JP2020176461A - 無緊張ｐｃ鋼棒コンクリート柱梁構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリート部材からなる柱同士の接続を複雑な作業を必要とせずに簡単かつ経済的に接続できるようにする。
【解決手段】柱３と梁５とで構成されたラーメン構造の柱梁接合構造であって、柱３ａは、梁５を受ける顎３１を有するコンクリート部材であり、この顎３１にプレキャストコンクリート梁５ａ、５ｂが載置されて梁５ａ、５ｂに配置されたＰＣ鋼線２１が柱梁接合部（パネルゾーン）６を貫通して設けてあって柱３ａと梁５が圧着接合されるとともに、柱３ａの軸方向においては、所定の長さ毎に接続部が設けられ、カップラー４ａ、４ｂで接続されて一体化されたＰＣ鋼棒２ａ、２ｂ、２ｃが柱の補強材を兼ねる柱同士の接続鋼材として無緊張で配設されており、ＰＣ鋼材の緊張定着作業を必要とせず、また、緊張定着具が不要なのでコストの節約と施工期間を短縮することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は柱と梁とで構成されるラーメン構造であって、コンクリート柱の補強材を兼ねる柱同士の接続鋼材としてＰＣ鋼棒に緊張力を導入しない無緊張ＰＣ鋼棒を用いた柱梁構造に関するものである。

プレキャストコンクリート部材の柱を接続して一体化するために、従来技術として、特許文献１（特開平３−１４４０４１号公報）に示されるモルタル充填式継手を用いることが知られている。これは、筒型状のモルタル充填式継手内に接続する鉄筋を継手の両端の開口から挿入し、モルタルを充填して固化させて鉄筋を接続するものである。
また、ＰＣ鋼棒等を緊張材として用いてコンクリートにプレストレスを付与すると共にプレキャストコンクリート部材を圧着接合して一体化することが特許文献２（特開２００８−２８５９５２号公報）に開示されている。
更に、ＰＣケーブルによるプレキャストコンクリート部材の圧着接合と併用して、ＰＣ鋼材をスリープ内において重ね継ぎすることによって接合する方法が特許文献３（特開２００９−９７２１２号公報）に開示されている。

特開平３−１４４０４１号公報 特開２００８−２８５９５２号公報 特開２００９−９７２１２号公報

モルタル充填式鉄筋継手は、接続する柱の各主鉄筋１本毎の継手にモルタルを充填しなければならず、接続作業が煩雑であり、労力とコストがかかるものである。特に、柱の鉄筋本数が多く、鉄筋が密に配筋されている場合はモルタルの充填作業に手間取っていた。

一方、ＰＣ鋼棒を用いてプレキャストコンクリート部材を圧着接合する方法によれば鉄筋の接続は不要となるのでプレキャストコンクリート部材の柱同士を容易に接続することができ、モルタル充填式継手にモルタルを充填するという作業は不要となって前記の問題は解消される。
しかしながら、柱には軸圧縮力が作用するものであり、建築物の下の階ほど柱が負担する軸圧縮力が増大するので、増大した軸圧縮力が導入するプレストレスに制約が生ずる。高層や超高層建物となると、下の階において柱に作用する軸圧縮力が大きなものとなるので柱の断面を増大しなければならず、コストがかかるばかりでなく、柱が占有する面積が増大し、建築物の有効利用面積が減少するので経済性に劣ることとなる。

特許文献３（特開２００９−９７２１２号公報）に示されているＰＣケーブルによる圧着接合とＰＣ鋼棒の重ね継ぎを併用するプレキャストコンクリート柱同士を接合する方法を採用することによって前述のＰＣ圧着接合した場合に発生する問題を解消することができる。

