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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】2024-02-21
(45)【発行日】2024-03-01
(54)【発明の名称】開口補強構造
(51)【国際特許分類】
   E04C 5/03 20060101AFI20240222BHJP
【FI】
E04C5/03
【請求項の数】 1
(21)【出願番号】P 2020170827
(22)【出願日】2020-10-08
(65)【公開番号】P2022062649
(43)【公開日】2022-04-20
【審査請求日】2022-11-22
(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】竹▲崎▼ 真一
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 英義
(72)【発明者】
【氏名】田邉 祥平
(72)【発明者】
【氏名】村松 晃次
(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】氏家 章宏
(72)【発明者】
【氏名】京田 隆寛
(72)【発明者】
【氏名】渡邊 湊
【審査官】土屋 保光
(56)【参考文献】
【文献】特開2018-178543(JP,A)
【文献】特開2014-173223(JP,A)
【文献】特開2003-064823(JP,A)
【文献】特開平09-317179(JP,A)
【文献】特開2006-183311(JP,A)
【文献】特開2011-080287(JP,A)
【文献】特開2014-080763(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
E04C 5/00 - 5/20
E04B 1/16
E04G 21/12
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鉄筋コンクリート部材の開口部を複数本の開口補強材で補強する開口補強構造であって、
前記鉄筋コンクリート部材の内部には、前記開口部を囲んで互いに交差する方向に延びる主筋がダブル配筋され、
前記開口補強材は、前記開口部を囲んで前記主筋に沿った二方向および前記二方向に対して傾斜する方向に延びて、前記ダブル配筋された主筋同士の間に配置され、
前記開口補強材は、鉄筋材と、前記鉄筋材の両端に設けられた定着板と、を備え、
前記開口補強材の前記開口部の端縁から前記定着板までの長さは、前記鉄筋材の直径の8倍以上かつ150mm以上であり、
前記開口補強材の前記鉄筋材同士の交差部から前記定着板までの長さは、前記鉄筋材の直径の4倍以上であることを特徴とする開口補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄筋コンクリート部材の開口部を補強する開口補強構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、鉄筋コンクリート造の壁や床に設けられた開口部については、この開口部の周囲を開口補強することが行われている(特許文献1~3参照)。
特許文献1には、鉄筋コンクリート構造壁に設けられた開口部の補強構造が示されている。この開口部補強構造は、鉄筋コンクリート構造壁内に埋設されて開口部を画成する円形鋼管と、この円形鋼管の周囲に設けられた補強鋼板と、を備える。補強鋼板には、継手筋が固着されており、この継手筋は、寸断された主鉄筋に溶接されている。
【0003】
特許文献2には、梁に設けられた貫通孔の補強構造が示されている。この貫通孔の補強構造は、貫通孔を囲んで配置された環状補強部材と、貫通孔を囲んで配置されて梁主筋に係止する斜め補強部材と、を備える。
特許文献3には、貫通孔を開口補強する貫通孔補強金物が示されている。貫通孔補強金物は、中空筒体状でステンレス製の耐蝕金属製スリーブと、この耐蝕金属製スリーブの外側に溶接接続された補強筋と、からなる。補強筋は、耐蝕金属製スリーブの軸方向に三重に設けられてこの耐蝕金属製スリーブの外周面から放射状に延びるロッド筋と、ロッド筋間に周方向に沿って掛け渡された環状筋と、ロッド筋同士を連結する横筋と、から構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2008-144415号公報
【文献】特開2011-89380号公報
