特許 6434766 鉄筋コンクリート造の設計方法及び鉄筋コンクリート造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6434766

(24)【登録日】2018年11月16日

(45)【発行日】2018年12月5日

(54)【発明の名称】鉄筋コンクリート造の設計方法及び鉄筋コンクリート造

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/00 20060101AFI20181126BHJP

   E04B 1/20 20060101ALI20181126BHJP

   E04B 1/21 20060101ALI20181126BHJP

【ＦＩ】

   E04B1/00

   E04B1/20 E

   E04B1/21 B

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2014-200520(P2014-200520)

(22)【出願日】2014年9月30日

(65)【公開番号】特開2016-69926(P2016-69926A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2017年7月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】390029089

【氏名又は名称】高周波熱錬株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】村田 義行

【審査官】 星野 聡志

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０１−２４４０４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５３４４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／０００２８０１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０４Ｂ １／００

Ｅ０４Ｂ １／２０

Ｅ０４Ｂ １／２１

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

柱と接合される複数の梁用の主筋を備え、前記梁用の主筋は、普通強度部分と、前記普通強度部分よりも強度が大きい高強度部分とを有し、前記高強度部分は、前記梁用の主筋のうち前記柱と接合される柱梁接合部と前記柱梁接合部から梁長さ方向に沿って突出した高強度領域とに配置され、前記普通強度部分は、前記高強度領域を挟んで前記柱梁接合部とは反対側に位置する普通強度領域に配置された鉄筋コンクリート造を設計する方法であって、
前記普通強度部分は降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２で規定された２９５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以上３９０ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以下であり、前記高強度部分は前記普通強度部分よりも降伏点又は０.２％耐力が大きい４９０ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以上１０００ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以下であり、
前記梁用の主筋は、前記普通強度部分と同じ強度の１本の普通鉄筋を部分焼入れして前記高強度部分とし、
前記梁用の主筋の鉄筋量を、降伏ヒンジの位置の曲げモーメントを設計用曲げモーメントとして算定するにあたり、前記降伏ヒンジの位置を前記高強度部分と前記普通強度部分との境界部に設定する
ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の設計方法。

【請求項2】

請求項１に記載された鉄筋コンクリート造の設計方法において、
前記主筋の前記柱梁接合部の付け根部の応力が前記高強度部分の降伏点以下である
ことを特徴とする鉄筋コンクリート造の設計方法。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載された鉄筋コンクリート造の設計方法で設計されたことを特徴とする鉄筋コンクリート造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、柱と梁との柱梁接合部を備えた鉄筋コンクリート造を設計する鉄筋コンクリート造の設計方法、及び、その設計方法で設計された鉄筋コンクリート造に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄筋コンクリート造を設計するため、設計用曲げモーメントに基づいて、梁の曲げに対する断面算定を行う。断面算定は、曲げモーメント、鉄筋の許容引張応力度、梁の応力中心距離及び梁の有効せいの関係から、鉄筋断面積として求められる（非特許文献１）。
非特許文献１における鉄筋断面積とは、複数の梁用の主筋の断面積の合計値である。複数の梁用の主筋の断面積の合計は鉄筋量として、梁用の主筋の本数として換算される。
一般的な鉄筋コンクリート造では、設計用曲げモーメントが梁の付け根部で最大となることから、梁用の主筋の径や本数は、付け根部の設計用曲げモーメントの大きさに基づいて算出される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説（日本建築学会2010年2月20日第８版第１刷）第１４頁から第１６頁

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

非特許文献１で示される通り、鉄筋断面積は設計用曲げモーメントに基づいて算出されるものであり、一般的には、梁の付け根部が降伏ヒンジとなるように設定される。この付け根部の設計用曲げモーメントの大きさに基づいて、梁用の主筋の径の大きさや本数が算出される。
そのため、梁用の主筋の径の大きさや本数は、付け根部の曲げモーメントが大きいと、１本あたりの梁用の主筋の強度が同一であれば、多くの梁用の主筋が必要とされたり、径の大きな主筋が必要とされたりする。
しかし、梁用の主筋の本数が多く配置できない場合には、梁幅を大きくして配置できるようにするか、主筋量を減らすために梁せいを大きくして梁あるいは柱梁接合部の断面積を大きくしなければならない。柱梁接合部の断面積を大きくすると、梁や柱全体や梁全体の断面積も大きくなり、居住空間が狭くなる。

