JP2008111314A - 既存建物の耐震補強構造および耐震補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】煩雑な手間を必要せずに鉄骨枠体を開口部に設置できる既存建物の耐震補強構造および耐震補強工法を提供することである。
【解決手段】既存建物の耐震補強構造１は、柱２と梁３とで囲まれた開口部４内に鉄骨枠体５が設置され、該鉄骨枠体５と開口部４との間隙部８には、鉄骨枠体５の外周全面にわたって突出した複数のスタッドボルト７と、前記開口部４の内周全面にわたって突出した複数の接続用コッター６とが重ね配置されてモルタル９が充填され、前記鉄骨枠体５の外周の所用箇所には、接着板１６に突設したスタッドボルト７が接着剤１８で接着されたことである。
【選択図】図１

Description

本願発明は既存建物の耐震補強構造およびその工法に関するものである。

既存建物の耐震補強工法として、外枠と鉄骨ブレースとからなる鉄骨枠体を柱と梁とで囲まれた開口部に設置する工法が知られている。この工法はまず、図１２に示すように、柱２３と梁２４とで囲まれた開口部２５の内周面に接続用コッター２６を適宜間隔ごとに設置する。次に、この接続用コッター２６の取り付け位置を計測し、これに接しないようにスタッドボルト２７を鉄骨枠体２８に溶接接合する。次に、この鉄骨枠体２８を開口部２５内に設置して、スタッドボルト２７と接続用コッター２６とを重ね配置するとともに、このスタッドボルト２７と接続用コッター２６との間に割裂補強筋（スパイラル筋）２９を配筋する。そして、これらが配置された開口部２５と鉄骨枠体２８との間隙部３０にモルタル３１を充填する。また、その他の既存建物の耐震補強工法としては、例えば特開２００５−１７１５６９号の発明が知られている。
特開２００５−１７１５６９号公報

しかし、上記の既存建物の耐震補強工法は、接続用コッターの設置位置が確定した後に、工場でスタッドボルトを鉄骨枠体に溶接していたため、接続用コッターの位置計測が終了するまではスタッドボルトの溶接ができないという問題があった。また、このように接続用コッターの位置計測をした後にスタッドボルト２７の溶接をしたとしても、接続用コッター２６とスタッドボルト２７とが所定の箇所に施工されていない場合は、図１２に示すように、これらが接触するため、スタッドボルト２７を折り曲げて、鉄骨枠体２８を開口部３０に設置していた。この折り曲げが垂直に対して５度以下の場合は、そのまま残してスタッドボルト２７として使用するが、５度を超える折り曲げの場合は、スタッドボルトとして役に立たないため、撤去して別の箇所に再度溶接する。

本願発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、煩雑な手間を必要せずに鉄骨枠体を開口部に設置できる既存建物の耐震補強構造および耐震補強工法を提供することである。

以上の課題を解決するための既存建物の耐震補強構造は、柱と梁とで囲まれた開口部内に鉄骨枠体が設置され、該鉄骨枠体と開口部との間隙部には、鉄骨枠体の外周全面にわたって突出した複数のスタッドボルトと、前記開口部の内周全面にわたって突出した複数の接続用コッターとが重ね配置されてモルタルが充填され、前記鉄骨枠体の外周の所用箇所には、接着板付きスタッドボルトが接着剤で接着されたことを特徴とする。また鉄骨枠体の外周全面にわたって突出したスタッドボルトは、全て接着板付きスタッドボルトであることを含む。またモルタルは繊維モルタルであり、該繊維モルタル中の繊維はモルタルに対して１．０〜１．５重量％が充填されていることを含むものである。
また既存建物の耐震補強工法は、接続用コッターが適宜間隔ごとに設置された柱と梁とで囲まれた開口部に、外周にスタッドボルトが適宜間隔ごとに突出された鉄骨枠体を設置する際に、スタッドボルトが接続用コッターに接触する場合は、該接触したスタッドボルトを鉄骨枠体から撤去し、該スタッドボルトを撤去した箇所に、接続用コッターと接触しないように、接着板付きスタッドボルトを接着剤で接着した後、この鉄骨枠体を開口部に嵌め込んでスタッドボルトと接続用コッターとを重ね配置するとともに、鉄骨枠体と開口部との間隙部にモルタルを充填することを特徴とする。またモルタルは繊維モルタルであり、該繊維モルタル中の繊維はモルタルに対して１．０〜１．５重量％が充填されていることを含むものである。
また既存建物の耐震補強工法は、柱と梁とで囲まれた開口部に接続用コッターを適宜間隔ごとに設置し、この接続用コッターに接触しないように、接着板付きスタッドボルトを鉄骨枠体の外周に接着剤で接着した後、この鉄骨枠体を開口部に設置してスタッドボルトと接続用コッターとを重ね配置するとともに、鉄骨枠体と開口部との間隙部にモルタルを充填することを特徴とする。またモルタルは繊維モルタルであり、該繊維モルタル中の繊維はモルタルに対して１．０〜１．５重量％が充填されていることを含むものである。

