プレキャスト鉄筋コンクリート梁
【課題】ダクト等の通過に供される複数の矩形開口部を設けながら、強度の確保と重量の軽減とを実現し得る鉄筋コンクリート梁を提供する。
【解決手段】上弦部１１と下弦部１２とが第１〜第４束部１３〜１６で連結され、束部間に梁幅方向に貫通する矩形の第１〜第４開口部２１〜２４が形成されたＰＣａ梁１であって、軸方向の端部側における第１束部１３の長さＡ１と第１開口部２１の長さＢ１との比Ａ１／Ｂ１が軸方向の中央側における第４束部１６の長さＡ４と第４開口部２４の長さＡ４との比Ａ４／Ａ４よりも大きくなるように（Ａ１／Ｂ１＞Ａ４／Ａ４）設定することにより、ＰＣａ梁１を、上弦部１１、下弦部１２および束部１３〜１６がそれぞれ構造要素として応力負担するフィーレンディール構造とし、開口部設定の自由度を高め、強度確保と軽量化とを実現する。
【解決手段】上弦部１１と下弦部１２とが第１〜第４束部１３〜１６で連結され、束部間に梁幅方向に貫通する矩形の第１〜第４開口部２１〜２４が形成されたＰＣａ梁１であって、軸方向の端部側における第１束部１３の長さＡ１と第１開口部２１の長さＢ１との比Ａ１／Ｂ１が軸方向の中央側における第４束部１６の長さＡ４と第４開口部２４の長さＡ４との比Ａ４／Ａ４よりも大きくなるように（Ａ１／Ｂ１＞Ａ４／Ａ４）設定することにより、ＰＣａ梁１を、上弦部１１、下弦部１２および束部１３〜１６がそれぞれ構造要素として応力負担するフィーレンディール構造とし、開口部設定の自由度を高め、強度確保と軽量化とを実現する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調用ダクトルート等として用いられる矩形開口部を有するプレキャスト鉄筋コンクリート梁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビルは、鉄筋コンクリートや鉄骨を素材とする柱と梁とによって柱梁架構を形成し、大梁や小梁からなる床組上に床スラブを打設して建造するが、オフィスビルにおいては、天井面に空調、給排水、電力供給等のためのダクトや配管類が多数設置されることから、天井高さが低くなることを避けるために梁の縦壁（ウエブ）にこれらダクトや配管類が通過する開口部（以下、ダクト開口部と記す）を設けることが一般的である。そのため、従来のオフィスビルでは、梁としてウエブにダクト開口部が形成されたＨ形鋼を採用し、これを鉄骨柱と組み合わせた鉄骨構造（全Ｓ構造）やＲＣ（鉄筋コンクリート）柱と組み合わせたＲＣ梁Ｓ構造とし、ダクト開口部による梁の強度低下を抑制することが多かった。
【０００３】
近年、鉄骨梁に較べて防振性能に優れ、建設コストが鋼材価格の変動に影響されにくいこと、耐火被覆が必要な鉄骨梁では意匠的見地から天井を設ける必要があるために空間の利用効率が悪いこと等の理由から、鉄筋コンクリート梁であるプレキャスト・プレストレストコンクリート（ＰＣａＰＣ）梁をオフィスビルに採用することが検討されている。
【０００４】
また、鉄筋コンクリート梁にダクトや配管類が通過する開口部を設ける技術として、梁の上端側および下端側に上端主筋と下端主筋とをそれぞれ複数段に配筋して上端主筋群および下端主筋群を形成したうえで、上端主筋群を上端拘束筋によって拘束し、下端主筋群を下端拘束筋によって拘束するものが提案されている（特許文献１参照）。この鉄筋コンクリート梁では、上端主筋群を含む上端側の仮想梁と下端主筋群を含む下端側の仮想梁とによってせん断力に抵抗できるため、上端主筋と下端主筋とにわたって巻き付ける拘束筋を省略あるいは削減することで、両仮想梁の間に容易に開口部を設けられるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の鉄筋コンクリート梁では、上端側仮想梁と下端側仮想梁とでせん断力に抵抗できるが、上端側仮想梁と下端側仮想梁とを無筋コンクリートからなる中間部で連結する構造であり、曲げモーメントに起因する水平方向のせん断応力度が最大になる中間部の取り扱いが曖昧である。また、垂直方向のせん断力に対する応力負担部材である上端側仮想梁および下端側仮想梁の他に、中間部を有するものであるため、鉄骨梁に比べて重量化しがちな鉄筋コンクリート梁を軽量化するのに最適な構造とは言い難かった。また、特許文献１の鉄筋コンクリート梁では、同一形状の円形開口部を複数有しているため、矩形断面が多い空調用ダクトの収まりが悪く、ダクトの形状や大きさによっては開口部に通すことができないという問題もある。
【０００７】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ダクト等の通過に供される複数の矩形開口部を設けながら、強度の確保と重量の軽減とを実現し得る鉄筋コンクリート梁を提供することをその主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、上弦部（１１）と下弦部（１２）とが複数の束部（１３〜１６）で連結され、束部間に梁幅方向に貫通する矩形の開口部（２１〜２４）が複数形成されたプレキャスト鉄筋コンクリート梁（ＰＣａ梁）であって、軸方向の端部側における束部長さと開口部長さとの比が軸方向の中央側における束部長さと開口部長さとの比よりも大きい（Ａ１／Ｂ１＞Ａ４／Ｂ４）ことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、鉄筋コンクリート梁を、上弦部、下弦部および束部がそれぞれ構造要素として応力負担するフィーレンディール構造とし、各部の負担応力を明確な構造計算に基づいて求めることができる。そのため、ダクト等の大きさや形状に合わせて開口部長さを柔軟に対応させることができる。また、束部の水平方向せん断力の負担は端部に近くなるほど大きくなるが、軸方向の端部側における束部長さと開口部長さとの比を軸方向の中央側における束部長さと開口部長さとの比よりも大きくすることで、力学的に合理的な構造となり、強度の確保と軽量化との両立を実現できる。また、束部が垂直方向せん断力に対しても応力負担し得ることによっても、せん断力が最も大きくなる端部近傍に束部が配置されることで、鉄筋コンクリート梁全体としての軽量化が図られる。さらに、開口部が矩形であるため、構造要素として寄与しない余肉が無くなり、重量の増加を抑制できる。
【００１０】
また、本発明の一側面によれば、端部側の下部が斜めに切り欠かれた構成とすることができる。この構成によれば、鉄筋コンクリート梁の端部、すなわち大梁や柱に沿ってダクト等を配置することが可能となり、設備配置の設計自由度を高めることができる。
【００１１】
また、本発明の一側面によれば、上弦部と下弦部との少なくとも一方において、端部側における梁幅が中央側における梁幅よりも大きくされた構成とすることができる。この構成によれば、せん断力が大きな端部側の強度を向上でき、比較的必要強度の低い中央側の梁幅を小さくできるため、鉄筋コンクリート梁をより一層軽量化することができる。また、端部に切欠を設ける場合には端部の補強に好適である。
【００１２】
また、本発明の一側面によれば、下弦部には、ＰＣ鋼線（６１，６２）によってプレストレスが付与された構成とすることができる。この構成によれば、下弦部の引張強度が向上するため、断面の縮小化および鉄筋コンクリート梁の大スパン化を図ることができる。また、ＰＣ鋼線は高強度鉄筋に比べて安価であるため、製造コストを低減できる。さらに、高強度鉄筋を用いる場合には製造長さに限界があるが、ＰＣ鋼線を用いれば梁の製作長さに制限が加わることもない。
【００１３】
また、本発明の一側面によれば、下弦部には、主筋が配置されず、ＰＣ鋼線を取り囲む横補強筋（４２）が配置された構成とすることができる。この構成によれば、ＰＣ鋼線を用いることで下弦部を小断面化することができる一方、下弦部に通常量の鉄筋とＰＣ鋼線とを納めると、間隙が小さくなってコンクリートの充填性が悪化するが、主筋を省略することでコンクリート充填性を改善し、ＰＣ鋼線を横補強筋で直接またはコンクリートを介して拘束することでＰＣ鋼線の定着を確実なものとし、下弦部の小断面化および品質確保の両立を実現することができる。
【００１４】
また、本発明の一側面によれば、上弦部、下弦部および束部は、個別にプレキャスト形成された別部材からなり、ＰＣ鋼棒または鉄筋を介して接合／一体化された構成とすることができる。この構成によれば、型枠の組立や鉄筋の組立、コンクリートの打設が容易となること等により、生産性を向上し、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
このように本発明によれば、ダクト等の通過に供される複数の開口部を設けながら、強度の確保と重量の軽減とを図り得る鉄筋コンクリート梁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第1実施形態に係るＰＣａ梁を適用した床組の透視斜視図
【図２】図１に示すＰＣａ梁の正面図
【図３】図１に示すＰＣａ梁の平面図
【図４】図１に示すＰＣａ梁の要部縦断面図
【図５】図４中のＶ−Ｖ断面図
【図６】図４中のVI−VI断面図
【図７】図４中のVII−VII断面図
【図８】変形例に係るＰＣａ梁の要部側面図
【図９】図１に示すＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１０】図１に示すＰＣａ梁の変形例に係る製造手順の説明図
【図１１】第２実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１２】第３実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１３】図１２に示すＰＣａ梁の製造手順の変形例の説明図
【図１４】第４実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１５】図１４に示すＰＣａ梁の各部断面図
【図１６】第５実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１７】図１６に示すＰＣａ梁の接合構造の要部断面図
【図１８】図１６に示すＰＣａ梁の変形例に係る接合構造の要部断面図
【図１９】第６実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の鉄筋コンクリート梁（以下、単にＰＣａ梁１と記す。）をオフィスビル用建物の床組に適用したいくつかの実施形態を詳細に説明する。なお、ＰＣａ梁１については、説明の便宜上、図１中の斜め左下方を左とし、斜め右上方を右とするものとする。
【００１８】
≪第１実施形態≫
図１に示すように、ＰＣａ鉄筋コンクリート梁（以下、単にＰＣａ梁１と記す。）はＰＣコンクリート製の小梁であり、両端が一対の大梁２に連結されるとともに、その上部に床スラブ３が構築されている。図２にも示すように、ＰＣａ梁１は、左右方向（軸方向）に延設された上弦部１１および下弦部１２、これら上弦部１１と下弦部１２とを連結すべく左右対称に各一対配置された第１〜第４束部１３〜１６を有している。
【００１９】
第１束部１３と第２束部１４との間には矩形の第１開口部２１が形成され、第２束部１４と第３束部１５との間には矩形の第２開口部２２が形成され、第３束部１５と第４束部１６との間には矩形の第３開口部２３が形成され、２つの第４束部１６の間には矩形の第４開口部２４が形成されている。なお、これら第１〜第４開口部２１〜２４は、それぞれＰＣａ梁１を梁幅方向に貫通する態様で形成される。
【００２０】
これら開口部２１〜２４は、オフィスビルの空調ダクトなどの配管ルートとなっており、ＲＣ梁としては大きく、且つ矩形の開口部２１〜２４が多数設けられたことにより、図２中に破線で示すように配管ルートを自由に設定することができ、比較的大断面のダクトなどを用いることが可能となっている。また、改装時に配管ルートを変更することも容易になっている。
【００２１】
大梁２の側面には架台部２ａが形成されており、ＰＣａ梁１はこの架台部２ａ上に上弦部１１が載置された状態で大梁２に結合される。ＰＣａ梁１は、左右の端部の下部が斜めに切り欠かれて略逆台形を呈しており、大梁２との間に略三角形の空隙２５を形成している。そのため、下弦部１２が上弦部１１よりも短くなっており、梁端部に配置された第１束部１３も一辺が垂直な逆台形となっている。
【００２２】
