コンクリート造梁及びその製造方法

【課題】貫通孔周囲に配置した補強筋に対し、せん断ひび割れへの補強効果を最大限発揮させる。
【解決手段】梁１０に設けた貫通孔１４の周囲に、前記梁１０にせん断応力が作用した際に生じるせん断ひび割れ１８にその中程で交差するせん断補強筋１５を配置したコンクリート造梁において、上記せん断補強筋１５の中程に、前記せん断ひび割れ１８の進展を誘導するひび割れ誘導手段２０を設けたものである。ひび割れ誘導手段２０は、その誘導方向に長い梁表面の切欠き、梁内部の空隙、又は梁内部への埋込部材などを採用し得る。ひび割れ誘導手段２０により、せん断ひび割れ１８は、せん断補強筋１５に直交する向きに誘導されるのでせん断補強筋１５には引張応力が生じ、その引張応力が、ひび割れ初期から終局状態に至るまで常に補強筋１５の中程を境に相反する方向に生じさせる。このため、せん断補強筋１５は、その補強効果を最大限発揮することができる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、貫通孔を配置した鉄筋コンクリート造梁あるいは鉄骨鉄筋コンクリート造梁、及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
設備配管等をコンクリート造梁を有する建物内に、あるいはその建物内部から外部へ配する場合、その配管が階高設定に影響を与えないようにするため、梁の腹部に配管用貫通孔を設ける手法が一般的である。
梁に貫通孔を設ける場合、そのままでは断面減少、孔周囲への応力集中等により、梁のせん断耐力が低下するので、その貫通孔周囲を、鉄筋や溶接金網等のせん断補強部材で補強する手法が一般的に用いられている。
例えば、図８に示すように、梁１に設けた貫通孔４の周囲に四辺形状のせん断補強筋（せん断補強部材）５が配置される。これは、梁１にせん断応力が作用した場合に生じる初期のせん断ひび割れ７が、図中に示すように、貫通孔４の中心付近を通る４５度方向のラインに沿って進展するため、そのひび割れ７に対して直交する方向に向くせん断補強部材５を配置して、その補強効果を高めるためである。せん断補強部材５は、コンクリートとの付着力により、せん断ひび割れ７の進展を抑制する。
【０００３】
また、そのせん断補強部材を円形、矩形等に加工して配置する技術も開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−３２１４０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、構造実験結果によると、初期のせん断ひび割れは上記のように４５度方向に進展するが、その後、せん断補強部材の補強効果が発揮されて、ひび割れは、その部分を避けて通るように進展することが解っている。図８に示す例では、最終的に、せん断補強部材５の補強効果が小さい箇所、すなわち貫通孔４の上部及び下部で別のせん断ひび割れ８が拡大し、一気にせん断破壊に至る。すなわち、別のせん断ひび割れ８は、せん断補強部材５の補強効果の低い部分より進行し、それに伴いせん断補強部材とコンクリートとの付着力が低下する。
このため、大地震等が発生した場合、せん断補強部材５の補強効果が１００％発揮されない段階で、梁１が終局状態（破壊）に至ってしまうという問題がある。
せん断補強部材は、せん断ひび割れに対してその補強効果を最大限発揮することが、梁の経済設計上望ましく、また、梁の耐力を算定する上でも構造計算が容易になるので望ましい。
【０００５】
そこで、このような貫通孔上部及び下部でのひび割れ進行、及び破壊を防止するため、その貫通孔上部及び下部に別のせん断補強部材を配置する手法も設計上は可能である。
しかし、ひび割れ発生が予測される複数の部位に合わせて幾つものせん断補強部材を配置することは、施工が煩わしく、また、配筋が複雑になるので好ましくない。また、梁せいが小さい場合には、そのような多くのせん断補強部材を配置できない場合も生じ得る。
【０００６】
さらに、貫通孔周囲に、特に、図８に示すようなせん断補強部材５を配置しない場合には、梁のあばら筋が上記せん断ひび割れに対抗することとなる。しかし、その際、せん断ひび割れはあばら筋に交差することなく、前述のごとく貫通孔上部及び下部で進行してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、この発明は、貫通孔周囲に配置したあばら筋又はせん断補強部材に対し、せん断ひび割れへの補強効果を最大限発揮させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、この発明は、あばら筋又はせん断補強部材がその補強効果を最大限発揮し得る位置、及び向きに、敢えてせん断ひび割れの発生を誘導したのである。
