JP2016008384A

JP2016008384A - ハイブリッド梁

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Publication number: JP2016008384A
Application number: JP2014127834A
Authority: JP
Inventors: ラヴィシング; Singh Ravi; 仁佐々木; Hitoshi Sasaki
Original assignee: Fujita Corp
Current assignee: Fujita Corp
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2016-01-18
Anticipated expiration: 2034-06-23
Also published as: JP6479351B2

Abstract

【課題】設備用孔が貫通形成された鉄筋コンクリート梁部の補強の施工性を向上でき、また、地震の際の損傷度合を軽減する上で有利な設備用孔を有するハイブリッド梁の補強構造を提供する。【解決手段】補強範囲Ｌ３において、上部梁せいＤ１と、鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの幅とで区画される直方体部分を第１の直方体部分Ｃ１とし、また、補強範囲Ｌ３において、下部梁せいＤ２と、鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの幅とで区画される長方形部分を第２の直方体部分Ｃ２とし、そしてそれら第１の直方体部分Ｃ１と第２の直方体部分Ｃ２とを別々の柱とみなし、一般的な鉄筋コンクリート造の柱と同様に曲げ、せん断に対する設計を行ない、梁主筋と横補強筋１６Ｃ〜１６Ｊの鉄筋量およびコンクリート強度を決定する。【選択図】図３

Description

本発明は、端部が鉄筋コンクリート造で中央が鉄骨造のハイブリッド梁（複合梁）に関する。

近年、建物の一部または全部を大スパン化する、建物の梁躯体として、鉄筋コンクリート（ＲＣ）と鉄骨（Ｓ）造とで構成された複合構造の梁（以下、複合梁またはハイブリッド梁とも称する）が採用されてきている。このような構造の梁は、両端部をＲＣで覆った鉄骨が、ＲＣ造等の柱間に架け渡されて接合されたものである。以下、ハイブリッド梁のうち、Ｓ造である中央部を鉄骨梁部、ＲＣで覆われた両端部を鉄筋コンクリート梁部（ＲＣ梁部）と称する。
ハイブリッド梁の鉄筋コンクリート梁部においては、一般的に複数の梁主筋と、それら複数の梁主筋および鉄骨の周囲を囲む複数の横補強筋とが配筋され、鉄筋コンクリート梁部全体に渡り埋設されている。この横補強筋は、鉄筋コンクリート梁部の柱側の端部及び鉄骨梁部側の端部の配筋を密にした集中補強筋も含んでいる。
ハイブリッド梁は、中央部がＳ造であることから梁自重が軽減され、梁せいが減少するために梁のロングスパン化を可能とした建物が得られる新しい構法として注目されている。

一方、ハイブリッド梁において、従来、鉄筋コンクリート梁部に設備用貫通孔を設けた例はない。
ハイブリッド梁の鉄筋コンクリート梁部は一般的なＲＣ造として設計されており、一般的なＲＣ造の梁に貫通孔を設けた場合、貫通孔の補強は、開孔補強筋（リング状のもの）や座屈補強筋（串形もの）などを用いて行われている。

特開２００９−２４４６２

しかしながら、ハイブリッド梁の鉄筋コンクリート梁部を、開孔補強筋（リング状のもの）や座屈補強筋（串形もの）などを用いて補強する場合、開孔補強筋や座屈補強筋などの補強筋が過密となる。
そして、それら補強筋が過密となると、鉄筋コンクリート梁部にはもともと梁主筋と横補強筋が密に配筋されていることから、配筋するのに手間がかかり、施工性が悪くなる。
また、既往の研究例から一般的なＲＣ造の梁の開孔を補強した場合、地震を経験したあとの開孔周りのせん断ひび割れが目立ち、梁の損傷度合いも顕著である。
この発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、設備用孔が貫通形成された鉄筋コンクリート梁部の補強の施工性を向上でき、また、地震の際の損傷度合を軽減する上で有利な設備用孔を有するハイブリッド梁の補強構造を提供することにある。

