JP2017031651A - 既設柱の補強構造および補強工法 - Google Patents

Abstract

【課題】高強度、高靱性を有するコンクリートパネルを用いた既存柱の補強構造を提供する。【解決手段】既存の柱の表面と所定の間隔を設けて位置し、前記柱を平面視四角形に包囲する４枚のコンクリートパネルと、前記コンクリートパネルを接続する接続材と、前記コンクリートパネルで包囲した空間に充填する充填材と、からなり、前記コンクリートパネルは、前記柱に沿って高さ方向に積層しており、前記接続材は、上下に位置する前記コンクリートパネルに跨がって配置する接続プレートと、前記柱の端部に位置する前記コンクリートパネルの端部に配置する下端接続プレートと、隣接して直交する前記コンクリートパネルにそれぞれ配置した前記接続プレートおよび前記下端接続プレートどうしを接続するアングルと、からなり、前記コンクリートパネルおよび前記接続材は、ボルト状の固定具により連結する、既存柱の補強構造。【選択図】図１

Description

本発明は、既設柱の補強構造および補強工法に関し、特に、高強度、高靱性を有するコンクリートパネルを用いた補強構造および補強工法に関する。

１９９５年１月の兵庫県南部地震によって、鉄筋コンクリート構造の柱に多くの損傷が見られて以後、既設柱において、耐震性能を向上させる補強が多く行われている。
このような既設柱の補強工法としては、以下のような工法がある。
＜１＞既設柱の周りに鋼板を配置し、既設柱と鋼板との間にモルタルや砂を充填する、鋼板巻立て工法
＜２＞既設柱を表面処理した後、既設柱の周りに鉄筋を配置し、型枠を建て込んでコンクリートを打設する、コンクリート巻立て工法
＜３＞既設柱にエポキシ樹脂等で連続繊維シートを巻きたてる、繊維巻立て工法
＜４＞既設柱の周りに帯鉄筋を配置し、吹付けモルタルを施工する、モルタル吹付け工法
＜５＞プレキャスト型枠を設置し、既設柱とプレキャスト型枠との間にモルタルを充填する、プレキャスト型枠を用いた補強工法

特許第４９９２４７９号公報

前記した従来の補強工法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞鋼板巻立て工法は、鋼板の設置に揚重機が必要であり、また、鋼板の接合に溶接が必要である。
＜２＞コンクリート巻立て工法は、鉄筋の組み立てや型枠の建て込みに重機が必要である。また、かぶりを確保するために、補強構造の断面増厚量が大きくなる。また、コンクリートが現場打設のため、乾燥収縮等により構造の表面にひび割れが発生するおそれがある。
＜３＞繊維巻立て工法は、連続繊維シートを複数層、既存柱に巻きたてるため、熟練工が必要であり、また、施工手間が増える。
＜４＞モルタル吹付け工法は、モルタル吹付けの為に面積２０ｍ^２程度のプラントが必要となる。また、モルタルが現場打設のため、乾燥収縮等により構造の表面にひび割れが発生するおそれがある。
＜５＞プレキャスト型枠を用いた補強工法は、モルタル充填時にプレキャスト型枠を支保工により支持する必要がある。
＜６＞プレキャスト型枠は略コ字状に形成されているため、使用できる既存柱の寸法が限定される。
＜７＞鋼板巻立て工法およびプレキャスト型枠を用いた補強工法は、鋼板やプレキャスト型枠が単品生産となるため、製作に時間がかかる。

