特開 2024-113515 梁および接合構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024113515

(43)【公開日】2024-08-22

(54)【発明の名称】梁および接合構造

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/21 20060101AFI20240815BHJP

   E04B 1/58 20060101ALI20240815BHJP

【ＦＩ】

E04B1/21 D

E04B1/58 503C

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023018562

(22)【出願日】2023-02-09

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096091

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 誠一

(72)【発明者】

【氏名】日向 大樹

(72)【発明者】

【氏名】岡安 隆史

(72)【発明者】

【氏名】高稻 宜和

【テーマコード（参考）】

2E125

【Ｆターム（参考）】

2E125AA13

2E125AB12

2E125AC02

2E125BA41

2E125BA46

(57)【要約】

【課題】カーボンニュートラル実現に貢献できる梁等を提供する。
【解決手段】梁２は、複数の梁材１を梁幅方向に並べて構成される。梁材１は、二酸化炭素固定化養生処理を行ったコンクリートによるプレキャスト部材であり、主筋１２およびせん断補強筋が埋設される。梁２と柱４の接合構造３では、柱４の上端部に配置された柱梁接合部４１から側方に延びる鉄筋４１２と、梁材１から突出する主筋１２とが継手部３２によって接続され、継手部３２およびその両側の鉄筋４１２および主筋１２を囲むように、環状のせん断補強筋３１が配置される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

二酸化炭素固定化養生処理を行ったコンクリートによるプレキャスト部材を用いた梁であって、
複数の梁材を梁幅方向に並べて構成され、
前記梁材の少なくとも一つが前記プレキャスト部材であり、
当該プレキャスト部材に、主筋およびせん断補強筋が埋設されたことを特徴とする梁。

【請求項2】

前記コンクリートは、二酸化炭素を固定させるための材料として、γビーライト、高炉スラグ、石炭灰のうちの少なくとも一つを含み、当該材料によって二酸化炭素が固定されたことを特徴とする請求項１記載の梁。

【請求項3】

前記梁材の少なくとも一つが、前記プレキャスト部材でないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の梁。

【請求項4】

前記梁は建物の外周部に配置され、前記建物の外側に位置する梁材は、前記プレキャスト部材でないことを特徴とする請求項３記載の梁。

【請求項5】

前記梁材の少なくとも一つが、木部材であることを特徴とする請求項３記載の梁。

【請求項6】

請求項１記載の梁と柱の接合構造であって、
前記柱と前記梁の接合部に配置された接合部プレキャスト部材から側方に延びる鉄筋と、前記梁のプレキャスト部材から突出する前記主筋とが継手部によって接続され、
前記継手部およびその両側の前記鉄筋および前記主筋を囲むように、環状のせん断補強筋が配置されたことを特徴とする接合構造。

【請求項7】

前記接合部プレキャスト部材は、前記柱よりも側方に延びる梁部分を有し、
前記梁は、前記梁の両側に位置する前記接合部プレキャスト部材の梁部分の間に配置されたことを特徴とする請求項６記載の接合構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリートによるプレキャスト部材を用いた梁等に関する。

【背景技術】

【0002】

カーボンニュートラル実現に貢献できる建築技術として、二酸化炭素をコンクリートに吸収、固定化させるもの（炭酸化技術）が知られている。

【0003】

これは、コンクリート中のセメントを特殊な混和材であるγビーライト（γ－Ｃ_２Ｓ）や産業副産物である高炉スラグ、石炭灰等に置き換え、当該コンクリートによるプレキャスト部材の製造時に、火力発電所の排気ガスなどに含まれる二酸化炭素を材齢の若いコンクリートに大量に固定する二酸化炭素固定化養生（炭酸化養生）を行うことにより、コンクリート中に二酸化炭素を吸収、固定化させるものである（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第5504000号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記の養生過程ではコンクリートの表面から二酸化炭素が吸収されるため、表面積の大きい部材ほど二酸化炭素を多く吸収できるという特性がある。そのため、前記の炭酸化技術は、ボリュームに対する表面積の大きい床や壁などの板状部材や、ボリュームそのものが小さいブロックなどへの適用が検討されることが多く、梁については、ボリュームに対する表面積が小さいことから、適用の検討が進んでいない。

