JP2008240368A - 鉄筋コンクリート柱の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明の目的は、強度と靭性とを同時に満足させる鉄筋コンクリート柱の補強構造を提供することである。
【解決手段】 鉄筋コンクリート柱１の周囲に、所定の間隔Ｈを保持して複数の囲い鋼板６を設けるとともに、鉄筋コンクリート柱１と囲い鋼板６との上記間隔Ｈ内にグラウト材４を注入する。そして、上記間隔Ｈ内に、鉄筋コンクリート柱１の軸方向に平行もしくはほぼ平行にした複数の曲げ補強用軸方向筋９を設けている。なお、上記囲い鋼板６の周囲には、帯状連続繊維シート５を巻いて、それらを結束している。
【選択図】 図３

Description

この発明は、例えば、既存の建築構造物の鉄筋コンクリート柱を補強する補強構造に関する。

建築構造物などの鉄筋コンクリート柱は時間が経つにしたがって劣化して耐震強度不足を来したり、あるいは新築時にすでに耐震強度が不足していたりすることがある。このような場合に、鉄筋コンクリートの補強が必要になるが、そのための補強構造として、図６に示すものが従来から知られている。
この従来の補強構造は、長手方向に直交する方向の断面形状を四角形にした鉄筋コンクリート柱１を補強するものである。すなわち、一対の囲い鋼板２，２を備え、この囲い鋼板２，２は、互いの突き合わせ部３ａ，３ｂを突き合わせることによって、内部を空洞にした四角柱が形成されるようにしているが、これら囲い鋼板２，２で作られる四角柱は、上記鉄筋コンクリート柱１よりもやや太くなる寸法関係を保っている。

上記のようにした一対の囲い鋼板２，２を用いて、鉄筋コンクリート柱１を補強するためには、次のようにする。
まず、鉄筋コンクリート柱１の周囲を一対の囲い鋼板２，２で囲うとともに、それらの突き合わせ部３ａ，３ｂを突き合わせる。そして、この突き合わせ部３ａ，３ｂを溶接して両囲い鋼板２，２を互いに接着する。なお、符号ｙ、ｙは溶接部である。

囲い鋼板２，２を上記のように溶接して両者を接着すれば、それによって形成される四角柱は、鉄筋コンクリート柱１よりも太くなるので、囲い鋼板２，２と鉄筋コンクリート柱１との間に間隔ｈが形成される。
そして、上記間隔ｈにグラウト材４を充填し、囲い鋼板２，２を鉄筋コンクリート柱１に密着させ、当該鉄筋コンクリート柱１を補強するようにしている。

特許第３８６１０７９号公報

建築物に関する現在の耐震補強技術は、強度形と靭性形とに大別される。強度形とは、例えば建築物内に耐震壁を組み込むことによって実現されるものである。また、靭性形とは、主に鉄筋コンクリート柱によって実現されるものである。そして、耐震性能の判定基準は、強度と靭性とを表す指数を掛け合わせた数値で評価されており、強度と靭性とをバランスさせることが理想とされている。
しかし、既存の建築物において、上記耐震壁で強度形を実現しようとすれば、既存の建築物内に新たな壁面を構築しなければならなくなり、実質的に不可能に近い。となると、鉄筋コンクリート柱の強度を上げて、強度と靭性の両方を実現せざるを得なくなる。

しかし、上記従来の鉄筋コンクリート柱の補強構造では、既存の鉄筋コンクリート柱１の周囲を囲い鋼板２，２で囲うとともに、それらの突き合わせ部３ａ，３ｂを溶接しているので、その強度をある程度維持できるが、現場溶接の信頼性に劣るという問題があった。しかも、この従来の補強構造で、その強度を大きくしようとすれば、囲い鋼板２，２の厚さを厚くしなければならない。しかし、囲い鋼板２，２の厚さを厚くすればするほど、その分、コストアップになるとともに、厚くなった分だけ重量もかさみ、作業性が悪くなるという問題もあった。このような問題を抱えているので、鉄筋コンクリート柱の補強だけでは、上記した耐震壁の機能をまかなうだけの満足のいく強度が十分に得られないと言うのが現実であった。