このようにすれば、せん断ひび割れは必ずその位置で進展するよう誘導されるので、その誘導された部分に係るあばら筋又はせん断補強部材は、ひび割れ初期から終局状態に至るまで、その補強効果を最大限発揮することができる。
供用中の梁にせん断ひび割れが発生することは、通常は好ましいこととはいえない。そのため、構造物の耐力に影響しない箇所へのひび割れを誘導する従来技術もある。しかし、本発明では、地震力などで発生する初期せん断ひび割れを進展させることによりせん断補強部材の効果を最大限発揮させて梁の耐力を向上させるものである。すなわち、ひび割れの発生を前提として、そのひび割れを敢えて所定の部位に誘導することにより、配置したあばら筋又はせん断補強部材がその補強効果を最大限発揮し得る箇所以外の部分にひび割れが生じることを抑制するのである。
【０００９】
上記手段の具体的な構成として、梁に設けた貫通孔に隣接するあばら筋の梁高さ方向中程に、前記梁にせん断応力が作用した際に生じるせん断ひび割れの進展を、その梁の梁軸方向へ誘導するひび割れ誘導手段を設けたものである。
また、他の手段としては、梁に設けた貫通孔の周囲に、前記梁にせん断応力が作用した際に生じる初期せん断ひび割れに交差するせん断補強部材を配置したコンクリート造梁において、そのせん断補強部材に、前記初期せん断ひび割れの進展を誘導するひび割れ誘導手段を設けたものである。
このようにすれば、せん断ひび割れによってあばら筋又はせん断補強部材には引張応力が生じ、その引張応力が、ひび割れ初期から終局状態に至るまで常にあばら筋又は補強部材の中程を境に相反する方向に生じるので、あばら筋又はせん断補強部材は、その補強効果を最大限発揮することができる。
なお、ひび割れ誘導手段は、そのあばら筋又はせん断補強部材に取り付けた状態で設けても良いし、そのあばら筋又はせん断補強部材とは別にコンクリート内に設けてもその効果を発揮し得る。
【００１０】
また、上記ひび割れ誘導手段としては、その誘導方向に長い梁表面の切欠き、梁内部の空隙、又は梁内部への埋込部材とした構成を採用し得る。このようにすれば、せん断ひび割れは、ひび割れ初期から終局状態に至るまで、その誘導方向に沿って誘導されやすくなる。
また、上記せん断補強部材を配置した構成において、上記ひび割れ誘導手段の誘導方向を、上記せん断補強部材に直交する向きに設ければ、せん断補強部材の効果はさらに効率的に発揮されるようになる。
【００１１】
さらに、上記手段によるコンクリート造梁の製造方法として、以下の具体的構成を採用することができる。
すなわち、梁に設ける貫通孔に隣接するあばら筋の梁高さ方向中程に、前記梁にせん断応力が作用した際に生じるせん断ひび割れの進展を、その梁の梁軸方向へ誘導するひび割れ誘導手段を設け、その状態でコンクリートを打設する製造方法である。
また、他の手段としては、梁に設ける貫通孔の周囲に、前記梁にせん断応力が作用した際に生じる初期せん断ひび割れに交差するせん断補強部材を配置するコンクリート造梁の製造方法において、そのせん断補強部材に、前記初期せん断ひび割れの進展を誘導するひび割れ誘導手段を設けてコンクリートを打設してもよい。
このようにすれば、せん断ひび割れによってあばら筋又はせん断補強部材には引張応力が生じ、その応力が、ひび割れ初期から終局状態に至るまで常にあばら筋又はせん断補強部材の中程を境に相反する方向に生じるので、そのあばら筋又はせん断補強部材は、その補強効果を最大限発揮することができる。
なお、ひび割れ誘導手段は、そのあばら筋又はせん断補強部材に取り付けた状態で設けても良いし、そのあばら筋又はせん断補強部材とは別にコンクリート内に設けてもその効果を発揮し得る。
【００１２】
また、上記コンクリート造梁の製造方法において、ひび割れ誘導手段としては、その誘導方向に長い梁表面の切欠き、梁内部の空隙、又は梁内部への埋込部材とした構成を採用し得る。このようにすれば、せん断ひび割れは、ひび割れ初期から終局状態に至るまで、その誘導方向に沿って誘導されやすくなる。
また、上記せん断補強部材を配置した構成において、上記ひび割れ誘導手段の誘導方向を、上記せん断補強部材に直交する向きに設ければ、せん断補強部材の効果はさらに効率的に発揮されるようになる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明は、以上のようにしたので、貫通孔周囲に配置したあばら筋又はせん断補強部材に対し、せん断ひび割れへの補強効果を最大限発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
