JP2016216933A - 接合部材 - Google Patents

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Abstract

【課題】耐震補強部材を既存の建築物に作業性良く、且つ簡易な構成で確実に接合できる接合部材を提供する。【解決手段】接合部材20は、既存の建築物の躯体に耐震補強部材を接合するための接合部材であって、一方向に延びる鋼管の内部にコンクリートが充填され、一端部22Zに耐震補強部材が連結される鋼管コンクリート部21と、鋼管コンクリート部21の他端部22Aから一方向に突出し、躯体に固定され、鋼管コンクリート部21と躯体との間でせん断力を伝達するコッター26と、を備え、鋼管コンクリート部21は、躯体に接合されたアンカー筋30が埋設可能とされていることを特徴とする。【選択図】図4

Description

本発明は、接合部材に関するものである。
従来から、既存建築物の耐震強度を増大させる耐震補強構造として、柱や梁等の躯体に、これら躯体と同一の鉛直平面内で、鉄骨製等のブレースを取付けた構成が知られている(例えば、下記特許文献1参照。)。また、建築物の躯体の外側に、鉄骨製の枠及び枠の内部に配置されたブレースを備えたアウトフレームを設けた構成も知られている(例えば、下記特許文献2,3参照)。
特開2010−138658号公報 特開2013−87540号公報 特開2013−227775号公報
しかしながら、上記の特許文献1のような鉄骨製等のブレースを設けた構成では、隣り合う柱間で大きなせん断力が生じ、既存の柱や杭に大きな引張力や圧縮力が作用するため、既存の柱や杭等に補強を設ける必要がある。さらに、上記の特許文献2,3に記載の構成では、アウトフレームから既存の躯体側にせん断力を伝達するための鉄筋コンクリート製のスラブ等の構造体を設ける必要がある。このように、現場での施工に手間がかかるという問題点がある。
また、アウトフレームと建築物との接合部分に偏心モーメントが生じるため、接合部分の面積を大きくして偏心モーメントに抗する必要がある。このため、現場での施工に手間がかかるとともに、接合部分が大型化するという問題点がある。
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、耐震補強部材を既存の建築物に作業性良く、且つ簡易な構成で確実に接合できる接合部材を提供する。
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る接合部材は、既存の建築物の躯体に耐震補強部材を接合するための接合部材であって、一方向に延びる鋼管の内部にコンクリートが充填され、一端部に前記耐震補強部材が連結される鋼管コンクリート部と、該鋼管コンクリート部の他端部から前記一方向に突出し、前記躯体に固定され、該鋼管コンクリート部と前記躯体との間でせん断力を伝達するコッターと、を備え、前記鋼管コンクリート部は、前記躯体に固定されたアンカー筋が埋設可能とされていることを特徴とする。
このように構成された接合部材では、当該接合部材のコッターを既存の躯体に固定し、躯体に固定されたアンカー筋を鋼管コンクリート部に埋設することで、既存の建築物の躯体と、鋼管コンクリート部に連結された耐震補強部材とを施工工数を抑えて接合することができる。
また、躯体と鋼管コンクリート部との間のせん断力は、コッターにより伝達される。コッターは鋼管コンクリート部の他端部から一方向に突出し、躯体に固定される構成とされているため、従来のようなせん断力を伝達するためにスラブ等の構造体を設ける必要がなく、簡易な構成で確実に接合することができる。
また、本発明に係る接合部材は、前記鋼管コンクリート部は、水平面上に配置される水平ブレースが連結される水平ブレース連結部を有し、前記コッターは、前記水平ブレース連結部に取り付けられていることが好ましい。
このように構成された接合部材では、コッターは、水平面上に配置される水平ブレースが連結される水平ブレース連結部に取り付けられているため、水平ブレースが伝達するせん断力を躯体側に効果的に伝達することができる。
本発明に係る接合部材によれば、耐震補強部材を既存の建築物に作業性良く、且つ簡易な構成で確実に接合できる。
