JP2009203706A

JP2009203706A - 木造構造物の補強構造

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Publication number: JP2009203706A
Application number: JP2008047149A
Authority: JP
Inventors: Tadao Yamamoto; 忠男山本; Kenji Saigo; 憲司西郷; Yasuaki Watanabe; 康明渡辺; Etsuo Kajita; 悦男梶田; Takaaki Okubo; 孝昭大久保
Original assignee: Hiroshima University NUC; Asahi Kasei Chemicals Corp
Current assignee: Hiroshima University NUC; Asahi Kasei Chemicals Corp
Priority date: 2008-02-28
Filing date: 2008-02-28
Publication date: 2009-09-10
Anticipated expiration: 2028-02-28
Also published as: JP5285928B2

Abstract

【課題】本発明は、固定用部材の基材からの引き抜けまたは固定部材のせん断強度不足による破損ならびに倒壊を防止するため、木造構造物の各構造部材に光硬化型繊維強化プリプレグシートを接着し、且つ該各構造部材間に非接着部を有することにより、面的剛性効果の増大及び前記木造構造物の接合部（該各構造物）の変形性能が増加し、建築基準法で定められた終局変形角（層間変形角）1/30ラジアンを達成させ、更には簡便な施工方法と施工者による施工品質のバラツキを防止する木造構造物の補強構造を提供することを課題とする。
【解決手段】補強部材を用いて木造構造物を補強する構造において、光硬化型繊維強化プリプレグシート３を用い、各構造部材に跨って該光硬化型繊維強化プリプレグシート３を接着し、且つ該各構造部材の間に非接着部２ａ，２ｂを有することにより接合部を補強することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、補強部材としての光硬化型繊維強化プリプレグシートを用いて木造構造物を補強する補強構造に関する。

阪神淡路大震災、中越地震等の大規模な地震による木造構造物の倒壊が近年大きな社会問題となり、木造構造物の耐震性向上、改善が社会的要求として高まっている。大規模地震発生時における木造構造物の倒壊の特徴は、構造物を構成する柱、梁、筋交いの接合部の破損、基礎と土台の引き抜けによる倒壊が主体をなす。

このような社会的問題に対して、種々の補強部材を用いる補強工法が紹介、提案されており、耐震性能の向上、改善が確認されている。

具体的には接合部に金物を固定用部材である釘、ボルト等で固定し、接合部を補強する工法がある。一般的に金物は、釘或いはボルトで固定されるが、大規模地震に過大な変形が生じた場合、基材からの固定部材の引き抜け或いは固定部材のせん断強度不足による破断が生じることにより、接合部が損傷し、倒壊に至る可能性がある。

また、アラミド繊維等の連続繊維をエポキシ樹脂で接合部に接着し、構造部材の引き抜けを防止する工法がある（例えば、特許文献１）。このような技術によれば構造部材への面接着となることから、金物使用時の問題は解消されるが、現場で連続繊維に含浸する工程が発生するため、施工品質を確保するためには熟練者による施工が必須となる。また、施工方法の制約から、一般的に接合部を構成する構造部材表面に連続繊維を接着させ、接合部の耐震性能を向上せしめるが、金物のように構造部材及び空間部からなる接合部全体（剛域）の補強が困難で、地震時における接合部の回転モーメントに対する十分な抵抗力を得られない欠点がある。

特開２００１−２７９８１４号公報

本発明は、このような現状に鑑み実施されたものであり、固定用部材の基材からの引き抜けまたは固定部材のせん断強度不足による破損ならびに倒壊を防止するため、木造構造物の各構造部材に光硬化型繊維強化プリプレグシートを接着し、且つ該各構造部材間に非接着部を有することにより、面的剛性効果の増大及び前記木造構造物の接合部（該各構造物）の変形性能が増加し、建築基準法で定められた終局変形角（層間変形角）1/30ラジアンを達成させ、さらには簡便な施工方法と施工者による施工品質のバラツキを防止する木造構造物の補強構造を提供することを課題とする。

