(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、短工期かつ低コストで鉄骨鉄筋コンクリート部材の接合構造を構築できる、コンクリート棒状部材、およびコンクリート棒状部材の接合構造を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明者らは、SRC構造であるコンクリート棒状部材の接合構造として、コンクリート棒状部材の端面に、中央より外側に向って上り勾配を有する部分塞ぎ鋼板を鉄骨芯材に設けることで、棒状部材同士の間にコンクリートを打設した際に、打継ぎ境界面に留まる気泡を低減して、密実なコンクリート体を形成できる点に着眼して、本発明に至った。具体的には、本発明は、プレキャストコンクリート造のコンクリート棒状部材と、そのコンクリート棒状部材同士を接合させたコンクリート棒状部材の接合構造である。
【0006】
第1の発明の棒状部材は、棒状のコンクリート体(例えば、後述のコンクリート体11)と、当該コンクリート体に埋設された鉄骨芯材(例えば、後述の鉄骨芯材12)と、を備えるコンクリート棒状部材(例えば、後述のコンクリート棒状部材10)であって、前記鉄骨芯材は、前記コンクリート体の少なくとも下端面から突出しており、前記コンクリート体の少なくとも下端面では、前記鉄骨芯材に鋼板(例えば、後述の鋼板22)が接合されており、当該鋼板は、前記鉄骨芯材の軸方向に交差する方向に延びて、前記コンクリート体の中央部より外側に向うに従って上がっていることを特徴とする。
【0007】
ここで、棒状部材には、柱部材や間柱などの鉛直支持部材が含まれる。
この発明によれば、コンクリート体の下端面から鉄骨芯材が突出しており、このコンクリート体の下端面において、コンクリート体の中央部より外側に向うに従って上がる鋼板を鉄骨芯材に接合した。よって、コンクリート棒状部材の下に後打ちでコンクリート体を形成する場合に、鋼板の勾配の効果により、コンクリート棒状部材と後打ちのコンクリート体との打継ぎ境界面に溜まる気泡を低減して、密実なコンクリート体を後打ちで形成できる。
また、コンクリート棒状部材の下に後打ちでコンクリート体を形成する場合、コンクリート棒状部材と後打ちのコンクリート体との打継ぎ境界面に溜まる気泡を低減できるので、従来のようにこの打継ぎ境界面の隙間に注入剤を注入しなくても、コンクリートの未充填部が形成されることはなく、密実な後打ちコンクリート体を形成できるから、短工期かつ低コストで、鉄骨鉄筋コンクリート造であるコンクリート棒状部材の接合構造を構築できる。
また、コンクリート棒状部材のコンクリート体の端面に設けた鋼板は、このコンクリート体の型枠材として機能する。
【0008】
第2の発明のコンクリート棒状部材では、前記鋼板の表面積は、前記コンクリート体の端面の表面積より小さく、当該鋼板には、複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする。
【0009】
この発明によれば、鉄骨芯材に接合した鋼板に貫通孔を設けて、コンクリート棒状部材の製造工程におけるコンクリート打設の空気抜き孔とした。よって、コンクリート棒状部材の製造工程において、コンクリートを打設する際、打設直後のコンクリートに含まれる空気がこの貫通孔からコンクリート体の外部に放出されるので、コンクリート棒状部材の端面に溜まる気泡を低減できる。
【0010】
第3の発明のコンクリート棒状部材接合構造は、上下に配置された上述のコンクリート棒状部材同士が接合されたコンクリート棒状の接合構造であって、前記コンクリート棒状部材は、プレキャストコンクリート造であり、前記上下のコンクリート棒状部材の鉄骨芯材同士は、溶接またはボルトにより接合されており、前記上下のコンクリート棒状部材同士の間には、高流動コンクリートが充填されていること特徴とする。
【0011】
この発明によれば、下側のコンクリート棒状部材の上端面より上方に突出する鉄骨芯材と、上側のコンクリート棒状部材の下端面よりの下方に突出する鉄骨芯材とを溶接またはボルトで接合し、さらに、上下のコンクリート棒状部材のコンクリート体同士の間に高流動コンクリートを充填した。これにより、プレキャストコンクリート造のコンクリート棒状部材同士が強固に接合されたコンクリート棒状部材の接合構造を実現できる。