上記課題を解決するためになされた本願の第１発明は、既存の柱の表面と所定の間隔を設けて位置し、前記柱を平面視四角形に包囲する４枚のコンクリートパネルと、前記コンクリートパネルを接続する接続材と、前記コンクリートパネルで包囲した空間に充填する充填材と、からなり、前記コンクリートパネルは、前記柱に沿って高さ方向に積層しており、前記接続材は、上下に位置する前記コンクリートパネルに跨がって配置する接続プレートと、前記柱の端部に位置する前記コンクリートパネルの端部に配置する下端接続プレートと、隣接して直交する前記コンクリートパネルにそれぞれ配置した前記接続プレートおよび前記下端接続プレートどうしを接続するアングルと、からなり、前記コンクリートパネルおよび前記接続材は、ボルト状の固定具により連結する、既存柱の補強構造を提供する。
本願の第２発明は、第１発明の既存柱の補強構造において、前記コンクリートパネルは、短繊維により補強したコンクリートまたはレジンコンクリートからなることを特徴とする、既存柱の補強構造を提供する。
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の既存柱の補強構造において、前記充填材は、モルタル、コンクリート、短繊維により補強したモルタルまたは短繊維により補強したコンクリートであることを特徴とする、既存柱の補強構造を提供する。
本願の第４発明は、第１発明乃至第３発明の何れかの既存柱の補強構造において、前記コンクリートパネルの裏面に配置する補強プレートと、隣接して直交する前記コンクリートパネルにそれぞれ配置した補強プレートどうしを接続するアングルと、からなる補強材を、前記コンクリートパネルの上下にそれぞれ位置する前記接続材と平行に配置し、前記柱を包囲することを特徴とする、既存柱の補強構造を提供する。
本願の第５発明は、第１発明乃至第３発明の何れかの既存柱の補強構造を構築する、既存柱の補強工法であって、４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲し、前記コンクリートパネルの下辺に前記下端接続プレートを前記固定具により接合し、隣接して直交する前記コンクリートパネルおよび前記下端接続プレートに前記アングルを前記固定具により接合して前記接続材を構築して前記柱を包囲し、前記コンクリートパネルの上辺に前記接続プレートを前記固定具により接合し、隣接して直交する前記コンクリートパネルおよび前記接続プレートに前記アングルを前記固定具により接合して前記接続材を構築し、前記コンクリートパネルの上段にさらに前記コンクリートパネルを積層して上段の前記コンクリートパネルを前記固定具によって前記接続プレートおよび前記アングルに接合し、前記接続プレートの接合工程、前記接続材の構築工程および前記コンクリートパネルの積層工程を繰り返すことによって、既存柱を所定の高さまで前記コンクリートパネルによって包囲し、前記コンクリートパネルと前記柱との間の空間に、前記充填材を充填することを特徴とする、既存柱の補強工法を提供する。
本願の第６発明は、第４発明の既存柱の補強構造を構築する、既存柱の補強工法であって、４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲し、前記コンクリートパネルの下辺に前記下端接続プレートを前記固定具により接合し、隣接して直交する前記コンクリートパネルおよび前記下端接続プレートに前記アングルを前記固定具により接合して前記接続材を構築して前記柱を包囲し、前記コンクリートパネルの上辺に前記接続プレートを前記固定具により接合し、隣接して直交する前記コンクリートパネルおよび前記接続プレートに前記アングルを前記固定具により接合して前記接続材を構築し、前記コンクリートパネルの上段にさらに前記コンクリートパネルを積層して上段の前記コンクリートパネルを前記固定具によって前記接続プレートおよび前記アングルに接合し、前記接続プレートの接合工程、前記接続材の構築工程および前記コンクリートパネルの積層工程を繰り返すことによって、既存柱を所定の高さまで前記コンクリートパネルによって包囲し、前記コンクリートパネルと前記柱との間の空間に、前記充填材を充填して構築するものであり、前記補強材は、既存柱を包囲する前の４枚の前記コンクリートパネルに、あらかじめ前記補強プレートを前記固定具により接合するとともに、接合した前記補強プレートの所定の端部に前記補強材のアングルを前記固定具により接合しておき、４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲した後に、前記固定具により、前記補強材の前記アングルのうち、前記コンクリートパネルと接合していないものを接合することにより構築する、既存柱の補強工法を提供する。