具体的には、構造部材としての柱、梁、筋交い等の接合部ならびに各構造部材単体に光硬化型繊維強化プリプレグシートを接着或いは巻き付け、さらには各構造部材の間に少なくとも一つの非接着部を有することにより、木造構造物の強度を向上せしめる木造構造物の補強構造を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明に係る木造構造物の補強構造の第１の構成は、光硬化型繊維強化プリプレグシートを用いて木造構造物の構造部材の接合部を補強する構造において、該光硬化型繊維強化プリプレグシートが各構造部材に跨って接着され、かつ各構造部材の間に少なくとも一つの非接着部を有することを特徴とする。

また、本発明に係る木造構造物の補強構造の第２の構成は、前記第１の構成において、前記光硬化型繊維強化プリプレグシートの前記木造構造物の構造部材との接着部において、該光硬化型繊維強化プリプレグシートが構造部材に沿って折り曲げられ、構造部材の二面以上に接着されていることを特徴とする。

本発明に係る木造構造物の補強構造の第１、第２の構成によれば、補強部材を用いて木造構造物の構造部材である柱、梁、筋交い等の接合部の補強部材として、光硬化型繊維強化プリプレグシートを各構造部材に接着し、且つ該各構造物間に少なくとも一つの非接着部を有することにより接合部の面的剛性力ならびに変性性能を増大せしめ、前記木造構造物の耐震性を向上することが出来る。

図により本発明に係る木造構造物の補強構造の一実施形態を具体的に説明する。図１〜図３は木造構造物の各構造部材の接合部を光硬化型繊維強化プリプレグシートで補強した様子を示す斜視説明図であり、図２は各種構造部材に光硬化型繊維強化プリプレグシートを巻き付けて補強した様子を示す斜視説明図である。図４は各種の光硬化型繊維強化プリプレグシートの形状の一例を示す図である。

図１〜図３において、４は土台、５は柱、６は筋交い、であり、図１では、構造部材である土台４と柱５との接合部に、図４に示す光硬化型繊維強化プリプレグシート３を跨って接着し、木造構造物の各構造部材相互の接合部を構成する各構造部材の間に非接着部２ａ，２ｂを設けたものであり、各構造物に跨って該光硬化型繊維強化プリプレグシート３を接着し、該光硬化型繊維強化プリプレグシート３を光硬化させることにより補強した一例を示す。尚、図中、１は接着部である。本発明は、木造構造物の各構造部材から構成される接合部の全てにおいて適用可能である。

補強部材としての光硬化型繊維強化プリプレグシート３は、柔軟性に富み、各種構造部材の形状、位置に関係なく接着が可能で、且つ接着作業も簡便で、また該光硬化型繊維強化プリプレグシート３は工業製品であり、施工者による施工バラツキが抑制され、硬化後は、均一かつ高い機械的強度を発現するため、安定した接合部の耐震性向上が期待できる。

また、光硬化型繊維強化プリプレグシート３自体が粘着性を有し、各構造部材と良好な付着性能を有するが、さらなる各構造部材との接着性向上及び光硬化型繊維強化プリプレグシート３の接着時、該光硬化型繊維強化プリプレグシート３と各構造部材間に介在する気泡の脱泡作業を容易にするため、プライマー或いは接着剤を用いても良い。

本発明は、木造構造物の各構造部材間の引張抵抗及びせん断抵抗を光硬化型繊維強化プリプレグシート３の接着部１で強化するとともに、非接着部２ａ，２ｂの存在により、回転モーメントに対する抵抗力を大幅に強化すること、即ち、剛性補強が向上し、さらには非接着部２ａ，２ｂにより接合部の変形性能が向上することにより木造構造物の接合部の耐震補強が可能である。従来の連続繊維の含浸工法で、このような補強をすることは施工上困難であり、光硬化型繊維強化プリプレグシート３を用いることによって可能となったものである。

図２は木造構造物の各種構造部材に、図４（ｂ）に示す光硬化型繊維強化プリプレグシート３を該各構造部材に沿って接着又は巻き付けた後、接着させ、該光硬化型繊維強化プリプレグシート３を光硬化させて各種構造部材を補強した一例を示すものである。図２では、予め図４（ｂ）に示された形状で作成された光硬化型繊維強化プリプレグシート３を柱５に沿って折り曲げて該柱５の三面と、土台４とに接着したものである。

