JP5528792B2 - 梁貫通孔補強装置及び梁構造 - Google Patents

Description

本発明は、鋼材によって梁貫通孔周辺の補強を確保しつつ、耐火被覆となる被りを容易に形成することが可能であると共に、梁貫通孔周辺へのコンクリートの充填性や梁鉄筋組への良好な設置作業性、品質の高い接合性能、部品としての汎用性向上を達成することが可能であって、従来と遜色なく梁主筋の座屈防止と梁貫通孔の上下に位置するコンクリートの圧壊防止も達成することが可能な梁貫通孔補強装置及び梁構造に関する。

鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造の梁には、配管等を配設するために、梁幅方向に梁貫通孔が形成される。この梁貫通孔やその周囲を補強する技術として、例えば特許文献１及び特許文献２が知られている。

特許文献１の「コンクリート構造体の貫通孔補強金物」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外周面に、その径方向外方に向かって放射状に配筋されたロッド筋と、ロッド筋間に耐蝕金属製スリーブの周方向に沿って掛け渡された環状筋と、これらが軸方向に沿って３重に並設されて、これらの間を連結接続させる横筋とから構成されている。

特許文献２の「開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造、補強方法、梁構造」は、開口を有する鉄筋コンクリート梁の補強構造を、開口の内側に鋼管が嵌挿され、鉄筋コンクリート梁のせん断補強筋が鋼管の外周面に接合されている構成としている。

特開平７−６２７９３号公報 特開２００７−５１５３３号公報

耐火建築物の場合、特許文献２では、鋼管が梁貫通孔内面に露出してしまうので、耐火被覆としての被りを別途設ける必要があり、このために施工工程が増え、またコストアップを招いてしまう。被りを形成するには例えば、梁型枠を脱型した後に、鋼管の内部に梁貫通孔形成用の型枠材を別途設置し、型枠材と鋼管との間に、コンクリートやグラウト等を充填して耐火被覆を形成することになるが、そのために作業工数が増加し、コストアップにもなってしまう。他方、鋼管に耐火鋼を用いたり、特許文献１のように、ステンレス製の耐蝕金属製スリーブを用いることで、耐火被覆は不要になるが、この種の材料は一般的な鋼材に比べて高価であり、コストアップを招いてしまう。

特許文献１のスリーブや特許文献２の鋼管は本来、梁型枠の内部に設置され、梁貫通孔成形用の型枠材として兼用されるものである。従って、スリーブ等は、梁幅方向に梁を横断するように設置される。梁施工時に、これらスリーブ等の周囲にコンクリートを打設するが、梁底側となるスリーブ等の下部には、コンクリートが回り込み難く、このため充填不良が生じやすい。充填不良のために空隙などが発生すると、梁貫通孔周りの強度性能に悪影響を及ぼすおそれがある。特に、特許文献１では、スリーブ周囲に多数の鉄筋が密に施されるため、梁貫通孔周りへのコンクリートの充填性がさらに懸念される。

スリーブ等の梁型枠内部への設置作業性の面からすると、特許文献１のスリーブは、予め各種鉄筋を接合しておいて、その全体を梁鉄筋組内に組み込み、その後、梁主筋やせん断補強筋などの各種梁鉄筋と接合しなければならないため、スリーブ側の鉄筋と各種梁鉄筋とが複雑に錯綜し、その作業は煩雑で、効率が良くない。スリーブを単体で扱うようにし、スリーブを設置した後に、鉄筋をスリーブと梁鉄筋組の両方に接合していくことも考えられるが、そのようにしても鉄筋の錯綜状態に変わりはなく、スリーブの設置作業は煩雑なものであった。梁貫通孔を複数形成する梁の場合には、その煩雑さや施工効率の悪さはさらに顕著なものとなる。

