JP2008025220A - コンクリート構造物の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 柱と梁からなる既存架構の補強工事の施工効率を高めると共に、補強工事中の騒音、振動及び粉塵の発生を大幅に削減し、補強工事中の構造物の使用を可能にする。
【解決手段】 既存構造物の柱１１と梁１２で囲まれた架構内に鉄骨枠体の増設部が設けられた補強構造において、先端に中間部分２２ｃよりも断面が拡大する頭部２２ａを有する複数の突起２２が表面に一体形成された合成樹脂製の凸部付きシート２０が、柱及び梁の増設部に対向する表面に貼着され、鉄骨枠体１４の外周にスタッドボルト１５又はシアキー３１が突設され、凸部付きシートと鉄骨枠体との間隙にモルタルが１７,３３充填されたものである。また増設部は鉄筋コンクリート４１から構成することも可能である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、突起付き合成樹脂製シートが用いられたコンクリート構造物の耐震補強構造に関する。

柱と梁からなる既存架構を補強するため、架構内に壁やブレースを増設することが知られている。このような増設ブレースの多くは鉄骨枠体内に設けられ、この鉄骨枠体と既存架構との接合部にせん断耐力や靭性を確保するために、概ね二つの接合工法が提案されている。一つは、既存躯体にアンカーを打設し、接合部に鉄骨枠体を接合する工法であり、もう一つは、鉄骨枠体を接着剤で直接、既存躯体に接着する工法である。

上述のアンカーを既存躯体に打設する工法は、特許文献１（特開平９−３１７１９８号公報）に記載されており、鉄骨枠体にはスタッドボルトが突設され、接合部にモルタルが充填されて鉄骨枠体を架構内に接合するものである。
しかしながら、後打ちアンカーを施工する際には、ドリルで柱や梁に孔をあけてアンカーを挿入しなければならず、騒音、振動及び粉塵の発生は避けられない。コンクリート構造物の用途によっては、日常的に使用しながら、このような騒音等が発生する補強工事を行なうことは困難である。

これに対して、特許文献２（特開２００３−４９５４７号公報）では、騒音や振動等を改善しようとする工法が提案されている。これは、回転式のコアドリルにより柱や梁に溝を形成し、溝に接続用コッターを挿入して接着剤で固定することにより、騒音、振動及び粉塵の発生を抑制しようとするものである。しかしながら、コアドリルを操作して溝を形成する工程は、それほど容易なものではなく、しかも、コアドリル操作時の騒音等を全く失くすことも不可能である。

一方、上述の鉄骨枠体を接着剤により既存躯体に接着する工法では、柱や梁に溝や孔を形成しないので、これによる施工中の騒音等は防止可能である。しかしながら、鉄骨枠体は、既存架構内に所定の隙間をおいて嵌め込まなければならず、鉄骨枠体に比較的高い寸法精度が求められる。そのため工場における鉄骨枠体の製造に先立って、既存構造物の柱梁の寸法を測定しなければならず、時間と手間が掛かり過ぎるという課題がある。
特開平９−３１７１９８号公報 特開２００３−４９５４７号公報

本発明の課題は、柱と梁からなる既存架構の補強工事の施工効率を高めると共に、補強工事中の騒音、振動及び粉塵の発生を大幅に削減し、補強工事中の構造物の使用が可能であるコンクリート構造物の補強構造が提供される。

上記課題を解決するために、本発明では、既存構造物の柱と梁で囲まれた架構内に鉄骨枠体の増設部が設けられた補強構造において、先端に中間部分よりも断面が拡大する頭部を有する複数の突起が表面に一体形成された合成樹脂製シートが柱及び梁の前記増設部に対向する表面に貼着され、前記鉄骨枠体の外周にスタッドボルトが突設され、前記合成樹脂製シートと前記鉄骨枠体との間隙にモルタルが充填されたものであるコンクリート構造物の補強構造が提供される。
ここで、先端に中間部分よりも断面が拡大する頭部を有する突起とは、頭部をシート面に垂直に投影したときに、頭部の輪郭の少なくとも一部が中間部分の輪郭の外側に出るように形成された突起である。
また鉄骨枠体は限定されるものではないが、鉄骨材料としてＨ形鋼を使用し、Ｈ形鋼のウェブ面が柱又は梁に対向するように枠組みされたものを使用することが好ましく、このとき、スタッドボルトはウェブ面から突設するように設けることができる。このように形成された鉄骨枠体では、ウェブと両フランジとで囲まれた空間にモルタルを充填することができるため、モルタル充填のためのせき板を比較的簡略なものにできる。

