JP2010090630A

JP2010090630A - 補強部材接合構造

Info

Publication number: JP2010090630A
Application number: JP2008262362A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Iizuka; 崇文飯塚; Kazuhiro Kaneda; 和浩金田; Toshitaka Taniguchi; 俊恭谷口
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: JP5368762B2

Abstract

【課題】後施工アンカーの本数を減らして効率的に補強する補強部材接合構造を提供する。
【解決手段】既設構造躯体（既設柱２）に増設補強部材（増設コンクリート柱１０）を接合する補強部材接合構造１において、既設構造躯体の、増設補強部材との接合面に打設されるアンカー２０と、このアンカー２０に係止するように配置されるせん断抵抗部材３０とを備えてなり、このせん断抵抗部材３０は、既設構造躯体に接着されている。また、せん断抵抗部材３０は、鋼材にて構成されており、既設構造躯体の表面３に接合されるプレート状の接合部３１と、接合部３１に立設されるシャキー部（リブ３２）とを備えてなり、接合部３１は、アンカー２０が挿通される挿通部３３を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、既設構造躯体に増設補強部材を接合する補強部材接合構造に関する。

新耐震設計基準の施工以前に建築された建物で、現行の基準を満たさない建物の耐震補強が様々な方法で実施されている。一般的には、既設構造躯体と、増設するブレース、壁や補強架構材は、後施工アンカーを用いて一体化されることが多く、このような施工を行うことで、建物全体の剛性や耐力が高められている。

その他には、躯体と補強部材との接合部におけるせん断伝達性能を高めるために、鋼棒からなる補強部材を躯体に圧着する構造や、接合面に凹凸を形成する構造や、プレキャストコッターや鋼管コッターを樹脂で躯体に貼り付ける構造も開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２００３−４９５４７号公報特許第３５２０４８８号公報

しかしながら、前述した従来の耐震補強構造では、多数のアンカーを打設するために、アンカー打設時に、多くの騒音、振動や粉塵が発生する問題があった。また、鋼棒で補強部材を圧着する場合には、躯体に貫通口をあける必要があるので、騒音、振動や粉塵が発生する上に、施工に多くの時間と手間を要していた。さらに、コッターを貼り付ける場合は、樹脂の接着強度またはコンクリートの引張強度で建物の耐力が決まるので、補強効率が良くなかった。

そこで、本発明は前記の問題を解決すべく案出されたものであって、後施工アンカーの本数を減らして効率的に補強する補強部材接合構造を提供する。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、既設構造躯体に増設補強部材を接合する補強部材接合構造において、前記既設構造躯体の、前記増設補強部材との接合面に打設されるアンカーと、該アンカーに係止するように配置されるせん断抵抗部材とを備えてなり、該せん断抵抗部材は、前記既設構造躯体に接着されることを特徴とする補強部材接合構造である。

このような構成によれば、既設構造躯体と増設補強部材との間に作用するせん断力の一部をせん断抵抗部材が負担するので、アンカーによるせん断抵抗負担を減らすことができる。これによって、打設するアンカーの本数を減らすことができ、アンカー打設時に発生する騒音、振動や粉塵を軽減することができる。

請求項２に係る発明は、前記せん断抵抗部材は、鋼材にて構成されており、前記既設構造躯体の表面に接合されるプレート状の接合部と、当該接合部に立設されるシャキー部とを備えてなり、前記接合部は、前記アンカーが挿通される挿通部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の補強部材接合構造である。

このような構成によれば、せん断抵抗部材が負担できるせん断力が大きくなり、せん断抵抗部材のせん断力の負担割合が大きくなるので、打設するアンカーの本数をさらに減らすことができる。

請求項３に係る発明は、前記シャキー部は、リブ状の形態で、地震時に前記既設構造躯体と前記補強部材との接合面に生じる力と直交する方向に延在していることを特徴とする請求項２に記載の補強部材接合構造である。

ここで、前記既設構造躯体と前記補強部材との接合面に生じる力とは、せん断力や捩り力をいう。このような構成によっても、せん断抵抗部材が負担できるせん断力が大きくなり、せん断抵抗部材のせん断力の負担割合が大きくなるので、アンカーの本数をさらに減らすことができる。

請求項４に係る発明は、前記挿通部は、一つの丸孔か、または、丸孔と長孔または切欠きで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の補強部材接合構造である。

このような構成によれば、アンカーを丸孔からなる挿通部に挿通させることでせん断抵抗部材の位置決めを容易に行うことができる。また、挿通部を複数も受ける場合には、他のアンカーは長孔または切欠きからなる挿通部に挿通することになるので、アンカーの取付位置の施工誤差を吸収することができる。