本発明の一実施形態に係る接合部材が接合された建築物の斜視図である。 本発明の一実施形態に係る接合部材が接合された建築物の室内側から見た図である。 図1のA部の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る接合部材を一方側(建築物に取り付けられた状態で室内側)から見た図である。 本発明の一実施形態に係る接合部材を他方側(建築物に取り付けられた状態で室外側)から見た図である。 図3のB−B断面図である。 図3のC−C断面図である。 本発明の一実施形態に係る接合部材の施工方法を説明する図であって、躯体にコッター及びアンカー筋を挿入するための穴を開けた図である。 本発明の一実施形態に係る接合部材の施工方法を説明する図であって、アンカー筋を挿入するための穴にアンカー筋を挿入した図である。 本発明の一実施形態に係る接合部材の施工方法を説明する図であって、コッターを挿入するための穴にコッターを挿入する直前の図である。 本発明の一実施形態に係る接合部材が接合された建築物の(a)概略正面図であり、(b)概略平面図であり、(c)概略鉛直断面図であり、(d)片持ちスラブがある場合の概略鉛直断面図である。(e)(b)のD部における耐震補強構造と建築物との間のせん断力伝達を説明する図であり、(f)(b)のE部で外装材、ルーバー等がある場合の拡大図である。 本発明の一実施形態に係る接合部材と躯体との接合部分の(a)鉛直断面図であり、(b)水平断面図であり、(c)(a)のF部における躯体とコッターとの支圧伝達を示した図であり、(d)(b)のG部における躯体とコッターとの支圧伝達を示した図である。 シミュレーションの建築物の平面図である。 地震時に斜めブレースが抵抗している様子を示す正面図である。 シミュレーションの建築物に接合部材を設けた後と、建築物に接合部材を設ける前との荷重変形を示すグラフである。
本発明の一実施形態に係る接合部材について、図面を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る接合部材が接合された建築物の斜視図である。図2は、本発明の一実施形態に係る接合部材が接合された建築物の室内側から見た図である。
図1及び図2に示すように、耐震補強の対象とされる既存の建築物1は、鉛直方向に延びる複数の柱(躯体)11,11と、柱11,11間に架設された梁(躯体)12と、を備えている。
既存の建築物1は、鉄筋コンクリート造や、鉄骨造、鉄骨鉄筋コンクリート造等が想定され、本実施形態では4階建ての鉄筋コンクリート造として説明する。
梁12は、建築物1の幅方向に延びる複数の主筋12A,12A(図6参照)と、これら複数の主筋12A,12Aを束ねるように配置された複数の帯筋12B,12B(図6参照)と、を有している。
図3は、図1のA部の拡大図である。なお、図3において、紙面の左右両端側の斜めブレース5の図示を省略し、紙面の上端側では下側と同等の間隔に斜めブレース5が配置されているものをして示している。
図2及び図3に示すように、上記に示す既存の建築物1に設けられた耐震補強構造10は、梁12に接合された複数の接合体2と、複数の接合体2部材同士を(建築物1の高さ方向及び建築物1の幅方向に対して)斜めに連結する斜めブレース(耐震補強部材)5と、建築物1の幅方向に隣り合う複数の接合体2同士を連結する水平ブレース6A,6Bと、を備えている。
なお、建築物1の高さ方向は鉛直方向に相当し、建築物1の高さ方向に直交する幅方向及び奥行方向は水平方向に相当する。
接合体2は、建築物1の高さ方向及び幅方向に離間して、複数設置されている。
図4は、耐震補強構造10の接合体2を一方側(建築物1に接合された状態で室内側)から見た図である。図5は、耐震補強構造10の接合体2を他方側(建築物1に接合された状態で室外側)から見た図である。図6は、図3のB−B断面図である。図7は、図3のC−C断面図である。
図4から図7に示すように、接合体2は、予め工場等で製造されたコッター部材(接合部材)20と、コッター部材20と梁12とを接合する複数の接合アンカー筋(アンカー筋)30と、コッター部材20の内部に現場でグラウト材が充填され接合アンカー筋30が埋設された現場打ち充填部42と、を有している。
コッター部材20は、鋼管の内部にコンクリートが充填された鋼管コンクリート部(本体部)21と、鋼管コンクリート部21から梁12側に突出する複数の水平シアコッタープレート26(コッター)と、を有している。
鋼管コンクリート部21は、鋼管で形成された鋼管部22と、鋼管部22の内部に工場等で予めコンクリートが充填された先打ち充填部41とを有している。
