2022年03月26日

RC柱梁接合部の検討について考えるA 〜 Pw=0.2%でよい!

『建築物の構造関係技術基準解説書(2020年版)』の質疑(Q&A)で書かれている「柱はり接合部について、靱性指針を用いる場合、断補強筋量 0.3%以上」について、釈然としない構造設計者も少なくありません。

 RC柱梁接合部の検討について、引き続き、考えます。




靭性指針式とは?RC規準は?


 問題となっている柱梁接合部の靭性指針式とは以下の式です。

 柱はり接合部のせん断終局強度 Vju
靭性指針式.png

 ではRC規準では、どのようになっているかと以下の式となっています。

RC規準式.png

 しかし、解説を読むと元なっている式は靭性指針式です。これを変形すると上記の式になります。
 
 そして、RC規準には柱梁接合部の Pw=0.3%以上とはどこにも書いてありません。

柱梁接合部に関するRC規準の解説


 そして、RC規準では柱梁接合部について、以下の解説がされています。

  • 接合部内の帯筋は柱の帯筋とは異なり、せん断補強筋として接合部のせん断強度を上昇させる効果がほとんど期待できない。

  • 柱梁接合部の帯筋、コアコンクリートの拘束筋として最小補強量が配筋されるのが一般的である。

 柱梁接合部のフープの規定についてはRC規準(2018年版)のQ&Aでも取り上げられています。ここでは以下の解説となっています。
 RC規準は、靭性保証型指針で対象とする梁降伏型のフレーム構造だけでなく、強度型の架構も含む様々な構造を対象としていますので、柱梁接合部を「柱の一部」として扱い、柱の帯筋比と同じ 0.2%以上と規定しています。
 一方、靱性保証型指針では、柱・梁より先行して柱梁接合部が破壊せずに、架構としての靱性を確保することが求められています。靱性保証型指針の式(解 8.3.8)によれば、柱梁接合部の帯筋比が 0.3%の場合は、せん断余裕度が 1 であっても塑性率がμ = 2.2 程度となることから、その規定となっています。


 逆に言うとRC規準では柱・梁より先行して柱梁接合部が破壊することを許容しているのか。。。おかしくないですか。

柱梁接合部のフープPwは0.20%でOK!


 結論としては「靭性指針ではなく、RC規準に準拠して検討しています。」と言えば、柱梁接合部のフープPwは0.20%でよいと考えます。




 技術基準解説書Q&Aの理由は「規基準ごとに使用できる材料強度や部材の設計用応力の算定(仮定)などの考え方が異なる。それぞれの規基準における定義や適用範囲に従う必要がある。」です。であれば、「RC規準に従っています。」と言えば、やることは同じでも問題ないはずです。靱性指針(鉄筋コンクリート造建物の靱性保証型耐震設計指針・同解説)は1997年、四半世紀前の基準、RC規準は最新の基準です。最新の基準が優先されるのが当然ではないでしょうか。

 屁理屈を言うな!と言われそうですが、むしろ、Pw=0.3%の方が過去を正当化するためか、それとも誰かに忖度しているか、どちらかではないでしょうか。

 異論、反論をお待ちしております。。。




posted by 建築構造設計べんりねっと at 14:05| Comment(0) | TrackBack(0) | 構造設計メモ

RC柱梁接合部の検討について考える@〜Pw=0.3%は必要?

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『建築物の構造関係技術基準解説書(2020年版)』の質疑(Q&A)では
「鉄筋コンクリート造の柱はり接合部について、靱性指針を用いる場合、性能を確保するためには同指針で求められるせん断補強筋量(0.3%以上)とする必要があります。」と書かれています。
パネルゾーン.png

 柱の一般部のせん断補強筋比 Pwは0.20%以上です。この基準を準拠するとなると一般部よりも柱はり接合部のせん断補強筋(フープ)が多くなってしまいますが本当に必要でしょうか?
 また、中子筋が発生したりすると柱はり接合部の配筋が非常に困難になります。

 柱はり接合部について、考えます。





RC柱梁接合部の設計基準の変遷


 従来、鉄筋コンクリート造の柱梁接合部は梁により拘束されている剛体であり、壊れるはずはない部分として考えられていました。柱梁接合部については特に検討は行われず、配筋についても一般部フープ間隔の1.5倍とされていました。

 しかし、壊れるはずがないと考えられていた柱梁接合部に、1995年(平成7年)に発生した阪神淡路大震災では少なからず、被害が発生しました。
阪神淡路大震災.png

 この被害を受け、1997年、現在の『建築物の構造関係技術基準解説書』にあたる『建築物の構造規定(日本建築センター)』にて柱梁接合部の規定が設けら、仕口部フープの最低配筋が0.20%となりました。当初は特に検討は行われず、0.20%を準拠するのみが一般的でした。

 尚、問題となっている靱性指針(鉄筋コンクリート造建物の靱性保証型耐震設計指針・同解説)も1997年に出されています。



質疑(Q&A)の回答


 さて、この質疑(Q&A)をまとめてみる。質疑の内容は以下である。

  • 技術基準解説書のP.401「A柱はり接合部のせん断耐力について」では「柱はり接合部のせん断耐力の計算は、付録1-3.1に示すせん断終局強度式等によってよい。」と記載されている。付録1-3.1(P.689)に示すせん断終局強度式とは靭性指針式である。