接続用コッターの設置位置に応じて接着板付きスタッドボルトを取り付けることができるので、鉄骨枠体を開口部に簡単かつ正確に設置することができる。また接着板付きスタッドボルトを接着剤で鉄骨枠体に接着することができるので、スタッドボルトを取り付けるための熟練工が不要となって工期の短縮および工費の低減を図ることができる。また開口部と補強体との間隙部に充填された繊維モルタルが割裂補強筋に代わってモルタルの割裂を防ぐため、割裂補強筋の配筋を省略することができる。また割裂補強筋の配筋という工程が省略できるため、工期の短縮および工費の低減を図ることができる。

以下、本願発明の既存建物の耐震補強構造（以下耐震補強構造という）および既存建物の耐震補強工法（以下耐震補強工法という）の実施の形態について説明する。はじめに耐震補強構造の実施の形態について説明し、次に、耐震補強工法の実施の形態について説明するが、各実施の形態において同じ構成は同じ符号を付して説明し、異なった構成にのみ異なった符号を付して説明する。

この既存建物は鉄筋コンクリート造、鉄骨コンクリート造または鉄骨鉄筋コンクリート造のいずれであってもよいが、本願実施の形態においては鉄骨コンクリート造を対象にして説明する。

図１は第１の実施の形態の耐震補強構造１を示すものである。この耐震補強構造１は、柱２と梁３とで囲まれた開口部４に鉄骨枠体５が設置されて構成されている。

この鉄骨枠体５はＨ形鋼からなる外枠１０と、この外枠１０の内側に設置された鉄骨ブレース１１とから構成され、この鉄骨ブレース１１が上側角部のコーナーブラケット１２と、下側の梁３のセンターブラケット１３とに渡って架設されている。

この柱２と梁３とで囲まれた開口部４の内周面、すなわち柱２および梁３の一面側には、図２の（１）および（２）に示すように、接続用コッターである鋼管コッター６が適宜間隔ごとに設置され、該鋼管コッター６の一端部が柱２および梁３のコンクリート内に埋設され、他端部が柱面および梁面から突出している。そして、この鋼管コッター６間には、鉄骨枠体５からのスタッドボルト７が設置され、この鉄骨枠体５と開口部４との間隙部８には繊維モルタル９が充填されている。

また外枠１０の外周面には、左右二列（外枠１０の幅方向に適宜間隔１４をもって）スタッドボルト７が適宜間隔ごとに溶接されている。これらのスタッドボルト７は外枠１０に直接溶接されているが、これらの間には接着板付きスタッドボルト１５も設置されている。この接着板付きスタッドボルト１５は、図２の（３）に示すように、接着板１６に４本のスタッドボルト１７が溶接されて形成され、これらのスタッドボルト１７が鋼管コッター６の前後左右に位置している。

これは鉄骨枠体５を開口部４に設置する際に、スタッドボルト７が鋼管コッター６に接触する場合、この接触したスタッドボルト７を撤去し、この撤去した箇所に接着板付きスタッドボルト１５を、鋼管コッター６に触れないように接着するものであり、エポキシ樹脂系の二液混合型の接着剤１８、例えばコニシ株式会社製のボンドＥ２５０が使用される。