【0005】

本発明の目的は、居住空間を広くすることができる鉄筋コンクリート造の設計方法及び鉄筋コンクリート造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の鉄筋コンクリート造の設計方法は、柱と接合される複数の梁用の主筋を備え、前記梁用の主筋は、普通強度部分と、前記普通強度部分よりも強度が大きい高強度部分とを有し、前記高強度部分は、前記梁用の主筋のうち前記柱と接合される柱梁接合部と前記柱梁接合部から梁長さ方向に沿って突出した高強度領域とに配置され、前記普通強度部分は、前記高強度領域を挟んで前記柱梁接合部とは反対側に位置する普通強度領域に配置された鉄筋コンクリート造を設計する方法であって、前記普通強度部分は降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２で規定された２９５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以上３９０ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以下であり、前記高強度部分は前記普通強度部分よりも降伏点又は０.２％耐力が大きい４９０ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以上１０００ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以下であり、前記梁用の主筋は、前記普通強度部分と同じ強度の１本の普通鉄筋を部分焼入れして前記高強度部分とし、前記梁用の主筋の鉄筋量を、降伏ヒンジの位置の曲げモーメントを設計用曲げモーメントとして算定するにあたり、前記降伏ヒンジの位置を前記高強度部分と前記普通強度部分との境界部に設定することを特徴とする。

【0007】

以上の構成の本発明では、高強度部分は、柱梁接合部を含む高強度領域に配置され、普通強度部分は、高強度領域に隣接した普通強度領域に配置される。そのため、大きな力が鉄筋コンクリート造に生じた際に、柱梁接合部の梁の付け根部ではなく、高強度部分と普通強度部分との境界部に変形が集中する。そこで、本発明では、降伏ヒンジの位置を普通強度部分と高強度部分との境界部に設定した。
降伏ヒンジの位置を梁の柱梁接合部の付け根部ではなく、この付け根部から離れた境界部とすることで、設計用曲げモーメントの大きさが小さくてもよい。つまり、設計用曲げモーメントは、柱梁接合部の付け根部で最も大きく、柱梁接合部から離れるに従って大きさは小さくなるため、降伏ヒンジを、付け根部ではなく、付け根部から離れた境界部とすることで、設計用曲げモーメントのモーメント値が小さくなり、その分、鉄筋量が少なくてすむ。
従って、本発明では、鉄筋量が少なくてすむので、梁や柱梁接合部の断面積を大きくすることを要せず、そのため、居住空間を広いものにできる。

【0008】

しかも、降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２で規定される１本の普通鉄筋を部分焼入れして普通強度部分と高強度部分とを形成しているので、柱梁接合部に配置される高強度部分の太さを太くすることを要しない。そのため、この点からも、柱梁接合部の断面積を大きくすることを要しない。しかも、普通強度部分と高強度部分とが１本の鉄筋から構成されるので、現場での取り扱いが容易となる。

【0009】

本発明では、前記主筋の前記柱梁接合部の付け根部の応力が前記高強度部分の降伏点以下である。
この構成では、主筋の柱梁接合部の付け根部の応力が高強度部分の降伏点以下であるため、設定した降伏ヒンジ位置より先に柱梁接合部の付け根部が降伏しない。そのため、鉄筋コンクリート造自体の規準を満たすことができる。

【0013】

本発明の鉄筋コンクリート造は、前述の構成の鉄筋コンクリート造の設計方法で設計されたことを特徴とする。
この構成では、前述と同様の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１実施形態にかかるコンクリート造の概略図。

