JP2009249982A - 既設コンクリート躯体の補強構造および補強工法 - Google Patents

既設コンクリート躯体の補強構造および補強工法 Download PDF

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Abstract

【課題】例えば既設のビル等の建築物や橋梁等の構築物におけるコンクリート躯体、特に既設の柱を有する既設コンクリート躯体の補強構造および補強工法に係り、既設柱の4つの面のうち少なくとも1つの面が施工不能であっても、単に、剪断耐力を向上させるだけでなく、軸力をも増大させることのできるようにする。
【解決手段】横断面矩形の4つの面のうち少なくとも1つの面からの補強工事が施工不能な既設柱1を有する既設コンクリート躯体の補強構造であって、上記既設柱1の側方の上下の梁3・3間に、それらと連続してコンクリート製の小柱4を形成すると共に、その小柱4と上記既設柱1またはそれに隣接して設けた既設壁2とを連結する補強ボルト5を上記小柱4と既設柱1または既設壁2内に埋設させて設けたことを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えば既設のビル等の建築物や橋梁等の構築物におけるコンクリート躯体、特に既設の柱を有する既設コンクリート躯体の補強構造および補強工法に関する。
従来たとえば既設のビル等の建築物や橋梁等の構築物におけるコンクリート躯体の耐震強度を増大させる等の目的で既設コンクリート躯体、特に既設柱を有する既設コンクリート躯体を補強する方法が種々提案されている。例えば下記特許文献1〜3においては横断面矩形のコンクリート製既設柱の4つの面のうち、いずれかの面が施工不能な場合の補強方法が提案されている。
即ち、特許文献1は、既設柱の4つの面のうち、施工可能な1つの側面を利用して補強する工法(一面補強工法)であり、上記側面を必要に応じて補強用板状体でカバーすると共に、上記コンクリート柱の一側面の側辺縁部から、該コンクリート柱に埋設された剪断補強鉄筋の間で、かつ上記一側面に隣接する側面に沿って又は交差状に、上記一側面の対面に沿って埋設されている主筋列近傍にまで達する剪断補強材挿入用長孔を穿ち、この長孔に鉄筋等の剪断補強材を打ち込み、上記長孔の残部空隙を充填固化させる構成である。
しかし、上記の一面補強工法では、コンクリート躯体の一側面から施工面の対面近傍まで(つまり対面近傍側の既設の補強筋に当たる一歩手前まで)に達する長孔を穿ち、鉄筋等の剪断補強材を打設して長孔内の残部空隙を充填固化させる作業を、必要とされる剪断補強強度に応じた補強材の本数分だけ実施しなければならない。従って、必要な長孔および打設する剪断補強材の本数が多く、施工手間が大きい。また、長孔の打設ピッチが小さくなるために、長孔穿孔時に既設の補強筋と干渉して、穿孔位置を変更する可能性が高くなり、その分さらに施工手間も増える等の不具合がある。
また特許文献2は、既設柱の4つの面のうち、隣接する2つの面が施工可能な場合の補強工法(二面補強工法)であり、上記2つの側面に断面L字状の補強用板状体を密着させてカバーすると共に、上記2つの側面の隣接縁から離れた辺縁部に、前記鉄筋コンクリート柱に埋設された剪断補強鉄筋の間で、上記補強用板状体がカバーされた側面の対面に沿って埋設されている主筋列近傍にまで達する、内部へ向かい、かつ先端部で交差する、二本の剪断補強材挿入用長孔を穿ち、この長孔のそれぞれに剪断補強材を挿入し、長孔の先端部で二本の剪断補強材を連結させ、さらに上記長孔の残部空隙を充填固化させると共に、上記補強用板状体と剪断補強材とを結合することが提案されている。