  • 靭性指針 8.6 には「pwは 0.3%以上」としたと記載されているが、技術基準解説書P.401のCでは、「pwは 0.2%以上」となっている。

  • よって、靭性指針式で検討する場合、柱はり接合部のpwは0.2%としてよいのでは。


 これに対しての回答としては「靭性指針式により、検討を行う場合、柱はり接合部のpwは0.3%である。」となっている。

 Q&Aによると理由は「規基準ごとに使用できる材料強度や部材の設計用応力の算定(仮定)などの考え方が異なる。それぞれの規基準における定義や適用範囲に従う必要がある。」となっているが、工学的な説明もなく、この回答に釈然としない構造設計者も多い。

 このような理由による確認申請、適判での指摘、やり取りは昔から、存在する。ある部分の検討を建築学会の指針により、行ったと説明すると全く関係ない部分についてもその指針への対応を求められる。
 もちろん、その検討部分、検討式に対する適用範囲、仮定は準拠する必要がある。しかし、各種指針の一つの部位、一つの検討方法のみを基準としたものではない。執筆者も一人ではなく、複数の委員会により、定められたものである。

 靭性指針による柱はり接合部のPwの規定も「0.3%以上とした。」のみで明確な説明もないように思える。梁の付着割裂(カットオフ筋)の検討で靭性指針を採用した場合も柱はり接合部 Pw0.3%が必要なのか。





posted by 建築構造設計べんりねっと at 11:27| Comment(0) | TrackBack(0) | 構造設計メモ

2021年06月13日

配筋について考える│定着と重ね継手、その違いは?

 鉄筋どうしの接続、部材どうしの接続を行うために鉄筋を継手、定着します。重ね継手長さはL1、定着長さはL2で表記され、重ね継手長さL1は定着長さL2よりも長くなっています。

 この継手と定着の違いについて考えてみます。
08013-01.jpg



鉄筋の継手とは鉄筋どうしを接続するものではない


 継手とは単一部材の鉄筋を現場で接続する方法であり、圧接継手、機械式継手、重ね継手があります。
圧接継手、機械式継手は2本の鉄筋を1本に接続するので明解です。
 分かりづらいのは重ね継手です。

 鉄筋は部材断面に発生する応力における引張力を負担します。この重ね長さが足りないと鉄筋は引き抜け、この部分で破断してしまいます。そうならないように適切な重ね継手長さを確保します。この長さはコンクリート強度と鉄筋強度にて決定された鉄筋径の倍数長さL1として定められています。

 鉄筋どうしは直接、繋がっていないので鉄筋に発生する引張力がコンクリート断面に伝達され、それが繋がる鉄筋に伝達されます。(鉄筋に発生する引張力をコンクリートを介して、伝達する。)

 重ね継手は鉄筋どうしを束ねても、間隔を空けても良い事になっています。(空き重ね継手)

 つまり、重ね継手は鉄筋どうしを接続するものではなく、継手を行った部分の断面を一体化するものです。

重ね継手は何故、鉄筋の空きは不要か


 鉄筋は付着力を確保するため、コンクリートの充填性のために鉄筋の空きの規定があります。しかし、重ね継手には空きがありません。
 何故、重ね継手には空きが不要かと言うと、継手部分の鉄筋の空きの規定を適用すると鉄筋が並ばなくなってしまうからでしょう。

 付着力により、鉄筋はコンクリートとの一体化、応力の伝達を行いますが、重ね継手部分は元の鉄筋に対しては付着力が低下します。しかし、この部分は鉄筋が重なっている分、鉄筋量は多くなっています。これらを考慮して、重ね継手長さが決定されているのでしょう。

定着長は何故、重ね継手長さより短い?


 定着長さL2が重ね継手長さL1よりも短い理由としては定着は部材の仕口部分で行われるものであり、コンクリートが拘束されており、より、付着強度が多いためです。また、鉄筋を束ねない分、付着力の低下もないためです。




鉄筋の定着は部材の中心を超えて、定着させないとならない?


 このような事を言う構造設計者が居ます。

  • 部材芯の位置で線材モデル化して構造計算を行っているので定着鉄筋は部材芯を超えて定着しないとならない。

  • 定着される側の部材の中心を超えないと応力が伝達出来ない。


これは間違っていると考えます。

定着も部材の一体化が目的なので、応力により鉄筋が抜け出ない長さが確保されていれば問題ありません。大きな部材に定着する場合、定着長を長くしても、手前の付着力で伝達され、部材芯まで伝わると言う訳ではありません。尚、どのような部材も大きさがあるので鉄筋の定着の状態にかかわらず、必ずしも線材置換による応力状態と完全に同じにはなりません。

柱への大梁主筋定着の必要水平投影長さは別です。


posted by 建築構造設計べんりねっと at 13:59| Comment(0) | TrackBack(0) | 構造設計メモ