さらに、特許文献１及び２いずれにあっても、スリーブ等と鉄筋やせん断補強筋とを溶接によって接合するものであった。このため、スリーブ等や鉄筋等の仕様を、様々な梁せいや種々の孔径の梁貫通孔に応じて、個別に決定し準備しておく必要があり、汎用性に乏しいという問題があった。スリーブ等や鉄筋等を個々の部品として考えると、汎用性が必要であった。具体的には、スリーブ等は、梁貫通孔の型枠材を兼ねるため、形成する梁貫通孔の内径毎に複数のものを作製しておく必要がある。梁幅も無数であるため、梁幅に応じたスリーブ等を切り出すために、長尺な管材をあらかじめ工場等の広大な保管スペースに在庫として確保しておかなければならない。スリーブ等に接合する鉄筋等についても、梁貫通孔は梁せい方向で、その位置が種々に設定されるものであり、梁貫通孔の孔径も梁せいも様々であることから、長さの異なるものを各種用意しておく必要があった。

実際の接合作業でも、溶接接合であると、スリーブや鋼管、鉄筋、せん断補強筋の加工精度によっては、スリーブに接合した鉄筋を各種梁鉄筋に接合できない、あるいはせん断補強筋を鋼管に接合できないなどの問題が生じるおそれがあった。特に、特許文献２では、せん断補強筋は、他の梁鉄筋組で取り囲まれた位置での現場溶接となるため、また部分的に上向き溶接箇所が存在するため、溶接作業が煩雑であり、溶接品質の確保が難しいという課題があった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、鋼材によって梁貫通孔周辺の補強を確保しつつ、耐火被覆となる被りを容易に形成することが可能であると共に、梁貫通孔周辺へのコンクリートの充填性や梁鉄筋組への良好な設置作業性、品質の高い接合性能、部品としての汎用性向上を達成することが可能であって、従来と遜色なく梁主筋の座屈防止と梁貫通孔の上下に位置するコンクリートの圧壊防止も達成することが可能な梁貫通孔補強装置及び梁構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる梁貫通孔補強装置は、上下梁主筋間に梁幅方向に形成される梁貫通孔を補強する補強装置であって、上記梁貫通孔を成形する型枠を、被り厚を隔てて包囲するための鋼製環状補強部材と、該環状補強部材にボルト接合され、少なくともいずれかの上記上下梁主筋にそれぞれ係止するための座屈拘束筋と、上記環状補強部材に形成され、コンクリートを当該環状補強部材内外へ流通させるための流通部とを備え、少なくとも上記下梁主筋に係止される上記座屈拘束筋を上記環状補強部材の内方へ突出させたことを特徴とする。

前記環状補強部材は、梁幅方向に隙間を隔てて配列される複数の環状補強ピースで構成され、各環状補強ピースに前記座屈拘束筋が設けられると共に、前記流通部が該環状補強ピース間の隙間で形成されることを特徴とする。

前記座屈拘束筋は、前記ボルト接合により、前記環状補強部材に締結位置調節可能に締結されることを特徴とする。

本発明にかかる梁構造は、上記梁貫通孔補強装置を、鉄筋コンクリート製や鉄骨鉄筋コンクリート製の梁の梁鉄筋組に組み込んで構築したことを特徴とする梁構造。

本発明にかかる梁貫通孔補強装置及び梁構造にあっては、安価な鋼材によって梁貫通孔周辺の補強を確保しつつ、耐火被覆となる被りを容易に形成することができると共に、梁貫通孔周辺へのコンクリートの充填性や梁鉄筋組への良好な設置作業性、品質の高い接合性能、部品としての汎用性向上を達成することができ、従来と遜色なく梁主筋の座屈防止と梁貫通孔の上下に位置するコンクリートの圧壊防止も達成することができる。詳細には、座屈拘束筋を環状補強部材にボルト接合することにより、環状補強部材に対する座屈拘束筋の締結位置を調整することが可能で、これによって、上下梁主筋それぞれの高さ位置に応じて梁主筋に座屈拘束筋を適切に係止できる。また、環状補強部材の内方へ突出させた座屈拘束筋により、型枠の位置決めのためのガイドとして利用することができる。

