JP4278149B2 - 形鋼及び該形鋼を用いた壁体 - Google Patents

Description

本発明は、土木、建築分野に適用できる形鋼及び該形鋼を用いた壁体に関する。

鋼・コンクリート合成構造として、例えばＨ形鋼の表面に突起を設け、該Ｈ形鋼の周囲にコンクリートを付着させるものがある。このような、突起付のＨ形鋼としてはフランジ内面に突起を設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

他方、形鋼を芯材として用いた壁体としては、例えば図２７に示すように、Ｈ形鋼１０１を用いたＳＲＣ壁体がある。この、図２７に示す壁体は、コンクリート１０３の両側に壁体に対して横方向に敷設された横鉄筋１０４と、横鉄筋１０４に交叉させて壁体に対して縦方向に敷設された主鉄筋１０５とを有し、壁体の中央部にＨ形鋼１０１を配置したものである。
この壁体においては、コンクリート１０３と横鉄筋１０４及び主鉄筋１０５が一体となって鋼・コンクリート構造を構成しているが、Ｈ形鋼１０１とコンクリート１０３との付着はとられておらずＨ形鋼１０１とコンクリート１０３との一体化は図られていない。
特公平1-55042 号公報

上記特許文献１においては、コンクリートとの結合力を増加させるためにはＨ形鋼の内面に突起を設けることが望ましいとの記載があるのみで、どのような突起をどのような配置で設けることがコンクリートとの付着力を高めるために望ましいかについては何らの開示もない。実際、形鋼内面に突起を設けたとしても突起の大きさや配置によっては十分な付着力を得られないことが発明者の研究により分かっている。

また、図２７に示した壁体では、横鉄筋１０４及び主鉄筋１０５とコンクリート１０３との間で鋼・コンクリート合成構造を構成しており、横鉄筋１０４及び主鉄筋１０５の周囲に一定量のコンクリート１０３を配置することを要する。そのため、図２７において示すＢ１０の距離が一定量必要となり、その結果、壁体の厚みＡ１０が大きくなるという問題がある。
近年、土木、建築分野においては、有効利用できる面積を広くするため、地下壁や建物の構造壁の壁厚みを薄くすることが指向されているが、図２７に示すような壁体では、壁体の耐力を維持しつつ、壁厚みを薄くすることが困難である。
そこで、本発明の目的は壁厚みを薄くすることができるＨ型の形鋼及び壁体を得ることを目的としている。

（１）形鋼との付着力を増すために、本発明に係る形鋼は、フランジ内面側に複数の突起を有するＨ型の形鋼であって、前記突起が形成された形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅ｂ₂、突起高さｈ、突起ピッチＰが下式を満たすことを特徴とするものである。
Ｐ／ｈ≦１０、かつ、Ｐ／ｂ₂≧4
以下、上式の根拠について説明する。まず、Ｐ／ｈ≦１０とした根拠について説明し、次にＰ／ｂ₂≧4として根拠を説明する。

(ア)Ｐ／ｈ≦１０とした根拠
図１８は突起が形成された形鋼面に垂直な突起断面の一例を示しており、図１８（ａ）は台形断面の突起を示し、図１８（ｂ）は矩形断面の突起を示している。
鋼・コンクリート構造において、高耐力・高剛性化を実現するため必要不可欠なことは、両者を一体化させ、鋼とコンクリートで作用外力をバランスよく負担する構造を得ることである。鋼・コンクリートの一体化とは、鋼とコンクリートの間で応力のやりとりができる構造であり、そのためには、鋼とコンクリート間において十分な付着力（性能）を有することが必要となる。

上述した突起付き形鋼とコンクリートとの付着力は、形鋼内面に形成した突起とコンクリートとの噛み込みによって生み出され、コンクリートの支圧破壊τ₁、もしくはせん断破壊τ₂に依存する。
ここで、支圧破壊τ₁とは、突起前面のコンクリートの支圧破壊により定まるせん断強度であり、τ₂とは突起とコンクリート境界面でのせん断破壊により定まるせん断強度である。
そして、支圧破壊τ₁及びせん断破壊τ₂を一般モデル式で表すと、下式のとおりとなる。

前述のように、付着力はτ₁、τ₂に依存するが、τ₁、τ₂のうち、値の小さい方が鋼材とコンクリート間の付着強度に対するボトルネックとなるので、これが鋼・コンクリート間の付着応力度τ_maxとなる。したがって、付着強度を増すための条件を検討するためには付着応力度τ_maxを求める必要がある。
付着応力度τ_maxを求めるためには、τ₁、τ₂を比較する必要があり、そのため下記の仮定をおこなう。
（仮定1）
建設材料として通常用いられるコンクリートの一軸圧縮強度σ_cとせん断強度τ_cの関係として、下式を仮定する（設計基準等にも近似）。
τ_c＝0.1×σ_c -------------------（３）

上記仮定をもとにτ₁、τ₂とP/hの関係を示すと、図１９のようになる。両破壊形式のうち小さい方の値が鋼・コンクリート間の付着応力度τ_maxとなるが、上記のグラフからおよそＰ/ｈ＝１０を境に、それ以下の領域ではコンクリート破壊がせん断破壊形式（τ₂依存）となり、τ_maxに大きな変化がないのに対し、それ以上になるとコンクリート破壊が支圧破壊形式（τ₁依存）となり、τ_maxの低下が顕著となる。したがって、付着力を大きく確保するためには、コンクリート破壊がせん断破壊形式の領域になるようにするのが望ましい。
そこで、コンクリートの一軸圧縮強度σ_cとせん断強度τ_cの関係のばらつきも考慮した上で、安定した付着応力度τ_maxが得られる突起ピッチとして下式を満たすことを条件とした。
Ｐ／ｈ≦１０ ------------------------（４）