しかし、ＰＣ鋼棒を重ね継ぎするには、接合部の上下のＰＣ鋼棒を重ね継ぎする区間において配置をずらす必要があり、ＰＣ鋼棒の断面内における納まりが悪くなり、更に、ＰＣ鋼棒が狭い間隔で平行配置されているため各ＰＣ鋼棒の間の空間が狭くなり、継手スリーブにグラウトが充填不足となる恐れがある。また、上部柱部材の複数のＰＣ鋼棒がスリーブ内に内蔵された状態で取り付けするため、プレキャストコンクリート部材製作時の誤差や施工中になんらかの原因でＰＣ鋼棒に曲がりが生じた場合には、重複区間において上下ＰＣコンクリート部材のＰＣ鋼棒を適切な間隔をあけて配設することができず、ＰＣ鋼棒同士が接触して適正な位置に挿入できなくなることがあり、その修正が必要となるので作業に時間と手間がかかるものとなりコストに影響がでるものとなる。
本発明は、上記の問題を鑑みてなされているものであり、コンクリート部材からなる柱同士の接続を複雑な作業を必要とせずに簡単かつ経済的に接続できるようにすることを課題とするものである。

本発明は、柱と梁とで構成されたラーメン構造であって、コンクリート柱に設けられている顎にプレキャストコンクリート梁が載置してあり、梁に配置されたＰＣ鋼線が柱梁接合部（パネルゾーン）を貫通して緊張定着してあって柱と梁が圧着接合されて一体化されており、柱の軸方向には、所定の長さ毎に接続部が設けられカップラーで接続されたＰＣ鋼棒が柱同士の接続鋼材として無緊張で柱の軸方向に配設されて一体化されていることを特徴とする柱梁構造である。
また、前記柱はプレキャストコンクリート部材であり、柱梁接合部（パネルゾーン）は現場打ちコンクリートで形成され、前記ＰＣ鋼棒が前記柱に埋設されたシース内に挿通されて接続部においてカップラーで接続されており、シース内にはグラウトが充填硬化されており、ＰＣ鋼棒と柱プレキャストコンクリート部材が一体化されることを特徴とする柱梁構造である。
更に、柱梁接合部（パネルゾーン）がプレキャスト部材とする柱本体と一体的に形成され、貫通するＰＣ鋼線で柱と梁が圧着接合してあり、ＰＣ鋼棒が柱に埋設されたシース内に挿通され、カップラーで接続されており、シース内に充填したグラウトの硬化によって無緊張のＰＣ鋼棒と柱とが一体化されることを特徴とする柱梁構造である。
更に、柱梁接合部（パネルゾーン）には欠込みが形成してあり、柱の接続部がこの欠込み内に設けられ周囲の梁上端と段差が形成された状態で柱同士が無緊張のＰＣ鋼棒で接続されることを特徴とする柱梁構造である。

前記の柱及び柱梁構造は以下に列挙する効果が期待できる。
（１）柱の軸方向においては、所定の長さ毎に接続部が設けられ、柱に配置された無緊張のＰＣ鋼棒がカップラーで接続一体化されたものであるので、緊張定着具を必要としない。従ってＰＣ鋼棒の緊張作業が不要であるので施工作業が単純であることから施工時間を短縮することができる。
（２）柱に配設されたＰＣ鋼棒は、通常の鉄筋に比べ３倍も高い降伏強度を有する部材であるので、ＲＣ柱は巨大地震時に鉄筋が降伏してしまうが、同様な大きさの地震荷重を受けた場合であってもＰＣ鋼棒が降伏に至ることはなく、弾性範囲内にあってＰＣ鋼棒とコンクリートとの付着が維持された状態であり、地震動の終了後の弾性復元力が期待でき、柱は元の位置に復帰して建築物の使用に支障をきたす残留変形が生じないので、建築物を地震前と同様に使用することができる。
（３）ＰＣ鋼棒が普通の鉄筋より３倍高い降伏強度を有することのメリットを活かし、通常の鉄筋と同じ耐力で柱を設計した場合、通常の鉄筋をモルタル充填継手等による接続に比べ、ＰＣ鋼棒の本数を最大で三分の１にまで減らすことができ、現場作業の手間を大幅に減少させることができる。
また、通常の鉄筋と同量のＰＣ鋼棒を配置した場合には、想定外の大地震であってもＰＣ鋼棒が降伏に至ることがなく、そして、柱は地震荷重から解放されれば、従来のＰＣ鋼棒を緊張して柱にプレストレスを加えた場合と同様に、無緊張ＰＣ鋼棒が硬化されたグラウトを介して柱本体と付着して一体化されたことによって、ＰＣ鋼棒の弾性変形の戻りで柱に弾性復元力が作用し、柱は元の位置に復元されるので地震後すぐに使用することができ、復興活動を素早く行うことが可能である。
また、柱梁接合部（パネルゾーン）には欠込みを形成して柱の接続部を欠込み内に設け、柱の接続部と周囲の梁上端との間に段差が形成された状態にしてあることによって、この段差がせん断コッターのような役割を果たし、柱の接続部（面）における相対せん断のずれや滑りを防ぐことができ、無緊張ＰＣ鋼棒を用いて柱同士を接続することが、従来のＰＣ鋼棒を緊張定着して柱同士をＰＣ圧着接合することと同様なせん断耐力が得られ、地震時の柱全体のせん断耐力の低下を防止することができる。