請求項５に係る発明は、前記せん断抵抗部材が接着される既設構造躯体の表面に、接着剤が充填される凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の補強部材接合構造である。

ここで、凹部とは、ディスクサンダーで彫った直線や半円状の溝、またはカッターやドリルによる切削穴など、必要な接着強度に応じて長さや深さ、本数、大きさ等を決めれば良く、形状は問わない。凹部に充填された接着剤が硬化してコッターやアンカーとしてせん断や引張に抵抗することで、補強部材と既設構造躯体との一体性がより一層高まる。

本発明によれば、後施工アンカーの本数を減らして効率的に補強することができるといった優れた効果を発揮する。

次に、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係る補強部材接合構造は、既設柱や既設梁などの既設構造躯体に増設コンクリート柱や増設コンクリート梁などの増設補強部材を接合するための構造である。本実施形態では、図１および図２に示すように、既設構造躯体を構成する既設柱２の表面に増設補強部材を構成する増設コンクリート柱１０を固着させる場合を例に挙げて説明する。既設柱２は、鉄筋コンクリート構造からなり、その一面に、鉄筋コンクリート構造からなる増設コンクリート柱１０が固着される。

かかる補強部材接合構造１は、既設柱２（既設構造躯体）にアンカー２０を打設し、既設柱２の表面３の、アンカー２０を打設した位置に、せん断抵抗部材３０をアンカー２０に係止するように配置して接着することで、アンカー２０とせん断抵抗部材３０を複合的に併用して、既設構造躯体と増設補強部材との間に作用するせん断力の一部をせん断抵抗部材３０が負担するようにしたことを特徴とする。

アンカー２０は、後施工タイプのアンカーで、既設柱２の表面３を穿孔して装着孔を形成し、その後、金属系アンカーまたは接着系アンカーを固着することで構成されている。アンカー２０は、増設コンクリート柱１０が設けられる側の表面３に、所定の間隔を隔てて縦二列で複数配列されている。

せん断抵抗部材３０は、図１および図３に示すように、鋼材にて構成されており、既設柱２の表面３に接合される接合部３１と、接合部３１に立設されたリブ（シャキー部）３２とを備えている。そして、接合部は、アンカー２０を挿通させる挿通部３３を備えている。接合部３１は、所定厚さを有する長方形形状のプレート材にて構成されており、アンカー２０に直交するように配置されている。本実施形態では、接合部３１は、その長手方向の長さが、上下方向に隣接するアンカー２０，２０間の距離よりも長い寸法になるように形成されている。

リブ３２は、接合部３１の長手方向に沿って形成されている。リブ３２は、接合部３１に対して直交するように設けられ、接合部３１の周縁部の長辺部分に溶接によって接合されている。本実施形態では、リブ３２は、接合部３１の長辺部分の中間部に設けられており、長辺部分における両端側が切除された形状となっているが、接合部３１の長辺部分の全長に亘って設けてもよい。リブ３２は溶接による接合に限定されるものではなく、プレートを折り曲げ加工してせん断抵抗部材３０を形成したり、断面Ｌ字状のアングル材を適宜切断してせん断抵抗部材３０を形成するようにしてもよい。

挿通部３３は、本実施形態では、接合部３１の長手方向両端部の近傍の二箇所に設けられている。挿通部３３は、一方が丸孔３３ａで構成され、他方が切欠き３３ｂで構成されている。丸孔３３ａは、アンカー２０の外径と略同等の内径を備えており、挿通されたアンカー２０と当接するように構成されている。切欠き３３ｂは、接合部３１の長手方向に延びて形成されており、一端が接合部３１の短辺部分に開口したＵ字状に形成されている。切欠き３３ｂは、奥側に位置する他端の底部がアンカー２０の外径と略同等の内径を備える半円形状に形成されている。なお、挿通部は、必ずしも短辺部分に開口した切欠きである必要はなく、接合部３１の長手方向に延びる長孔で形成してもよい。

せん断抵抗部材３０は、縦方向で互いに隣り合うアンカー２０，２０間に架け渡されて既設柱２に取り付けられている。すなわち、地震時に既設柱２（既設構造躯体）とせん断抵抗部材３０との接合面に生じる力である地震時せん断力に対して、せん断抵抗部材３０の長手方向が直交しており、リブ３２も同様に、地震時せん断力と直交する方向に延在している。これによって、せん断抵抗部材３０のリブ３２が地震時の水平方向にかかる荷重の一部を受けて接合部３１に伝達することとなり、せん断抵抗部材３０が地震時せん断力にせん断抵抗するようになっている。