鋼管部22は、梁12から建築物1(図1参照。以下同じ。)の外側に水平方向に突出するように設けられている。図4に示すように、鋼管部22の端部(他端部)22A(建築物1側の端部)において、高さ方向略中央の部分には、反対側の端部(一端部)22Zに向かって切欠き部22Kが設けられている。換言すると、鋼管部22の端部22Aにおいて、一対の切欠き部22K,22Kが径方向に対向して設けられている。
鋼管部22の一対の切欠き部22K,22Kには、水平ブレース6A,6B(図3参照。以下同じ。)が連結された水平ブレース用プレート(水平ブレース連結部)24が嵌め込まれて、取り付けられている。水平ブレース用プレート24の建築物1側の縁部には、鋼管部22の軸心から水平方向に沿って離間するにしたがって、次第に建築物1から離間するように斜行部24Lが形成されている。
水平ブレース用プレート24における鋼管の内部に位置する部分、本実施形態では水平ブレース用プレート24の幅方向略中央において、建築物1側の端部から反対側に向かって切欠き部24Kが設けられている。切欠き部24Kは、水平方向に離間して2箇所設けられている。
水平ブレース用プレート24の各切欠き部24Kには、水平シアコッタープレート26が嵌め込まれて、取り付けられている。また、水平シアコッタープレート26は、後述する現場打ち充填部42に埋設されている。
水平シアコッタープレート26は、直方体状に形成され、建築物1の高さ方向、幅方向及び奥行方向に沿って配置されている。水平シアコッタープレート26,26は、建築物1の幅方向に離間して配置されている。
水平シアコッタープレート26は、建築物1の高さ方向に沿った長さL1の方が、建築物1の幅方向に沿った方向の長さL2よりも長い。これにより、水平シアコッタープレート26に作用する水平力を効果的に負担する。
なお、水平シアコッタープレート26,26は、正面視ハの字状をなすように上部同士の離間距離が下部同士の離間距離よりも長くなるように配置されていてもよい。あるいは、水平シアコッタープレート26,26は、逆ハ字の状をなすように下部同士の離間距離が上部同士の離間距離よりも長くなるように配置されていてもよい。さらに、水平シアコッタープレート26は、V字状又は逆V字状をなすように一体的に形成されていてもよく、その配置位置、形状等は適宜選択可能である。本実施形態では、水平シアコッタープレート26は、鋼材により形成されている。
水平シアコッタープレート26は、鋼管の内部から建築物1側に突出している。梁12には、コッター用穴12Xが形成されている。水平シアコッタープレート26はコッター用穴12Xに挿入され、コッター用穴12Xと水平シアコッタープレート26との間にはグラウト材26Gが注入されることで、水平シアコッタープレート26は梁12に固定されている。
水平シアコッタープレート26は、鋼管コンクリート部21と梁12とを接合し、梁12と鋼管コンクリート部21との間でせん断力を伝達する。
なお、水平ブレース用プレート24には切欠き部24Kが設けられておらず、水平シアコッタープレートに切欠き部(不図示)が設けられ、当該切欠き部に水平シアコッタープレートが嵌め込まれる構成であってもよい。さらには、水平シアコッタープレートは、水平ブレース用プレートには接合されず、後述する先打ち充填部41に埋設され、先打ち充填部41を介して水平ブレース用プレートと一体化される構成であってもよい。
図5に示すように、鋼管部22の端部22Z(建築物1側と反対側の端部)において、端部22Aと同様に、高さ方向略中央の部分には、反対側の端部に向かって切欠き部22Kが設けられている。
鋼管部22の一対の切欠き部22K,22Kには、水平ブレース6A,6Bが連結された水平ブレース用プレート25が嵌め込まれて、取り付けられている。水平ブレース用プレート25の建築物1と反対側の縁部には、鋼管部22の軸心から水平方向に沿って離間するにしたがって、次第に建築物1に近接するように斜行部25Lが形成されている。
さらに、鋼管部22の端部22Z側には、斜めブレース5(図3参照。以下同じ。)が連結された斜めブレース用プレート27が複数設けられている。各斜めブレース用プレート27は、鋼管部22の径方向外側に延びるように設けられている。