本発明に係る梁貫通孔補強装置の好適な一実施形態を示す斜視図である。 図１中、Ａ−Ａ線矢視断面図である。 図１の梁貫通孔補強装置を梁に組み込んだ状態を示す斜視図である。 図３の要部拡大正面断面図である。 本発明に係る梁貫通孔補強装置の変形例を示す斜視図である。 図５の梁貫通孔補強装置を梁に組み込んだ状態を示す斜視図である。 図６の要部拡大側断面図である。

以下に、本発明にかかる梁貫通孔補強装置及び梁構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１〜図４に示すように、本実施形態に係る梁貫通孔補強装置１は主に、鉄筋コンクリート梁２や鉄骨鉄筋コンクリート梁の上下梁主筋３，４間に梁幅方向に形成される梁貫通孔５を補強するための環状補強部材６と、上下の梁主筋３，４の座屈を抑制するために、これら梁主筋３，４に生じる圧縮力を負担する座屈拘束筋７とから構成される。本実施形態に係る梁貫通孔補強装置１は、梁２の端部に設けても良いし、梁２の中央部に設けても良い。

環状補強部材６は鋼製で、中空筒体状に形成される。本実施形態では、環状補強部材６は、梁２の梁幅方向両側面側に亘る長さ寸法で、断面円形状に形成される。断面円形状に限らず、断面多角形状であっても良い。環状補強部材６は、円形鋼管や角形鋼管で形成しても良いし、鋼板を加工成形して形成しても良い。

環状補強部材６の内部には、施工時、梁貫通孔５を成形する型枠８が設置される。環状補強部材６は、型枠８を、耐火被覆Ｘとなる被り厚を隔てて包囲する内径寸法で形成される。環状補強部材６と型枠８の断面中心が一致する場合には、環状補強部材６内部に均一な被り厚でコンクリートによる耐火被覆Ｘが形成される。断面中心が上下方向もしくは左右方向に不一致となる場合には、環状補強部材６と型枠８の最小隙間箇所に必要被り厚が確保されて、耐火被覆Ｘが形成される。

環状補強部材６には、筒体面６ａの上部及び下部に板厚方向に貫通して、コンクリートＣを環状補強部材６内外へ流通させるための流通孔９が形成される。流通孔９の形態や寸法、個数は、環状補強部材６の強度及びコンクリートＣの流通性を勘案して、適宜に設定すればよい。

環状補強部材６には、座屈拘束筋（鉄筋）７が設けられる。座屈拘束筋７は、環状補強部材６の筒体面６ａの上部及び下部に、上下梁主筋３，４に向かって配設される。座屈拘束筋７の先端には、梁主筋３，４に係止するためのＵ字状のフック部７ａが形成される。フック部７ａの形態や寸法は、梁主筋３，４に係止し得る態様で、適宜に設定すればよい。

座屈拘束筋７の基部には、ネジ部７ｂが形成され、ネジ部７ｂは、環状補強部材６に形成される挿通孔（図示せず）に挿通されると共に、環状補強部材６の外側及び内側からナット１０で締結され、これにより、環状補強部材６にボルト接合される。ネジ部７ｂ長さを長く設定することにより、環状補強部材６に対する座屈拘束筋７の締結位置を調整することが可能で、これによって、上下梁主筋３，４それぞれの高さ位置に応じて梁主筋３，４にフック部７ａが適切に係止される。言い換えれば、環状補強部材６の高さ位置調整にも利用される。また、座屈拘束筋７は、環状補強部材６に溶接接合等、その他の接合方法で接合しても良い。

図示例にあっては、座屈拘束筋７は、環状補強部材６の長さ方向両端部と中央部の上下それぞれに、環状補強部材６の左右方向中央を挟んで２本ずつ設けられ、上下梁主筋３，４に係止されるようになっている。座屈拘束筋７は、上下各位置で２本に限らず、１本でも、３本以上であっても良い。座屈拘束筋７を環状補強部材６の上下それぞれに複数本配設する場合には、梁２のスターラップ筋１１の間隔よりも狭めた間隔で配置することが好ましく、このようにすることで、梁主筋３，４の座屈抑制効果を向上することができる。

