JP2009114646A - 補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性および耐力等の力学的にすぐれた補強構造であって、より意匠的な設計の自由度にすぐれた補強構造を提案する。
【解決手段】柱梁架構１と、この柱梁架構１の構面に沿って配置される補強体２とからなり、補強体２が、柱梁架構１に沿って形成された鋼製枠２０と、鋼製枠２０の内面において互いの周壁同士が接触した状態で配置される複数の円筒状部材２１とにより形成されている。また、柱梁架構１に配設された複数の円筒状部材２１，２１，…のうち、少なくとも一部の円筒状部材２１，２１，…の開口が板状部材２２，２２，…により遮蔽されていてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、構造物の剛性および耐力を増加させるために構築される補強構造に関する。

例えば、耐震性が不十分であると判断された構造物に対する一般的な補強構造としては、柱と梁から形成される既設梁柱架構の構面に沿って、図５（ａ）に示すような現場打ち鉄筋コンクリート耐震壁１１０（例えば特許文献１参照）や、図５（ｂ）に示すような鉄骨ブレース２１０（例えば特許文献２参照）等を配置することにより、耐震補強を行っていた。

ところが、図５（ａ）に示すように、鉄筋コンクリート耐震壁１１０は、柱梁架構１０１の内側空間を壁体により塞いでしまうため、彩光やダクトを含めた必要な配管等を行うためには、鉄筋コンクリート耐震壁１１０の構築時に開口部１１１を設けておく必要があった。このような開口部１１１の形成は、開口部１１１の補強を行うための配筋を行う必要があることや、型枠を構成する必要がある等、施工に手間を要していた。また、鉄筋コンクリート耐震壁１１０は、構築後に新たに開口部１１１を設けたり、開口部１１１の位置をずらすなどのデザイン、通風、採光を変更することが困難であった。なお、図５（ａ）において、符号１０２は柱部材、１０３は梁部材である。

また、図５（ｂ）に示すように、鉄骨ブレース２１０による耐震補強は、採光や配管等は可能であるものの、鉄骨の配置により意匠的な設計の自由度が制限されるという問題点を有していた。なお、図５（ｂ）において、符号２０１は柱梁架構、２０２は柱部材、２０３は梁部材である。

そのため、本出願人は、美観性および採光性の向上を図ることを目的として、図５（ｃ）に示すように、複数の開口部３１２，３１２，…を有して形成され、柱梁架構３０１の内側空間に固定された格子状部材３１１と、この複数の開口部３１２，３１２，…のうち、所定の開口部３１２を閉塞するように配置される板状部材３１３と、からなる補強壁３１０を開示し、実用化に至っている（特許文献３参照）。なお、図５（ｃ）において、符号３０２は柱部材、３０３は梁部材である。

また、特許文献４には、耐震壁としての耐震強度を確保しつつ合理的に採光や通風を確保することを目的として、柱梁架構の開口部分に、八角形状の環状枠体とこの環状枠体内に複数の孔部を形成する格子体から構成され、環状枠体の斜辺同士が向かい合う配列で縦横方向に配設されるとともに接合されるコンクリート製の八角形ブロックと、八角形ブロックの環状枠体の斜辺と柱梁架構との間の隙間にこれを封止するように配設されたコンクリート製の封止ブロックとからなる耐震壁が開示されている。

特開２００２−２８５７０８号公報 特開２００３−１３６１０号公報 特開２００７−１６５４７号公報 特開２００７−１９７９３７号公報

ところが、格子状部材により構成された前記従来の補強壁３１０は、柱梁架構３０１と同形状の格子状部材３１１を配置するため、板状部材３１３の配置を変更することが可能ではあるものの、格子状に形成された格子状部材３１１の形状は固定されており、意匠的な設計の自由度を図るには限界があった。

また、八角形ブロックと封止ブロックとを組み合わせて構成された前記従来の耐震壁は、予め統一された形状の八角形ブロックを組み合わせて構成するため、耐震壁としての形状は固定されており、意匠的な設計の自由度に制限があった。

本発明は、前記の問題点を解決するものであり、剛性および耐力等の力学的にすぐれた補強構造であって、より意匠的な設計の自由度にすぐれた補強構造を提案することを課題とする。

前記の課題を解決するために、本発明の補強構造は、柱梁架構と、前記柱梁架構の構面に沿って配置される補強体とからなり、前記補強体が、前記柱梁架構に沿って形成された枠部材と、前記枠部材の内面において互いの周壁同士が接触した状態で配置される複数の円筒状部材と、により形成されていることを特徴としている。