せん断抵抗部材３０は、切欠き３３ｂの上側に丸孔３３ａが位置するように配置され、上下に隣り合うアンカー２０，２０のうち、上側のアンカー２０が丸孔３３ａに挿通され、下側のアンカー２０が切欠き３３ｂに挿通される。すなわち、既設柱２の表面３において地震時せん断力と直交する方向（上下方向）に沿って、丸孔３３ａと切欠き３３ｂが配列されるとともに、切欠き３３ｂがその方向に延びて形成されている。したがって、地震時せん断力がかかる方向（水平方向）においては、丸孔３３ａおよび切欠き３３ｂがアンカー２０とそれぞれ当接して、せん断抵抗部材３０がアンカー２０と係止することになるので、地震時せん断力を、リブ３２、接合部３１およびアンカー２０を介して既設柱２と増設コンクリート柱１０との間で伝達することができる。

せん断抵抗部材３０は、要求されるせん断伝達性能に応じて適宜設けられるが、本実施形態においては、上下方向に隣り合うアンカー２０，２０を連結するように配設されている。また、表面３側から見て、左右に位置するせん断抵抗部材３０は、互いに上下方向にオフセットして千鳥配置されている。すなわち、左右一方のせん断抵抗部材３０の上側の丸孔３３ａは、左右他方のせん断抵抗部材３０の下側の切欠き３３ｂと同じ高さ位置に配置されている。

せん断抵抗部材３０は、エポキシ樹脂系接着剤３５によって既設柱２の表面３に接着されている。せん断抵抗部材３０を接着するに際しては、接合部３１の背面（リブ３２の立設方向と反対側の面）にエポキシ樹脂系接着剤３５を塗布した状態で、アンカー２０を挿通部３３に挿通させつつ、せん断抵抗部材３０を移動させて既設柱２の表面３に当接させる。そして、所定時間養生してエポキシ樹脂系接着剤３５を固化させる。ここで、アンカー２０とせん断抵抗部材３０とは、アンカー２０が挿通部３３に係止しているので、地震時せん断力が好適に伝達されることとなる。

図２に示すように、せん断抵抗部材３０が接着される既設柱２（既設構造躯体）の表面３には、エポキシ樹脂系接着剤３５が充填される凹部５が形成されている。凹部５は断面半円状の溝や穴などで構成されているが、形状は限定されるものではなく、必要な強度に応じて所定の深さや大きさを有していればよい。このような構成によれば、凹部５に充填されたエポキシ樹脂系接着剤３５が硬化してコッターやアンカーとしてせん断や引張に抵抗し、補強部材と既設構造躯体との一体性を高めることができる。

増設コンクリート柱１０は、図２に示すように、コンクリートからなる柱本体１１と、柱本体１１の内部に複数配筋された主筋１２と、主筋１２を取り囲むフープ筋１３とを具備している。柱本体１１の断面積や、主筋１２およびフープ筋１３の径および配筋ピッチは、要求される耐震性能に応じて適宜算出されて決定される。

以上のような構成によれば、アンカー２０を打設した既設柱２の表面３にせん断抵抗部材３０を接着するとともに、アンカー２０にせん断抵抗部材３０を係止したり、ナットや溶接で完全に固定することで、アンカー２０とせん断抵抗部材３０とを併用した複合的な接合構造とすることができる。特に、せん断抵抗部材３０を、地震時せん断力と直交する方向に配置した上で、既設柱２と増設コンクリート柱１０とを一体化しているので、地震時せん断力を、せん断抵抗部材３０によって効率的に負担することができる。よって、アンカー２０によるせん断伝達の負担を減らし、その本数も減らすことができる。

さらに、せん断抵抗部材３０が上下方向に隣り合うアンカー２０，２０間に架け渡されているので、アンカー２０，２０とせん断抵抗部材３０とが一体化される。したがって、アンカー２０とせん断抵抗部材３０とが複合して協働し、打設するアンカー２０の本数をさらに減らすことができる。また、せん断抵抗部材３０のリブ３２が既設柱２にかかる地震時せん断力と直交する方向（上下方向）に延出するように配置されているので、地震時せん断力に対する強度が大きくなり、地震時せん断力にさらに効率的に抵抗することができる。したがって、アンカー２０の本数をより一層減らすことができる。

また、せん断抵抗部材３０の挿通部３３は、丸孔３３ａと切欠き３３ｂで構成されているので、アンカー２０を丸孔３３ａからなる挿通部３３に挿通させることでせん断抵抗部材３０の位置決めを容易に行うことができる。また、丸孔３３ａに挿通されたアンカー２０とは他のアンカー２０は切欠き３３ｂからなる挿通部３３に挿通することになるので、アンカー２０の取付位置の施工誤差を切欠き３３ｂによって吸収することができる。