前述の通り、光硬化型繊維強化プリプレグシート３は柔軟性ならびに施工現場での切断加工性に富み、形状に関係無く、各種構造部材に接着或いは巻き付けた後、接着させることが可能であり、強度を向上せしめることが非常に容易に出来るものである。

図３は図１の補強構造に更に筋交い６を接合したものである。土台４と柱５との間に筋交い６を面一に配置し、筋交い６と土台４とに跨って接着される方形状の光硬化型繊維強化プリプレグシート３と、土台４と柱５とに跨って接着される図４（ａ）に示す光硬化型繊維強化プリプレグシート３とは一部が積層して接着される。

ここで、本発明に用いる補強部材として用いる光硬化型繊維強化プリプレグシート３について説明する。光硬化型繊維強化プリプレグシート３は、光硬化性樹脂組成物、光硬化性樹脂を増粘されるための増粘剤、ガラス繊維等の強化繊維からなる。

光硬化性樹脂組成物は、紫外線、可視光線、近赤外線の波長領域に感応し、重合反応が生じる組成物として定義され、具体的には、主剤である不飽和結合を有する樹脂組成物に光重合開始剤を添加したものである。光硬化性樹脂組成物の主剤としては、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂、アリルエステル樹脂、キシレン樹脂等がある。これらの樹脂を単独或いは二種以上を適宜混合して用いても良い。

主剤樹脂は、強化繊維等の含浸性を考慮し、液状重合性単量体を混合して使用され、液状重合性単量体は、主剤樹脂との溶解性ならびに重合性を有するものであれば、特に制限されず、例えばアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、芳香族ビニル化合物等が好ましく用いられ、住民および／または施工者に対する臭気対策を講じる場合は、メチル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート等のアクリル化合物系の液状重合性単量体が好ましく用いられる。液状重合性単量体の配合割合は、主剤樹脂１００重量部に対して、１０重量部〜１００重量部であることが好ましく、より好ましくは２０重量部〜６０重量部である。

光重合開始剤は、紫外線から近赤外線迄の波長領域に感光性を有する公知の光重合開始剤を単独或いは併用して用いることができる。光硬化型繊維強化プリプレグシート３の硬化速度の観点から、紫外線領域に感光性を有する光重合開始剤が好ましく用いられる。例えば、光重合開始剤の配合割合は、主剤樹脂１００重量部に対して、０．０５重量部〜１５重量部であることが好ましく、より好ましくは０．１重量部〜１０重量部である。

上記光硬化性樹脂組成物には、公知の添加剤を添加しても良く、具体的には、カテコール、ハイドロキノン等の重合禁止剤、水酸化アルミニウム、燐系化合物等の難燃剤、ガラス粒子等の充填材、ポリエチレン等の硬化収縮剤等を光硬化性が著しく阻害されない範囲で、一種若しくは二種以上を併用して添加しても良い。

上記増粘剤は、特に限定されず、酸化マグネシウム等の金属酸化物、水酸化マグネシウム等の金属水酸化物、イソシアネート化合物、或いは熱可塑性樹脂粉末を用いることができる。光硬化型繊維強化プリプレグシート３の品質安定性の観点から、熱可塑性樹脂粉末を用いることが好ましい。熱可塑性樹脂粉末は、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、芳香族ビニル化合物等の重合性単量体から選ばれた少なくとも一種の単量体を５０％以上含有する単量体組成物を重合反応することにより得られる。

上記強化繊維は、特に限定されず、ガラス繊維、金属繊維等の無機繊維、アラミド、ビニロン、ナイロン繊維等の有機繊維を用いることができる。また、形態も特に限定されず、チョップドストランドマット、クロス、ロービング状の繊維を用いることができる。強化繊維は、一種を単独で用いても良く、二種以上を併用しても良い。

接合部を強固に固定し、より高い剛性力が要求される場合は、ガラス繊維等の無機繊維が好適に用いられ、その際の強化繊維の量としては、４５０ｇ／ｍ^２〜１３５０ｇ／ｍ^２が好適で、より好ましくは６００ｇ／ｍ^２が好ましい。