本発明は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞表面にコンクリートパネルを配置する構造であるため、構造表面にひび割れが発生せず、品質が安定する。
＜２＞高強度高靱性コンクリートパネルを使用することで、耐久性が向上する。
＜３＞溶接作業を必要とせず、既設柱の周囲にコンクリートパネルを配置するものであるため、熟練工が不要である。
＜４＞コンクリートパネルは平板状であるため、任意の寸法の既存柱に適用することができる。
＜５＞コンクリートパネルは平板状であり、軽量化することにより、人力施工が可能となる。
＜６＞人力施工により、狭隘部での施工が可能である。
＜７＞パネルのコンクリートを現場打設するものではないため、施工の省人化、省力化が図れる。
＜８＞コンクリートパネルを接続材と組み合わせて柱を閉合することで、支保工が省略できる。
＜９＞高強度高靱性コンクリートパネルを使用するため、内部に補強鉄筋を配置する必要がなく、工期が短縮される。
＜１０＞揚重機を使用しないため施工時のＣＯ_２が削減され、施工時の騒音、振動が低減される。
＜１１＞補強材を追加で配置することにより、補強構造における補強の程度を変化させることができる。

本発明の既存柱の補強構造の斜視図 コンクリートパネルおよび接続材の斜視図 既設柱の補強構造の断面図 コンクリートパネルおよび接続材の配置の説明図 補強工法の説明図（１） 補強工法の断面図（１） 補強工法の断面図（２） 補強工法の説明図（２） その他実施例にかかる補強工法の説明図 その他実施例にかかるコンクリートパネルおよび接続材の斜視図

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

［１］補強構造。
本発明の既設柱の補強構造は、既存の柱Ａの表面と所定の間隔を設けて配置して柱Ａを平面視四角形状に包囲する４枚のコンクリートパネル１と、隣接するコンクリートパネル１を接続する接続材２と、からなる。（図１）
コンクリートパネル１は柱Ａに沿って高さ方向に積層し、上下のコンクリートパネル１は、接続材２を介して連結する。
そして、柱Ａとコンクリートパネル１との間には、充填材３を充填する。
コンクリートパネル１と接続材２は固定具４によって連結する。

＜１＞コンクリートパネル。
本発明のコンクリートパネル１は、矩形の平板（幅：補強後の既設柱の概略寸法、高さ：５００ｍｍ、厚さ：１０〜５０ｍｍ）であり、工場で生産された高強度高靱性のプレキャストコンクリートパネルである。（図２）
高強度高靱性コンクリートパネルは、セメント系材料を短繊維（鋼繊維または合成繊維）により補強したコンクリートまたはレジンコンクリートである。これにより、コンクリートパネル１を軽量化することができる。
コンクリートパネル１は、既設の柱Ａの耐震補強のために、４枚を平面視四角形状に連結して柱Ａを包囲し、補強構造の表面を形成する（図３）。補強構造の表面が工場生産されたコンクリートパネル１であるため、コンクリートやモルタルを現場で打設した際のように乾燥収縮等により構造表面にひび割れが発生することがなく、品質が向上する。
コンクリートパネル１には、接続材２に連結するための固定具４を挿通する挿通孔１１を設ける。
高強度高靱性のコンクリートパネル１によって補強するため、耐久性が向上する。
また、コンクリートパネル１内部に補強鉄筋を配置する必要がないため、短工期での構築が可能である。

＜２＞接続材。
接続材２は、平板状の接続プレート２１および下端接続プレート２３と、平面視Ｌ字状のアングル２２と、からなる。（図２）

＜２．１＞接続プレート、下端接続プレート。
接続プレート２１および下端接続プレート２３は矩形の平板状（高さ１５０〜２００ｍｍ、厚さ６〜９ｍｍ）の鋼材である。
接続プレート２１および下端接続プレート２３の長さは、コンクリートパネル１の幅とほぼ同じ長さである。
接続プレート２１は、積層するコンクリートパネル１の背面であって、下層のコンクリートパネル１の上部と上層のコンクリートパネルの下部に跨がって配置する。
下端接続プレート２３は、積層するコンクリートパネル１の背面であって、最下層のコンクリートパネル１の下端に配置する。
接続プレート２１および下端接続プレート２３には、固定具４を挿通する挿通孔２１１、２３１を設ける。

＜２．２＞アングル。
アングル２２は断面Ｌ字状の鋼材である。
アングル２２のＬ字の背面は、互いに直交する接続プレート２１および下端接続プレート２３に接する。
アングル２２には、固定具４を挿通する挿通孔２２１を設ける。
アングル２２の厚さは９ｍｍであり、長さは接続プレート２１および下端接続プレート２３の幅と略同一とし、１５０〜２００ｍｍとする。