斜めブレース用プレート27は、水平ブレース用プレート24の上側に1枚、水平ブレース用プレート24の下側に1枚設けられている。水平ブレース用プレート24の上側の斜めブレース用プレート27と、水平ブレース用プレート24の下側の斜めブレース用プレート27とでは、建築物1の奥行方向(幅方向に直交する水平方向)の位置をずらして配置されている。
なお、本実施形態では、水平ブレース用プレート24及び斜めブレース用プレート27は、鋼材により形成されている。
各斜めブレース用プレート27は、板状に形成され、鋼管部22の径方向に延びている。斜めブレース用プレート27の両面には、外方に突出するリブ27Rがそれぞれ設けられている。
鋼管部22の端部22A側には、上部及び下部に、筒状に形成されたグラウト注入部28が設けられている。グラウト注入部28の内部空間は、鋼管部22の内部に連通されている。
鋼管部22の端部22Z側の内部には、予め工場等でコンクリートが充填された先打ち充填部41が形成されている。また、鋼管部22の内部において、端部22A側の残りの部分には、現場で鋼管部22のグラウト注入部28から注入されたグラウト材が充填された現場打ち充填部42が形成されている。
梁12には、アンカー筋用穴12Yが形成されている。接合アンカー筋30はアンカー筋用穴12Yに挿入され、アンカー筋用穴12Yと接合アンカー筋30との隙間にはグラウト材30Gが注入されることで、接合アンカー筋30の一端30A側は梁12に固定されている。
接合アンカー筋30の他端30Zには、頭部30Tが設けられている。接合アンカー筋30の他端30Z側は、接合体2の現場打ち充填部42に埋設され、固定されている。このように、接合アンカー筋30は、鋼管コンクリート部21と梁12とを接合するとともに、鋼管コンクリート部21の脱落を防止する。
図3に示すように、斜めブレース5は、建築物1の高さ方向及び幅方向に離間して配置された接合体2,2同士、つまり(建築物1の高さ方向及び幅方向に対して)斜めに離間して配置された接合体2,2同士を連結する。斜めブレース5の端部は、接合体2の斜めブレース用プレート27に取付金具27K等を介してボルト・ナット等により連結されている。
建築物1の高さ方向及び幅方向に離間して配置された4個の接合体2,2,2,2では、正面視X字状に配置された2本の斜めブレース5,5で連結されている。上記に示す通り、一の接合体2において、上側の斜めブレース用プレート27と下側の斜めブレース用プレート27とでは、建築物1の奥行方向の位置をずらして配置されている。また、建築物1の幅方向に隣り合う接合体2,2同士は上下逆(建築物1の奥行方向を軸線方向として180°回転させた関係)に配置されている。これにより、建築物1の高さ方向に沿って並ぶ接合体2の一の列では、上側の斜めブレース用プレート27が下側の斜めブレース用プレート27よりも建築物1の奥行方向手前側に配置され、一の列と建築物1の幅方向に隣り合う接合体2の他の列とでは、下側の斜めブレース用プレート27が上側の斜めブレース用プレート27よりも建築物1の奥行方向手前側に配置される関係になっている。そして、X字状に配置された2本の斜めブレース5,5は、互いに建築物1の奥行方向の位置をずらして配置されている。
なお、X字状に配置された斜めブレースは、建築物1の奥行方向の位置をずらさずに、同一鉛直平面上に配置される構成であってもよい。この場合には、2本の斜めブレースの交差する部分は、接合されている。
斜めブレース5は、引張力及び圧縮力に対して略同等の耐力を有していて、座屈しないものが好ましい。本実施形態では、斜めブレース5は、鋼管により形成されている。
水平ブレース6A,6Bは、それぞれ一の接合体2の基端側と、一の接合体2と建築物1の幅方向に離間して配置された他の接合体2の先端側とを連結する。建築物1の幅方向に離間して配置された2個の接合体2,2において、一の接合体2の基端側と一の接合体2と建築物1の幅方向に離間して配置された他の接合体2の先端側とが水平ブレース6Aで連結されるとともに、一の接合体2の先端側と他の接合体2の基端側とが水平ブレース6Bで連結されている。このように、建築物1の幅方向に隣り合う接合体2,2同士は、平面視X字状に配置された2本の水平ブレース6A,6Bで連結されている。
本実施形態では、水平ブレース6Aは、断面視C字状に形成された一対のチャンネル鋼材61,61を有している。一対のチャンネル鋼材61,61は、それぞれウェブ部61A,61A部同士を対向させて配置されている。