この接着板付きスタッドボルト１５の接着板には厚さ２ｍｍの接着剤（コニシ株式会社製のボンドＥ２５０）１８が塗布され、これが接着される箇所はグラインダー処理およびショットブラスト処理（♯１２０）が施されている。

したがって、鉄骨枠体５を開口部４に設置するとき、鋼管コッター６にスタッドボルト７が触れた場合でも、その場で素早く対応できる。

また前記繊維モルタル９にはモルタルの割裂を防ぐための長さ１．２ｍｍ、４０μ径のポリビニルアルコール繊維１９が、モルタルに対して１．０〜１．５重量％混合されている。これが１．０重量％未満であると割裂補強筋と同等の強度が保持できず、また１．５重量％を超えるとモルタルとの混練りができなくなるという不具合がある。

図３は、繊維混入率と繊維モルタル９の引張強度との関係を表したものである。図中の第１ピークとはモルタルの引張強度を表し、第２ピークとは繊維１９の引張強度を表すものである。よって繊維１９がモルタルに対して１．０重量％未満であると、割裂補強筋の負担応力換算値以下になるため、割裂補強筋と同等の強度が保持できないことを確認することができる。

しかし、繊維１９の混合率を多くすると、当然に引張強度は強くなるが、モルタルとの混練りができないという不具合が起こるので、モルタルに対して１．０〜１．５重量％の混入率が最適値となる。

また図４はモルタルと繊維の引張強度の実験結果を表したものである。モルタルは第１ピークで最初に破断するが、これを繊維１９で補って第２ピークまで持ち直すため、割裂補強筋と同様の働きをすることが確認でき、間隙部８への割裂補強筋の配筋を省略することが可能になり、繊維モルタル９だけが充填される。

なお、上記の繊維モルタル９の代わりに、通常のモルタルを使用する場合は、鉄骨枠体５と開口部４との間隙部８に割裂補強筋が配筋される。

また図５は第２の実施の形態の耐震補強構造２０を示すものである。この耐震補強構造２０は、鉄骨枠体５のスタッドが全て接着板付きスタッドボルト１５になったものであり、これ以外は第１の実施の形態の耐震補強構造１と同じ構成である。これは開口部４の鋼管コッター６の設置、すなわち鋼管コッター６の施工に合わせて、接着板付きスタッドボルト１５を鉄骨枠体５に接着剤１７で接着したものである。このように鋼管コッター６の施工に合わせて、接着板付きスタッドボルト１５が接着できるので、鉄骨枠体５の施工精度を高めることができる。

次に、第１の実施の形態の耐震補強工法について説明する。はじめに、接着板付きスタッドボルト１５を所定箇所に設置した鉄骨枠体を用いた耐震補強工法ついて説明する。

まず、図２に示すように、柱２と梁３とで囲まれた開口部４の内周面に、鋼管コッター６を適宜間隔ごとに設置する。このコッター６は鋼管であるため、柱２や梁３の鉄筋に接しない程度の深さの孔２１に接着剤で接着する。

次に、図６に示すように、開口部４よりも僅かに小さい鉄骨枠体５の外枠１０にスタッドボルト７を適宜間隔ごとに溶接する。そして、この鉄骨枠体５を柱２と梁３とで囲まれた開口部４に嵌め込むが、このときにスタッドボルト７が鋼管コッター６に接触する場合は、このスタッドボルト７を外枠１０から切り取り、この切り取った箇所のグラインダー処理およびショットブラス処理を行ってプライマーを塗布する。

次に、接着板付きスタッドボルト１５の接着板裏面に２ｍｍ厚の接着剤（コニシ株式会社製のボンドＥ２５０）１８を塗布する。そして、この接着板１６をプライマーが塗布された箇所に接着するが、スタッドボルト７が鋼管コッター６に接しないように行う。この接着板付きスタッドボルト７は、外枠１０の１箇所に限らず、スタッドボルト７が鋼管コッター６と接触する箇所全てに設置される。そして、この接着剤１８を５℃以上の環境で、２４時間以上養生する。