(イ) Ｐ／ｂ₂≧４の根拠
鋼・コンクリート間のせん断破壊は、主として、コンクリートと突起上辺ｂ_２との境界線上(図２０参照)で発生する。一般的に、前記境界線上にあるコンクリートの占める割合が大きい程(即ち、上辺ｂ_２が占める割合が小さい程)、せん断強度は上昇する。
突起ピッチPと突起上辺幅ｂ₂との比が、鋼・コンクリート間のせん断強度τ₂に及ぼす影響は次式で評価できる。
τ₂＝（P−ｂ₂）／P・τc ------------------------（５）
τc：コンクリートのせん断強度
（５）式は突起上辺幅ｂ₂分のコンクリートせん断破壊面長さ損失による強度低下を考慮したせん断強度τ₂を表現したものであり、コンクリートせん断強度τcに、せん断破壊面長さ損失率（P−ｂ₂）／Pを乗じたものがτ₂と表せる。

（５）式におけるτcを左辺に移行すると、τ₂／τc＝（P−ｂ₂）／Pとなるが、この関係をグラフ化したものが図２１となる。図２１よりＰ／ｂ₂が４未満の領域で、せん断強度τ₂は急激に低下することがわかる。
また、τ₂／τcの増分変化率（一階微分）とＰ／ｂ₂の関係を図２２に示す。図２２よりＰ／ｂ₂が４以上の領域で、増分変化率はサチュレートすることがわかる。
以上のことから安定した付着応力度を維持するための突起ピッチＰと突起上辺幅ｂ₂との関係は下式を満たす必要がある。
Ｐ／ｂ₂≧４ ------------------------（６）

（２）本発明に係る形鋼は、フランジ内面側に複数の突起を有するＨ型の形鋼であって、前記突起が形成された形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅ｂ₂、突起高さｈ、突起ピッチＰが下式を満たすことを特徴とするものである。
２ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍ、かつ、４ｂ₂≦Ｐ≦１０ｈ

突起高さｈを上記範囲にしたのは以下の理由による。
高さが２ｍｍよりも小さいと、地下壁体のように水中コンクリート打設を行う場合、突起へのスライムと呼ばれる不純物の付着や突起の腐食等により、コンクリートとの確実な付着の確保が困難になるため、２ｍｍを下限とした。
一方、突起高さが５０ｍｍを超えるとトレミー管挿入時あるいは引き上げ時の障害になる恐れが高まるため、５０ｍｍを上限とした。

ただし、圧延製造する場合には、突起高さの上限は５ｍｍとすることが好ましい。圧延で５ｍｍ以上の突起高さを形成するためには、過大な圧延荷重が必要となり、経済的ではない為である。また、突起を棒鋼、角材等の溶接等により取り付ける場合は、突起高さは９ｍｍを下限とすることが好ましい。突起高さが９ｍｍより小さい場合、溶接取付作業が煩雑でかつ取付数量が多くなるため現実的ではないためである。

なお、突起ピッチＰの範囲を規定する４ｂ₂≦Ｐ≦１０ｈは、これを２つの式に分解して整理すると、Ｐ／ｈ≦１０、かつ、Ｐ／ｂ₂≧4となる。そして、この関係に規定した根拠は上記（１）で説明した通りである。

（３）本発明に係る形鋼は、フランジ内面側に複数の突起を有するＨ型の形鋼であって、前記突起が形成された形鋼面に垂直な断面における該突起の下辺幅ｂ₁、突起高さｈ、突起ピッチＰが下式を満たすことを特徴とするものである。
２ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍ、かつ、４ｂ₁≦Ｐ≦１０ｈ

上記の関係において、４ｂ₁≦Ｐとした理由は以下の通りである。突起の強度を考慮すると突起の上辺幅ｂ₂と突起の下辺幅ｂ₁との関係は1 ≦ｂ₁/ｂ₂とすることが好ましい。そうすれば、ｂ₁/ｂ₂
の下限値は１となる。そこで、上記（２）の４ｂ₂≦Ｐにおける突起の上辺幅ｂ₂に代えて突起の下辺幅ｂ₁を用いることができ、上記（２）における突起の上辺幅ｂ₂を突起の下辺幅ｂ₁に代えたものが、４ｂ₁≦Ｐである。

なお、突起断面が図１８（ｂ）に示す矩形の場合には、ｂ₂＝b₁＝ｂとなる。
また、突起は圧延等によって形成することも可能であるが、その場合にはその断面形状等が必ずしも、図１８（ａ）、（ｂ）に示すような理想的な台形又は矩形となるとは限らない。例えば、図２３に示す突起のように、先端方向に向かって高さが低くなる湾曲した略三角形となる場合は、場所によって断面形状が異なることもある。
このような場合には、代表値を設けて評価し、上記（１）〜（３）に示した本発明の条件式にあてはめればよい。例えば、図２３に示した例では、以下のように代表値を設ければよい（図２４参照）。
（ア）突起高さh：突起付け根（ウェブ側）から１／２L地点における高さの値
（L：突起長さ（突起付け根から突起先端までの距離））
（イ）突起幅b1：突起付け根（ウェブ側）から１／２L地点における下辺の値
（ウ）突起幅b2：突起付け根（ウェブ側）から１／２L地点における上辺の値
（エ）突起ピッチP：突起付け根（ウェブ側）から１／２L地点における突起（幅方向）中央位置間の距離

