JP2023112579A - 柱の補強構造及び柱の補強方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブレースを用いずに柱の弱軸方向を補強する。
【解決手段】柱２０の補強構造は、Ｈ形鋼２２と、Ｈ形鋼２２のフランジ２２Ｆ間に充填されたコンクリート２４と、コンクリート２４に埋設された柱主筋２６と、を有する柱２０と、Ｈ形鋼２２の下端部に接合され、支持体（基礎構造物４０）に固定されたベースプレート２８と、下端部が支持体に埋設され、上端部がベースプレート２８に形成された貫通孔から突出すると共に柱主筋２６とＨ形鋼２２の弱軸方向に並べて配筋されたアンカーボルト３２と、コンクリート２４と一体とされ、アンカーボルト３２を埋設する補強コンクリート３４と、を有する。
【選択図】図１

Description

本開示は、柱の補強構造及び柱の補強方法に関する。

下記特許文献１には、Ｈ形鋼で形成された柱の弱軸方向に補強部材を配置した補強部材の固定構造が示されている。

特開２０２０－１４３５１５号公報

上記特許文献１の補強部材の固定構造では、Ｈ形鋼で形成された柱の弱軸方向に配置された補強部材が、構造体の方杖やブレースとして機能する。これにより、柱及び梁からなる構造体が補強されている。しかしながら、柱と梁で囲まれる構面に開口部を形成したい場合等、ブレースを用いなくてもよい構造が求められている。

本発明は、上記事実を考慮して、ブレースを用いずに柱の弱軸方向を補強することを目的とする。

請求項１の柱の補強構造は、Ｈ形鋼と、前記Ｈ形鋼のフランジ間に充填されたコンクリートと、前記コンクリートに埋設された柱主筋と、を有する柱と、前記Ｈ形鋼の下端部に接合され、支持体に固定されたベースプレートと、下端部が前記支持体に埋設され、上端部が前記ベースプレートに形成された貫通孔から突出すると共に前記柱主筋と前記Ｈ形鋼の弱軸方向に並べて配筋されたアンカーボルトと、前記コンクリートと一体とされ、前記アンカーボルトを埋設する補強コンクリートと、を有する。

請求項１の柱の補強構造では、アンカーボルトの上端部を、柱主筋と並べて配筋することで、重ね継手が形成される。また、アンカーボルトと柱主筋とは、Ｈ形鋼の弱軸方向に並べて配筋されることで、弱軸方向が補強される。これにより、ブレースを用いなくても、柱の弱軸方向を補強することができる。

請求項２の柱の補強構造は、請求項１に記載の柱の補強構造において、前記柱主筋と前記アンカーボルトは、あき重ね継手とされている。

請求項２の柱の補強構造では、柱主筋とアンカーボルトとが、あき重ね継手とされている。あき重ね継手では、柱主筋とアンカーボルトを接触させる必要がないため、建方調整がしやすい。

請求項３の柱の補強方法は、Ｈ形鋼のフランジ間に柱主筋を配置した状態で、前記フランジ間にコンクリートを打設し、前記コンクリートから下方に前記柱主筋が突出した柱を形成する工程と、下端部が支持体に埋設されたアンカーボルトの上端部を、前記柱のベースプレートに形成された貫通孔に挿通し、前記柱主筋と前記アンカーボルトとを、前記Ｈ形鋼の弱軸方向に並べて配筋する工程と、前記柱主筋及び前記アンカーボルトの周囲に後打ちコンクリートを打設して、前記柱主筋及び前記アンカーボルトを前記後打ちコンクリート中に埋設する工程と、を備える。

請求項３の柱の補強方法では、アンカーボルトの上端部を、柱主筋と並べて配筋することで、重ね継手が形成される。また、アンカーボルトと柱主筋とは、Ｈ形鋼の弱軸方向に並べて配筋されることで、弱軸方向が補強される。これにより、ブレースを用いなくても、柱の弱軸方向を補強することができる。

