中開孔が近接した大開孔を有する RC 造基礎梁の実験的研究
Experimental Study on RC Footing Beams with Great Web Openings
that Normal Web Openings Approached村上秀夫*1

Hideo Murakami

要旨
RC 造基礎梁には、人通孔（大開孔）とともに複数の設備配管孔（中開孔）が設けられることが多いが、梁貫通孔の間隔に関する一般的な構造規定により、貫通孔の設置範囲が大幅に制限されてきた。そこで、基礎梁の貫通孔配置の自由度を向上させるため、本研究では、2 つの中開孔を大開孔に近接させた梁試験体の曲げせん断実験を実施して、せん断性状について評価した。その結果、大開孔と中開孔に挟まれた領域のせん断補強を十分に行えば、中開孔が近接した大開孔を有する基礎梁においても、既往の有孔梁のせん断強度式を用いて安全側にせん断強度を評価できることを示した。
キーワード：基礎梁 有孔梁 近接開孔 せん断強度

１．はじめにを実施した。そして、開孔が近接する RC 造基礎梁のせん断性状について評価した。なお、本報告は、2014 年度日本建RC 造建物の基礎梁には、人通孔（大開孔）とともに、電築学会大会で発表した論文 2)を加筆修正したものである。

気や上下水等の設備配管を通すための複数の設備配管孔（中開孔）が設けられることが多い。その際、開孔の中心

２．実験概要間隔は、隣接する開孔径の平均の 3 倍以上とすることが望ましいとされている 1)。しかしながら、一般に基礎梁は梁2.1

試験体せいが大きいため、柱際のヒンジ領域を避けると開孔の設試験体は、梁両端部にスタブを有する形状とし、約 1/3置可能な範囲が狭く、複数貫通孔を設ける必要がある場合縮尺の基礎梁には、人通孔を模擬した大開孔 1 つと設備用には、配管計画が困難となる。

貫通孔を模擬した中開孔 2 つの合計 3 つの開孔を配置した。

本研究は、基礎梁における貫通孔配置の自由度を向上さ

梁断面は b×D=300×750mm、梁内法長さは L=2,250mm、せんせるために、開孔の間隔を緩和できるようにする（隣接す断スパン比は a/D=1.5（a=L/2）である。大開孔の直径はる開孔径の平均の 2 倍程度にする）ことを目的とし、2 つ250mm(=D/3)、中開孔の直径は 125mm(=D/6)とした。の中開孔を大開孔に近接させた梁試験体の曲げせん断実験
表1
試験体

開孔中心間距離No.1562.5mm
(3H)

No.2
No.3

No.5

*1

補強金物

4-D6×3組
ps=0.38％

2-S6×4枚
pd=0.36％※No.6
中開孔が上に125mm偏心試験体一覧
中開孔φ125

孔際補強筋
4-D6×1組+2-D6×2組
ps=0.25％

4-D6×2組
ps=0.25％

375mm
(2H)

No.4

No.6

大開孔φ250
孔際補強筋

表 1 に試験体一覧、図 1 に試験体の配筋図を示す。試験なし
4-D6×1組
ps=0.13％
4-D6×3組
ps=0.38％

2-S6×4枚
pd=0.36％

2-D6×1組
ps=0.06％
4-D6×2組
ps=0.25％

技術研究所― 35 ―

大開孔上下 ■共通事項（梁型補強） 梁断面：b×D=300×750mm
梁内法寸法：L=2,250mm
水平補強筋
梁主筋：上下共8-D16(熱処理品)
2-D6
引張鉄筋比：pt=0.77％
上下補強筋
せん断補強筋：4-D6@70(SD295A)
2-D6×2組
せん断補強筋比：pw=0.60％
2-S8×2枚
孔際補強筋比：ps=as/(b・c)pd=0.28％
補強金物の補強筋比：
水平補強筋
pd= 2 ad/(b・c)7-D10
as：孔際補強筋の断面積
ad：補強金物の断面積
上下補強筋c：C区間距離=335mm
2-D6×6組
隣接する2孔の直径平均値：
H=(250+125)/2=187.5mm
補強金物