以下に、本実施形態の補強部材接合構造１を適用して既設柱２に増設コンクリート柱１０を接合した場合に、何本のアンカー２０を低減させることができるかについて、試検討した内容を説明する。

補強部材接合構造１を適用して既設柱２に増設コンクリート柱１０を接合した補強構造における負担せん断力Ｑａｐは、下記の（１）式のように表される。

ここで、Ｑａはアンカー１本当たりの負担せん断力、ｎａはアンカーの本数、Ｑｐはせん断抵抗部材１つ当たりの負担せん断力、ｎｐはせん断抵抗部材の個数をそれぞれ示している。

アンカー１本当たりの負担せん断力Ｑａは、下記の（２）式のように表される。

ここで、τａはアンカーの負担せん断強度を示し、アンカー筋のせん断強度τａ１と支圧破壊によるせん断強度τａ２のうち小さい方の値となる。ｓＡｅはアンカーの断面積を示す。

アンカー筋のせん断強度τａ１は、下記の（３）式のように表される。

支圧破壊によるせん断強度τａ２は、下記の（４）式のように表される。

せん断抵抗部材１つ当たりの負担せん断力Ｑｐは、下記の（５）式のように表される。

Ｑｐ１はせん断抵抗部材のせん断耐力、Ｑｐ２は支圧破壊によるせん断耐力、Ｑｐ３はせん断抵抗部材と既設柱との固着耐力をそれぞれ示しており、これらの値のうち最も小さい値が、せん断抵抗部材１つ当たりの負担せん断力Ｑｐとなる。

せん断抵抗部材のせん断耐力Ｑｐ１は、下記の（６）式のように表される。

σｙはせん断抵抗部材の降伏強度（Ｎ／ｍｍ^２）、Ａｐはせん断抵抗部材のリブの断面積をそれぞれ示している。

支圧破壊によるせん断耐力Ｑｐ２は、下記の（７）式のように表される。

αは支圧耐力係数を示し、α＝１とおく。σ_Ｂはコンクリートの圧縮強度、ｐｘはリブの高さ、ｐｗはリブの幅をそれぞれ示している。ｐｘ・ｐｗはリブの面積を示している。

せん断抵抗部材と既設柱との固着耐力Ｑｐ３は、下記の（８）式のように表される。

τ_ｐ３はせん断抵抗部材と既設柱とのせん断滑り強度を示し、τ_ｐ３＝３とおく。ｐｗ１は固着部分の長辺部分の長さ、ｐｗ２は固着部分の短辺部分の長さをそれぞれ示しており、ｐｗ１・ｐｗ２は固着部分の面積を示している。

ここで、図４に示すように、既設柱２に、Ｄ２２のアンカー２０を縦二列で、それぞれ４００ｍｍ間隔で８本ずつ合計１６本設置し、せん断抵抗部材３０を千鳥状に全部で８枚配置することを想定したところ、負担せん断力Ｑａｐは、下記の計算式（（９）式）に示すように、２６９ｔのせん断力を負担できることが分かった。

ここで、アンカー２０のみで、２９６ｔのせん断力を負担するには、２９６を９．２９で割ることによって、２９本必要であることが分かる。このように、アンカー２０のみでは２９本必要な所を、せん断抵抗部材３０を効率的に配置したことで、アンカー２０を１６本に低減することができ、略６５％に低減可能である。なお、アンカー２０やせん断抵抗部材３０の形状や個数は一例であって適宜変更可能であるので、アンカーの低減率をさらに大きくすることも可能である。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、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、本実施形態で示したせん断抵抗部材３０の形状は以下に示すように、種々の形状がある。

図５に示したせん断抵抗部材３６は、リブ３２が、接合部３１の短手方向（幅方向）中央部に設けられている。リブ３２は、丸孔３３ａと切欠き３３ｂとの間に配置されており、接合部３１の表面に溶接にて接合されている。このような構成によれば、リブ３２の位置がアンカー２０と一列に並ぶので、増設コンクリート柱１０の鉄筋と干渉しにくく、配筋を容易に行える。また、リブ３２が接合部３１の幅方向中央部になるので、せん断抵抗部材３０が左右対称となり、力伝達のバランスがよくなる。

図６に示したせん断抵抗部材３７は、挿通部３３が接合部３１の中間部に１箇所だけ設けられており、１本のアンカー２０で接合されるようになっている。挿通部３３は丸孔３３ａにて構成されている。リブ３２は、接合部３１の表面で丸孔３３ａに接するように配置されており、溶接にて接合されている。このような構成によれば、アンカー２０とリブ３２が当接するので、せん断伝達能力をさらに高めることが可能となる。

