JP4805879B2

JP4805879B2 - Ｒｃスラブ

Info

Publication number: JP4805879B2
Application number: JP2007173385A
Authority: JP
Inventors: 俊彦西村; 茂男上原
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2027-06-29
Also published as: JP2009013594A

Description

本発明は、耐火性能を備えたＲＣスラブに関する。

ＲＣスラブが火災加熱を受けると、徐々に下端鉄筋の温度が上昇し、下端鉄筋の温度が許容限界温度に達すると強度が低下して、ＲＣスラブは荷重を保持することができなくなる。

ＲＣスラブに要求される耐火性能は、建物の構造や用途等によって個々に決定されるべきで、経済上の見地からも一律に高くすればよいというものではない。このためには、設計段階で求めた耐火性能を、容易に施工現場で実現できるＲＣスラブの補強技術が求められている。

現状、設計段階で火災の継続時間が長いと予想され、標準的に設計したＲＣスラブの構造では要求される耐火性能が確保できない場合には、下記に示す措置１若しくは措置２の方法でＲＣスラブを補強し、下端鉄筋の温度上昇を遅延させている。

措置１は、下端主筋下部のコンクリート厚さを増やす方法である。
図５に示すように、ＲＣスラブ５０の内部には、上端主筋１２及び上端配力筋１４と、下端主筋１６及び下端配力筋１８が配筋されており、正曲げモーメントを受ける場合には下端主筋が引張力を負担する。下端主筋１６の下部のコンクリート厚さ（かぶり厚）を標準的な厚さより厚くし（厚さＬ_２）、火炎２２との距離を離すことで、下端主筋１６の温度上昇を遅延させる方法である。

措置１を採用すれば、下端鉄筋１６の温度上昇を遅延させることができる。しかし、かぶり厚を増やすことで中立軸の位置が上部に移動し、ＲＣスラブの構造性能が低下する。また、かぶり厚が増えると、施工が煩雑になり管理が難しくなるという問題も生ずる。

措置２は、ＲＣスラブの下面を耐火被覆で覆う方法である。
即ち、図６に示すように、ＲＣスラブ６０の下面に耐火被覆２６を施すことで、下端主筋１６の温度上昇を遅延させる方法である。ＲＣスラブ６０のかぶり厚は標準の厚さ（厚さＬ_１）としている。その他の構造はＲＣスラブ５０と同じである。

措置２を採用すれば、下端鉄筋１６の温度上昇を遅延させることができる。しかし、耐火被覆２６で覆う被覆面積は広く、他の工事に与える影響も大きい。このため、施工性を著しく低下させるという問題がある。更に、大幅なコストアップとなる。

他に、ＲＣスラブの補強技術として、ＲＣ造床スラブに鉄骨小梁の上部を埋設する方法が提案されている（特許文献１）。
しかし、この方法は、鉄骨の小梁の半分が露出し、火災による熱の影響を直接受けるため、小梁の強度低下が予想される。また、ＲＣ造床スラブに小梁の上部を埋設しなければならず、施工上の手間が増え現実的でない。
特開平７−４２２９３号公報

本発明は、上記事実に鑑み、かぶり厚を厚くしたり、耐火被覆で覆うことなくＲＣスラブの耐火性能を向上させることを目的とする。

請求項１に記載の発明に係るＲＣスラブは、下端主筋とコンクリートで構成されるＲＣスラブであって、前記下端主筋より上部へ耐火補強筋を配筋したことを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、ＲＣスラブは下端主筋とコンクリートで構成され、ＲＣスラブには、下端主筋より上部へ耐火補強筋が配筋されている。ここに、耐火補強筋とは、火災加熱に対する耐熱性能の向上を目的に配筋される鉄筋をいう。