次に、この鉄骨枠体５を開口部４に嵌め合わせてスタットボルト７、１７と鋼管コッター６とを重ね配置して、鉄骨枠体５と開口部４との間隙部８に繊維モルタル９を圧入する。そして、この繊維モルタル９が硬化すると、図１に示すような、耐震補強構造１が構築される。

なお、上記のような繊維モルタル９を使用しない場合は、割裂補強筋を鉄骨枠体５と開口部４との間隙部８に配筋して、繊維が混合されてないモルタルを充填する。

次に、全てのスタッドボルトが、接着板付きスタッドボルト１５である鉄骨枠体５を使用した耐震補強工法ついて説明する。

まず、図１に示すように、柱２と梁３とで囲まれた開口部４の内周面に、上記と同じ方法で、鋼管コッター６を適宜間隔ごとに設置する。そしてこの鋼管コッター６の設置箇所を計測する。

次に、図８に示すように、スタットボルト７の溶接されていない鉄骨枠体の外枠１０に、上記鋼管コッター６の設置箇所に合わせて、接着板付きスタッドボルト１５を接着剤１８で適宜間隔ごとに接着する。この接着板付きスタッドボルト１５は、鋼管コッター６を前後左右で挟むような位置に上記と同じ方法で接着される。この接着剤１８も上記と同様に、５℃以上の環境で、２４時間以上養生する。

次に、この鉄骨枠体５を柱２と梁３とで囲まれた開口部４に嵌め込んでスタッドボルト７と鋼管コッター６とを重ね配置する。このスタッドボルト７は鋼管コッター６に接触しない箇所に設置されているため、全て鋼管コッター６の間に配置される。

次に、この鉄骨枠体５と開口部４との間隙部８に繊維モルタル９を圧入し、これが硬化すると、図１に示すような、耐震補強構造１が構築される。

なお、繊維モルタル９を使用しない場合は、上記と同じように割裂補強筋を鉄骨枠体５と開口部４との間隙部８に配筋して、ここに繊維が混合されてないモルタルを充填する。

このような開口部４に鉄骨枠体５を設置する耐震補強構造では、この鉄骨枠体５の接合部でのせん断耐力の伝達を目的として、鉄骨枠体５にスタッドボルト７を溶接する。本願発明はこのスタッドボルト７の溶接に代わって、接着板付きスタッドボルト１５を接着剤１８で接着したため、この接着剤１８の必要強度を確認する必要があり、下記の方法によって確認試験を行った。

接着剤１８の必要強度はスタッド部せん断耐力評価式であるｑ_６＝ｎ'_・0.64σ_ｍａｘ・Ａ_ｓｓ２を用いて算出した。ここにｎ'は鋼管１個に対するスタッドボルトの本数、σ_ｍａｘはスタッドボルトの設計用引張強度（Ｎ／ｍｍ^２）、Ａ_ｓｓ２はタッドボルト断面積（ｍｍ^２）である。

この結果、鋼管コッターの１本あたりのスタッド部せん断耐力は６５．１ＫＮとなり、これがスタッドボルトを４本溶接した鋼板にかかるせん断力となる。そして鋼板の面積を１１０ｍｍ×９０ｍｍとすると、接着剤に必要なせん断補強は６．５８Ｎ／ｍｍ^２となる。そこで実験では、１．５倍の安全率をみて１０Ｎ／ｍｍ^２以上の接着剤を使用する。

また試験体の一覧を下記の表に示し、試験体形状を図９に示す。この試験体形状および試験方法はＪＩＳＫ６８５０に準拠した。この結果、図１０に示すように、全ての試験体で目標値の１０Ｎ／ｍｍ^２を上回っていることを確認することができた。