また、プレキャストコンクリート造のコンクリート棒状部材と現場打設した高流動コンクリートとを一体化できるから、短工期かつ低コストでコンクリート棒状部材の接合構造を構築できる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、短工期かつ低コストで鉄骨鉄筋コンクリート部材の接合構造を構築できる、コンクリート棒状部材、およびコンクリート棒状部材の接合構造を提供できる。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明は、鉄骨芯材を埋設させたコンクリート棒状部材の材下端面に、断面中央より外側に向って上り勾配を有する部分塞ぎ鋼板を設けたSRC構造によるコンクリート棒状部材(鉄骨鉄筋コンクリート部材)と、そのコンクリート棒状部材同士を接合させたコンクリート棒状部材(鉄骨鉄筋コンクリート部材)の接合構造である。本発明の第1実施形態は、棒形状のコンクリート体に、工場で鋼材同士が溶接接合されたクロスH型状、またはクロスI型状に鉄骨芯材が埋設されたコンクリート棒状部材である(
図1〜
図6)。また、第2実施形態は、棒形状のコンクリート体内部にH型鋼が埋設されたコンクリート棒状部材である(
図9)。
【0015】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態の説明にあたって、同一構成要件については同一符号を付し、その説明を省略もしくは簡略化する。
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るコンクリート棒状部材の接合構造1の側面図である。
図2は、コンクリート棒状部材の接合構造1の接合部(柱接合部2)を拡大した側面図である。
図3(a)は、
図2のコンクリート棒状部材10のA−A断面図であり、
図3(b)は、
図2のコンクリート棒状部材10のB−B矢視図である。
【0016】
コンクリート棒状部材の接合構造1は、上下に配置されたプレキャストコンクリート造のコンクリート棒状部材10同士が接合された構造である。ここで、上下のコンクリート棒状部材10同士の接合部を柱接合部2とする。
コンクリート棒状部材10は、プレキャストコンクリート造であり、鉛直方向に延びる断面正方形の四角柱状(棒状)のコンクリート体11と、コンクリート体11に埋設された鉄骨芯材12および柱鉄筋13と、を備える。
【0017】
鉄骨芯材12は、クロスH形鋼であり、十字形状に配置された4つのウエブ20と、これらウエブ20の外端に設けられた4つのフランジ21と、を備える。この鉄骨芯材12は、コンクリート体11の上下端面から上下に突出している。鉄骨芯材12の上下に突出した部分の4つのウエブ20には、貫通孔23が設けられている。また、鉄骨芯材12は、H型状、またはI型状でも良い。
柱鉄筋13は、水平断面視で鉄骨芯材12を囲んで環状に配置された12本の柱主筋30と、これら柱主筋30に巻かれて鉛直方向に所定間隔おきに設けられた複数の帯筋31と、を備える。
【0018】
コンクリート体11の下端面では、鉄骨芯材12に、鉄骨芯材の軸方向に交差する方向つまり水平方向に延びる4つの鋼板22が接合されている。具体的には、鋼板22は、鉄骨芯材12のウエブ20およびフランジ21で囲まれた4つの領域にそれぞれ設けられており、各鋼板22の外縁は、隣接するフランジ21の端縁同士を結んでいる。
また、各鋼板22には、貫通孔24が設けられている。工場にて、コンクリート棒状部材10のコンクリート体11のコンクリートを打設する場合、鋼板22を型枠として用いて、この貫通孔24を空気抜き孔とする。
【0019】
図4(a)は、コンクリート棒状部材10の下端面の模式図である。
図4(b)は、
図4(a)のコンクリート棒状部材10の下端面のC−C断面図である。
コンクリート体11の下端面において、鋼板が設けられた部分を領域A
1とする。また、鉄骨芯材が設けられた正方形状の部分のうち領域A
1を除く部分を領域A
2とする。また、鉄骨芯材が設けられた正方形状の部分の外側の正方形枠状の部分を領域A
3とする。
