JP5340661B2 - 鉄筋コンクリート部材の接合構造およびそれを用いた建物 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋コンクリート（以下、ＲＣという）部材と固定端の接合構造を考慮に入れて、超高強度コンクリートの採用を前提とすることなく、圧壊の発生原因である曲げモーメントによる応力を、ヒンジが発生する箇所またはヒンジが発生する前にコンクリートの圧壊が顕著に生じ得る箇所に絞って効果的に低減することが可能なＲＣ部材の接合構造およびそれを用いた建物に関する。

ＲＣ柱部材は、上方からの軸力を負担する構造材である。例えば、建物一階のＲＣ柱は、材端部である柱脚部が通常、一階の床スラブを含む基礎梁やフーチングなどの固定端に接合される。このＲＣ柱が、上層階から高軸力を受けつつ、横方向の地震力を受けて変形が進むと、図１０に示すように、固定端ａと接合されたＲＣ柱ｂの柱脚部ｃ下端縁に、曲げモーメントに起因するヒンジが生じて、コンクリートの圧壊ｄが発生する。圧壊ｄが発生すると、ＲＣ柱ｂの曲げ耐力は急激に減少する。また、圧壊による断面欠損は、ＲＣ柱ｂの軸方向耐力を減少させる。

この種の現象は、建物全体を示した図１１から理解されるように、地震力により建物ｅの高層部が低層部に対して建物ｅ外方へ迫り出すように水平変位することで発生する曲げモーメントによって軸力ｆが増加する下層階の、特に外周のＲＣ柱ｇで顕著に現れる。

下層階の外周柱に限らず、柱梁仕口部が固定端となる各階のＲＣ柱部材の柱脚部でも、同様に起こり得る。ＲＣ柱部材については、この他にも、地震力で軸力が小さくなる、いわゆる引張側の柱であったり、コア壁で地震力を負担するようにした建物の外周柱等にあっても、同様のことが言える。さらに、建物最上階のＲＣ柱部材の柱頭部とこれが接合される屋上スラブとの間でも、圧壊は生じ得る。

また、ＲＣ柱部材以外で、上方からの軸力を負担する構造材として、ＲＣ製の杭部材や壁杭部材、壁部材がある。杭部材や壁杭部材では、材端部となる杭頭部が基礎梁やフーチングなどの固定端に接合される。壁部材では、上端部や下端部が梁や床スラブなどの固定端に接合される。これら柱部材以外の構造材であっても、上方からの軸力を受けつつ、横方向の地震力を受けると、曲げモーメントに起因するヒンジが材端部に生じて、コンクリートの圧壊が発生し得る。

この種の問題に対処すべく、コンクリート柱のみを対象とした技術として、特許文献１の「鉄筋コンクリート柱構造」や特許文献２の「プレキャストコンクリート部材」が知られている。

特許文献１は、地震時のかぶりコンクリートの圧壊、剥離を防止するとともに材料費を低減することを目的として、柱の下端部のかぶりコンクリートと、その他の部分のコンクリートとが異なる配合のコンクリートで形成されている鉄筋コンクリート柱構造であって、前記下端部のかぶりコンクリートは、超高強度高靭性コンクリート製のプレキャスト筒体で形成されており、前記その他の部分のコンクリートは、超高強度コンクリートで形成されているものである。

特許文献２は、耐震性および耐久性に優れ、経済的で工期を短縮することができる高強度・高靭性・高耐久性のプレキャストコンクリート柱として使用することを目的として、超高強度コンクリートまたは超高強度モルタルで中空の外殻体を形成し、該外殻体の中空部を必要な耐震性能に応じた形状にし、大きな応力が作用する箇所を厚肉にし、小さな応力が作用する箇所を薄肉にするものである。
特開２００５−１４６６０１号公報 特開２００６−２３３５４８号公報

これら特許文献では、ＲＣ柱部材単体で、圧壊を防止したり、靭性や耐久性の向上を狙って対策を施したものであって、ＲＣ柱部材が接合される相手である固定端まで考慮したものではなく、得られる構造性能に限界があるという課題があった。また、これら特許文献は、超高強度コンクリートを採用することを前提としていて、材料費が嵩んでしまうという課題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、ＲＣ部材と固定端の接合構造を考慮に入れて、超高強度コンクリートの採用を前提とすることなく、圧壊の発生原因である曲げモーメントによる応力を、ヒンジが発生する箇所またはヒンジが発生する前にコンクリートの圧壊が顕著に生じ得る箇所に絞って効果的に低減することが可能なＲＣ部材の接合構造およびそれを用いた建物を提供することを目的とする。

本発明にかかるＲＣ部材の接合構造は、主筋およびフープ筋が埋設されるとともに、該フープ筋の内側であってかつ大きな圧縮応力が偏在する側の領域に、軸方向応力を負担する減圧用鉄筋が埋設された鉄筋コンクリート部材を、該減圧用鉄筋の定着端部を固定端に定着させて、当該固定端と接合し、前記鉄筋コンクリート部材はさらに、前記主筋と重ね継ぎ手で、若しくは該主筋に対し定着が得られる配置で一端側が埋設されるとともに、他端側が、前記固定端に定着された接合部鉄筋を備え、該接合部鉄筋は、一端側が上記鉄筋コンクリート部材の材軸端部周辺の一部範囲でコンクリートと付着されていないことを特徴とする。

