JP4277212B2

JP4277212B2 - 耐震補強構造

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Publication number: JP4277212B2
Application number: JP2004250041A
Authority: JP
Inventors: 靖夫神野
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: JP2006063732A

Description

本発明は、柱と梁とで囲まれた架構内に耐震壁を設けて既存構造物の耐震性能を向上させる耐震補強構造に関する。

一般に、鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造の建物の耐震補強構造として、柱と梁とで囲まれた架構内に鉄筋コンクリート造等の耐震壁を増設するものがあり、その耐震効果は非常に高いため多用されている。従来の耐震補強構造は、耐震壁を組み込む架構の内側面（既存建物の柱の側面や梁の上下面）に後施工アンカーを打ち込み、当該アンカーの突出した端部と一体に壁体のコンクリートを打設して耐震壁を構築する工法である（例えば、特許文献１参照。）。

また、近年では、周辺環境を考慮して振動や粉塵の発生を抑えるべく、後施工アンカーを用いずに耐震壁を増設する工法がある。例えば、プレキャストコンクリートのブロックをエポキシ樹脂等の接着材で既存の柱，梁に貼り付けてシアコッターとし、このシアコッターと一体に壁コンクリートを打設して耐震壁を構築する工法がある。また、スタッドボルト等を溶接した鋼板をエポキシ樹脂等の接着材で既存の柱，梁に貼り付けて、この鋼板と一体に壁コンクリートを打設して耐震壁を構築する工法がある。さらに、粗骨材をエポキシ樹脂等の接着材で既存の柱，梁に貼り付けて、この粗骨材と一体に壁コンクリートを打設して耐震壁を構築する工法がある。以上のような工法によれば、後施工アンカーを用いず施工するため、振動や粉塵の発生を抑えることができ、既存建物を使用しながら（居ながら）耐震補強工事を行うことができる。
特開２００２−７０２１３号公報（第３頁、第４図）

しかしながら、上記した従来の後施工アンカーを用いずに耐震壁を増設する耐震補強構造では、耐震壁に開口が無いか、或いは開口が小さな窓程度の場合に適用されるものであって、通路開口のような大きな開口がある場合には、耐震壁が大きな耐力を発揮することができないという問題が存在する。

詳細に説明すると、中央に通路開口がある耐震壁が既存構造物の架構に形成され、当該構造物に右側（一方側）から左側（他方側）に向けて水平方向に地震力が生じた場合、おおまかなところ、通路開口の左右の壁で水平力を負担することになる。

壁筋が後施工アンカーにより外周の柱と梁に定着されている場合、通路開口の右側では、上階からの力が水平力と鉛直力として耐震壁に伝わる。その力は主に斜め方向の圧縮力として左側の壁の右下に伝わる。左側の壁の右下では、この圧縮力に釣り合う反力として、水平力と鉛直力が耐震壁に作用する。ここで水平力は、耐震壁と下側の梁上面との付着や後施工アンカーにより梁に定着された壁縦筋のだぼ筋作用による力と、後施工アンカーにより柱に定着された壁横筋の引張力である。一方、通路開口の右側では、上階からの力が水平力と鉛直力として耐震壁に伝わり、その力は主に斜め方向の圧縮力として右下に伝わる。右側の壁の右下では、この圧縮力に釣り合うように水平力と鉛直力が耐震壁に作用する。

これに対し、従来の後施工アンカーを用いずに耐震壁を増設する耐震補強構造では、接着材で接着されているコッター等が比較的容易に剥離するため、耐震壁と柱梁との間には引張力やせん断力は僅かしか働かない。したがって、耐震壁の斜め方向の圧縮力は右下に伝わろうとするが、壁縦筋のだぼ筋作用がなく、さらに、斜め方向の圧縮力の反力となる水平力は、壁横筋が柱に定着されていないため、後施工アンカーによる場合に比べて相当に小さくなる。したがって、当該水平力は、接着材による耐震壁と下側の梁上面との付着力によるだけとなり、非常に小さくなるため、耐震壁が負担できる圧縮力は非常に小さくなる。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、後施工アンカーを減少させて振動や粉塵の発生を低減させるとともに、通路開口がある耐震壁に大きな耐力を発揮させることができる耐震補強構造を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、柱と梁とで囲まれた架構内に耐震壁を設けて既存構造物の耐震性能を向上させる耐震補強構造であって、耐震壁には、通路開口が形成されている鉄筋コンクリート造の壁体と、通路開口の下辺に沿って配設されているとともに、少なくとも一方の端部が通路開口の側方に張り出されて壁体内に埋め込まれている接合部材とが備えられ、接合部材は、下側の梁の上面に接着され、通路開口の側方に張り出されて壁体内に埋め込まれた接合部材の端部には、壁体内に定着するシアキーが設けられていることを特徴としている。