【図2】（Ａ）は主筋の位置と設計用曲げモーメントとの関係を示すモーメント分布図、（Ｂ）は主筋の概略正面図、（Ｃ）は主筋の概略断面図。

【図3】試験体を示す正面図。

【図4】試験体を示す平面図。

【図5】（Ａ）は第１実施形態に対応する試験体の梁の断面図、（Ｂ）従来例に対応する試験体の梁の断面図。

【図6】（Ａ）は第１実施形態に対応する試験体の層せん断力と層間変形角との関係を示すグラフ、（Ｂ）は従来例に対応する試験体の層せん断力と層間変形角との関係を示すグラフ。

【図7】本発明の第２実施形態を示すもので、図２に相当する図。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を図面の図１から図６に基づいて説明する。
図１には第１実施形態の全体構成が示されている。
図１において、建物は、複数の梁２と、梁２と接合する複数の柱３とを備えた複数階建ての鉄筋コンクリート造であり、鉄筋構造１にコンクリート体１００が打設されている。
梁２と柱３とが接合された柱梁接合部２００の形態としては、十字形接合Ｓ１やト形接合Ｓ２があるが、本実施形態では、他の接合に適用されるものでもよい。

【0016】

梁２の鉄筋構造１は、水平方向に延びて配筋された複数の梁用の主筋２１と、主筋２１の軸方向と交差する平面内において主筋２１を囲んで等間隔に配筋されて梁２のせん断強度を補強する複数の梁用のせん断補強筋２２とを備える。
水平方向に隣合う主筋２１は、継手４で接合されている。継手４は、機械式継手や、それ以外の継手でもよい。あるいは、端部同士を重ね合わせ、針金等で結線する構成でもよい。さらには、端部同士を突き合わせて溶接等で接合する構成でもよい。
柱３の鉄筋構造１は、垂直方向に延びて所定間隔を空けて配筋された複数の柱用の鉄筋材３１と、鉄筋材３１の軸方向と交差する平面内において鉄筋材３１を囲んで等間隔に鉄筋材３１の延出方向に配筋されて柱３のせん断強度を補強する複数の柱用のせん断補強筋３２とを備える。鉄筋材３１及びせん断補強筋３２は普通鉄筋である。
なお、図１は、本実施形態の概略を示すものであるため、主筋２１や鉄筋材３１の本数や配列は、後述する図２（Ｂ）とは異なる。

【0017】

十字形接合Ｓ１を含む領域において、主筋２１は、その中央部分に高強度部分２１１があり、その両端部にそれぞれ普通強度部分２１２がある。
高強度部分２１１は、十字形接合Ｓ１と十字形接合Ｓ１から梁長さ方向に沿った高強度領域２１０Ａとに配置される。普通強度部分２１２は、高強度領域２１０Ａを挟んで十字形接合Ｓ１とは反対側に位置する普通強度領域２１０Ｂに配置されている。高強度部分２１１及び普通強度部分２１２は、１本の鉄筋から一体に形成されている。
普通強度部分２１２は、降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２で規定されている。
高強度部分２１１は、普通強度部分２１２より高強度である。
例えば、高強度部分２１１の降伏点又は０.２％耐力は、４９０ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以上１０００ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以下である。普通強度部分２１２の降伏点又は０.２％耐力は、２９５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以上３９０ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以下である。
以上の構成の主筋２１は、普通強度部分２１２と同じ強度の１本の普通鉄筋（ＳＤ３４５）を部分焼入れして高強度部分２１１にする。

【0018】

ト形接合Ｓ２を含む領域において、主筋２１は、その一端部分に高強度部分２１１があり、その他端部に普通強度部分２１２がある。
高強度部分２１１は、ト形接合Ｓ２とト形接合Ｓ２から梁長さ方向に沿った高強度領域２１０Ａとに配置される。普通強度部分２１２は、高強度領域２１０Ａを挟んでト形接合Ｓ２とは反対側に位置する普通強度領域２１０Ｂに配置されている。