このように、ＰＣａ梁１の端部に空隙２５が形成されたことにより、従来困難とされていた大梁２に沿って空調ダクトなどを設けることが可能になっており、設備配置の設計自由度が高まっている。なお、本実施形態ではＰＣａ梁１を大梁２に架設しているが、ＰＣａ梁１を柱に架設する場合には架設する柱に沿って空調ダクトなどを設けることが可能になる。
【００２３】
図３に示すように、上弦部１１は、中央部１１ａにおいて幅が最も小さく、中央部１１ａに隣接する側部１１ｃ、側部１１ｃに隣接する側端部１１ｅへ向かうにつれて幅が大きくなっている。また、上弦部１１の中央部１１ａと側部１１ｃとの間、および側部１１ｃと側端部１１ｅとの間には、その幅を徐々に変化させた連結部１１ｂ，１１ｄがそれぞれ設けられている。
【００２４】
また、下弦部１２も上弦部１１と同様にその幅を変化させており、上弦部１１よりも短いために、端部の幅は上弦部１１の側部１１ｃと同一となっている。同様に、中央寄りに配置された第２〜第４束部１４〜１６も上弦部１１と同様にその幅を変化させる一方、第１束部１３は上弦部１１の側部１１ｃと同一幅となっており、上弦部１１の側端部１１ｅおよび連結部１１ｄにおけるＰＣａ梁１の断面がＴ字になっている。
【００２５】
ＰＣａ梁１に作用するせん断力は、通常、端部側ほど大きくなる。そこで、このように上弦部１１の幅を側端部１１ｅにおいて最も大きくしたことで、大梁２との連結部においてもＰＣａ梁１がせん断力に抵抗できるようになっている。また、ＰＣａ梁１の端部が切りかかれていても、幅広の上弦部１１が切り欠きによるせん断耐力の低下を好適に補っている。一方、上弦部１１および下弦部１２を含むＰＣａ梁１の全体の幅を端部側ほど大きくしたことで、せん断力に耐え得る強度を確保しつつ、ＰＣａ梁１の軽量化が図られている。
【００２６】
図４〜図７に示すように、上弦部１１には、上下方向に３段に主筋３１が配置されている。なお、本実施形態におけるＰＣａ梁１は、床スラブ３の打設後に、ＰＣａ梁１と一体となった床スラブコンクリートの一部が小梁の一部を構成することになるが、大梁２に架設する前のＰＣａ梁１としては、下側２段の主筋３１のみが主筋として機能を果たしている。したがって、大梁２への架設時点で上弦部１１の上方に露出する上段の主筋３１は本来、ＰＣａ梁１の主筋には含まれないが、鉄筋に関する説明においてはこれら上段の主筋３１を含めてＰＣａ梁１の主筋３１として説明する。なお、図４〜図７においては図が煩雑となるのを避けるためにハッチングを省略している。
【００２７】
図７に示すように、上弦部１１の中央部１１ａにおいては、各段につき複数の主筋３１が配置され、これら主筋３１を取り囲む横補強筋４１および中段の主筋３１を跨ぐ幅止め筋４４が軸方向に所定の間隔に設けられている。図６に示すように、上弦部１１の側部１１ｃにおいては、幅の増大に合わせて下段および中段において中央部１１ａ（図７）よりも多い本数の主筋３１が、上段において中央部１１ａと同じ本数の主筋３１がそれぞれ配置され、これら主筋３１を取り囲む横補強筋４１および中段の主筋３１を跨ぐ幅止め筋４４が軸方向に所定の間隔に設けられている。図５に示すように、上弦部１１の側端部１１ｅにおいては、更なる幅の増大に合わせて下段および中段において側部１１ｃ（図６）よりも更に多い本数の主筋３１が、上段において側部１１ｃと同じ本数の主筋３１が側部１１ｃと同じ位置にそれぞれ配置され、下段および中段の全ての主筋３１を取り囲む第１横補強筋４１ａ、下段および中段のうち内側の複数本の主筋３１を取り囲む第２横補強筋４１ｂ、および中段のうち最も内側に配置された一対の主筋３１を跨ぐ幅止め筋４４が、軸方向に所定の間隔に設けられている。
【００２８】
下弦部１２には、図７に示すように主筋は配置されておらず、その全長にわたって延在しプレテンションが与えられたＰＣ鋼線６１が、上下方向に複数段（ここでは３段）且つ各段につき複数（ここでは２本）の配置で設けられている。なお、ＰＣ鋼線６１は必ずしも横補強筋４２に内接し、横補強筋４２に直接拘束される必要はなく、コンクリートを介して横補強筋４２に間接的に拘束されるように、横補強筋４２の内側に配置されていればよい。また、図４によく示されるように、下弦部１２の端部近傍には、曲げモーメントに抵抗するために（曲げモーメントに起因する水平方向のせん断力に抵抗するために）、第１および第２束部１３，１４において端部へ向けて上向きに傾斜して上弦部１１に至る補強筋４５が適宜に配置されている。他方、これらＰＣ鋼線６１および補強筋４５を取り囲む横補強筋４２が軸方向に所定の間隔に設けられている。
【００２９】
このように下弦部１２にＰＣ鋼線６１が配置され、プレストレスが付与されることにより、下弦部１２の引張強度が向上するため、断面の縮小化およびＰＣａ梁１の大スパン化が可能になっている。
【００３０】
また、下弦部１２にＰＣ鋼線６１を配置したことによって下弦部１２の小断面化が可能になる一方、下弦部１２に通常量の鉄筋とＰＣ鋼線６１とを納めると、間隙が小さくなってコンクリートの充填性が悪化するが、主筋を省略したことで、最も小断面とされた中央側においてもコンクリートの充填性を確保することができるようになっている。加えて、ＰＣ鋼線６１を取り囲むように横補強筋４２を配置したことにより、下弦部１２の強度を高めてＰＣ鋼線６１の定着を確実なものとし、下弦部１２の小断面化および品質確保の両立が実現されている。
【００３１】
束部１３〜１６においては、図４に示すように、上弦部１１の横補強筋４１および下弦部１２の横補強筋４２が連結し、上弦部１１の主筋３１および下弦部１２のＰＣ鋼線６１を取り囲む１つの横補強筋４３をなしており、この横補強筋４３が束部１３〜１６における上弦部１１および下弦部１２に対する接合強度を高めるためのせん断補強筋として機能している。
【００３２】
このように構成されたＰＣａ梁１は、上弦部１１、下弦部１２および束部１３〜１６が剛体結合されたフィーレンディール構造となっており、各部の負担応力を明確な構造計算に基づいて求めることができる。
【００３３】
図２に戻り、逆台形を呈する第１束部１３の上端縁の長さと下端縁の長さとの平均値をとった第１束部１３の長さ（軸方向長さ）Ａ１と、第２〜第４束部１４〜１６の長さＡ２〜Ａ４との関係は、下式に示す関係となっている。
Ａ１＞Ａ２＞Ａ３＞Ａ４ （１）
【００３４】
一方、第１〜第４開口部２１〜２４の長さ（軸方向長さ）をＢ１〜Ｂ４とすると、束部１３〜１６の長さＡ１〜Ａ４と、中央部側に隣接する開口部２１〜２４の長さＢ１〜Ｂ４との比（Ａ／Ｂ）は、下式に示す関係となっている。
（Ａ１／Ｂ１）＞（Ａ２／Ｂ２）＞（Ａ３／Ｂ３）＞（Ａ４／Ｂ４） （２）
つまり、軸方向の端部側における束部長さと開口部長さとの比が軸方向の中央側における束部長さと開口部長さとの比よりも大きくなっている。
【００３５】
束部１３〜１６の長さおよび配置間隔がこのように設定されたことにより、端部ほど大きくなる、曲げモーメントに起因する水平方向のせん断力に対し、力学的に合理的な構造で抵抗することができ、ＰＣａ梁１の強度の確保と軽量化との両立が可能になっている。また、下弦部１２の端部に垂直方向せん断力の応力負担部材となり得る第１束部１３が配置されたことにより、第１束部１３の上方において上弦部１１の断面を適切に縮小化できるため、ＰＣａ梁１の軽量化が図られている。
【００３６】
また、開口部２１〜２４が矩形とされたことにより、大断面で矩形状が多い空調ダクトの収まりが良くなるだけでなく、円形開口部とした場合に生じる構造要素として寄与しない余肉部分が生じないため、ＰＣａ梁１の重量の増加が抑制されている。
【００３７】
一方、上記構成に対し、図８に示すように、左右の端部の切欠を小さくしてＰＣａ梁１を構成することも可能である。このようにすれば、下弦部１２における第１束部１３が連結する部分の長さが大きくなるため、ＰＣ鋼線６１の端部における定着長さを十分確保することができ、必要なプレストレスを下弦部１２に付与することができる。また、図８に示すように、上弦部１１において、側部１１ｃおよび連結部１１ｂを設けることなく、最も幅が小さな中央部１１ａと最も幅が大きな側端部１１ｅとを連結部１１ｄが直接連結するように構成することも可能である。このようにすることにより、鉄筋および型枠の組立を容易にすることができる。
【００３８】
次に、このような構成を有するＰＣａ梁１をより合理的且つ高品質に製造するための手順について説明する。図９は、ＰＣａ梁１の鉄筋組立手順の説明図であり、（Ａ）は正面図を、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ断面図を、（Ｃ）は（Ａ）中のＣ−Ｃ断面図を示している。
【００３９】
ＰＣａ梁１の鉄筋を組み立てる際には、まず図９に実線および破線で示すように、開口部２１〜２４の位置を考慮せずに、上弦部１１の主筋３１および下弦部１２の段取り筋３２を取り囲む横補強筋４３をＰＣａ梁１の全長にわたって配置する。その後、開口部２１〜２４の位置に合わせ、破線で示す横補強筋４３の中央部分を切断除去し、上弦部１１の主筋３１の下端および下弦部１２の段取り筋３２の上端にそれぞれ幅止め筋４４を配置し、上下に残った横補強筋４３の一部が上弦部１１の横補強筋４１の側部および下弦部１２の横補強筋４２の側部となってそれぞれ主筋３１および段取り筋３２を取り囲む横補強筋４１，４２を形成する。
【００４０】
或いは、図１０に示す変形例のように、上弦部１１の横補強筋４１および下弦部１２の横補強筋４２と、上弦部１１の主筋３１および下弦部１２の段取り筋３２を取り囲む横補強筋４３とを、交互配置になるようにＰＣａ梁１の全長にわたって配置する。その後、開口部２１〜２４の位置に合わせ、破線で示す横補強筋４３の中央部分を切断除去し、上弦部１１の主筋３１の下端および下弦部１２の段取り筋３２の上端にそれぞれ幅止め筋４４（図示省略）を配置し、上下に残った横補強筋４３の一部が上弦部１１の横補強筋４１の側部および下弦部１２の横補強筋４２の側部となってそれぞれ主筋３１および段取り筋３２を取り囲む横補強筋４１，４２を形成するようにしてもよい。
【００４１】
ＰＣａ梁１の鉄筋をこのように組み立てることにより、不等長さ且つ不等間隔に配置される束部１３〜１６に応じて変則的に横補強筋４１〜４３を配置する必要がなく、鉄筋組立作業を効率化することができる。また、このような手順で組み立てることにより、意匠的観点で様々な形態に開口部を設けることができるＰＣａ梁１に対し、様々な形態のＰＣａ梁１の汎用鉄筋として用いることができ、これによっても鉄筋組立作業を効率化することができる。
【００４２】
≪第２実施形態≫
図１１を参照してＰＣａ梁１の合理的な製造方法の第２実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同様の部材または部位には同一の符号を付すものとし、上記実施形態と重複する説明は省略する。以降の実施形態においても同様とする。
【００４３】
図１１（Ａ）に示すように、上弦部１１のうち中央部１１ａ、連結部１１ｂおよび側部１１ｃ、並びに第２〜第４束部１４を構成する上側部材５１を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形するとともに、上弦部１１のうち側端部１１ｅおよび連結部１１ｄ、第１束部１３、並びに下弦部１２を構成する下側部材５２を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形する。なお、上側部材５１および下側部材５２の鉄筋の配置は上記一般的構成のものとは異なるが、概略同様であり、詳細な変更は発明の要旨に関係しないため、ここでは説明を省略する。以下の実施形態でも同様とする。
【００４４】
上側部材５１をプレキャスト成形する際には、上弦部１１が上側となるように、すなわち図１１の紙面の上側が天を向くように鉄筋および型枠を組み、コンクリートを打設するとよい。このような方向にコンクリートを打設することにより、全ての部位にコンクリートを容易に充填することができ、いわゆる豆板やジャンカなどの施工不良が発生することを防止できる。
【００４５】
一方、下側部材５２をプレキャスト成形する際には、下弦部１２が上側となるように、すなわち図１１の紙面の下側が天を向くように鉄筋および型枠を組み、コンクリートを打設するのが好ましい。このような方向にコンクリートを打設することにより、全ての部位にコンクリートを容易に充填することができるとともに、コンクリートの横流しによる材料分離や仕上げ面の高低差による下側仕上げ面の隆起などの施工不良が発生することも防止できる。