かかる補強構造は、柱梁架構の構内面に形成される補強体が、複数の円筒状部材同士を互いに接触した状態で配置することで構成するため、美観性に優れた自由な設計を行うことができる。

また、柱梁架構に作用する外力は、円筒状部材を組み合わせることにより形成された補強体により適切に分散されるため、柱梁架構の耐力や剛性が増加する。
また、補強体は、枠部材を介して柱梁架構との一体化が図られているため、柱梁架構の耐力や剛性の増加がより効果的に行われている。

また、円筒状部材により開口部が形成されるため、採光および通風の機能を確保するとともに、配管等も自由に行うことが可能である。
なお、例えば、各円筒状部材の形状を人力による取扱が可能な程度の重量（例えば、３０ｋｇ以下）となるように構成すれば、機械等を要することなく、構築することが可能なため、例えば、既存の建物等、作業スペースの確保が困難な箇所への構造壁の構築も可能となり、好適である。また、部材の搬入ルートが限定されることもない。

また、前記補強構造において、前記複数の円筒状部材のうち、少なくとも一部の円筒状部材の開口に増強部材が配設されていてもよい。

かかる補強構造によれば、円筒状部材により形成された補強体の複数の開口のうち、所定の開口に増強部材が配設されているため、より耐力や剛性等の力学的に優れた補強構造が構築される。
ここで、増強部材とは、補強体の所定の開口に適切に配置されることにより当該構造壁が配置される構造物の剛性と耐力を高めることを可能とする部材をいい、開口を遮蔽するように形成された板状の部材やスポーク状の部材など、その形状は適宜設定することが可能である。

また、前記補強構造において、前記増強部材が配設された円筒状部材は、エネルギー伝達を考慮して柱梁架構に作用する外力に応じて配置するものとし、例えば、斜め方向に連続して配置してもよいし、上下方向に連続して配置してもよい。

また、各円筒状部材の取り付けを、着脱可能に行えば、デザイン性や通風および採光の変更に対応することが可能となるため、好適である。

本発明によれば、剛性および耐力等の力学的にすぐれた補強構造であって、より意匠的な設計の自由度にすぐれた補強構造を提供することが可能となる。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。

本実施形態に係る補強構造Ａは、図１に示すように、柱梁架構１と、この柱梁架構１の構面に沿って配置される補強体２とにより構成されている。

柱梁架構１は、左右に立設された鉄筋コンクリート製の柱部材１０，１０と、これらの柱部材１０，１０に横設されている上下の鉄筋コンクリート製の梁部材１１，１１と、により形成されている。
なお、本実施形態では、柱梁架構１が鉄筋コンクリートにより構築されている場合について説明するが、本発明の補強構造Ａが適用可能な柱梁架構１は鉄筋コンクリートに限定されるものではない。

補強体２は、柱梁架構１に沿って形成された鋼製枠（枠部材）２０と、複数の円筒状部材２１，２１，…とにより構成されている。

鋼製枠２０は、溝型鋼、Ｈ形鋼、Ｌ形鋼等の型鋼材を組み合わせることにより、柱梁架構１の形状にあわせて矩形状に形成されている。また、鋼製枠２０は、アンカーやグラウト材等を介して、柱梁架構１と一体化がなされている。
なお、鋼製枠２０の柱梁架構１への固定方法は限定されるものではなく、適宜公知の手段から選定して行えばよい。また、本実施形態では、鋼製枠２０を長方形に形成するものとしたが、構成枠２０の形状は限定されるものではなく、柱梁架構１の形状等に応じて適宜設定することが可能である。

円筒状部材２１は、図１に示すように、鋼製枠２０の枠内において、隣接する他の円筒状部材２１と、互いの周壁同士が線接触した状態で配設されている。
円筒状部材２１は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、断面円形の鋼管により構成されている。

なお、本実施形態では、図１に示すように、異なる直径を有する円筒状部材２１を任意に配設することにより、補強体２（壁体）を構成している。

円筒状部材２１同士は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、連結ボルト２３を介して互いに連結されていることで、着脱自在に配置されている。また、鋼製枠２０と接する端部の円筒状部材２１も連結ボルト２３を介して鋼製枠２０に着脱自在に連結されている。

図１に示すように、補強体２を構成する複数の円筒状部材２１，２１，…のうち、一部の円筒状部材２１，２１，…については、開口が板状部材（増強部材）２２により遮蔽されている。