水平ブレース6Aの両端部において、水平ブレース用プレート24,25が、一対のチャンネル鋼材61,61のウェブ部61A,61Aの間に挟み込まれて連結されている。また、ウェブ部61A,61A同士は、水平ブレース用プレート24の厚み分離間した状態で、互いに連結されている。
水平ブレース6Bは、水平ブレース6Aの一対のチャンネル鋼材61,61の間に挿通された支持プレート部62と、支持プレート部62の両端部にそれぞれ設けられ断面視C字状に形成された一対のチャンネル鋼材63,63と、を有している。水平ブレース6Bに水平ブレース6Aの一対のチャンネル鋼材61,61と交差する部分において、支持プレート部62が設けることで、水平ブレース6A,6Bが交差可能とされている。
支持プレート部62は、水平ブレース6Aの一対のチャンネル鋼材61,61のウェブ部61A,61Aの間に挟み込まれて連結されている。
一対のチャンネル鋼材63,63は、それぞれウェブ部63A,63A同士を対向させて配置されている。ウェブ部63A,63A同士は、互いに連結されている。
水平ブレース6Bの端部において、水平ブレース用プレート24,25が、一対のチャンネル鋼材63,63のウェブ部63A,63Aの間に挟み込まれて連結されている。また、ウェブ部63A,63A同士は、水平ブレース用プレート24及び支持プレート部62の厚み分離間した状態で、互いに連結されている。
図1に示すように、接合体2、斜めブレース5及び水平ブレース6A,6Bは、建築物1の正面において建築物1の高さ方向及び幅方向にわたって、1階の入り口1Eを除いて全体的に配置されている。また、必要とされる補強量に応じて、上記に示す耐震補強構造10の設置位置を調整することができる。本実施形態では、1,2階では、3,4階よりも密に配置されている。なお、接合体2、斜めブレース5及び水平ブレース6A,6Bと建築物1の幅方向端部との接合部分は、作用する偏心モーメント等の力のバランスを考慮して計画すればよい。
次に、上記のように構成された耐震補強構造10の耐震補強方法について、主に図8から図10を用いて説明する。
図8は、耐震補強構造10の施工方法を説明する図であって、梁12にコッター用穴12X及びアンカー筋用穴12Yを開けた図である。図9は、耐震補強構造10の施工方法を説明する図であって、アンカー筋用穴12Yに接合アンカー筋30を挿入した図である。図10は、耐震補強構造10の施工方法を説明する図であって、コッター用穴12Xに水平シアコッタープレート26を挿入する直前の図である。
まず、図8に示すように、梁12に接合体2を取付けるためのコア抜き(穴を開ける作業)を行う。
梁12の上側の主筋12Aと下側の主筋12Aとの間及び建築物1の幅方向に離間して配置された帯筋12B,12Bの間に、アンカー筋用穴12Y及びコッター用穴12Xを開ける。アンカー筋用穴12Y,12Y及びコッター用穴12X,12Xは、梁12の正面から内部に向かって、建築物1の奥行方向に延びるように形成する。本実施形態では、一の帯筋12Bにおける建築物1の幅方向一方側にアンカー筋用穴12Y,12Y及びコッター用穴12Xを開け、一の帯筋12Bにおける建築物1の幅方向他方側に別のコッター用穴12Xを開ける。また、コッター用穴12Xは、断面視円形の穴を開けることができるコアドリル等の工具を用いて、断面視円形の穴を建築物1の高さ方向に3個連ねてコッター用穴12Xを形成している。本実施形態では、コッター用穴12Xの建築物1の奥行方向の長さ(深さ)は80mmである。
次に、図9に示すように、アンカー筋用穴12Yに接合アンカー筋30を固定する。
アンカー筋用穴12Yに接合アンカー筋30を挿入し、アンカー筋用穴12Yとアンカー筋との隙間にグラウト材30Gを注入する(図10参照)。グラウト材30Gが硬化すると、接合アンカー筋30はアンカー筋用穴12Yの内部に固定される。
次に、図10に示すように、梁12にコッター部材20を仮固定する。
コッター部材20の水平シアコッタープレート26をコッター用穴12Xに挿入し、接合アンカー筋30の梁12から突出している部分をコッター部材20の内部(鋼管部22の内部における先打ち充填部41が形成されていない部分)に配置する。コッター部材20の水平シアコッタープレート26は、コッター用穴12Xに支持され、梁12に仮固定される。
次に、グラウト材を圧入する。