【００４６】
また、下側部材５２をプレキャスト成形する際には、下弦部１２の型枠内にＰＣ鋼線６１を通して緊張しておき、高強度コンクリートを打設して所定の強度が発現した後、緊張を解除して下弦部１２に全長にわたってプレストレスを付与する。
【００４７】
上側部材５１の端部、すなわち上弦部１１の側部１１ｃの端面からは、下側部材５２に含まれる上弦部１１と接合するために主筋３１を突出させており、下側部材５２は、後に上弦部１１を接合するために当該突出した主筋３１を受容させる箇所をコンクリートが未打設の状態としておく。
【００４８】
上側部材５１の第２〜第４束部１４〜１６を構成する部分は、実際の第２〜第４束部の高さｈ（図１１（Ｂ）参照）よりも大きな高さ寸法を有する矩形に形成されている。一方、下側部材５２の第２〜第４束部１４〜１６と接合する部分には、第２〜第４束部１４〜１６の長さ（ＰＣａ梁１の軸方向における長さ）と略同一長さにわたって下弦部１２が切り欠かれて形成された凹部５２ａが設けられている。また、第１束部１３を構成する部分も、実際の第１束部１３の高さｈ（図１１（Ｂ）参照）よりも大きな高さ寸法を有するように形成されている。一方、上側部材５１の第１束部１３と接合する部分には、第１束部１３の長さと略同一長さにわたって上弦部１１が切り欠かれて凹部５１ａが形成されている。
【００４９】
次に、これら上側部材５１および下側部材５２を、図１１（Ｂ）に示すように一体に接合して一本のＰＣａ梁１を形成する。具体的には、上側部材５１の第２〜第４束部１４〜１６を構成する部分を下側部材５２の対応する凹部５２ａにそれぞれ嵌合させ、下側部材５２の第１束部１３を構成する部分を上側部材５１の凹部５１ａに嵌合させ、下側部材５２のコンクリートが未打設とされた部分に、上側部材の主筋３１の突出部分を配置した状態でコンクリートを打設して一体化する。このようにして接合することにより、上側部材５１と下側部材５２とが直接的に接合される。
【００５０】
なお、第２〜第４束部１４〜１６を構成する部分と凹部５２ａとの間、および第１束部１３を構成する部分と凹部５１ａとの間にはモルタルなどを敷いておき、両部材が密着するようにするとよい。
【００５１】
このようにして製造されるＰＣａ梁１は、図１１の（Ａ）に示す段階では、上側部材５１が、第１〜第４開口部２１〜２４の各上縁２１ｕ、２２ｕ、２３ｕ、２４ｕと、第１開口部２１の梁中央側の側縁２１ｓｃと、第２〜第４開口部２２〜２４の両側縁２２ｓｃ、２２ｓｅ、２３ｓｃ、２３ｓｅ、２４ｓとを画定するように形成される。また、下側部材５２は、第１〜第４開口部２１〜２４の各下縁２１ｌ、２２ｌ、２３ｌ、２４ｌと、第１開口部２１の梁端側の側縁２１ｓｅとを画定するように形成される。このように分割して上側部材５１と下側部材５２とを別々にプレキャスト成形することにより、各部材の開口部周辺へのコンクリートの充填性を担保し、品質の確保を容易にすることができる。
【００５２】
また、ＰＣａ梁１を複数に分割したプレキャストコンクリート部材で構成することにより、部材重量を軽減することができるため、上側部材５１と下側部材５２との接合を現場で行うようにすれば、工場での取り扱いや現場への搬送を容易にすることができる。また、ＰＣａ梁１にプレストレスを付与する場合であっても、ＰＣ鋼線６１を用いてプレストレスを付与することで、通常のＰＣ工場での製造が可能となり、部材も小さくて済むため取り扱いも容易になる。
【００５３】
さらに、引張力が作用する下弦部１２にプレストレスを付与することにより、部材断面を効果的に縮小化することができる。また、ＰＣａ梁１にプレストレスを付与する場合には、プレストレスが与えられる部位に圧縮強度の高い高強度コンクリートを用いる必要があるが、ＰＣａ梁１を一体物として成形した場合には、本来は必要のない部位にまで高強度コンクリートを用いることでコストアップを招くことになるが、ＰＣａ梁１を上側部材５１と下側部材５２とに分割してプレキャスト成形することにより、高価な高強度コンクリートと安価な通常のコンクリートとの使い分けが可能となり、材料コストを削減することができる。
【００５４】
一方、ＰＣａ梁１を一体物とし且つプレストレスを付与する場合には、梁断面において重心位置に対してプレストレス合力の作用位置が大きく偏心する。そのため、ＰＣａ梁１全体に上向きの曲げ応力が発生し、施工途中に上弦部１１および束部１３〜１６に過剰な応力によるひび割れが生じやすい。これに対し、本実施形態では、ＰＣａ梁１を上側部材５１と下側部材５２とに分割して成形するため、プレストレス合力の作用位置を下弦部１２の重心と略同じ位置にすることができる。そのため、プレストレスによるひび割れの発生を防止できる。
【００５５】
他方、上側部材５１をプレキャスト成形する際に、少なくとも一部の束部（第２〜第４束部１４〜１６）を一体成形すること、或いは、下側部材５２をプレキャスト成形する際に、少なくとも一部の束部（第１束部１３）を一体成形することにより、部材点数および接合箇所を少なくすることができる。そのため、ＰＣａ梁１の組立作業を容易にすることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、上側部材５１および下側部材５２に一体成形された束部１３〜１６を構成する部分が、それぞれ各束部１３〜１６の全体と、一体成形されない他方の部材が構成する下弦部１２または上弦部１１の一部（すなわち嵌合凸部）とを構成するように分割しているが、それぞれ各束部１３〜１６の一部を構成するように分割することも可能である。
【００５７】
≪第３実施形態≫
次に、図１２を参照してＰＣａ梁１の合理的な製造方法の第３実施形態を説明する。なお、図１２（Ｂ）には、ＰＣａ梁１の側面図の上方にＰＣａ梁１の平面図を併せて示している。
【００５８】
本実施形態のＰＣａ梁１は、図８に示したもののように上弦部１１において中央部１１ａと側端部１１ｅとが連結部１１ｄによって直接連結された構成となっている。このＰＣａ梁１の製造手順は、次の通りである。まず図１２（Ａ）に示すように、上弦部１１の中央部１１ａ、および第２〜第４束部１４を構成する上側部材５１を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形するとともに、第１束部１３および下弦部１２を構成する下側部材５２を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形し、さらに、上弦部１１のうち側端部１１ｅおよび連結部１１ｄ、並びに第１束部１３を構成する端部材５３を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形する。
【００５９】
本実施形態においても、上側部材５１をプレキャスト成形する際には、上弦部１１が上側となるようにコンクリートを打設し、下側部材５２をプレキャスト成形する際には、下弦部１２が上側となるようにコンクリートを打設するとよい。また、端部材５３をプレキャスト成形する際には、上弦部１１が上側となるようにコンクリートを打設するとよい。
【００６０】
また、下側部材５２をプレキャスト成形する際には、下弦部１２の型枠内にＰＣ鋼線６１を通して緊張しておき、高強度コンクリートを打設し、所定の強度が発現した後に緊張を解除して下弦部１２に全長にわたってプレストレスを付与するようにするとともに、ＰＣ鋼線６１を下弦部１２の端面から所定長さ以上延出させておく。
【００６１】
端部材５３には、第１束部１３から下方へ突出して下弦部１２の側端面に接合される突出部５３ｃを形成するとともに、この突出部５３ｃの下弦部１２との接合面から上弦部１１の端部へ至るように斜めに図示しないシース管を埋め込んでおき、下弦部１２の端面から延出したＰＣ鋼線６１を挿通させ得るようにしておく。また、端部材５３は、後に上弦部１１を接合するためにその端面から突出した主筋３１を受容すべくコンクリートの一部を未打設の状態にしておく。
【００６２】
次に、これら上側部材５１および下側部材５２を、図１２（Ｂ）に示すように一体に接合して一本のＰＣａ梁１とする。具体的には、上側部材５１の第２〜第４束部１４〜１６を構成する部分を下側部材５２の対応する凹部５２ａにそれぞれ嵌合させ、端部材５３の突出部５３ｃを下側部材５２の端面に合わせ且つ第１束部１３を構成する部分を上側部材５１の凹部５１ａに嵌合させてシース管にＰＣ鋼線６１を挿通して緊張および定着作業を行い、端部材５３のコンクリートが未打設とされた部分に上側部材の主筋３１の突出部分を配置してコンクリートを打設する。このように接合することにより、上側部材５１と下側部材５２とが、第２〜第４束部１４〜１６では直接的に、第１束部１３では端部材５３を介して間接的に接合される。
【００６３】
なお、ＰＣ鋼線６１は、下弦部１２をプレキャスト成形する際にプレテンション方式として用いられた後、端部材５３との接合時に図中に黒塗り矢印で示すように斜め上方へ緊張されて端部材５３の上弦部１１端部に定着されて端部材５３にプレストレスを付与するポストテンション方式としても用いられる。つまり、ＰＣ鋼線６１がプレテンションおよびポストテンションの両方式に兼用されている。
【００６４】
ここで、ＰＣ鋼線６１にポストテンションを付与するタイミングは、上記のような端部材５３との接合時に限定されることはなく、端部材５３を接合してＰＣａ梁１を大梁２に架設した後とすることもできる。このような時期に行うことにより、ＰＣａ梁１の組立後にポストテンションを付与する場合でもひび割れなどの発生を確実に回避することができる。
【００６５】
このようにして製造されるＰＣａ梁１は、図１２の（Ａ）に示す段階では、上側部材５１が、第２実施形態と同様に、第１〜第４開口部２１〜２４の各上縁２１ｕ、２２ｕ、２３ｕ、２４ｕと、第１開口部２１の梁中央側の側縁２１ｓｃと、第２〜第４開口部２２〜２４の両側縁２２ｓｃ、２２ｓｅ、２３ｓｃ、２３ｓｅ、２４ｓを画定するように形成される。また、下側部材５２は、第１〜第４開口部２１〜２４の各下縁２１ｌ、２２ｌ、２３ｌ、２４ｌを画定するように形成され、端部材５３が、第１開口部２１の梁端側の側縁２１ｓｅを画定するように形成される。
【００６６】
このように分割して上側部材５１と下側部材５２と端部材５３とを別々にプレキャスト成形することにより、各部材の開口部周辺へのコンクリートの充填性を担保できるだけでなく、各部材の長さをＰＣａ梁１の長さに比べて短くすることができるため、各部材の取り扱いや運搬をより容易にすることができる。
【００６７】
＜変形例＞
本実施形態においては、図１３に示す変形例のように、下弦部１２の内部に設けられるＰＣ鋼線６１を下弦部１２の端部で切断するようにし、下弦部１２の端部或いは下弦部１２の全長に渡って主筋３１を配置し、この主筋３１を上弦部１１に至るように下弦部１２の端面から斜めに突出させておき、上側部材５１と下側部材５２とを第２〜第４束部１４〜１６で当接するように適正配置した後に、上弦部１１の主筋３１および下弦部１２の主筋３１を巻き込むようにコンクリートを打設することで、上側部材５１および下側部材５２の成形後に端部材５３をプレキャスト成形することもできる。このような接合によっても、上側部材５１と下側部材５２とを、第２〜第４束部１４〜１６では直接的に、第１束部１３では端部材５３を介して間接的に接合することができる。
【００６８】
≪第４実施形態≫
図１４および図１５に示すように、本実施形態に係るＰＣａ梁１は、第３実施形態と同様に、上側部材５１と下側部材５２と左右の端部材５３とから構成される。本実施形態では、上側部材５１が、上弦部１１の中央部１１ａと第１〜第４束部１３〜１６の上半部分とを一体にプレキャスト成形され、下側部材５２が、下弦部１２と第１〜第４束部１３〜１６の下半部分とを一体にプレキャスト成形され、端部材５３が、上弦部１１の側端部１１ｅおよび連結部１１ｄと第１束部１３の側部とを一体にプレキャスト成形されている。
【００６９】