なお、突起高さｈを突起付け根（ウェブ側）から１／２L地点における下辺の値で評価したのは、この地点においてコンクリートと鋼材の有効支圧面積（突起側面の投影面積）が四角形状の場合と等しくなるからである。
また、突起幅b1、b2および突起ピッチＰについては、突起付け根（ウェブ側）から１／２L地点においてコンクリートと鋼材の有効コンクリートせん断長（隣接する突起間のコンクリート長さ）が四角形状の場合と等しくなるからである。

（４）本発明における形鋼は、ウェブ面を互いに対向させて壁体長手方向に複数立設して鋼・コンクリート壁体の構造部材として使用されるＨ型の形鋼であって、フランジ内面側に複数の突起を有すると共に前記突起が形成されたＨ形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅ｂ₂、突起高さｈ、突起ピッチＰが下式を満たすことを特徴とするものである。
Ｐ／ｈ≦４０、かつ、Ｐ／ｂ₂≧4
上記の数値限定のうちＰ／ｂ₂≧4とした根拠は上記（１）で説明した通りである。以下においてはＰ／ｈ≦４０とした根拠について説明する。

Ｈ形鋼の突起による鋼−コンクリート間の付着応力度τ_maxは、コンクリート支圧破壊形式時の強度（τ₁）と、コンクリートせん断破壊形式時の強度（τ₂）との比較で、両者のうちの小さい方の値として定義される。
τ₁とτ₂について、一般モデル式で表すと、前述したように下記のようになる。

実際にコンクリートにこの突起付Ｈ形鋼を埋め込んで壁体として使用する場合、ウェブ面を対向させて連続的に離散配置される(図２５参照)。
この構造では、隣り合うＨ形鋼が内部のコンクリートの変形を、ウェブ面とフランジ面で拘束することから、その強度が割増される。よって、現実に使用する鋼・コンクリート間の付着応力度τ’_maxは、上記τ₁、τ₂について強度の割増係数
α₁ ：フランジ間の拘束効果による支圧破壊に対する割増係数
α₂ ：フランジ間の拘束効果によるせん断破壊に対する割増係数
をそれぞれ乗じた値 α_１・τ_１とα₂・τ₂との比較で、両者のうちの小さい方の値として定義される。

壁体のとしてＨ形鋼を用いる場合、その割増分を実験結果をもとに算定すると、それぞれ割増係数として、α₁＝10、α₂＝3程度が導かれる。
ここで、α₁・τ₁、α₂・τ₂の両者を比較するため前述したτc＝0.1×σcという仮定をおこない、この仮定をもとにα₁×τ₁、α₂×τ₂とP/hの関係を示すと図２６の通りになる。
両破壊形式のうち小さい方の値が鋼・コンクリート間の付着応力度τ’_maxとなるが、上記のグラフからおよそＰ/ｈ＝42を境に、それ以下の領域ではコンクリート破壊がせん断破壊形式（τ₂依存）となり、τ’_maxに大きな変化がないのに対し、それ以上になるとコンクリート破壊が支圧破壊形式（τ₁依存）となり、τ’_maxの低下が顕著となる。したがって、付着力を大きく確保するためには、コンクリート破壊がせん断破壊形式の領域になるように突起ピッチを決めるのが望ましい。
この関係から、コンクリートの一軸圧縮強度σcとせん断強度τcの関係のばらつきも考慮した上で、安定した付着応力度τ’_maxが得られる突起ピッチの形状として、Ｐ／ｈ≦４０とした。

（５）本発明に係る形鋼は、ウェブ面を互いに対向させて壁体長手方向に複数立設して鋼・コンクリート壁体の構造部材として使用されるＨ型の形鋼であって、フランジ内面側に複数の突起を有すると共に前記突起が形成されたＨ形鋼面に垂直な断面における該突起の上辺幅ｂ₂、突起高さｈ、突起ピッチＰが下式を満たすことを特徴とするものである。
２ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍ、かつ、４ｂ₂≦Ｐ≦４０ｈ

突起高さｈを２ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍとした理由は上記（２）で述べたとおりである。また、突起ピッチＰについて規定する４ｂ₂≦Ｐ≦４０ｈは、これを２つの式に分解して整理すると、Ｐ／ｈ≦４０、かつ、Ｐ／ｂ₂≧4となる。そして、Ｐ／ｈ≦４０の根拠については上記（４）で述べた通りであり、Ｐ／ｂ₂≧4については上記（１）で述べた通りである。

（６）本発明に係る形鋼は、ウェブ面を互いに対向させて壁体長手方向に複数立設して鋼・コンクリート壁体の構造部材として使用されるＨ型の形鋼であって、フランジ内面側に複数の突起を有すると共に前記突起が形成されたＨ形鋼面に垂直な断面における該突起の下辺幅ｂ₁、突起高さｈ、突起ピッチＰが下式を満たすことを特徴とするものである。
２ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍ、かつ、４ｂ₁≦Ｐ≦４０ｈ

突起高さｈを２ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍとした理由は上記（２）で述べたとおりである。また、４ｂ₁≦Ｐ≦４０ｈは上記（５）における突起の上辺幅ｂ₂を下辺幅ｂ₁に代えたものであり、この代替の根拠は上記（３）で述べた通りである。

（７）本発明に係る形鋼は、上記（１）〜（６）に記載の形鋼において、付着力強化手段をウェブ面に設けたことを特徴とするものである。
このウェブ面に設ける付着力強化手段としては、突起であってもよいし、あるいは凹部のようなものでもよい。突起の場合には、上記（１）〜（６）に示した条件を満たすものであってもよいし、あるいは満たさないものであってもよい。いずれにしても、付着力強化手段ウェブ面に付着力強化手段を設けることで、上記（１）〜（６）で設けた突起と相まって付着力を向上させることができる。