鴻池組技術研究報告

2015

体は、No.1 から No.6 の 6 体であり、いずれも大開孔部のC 区間

補強金物
40 40

開孔中心間距離大開孔

な実験因子は、開孔間隔と大開孔周囲の補強筋量と補強方

φ125

250
750562,5562.5562,5562.5

高強度材 8-D16（980N/mm2 級、pt=0.77％）を使用した。主134

せん断破壊が先行するように、梁主筋は熱処理で製作した

φ125

φ250法（図 1 の配筋例で示す孔際補強筋，補強金物，水平補強
中開孔

134

中開孔

40 40筋，開孔部上下補強筋）である。大開孔周囲の補強を中心

水平補強筋

45 70 70 70 45

開孔部上下補強筋

300うことにした。すなわち、図 1 の試験体 No.3 で C 区間（開375

中開孔 375

孔周囲の補強筋の有効な範囲）を示す斜め 45 度の線は 5134

40 40

強筋の補強筋比は、大開孔用と中開孔用に分別して取り扱

中開孔

大開孔
φ125

φ125

φ250250750組の孔際補強筋と交差するが、大開孔用として 3 組、中開134孔用として 2 組が有効であるとして、それぞれの補強筋比

40 40を算定している。
開孔の中心間距離は、隣り合う孔径平均の 3 倍

図145 70 70 70 45

孔際補強筋補強金物

No.1：0に各試験体の概要を以下に記す。なお、表 1 に示す孔際補300

配筋図（上：試験体 No.1，下：試験体 No.3）とした。そして、各々の開孔の上下部分は、水平補強筋（2-D6）を配し、コ形の開孔部上下補強筋で梁型を組んだ。
No.2： No.1 に対して、開孔の中心間距離を孔径平均の表2ｺﾝｸﾘｰﾄ2 倍にして近接させた。大開孔と中開孔の間に配した孔際補強筋の総量は、試験体 No.1 と同じである。水平補強筋（2-D6）は、折り曲げ加工し、3つの開孔の上下を連続的に配した。
No.3：

圧縮

弾性

強度係数

2(N/mm )
No.1
No.2

30.8

使用材料の特性
降伏降伏

使用部位

強度

ひずみ係数

D16

梁主筋

(N/mm )
995(μ)
5462(kN/mm )182

D6

せん断補強筋3814261

168D10水平補強筋

3802129

1798917038

1779227111180

鉄筋22(kN/mm )
27.6

No.3
No.4

32.0

28.8

No.5
No.6

33.7

28.8

S6S8

補強金物

弾性2* D6, S6, S8 は、0.2%オフセット法による

No.2 に対して、水平補強筋を 7-D10 に増やし、閉鎖型の開孔部上下補強筋で梁型を組んだ。
No.4： No.3 に対して、大開孔部の補強金物だけを無くした。
No.5： No.3 に対して、大開孔と中開孔の間に配した孔際補強筋の総量を約 1/3 に減らした。
No.6：

No.3 に対して、2 つの中開孔を 125mm 梁上部に配置させた。
試験体に使用したコンクリートと鉄筋の特性をまとめて
表 2 に示す。
写真 1
実験方法

加力装置

40

写真 1 に加力装置を示す。加力は、建研方式の加力装置を用いて行い、梁部分に逆対称曲げモーメントが作用するようにジャッキを制御しながら、変位制御によりせん断力を与えた。
図 2 に加力スケジュールを示す。加力の制御は、部材角による制御とした正負交番繰り返しの漸増載荷を行い、R=1/1000rad で 1 回、R=2.5/1000rad, 5/1000rad,大開孔部

部材角 Ｒ （1/1000rad）2.2302010+ＱAOS 時

0-ＱAOS 時-10-20-3002468サイクル ｎ （回目）

図2

加力スケジュールの短期許容せん断力（QAOS）時では各 2 回、R=10/1000rad,15/1000rad, 20/1000rad では各 1 回の繰り返し載荷とした。