しかし、上記の二面補強工法では、隣接する2面から剪断補強材を交差状に打設するため、既設の補強筋と干渉する可能性はさらに高くなる。しかも、交差状に打設した剪断補強材同士を連結するには、両方の剪断補強材の打設位置を変更しなければならず、施工手間がさらに増える。また実施工上、躯体の中で鉄筋を連結することは非常に困難であり、また仮に施工できたとしても、それによって充分な強度を確保するのは難しい。
さらに特許文献3は、既設柱の4つの面のうち、隣接する3つの面が施工可能な場合の補強工法(三面補強工法)であり、上記3つの面を、その面に沿って横断面コ字形に形成した補強板で覆い、そのコ字形の補強板の互いに対向する片を、通しボルトで連結するか或いはアンカーボルトで既設柱に固定する構成である。そのため、穿孔作業を少なくして既設の補強筋との干渉の可能性を減らすことができるが、軸力を増すことはできない。また上記特許文献1〜3の共通の課題として、それらは既設柱の剪断補強のみを目的としていて、軸力を増すことはできない、という問題があった。
特許第3422942号公報 特許第3422943号公報 特開平10−196132号公報
本発明は上記の問題点に鑑みて提案されたもので、既設柱の4つの面のうち少なくとも1つの面が施工不能であっても、単に、剪断耐力を向上させるだけでなく、軸力をも増大させることのできる既設コンクリート躯体の補強構造および補強工法を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために本発明による既設コンクリート躯体の補強構造および補強工法は、以下の構成としたものである。すなわち、本発明による既設コンクリート躯体の補強構造は、横断面矩形の4つの面のうち少なくとも1つの面からの補強工事が施工不能な既設柱を有する既設コンクリート躯体の補強構造であって、上記既設柱の側方の上下の梁間に、それら柱梁と連続してコンクリート製の小柱を形成すると共に、その小柱と上記既設柱またはそれに隣接して設けた既設壁とを連結する補強ボルトを上記小柱と既設柱または既設壁内に埋設させて設けたことを特徴とする。
また本発明による既設コンクリート躯体の補強工法は、上記のような既設コンクリート躯体の補強構造を施工するに際し、上記既設柱と、その側方に形成すべき小柱の表面位置に上記補強板を配置し、その補強板を上記コンクリート製の小柱を形成する際の型枠として利用することを特徴とする。
本発明による既設コンクリート躯体の補強構造および補強工法は、上記の構成であるので以下のような作用効果が得られる。
(1)既設柱の側方の上下の梁間に、それらと連続してコンクリート製の小柱を形成することによって、既設柱の横断面積を容易に拡張して太くすることができると共に、躯体柱部位の軸方向の耐力(軸力)を大幅に増大させることができる。
(2)小柱と既設柱またはそれに隣接して設けた既設壁とを連結する補強ボルトを上記小柱と既設柱または既設壁内に埋設させて設けたことによって、上記補強ボルトを、剪断補強筋として利用することができる。その結果、既設柱部位に増設する補強筋を無くす若しくは少なくしても充分な剪断補強が可能となる。
(3)増設する補強ボルトは既設柱の内部のみへの施工ではないので、既設配筋との干渉を少なくすることができ、その分、穿孔作業が楽になる。或いは、剪断補強筋打設用の穿孔作業が不要もしくは軽減され、工期も短くて済む。
(4)既設柱と小柱の表面を連続的に覆う補強板を上記表面に配置すると共に、その補強板を補強ボルトに連結固定したことによって、柱躯体の面内方向応力に対し、柱全体の変形防止能を高めることができる。既設柱は補強板によってだけではなく、小柱によっても拘束効果が得られ、こうして小柱部分が増し打ちされた補強柱は、上下・左右・前後の全ての方向の力に対して充分な抵抗力を発揮することができる。
