲率問題があるようである。鉄骨造も PC 圧着工法が可能となれば，大地震後の残留変位は無く元の状態に戻り，当然補
修作業も無くなるので，鉄骨造の大きな進展をもたらすは梁

柱ずである。PC 鋼材の定着部の工法の創出もそれほど困難ではないと思われる。これは図 - 1 の y - z 領域での展開

PC 鋼棒等で圧着である。今後を大いに期待したい。
図- 9

PC 圧着工法の原理

5.3

トルク管理による手締式導入工法の開発 10），11）

プレストレスの導入は，1928 年仏のフレシネによる PC
地震時には梁端部にひび割れが発生する代わりに，梁端技術の実用化以来，ジャッキ使用を原則として行われてき目地部の目開きが上下繰り返しで生じ，梁端の塑性ヒンジている。

破損を生じないようにすると同時に，地震が終わればプレ

筆者は数十年前，筑波の建築研究所で行ったクリープ実

ストレスの圧着力によって目地部は閉じ，ほとんど元の状

験のとき，φ 11 の PC 鋼棒を手で締めて 7・8 ton は導入態に戻ることになる。この部分の設計は同図の上側に示しできることを体感することができた。土木のように，導入たように，M の高さは PC 鋼材の断面積と配置位置等で決力が大の場合はべつとして，建築では細い鋼棒を使用する

まり，降伏後の勾配は PC 鋼材の長さで決まるというきわ場合も当然あるはずであること，ハイテンボルト等はナッ

めて簡潔明快な理論である。ただし目開き時に梁端部コン

ト締めで行われていること，この方式が可能であれば，建クリートが壊れないように何らかの補強対策を施しておく築の分野ではいろいろな面に展開できるであろうこと，等ことと，持ち送り部でのこすれの対策を施しておく必要がを理由として，この技術に関する開発研究を ㈱ 長谷工コ

ある。

ーポレーションの協力を得て行った。いくつかの研究結果

本工法の今後の展開：現在の設計法の主流ともいえる “ 全のうち，トルクと緊張力との関係の結果を図 - 10 に示す。

層降伏設計 ” は当分続くではあろうが，2.2 で説明したよ80

うに，施主，使用者の立場に立つと，地震を受けたとき，70

導入荷重（kN）

およびその後のことを考えると，次第にこの圧着工法が注目されるようになるはずである。ただしこの圧着工法は，
現在コスト高ではある免震構造や，後述する，より経済的な Soft-Story（免震層）構造等と “ 全層降伏設計 ” との中間域に位置する工法ではあると考えられる。

60
50No.1 緊張端
No.1 固定端No.2 緊張端
No.2 固定端No.3 緊張端
No.3 固定端

40
30
20
10

この工法の今後の一層の進展を図るための事項として筆0者は次のようなことを考えている。

01 ）梁端部が壊れない工法の開発：端部を薄い鋼板で巻
図 - 10

く方法は，実験データがある 9 ）。また端部の一部を繊維等

20

40

60

80

トルク力（N・m）

100

120

140

10，11）
トルクと荷重の関係（6 m 試験体，30 ℃）で補強したプレキャストとする方法，も考えられる。
2 ）梁端部が減衰機能をもつ工法の開発：圧着用 PC 鋼材