― 36 ―

1012中開孔が近接した大開孔を有する RC 造基礎梁の実験的研究

３．実験結果R=10/1000rad の繰り返しでは大開孔側の孔際補強筋と開孔部上下補強筋が降伏した。ひび割れの発生順については、

3.1

破壊経過と荷重変形関係

開孔間隔、開孔周囲の補強筋量や中開孔の上部配置による

図 3 に各試験体のせん断力 Q－部材角 R 関係、写真 2 に影響はなかった。以後、試験体 No.1,5 は、開孔間の損傷が破壊状況（破壊部位が明確になった部材角時）、表 3 に実験卓越し、開孔間がせん断破壊した。一方、試験体 No.2,3,4,6結果一覧をひび割れ発生位置の模式図とともに示す。ここは、大開孔の上下部分がせん断破壊し、急激な耐力低下が1)で、図 3 中には、RC 規準の曲げ略算式 による曲げ降伏時見られた。

せん断力計算値（Qmy）および後述する大開孔のせん断耐力計算値（Qsuo1）を合わせて示す。

試験体 No.1,2 を比較すると、最大耐力は開孔間隔の狭い試験体 No.2 の方が高くなった。これは、狭くなった開孔間全試験体とも、R=1/1000rad の繰り返しで梁端部に曲げ部分が大開孔の C 区間領域内に存在し、この領域内に大開ひび割れが発生し、大開孔と中開孔の孔際にせん断ひび割孔側の孔際補強筋と中開孔側の孔際補強筋が集約されて配れが観察された。そして、R=2.5/1000rad の繰り返しでは筋していることによると考えられる。試験体 No.2,3 では、一般部にせん断ひび割れが、R=5/1000rad の繰り返しにお開孔上下部分を強固に梁型補強した試験体 No.3 の方が高いては開孔間と大開孔上下部分にせん断ひび割れが発生し、くなった。大開孔周囲の補強筋比が異なる試験体 No.3,4,51000

No.1
Qmy
Qsuo1(c)Qd1(g)Qsy(i)Qmax

せん断力

Ｑ (kN)

8006004002000No.2
Qmy
Qsuo1(c)Qd1(g)Qsy(i)Qmax

No.3
Qmy
Qsuo1(c)Qd1(g)Qsy(i)Qmax-200-400-600

No.1-800

No.3

No.2-1000
1000

Ｑ (kN)
せん断力

No.5
Qmy
Qsuo1(c)Qd1(g)Qsy(i)Qmax

No.4
Qmy
Qsuo1(c)Qd1(g)Qsy(i)Qmax

800
600
400200No.6QmyQsuo1(c)Qd1(g)Qsy(i)Qmax

0-200-400-600

No.5

No.4-800

No.6-1000-30-20-10部材角010Ｒ (1/1000rad)

2030 -30

図3-20-10部材角010Ｒ (1/1000rad)20

R=15/1000

No.2

R=-15/1000-10010部材角 Ｒ (1/1000rad)20

R=15/1000

No.3
R=20/1000

R=15/1000

No.4-20

せん断力(Ｑ)－部材角(Ｒ)関係

R=15/1000

No.1

30 -30No.5No.6
写真 2

破壊状況

― 37 ―30

鴻池組技術研究報告

2015

では、補強金物よりも開孔間に存在する補強筋の方が最大

表3

実験結果一覧

耐力に与える影響が大きくなった。中開孔位置が異なる試験体 No.3,6 では、中開孔を梁上部に配置した試験体 No.6の方が高くなった。これは、中開孔が偏心して配置されることにより、開孔間のコンクリートの圧縮ストラットの形成状況が異なるためと考えられる。
3.2

鉄筋のひずみ性状3.2.1

梁主筋のひずみ

梁主筋のひずみは、全試験体ともゲージ貼付位置では降伏ひずみには到達していない。このことから、図 3 の荷重変形関係で示したように、最大耐力が曲げ降伏時せん断力計算値（Qmy）には達していないことと整合している。
3.2.2