上側部材５１の第１〜第４束部１３〜１６を構成する部分の下面と下側部材５２の第１〜第４束部１３〜１６を構成する部分の上面との一方（ここでは下側部材５２側）には、凸部５２ｂが形成され、その他方（ここでは上側部材５１側）には、これら凸部５３ｂに対して補完的な形状を呈する凹部５１ａが形成されている。そして、上側部材５１と下側部材５２とは、第１〜第４束部１３〜１６において凸部５２ｂを凹部５１ａに嵌合させた状態で接合されることにより、嵌合部分がせん断キーとなって、曲げモーメントに起因して生じる水平方向のせん断力に抵抗できるようになっている。また、これら第１〜第４束部１３〜１６が上下方向の中央近傍で接合されることにより、水平方向のせん断力が最も小さくなる位置に接合部が配置されるようになっている。
【００７０】
また、本実施形態のＰＣａ梁１は、下弦部１２全長にわたって直線状に設けられたＰＣ鋼線６１を有する他、ＰＣａ梁１の中央部において下弦部１２に位置し、ＰＣａ梁１の軸方向端部において上弦部１１に位置するように、緩やかな曲線を描いてＰＣａ梁１の略全長にわたって設けられたＰＣ鋼線６２を有している。そのため、第１開口部２１は、矩形ではなく台形となっている。
【００７１】
ＰＣ鋼線６１は、下弦部１２をプレキャスト成形する際にテンションが付与され、所定期間の養生後にテンションを解除することで下弦部１２にプレストレスを与えるプレテンション方式であり、コンクリート打設前に緊張するために直線状に配置される。一方、ＰＣ鋼線６２は、曲げモーメントに効率的に抵抗するために、ＰＣ鋼線６２を梁中央部では下側に位置するとともに梁端部では上側に位置するような懸垂曲線状に配置するため、下側部材５２および端部材５３のプレキャスト成形後にテンションを付与するポストテンション方式である。また、ＰＣ鋼線６２は、下側部材５２と端部材５３との接合時に緊張するようにすることも可能であるが、ひび割れなどを防止するためにＰＣａ梁１を大梁２間に架設した後に緊張するのが好ましい。
【００７２】
このように、プレテンション方式のＰＣ鋼線６１とポストテンション方式のＰＣ鋼線６２とを併用することで、ＰＣａ梁１に対し、工場生産による製造コストの低下と現場施工による効果的な強度付与との両立を実現することができる。
【００７３】
≪第５実施形態≫
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図１６（Ａ）に示すように、本実施形態のＰＣａ梁１は、上弦部１１のうち中央部１１ａの大部分がプレキャスト成形された１本の上側部材５１から構成され、下弦部１２の大部分がプレキャスト成形された１本の下側部材５２から構成され、第１束部１３および上弦部１１の端部が端部材５３から構成され、第２〜第４束部１４〜１６が個別にプレキャスト形成された第２〜第４束部材５４〜５６から構成されており、図１６（Ｂ）に示すように、これら各部材５１〜５６を一体化することで１本のＰＣａ梁１が構成されている。
【００７４】
代表例として第３束部１５周辺を示す図１７に示すように、上側部材５１の下面および下側部材５２の上面には、凹部５１ａ，５２ａがそれぞれ形成され、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６の上面および下面には、これら凹部５１ａ，５２ａに対して補完的な形状を呈する凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂが形成されており、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６が上側部材５１および下側部材５２に対してそれぞれ凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂを嵌合させた状態で接合されることにより、凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂがせん断キーとなって曲げモーメントに起因して生じる水平方向のせん断力に抵抗できるようになっている。
【００７５】
また、上側部材５１、下側部材５２、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６には、ＰＣ鋼棒８１を挿通するための貫通孔８２がそれぞれ穿設されており、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６は、各凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂを上側部材５１および下側部材５２の対応する凹部５１ａ，５２ａに係合させた状態で、一本の直線状になった貫通孔８２に挿入された緊張材としての複数（ここでは２本）のＰＣ鋼棒８１によって一体結合されている。
【００７６】
このＰＣａ梁１を製造する手順は以下の通りである。まず、１本の上側部材５１を鉄筋コンクリートによりプレキャスト成形するステップと平行して、１本の下側部材５２を鉄筋コンクリートによりプレキャスト成形するとともに、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を鉄筋コンクリートによりプレキャスト成形する。その後、上側部材５１と下側部材５２との間に端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を配置した状態で貫通孔８２にＰＣ鋼棒８１を挿入し、ＰＣ鋼棒８１をジャッキなどによって緊張した状態で上下端をそれぞれ上側部材５１および下側部材５２に係止することにより、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を、上側部材５１および下側部材５２に圧着接合させる。
【００７７】
ＰＣａ梁１がこのように上側部材５１および下側部材５２だけでなく、束部１３〜１６を構成する端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６をも別々にプレキャスト成形することにより、各部材５１〜５６の形状を単純なものとし、鉄筋や型枠の組立、コンクリートの打設を容易にし、開口部２１〜２４周辺へのコンクリートの充填性を更に高め、品質の確保をさらに容易にしている。また、ＰＣａ梁１が複数のプレキャスト部材に分割されることで、部材重量を一層軽減して工場での取り扱いや現場への搬送も一層容易になっている。これらによって生産性が向上し、製造コストの低減も可能となる。
【００７８】
また、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を、上側部材５１および下側部材５２にＰＣ鋼棒８１で圧着接合することにより、接合作業が容易になり、接合時に養生期間をとる必要もないため、例えば、ＰＣ工場で各部材５１〜５６を製造した後に現場で接合することも可能である。そのため、接合後では運搬や取り扱いが困難となるような大きなＰＣａ梁１であっても、プレキャスト化が可能となる。
【００７９】
＜変形例＞
次に第５実施形態のＰＣａ梁１に対し、構成および製造方法が一部において相違する変形例について説明する。本変形例のＰＣａ梁１は、図１６に示す基本構成を有する上側部材５１、下側部材５２、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６によって構成され、これら各部材５１〜５６を一体化することで製造される。この点については第５実施形態のＰＣａ梁１と同様である。
【００８０】
代表例として第３束部１５周辺を示す図１８に示すように、本変形例の上側部材５１、下側部材５２、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６にも、貫通孔８２がそれぞれ穿設されており、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６は、各凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂを上側部材５１および下側部材５２の対応する凹部５１ａ，５２ａに係合させた状態で、一本の直線状になった各貫通孔８２に鉄筋８３を挿入し、さらにこの貫通孔８２に充填材としてグラウト８４を充填することで、鉄筋８３と各部材５１〜５６とを接合させ、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を上側部材５１および下側部材５２にそれぞれ一体結合させている。
【００８１】
ＰＣａ梁１がこのように複数のプレキャスト部材を一体化することで構成されることにより、型枠の組立や鉄筋の組立、コンクリートの打設を容易にし、大量生産を容易にして生産性を向上し、製造コストの低減を図ることができる。また、鉄筋８３およびグラウト８４のみで各部材５１〜５６を接合できるため、接合作業も容易である。
【００８２】
≪第６実施形態≫
図１９（Ａ）に示すように、本実施形態のＰＣａ梁１も、上弦部１１の大部分がプレキャスト成形された１本の上側部材５１から構成され、下弦部１２の大部分がプレキャスト成形された１本の下側部材５２から構成される。一方、図１９（Ｂ）に示すように、上側部材５１と下側部材５２とを対向配置した状態でコンクリートが打設され、このコンクリートの打設により、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６がプレキャスト形成されるとともに、上側部材５１および下側部材５２と端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６とが一体化され、１本のＰＣａ梁１が構成される。
【００８３】
つまり、このＰＣａ梁１を製造するには、まず、その下面から束部１３〜１６の横補強筋４３の上側部分４３ｕが突出するように上側部材５１をプレキャスト成形するとともに、その上面から束部１３〜１６の横補強筋４３の下側部分４３ｌが突出するように下側部材５２をプレキャスト成形する。次に、上側部材５１と下側部材５２とを並置し、横補強筋４３の上側部分４３ｕと横補強筋４３の下側部分４３ｌとをオーバーラップさせた状態で束部１３〜１６の鉄筋すなわち横補強筋４３を組み立て、束部１３〜１６の鉄筋を巻き込むようにコンクリートを打設することにより、束部１３〜１６をプレキャスト成形する。
【００８４】
ＰＣａ梁１をこのように製造することにより、束部１３〜１６をコンクリート打設することで上側部材５１および下側部材５２を接合できるため、別途の接合作業を不要にすることができる。
【００８５】
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。各部材の具体的形状や、配置などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。なお、上記実施形態に示した本発明に係るＰＣａ梁の各構成要素およびＰＣａ梁の各製造ステップは、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１ ＰＣａ梁
１１ 上弦部
１２ 下弦部
１３ 第１束部
１４ 第２束部
１５ 第３束部
１６ 第４束部
２１ 第１開口部
２２ 第２開口部
２３ 第３開口部
２４ 第４開口部
４２ 横補強筋
６１ ＰＣ鋼線
６２ ＰＣ鋼線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空調用ダクトルート等として用いられる矩形開口部を有するプレキャスト鉄筋コンクリート梁に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビルは、鉄筋コンクリートや鉄骨を素材とする柱と梁とによって柱梁架構を形成し、大梁や小梁からなる床組上に床スラブを打設して建造するが、オフィスビルにおいては、天井面に空調、給排水、電力供給等のためのダクトや配管類が多数設置されることから、天井高さが低くなることを避けるために梁の縦壁（ウエブ）にこれらダクトや配管類が通過する開口部（以下、ダクト開口部と記す）を設けることが一般的である。そのため、従来のオフィスビルでは、梁としてウエブにダクト開口部が形成されたＨ形鋼を採用し、これを鉄骨柱と組み合わせた鉄骨構造（全Ｓ構造）やＲＣ（鉄筋コンクリート）柱と組み合わせたＲＣ梁Ｓ構造とし、ダクト開口部による梁の強度低下を抑制することが多かった。
【０００３】
近年、鉄骨梁に較べて防振性能に優れ、建設コストが鋼材価格の変動に影響されにくいこと、耐火被覆が必要な鉄骨梁では意匠的見地から天井を設ける必要があるために空間の利用効率が悪いこと等の理由から、鉄筋コンクリート梁であるプレキャスト・プレストレストコンクリート（ＰＣａＰＣ）梁をオフィスビルに採用することが検討されている。