前記減圧用鉄筋は、前記鉄筋コンクリート部材の材軸端部でコンクリートと付着されていないことを特徴とする。

前記鉄筋コンクリート部材がコンクリート製杭部材であって、該コンクリート製杭部材の杭頭部の上方部分の外径寸法を、他の部分よりも縮径して形成したことを特徴とする。

本発明にかかる建物は、上記ＲＣ部材の接合構造が、建物外周に配置される少なくとも一部の鉄筋コンクリート部材と固定端との接合に用いられることを特徴とする。

本発明にかかるＲＣ部材の接合構造およびそれを用いた建物にあっては、ＲＣ部材と固定端の接合構造を考慮に入れて、超高強度コンクリートの採用を前提とすることなく、圧壊の発生原因である曲げモーメントによる応力を、ヒンジが発生する箇所またはヒンジが発生する前にコンクリートの圧壊が顕著に生じ得る箇所に絞って効果的に低減することができる。また、コンクリートとの付着を断って鉄筋を伸び縮み可能として、圧縮応力および引張応力の双方を負担する接合部鉄筋を追加的に設けたので、減圧用鉄筋が作用している状況下で、ＲＣ部材と固定端との接合部における抵抗力を増強でき、これにより、応力負担を効果的に減圧用鉄筋に移して、ＲＣ部材と固定端との接合部周辺でヒンジが生じることによるＲＣ部材の損傷発生を、より効果的に防止することができる。

以下に、本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１には、本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第１実施形態が示されている。第１実施形態では、上方から軸力を受けるＲＣ部材として、上層階からの荷重を負担する建物１階のＲＣ柱部材１を例示して説明する。図１（ａ）は１階のＲＣ柱部材１周辺の概略正面図、図１（ｂ）は当該ＲＣ柱部材１内部およびその周辺の配筋を示す概略正面断面図、図１（ｃ）は同ＲＣ柱部材１内部の配筋を示す平面断面図である。

建物１階のＲＣ柱部材１の柱脚部１ａ周辺には、縦横に配設される基礎梁２の交差部に、杭部材３上に位置させてフーチング４が設けられる。基礎梁２上には、建物１階の床スラブ５が敷設される。これら基礎梁２や杭部材３、フーチング４、床スラブ５はＲＣ構造で構築される。ＲＣ柱部材１は、基礎梁２から立ち上げて、床スラブ５上に設けられる。ＲＣ柱部材１の柱脚部１ａは、床スラブ５を含む基礎梁２を固定端として接合してもよいし、フーチング４を固定端として接合してもよい。本実施形態にあっては、ＲＣ柱部材１は、床スラブ５を含む基礎梁２を固定端として、その他のフーチング４や杭部材３を含む建物基礎部分に接合されている。

ＲＣ柱部材１は基本的には、柱コンクリート６の内部に、柱の周方向に間隔を隔てて配筋した柱主筋７と、これら柱主筋７を取り囲んで柱の高さ方向に間隔を隔てて配筋したフープ筋８とを埋設して形成される。ＲＣ柱部材１の下端から下方へ柱主筋７およびフープ筋８からなる柱鉄筋籠９が突出され、当該柱鉄筋籠９が基礎梁２からフーチング４に達してそれらに定着されることにより、ＲＣ柱部材１は建物基礎部分に接合される。

ＲＣ柱部材１の柱コンクリート６の材料としては、普通コンクリートでも、高強度・超高強度コンクリートであってもよく、また補強材として鋼繊維やカーボン繊維、樹脂繊維等を混入したものであってもよい。また、ＲＣ柱部材１は、中空外殻プレキャストコンクリート筒体内に中詰めコンクリートを充填したものであっても、中実プレキャストコンクリートであっても、コンクリートを現場打ちして構築されるものであってもよい。

本実施形態にあっては、このようにして形成されるＲＣ柱部材１内部に追加して、減圧用鉄筋１０が埋設される。減圧用鉄筋１０も、その下端部１０ａである定着端部が床スラブ５から基礎梁２およびフーチング４に達してそれらに定着される。「減圧用」とは、ＲＣ柱部材１内部に発生する柱軸方向の圧縮応力や引張応力、特に圧縮応力に抵抗してこれを負担し、当該鉄筋１０を有していない場合に比して、柱主筋７や柱コンクリート６の負担を軽減するように機能することを意味する。材質としては、一般的な鉄筋と同等であってよい。

