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(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】
(24)【登録日】2024-02-07
(45)【発行日】2024-02-16
(54)【発明の名称】鉄筋コンクリート壁構造
(51)【国際特許分類】
E04C 5/04 20060101AFI20240208BHJP
【ＦＩ】
E04C5/04
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020167365
(22)【出願日】2020-10-01
(65)【公開番号】P2021075999
(43)【公開日】2021-05-20
【審査請求日】2022-12-13
(31)【優先権主張番号】P 2019205096
(32)【優先日】2019-11-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100124084
【弁理士】
【氏名又は名称】黒岩 久人
(72)【発明者】
【氏名】田邉 祥平
(72)【発明者】
【氏名】大畑 克三
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 正光
(72)【発明者】
【氏名】村松 晃次
(72)【発明者】
【氏名】氏家 章宏
(72)【発明者】
【氏名】京田 隆寛
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 湊
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 英義
(72)【発明者】
【氏名】竹▲崎▼ 真一
【審査官】須永 聡
(56)【参考文献】
【文献】実開平０５－０９２７９４（ＪＰ，Ｕ）
【文献】実開平０４－０５３５９５（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００８－１４４４１５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－３０２９０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】実開昭６０－１５０２２３（ＪＰ，Ｕ）
【文献】特開２００４－２９３１８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１０００９２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１７８７５６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ０４Ｃ ５／００－５／２０
Ｇ２１Ｃ １１／００－１３／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
既存の鉄筋コンクリート壁に開口補強材で補強された開口部が設けられた鉄筋コンクリート壁の構造であって、当該鉄筋コンクリート壁の主筋は、ダブル配筋されており、
前記開口補強材は、内部が前記開口部となる鋼管と、
前記鉄筋コンクリート壁の壁内部にのみ設けられて前記鋼管の外周面に全周に亘って立設された円環状または矩形状の鋼板からなる補強材と、を備え、
当該補強材は、前記ダブル配筋された主筋同士の間に、前記主筋に接合されることなく、当該主筋から離れて配置されていることを特徴とする鉄筋コンクリート壁構造。
【請求項2】
当該鋼板には、前記鋼管の外周面に沿って複数の貫通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート壁構造。
【請求項3】
当該鋼板の両面には、前記鋼管の外周面に沿って複数の棒状部材が立設されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄筋コンクリート壁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、開口部を有する鉄筋コンクリート板の構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、鉄筋コンクリート構造体に開口部を設ける場合、この開口部の周囲に開口補強材を設けることが提案されている（特許文献１～３参照）。
特許文献１には、上下梁主筋間に配置された梁貫通孔を補強する補強装置が示されている。補強装置は、梁貫通孔を成形する型枠を包囲する鋼製の環状補強部材と、環状補強部材に設けられた座屈拘束筋と、を備える。座屈拘束筋の内側には、上下の梁主筋が挿通される。
特許文献１には、上下梁主筋間に配置された梁貫通孔を補強する補強装置が示されている。補強装置は、梁貫通孔を成形する型枠を包囲する鋼製の環状補強部材と、環状補強部材に設けられた座屈拘束筋と、を備える。座屈拘束筋の内側には、上下の梁主筋が挿通される。
【0003】
特許文献２には、鉄筋コンクリート構造壁の開口部の補強構造が示されている。この補強構造は、開口部を形成する円形鋼管と、円形鋼管の外周面に形成された補強鋼板と、この補強鋼板から突出して形成された継手筋と、を備える。この継手筋は、壁の主鉄筋に溶接される。
特許文献３には、開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造が示されている。この補強構造は、開口を形成する鋼管と、この鋼管の周囲に接合された略コの字形状のせん断補強筋と、を備える。せん断補強筋の内側には、梁主筋が挿通されている。
特許文献３には、開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造が示されている。この補強構造は、開口を形成する鋼管と、この鋼管の周囲に接合された略コの字形状のせん断補強筋と、を備える。せん断補強筋の内側には、梁主筋が挿通されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１１－１３７３３５号公報