＜２．３＞接続材の配置。
接続プレート２１は、平面視四角形状に配置する４枚のコンクリートパネル１の背面に接している（図３）。また、下端接続プレート２３も同様にコンクリートパネル１の背面に接している。
アングル２２は、接続プレート２１の平面視四角形状の角、すなわち柱Ａの角に対応する位置に配置する。
そして、コンクリートパネル１、接続プレート２１、下端接続プレート２３およびアングル２２を固定具４によって接合することにより、接続材２は、コンクリートパネル１と一体となり平面視四角形状で柱Ａを包囲する。

＜３＞固定具。
コンクリートパネル１と接続材２は、固定具４によって連結する。
固定具４は皿ボルト、丸ボルトまたは六角ボルトとする。
固定具４は、コンクリートパネル１の高さ方向の上辺付近および下辺付近において、コンクリートパネル１、接続プレート２１およびアングル２２を貫通する（図４）。また、積層するコンクリートパネル１の下端においては、コンクリートパネル１、下端接続プレート２３およびアングル２２を貫通する。
固定具４は、構築する補強構造の厚さと略同一の長さとすることが好ましい。このとき、固定具４の先端は柱Ａに当接する。

＜４＞充填材。
柱Ａとコンクリートパネル１との間に充填する充填材３は、モルタルまたはコンクリートである。このモルタルまたはコンクリートのセメント系材料に短繊維を加えて補強したモルタルまたはコンクリートとすることもできる。
充填材３は、コンクリートパネル１と一体となって柱Ａを包囲して補強する。

［２］補強工法。
次に、本発明の補強工法について説明する。

＜１＞下準備。
柱Ａをハイウオッシャー等によって水洗いする。また、柱Ａの周囲に補強構造を組み上げていくため、既設基礎天端を水平に仕上げる。

＜２＞最下段のコンクリートパネルの配置および接続材の接合。
構築する補強構造の最下段に配置する４枚のコンクリートパネル１を柱Ａを包囲するように立設する。コンクリートパネル１は平板状で薄いコンクリート製であるため、軽量であり、現場への搬入作業および組み立てにおいて、人力施工が可能である。
コンクリートパネル１と既設基礎との間には支持材５を配置し、３０ｍｍ〜６０ｍｍ程度の空きを設ける。（図５）
支持材５は瀝青繊維質、瀝青質、発泡ゴム、発泡樹脂やウレタン等、コンクリートパネル１より柔らかくかつ重量を支持できる素材からなり、補強構造を構築した後にこの支持材５によって補強構造の下端を支持することにより、柱Ａが変形した際に追従して支持材５が変形し、補強構造が損傷するのを防止する。支持材５は、充填材４が漏れ出さないように、コンクリートパネル１の下端から柱Ａの表面まで敷き詰める。
直交する２辺分のコンクリートパネル１の下辺には、２辺分の下辺接続プレート２３を配置しておき（図５）、直交する下端接続プレート２３間に配置するアングル２２を固定具４により接合し一体とする。（図６）
固定具４の長さが構築する補強構造の厚さと略同一の場合には、固定具４の頭部がコンクリートパネル１の表面とほぼ同一の表面になるまで螺合し、固定具４はアングル２２から突設する。
そして、下端接続プレート２３およびアングル２２を接合した２枚のコンクリートパネル１を柱Ａ方向の位置決めをする（図６）。アングル２２が柱Ａの角に対応し、また、固定具４の長さが構築する補強構造の厚さと略同一の場合には、アングル２２から突設する固定具４の端部を柱Ａに当接することにより、コンクリートパネル１の柱Ａ方向の位置決めを容易に行うことができる。
その後、残り２辺のコンクリートパネル１にも同様に下端接続プレート２３およびアングル２２を接合するとともに柱Ａ方向の位置決めを行う。
そして、最初に位置決めした２辺のコンクリートパネル１と残り２辺のコンクリートパネルとの間に配置するアングル２２を固定具４よって接合する。（図７）
この工程によって、柱Ａは４枚のコンクリートパネル１および接続材２によって包囲される。コンクリートパネル１は接続材２と接合しているため、あと施工アンカーを打設する必要がない。