また、コッター部材20のグラウト注入部28,28から、グラウト材を圧入する。これにより、コッター部材20の鋼管部22の内部は、予め充填された先打ち充填部41及び現場でグラウト材が圧入されることで形成された現場打ち充填部42で満たされる。また、圧入されたグラウト材26Gは、コッター用穴12Xと水平シアコッタープレート26との隙間にも入り込む。グラウト材が硬化すると、コッター部材20は梁12に接合される。上記の作業を、設置するコッター部材20の位置に応じて行う。
次に、図3に示すように、コッター部材20の斜めブレース用プレート27及び水平ブレース用プレート24,25に、斜めブレース5を及び水平ブレース6A,6Bをそれぞれボルト・ナット等により連結する。
図11は、耐震補強構造10の(a)概略正面図であり、(b)概略平面図であり、(c)概略鉛直断面図であり、(d)片持ちスラブがある場合の概略鉛直断面図である。図11(e)は(b)のD部における耐震補強構造10と建築物1との間のせん断力伝達を説明する図であり、(f)は(b)のE部で外装材、ルーバー等がある場合の拡大図である。
図11(e)に示すように、上記のように構成された耐震補強構造10では、接合体2における建築物1の幅方向両側に連結された4本の水平ブレース6A,6Bから引張力及び圧縮力が接合体2に伝達される。接合体2では、圧縮力及び引張力が互いに打ち消し合い、軸力が0に近づく設計となっている。
また、接合体2の建築物1からの突出長さは、図11(d)に示すように建築物1に片持ちスラブSが設けられている場合には、図11(c)に示すように建築物1に片持ちスラブSが設けられていない場合よりも、長くなるように調整することができる。また、図11(f)に示すように、接合体2の先端部に外装材やルーバー等の部材Tを取付けることもできる。
図12は、耐震補強構造10における接合体2と梁12との接合部分の(a)鉛直断面図であり、(b)水平断面図であり、(c)(a)のF部における梁12と水平シアコッタープレート26との支圧伝達を示した図であり、(d)(b)のG部における梁12と水平シアコッタープレート26との支圧伝達を示した図である。
図12(c),(d)に示すように、水平シアコッタープレート26と梁12とのせん断力伝達は、支圧伝達を主な伝達機構として想定している。
次に、本実施形態の耐震補強構造10を設けた場合の建築物1をシミュレーションした結果(試設計)について、主に図13から図15を用いて説明する。
図13は、シミュレーションの建築物1の平面図である。図14は、地震時に斜めブレース5が抵抗している様子を示す正面図である。図15は、シミュレーションの建築物1に耐震補強構造10を設けた後の荷重変形比較を示すグラフである。
図13に示すように、本シミュレーションでは、建築物1として鉄筋コンクリート造の4階建て病院を想定している。X方向(建築物1の幅方向)は純ラーメン構造とされ、Y方向(建築物1の奥行方向)は耐震壁付きラーメン構造とされている。X方向に耐震補強構造10を設ける場合について説明する。
柱11,11間7200mmに設けられた耐震補強構造10を1か所と数えて、一階では8か所に耐震補強構造10が設けられている。

表1の提案補強の欄に示すように、1階で必要な補強量は8887kNである。これを8か所で負担するため、1か所あたり1111kN(約1000kN)の耐力が必要となる。
なお、鉄骨製のブレース等が設けられた従来の補強方法では、材料費等が高い。このため、表1の従来補強の欄に示すように、設置箇所数を4か所に抑えて、1か所あたり2222kNの耐力を負担させる設計であった。一方、本発明では、設置箇所数を増やしても施工面及びコスト面ともにメリットがあるため、1か所あたりの負担耐力を抑えた構成とすることができる。
斜めブレース5は、SS400を材料として、断面積160mmで形成されたものを想定している。σ=235MPaとして算定すると、斜めブレース5は1本当たり降伏時軸力=376kN負担できる。水平力に置換すると、Q=258kNの耐力となる。接合体2と梁12との接合箇所には、それぞれ2本の斜めブレース5が設けられているため2本分でQ=516kN負担できる。つまり、1接合部あたりQ=516kN負担できる。よって、図14に示すように、1柱スパン(7200mm)で2接合部設ければ、1柱スパンで1032kNの補強をすることが可能であり、目標とされた1か所あたり約1000kNの耐力を確保することができる。このように、1か所あたりの補強量を抑えつつ、耐震補強することができる。
