JP6205473B1 - 柱と梁の接合部及びその設計方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、特許文献2(特許第3527718号公報)には、特許文献1に示す接合構造において、PC鋼材の緊張力をPC鋼材の降伏強度の30〜60%の有効緊張力で緊張することによってPC鋼材が降伏するのを抑えることが提案されている。(段落0010〜0011参照)
さらに、特許文献3(特許第5612231号公報)において、地震等による大きな水平力が作用したときに柱梁の圧着目地近傍において所要の長さ範囲内で、梁部材内のPC鋼材とグラウトとの付着が切れてアンボンド状態となるようにし、PC鋼材に作用する張力を増加させることなくPC鋼材の伸び量のみを増やして地震エネルギーを吸収する方法が提案されている。
そこで、特許文献3に記載の技術が提案された。しかし、この方法は予め最大付着力の大きさを所定値で付着が切れるようにグラウトの強度とPC鋼材の周長(断面形状と本数に依存する)を適切に調整して設計することが要求され、設計手順(設計工数)が増加するので手間がかかると共に設計コストの増加に繋がる。
本発明は、以上の従来技術の課題を解決するものであって、簡易な設計手法によって水平力を吸収し、従来と同等の効果が得られる柱と梁の接合部及びその設計方法を提供するものである。
そして、接合鋼材の緊張定着力の合力は以下の式(1)、(2)で求めたいずれの値より小さな値に設定した柱と梁の接合部である。
なお、各符号は以下の意味を有する。
P:接合鋼材の緊張定着力の合力(P1+P2)。
M(+):大地震時に接合部の構造目地部に作用する正のモーメント。
M(−):大地震時に接合部の構造目地部に作用する負のモーメント。
dp1:合力Pの作用位置から梁の上端までの距離。
dp2:合力Pの作用位置から梁の下端までの距離。
(1)梁端の構造目地部において、中地震時(稀に起きる地震)までは目地が離間することなく、柱と梁が剛接合状態に維持され、柱と梁は共に弾性範囲にある。大地震時(極く稀に起きる地震)には、目地離間を許容してアンボンド状態に複数段で配置された接合鋼材の伸びで地震エネルギーを吸収し、接合鋼材に作用する張力が緊張定着力(緊張導入力)以上には殆んど増えることなく、目地が弾性状態で離間し梁部材が回転変形することによって梁の応力負担を軽減するので柱と梁を無損傷状態に保つことが可能となる。地震後、PC鋼材の弾性復元力により、離間した目地が閉じ、柱梁構造物全体が元の位置に復元し、残留変形が残ることがない。
(2)接合鋼材をアンボンド状態に配置すると共に、目地離間許容条件を満たすように接合鋼材の緊張定着力(緊張導入力)の合力を定めてあるので、所定の地震力が作用した時に、構造目地部(柱梁PC圧着接合部)では、目地を弾性離間させることができ、柱梁無損傷型構造物を提供することが実現できる。
(3)接合鋼材はアンボンドPC鋼より線を用いてアンボンド状態に配置することによって、接合鋼材の全長による伸びの量で地震エネルギーを吸収するので、充分な伸び量を確保することができる。
(4)接合鋼材として防請塗膜を有するPC鋼より線を用い、接合鋼材とシースとの間にグラウトを充填せずにアンボンド状態としてあるので地震エネルギーを吸収するための接合鋼材の伸び量が充分に得られると共に、通常必要とされているグラウト充填の施工手間を省略でき、コストを軽減することができる。
(5)接合鋼材を1スパン以上に連続して複数のパネルゾーン(柱梁接合部)に貫通して配置することによって、定着具の数量を削減することができると共に緊張工事を行う箇所を減らすことができ、施工手間及びコストを軽減することができる。
建造物1は、基礎2上に設置されたプレキャストコンクリート製柱3と梁4とからなるラーメン構造であり、柱3の内部には複数のPC緊張材のPC鋼棒30がシース(図示省略)内に挿入されて上下方向に配設されており、柱3に配設されるPC鋼棒30の最下端部には定着体30aが設けてあって基礎2のフーチング22内部に固定してある。PC鋼棒30は、カプラー30bで上部に配置したPC鋼棒30と連結してあって上方に延びている。