図７に示したせん断抵抗部材３８は、せん断抵抗部材３７（図６参照）と同様に、丸孔３３ａにて構成された挿通部３３が接合部３１の中間に１箇所だけ設けられ、１本のアンカー２０で接合されている。せん断抵抗部材３８は、リブ３２が、接合部３１の幅方向両側で挿通部３３を両側から囲むように２枚設けられ、接合部３１の長辺部分に溶接にて接合されている。このような構成によれば、リブが１つの場合と比べて、さらにせん断伝達能力を高めることができる。また、リブ３２が接合部３１の幅方向両側に対称配置されているので、地震時せん断力の左右の揺れに対して均等に抵抗することができる。

図８に示したせん断抵抗部材３９は、接合部３１とリブ３２が、断面コ字状の溝型鋼材によって構成されており、一体的に形成されている。挿通部３３は、丸孔３３ａと切欠き３３ｂにて構成されており、２本のアンカー２０に架け渡して配置される。このような構成によれば、溝型鋼材を用いて接合部３１とリブ３２を形成しているので、製造を容易に行うことができる。また、せん断抵抗部材３８（図７参照）と同様に、リブ３２が複数設けられており、せん断伝達能力を高めることが可能であるとともに、リブ３２は接合部３１の幅方向両側に対称配置されているので、地震時せん断力の左右の揺れに対して均等に抵抗することができるといった作用効果を得られる。

前記のせん断抵抗部材３０，３６，３７，３８，３９は、一つあるいは二つのアンカー２０に接続されているが、これに限定されるものではなく、さらに多数のアンカーに架け渡すように設けてもよい。

さらに、前記実施形態では、せん断抵抗部材３０は、既設柱２の表面３において、縦方向で互いに隣り合うアンカー２０，２０間に架け渡されて既設柱２に取り付けられて配置されているが、これに限定されるものではない。図９に示すように、既設柱２と既設梁６との接合部分では、せん断抵抗部材３０を放射状に配置することで、既設柱２（既設構造躯体）とせん断抵抗部材３０との接合面に生じる力の一つである捩り力Ｐに対して、せん断抵抗部材３０の長手方向が直交し、リブ３２も同様に、捩り力Ｐと直交する方向に延在する。これによって、せん断抵抗部材３０が、地震時に既設柱２と既設梁６との接合部分に生じる変形に効率的に抵抗できる。

本発明に係る補強部材接合構造を実施するための最良の形態を示した斜視図である。本発明に係る補強部材接合構造を実施するための最良の形態を示した水平方向断面図である。本発明に係る補強部材接合構造のせん断抵抗部材を示した斜視図である。本発明に係る補強部材接合構造のアンカーとせん断抵抗部材の配置例を示した側面図である。せん断抵抗部材の他の形態を示した斜視図である。せん断抵抗部材の他の形態を示した斜視図である。せん断抵抗部材の他の形態を示した斜視図である。せん断抵抗部材の他の形態を示した斜視図である。本発明に係る補強部材接合構造のアンカーとせん断抵抗部材の他の配置例を示した側面図である。

符号の説明

１補強部材接合構造
２既設柱（既設構造躯体）
１０増設コンクリート柱（増設補強部材）
２０アンカー
３０せん断抵抗部材
３１接合部
３２リブ（シャキー部）
３３挿通部
３３ａ丸孔
３３ｂ切欠き

Claims

既設構造躯体に増設補強部材を接合する補強部材接合構造において、
前記既設構造躯体の、前記増設補強部材との接合面に打設されるアンカーと、該アンカーに係止するように配置されるせん断抵抗部材とを備えてなり、
該せん断抵抗部材は、前記既設構造躯体に接着される
ことを特徴とする補強部材接合構造。
前記せん断抵抗部材は、鋼材にて構成されており、前記既設構造躯体の表面に接合されるプレート状の接合部と、当該接合部に立設されるシャキー部とを備えてなり、前記接合部は、前記アンカーが挿通される挿通部を備えている
ことを特徴とする請求項１に記載の補強部材接合構造。
前記シャキー部は、リブ状の形態で、地震時に前記既設構造躯体と前記せん断抵抗部材との接合面に生じる力と直交する方向に延在している
ことを特徴とする請求項２に記載の補強部材接合構造。
前記挿通部は、一つの丸孔か、または、丸孔と長孔または切欠きで構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の補強部材接合構造。
前記せん断抵抗部材が接着される既設構造躯体の表面に、接着剤が充填される凹部が形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の補強部材接合構造。