（８）本発明に係る形鋼は、上記（１）〜（７）に記載の形鋼において、突起の下辺幅をｂ_１としたときに、ｈ≦ｂ_１であることを特徴とするものである。

ｈ≦ｂ₁としたのは、突起幅下辺ｂ₁が狭すぎると突起部に変形が生じてコンクリートのずれ止め効果が低減する恐れがあるので、少なくとも突起高さｈ以上としたものである。
なお、上記の説明は突起幅下辺ｂ₁についてであるが、突起幅上辺ｂ₂についてもこれが広すぎるとコンクリートとのせん断面積を減少（せん断応力減少）させる要因になるので、一定の制限が必要となる。しかし、この点については、上記（２）で既にせん断応力τ₂の低下を防止するための制限式として4ｂ₂ ≦Ｐを設けているので、新たに加える必要はない。

（９）本発明に係る形鋼は、上記（１）〜（８）に記載の形鋼において、突起がフランジ内面及びウェブ面に設けられると共に、これら両方に設けた突起が一体化されていることを特徴とするものである。

（１０）本発明に係る壁体は、上記（１）〜（９）のいずれかに記載の形鋼を構造部材として使用した壁体であって、前記形鋼がフランジ外面を壁面に向けて壁体長手方向に複数立設されてなることを特徴とするものである。

（１１）また、上記（１０）のものにおいて、隣接する形鋼同士が連結部材により連結されていることを特徴とするものである。

（１２）また、上記（１０）のものにおいて、形鋼のフランジ外面に接触して壁体高さ方向複数箇所に横鉄筋を配設したことを特徴とするものである。

（１３）また、上記（１２）のものにおいて、隣接する形鋼のフランジ間であって横鉄筋の内側に該横鉄筋に接触すると共に十字状に交叉するように主鉄筋を配設したことを特徴とするものである。

（１４）また、上記（１２）又は（１３）のものにおいて、横鉄筋を形鋼のフランジ外面に固着したことを特徴とするものである。

本発明においては、形鋼内面側に複数の突起を設け、これら突起が所定の数値条件を満たすように設定したので、コンクリートとの付着力を増すことができる。その結果、このような形鋼を壁体の構造部材として使用することで、壁厚みを薄くできる。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１（参考例）に係る突起付きＨ形鋼１の説明図であり、図１（ａ）は概略平面図、図１（ｂ）はＸ−Ｘ部分断面図である。
実施の形態１に係る突起付きＨ形鋼１は、図１に示すようにフランジ内面の４面に断面矩形状の突起２が突起長手方向をフランジ幅Ｗf 方向として、Ｈ形鋼長手方向複数箇所に形成されてなる。フランジ内面の突起２は、突起高さh1、突起幅bおよび突起長さL1を有し、フランジとウェブとで構成される角部に接触せずに形成されている。

突起の形状及び配置については、コンクリートもしくは固化処理土との間の付着力を増大させるために、突起ピッチＰが４ｂ≦Ｐ≦４０ｈ1、突起高さｈ1が２ｍｍ≦ｈ1≦50ｍｍ、に設定されている。また、突起２は、突起長手方向をフランジ幅Ｗf方向と平行になるように形成されている。
突起２がフランジ幅方向と平行であれば、左右どちらの向きに生じる付着特性も同様のものとなり強弱の差がなくなり安定した付着性能を得ることができる。一方、突起の向きがフランジ幅方向に対し傾きを持つと、付着の働く向きによってその特性が異なる可能性はあるものの、圧延成形により得られた突起の場合、一方向に傾きを持つ形状であったが、付着の向きによる特性の違いはごくわずかであった。

［実施の形態２］
図２は、実施の形態２（参考例）に係る突起付きＨ形鋼１１の説明図であり、図２（ａ）は概略平面図、図２（ｂ）はＸ−Ｘ部分断面図である。
実施の形態２に係る突起付きＨ形鋼１１は、図２に示すように、フランジ内面の４面に断面矩形状の突起２が第１実施の形態に係る突起２と同様に形成されていると共に、ウェブ両表面に付着力強化手段としての突起2Aがそれぞれ突起長手方向をウェブ高さ方向とし、Ｈ形鋼長手方向複数箇所に形成されている。

ウェブ面の突起2Aはウェブ両表面にそれぞれ形成され、突起高さh2、突起幅bおよび突起長さL2を有し、フランジ内面の突起２およびウェブ面の突起2A共にフランジとウェブとで構成される角部に接触せずに形成されている。なお、ウェブ面に形成する突起2Aの突起高さh2、突起幅bおよび突起長さL2は、フランジ内面に形成する突起２に対して独自に決めることができる。

ウェブ面に形成する突起の形状及び配置については、実施の形態１と同様に、コンクリートもしくは固化処理土との間の付着力を増大させるために、突起ピッチＰが４b≦Ｐ≦４０h2、突起高さh2が２ｍｍ≦h2≦50ｍｍを満たすように設定されていることが好ましい。
もっとも、フランジ面に形成した突起によって必要とされる付着力の大半が確保できるのであれば、ウェブ面に形成する突起は補助的に付着力を増加させるものと位置づけ、その場合には必ずしも上記の形状・配置を満たす必要はない。

［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の形態３に係る突起付きＨ形鋼２１の説明図である。実施の形態３に係る突起付きＨ形鋼２１は、図３に示すように、フランジ内面にフランジ内面の４面に突起高さh1、突起幅b、突起長さL1の突起２が形成されていると共にウェブ面に突起高さh2、突起幅b、突起長さL3の突起2Bが形成されている。またフランジ内面の突起２およびウェブ面の突起2Bが共にフランジとウェブとで構成される角部に接触して形成され、ウェブ面の突起2Bは、ウェブ面の中央部に形成されていない。
前記した角部の接触により、さらにコンクリートもしくは固化処理土との間の付着力増大させること（一体化効果）ができる。実施の形態３に係る突起付きＨ形鋼２１のウェブ面に形成されている突起2Bの突起長さL3は、第２実施の形態に係る突起付きＨ形鋼１１のウェブ面に形成されている突起2Aの突起長さL2より短く設定されている。
なお、突起の形状及び配置、すなわち突起ピッチＰ、突起幅ｂ、突起高さｈ1とｈ2については、実施の形態１及び２と同様である。