【文献】特開平7-62793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、開口部を容易に補強可能な開口補強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】
第1の発明の開口補強構造は、鉄筋コンクリート部材(例えば、後述の鉄筋コンクリート壁1)の開口部(例えば、後述の開口部4)を複数本の開口補強材(例えば、後述の開口補強材20)で補強する開口補強構造であって、前記開口補強材は、鉄筋材(例えば、後述の鉄筋材21)と、前記鉄筋材の両端に設けられた定着板(例えば、後述の定着板22)と、を備え、前記開口補強材は、前記開口部を枠状に囲んでかつダブル配筋された主筋(例えば、後述の縦筋10、横筋11)同士の間に配置されることを特徴とする。
【0007】
この発明によれば、開口補強材を定着板付きの鉄筋材とした。よって、この棒状の開口補強材を、開口部を囲んで枠状に配置するだけで、開口部を容易に補強でき、主筋および開口補強材の配筋作業が容易となる。
また、開口補強材に定着板を設けたので、開口補強材を従来のような定着板のない鉄筋材とした場合に比べて、鉄筋コンクリート部材に対する定着性能が高くなる。よって、開口補強材の長さを従来よりも短くでき、施工性が向上するうえに、開口部の設計自由度が高くなる。
また、枠状に配置した開口補強材の角部付近には、2つの定着板が近接して配置されることになるので、この角部付近のコンクリートが拘束されて、開口部を確実に補強できる。
【0008】
第2の発明の開口補強構造は、鉄筋コンクリート部材(例えば、後述の鉄筋コンクリート壁1A)の開口部を複数本の開口補強材(例えば、後述の開口補強材20A)で補強する開口補強構造であって、前記開口補強材は、両端がフック形状の鉄筋材であり、前記開口補強材は、前記開口部を枠状に囲んでかつダブル配筋された主筋(例えば、後述の縦筋10、横筋11)同士の間に配置されることを特徴とする。
【0009】
この発明によれば、上述の第1の発明と同様の効果がある。
【0010】
第3の発明の開口補強構造は、鉄筋コンクリート部材の開口部を複数本の開口補強材(例えば、後述の開口補強材20B)で補強する開口補強構造であって、前記開口補強材は、互いに正反対の向きの2本のU字形状の鉄筋材(例えば、後述の鉄筋材23)を重ねて構成され、前記開口補強材は、前記開口部を枠状に囲んでかつダブル配筋された主筋(例えば、後述の縦筋10、横筋11)同士の間に配置されることを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、上述の第1の発明と同様の効果がある。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、開口部を容易に補強可能な開口補強構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の第1実施形態に係る開口補強構造が適用された鉄筋コンクリート壁の正面図である。
図2図1の鉄筋コンクリート壁の破線Aで囲んだ部分の拡大図である。
図3図2のB-B断面図である。
図4】第1実施形態に係る開口補強構造に用いられる開口補強材を示す図である。
図5】第1実施形態に係る開口補強材の定着長さを示す図である。
図6】従来の開口補強構造を示す図である。
図7】FEM解析に用いる、本発明の開口補強材を用いた鉄筋コンクリート壁をモデル化したもの(実施例)を示す図である。
図8】FEM解析結果における(鉛直荷重と鉛直変位との関係を示す図)である。
図9】FEM解析結果(最大耐力とそのときの鉛直変位との関係を示す図)である。
図10】FEM解析結果(最大耐力時におけるコンクリートの歪み分布を示す図)である。
図11】FEM解析結果(最大耐力時における開口補強材の歪み分布を示す図)である。
図12】本発明の第2実施形態に係る開口補強構造が適用された鉄筋コンクリート壁の拡大正面図である。
図13】第2実施形態に係る鉄筋コンクリート壁に用いられる開口補強材を示す図である。
図14】本発明の第3実施形態に係る開口補強構造に用いられる開口補強材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明は、新設または既存の鉄筋コンクリート部材(梁、壁、床)を対象とする開口補強構造であり、開口部周囲に設ける開口補強材の定着性能を高めることで、従来の開口補強筋に比べて、鉄筋長さより短くして、配筋作業を軽減し、かつコンクリートの充填性を向上させたものである。
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実施形態に係る開口補強構造が適用された鉄筋コンクリート部材としての鉄筋コンクリート壁1の正面図である。図2は、図1の鉄筋コンクリート壁1の破線Aで囲んだ部分の拡大図である。図3は、図2のB-B断面図である。