【０００４】
また、鉄筋コンクリート梁にダクトや配管類が通過する開口部を設ける技術として、梁の上端側および下端側に上端主筋と下端主筋とをそれぞれ複数段に配筋して上端主筋群および下端主筋群を形成したうえで、上端主筋群を上端拘束筋によって拘束し、下端主筋群を下端拘束筋によって拘束するものが提案されている（特許文献１参照）。この鉄筋コンクリート梁では、上端主筋群を含む上端側の仮想梁と下端主筋群を含む下端側の仮想梁とによってせん断力に抵抗できるため、上端主筋と下端主筋とにわたって巻き付ける拘束筋を省略あるいは削減することで、両仮想梁の間に容易に開口部を設けられるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１３７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の鉄筋コンクリート梁では、上端側仮想梁と下端側仮想梁とでせん断力に抵抗できるが、上端側仮想梁と下端側仮想梁とを無筋コンクリートからなる中間部で連結する構造であり、曲げモーメントに起因する水平方向のせん断応力度が最大になる中間部の取り扱いが曖昧である。また、垂直方向のせん断力に対する応力負担部材である上端側仮想梁および下端側仮想梁の他に、中間部を有するものであるため、鉄骨梁に比べて重量化しがちな鉄筋コンクリート梁を軽量化するのに最適な構造とは言い難かった。また、特許文献１の鉄筋コンクリート梁では、同一形状の円形開口部を複数有しているため、矩形断面が多い空調用ダクトの収まりが悪く、ダクトの形状や大きさによっては開口部に通すことができないという問題もある。
【０００７】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ダクト等の通過に供される複数の矩形開口部を設けながら、強度の確保と重量の軽減とを実現し得る鉄筋コンクリート梁を提供することをその主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、上弦部（１１）と下弦部（１２）とが複数の束部（１３〜１６）で連結され、束部間に梁幅方向に貫通する矩形の開口部（２１〜２４）が複数形成されたプレキャスト鉄筋コンクリート梁（ＰＣａ梁）であって、軸方向の端部側における束部長さと開口部長さとの比が軸方向の中央側における束部長さと開口部長さとの比よりも大きい（Ａ１／Ｂ１＞Ａ４／Ｂ４）ことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、鉄筋コンクリート梁を、上弦部、下弦部および束部がそれぞれ構造要素として応力負担するフィーレンディール構造とし、各部の負担応力を明確な構造計算に基づいて求めることができる。そのため、ダクト等の大きさや形状に合わせて開口部長さを柔軟に対応させることができる。また、束部の水平方向せん断力の負担は端部に近くなるほど大きくなるが、軸方向の端部側における束部長さと開口部長さとの比を軸方向の中央側における束部長さと開口部長さとの比よりも大きくすることで、力学的に合理的な構造となり、強度の確保と軽量化との両立を実現できる。また、束部が垂直方向せん断力に対しても応力負担し得ることによっても、せん断力が最も大きくなる端部近傍に束部が配置されることで、鉄筋コンクリート梁全体としての軽量化が図られる。さらに、開口部が矩形であるため、構造要素として寄与しない余肉が無くなり、重量の増加を抑制できる。
【００１０】
また、本発明の一側面によれば、端部側の下部が斜めに切り欠かれた構成とすることができる。この構成によれば、鉄筋コンクリート梁の端部、すなわち大梁や柱に沿ってダクト等を配置することが可能となり、設備配置の設計自由度を高めることができる。
【００１１】
また、本発明の一側面によれば、上弦部と下弦部との少なくとも一方において、端部側における梁幅が中央側における梁幅よりも大きくされた構成とすることができる。この構成によれば、せん断力が大きな端部側の強度を向上でき、比較的必要強度の低い中央側の梁幅を小さくできるため、鉄筋コンクリート梁をより一層軽量化することができる。また、端部に切欠を設ける場合には端部の補強に好適である。
【００１２】
また、本発明の一側面によれば、下弦部には、ＰＣ鋼線（６１，６２）によってプレストレスが付与された構成とすることができる。この構成によれば、下弦部の引張強度が向上するため、断面の縮小化および鉄筋コンクリート梁の大スパン化を図ることができる。また、ＰＣ鋼線は高強度鉄筋に比べて安価であるため、製造コストを低減できる。さらに、高強度鉄筋を用いる場合には製造長さに限界があるが、ＰＣ鋼線を用いれば梁の製作長さに制限が加わることもない。
【００１３】
また、本発明の一側面によれば、下弦部には、主筋が配置されず、ＰＣ鋼線を取り囲む横補強筋（４２）が配置された構成とすることができる。この構成によれば、ＰＣ鋼線を用いることで下弦部を小断面化することができる一方、下弦部に通常量の鉄筋とＰＣ鋼線とを納めると、間隙が小さくなってコンクリートの充填性が悪化するが、主筋を省略することでコンクリート充填性を改善し、ＰＣ鋼線を横補強筋で直接またはコンクリートを介して拘束することでＰＣ鋼線の定着を確実なものとし、下弦部の小断面化および品質確保の両立を実現することができる。
【００１４】
また、本発明の一側面によれば、上弦部、下弦部および束部は、個別にプレキャスト形成された別部材からなり、ＰＣ鋼棒または鉄筋を介して接合／一体化された構成とすることができる。この構成によれば、型枠の組立や鉄筋の組立、コンクリートの打設が容易となること等により、生産性を向上し、製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
このように本発明によれば、ダクト等の通過に供される複数の開口部を設けながら、強度の確保と重量の軽減とを図り得る鉄筋コンクリート梁を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第1実施形態に係るＰＣａ梁を適用した床組の透視斜視図
【図２】図１に示すＰＣａ梁の正面図
【図３】図１に示すＰＣａ梁の平面図
【図４】図１に示すＰＣａ梁の要部縦断面図
【図５】図４中のＶ−Ｖ断面図
【図６】図４中のVI−VI断面図
【図７】図４中のVII−VII断面図
【図８】変形例に係るＰＣａ梁の要部側面図
【図９】図１に示すＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１０】図１に示すＰＣａ梁の変形例に係る製造手順の説明図
【図１１】第２実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１２】第３実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１３】図１２に示すＰＣａ梁の製造手順の変形例の説明図
【図１４】第４実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１５】図１４に示すＰＣａ梁の各部断面図
【図１６】第５実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【図１７】図１６に示すＰＣａ梁の接合構造の要部断面図
【図１８】図１６に示すＰＣａ梁の変形例に係る接合構造の要部断面図
【図１９】第６実施形態に係るＰＣａ梁の製造手順の説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して、本発明の鉄筋コンクリート梁（以下、単にＰＣａ梁１と記す。）をオフィスビル用建物の床組に適用したいくつかの実施形態を詳細に説明する。なお、ＰＣａ梁１については、説明の便宜上、図１中の斜め左下方を左とし、斜め右上方を右とするものとする。
【００１８】
≪第１実施形態≫
図１に示すように、ＰＣａ鉄筋コンクリート梁（以下、単にＰＣａ梁１と記す。）はＰＣコンクリート製の小梁であり、両端が一対の大梁２に連結されるとともに、その上部に床スラブ３が構築されている。図２にも示すように、ＰＣａ梁１は、左右方向（軸方向）に延設された上弦部１１および下弦部１２、これら上弦部１１と下弦部１２とを連結すべく左右対称に各一対配置された第１〜第４束部１３〜１６を有している。
【００１９】
第１束部１３と第２束部１４との間には矩形の第１開口部２１が形成され、第２束部１４と第３束部１５との間には矩形の第２開口部２２が形成され、第３束部１５と第４束部１６との間には矩形の第３開口部２３が形成され、２つの第４束部１６の間には矩形の第４開口部２４が形成されている。なお、これら第１〜第４開口部２１〜２４は、それぞれＰＣａ梁１を梁幅方向に貫通する態様で形成される。
【００２０】
これら開口部２１〜２４は、オフィスビルの空調ダクトなどの配管ルートとなっており、ＲＣ梁としては大きく、且つ矩形の開口部２１〜２４が多数設けられたことにより、図２中に破線で示すように配管ルートを自由に設定することができ、比較的大断面のダクトなどを用いることが可能となっている。また、改装時に配管ルートを変更することも容易になっている。
【００２１】
大梁２の側面には架台部２ａが形成されており、ＰＣａ梁１はこの架台部２ａ上に上弦部１１が載置された状態で大梁２に結合される。ＰＣａ梁１は、左右の端部の下部が斜めに切り欠かれて略逆台形を呈しており、大梁２との間に略三角形の空隙２５を形成している。そのため、下弦部１２が上弦部１１よりも短くなっており、梁端部に配置された第１束部１３も一辺が垂直な逆台形となっている。
【００２２】
このように、ＰＣａ梁１の端部に空隙２５が形成されたことにより、従来困難とされていた大梁２に沿って空調ダクトなどを設けることが可能になっており、設備配置の設計自由度が高まっている。なお、本実施形態ではＰＣａ梁１を大梁２に架設しているが、ＰＣａ梁１を柱に架設する場合には架設する柱に沿って空調ダクトなどを設けることが可能になる。
【００２３】
図３に示すように、上弦部１１は、中央部１１ａにおいて幅が最も小さく、中央部１１ａに隣接する側部１１ｃ、側部１１ｃに隣接する側端部１１ｅへ向かうにつれて幅が大きくなっている。また、上弦部１１の中央部１１ａと側部１１ｃとの間、および側部１１ｃと側端部１１ｅとの間には、その幅を徐々に変化させた連結部１１ｂ，１１ｄがそれぞれ設けられている。
【００２４】
また、下弦部１２も上弦部１１と同様にその幅を変化させており、上弦部１１よりも短いために、端部の幅は上弦部１１の側部１１ｃと同一となっている。同様に、中央寄りに配置された第２〜第４束部１４〜１６も上弦部１１と同様にその幅を変化させる一方、第１束部１３は上弦部１１の側部１１ｃと同一幅となっており、上弦部１１の側端部１１ｅおよび連結部１１ｄにおけるＰＣａ梁１の断面がＴ字になっている。
【００２５】
ＰＣａ梁１に作用するせん断力は、通常、端部側ほど大きくなる。そこで、このように上弦部１１の幅を側端部１１ｅにおいて最も大きくしたことで、大梁２との連結部においてもＰＣａ梁１がせん断力に抵抗できるようになっている。また、ＰＣａ梁１の端部が切りかかれていても、幅広の上弦部１１が切り欠きによるせん断耐力の低下を好適に補っている。一方、上弦部１１および下弦部１２を含むＰＣａ梁１の全体の幅を端部側ほど大きくしたことで、せん断力に耐え得る強度を確保しつつ、ＰＣａ梁１の軽量化が図られている。
【００２６】
図４〜図７に示すように、上弦部１１には、上下方向に３段に主筋３１が配置されている。なお、本実施形態におけるＰＣａ梁１は、床スラブ３の打設後に、ＰＣａ梁１と一体となった床スラブコンクリートの一部が小梁の一部を構成することになるが、大梁２に架設する前のＰＣａ梁１としては、下側２段の主筋３１のみが主筋として機能を果たしている。したがって、大梁２への架設時点で上弦部１１の上方に露出する上段の主筋３１は本来、ＰＣａ梁１の主筋には含まれないが、鉄筋に関する説明においてはこれら上段の主筋３１を含めてＰＣａ梁１の主筋３１として説明する。なお、図４〜図７においては図が煩雑となるのを避けるためにハッチングを省略している。
【００２７】