減圧用鉄筋１０は、ＲＣ柱部材１において、必要なコンクリート被り厚が確保され、かつ柱主筋７との錯綜を生じないように、フープ筋８の内側に配筋される。また、減圧用鉄筋１０は、ＲＣ柱部材１の平断面において、大きな圧縮応力が偏在する側の領域に配筋される。ＲＣ柱部材１の平断面において、大きな圧縮応力が偏在する側の領域は、応力解析によって推定可能である。簡単には、例えば平面外形輪郭が長方形状の建物の場合、建物外周に位置するＲＣ柱部材１の建物外側に面する側が、大きな圧縮応力が偏在する領域である。

減圧用鉄筋１０の長さ寸法は、基礎梁２等に定着される下端部１０ａの定着長さに加えて、柱高さ方向における応力分布に応じ、ＲＣ柱部材１内部に発生する柱軸方向の圧縮応力や引張応力を負担して、柱主筋７や柱コンクリート６の負担を軽減することが必要な柱高さ範囲に設定される。

図示例にあっては、減圧用鉄筋１０は、ＲＣ柱部材１の平断面において左側位置に寄せて、２本配筋されている。減圧用鉄筋１０の配筋本数は、応力解析などの結果に従い、柱主筋７や柱コンクリート６の負担を軽減することが必要な程度で、１本もしくは複数本配筋される。また図示例にあっては、２本の減圧用鉄筋１０が一列に直線状に並べて配筋されているが、二列以上としてもよく、また弧状に並べるなどしてもよい。さらに減圧用鉄筋１０は、複数本を束ねて１セットとし、これらセットを複数セット配筋してもよい。減圧用鉄筋１０の配筋位置、すなわちＲＣ柱部材１の柱面からの深さｘはこれも、応力解析の結果などに従って、適宜に設定すればよい。

減圧用鉄筋１０の配筋作業は、柱主筋７やフープ筋８から結束用番線で位置決めするなどして行えばよい。減圧用鉄筋１０は、ＲＣ柱部材１がプレキャスト製であるときは、予め一体的に埋設しておいたり、中詰めコンクリートの打設時に配筋すればよい。ＲＣ柱部材１が現場打ちの場合には、柱主筋７等の配筋と並行して配筋を行い、その後現場打ちコンクリートを打設すればよい。

減圧用鉄筋１０は、柱鉄筋籠９とともに、基礎梁２からフーチング４に達してそれらに定着され、これによりＲＣ柱部材１は基礎梁２等を含む建物基礎部分に接合される。

本実施形態にあっては、ＲＣ柱部材１にはさらに、接合部鉄筋１１が埋設される。材質としては、一般的な鉄筋と同等であってよい。接合部鉄筋１１は、少なくとも上端側１１ａが、柱主筋７と重ね継ぎ手の配置でＲＣ柱部材１に埋設されるとともに、下端側１１ｂが、固定端となる床スラブ５を含む基礎梁２からフーチング４に亘って定着される。

本実施形態では、接合部鉄筋１１は、建物基礎部分でも柱主筋７と重ね継ぎ手の配置となっている。重ね継ぎ手の配置とは、柱主筋７と接合部鉄筋１１との間で応力伝達が行える程度に重なることをいい、重ね継ぎ手のように完全に重なる場合と定着のように少し離れる場合の双方を含む。定着は、ナット等の定着用の金物を用いる場合とフック状に折り曲げる場合などがある。

また、接合部鉄筋１１は、上端側１１ａが床スラブ５上方の柱脚部１ａ周辺の一部範囲で、柱コンクリート６と付着されていない（以下、当該一部範囲を、「付着切り部Ｐ」という）。柱コンクリート６と付着させない付着切り部Ｐは、周知の手段で形成すればよく、例えば、接合部鉄筋１１回りにグリースを塗布したり、布やスリーブを被せるなど、コンクリートの付着作用を阻止すればよい。

接合部鉄筋１１は基本的に、接合部であるＲＣ柱部材１の柱脚部１ａと、床スラブ５を含む基礎梁２との境界において、付着切り部Ｐを形成した側の部材、本実施形態ではＲＣ柱部材１に生じる曲げモーメントに起因する圧縮応力や引張応力の一部を負担する。さらに詳細には、接合部鉄筋１１は、付着切り部Ｐを除くコンクリートと付着している範囲がＲＣ柱部材１等の変形に追従する一方で、付着切り部Ｐがその範囲で、柱高さ方向に自由に伸び縮みし、さらに降伏するなどして、ＲＣ柱部材１と基礎梁２等との境界における柱軸方向の圧縮応力および引張応力の双方を効果的に負担する。

従って、接合部鉄筋１１を備えた場合、ＲＣ柱部材１と基礎梁２を含む建物基礎部分との接合においては、柱主筋７がＲＣ柱部材１から基礎梁２およびフーチング４にわたって存在し、その周辺まで柱主筋７は周囲のコンクリートと付着しているので、柱脚部１ａの付着切り部Ｐに対応する箇所にはコンクリートと一体となった柱主筋７が存在していて、ヒンジが発生するＲＣ柱部材１の柱脚部１ａに抵抗力を持たせることができる。