＜３＞コンクリートパネル上辺の接続材の接合。
柱Ａを包囲するコンクリートパネル１の上辺に、接続プレート２１および直交する接続プレート２１間に配置するアングル２２を固定具４により接合し一体とし、接続材２を接合する。
この上辺の接続材２は、あらかじめコンクリートパネル１に接続プレート２１を接合しておき、下端の接続材２を接合する際に同時に接合してもよい。

＜４＞コンクリートパネルの積層。
次に上段のコンクリートパネル１の下辺を、下段のコンクリートパネル１および下段のコンクリートパネル１に接合した接続材２に合わせる（図８）。
そして、上段のコンクリートパネル１を固定具４によって接続材２に接合することにより上段のコンクリートパネル１と下段のコンクリートパネル１を連結し、下段のコンクリートパネル１と同様に、上段においても４枚のコンクリートパネル１によって柱Ａを包囲する。
その後、上段のコンクリートパネル１の上辺に、接続材２を接合する。この接続材２は、下段の構築時と同様にあらかじめ所定の接続プレート２１およびアングル２２を接合しておいてもよいし、４枚のコンクリートパネル１を配置した後に接続プレート２１およびアングル２２を接合して構築してもよい。
以後、上述の工程を繰り返して、所定の高さまで、柱Ａをコンクリートパネル１によって包囲する。

＜５＞充填材の充填。
コンクリートパネル１と柱Ａとの間に充填材４を充填する。充填材４はプレミックスとし、現場にて加水、練混ぜを行い、モルタルポンプ等により充填する。
このとき、コンクリートパネル１で包囲された断面正方形の四隅は接続プレート２１およびアングル２２により精度良く組まれている。また、上下のコンクリートパネル１間には接続プレート２１が位置する。このため、充填材４がコンクリートパネル１の隙間から漏れ出すことがない。
コンクリートパネル１は、接続材２によって連結した状態で閉合して柱Ａを包囲している。このため、充填材４の充填時に支保工を構築する必要がない。

本発明の補強工法は、柱Ａを包囲する全ての部材を固定具４によって接合するものであり、溶接作業が不要であり、熟練工でなくても容易に組み立てることができるため施工の省人化、省力化が図れる。
また、全ての部材が軽量であるため、人力施工が可能であり、狭隘な場所に位置する柱Ａの補強も容易に行うことができる。揚重機を使用しないため、施工時のＣＯ_２が削減され、施工時の騒音、振動が低減される。

［その他実施例］
＜１＞補強材。
本発明の補強構造は、縦方向に間隔を設けて配置される接続材２と平行に、補強材６を追加配置してもよい。（図９）
補強材６は接続材２と同様に、平板状の補強プレート６１と、平面視Ｌ字状のアングル６２と、からなる。接続材２を補強材６として転用することもできる。
補強材６は、あらかじめ４枚のコンクリートパネル１の裏面に補強プレート６１およびアングル６２を固定具４により接合しておく。このうちアングル６２は、直交して配置する予定の補強プレート６１のいずれかに接合しておく。そして４枚のコンクリートパネル１を柱Ａ方向に位置決めした後に、未接合のコンクリートパネル１、補強プレート６１およびアングル６２を固定具４により接合し、柱Ａを包囲する補強材６を構築する。（図１０）。
補強材６の配置位置および配置間隔を調整することにより、補強構造における補強の程度を変化させることができる。

＜２＞柱の形状。
上述した実施例は、断面正方形状の柱Ａの補強であったが、対向するコンクリートパネル１の幅を変更するだけで、任意の寸法の柱Ａの補強を行うことができる。

１ コンクリートパネル
１１ 挿通孔
２ 接続材
２１ 接続プレート
２１１ 挿通孔
２２ アングル
２２１ 挿通孔
２３ 下端接続プレート
２３１ 挿通孔
３ 充填材
４ 固定具
５ 支持材
６ 補強材
６１ 補強プレート
６２ アングル

Claims (6)