上述した目的を達成するため本発明は、対向する柱間に架け渡された鉄骨の両端部を鉄筋コンクリートで覆い、前記鉄骨の中央部を鉄骨梁部とし、両端部を鉄筋コンクリート梁部とし、前記鉄筋コンクリート梁部は複数の梁主筋とそれら梁主筋を囲む複数の横補強筋とを備えるハイブリッド梁であって、前記鉄筋コンクリート梁部に、前記鉄筋コンクリート梁部の両側面を貫通する設備用孔が形成され、前記設備用孔の周辺の前記鉄筋コンクリート梁部の箇所を補強する設備用孔補強部が設けられ、前記設備用孔補強部は、前記設備用孔を含み前記鉄筋コンクリート梁部の長手方向に沿った所定の領域で前記設備用孔の上方に位置する前記鉄筋コンクリート梁部の直方体部分と、前記設備用孔の下方に位置する前記鉄筋コンクリート梁部の直方体部分とをそれぞれ別々の鉄筋コンクリート造の柱とみなし、各直方体部分はそれぞれ前記鉄筋コンクリート造の柱として前記ハイブリット梁に作用する曲げに対する設計を行なった梁主筋および横補強筋ならびにコンクリート強度で構成されていることを特徴とする。
また、本発明は、対向する柱間に架け渡された鉄骨の両端部を鉄筋コンクリートで覆い、前記鉄骨の中央部を鉄骨梁部とし、両端部を鉄筋コンクリート梁部とし、前記鉄筋コンクリート梁部は複数の梁主筋とそれら梁主筋を囲む複数の横補強筋とを備えるハイブリッド梁であって、前記鉄筋コンクリート梁部に、前記鉄筋コンクリート梁部の両側面を貫通する設備用孔が形成され、前記設備用孔の周辺の前記鉄筋コンクリート梁部の箇所を補強する設備用孔補強部が設けられ、前記設備用孔補強部は、前記設備用孔を含み前記鉄筋コンクリート梁部の長手方向に沿った所定の領域で前記設備用孔の上方に位置する前記鉄筋コンクリート梁部の直方体部分と、前記設備用孔の下方に位置する前記鉄筋コンクリート梁部の直方体部分とをそれぞれ別々の鉄筋コンクリート造の柱とみなし、各直方体部分はそれぞれ前記鉄筋コンクリート造の柱として前記ハイブリット梁に作用するせん断に対する設計を行なった梁主筋および横補強筋ならびにコンクリート強度で構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、設備用孔補強部により、設備用孔周りの鉄筋コンクリート梁部のせん断ひび割れや損傷度合いが改善される。
また、柱としての曲げおよびせん断に対する設計を行なった梁主筋および横補強筋で補強されているので、鉄筋の配筋がもともと過密なハイブリッド梁の鉄筋コンクリート梁部を、開孔補強筋を用いて補強する場合に比べ、簡単に迅速に確実に補強でき、施工性が改善され、工期の短縮化、コストダウンを図る上で有利となる。
また、設備用孔補強部により地震のエネルギーを吸収でき、地震の際の損傷度合を軽減する上で有利となる。

設備用孔補強部の正面図である。（Ａ）は図１のＡ矢視断面図、（Ｂ）は図１のＢ矢視断面図、（Ｃ）は図１のＢ矢視断面図で（Ｂ）の変形例である。鉄筋コンクリート梁部の直方体部分を、一般的な鉄筋コンクリート造の柱として強度計算する際の説明図である。ハイブリッド梁の概略図である。ハイブリッド梁の鉄筋コンクリート梁部付近における詳細な図である。

以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。
まず、図４、図５を参照して本発明が適用される一般的なハイブリッド梁１０について説明すると、ハイブリット梁１０は、対向する柱１２間に架け渡されたＩ鋼やＨ鋼等の鉄骨Ｓの両端部を鉄筋コンクリートで覆う構造のものである。
鉄骨Ｓの中央部は鉄骨梁部１０Ａとされ、両端部は鉄筋コンクリート梁部１０Ｂとされ、鉄骨Ｓは内法スパン（柱フェースまでの長さ）とし柱１２には貫通されておらず、図１において符号１１Ａはスタッドボルト、符号１１Ｂは床スラブを示している。