上述した実施の形態１〜３に係る突起付きＨ形鋼１、１１、２１は、突起２が突起長手方向をフランジ幅方向と平行にした場合を示したが、本発明に係る突起付きＨ形鋼としては、突起２がフランジ幅方向に対して傾斜させて形成されていても一定の付着力を得ることができるのは前述した通りである。

なお、実施の形態１に示した突起２をフランジ内面に形成する方法は、圧延で形成してもよいし、角材、丸棒、異形鉄筋、スタッド等の突起部材をそれぞれ用い、所定長さに切断し、フランジ内面に固着することにより形成してもよい。突起２を突起部材により形成する場合には、容易に固着することができるようにするため突起部材を鋼製とするのが好ましい。突起2Aおよび2Bも突起２と同様にして形成できる。

［実施の形態４］
図４は本発明の実施の形態４に係る壁体の説明図であり、壁体を立設した場合の水平断面を示している。
本実施の形態４に係る壁体は、図４に示すように、実施の形態１に示した突起付きＨ形鋼１を構造部材として使用した壁体であり、構造部材として突起付きＨ形鋼１のみを用いたもの（図４（ａ））、突起付きＨ形鋼１に加えて横鉄筋４を構造部材としたもの（図４（ｂ））、さらに縦鉄筋５を構造部材として加えたもの（図４（ｃ））を示している。

図４（ａ）に示した壁体においては、突起付きＨ形鋼１がコンクリートもしくは固化処理土との付着力に優れているので、Ｈ形鋼１とコンクリートもしくは固化処理土が一体化して、引張力は主として鋼が負担し、圧縮力はコンクリート等が主として負担するという鋼・コンクリート構造を構成する。
この結果、Ｈ形鋼とコンクリート間で付着をとらない従来例の場合（図２７参照）には、鉄筋１０４、１０５との間で付着をとって鋼・コンクリート構造にする必要があったが、本実施の形態においては、コンクリート等との付着を取るために鉄筋１０４、１０５を配置したり、これらの周囲に所定の厚み以上のコンクリートを配置したりすることを必要としない。しかも突起がフランジの内面側に形成されているので、フランジ外面にはＨ形鋼１との付着を取るためのコンクリート等を必要としない。
その結果、突起付きＨ形鋼１のフランジ外面から壁面までの間隔Ｂ１を従来例におけるフランジ外面から壁面までの間隔Ｂ１０より小さくすることができ、壁厚みを薄くすることができる。
また、構造体自体の耐力が増加しているので、その意味でも壁厚みを薄くできる。

また、本実施の形態の壁体は複数のＨ形鋼１をウェブ面を対向させて配置していることから各Ｈ形鋼１のフランジ間でのコンクリートの拘束効果が壁体幅方向全長に渡って期待でき、より付着力を高めることができる。すなわち、図５（ａ）に示すように、Ｈ形鋼１の隣に何もない場合にはコンクリートにひび割れが発生した場合にはフランジ間で拘束されたコンクリートが図中左右方向に離れてしまい付着力が大きく低減する。これに対して、図５（ｂ）に示すように、Ｈ形鋼１が互いにウェブ面を対向させて配置されていると、各Ｈ形鋼１のフランジで挟まれたコンクリートが離れようとしたときに隣接間相互に拘束しあってこれを防ぐ。このため付着力を維持することができ、壁体の耐力低下を防止できる。

突起付きＨ形鋼１を複数立設した壁体のコンクリートに対する最大付着応力度τ’_max （Ｎ／ｍｍ² ）は、フランジ間の拘束なしの場合（すなわち突起付き形鋼が一つの場合）に対して2.7〜25倍となる。

なお、突起付きＨ形鋼１を構造部材として使用した壁体においては、隣接する突起付きＨ形鋼１の中心同士の間隔を過度に空けると、耐力および剛性が極端に低下し、例えば、地下壁においてはコンクリートのパンチング（脆性破壊の一種）が生じる恐れがあると共に、壁厚を薄くする効果が低くなる。そこで、隣接する突起付きＨ形鋼１の中心同士の間隔は壁体に加わる力に応じてフランジ幅の1.0〜2.5倍の範囲に設定するのが望ましい。

なお、地下壁を構築する場合には、隣接する突起付きＨ形鋼１間にトレミー管（一般に直径；２００〜２５０ｍｍ）と呼ばれるパイプが挿入できるようにする一方、十分な薄壁化を達成するために、突起付きＨ形鋼１のウェブ高さが６００ｍｍ以上、フランジ幅Ｗf が３００ｍｍ以上、鋼材降伏点が３１５Ｎ／ｍｍ² 以上のものを使用するのが望ましい。

次に、図４（ｂ）の壁体構造について説明する。この壁体は、前述したように、突起付きＨ形鋼１のフランジ外面に接触させて壁体高さ方向複数箇所に横鉄筋４を配設したものである。図４（ｂ）に示したものにおいては、壁体に対して作用する横鉄筋４に直交方向の曲げに対する抵抗力を増すことができる。

なお、図４（ｂ）の壁体構造においては、横鉄筋４は補助的な構造部材であり、図２７に示したようにコンクリート１０３と鉄筋１０４との付着を必須とする場合と比べて、フランジ外面から壁面までの間隔Ｂ２を小さくすることができる。