図７に示すように、上弦部１１の中央部１１ａにおいては、各段につき複数の主筋３１が配置され、これら主筋３１を取り囲む横補強筋４１および中段の主筋３１を跨ぐ幅止め筋４４が軸方向に所定の間隔に設けられている。図６に示すように、上弦部１１の側部１１ｃにおいては、幅の増大に合わせて下段および中段において中央部１１ａ（図７）よりも多い本数の主筋３１が、上段において中央部１１ａと同じ本数の主筋３１がそれぞれ配置され、これら主筋３１を取り囲む横補強筋４１および中段の主筋３１を跨ぐ幅止め筋４４が軸方向に所定の間隔に設けられている。図５に示すように、上弦部１１の側端部１１ｅにおいては、更なる幅の増大に合わせて下段および中段において側部１１ｃ（図６）よりも更に多い本数の主筋３１が、上段において側部１１ｃと同じ本数の主筋３１が側部１１ｃと同じ位置にそれぞれ配置され、下段および中段の全ての主筋３１を取り囲む第１横補強筋４１ａ、下段および中段のうち内側の複数本の主筋３１を取り囲む第２横補強筋４１ｂ、および中段のうち最も内側に配置された一対の主筋３１を跨ぐ幅止め筋４４が、軸方向に所定の間隔に設けられている。
【００２８】
下弦部１２には、図７に示すように主筋は配置されておらず、その全長にわたって延在しプレテンションが与えられたＰＣ鋼線６１が、上下方向に複数段（ここでは３段）且つ各段につき複数（ここでは２本）の配置で設けられている。なお、ＰＣ鋼線６１は必ずしも横補強筋４２に内接し、横補強筋４２に直接拘束される必要はなく、コンクリートを介して横補強筋４２に間接的に拘束されるように、横補強筋４２の内側に配置されていればよい。また、図４によく示されるように、下弦部１２の端部近傍には、曲げモーメントに抵抗するために（曲げモーメントに起因する水平方向のせん断力に抵抗するために）、第１および第２束部１３，１４において端部へ向けて上向きに傾斜して上弦部１１に至る補強筋４５が適宜に配置されている。他方、これらＰＣ鋼線６１および補強筋４５を取り囲む横補強筋４２が軸方向に所定の間隔に設けられている。
【００２９】
このように下弦部１２にＰＣ鋼線６１が配置され、プレストレスが付与されることにより、下弦部１２の引張強度が向上するため、断面の縮小化およびＰＣａ梁１の大スパン化が可能になっている。
【００３０】
また、下弦部１２にＰＣ鋼線６１を配置したことによって下弦部１２の小断面化が可能になる一方、下弦部１２に通常量の鉄筋とＰＣ鋼線６１とを納めると、間隙が小さくなってコンクリートの充填性が悪化するが、主筋を省略したことで、最も小断面とされた中央側においてもコンクリートの充填性を確保することができるようになっている。加えて、ＰＣ鋼線６１を取り囲むように横補強筋４２を配置したことにより、下弦部１２の強度を高めてＰＣ鋼線６１の定着を確実なものとし、下弦部１２の小断面化および品質確保の両立が実現されている。
【００３１】
束部１３〜１６においては、図４に示すように、上弦部１１の横補強筋４１および下弦部１２の横補強筋４２が連結し、上弦部１１の主筋３１および下弦部１２のＰＣ鋼線６１を取り囲む１つの横補強筋４３をなしており、この横補強筋４３が束部１３〜１６における上弦部１１および下弦部１２に対する接合強度を高めるためのせん断補強筋として機能している。
【００３２】
このように構成されたＰＣａ梁１は、上弦部１１、下弦部１２および束部１３〜１６が剛体結合されたフィーレンディール構造となっており、各部の負担応力を明確な構造計算に基づいて求めることができる。
【００３３】
図２に戻り、逆台形を呈する第１束部１３の上端縁の長さと下端縁の長さとの平均値をとった第１束部１３の長さ（軸方向長さ）Ａ１と、第２〜第４束部１４〜１６の長さＡ２〜Ａ４との関係は、下式に示す関係となっている。
Ａ１＞Ａ２＞Ａ３＞Ａ４ （１）
【００３４】
一方、第１〜第４開口部２１〜２４の長さ（軸方向長さ）をＢ１〜Ｂ４とすると、束部１３〜１６の長さＡ１〜Ａ４と、中央部側に隣接する開口部２１〜２４の長さＢ１〜Ｂ４との比（Ａ／Ｂ）は、下式に示す関係となっている。
（Ａ１／Ｂ１）＞（Ａ２／Ｂ２）＞（Ａ３／Ｂ３）＞（Ａ４／Ｂ４） （２）
つまり、軸方向の端部側における束部長さと開口部長さとの比が軸方向の中央側における束部長さと開口部長さとの比よりも大きくなっている。
【００３５】
束部１３〜１６の長さおよび配置間隔がこのように設定されたことにより、端部ほど大きくなる、曲げモーメントに起因する水平方向のせん断力に対し、力学的に合理的な構造で抵抗することができ、ＰＣａ梁１の強度の確保と軽量化との両立が可能になっている。また、下弦部１２の端部に垂直方向せん断力の応力負担部材となり得る第１束部１３が配置されたことにより、第１束部１３の上方において上弦部１１の断面を適切に縮小化できるため、ＰＣａ梁１の軽量化が図られている。
【００３６】
また、開口部２１〜２４が矩形とされたことにより、大断面で矩形状が多い空調ダクトの収まりが良くなるだけでなく、円形開口部とした場合に生じる構造要素として寄与しない余肉部分が生じないため、ＰＣａ梁１の重量の増加が抑制されている。
【００３７】
一方、上記構成に対し、図８に示すように、左右の端部の切欠を小さくしてＰＣａ梁１を構成することも可能である。このようにすれば、下弦部１２における第１束部１３が連結する部分の長さが大きくなるため、ＰＣ鋼線６１の端部における定着長さを十分確保することができ、必要なプレストレスを下弦部１２に付与することができる。また、図８に示すように、上弦部１１において、側部１１ｃおよび連結部１１ｂを設けることなく、最も幅が小さな中央部１１ａと最も幅が大きな側端部１１ｅとを連結部１１ｄが直接連結するように構成することも可能である。このようにすることにより、鉄筋および型枠の組立を容易にすることができる。
【００３８】
次に、このような構成を有するＰＣａ梁１をより合理的且つ高品質に製造するための手順について説明する。図９は、ＰＣａ梁１の鉄筋組立手順の説明図であり、（Ａ）は正面図を、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ−Ｂ断面図を、（Ｃ）は（Ａ）中のＣ−Ｃ断面図を示している。
【００３９】
ＰＣａ梁１の鉄筋を組み立てる際には、まず図９に実線および破線で示すように、開口部２１〜２４の位置を考慮せずに、上弦部１１の主筋３１および下弦部１２の段取り筋３２を取り囲む横補強筋４３をＰＣａ梁１の全長にわたって配置する。その後、開口部２１〜２４の位置に合わせ、破線で示す横補強筋４３の中央部分を切断除去し、上弦部１１の主筋３１の下端および下弦部１２の段取り筋３２の上端にそれぞれ幅止め筋４４を配置し、上下に残った横補強筋４３の一部が上弦部１１の横補強筋４１の側部および下弦部１２の横補強筋４２の側部となってそれぞれ主筋３１および段取り筋３２を取り囲む横補強筋４１，４２を形成する。
【００４０】
或いは、図１０に示す変形例のように、上弦部１１の横補強筋４１および下弦部１２の横補強筋４２と、上弦部１１の主筋３１および下弦部１２の段取り筋３２を取り囲む横補強筋４３とを、交互配置になるようにＰＣａ梁１の全長にわたって配置する。その後、開口部２１〜２４の位置に合わせ、破線で示す横補強筋４３の中央部分を切断除去し、上弦部１１の主筋３１の下端および下弦部１２の段取り筋３２の上端にそれぞれ幅止め筋４４（図示省略）を配置し、上下に残った横補強筋４３の一部が上弦部１１の横補強筋４１の側部および下弦部１２の横補強筋４２の側部となってそれぞれ主筋３１および段取り筋３２を取り囲む横補強筋４１，４２を形成するようにしてもよい。
【００４１】
ＰＣａ梁１の鉄筋をこのように組み立てることにより、不等長さ且つ不等間隔に配置される束部１３〜１６に応じて変則的に横補強筋４１〜４３を配置する必要がなく、鉄筋組立作業を効率化することができる。また、このような手順で組み立てることにより、意匠的観点で様々な形態に開口部を設けることができるＰＣａ梁１に対し、様々な形態のＰＣａ梁１の汎用鉄筋として用いることができ、これによっても鉄筋組立作業を効率化することができる。
【００４２】
≪第２実施形態≫
図１１を参照してＰＣａ梁１の合理的な製造方法の第２実施形態を説明する。なお、上記実施形態と同様の部材または部位には同一の符号を付すものとし、上記実施形態と重複する説明は省略する。以降の実施形態においても同様とする。
【００４３】
図１１（Ａ）に示すように、上弦部１１のうち中央部１１ａ、連結部１１ｂおよび側部１１ｃ、並びに第２〜第４束部１４を構成する上側部材５１を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形するとともに、上弦部１１のうち側端部１１ｅおよび連結部１１ｄ、第１束部１３、並びに下弦部１２を構成する下側部材５２を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形する。なお、上側部材５１および下側部材５２の鉄筋の配置は上記一般的構成のものとは異なるが、概略同様であり、詳細な変更は発明の要旨に関係しないため、ここでは説明を省略する。以下の実施形態でも同様とする。
【００４４】
上側部材５１をプレキャスト成形する際には、上弦部１１が上側となるように、すなわち図１１の紙面の上側が天を向くように鉄筋および型枠を組み、コンクリートを打設するとよい。このような方向にコンクリートを打設することにより、全ての部位にコンクリートを容易に充填することができ、いわゆる豆板やジャンカなどの施工不良が発生することを防止できる。
【００４５】
一方、下側部材５２をプレキャスト成形する際には、下弦部１２が上側となるように、すなわち図１１の紙面の下側が天を向くように鉄筋および型枠を組み、コンクリートを打設するのが好ましい。このような方向にコンクリートを打設することにより、全ての部位にコンクリートを容易に充填することができるとともに、コンクリートの横流しによる材料分離や仕上げ面の高低差による下側仕上げ面の隆起などの施工不良が発生することも防止できる。
【００４６】
また、下側部材５２をプレキャスト成形する際には、下弦部１２の型枠内にＰＣ鋼線６１を通して緊張しておき、高強度コンクリートを打設して所定の強度が発現した後、緊張を解除して下弦部１２に全長にわたってプレストレスを付与する。
【００４７】
上側部材５１の端部、すなわち上弦部１１の側部１１ｃの端面からは、下側部材５２に含まれる上弦部１１と接合するために主筋３１を突出させており、下側部材５２は、後に上弦部１１を接合するために当該突出した主筋３１を受容させる箇所をコンクリートが未打設の状態としておく。
【００４８】
上側部材５１の第２〜第４束部１４〜１６を構成する部分は、実際の第２〜第４束部の高さｈ（図１１（Ｂ）参照）よりも大きな高さ寸法を有する矩形に形成されている。一方、下側部材５２の第２〜第４束部１４〜１６と接合する部分には、第２〜第４束部１４〜１６の長さ（ＰＣａ梁１の軸方向における長さ）と略同一長さにわたって下弦部１２が切り欠かれて形成された凹部５２ａが設けられている。また、第１束部１３を構成する部分も、実際の第１束部１３の高さｈ（図１１（Ｂ）参照）よりも大きな高さ寸法を有するように形成されている。一方、上側部材５１の第１束部１３と接合する部分には、第１束部１３の長さと略同一長さにわたって上弦部１１が切り欠かれて凹部５１ａが形成されている。
【００４９】
次に、これら上側部材５１および下側部材５２を、図１１（Ｂ）に示すように一体に接合して一本のＰＣａ梁１を形成する。具体的には、上側部材５１の第２〜第４束部１４〜１６を構成する部分を下側部材５２の対応する凹部５２ａにそれぞれ嵌合させ、下側部材５２の第１束部１３を構成する部分を上側部材５１の凹部５１ａに嵌合させ、下側部材５２のコンクリートが未打設とされた部分に、上側部材の主筋３１の突出部分を配置した状態でコンクリートを打設して一体化する。このようにして接合することにより、上側部材５１と下側部材５２とが直接的に接合される。
【００５０】
なお、第２〜第４束部１４〜１６を構成する部分と凹部５２ａとの間、および第１束部１３を構成する部分と凹部５１ａとの間にはモルタルなどを敷いておき、両部材が密着するようにするとよい。
【００５１】
このようにして製造されるＰＣａ梁１は、図１１の（Ａ）に示す段階では、上側部材５１が、第１〜第４開口部２１〜２４の各上縁２１ｕ、２２ｕ、２３ｕ、２４ｕと、第１開口部２１の梁中央側の側縁２１ｓｃと、第２〜第４開口部２２〜２４の両側縁２２ｓｃ、２２ｓｅ、２３ｓｃ、２３ｓｅ、２４ｓとを画定するように形成される。また、下側部材５２は、第１〜第４開口部２１〜２４の各下縁２１ｌ、２２ｌ、２３ｌ、２４ｌと、第１開口部２１の梁端側の側縁２１ｓｅとを画定するように形成される。このように分割して上側部材５１と下側部材５２とを別々にプレキャスト成形することにより、各部材の開口部周辺へのコンクリートの充填性を担保し、品質の確保を容易にすることができる。