【0019】

次に、第１実施形態において、鉄筋コンクリート造を設計する方法について説明する。
図２では、設計用曲げモーメント分布が（Ａ）に示され、主筋の概略正面図が（Ｂ）に示され、概略断面図が（Ｃ）に示されている。
図２（Ｂ）に示される通り、主筋２１は、上下にそれぞれ水平に配置された上部２１Ａ及び下部２１Ｂと、上部２１Ａ及び下部２１Ｂの間の高さ位置に配置された側部２１Ｃとからなる。
主筋２１のうち十字形接合Ｓ１から外れた位置には、上部２１Ａ、下部２１Ｂ及び側部２１Ｃの外周部分を覆うようにせん断補強筋２２が複数配置されている。これらのせん断補強筋２２は、梁の長手方向に沿って互いに等間隔に配置されている。

【0020】

せん断補強筋２２は、普通鉄筋の降伏点又は０.２％耐力（３４５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)）よりも大きい降伏点又は０.２％耐力（１２７５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)）を有するウルボン１２７５（高周波熱錬（株）の商品名）を用いることが好ましい。なお、本実施形態では、ウルボン１２７５に代えて普通鉄筋と同じ降伏点又は０.２％耐力を有するせん断補強筋を用いてもよい。

【0021】

図２（Ａ）で示される設計用曲げモーメント分布は、隣合う主筋２１の普通強度部分２１２の接続部分で０となり、図２（Ｂ）の左側に配置された柱梁接合部２００の梁２の付け根部Ｒに向かうに従って大きくなる。なお、図２（Ａ）で示される設計用曲げモーメントは、常時（自重）荷重のモーメントに外力モーメントを加えたものである。設計用曲げモーメントは通常の設計手法によって求められる。

【0022】

主筋２１の鉄筋量の算定は、鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説（日本建築学会2010年2月20日第８版第１刷）第１４頁から第１６頁に準拠する。
梁の引張鉄筋比が釣合鉄筋比以下のときは、許容曲げモーメント（設計用曲げモーメント）は次式による。
Ｍ＝ａ_ｔｆ_ｔｊ ……式（Ａ）
ここで、ａ_ｔは引張鉄筋断面積であり、ｆ_ｔは鉄筋の許容引張応力度であり、ｊは梁の応力中心距離である。引張鉄筋断面積ａ_ｔは、主筋２１が上下に分かれて複数本ずつ配置されている場合には、上下それぞれ配置された主筋２１の断面積の合計値である。
ｄを梁の有効せい（圧縮縁から引張鉄筋の重心までの距離で、曲げモーメントが作用したときに下側の鉄筋が引張応力となる場合には、下側の主筋の重心Ｇから梁上面までの寸法（図３（Ｃ）参照））とすると、ｊは（７／８）ｄあるいは０．９ｄとしてもよい。許容引張応力度ｆ_ｔは、鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説で規定された下記の表から求められる。例えば、ＳＤ３４５の主筋２１では、短期許容引張応力度は３４５Ｎ／ｍｍ^２である。

【0023】

【表1】

【0024】

前述の式（Ａ）の算定の他、梁は次の条件に従うことが求められる。
長期荷重時に正負最大曲げモーメントを受ける部分の引張鉄筋断面積は０．００４ｂｄ（ｂは梁幅）又は存在応力によって必要とされる量の４／３倍のうち、小さい方の数値以上とする。
主要な梁は、全スパンにわたり複筋梁とする。
主筋は、Ｄ１３（Ｄは呼び名）以上の異形鉄筋とする。
主筋のあきは、２５ｍｍ以上かつ異形鉄筋の径（呼び名の数値ｍｍ）の１．５倍以上とする。
主筋の配置は、特別な場合を除いて２段以下とする。

【0025】

Ｍは、図２（Ａ）で示される設計用曲げモーメントのグラフから求められるモーメント値である。モーメント値Ｍは、降伏ヒンジの位置Ｑでの値であり、本実施形態では、降伏ヒンジの位置Ｑは高強度部分２１１と普通強度部分２１２との境界部である。
なお、主筋２１の柱梁接合部２００の付け根部Ｒの応力は、高強度部分２１１の降伏点以下である。
図２（Ａ）で示される設計用曲げモーメントでは、最大値が梁の左側の付け根部Ｒの位置であり、最小値が梁の右側の付け根であり、これらの中間位置（隣合う主筋２１の普通強度部分同士が接合される位置の近傍（梁の中央部付近））で０となる。降伏ヒンジの位置Ｑは付け根部Ｒより小さな値となる。