【文献】特開２００８－１４４４１５号公報
【文献】特開２００７－５１５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、壁や床などの鉄筋コンクリート板に開口部を設ける際に、開口部廻りのコンクリートの充填性を向上できる、鉄筋コンクリート壁構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明者らは、開口部を有する鉄筋コンクリート板（壁、床）を対象として、開口部に予め開口補強材を設置し、この開口補強材廻りにコンクリートを充填することで、開口部廻りの主筋（壁筋、床筋）に開口補強筋を接続する必要がなく、配筋作業を軽減できかつコンクリートの充填性を向上できる点に着目して、本発明に至った。
第１の発明の鉄筋コンクリート板構造は、開口補強材（例えば、後述の開口補強材１０）で補強された開口部（例えば、後述の開口部２）が設けられた鉄筋コンクリート板（例えば、後述の鉄筋コンクリート壁１～１Ｇ）の構造であって、当該鉄筋コンクリート板の主筋（例えば、後述の壁筋２０）は、ダブル配筋されており、前記開口補強材は、内部が前記開口部となる鋼管（例えば、後述の鋼管１１）と、当該鋼管の外周面に全周に亘って立設された補強材（例えば、後述の頭付きスタッド１２、鋼板１３）と、を備え、当該補強材は、前記ダブル配筋された主筋同士の間に、当該主筋から離れて配置されていることを特徴とする。
第１の発明の鉄筋コンクリート板構造は、開口補強材（例えば、後述の開口補強材１０）で補強された開口部（例えば、後述の開口部２）が設けられた鉄筋コンクリート板（例えば、後述の鉄筋コンクリート壁１～１Ｇ）の構造であって、当該鉄筋コンクリート板の主筋（例えば、後述の壁筋２０）は、ダブル配筋されており、前記開口補強材は、内部が前記開口部となる鋼管（例えば、後述の鋼管１１）と、当該鋼管の外周面に全周に亘って立設された補強材（例えば、後述の頭付きスタッド１２、鋼板１３）と、を備え、当該補強材は、前記ダブル配筋された主筋同士の間に、当該主筋から離れて配置されていることを特徴とする。
【0007】
ここで、鉄筋コンクリート板とは、例えば、鉄筋コンクリート造の壁や床であり、断面が直線状に限らず、ドーム状のような湾曲した形状も含まれる。また、鉄筋コンクリート板の主筋とは、例えば、壁筋や床筋である。
この発明によれば、開口補強材を、鋼管と、この鋼管の外周面に設けられた補強材と、を含んで構成した。よって、主筋の配筋時に、鉄筋コンクリート板の開口部に開口補強材を配置するだけで、この開口部を補強でき、鉄筋材による開口補強を省略したり簡素化したりできるから、主筋の配筋作業の作業効率を向上できる。
また、鋼管の外周面に全周に亘って補強材を設けたので、開口補強材に対して様々な方向から応力が作用しても、この開口補強材が十分に抵抗できる。
このとき、開口補強材の補強材を主筋から離れて配置した。よって、開口部廻りの鉄筋が複雑な配置にならないから、開口部廻りのコンクリートの充填性を向上できる。また、従来のように、開口補強材に設けた補強材を壁筋や梁主筋に接合する必要がないから、施工性を向上できる。また、開口部廻りに開口補強材を配置するだけでよく、主筋から開口補強材に直接、応力が伝達されないので、設計自由度の高い開口補強設計が可能となる。
この発明によれば、開口補強材を、鋼管と、この鋼管の外周面に設けられた補強材と、を含んで構成した。よって、主筋の配筋時に、鉄筋コンクリート板の開口部に開口補強材を配置するだけで、この開口部を補強でき、鉄筋材による開口補強を省略したり簡素化したりできるから、主筋の配筋作業の作業効率を向上できる。
また、鋼管の外周面に全周に亘って補強材を設けたので、開口補強材に対して様々な方向から応力が作用しても、この開口補強材が十分に抵抗できる。
このとき、開口補強材の補強材を主筋から離れて配置した。よって、開口部廻りの鉄筋が複雑な配置にならないから、開口部廻りのコンクリートの充填性を向上できる。また、従来のように、開口補強材に設けた補強材を壁筋や梁主筋に接合する必要がないから、施工性を向上できる。また、開口部廻りに開口補強材を配置するだけでよく、主筋から開口補強材に直接、応力が伝達されないので、設計自由度の高い開口補強設計が可能となる。
【0008】
第２の発明の鉄筋コンクリート板構造は、前記補強材は、円環状または矩形状の鋼板（例えば、後述の鋼板１３）であり、当該鋼板には、前記鋼管の外周面に沿って複数の貫通孔（例えば、後述の貫通孔１４）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、補強材として円環状または矩形状の鋼板を設け、この鋼板に複数の貫通孔を設けた。よって、これら貫通孔を通してコンクリートの流動性が高まるので、鋼板の両側におけるコンクリートの充填性を高めることができ、開口部廻りにおける開口補強材とコンクリートとの一体性を確保できる。
【0010】
第３の発明の鉄筋コンクリート板構造は、前記補強材は、円環状または矩形状の鋼板（例えば、後述の鋼板１３）であり、当該鋼板の両面には、前記鋼管の外周面に沿って複数の棒状部材（例えば、後述の頭付きスタッド１５）が立設されていることを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、補強材として円環状または矩形状の鋼板を設け、この鋼板の両面の複数の棒状部材を立設した。よって、これら棒状部材が鉄筋コンクリート板のコンクリート体に係止するから、鋼板とコンクリートとの一体性を確保できる。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、鉄筋コンクリート板に開口部を設ける際に、開口部廻りのコンクリートの充填性を向上できる、鉄筋コンクリート壁構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の第１実施形態に係る鉄筋コンクリート壁の正面図である。
【図3】前記鉄筋コンクリート壁の構築手順のフローチャートである。