補強筋のひずみ補強筋のひずみは、図 4 に示すように、大開孔周辺の補強筋に貼り付けたひずみゲージで検討を行った。大開孔周囲の補強筋は、孔際補強筋（S 筋），補強金物（D 筋），水平補強筋（H 筋），開孔部上下補強筋（W 筋）である。これら
S11t W11t W12t S12t
W13tW14t
D11H11t H12t
D12S11S12φ250S13S14D13H11b H12bD14W13bW14b
S11b W11b W12b S12bの補強筋の効き具合を比較するために、各ひずみ（ε）を降伏ひずみ（εy）で無次元化した。この無次元化した値を横軸にせん断力を縦軸にした関係を図 5 に示す。各補強筋

φ125

ともに複数のひずみゲージを貼り付けているが、その中でも、最大耐力時にひずみが一番大きい箇所を採用して図示した。なお、図中の（●）は最大耐力時の値を示し、無次φ125元化した値（ε/εy）が 1.0 を超えたものは、降伏ひずみに到達したことを意味する。

D12W12t

S13せん断力Ｑ (kN)

1000
800
600
400
2000-200-400-600-800-1000

D12 H12b

S14No.1

H12t

W11bH11b D12S13W12t

H12t D12 W11t

W12t

No.3

D12S13せん断力

大開孔周囲のゲージ貼付位置

No.2

H11bS12W11bS11Ｑ (kN)

1000
800
600
4002000-200-400-600-800-1000

図4No.4No.5No.6-0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

無次元化ひずみ ε/εy

無次元化ひずみ ε/εy

補強金物(D 筋)

水平補強筋(H 筋)

図5

孔際補強筋(S 筋)

せん断力(Ｑ)－無次元化ひずみ(ε/εy)関係― 38 ―

無次元化ひずみ ε/εy

開孔部上下補強筋(W 筋)

中開孔が近接した大開孔を有する RC 造基礎梁の実験的研究（1）孔際補強筋（S 筋）のない試験体 No.4 と中開孔が上部に偏心して配置された

孔際補強筋は、全試験体ともに徐々にひずみの値が増加

試験体 No.6 の 2 体が 0.3mm を超えていた。

し、最大耐力に到達する前に降伏している。開孔間隔が狭0.6い場合、孔際補強筋の補強筋比が小さい試験体 No.5 は、他ひび割れ幅 (mm)

状況が大開孔と中開孔の開孔間の破壊であることに対応している。
（2）補強金物（D 筋）
補強金物は、高強度鉄筋（785N/mm2 級）であり、降伏に5/1000
2.5/1000
1/1000No.40.4

No.60.3
No.10.2

至っていない。また、降伏ひずみで無次元化した値は、最0.1

大でも 0.5 程度である。孔際補強筋の補強筋比が異なる試0.0No.2 No.3No.50.30.4験体 No.3 と No.5 を比較すると、無次元化したひずみの値には大きな差がないことがわかった。

No.1,2,3,6
同一補強筋比0.74％

正加力時0.5の試験体と比較して大きなひずみとなっており、最終破壊

0.50.6補強筋比 ps＋pd (%)

0.70.80.6（3）開孔部上下補強筋（W 筋）

No.40.5(mm)

開孔部上下補強筋は、最大耐力時に全試験体ともに降伏しており、開孔間で破壊をした試験体 No.1 と No.5 は、最負加力時

No.1,2,3,6同一補強筋比
0.74％-5/1000-2.5/1000

0.4

ひび割れ幅-1/1000

大耐力時付近で降伏に達した。一方、他の試験体は、最大耐力に到達する以前に降伏しており、この補強筋は効果が高いと言える。これら 4 体の試験体の最終破壊状況は、開0.3No.1No.5No.2 No.60.2No.30.1