また本発明では、既存構造物の柱と梁で囲まれた架構内に鉄骨枠体の増設部が設けられた補強構造において、先端に中間部分よりも断面が拡大する頭部を有する複数の突起が表面に一体形成された合成樹脂製シートが柱及び梁の前記増設部に対向する表面に貼着され、前記鉄骨枠体の外周面にシアキーが突設され、前記合成樹脂製シートと前記鉄骨枠体との間隙にモルタルが充填されたものであるコンクリート構造物の補強構造が提供される。
ここで、鉄骨枠体は限定されるものではないが、鉄骨材料としてＨ形鋼を使用し、Ｈ形鋼のフランジ面が柱又は梁に対向するように枠組みされたものを使用することが好ましく、このとき、シアキーはフランジの外側の面における鉄骨軸に直交する方向に延びるように固定することが好ましい。

さらに、本発明では、既存構造物の柱と梁で囲まれた架構内に鉄筋コンクリートの増設壁が設けられた補強構造において、先端に中間部分よりも断面が拡大する頭部を有する複数の突起が表面に一体形成された合成樹脂製シートが柱及び梁の表面に貼着され、複数の突起が鉄筋コンクリートの増設壁内に埋設されたものであるコンクリート構造物の補強構造が提供される。

本発明の補強構造は、先端に中間部分よりも断面が拡大する頭部を有する複数の突起が表面に一体形成された合成樹脂製シートが、柱と梁の既存架構側に貼着され、この合成樹脂製シート及びモルタルを介して柱梁から増設部に力の伝達がなされるものであるため、従来技術のように柱梁の表面にアンカーを後打ちする必要がなく、補強工事における騒音及び振動を大幅に低減することが可能になる。これにより、構造物を使用しながら、補強工事を実施することが可能になる。
また本発明の補強構造を構成する合成樹脂製シートは比較的軽量であり、それを貼着する作業は、従来技術におけるアンカーの後打ち作業よりも手間や時間が掛からず、効率良く施工することが可能である。さらに、合成樹脂製シートは、シート表面から突起の先端までモルタルが密実に充填されることにより、モルタルへの充分な付着力が得られると共に、過剰なせん断力が増設部に作用すると、シート及び突起自体の弾性力により、増設部が塑性変形して靭性のある破壊性状を示すことが可能になる。

本発明の補強構造では、柱と梁の表面に合成樹脂製シートが貼着され、鉄骨枠体との間にモルタルが充填され、これにより力の伝達がなされるものであり、従来技術のように柱梁の表面に直接的に鉄骨枠体を接着するものとは異なり、施工前に柱や梁の寸法測定等の建物調査をする必要がなく、鉄骨枠体製造を含む施工前の準備の簡略化が図れるという利点が得られる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

図１は本発明にかかる補強構造１０であって、右半分は正面図、左半分は断面図であり、図２は梁周りの断面図である。
補強構造１０は、既存構造物の柱１１と梁１２とからなる壁無しの架構部分に適用されるものであり、この既存架構内にブレース１３を含む鉄骨枠体１４が設けられ、鉄骨枠体１４に対向する柱１１及び梁１２の表面に凸部付きシート２０が貼着され、鉄骨枠体１４の外周にスタッドボルト１５が突設され、凸部付きシート２０と鉄骨枠体１４との間隙にリング筋１６が配置され、モルタル１７が充填されたものである。

補強構造１０は、凸部付きシート２０を設けたことに特徴があり、凸部付きシート２０は、柱１１及び梁１２に接着剤１８で貼り付けられる。この凸部付きシート２０のそれぞれ平面図及び側面図が図３（ａ）（ｂ）であり、図３（ｂ）におけるＣ部分の拡大図が図３（ｃ）であり、さらに、図３（ｃ）を側方から見た図が図３（ｄ）である。図示したように、凸部付きシート２０は、シート部２１の表面に複数の突起２２が突設され、各突起２２は頭部２２ａと根元２２ｂの断面が中間部分２２ｃよりも拡大して形成され、これらシート部２１及び突起２２が合成樹脂材料から一体成形されたものである。凸部付きシート２０は、突起２２の頭部２２ａから根元２２ｂまでモルタル１７がまわり込んで密実に充填されることにより、モルタル１７に対する比較的大きな付着力が得られる。
なお、凸部付きシート２０における突起は、図３の実施形態に限定されるものではない。例えば、図４（ａ）（ｂ）及び図５（ａ）（ｂ）には、異なる実施形態の突起２４，２６のそれぞれ正面図及び側面図を示した。図４の突起２４は頭部２４ａが斜め上方の２方向に突出するように形成され、図５の突起２６は頭部２６ａがシート部２１に対してほぼ平行な２方向に突出するように形成されている。これら突起２４，２６は、それぞれ根元２４ｂ，２６ｂから中間部分２４ｃ，２６ｃまで同形状の断面で立ち上げられている。また合成樹脂材料としては、所定以上の引張り強度を有するものであれば良く、例えば、高密度ポリエチレンを用いることができる。