フーチング22の上部に建込まれたプレキャストコンクリート製柱3は基礎2から1層1節として建込まれており、緊張定着用の各PC鋼棒30は、各節の上部で支圧板とナットなどからなる定着体30aで柱3の内部で固定されて柱の立設状態が維持されている。
なお、図面においては、本発明の本質部分を強調するため、本発明の要部以外の梁4の断面内の一次ケーブル51、52と柱3内部のPC鋼棒30を点線で示しており、シースとPC鋼より線等は図示せず省略してある。
柱3内に緊張定着されたPC鋼棒30とそれを収容するシースとの間の空間にはグラウトが充填されてボンドタイプとしてある。グラウトは、PC鋼棒30の腐食を防ぐ防錆作用も有するものである。
梁4は、プレキャストコンクリート製であり、一次ケーブルとしてプレテンショニング方式のPC鋼材51とポステンテンショニング方式のPC鋼より線52が梁4に配設されてプレストレスが導入されている。プレテンショニング方式は梁部材を製造する際に、ポストテンショニング方式は柱梁を組み立てた後にプレストレスが導入される。
プレキャストコンクリート製梁4の上端にはトップコンクリートを打設して梁4と一体化されたスラブ7が形成してある。なお、トップコンクリートの鉄筋は、柱3とは連結しないのが原則である。
接合鋼材5a、5bが複数のパネルゾーンに渡って連続配置してあり、定着具5cの個数を節約できると共に接合鋼材5a、5bの緊張定着箇所を減らすことができるので緊張定着作業に要する時間の短縮ができ、コストを削減することができる。更に、スパン中央の梁断面において、接合鋼材5a、5bが梁断面の下側にプレストレスを与えることになり、接合鋼材5aによって導入されるプレストレスの分を一次ケーブル51、52によるプレストレス導入量を減らすことができるので、一次ケーブルの数量及び緊張力を減少させることができる。
以上、本発明の基本構成を実施例に基づいて説明したが、基本構成以外の部分、例えば、基礎、柱、梁やトップコンクリート内の配筋等の詳細は省略してあり、図面に表していない。なお、トップコンクリート内の鉄筋は、柱3と連結しないのが原則である。
一次ケーブルとしてプレテンショニング方式のPC鋼材51とポステンショニング方式のPC鋼より線52とが梁4の断面に配置されており、二次ケーブルとしてPC鋼より線の接合鋼材5a、5bが柱3及び梁4に設けてあるシース5sに挿入されて上下二段に配設され、後述の設計手順によって求めた緊張定着力(緊張導入力)の合力で緊張定着されている。
接合鋼材5a、5bは、図3(2)に一例を示すPE(ポリエチレン)被覆5e付きの7本よりPC鋼より線であるアンボンドPC鋼より線を使用している。一般的に、このアンボンドPC鋼より線を所要本数束ねたケーブルを接合鋼材5として使用する。この場合は、複数のアンボンドPC鋼より線で構成された接合鋼材5a、5bとシース5sとの間の空間にグラウトを充填してもしなくてもどちらでもよい。
大地震(極く稀に起きる地震)時に構造目地部6が目地離間しない場合は、地震による曲げモーメントを受けたプレキャスト製コンクリート梁4は、図5(1)に示すように、引張側の曲げ変形が大きなものとなり、コンクリートにひび割れ等が発生し、更には梁内の鋼材が降伏に至って塑性変形し、梁4が回復不能な大きな損傷を受けることになる。
しかし、作用する地震力の大小に応じて構造目地部(柱梁PC圧着接合部)の目地離間を制御することによって、プレキャストコンクリート製コンクリート梁の破損を防止することができる。
なお、実際の目地離間は、僅かに開く程度で十分な効果が得られるものであるが、視覚的に本発明の効果の理解を容易にするために図5においては実際の目地離間よりも大きな離間が生じているように誇張して描いてある。