孔部上下の破壊となっている。

0.0（4）水平補強筋（H 筋）

0.30.4

折り曲げ加工された水平補強筋を 3 つの開孔の上下に連続して配した場合、水平補強筋を 7-D10 とした試験体 No.3

図60.50.6
補強筋比 ps＋pd (%)

0.70.8

大開孔周囲のひび割れ幅推移（ピーク時）～6 の水平補強筋は未降伏であり、その中でも、補強金物のない試験体 No.4 の水平補強筋のひずみが若干大きくな４．開孔部のせん断強度った。一方、水平補強筋を 2-D6 にした試験体 No.2 では、最大耐力後に降伏している。

4.1以上より、孔際補強筋と開孔部上下補強筋がせん断強度および最終破壊状況に影響があると考えられる。

実験値と計算値の比較

表 4 に最大耐力実験値と大開孔の開孔部せん断強度計算値を、図 7 に実験値と計算値の比較を示す。算定式は式(1)を用い、修正広沢式による単独孔の開孔部せん断強度式 1)

3.3

大開孔周囲のひび割れ幅を他の開孔が近接する場合にも適用できるとして準用した。

大開孔の影響範囲（C 区間の範囲）に発生し進展したせん断ひび割れを検討対象として、ひび割れ幅をクラックスケールで計測した。
所定部材角ピーク時（1 回目）の最大ひび割れ幅を縦軸=0.053 . ( + 18)
1 − 1.61⁄( ∙ ) + 0.12+ 0.85に、孔周囲の補強筋比（ps+pd）を横軸にしたひび割れ幅の推移を図 6 に示す。ひび割れ幅は、部材角の増大とともに大きくなり、孔周囲の補強筋比が大きい試験体ほど、ひび割れ幅の拡幅が小さくなる傾向が見られた。

ただし、・+・∙(1)

σB≦27 の時、 dσy ，sσy ≦20･σB
27＜σB≦36 の時、 dσy ，sσy ≦40･σB －540
36＜σBの時、 dσy ，sσy ≦25･σB

試験体 No.3 と補強金物がない試験体 No.4 と比較すると、No.4 のひび割れ幅が大きく、補強金物が開孔周囲のひび割れ幅の抑制に寄与していると考えられる。また、負加力時のひび割れ幅が正加力時よりも大きくなっているが、試験体 No.4 を除き、±2.5/1000rad 時までは 0.15mm 以下であった。±5/1000rad 時のひび割れ幅については、補強金物― 39 ―

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（大開孔の径）(mm)
pd：補強金物の補強筋比， ps：孔際補強筋比
σB：コンクリート圧縮強度 (N/mm2)
dσ y：補強金物の降伏強度 (N/mm2)
sσy ：孔際補強筋の降伏強度 (N/mm 2)

鴻池組技術研究報告

開孔中心間距離を双方の開孔径平均の 3 倍とした試験体

2015する実験値の割合が大きくなっている。

No.1 は、計算値に対する実験値の割合が 1.46 となり、実試験体 No.4 は、No.3 に対して補強金物が無い試験体で験結果を安全側に評価している。開孔中心間距離を双方のある。最大耐力は、No.3 と比べて小さくなるが、計算値に開孔径平均の 2 倍とした試験体については、2.1 節にも記

対しては、かなり安全側の評価を与えている。

述したように、開孔間の補強筋が双方の開孔の C 区間領域

試験体 No.5 は、No.3 に対して孔際補強筋が少ない試験内に存在している。このため、開孔間の補強筋を大開孔側体である。最大耐力は、No.3 と比べて小さくなるが、計算の孔際補強筋と中開孔側の孔際補強筋とに分別して算定し値は実験値を安全側に評価している。

た。その結果、実験値は計算値を上回り、計算値に対する試験体 No.6 は、No.3 に対して中開孔の配置が梁上部に実験値の割合（Qmax/Qsuo1）は 1.43～2.21 となった。また、偏心した試験体であるが、この場合も計算値は実験値を安開孔間の補強筋を分別しない場合についても計算すると、全側に評価することを確認できた。