【図4】前記鉄筋コンクリート壁の開口補強材の模式図およびこの開口補強材に作用するせん断力の分布図である。
【図5】開口部が設けられた鉄筋コンクリート壁の解析モデルを示す図である。
【図6】鉄筋コンクリート壁の実験結果およびシミュレーション結果を示す図である。
【図7】本発明の第２実施形態に係る鉄筋コンクリート壁の部分拡大正面図およびＢ－Ｂ断面図である。
【図8】本発明の第３実施形態に係る鉄筋コンクリート壁の部分拡大正面図およびＣ－Ｃ断面図である。
【図9】本発明の第４実施形態に係る鉄筋コンクリート壁の部分拡大正面図およびＤ－Ｄ断面図である。
【図11】本発明の第５実施形態に係る鉄筋コンクリート壁の部分拡大正面図およびＧ－Ｇ断面図である。
【図12】本発明の第６実施形態に係る鉄筋コンクリート壁の部分拡大正面図およびＨ－Ｈ断面図である。
【図13】本発明の第７実施形態に係る鉄筋コンクリート壁の部分拡大正面図およびＩ－Ｉ断面図である。
【図15】本発明の第８実施形態に係る鉄筋コンクリート壁の部分拡大正面図およびＬ－Ｌ断面図である。
【図16】本発明の実施例および比較例の試験体の構成を示す図である。
【図17】本発明の実施例および比較例の加力試験結果を示す図である。
【図18】本発明の実施例および比較例の加力試験結果（鉛直荷重と鉛直変位との関係）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明は、開口部を有する鉄筋コンクリート板（壁、床）を対象とし、開口部廻りに開口補強材を設けた鉄筋コンクリート板構造である。具体的には、第１実施形態では、開口補強材としてスタッド付きの鋼管を設け（図２）、第２実施形態では、開口補強材としてドーナツ型鋼板付き鋼管を設けた（図７）。また、第３実施形態では、第２実施形態のドーナツ型鋼板に貫通孔を設け（図８）、第４実施形態では、第２実施形態のドーナツ型鋼板にスタッドを設けた（図９）。
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実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１の正面図である。図２（ａ）は、鉄筋コンクリート壁１の開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。
鉄筋コンクリート壁１は、柱３および梁４で囲まれた既存の鉄筋コンクリート壁に、あと施工で開口部２を形成したものである。この鉄筋コンクリート壁１では、縦横に延びる壁筋２０がダブル配筋されている。なお、鉄筋コンクリート壁１の開口部２が設けられる部分には、壁筋２０が配筋されておらず、その代わりに開口補強材１０が配置されており、これにより、開口部２は、開口補強材１０で補強されている。
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実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１の正面図である。図２（ａ）は、鉄筋コンクリート壁１の開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ－Ａ断面図である。
鉄筋コンクリート壁１は、柱３および梁４で囲まれた既存の鉄筋コンクリート壁に、あと施工で開口部２を形成したものである。この鉄筋コンクリート壁１では、縦横に延びる壁筋２０がダブル配筋されている。なお、鉄筋コンクリート壁１の開口部２が設けられる部分には、壁筋２０が配筋されておらず、その代わりに開口補強材１０が配置されており、これにより、開口部２は、開口補強材１０で補強されている。
【0015】
開口補強材１０は、内部が開口部２となる鋼管１１と、この鋼管１１の外周面上に全周に亘って三列立設された複数本の補強材としての頭付きスタッド１２と、を備える。具体的には、これら頭付きスタッド１２は、各列１２本ずつ合計３６本設けられており、ダブル配筋された壁筋２０同士の間に、壁筋２０から離れて配置されている。
【0016】
以上の鉄筋コンクリート壁１の具体的な寸法は、例えば以下の通りである。すなわち、壁厚は４００ｍｍであり、壁筋はＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチのダブル配筋である。また、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、頭付きスタッドは、Ｄ１６（外径１６ｍｍ）、長さ８０ｍｍであり、頭付きスタッドの列同士の間隔は、１００ｍｍである。
【0017】
以下、既存の鉄筋コンクリート壁に開口部２を設けて鉄筋コンクリート壁１を構築する手順について、図３のフローチャートを参照しながら説明する。
ステップＳ１では、既存の鉄筋コンクリート壁のうち開口部２を設ける部分およびその周囲（図１中ハッチングで示す部分）を斫って、壁筋２０を露出させる。このとき、既存の鉄筋コンクリート躯体とあと施工のコンクリート打設部分との接合強度を高めるため、斫り面を目荒らしすることが好ましい。
ステップＳ２では、開口補強材１０に干渉する壁筋２０を切断して撤去する。
ステップＳ３では、開口補強材１０を開口部２の位置に配置する。このとき、開口補強材１０を溶接等で壁筋２０に接合することなく、壁筋２０から離して配置する。
ステップＳ４では、コンクリートを斫った部分に図示しない型枠を建て込んで、この型枠に開口補強材１０の両端部を仮固定する。次に、この型枠内にコンクリートを打設して、既存の鉄筋コンクリート躯体と開口補強材１０とを一体化させる。
ステップＳ１では、既存の鉄筋コンクリート壁のうち開口部２を設ける部分およびその周囲（図１中ハッチングで示す部分）を斫って、壁筋２０を露出させる。このとき、既存の鉄筋コンクリート躯体とあと施工のコンクリート打設部分との接合強度を高めるため、斫り面を目荒らしすることが好ましい。
ステップＳ２では、開口補強材１０に干渉する壁筋２０を切断して撤去する。
ステップＳ３では、開口補強材１０を開口部２の位置に配置する。このとき、開口補強材１０を溶接等で壁筋２０に接合することなく、壁筋２０から離して配置する。