(5)補強板を型枠として利用してコンクリート製の小柱を形成した場合には、小柱内に補強ボルト用の挿入孔等の穿孔作業が不要で、その分穿孔作業に要する時間が減り、また小柱と補強板を接着剤で接着したり、或いは小柱と補強板との間に接着剤を充填する作業を行なわずとも、両者を密着固定することができる。さらに、補強板部分の型枠およびその組み付け作業や撤去作業が不要となる。
(6)補強板の厚さを適宜変更することにより、要求される補強強度の大小に容易に対応することが可能となり、又それによって、施工方法や施工手順等を変更する必要がない。
以下、本発明による既設コンクリート躯体の補強構造および補強工法を図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。
図1(a)は本発明による既設コンクリート躯体の補強構造の一実施形態を示す平面図、同図(b)はその正面図、図2は図1(b)におけるA−A断面図、図3は図1(a)の一部の拡大図、図4は図2の一部の拡大図である。
本実施形態は、既設柱1の左右両側に既設壁2・2があって、少なくとも既設柱1の背面1d側からは補強工事等が施工不能である場合の補強構造を示すものである。上記既設柱1の側方の上下の梁3・3間に、それら既設柱1及び梁3・3と連続してコンクリート製の小柱4を形成したもので、特に図の場合は既設柱1の左右両側に、コンクリートを増し打ちするようにして小柱4を形成したものである。
また上記小柱4と既設柱1またはそれに隣接して設けた既設壁2とを連結する補強ボルト5を、上記小柱4と既設柱1または既設壁2内に埋設させて設けたもので、図の場合は小柱4と既設壁2とを連結する補強ボルト5を小柱4と既設壁2内に埋設させて設けた構成である。上記補強ボルト5は、図の場合は各小柱4毎に左右2列、上下方向に複数本ずつ設けたものであるが、その個数や配置位置等は適宜である。上記補強ボルト5によって上記各小柱4が剪断補強されると共に、上記各小柱4と既設壁2とが一体的に連結固定することができる。
さらに上記既設柱1と、その左右両側の小柱4・4の表面(前面)には、それらの表面を連続的に覆う鋼板等の補強板7を配置すると共に、その補強板7を上記補強ボルト5に連結固定した構成である。図の場合は既設壁2と、その左右両側の小柱4・4の前面の幅方向(図1で左右方向)のほぼ全長を覆う鋼板よりなる補強板7を上下方向に4枚並べて設け、その各補強板7に、上記各補強ボルト5の既設壁2と反対側の端部に設けた雄ねじ部5aを上記補強板7に形成したボルト孔(不図示)に挿通し、その雄ねじ部5aにナット6をねじ込んで連結固定したものである。
上記補強板7は、既設柱1に対しては本実施形態においては不図示の接着材で既設柱1の前面に接着すると共に、固定用アンカー8と固定ボルト9とで固定する構成である。上記固定用アンカー8として図の場合は公知の拡開式のアンカーが用いられ、既設柱1の前面の図1で左右方向方向ほぼ中央部に打設されている。そのアンカー8の雌ねじ孔(不図示)に皿ねじ等よりなる固定ボルト9をねじ込んで、そのボルト9の頭部と上記アンカー8または既設柱1との間に上記補強板7を挟んで固定した構成である。
なお、上記各小柱4内には、上記補強ボルト5以外に必要に応じて補強鉄筋等を埋設してもよく、本実施形態においては各小柱4内に上下方向の主筋41と横方向のモルタルアンカー等の直線状の副筋42とが埋設されている。その副筋42は、図1および図3に示すように各小柱4の既設柱1と反対側の面と、既設壁2と反対側の面とに、それぞれ沿うように互いにほぼ直交する方向に対をなすようにして図4のように上下方向に多数設けた構成であり、また主筋41は上記のほぼ直交する副筋42に沿って所定の間隔をおいて複数本(図の場合は5本)設けられている。
上記の対をなす副筋42は、図1および図3に示すように、それぞれ一端を既設柱1と既設壁2とに埋設した構成であり、また、それらの副筋42は、図4に示すように上下方向に所定の間隔をおいて多数設けると共に、前記の補強ボルト5とは互いに干渉しないように上下方向に適度にずらして配置されている。また上記主筋41も図1および図3に示すように補強ボルト5と干渉しないように互いに離間して配置され、その主筋41の上下両端部は上側と下側の梁にそれぞれ埋設されているが図には省略した。