また、座屈拘束筋７は、環状補強部材６の長さ方向両端部に設けて、梁幅方向最外側の上下梁主筋３，４に係止しても良く、また、梁幅方向に並ぶ上下梁主筋３，４のいずれかに対応させて、配設しても良い。さらに、図示例にあっては、座屈拘束筋７のフック部７ａは、一本の梁主筋３，４に係止するようにしているが、梁上端及び梁下端それぞれにおいて、複数本の梁主筋３，４に跨る形態に形成して、複数本の梁主筋３，４若しくはすべての梁主筋３，４に一挙に係止するようにしても良い。

さらに図１に示すように、座屈拘束筋７は、少なくとも２本の鉄筋をネジ形式や楔で連結する形式のカプラー１２で接続して、それ自体の長さを調整し得るように構成しても良い。このようにすれば、座屈拘束筋７を環状補強部材６に溶接接合した場合であっても、梁主筋３，４へ係止する際の長さ調整が可能となり、さらには、梁貫通孔５と環状補強部材６が相互に上下方向に偏心する場合や、様々な梁せいに対しても、フック部７ａが形成される座屈拘束筋７として、同一のものを使用できるので、汎用性が高くなる。

さらに、座屈拘束筋７の基部（ネジ部７ａ）は、環状補強部材６の内方へ突出させることが好ましい。突出させた基部により、梁貫通孔５を成形する型枠８を支持したり、位置決めのためのガイドとして利用することができる。また、環状補強部材６内方への基部の突出長さを被り厚に一致させれば、これに型枠８をセットすることができると共に、コンクリートＣを打設する前に、被り厚が確保されているか否かを目視で確認することができる。

以上のように構成された梁貫通孔補強装置１は、鉄筋コンクリート梁２や鉄骨鉄筋コンクリート梁を構築するための梁型枠内に挿入され、座屈拘束筋７が、梁主筋３，４やスターラップ筋１１でなる梁鉄筋組の上下梁主筋３，４に係止されて位置決めされると共に、梁貫通孔５を成形する型枠８が環状補強部材６内方に設置されて、この状態で梁型枠内に打設されるコンクリートＣ中に埋設されて梁構造を構成する。

次に、本実施形態に係る梁貫通孔補強装置及び梁構造の作用について説明する。梁貫通孔補強装置１は、梁鉄筋組を施した梁型枠内に設置する。設置する際には、環状補強部材６内方に、梁貫通孔５を成形する型枠８を納めた上で、上下梁主筋３，４とスターラップ筋１１で囲まれた空所に、環状補強部材６を挿入する。その後、フック部７ａを上下梁主筋３，４に係止した座屈拘束筋７のネジ部７ｂを、ナット１０で環状補強部材６に締結する。これにより、梁貫通孔補強装置１が完成されると共に、梁型枠内への設置が完了する。

本実施形態に係る梁貫通孔補強装置１は主に、環状補強部材６と上下梁主筋３，４に係止する上向き及び下向きの座屈拘束筋７だけという極めて簡略な構成であって、環状補強部材６の設置は、上下梁主筋３，４とスターラップ筋１１で囲まれた空所に挿入するだけであり、極めて容易に設置作業を行うことができる。また、座屈拘束筋７を、スターラップ筋１１と干渉することのない上下方向に向かって配して上下梁主筋３，４に係止し、その後、空間的にゆとりのある環状補強部材６周りで集約的に、当該環状補強部材６にボルト接合するだけなので、当該接合作業も極めて簡便に実施することができる。