計算値に対する実験値の割合（Qmax/Qsuo2）は 1.40～1.87 と５．まとめなり、計算値は実験値を安全側に評価している。
表4

実験値と大開孔の開孔部せん断強度計算値
計算値

実験値

中開孔を大開孔に近接させた梁試験体の曲げせん断実験により、RC 基礎梁のせん断性状について評価した。本実験

実/計(a)分別する場合(b)分別しない場合(a)(b)の範囲内であるが、下記の知見が得られた。

Q maxpdp s1

Q suo1

pdp s2

Q suo2

Q max

Q max

(kN)(％)(％)(kN)(％)(％)(kN)

Q suo1

Q suo2（1）破壊形式は、開孔間のせん断破壊と大開孔上下部

No.1

615

0.36

0.38

421

0.36

0.38

421

1.46

1.46

No.2

655

0.36

0.38

421

0.36

0.63

456

1.55

1.44

No.3

727

0.36

0.38

431

0.36

0.63

465

1.69

1.56

No.4

671

0.00

0.38

304

0.00

0.63

358

2.21

1.87

No.5

581

0.36

0.13

406

0.36

0.19

416

1.43

1.40

No.6

841

0.36

0.38

444

0.36

0.63

478

1.90

1.76

試験体分のせん断破壊に区別された。
（2）孔際補強筋と開孔部上下補強筋は降伏しており、せん断強度の増大に有効に寄与した。
（3）補強金物は、開孔周囲のひび割れ幅の抑制に効果が見られた。
（4）大開孔の開孔部せん断強度は、修正広沢式による単独孔の開孔部せん断強度式を準用することによ

900

1.4

No.6No.6り、安全側に評価することができる。

1.4

実験値 Ｑmax (kN)

800
700
600

No.3
No.4 No.2
No.1
No.5

No.3
No.4

No.2
No.1
No.5500

本研究は、民間企業 12 社（青木あすなろ建設，淺沼組，(a) 分別する場合
Ｑmax／Ｑsuo1
平 均 値：1.71
標準偏差：0.27(b) 分別しない場合
Ｑmax／Ｑsuo2
平 均 値：1.58
標準偏差：0.18●：大開孔上下破壊 ■：開孔間破壊●：大開孔上下破壊 ■：開孔間破壊

400300謝辞
奥村組，熊谷組，鴻池組，錢高組，東亜建設工業，飛島建設，長谷工コーポレーション，ピーエス三菱，三井住友建

200
200 300 400 500 600 700 800 900 200 300 400 500 600 700 800 900
計算値 Ｑsuo2 (kN)
計算値 Ｑsuo1 (kN)

図7

実験値と計算値の比較

設，コーリョー建販）によって行われました。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とともに、様々なご指導およびご教示を戴きました千葉大学大学院の和泉信之教授・博士（工学）に深く感謝いた

4.2

実験因子の影響します。

実験因子に対して、実験値と計算値の関係について検討する。ここでは、計算値は、開孔間の補強筋を分別しない参考文献

場合（ps2、Qsuo2）に着目する。

1)

試験体 No.2 は、No.1 に対して開孔が近接した試験体である。開孔が近接しても、計算値に対する実験値の割合は日本建築学会：鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説、
pp.74-77，pp.354-364、2010 年版

2)

五十嵐治人，山下勝司，近藤祐輔ほか：中開孔が近接した大同程度であり、単開孔の梁と同様に計算値は実験値を安全開孔を有する RC 基礎梁の実験的研究（その１）～（その３）、側に評価している。

日本建築学会大会学術講演梗概集

試験体 No.3 は、No.2 に対して開孔部上下補強筋と水平補強筋が多い試験体である。計算式にはこの補強効果が入構造Ⅳ、pp.223-228、2014.9
3)っていないため、試験体 No.3 は No.2 に比べて計算値に対― 40 ―コーリョー建販：ダイヤレン NS 技術マニュアル、pp.18-21、2014.2