本発明の第１実施例の柱梁接合部（パネルゾーン）及び工程図。 本発明の第２実施例の柱梁接合部（パネルゾーン）。 本発明の第３実施例の柱梁接合部（パネルゾーン）。

以下、本発明の柱梁接合部（パネルゾーン）を図１の実施例の工程図に基づいて説明する。
図１の実施例は、下部構造と上部構造との間に免震装置を介在させて免震建物構造とした例である。
（１）下部構造は杭基礎１とし、その上に建築物の上部構造１０が免震装置１１の上端に設けられたフーチング１２に予めＰＣ鋼棒２ａを埋設して配置し、所定の長さＬ_１をフーチング１２の上端から突出させて設置する。長さＬ_１は、ＰＣ鋼棒２ａの接続位置がヒンジゾーンから外れるように定める。
好ましいのは、フーチング１２上端の柱設置位置に欠込み１３を設けて柱３ａの下端接続部（面）３０とフーチング１２上端との間に段差を形成することである。この段差によってせん断コッターが形成されて柱３ａの下端接続部３０のせん断ずれや滑り防止になる。
（２）１節目の柱３ａに設置する柱補強材を兼ねる接続鋼材のＰＣ鋼棒２ｂをカップラー４ａでフーチング１２上端から突出しているＰＣ鋼棒２ａと接続する。
このＰＣ鋼棒２ｂの先端は、上階（この場合は２階）の柱３ｂの接続部（面）３０より所定長さＬ_２だけ突出する長さとしてある。配筋工事（図示省略）を行い１節目の柱３ａを現場打ちコンクリートで形成する。長さＬ_２もＬ_１と同様に接続位置がヒンジゾーンから外れるように定めてある。
柱３ａに梁受け顎３１を設けることが好ましいが、柱３ａと一体の顎を設けないコンクリート製柱を構築し、梁を載置する位置に鋼製ブラケット（図示しない）を設けて顎に相当するものとしてもよい。
プレキャストコンクリート部材の梁部材５ａ、５ｂを柱３ａの顎３１に載置して架設する。この実施例においては、１節目柱３ａの接続部（面）３０は、顎３１の上端面となる。この場合では、顎３１の上端面３０に形成された柱接続部（面）３０が梁５ａ、５ｂに囲まれているため、せん断ずれや滑りを発生する恐れはないので、欠込みを設けて段差を形成する必要としない。
（３）柱梁接合部（パネルゾーン）６に配線、配筋工事（図示しない）を行い、コンクリートを打設して柱梁接合部（パネルゾーン）６を形成し、梁上端のトップコンクリート７と共にスラブを打設して梁５を合成梁として形成する。
柱梁接合部（パネルゾーン）６の形成後、平面２方向の梁部材５ａ、５ｂにＰＣ鋼線を貫通して緊張定着してプレストレスを柱梁接合部（パネルゾーン）６に導入して一体化する。
前記フーチング１２上端と同様に柱梁接合部（パネルゾーン）６の上端に欠込み１３を設けてせん断コッター接合部とするのが好ましい。この場合では、２節目柱３ｂの接続部（面）３０が欠込み１３の上端面となり、梁５の上端と段差が形成される。
（４）２節目の柱３ｂに打ち込む予定のＰＣ鋼棒２ｃをカップラー４ｂを用いて欠込み１３の上面から突出させてあるＰＣ鋼棒２ｂと接続する。配筋工事を行い２節目の柱３ｂをコンクリートを打設して形成する。
以後、同様の工程を繰り返すことによって建築物の上の階を順次に最上階まで構築する。