本発明によると、ブレースを用いずに柱の弱軸方向を補強することができる。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る柱の補強構造を示す立断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る柱に接合されたベースプレートにアンカーボルトを挿通させる前の状態を示した立断面図であり、（Ｂ）はベースプレートにアンカーボルトを挿通させた後の状態を示した立断面図であり、（Ｃ）は柱主筋及びアンカーボルトを被覆するコンクリートを打設している状態を示す立断面図である。 （Ａ）は本発明の実施形態に係る柱の補強構造においてアンカーボルトの位置が異なる変形例を示す立断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ－Ｂ線断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る柱の補強構造及び柱の補強方法について、図面を参照しながら説明する。各図面において同一の符号を用いて示される構成要素は、同一の構成要素であることを意味する。但し、明細書中に特段の断りが無い限り、各構成要素は一つに限定されず、複数存在してもよい。

また、各図面において重複する構成及び符号については、説明を省略する場合がある。なお、本開示は以下の実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的の範囲内において構成を省略する又は異なる構成と入れ替える等、適宜変更を加えて実施することができる。

各図面において矢印Ｘ、Ｙで示す方向は水平面に沿う方向であり、互いに直交している。また、矢印Ｚで示す方向は鉛直方向（上下方向）に沿う方向である。各図において矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示される各方向は、互いに一致するものとする。

＜柱の補強構造＞
図１には、本発明の実施形態に係る柱の補強構造が示されている。この柱の補強構造は、柱２０と、柱２０を補強するための補強部材３０と、を含んで構成されている。

（柱）
柱２０は、Ｈ形鋼２２、Ｈ形鋼２２のフランジ２２Ｆ間に充填されたコンクリート２４及びコンクリート２４に埋設された柱主筋２６を含んで構成されている。

Ｈ形鋼２２は、Ｙ方向に沿うウェブ２２Ｗの両端のそれぞれに、Ｘ方向に沿うフランジ２２Ｆが接合された鋼材である。Ｙ方向はＨ形鋼２２の強軸方向、Ｘ方向はＨ形鋼２２の弱軸方向とも称される。

コンクリート２４は、図１（Ｂ）に示すように、平面視でＨ形鋼２２のフランジ２２Ｆに挟まれた位置に充填されたコンクリートである。また、コンクリート２４は、図１（Ａ）に示すように、Ｈ形鋼２２の長手方向の全長に亘って配置されている。

なお、コンクリート２４のＸ方向外側（コンクリート２４からみてウェブ２２Ｗと反対側）には、コンクリート２４と一体的に打設された補強コンクリート３４が配置されている。本明細書においては、これらのコンクリート２４及び補強コンクリート３４が一体化して形成されたコンクリートを、コンクリートＣと称す。

柱主筋２６は、図１（Ａ）に示すように、柱２０の略全長に亘って配置された鉄筋であり、Ｈ形鋼２２の上端部からベースプレート２８の付近まで延設されている。また、柱主筋２６は、図１（Ｂ）に示すように、Ｈ形鋼２２のウェブ２２Ｗの両側に配置されている。さらに、柱主筋２６は、ウェブ２２Ｗのそれぞれの側において、両フランジ２２Ｆに挟まれた位置において、Ｙ方向に並んで複数本（本実施形態では２本）配置されている。

（ベースプレート）
Ｈ形鋼２２の下端部には、ベースプレート２８が接合されている。ベースプレート２８は、Ｘ方向及びＹ方向の寸法が、Ｈ形鋼２２の寸法より大きい。

ベースプレート２８には、アンカーボルトＢ１及びアンカーボルト３２を挿通させるための、図示しない貫通孔が形成されている。そして、ベースプレート２８は、図１（Ａ）に示すように、複数のアンカーボルトＢ１を用いて、支持体としての基礎構造物４０に固定されている。

アンカーボルトＢ１は、下端部が基礎構造物４０に埋設され、上端部が基礎構造物４０及びベースプレート２８から突出した接合部材である。アンカーボルトＢ１は、図１（Ｂ）に示すように、Ｈ形鋼２２におけるウェブ２２ＷのＹ方向外側、フランジ２２Ｆの両端部のＹ方向外側にそれぞれ配置されている。

（補強部材）
補強部材３０は、図１（Ａ）に示すように、アンカーボルト３２及び補強コンクリート３４を備えている。

アンカーボルト３２は、下端部が基礎構造物４０に埋設され、上端部が基礎構造物４０及びベースプレート２８から突出した接合部材である。アンカーボルト３２は、柱主筋２６に沿って配筋され、重ね継手を形成している。この重ね継手の長さＬ１は、柱２０に曲げモーメント及び軸力が作用した際に、柱主筋２６との間で引張力を伝達できる長さとされている。