この結果によれば，緊張力の変動はトルク 100 N・m 付にアスファルトアンボンド鋼材を使用すれば，多少の減衰

近で見ると，中心値± 10 ％程度であり，またトルク値が効果が得られると思われる。これに加えて，柱側面に梁側変わっても割に安定していることが分かる。ジャッキ使用

面に沿う鋼板を取り付け，その隙間に粘弾性剤を詰めるこの場合は± 5 ％が施工精度の目標であろうから，トルク管とも可能であろう。

理による導入作業は上図の結果より少し精度を落とした3 ）PC 鋼材，配線，定着法の更新：現在 PC 鋼材として“ 施工要領 ” を設定すればよいと考えられる。

湾曲を容易とするためにくさび定着による PC 鋼線が使わこの工法の利点：導入にはナットを回せばよいのであるか

22

プレストレストコンクリート

特集 / 論説
ら，たとえば床スラブの一部を，あるいはベランダ部分の（b）1, 2 層柱によるSoft‑story

締付けを部屋側から行う場合等，ジャッキ取付け用の大きな箱抜きの孔をあける必要はなく，締付け用のナットが回（a）倒立振子式地震計

）

（1
応用

せる小さな箱抜き程度の孔で済む。また締付け本数が多い

質点≒不動点場合は，ハイテンボルト方式の電動用具を使えば良い。と

剛性大にかくこの工法であれば，施工精度を少し落とすことによって，誰でも手軽にプレストレスの工事ができ，PC 技術

減 衰の建築分野での一般化を促進させるはずである。
個別住宅，小規模建築への展開：2.2 で述べた，これから

バネ

剛性小Soft‑storyの建物に求められる事項，耐久性，耐震性そして利便性，を考え，さらに PC 技術の建築分野での普及，等を考える

Soft‑story
PRC 柱
（復元性）

と，この様な小規模建物で，気軽に使えるようにすることが，大きな転機を与えることになろう。そこで，個人住宅

図 - 11

Soft-story（免震層）の原理；基礎の杭も利用に対し “ 大工さんでも建てれる増改築・組立て解体，自由
自在の PC 住宅 ” と銘打って工法開発を行う動機が出てくすなわち，層剛性比 0.6 の建物と免震構造との間を変形量るのである。

で結べばよく，レベル 2 地震時の剛性比 0.6 の建物は，層開発の方向として，コンクリート躯体は軽量断熱性をも間変位約 3 cm（変位角約 1/100），一方免震構造は（そのち，部材はできるだけ細分し，小さなクレーン車を使う，地の最大地震動に対して？）約 30 cm 程度を想定しているあるいは大人 2・3 人が運べる程度とすることのほか，工ので，この中間の必要変位量を直線で結んだものである。

場でほとんど表面仕上げも済んだプレキャスト材とすると設計上はこの必要変形量に対して，レベル 3 地震も考慮しか，床部材は壁上に並べて，横締めでそのまま一体化するた変形量の設計をすることになる。その変形能力の設計は，等々いろいろな開発技術が生まれることになる。

図 - 4 に示したように横拘束補強の柱を用いれば，層間個人住宅だけでなく，2 ～ 3 階建程度の小規模建築も当

変位角 1/15 程度は容易に得られることが分かる。

然適用範囲に入ってくる。これからの建物はとにかく 100

ところでこのピロティ層の大変形能力と高復元性を確保

年，200 年はもち，しかも耐震的であることが必要条件でするために，PC の技術を如何に活用するかであるが，そあり，さらに，躯体が軽量・断熱性をもつことが大きなポの一つの方法は，円形 CFT の柱を PC 鋼材（棒）で締め

イントとなるはずである。この分野での展開が期待できる。

つける方法であろう。究極の横拘束である CFT と復元性

手締め工法の今後の開発課題：トルク管理によるナットの PC 構造との組合せである。

締付け方法は，ハイテンボルトや，車の分野で普通に使わ他の一つは，図 - 12 に示したように，地下階のある場

れているが，異なるのは鋼材の長さが長いことであり，こ合，この層をそのまま Soft-story にすることである。このの点の更なるデータと，設計，施工の要領書，指針の作成

場合は非常に都合よく種々の装置をセットできる。復元性が急がれる現状である。

のための “PC 鋼材ブレース ”，地下外壁との間に “ ダンピ5.4

Soft-story（免震層）構造における PC 技術：連続・ング装置 ” の取り付け，フェイルセイフ確保のため，地下統一化（その 3 ）

外周壁上部まで 1 階床梁の延長等である。この方式の実現

12）3.3 でも強調したように，免震性の建物が経済的に得ら性はきわめて高いと思われる。

れることを社会は望むはずである。「建築研究開発コンソ

この Soft-story 構造についてもう一つ付け加えるならば，ーシアム」における研究委員会でも，この Soft-story にその場所の地震動との共振性が懸念される場合はピロティ