ステップＳ４では、コンクリートを斫った部分に図示しない型枠を建て込んで、この型枠に開口補強材１０の両端部を仮固定する。次に、この型枠内にコンクリートを打設して、既存の鉄筋コンクリート躯体と開口補強材１０とを一体化させる。
【0018】
〔スタッドのせん断耐力の検討〕
円形の鋼管の周長の１／４分に配置されたスタッドがせん断力を負担すると考える。そこで、本実施形態における鋼管の周長の１／４分に設けるＤ１６（外径１６ｍｍ）の頭付きスタッドについて、スタッドの総せん断耐力ｑｓが、スタッドに作用する最大せん断力Ｑを上回るか否かを計算した。
スタッドは、図４（ａ）に示すように、各列１２本ずつ合計３６本設けられている。
等厚な鉄筋コンクリートスラブ中のスタッドの総せん断耐力ｑｓは、以下の式（１）で表わされる。なお、以下の式（１）において、ｓｃａは、頭付きスタッドの総断面積であり、Ｆｃは、コンクリートの設計基準強度（２４Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｅｃは、コンクリートのヤング係数である。
円形の鋼管の周長の１／４分に配置されたスタッドがせん断力を負担すると考える。そこで、本実施形態における鋼管の周長の１／４分に設けるＤ１６（外径１６ｍｍ）の頭付きスタッドについて、スタッドの総せん断耐力ｑｓが、スタッドに作用する最大せん断力Ｑを上回るか否かを計算した。
スタッドは、図４（ａ）に示すように、各列１２本ずつ合計３６本設けられている。
等厚な鉄筋コンクリートスラブ中のスタッドの総せん断耐力ｑｓは、以下の式（１）で表わされる。なお、以下の式（１）において、ｓｃａは、頭付きスタッドの総断面積であり、Ｆｃは、コンクリートの設計基準強度（２４Ｎ／ｍｍ２）であり、Ｅｃは、コンクリートのヤング係数である。
【0019】
【数1】
【0020】
ここで、コンクリートのヤング係数Ｅｃは、以下の式（２）で求められる。なお、以下の式（２）において、γはコンクリートの気乾単位体積重量（２３ｋＮ／ｍ３）である。
【0021】
【数2】
【0022】
また、スタッドの１本当たりの断面積ａは、以下の式（３）で求められる。
【0023】
【数3】
【0024】
円形の鋼管の周長の１／４分に配置されたスタッドの本数は、３×３＝１２本である。よって、これらスタッドの総せん断耐力ｑｓは、以下の式（４）で求められる。
【0025】
【数4】
【0026】
次に、鋼管の周長の１／４分に配置されたスタッドに作用する最大せん断力Ｑを求める。この最大せん断力Ｑは、後述の図５に示す解析モデルを用いたシミュレーションを行い、図６に示すシミュレーション結果から推定したものである。図６には、圧縮載荷時の外荷重（反力）と鉛直方向の変形量（変形）との関係が示されている。このシミュレーション結果に基づくと、図４（ｂ）に示すように、鋼管の周長の１／４部分に作用する軸力は、圧縮側が最大で４２９ｋＮ、引張側が最大で１１９ｋＮとなる。よって、鋼管の周長の１／４分に生じる最大せん断力Ｑは、以下の式（５）で表わされる。
【0027】
【数5】
【0028】
以上の式（４）、（５）より、以下の式（６）が成立する。
【0029】
【数6】
【0030】
式（６）より、鋼管の周長の１／４分に作用する最大せん断力Ｑが５４８ｋＮであるのに対して、スタッド１２本の総せん断耐力ｑｓが６７２ｋＮであり、鋼管の外周面に設けるスタッドの直径を１６ｍｍとすることで、十分なせん断耐力を確保できることが判る。
【0031】
〔鋼管を設けた鉄筋コンクリート壁の耐力の検証〕
以下、開口部に設けた鋼管の効果を検証するため、以下の参考例１～６の実験およびシミュレーションを行った。
参考例１は、開口部を設けない鉄筋コンクリート壁の試験体を実際に製作して、この試験体に上下から荷重を加える実験を行った。
参考例２は、仮想空間上にて、開口部を設けない鉄筋コンクリート壁の解析モデルを生成し、この解析モデルに上下から荷重を加えるシミュレーションを行った。
参考例３～６は、図５に示すように、仮想空間上にて、開口部が設けられた鉄筋コンクリート壁の解析モデルを生成し、この解析モデルに上下から荷重を加えるシミュレーションを行った。これらの解析モデルでは、壁筋をＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋とした。また、開口寸法を２０８ｍｍとした。
具体的には、参考例３は、解析モデルに開口部を設けるが、鋼管を設けず、開口補強も行わない場合である。参考例４～６は、開口部に鋼管を配置し、鋼管の厚さをパラメータとして変化させた場合である。具体的には、参考例４～６は、それぞれ、鋼管の厚さを、９ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍとした。
以下、開口部に設けた鋼管の効果を検証するため、以下の参考例１～６の実験およびシミュレーションを行った。
参考例１は、開口部を設けない鉄筋コンクリート壁の試験体を実際に製作して、この試験体に上下から荷重を加える実験を行った。
参考例２は、仮想空間上にて、開口部を設けない鉄筋コンクリート壁の解析モデルを生成し、この解析モデルに上下から荷重を加えるシミュレーションを行った。
参考例３～６は、図５に示すように、仮想空間上にて、開口部が設けられた鉄筋コンクリート壁の解析モデルを生成し、この解析モデルに上下から荷重を加えるシミュレーションを行った。これらの解析モデルでは、壁筋をＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋とした。また、開口寸法を２０８ｍｍとした。
具体的には、参考例３は、解析モデルに開口部を設けるが、鋼管を設けず、開口補強も行わない場合である。参考例４～６は、開口部に鋼管を配置し、鋼管の厚さをパラメータとして変化させた場合である。具体的には、参考例４～６は、それぞれ、鋼管の厚さを、９ｍｍ、１２ｍｍ、１６ｍｍとした。
【0032】