板状部材２２は、円筒状部材２１の開口に応じて形成された円形の鋼板であって、図２（ｂ）に示すように、円筒状部材２１の奥行き方向（補強体２の厚さ方向）に対して中間部において溶接により固定されている。なお、板状部材２２は、円筒状部材２１の奥行き方向端部に固定されていてもよい。

板状部材２２が開口に配設される円筒状部材２１ａと板状部材２２が配設されていない円筒状部材２１ｂの配置は、エネルギー伝達と補強体２のデザイン性を考慮して決定される。
本実施形態では、板状部材２２を有する円筒状部材２１ａを斜めに連続して配設し、残りの空間に円筒状部材２１ｂを配設するものとする。なお、本実施形態では、円筒状部材２１ａは、柱梁架構１の面内において、Ｘ字が二つ並設された状態となるように配置されている。

また、板状部材２２が配設された円筒状部材２１ａは、少なくとも３点において、他の円筒状部材２１または鋼製枠２０に接していることで、作用応力を分散するように構成されている。

なお、本実施形態では、円筒状部材２１同士の連結および円筒状部材２１と鋼製枠２０との連結について連結ボルト２３により行うものとしたが、例えば、溶接により連結していてもよく、その固定方法は限定されるものではない。また、円筒状部材２１は、他の円筒状部材２１または鋼製枠２０と接した状態で配設されていることで力の伝達が可能で、かつ、抜け出すおそれがない場合は、必ずしも連結ボルト２３や溶接等により固定されている必要はない。
また、本実施形態では、板状部材２２を円筒状部材２１の開口に溶接により一体に固定するものとしたが、ボルト等を介して板状部材２２を着脱可能に固定してもよい。

補強構造Ａの構築は、柱梁架構１の形状に沿って、形鋼を組み合わせることにより鋼製枠２０を形成した後、円筒状部材２１を積み上げることにより行う。円筒状部材２１は、まず、板状部材２２を有する円筒状部材２１ａの位置決めを行い、それにより形成された隙間に他の円筒状部材２１を配置することにより行う。ここで、補強構造Ａの構築方法は限定されるものではなく、適宜行えばよい。例えば、鋼製枠２０の形成は、予め矩形状に形成されたものを搬入して、柱梁架構１に配設してもいいし、現地にて鋼材を組み立てることにより構成してもよい。また、補強体２として、予め工場などにおいて鋼製枠２０と複数の円筒状部材２１，２１，…とが一体に形成されたものを使用してもよい。

また、本実施形態では、板状部材２２が配設された円筒状部材２１ａが少なくとも３点において他の円筒状部材２１や鋼製枠２０に接しているものとしたが、板状部材２２が開口に配設されていなくても、エネルギーを伝達する補強体２の構成要素として使用される円筒状部材２１であれば、少なくとも３点において他の部材に接している必要がある。また、板状部材２２が開口に配設された円筒状部材２１ａであっても、構成要素としても機能が期待されていない場合は、必ずしも３点以上で他の部材に接している必要はない。

以上、本実施形態かかる補強構造によれば、柱梁架構１の構面に沿って、複数の円筒状部材２１，２１，…が３点以上接した状態で配設されていることにより、地震時や強風時等に構造物に大きな応力が作用した際に、柱梁架構１の構面内において、円筒状部材２１，２１，…を介して、応力が分散されるため、十分な耐力や剛性を有する構造物を構築することが可能となる。

また、板状部材２２が、斜めに連続して配設されているため、従来のブレースにより構成された補強壁と同等の増強効果を得ることが可能でなり、優れた補強効果を得られる。
複数の円筒状部材２１，２１，…を組み合わせることにより、柱梁架構１の面内全体に配設されているため、応力の伝達性に優れている。

また、各円筒状部材２１を、人力による取り扱いが可能な重量（例えば３０ｋｇ以下）および形状となるように形成することで、既存の建物等、搬入ルートとして限られた空間しか確保することができないような場合でも、人力により部材を搬入することができるため、設置箇所に限定されることなく、あらゆる構造物の耐力や剛性の増強を図ることができる。さらに、従来のブレース等からなる構造壁の構築に必要としていた、各種建設機械や設備を省略することができるため、費用も大幅に削減することが可能となる。また、補強体２の構築時に騒音や粉塵等が生じるのを最小限に抑えることが可能なため、供用中の構造物内であっても、施工を行うことを可能としている。

また、円筒状部材２１の配置により、採光や通風、または、美観性のデザインを自由に設計することができるため、好適である。
各円筒状部材２１は、着脱自在に配設されているため、補強体２の構築後も、自由に変更することが可能である。