この際、ナット１０とネジ部７ｂで座屈拘束筋７の環状補強部材６への締結位置を調整することで、環状補強部材６を適切に位置決めすることができる。この調整可能な融通性により、部品としての汎用性を向上することができる。すなわち、環状補強部材６は、梁貫通孔５の型枠を兼ねないので、汎用性の効く口径のものを用意しておけば、各種孔径の梁貫通孔５の補強に利用することができる。また、座屈拘束筋７も、汎用性の効く長めのものを用意し、ネジ部７ｂも長めに形成しておけば、各種梁せいの梁主筋３，４の補強に利用することができる。また、ボルト接合であるので、ネジ部７ｂ長さで汎用性が増し、座屈拘束筋７の取り合いに関連する梁主筋３，４や環状補強部材６に加工誤差があってもそれに左右されることなく、当該加工誤差を当該ネジ部７ｂ長さで吸収して、適切に梁貫通孔補強装置１を組み付けることができる。

また、溶接接合と異なり、ボルト接合によれば、接合性能を均質かつ良好に確保することができる。また、環状補強部材６の内方へ突出させた座屈拘束筋７の基部（ネジ部７ｂ）により、被り厚の確認、型枠８の支持や位置決めが可能となる。型枠８は、環状補強部材６を梁主筋３，４で支持した後に、環状補強部材６内方に納めるようにしても良い。その後、梁型枠を完成する。

完成した梁型枠内に環状補強部材６の上方からコンクリートＣを打設すると、コンクリートＣは図４に示すように、環状補強部材６周りに流下すると共に、上部の流通孔９から環状補強部材６内部へも流入する。流通孔９から流入したコンクリートＣは、下部の流通孔９から流出しつつ、次第に上部の流通孔９が埋まるまで型枠８と環状補強部材６との間に充填されていく。流通孔９を流通するコンクリートＣにより、型枠８と環状補強部材６との間に、耐火被覆Ｘとなる被りが形成される。梁型枠にコンクリートＣを打設することによって、一挙に被り（耐火被覆Ｘ）を形成することができる。

また、下部の流通孔９からコンクリートＣが流出することにより、上方から見て陰となる環状補強部材６の下方にも、十分にコンクリートＣを行き渡らせることができ、空隙発生を防止して、環状補強部材６周りのコンクリート充填性も向上することができる。

梁型枠内に打設するコンクリートＣは、梁主筋３，４等を含む梁鉄筋組周りにも充填され、これにより、鉄筋コンクリート造等の梁２を構築することができる。梁２の完成後に、型枠８を撤去して、梁貫通孔５を形成する。

このようにして構築された梁構造では、環状補強部材６がせん断力に抵抗して梁貫通孔５を補強することができ、せん断耐力を増強できる。また、梁幅方向で梁２の両側面側に亘る長さ寸法の環状補強部材６と、当該環状補強部材６に設けた座屈拘束筋７と、上下梁主筋３，４とによるコンファインド効果により、梁貫通孔５上下のコンクリートＣを拘束することができ、さらに、座屈拘束筋７により、環状補強部材６に反力をとって、圧縮側の梁主筋３，４の座屈も効果的に抑制することができるので、梁端部であれ、梁中央部であれ、梁２の靭性を向上できて、梁２が脆性的に破壊することを適切に防止することができる。

以上説明したように本実施形態に係る梁貫通孔補強装置１は、梁貫通孔５を成形する型枠８を、被り厚を隔てて包囲するための鋼製環状補強部材６と、環状補強部材６に接合され、少なくともいずれかの上下梁主筋３，４にそれぞれ係止するための座屈拘束筋７と、環状補強部材６に形成され、コンクリートＣを当該環状補強部材６内外へ流通させるための流通孔９とを備えるとともに、座屈拘束筋７を、環状補強部材６に締結位置調節可能にボルト接合して構成し、このような梁貫通孔補強装置１を、鉄筋コンクリート製や鉄骨鉄筋コンクリート製の梁２の梁鉄筋組に組み込んで梁構造を構成するようにしたので、ステンレス材等に比して安価な鋼材によって梁貫通孔５周辺の補強を確保しつつ、耐火被覆Ｘとなる被りを容易に形成することができると共に、梁貫通孔５周辺へのコンクリートＣの充填性や梁鉄筋組への良好な設置作業性、品質の高い接合性能、部品としての汎用性向上を達成することができ、また、従来と遜色なく、梁主筋３，４の座屈防止と梁貫通孔５の上下に位置するコンクリートＣの圧壊防止も達成することができる。