これにより、4つの鋼板22の合計表面積は、コンクリート体の下端面の表面積より小さくなっている。
鋼板22の下面である領域A
1には、コンクリート体の下端面の中央部から端部に向かうに従って上がる勾配が設けられている。具体的には、この領域A
1の水平面に対する角度αは、5度以上30度以下である。
この角度αについては、以下の手順で決定した。すなわち、RCスラブに柱や支持部材を介して鉛直荷重が集中的に作用した場合、このRCスラブが押抜きせん断破壊する際に、RCスラブに30度〜35度の傾斜面を有するせん断破壊面が形成されることが知られている(F.レオンハルト(日本語翻訳):鉄筋コンクリートの設計、鹿島出版会)。そこで、角度αの上限値を、既往の知見を踏まえて、せん断破壊面の下限値である30度とした。また、角度αを5度、10度とした場合については、後述の柱接合部の圧入施工試験で確認した。
コンクリート面である領域A
2には、勾配が設けられていない。
コンクリート面である領域A
3には、コンクリート体の下端面の中央部から端部側に向かう従って上がる勾配が設けられている。具体的には、この領域A
3の水平面に対する角度βは、領域A
1と同様に、5度以上30度以下である。
したがって、コンクリート体11の下端面では、
図4(a)に示すように、鉄骨芯材で囲まれた内側領域A1および鉄骨芯材の外側領域A3は、断面中央より外側に向って上り勾配を有しており、中間領域A2は略水平となっている。
【0020】
コンクリート体11の上端面では、
図5(a)に示すように、コンクリート体11の下端面と同様に、鉄骨芯材12に水平方向に延びる4つの鋼板22が接合されている。鋼板である領域A
1およびコンクリート面である領域A
3には、コンクリート体11の上端面の中央部から端部に向かうに従って上がる勾配が設けられている。具体的には、この領域A
1および領域A
3の水平面に対する角度α、βは、5度以上30度以下である。
なお、本実施形態では、コンクリート体11の上端面から鉄骨芯材12を突出させたが、これに限らず、鉄骨芯材を突出させなくてもよい。また、本実施形態では、コンクリート体11の上端面に設けた鋼板22について、コンクリート体11の上端面の中央部から端部に向かうに従って上がる勾配を設けたが、これに限らず、
図5(b)に示すように、コンクリート体11の上端面を略水平面としてもよい。または、
図5に示すコンクリート体の上端面においては、鉄骨芯材に鋼板を溶接することなく、型枠材を使用して上端面を形成させてもよい。具体的には、コンクリート体の上端面を略水平面にする際は、型枠材を用いてコンクリート体のコンクリートを打設することによって鋼板を設けなくてもよい。
【0021】
図2に戻って、柱接合部2には、現場打ちでコンクリートが打設されて、後打ちコンクリート体14が形成されている。この柱接合部2では、上下のコンクリート棒状部材10の鉄骨芯材12同士がボルト接合されている。なお、本実施形態では、鉄骨芯材12同士をボルト接合したが、これに限らず、溶接接合としてもよい。また、柱接合部2では、上下のコンクリート棒状部材10の柱主筋30同士が機械式継手で接合されて、帯筋31が設けられている。
【0022】
コンクリート棒状部材の接合構造1の接合部である柱接合部2は、以下の手順で構築する。
まず、
図2に示すように、上下のコンクリート棒状部材10の鉄骨芯材12同士をボルト接合または溶接接合により接合し、この柱接合部2に柱主筋30および帯筋31を配筋する。
【0023】
次に、
図6に示すように、この柱接合部2となる部分の4つの側面を覆う側型枠40A、40B、40C、40Dを建て込む。このとき、柱接合部2の一側面を覆う側型枠40Aに圧入口41を設けるとともに、この側型枠40Aに対向する側型枠40Cおよび側型枠40Aに隣接する側型枠40Dに圧力抜き孔42を設ける。
ここで、圧入口41の高さ位置は側型枠40Aの中間高さとし、圧力抜き孔42の高さ位置は、側型枠40C、40Dの上端とする。
【0024】
次に、この状態で、圧入口41から側型枠40A〜40D内に高流動コンクリートを圧入する。
高流動コンクリートは、スランプフロー(フレッシュコンクリートの軟らかさの程度を示す指標)が55cm〜70cm、ブリーディング量(水分が分離して上澄みとなる量)が0.1cm