【００５２】
また、ＰＣａ梁１を複数に分割したプレキャストコンクリート部材で構成することにより、部材重量を軽減することができるため、上側部材５１と下側部材５２との接合を現場で行うようにすれば、工場での取り扱いや現場への搬送を容易にすることができる。また、ＰＣａ梁１にプレストレスを付与する場合であっても、ＰＣ鋼線６１を用いてプレストレスを付与することで、通常のＰＣ工場での製造が可能となり、部材も小さくて済むため取り扱いも容易になる。
【００５３】
さらに、引張力が作用する下弦部１２にプレストレスを付与することにより、部材断面を効果的に縮小化することができる。また、ＰＣａ梁１にプレストレスを付与する場合には、プレストレスが与えられる部位に圧縮強度の高い高強度コンクリートを用いる必要があるが、ＰＣａ梁１を一体物として成形した場合には、本来は必要のない部位にまで高強度コンクリートを用いることでコストアップを招くことになるが、ＰＣａ梁１を上側部材５１と下側部材５２とに分割してプレキャスト成形することにより、高価な高強度コンクリートと安価な通常のコンクリートとの使い分けが可能となり、材料コストを削減することができる。
【００５４】
一方、ＰＣａ梁１を一体物とし且つプレストレスを付与する場合には、梁断面において重心位置に対してプレストレス合力の作用位置が大きく偏心する。そのため、ＰＣａ梁１全体に上向きの曲げ応力が発生し、施工途中に上弦部１１および束部１３〜１６に過剰な応力によるひび割れが生じやすい。これに対し、本実施形態では、ＰＣａ梁１を上側部材５１と下側部材５２とに分割して成形するため、プレストレス合力の作用位置を下弦部１２の重心と略同じ位置にすることができる。そのため、プレストレスによるひび割れの発生を防止できる。
【００５５】
他方、上側部材５１をプレキャスト成形する際に、少なくとも一部の束部（第２〜第４束部１４〜１６）を一体成形すること、或いは、下側部材５２をプレキャスト成形する際に、少なくとも一部の束部（第１束部１３）を一体成形することにより、部材点数および接合箇所を少なくすることができる。そのため、ＰＣａ梁１の組立作業を容易にすることができる。
【００５６】
なお、本実施形態では、上側部材５１および下側部材５２に一体成形された束部１３〜１６を構成する部分が、それぞれ各束部１３〜１６の全体と、一体成形されない他方の部材が構成する下弦部１２または上弦部１１の一部（すなわち嵌合凸部）とを構成するように分割しているが、それぞれ各束部１３〜１６の一部を構成するように分割することも可能である。
【００５７】
≪第３実施形態≫
次に、図１２を参照してＰＣａ梁１の合理的な製造方法の第３実施形態を説明する。なお、図１２（Ｂ）には、ＰＣａ梁１の側面図の上方にＰＣａ梁１の平面図を併せて示している。
【００５８】
本実施形態のＰＣａ梁１は、図８に示したもののように上弦部１１において中央部１１ａと側端部１１ｅとが連結部１１ｄによって直接連結された構成となっている。このＰＣａ梁１の製造手順は、次の通りである。まず図１２（Ａ）に示すように、上弦部１１の中央部１１ａ、および第２〜第４束部１４を構成する上側部材５１を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形するとともに、第１束部１３および下弦部１２を構成する下側部材５２を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形し、さらに、上弦部１１のうち側端部１１ｅおよび連結部１１ｄ、並びに第１束部１３を構成する端部材５３を鉄筋コンクリートにより一体にプレキャスト成形する。
【００５９】
本実施形態においても、上側部材５１をプレキャスト成形する際には、上弦部１１が上側となるようにコンクリートを打設し、下側部材５２をプレキャスト成形する際には、下弦部１２が上側となるようにコンクリートを打設するとよい。また、端部材５３をプレキャスト成形する際には、上弦部１１が上側となるようにコンクリートを打設するとよい。
【００６０】
また、下側部材５２をプレキャスト成形する際には、下弦部１２の型枠内にＰＣ鋼線６１を通して緊張しておき、高強度コンクリートを打設し、所定の強度が発現した後に緊張を解除して下弦部１２に全長にわたってプレストレスを付与するようにするとともに、ＰＣ鋼線６１を下弦部１２の端面から所定長さ以上延出させておく。
【００６１】
端部材５３には、第１束部１３から下方へ突出して下弦部１２の側端面に接合される突出部５３ｃを形成するとともに、この突出部５３ｃの下弦部１２との接合面から上弦部１１の端部へ至るように斜めに図示しないシース管を埋め込んでおき、下弦部１２の端面から延出したＰＣ鋼線６１を挿通させ得るようにしておく。また、端部材５３は、後に上弦部１１を接合するためにその端面から突出した主筋３１を受容すべくコンクリートの一部を未打設の状態にしておく。
【００６２】
次に、これら上側部材５１および下側部材５２を、図１２（Ｂ）に示すように一体に接合して一本のＰＣａ梁１とする。具体的には、上側部材５１の第２〜第４束部１４〜１６を構成する部分を下側部材５２の対応する凹部５２ａにそれぞれ嵌合させ、端部材５３の突出部５３ｃを下側部材５２の端面に合わせ且つ第１束部１３を構成する部分を上側部材５１の凹部５１ａに嵌合させてシース管にＰＣ鋼線６１を挿通して緊張および定着作業を行い、端部材５３のコンクリートが未打設とされた部分に上側部材の主筋３１の突出部分を配置してコンクリートを打設する。このように接合することにより、上側部材５１と下側部材５２とが、第２〜第４束部１４〜１６では直接的に、第１束部１３では端部材５３を介して間接的に接合される。
【００６３】
なお、ＰＣ鋼線６１は、下弦部１２をプレキャスト成形する際にプレテンション方式として用いられた後、端部材５３との接合時に図中に黒塗り矢印で示すように斜め上方へ緊張されて端部材５３の上弦部１１端部に定着されて端部材５３にプレストレスを付与するポストテンション方式としても用いられる。つまり、ＰＣ鋼線６１がプレテンションおよびポストテンションの両方式に兼用されている。
【００６４】
ここで、ＰＣ鋼線６１にポストテンションを付与するタイミングは、上記のような端部材５３との接合時に限定されることはなく、端部材５３を接合してＰＣａ梁１を大梁２に架設した後とすることもできる。このような時期に行うことにより、ＰＣａ梁１の組立後にポストテンションを付与する場合でもひび割れなどの発生を確実に回避することができる。
【００６５】
このようにして製造されるＰＣａ梁１は、図１２の（Ａ）に示す段階では、上側部材５１が、第２実施形態と同様に、第１〜第４開口部２１〜２４の各上縁２１ｕ、２２ｕ、２３ｕ、２４ｕと、第１開口部２１の梁中央側の側縁２１ｓｃと、第２〜第４開口部２２〜２４の両側縁２２ｓｃ、２２ｓｅ、２３ｓｃ、２３ｓｅ、２４ｓを画定するように形成される。また、下側部材５２は、第１〜第４開口部２１〜２４の各下縁２１ｌ、２２ｌ、２３ｌ、２４ｌを画定するように形成され、端部材５３が、第１開口部２１の梁端側の側縁２１ｓｅを画定するように形成される。
【００６６】
このように分割して上側部材５１と下側部材５２と端部材５３とを別々にプレキャスト成形することにより、各部材の開口部周辺へのコンクリートの充填性を担保できるだけでなく、各部材の長さをＰＣａ梁１の長さに比べて短くすることができるため、各部材の取り扱いや運搬をより容易にすることができる。
【００６７】
＜変形例＞
本実施形態においては、図１３に示す変形例のように、下弦部１２の内部に設けられるＰＣ鋼線６１を下弦部１２の端部で切断するようにし、下弦部１２の端部或いは下弦部１２の全長に渡って主筋３１を配置し、この主筋３１を上弦部１１に至るように下弦部１２の端面から斜めに突出させておき、上側部材５１と下側部材５２とを第２〜第４束部１４〜１６で当接するように適正配置した後に、上弦部１１の主筋３１および下弦部１２の主筋３１を巻き込むようにコンクリートを打設することで、上側部材５１および下側部材５２の成形後に端部材５３をプレキャスト成形することもできる。このような接合によっても、上側部材５１と下側部材５２とを、第２〜第４束部１４〜１６では直接的に、第１束部１３では端部材５３を介して間接的に接合することができる。
【００６８】
≪第４実施形態≫
図１４および図１５に示すように、本実施形態に係るＰＣａ梁１は、第３実施形態と同様に、上側部材５１と下側部材５２と左右の端部材５３とから構成される。本実施形態では、上側部材５１が、上弦部１１の中央部１１ａと第１〜第４束部１３〜１６の上半部分とを一体にプレキャスト成形され、下側部材５２が、下弦部１２と第１〜第４束部１３〜１６の下半部分とを一体にプレキャスト成形され、端部材５３が、上弦部１１の側端部１１ｅおよび連結部１１ｄと第１束部１３の側部とを一体にプレキャスト成形されている。
【００６９】
上側部材５１の第１〜第４束部１３〜１６を構成する部分の下面と下側部材５２の第１〜第４束部１３〜１６を構成する部分の上面との一方（ここでは下側部材５２側）には、凸部５２ｂが形成され、その他方（ここでは上側部材５１側）には、これら凸部５３ｂに対して補完的な形状を呈する凹部５１ａが形成されている。そして、上側部材５１と下側部材５２とは、第１〜第４束部１３〜１６において凸部５２ｂを凹部５１ａに嵌合させた状態で接合されることにより、嵌合部分がせん断キーとなって、曲げモーメントに起因して生じる水平方向のせん断力に抵抗できるようになっている。また、これら第１〜第４束部１３〜１６が上下方向の中央近傍で接合されることにより、水平方向のせん断力が最も小さくなる位置に接合部が配置されるようになっている。
【００７０】
また、本実施形態のＰＣａ梁１は、下弦部１２全長にわたって直線状に設けられたＰＣ鋼線６１を有する他、ＰＣａ梁１の中央部において下弦部１２に位置し、ＰＣａ梁１の軸方向端部において上弦部１１に位置するように、緩やかな曲線を描いてＰＣａ梁１の略全長にわたって設けられたＰＣ鋼線６２を有している。そのため、第１開口部２１は、矩形ではなく台形となっている。
【００７１】
ＰＣ鋼線６１は、下弦部１２をプレキャスト成形する際にテンションが付与され、所定期間の養生後にテンションを解除することで下弦部１２にプレストレスを与えるプレテンション方式であり、コンクリート打設前に緊張するために直線状に配置される。一方、ＰＣ鋼線６２は、曲げモーメントに効率的に抵抗するために、ＰＣ鋼線６２を梁中央部では下側に位置するとともに梁端部では上側に位置するような懸垂曲線状に配置するため、下側部材５２および端部材５３のプレキャスト成形後にテンションを付与するポストテンション方式である。また、ＰＣ鋼線６２は、下側部材５２と端部材５３との接合時に緊張するようにすることも可能であるが、ひび割れなどを防止するためにＰＣａ梁１を大梁２間に架設した後に緊張するのが好ましい。
【００７２】
このように、プレテンション方式のＰＣ鋼線６１とポストテンション方式のＰＣ鋼線６２とを併用することで、ＰＣａ梁１に対し、工場生産による製造コストの低下と現場施工による効果的な強度付与との両立を実現することができる。
【００７３】
≪第５実施形態≫
次に、本発明の第５実施形態について説明する。図１６（Ａ）に示すように、本実施形態のＰＣａ梁１は、上弦部１１のうち中央部１１ａの大部分がプレキャスト成形された１本の上側部材５１から構成され、下弦部１２の大部分がプレキャスト成形された１本の下側部材５２から構成され、第１束部１３および上弦部１１の端部が端部材５３から構成され、第２〜第４束部１４〜１６が個別にプレキャスト形成された第２〜第４束部材５４〜５６から構成されており、図１６（Ｂ）に示すように、これら各部材５１〜５６を一体化することで１本のＰＣａ梁１が構成されている。
【００７４】