図６は、参考例１～６の実験結果およびシミュレーション結果を示す図である。すなわち、図６は、開口部無しの試験体に対する実験結果（参考例１）、開口部無しの解析モデルの解析結果（参考例２）、および、開口部有りの解析モデルの解析結果（参考例３～６）であり、圧縮載荷時の外荷重（反力）と鉛直方向の変形量（変形）の関係を示す。図６より、開口部に鋼管を設けた場合（参考例４～６）には、開口部に鋼管を設けない場合（参考例３）と比べて、反力が４５００ｋＮ程度まで大きくなっても、反力と変形量がほぼ正比例することが判る。したがって、鉄筋コンクリート壁に開口部を設ける場合、この開口部に鋼管を設けることで、大きな耐力を確保できることが判る。
【0033】
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）開口補強材１０を、鋼管１１と、この鋼管１１の外周面に設けられた頭付きスタッド１２と、を含んで構成した。よって、壁筋２０の配筋時に、壁の開口部２に開口補強材１０を配置するだけで、この開口部２を補強でき、鉄筋材による開口補強を省略したり簡素化したりできるから、壁筋２０の配筋作業の作業効率を向上できる。
また、鋼管１１の外周面に全周に亘って頭付きスタッド１２を設けたので、開口補強材１０に対して様々な方向から応力が作用しても、この開口補強材１０が十分に抵抗できる。
このとき、開口補強材１０の頭付きスタッド１２を壁筋２０から離して配置した。よって、開口部２廻りの鉄筋が複雑な配置にならないから、開口部２廻りのコンクリートの充填性を向上できる。また、従来のように、開口補強材に設けた補強材を壁筋や梁主筋に接合する必要がないから、施工性を向上できる。また、壁筋２０が負担している応力が、開口補強材１０に直接伝達されないので、開口部２周りに作用する応力や変形モードのみに着目して、開口補強材の鋼材量や強度が異なる様々な開口補強設計が可能である。
（１）開口補強材１０を、鋼管１１と、この鋼管１１の外周面に設けられた頭付きスタッド１２と、を含んで構成した。よって、壁筋２０の配筋時に、壁の開口部２に開口補強材１０を配置するだけで、この開口部２を補強でき、鉄筋材による開口補強を省略したり簡素化したりできるから、壁筋２０の配筋作業の作業効率を向上できる。
また、鋼管１１の外周面に全周に亘って頭付きスタッド１２を設けたので、開口補強材１０に対して様々な方向から応力が作用しても、この開口補強材１０が十分に抵抗できる。
このとき、開口補強材１０の頭付きスタッド１２を壁筋２０から離して配置した。よって、開口部２廻りの鉄筋が複雑な配置にならないから、開口部２廻りのコンクリートの充填性を向上できる。また、従来のように、開口補強材に設けた補強材を壁筋や梁主筋に接合する必要がないから、施工性を向上できる。また、壁筋２０が負担している応力が、開口補強材１０に直接伝達されないので、開口部２周りに作用する応力や変形モードのみに着目して、開口補強材の鋼材量や強度が異なる様々な開口補強設計が可能である。
【0034】
〔第２実施形態〕
図７（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ａの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。
本実施形態では、鋼管１１の外周面上に、スタッドではなく補強材としてのドーナツ型の鋼板１３を設けた点が、第１実施形態と異なる。すなわち、鋼板１３は、円環状であり、鋼管１１の外周面上に全周に亘って二枚並んで立設されている。また、これら鋼板１３は、ダブル配筋された壁筋２０同士の間に、壁筋２０から離れて配置されている。
図７（ａ）は、本発明の第２実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ａの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ－Ｂ断面図である。
本実施形態では、鋼管１１の外周面上に、スタッドではなく補強材としてのドーナツ型の鋼板１３を設けた点が、第１実施形態と異なる。すなわち、鋼板１３は、円環状であり、鋼管１１の外周面上に全周に亘って二枚並んで立設されている。また、これら鋼板１３は、ダブル配筋された壁筋２０同士の間に、壁筋２０から離れて配置されている。
【0035】
以上の鉄筋コンクリート壁１Ａの具体的な寸法は、例えば以下の通りである。すなわち、壁厚は４００ｍｍ、壁筋はＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋である。また、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍであり、２枚の鋼板同士の間隔は、２００ｍｍである。
本実施形態によれば、上述の（１）と同様の効果がある。
本実施形態によれば、上述の（１）と同様の効果がある。
【0036】
〔第３実施形態〕
図８（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｂの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。
本実施形態では、各鋼板１３に貫通孔１４を設けた点が、第２実施形態と異なる。すなわち、各鋼板１３には、鋼管１１の外周面に沿って所定間隔おきに１４個の貫通孔１４が設けられている。
図８（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｂの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。
本実施形態では、各鋼板１３に貫通孔１４を設けた点が、第２実施形態と異なる。すなわち、各鋼板１３には、鋼管１１の外周面に沿って所定間隔おきに１４個の貫通孔１４が設けられている。
【0037】
以上の鉄筋コンクリート壁１Ｂの具体的な寸法は、例えば以下の通りである。すなわち、壁厚は４００ｍｍ、壁筋はＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋である。また、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍであり、２枚の鋼板同士の間隔は、２００ｍｍである。また、貫通孔の内径は３５ｍｍである。