【0006】

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、カーボンニュートラル実現に貢献できる梁等を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前述した課題を解決するための第１の発明は、二酸化炭素固定化養生処理を行ったコンクリートによるプレキャスト部材を用いた梁であって、複数の梁材を梁幅方向に並べて構成され、前記梁材の少なくとも一つが前記プレキャスト部材であり、当該プレキャスト部材に、主筋およびせん断補強筋が埋設されたことを特徴とする梁である。

【0008】

本発明の梁は、梁を梁幅方向に分割した複数の梁材で構成され、個々の梁材のボリュームに対する表面積が大きくなるので、当該梁材をコンクリートによるプレキャスト部材として前記した炭酸化技術を有効に適用でき、カーボンニュートラルの推進につながる。またプレキャスト部材は、その主筋とせん断補強筋により、梁に求められる構造性能を確保できる。さらに本発明では、梁を複数の梁材に分割することで重量が軽減されるので、梁材の運搬等に必要なクレーンのサイズを小さくして施工時のコストを削減することも期待できる。

【0009】

前記コンクリートは、二酸化炭素を固定させるための材料として、γビーライト、高炉スラグ、石炭灰のうちの少なくとも一つを含み、当該材料によって二酸化炭素が固定されたことが望ましい。
これにより、二酸化炭素をコンクリートに好適に固定化できる。

【0010】

前記梁材の少なくとも一つが、前記プレキャスト部材でないことも望ましい。
これにより、梁の適用場面に幅ができ、汎用性が向上する。

【0011】

前記梁は建物の外周部に配置され、前記建物の外側に位置する梁材は、前記プレキャスト部材でないことが望ましい。
建物の外側に位置する梁材を、前記の養生処理を経ない部材とすることで、建物の外側からの中性化の進行による鉄筋の腐食を防ぐことができる。

【0012】

前記梁材の少なくとも一つが、木部材であることも望ましい。
梁材として、コンクリートによるプレキャスト部材の代わりに木部材を用いることで、カーボンニュートラルへの更なる貢献が可能になる。木部材とコンクリートによるプレキャスト部材とを組み合わせれば、たとえ木部材が燃え落ちても長期荷重分はプレキャスト部材に負担させることが可能であり、木部材の設計が容易になる。

【0013】

第２の発明は、第１の発明の梁と柱の接合構造であって、前記柱と前記梁の接合部に配置された接合部プレキャスト部材から側方に延びる鉄筋と、前記梁のプレキャスト部材から突出する前記主筋とが継手部によって接続され、前記継手部およびその両側の前記鉄筋および前記主筋を囲むように、環状のせん断補強筋が配置されたことを特徴とする接合構造である。
第２の発明によれば、第１の発明の梁と柱とを好適に接合できる。

【0014】

前記接合部プレキャスト部材は、前記柱よりも側方に延びる梁部分を有し、前記梁は、前記梁の両側に位置する前記接合部プレキャスト部材の梁部分の間に配置されることが望ましい。
これにより、上記の梁部分と第１の発明の梁とで大梁を構成し、その際、第１の発明の梁を、大梁の梁端の塑性ヒンジ領域を避けて配置することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、カーボンニュートラル実現に貢献できる梁等を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】梁２を示す図。

【図2】梁材１を示す図。

【図3】梁２の架設箇所を示す図。

【図4】梁２と柱４の接合構造３を示す図。

【図5】梁２ａを示す図。

【図6】梁材１ａを示す図。

【図7】梁２ｂを示す図。

【図8】梁２ｃを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

【0018】

図１は、本発明の実施形態に係る梁２を示す図である。図１に示すように、梁２は、当該梁２を梁幅方向に分割した複数（図１の例では３つ）の梁材１によって構成される。すなわち、梁２は、複数の梁材１を梁幅方向に並べて構成される。梁幅方向は、梁軸方向と平面において直交する方向であり、図１の奥行方向に対応する。