接合部鉄筋１１は図示にあっては、すべての柱主筋７に対して配筋されているが、一部の柱主筋７に対して配筋するようにしてもよい。接合部鉄筋１１の長さは、基礎梁２を含む建物基礎部分からＲＣ柱部材１の柱脚部１ａ周辺を超える長さ寸法であれば、適宜に設定してよい。図示例にあっては、フーチング７から柱脚部１ａよりも上方に達するように設定されている。

接合部鉄筋１１と減圧用鉄筋１０の長さ関係は、本実施形態にあっては、床スラブ５下の建物基礎部分で同じ定着長さであり、ＲＣ柱部材１内部で、接合部鉄筋１１が減圧用鉄筋１０よりも長くなるように設定されている。しかしながら、これら接合部用鉄筋１１と減圧用鉄筋１０の長さ関係は、応力解析の結果などに従って、適宜に設定すればよい。すなわち、減圧用鉄筋１０は、ＲＣ柱部材１内部において、大きな圧縮応力が偏在する側の領域で柱軸方向の応力を負担する機能を有し、接合部鉄筋１１は、接合部の抵抗力を増大する機能を有することから、それぞれが発揮すべき性能に従って、長さ関係を設定すればよい。接合部鉄筋１１の配筋作業は、減圧用鉄筋１０の配筋作業と同様にして行えばよい。

次に、第１実施形態にかかるＲＣ部材の接合構造の作用について説明する。ＲＣ柱部材１を、基礎梁２を含む建物基礎部分に接合する作業は、上記減圧用鉄筋１０および接合部鉄筋１１を追加して配筋するだけであって、従来周知の種々の工法によって構築することができる。

ＲＣ柱部材１は、軸力を負担している状態で横方向から地震力を受けると、その柱脚部１ａに曲げモーメントが発生する。この曲げモーメントにより、柱脚部１ａの平断面において、一方は引張側となり他方が圧縮側となって、ヒンジが生じる（図１０参照）。すなわち、ＲＣ柱部材１には、その平断面において、大きな圧縮応力が偏在する領域が生じる。

第１実施形態にあっては、ＲＣ柱部材１のこの領域に、床スラブ５を含む基礎梁２に下端部１０ａを定着させて、軸方向応力を負担する減圧用鉄筋１０を埋設しているので、偏在する圧縮応力をこれに抵抗する減圧用鉄筋１０に負担させることができ、またその応力を固定端である基礎梁２側へ流して、柱主筋７や柱コンクリート６が受ける圧縮応力を緩和することができる。

このように、基礎梁２側に定着させた減圧用鉄筋１０によって、基礎梁２を含む建物基礎部分を含めて、圧縮応力を負担することができるので、柱脚部１ａでの圧壊を遅延させたり、圧壊発生を防止することができる。これにより、ＲＣ柱部材１の曲げ耐力をより長く維持することができる。また、圧壊発生を防止できるので、ＲＣ柱部材１に断面欠損が生じることもなく、ＲＣ柱部材１の軸方向耐力も維持することができる。

また、柱軸方向にコンクリートとの付着を断って鉄筋を伸び縮み可能とする付着切り部Ｐを備えて、圧縮応力および引張応力の双方を負担する接合部鉄筋１１を追加的に設けたので、減圧用鉄筋１０が作用している状況下で、ＲＣ柱部材１と固定端となる床スラブ５を含む基礎梁２との接合部における抵抗力を増強でき、これにより、応力負担を効果的に減圧用鉄筋１０に移して、ＲＣ柱部材１と基礎梁２との接合部周辺でヒンジが生じることによるＲＣ柱部材１の損傷発生を、より効果的に防止することができる。

以上説明したように、第１実施形態にかかるＲＣ部材の接合構造によれば、ＲＣ柱部材１と床スラブ５を含む基礎梁２の接合構造を考慮に入れて、背景技術で述べられているような超高強度コンクリートの採用を前提とすることなく、圧壊の発生原因である曲げモーメントによる応力を、ヒンジが発生する箇所またはヒンジが発生する前にコンクリートの圧壊が顕著に生じ得る箇所に絞って効果的に低減することができる。

また、当該接合構造の施工に際しては、柱鉄筋籠９に追加的に、減圧用鉄筋１０および接合部鉄筋１１を配筋するだけでよく、低コストかつ良好な施工性で、ＲＣ柱部材１の圧壊を防止することができる。減圧用鉄筋１０は、フープ筋８の内側に配筋するので、柱主筋７との錯綜も防止して、配筋作業が複雑化することを防止しつつ、ＲＣ柱部材１の圧壊を防止できる。

図２には、本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第２実施形態が示されている。第２実施形態は、基礎梁２を備えていない建物に適用した例である。基礎梁２を備えていない建物の場合には、フーチング４の上面を固定端として考慮すればよい。