なお、本出願人は、特許文献１に記載した鉄筋コンクリートの補強構造を既に提案している。この補強構造は、一部を重ね合わせて互いにスライド可能にした複数枚の囲い鋼板で、鉄筋コンクリート柱の周囲を囲い、これら囲い鋼板の周囲を、帯状連続繊維シートを巻き付けて結束するようにしたものである。このようにした鉄筋コンクリートの補強構造では、帯状連続繊維シートの弾性によって、囲い鋼板が外側に拡大できるので、補強後の柱には十分に満足のいく靭性が保たれる。しかし、上記したように補強壁の機能をまかなうだけの強度を維持することは難しいのが現状であった。

いずれにしても、従来の鉄筋コンクリートの補強構造では、強度と靭性との両方を同時に満足するものはなかった。
この発明の目的は、強度と靭性とを同時に満足させる鉄筋コンクリート柱の補強構造を提供することである。

第１の発明は、鉄筋コンクリート柱の周囲に、所定の間隔を保持して囲い鋼板を設けるとともに、鉄筋コンクリート柱と囲い鋼板との上記間隔内にグラウト材を注入してなる鉄筋コンクリート柱の補強構造において、上記間隔内に、柱の軸方向に平行もしくはほぼ平行にした複数の曲げ補強用軸方向筋を設けた点に特徴を有する。

第２の発明は、一部を重ね合わせて互いにスライド可能にした複数枚の囲い鋼板で、鉄筋コンクリート柱の周囲を囲うとともに、これら囲い鋼板に帯状連続繊維シートを巻きつけて結束した点に特徴を有する。

第３の発明は、断面四角形もしくはほぼ四角形の鉄筋コンクリート柱の周囲を囲い鋼板で囲うとともに、鉄筋コンクリート柱の四隅に対応もしくはほぼ対応する位置に、上記曲げ補強用軸方向筋を配置した点に特徴を有する。

第４の発明は、鉄筋コンクリート柱と囲い鋼板との間隔であって、大きな曲げ耐力を必要とする方向の間隔を広くし、この広くした間隔内に曲げ補強用軸方向筋を配置するとともに、互いに対向する上記広くした間隔に設けた曲げ補強用軸方向筋の対向間隔を広く保った点に特徴を有する。

第５の発明は、多階層構造の建築物において、上記囲い鋼板は各階ごとに独立して設ける一方、上記曲げ補強用軸方向筋は、階層を貫通して連続させた点に特徴を有する。

第１の発明によれば、鉄筋コンクリート柱と囲い鋼板との間に形成される間隔内に、柱の軸方向に平行もしくはほぼ平行にした複数の曲げ補強用軸方向筋を設けたので、当該柱の曲げ耐力とせん断耐力とが飛躍的に向上する。このように曲げ耐力とせん断耐力とが大きくなれば、その分、柱の強度も靭性も向上することになる。しかも、曲げ補強用軸方向筋によって、曲げ耐力とせん断耐力との両者が同時に補強されるので、囲い鋼板の厚さを薄くすることができる。囲い鋼板の厚さを薄くできれば、その分、コストが軽減されるとともに、作業性も飛躍的に向上することになる。

第２の発明によれば、一部を重ね合わせて互いにスライド可能にした複数枚の囲い鋼板で、鉄筋コンクリート柱の周囲を囲うとともに、これら囲い鋼板に帯状連続繊維シートを巻きつけて結束したので、帯状連続繊維シートの弾性によって、囲い鋼板が外側に拡大できることになり、その靭性がより大きくなる。したがって、上記曲げ補強用軸方向筋と相まって、強度と靭性との両方の特性を同時に発現させることができる。

第３の発明によれば、断面四角形もしくはほぼ四角形の鉄筋コンクリート柱の周囲を囲い鋼板で囲うとともに、鉄筋コンクリート柱の四隅に対応もしくはほぼ対応する位置に、上記曲げ補強用軸方向筋を配置したので、最小限の本数の曲げ補強用軸方向筋で、最大限の効果を発揮させることができる。曲げ補強軸方向筋の本数を最小限に保てるので、その分、コストを低減できるとともに、その作業性も向上することになる。

第４の発明によれば、大きな曲げ耐力を必要とする方向の間隔を広くし、この広くした間隔内に曲げ補強用軸方向筋を配置するとともに、互いに対向する上記広くした間隔に設けた曲げ補強用軸方向筋の対向間隔を広く保ったので、間隔を広く保った方向の曲げ耐力が飛躍的に向上する。
第５の発明によれば、曲げ補強用軸方向筋を各階層に貫通させたので、例えば、既存の鉄筋が欠損していても、その欠損した鉄筋の機能を補うことができる。