鉄筋コンクリート梁部１０Ｂは、あらかじめ工場で製作したプレキャストコンクリート製でもよく、現場打ちコンクリートで製作されてもよい。あるいはハーフプレキャストコンクリート製でもよく、この場合には、コンクリートを現場で後打ちする。コンクリートは、普通コンクリートでも繊維補強コンクリートでもよい。
鉄筋コンクリート梁部１０Ｂは、複数の梁主筋１４と、それら梁主筋１４を囲む複数の横補強筋１６により補強され、梁主筋１４の柱梁接合部への定着は、定着金物あるいは折り曲げ定着により行われる。

図１に示すように、設備用孔２０は、鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの柱部１２寄りの箇所で鉄骨Ｓのウェブの中央を通るように鉄筋コンクリート梁部１０Ｂを水平に貫通している。

図１〜図２に示すように、梁主筋１４は、鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの上部と下部において、それぞれ鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの幅方向に間隔をおいて複数並べられた梁主筋列１４０２として設けられている。
この梁主筋例１４０２は、設備用孔２０の上方の鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの上部において、２つの梁主筋例１４０２が上下に間隔をおいて設けられた上梁主筋列１４０２Ａおよび下梁主筋列１４０２Ｂとして設けられている。
また、この梁主筋例１４０２は、設備用孔２０の下方の鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの下部において、２つの梁主筋例１４０２が上下に間隔をおいて設けられた上梁主筋列１４０２Ｃおよび下梁主筋列１４０２Ｄとして設けられている。

図２（Ａ）に示すように、横補強筋１６は、柱１２と設備用孔２０との間の鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの箇所と、設備用孔２０と鉄骨梁部１０Ａとの間の鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの箇所では、上梁主筋列１４０２Ａと下梁主筋列１４０２Ｄの全ての梁主筋１４を囲む横補強筋１６Ａとして配置されると共に、各梁主筋列１４０２の幅方向内側の２本の梁主筋１４を囲む横補強筋１６Ｂとして配置されている。

また、図２（Ｂ）に示すように、横補強筋１６は、設備用孔２０の上方に位置する鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの箇所では、上梁主筋列１４０２Ａと下梁主筋列１４０２Ｂの全ての梁主筋１４を囲む横補強筋１６Ｃとして配置されると共に、各梁主筋列１４０２Ａ、１４０２Ｂの幅方向内側の２本の梁主筋１４を囲む横補強筋１６Ｄとして配置されている。
また、横補強筋１６は、設備用孔２０の下方に位置する鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの箇所では、図２（Ｂ）に示すように、上梁主筋列１４０２Ｃと下梁主筋列１４０２Ｄの全ての梁主筋１４を囲む横補強筋１６Ｅとして配置されると共に、各梁主筋列１４０２Ｃ、１４０２Ｄの幅方向内側の２本の梁主筋１４を囲む横補強筋１６Ｆとして配置されている。

なお、設備用孔２０の上方に位置する鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの箇所では、図２（Ｃ）に示すように、横補強筋１６は、上梁主筋列１４０２Ａと下梁主筋列１４０２Ｂの左右４本ずつを別々に囲む横補強筋１６Ｇと、それら左右の横補強筋１６Ｇに被せる横補強筋１６Ｈで構成してもよい。同様に、設備用孔２０の下方に位置する鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの箇所では、横補強筋１６は、上梁主筋列１４０２Ｃと下梁主筋列１４０２Ｄの左右４本ずつを別々に囲む横補強筋１６Ｉと、それら左右の横補強筋１６Ｇに被せる横補強筋１６Ｊで構成してもよい。

また、図１に示すように、鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの柱１２側の端部と鉄骨梁１０Ａ側の端部に相当する部分においては、特に横補強筋１６の配筋を密に配した集中補強筋１６Ｋとしている。このように鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの柱１２側の端部と鉄骨梁１０Ａ側の端部に相当する部分に集中補強筋１６Ｋを設けることで、鉄骨から鉄筋コンクリート梁部１０Ｂへの応力の伝達が図られている。