【0015】
鉄筋コンクリート壁1は、一対の鉄筋コンクリート柱2と、これら一対の鉄筋コンクリート柱2同士を連結する鉄筋コンクリート梁3と、で囲まれている。この鉄筋コンクリート壁1には、円形の開口部4が設けられている。
鉄筋コンクリート壁1の内部には、鉛直方向に延びる主筋としての縦筋10と、水平方向に延びる主筋としての横筋11とが、格子状に配筋されている。そして、これら縦筋10および横筋11は、鉄筋コンクリート壁1の正面側および背面側にダブル配筋されている。
縦筋10および横筋11は、開口部4の周囲で切断されている。この開口部4の周囲には、複数の開口補強材20で枠状に配置され、これにより開口部4が補強されている。
【0016】
図4は、開口補強材20を示す図であり、図5は、開口補強材の定着長さを示す模式図である。
各開口補強材20は、直線状に延びる鉄筋材21と、鉄筋材21の両端に設けられた定着板22と、を備える。
【0017】
図2および図3に戻って、開口補強材20は、開口部4の周囲に、互いに交差するように枠状に8本ずつ二重に配置される。具体的には、正面視では、開口補強材20は、開口部4を囲んで、互いに交差して口の字形状(つまり縦方向および横方向)に4本配置されるとともに、開口部4を囲んで互いに交差して菱形状(つまり斜め方向)に4本配置される。これにより、隣り合う開口補強材20の定着板22同士が近接して位置することになる。なお、隣り合う開口補強材20の端部同士は、図示しない鉄筋結束線で互いに結束される。
また、開口補強材20は、平面視で、ダブル配筋された縦筋10および横筋11同士の間に二重に配置される。鉄筋コンクリート壁1の正面側の8本の開口補強材20は、同じく正面側の縦筋10および横筋11に図示しない鉄筋結束線で結束され、鉄筋コンクリート壁1の背面側の8本の開口補強材20は、同じく背面側の縦筋10および横筋11に図示しない鉄筋結束線で結束されている。
【0018】
この開口補強材20の定着長さは、図5に示すように、鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説 日本建築学会 1999の17条「定着」に記載の構造規定に倣って設定した。つまり、開口補強材20の鉄筋材21の定着長さ(開口部4の外周縁から定着板22までの寸法)Lを、機械式定着部を備えた鉄筋の投影定着長さldhを確保可能な長さとするとともに、交差する鉄筋材21同士の交差部からの余長Lを、それぞれ、定着性能を確保可能な長さとした。
【0019】
具体的には、開口補強材の鉄筋材の定着長さLは、8db(鉄筋材の直径dbの8倍)以上かつ150mm以上とした。これは、前記計算規準・同解説に記載の機械式定着部を開口補強材の定着板と読み替え、仕口面を開口部の外周縁と読み替えて、設定したものである。
また、開口補強材の鉄筋材の交差部からの余長Lは、4db以上とした。これは、鉄筋コンクリート構造計算規準・同解説の17条「定着」に記載された180°折曲げの標準フックに関する構造規定に倣って設定したものである。
なお、上述の開口補強材の定着長さの規定については、図10に示す最大耐力時におけるコンクリートの歪分布において、コンクリートの引張歪が開口部の外周縁から外側に向かって拡大していることからも、その必要性を確認できた。
【0020】
〔実施例〕
以下、本発明の実施例および比較例について、FEM解析(有限要素解析)を行った。
実施例および比較例は、開口部を開口補強した鉄筋コンクリート壁を仮想空間上に3次元でモデル化したものである。このモデル化した実施例および比較例について、FEM解析により鉛直荷重Pを加えて、鉛直変位δを計測した。ここで、鉛直荷重Pは、図7に示すように、開口部を挟んで上下から加える。また、鉛直変位δは、各モデルの上下方向の変位である。
比較例は、図6に示すような従来の開口補強構造をモデル化したものである。具体的には、比較例では、図6に示すように、開口補強材(図6中斜線で示す)を直線状に延びるD13の異形鉄筋とし、この開口補強材を、開口部を囲んで縦方向、横方向、左下から右上に至る斜め方向、および右下から左上に至る斜め方向に、一対ずつ合計8本配置し、さらに、これら8本の開口補強材を鉄筋コンクリート壁の正面側および背面側のそれぞれに配置した。
【0021】
実施例1は、図7(a)に示すように、本発明の開口補強材を用いた鉄筋コンクリート壁をモデル化したものである。具体的には、この開口補強材の鉄筋をD13の異形鉄筋とし、開口補強材の長さを比較例よりも短くした。そして、この開口補強材を、縦方向、横方向、左下から右上に至る斜め方向、および右下から左上に至る斜め方向に、一対ずつ合計8本配筋し、さらに、これら8本の開口補強材を鉄筋コンクリート壁の正面側および背面側のそれぞれに配置した。
実施例2は、図7(b)に示すように、本発明の開口補強材を用いた鉄筋コンクリート壁をモデル化したものである。具体的には、開口補強材の長さは、実施例1と同じであるが、開口補強材の鉄筋は、D19の異形鉄筋とした。また、実施例2では、開口補強材を、縦方向および横方向に一対ずつ合計4本配筋し、さらに、これら4本の開口補強材を鉄筋コンクリート壁の正面側および背面側のそれぞれに配置した。
【0022】
図8図11は、実施例および比較例についてのFEM解析結果である。図8は、鉛直荷重Pと鉛直変位δとの関係を示す図である。図9は、最大耐力Pmaxとそのときの鉛直変位δとを示す図である。図10は、最大耐力時におけるコンクリートの歪み分布を示す図である。図11は、最大耐力時における開口補強材の歪み分布を示す図である。
図8および図9に示すように、実施例1の最大耐力は、比較例と同程度であるが、実施例2の最大耐力は、比較例よりも大きくなっている。よって、本発明の開口補強材を用いた場合、開口補強材の長さを短くしても、従来(比較例)と同程度あるいはそれ以上の耐力を確保できることが判る。なお、実施例2が実施例1よりも高耐力であることから、斜め方向の開口補強材はそれほど効果的ではないこと、縦方向および横方向の開口補強材を太径とすることが有効であることが判る。
また、図10より、コンクリートの歪み分布に、開口補強材の定着長さの影響は少ないことが判る。
また、図11からも、斜め方向の開口補強材はそれほど効果的ではないことが判る。また、図11(c)の実施例2に示すように、横方向の開口補強材が有効であることが判る。
【0023】
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20を定着板付きの鉄筋材とした。よって、この棒状の開口補強材20を、開口部4を囲んで枠状に配置するだけで、開口部4を容易に補強でき、主筋である縦筋10、横筋11、および開口補強材20の配筋作業が容易となる。
また、開口補強材20に定着板を設けたので、開口補強材を従来のような定着板のない鉄筋材とした場合に比べて、鉄筋コンクリート壁1に対する定着性能が高くなる。よって、開口補強材20の長さを従来よりも短くでき、施工性が向上するうえに、開口部4の設計自由度が高くなる。
また、隣り合う2本の開口補強材20の角部付近では、2つの定着板が近接して配置されるので、この角部付近のコンクリートが拘束されて、開口部4を確実に補強できる。
(2)鉄筋結束線で隣り合う開口補強材20同士を結束したので、開口補強材20の定着性能をさらに向上できる。
(3)開口補強材20の長さが従来よりも短くなるので、鉄筋コンクリート壁にあと施工で開口部を設けて開口補強材を配置する場合、従来と比べてはつり部分を少なくできる。
【0024】
〔第2実施形態〕
図12は、本発明の第2実施形態に係る開口補強構造が適用された鉄筋コンクリート壁1Aの拡大正面図である。図13は、鉄筋コンクリート壁1Aに用いられる開口補強材20Aを示す図である。
本実施形態では、開口補強材20Aの構造が、第1実施形態と異なる。すなわち、開口補強材20Aは、両端がフック形状の鉄筋材となっている。
本実施形態によれば、上述の(1)~(3)と同様の効果がある。
【0025】
〔第3実施形態〕
図14(a)は、本発明の第3実施形態に係る開口補強構造が適用された鉄筋コンクリート壁に用いられる開口補強材20Bを示す図である。図14(b)は、開口補強材20Bの分解図である。
本実施形態では、開口補強材20Bの構造が、第2実施形態と異なる。すなわち、開口補強材20Bは、略Oの字形状であり、互いに正反対の向きの2本のU字形状の鉄筋材23を重ねて構成されている。
本実施形態によれば、上述の(1)~(3)と同様の効果がある。
【0026】
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。
上記の各実施形態では、開口補強材20を、開口部4の周囲にロの字形状および菱形状にそれぞれ配置したが、これに限らず、ロの字形状のみに配置してもよいし、菱形状のみに配置してもよい。
【符号の説明】
【0027】
1、1A…鉄筋コンクリート壁 2…鉄筋コンクリート柱
3…鉄筋コンクリート梁 4…開口部
10…縦筋 11…横筋
20、20A、20B…開口補強材
21…直線状に延びる鉄筋材 22…定着板 23…U字形状の鉄筋材
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