次に、図４（ｃ）の壁体構造について説明する。この壁体は、前述したように、横鉄筋４に加えて隣接する突起付きＨ形鋼１のフランジ間であって横鉄筋４の内側に接触すると共に十字状に交叉するように主鉄筋５を配設したものである。
この壁体においては、壁体に対して作用する主鉄筋５に直交方向の曲げに対する抵抗力を増すことができる。

また、この壁体においては、主鉄筋５を横鉄筋４の内側に配置したので、主鉄筋５を配置することによってフランジ外面から壁面までの間隔Ｂ３が大きくなることはなく、全体として壁厚を薄くできる。

なお、本実施の形態４の壁体においては、壁体構築時、隣接する突起付きＨ形鋼１同士を連結することによりＨ形鋼部材の建て込み精度を高めることができる。
例えば図４（ａ）に示した壁体構造においては、連結部材として例えば平鋼を用い、壁体構築時、平鋼を突起付きＨ形鋼１のフランジに溶接で固着することにより、突起付きＨ形鋼１に固着された平鋼により隣接するＨ形鋼１同士が連結されてなる壁体とすることができる。
また、図４（ｂ）および（ｃ）に示した壁体構造においては、壁体構築時、横鉄筋４をフランジ面に溶接することにより、鉄骨構造部の隣接する突起付きＨ形鋼１同士が連結されてなる壁体とすることができる。

このような隣接するＨ形鋼１同士が連結部材または横鉄筋４により連結されてなる壁体は、壁体長手方向に不均一な力、例えば地下壁の場合には偏土圧等が作用したとしても、連結部材により横方向へ力を伝搬することができ、隣接する突起付きＨ形鋼１のウェブ面と接触し、かつフランジ内面に挟まれたコンクリートの拘束力をより高めることができる。

なお、横鉄筋４および主鉄筋５としては、適宜な異形鉄筋を用いればコンクリート等との付着力を増すことができ、より好ましい。

なお、上記実施の形態４においては、実施の形態１で示した突起付のＨ形鋼１を例に挙げて説明したが、実施の形態２、３に示したＨ形鋼１１，２１を構造部材として壁体を構築できることはいうまでもない。
そして、実施の形態２、３に示したＨ形鋼１１，２１を構造部材として壁体を構築した場合には、Ｈ形鋼１１，２１とコンクリート等との付着力が大きいことからより大きな耐力を有する壁体とすることができる。

なお、本発明に係る壁体の構築方法は特に限定されないが、例えば、図６（ａ）、（ｂ）に示すようにして地下壁とすることができる。まず、地盤内に土留め壁を構築し、土留め壁に到達するまで地盤内空間側の地盤を掘削して、土砂を除去した後、突起付きＨ形鋼のフランジ外面を壁面と向かい合わせ、壁体長手方向に間隔を空けて突起付きＨ形鋼を複数立設して鉄骨構造部を作成する。その後、コンクリート、もしくは固化処理土を型枠内に打設することにより、鉄骨構造部とコンクリート、もしくは固化処理土とを一体化させて壁体を構築する。その後、突起付きＨ形鋼が構造部材として使用された鉄骨構造部を有する壁体と土留め壁との間を埋め戻し、地下壁とする。

ウェブ高さＨが５８８ｍｍ、フランジ幅Ｗfが３００ｍｍ、ウェブ厚みが１２ｍｍ、フランジ厚みが２０ｍｍのＨ形鋼１、及び固化後の圧縮強度σｃが２９（Ｎ／ｍｍ^２）のコンクリート３１を用いて図７に示すようなＨ形鋼とコンクリート間の付着力を測定する試験体により本発明の効果を検証した。

その際、フランジ内面に突起を形成していないＨ形鋼（突起なしＨ形鋼という）を試験体１に用い、突起２を設けたものを試験体２〜４とした。試験体２〜４における突起ピッチＰ、突起高さｈ、突起幅ｂ、はそれぞれ以下の通りである。
試験体２：Ｐ＝50ｍｍ、Ｐ／ｈ＝17、ｂ＝12.5ｍｍ
試験体３：Ｐ＝100ｍｍ、Ｐ／ｈ＝33、ｂ＝12.5ｍｍ
試験体４：Ｐ＝150ｍｍ、Ｐ／ｈ＝50、ｂ＝12.5ｍｍ
なお、試験体２、３および４に用いた突起付きＨ形鋼１の突起２は、鋼製角材を突起部材として用いてＨ形鋼に溶接した。また、試験に際しては、鋼製冶具を用いて、側部のコンクリート面を両面から挟み込み拘束した。

得られた各試験体に図７中の矢印で示す方向に荷重を載荷し、その際の相対ずれ量を検出し、横軸に相対ずれ量（ｍｍ）、縦軸に付着応力度τ（Ｎ／ｍｍ² ）を取って図８に示した。付着応力度τ（Ｎ／ｍｍ² ）は、載荷重をコンクリートと接しているフランジ内面積の総和ＳＵＭ（ＳＵＭ＝（300-12）×500×2＝288000ｍｍ²
）で除した値である。載荷方法は、変位制御により押し抜き単調載荷方式で行った。
また、上述した各試験体における最大付着応力度τ’_max
、各試験体の最大付着応力度τ’_max と試験体１の最大付着応力度τ’_max の比、最大載荷重、最大載荷重時の相対ずれ量をまとめて表１に示した。なお、鋼・コンクリート壁体とした場合の鋼−コンクリート間の相対ずれ量の許容値は、5ｍｍ程度と想定されるので、その範囲にて比較した。