図示の実施形態における囲い鋼板６は、図１に示すように、その長手方向に直交する面での断面において、その一方の縁を直角に折り曲げてその全体をＬ字状にし、図２に示すように、その直角部を境にして一方を囲い片７とし、他方を調整片８としている。

そして、断面４角形の鉄筋コンクリート柱１の場合には、上記囲い鋼板６は、４枚一組にして使用するもので、図１に示すように、４枚の囲い鋼板６の直角部を、それぞれ鉄筋コンクリート柱１の４つの角に対応させて設置する。そして、図２に示すように、互いに隣接する一方の囲い鋼板６の囲い片７の外側に、他方の囲い鋼板６の調整片８が重ね合わされるようにする。このとき、囲い鋼板６と鉄筋コンクリート柱１との間には、ほぼ一定の間隔Ｈを設けておく。

上記のようにした囲い鋼板６の周囲に帯状連続繊維シート５を巻きつけることによって、鉄筋コンクリート柱１を囲った囲い鋼板６を結束する。この帯状連続繊維シート５は、それを囲い鋼板６の周囲に巻きつけたあと、その両端を接着するようにしている。
上記のようにして帯状連続繊維シート５で４枚の囲い鋼板６を結束したら、今度は、４枚の囲い鋼板６と鉄筋コンクリート柱１との間に形成した間隔Ｈにグラウト材４を充填して、囲い鋼板６を鉄筋コンクリート柱１に密着させて、それらを一体化する。

そして、上記Ｌ字状の囲い鋼板６は、４枚で囲った四角柱の内側の大きさを調整できる。すなわち、互いに隣接する囲い鋼板６の囲い片７と調整片８との重なり合う部分をスライドさせることによって、４枚で囲った四角柱の内側の大きさを調整できる。
例えば、図２に示したように、一方の囲い鋼板６の囲い片７を他方の囲い鋼板６の調整片８に対してスライドさせるスライド長Ｓを設ければ、このスライド長Ｓの分だけ、一辺を長くした四角柱を作ることができる。

上記のように４枚の囲い鋼板６で鉄筋コンクリート柱１を囲うとともに、鉄筋コンクリート柱１と囲い鋼板６との間に形成される間隔Ｈにグラウト材４を充填するが、このときには上記間隔Ｈには曲げ補強用軸方向筋９を鉄筋コンクリート柱１の軸方向に平行もしくはほぼ平行に配置しておく。そして、この実施形態では、上記曲げ補強用軸方向筋９を、鉄筋コンクリート柱１の四隅にほぼ対応させている。このように鉄筋コンクリート柱１の四隅に対応した位置に曲げ補強用軸方向筋９を配置すれば、曲げ補強用軸方向筋９は４本で足り、少ない本数で最大の効果を期待できることになる。そして、曲げ補強用軸方向筋９が少ないということは、材料のコスト削減につながるとともに、施工時の作業性も向上することになる。

上記のように間隔Ｈに複数の曲げ補強用軸方向筋９を配置することによって、当該鉄筋コンクリート柱１の曲げ耐力を飛躍的に向上させることができるようになる。しかも、鉄筋コンクリート柱１の外側に配置された囲い鋼板６やそれを結束する帯状連続繊維シート５が相まって、上記向上された曲げ耐力を上回るせん断耐力を確保することができる。
なお、上記曲げ補強用軸方向筋９を配置する場所や本数が特に限定されるわけではない。補強目的に応じて配置する場所や本数が決められること当然である。

例えば、図４に示すように、荷重が矢印方向に強く作用する建造物の場合には、その荷重方向において互いに対向する間隔Ｈを広く取るとともに、その広くした間隔Ｈの四隅に曲げ補強用軸方向筋９を配置する。このようにすれば、曲げ補強用軸方向筋９の対向間隔が大きくなるが、この対向間隔が大きくなればなるほど、曲げ耐力が大きくなる。このようにして、建造物の特性に応じて、曲げ補強用軸方向筋９の配置を任意に定めることができる。