この結果、下階の火炎の熱により、先ず下端主筋の温度が上昇する。耐火補強筋は下端主筋の上部に配筋されているため、耐火補強筋の温度上昇は下端主筋の温度上昇より遅れる。このため、下端主筋の温度が許容限度に達し下端主筋の強度が低下しても、耐火補強筋の強度は未だ許容限度に達しておらず、耐火補強筋が荷重を負担する。耐火補強筋の温度が許容限度に達するまでＲＣスラブの強度は維持され、ＲＣスラブの耐火時間を長くできる。
また、耐火補強筋をＲＣスラブに配筋するだけであり、施工上の手間が少ない。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のＲＣスラブにおいて、下端配力筋を前記下端主筋の上に前記下端筋と直交方向に配筋し、前記耐火補強筋を前記下端配力筋の上に前記下端配力筋と直交方向に配筋したことを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、ＲＣスラブは、下端配力筋を下端主筋の上に下端筋と直交方向に配筋し、更に、耐火補強筋を下端配力筋の上に配力筋と直交方向に配筋している。
この結果、下端主筋、下端配力筋、耐火補強筋が順に配筋されることで、耐火補強筋のスラブ厚さ方向の位置が決まり、スラブ下面からの耐火補強筋のかぶり厚が確保される。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のＲＣスラブにおいて、前記耐火補強筋を、前記下端主筋と前記下端主筋の間に千鳥状に配筋したことを特徴としている。
請求項３に記載の発明によれば、下端主筋と下端主筋との間に千鳥状に耐火補強筋を配筋している。

この結果、ＲＣスラブ内部の配筋が密になるが、耐火補強筋と下端主筋とが深さ方向において重なることはなく、鉄筋結束時の作業性が維持される。更に、鉄筋回りのコンクリートの未充填部分（空洞部）の発生が抑えられ、施工性を損ねることなく耐火補強筋を配筋することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＲＣスラブにおいて、前記耐火補強筋の上部に、上端主筋が配筋されたことを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、上端主筋をＲＣスラブの耐火補強筋の上部に配筋している。
この結果、上端主筋の強度も期待できる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲＣスラブにおいて、要求されるＲＣスラブの耐火性能に応じて、前記耐火補強筋の径とピッチを選択することを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、ＲＣスラブに配筋される耐火補強筋の径とピッチを選択することで、ＲＣスラブの耐火性能を調節できる。
この結果、ＲＣスラブに要求される耐火性能が、施工現場で容易に実現できる。例えば、ＲＣスラブの耐火時間を長くする補強として、耐火補強筋となる鉄筋の径を太くし、かつ、鉄筋のピッチを密にすればよい。
ＲＣスラブの耐火時間を少しだけ長くしたい場合には、下端主筋より小径の耐火補強筋を下端主筋よりも粗いピッチで配することにより経済的に耐火性能を向上させることが出来る。

本発明は、上記構成としてあるので、かぶり厚を厚くしたり、耐火被覆で覆うことなくＲＣスラブの耐火性能を向上できる。

図１に示すように本発明に係るＲＣスラブ１０は、平板状に形成されたコンクリート２０の下部には、コンクリート２０の下面からかぶり厚Ｌ_１の位置に、下端主筋１６が配筋されている。下端主筋１６は、外径Ｄ_１の鋼棒で、ピッチＰ_１で同一方向に、複数本が配筋されている。

下端主筋１６の上には下端配力筋１８が配筋されている。下端配力筋１８は、外径Ｄ_２の鋼棒で、下端主筋１６の上で下端主筋１６と直交するように、ピッチＰ_２（図示せず）で複数本が配筋されている。

下端配力筋１８の上には耐火補強用の耐火補強筋３０が配筋されている。耐火補強筋３０は、外径Ｄ_３の鋼棒で、下端配力筋１８の上に下端配力筋と直交するように、ピッチＰ_３で複数本が配筋されている。
またコンクリート２０の上部には、上端主筋１２が配筋されている。
上端主筋１２は、外径Ｄ_４の鋼棒で、コンクリート２０の上面から深さＬ_２の位置（かぶり厚Ｌ_２）に、ピッチＰ_４で同一方向に複数本が配筋されている。

上端主筋１２の下には上端配力筋１４が配筋されている。上端配力筋１４は、外径Ｄ_５の鋼棒で、上端主筋１２と直交する方向に、ピッチＰ_５（図示せず）で複数本が配筋されている。