第１実施形態と異なる点は、固定端がフーチング４上面となることから、接合部鉄筋１１の付着切り部Ｐを、フーチング４上面を境界として設定する。この場合、減圧用鉄筋１０は、図示しない土間スラブ上の露出された柱脚部１ａまで設けることが好ましい。このような第２実施形態にあっても、固定端を考慮する位置が異なるだけで、第１実施形態と同様の作用効果を得ることができることはもちろんである。

図３には第３実施形態が、図４には第４実施形態が示されている。これら実施形態は、第１および第２実施形態の接合部鉄筋１１を省略したものである。減圧用鉄筋１０は３本配筋されていて、当該減圧用鉄筋１０によって得られる作用効果は、上記実施形態と同様である。

また特に、図３では、上記実施形態と同様に、減圧用鉄筋１０が全体的にコンクリートと付着されているのに対し、図４では、減圧用鉄筋１０は、上記第１および第２実施形態で説明した接合部鉄筋１１と同様な構成で、その上端部１０ｂ側が床スラブ５上面もしくはフーチング４上面とＲＣ柱部材１との接合位置を境界として、上方の柱脚部１ａ周辺の一部範囲で、柱コンクリート６と付着されていない（以下、当該一部範囲を、「非拘束伸縮部Ｑ」という）。

非拘束伸縮部Ｑでは、減圧用鉄筋１０が負担する圧縮応力等は柱コンクリート６に伝達されることはない。このような非拘束伸縮部Ｑを形成することで、減圧用鉄筋１０は、非拘束伸縮部Ｑを除くコンクリートと付着している範囲がＲＣ柱部材１等の変形に追従する一方で、非拘束伸縮部Ｑがその範囲で、柱高さ方向に自由に伸び縮みしつつコンクリートを介さずに応力を伝達し、さらに降伏するなどして、付着を除去した範囲のコンクリートの応力を当該非拘束伸縮部Ｑの軸応力および曲げ応力で緩和するので、曲げモーメントに起因するヒンジが生じても、柱軸方向の圧縮応力および引張応力の双方をより効果的に負担して、柱脚部１ａの曲げ耐力を維持することができる。減圧用鉄筋１０は、引張降伏後、さらに効果的に圧縮力を負担していくので、非拘束伸縮部Ｑの形成はきわめて有効である。

図示しないけれども、第１および第２実施形態の減圧用鉄筋１０に非拘束伸縮部Ｑを設けるようにしてもよい。

図５には、本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第５実施形態が示されている。第５実施形態では、上方から軸力を受けるＲＣ部材として、フーチング４上からの荷重を負担するＲＣ製の杭部材３を例示して説明する。図５（ａ）は杭頭部３ａ周辺の配筋を示す概略正面断面図、図５（ｂ）は同杭頭部３ａ内部の配筋を示す平面断面図である。杭部材３としては、既製杭や場所打ち杭など、従来周知のどのような構造形式・施工形式のものであってもよい。図示例にあっては、基礎梁２は示されていないが、基礎梁２を備えた建物基礎部分であってもよい。杭部材３の杭頭部３ａ上には、フーチング４を介して、ＲＣ柱部材１が設けられる。

杭部材３は基本的には、杭コンクリート１２の内部に、杭の周方向に間隔を隔てて配筋した杭主筋１３と、これら杭主筋１３を取り囲んで杭の高さ方向に間隔を隔てて配筋したフープ筋１４とからなる杭鉄筋籠１５を埋設して形成される。このように形成された杭部材３の杭頭部３ａ上に、フーチング４が接合される。フーチング４の下面が杭部材３の固定端となる。

本実施形態にあっては、このようにして形成される杭部材３内部に追加して、減圧用鉄筋１０が埋設される。減圧用鉄筋１０は、その上端部１０ｂである定着端部がフーチング４に定着される。減圧用鉄筋１０は、第１実施形態のＲＣ柱部材１の場合と同様に、必要なコンクリート被り厚が確保され、かつ杭主筋１３との錯綜を生じないように、フープ筋１４の内側に配筋される。また、減圧用鉄筋１０は、杭部材３の平断面において、大きな圧縮応力が偏在する側の領域に配筋される。

減圧用鉄筋１０の長さ寸法は、フーチング４に定着される上端部１０ｂの定着長さに加えて、杭の深さ方向における応力分布に応じ、杭部材３内部に発生する杭軸方向の圧縮応力や引張応力を負担して、杭主筋１３や杭コンクリート１２の負担を軽減することが必要な杭深さ範囲に設定される。

図示例にあっては、減圧用鉄筋１０は、杭部材３の平断面において左側位置に寄せて、３本配筋されている。減圧用鉄筋１０の配筋本数は、応力解析などの結果に従い、杭主筋１３や杭コンクリート１２の負担を軽減することが必要な程度で、１本もしくは複数本配筋される。また図示例にあっては、３本の減圧用鉄筋１０が一列に直線状に並べて配筋されているが、二列以上としてもよく、また弧状に並べるなどしてもよい。さらに減圧用鉄筋１０は、複数本を束ねて１セットとし、これらセットを複数セット配筋してもよい。減圧用鉄筋１０の配筋位置、すなわち杭部材３の外面からの深さｙはこれも、応力解析の結果などに従って、適宜に設定すればよい。