上記のように構成された既設コンクリート躯体の補強構造を施工する際の手順等は適宜であるが、例えば以下の要領で施工すると、容易・迅速に施工することができる。図5はそのプロセスの一例を示すもので、先ず、同図(a)のように既設壁2の前面に、上記各小柱4内に埋設する補強ボルト5を挿入するためのボルト孔5hを形成する。また上記実施形態のように各小柱4内に主筋41と副筋42とを埋設する場合には、それらの端部を埋設するための鉄筋挿入孔41h,42hを上下の梁3・3と既設柱1および既設壁2とに形成する。さらに前記の補強板7を既設柱1に固定用アンカー8等で固定する場合には、そのアンカー8の挿入孔8hを既設柱1の前面に形成しておく。
次いで、図5(b)のように上記ボルト孔5hにモルタル又は樹脂等による定着材と共に補強ボルト5を挿入し、主筋41と副筋42の端部を、それぞれ鉄筋挿入孔41h,42hに同様の定着材と共に挿入する。そして、必要に応じて隣接する主筋41と副筋42とを針金等で連結固定する。また上記のアンカー挿入孔8h内にアンカー8を打設する。図の場合は拡開式のアンカー本体を上記アンカー挿入孔8h内に挿入してハンマー等で叩くことによって、上記アンカー本体の一端側を不図示の楔等で拡開して上記アンカー挿入孔8hの内面に抜け止め係止した構成である。
次に、図5(c)のように既設柱1と、その左右両側に施工すべき小柱4の前面に対応する位置に補強板7を配置するもので、そのとき必要に応じて上記補強板7を接着材を介して既設柱1の前面に接着すると共に、上記アンカー8に固定ボルト9をねじ込んで上記補強板7を既設柱1の表面に密着固定する。次いで、上記各既設壁2のボルト孔5hに挿通した補強ボルト5の他端の雄ねじ部5aを、上記補強板7に形成した不図示のボルト挿通孔に挿通し、その雄ねじ部5aにナット6をねじ込めばよい。そのナット6は、前記図1(a)および図3のように補強板7の前側のみでもよいが、必要に応じて図5(c)のように補強板7の内外両側に設けて、その両ナット6・6間に補強板7を挟んで固定するようにしてもよい。
また図5(c)に示すように、施工すべき上記各小柱4の既設柱1との反対側の面に型枠用妻板15を設置し、断面L字形の支持部材16等で上記妻板15を固定する。そして上記各既設壁2と既設柱1および補強板7と妻板15とで囲まれた空間S内にコンクリートを注入(増し打ち)することによって、上記既設柱1の左右両側に前記図1〜図4に示すような小柱4・4を形成することができるものである。
上記のように既設柱1の左右両側に小柱4を形成する前に、上記既設柱1と、施工すべき小柱4の前面に対応する位置に予め補強板7を配置固定することによって、その補強板7を、上記小柱4を形成する際の型枠に兼用することができる。それによって、使用する型枠を減らすことができると共に、上記小柱4を形成するコンクリートが補強板7に密着した状態で固まることによって、その小柱4と補強板7とを、接着材等を介在させることなく、強固に一体化することができる。
なお、上記実施形態は、上記補強板7によって上記各小柱4の前面のみを覆うようにしたが、図6に示すように補強板7の図で左右両側の端部に平面L字形に折曲部7aを形成して上記各小柱4の既設柱1と反対側の面をも補強板7で覆うようにしてもよい。そのようにすると、各小柱4を形成する際の型枠用妻板15や支持部材16等の使用も省略することができる。