このような特徴により、地震力を受けた際に、壁体に作用する斜め方向の圧縮力が、接合部材を介して通路開口を挟んで反対側の壁体や柱に伝えられる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の耐震補強構造において、接合部材のうち少なくとも通路開口の鉛直下方に位置する部分には、接合部材の座屈を防止するための補強材が付設されていることを特徴としている。

このような特徴により、接合部材に働く面内の圧縮力（水平方向の力）が作用するが、接合部材がこの圧縮力を許容することができない場合でも、補強材によって座屈が防止される。

請求項１記載の発明に係る耐震補強構造によれば、通路開口の下辺に沿って配設されているとともに少なくとも一方の端部が通路開口の側方に張り出されて壁体内に埋め込まれている接合部材とが備えられ、接合部材は下側の梁に接着され、張り出された接合部材の端部には壁体に定着するシアキーが設けられており、壁体に作用する斜め方向の圧縮力が接合部材を介して通路開口を挟んで反対側の壁体や柱に伝えられるため、後施工アンカー等を設けずに、通路開口を有する耐震壁の耐力を大きくすることができ、後施工アンカーを減少或いは無くして騒音や振動を低減させることができる。

また、請求項２記載の発明に係る耐震補強構造によれば、接合部材のうち、少なくとも通路開口の鉛直下方に位置する部分には、接合部材の座屈を防止するための補強材が付設されており、面内の圧縮力が働く接合部材が補強材によって補強されて、接合部材の座屈が防止されるため、耐震壁に大きな力（斜め方向の圧縮力）が作用しても接合部材が破損変形することはなく、大きな振動に対しても耐震補強効果を保持することができる。

以下、本発明に係る耐震補強構造の実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１に示すように、既存構造物１は、鉄筋コンクリート造や鉄骨鉄筋コンクリート造からなるラーメン構造物であり、既存構造物１には、間隔をあけて立設された複数の柱２と、隣り合う柱２間に架設された複数の梁３とが備えられている。既存構造物１には、上記した柱２と梁３とによって囲まれた矩形枠状の架構４が形成され、この架構４の内側には壁などがなく開放された状態になっている。

耐震補強構造は、上記したように壁などが無い架構４の内側に耐震壁５を組み入れることで構築され、耐震壁５が組み入れられた既存構造物１の耐震性能は向上する。なお、架構４の内側に壁等がある場合であっても、その既存壁に加えて耐震壁５を組み入れることで、既存構造物１の耐震性能を向上させることができる。

耐震壁５は、略中央部に矩形の通路開口９が形成された壁体６と、通路開口９の下辺に沿って配設されている接合用鋼板７（接合部材）とから構成されている。

壁体６は、接合用鋼板７と一体に形成された鉄筋コンクリート造の構造体であり、内部に格子状に配筋された壁筋１０が埋設されている。壁体６は、グラインダー等で軽く削られてコンクリート表面の脆弱な部分が取り除かれた架構４の打継面（内側面）に打ち継ぎされたものであり、現場で鉄筋配筋、コンクリート打設が行われて形成される。壁体６に形成された通路開口９は、人等が出入りするための下寄せの開口であり、通路開口９の下辺面９ａは、接合用鋼板７の上面によって形成されており、図示せぬスラブ上面と面一か、或いはスラブ上面より若干上方に形成されている。

接合用鋼板７は、壁体６の厚さと略同じ幅の平鋼からなり、通路開口９の下方に配置されているとともに下側の梁３に平行する方向に延在されている。接合用鋼板７は、下側の梁３の上面との間に若干の隙間をあけて配設されており、接合用鋼板７下面と梁３上面との間にはエポキシ樹脂等の有機系の接着材１６が介在されている。なお、エポキシ樹脂等の有機系の接着材１６に替えて無機系のグラウト材を介して接着させてもよく、接合用鋼板７と梁３との間でせん断力及び圧縮力を伝達できる構成であればよい。

また、接合用鋼板７は、下面が壁体６の下側端面と略面一になるように壁体６の下側端面に設けられており、接合用鋼板７の中央部は、通路開口９の鉛直下方に形成され、接合用鋼板７の両端部は、通路開口９の両側方にそれぞれ張り出されて壁体６内にそれぞれ埋設されている。