【0019】

図２は梁材１を示す図である。梁材１は、コンクリート１４に主筋１２やせん断補強筋１３を埋設したプレキャスト部材である。

【0020】

主筋１２は、梁軸方向に沿って延びる鉄筋であり、その両端部が梁材１の小口面（梁軸方向の端面）から突出する。本実施形態では、主筋１２が梁材１の上下に１本ずつ配置される。ただしこれに限ることはなく、例えば梁材１の上部と下部のそれぞれで、複数の主筋１２が梁幅方向や梁せい方向に並べて配置されてもよい。

【0021】

せん断補強筋１３は、梁材１内の主筋１２を囲むように設けられる鉄筋であり、梁軸方向に間隔を空けて複数配置される。本実施形態では、せん断補強筋１３を上下の端部に180°のフックを付けたものとし、これにより鉄筋の加工が容易になる。上下の主筋１２は、これらのフックの内側にそれぞれ配置される。ただし、せん断補強筋１３の形状は上記に限定されず、例えば主筋１２を囲む環状のものであってもよい。また図２の例では、梁軸方向に隣り合うせん断補強筋１３の間で、フックの向きが逆となる（図２の手前側と奥側）となるように、せん断補強筋１３が配置される。なお、前記したように、梁材１の上部と下部のそれぞれで、複数の主筋１２を梁せい方向に並べて配置する場合、梁材１の上部の主筋１２と下部の主筋１２のうち梁せい方向の中央部側に位置する主筋１２が上下のフック内に収まるようにせん断補強筋１３を配置するとともに、これとは別のせん断補強筋１３を、梁材１の上部の主筋１２と下部の主筋１２のうち梁せい方向の上下の端部側に位置する主筋１２が上下のフック内に収まるように配置してもよい。これらのせん断補強筋１３は、フックの向きが逆となるように配置される。

【0022】

コンクリート１４は、二酸化炭素固定化養生（炭酸化養生）処理を行ったコンクリートである。梁材１は、工場等において予め製作され、この際、コンクリート１４に対する二酸化炭素固定化養生処理が行われる。この養生処理は既知の手法により行うことができ、ここではその説明を省略する。コンクリート１４は、二酸化炭素を固定させるための材料として、γビーライト（γ－Ｃ_２Ｓ）、高炉スラグ、石炭灰のうちの少なくとも一つを含み、当該材料によって二酸化炭素が固定される。

【0023】

梁材１は工場等から現場まで運搬され、梁２の架設箇所で複数の梁材１を梁幅方向に並べて設置することで、梁２が形成される。

【0024】

構造的には、梁幅方向に隣り合う梁材１同士の間でせん断力等を伝達する必要は無いので、梁材１は並べて設置するだけで十分であり、隣り合う梁材１同士を接合する必要は特に無い。また梁材１間のコッターなども不要であり、隣り合う梁材１の間に数mm～数cm程度の隙間が生じても問題は無い。ただし、梁幅方向のボルト等を用いて隣り合う梁材１同士を接合することは可能である。また梁２の上にスラブコンクリートを打設する場合は、ノロが下階に垂れないように、梁２の上面において、隣り合う梁材１の隙間を塞いでおくことが望ましい。

【0025】

図３は梁２の架設箇所の例である。梁２は、典型的には、地上においてRC（鉄筋コンクリート）造の柱４の間に架設され、梁軸方向の両端部が、各柱４の上端部の柱梁接合部４１に接合される。図４はこの接合構造３を示す図である。

【0026】

柱梁接合部４１は、梁２と柱４の接合部に配置されるコンクリート製のプレキャスト部材（接合部プレキャスト部材）であり、鉄筋４１２等を内部に埋設したRC造とされる。

【0027】

柱梁接合部４１は、柱４よりも側方に延びる梁部分４１１を有する。梁部分４１１は梁２側に突出し、梁部分４１１の梁軸方向に沿った複数の鉄筋４１２が、梁部分４１１から梁２側へと側方に延びるように設けられる。これらの鉄筋４１２は、梁部分４１１の梁軸方向と直交する面において、梁２を構成する梁材１の主筋１２と対応する位置に配置される。