なお、前記空間Sにコンクリートを注入して小柱4を形成する際のコンクリート注入口および上記空間S内の空気の排出口として、少なくとも上記補強板7または妻板15の上部に開口部等を設けるとよい。図の場合は上記の開口部等として図1(b)および図4に示すように補強板7の上端部と上側の梁3との間に隙間gを形成し、施工時には不図示の注入ホースと排気ホースをセットして、これらホース以外の開口部をシールして注入作業を行なうようにしたが、妻板15の上端部と上側の梁3との間に形成してもよく、また隙間gの代わりに補強板7や妻板15の上端部に切り欠きや孔等を形成してもよい。
また上記実施形態は既設柱1の左右両側に既設壁2がある場合を例にして説明したが、そのような既設壁2がな無い場合にも本発明は適用可能である。図7はその一例を示すもので、既設柱1の左右両側の上下の梁3・3間において、上記既設柱1の左右両側にコンクリートを増し打ちして小柱4を形成すると共に、その左右の小柱4・4と既設柱1とを連結する補強ボルト5を上記両小柱4・4と既設柱1とに埋設させて設けたものである。図7において、11は上記既設柱1内の周縁部に沿って所定の間隔をおいて設けた上下方向の主筋で、その周囲にはフープ筋等の横方向の副筋が上下方向に所定の間隔をおいて設けられているが、図には省略した。
上記補強ボルト5は、上記の主筋11や副筋と互いに干渉しない位置に配置され、その補強ボルト5の両端部に形成した雄ねじ部5aにナット6がねじ込まれている。なお、前記図1〜図4の実施形態においても図には省略したが、既設柱1内には既設の主筋11や副筋が設けられ、それらと互いに干渉しない位置に前記の固定用アンカー8や副筋42が設けられている。
上記図7において、既設柱1の前面には、前記の実施形態と同様に鋼板等よりなる補強板7が設けられ、その左右両側の端部には、既設柱1の左右両側の面に沿うように横断面L字形に折曲部7bが形成されている。その補強板7は、前記従来例と同様に既設柱1に打設した固定用アンカー8に固定ボルト9によって取付けると共に、必要に応じて樹脂系接着材を介して既設柱1に接着し、さらに既設柱1に埋設した補強ボルト51とナット61とによって上記補強板7の左右の折曲部7b・7bを連結した構成であり、その補強ボルト51も既設柱1の主筋11や副筋と干渉しない位置に配置されている。
上記図7は補強板7を既設柱1の前側および左右両側面に沿うように全体ほぼコ字形に形成したが、上記補強板7の左右両端部に更に図6の鎖線示のような外側に延びる延長部7cを形成して上記各小柱4の前面をも覆うようにしてもよく、さらに図8のように各小柱4の既設柱1と反対の面をも上記補強板7の更なる延長折曲部7d・7dで覆うようにすることもできる。上記のように構成すると、上記補強板7の各小柱4を覆う部分7c,7dを上記各小柱4を形成する際の型枠として使用することができる。なお、上記図8のように各小柱4の既設柱1と反対の面をも上記折曲部7d・7dで覆う構成とした場合、その折曲部7d・7dをも含めて、その内側の上記小柱4・4を図のように補強ボルト5で連結するとよく、そのようにすると、上記小柱4・4の強度、特に剪断強度と軸力を更に増大させることができる。また上記図8においても図7と同様に折曲部7b・7bを連結する補強ボルト51とナット61とにを設けるようにしてもよい。
また上記各実施形態は、各小柱4の図で前後方向の奥行が、既設柱1の奥行の約半分の場合を例示したが、例えば図9に示すように既設柱1の奥行とほぼ同等に形成してもよい。その場合にも、図のように既設柱1の前面に補強板7を設けると共に、上記各小柱4の前面および既設柱1と反対の面をも上記補強板7で覆うように該補強板7に折曲部7e・7eを設けるとよく、又その折曲部7e・7eをも含めて上記小柱4・4を補強ボルト5で連結すると、上記と同様の作用効果が得られる。なお、図の場合は上記補強ボルト5を図で前後方向2箇所において上下方向に所定の間隔をおいて複数本設けた構成であるが、その前後方向の配置箇所の数や上下方向の本数は適宜である。