本発明では、耐火補強筋３０が下端主筋１６の上に配筋される。このため、耐火補強筋３０は、下端主筋１６よりコンクリート２０の内部に位置している。

この結果、火災時には、上昇する火炎２２の熱により、先ず、ＲＣスラブ１０の中で最も下に配筋されている下端主筋１６の温度が上昇する。コンクリート２０の内部に位置する耐火補強筋３０の温度上昇は、下端主筋１６の温度上昇より遅れる。

火災が継続し、下端主筋１６の温度が更に上昇し、許容限度に到達し下端主筋１６の強度が低下して下端主筋１６がスラブの荷重を負担できなくなっても耐火補強筋３０の強度は未だ許容限度に達しておらず、耐火補強筋３０がスラブの荷重を負担する。

火災が更に継続しても、耐火補強筋３０の温度が許容限度に到達するまでは、ＲＣスラブ１０の耐火性能は維持される。このことにより、ＲＣスラブ１０の耐火時間を長くできる。
この結果、かぶり厚を厚くしたり、耐火被覆で覆うことなくＲＣスラブの耐火性能を向上できる。

更に、本発明では、耐火補強筋３０を下端主筋１６より上部に配筋するだけでよく、施工上の手間が少ない。
また、本発明では、下端配力筋１８を下端主筋１６の上に配筋し、さらに耐火補強筋３０を下端配力筋１８の上に配筋している。

この結果、耐火補強筋３０のスラブ厚さ方向の位置が自動的に決まり耐火補強筋のスラブ下面からのかぶり厚が確保される。

また、本発明のＲＣスラブは、耐火補強筋３０を下端主筋１６の間に配筋している。即ち、下端主筋１６と下端主筋１６との間に耐火補強筋３０を配置しており、断面視すると千鳥配筋となっている。

ＲＣスラブ１０に耐火補強筋３０を追加した結果、ＲＣスラブ１０内部の配筋は密となる。しかし、耐火補強筋３０と下端主筋１６とは千鳥配筋にしてあり、耐火補強筋３０と下端主筋１６とが深さ方向において重なることはない。このことで、鉄筋結束時の作業性が維持される。

更に、耐火補強筋３０を下端主筋１６と千鳥配筋にすることで、鉄筋回りのコンクリートの未充填部分（空洞部）の発生が押さえられ、施工性を損ねることなく耐火補強筋３０を配筋することができる。

また、ＲＣスラブ１０は、上端主筋１２がコンクリート２０の上部に配筋され、上端主筋１２の下には上端配力筋１４が、上端主筋１２と直交する方向に配筋されている。
このことにより、上端主筋１２で圧縮力が負担される。引張力を負担する下端主筋１６及び耐火補強筋３０の作用と相俟って、ＲＣスラブ１０の許容応力を高め、耐火性能を向上させることができる。

耐火補強筋３０の具体的な効果は後述するが、ＲＣスラブ１０に配筋される耐火補強筋３０の外径Ｄ_３を大きくすれば、耐火補強筋３０自体の機械的強度が増し、ＲＣスラブの耐火性能を向上できる。また、耐火補強筋３０のピッチＰ_３を密にすれば耐火補強筋３０全体としての強度が増し、ＲＣスラブの耐火性能を向上できる。

このように、補強筋３０の外径Ｄ_３及びピッチＰ_３を任意に選択することで、ＲＣスラブ１０の耐火性能を調節できる。
この結果、ＲＣスラブ１０に要求される耐火性能が、施工現場で容易に実現できる。

なお、耐火補強筋３０は、耐火性能の向上を経済的に実現させるものであり、耐火補強筋３０の外径Ｄ_３は下端主筋１６の外径Ｄ_１より小径でもよい。これにより鉄筋量を減らすことができる。
次に、本発明の効果について説明する。