【0026】

図２（Ｂ）に示される通り、隣合う柱３の間の互いに対向する垂直面間寸法Ｃや、付け根部Ｒから降伏ヒンジの位置Ｑまでの寸法Ｓは設計者により曲げモーメント分布に基づいて適宜設定されている。設計用曲げモーメントの付け根部Ｒでの値と、モーメント値が０となる位置の付け根部Ｒからの寸法とは、事前の解析等により降伏ヒンジの位置を検討する時点で既知の数値である。そのため、降伏ヒンジの位置Ｑでのモーメント値Ｍは、これらの数値の比に基づいて求められる数値を利用してもよい。
本実施形態では、主筋２１の鉄筋量を図２（Ａ）の設計用曲げモーメントの降伏ヒンジの位置Ｑでの値から算定する。
鉄筋量は引張鉄筋断面積ａ_ｔから求められる。鉄筋本数は、断面積ａ_ｔから１本あたりの主筋２１の断面積を除算することで求められる。

【0027】

このような計算に基づいて、主筋２１の断面積を求め、さらに、断面積から主筋２１の径及び本数を求める。例えば、梁の中心から上側の鉄筋量が９０６ｍｍ^２であり、下側の鉄筋量が９０６ｍｍ^２であり、上下の鉄筋量がそれぞれ９０６ｍｍ^２必要とされた場合、上部２１Ａの主筋２１として、中央に２本のＤ１３（ＳＤ３４５）の主筋２１を配置し、両角部にそれぞれ１本のＤ１６（ＳＤ３４５）の主筋２１を配置し、下部２１Ｂの主筋２１として、中央にＤ１３の主筋２１を２本配置し、両角部にＤ１３の主筋２１を１本ずつ配置し、側部２１Ｃの主筋２１を上下左右にＤ１６の主筋２１を１本ずつ配置する（図２（Ｃ）参照）。

【0028】

次に、本実施形態の効果を確認するための実験例について説明する。
図３、図４及び図５は試験体を示す。
図３及び図４において、試験体は、複数の梁用の主筋２１と複数の柱用の鉄筋材３１とにコンクリート体１００が打設されたものである。主筋２１は、ＳＤ３４５の鉄筋の一部を焼入れして高強度部分を形成する。
梁の幅寸法２Ｙ０は２５０ｍｍであり、高さ寸法２Ｚ０は４００ｍｍである。梁の有効せいｄは３４６ｍｍである。
複数の主筋２１の外周部には複数のせん断補強筋２２が等間隔に配置されている。せん断補強筋２２はＳＢＰＤ１２７５からなる。隣合うせん断補強筋２２の間隔は、１５０ｍｍである。
主筋２１の両端部には梁用端鋼板２５０が設けられており、鉄筋材３１の両端部には柱用端鋼板２６０が設けられている。梁用端鋼板２５０は、４９０ｍｍ×３９０ｍｍ×２５ｍｍの寸法の鋼板である。柱用端鋼板２６０は、６６０ｍｍ×７６０ｍｍ×２５ｍｍの寸法の鋼板である。

【0029】

主筋２１と鉄筋材３１との柱梁接合部２００は、縦寸法２Ｘ１が３５０ｍｍであり、横寸法２Ｙ１が３５０ｍｍであり、高さ寸法２Ｚ１が４００ｍｍである。
複数の鉄筋材３１の外周部には複数のせん断補強筋３２が等間隔に配置されている。せん断補強筋３２はＳＢＰＤ１２７５からなる。
鉄筋材３１は、Ｄ１９（ＳＤ３４５）からなり、柱の外周に沿って１６本が配置される。鉄筋材３１は、その全長寸法３Ｌが１８６０ｍｍであり、梁の下縁から下端までの寸法３Ｌ１が８５０ｍｍであり、梁の上縁から上端までの寸法３Ｌ２が６１０ｍｍである。

【0030】

梁用の主筋２１は、高強度部分２１１と、高強度部分２１１の両端にそれぞれ配置された普通強度部分２１２とからなる。高強度部分２１１は、柱梁接合部２００と柱梁接合部２００からそれぞれ梁の長さ方向に沿った高強度領域２００Ａに配置されている。
高強度部分２１１の長さ寸法２Ｌ１は９８６ｍｍであり、普通強度部分２１２の長さ寸法２Ｌ２は、６３２ｍｍである。
高強度部分２１１と普通強度部分２１２との境界部と、柱梁接合部２００の梁の付け根との間の寸法Ｓは、３１８ｍｍである。
コンクリート体１００のコンクリート強度は、４０．２Ｎ／ｍｍ^２であり、ヤング率は２．７８×１０^４Ｎ／ｍｍ^２であり、最大強度時ひずみは２４０６μである。
試験体の柱の軸力比は０．１６であり、柱梁接合部の補強量は０．３２％であり、柱梁曲げ強度比は２．０７であり、接合部せん断余裕度は１．２３である。

【0031】

本実施形態に対応した試験体の鉄筋量は、図２（Ａ）の設計用曲げモーメントと式（Ａ）から、主筋２１の上下の鉄筋量が求められる。
付け根部Ｒの曲げモーメントとして予め設定された値が１２７．２ｋＮ・ｍであり、付け根部Ｒから曲げモーメントが０となる位置（加圧点）までの寸法が１４２５ｍｍであり、付け根部Ｒから降伏ヒンジの位置Ｑまでの寸法Ｓが３１８ｍｍであると、降伏ヒンジの位置Ｑでの曲げモーメントの値Ｍは、これらの数値の比から、１２７．２×（１４２５−３１８）／１４２５≒９８．８（ｋＮ．ｍ）となる。

【0032】

以上の通り、降伏ヒンジの位置Ｑでの曲げモーメントの値Ｍが９８．８ｋＮ・ｍであり、許容引張応力度ｆ_ｔは、ＳＤ３４５の主筋２１で引張強度が３４５Ｎ／ｍｍ^２である（表１参照）。梁の有効せいｄは、３４６ｍｍである。
式（Ａ）から、Ｍ＝ａ_ｔｆ_ｔｊであるため、９８．８＝ａ_ｔ×３４５×３４６×０．９であり、この式から、梁２の上半分に配置された主筋２１の鉄筋量ａ_ｔは９１１ｍｍ^２である。ここで、使用できる鉄筋は径寸法の規格が決まっているので、鉄筋量ａ_ｔに近づくように、既存の径寸法の鉄筋を選択する。つまり、断面積が１２７ｍｍ^２のＤ１３（ＳＤ３４５）の鉄筋を４本、断面積が１９９ｍｍ^２のＤ１６（ＳＤ３４５）を２本用いると、これらの主筋２１の鉄筋量の合計が９０６ｍｍ^２であり、計算で求めた鉄筋量にきわめて近い。そして、図５（Ａ）で示される通り、上部２１Ａの中央に２本のＤ１３（ＳＤ３４５）の主筋２１を配置し、上部の左右角部にそれぞれ１本ずつのＤ１６（ＳＤ３４５）の主筋２１を配置し、側部２１Ｃのうち上側の左右にＤ１６の主筋２１を１本ずつ配置する。同様に、梁２の下半分に配置された主筋２１の鉄筋量ａ_ｔは９１１ｍｍ^２となる。

【0033】

これに対して、従来の設計手法により鉄筋量が求められた従来例の試験体について説明する。
試験体は、梁用の主筋の構成以外は図３及び図４で示される試験体と基本的に同じ構成である。
従来例に対応する試験体では、コンクリート体１００のコンクリート強度は、３９．２Ｎ／ｍｍ^２であり、ヤング率は２．９０×１０^４Ｎ／ｍｍ^２であり、最大強度時ひずみは２３１９μである。
試験体の柱の軸力比は０．１６であり、柱梁接合部の補強量は０．３２％であり、柱梁曲げ強度比は２．０４であり、接合部せん断余裕度は１．２５である。

【0034】

従来例に対応した試験体の鉄筋量は、図２（Ａ）の設計用曲げモーメントと式（Ａ）から求められる。
従来例に対応する試験体では、本実施形態と対応する試験体とは使用される鉄筋から異なるため、圧縮縁から主筋（引張鉄筋）の重心までの距離である梁の有効せいｄは３４３ｍｍである。従来例では、降伏ヒンジの位置が付け根部Ｒであり、この付け値部Ｒでの曲げモーメントの値が１２７．２ｋＮ・ｍである。
許容引張応力度ｆ_ｔは、表１から、３４５Ｎ／ｍｍ^２である。
式（Ａ）から、Ｍ＝ａ_ｔｆ_ｔｊであるため、１２７．２＝ａ_ｔ×３４５×３４３×０．９であり、この式から鉄筋量ａ_ｔは１１９４ｍｍ^２である。
このように求められた鉄筋量に基づいて、主筋２１Ｐを配置すると、断面積が１９９ｍｍ^２のＤ１６（ＳＤ３４５）の主筋２１Ｐを６本用いることになる。これらの主筋２１Ｐの配列を図５（Ｂ）に示す。
図５（Ｂ）に示される通り、上部２１Ａの中央及び両角部に４本の主筋２１Ｐを配置し、下部２１Ｂの中央及び両角部に４本の主筋２１Ｐを配置し、側部２１Ｃに上下左右に主筋２１Ｐを１本ずつ配置した。

【0035】

本実施形態に対応する試験体と従来例に対応する試験体とのそれぞれに実験を行った。
実験は、試験体の梁端と柱端との合計４点を支点とし、柱下端をピン支持とし、柱上端に三軸一点クレビスを設け、梁の両端にそれぞれジャッキを取り付けた。軸力及び水平力は柱頭から導入し、変位制御で正負交互繰り返して載荷として、層せん断力と層間変形角との関係を調べた。主筋の降伏の判断は鉄筋のひずみゲージで行った。
図６には層せん断力と層間変形角との関係が示されている。（Ａ）が実施形態に対応した試験体のグラフであり、（Ｂ）が従来例に対応した試験体のグラフである。
図６（Ａ）と図６（Ｂ）とを対比すると、層間変形角が±１．０％の範囲Ｔでは、実施形態に対応する試験体と従来例に対応する試験体とでは、層せん断力にかわりがない。
層間変形角は、概ね±１．０％の範囲Ｔが設計上重要な範囲あるため、この範囲Ｔで、両者に差異がないことにより、本実施形態の設計方法を用いて設計された鉄筋コンクリート造に問題がないことがわかる。

【0036】

従って、第１実施形態では、次の効果を奏することができる。
（１）降伏ヒンジの位置Ｑの曲げモーメントを設計用曲げモーメントとして算定するにあたり、降伏ヒンジの位置Ｑを、梁の柱梁接合部２００の付け根部Ｒではなく、この付け根部Ｒから離れた高強度部分２１１と普通強度部分２１２との境界部とした。つまり、降伏ヒンジの位置Ｑを、付け根部ではなく、付け根部から離れた境界部とすることで、設計用曲げモーメントが小さくなり、その分、鉄筋量が少なくてすむ。鉄筋量が少なくてすむので、梁や柱梁接合部の断面積を大きくすることを要せず、そのため、居住空間を広いものにできる。

【0037】

（２）主筋２１は、普通強度部分２１２と同じ強度の１本の普通鉄筋を部分焼入れして高強度部分２１１としたから、柱梁接合部に配置される高強度部分の太さを太くすることを要しない。そのため、現場での取り扱いが容易となる。
（３）主筋２１の柱梁接合部２００の付け根部Ｒの応力が高強度部分２１１の降伏点以下であるため、大きな外力が作用したとき、設計通りに高強度部分２１１と普通強度部分２１２との境界部で降伏させることができるから、建物自体の規準を満たすことができる。