3/cm
2以下である。
また、この圧入作業は、圧力抜き孔42からコンクリートが溢れ出て、コンクリート面の高さ位置が上側のコンクリート棒状部材10のコンクリート体11の下端面よりも上になるまで行う。このようにして、上下のコンクリート棒状部材10のコンクリート体11同士の間に高流動コンクリートを充填する。
【0025】
[コンクリートの圧縮強度試験]
以下、鋼板の勾配とコンクリートの圧縮強度との関係を検証する実験を行った。
まず、
図7(a)に示すように、先打ちコンクリート体および後打ちコンクリート体からなる3体の円柱形状の試験体1〜3(φ100mm×高さ200mm)を製作する。
具体的には、まず、
図7(b)に示すように、円柱形状の先打ちコンクリート体(φ100mm×高さ100mm程度)3体製作する。次に、これら先打ちコンクリート体の上端面を水平面に対する勾配がθとなるように切断する。試験体1では勾配θを0度とし、試験体2では勾配θを5度とし、試験体3では勾配θを10度とする。その後、先打ちコンクリート体の上にコンクリートを打設して、後打ちコンクリート体を形成する。
【0026】
以上の試験体1〜3について圧縮強度試験を行った。その結果、試験体1(勾配0度)の圧縮強度は73.7N/mm
2、試験体2(勾配5度)の圧縮強度は74.3N/mm
2、試験体3(勾配10度)の圧縮強度は74.1N/mm
2となった。
よって、試験体1(勾配0度)に対する圧縮強度比は、試験体2(勾配5度)が1.01倍、試験体3(勾配10度)が1.01倍であり、勾配θが10度以下である試験体2および試験体3の圧縮強度は、試験体1(勾配0度)の圧縮強度と同等であった。よって、圧縮強度の試験結果から、鋼板の勾配を、0度を上回ってかつ10度以下とすることが望ましいことが確認できた。
【0027】
[柱接合部の圧入施工試験]
以下の条件で柱接合部の圧入施工試験を行った。
柱接合部の大きさ:850mm×850mm×1300mm
柱主筋: 12本−D35
補強筋: D16
帯筋: D16−□−@100mm
鉄骨芯材:SH−550mm×200mm×12mm×25mm
CT−275mm×200mm×12mm×25mm
【0028】
コンクリート棒状部材のコンクリート体の下端面について、鋼板である領域A
1の角度αを10度とし、コンクリート面である領域A
2の角度を0度とした。また、コンクリート面である領域A
3を外周面から150mmの部分とし、この領域A
3の角度βを5度とした(
図4参照)。
【0029】
鉄骨芯材の上下に突出した部分の4つのウエブには、直径80mmの貫通孔を設けた。
側型枠に設けた各圧力抜き孔の大きさは、幅200mm×高さ80mmとした。
圧力抜き孔を設けた側型枠には、直径20mmの空気抜き孔を1箇所に設けるとともに、圧力抜き孔を設けていない側型枠には、直径20mmの空気抜き孔を3箇所に設けた。
【0030】
高流動コンクリートとして、水セメント比31%、呼び強度67、スランプフローの設定値60cm(実測値は58.0cm×56.5cm)のものを用いた。また、コンクリートの打設速度を毎時5m
3とし、コンクリートが圧力抜き孔から溢れ出て、コンクリート面の高さ位置が上側のコンクリート棒状部材のコンクリート体の下端面よりも上になるまで行った。
【0031】
圧入後12日で上側のコンクリート棒状部材を取り外したところ、
図8のようになった。
図8に示すように、圧入口を設けたA−B間の充填率は99.59%、圧力抜き孔を設けたD−A間の充填率は99.69%、圧力抜き孔を設けたC−D間の充填率は95.56%、圧力抜き孔を設けていないB−C間の充填率は97.73%となった。また、全体の充填率は、98.15%となった。よって、本発明のコンクリート棒状部材によれば、コンクリート棒状部材と柱接合部の後打ちのコンクリート体との打継ぎ境界面に溜まる気泡を低減できることが確認できた。よって、上述の圧縮強度と同様に、コンクリートの圧入試験による充填率の面からでも、鋼板の勾配を、0度を上回ってかつ10度以下とすることが望ましいことが確認できた。