【0038】
本実施形態によれば、上述の（１）の効果に加え、以下のような効果がある。
（２）補強材として鋼板１３を設け、この鋼板１３に複数の貫通孔１４を設けた。よって、これら貫通孔１４を通してコンクリートの流動性が高まるので、鋼板１３の両側におけるコンクリートの充填性を高めることができ、開口部２廻りにおける開口補強材１０とコンクリートとの一体性を確保できる。
（２）補強材として鋼板１３を設け、この鋼板１３に複数の貫通孔１４を設けた。よって、これら貫通孔１４を通してコンクリートの流動性が高まるので、鋼板１３の両側におけるコンクリートの充填性を高めることができ、開口部２廻りにおける開口補強材１０とコンクリートとの一体性を確保できる。
【0039】
〔第４実施形態〕
図９（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｃの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＤ－Ｄ断面図である。図１０は、図９の鉄筋コンクリート壁１ＣのＥ－Ｅ断面図およびＦ－Ｆ断面図である。
本実施形態では、各鋼板１３にさらに棒状部材としての頭付きスタッド１５を設けた点が、第２実施形態と異なる。すなわち、各鋼板１３の壁面側の面には、鋼管１１の外周に沿って所定間隔おきに１２本の頭付きスタッド１５が設けられており、各鋼板１３の壁内部側の面には、外周に沿って所定間隔おきに６本の頭付きスタッド１５が設けられている。ここで、２枚の鋼板１３の互いに対向する面に配置された６本の頭付きスタッド１５同士は、交互に配置されている。
図９（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｃの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＤ－Ｄ断面図である。図１０は、図９の鉄筋コンクリート壁１ＣのＥ－Ｅ断面図およびＦ－Ｆ断面図である。
本実施形態では、各鋼板１３にさらに棒状部材としての頭付きスタッド１５を設けた点が、第２実施形態と異なる。すなわち、各鋼板１３の壁面側の面には、鋼管１１の外周に沿って所定間隔おきに１２本の頭付きスタッド１５が設けられており、各鋼板１３の壁内部側の面には、外周に沿って所定間隔おきに６本の頭付きスタッド１５が設けられている。ここで、２枚の鋼板１３の互いに対向する面に配置された６本の頭付きスタッド１５同士は、交互に配置されている。
【0040】
以上の鉄筋コンクリート壁１Ｃの具体的な寸法は、例えば以下の通りである。すなわち、壁厚は４００ｍｍ、壁筋はＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋である。また、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍであり、２枚の鋼板同士の間隔は、１２０ｍｍである。また、頭付きスタッドは、Ｄ１６（外径１６ｍｍ）、長さ８０ｍｍである。
【0041】
本実施形態によれば、上述の（１）の効果に加え、以下のような効果がある。
（３）鋼板１３の両面に複数の頭付きスタッド１５を立設した。よって、これら頭付きスタッド１５が壁のコンクリートに係止するから、鋼板１３とコンクリートとの一体性を確保できる。
（３）鋼板１３の両面に複数の頭付きスタッド１５を立設した。よって、これら頭付きスタッド１５が壁のコンクリートに係止するから、鋼板１３とコンクリートとの一体性を確保できる。
【0042】
〔第５実施形態〕
図１１（ａ）は、本発明の第５実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｄの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＧ－Ｇ断面図である。
本実施形態では、鋼管１１の外周面上に、補強材としての矩形状の鋼板１３を設けた点が、第１実施形態と異なる。すなわち、鋼板１３は、鋼管１１の外周面上に全周に亘って三枚並んで立設されている。また、これら鋼板１３は、ダブル配筋された壁筋２０同士の間に、壁筋２０から離れて配置されている。
図１１（ａ）は、本発明の第５実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｄの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＧ－Ｇ断面図である。
本実施形態では、鋼管１１の外周面上に、補強材としての矩形状の鋼板１３を設けた点が、第１実施形態と異なる。すなわち、鋼板１３は、鋼管１１の外周面上に全周に亘って三枚並んで立設されている。また、これら鋼板１３は、ダブル配筋された壁筋２０同士の間に、壁筋２０から離れて配置されている。
【0043】
以上の鉄筋コンクリート壁１Ｄの具体的な寸法は、例えば以下の通りである。すなわち、壁厚は４００ｍｍ、壁筋はＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋である。また、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍであり、３枚の鋼板同士の間隔は、１００ｍｍである。
本実施形態によれば、上述の（１）と同様の効果がある。
本実施形態によれば、上述の（１）と同様の効果がある。
【0044】
〔第６実施形態〕
図１２（ａ）は、本発明の第６実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｅの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＨ－Ｈ断面図である。
本実施形態では、各鋼板１３に貫通孔１４を設けた点が、第５実施形態と異なる。すなわち、各鋼板１３には、鋼管１１の外周面に沿って所定間隔おきに１２個の貫通孔１４が設けられている。