また鉄骨枠体１４は、Ｈ形鋼からなる縦材１４ａ及び横材１４ｂが組み立てられ、この内部にブレース１３が固定されたものであり、図２に示したように、Ｈ形鋼はウェブ面１４ｄが柱１１又は梁１２にほぼ平行になるように配置される。ウェブ面１４ｄにはスタッドボルト１５が突設され、フランジ１４ｅに切欠き部１４ｆが形成されている。鉄骨枠体１４におけるウェブ面１４ｄと両フランジ１４ｅとで囲まれる空間にはモルタル１７が充填される。
なお、フランジ１４ｅに形成された切欠き部１４ｆは、鉄骨枠体１４を既存架構内へ取り付ける作業を簡易にするためのものである。すなわち、鉄骨枠体１４の取り付け作業は、図６に示したように鉄骨枠体１４をスラブ１９上に倒した状態で置き、下側の横材１４ｂを梁１２の直下に配置し、この状態から矢印Ｒで示したように鉄骨枠体１４を起こしながら、既存架構内へはめ込むものである。したがって、フランジ１４ｅに切欠き部１４ｆを設けることにより、鉄骨枠体１４を垂直状態まで起こす過程で、フランジ１４ｅが梁１２の下面に接触することを防止し、鉄骨枠体１４の取り付け作業の施工性を高めようとするものである。

次に、図７及び図８は、図１及び図２とは異なる実施形態であり、スタッドボルト１５に替えてシアキー３１を鉄骨枠体３２に設けた補強構造３０である。図７の右半分は正面図、左半分は断面図であり、図８は梁１２まわりの断面図である。
ここで、鉄骨枠体３２は、Ｈ形鋼からなる縦材３２ａ、横材３２ｂ及びブレース３２ｃから構成される点が図１及び図２と同様であるが、Ｈ形鋼のフランジ面３２ｄは柱１１又は梁１２にほぼ平行になるように配置され、外側のフランジ面３２ｄ（鉄骨枠体３２の外周面）の複数箇所にシアキー３１が固定される点で図１及び図２とは異なる。シアキー３１は、例えば、所定長さに切断した異形鉄筋を使用することが可能であり、鉄筋の軸方向が鉄骨の軸方向にほぼ直交する配置でフランジ面３２ｄに溶接される。
また図７及び図８の実施形態においても、同様に凸部付きシート２０が柱１１及び梁１２に接着剤１８で貼り付けられ、凸部付きシート２０と鉄骨枠体３２のフランジ面３２ｄとの隙間にモルタル３３が充填される。

次に、図９及び図１０は、上述の実施形態とは異なる補強構造４０であり、増設部が鉄筋コンクリート壁４１で構成される。鉄筋コンクリート壁４１は、補強筋４２ａ，４２ｂが柱１１と梁１２の架構内に建て込まれ、架構の両側に組み立てられた型枠（図示せず）内にコンクリートが打設されて構築されるものである。補強構造４０では、凸部付きシート２０の突起２２がモルタルではなく、コンクリート中に埋設されることにより、柱１１と梁１２の架構と鉄筋コンクリート壁４１との一体化がなされる。

図１〜図１０の補強構造において、ブレースを含む鉄骨枠体１４,３２及び鉄筋コンクリート壁４１に過剰なせん断力が作用すると、凸部付きシート２０が弾性変形及び塑性変形しながら破断に至るので、それぞれ鉄骨枠体１４,３２及び鉄筋コンクリート壁４１は靭性のある破断性状を示し、これらの脆性的な破壊を防止することができる。