柱梁の接合部に配設された接合鋼材5(5a、5b)は、少なくともアゴ35の上下2段に配設し、各段に2本配設することにする。P1は上段接合鋼材5aの緊張定着力(緊張導入力)の合計を示し、P2は下段接合鋼材5bの緊張定着力(緊張導入力)の合計を示す。
なお、建造物の規模、荷重や梁のスパン等の条件によっては、接合鋼材5の配設を3段以上の複数段配置としてもよい。
本発明では、接合鋼材5をアンボンド状態に配置するものであり、接合鋼材5の緊張定着力(緊張導入力)は、使用するPC鋼材の降伏荷重の50%〜80%の範囲内で設定するのが好ましい。
以上のように、本発明によれば発明の効果の欄に記載した効果が得られるものである。
2 基礎
21 基礎杭
22 フーチング
23 基礎梁
3 柱
30 緊張材(PC鋼棒)
30a 定着体
30b カプラー
35 アゴ
4 梁(プレキャストコンクリート製梁)
5 接合鋼材
5a 上段接合鋼材
5b 下段接合鋼材
5c 定着具(接合鋼材)
5d 塗装PC鋼より線
5e ポリエチレン被覆シース
5m 防錆塗膜
5s シース
51 プレテンショニング緊張材
52 ポストテンショニング緊張材
6 構造目地部(モルタル充填)
7 床版
P 接合鋼材の合計導入緊張力(P1+P2)
P1 上段接合鋼材の導入緊張力
P2 下段接合鋼材の導入緊張力
Claims (5)
- プレキャストコンクリート製の柱梁からなる建造物の接合部であって、柱には梁を載せるアゴが設けてあり、アゴの上に梁端が設置されると共に柱と梁端の間には構造目地部が形成してあり、柱梁接合部に設けた複数段のシースに接合鋼材が挿入してあって柱梁接合部を貫通させて対向する梁の端部または柱面に設けた定着具までアンボンド状態で配置して緊張定着してあって柱と梁が圧着接合で一体化してあり、
構造目地部においては、中地震時までは目地離間を許容せず、大地震時には目地離間を許容すると共に接合鋼材の伸びによって地震エネルギーを吸収し、接合鋼材に作用する張力が緊張定着力以上には実質的に増加することないように接合鋼材の緊張定着力の合力が以下の式(1)、(2)で求めたいずれの値より小さな値に設定してある柱と梁の接合部。
なお、各符号は以下の意味を有する。
P:接合鋼材の緊張導入力の合力(P1+P2)。
M(+):大地震時に接合部の構造目地部に作用する正のモーメント。
M(−):大地震時に接合部の構造目地部に作用する負のモーメント。
dp1:合力Pの作用位置から梁の上端までの距離。
dp2:合力Pの作用位置から梁の下端までの距離。 - 請求項1において、接合鋼材はアンボンドPC鋼より線によってアンボンド状態としてある柱と梁の接合部。
- 請求項1または2において、接合鋼材は防錆塗膜を有するPC鋼より線であって、鋼材とシースとの間にグラウトが充填されていない柱と梁の接合部。
- 請求項1〜3のいずれかにおいて、接合鋼材が1スパン以上に連続して複数の柱梁接合部を貫通して配置してある柱と梁の接合部。
- プレキャストコンクリート製の柱梁とからなる建造物の接合部の設計方法であって、柱には梁を載せるアゴが設けてあり、アゴの上に梁端が設置されると共に柱と梁端の間には構造目地部が形成してあり、柱梁接合部に設けた複数段のシースに接合鋼材が挿入してあって柱梁接合部を貫通させて対向する梁の端部または柱面に設けた定着具までアンボンド状態で配置して緊張定着してあって柱と梁が圧着接合で一体化してあり、
構造目地部においては、中地震時までは目地離間を許容せず、大地震時には目地離間を許容すると共に接合鋼材の伸びによって地震エネルギーを吸収し、接合鋼材に作用する張力が緊張定着力以上には実質的に増加することないように接合鋼材の緊張定着力の合力は以下の式(1)、(2)で求めたいずれの値より小さな値とする柱と梁の接合部の設計方法。
なお、各符号は以下の意味を有する。
P:接合鋼材の緊張導入力の合力(P1+P2)。
M(+):大地震時に接合部の構造目地部に作用する正のモーメント。
M(−):大地震時に接合部の構造目地部に作用する負のモーメント。
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