図１２（ａ）は、本発明の第６実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｅの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＨ－Ｈ断面図である。
本実施形態では、各鋼板１３に貫通孔１４を設けた点が、第５実施形態と異なる。すなわち、各鋼板１３には、鋼管１１の外周面に沿って所定間隔おきに１２個の貫通孔１４が設けられている。
【0045】
以上の鉄筋コンクリート壁１Ｅの具体的な寸法は、例えば以下の通りである。すなわち、壁厚は４００ｍｍ、壁筋はＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋である。また、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍであり、３枚の鋼板同士の間隔は、１００ｍｍである。また、貫通孔の内径は３５ｍｍである。
本実施形態によれば、上述の（１）、（２）と同様の効果がある。
本実施形態によれば、上述の（１）、（２）と同様の効果がある。
【0046】
〔第７実施形態〕
図１３（ａ）は、本発明の第７実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｆの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＩ－Ｉ断面図である。図１４は、図１３（ｂ）の鉄筋コンクリート壁１ＦのＪ－Ｊ断面図およびＫ－Ｋ断面図である。
本実施形態では、各鋼板１３にさらに棒状部材としての頭付きスタッド１５を設けた点が、第５実施形態と異なる。すなわち、各鋼板１３の壁面側の面には、鋼管１１の外周に沿って所定間隔おきに１６本の頭付きスタッド１５が設けられており、各鋼板１３の壁内部側の面には、外周に沿って所定間隔おきに８本の頭付きスタッド１５が設けられている。ここで、２枚の鋼板１３の互いに対向する面に配置された８本の頭付きスタッド１５同士は、交互に配置されている。
本実施形態によれば、上述の（１）、（３）と同様の効果がある。
図１３（ａ）は、本発明の第７実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｆの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＩ－Ｉ断面図である。図１４は、図１３（ｂ）の鉄筋コンクリート壁１ＦのＪ－Ｊ断面図およびＫ－Ｋ断面図である。
本実施形態では、各鋼板１３にさらに棒状部材としての頭付きスタッド１５を設けた点が、第５実施形態と異なる。すなわち、各鋼板１３の壁面側の面には、鋼管１１の外周に沿って所定間隔おきに１６本の頭付きスタッド１５が設けられており、各鋼板１３の壁内部側の面には、外周に沿って所定間隔おきに８本の頭付きスタッド１５が設けられている。ここで、２枚の鋼板１３の互いに対向する面に配置された８本の頭付きスタッド１５同士は、交互に配置されている。
本実施形態によれば、上述の（１）、（３）と同様の効果がある。
【0047】
以上の鉄筋コンクリート壁１Ｆの具体的な寸法は、例えば以下の通りである。すなわち、壁厚は４００ｍｍ、壁筋はＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋である。また、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍであり、２枚の鋼板同士の間隔は、１２０ｍｍである。また、頭付きスタッドは、Ｄ１６（外径１６ｍｍ）、長さ８０ｍｍである。
【0048】
〔第８実施形態〕
図１５（ａ）は、本発明の第８実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｇの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＬ－Ｌ断面図である。
本実施形態では、鋼管１１を角形鋼管とした点が、第６実施形態と異なる。
以上の鉄筋コンクリート壁１Ｇの具体的な寸法は、例えば以下の通りである。すなわち、壁厚は４００ｍｍ、壁筋はＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋である。また、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍであり、３枚の鋼板同士の間隔は、１００ｍｍである。
本実施形態によれば、上述の（１）、（２）と同様の効果がある。
図１５（ａ）は、本発明の第８実施形態に係る鉄筋コンクリート壁１Ｇの開口部２周囲の配筋状況を示す拡大正面図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＬ－Ｌ断面図である。
本実施形態では、鋼管１１を角形鋼管とした点が、第６実施形態と異なる。
以上の鉄筋コンクリート壁１Ｇの具体的な寸法は、例えば以下の通りである。すなわち、壁厚は４００ｍｍ、壁筋はＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋である。また、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、長さ４００ｍｍである。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍであり、３枚の鋼板同士の間隔は、１００ｍｍである。
本実施形態によれば、上述の（１）、（２）と同様の効果がある。
【0049】
〔実施例および比較例〕
実施例として、上述の実施形態と同様の構成の鉄筋コンクリート造の試験体を実際に製作し、この試験体に鉛直荷重を加える加力試験を行った。また、比較例として、上述の実施形態とは異なる構成の鉄筋コンクリート造の試験体を実際に製作し、この試験体に鉛直荷重を加える加力試験を行った。
これら実施例および比較例の試験体は、壁厚を４００ｍｍ、壁筋をＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋とした。
実施例として、上述の実施形態と同様の構成の鉄筋コンクリート造の試験体を実際に製作し、この試験体に鉛直荷重を加える加力試験を行った。また、比較例として、上述の実施形態とは異なる構成の鉄筋コンクリート造の試験体を実際に製作し、この試験体に鉛直荷重を加える加力試験を行った。
これら実施例および比較例の試験体は、壁厚を４００ｍｍ、壁筋をＤ１３（ＳＤ２９５）で縦横１３５ｍｍピッチ、ダブル配筋とした。
【0050】
図１６は、各試験体の構成を示す図である。
比較例１は、試験体に開口部を設けていない。
比較例２は、試験体に開口部を設けるが、鋼管を設けず、開口補強も行わない。この開口部の開口寸法は、２０８ｍｍとした。
比較例３は、試験体に開口部を設けて、鋼管を設けず、開口補強を行った。この開口部の開口寸法は２０８ｍｍとし、開口補強筋は、Ｄ１３（ＳＤ２９５）を縦、横、斜めに各２本ずつ配置した。
比較例４は、試験体に開口部を設けて、鋼管を設けた。この鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍとした。
比較例１は、試験体に開口部を設けていない。
比較例２は、試験体に開口部を設けるが、鋼管を設けず、開口補強も行わない。この開口部の開口寸法は、２０８ｍｍとした。
比較例３は、試験体に開口部を設けて、鋼管を設けず、開口補強を行った。この開口部の開口寸法は２０８ｍｍとし、開口補強筋は、Ｄ１３（ＳＤ２９５）を縦、横、斜めに各２本ずつ配置した。
比較例４は、試験体に開口部を設けて、鋼管を設けた。この鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍとした。
【0051】
実施例１は、上述の第１実施形態と同様の構成とした。すなわち、鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍとした。また、頭付きスタッドは、Ｄ１６（外径１６ｍｍ）、長さ８０ｍｍとし、頭付きスタッドの列同士の間隔は、１００ｍｍとした。
実施例２は、上述の第３実施形態と同様の構成とした。鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍとした。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍとし、２枚の鋼板同士の間隔は、２００ｍｍとした。また、貫通孔は１４個設け、各貫通孔の内径は３５ｍｍとした。
実施例３は、上述の第４実施形態と同様の構成とした。鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍとした。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍとし、２枚の鋼板同士の間隔は、１２０ｍｍとした。また、頭付きスタッドは、１６本設け、Ｄ１６（外径１６ｍｍ）、長さ８０ｍｍとした。
実施例２は、上述の第３実施形態と同様の構成とした。鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍとした。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍとし、２枚の鋼板同士の間隔は、２００ｍｍとした。また、貫通孔は１４個設け、各貫通孔の内径は３５ｍｍとした。
実施例３は、上述の第４実施形態と同様の構成とした。鋼管は、厚さ８．２ｍｍ、外径２１６．３ｍｍ、長さ４００ｍｍとした。また、鋼板は、厚さ９ｍｍ、外径３７８．３ｍｍとし、２枚の鋼板同士の間隔は、１２０ｍｍとした。また、頭付きスタッドは、１６本設け、Ｄ１６（外径１６ｍｍ）、長さ８０ｍｍとした。
【0052】
図１７および図１８は、実施例および比較例の加力試験結果である。図１７は、実施例および比較例について、初期剛性、初ひび割れ、最大耐力を示す。図１８は、実施例および比較例について、荷重Ｐと鉛直方向δの変位との関係を示す。図１７および図１８より、鋼管のみを設けた場合（比較例４）、ならびに、鋼管およびスタッドを設けた場合（実施例１）は、従来の開口補強を行った場合（比較例３）と比べて、最大耐力が９割程度となることが判る。また、鋼管に円形の鋼板を設けた場合（実施例２）、ならびに、鋼管に鋼板およびスタッドを設けた場合（実施例３）は、従来の開口補強を行った場合（比較例３）と比べて、最大耐力が同等度となることが判る。
【0053】
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。
上述の各実施形態では、本発明の鉄筋コンクリート板を断面が直線状の壁としたが、これに限らず、断面が直線状の床としてもよいし、ドーム形状のような断面が湾曲した壁や床としてもよい。
また、上述の各実施形態では、既存の鉄筋コンクリート壁に、あと施工で開口補強材１０を取り付けて開口部２を形成したが、これに限らず、新設の鉄筋コンクリート壁を構築する際に、開口補強材を取り付けて開口部を形成してもよい。
上述の各実施形態では、本発明の鉄筋コンクリート板を断面が直線状の壁としたが、これに限らず、断面が直線状の床としてもよいし、ドーム形状のような断面が湾曲した壁や床としてもよい。
また、上述の各実施形態では、既存の鉄筋コンクリート壁に、あと施工で開口補強材１０を取り付けて開口部２を形成したが、これに限らず、新設の鉄筋コンクリート壁を構築する際に、開口補強材を取り付けて開口部を形成してもよい。
【符号の説明】
【0054】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ…鉄筋コンクリート壁（鉄筋コンクリート板） ２…開口部 ３…柱 ４…梁
１０…開口補強材 １１…鋼管 １２…頭付きスタッド（補強材）
１３…鋼板（補強材） １４…貫通孔 １５…頭付きスタッド（棒状部材）
２０…壁筋
１０…開口補強材 １１…鋼管 １２…頭付きスタッド（補強材）
１３…鋼板（補強材） １４…貫通孔 １５…頭付きスタッド（棒状部材）
２０…壁筋
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】