一実施形態を図１乃至図４に基づいて説明する。
図１は、柱１１，１１間を結ぶコンクリート造梁１０に設けた貫通孔１４に、それぞれ配管１４ａを挿通した状態を示している。
また、図２は、その柱１１及び梁１０の配筋状態を示したものである。図２で示す符号１６は梁１０の主筋を、符号１７はあばら筋を示している。
【００１５】
梁１０の貫通孔１４は、その梁１０の梁軸方向に直交して設けられており、その貫通孔１４周囲には、その貫通孔１４の長さ方向（梁１０の幅方向）に並列する二つのせん断補強筋（せん断補強部材）１５，１５が配置されている（図２（ｂ）参照）。
この並列する二つのせん断補強筋１５，１５は、図２（ａ）に示すように、貫通孔１４を囲む四辺形状に形成されており、いずれも梁軸方向及び上下方向に対称となっている。また、図２（ｂ）に示すように、梁１０の表裏面１２，１３から所定の被りを確保して配置されており、それぞれ対応する側のあばら筋１７に固定されている。なお、両補強筋１５，１５は、図２（ａ）に示すように、各部に複数本ずつ並列して設けてその補強の効果を高めてもよい。
【００１６】
また、貫通孔１４周囲には、ひび割れ誘導手段２０が設けられている。ひび割れ誘導手段２０は、その部分にせん断ひび割れを優先させて生じさせることを目的として設けられ、両せん断補強筋１５，１５の中程に設けられる。ひび割れ誘導手段２０を設けるせん断補強筋１５の中程とは、せん断補強筋１５に対して接触する位置であってもよいし、梁１０の幅方向にやや距離をおいて相互に接触していない位置であってもよい。
【００１７】
このひび割れ誘導手段２０の具体的構成としては、例えば、図３（ａ）に示すように、その誘導方向に向く面状の金網やラス網、あるいは鉄板を採用することができる。
この金網やラス網、あるいは鉄板は、貫通孔１４を形成するために梁１０に埋設されるスリーブ等に取り付けてもよいし、せん断補強筋１５に取り付けても良い。
また、ひび割れ誘導手段２０は、図３（ｂ）に示すように、前記誘導方向に長い梁表裏面１２，１３の切欠きとしてもよい。この切欠きは、梁１０のコンクリートを打設する際に、型枠内にその切欠きを形成するためのスペーサを埋め込んで、梁１０の完成後、そのスペーサを取り除けばよい。
さらに、ひび割れ誘導手段２０は、図３（ｃ）に示すように、梁内部への棒状の埋込部材としてもよい。埋込部材は、貫通孔１４を形成するための上記スリーブに取り付けてもよいし、せん断補強筋１５に取り付けても良い。
また、上記埋込部材を、コンクリート中で溶解性のある素材とすることで、ひび割れ誘導手段２０を、梁内部の空隙とすることも可能である。なお、図３（ａ）（ｂ）において、せん断補強筋１５は、図示省略している。
【００１８】
この梁１０にせん断応力が作用した場合について説明すると、図４に示すように、梁１０の表裏面１２，１３付近において、それぞれせん断ひび割れ（初期せん断ひび割れ）１８，１８が梁軸方向に対して４５度方向に発生する。
この両せん断ひび割れ１８，１８は、その後、作用するせん断力が増加しても、ひび割れ誘導手段２０の効果により、その後も前記誘導方向へ進展していくので、梁が終局状態に至るまで、梁１０の破断に影響する大きなせん断ひび割れを他の部分に生じさせない。
【００１９】
このとき、上記いずれのひび割れ誘導手段２０においても、その誘導方向は、上記せん断補強筋１５に直交する向きとすることが望ましい。これは、せん断補強筋１５と誘導方向とを直交させることにより、そのせん断補強筋５には相反する方向に均等な引張力が生じ、また、コンクリートとの付着力により、せん断補強筋５は、その補強効果を最大限発揮することができるからである。
【００２０】
また、他の実施形態として、図５に示す態様も採用し得る。この実施形態のコンクリート梁１０は、貫通孔１４に隣接するあばら筋１７の梁高さ方向中程において、梁軸方向に長いひび割れ誘導手段２０を設けて、その梁１０にせん断応力が作用した際に生じるせん断ひび割れ１８の進展を、梁軸方向へ誘導したものである。
この誘導により、せん断ひび割れは、あばら筋１７に直交する方向に進行し、あばら筋１７には引張応力が生じる。その応力は、ひび割れ初期から終局状態に至るまで常にあばら筋の中程を境に相反する方向に生じるので、あばら筋１７は、その補強効果を最大限発揮することができる。
