コンクリート構造入門 第 4 回RC 構造の特徴と 設計の考え方
1．はじめに
前回は、力とはどういうものか、また力が作用したときにどのようなことがおこっているのかについて考えてみました。今回は代表的な構造形式である鉄筋コンクリートについて、その仕組みや、設計における考図1

柱の断面え方について説明したいと思います。
呼ばれる水平鉄筋が主筋を囲むように配されます。帯2．鉄筋コンクリートの特徴

筋は通常、高さ方向に一定の間隔で設置されます。

よく知られているようにコンクリートの引張強度面に、圧縮応力が生じることは前回説明したとおりでは、同じコンクリートの圧縮強度の 1/10 から 1/13 程す。力が鉛直に作用していれば、圧縮応力は断面に均度しかありません。このコンクリートの弱点を、鉄筋等に生じることが予想されます。圧縮力を受けると、で補強したのが鉄筋コンクリートです。今から 150 年受けたものはその長さが小さくなります。単位長さあほど前にフランスで発明されたといわれています。コたりの長さ変化であるひずみの大きさと、そこに生じンクリートと鉄筋の組合せは、単に鉄筋がコンクリーた応力の比率を静弾性係数またはヤング率といいまトを補強しているだけでなく、お互いの長所を生かしす。ヤング率が大きいものは、力が作用したときの変たきわめて相性のよい組合せであることがわかってき形が小さいということです。鉄筋のヤング率はコンクました。すなわちコンクリートは鉄筋を錆や熱から保リートのヤング率の 10 倍程度大きい値ですから、鉄護しており、線膨張係数が近い両者は温度変化により筋とコンクリートの圧縮応力が同じであれば、コンク同じように膨張、収縮するためによけいな内部応力をリートのほうが 10 倍大きく縮みます。

このような柱に上から外力が作用したとき、柱の断生じない組合せとなっています。正しく設計・製造す

実際の鉄筋コンクリートの柱では、鉄筋とコンクれば経済性、耐久性に優れた構造物になる鉄筋コンクリートはしっかりくっついていますので、どちらかだリートは、現代の建設にかかせない構造形式となってけが大きく変形することはありません。鉄筋とコンクいます。

リートが同じ変形をしているということは、鉄筋にコンクリートの 10 倍程度の応力が生じていることにな3．圧縮力が作用するときります。このように鉄筋コンクリートの柱では、圧縮一般的な鉄筋コンクリート柱の断面を図 1 に示しまる応力はコンクリートに生じる応力よりも大きくなっ力は鉄筋とコンクリートの両者が負担し、鉄筋に生じす。柱の軸方向には主筋と呼ばれる鉄筋が、柱の周辺ています（図 2）。に近い位置に配されています。また帯筋（フープ）とRC 構造の特徴と 設計の考え方

わち、ひび割れ位置においては、引張力をすべて鉄筋が負担することになります（図 4）。
引張力によって柱がたとえば 1mm 伸びたときにひび割れが発生したとします。このときひび割れ幅が 1mmとなれば、コンクリートの長さは力が加わる前の長さとなり、従って応力 0 の状態に戻ることになります。
このようなことは鉄筋とコンクリートが独立に変形できる状態、いいかえると鉄筋とコンクリートがまったくくっついていない状態のときにおこります。鉄筋と
図2

コンクリートのくっつく力の程度を付着と呼んでいま圧縮力を受ける柱す。通常の鉄筋コンクリートでは鉄筋とコンクリートはある程度の付着がありますので、ひび割れ幅は 1mm4．引張力が作用するときより小さく、ひび割れから離れたところではコンク同じような柱に引張力が作用した場合を考えてみまリート内部に引張応力が残ることになります。

しょう。こんどは鉄もコンクリートも軸方向に伸びまさらに引張力が強くなると、柱全体はさらに伸びます。最初のうちは鉄筋とコンクリートは同じだけ変形す。付着がない場合には、引張力は鉄筋が負担し、コします。引張力を受けたときのヤング率は、引張力がンクリートのひび割れ幅が大きくなるだけです。付着さほど大きくない範囲では、圧縮力を受けたときの場があれば、別の部分のコンクリートの引張応力が増加

合とほぼ同じと考えられますので、引張応力は鉄筋にして、やがて引張強度を超え、新たなひび割れが生じコンクリートの 10 倍程度の大きさで生じることになることになります。このためもとのひび割れ幅はそれります（図 3）。

