超高強度プレキャストＲＣ柱を開発

2005年3月7日

　戸田建設（株）（社長：加藤久郎）は、４０階～６０階建の超高層住宅を対象とした「超高強度プレキャストＲＣ柱」を開発し、構造実験により、その優れた耐震性能を実証した。

近年、都市部では３０階～４０階程度の超高層住宅が数多く建設されており、最近では５０階を越えるような、さらなる超高層化に対するニーズが高まっている。

　超高層住宅では、高強度コンクリートの実用化により、風揺れに強く、経済的なＲＣ造が採用されるケースが多くなってきており、５０階を越える超高層住宅では、階数の増加に伴い、必要なコンクリート強度が高くなり、下層階の柱にはFc80～100N/mm2程度の超高強度コンクリートを用いることになる。当社では、４５階建、５４階建の超高層住宅で、Fc80～100N/mm2の超高強度コンクリートを用いた超高強度ＲＣ柱を開発し施工してきた。特に１階の柱には、超高強度コンクリートを帯筋で拘束するとともに、外周を鋼管で拘束することにより、ダブルコンファインド（二重拘束）コンクリートとして、脆性的な破壊を防止し、耐震性を向上させた独自の「鋼管ＲＣ柱」（特許出願中）を適用した。

　超高強度コンクリートは、現場で柱に打ち込むため、生コンプラントの製造スケジュールや建設地の天候などにより、実際の施工現場への供給には制約が生じ、安定した超高強度ＲＣ柱の建設が求められてきた。

　そこで、超高強度コンクリートをプレキャスト化するとともに、現場打ちの「鋼管ＲＣ柱」の長所を生かした「超高強度プレキャストＲＣ柱」（図１）を開発した。

　この「超高強度プレキャストＲＣ柱」は、従来の柱に比べて、以下のような特長がある。

1. プレキャスト化により、現場打ちに比べて、安定的に効率良く現場に供給できる。
2. ＲＣ柱に比べて、帯筋外側のかぶりコンクリートが鋼管により拘束されているため、かぶりコンクリートの圧壊による耐力低下を抑制できる。
3. 鋼管コンクリート柱（ＣＦＴ柱）に比べて、鋼管は曲げモーメントや軸力を負担することはなく、コンクリートの拘束だけに用いており、さらに、帯筋との二重拘束のため、鋼管の厚さを薄くすることができる。
4. 繊維混入の超高強度コンクリートに比べて、鋼管が火災時の外部拘束材として作用するため、爆裂抑制のための繊維混入が不要である。
5. 耐震補強の鋼管巻き柱に比べて、鋼管はコンクリートの型枠と兼用して、コンクリートを打設できるので、鋼管内側の隙間が無く、グラウト材注入が不要である。

　「超高強度プレキャストＲＣ柱」には、鋼管の有無、あるいは鋼管の取付け方法の違いにより、下記の３タイプ（図１、図２）があり、要求される柱の強度、変形能力に応じて、最適なタイプを経済的に選択できる。

1. プレキャストＲＣ柱　　　　　：鋼管の無いプレキャストＲＣ柱
2. プレキャスト鋼管ＲＣ柱　　　：板厚が同一の鋼管を用いたプレキャストＲＣ柱
3. プレキャスト補強鋼管ＲＣ柱　：板厚が異なる補強貫通ボルト付き鋼管を用いたプレキャストＲＣ柱

　「超高強度プレキャストＲＣ柱」のタイプⅠについて、コンクリート圧縮強度が80～120N/mm2となる柱試験体を用いた構造実験を当社技術研究所にて実施した（図３）。得られた実験結果から、超高強度プレキャストＲＣ柱が優れた耐震性能を保有することを検証した（図４）。
なお、「鋼管ＲＣ柱」の優れた耐震性能は、既に構造実験により検証しており、鋼管の拘束効果により曲げ圧縮域の劣化が抑制され、部材角1/20まで荷重低下のない優れた変形性能を確認している。

　この独自の「超高強度プレキャストＲＣ柱」の開発により、従来のＣＦＴ構造に比べて、構造コストを約３０％程度縮減でき、また、これまでの高強度コンクリートを用いた現場打ち柱に比べて、安定的な製造供給が可能になる。

　今後は、４０階～６０階程度の超高層住宅に対して、超高強度コンクリートを用いた「超高強度プレキャストＲＣ柱」を提案して、高性能ＲＣ造超高層住宅「スーパーエイチアールシーSuper HRCシステム」を積極的に展開してゆきたいと考えている。