JP4352045B2 - 柱状構造物 - Google Patents

Description

本発明は、硬化材内に軸方向鉄筋が配置される、橋脚や建物の柱等の柱状構造物に関し、特に狭隘箇所に設置するのに適した柱状構造物に関する。

狭隘箇所、例えば並行する線路に挟まれた箇所などに構造物の柱を設置する場合には、そのスペースに応じて柱の断面寸法を小さくする必要がある。従来、鉄筋コンクリート柱構造では、軸方向鉄筋を１本ずつ所定間隔で並列した状態に配置している。しかし、このような鉄筋コンクリート柱においてその断面寸法を小さくして鉄筋比を大きく（鉄筋量を多く）すると、曲げモーメントによるモルタル部分の脆性的な圧縮破壊が生じる恐れがあった。

一方、このような狭隘箇所に、鋼管内にコンクリートを充填してなるコンクリート充填鋼管柱構造（以下、ＣＦＴ構造という。）が採用されることがある（例えば、特許文献１参照。）。このＣＦＴ構造は、大きな耐力、変形性能（耐震性能）を有しつつ、柱の断面寸法を小さくすることが可能なものである。
特開平５−２６３４０２号公報

しかし、ＣＦＴ構造では、これに用いる鋼管が厚肉となるため、その材料費が高価となるという問題があった。

本発明の課題は、構造物の柱において、十分な耐力、耐震性能を確保しながら断面寸法を小さくするとともに、その材料費を安価にすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、例えば図１および図２に示すように、硬化材３内に軸方向鉄筋５が配置される柱状構造物１であって、前記軸方向鉄筋５を複数束ねてなる束ね軸方向鉄筋４が配置されており、前記軸方向鉄筋５の断面積の合計と前記柱状構造物１の断面積との比（以下、鉄筋比という。）が、０．０６〜０．２５であり、
前記束ね軸方向鉄筋４１は、前記柱状構造物１１の外周面から所定距離だけ内側の位置に、周方向に所定間隔で並列された状態に配置され、かつ、水平断面の外形が、前記柱状構造物１１の外周側ほど前記軸方向鉄筋５の数が多くなるように、ほぼ扇状または三角形状に形成されていることを特徴とする。

このように、複数の軸方向鉄筋５を束ねて硬化材３内に配置することにより、軸方向鉄筋５の配置を高密度にしている。そして、高密度に配置された軸方向鉄筋５により、柱状構造物１の軸圧縮力の一部を負担し、曲げモーメントによるモルタル部分の脆性的な破壊を抑制することができる。つまり、十分な耐力、耐震性能を確保しながら、柱状構造物１の小断面化を図ることができる。さらに、従来のＣＦＴ構造のように高価な厚肉鋼管を用いることがなく、材料コストを低減することができる。

ここで、束ねる軸方向鉄筋５の本数は、より有効に軸圧縮力を負担するために、１０本以上であることが好ましい。

また、硬化材としては、モルタル、コンクリートなどが挙げられる。束ね軸方向鉄筋４間への充填性を考慮するとモルタルであることが好ましい。

そして、鉄筋比を０．０６〜０．２５とすることにより、曲げモーメントによるモルタル部分の脆性的な圧縮破壊の抑制を効果的に行うことができる。ここで、鉄筋比は、より好ましくは０．１５〜０．２０である。

請求項２に記載の発明は、例えば図３に示すように、硬化材３内に軸方向鉄筋５が配置される柱状構造物１２であって、
前記軸方向鉄筋５を複数束ねてなる束ね軸方向鉄筋４２が配置されており、
前記軸方向鉄筋５の断面積の合計と前記柱状構造物１２の断面積との比が、０．０６〜０．２５であり、
前記束ね軸方向鉄筋４２は、前記柱状構造物１２の外周面から所定距離だけ内側の位置に、周方向に所定間隔で並列された状態に配置され、かつ、水平断面の外形が、前記柱状構造物１２の外周側ほど前記軸方向鉄筋５の数が多くなるように、ほぼ扇の頂点部分を取り除いた形状または台形状に形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、柱状構造物において、複数束ねてなる束ね軸方向鉄筋を配置して硬化材内の軸方向鉄筋をその鉄筋比が０．０６〜０．２５として高密度にするため、十分な耐力、耐震性能を確保しつつ柱状構造物の断面寸法を小さくすることができ、かつ従来のＣＦＴ構造に比べ材料費を安価にすることができる。