以上のように構築された免震装置１１を介した免震建物構造は、柱３（３ａ、３ｂ・・・）に無緊張ＰＣ鋼棒２（２ａ、２ｂ・・・）が用いられており、プレストレスを導入されていないので従来のＰＣ鋼棒を緊張定着した構造の柱と比較して、緊張定着具及びＰＣ鋼棒を挿通するためのシースを省略できるという部材の省略によるコスト低減と共にＰＣ鋼棒を緊張する作業とグラウト充填作業を省略できるというメリットがある。

基礎１と上部構造の間に免震装置を介することによって上部構造に作用する地震入力値が小さなものとなることから、柱の補強材を無緊張ＰＣ鋼棒としても十分な弾性復元力を得ることができる。また、柱梁接合部（パネルゾーン）には水平方向においては２方向の梁からＰＣ鋼線の緊張定着によるプレストレスが導入されており、更に、縦方向には建物の上部構造の荷重よる圧縮力が作用しているので三軸方向に圧縮状態になるうえ、柱に配置された無緊張ＰＣ鋼棒２（２ａ、２ｂ・・・）は鉄筋に比較して２〜３倍の高強度であることから、柱の水平変形の発生に伴って弾性復元力が発生するので、あらゆる方向からの地震動に対して抵抗することができる耐震構造物であるといえる。
なお、上記の実施例では免震構造物として説明したが、耐震構造としてもよい。その場合は、下部構造と免震装置を取り除き、他の構成は同様であるので、基本的構成がかわるものでなく、効果に変わりはない。

図２は第２実施例であり、コンクリート製柱３をプレキャスト部材としたものである。
第１実施例と基本的な構造は同じであり、フーチング１２の上端に欠込み１３が設けてあり、ＰＣ鋼棒２ａがフーチング１２の上端より所定長さ突出させて設置してある。
この欠込み１３に台座ブロック１２ｂが嵌合設置されてある。この台座ブロック１２ｂにはフーチング１２に埋設されたＰＣ鋼棒２ａを挿入貫通させるシース１２ｃが設けてあり、ＰＣ鋼棒２ａは、台座ブロック１２ｂを貫通してその上端面から所定長さ突出させてある。台座ブロック１２ｂの水平レベルを調整することによってその上に接続設置されるプレキャストコンクリート製の柱３ａの垂直精度を向上させることができる。

柱３ａはプレキャストコンクリート部材であり、ＰＣ鋼棒２ｂを挿入するシース１２ｃが設けてある。シース１２ｃにＰＣ鋼棒２を挿入してジョイントシース２ｄ内においてカップラー４ａを用いてフーチング１２から延びているＰＣ鋼棒２ａと柱３ａ内に埋設されるＰＣ鋼棒２を接続する。接続した後に柱３ａを台座ブロック１２ｂの上に設置し、シース２ｄ、１２ｃにグラウトを充填して硬化させてＰＣ鋼棒２とプレキャストコンクリート柱３ａとを付着一体化する。

プレキャストコンクリート製の柱３ａの上端に設けてある顎３１にプレキャストコンクリート梁５ａ、５ｂを載せ、柱梁接合部（パネルゾーン）６に配線、配筋工事を行い、梁のトップコンクリート７（スラブ）と共に現場打ちコンクリートを打設してパネルゾーン６を形成する。柱梁接合部（パネルゾーン）６の形成後、平面２方向の梁５ａ、５ｂにＰＣ鋼線２１ｂを挿入して緊張定着し、プレストレスを柱梁接合部（パネルゾーン）６に導入する。柱梁接合部（パネルゾーン）６の上端に欠込み１３を形成してせん断コッター接合部を設けることが好ましい。
以後、同様の手順でプレキャストコンクリート製の柱３ｂを建込み、上階を構築していく。
完成した第２実施例の建築物の構造的特徴は、第１実施例の建築物とかわるものでなくほぼ同じである。
異なる点は、柱３ａがプレキャストコンクリート部材であるので現場でのコンクリート打設作業が必要なく、構築作業が簡易になると共に工場製作のプレキャストコンクリート部材の品質は現場打ちコンクリートに比較して均質で高いものであり、品質の高い建築物を得ることができる。
また、必要に応じて、部材の製造工場においてプレキャストコンクリート柱を製造する際に、１次ケーブルを配設してプレテンション方式でプレストレスを導入することも可能である。

