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圧縮鉄筋とは？1分でわかる計算と役割、引張鉄筋、クリープとの関係

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圧縮鉄筋は、圧縮応力を負担する鉄筋です。圧縮鉄筋を入れることで、コンクリートのクリープに対応できること、釣り合い鉄筋比を高めることが可能です。

今回は、そんな圧縮鉄筋の役割や計算、引張鉄筋やクリープとの関係について説明します。引張鉄筋、クリープの意味は下記が参考になります。

引張鉄筋とは？1分でわかる意味、読み方、圧縮鉄筋との違い、主筋との関係

コンクリートのクリープってなに？その原因と、変形増大係数の関係

圧縮鉄筋とは？

圧縮鉄筋は、圧縮応力を負担する鉄筋です。下図をみてください。これは、弾性状態における鉄筋コンクリート梁（以降、RC梁）の応力度図です。

コンクリートは引張力を負担できないと仮定するので、鉄筋だけが効きます。引張力を負担する鉄筋を引張鉄筋といいます。引張鉄筋の意味は下記が参考になります。

引張鉄筋とは？1分でわかる意味、読み方、圧縮鉄筋との違い、主筋との関係

一方圧縮応力は、コンクリート及び鉄筋により負担します。圧縮応力を負担する鉄筋を圧縮鉄筋といいます。

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記事を書いた人

ハナダユキヒロ／建築学生が学ぶ「構造力学」

難解な構造力学、建築構造の用語を分かりやすく解説する専門家。高等専門学校在学中から建築学生が学ぶ「構造力学」を運営。その後、国立大学大学院⇒組織設計事務所⇒弊サイト運営に従事している。

著書：「わかる構造力学/工学社」、「わかる構造力学 改訂版/工学社」

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圧縮鉄筋の計算と役割

では圧縮鉄筋の役割は何でしょうか。下記の２つです。

・コンクリートのクリープ対策となる

・釣り合い鉄筋比を高める

圧縮鉄筋を入れることで、コンクリートのクリープ対策となります。

RC梁に曲げモーメントが作用すると、上図で示した応力状態となります。これが弾性状態です。

しかしコンクリートはクリープが起きやすい材料で、クリープによりひび割れが生じます。※コンクリートのクリープについては、下記が参考になります。

コンクリートのクリープってなに？その原因と、変形増大係数の関係

コンクリートにひび割れが起きると、鉄筋とコンクリートの間で付着力が減り、鉄筋が引張力を伝達できなくなります。下図は、ひび割れが起きた状態の応力図です（あくまで模式的に描いています）。

引張側のコンクリートにひび割れが起きると、応力は圧縮側に集中します（引張で負担できないから、圧縮側に移る）。

この状態で一時は釣り合うのですが、コンクリートはクリープが起きやすい材料です。圧縮側へ応力が集まると、次第にクリープが起きます。

クリープとは変形が増大する現象で、コンクリートは圧縮力を負担できなくなります。変形が増大する過程で、コンクリートの力が抜けるという感じでしょうか。

さらに、これまでコンクリートが負担していた圧縮力は、圧縮鉄筋へと移行します。当然ですが、圧縮鉄筋が無いとクリープによる応力の移行に対応できません。

以上より、圧縮鉄筋はクリープ対策に必要不可欠です。公共建築物の場合、圧縮鉄筋を「所定の本数入れなさい」という規定もあります。

圧縮鉄筋比と引張鉄筋比の比率を「複筋比」といいます。複筋比は下式で計算します。

γ＝ac／at

γは複筋比、acは圧縮鉄筋比、atは引張鉄筋比です。γは、釣り合い鉄筋比と関係しています。γを大きくするほど、釣り合い鉄筋比も大きくなります。

釣り合い鉄筋比を大きくすれば、引張鉄筋の効果が高まるので部材の耐力を高める上で効果的です。

引張鉄筋比が釣り合い鉄筋比を超えると、いくら引張鉄筋を入れても部材の耐力は大きくなりません。

これは「引張側の耐力が大きいため、圧縮側の耐力で決まる」関係です。

釣り合い鉄筋比ってなに？3分でわかる意味と、梁の断面算定の方法

引張鉄筋比とは？3分でわかる梁と柱の引張鉄筋比の計算方法

圧縮鉄筋と引張鉄筋の関係

前述した釣り合い鉄筋比の関係で、圧縮鉄筋と引張鉄筋の本数は極端に変えないようにします。

例えば引張鉄筋を6本にするなら、圧縮鉄筋はその半分以上（4本など）にします。

特に片持ち梁は、計算上は上端にのみ引張鉄筋が必要です。かといって圧縮鉄筋を少なくすると、クリープ対策上好ましくありません。

圧縮鉄筋を計算外で入れること、ひび割れ対策として、設計用曲げモーメントがひび割れモーメント以下にします。

引張鉄筋の詳細は下記をご覧ください。

引張鉄筋とは？1分でわかる意味、読み方、圧縮鉄筋との違い、主筋との関係

圧縮鉄筋とクリープの関係

以上、圧縮鉄筋はクリープが起きた時、コンクリート分の応力を負担すると説明しました。

クリープにより、引張鉄筋、圧縮鉄筋、コンクリートの応力状態は変わります。下記に整理しました（RC構造計算規準・同解説2010より）。

・コンクリートの圧縮縁応力　クリープにより大幅減少

・圧縮鉄筋応力　クリープにより大幅増加

・引張鉄筋応力　クリープにより僅かに増加

クリープの意味は下記をご覧ください。

コンクリートのクリープってなに？その原因と、変形増大係数の関係

圧縮鉄筋比の計算

圧縮鉄筋比は下式で計算します。

pc＝ac／bd

pcは圧縮鉄筋比、acは圧縮鉄筋量、bは梁幅（柱幅）、dは梁の有効せい（柱の有効せい）です。

圧縮鉄筋の定着長

圧縮鉄筋も、引張鉄筋と同様に定着します。よって定着長さは特別に変えません。

まとめ

今回は圧縮鉄筋について説明しました。圧縮鉄筋は構造上、必要不可欠です。RCは、引張力を鉄筋、圧縮力をコンクリートで負担すると言います。

しかし、実際には圧縮鉄筋も応力を負担していて、耐力に寄与することを覚えてください。下記も併せて学習しましょう。

引張鉄筋とは？1分でわかる意味、読み方、圧縮鉄筋との違い、主筋との関係

釣り合い鉄筋比ってなに？3分でわかる意味と、梁の断面算定の方法

コンクリートのクリープってなに？その原因と、変形増大係数の関係

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