図２（Ａ）（Ｂ）に示すように、耐火補強筋３０の耐火性能を測定する試験装置４０は、底壁及び側壁が耐火材で形成され、上部が開放された加熱炉４２を備えている。

加熱炉４２の開放された上部には試験体（ＲＣスラブ１０）が配置され、加熱炉４２の内部には加熱用のバーナ（図示せず）が備えられ、ＲＣスラブ１０の下面をバーナで加熱する。バーナの燃焼強度を調節することで、ＲＣスラブ１０の加熱温度が調節可能とされている。

加熱炉４２の側壁上部の外側にはＲＣスラブ１０の両端を水平に支持する棒状の支持部材４６が備えられている。ＲＣスラブ１０の支持方法は単純支持とされ、支持部材４６で長手方向の先端部が支持（支点間距離３３９０ｍｍ）されている。

ＲＣスラブ１０の上面には、上から下に向けて荷重をかける加圧装置（油圧ジャッキ）４４が配置されている。加圧装置４４の押圧部４５は２つに分岐され、ＲＣスラブ１０の上面の２点に線状に当接している。押圧部４５の荷重位置は３等分２点載荷（支点間距離１１３０ｍｍ）とした。

押圧部４５でＲＣスラブ１０に加える荷重Ｐは、ＲＣスラブ１０の中央部４８の位置における曲げモーメントＭが、常温時の終局曲げモーメントＭｕの値の０．６０６となる荷重とした。

ここに、曲げモーメントＭ及び終局曲げモーメントＭｕは次式で求められる。
Ｍ＝０．６０６Ｍｕ
Ｍｕ＝０．９ａ_ｔσ_ｙＤ（ｋＮ・ｍ）
ａ_ｔ：下端主筋の断面積（ｍ^２）
σ_ｙ：下端主筋の降伏強度（ｋＮ／ｍ^２）
Ｄ：重心から圧縮側最外縁までの距離（ｍ）

試験方法は、ＲＣスラブ１０の上面から押圧部４５で荷重Ｐを加え、荷重Ｐを加えた状態でＩＳＯ−８３４で規定する標準加熱温度曲線に従い、加熱炉４２の内部のバーナでＲＣスラブ１０の下面を加熱し続けた。

加熱開始からＲＣスラブ１０が破壊に至るまで、連続してＲＣスラブ１０の中央部４８の撓み量を計測した。

試験体は、耐火補強筋３０を配筋しているＲＣスラブ１０と、耐火補強筋３０を配筋せず、他の構成要素はＲＣスラブ１０とすべて同一であるＲＣスラブ１１とした。ＲＣスラブ１０とＲＣスラブ１１を同一の加熱条件で試験することで、耐火補強筋３０の効果を直接検証した。

図３（Ａ）に示すように、ＲＣスラブ１１は、コンクリート２０の上部に上端主筋１２が配筋され、上端主筋１２の下に上端配力筋１４が配筋されている。また、コンクリート２０の下部に下端主筋１６が配筋され、下端主筋１６の上に下端配力筋１８が配筋されている。耐火補強筋３０は配筋されていない。

ＲＣスラブ１１の幅Ｌ_４は１０００ｍｍ、奥行きＬ_５（支点間距離）は３３９０、厚さＴ_１は１５０ｍｍとした。

上端主筋１２の外径Ｄ_１と下端主筋１６の外径Ｄ_１はいずれも１３ｍｍ、ピッチＰ_１はいずれも２００ｍｍとし、上端配力筋１４の外径Ｄ_２と下端配力筋１８の外径Ｄ_２はいずれも１０ｍｍ、ピッチＰ_２（図示せず）はいずれも２００ｍｍとした。
また、下端主筋１６のかぶり厚Ｌ_１は２０ｍｍ、上端主筋１２のかぶり厚Ｌ_３は３０ｍｍとした。

図３（Ｂ）に示すように、ＲＣスラブ１０は、コンクリート２０の上部に上端主筋１２が配筋され、上端主筋１２の下に上端配力筋１４が配筋されている。また、コンクリート２０の下部に下端主筋１６が配筋され、下端主筋１６の上に下端配力筋１８が配筋され、下端配力筋１８の上に耐火補強筋３０が配筋されている。