また、補強体２の施工後に、連結ボルト２３を取り外すことで、円筒状部材２１の開口面内に突出部をなくし、より美観性に優れた構成としてもよい。この場合において、各円筒状部材２１は、他の円筒状部材２１または鋼製枠２０と少なくとも３点において接している必要がある。
また、筒状部材２１と柱梁架構１との接合を鋼製枠２０を介して行うことで、柱梁架構１と補強体２との一体化を図るとともに、力の伝達性能に優れた補強構造を構成する。

以上、本発明について、好適な実施形態の一例を説明した。しかし、本発明は、前記実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、複数の円筒状部材のうちの一部について、開口が板状部材により遮蔽されている場合について説明したが、全ての円筒状部材の開口が板状部材より遮蔽されていてもよい。また、円筒状部材が十分な強度を有している場合は、板状部材が配設されていなくてもよい。

また、前記実施形態では、異なる形状の円筒状部材２１，２１，…を積み上げることで補強体２を構成するものとしたが、図３（ａ）に示すように、同形状の円筒状部材２１を利用して補強体２ａを構築するものとしてもよい。
また、板状部材２２を有する円筒状部材２１ａの配置は、前記実施形態に示す配置に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。例えば、図３（ａ）に示す補強体２ａのようにＷ字状に配置してもいいし、Ｖ字状や、Ｘ字状等、エネルギーの伝達性を考慮して適宜設定する。

また、板状部材２２により開口が遮蔽された円筒状部材２１ａの配置は、図３（ｂ）に示す補強体２ｂのように、上下方向に連続して配置してもよい。これにより、柱１０と柱１０との間に、間柱を配置するのと同等の効果を得ることが可能となる。
なお、縦に連続する円筒状部材２１ａの列数は、限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

また、図４（ａ）に示す補強体２ｃように、同一形状の円筒状部材２１を配置した後、円筒状部材２１と構成枠２０との間に隙間が形成される場合には、サイズダウンした円筒状部材２１’をこの隙間に配置することで、補強体２ｃを形成してもよい。

また、前記実施形態では、板状部材２２を有する円筒状部材２１ａが、斜めに連続するように配置する場合について説明したが、円筒状部材２１の配置はこれに限定されるものではない。例えば、図４（ｂ）に示す補強体２ｄのように、板状部材２２を有する円筒状部材２１ａと板状部材を有していない円筒状部材２１ｂとの配置を任意に設定してもよい。

また、デザイン性を確保する観点からすれば、天井裏や床下に配管スペースなどを確保する場合には、天井板や床板との位置関係を考慮した上で、円筒状部材２１の配置を行えばよい。
また、前記実施形態では、枠部材として鋼製枠を使用するものとしたが、枠部材を構成する材料は限定されるものではなく、適宜材料を選定して構成すればよい。

また、板状部材を構成する材料は、鋼板に限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、板状部材の厚みも、作用応力に応じて適宜変更することが可能である。
また、前記実施形態では、増強部材として円筒状部材の開口を遮蔽するように板状部材を配置するものとしたが、円筒状部材の耐力や剛性を増加させることが可能であれば補強部材の構成は限定されるものではなく、例えばスポーク状の部材であってもよい。

本発明の好適な実施の形態に係る補強構造を示す正面図である。 図１に示す補強構造の円筒状部材を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のａ−ａ断面図である。 （ａ）および（ｂ）は図１に示す補強構造の変形例を示す正面図である。 （ａ）および（ｂ）は図１に示す補強構造の他の変形例を示す正面図である。 （ａ）〜（ｃ）は従来の補強構造を示す正面図である。

符号の説明

１ 柱梁架構
１０ 柱部材
１１ 梁部材
２ 補強体
２０ 鋼製枠（枠部材）
２１ 円筒状部材
２２ 板状部材（増強部材）
Ａ 補強構造

Claims (4)

1. 柱梁架構と、前記柱梁架構の構面に沿って配置される補強体と、からなる補強構造であって、
   前記補強体が、前記柱梁架構に沿って形成された枠部材と、前記枠部材の内面において互いの周壁同士が接触した状態で配置される複数の円筒状部材と、により形成されていることを特徴とする、補強構造。
2. 前記複数の円筒状部材のうち、少なくとも一部の円筒状部材の開口に増強部材が配設されていることを特徴とする、請求項１に記載の補強構造。
3. 前記増強部材が配設された円筒状部材が、斜め方向に連続して配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の補強構造。
4. 前記増強部材が配設された円筒状部材が、上下方向に連続して配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の補強構造。

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