以下、図を参照して本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。
本実施の形態の柱状構造物１は、狭隘箇所に設置する構造物の柱であり、図１に示すように、その水平断面形状が円形のものである。また、この柱状構造物１の下端にはフーチング２が一体的に硬化材３により形成されている。

柱状構造物１には、硬化材３内に軸方向鉄筋５を複数束ねてなる束ね軸方向鉄筋４が配置されている。さらに、この束ね軸方向鉄筋４はフーチング２内まで延設されている。ここで、硬化材３としては、モルタル、コンクリートなどが挙げられる。束ね軸方向鉄筋４間への充填性を考慮するとモルタルであることが好ましい。

束ね軸方向鉄筋４は、複数本の軸方向鉄筋５をその軸方向を揃えて多段に重ねて、結束線などで縛って束ねられたものである。そして、束ね軸方向鉄筋４の上端面及び下端面において、隣接する軸方向鉄筋５の端部どうしを溶接して固定している。

図２に示す実施例の柱状構造物１１では、束ね軸方向鉄筋４１を、その外周面から所定距離だけ内側の位置に、周方向に所定間隔で並列された状態に６箇所配置している。束ね軸方向鉄筋４１は、１５本の軸方向鉄筋５を５段に重ねて束ねたものであり、その水平断面の外形がほぼ扇状または三角形状に形成されている。

図３に示す実施例の柱状構造物１２では、束ね軸方向鉄筋４２を、その外周面から所定距離だけ内側の位置に、周方向に所定間隔で並列された状態に６箇所配置している。束ね軸方向鉄筋４２は、１５本の軸方向鉄筋５を３段に重ねて束ねたものであり、その水平断面の外形がほぼ扇の頂点部分を取り除いた形状、または台形状に形成されており、図２の実施例よりも周方向に広くなっている。

図４に示す実施例の柱状構造物１４では、束ね軸方向鉄筋４４を、その外周面から所定距離だけ内側の位置に、周方向に所定間隔で並列された状態に４箇所配置している。束ね軸方向鉄筋４４は、２１本の軸方向鉄筋５を６段に重ねて束ねたものであり、その水平断面の外形がほぼ扇状または三角形状に形成されている。

ここで、柱状構造物１、１１〜１４の断面積に対する軸方向鉄筋５の断面積の合計の比（以下、鉄筋比という。）を、０．０６〜０．２５としている。より好ましい鉄筋比は、０．１５〜０．２０である。

そして、本実施の形態の柱状構造物１では、図１に示すように、その付根部の高さ方向の所定範囲において、束ね軸方向鉄筋４を取り囲むようにスパイラル鉄筋６が円形に配置されている。スパイラル鉄筋６は、外周に沿って螺旋状に巻回された鉄筋である。この所定範囲よりも上方においては、束ね軸方向鉄筋４を取り囲むように帯鉄筋７が高さ方向に所定間隔で配置されている。

ここで、柱状構造物１の付根部における曲げ耐力に対するせん断耐力の比（以下、耐力比という。）を、１．５以上としている。

なお、耐力比は、Ｖｕｄ／Ｖｍｕとして算定される。ここで、Ｖｕｄは設計せん断耐力、Ｖｍｕは部材（柱状構造物）が曲げ耐力に達するときのせん断力である。また、Ｖｕｄは、Ｖｕｄ＝Ｖｓｄ＋Ｖｃｄから求められる。ここで、Ｖｓｄはせん断補強鋼材（スパイラル鉄筋６）により受け持たれる棒部材の設計せん断耐力、Ｖｃｄはせん断補強鋼材を用いない棒部材の設計せん断耐力である。また、Ｖｍｕは、Ｖｍｕ＝Ｍｕ／ａとして求められる。ここで、Ｍｕは曲げ耐力、ａはせん断スパン比である。