＜比較実験＞
図１１は本発明の補強構造のせん断耐力を検証するために行った比較実験結果のグラフであり、実線が本発明の補強構造の荷重変位曲線、点線が従来の補強構造の曲線である。
実験は、図１２に示したような試験体５０を製作して行われた。試験体５０は、鉄骨枠体に相当する鉄骨５１と、既存鉄筋コンクリート躯体に相当するコンクリート部５２との間に、無収縮モルタルにより形成された接合部５３とを有するものである。鉄骨５１とコンクリート部５２とに矢印Ｆで示したような荷重が加えられ、接合部５３に矢印Ｑで示したようなせん断力が作用し、荷重とせん断方向の変位とを測定した。
図１３は従来の補強構造に対応する試験体６０の断面図であり、試験体６０は、コンクリート部５２に後打ちアンカー６１が設けられ、鉄骨５１にスタッドボルト６２が突設され、鉄骨５１とコンクリート部５２との間に無収縮モルタル５３の硬化体が形成されたものである。一方、本発明の補強構造に対応する試験体は、図７及び図８の実施形態と同様に形成されたものであり、鉄骨のフランジ上にフランジ幅と同じ長さの異形鉄筋Ｄ１０が６０ｍｍ間隔で６本溶接され、鉄筋コンクリート部の表面に高密度ポリエチレン製の凸部付きシートが接着剤で貼着され、鉄骨と凸部付きシートとの間に無収縮モルタルの硬化体が形成されたものである。
図８のグラフから、本発明の補強構造のせん断耐力は、従来の補強構造のせん断耐力に比べると小さいことが判る。しかしながら、本発明の補強構造では、最終的な破壊時に凸部付きシートのシート部はコンクリート部に貼着された状態で剥れておらず、凸部付きシートの突起のみが引張り破壊を生じ、鉄骨とモルタル間の変位は０．０３ｍｍ程度であった。したがって、凸部付きシートの突起の面積を大きくとれば、従来の補強構造を上回るせん断耐力が得られるものと推定できる。

本発明の補強構造であって、右半分は正面図、左半分は断面図である。 図２は梁まわりの断面図である。 （ａ）は凸部付きシートの平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ｂ）におけるＣ部分の拡大図、（ｄ）は（ｃ）を側方から見た図である。 （ａ）（ｂ）は異なる実施形態の突起の正面図及び側面図である。 （ａ）（ｂ）は異なる実施形態の突起の正面図及び側面図である。 鉄骨枠体を既存架構内へ取り付ける作業を示した図である。 図１及び図２とは異なる実施形態であり、右半分は正面図、左半分は断面図である。 図７における梁まわりの断面図である。 図１、図２、図７及び図８とは異なる実施形態であり、右半分は正面図、左半分は断面図である。 図９における梁まわりの断面図である。 本発明の補強構造のせん断耐力を検証する比較実験結果のグラフである。 試験体の外観を示す側面図である。 従来の補強構造に対応する試験体の断面図である。

符号の説明

１０ 補強構造
１１ 柱
１２ 梁
１３ ブレース
１４ 鉄骨枠体
１５ スタッドボルト
１７ モルタル
１８ 接着剤
２０ 凸部付きシート（合成樹脂製シート）
２１ シート部
２２ 突起
２２ａ 円柱状部分
２２ｂ フランジ部
３０ 補強構造
３１ シアキー
３３ モルタル
３２ 鉄骨枠体
４０ 補強構造
４１ 鉄筋コンクリート壁

Claims (3)

1. 既存構造物の柱と梁で囲まれた架構内に鉄骨枠体の増設部が設けられた補強構造において、先端に中間部分よりも断面が拡大する頭部を有する複数の突起が表面に一体形成された合成樹脂製シートが柱及び梁の前記増設部に対向する表面に貼着され、前記鉄骨枠体の外周にスタッドボルトが突設され、前記合成樹脂製シートと前記鉄骨枠体との間隙にモルタルが充填されたものであるコンクリート構造物の補強構造。
2. 既存構造物の柱と梁で囲まれた架構内に鉄骨枠体の増設部が設けられた補強構造において、先端に中間部分よりも断面が拡大する頭部を有する複数の突起が表面に一体形成された合成樹脂製シートが柱及び梁の前記増設部に対向する表面に貼着され、前記鉄骨枠体の外周面にシアキーが突設され、前記合成樹脂製シートと前記鉄骨枠体との間隙にモルタルが充填されたものであるコンクリート構造物の補強構造。
3. 既存構造物の柱と梁で囲まれた架構内に鉄筋コンクリートの増設壁が設けられた補強構造において、先端に中間部分よりも断面が拡大する頭部を有する複数の突起が表面に一体形成された合成樹脂製シートが柱及び梁の表面に貼着され、複数の突起が鉄筋コンクリートの増設壁内に埋設されたものであるコンクリート構造物の補強構造。

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