減圧用鉄筋１０の配筋作業は、杭主筋１３やフープ筋１４から結束用番線で位置決めするなどして行えばよい。減圧用鉄筋１０は、杭部材３が既製杭であるときは、予め一体的に埋設しておいたり、中詰めコンクリートの打設時に配筋すればよい。杭部材３が現場打ちの場合には、杭主筋１３等の配筋と並行して配筋を行い、その後現場打ちコンクリートを打設すればよい。減圧用鉄筋１０は、フーチング４に定着され、これにより杭部材３はフーチング４と接合される。

本実施形態にあっても、杭部材３にはさらに、接合部鉄筋１１が埋設される。接合部鉄筋１１は、少なくとも下端側１１ｂが、杭主筋１３と重ね継ぎ手の配置で杭部材３に埋設されるとともに、上端側１１ａが、固定端となるフーチング４に定着される。また、接合部鉄筋１１は、下端側１１ｂが杭頭部３ａ周辺の一部範囲で、杭コンクリート１２と付着されない付着切り部Ｐとされる。

接合部鉄筋１１は基本的に、接合部である杭部材３の杭頭部３ａと、フーチング４下面との境界において、付着切り部Ｐを形成した側の部材、本実施形態では杭部材３に生じる曲げモーメントに起因する圧縮応力や引張応力の一部を負担する。

接合部鉄筋１１は図示にあっては、すべての杭主筋１３に対して配筋されているが、一部の杭主筋１３に対して配筋するようにしてもよい。接合部鉄筋１１の長さは、フーチング４から杭部材３の杭頭部３ａ周辺を超える長さ寸法であれば、適宜に設定してよい。図示例にあっては、フーチング４から杭頭部３ａよりも下方に達するように設定されている。

接合部鉄筋１１と減圧用鉄筋１０の長さ関係は、本実施形態にあっては、フーチング４で同じ定着長さであり、杭部材３内部で、接合部鉄筋１１が減圧用鉄筋１０よりも長くなるように設定されている。しかしながら、これら接合部用鉄筋１１と減圧用鉄筋１０の長さ関係は、応力解析の結果などに従って、適宜に設定すればよい。すなわち、減圧用鉄筋１０は、杭部材３内部において、大きな圧縮応力が偏在する側の領域で杭軸方向の応力を負担する機能を有し、接合部鉄筋１１は、接合部の抵抗力を増大する機能を有することから、それぞれが発揮すべき性能に従って、長さ関係を設定すればよい。接合部鉄筋１１の配筋作業は、減圧用鉄筋１０の配筋作業と同様にして行えばよい。

次に、第５実施形態にかかるＲＣ部材の接合構造の作用について説明する。杭部材３を、フーチング４に接合する作業は、上記減圧用鉄筋１０および接合部鉄筋１１を追加して配筋するだけであって、従来周知の種々の工法によって構築することができる。

杭部材３は、軸力を負担している状態で横方向から地震力を受けると、その杭頭部３ａに曲げモーメントが発生する。この曲げモーメントにより、杭頭部３ａの平断面において、一方は引張側となり他方が圧縮側となって、ヒンジが生じる。すなわち、杭部材３には、その平断面において、大きな圧縮応力が偏在する領域が生じる。

第５実施形態にあっては、杭部材３のこの領域に、フーチング４へ上端部１０ｂを定着させて、軸方向応力を負担する減圧用鉄筋１０を配筋しているので、偏在する圧縮応力をこれに抵抗する減圧用鉄筋１０に負担させることができ、またその応力を固定端であるフーチング４側へ流して、杭主筋１３や杭コンクリート１２が受ける圧縮応力を緩和することができる。

このように、フーチング４側に定着させた減圧用鉄筋１０によって、建物基礎部分を含めて、圧縮応力を負担することができるので、杭頭部３ａでの圧壊を遅延させたり、圧壊発生を防止することができる。これにより、杭部材３の曲げ耐力をより長く維持することができる。また、圧壊発生を防止できるので、杭部材３に断面欠損が生じることもなく、杭部材３の軸方向耐力も維持することができる。

また、杭軸方向に鉄筋を伸び縮みさせる付着切り部Ｐを備えて、圧縮応力および引張応力の双方を負担する接合部鉄筋１１を追加的に設けたので、減圧用鉄筋１０が作用している状況下で、杭部材３と固定端となるフーチング４との接合部における抵抗力を増強でき、これにより、応力負担を効果的に減圧用鉄筋１０に移して、杭部材３とフーチング４との接合部周辺でヒンジが生じることによる杭部材３の損傷発生を、より効果的に防止することができる。

以上説明したように、第５実施形態にかかるＲＣ部材の接合構造にあっても、杭部材３とフーチング４の接合構造を考慮に入れて、背景技術で述べられているような超高強度コンクリートの採用を前提とすることなく、圧壊の発生原因である曲げモーメントによる応力を、ヒンジが発生する箇所またはヒンジが発生する前にコンクリートの圧壊が顕著に生じ得る箇所に絞って効果的に低減することができる。