図２は通路開口９の鉛直下方に位置する接合用鋼板７の中央部を表す斜視図である。図１，図２に示すように、接合用鋼板７の中央部には、図示せぬ複数のボルト孔が形成されており、このボルト孔には、後施工アンカー１１（補強材）の上端部が挿通されている。後施工アンカー１１は、梁３上面に穿孔された穿孔穴１２内に下端部が挿入された寸切りボルト１３からなり、接合用鋼板７中央部に対向する梁３上面に打設されている。穿孔穴１２内に挿入された寸切りボルト１３は、接合用鋼板７に対して略垂直に配置されており、穿孔穴１２内に充填されたエポキシ樹脂等の充填材１４によって固められている。ボルト孔に挿通された後施工アンカー１１の上端には、接合用鋼板７を上から押さえるナット１５が螺合されており、後施工アンカー１１は接合用鋼板７にボルト止めされている。後施工アンカー１１は、間隔をあけて複数設けられており、複数の後施工アンカー１１は、接合用鋼板７の軸方向に１列に並設されている。

図３は通路開口９の側方に張り出された接合用鋼板７の端部を表す斜視図である。図１，図３に示すように、接合用鋼板７の両端部上面には、壁体６からのせん断力を伝達させるためのシアキー１７が突設されている。シアキー１７は、接合用鋼板７上面に溶接された頭付きスタッドや異形棒鋼からなり、接合用鋼板７上面に対して略垂直に立設されて壁体６内に定着されている。シアキー１７は、間隔をあけて複数本設けられており、複数のシアキー１７は、接合用鋼板７の軸方向に２列に並設されている。

次に、上記した構成からなる耐震補強構造の施工方法について説明する。

まず、下側の梁３の中央部上面に複数の後施工アンカー１１を１列に並べて打設する工程を行う。具体的には、梁３の中央部上面に穿孔穴１２を間隔をあけて複数穿孔し、これらの穿孔穴１２内に寸切りボルト１３をそれぞれ挿入するとともに充填材１４をそれぞれ充填する。そして、充填材１４を固化させるべく所定の養生期間をおき、後施工アンカー１１を梁３上に立設させる。

次に、下側の梁３の中央部上面に接合用鋼板７を設置する工程を行う。具体的には、予め、接合用鋼板７の中央部に図示せぬ複数のボルト孔をあけておくとともに、両端部に複数のシアキー１７を突設させておく。そして、接合用鋼板７中央部に形成された複数のボルト孔に後施工アンカー１１の上端部をそれぞれ挿通させつつ、接合用鋼板７を下側の梁３の中央部上面に配置する。このとき、接合用鋼板７と下側の梁３との間に接着材１６を介在させ、この接着材１６によって接合用鋼板７を下側の梁３の中央部上面に貼着する。そして、接合用鋼板７上に突出された複数の後施工アンカー１１の上端部にナット１５をそれぞれ螺合させて締結する。

また、架構４の内側面のうち、壁体６が打ち継ぎされる部分の表面（打継面）を処理する工程を行う。具体的には、打継面をグラインダー等で軽く削って目荒しして、コンクリート表面の脆弱な部分を取り除く。なお、壁体６と架構４との接合箇所は、最低限、圧縮力さえ伝達できればよいため、架構４の内側面が圧縮力を適当に伝達できる状態にあるならば、特に何も処理しなくてもよい。

次に、中央部に通路開口９があけられた壁体６を形成する工程を行う。具体的には、架構４の内側に、壁筋１０を格子状に配筋する。壁筋１０は、柱２や梁３に定着させずに、接合用鋼板７及び柱２，梁３で囲まれた範囲内で配筋する。また、このとき、通路開口９の部分をあけて配筋しておく。そして、通路開口９があけらえた図示せぬ壁型枠を壁筋１０の両側に建て込み、この壁型枠内にコンクリートを打設する。そして、所定の養生期間経過後に、壁型枠を脱型し、耐震壁５の構築が完了する。

次に、上記した構成からなる耐震補強構造の作用、効果について説明する。

図４に示すように、水平方向の地震力Ｇが生じると、通路開口９の一方側（図４では左側）では、上階からの力が水平力Ｌ２と鉛直力Ｌ３として耐震壁５に伝わり、その力は主に斜め方向の圧縮力Ｌ１として通路開口９の一方側にある壁体６の右下に伝わる。斜め方向の圧縮力Ｌ１の水平成分は、接合用鋼板７を介して通路開口９の他方側（図４では右側）の壁体６に伝わるため、圧縮力Ｌ１の水平成分に釣り合う力として、他方側の壁体６により負担される水平力Ｌ４´及び他方側の壁体６内に定着されたシアキー１７のだぼ筋効果による水平力Ｌ４´´が作用する。したがって、通路開口９の一方側にある壁体６の右下では、圧縮力Ｌ１に釣り合うように鉛直力Ｌ５が作用するとともに、耐震壁５と下側の梁３との付着力による水平力Ｌ４が作用し、さらに、圧縮力Ｌ１に釣り合うように通路開口９の他方側にある壁体６でも水平力Ｌ４´，Ｌ４´´が作用するため、大きい圧縮力Ｌ１であっても耐震壁５が負担することができる。