なお、ひび割れ誘導手段２０は、あばら筋１７に取り付けた状態で設けても良いし、あばら筋１７とは別に梁１０のコンクリート内に設けてもその効果を発揮し得る。
このとき、図５に示すように、せん断補強筋１５を貫通孔１４周囲に併せて配置してもよい。
【００２１】
さらに、他の実施形態として、図６及び図７に示す各態様も採用し得る。図６及び図７に示す各実施形態は、図１乃至図５に示す各実施形態において、せん断補強筋（せん断補強部材）１５として異なる形態のものを採用したものである。
図６は、正面視円形のせん断補強部材１５を貫通孔１４周囲に設けたものであり、ひび割れ誘導部材２０は、そのせん断補強部材１５に交差するように、図示する４５度方向に設けている。
図７は、梁１０に設けた貫通孔１４周囲に嵌る板状のせん断補強部材１５において、ひび割れ誘導部材２０を、同じく図示する４５度方向に設けたものである。この板状のせん断補強部材１５には、前記貫通孔１４周囲を囲むリブ１５’が設けられており、ひび割れ誘導手段２０は、このリブ１５’に直交して設けられる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】貫通孔を有するコンクリート造梁の設置例を示す説明図
【図２】一実施形態の配筋状態を示し、（ａ）は梁の全体正面図、（ｂ)は梁の切断側面図
【図３】同実施形態のひび割れ誘導部材の詳細図で、（ａ)は金網を使用した場合の斜視図、（ｂ）は切欠きを設けた場合の斜視図、（ｃ)は埋込部材を使用した場合の斜視図
【図４】同実施形態のひび割れ発生後を示す正面図
【図５】他の実施形態の配筋状態及びひび割れ誘導部材の配置を示し、（ａ）は梁の全体正面図、（ｂ)は梁の切断側面図
【図６】さらに他の実施形態のひび割れ発生後を示す正面図
【図７】さらに他の実施形態のひび割れ誘導部材の詳細図
【図８】従来例のひび割れ発生後を示す正面図
【符号の説明】
【００２３】
１，１０梁（コンクリート造梁）
４，１４貫通孔
５，１５せん断補強筋（せん断補強部材）
７，８，１８せん断ひび割れ
１１柱
１２表面
１３裏面
１６主筋
１７あばら筋
２０誘導手段

【特許請求の範囲】
【請求項１】
梁１０に設けた貫通孔１４に隣接するあばら筋１７の梁高さ方向中程に、前記梁１０にせん断応力が作用した際に生じるせん断ひび割れ１８の進展を、その梁１０の梁軸方向へ誘導するひび割れ誘導手段２０を設けたことを特徴とするコンクリート造梁。
【請求項２】
梁１０に設けた貫通孔１４の周囲に、前記梁１０にせん断応力が作用した際に生じる初期せん断ひび割れ１８に交差するせん断補強部材１５を配置したコンクリート造梁において、
上記せん断補強部材１５に、前記初期せん断ひび割れ１８の進展を誘導するひび割れ誘導手段２０を設けたことを特徴とするコンクリート造梁。
【請求項３】
上記ひび割れ誘導手段２０は、その誘導方向に長い梁表面の切欠き、梁内部の空隙、又は梁内部への埋込部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート造梁。
【請求項４】
上記ひび割れ誘導手段２０は、その誘導方向に長い梁表面の切欠き、梁内部の空隙、又は梁内部への埋込部材であり、そのひび割れ誘導手段２０の誘導方向は、上記せん断補強部材１５に直交する向きであることを特徴とする請求項２に記載のコンクリート造梁。
【請求項５】
梁１０に設ける貫通孔１４に隣接するあばら筋１７の梁高さ方向中程に、前記梁１０にせん断応力が作用した際に生じるせん断ひび割れ１８の進展を、その梁１０の梁軸方向へ誘導するひび割れ誘導手段２０を設け、その状態でコンクリートを打設することを特徴とするコンクリート造梁の製造方法。
【請求項６】
梁１０に設ける貫通孔１４の周囲に、前記梁１０にせん断応力が作用した際に生じる初期せん断ひび割れ１８に交差するせん断補強部材１５を配置するコンクリート造梁の製造方法において、
上記せん断補強部材１５に、前記初期せん断ひび割れ１８の進展を誘導するひび割れ誘導手段２０を設け、その状態でコンクリートを打設することを特徴とするコンクリート造梁の製造方法。
【請求項７】
上記ひび割れ誘導手段２０は、その誘導方向に長い梁表面の切欠き、梁内部の空隙、又は梁内部への埋込部材であることを特徴とする請求項５又は６に記載のコンクリート造梁の製造方法。
【請求項８】
上記ひび割れ誘導手段２０は、その誘導方向に長い梁表面の切欠き、梁内部の空隙、又は梁内部への埋込部材であり、そのひび割れ誘導手段２０の誘導方向は、上記せん断補強部材１５に直交する向きであることを特徴とする請求項６に記載のコンクリート造梁の製造方法。

【図１】