表１から分かるように、突起を設けた試験体２〜４では突起なしの試験体１に比べて最大付着応力度が格段に大きくなっている。
もっとも、壁体構造として必要な付着強度は3.0N/mm²であるところ、試験体2（突起ピッチP＝50mm）、および試験体3（突起ピッチP＝100mm）では、3.0N/mm²を大きく超えていたが、試験体4（突起ピッチP＝150mm）では最大付着応力度は3.0N/mm²未満であった。
このことから、壁体構造として必要な付着強度を確保するには、本発明の範囲であるP/h≦40かつP/b≧４を満たすことが必要であることが分かる。
つまり、本発明の範囲内の突起を有するフランジ内面突起付きＨ形鋼１を用いることにより、高耐力、高剛性を有する壁体とすることができ、より薄壁とすることができる。

圧延成形突起（図１１、図２４参照）の付着特性を調べるために、実施例１と同様の実験を行った。本実施例では本発明例を試験体５，９，１０とし、突起ピッチの影響を検証するための比較例を試験体６、突起高さの影響を検証するための比較例を試験体７、突起の向きの影響を検証するための本発明例を試験体８とした。なお、試験に際しては実施例１と同様に鋼製冶具を用いて、側部のコンクリート面を両面から挟み込み拘束した。

（１）突起ピッチＰの影響についての考察
突起ピッチの影響を考察するために、試験体１、試験体５および試験体６についての付着応力度（Ｎ／ｍｍ²）と相対ズレ量（ｍｍ）の関係を図９に示す。
図９から分かるように、相対ずれ量δ＝5mm以内における最大付着応力度は、試験体5（突起ピッチP＝50mm）では、壁体構造として必要な付着強度3.0N/mm²を大きく超えていたが、試験体6（突起ピッチP＝150mm）では最大付着応力度は3.0N/mm²未満であった。このことから、圧延成形突起において、突起ピッチをＰ／ｈ≦４０とすることが、壁体構造として必要な付着強度を得るのに有効であることがわかる。

（２）突起高さｈの影響についての考察
突起ピッチの影響を考察するために、試験体１、試験体５および試験体７についての付着応力度（Ｎ／ｍｍ²）と相対ズレ量（ｍｍ）の関係を図１０に示す。
図１０から分かるように、相対ずれ量δ＝5mmにおける最大付着応力度は、試験体5（突起高さh＝3mm）では、壁体構造として必要な付着強度3.0N/mm²を大きく超えていたが、試験体7（突起高さh＝1.2mm）では最大付着応力度は3.0N/mm²未満であった。
また、試験体9（突起高さh＝2mm）、試験体10（突起高さh＝2.5mm）についても、表２に示すように最大付着応力度はそれぞれ3.95N/mm²、4.01N/mm²であり、壁体構造として必要な付着強度3.0N/mm²を超えている。
以上の結果から、所定の付着強度を得るための突起高さhは、本発明の範囲内（Ｐ／ｈ≦４０）とすることが望ましいことがわかる。

（３）突起向き（湾曲形状）の影響についての考察
図１１に示すような湾曲形状の突起を設けた場合に、凹面側がコンクリートを押し抜く面となる場合を逆方向（図１１（ａ）、試験体８）とし、凸面側がコンクリートを押し抜く面となる場合を逆方向（図１１（ｂ）、試験体５）とした。
突起向き（湾曲形状）の影響を考察するために、試験体５と試験体８についての付着応力度（Ｎ／ｍｍ²）と相対ズレ量（ｍｍ）の関係を図１２に示す。
図１２から分かるように、相対ずれ量δ＝5mm以内における最大付着応力度は、両試験体ともに壁体構造として必要な付着強度3.0N/mm²を大きく超えており、コンクリート押し抜く突起の湾曲面が変わっても付着特性に大きな差異はみられなかった。すなわち、突起向き（湾曲形状）は付着特性に大きな影響を与えず、湾曲方向はいずれの向きであってもよいことがわかる。

なお、本実施例のように圧延によって突起を成形した場合には、図１３に示すように、フランジとウェブの境界部に出っ張りが形成されることがある。そこで、この出っ張りが形成されることによる付着力への影響を検証したが、少なくとも出っ張りが形成されることで付着力が低下することはないことを確認した。

実施例１と同じ断面寸法を有するＨ形鋼を用い、そのフランジ内面に突起高さが3ｍｍ、突起幅が12.5ｍｍ、突起長さが50ｍｍの突起２を突起ピッチＰ＝50ｍｍで形成した。但し、フランジ内面突起付きＨ形鋼１の突起２は、鋼製角材を突起部材として用い、図１に示すように溶接取付けにより配設した。
上記フランジ内面突起付きＨ形鋼１を構造部材として図１４に示すように直方体状の基部に模擬壁体を構築し、図中矢印で示す方向の繰り返し荷重を載荷して試験を行った。

この結果、図１５に示すように、本発明の範囲内の突起をフランジ内面に有するフランジ内面突起付きＨ形鋼を用いた模擬壁体は、載荷点位置の変位に対する最大荷重が突起なしＨ形鋼を用いた模擬壁体の最大荷重に比べて1.3倍以上という値を示し、高耐力を有することがわかった。また、本発明の範囲内の突起をフランジ内面に有するフランジ内面突起付きＨ形鋼を用いた模擬壁体の剛性は、突起なしＨ形鋼を用いた模擬壁体の剛性に対しても1.3倍以上となった。