【0032】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)鉄骨芯材12のうちコンクリート体11の下端面に位置する部分に、外側に向うに従って上がる勾配を有する鋼板22を設けた。よって、コンクリート棒状部材10の下に後打ちで柱接合部2のコンクリート体を形成する場合に、コンクリート棒状部材10と後打ちのコンクリート体との打継ぎ境界面に溜まる気泡を低減して、密実なコンクリート体を形成できる。また、コンクリート棒状部材10のコンクリート体11の下端面において、鉄骨芯材12に鋼板22を設けたので、この鋼板22がコンクリート体11の型枠材として機能し、短工期でコンクリート棒状部材10を構築できる。
また、コンクリート棒状部材10の下に後打ちで柱接合部2のコンクリート体を形成する場合、コンクリート棒状部材10と後打ちのコンクリート体との打継ぎ境界面に気泡が溜まらないので、従来のようにこの打継ぎ境界面の隙間に注入剤を注入しなくても、大きなコンクリートの未充填部が形成されることはなく、密実な後打ちコンクリート体を形成できるから、短工期かつ低コストでコンクリート棒状部材接合構造1を構築できる。
【0033】
(2)鉄骨芯材12の一部を塞ぐ鋼板22に貫通孔24を設けて、コンクリート棒状部材の製造工程におけるコンクリート打設の空気抜き孔とした。よって、コンクリート棒状部材10の製造工程において、コンクリートを打設する際、打設直後のコンクリートに含まれる空気がこの貫通孔24からコンクリート体の外部に放出されるので、コンクリート棒状部材10の端面に溜まる気泡を低減できる。それにより、構造性能に優れたコンクリート棒状部材の接合構造を実現できる。
【0034】
(3)下側のコンクリート棒状部材10から上方に突出する鉄骨芯材12と、上側のコンクリート棒状部材10から下方に突出する鉄骨芯材12とをボルト接合し、さらに、下側のコンクリート棒状部材10のコンクリート体11の上端面と上側のコンクリート棒状部材10のコンクリート体11の下端面との間に高流動コンクリートを充填して柱接合部2を構築した。これにより、コンクリート棒状部材10同士が強固に接合されたコンクリート棒状部材接合構造1を実現できる。
また、プレキャストコンクリート造のコンクリート棒状部材10と現場打設した高流動コンクリートによる柱接合部2とを一体化できるから、短工期かつ低コストでコンクリート棒状部材接合構造1を構築できる。
【0035】
(4)鉄骨芯材12のコンクリート体11の端面に鋼板22を接合したので、鋼板を設けず、コンクリート体に断面形状が一様な鉄骨芯材のみを埋設した場合に比べて、鉄骨芯材12とコンクリート体11との付着強度を増大できる。
【0036】
〔第2実施形態〕
図9は、本発明の第2実施形態に係るコンクリート棒状部材10Aのコンクリート体11の下端面およびこの下端面の縦断面の模式図である。
本実施形態では、鉄骨芯材12Aおよび鋼板22Aの形状が第1実施形態と異なる。
すなわち、鉄骨芯材12AはH形鋼であり、鉄骨芯材12Aのうちコンクリート体11の下端面に位置する部分には、水平方向に延びる2つの鋼板22Aが設けられている。
この鋼板22Aには、コンクリート体11の下端面の中央部から端部に向かうに従って上がる勾配が設けられており、この鋼板22Aの水平面に対する角度αは、5度以上10度以下である。具体的には、コンクリート体11の下端面において、H型鋼である鉄骨芯材12Aの内側で鋼板が設けられた部分を領域でA
1とし、その領域A
1の外側の部分を領域A
3とする。領域A
1と領域A
3とは、同一の勾配を有している。
【0037】
本実施形態によれば、上述の(1)〜(3)と同様の効果がある。
なお、本発明は前記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、上述の各実施形態では、コンクリート棒状部材10を、コンクリート体11に柱主筋30および帯筋31を設けた鉄骨鉄筋コンクリート構造としたが、これに限らない。例えば、コンクリート棒状部材を、コンクリート体に鉄骨芯材のみが設けられており、柱主筋や帯筋が配筋されていない鉄骨コンクリート構造としてもよいし、コンクリート体に柱主筋および帯筋に加えて緊張材を配置したプレストレスト鉄骨鉄筋コンクリート構造としてもよい。