なお、上記各実施形態において、上下の梁3の図で前後方向の奥行は適宜であり、少なくとも上方から見て、既設柱1の側方に形成される小柱の一部が上下の梁3・3間に位置するように構成すればよい。例えば上記図7〜図9は、いずれも上下の梁3・3の図で前後方向の奥行が、既設柱1の前後方向の奥行の約半部の場合を例示した形成したが、既設柱1の奥行と同等もしくはそれ以外の任意の奥行のものにも適用できる。
また上記実施形態は、既設柱1の左右両側に小柱4を形成したが、いずれか一方に形成するようにしてもよい。その場合、小柱4を省略する側の補強板7も省略することができる。さらに、上記各実施形態は、既設柱1の背面1d側からの補強工事が施工不能である場合の施工構造および施工方法として説明したが、上記背面1d側からの補強工事が施工可能である場合にも適用可能であり、必ずしも、そのような場合の適用を妨げるものではない。
以上のように本発明による既設コンクリート躯体の補強構造および補強工法は、上記の構成であるから、既設柱1の側方の上下の梁3・3間に、それらと連続して小柱4を、コンクリートを増し打ちするようにして容易に形成することができると共に、その小柱4と上記既設柱1またはそれに隣接して設けた既設壁2とを連結する補強ボルト5を上記小柱4と既設柱1または既設壁2内に埋設させて設けたことによって、小柱4ひいては既設柱1の剪断強度と軸力を大幅に増大することができる。その結果、既設コンクリート躯体を耐震補強する場合の1つの工法として良好に適用できると共に、補強工法の選択の自由度を高めることが可能となり、産業上も有効に利用することができる。従って、既設のビルなどの建築物や橋梁等の構築物におけるコンクリート躯体において既設柱の耐震強度が不足する場合や、地下駐車場やピロティにおいて地中梁に接続される柱の補強を行いたい場合などにも好適に適用し、効果的な補強を行なうことが可能となる。
(a)は本発明による既設コンクリート躯体の補強構造の一実施形態を示す横断平面図、同図(b)はその正面図。 図1(b)におけるA−A断面図。 図1(a)の一部の拡大図。 図2の一部の拡大図。 (a)〜(c)は上記補強構造を施工するプロセスの一例を示す説明図。 上記実施形態の変更例の横断平面図。 本発明による既設コンクリート躯体の補強構造の他の実施形態を示す横断平面図。 本発明による既設コンクリート躯体の補強構造の更に他の実施形態を示す横断平面図。 本発明による既設コンクリート躯体の補強構造の更に他の実施形態を示す横断平面図。
符号の説明
1 既設柱
1d 背面
11 主筋
2 既設壁
3 梁
4 小柱
41 主筋
42 副筋
5 補強ボルト
6 ナット
7 補強板
8 固定用アンカー
9 固定ボルト
15 型枠用妻板
16 支持部材
S 空間
g 隙間

Claims (3)

  1. 横断面矩形の4つの面のうち少なくとも1つの面からの補強工事が施工不能な既設柱を有する既設コンクリート躯体の補強構造であって、
    上記既設柱の側方の上下の梁間に、それら柱梁と連続してコンクリート製の小柱を形成すると共に、その小柱と上記既設柱またはそれに隣接して設けた既設壁とを連結する補強ボルトを上記小柱と既設柱または既設壁内に埋設させて設けたことを特徴とする既設コンクリート躯体の補強構造。
  2. 上記既設柱と小柱の表面を連続的に覆う補強板を上記表面に配置すると共に、その補強板を上記補強ボルトに連結固定してなる請求項1に記載の既設コンクリート躯体の補強構造。
  3. 上記請求項1または請求項2に記載の既設コンクリート躯体の補強構造を施工するに際し、上記既設柱と、その側方に形成すべき小柱の表面位置に上記補強板を配置し、その補強板を上記コンクリート製の小柱を形成する際の型枠として利用することを特徴とする既設コンクリート躯体の補強工法。
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