ほど大きくなりません。付着が大きいほどひび割れの引張力が大きくなってくるとコンクリートの応力が本数は多くなりますが、個々のひび割れ幅は小さく抑引張強度に達し、コンクリートが破断してしまいます。

えられることになります（図 5）。

破断の方向は力に対して直角方向になり、これがひび鉄筋とコンクリートの付着は、丸鋼では小さく、異割れと呼ばれるものです。純粋な引張力を受けた柱に形鉄筋を使うと大きくなります。また同じ異形鉄筋では水平方向にひび割れが入ります。

も、鉄筋の表面積が大きいほうが付着は大きくなりまひび割れが発生すると、ひび割れをはさんでコンクす。太い鉄筋を 1 本使うより、細い鉄筋を数本使ってリートは力を伝達することができなくなります。すな

同じ断面積になるようにすれば、トータルの鉄筋表面

図3

引張力を受ける柱（ひび割れ前）

図4

引張力を受ける柱（ひび割れ後）

図5

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付着によるひび割れの違い

コンクリート構造入門

図8
図6

曲げによる変形単純梁

図9

梁の断面梁の上部に圧縮力が作用することで梁の上部は軸方向に縮みます。逆に下部は伸びることになります。一般に鉄筋コンクリートの設計では、このような曲げを受ける梁で、極端に大きな変形とはなっていない段階
図7

梁断面の応力では、力を受ける前の断面が力を受けて変形した後も曲面にはならず、平面のままであるとしています。図積は大きくできますので、ひび割れ幅の抑制を期待す

8 のように横から見て長方形の部分が、力を受けて台ることができます。

形になると考えるわけです。
梁の高さ方向の中央付近には伸びも縮みもしない点

5．曲げモーメントが生じるときが生じます。この点を通る軸方向の線を中立軸と呼ん

曲げモーメントが生じる例として、両端が支持体の中立軸より上では圧縮応力が生じます。変形は中立軸上に載った梁（このような梁を単純梁といいます）のから遠くなるほど大きくなりますので、応力も上ほど中央部に上から外力が作用した場合を考えてみます大きくなります。変形後も断面が平面であるとすれば（図 6）。梁の両端には中央部の外力の反力として、作変形は中立軸からの距離に比例することになり、ヤン用した外力の半分の力が上向きに作用することになりグ率が一定であれば応力も中立軸からの距離に比例すます。

ることになります。

でいます。中立軸上では軸方向の応力が 0 となります。

支持体から距離 L だけ離れた断面に生じる応力を一般に梁の中には図 9 のように上下に主筋が、さら調べてみましょう（図 7）。この梁の部分に作用してに主筋をかこむようにあばら筋（スターラップ）が配いる力には支持体からの反力である P/2 があります。

されています。圧縮側となる梁の上側では、圧縮を受これにつりあうような力が支持体から距離 L 離れたける柱と同じように鉄筋には同じ位置のコンクリート断面に作用していることになります。すなわち上からの 10 倍程度の応力が生じることになります（図 10）。

P/2 の力が作用し、さらに P/2 × L の曲げモーメント

引張を受ける中立軸より下側ではどうなるでしょうが作用します。このようなモーメントを作用させるたか。ひび割れが発生するまでは梁の上半分の逆方向のめには断面の上のほうに圧縮力を、下の方に引張力を応力が生じていると考えることができます（図 10）。

作用させる必要があります。

応力が大きくなり、ひび割れが発生すると、コンクリー

RC 構造の特徴と 設計の考え方

図 10

曲げを受ける梁（ひび割れ前）

図 11

曲げを受ける梁（ひび割れ後）

トは引張応力を伝えることができなくなります。従っ筋には引張応力が作用すると考えて設計を進めていきてひび割れ位置では引張力を鉄筋だけで負担することます。力の釣合いを考えると、下側の鉄筋の引張応力になります。ひび割れから離れたところでは鉄筋とコの大きさは上側の鉄筋の圧縮応力の大きさより相当大ンクリートの付着の程度に応じてコンクリートに引張きい数値の応力が生じることになります（図 11）。

応力が残ることになりますが、一般の鉄筋コンクリー

6．おわりにトの設計ではすべて引張応力は鉄筋が負担するものとして計算していきます。

鉄筋コンクリート部材に力が加わったときの状態にこのように、曲げを受ける梁では、上側のコンクついて考えてきました。次回はさらに大きな力が作用リート部分には中立軸からの距離に比例した圧縮応力

したときに鉄筋コンクリートがどのように壊れていくが作用し、上側の鉄筋には圧縮応力が、また下側の鉄のかをみていきたいと思います。

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