また、図１（Ｂ）に示すように、アンカーボルト３２と柱主筋２６とは、Ｘ方向、すなわちＨ形鋼２２の弱軸方向に間隔を空けて並べて配筋されている。アンカーボルト３２は、柱主筋２６のＸ方向外側において、Ｈ形鋼２２のフランジ２２Ｆの端部よりＸ方向外側に配筋されている。これにより、アンカーボルト３２と柱主筋２６との重ね継手は、あき重ね継手（鉄筋同士が接触しない重ね継手）とされている。

補強コンクリート３４は、上述したように、コンクリート２４と一体的に形成されたコンクリートである。補強コンクリート３４には、アンカーボルト３２が埋設されている。また、図１（Ａ）に示すように、補強コンクリート３４は、柱２０の全長に亘って配置されておらず、アンカーボルト３２の上端面から上方向に所定のかぶり厚を確保できる高さとされている。

（その他の構造）
図１には図示されていないが、柱２０の上端部には、図示しない屋根が接合されており、複数の柱２０及び屋根によって形成された架構によって、平屋の建物が形成される。屋根の荷重を支持するために、柱２０には、必要に応じて、図示しない梁を連結することもできる。

また、建物を平屋建てとしない場合は、柱２０の上端部には、図示しない上階の柱を接合してもよい。上階の柱の主筋と柱２０の柱主筋２６とは、機械式継手等を用いて連結することができる。

＜柱の補強方法＞
柱２０を補強部材３０で補強するためには、まず、図２（Ａ）に示すように、Ｈ形鋼２２のフランジ２２Ｆ間に柱主筋２６を配置した状態で、フランジ２２Ｆ間にコンクリート２４を打設する。

コンクリート２４は、Ｈ形鋼２２の上端から、補強コンクリート３４（図１参照）の高さまでの範囲に打設する。これによりコンクリート２４から下方に柱主筋２６が突出した柱２０を形成する。

なお、図２（Ａ）においては、コンクリート２４の下方に柱主筋２６が突出した状態が示されているが、コンクリート２４の打設時は、図２（Ａ）に示されたＨ形鋼２２の上下を反転した状態で作業できる。

あるいは、図２（Ａ）に示されたＨ形鋼２２を９０度回転させた状態で、ウェブ２２Ｗを底面としてコンクリート２４を打設することもできる。この場合、コンクリート２４は２回に分けて打設する。

ベースプレート２８は、Ｈ形鋼２２においてコンクリート２４が打設された側と反対側の端面に溶接する。なお、ベースプレート２８は、上述したコンクリート２４の打設工程の前にＨ形鋼２２に溶接してもよいし、コンクリート２４の打設工程の後にＨ形鋼２２に溶接してもよい。

そして、図２（Ｂ）に示すように、ベースプレート２８に形成された貫通孔（不図示）へ、基礎構造物４０から突出したアンカーボルト３２及びアンカーボルトＢ１の上端部を挿通する。ベースプレート２８と基礎構造物４０との間には、敷モルタルＭを敷設する。

次に、図２（Ｃ）に示すように、アンカーボルト３２のＸ方向外側及びＹ方向外側に型枠ＦＷを配置して、後打ちコンクリートを打設する。ここで打設される後打ちコンクリートは、柱主筋２６を被覆して柱２０を形成するコンクリート２４と、アンカーボルト３２を被覆して補強部材３０を形成する補強コンクリート３４とを一体的に形成する。

なお、型枠ＦＷは、少なくともＨ形鋼２２と一体化されたコンクリート２４の下面と等しい高さまで形成し、好ましくは、コンクリート２４の下面より高い高さまで形成する。また、後打ちコンクリートは、Ｈ形鋼２２と一体化されたコンクリート２４の下面に達する高さまで打設する。これにより、柱主筋２６及びアンカーボルト３２が後打ちコンクリート中に埋設される。

後打ちコンクリートの硬化後、型枠ＦＷを取り外すことにより、図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、補強部材３０によって補強された柱２０が形成される。

＜作用及び効果＞
以上説明したように、本発明の実施形態に係る柱の補強構造及び柱の補強方法では、図１に示すように、アンカーボルト３２の上端部を、柱主筋２６と並べて配筋することで、重ね継手が形成される。