図３は第３実施例であり、柱梁接合部（パネルゾーン）６を柱本体と一体化したプレキャストコンクリート部材３５としたものであり、梁５ａ、５ｂの端部に段差５５を形成して柱３に設けた顎３１に載せるようにしたものである。その他は第２実施例と同様である。

以上のように、２方向の梁５から両方とも柱梁接合部（パネルゾーン）６を貫通するＰＣ鋼線の緊張定着によって柱梁接合部（パネルゾーン）６にプレストレスが導入されている。鉛直方向においては、鉛直荷重による軸力が作用するので、前述のように柱梁接合部（パネルゾーン）６は常に三軸圧縮状態となるので従来のＰＣ緊張力によるプレストレス耐震構造とほぼ同様である。特に、免震建物構造とする場合には、上部構造への地震入力値が小さいので、建物全体の設計荷重において、鉛直荷重と地震荷重（水平荷重）の割合が変化し、鉛直荷重の割合が多くなり、柱梁接合部（パネルゾーン）６に作用する軸力としては満たすことができ、ＰＣ鋼棒を緊張せずに使用することが好適である。
一方、柱軸方向に補強材を兼ねる接続鋼材としてＰＣ鋼棒を用いて緊張せずに無緊張の状態で配設され、充填モルタルによってＰＣ鋼棒はコンクリート柱と付着一体化されている。柱梁接合部（パネルゾーン）６においては、柱３の曲げ変形時においてＰＣ鋼棒とコンクリートとの付着によってＰＣ鋼棒に弾性変形が発生し、この弾性変形が地震後に元の通りに戻そうとする力になる。つまり、無緊張ＰＣ鋼棒も従来の緊張するＰＣ鋼棒と同様に弾性復元力を期待できる。
欠込み１３からなる段差を設けてせん断コッター接合とすることによって、柱の接続部と周囲の梁上端及びフーチング上端との間に段差が形成され、せん断すべりや破壊を抑止することができ、地震時の破壊による柱全体のせん断耐力の低下を防止することができる。

１ 杭基礎
１０ 上部構造
１１ 免振装置
１２ フーチング
１２ｂ 台座ブロック
１２ｃ シース
１３ 欠込み
２、２ａ、２ｂ、２ｃ ＰＣ鋼棒
２ｄ ジョイントシース
２１ｂ ＰＣ鋼線
３（３ａ、３ｂ） 柱
３０ 接続部（面）
３１ 顎
４ａ、４ｂ カップラー
５、５ａ、５ｂ 梁
６ 柱梁接合部（パネルゾーン）
７ トップコンクリート（スラブ）

Claims (4)

1. 柱と梁とで構成されたラーメン構造であって、コンクリート柱に設けられている顎にプレキャストコンクリート梁が載置してあり、梁に配置されたＰＣ鋼線が柱梁接合部（パネルゾーン）を貫通して緊張定着されて柱と梁が圧着接合されて一体化してあり、柱の軸方向においては、所定の長さ毎に接続部が設けられカップラーで接続されたＰＣ鋼棒が柱同士の接続鋼材として無緊張で配設されていることを特徴とする柱梁構造。
2. 請求項１において、柱はプレキャスト部材であってＰＣ鋼棒を配設するシースが埋設されており、柱梁接合部（パネルゾーン）は現場打ちコンクリートで形成され、柱のシースに配設されたＰＣ鋼棒はシース内に挿通されてカップラーで接続され、シース内にはグラウトが充填硬化されて無緊張のＰＣ鋼棒と柱とが一体化されることを特徴とする柱梁構造。
3. 請求項１において、柱梁接合部（パネルゾーン）がプレキャスト部材とする柱本体と一体的に形成され、貫通するＰＣ鋼線で柱と梁が圧着接合してあり、ＰＣ鋼棒が柱に埋設されたシース内に挿通され、カップラーで接続されており、シース内に充填したグラウトの硬化によって無緊張のＰＣ鋼棒と柱とが一体化されることを特徴とする柱梁構造。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、柱梁接合部（パネルゾーン）には欠込みが形成してあり、柱の接続部がこの欠込み内に設けられ周囲の梁上端と段差が形成された状態で柱同士が無緊張のＰＣ鋼棒で接続されることを特徴とする柱梁構造。