上記実施例１〜３によって押し抜き力に対して所定の付着強度が確保できていることが実証された。
しかしながら、実際の壁体に卓越して作用する力は、曲げ・せん断力であるため、押し抜き力に対する性能の実証のみでは壁体としての性能の実証としては十分とは言えない。
そこで、本実施例では曲げ・せん断力に対する鋼・コンクリート壁体の性能を実大サイズの試験体により確認した。
図１６は本実施例の試験体の説明図であり、Ｈ形鋼１を中心部に配置し、その周囲をコンクリート３１で囲んだ構造である。試験体の両端部及び軸方向中央部にはコンクリート３１を保護するための保護プレート３３を設け、両端部を支持すると共に軸方向中央部に載荷する構造とした。なお、Ｈ形鋼の仕様は、実施例１に示したものと同様であり、突起の仕様（製法、寸法を含む）及びコンクリートの仕様は実施例２の試験体５と同様とした。

鋼・コンクリート壁体として備えるべき性能については、ＦＥＭ解析による計算を実施して求めた。なお、解析モデルとしては、本試験体モデルに対しコンクリートおよびＨ形鋼の力学特性は各要素試験結果により得られた応力−ひずみ曲線（非線形モデル）によりモデル化するとともに、コンクリートとＨ形鋼間の境界面には、押し抜き付着試験に基づき、インターフェース要素を用いて付着特性をモデル化した。

試験としては、図１６に示した試験体に対してその中央部に載荷したときに載荷点のたわみを求めた。図１７はこの試験結果を示すグラフであり、横軸が載荷点のたわみ(mm)を示し、縦軸が荷重(kN)を示している。
図１７から分かるように、実験結果は付着特性を考慮した計算値と良く一致していることから、曲げ・せん断力に対し、鋼・コンクリート壁体として期待どおりの性能を有しているが確認できた。

実施の形態１（参考例）に係る突起付きＨ形鋼１の説明図であり、図１（ａ）は概略平面図、図１（ｂ）はＸ−Ｘ部分断面図である。 実施の形態２（参考例）に係る突起付きＨ形鋼１１の説明図であり、図２（ａ）は概略平面図、図２（ｂ）はＹ−Ｙ部分断面図である。 本発明の実施の形態３に係る突起付きＨ形鋼２１の概略平面図である。 本発明の実施の形態４に係る壁体を説明する説明図である。 本発明の実施の形態４の効果を説明する説明図である。 本発明に係る壁体の構築方法の一例を示す模式図である。 実施例における突起付きＨ形鋼の付着力測定実験を説明する説明図であり、図７（ａ）は側面図、図７（ｂ）は正面図である。 実施例１における突起付きＨ形鋼の効果を示すグラフである。 実施例２における突起ピッチの影響を説明するグラフである。 実施例２における突起高さの影響を説明するグラフである。 実施例２における突起の向きの説明図である。 実施例２における突起の向きの影響を説明するグラフである。 実施例２における突起の形状の説明図である。 実施例３における模擬壁体構造を示す図であり、図１４（ａ）は正面図、図１４（ｂ）は側面図、図１４（ｃ）はＺ−Ｚ断面図である。 実施例３における模擬壁体における突起付きＨ形鋼の効果を示すグラフである。 実施例４の試験体装置の説明図である。 実施例４の効果を説明するグラフである。 本発明に係る突起の断面形状の説明図である。 本発明の数値限定の根拠を説明するための説明図である。 せん断破壊を説明する説明図である。 本発明の数値限定の根拠を説明するための説明図である。 本発明の数値限定の根拠を説明するための説明図である。 本発明の突起形状の説明図である。 本発明の突起形状及び配置を説明する説明図である。 本発明に係る壁体構造の説明図である。 本発明の数値限定の根拠を説明するための説明図である。 従来のＳＲＣ壁体の構造を示す横断面図である。

符号の説明

１、１１、２１ 突起付きＨ形鋼
２ 突起部材
３、３１、３２ コンクリート（固化処理土）
４ 横鉄筋
５ 主鉄筋
h、h1、h2 突起高さ
ｂ 矩形断面突起の突起幅
b1 突起断面における下辺突起幅
b2 突起断面における上辺突起幅
L、L1、L2、L3 突起長さ：突起付け根から突起先端までの距離
Ｐ 突起ピッチ
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ１０ 壁厚み
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ１０ フランジ外面から壁面までの間隔
Ｈ ウェブ高さ
Ｗf フランジ幅

Claims (6)

1. フランジ内面側に複数の突起を有するＨ型の形鋼であって、前記突起が形成されたＨ形鋼面に垂直でウェブ面に平行な断面における該突起の下辺幅ｂ ₁ 、上辺幅ｂ_2、突起高さｈ、突起ピッチＰ及びフランジ幅方向の突起長さＬが下式を満たすとともに、前記突起が前記フランジと前記ウェブとで構成される角部に接触して形成されていることを特徴とする形鋼。
   ２ｍｍ≦ｈ≦５０ｍｍ、４ｂ ₁ ≦Ｐ≦４０ｈ、ｂ ₁ /ｂ ₂ ≧1、かつ、Ｌ≧Ｗf/6
   ただし、Ｗfはフランジ幅である。
2. 付着力強化手段がウェブ面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の形鋼。
3. 突起の下辺幅をｂ_１としたときに、ｈ≦ｂ_１であることを特徴とする請求項１又は２に記載の形鋼。
4. 突起がフランジ内面及びウェブ面に設けられると共に、これら両方に設けた突起が一体化されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の形鋼。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の形鋼を構造部材として使用した壁体であって、地盤を掘削して、土砂を除去した後、フランジ外面を壁面に向け、ウェブ面を互いに対向させて前記Ｈ形の形鋼を壁体長手方向に複数立設し、さらにコンクリートを打設してなることを特徴とする壁体。
6. 隣接する形鋼同士が連結部材により連結されていることを特徴とする請求項５に記載の壁体。

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