1. 既存の柱の表面と所定の間隔を設けて位置し、前記柱を平面視四角形に包囲する４枚のコンクリートパネルと、
   前記コンクリートパネルを接続する接続材と、
   前記コンクリートパネルで包囲した空間に充填する充填材と、からなり、
   前記コンクリートパネルは、前記柱に沿って高さ方向に積層しており、
   前記接続材は、上下に位置する前記コンクリートパネルに跨がって配置する接続プレートと、前記柱の端部に位置する前記コンクリートパネルの端部に配置する下端接続プレートと、隣接して直交する前記コンクリートパネルにそれぞれ配置した前記接続プレートおよび前記下端接続プレートどうしを接続するアングルと、からなり、
   前記コンクリートパネルおよび前記接続材は、ボルト状の固定具により連結する、既存柱の補強構造。
2. 請求項１に記載の既存柱の補強構造において、
   前記コンクリートパネルは、短繊維により補強したコンクリートまたはレジンコンクリートからなることを特徴とする、既存柱の補強構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の既存柱の補強構造において、
   前記充填材は、モルタル、コンクリート、短繊維により補強したモルタルまたは短繊維により補強したコンクリートであることを特徴とする、既存柱の補強構造。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の既存柱の補強構造において、
   前記コンクリートパネルの裏面に配置する補強プレートと、隣接して直交する前記コンクリートパネルにそれぞれ配置した補強プレートどうしを接続するアングルと、からなる補強材を、前記コンクリートパネルの上下にそれぞれ位置する前記接続材と平行に配置し、前記柱を包囲することを特徴とする、既存柱の補強構造。
5. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の既存柱の補強構造を構築する、既存柱の補強工法であって、
   ４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲し、
   前記コンクリートパネルの下辺に前記下端接続プレートを前記固定具により接合し、
   隣接して直交する前記コンクリートパネルおよび前記下端接続プレートに前記アングルを前記固定具により接合して前記接続材を構築して前記柱を包囲し、
   前記コンクリートパネルの上辺に前記接続プレートを前記固定具により接合し、
   隣接して直交する前記コンクリートパネルおよび前記接続プレートに前記アングルを前記固定具により接合して前記接続材を構築し、
   前記コンクリートパネルの上段にさらに前記コンクリートパネルを積層して上段の前記コンクリートパネルを前記固定具によって前記接続プレートおよび前記アングルに接合し、
   前記接続プレートの接合工程、前記接続材の構築工程および前記コンクリートパネルの積層工程を繰り返すことによって、既存柱を所定の高さまで前記コンクリートパネルによって包囲し、
   前記コンクリートパネルと前記柱との間の空間に、前記充填材を充填することを特徴とする、既存柱の補強工法。
6. 請求項４に記載の既存柱の補強構造を構築する、既存柱の補強工法であって、
   ４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲し、
   前記コンクリートパネルの下辺に前記下端接続プレートを前記固定具により接合し、
   隣接して直交する前記コンクリートパネルおよび前記下端接続プレートに前記アングルを前記固定具により接合して前記接続材を構築して前記柱を包囲し、
   前記コンクリートパネルの上辺に前記接続プレートを前記固定具により接合し、
   隣接して直交する前記コンクリートパネルおよび前記接続プレートに前記アングルを前記固定具により接合して前記接続材を構築し、
   前記コンクリートパネルの上段にさらに前記コンクリートパネルを積層して上段の前記コンクリートパネルを前記固定具によって前記接続プレートおよび前記アングルに接合し、
   前記接続プレートの接合工程、前記接続材の構築工程および前記コンクリートパネルの積層工程を繰り返すことによって、既存柱を所定の高さまで前記コンクリートパネルによって包囲し、
   前記コンクリートパネルと前記柱との間の空間に、前記充填材を充填して構築するものであり、
   前記補強材は、
   既存柱を包囲する前の４枚の前記コンクリートパネルに、あらかじめ前記補強プレートを前記固定具により接合するとともに、接合した前記補強プレートの所定の端部に前記補強材のアングルを前記固定具により接合しておき、
   ４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲した後に、前記固定具により、前記補強材の前記アングルのうち、前記コンクリートパネルと接合していないものを接合することにより構築する、既存柱の補強工法。

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