耐火補強筋３０の外径Ｄ_３は１０ｍｍ、ピッチＰ_３は２００ｍｍとした。他の寸法はＲＣスラブ１１と同一である。

試験結果は図４に示されている。図４において、横軸は経過時間（分）を、縦軸はＲＣスラブ１０の中央部４８の撓み量を示している。破線ＡはＲＣスラブ１１の特性を示し、実線ＢはＲＣスラブ１０の特性を示している。

なお、ＩＳＯ−８３４「建築構造部材の耐火試験方法」では、曲げモーメントを受ける荷重支持部材の限界を、試験体の撓み量（δａ）又は撓み速度（δａ／ｄｔ）のいずれかが下記の値に達した時と規定されている。
δａ＝Ｌ^２／（４００×ｄ）（ｍｍ）（１）
δａ／ｄｔ＝Ｌ^２／（９０００×ｄ）（ｍｍ／分）（２）
ここに、Ｌ：支点間距離（ｍｍ）
ｄ：部材成（ｍｍ）

そこで、ＲＣスラブ１０及びＲＣスラブ１１が、荷重を受けて変位したときの撓み量の限界を（１）式で求め１点鎖線Ｃで示した。また、ＲＣスラブ１０及びＲＣスラブ１１が、荷重を受けて変位したときの撓み速度限界を（２）式で求め、２点鎖線Ｄで示した。

図４に示すように、破線Ａ及び実線Ｂは、いずれも時間経過と共に変位が増大している。しかし、破線Ａで示すＲＣスラブ１１の変位量の方が実線Ｂで示すＲＣスラブ１０より変位が大きく、撓み限界である１点鎖線Ｃに早く到達している。ＲＣスラブ１１が試験開始後、撓み限界に到達するまでの時間は１５１分（Ｐ点）であった。

一方、実線Ｂで示すＲＣスラブ１０は、撓み限界である１点鎖線Ｃに到達するまでの時間は、試験開始後１８８分（Ｑ点）であった。
耐火補強筋３０を配筋することで、撓み限界に到達するまでの時間で３７分間の遅延効果がみられ、耐火補強筋３０の効果が検証された。

なお、破線Ａ及び実線Ｂは、いずれも撓み速度限界（２点鎖線Ｄの傾斜角度）に到達する前に撓み限界となり、撓み速度限界での評価は行っていない。
なお、本実施例では、上端主筋１２を配筋したＲＣスラブ１０で試験を行ったが、上端主筋１２がなくても十分な遅延効果を発揮できる。

また、下端主筋１６の上の下端配力筋１８は、設計計算上は必ずしも必要ではなく、耐火補強筋３０があれば、撓み限界に到達するまでの時間を延ばすことができる。

本発明のＲＣスラブの基本構造を示す断面図である。ＲＣスラブの耐火試験装置を示す断面図である。試験体の基本構造を示す断面図である。本発明のＲＣスラブの試験結果の一例を示す図である。従来のＲＣスラブの基本構造を示す断面図である。従来のＲＣスラブの基本構造を示す断面図である。

符号の説明

１０ＲＣスラブ
１２上端主筋
１４上端配力筋
１６下端主筋
１８下端配力筋
２０コンクリート
３０耐火補強筋

Claims

下端主筋とコンクリートで構成されるＲＣスラブであって、
前記下端主筋より上部へ耐火補強筋を配筋したことを特徴とするＲＣスラブ。
下端配力筋を前記下端主筋の上に前記下端筋と直交方向に配筋し、前記耐火補強筋を前記下端配力筋の上に前記配力筋と直交方向に配筋したことを特徴とする請求項１に記載のＲＣスラブ。
前記耐火補強筋を、前記下端主筋間に千鳥状に配筋したことを特徴とする請求項２に記載のＲＣスラブ。
前記耐火補強筋の上部に、上端主筋が配筋されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＲＣスラブ。
要求されるＲＣスラブの耐火性能に応じて、前記耐火補強筋の径とピッチを選択することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＲＣスラブ。