説明

コンクリート構造物の設計方法

【課題】適切に設計されたコンクリート構造物を得ること。
【解決手段】第1コンクリート層と第2コンクリート層が交わる接合部と、第1コンクリート層と接合部の外面に配置される鋼材と、鋼材と接合部とを一体化するために鋼材に取り付けられ、接合部内に配置される保持材とを有するコンクリート構造物の設計方法において、接合部と一体化された鋼材に作用する曲げモーメントと軸力とを算定し、該曲げモーメントと軸力から保持材に作用するせん断力と引張力を算定し、コンクリート構造物を設計することを特徴とする、コンクリート構造物の設計方法。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コンクリート構造物の設計方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、合成地下RC壁dを有する二重床(最下地下床版fと基礎床版b)のコンクリート構造物では、図5(A)のような曲げモーメント分布となり、基礎梁eの部分で合成地下RC壁d(一体化した地下RC壁aと鋼材c)の端部の曲げモーメントM0の処理が可能であった。しかし、図5(B)のような地下階の基礎床版bがそのまま地盤に接するマットスラブ構造や免震構造の擁壁、ドライエリアなどのコンクリート構造物の場合、合成地下RC壁dの端部の曲げモーメントが基礎床版bへ直接伝達されるため、地下RC壁aと基礎床版bとの接合部の曲げモーメントM1の伝達機構を明らかにする必要がある。これらの接合部には、せん断力のみならず引張力も同時に作用するために、頭つきスタッドのみの適用では、引張力を基礎床版bの下端鉄筋に伝達させる機構が明確ではなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
<イ>本発明は、適切に設計されたコンクリート構造物を提供することにある。
<ロ>また、本発明は、合成壁の隅部の強度が適切に設計されたコンクリート構造物を提供することにある。
<ハ>また、本発明は、コンクリート構造物の強度を適切に設計することにある。
<ニ>また、本発明は、コンクリート構造物の合成壁隅部の強度を適切に設計することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本願発明は、第1コンクリート層と第2コンクリート層が交わる接合部と、第1コンクリート層と接合部の外面に配置される鋼材と、鋼材と接合部とを一体化するために鋼材に取り付けられ、接合部内に配置される保持材とを有するコンクリート構造物の設計方法において、接合部と一体化された鋼材に作用する曲げモーメントと軸力とを算定し、該曲げモーメントと軸力から保持材に作用するせん断力と引張力を算定し、コンクリート構造物を設計することを特徴とする、コンクリート構造物の設計方法にある。
【発明の効果】
【0005】
本発明は、次のような効果を得ることができる。
<イ>本発明は、適切に設計されたコンクリート構造物を得ることができる。
<ロ>また、本発明は、合成壁の隅部の強度が適切に設計されたコンクリート構造物を得ることができる。
<ハ>また、本発明は、コンクリート構造物の強度を適切に設計することができる。
<ニ>また、本発明は、コンクリート構造物の合成壁隅部の強度を適切に設計することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【0007】
<イ>コンクリート構造物
コンクリート構造物は、第1コンクリート層1と第2コンクリート層2が交わる接合部12を備え、第1コンクリート層1の外側に鋼材3を一体に配置した合成構造体13を有するものである。このコンクリート構造物の例としては、例えば図1〜図2に示すように、山留め壁と一体化した合成地下RC壁と基礎床版からなる構造物があり、合成地下RC壁が鋼材3と第1コンクリート層1の合成構造体13に対応し、基礎床版が第2コンクリート層2に対応し、合成地下RC壁と基礎床版が接合部12で接合している。また、他のコンクリート構造物の例としては、鋼材と一体化された屋上のコンクリート屋根とコンクリート壁からなる構造物があり、屋上のコンクリート屋根が鋼材3と第1コンクリート層1の合成構造体13に対応し、コンクリート壁が第2コンクリート層2に対応し、屋上のコンクリート屋根とコンクリート壁が接合部12で接合している。なお、コンクリート層1、2は、圧縮強度が大きいものであればよく、例えば鉄筋コンクリート、鉄骨コンクリート、鉄筋鉄骨コンクリートなどを使用する。また、鋼材3は、引張強度の大きなものであればよく、例えばH形鋼を使用する。
【0008】
<ロ>接合部
第1コンクリート層1と第2コンクリート層2が交わる接合部12は、例えば図1〜図2の例では、第1コンクリート層1の地下RC壁と第2コンクリート層2の基礎床版との接合個所である。第1コンクリート層1は、鋼材3の山留め壁と保持材4、5で一体化され、合成地下RC壁の合成構造体13を形成している。保持材4、5は、第1コンクリート層1と鋼材3を一体化するもので、せん断力や引張り力に抗するものであれば良い。保持材4、5は、例えば図3に示すように、頭付きスタッドなどの第1保持材4と、例えば異形棒鋼スタッドなど第1保持材4より引張強度の大きな第2保持材5を鋼材3に固定するなどして取り付けられる。なお、図1には、上方に1階床版6を示している。図2は、図1の接合部12の拡大図であり、図3は、図2の第1コンクリート層1と第2コンクリート層2を形成していない状態であり、立体的に模式的に示したものである。接合部12の下端の隅部に第2保持材5を配置する。第2保持材5の数は、引張力やせん断力に抗する本数とし、例えば図3では、各鋼材3に付着長の長い異形棒鋼スタッドを取り付ける。第1保持材4の数は、引張力やせん断力に抗する本数とし、図3では、各鋼材3に頭付きスタッドを取り付け、高さ方向に所定間隔で取り付ける。
【0009】
図1のコンクリート構造物の場合、鋼材3と第1コンクリート層1の合成構造体13に土圧や水圧などの力が作用する。その結果、鋼材3と第1コンクリート層1の合成構造体13は図1のような第1曲げモーメント分布となる。合成構造体13の接合部12に作用する曲げモーメントは大きく、M1となる。接合部12の端部の第1曲げモーメント分布のM1は、接合部12で確実に第2コンクリート層2に直接伝達するように構成する。図1〜図3のように第2保持材5を接合部12の端部に配置することにより、鋼材3と第1コンクリート層1の合成構造体13に作用する曲げモーメントM1を第2コンクリート層2に直接伝達することができる。
【0010】
以下に、図面を用いてコンクリート構造物の設計方法を説明する。
【0011】
<イ>鋼材に作用する力の算定例
鋼材3に作用する応力の算定例は、図4に示されているように、先ず、土圧や水圧と鋼材3と第1コンクリート層1の合成構造体13などから、接合部12の鋼材3と第1コンクリート層1とに作用する曲げモーメントM1を求める(S1)。
【0012】
次に、鋼材3と第1コンクリート層1の合成構造体13の断面係数Zと曲げモーメントM1から鋼材3の分担応力σH0をσH0=M1/Zにより算定する。また、中立軸xnw、第1コンクリート層の厚さD1、鋼材の厚さDHより、幾何学的に、σHiをσHi=σH0(D1−xnw)/(DH+D1−xnw)により算定する(S2)。
【0013】
次に、接合部12にある鋼材3の曲げモーメントMjを算定する。先ず、鋼材3の応力度の平均((σHi+σH0)/2)と鋼材3の断面積Sにより、軸力NをN=S×(σHi+σH0)/2により算定する。また、応力度の差分(σH0−σHi)と鋼材の断面係数ZHより鋼材3の曲げモーメントMHをMH=(σH0−σHi)×ZHにより算定する。鋼材3と第1コンクリート層1の境界の曲げモーメントMjは、Mj=N×DH/2+MHにより算定する(S3)。
【0014】
<ロ>接合部モデルの作成
接合部12の鋼材3と第1コンクリート層1との境界における鋼材3にかかる曲げモーメントMjは、鋼材3から接合部12に100%伝達されるので、接合部12の鋼材3にかかる曲げモーメントと等しい。そこで、鋼材3にかかる曲げモーメントMjを用いて、接合部12の鋼材3の各部分にかかる曲げモーメントを求める。そのために、接合部内に頭付きスタッドの第1保持材4と異形棒鋼スタッドの第2保持材5を張力やせん断力を考慮して配置して、接合部モデルを作成する(S4)。接合部モデルは、スタッドなどの保持材4、5の断面積、本数、設置寸法を決めて、鋼材3に保持材4、5を配置して行う。その際、引張り力が大きくなると、第2コンクリート層2の下端筋への引張り力の伝達を考慮し、異形棒鋼スタッドを配置する。
【0015】
<ハ>保持材の配置と設計
接合部12の鋼材3に作用する軸力Nに対して、頭付きスタッドと異形棒鋼スタッドなどのスタッドのせん断力(qi)で抵抗させる。即ち、スタッドのせん断力の合計Q=Σqi≧Nとなるようにスタッドの種類や個数を決める。また、接合部12の鋼材3に作用する曲げモーメントMjに対して、頭付きスタッドと異形棒鋼スタッドなどのスタッドの引張り力(pi)により抵抗させる。この場合、中立軸Xnjは、鋼材3の軸に直角に作用する力の釣り合いにより求められ、鋼材3に作用する応力度の大きさは、曲げモーメントの大きさがMjとなる条件で決まる(S5)。
【0016】
<ニ>接合部モデルの判定
各スタッドに対し、軸力Nと曲げモーメントMjにより求められたqiとpiを数式1の評価式に代入し、左辺が1を下回れば、ステップS4で設定した許容応力度以内の設計である。また、左辺が1を上回った場合、ステップS4に戻り、スタッドの再配置を行う。これらの操作を繰り返して、最適な接合部モデルを作成する(S6)。
【0017】
山留め壁と一体化した合成地下RC壁と基礎床版とからなるコンクリート構造物の場合、図2〜図3のように、合成地下RC壁の接合部12の端部付近に異形棒鋼スタッドなどの第2保持材を取り付け、その上方に所定の間隔で頭付きスタッドなどの第1保持材1を取り付け、最適な接合モデルを作成することができる。
【0018】
【数1】

【図面の簡単な説明】
【0019】
【図1】コンクリート構造物の説明図
【図2】コンクリート構造物接合部付近の説明図
【図3】コンクリート構造物接合部付近の保持材の取付図
【図4】コンクリート構造物の設計方法の流れ図
【図5】従来技術を説明するコンクリート構造物の説明図
【符号の説明】
【0020】
1・・・第1コンクリート層
11・・基礎梁
12・・接合部
13・・合成構造体
2・・・第2コンクリート層
3・・・鋼材
4・・・第1保持材
5・・・第2保持材
6・・・1階床版

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1コンクリート層と第2コンクリート層が交わる接合部と、第1コンクリート層と接合部の外面に配置される鋼材と、鋼材と接合部とを一体化するために鋼材に取り付けられ、接合部内に配置される保持材とを有するコンクリート構造物の設計方法において、
接合部と一体化された鋼材に作用する曲げモーメントと軸力とを算定し、該曲げモーメントと軸力から保持材に作用するせん断力と引張力を算定し、コンクリート構造物を設計することを特徴とする、コンクリート構造物の設計方法。
【請求項2】
請求項1に記載のコンクリート構造物の設計方法において、
接合部と一体化された鋼材に作用する曲げモーメントは、鋼材と第1コンクリートの接合部にかかる曲げモーメントを算定し、該曲げモーメントのうち鋼材の分担応力を算定し、該分担応力と鋼材の断面係数から算定することを特徴とする、コンクリート構造物の設計方法。
【請求項3】
請求項1に記載のコンクリート構造物の設計方法において、
保持材に作用するせん断力qと引張力pは、下記の式を満足するように設計することを特徴とする、コンクリート構造物の設計方法。
【数1】

【請求項4】
請求項1に記載のコンクリート構造物の設計方法において、
鋼材と第1コンクリート層は、合成地下RC壁であり、第2コンクリート層は、基礎床版であることを特徴とする、コンクリート構造物の設計方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【公開番号】特開2006−118353(P2006−118353A)
【公開日】平成18年5月11日(2006.5.11)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−878(P2006−878)
【出願日】平成18年1月5日(2006.1.5)
【分割の表示】特願2001−352032(P2001−352032)の分割
【原出願日】平成13年11月16日(2001.11.16)
【出願人】(303056368)東急建設株式会社 (225)
【Fターム(参考)】