PC の技術を生かして，経済的であり，かつ地震後ほとん

階の剛性，したがって建物の固有周期を調整できることだ

ど元の状態に戻る高復元性建築を実現するべく活動を開始

けでなく，一質点の弾塑性応答解析で済むことであろう。

している。この建物の原理は簡単である。図 - 11 にそれ

現在，鉄骨造ではすでに 3 ～ 4 件の Soft-story ビルが実を示した。原理的には “ 倒立振子 ” のバネの部分がピロテ現されている。いわゆる P-δ効果の懸念は，コンクリー

ィ部分となっていると考えればよい。

ト系の構造よりも鉄骨造の方が大きいと思われるが，このまた免震構造への連続化の考え方は表 - 1 に示した。
表- 1
設計法

各種設計（法）の関係・特徴

新耐震基準

層剛性比

最低値

ようにすでに実現されていることを強調したい。

Soft‑story（免震層）ピロティ階
0.6

降伏型

⇦

中

ピロティ階

間

⇨

≒0

降伏型

塑性降伏条件全層

地震エネルギー

全層で吸収

ピロティ階で吸収・遮断

免震層で遮断所要変形能＊）

R≒1/100〜1／50

R≒1/20〜1/15

変位≒30 cm

約 3〜5 cm
設計と変形・変位関係＊）
極めて稀に起こる大地震時の変位（cm），層間変形角 R（変位 / 階高さ）

Vol.54, No.4, July. 2012

免震構造

23

約 30 cm（直径約 60 cm）

特集 / 論説者がかって現場で使っていた，ねじる必要のないわずか 2，
conf 柱
G.L

地 下
材ブ
レー
ス

剛性比≦0.6PC 鋼

地 下

3 の動作で緊張ロッドを取り付ける方法を示す。それは，・まず使用するカップラー 1 個を縦 2 分割し片側をヒンジ

（駐車場）
ス
レー
材ブ
PC 鋼

にするがその部分はカップラー外周に出ないようにする。

（駐車場）

・カップラー外周にぴったりで肉厚も同じ外側パイプを用意する。道具立てはこれだけである（詳細省略）。

杭PC 鋼棒の緊張作業はこれで数分の一位にはなるであろ

fail‑safe 兼用

う。
ブレース

ブレース

ブレース

6．おわりに
これら以外にも津波対策としての人工地盤，杭基礎をそのまま Soft-story として利用すること等も考えている。
とにかく，このような素晴らしいプレストレスの技術を

図 - 12

早く建築分野で普及，一般化させなければ，という積年のフェイルセイフ機能をもつ地階 Soft-story

思いで本項をまとめたつもりである。
5.5

建設現場の中に PC 工場を

PC 専門技術者のこれからの技術開発に，そして一般技術者，デザイナー等への啓蒙と普及のための解説に，本項

これは一つの提案であるが，たとえば超高層ビルの床にが役立つことを切に願うものである。

プレキャスト（以下 PCa と略記）の PC 部材が使われる場
合，もちろん近くに PCa の工場があればそこの製品を用

参考文献

いるのもよいが，そうでない場合もあろう。大都市の真ん
中，また遠い辺地の何かと不便な場所等，現場工場の方が1 ）日本建築学会編：プレストレスト鉄筋コンクリート（Ⅲ種 PC）
構造設計・施工指針・同解説，1986：初版，2003：改訂

有利な時もあるはずである。筆者の考えるその現場工場の2 ）鈴木計夫：RC・PC から PRC への流れ：教室，コンクリート技

イメージは次のようなものである。

術の歴史第 14 回，コンクリート工学，Vol.31，No.10，1993.10

・製作スペースは，建物下層部（地階，一階等）が完成さ3 ）鈴木計夫，大野義照，白井敏彦；高強度鉄筋を用いてプレストれたその部分を現場工場とする（辺地の場合で充分な敷レスを導入した PRC はりの曲げ性状；コンクリート工学年次論