そして、設備用孔２０が貫通形成された鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの箇所を補強する本発明の設備用孔補強部２２が設けられ、設備用孔補強部２２は、設備用孔２０の周辺の補強範囲に位置する梁主筋１４と横補強筋１６Ａ〜１６Ｆを含んで構成されている。
設備用孔補強部２２について詳細に説明する。
設備用孔補強部２２により補強する鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの長手方向に沿った所定の領域すなわち補強範囲Ｌ３は次の式１で決定され、この補強範囲Ｌ３の中心に設備用孔２０の中心が位置している。
Ｌ３＝Ｌ１＋２×Ｌ２……式１。
ここでＬ１は、設備用孔２０の内径の寸法である。
また、Ｌ２は、鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの長手方向に沿って設備用孔２０の両側で設備用孔２０の内周面からの離れた距離である。
設備用孔２０の内周面の上端から鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの上面までの高さを上部梁せいＤ１とし、設備用孔２０の内周面の下端から鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの下面までの高さを下部梁せいＤ２とし、上部梁せいＤ１と下部梁せいＤ２のうち大きい方の寸法を上記のＬ２とする。
補強範囲Ｌ３を大きくとると、使用される鉄筋量が増加し、配筋に手間がかかり、コストアップとなるため、必要最小限の寸法にすることが望まれる。
上記の式１を採用することで、必要最小限の寸法に近い補強範囲Ｌ３が機械的に簡単に求められる。

図３（Ａ）に示すように、補強範囲Ｌ３において、上部梁せいＤ１と、鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの幅とで区画される直方体部分を第１の直方体部分Ｃ１とする。
また、補強範囲Ｌ３において、下部梁せいＤ２と、鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの幅とで区画される長方形部分を第２の直方体部分Ｃ２とする。
そして、それら第１の直方体部分Ｃ１と第２の直方体部分Ｃ２とを別々の柱とみなし、鉄骨Ｓを考慮せずに一般的な鉄筋コンクリート造の柱と同様に曲げに対する設計を行ない、第１の直方体部分Ｃ１については図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第２の直方体部分Ｃ２については図３（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、梁主筋１４と横補強筋１６Ａ〜１６Ｆの鉄筋量およびコンクリート強度を決定する。
あるいは、第１の直方体部分Ｃ１と第２の直方体部分Ｃ２とを別々の柱とみなし、鉄骨Ｓを考慮せずに一般的な鉄筋コンクリート造の柱と同様にせん断に対する設計を行ない、第１の直方体部分Ｃ１については図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、第２の直方体部分Ｃ２については図３（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、梁主筋１４と横補強筋１６Ａ〜１６Ｆの鉄筋量およびコンクリート強度を決定する。
ここで曲げとは、第１の直方体部分Ｃ１、第２の直方体部分Ｃ２に作用する曲げモーメントであり、ハイブリット梁１０に作用する曲げモーメントである。
また、せん断とは、第１の直方体部分Ｃ１、第２の直方体部分Ｃ２に作用するせん断力であり、ハイブリット梁１０に作用するせん断力である。

本実施の形態では、設備用孔２０の上下に位置する鉄筋コンクリート梁部１０Ｂの箇所をそれぞれ別々の柱とみなし、曲げ、せん断に対する設計を行なって鉄筋量、コンクリート強度を決定し、通常の梁主筋１４、横補強筋１６、コンクリートで補強するようにしている。
そのため、一般的な鉄筋コンクリート柱のように主筋、フープ筋、コンクリート強度のみで設計施工でき、複雑な開孔補強筋を使わないため配筋が簡易に行なえ、鉄筋加工と配筋の手間を大幅に削減でき、施工性を向上してコストダウンを図る上で有利となる。