【0038】

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を図７に基づいて説明する。
第２実施形態は、主筋２１の構成が第１実施形態とは異なり、他の構成は第１実施形態と同じである。第２実施形態の説明では、第１実施形態と同一の構成要素は同一符号を付して説明を省略する。
図７（Ｂ）に示される通り、主筋２１Ｐは、降伏点又は０.２％耐力がＪＩＳＧ３１１２で規定される普通鉄筋から構成されるものであり、普通鉄筋の降伏点又は０.２％耐力は、２９５ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以上３９０ＭＰａ(Ｎ/ｍｍ^２)以下である。

【0039】

主筋２１Ｐの長さ寸法は、第１実施形態の主筋２１と同じであり、主筋２１Ｐの配置位置は、主筋２１と同様、上部２１Ａの４本、下部２１Ｂに４本、側部２１Ｃに左右２本ずつである。
本実施形態では、普通強度部分２１２は、前述の主筋２１Ｐから構成され、高強度部分２１１は、これらの主筋２１Ｐと４本の補強筋２１Ｑとから構成されている。
補強筋２１Ｑは、十字形接合Ｓ１と十字形接合Ｓ１から梁長さ方向に沿った高強度領域２１０Ａとに配置される。
補強筋２１Ｑは、主筋２１Ｐと同じ材料からなる普通鉄筋から構成される。補強筋２１Ｑは、例えば、側部２１Ｃの間に配置されるものであり（図７（Ｃ）参照）、その本数は、後述するように、設計用曲げモーメントに基づいて設定される。

【0040】

図７（Ａ）で示される設計用曲げモーメント分布は、図２（Ａ）で示される設計用曲げモーメント分布と同じである。
モーメント値Ｍは、降伏ヒンジの位置Ｑでの値であり、本実施形態では、降伏ヒンジの位置Ｑは高強度部分２１１と普通強度部分２１２との境界部である。
本実施形態では、主筋２１Ｐの鉄筋量を第１実施形態と同様の方法で算出する。寸法Ｓの区間では、柱梁接合部２００の付け根部Ｒの曲げモーメントに対して、逆算して求められる応力が鉄筋の降伏点以下となるような鉄筋量とすればよい。その結果、左右に隣合う側部２１Ｃを構成する主筋２１Ｐの間に２本ずつの補強筋２１Ｑを配置することで（図７（Ｃ）参照）、普通強度部分２１２より強度の大きな高強度部分２１１を設定することができた。

【0041】

従って、第２実施形態では、次の効果を奏することができる。
（４）梁用の主筋２１Ｐの鉄筋量を、降伏ヒンジの位置Ｑの曲げモーメントを設計用曲げモーメントとして算定するにあたり、降伏ヒンジの位置Ｑを補強の境界部に設定したから、設計用曲げモーメントのモーメント値が小さくなり、その分、鉄筋量が少なくてすむ。

【0042】

（５）主筋２１Ｐの柱梁接合部２００の付け根部Ｒの応力が配置した鉄筋の降伏点としたので、設定した降伏ヒンジの位置Ｑより先に柱梁接合部２００の付け根部Ｒが降伏しないため、鉄筋コンクリート造自体の規準を満たすことができる。

【0043】

（６）普通強度の領域より鉄筋の数を増やして高強度の領域を形成した。そのため、１本の普通鉄筋の一部を焼入れして高強度部分２１１を形成する場合に比べて、鉄筋の製造コストを下げることができる。

【0044】

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明では、建築構造物以外にも、橋等の土木構造物にも適用することができる。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明は、鉄筋コンクリート造の建築構造物や土木構造物に利用することができる。

【符号の説明】

【0046】

１…鉄筋構造、２…梁、３…柱、２１…梁用の主筋、２２…梁用のせん断補強筋、３１…柱用の鉄筋材、３２…柱用のせん断補強筋、２１１…高強度部分、２１２…普通強度部分、Ｓ１…十字形接合（柱梁接合部）、２１０Ａ…高強度領域、１００…コンクリート体、Ｒ…付け根部、Ｑ…降伏ヒンジの位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】