【0028】

接合構造３では、梁部分４１１から延びる各鉄筋４１２と、各鉄筋４１２に対応する位置の各主筋１２とが、カプラ等の継手部３２によって接続される。

【0029】

また、継手部３２およびその両側の鉄筋４１２や主筋１２を囲んで束ねるように、環状のせん断補強筋３１が配置される。せん断補強筋３１は、梁軸方向に間隔を空けて複数設けられる。

【0030】

さらに、梁部分４１１と梁２の間にはコンクリート（図３、４の符号Ｃｏｎ参照）が打設される。これにより梁２と柱４が柱梁接合部４１を介して接合されるとともに、梁２を構成する各梁材１が一体化される。

【0031】

図３の例では、梁２と、梁２の両側に位置する梁部分４１１とが大梁を構成する。大梁は、その梁端に塑性ヒンジ領域を有するが、塑性ヒンジ領域の梁軸方向の長さは梁せいの1.0～1.5倍程度である。梁部分４１１の梁軸方向の長さは、この塑性ヒンジ領域の長さに対応し、梁２そのものは、塑性ヒンジ領域を避けて大梁の中間部に設けられる。

【0032】

このように、本実施形態の梁２は、梁２を梁幅方向に分割した複数の梁材１で構成され、個々の梁材１のボリュームに対する表面積が大きくなるので、当該梁材１をコンクリートによるプレキャスト部材として前記した炭酸化技術を有効に適用でき、カーボンニュートラルの推進につながる。また梁材１は、その主筋１２とせん断補強筋１３により、梁２に求められる構造性能を確保できる。さらに、梁２を複数の梁材１に分割することで重量が軽減されるので、梁材１の運搬等に必要なクレーンのサイズを小さくして施工時のコストを削減することも期待できる。

【0033】

また本実施形態では、コンクリート１４が、二酸化炭素を固定させるための材料として、γビーライトや高炉スラグ、石炭灰を含み、当該材料によって二酸化炭素をコンクリート１４に好適に固定化できる。

【0034】

また本実施形態では、前記の接合構造３により梁２と柱４を好適に接合でき、梁２の架設箇所では、大梁の梁端の塑性ヒンジ領域を避けて梁２を配置することができる。そのため、梁２に要求される構造的性能を軽減できる。

【0035】

しかしながら、本発明は前記の実施形態に限定されない。例えば梁幅方向に配置される梁材１の数は特に限定されず、２本以上の梁材１が並べて配置されればよい。また図３の例では梁２を地上部に架設しているが、基礎梁などに梁２を適用することも可能である。また梁２は小梁として用いられるケースもあり、そのようなケースでは、塑性ヒンジ領域を避けて梁２を配置する必要も特に無く、前記の梁部分４１１を省略することが可能である。

【0036】

また、梁２や梁材１の形状、寸法等も特に限定されず、例えば図５の梁２ａに示すように、一部の梁材１の梁せいを大きくし、当該梁材１の上部を他の梁材１よりも上方に突出させることもできる。これにより、梁２ａの上にスラブコンクリートを打設する際に、梁材１の突出部分をシアキーとして活用できる。図５の例では梁幅方向の中間部の梁材１を突出させているが、他の梁材１を突出させてもよい。

【0037】

また梁２を構成する各梁材１に、配管等を梁２に通すための梁幅方向の貫通孔を設けても良い。梁材１に貫通孔を設けることで表面積が増え、養生過程でより多くの二酸化炭素を吸収、固定化できる可能性がある。