代表例として第３束部１５周辺を示す図１７に示すように、上側部材５１の下面および下側部材５２の上面には、凹部５１ａ，５２ａがそれぞれ形成され、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６の上面および下面には、これら凹部５１ａ，５２ａに対して補完的な形状を呈する凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂが形成されており、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６が上側部材５１および下側部材５２に対してそれぞれ凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂを嵌合させた状態で接合されることにより、凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂがせん断キーとなって曲げモーメントに起因して生じる水平方向のせん断力に抵抗できるようになっている。
【００７５】
また、上側部材５１、下側部材５２、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６には、ＰＣ鋼棒８１を挿通するための貫通孔８２がそれぞれ穿設されており、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６は、各凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂを上側部材５１および下側部材５２の対応する凹部５１ａ，５２ａに係合させた状態で、一本の直線状になった貫通孔８２に挿入された緊張材としての複数（ここでは２本）のＰＣ鋼棒８１によって一体結合されている。
【００７６】
このＰＣａ梁１を製造する手順は以下の通りである。まず、１本の上側部材５１を鉄筋コンクリートによりプレキャスト成形するステップと平行して、１本の下側部材５２を鉄筋コンクリートによりプレキャスト成形するとともに、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を鉄筋コンクリートによりプレキャスト成形する。その後、上側部材５１と下側部材５２との間に端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を配置した状態で貫通孔８２にＰＣ鋼棒８１を挿入し、ＰＣ鋼棒８１をジャッキなどによって緊張した状態で上下端をそれぞれ上側部材５１および下側部材５２に係止することにより、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を、上側部材５１および下側部材５２に圧着接合させる。
【００７７】
ＰＣａ梁１がこのように上側部材５１および下側部材５２だけでなく、束部１３〜１６を構成する端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６をも別々にプレキャスト成形することにより、各部材５１〜５６の形状を単純なものとし、鉄筋や型枠の組立、コンクリートの打設を容易にし、開口部２１〜２４周辺へのコンクリートの充填性を更に高め、品質の確保をさらに容易にしている。また、ＰＣａ梁１が複数のプレキャスト部材に分割されることで、部材重量を一層軽減して工場での取り扱いや現場への搬送も一層容易になっている。これらによって生産性が向上し、製造コストの低減も可能となる。
【００７８】
また、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を、上側部材５１および下側部材５２にＰＣ鋼棒８１で圧着接合することにより、接合作業が容易になり、接合時に養生期間をとる必要もないため、例えば、ＰＣ工場で各部材５１〜５６を製造した後に現場で接合することも可能である。そのため、接合後では運搬や取り扱いが困難となるような大きなＰＣａ梁１であっても、プレキャスト化が可能となる。
【００７９】
＜変形例＞
次に第５実施形態のＰＣａ梁１に対し、構成および製造方法が一部において相違する変形例について説明する。本変形例のＰＣａ梁１は、図１６に示す基本構成を有する上側部材５１、下側部材５２、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６によって構成され、これら各部材５１〜５６を一体化することで製造される。この点については第５実施形態のＰＣａ梁１と同様である。
【００８０】
代表例として第３束部１５周辺を示す図１８に示すように、本変形例の上側部材５１、下側部材５２、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６にも、貫通孔８２がそれぞれ穿設されており、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６は、各凸部５３ｂ，５４ｂ，５５ｂ，５６ｂを上側部材５１および下側部材５２の対応する凹部５１ａ，５２ａに係合させた状態で、一本の直線状になった各貫通孔８２に鉄筋８３を挿入し、さらにこの貫通孔８２に充填材としてグラウト８４を充填することで、鉄筋８３と各部材５１〜５６とを接合させ、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６を上側部材５１および下側部材５２にそれぞれ一体結合させている。
【００８１】
ＰＣａ梁１がこのように複数のプレキャスト部材を一体化することで構成されることにより、型枠の組立や鉄筋の組立、コンクリートの打設を容易にし、大量生産を容易にして生産性を向上し、製造コストの低減を図ることができる。また、鉄筋８３およびグラウト８４のみで各部材５１〜５６を接合できるため、接合作業も容易である。
【００８２】
≪第６実施形態≫
図１９（Ａ）に示すように、本実施形態のＰＣａ梁１も、上弦部１１の大部分がプレキャスト成形された１本の上側部材５１から構成され、下弦部１２の大部分がプレキャスト成形された１本の下側部材５２から構成される。一方、図１９（Ｂ）に示すように、上側部材５１と下側部材５２とを対向配置した状態でコンクリートが打設され、このコンクリートの打設により、端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６がプレキャスト形成されるとともに、上側部材５１および下側部材５２と端部材５３および第２〜第４束部材５４〜５６とが一体化され、１本のＰＣａ梁１が構成される。
【００８３】
つまり、このＰＣａ梁１を製造するには、まず、その下面から束部１３〜１６の横補強筋４３の上側部分４３ｕが突出するように上側部材５１をプレキャスト成形するとともに、その上面から束部１３〜１６の横補強筋４３の下側部分４３ｌが突出するように下側部材５２をプレキャスト成形する。次に、上側部材５１と下側部材５２とを並置し、横補強筋４３の上側部分４３ｕと横補強筋４３の下側部分４３ｌとをオーバーラップさせた状態で束部１３〜１６の鉄筋すなわち横補強筋４３を組み立て、束部１３〜１６の鉄筋を巻き込むようにコンクリートを打設することにより、束部１３〜１６をプレキャスト成形する。
【００８４】
ＰＣａ梁１をこのように製造することにより、束部１３〜１６をコンクリート打設することで上側部材５１および下側部材５２を接合できるため、別途の接合作業を不要にすることができる。
【００８５】
以上で具体的実施形態についての説明を終えるが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。各部材の具体的形状や、配置などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。なお、上記実施形態に示した本発明に係るＰＣａ梁の各構成要素およびＰＣａ梁の各製造ステップは、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１ ＰＣａ梁
１１ 上弦部
１２ 下弦部
１３ 第１束部
１４ 第２束部
１５ 第３束部
１６ 第４束部
２１ 第１開口部
２２ 第２開口部
２３ 第３開口部
２４ 第４開口部
４２ 横補強筋
６１ ＰＣ鋼線
６２ ＰＣ鋼線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上弦部と下弦部とが複数の束部で連結され、当該束部間に梁幅方向に貫通する矩形の開口部が複数形成されたプレキャスト鉄筋コンクリート梁であって、軸方向の端部側における束部長さと開口部長さとの比が軸方向の中央側における束部長さと開口部長さとの比よりも大きいことを特徴とするプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項２】
前記端部側の下部が斜めに切り欠かれたことを特徴とする、請求項１に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項３】
前記上弦部と前記下弦部との少なくとも一方において、前記端部側における梁幅が前記中央側における梁幅よりも大きくされたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項４】
前記下弦部には、ＰＣ鋼線によってプレストレスが付与されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項５】
前記下弦部には、主筋が配置されず、前記ＰＣ鋼線を取り囲む横補強筋が配置されたことを特徴とする、請求項４に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項６】
前記上弦部、前記下弦部および前記束部は、個別にプレキャスト形成された別部材からなり、ＰＣ鋼棒または鉄筋を介して接合／一体化されたことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項１】
上弦部と下弦部とが複数の束部で連結され、当該束部間に梁幅方向に貫通する矩形の開口部が複数形成されたプレキャスト鉄筋コンクリート梁であって、軸方向の端部側における束部長さと開口部長さとの比が軸方向の中央側における束部長さと開口部長さとの比よりも大きいことを特徴とするプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項２】
前記端部側の下部が斜めに切り欠かれたことを特徴とする、請求項１に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項３】
前記上弦部と前記下弦部との少なくとも一方において、前記端部側における梁幅が前記中央側における梁幅よりも大きくされたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項４】
前記下弦部には、ＰＣ鋼線によってプレストレスが付与されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項５】
前記下弦部には、主筋が配置されず、前記ＰＣ鋼線を取り囲む横補強筋が配置されたことを特徴とする、請求項４に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【請求項６】
前記上弦部、前記下弦部および前記束部は、個別にプレキャスト形成された別部材からなり、ＰＣ鋼棒または鉄筋を介して接合／一体化されたことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のプレキャスト鉄筋コンクリート梁。
【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】
【図１９】
【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】
【図１９】
【公開番号】特開２０１２−１０７４５２（Ｐ２０１２−１０７４５２Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５８２１７（Ｐ２０１０−２５８２１７）
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００１７４９４３）三井住友建設株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００１７４９４３）三井住友建設株式会社 (346)
【Ｆターム（参考）】
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