接合部を構成する各構造部材の変形に対する追随性が要求される場合は、ビニロン繊維等の伸び性能を有する有機繊維が好適に用いられ、その際の強化繊維の量としては、４２０ｇ／ｍ^２〜１３６０ｇ／ｍ^２が好適で、より好ましくは８４０ｇ／ｍ^２が好ましい。

光硬化型繊維強化プリプレグシート３は、運搬、現場での取扱性の観点から、樹脂製フィルム材をシート片面もしくは両面に積層しても良い。樹脂製フィルム材を積層することにより、光硬化型繊維強化プリプレグシート３表面の硬化性向上、光硬化型繊維強化プリプレグシート３の長期品質安定性ならびに臭気抑制を図ることができる。樹脂製フィルム材の材質は、特に限定されず、ポリエチレン、ポリエステル等の樹脂材料に成形された汎用のフィルム材が用いられ、その中でもポリエチレンテレフタレート製で、厚み２０μｍ〜６０μｍのフィルムが好ましく用いられる。より好ましくは、基材への接着面側の保護フィルムには、シリコン樹脂等で離型処理され、光硬化型繊維強化プリプレグシート３表面側の保護フィルムには光重合開始剤の波長領域に遮光性を有するコーティング処理が施されたものである。

光硬化型繊維強化プリプレグシート３の接着方法は、極めて簡便で、補強箇所に光硬化型繊維強化プリプレグシート３を接着或いは巻き付けた後、太陽光或いは光重合開始剤と同波長領域を有する照射装置により硬化させる。照射時間は、１分〜３０分が好ましく、照射装置の出力、光重合開始剤量により、硬化時間が制御可能で、短時間の内に接合部の耐震性が著しく向上する。

各構造部材中に非接着部を設ける場合、非接着部箇所にポリプロピレン等のテープを貼り付け、各構造部材との接着を阻害する方法、光硬化型繊維強化プリプレグシート３の各構造部材との接着側のフィルム材を残したまま各構造部材に接着する方法、シリコン樹脂等の接着を阻害するようなプライマー、パテを光硬化型繊維強化プリプレグシート３の接着前に塗布する方法等があり、いずれの方法でも簡単に非接着部２ａ，２ｂを設けることが可能である。

光硬化型繊維強化プリプレグシート３を接着或いは巻き付ける前に、各種構造部材の欠損部修復作業用としての修復材、接着強度向上或いは各種構造部材と光硬化型繊維強化プリプレグシート３間に介在する気泡の除去作業効率化のためのプライマー、接着剤処理等を行っても良い。また、ピーリング現象防止等、釘、ボルト等を併用して接着しても良い。

光硬化型繊維強化プリプレグシート３の接着後、紫外線による劣化防止或いは美観（景観）対策として、シート表面に塗装しても良い。

そして、上記の木造構造物の補強構造を用いて補強部材となる光硬化型繊維強化プリプレグシート３により補強した木造構造物の補強構造を構築することが出来る。

本発明は、木造構造物の各構造部材の接合部の耐震性能および各構造部材の強度向上、に好適である。

木造構造物の各構造部材間に非接着部を設けて光硬化型繊維強化プリプレグシートを接着して補強した様子を示す斜視説明図である。光硬化型繊維強化プリプレグシートを構造部材に沿って折り曲げ、該構造部材の二面以上に接着した様子を示す斜視説明図である。筋交いを含めて光硬化型繊維強化プリプレグシートを接着して補強した様子を示す斜視説明図である。各種の光硬化型繊維強化プリプレグシートの形状の一例を示す図である。

符号の説明

１…接着部
２ａ，２ｂ…非接着部
３…光硬化型繊維強化プリプレグシート
４…土台
５…柱
６…筋交い

Claims

光硬化型繊維強化プリプレグシートを用いて木造構造物の構造部材の接合部を補強する構造において、該光硬化型繊維強化プリプレグシートが各構造部材に跨って接着され、かつ各構造部材の間に少なくとも一つの非接着部を有することを特徴とする木造構造物の補強構造。
前記光硬化型繊維強化プリプレグシートの前記木造構造物の構造部材との接着部において、該光硬化型繊維強化プリプレグシートが構造部材に沿って折り曲げられ、構造部材の二面以上に接着されていることを特徴とする請求項１記載の木造構造物の補強構造。