このような実験で得られた各試験体の鋼管コッター１本あたりのせん断力と、既存躯体と耐震補強壁（耐震補強構造）との相対鉛直変位の関係を確認する支圧破壊試験を行った。この結果、図１１に示すように、本願発明の接着板付きスタッドボルト１５は溶接したスタッドボルト７と同等の性能を有することを確認することができた。

第１の実施の形態の既存建物の耐震補強構造の正面図である。 （１）は既存建物の耐震補強構造の要部の断面図、（２）は（１）のＡ−Ａ線断面図、（３）は接着板付きスタッドボルトの斜視図である。 繊維モルタルの繊維混合率と引張強度との関係を表したグラフ図である。 繊維モルタルの引張強度の試験結果を表したグラフ図である。 第２の実施の形態の既存建物の耐震補強構造の断面図である。 第１の実施の形態の既存建物の耐震補強工法を示す要部の正面図である。 第１の実施の形態の既存建物の耐震補強工法を示す要部の正面図である。 第２の実施の形態の既存建物の耐震補強工法を示す要部の正面図である。 試験体であり、（１）は側面図、（２）は平面図である。 スタッドボルトの引張せん断強度を示すグラフ図である。 既存躯体と耐震補強壁との相対鉛直変位の関係を示すグラフ図である。 従来の既存建物の耐震補強構造の断面図である。

符号の説明

１、２０ 耐震補強構造
２、２３ 柱
３、２４ 梁
４、２５ 開口部
５、２８ 鉄骨枠体
６、２６ 鋼管コッター
７、２７ スタッドボルト
８、３０ 間隙部
９ 繊維モルタル
１０ 外枠
１１ 鉄骨ブレース
１２ コーナーブラケット
１３ センターブラケット
１４ 間隔
１５ 接着板付きスタッドボルト
１６ 接着板
１７ スタッドボルト
１８ 接着剤
１９ 繊維
２１ 孔
２９ 割裂補強筋
３１ モルタル

Claims (6)

1. 柱と梁とで囲まれた開口部内に鉄骨枠体が設置され、該鉄骨枠体と開口部との間隙部には、鉄骨枠体の外周全面にわたって突出した複数のスタッドボルトと、前記開口部の内周全面にわたって突出した複数の接続用コッターとが重ね配置されてモルタルが充填され、前記鉄骨枠体の外周の所用箇所には、接着板付きスタッドボルトが接着剤で接着されたことを特徴とする既存建物の耐震補強構造。
2. 鉄骨枠体の外周全面にわたって突出したスタッドボルトは、全て接着板付きスタッドボルトであることを特徴とする請求項１に記載の既存建物の耐震補強構造。
3. モルタルは繊維モルタルであり、該繊維モルタル中の繊維はモルタルに対して１．０〜１．５重量％が充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の既存建物の耐震補強構造。
4. 接続用コッターが適宜間隔ごとに設置された柱と梁とで囲まれた開口部に、外周にスタッドボルトが適宜間隔ごとに突出された鉄骨枠体を設置する際に、スタッドボルトが接続用コッターに接触する場合は、該接触したスタッドボルトを鉄骨枠体から撤去し、該スタッドボルトを撤去した箇所に、接続用コッターと接触しないように、接着板付きスタッドボルトを接着剤で接着した後、この鉄骨枠体を開口部に嵌め込んでスタッドボルトと接続用コッターとを重ね配置するとともに、鉄骨枠体と開口部との間隙部にモルタルを充填することを特徴とする既存建物の耐震補強工法。
5. 柱と梁とで囲まれた開口部に接続用コッターを適宜間隔ごとに設置し、この接続用コッターに接触しないように、接着板付きスタッドボルトを鉄骨枠体の外周に接着剤で接着した後、この鉄骨枠体を開口部に設置してスタッドボルトと接続用コッターとを重ね配置するとともに、鉄骨枠体と開口部との間隙部にモルタルを充填することを特徴とする既存建物の耐震補強工法。
6. モルタルは繊維モルタルであり、該繊維モルタル中の繊維はモルタルに対して１．０〜１．５重量％が充填されていることを特徴とする請求項４または５に記載の既存建物の耐震補強工法。

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