また、アンカーボルト３２と柱主筋２６とが、Ｈ形鋼２２の弱軸方向（Ｘ方向）に並べて配筋されることで、弱軸方向が補強される。これにより、柱２０の弱軸方向を補強することができる。具体的には、柱２０の柱脚部の弱軸方向における曲げ耐力が向上する。

例えば柱２０及び図示しない屋根（又は柱２０に接合された図示しない梁（Ｘ方向に沿う梁））とで形成される構面（Ｈ形鋼２２の弱軸方向に沿う構面）は、補強部材３０がないと面内剛性が不足する場合があるが、補強部材３０を設けることにより、必要な面内剛性を得ることができる。

これにより、ブレースを用いなくても構面を補強できる。このため、構面内に開口部を設けることができる。また、ブレースを形成する鋼材を用いる必要がない。

なお、アンカーボルト３２と柱主筋２６とで重ね継手が形成されることにより、弱軸方向における曲げ耐力が向上するだけでなく、強軸方向における曲げ耐力も向上する。

また、本発明の実施形態に係る柱の補強構造及び柱の補強方法では、柱主筋２６とアンカーボルト３２とが、あき重ね継手とされている。あき重ね継手では、柱主筋とアンカーボルトを接触させる必要がないため、建方調整がしやすい。

（その他の実施形態）
上記実施形態においては、図１に示すように、アンカーボルト３２は、柱主筋２６のＸ方向外側において、Ｈ形鋼２２のフランジ２２ＦよりＸ方向外側に配筋されているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えば図３に示すように、アンカーボルト３２は、柱主筋２６のＸ方向外側において、Ｈ形鋼２２の両フランジ２２Ｆに挟まれる位置に配置してもよい。この場合、補強コンクリート３４はコンクリート２４と同一の部材である。

また、このような実施形態においては、柱主筋２６とアンカーボルト３２とは、必ずしもあき重ね継手としなくてもよく、例えば柱主筋２６とアンカーボルト３２とを、接触して配筋してもよい。

また、上記実施形態においては、図１（Ｂ）に示すように、ウェブ２２Ｗのそれぞれの側の両フランジ２２Ｆに挟まれた位置において、柱主筋２６をＹ方向に並んで複数本配置しているが、本発明の実施形態はこれに限らない。

例えばこの柱主筋２６は、ウェブ２２Ｗのそれぞれの側の両フランジ２２Ｆに挟まれた位置において、１本のみ配置してもよい。この場合、アンカーボルト３２も、柱主筋２６の本数と同数だけ設ける。あるいは、アンカーボルト３２の本数は、柱主筋２６の本数より多く設けてもよい。

２０ 柱
２２ Ｈ形鋼
２４ コンクリート
２８ ベースプレート
３０ 補強部材
３２ アンカーボルト
３４ 補強コンクリート
４０ 基礎構造物（支持体）

Claims (3)

1. Ｈ形鋼と、前記Ｈ形鋼のフランジ間に充填されたコンクリートと、前記コンクリートに埋設された柱主筋と、を有する柱と、
   前記Ｈ形鋼の下端部に接合され、支持体に固定されたベースプレートと、
   下端部が前記支持体に埋設され、上端部が前記ベースプレートに形成された貫通孔から突出すると共に前記柱主筋と前記Ｈ形鋼の弱軸方向に並べて配筋されたアンカーボルトと、
   前記コンクリートと一体とされ、前記アンカーボルトを埋設する補強コンクリートと、
   を有する柱の補強構造。
2. 前記柱主筋と前記アンカーボルトは、あき重ね継手とされている、請求項１に記載の柱の補強構造。
3. Ｈ形鋼のフランジ間に柱主筋を配置した状態で、前記フランジ間にコンクリートを打設し、前記コンクリートから下方に前記柱主筋が突出した柱を形成する工程と、
   下端部が支持体に埋設されたアンカーボルトの上端部を、前記柱のベースプレートに形成された貫通孔に挿通し、前記柱主筋と前記アンカーボルトとを、前記Ｈ形鋼の弱軸方向に並べて配筋する工程と、
   前記柱主筋及び前記アンカーボルトの周囲に後打ちコンクリートを打設して、前記柱主筋及び前記アンカーボルトを前記後打ちコンクリート中に埋設する工程と、
   を備えた柱の補強方法。