地があれば当然そこを使えば良い）。

文報告集，92，1987，pp.489-494
4 ）鈴木計夫；ピロティ式建物の耐震性と安全対策；日本マンショ

・そこに現場製作用プレテンベッドをセットする。

ン学会，マンション学，第 40 号，2011，Autumun，P.116

・コンクリート打設後の蒸気養生は行わない。その代わり5 ）鈴木，中塚，祭，中田，白沢；円形スパイラル筋を有するプレに，筆者考案の “ 超早強減水コンクリート ” を用いる。

ストレスト鉄筋コンクリート円形柱の力学的性質（その 1：破

これは設計規準強度が 3 日程度（調整可能）で得られる壊性状および荷重―変形関係），日本建築学会構造系論文報告集，が（したがって脱型強度は 2 日位か），その価格が普通

No.383，1988.1，pp.69-79
6 ）岸本一蔵担当部分；8 章 2 節；角形横配筋断面の変形能力の算定；

セメントコンクリートと同じになるよう，その調合が工コンクリート構造物の靭性設計手法に関するシンポジウム―コ

夫されている 13）（注）。ただしその調合は JIS ではない

ンファインド（横拘束）コンクリートの利用―；日本コンクリ

ので特別調合の手数料（数百円程度）を取られる可能性

ート工学協会，委員会報告書；2011.10，pp.176-180がある。

7 ）森浩二，鈴木計夫，井上重信，山内豊英；山型鋼により柱頭・（注）この考案は特許等は取ってないので自由に使える。

柱脚を拘束した角形鋼板巻立 RC 柱の実験；日本建築学会大会
学術講演梗概集，2006.9，C-2，pp.513-514

・運搬しにくい大型 PCa 部材の現場には最適である。

8 ）井上重信；6）と同題目；ピロティ式構造物およびラーメン高架

本格的にこのような現場工場を検討すれば，いろいろな橋の耐震性能と耐震対策；日本コンクリート工学協会研究委員

開発事項が出てくるはずである。
5.6⑴

会報告書，2009.9，pp.74-81

その他の事項9 ）山下仁，越川，溝口，上田，小松；アンボンド PCa.PC 柱・梁PC 部材は曲がったものでも折れない

圧着接合によるスチールバンドを有する梁の繰り返し積荷実験；

PC 部材は緊張材の重心がその断面の核半径以内にあれ

日本建築学会大会学術講演梗概集，2008，題目 No.23427

ば折れることは無い。一般の技術者，デザイナーの多くは10）鈴木計夫，常松豪，伊井敬二，中村佳史；トルクによる簡易プ
レストレス導入工法の実証的研究；第 18 回 PC の発展に関する折れると思い込んでいるようであるが，これは実験的にもシンポジウム，論文報告集，2009.10，pp.337-340

理論的にも簡単に証明できる。しかし国内外の PC 関連の

11）鈴木，常松，伊井，山根弘士，中村；10）と同じ題目；日本建参考書等にはどこにも書かれていない。図と力学式でそれ築学会学術講演梗概集，A-1 分冊 2004，pp557-558をここに記述するスペースは無いが，これは明確であるの

12）鈴木計夫担当分；1 章概説；ピロティ式構造物およびラーメン

で，是非これを一般の人達，とくにデザイナーに強調して高架橋の耐震性能と耐震対策；日本コンクリート工学協会研究委員会報告書，2009.9，pp1-10

欲しい。
⑵

13）鈴木計夫；超早強減水コンクリートの利用；化学工業，Vo.49，

PC 鋼棒の緊張作業の能率化の一方法

No.5，1998，pp.19-26

PC 鋼棒の緊張作業では，緊張ロッドをねじ山の数だけ【2012 年 5 月 9 日受付】

ねじ込み，ねじ戻す必要がある。ここでは参考までに，筆24

プレストレストコンクリート