図14に示すように、地震時には、接合体2に連結された2本の斜めブレース5には、それぞれ圧縮力及び引張力が作用し、建築物1の高さ方向の力は互いに打ち消し合うため、建築物1の幅方向(X方向)の水平力のみが伝達される。
図15に示すように、補強前(既存柱11)では、層せん断力が約1000kNとなっているが、本シミュレーションの耐震補強構造10を設ける(既存柱11+補強部)と、層せん断力が2000kN以上となり、効率的に耐震補強を行うことができることが分かる。
次に、本実施形態の耐震補強構造10を設けた場合の建築物1の水平シアコッタープレート26に関するシミュレーションした結果(試設計)について、説明する。
一般的に、水平シアコッタープレートの耐力は、鉄筋コンクリート造の梁12のコンクリート部分の支圧破壊に基づくコンクリート支圧強度と、水平シアコッタープレート26自体がせん断降伏する際の耐力のいずれか小さい方に基づいて決定される。ここで、水平シアコッタープレートの目標耐力を600kNとする。
まず、梁12のコンクリート部分の支圧破壊に基づくコンクリート支圧強度について説明する。
想定する水平シアコッタープレート26や梁12のコンクリート部分等の条件を、表2に示す。

表2における見付け幅Be、見付けせいDeは、それぞれ図12(d),(c)に示す部分の長さである。
表2に示す見付け面積、想定支圧強度より、コンクリート支圧強度QCSは294kNと算出される。1接合部(1個のコッター部材20)は2枚の水平シアコッタープレート26,26で構成されているため、ΣQCS=264×2=584kN、約600kNである。
次に、水平シアコッタープレート26自体がせん断降伏する際の耐力について説明する。水平シアコッタープレート26の断面積はAs=100×22=2200mmであり、これにせん断降伏応力度を乗じてせん断降伏耐力はQss=2200×235/(√3)=298kNと算出される。1接合部(1個のコッター部材20)は2枚の水平シアコッタープレート26,26で構成されているため、ΣQSS=298×2=596kN、約600kNである。
よって、鉄筋コンクリート造の梁12のコンクリート部分の支圧破壊に基づくコンクリート支圧強度、水平シアコッタープレート26自体がせん断降伏する際の耐力、いずれでも目標耐力600kNをほぼ確保することができることが分かる。
このように構成された耐震補強構造10では、コッター部材20の水平シアコッタープレート26を既存の梁12に固定し、梁12に固定された接合アンカー筋30を鋼管コンクリート部21に埋設することで、既存の建築物1の梁12と、鋼管コンクリート部21に連結された斜めブレース5、水平ブレース6A,6Bとを施工工数を抑えて接合することができる。
また、梁12と鋼管コンクリート部21との間のせん断力は、水平シアコッタープレート26により伝達される。水平シアコッタープレート26は鋼管コンクリート部21の端部22Aから一方向に突出し、梁12に固定される構成とされているため、従来のようなせん断力を伝達するためにスラブ等の構造体を設ける必要がなく、簡易な構成で確実に接合することができる。
また、水平シアコッタープレート26は、水平面上に配置される水平ブレース6A,6Bが連結される水平ブレース用プレート24に取り付けられているため、水平ブレース6A,6Bが伝達するせん断力を梁12側に効果的に伝達することができる。
また、斜めブレース5と連結された接合体2及び接合体2と連結された水平ブレース6A,6Bを介して、せん断力が耐震補強構造10側から既存の建築物1側に伝達される。従来では、既存の建築物1の外側に設けられたブレース等側から既存の建築物1側にせん断力を伝達させるために、鉄筋コンクリート造のスラブ等の構造体を増設する必要があったが、本願では接合体2及び水平ブレース6A,6Bがせん断力を伝達するように機能するため、構造体を増設する必要がなく現場での施工の手間を削減することができる。
また、接合体2の基端側及び先端側には、建築物1の幅方向一方側に設けられた接合体2と連結された水平ブレース6A,6B及び建築物1の幅方向他方側に設けられた接合体2と連結された水平ブレース6A,6Bがそれぞれ設けられている。つまり、接合体2の基端側及び先端側には、建築物1の幅方向両側にそれぞれ延びる一対の水平ブレース6A,6Bがそれぞれ連結されている。これにより、接合体2の両側に連結された水平ブレース6A,6Bから引張力及び圧縮力が接合体2に伝達され、接合体2と既存の梁12との接合部分に生じる軸力及び偏心モーメントが抑えられる。よって、接合体2における梁12との接合部分を小型化でき、これに伴い接合体2自体も小型化できる。