上記実施形態にあっては、環状補強部材６として、梁幅方向で梁２の両側面側に亘る長さのものを例示して説明したが、梁幅が長い場合には、梁貫通孔補強装置１を複数並設するようにすればよい。具体的には、梁２を貫通する長さ寸法を有する単一の型枠８の長さ方向に、複数の梁貫通孔補強装置１を並べて設置し、それらの各座屈拘束筋７を適宜に上下梁主筋３，４に係止するようにすればよい。これにより、部品として、様々な梁幅寸法に対する汎用性も高めることができる。

図５〜図７には、上記実施形態の変形例が示されている。この変形例は、環状補強部材６を、梁幅方向に隙間Ｐを隔てて配列される複数の環状補強ピース１３で構成したものである。座屈拘束筋７は、各環状補強ピース１３に設けられる。コンクリートＣの流通部は、環状補強ピース１３相互間の隙間Ｐで形成される。各環状補強ピース１３の梁幅方向の寸法は、上述したせん断耐力、コンファインド効果、座屈抑制作用を考慮して、適宜に設定すればよい。その他の構成は、上記実施形態と同様である。

この変形例の作用も、上記実施形態とほぼ同様である。設置作業にあっては、環状補強ピース１３は上記環状補強部材６よりも軽量なので、予め座屈拘束筋７を取り付けた状態で、人力などで、梁幅方向内方に配設するものから順に設置していけばよい。設置する際には、座屈拘束筋７を仮締結しておき、梁主筋３，４に係止した後で、長さ調整をして本締結すればよい。座屈拘束筋７は、すべての梁主筋３，４に係止しても、いずれかの梁主筋３，４に係止しても良い。

環状補強ピース１３は、環状補強部材６を細分化したものであるので、梁幅寸法に対する汎用性をさらに向上することができる。また、梁型枠内に打設されるコンクリートＣは、環状補強ピース１３間の隙間Ｐを介してその内方へ流入するので、被り（耐火被覆Ｘ）を形成できると共に、梁貫通孔５周りへの良好なコンクリート充填性も確保することができる。このような変形例にあっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏することはもちろんである。

１ 梁貫通孔補強装置
２ 梁
３，４ 上下梁主筋
５ 梁貫通孔
６ 鋼製環状補強部材
７ 座屈拘束筋
７ｂ ネジ部
８ 型枠
９ 流通孔
１０ ナット
１１ スターラップ筋
１３ 環状補強ピース
Ｃ コンクリート
Ｐ 隙間
Ｘ 耐火被覆

Claims (4)

1. 上下梁主筋間に梁幅方向に形成される梁貫通孔を補強する補強装置であって、
   上記梁貫通孔を成形する型枠を、被り厚を隔てて包囲するための鋼製環状補強部材と、
   該環状補強部材にボルト接合され、少なくともいずれかの上記上下梁主筋にそれぞれ係止するための座屈拘束筋と、
   上記環状補強部材に形成され、コンクリートを当該環状補強部材内外へ流通させるための流通部とを備え、
   少なくとも上記下梁主筋に係止される上記座屈拘束筋を上記環状補強部材の内方へ突出させたことを特徴とする梁貫通孔補強装置。
2. 前記環状補強部材は、梁幅方向に隙間を隔てて配列される複数の環状補強ピースで構成され、各環状補強ピースに前記座屈拘束筋が設けられると共に、前記流通部が該環状補強ピース間の隙間で形成されることを特徴とする請求項１に記載の梁貫通孔補強装置。
3. 前記座屈拘束筋は、前記ボルト接合により、前記環状補強部材に締結位置調節可能に締結されることを特徴とする請求項１又は２いずれかの項に記載の梁貫通孔補強装置。
4. 請求項１〜３に記載の梁貫通孔補強装置を、鉄筋コンクリート製や鉄骨鉄筋コンクリート製の梁の梁鉄筋組に組み込んで構築したことを特徴とする梁構造。

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