また、当該接合構造の施工に際しては、杭鉄筋籠１５に追加的に、減圧用鉄筋１０および接合部鉄筋１１を配筋するだけでよく、低コストかつ良好な施工性で、杭部材３の圧壊を防止することができる。減圧用鉄筋１０は、フープ筋１４の内側に配筋するので、杭主筋１３との錯綜も防止して、配筋作業が複雑化することを防止しつつ、杭部材３の圧壊を防止できる。

図６および図７には、第６および第７実施形態が示されている。これら実施形態は、杭部材３を対象とした、上記第３および第４実施形態に相当するＲＣ部材の接合構造である。これら実施形態は、第５実施形態の接合部鉄筋１１を省略したものである。

図６では、上記実施形態と同様に、減圧用鉄筋１０が全体的にコンクリートと付着されているのに対し、図７では、減圧用鉄筋１０は、その下端部１０ａ側がフーチング４下面と杭部材３との接合位置を境界として、下方の杭頭部３ａ周辺の一部範囲で非拘束伸縮部Ｑとされている。

このように非拘束伸縮部Ｑを形成することで、減圧用鉄筋１０は、非拘束伸縮部Ｑを除くコンクリートと付着している範囲が杭部材３等の変形に追従する一方で、非拘束伸縮部Ｑがその範囲で、杭深さ方向に自由に伸び縮みし、さらに降伏するなどして、曲げモーメントに起因するヒンジが生じても、杭軸方向の圧縮応力および引張応力の双方をより効果的に負担することができる。

図示しないけれども、第５実施形態の減圧用鉄筋１０に非拘束伸縮部Ｑを設けるようにしてもよい。

図８には、第８実施形態が示されている。第８実施形態では、第５実施形態の構成に加えて、杭頭部３ａの上方部分に、外径寸法が杭部材３の他の部分よりも縮径された縮径部１６が形成される。縮径部１６は、杭部材３の外回りから外方へはみ出さないように、杭部材３と同心で形成される。これにより、縮径部１６を挟んで、フーチング４と杭部材３との間に、杭部材３の周方向に沿って環状の隙間Ｖが形成される。この隙間Ｖにより、杭部材３の杭頭部３ａが曲げモーメントによる回転作用を受けたときに、杭部材３の杭頭部３ａがフーチング４下面に押し付けられることを防止して、これによっても圧壊の発生を防止することができる。

また、縮径部１６により杭部材３の杭頭部３ａが絞られた形態となって応力が増大するけれども、接合部鉄筋１１の付着切り部Ｐによって杭頭部３ａとフーチング４との抵抗力を増大でき、縮径部１６回りの応力を接合部鉄筋１１に負担させて、杭部材３の健全性を確保することができる。図示しないけれども、第８実施形態の減圧用鉄筋１０に非拘束伸縮部Ｑを設けるようにしてもよく、これにより、縮径部１６周辺に対する応力緩和作用をさらに向上することができる。

さらに、上記実施形態の変形例として、図４および図５に二点鎖線Ｚで示したように、ＲＣ柱部材１の下端や杭部材３の上端に凸球面部を形成するとともに、床スラブ５の上面やフーチング４下面に、対応する凹球面部を形成し、曲げモーメントによる回転作用を吸収するようにしてもよい。この際、凸球面部と凹球面部は、回転作用でＲＣ柱部材１や杭部材３に圧壊などの損傷が生じない形状に設定することが好ましい。

図９には、本発明にかかる建物の好適な一実施形態の平面プランが示されている。本実施形態にあっては、建物外周に配置される少なくとも一部のＲＣ部材と固定端との接合に、上記第１から第８実施形態に示したＲＣ部材の接合構造が適用される。図示例にあっては、平面長方形状の建物Ｓが示されている。

図１１に示したように、地震力により建物ｅの高層部が低層部に対して建物ｅ外方へ迫り出すように水平変位すると、これにより発生する曲げモーメントによって、建物ｅ外周の柱部材９や杭部材で軸力が顕著に増加する。そしてこれら建物ｅ外周の柱部材ｇ等の平断面において、建物ｅ外側に面する領域で圧縮応力が偏在する。

本実施形態にあっては、建物Ｓの外周に位置する隅柱部材Ｊや側柱部材Ｋに、そしてまた図示しないけれども、建物Ｓ外周の四隅および外周位置直下に位置する杭部材に対し、上記実施形態にかかるＲＣ部材の接合構造が適用される。例えば、側柱部材Ｋについては、建物Ｓ外側に面して減圧用鉄筋１０が配筋される。隅柱部材Ｊについても、建物Ｓ外側に面して、Ｌ字状の配列で減圧用鉄筋１０が配筋される。また、必要に応じて、接合部鉄筋１１も配筋される。建物Ｓ内奥の柱部材Ｌについては、必要に応じて、上記実施形態にかかるＲＣ部材の接合構造を適用してもよい。また、本実施形態にあっては、建物Ｓ外周のすべての柱部材Ｊ，Ｋに減圧用鉄筋１０が配筋されているが、一部の柱部材Ｊ，Ｋに配筋するようにしてもよいことはもちろんである。

本実施形態にかかる建物Ｓの作用について述べると、地震力が横方向に作用することで、建物Ｓの各柱部材Ｊ，Ｋ，Ｌ、特に外周の柱部材Ｊ，Ｋに大きな曲げモーメントが発生し、それに伴ってヒンジが生じる。これに対し、本実施形態にあっては、建物Ｓ外周に配置される少なくとも一部の柱部材Ｊ，Ｋや杭部材に上記実施形態にかかる減圧用鉄筋１０や接合部鉄筋１１を備えたＲＣ部材の接合構造を適用するので、圧縮応力や引張応力を負担させることができ、これら外周の柱部材Ｊ，Ｋや杭部材に圧壊や断面欠損が発生することを防止できて、建物Ｓの健全性を向上することができる。

図示例にあっては、平面長方形状の建物Ｓを例示して説明したが、コの字状やロの字状、その他の平面外形輪郭の平面プランの建物Ｓであっても、建物Ｓの外形輪郭に沿った建物Ｓ外周に配置される少なくとも一部の柱部材Ｊ，Ｋや杭部材に適用することで、同様の作用効果を得ることができる。

以上の実施形態にあっては、建物１階のＲＣ柱部材１および杭部材３を例示して説明したが、各階の柱部材の場合には柱梁仕口部との接合部に、建築物最上階の柱部材の柱頭部と屋上スラブとの間では当該屋上スラブとの接合部に適用すればよい。またＲＣ柱部材の柱脚部を固定端に接合する箇所であれば、いわゆる引張側の柱や、コア壁で地震力を負担するようにした建築物の外周柱等に対しても上記構成を適用することで、建物の健全性を向上することができる。

例えば節付きの壁杭など、壁杭部材の場合にも、同様に適用することができる。壁部材であっても、上端部や下端部が接合される梁や床スラブとの接合に対し、同様に適用することができる。これらいずれの例にあっても、上記実施形態と同様に、構造材と固定端との間に生じる応力の一部を減圧用鉄筋で負担することができ、圧壊など損傷発生を効果的に防止することができる。

本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第１実施形態を説明する説明図である。 本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第２実施形態を説明する説明図である。 本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第３実施形態を説明する説明図である。 本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第４実施形態を説明する説明図である。 本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第５実施形態を説明する説明図である。 本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第６実施形態を説明する説明図である。 本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第７実施形態を説明する説明図である。 本発明にかかるＲＣ部材の接合構造の第８実施形態を示す杭頭部周辺の配筋を示した概略正面図である。 本発明にかかるＲＣ部材の接合構造を用いた建物の平面プランを示す図である。 背景技術における課題を説明するための柱脚部周辺の概略拡大図である。 背景技術における課題を説明するための建物の概略側面図である。

符号の説明

１ ＲＣ柱部材
１ａ 柱脚部
２ 基礎梁
３ ＲＣ製の杭部材
３ａ 杭頭部
４ フーチング
５ 床スラブ
７ 柱主筋
８，１４ フープ筋
１０ 減圧用鉄筋
１１ 接合部鉄筋
１３ 杭主筋
１６ 縮径部
Ｊ 隅柱部材
Ｋ 側柱部材
Ｐ 付着切り部
Ｑ 非拘束伸縮部
Ｓ 建物

Claims (4)

1. 主筋およびフープ筋が埋設されるとともに、該フープ筋の内側であってかつ大きな圧縮応力が偏在する側の領域に、軸方向応力を負担する減圧用鉄筋が埋設された鉄筋コンクリート部材を、該減圧用鉄筋の定着端部を固定端に定着させて、当該固定端と接合し、
   前記鉄筋コンクリート部材はさらに、前記主筋と重ね継ぎ手で、若しくは該主筋に対し定着が得られる配置で一端側が埋設されるとともに、他端側が、前記固定端に定着された接合部鉄筋を備え、該接合部鉄筋は、一端側が上記鉄筋コンクリート部材の材軸端部周辺の一部範囲でコンクリートと付着されていないことを特徴とする鉄筋コンクリート部材の接合構造。
2. 前記減圧用鉄筋は、前記鉄筋コンクリート部材の材軸端部でコンクリートと付着されていないことを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート部材の接合構造。
3. 前記鉄筋コンクリート部材がコンクリート製杭部材であって、該コンクリート製杭部材の杭頭部の上方部分の外径寸法を、他の部分よりも縮径して形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の鉄筋コンクリート部材の接合構造。
4. 請求項１〜３いずれかの項に記載の鉄筋コンクリート部材の接合構造が、建物外周に配置される少なくとも一部の鉄筋コンクリート部材と固定端との接合に用いられることを特徴とする建物。

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