また、接合体2の設置数等を調整して隣り合う柱11,11等の躯体間の負担せん断力を抑えることができるため、既存の柱11や杭等の補強が不要である。
また、梁12のアンカー筋用穴12Yと接合アンカー筋30との隙間にはグラウト材30Gが注入され、コッター部材20はアンカー筋を介して梁12に固定されている。よって、コッター部材20の梁12からの脱落は、確実に防止される。
また、鋼管部22が主に引張力を負担し、先打ち充填部41が主に圧縮力を負担するため、耐力を均等に発揮することができる。
また、斜めブレース5及び水平ブレース6A,6Bは、それぞれは鋼管及びチャンネル鋼材等で形成されており、例えば鉄骨等と比較すると軽量で、大きさ及びコストを抑えた構成とされている。よって、接合体2、斜めブレース5及び水平ブレース6A,6Bが建築物1の高さ方向及び幅方向にわたって1階の入り口1Eを除いて全体的に配置することで、耐震性を向上させるとともに適切にせん断力を伝達させることができる。
なお、耐震補強構造10を設ける位置、数量等は、必要とする補強量等に応じて決定する。
また、鋼管部22の内部に工場にて予めコンクリートを充填した先打ち充填部41を設けることで、現場で鋼管部22の内部に接合アンカー筋30を固着させるためのグラウト材を注入するだけでコンクリートを充填する必要がないため、現場での施工工数を削減することができる。
また、水平シアコッタープレート26は、水平ブレース6A,6Bが連結された水平ブレース用プレート24に取り付けられているため、水平ブレース6A,6Bが伝達するせん断力を梁12側に効果的に伝達することができる。
また、従来の鉄骨製のブレースを設ける構成では、太いブレースが目立ち、外観が重い印象となっていた。本発明では、図1に示すように、斜めブレース5及び水平ブレース6A,6Bは、それぞれは鋼管及びチャンネル鋼材等で形成されているため、外観の印象を軽くすることができるとともに、太陽光を室内に効果的に取り入れて室内の明るさを確保することができる。また、図2に示すように、建築物1の室内から外部を見ると、斜めブレース5を構成する細い鋼管が見えるだけであるため、見晴らしが良い。
なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
例えば、上記に示す実施形態において、耐震補強構造10は梁12に接合されているが、本発明はこれに限られず、柱11等の躯体に接合されていてもよい。
また、上記に示す実施形態において、接合体2の本体部は鋼管部22と先打ち充填部41とを備える構成であるが、本発明はこれに限られず、接合体2の本体部は、鉄骨等の材料で形成されていてもよい。
1…建築物
2…接合体
5…斜めブレース(耐震補強部材)
6A,6B…水平ブレース
10…耐震補強構造
11…柱
12…梁
12X…コッター用穴
12Y…アンカー筋用穴
20…コッター部材(接合部材)
21…鋼管コンクリート部
22…鋼管部
24…水平ブレース用プレート(水平ブレース連結部)
26…水平シアコッタープレート
26G…グラウト材
27…斜めブレース用プレート
27R…リブ
28…グラウト注入部
30…接合アンカー筋
41…先打ち充填部
42…現場打ち充填部
61…チャンネル鋼材
61A…ウェブ

Claims (2)

  1. 既存の建築物の躯体に耐震補強部材を接合するための接合部材であって、
    一方向に延びる鋼管の内部にコンクリートが充填され、一端部に前記耐震補強部材が連結される鋼管コンクリート部と、
    該鋼管コンクリート部の他端部から前記一方向に突出し、前記躯体に固定され、該鋼管コンクリート部と前記躯体との間でせん断力を伝達するコッターと、を備え、
    前記鋼管コンクリート部は、前記躯体に固定されたアンカー筋が埋設可能とされていることを特徴とする接合部材。
  2. 前記鋼管コンクリート部は、水平面上に配置される水平ブレースが連結される水平ブレース連結部を有し、
    前記コッターは、前記水平ブレース連結部に取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の接合部材。
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