さらに、このスパイラル鉄筋６は、図１に示すように、フーチング２内に高さ５ｃｍ以上差し込まれて定着されている。スパイラル鉄筋６の定着は、フック状に形成した端部を束ね軸方向鉄筋４に引っ掛けて行っても良いし、折り曲げた端部を硬化材３中に埋め込んで行っても良い。

以上の実施の形態によれば、複数の軸方向鉄筋５を束ねて硬化材３内に配置し、鉄筋比を０．０６〜０．２５、より好ましくは０．１５〜０．２０として、従来の鉄筋コンクリート柱構造の規準値を超えて、軸方向鉄筋５を高密度に配置している。これにより、束ね軸方向鉄筋４が、柱状構造物１の軸圧縮力の一部を負担し、曲げモーメントによるモルタル部分の脆性的な破壊を抑制する。よって、十分な耐力、耐震性能を確保しながら、柱状構造物１の断面寸法を小さくすることができる。さらに、従来のＣＦＴ構造のように高価な厚肉鋼管を用いることなく、材料費を安価にすることができる。

また、このような束ね軸方向鉄筋４を取り囲むスパイラル鉄筋６を配置し、柱状構造物１の耐力比を１．５以上とすることにより、柱状構造物１のせん断耐力を向上させ、靭性率を向上させることができる。また、せん断耐力の向上だけでなく、束ね軸方向鉄筋４のはらみ出しや座屈を防ぐことができる。さらに、スパイラル鉄筋６の鉄筋量を調整することで任意の位置でエネルギー吸収を行うことが可能である。

なお、以上の実施の形態においては、柱状構造物１の水平断面形状を円形としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、三角形断面、あるいは五角形以上の多角形断面、あるいは設置現場の状況に応じた任意の断面形状でもよく、束ね軸方向鉄筋４も柱状構造物１の外周面に沿って角形状、円形状、あるいは任意形状に配置してもよい。

また、束ねる軸方向鉄筋５の本数は、上記実施例の本数に限られないが、１０本以上であることが好ましい。スパイラル鉄筋６のフーチング２内への差込みを高さ５ｃｍ以上としたが、一巻き以上としてもよい。束ね軸方向鉄筋４の配置も、等間隔としているが不等間隔でもよい。

さらに、施工にあたってはモルタルの充填を行うことになるが、束ね軸方向鉄筋４における軸方向鉄筋５どうしの隙間にはモルタルが充填されていなくともよい。その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明を適用した一実施の形態である柱状構造物の構成を示す斜視図である。 一実施例である柱状構造物の水平断面図である。 別の実施例である柱状構造物の水平断面図である。 別の実施例である柱状構造物の水平断面図である。

符号の説明

１、１１、１２，１３，１４ 柱状構造物
２ フーチング
３ 硬化材
４、４１、４２、４４ 束ね軸方向鉄筋
５ 軸方向鉄筋
６ スパイラル鉄筋
７ 帯鉄筋

Claims (2)

1. 硬化材内に軸方向鉄筋が配置される柱状構造物であって、
   前記軸方向鉄筋を複数束ねてなる束ね軸方向鉄筋が配置されており、
   前記軸方向鉄筋の断面積の合計と前記柱状構造物の断面積との比が、０．０６〜０．２５であり、
   前記束ね軸方向鉄筋は、前記柱状構造物の外周面から所定距離だけ内側の位置に、周方向に所定間隔で並列された状態に配置され、かつ、水平断面の外形が、前記柱状構造物の外周側ほど前記軸方向鉄筋の数が多くなるように、ほぼ扇状または三角形状に形成されていることを特徴とする柱状構造物。
2. 硬化材内に軸方向鉄筋が配置される柱状構造物であって、
   前記軸方向鉄筋を複数束ねてなる束ね軸方向鉄筋が配置されており、
   前記軸方向鉄筋の断面積の合計と前記柱状構造物の断面積との比が、０．０６〜０．２５であり、
   前記束ね軸方向鉄筋は、前記柱状構造物の外周面から所定距離だけ内側の位置に、周方向に所定間隔で並列された状態に配置され、かつ、水平断面の外形が、前記柱状構造物の外周側ほど前記軸方向鉄筋の数が多くなるように、ほぼ扇の頂点部分を取り除いた形状または台形状に形成されていることを特徴とする柱状構造物。

Images