このように設備用孔補強部２２を構成すると、次の効果Ａ〜Ｃが発揮される。
効果Ａ：設備用孔２０周りの鉄筋コンクリート梁部１０Ｂのせん断ひび割れや損傷度合いが改善される。
効果Ｂ：鉄筋の配筋がもともと過密なハイブリッド梁１０の鉄筋コンクリート梁部１０Ｂを、開孔補強筋を用いて補強する場合に比べ、簡単に迅速に確実に補強でき、施工性が改善され、工期の短縮化、コストダウンを図る上で有利となる。
効果Ｃ：設備用孔補強部２２で地震のエネルギーを吸収でき、地震の際の損傷度合を軽減する上で有利となる。

１０……ハイブリッド梁
１０Ａ……鉄骨梁部
１０Ｂ……鉄筋コンクリート梁部
１４……梁主筋
１４０２……梁主筋列
１４０２Ａ、１４０２Ｃ……上梁主筋列
１４０２Ｂ、１４０２Ｄ……下梁主筋列
１６、１６Ａ〜１６Ｊ……横補強筋
２０……設備用孔
２２……設備用孔補強部

Claims

対向する柱間に架け渡された鉄骨の両端部を鉄筋コンクリートで覆い、前記鉄骨の中央部を鉄骨梁部とし、両端部を鉄筋コンクリート梁部とし、前記鉄筋コンクリート梁部は複数の梁主筋とそれら梁主筋を囲む複数の横補強筋とを備えるハイブリッド梁であって、
前記鉄筋コンクリート梁部に、前記鉄筋コンクリート梁部の両側面を貫通する設備用孔が形成され、
前記設備用孔の周辺の前記鉄筋コンクリート梁部の箇所を補強する設備用孔補強部が設けられ、
前記設備用孔補強部は、前記設備用孔を含み前記鉄筋コンクリート梁部の長手方向に沿った所定の領域で前記設備用孔の上方に位置する前記鉄筋コンクリート梁部の直方体部分と、前記設備用孔の下方に位置する前記鉄筋コンクリート梁部の直方体部分とをそれぞれ別々の鉄筋コンクリート造の柱とみなし、各直方体部分はそれぞれ前記鉄筋コンクリート造の柱として前記ハイブリット梁に作用する曲げに対する設計を行なった梁主筋および横補強筋ならびにコンクリート強度で構成されている、
ことを特徴とする設備用孔を有するハイブリッド梁の補強構造。
対向する柱間に架け渡された鉄骨の両端部を鉄筋コンクリートで覆い、前記鉄骨の中央部を鉄骨梁部とし、両端部を鉄筋コンクリート梁部とし、前記鉄筋コンクリート梁部は複数の梁主筋とそれら梁主筋を囲む複数の横補強筋とを備えるハイブリッド梁であって、
前記鉄筋コンクリート梁部に、前記鉄筋コンクリート梁部の両側面を貫通する設備用孔が形成され、
前記設備用孔の周辺の前記鉄筋コンクリート梁部の箇所を補強する設備用孔補強部が設けられ、
前記設備用孔補強部は、前記設備用孔を含み前記鉄筋コンクリート梁部の長手方向に沿った所定の領域で前記設備用孔の上方に位置する前記鉄筋コンクリート梁部の直方体部分と、前記設備用孔の下方に位置する前記鉄筋コンクリート梁部の直方体部分とをそれぞれ別々の鉄筋コンクリート造の柱とみなし、各直方体部分はそれぞれ前記鉄筋コンクリート造の柱として前記ハイブリット梁に作用するせん断に対する設計を行なった梁主筋および横補強筋ならびにコンクリート強度で構成されている、
ことを特徴とする設備用孔を有するハイブリッド梁の補強構造。
前記設備用孔の内径の寸法をＬ１とし、前記設備用孔の内周面の上端から前記鉄筋コンクリート梁部の上面までの高さを上部梁せいＤ１とし、前記設備用孔の内周面の下端から前記鉄筋コンクリート梁部の下面までの高さを下部梁せいＤ２とし、上部梁せいＤ１と下部梁せいＤ２のうち大きい方の寸法をＬ２とすると、前記所定の領域Ｌ３は、Ｌ３＝Ｌ１＋２×Ｌ２で決定され、Ｌ３の中心に前記設備用孔の中心が位置している、
ことを特徴とする請求項１または２記載の設備用孔を有するハイブリッド梁の補強構造。