また、多階層構造の建築物においては、図５に示すように、各階ごとに上記囲い鋼板６を独立して設ける一方、上記曲げ補強用軸方向筋９は、各階層の床スラブ１０を貫通させるとともに、上記曲げ補強用軸方向筋９の下端は、当該建造物の基礎１１に、公知の止め具１２を用いて固定する。さらに、曲げ補強用軸方向筋９の上端は、天井側スラブ１３を貫通させて、すでに公知の止め具１４を用いて固定する。
なお、上記の場合に、曲げ補強用軸方向筋９はかなり長い物を必要とするが、その場合には、所定長さの曲げ補強用軸方向筋９を継ぎ足して利用することになる。
また、基礎１１であって曲げ補強用軸方向筋９を固定するための穴１５は、その開口部分を深部よりもその穴径を大きくしている。このように開口部分の穴径を大きくすることによって、そこに充填されるモルタルが多くなり、その分、開口部分のモルタルが割れにくくなり、曲げ補強用軸方向筋の引き抜き抵抗力を高めることができる。

上記のように床スラブ１０を貫通して曲げ補強用軸方向筋９を配置すると、この曲げ補強用軸方向筋９が、鉄筋コンクリート柱１に埋設された鉄筋の機能を発揮するので、例えば、既存の鉄筋が欠損していても、その欠損した鉄筋の機能を補うことができる。

次に、上記実施形態の構造による実験結果を説明する。
囲い鋼板（ｔ＝３．２ｍｍ）とアラミド繊維から成る帯状連続繊維シート（４０ｔｆ／ｍ巾）の一体化された複合体により、既存の鉄筋コンクリート柱の外周に、５０ｍｍ程度の間隔を確保して囲い、その間隔に曲げ補強用軸方向筋（４−Ｄ１６）を配置した。
この結果、曲げ補強用軸方向筋を配置せずに、鉄筋コンクリート柱に水平力を作用させたとき、その耐力が１５０ｋＮであった。これに対して、上記の曲げ補強用軸方向筋を配置した鉄筋コンクリート柱に水平力を作用させたとき、その耐力が２５０ｋＮであった。

斜視図である。 囲い鋼板の接続部の拡大図である。 断面図である。 対向間隔Ｌを大きくした例の断面図である。 多階層構造の建造物における断面図である。 従来構造の斜視図である。

符号の説明

１ 鉄筋コンクリート柱
４ グラウト材
５ 帯状連続繊維シート
６ 囲い鋼板
Ｈ 間隔
９ 曲げ補強用軸方向筋

Claims (5)

1. 鉄筋コンクリート柱の周囲に、所定の間隔を保持して囲い鋼板を設けるとともに、鉄筋コンクリート柱と囲い鋼板との上記間隔内にグラウト材を注入してなる鉄筋コンクリート柱の補強構造において、上記間隔内に、柱の軸方向に平行もしくはほぼ平行にした複数の曲げ補強用軸方向筋を設けてなる鉄筋コンクリート柱の補強構造。
2. 一部を重ね合わせて互いにスライド可能にした複数枚の囲い鋼板で、鉄筋コンクリート柱の周囲を囲うとともに、これら囲い鋼板に帯状連続繊維シートを巻きつけて結束してなる請求項１に記載した鉄筋コンクリート柱の補強構造。
3. 断面四角形もしくはほぼ四角形の鉄筋コンクリート柱の周囲を囲い鋼板で囲うとともに、鉄筋コンクリート柱の四隅に対応もしくはほぼ対応する位置に、上記曲げ補強用軸方向筋を配置した請求項１または２のいずれか一に記載した鉄筋コンクリート柱の補強構造。
4. 鉄筋コンクリート柱と囲い鋼板との間隔は、大きな曲げ耐力を必要とする方向の間隔を広くし、この広くした間隔内に曲げ補強用軸方向筋を配置するとともに、互いに対向する上記広くした間隔に設けた曲げ補強用軸方向筋の対向間隔を広く保った請求項１〜３のいずれか一に記載した鉄筋コンクリート柱の補強構造。
5. 多階層構造の建築物において、上記囲い鋼板は各階ごとに独立して設ける一方、上記曲げ補強用軸方向筋は、階層を貫通して連続させてなる請求項１〜４のいずれか一に記載した鉄筋コンクリートの補強構造。

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