【0038】

また図６の梁材１ａに示すように、梁材１ａの小口面に、コッターなどのせん断抵抗部材１５を設けてもよい。これにより、前記の接合構造３（図３等参照）において、せん断抵抗部材１５を、梁材１ａとコンクリート（図３の符号Ｃｏｎ参照）の間のせん断に対して抵抗させ、梁材１ａとコンクリートの一体性を高めることができる。なお、せん断抵抗部材１５は図６のようなコッターに限らず、小口面から鉄筋等のダボを突出させてもよいし、コッターとダボとを併用してもよい。

【0039】

また本実施形態では、梁２を構成する全ての梁材１が、前記の養生処理を行ったプレキャスト部材であるが、梁２を構成する梁材の少なくとも一つを、上記プレキャスト部材でない部材としてもよい。これにより、梁２の適用場面に幅ができ、汎用性が向上する。

【0040】

例えば図７の梁２ｂでは、１つの梁材１ｂを前記の養生処理を行わないプレキャスト部材とし、その他の梁材１を前記の養生処理を行ったプレキャスト部材としている。この梁２ｂは、建物の外周部に配置される梁であり、梁材１ｂは、梁幅方向において建物の外側に位置する。梁材１ｂは、前記の養生処理が行われない点のみ梁材１と異なり、その他の構成は梁材１と同様である。

【0041】

従来、二酸化炭素固定化養生処理を経た梁は、養生過程でコンクリートが中性化（あるいは酸性化）することで、アルカリ性のコンクリートが持つ鉄筋の防錆効果が期待できなくなる懸念があり、当該梁の建物の外周部への利用を妨げる要因となっていた。一方、上記の梁２ｂは、建物の外側に位置する梁材１ｂを養生処理を経ない部材とすることで、コンクリート１４のアルカリ性が維持される。そのため、梁材１ｂやその内側の梁材１の主筋１２やせん断補強筋１３が、屋外の降雨等で生じる建物の外側からの中性化により腐食するのを防ぐことができ、建物の外周部への適用が可能となる。

【0042】

一方、図１等で説明した梁２は、建物の内部に設けられる梁であるが、建物の外周部であっても、庇がある場合などでは梁２を適用することも可能であり、また梁２に防水被覆を施すことで建物の外周部に適用することも可能である。

【0043】

また図８の梁２ｃは、梁幅方向の両側の梁材１が、前記の養生処理を行ったプレキャスト部材であり、これらの梁材１によって挟まれた梁幅方向の中間部の梁材１ｃは、前記の養生処理を行わない集成材等の木部材となっている。

【0044】

梁材１ｃでは、前記した主筋１２の代わりに、両端の小口面から挿し筋１２ａが突出する。挿し筋１２ａは梁軸方向の鉄筋であり、一方の端部が小口面から突出し、他方の端部が梁材１ｃに埋設される。なお、梁材１ｃには前記のせん断補強筋１３は配置されない。

【0045】

この梁２ｃは、梁材１ｃとして、コンクリートによるプレキャスト部材の代わりに木部材を用いることで、カーボンニュートラルへの更なる貢献が可能である。木部材による梁を単独で適用する際には、耐火性能を確保するために、燃え代層を加味した設計とすることで構造的に不経済な断面になったり、別途の耐火被覆層が必要になったりするが、上記の梁２ｃでは、仮に梁材１ｃが燃え落ちても長期荷重分を梁材１に負担させることができ、燃え代層を加味した設計や別途の耐火被覆層が不要であり、木部材の設計が容易になる。

【0046】

なお、梁２ｃでは２本の梁材１で梁材１ｃを挟み込んだが、梁材の本数や組み合わせはこれに限らず、木部材による梁材１ｃを含んでいればよい。例えば、梁材１ｃによって梁材１を挟み込んでもよい。また、梁幅方向の一方の側を梁材１ｃとし、他方の側を梁材１としてもよい。

【0047】

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【符号の説明】

【0048】

１、１ａ、１ｂ、１ｃ：梁材
２、２ａ、２ｂ、２ｃ：梁
３：接合構造
４：柱
１２：主筋
１３、３１：せん断補強筋
１４：コンクリート
１５：せん断抵抗部材
３２：継手部
４１：柱梁接合部
４１１：梁部分
４１２：鉄筋

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】