つまり、上記した構成からなる耐震補強構造によれば、通路開口９の下辺に沿って配設されているとともに両端部が通路開口９の両側方にそれぞれ張り出されて壁体６内に埋め込まれている接合用鋼板７とが備えられ、接合用鋼板７の下面は接着材１６を介して下側の梁３の上面に接着され、張り出された接合用鋼板７の端部上面には壁体６に定着するシアキー１７が設けられているため、圧縮力Ｌ１の水平成分は接合用鋼板７の圧縮力として通路開口９の右側の壁体６に伝達されて支持される。したがって、左右の壁体６とも水平力を負担することができ、耐震壁５の耐力を大きくすることができる。

なお、通路開口の他方側では、上階からの力が水平力Ｒ２と鉛直力Ｒ３として耐震壁５に伝わり、その力は主に斜め方向の圧縮力Ｒ１として右下に伝わる。右側の壁体６の右下では、この圧縮力Ｒ１に釣り合うように水平力Ｒ４と鉛直力Ｒ５が耐震壁５に作用する。

また、上記した構成からなる耐震補強構造によれば、後施工アンカー１１は、壁体６に作用する水平力を伝達するだぼ筋としての働きは期待してなく、接合用鋼板７の座屈を棒するためのものであるため、極少量で十分であり、後施工アンカー１１の打ち込み時に発生する騒音や振動を低減させることができる。

また、接合用鋼板７の下面のうち、通路開口９の鉛直下方に位置する部分には、接合用鋼板７の座屈を防止するための後施工アンカー１１が付設されており、面内の圧縮力が働く接合用鋼板７が後施工アンカー１１によって補強されて、接合用鋼板７の座屈が防止されるため、耐震壁５に大きな力（斜め方向の圧縮力Ｌ１）が作用しても接合用鋼板７が破損変形することはなく、大きな振動に対しても耐震補強効果を保持することができる。

以上、本発明に係る耐震補強構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、通路開口９が壁体６の略中央部に形成されているが、本発明は、図５に示すように、通路開口５０が壁体５１の一側端に寄せられて形成されていてもよい。この場合、接合用部材５２の一端は柱５３の側面に当接されており、斜め方向の圧縮力Ｌ１の水平成分は直接柱に伝えられて支持される。したがって、耐震壁５４の耐力は大きくなる。また、無論、通路開口の側方に張り出されて壁体内に埋設された接合部材の端部が柱の側面に当接され、斜め方向の圧縮力の水平成分が直接柱に伝達されてもよい。

また、上記した実施の形態では、接合用鋼板７に付設され、接合用鋼板７の座屈を防止するための補強材として、下側の梁３に打ち込まれるとともにナット１５で締結された後施工アンカー１１が用いられているが、本発明は、図６（ａ）に示すように、補強材として、接合部材６０の軸方向に直交する方向に延在する鋼棒６１を用いてもよい。この場合、下側の梁６２の上面に、接合部材６０の軸方向に直交する方向に延在する溝６３を複数切削するとともに、鋼棒６１を下側の梁６２の上面に対向する接合部材６０の底面に溶接し、接合部材６０を梁６２上に設置する際に、鋼棒６１を溝６３に嵌入させるとともにエポキシ樹脂等の接着材６４を溝６３内に注入する。

また、図６（ｂ）に示すように、補強材として、接合部材７０の軸方向に平行する方向に延在する鋼棒７１を用いてもよく、この場合、下側の梁７２の上面に、接合部材７０の軸方向に平行する方向に延在する溝７３を少なくとも通路開口の鉛直下方の範囲にわたって切削するとともに、鋼棒７１を下側の梁７２の上面に対向する接合部材７０の底面に溶接し、接合部材７０を梁７２上に設置する際に、鋼棒７１を溝７３に嵌入させるとともにエポキシ樹脂等の接着材７４を溝７３内に注入する。

さらに、上記した実施の形態では、ナット１５を締結することで、後施工アンカー１１を接合用鋼板７に固定しているが、本発明は、後施工アンカーを溶接によって接合部材に固定してもよい。つまり、補強材は、壁体６に作用する水平力を伝達するだぼ筋として設けられるものではなく、接合用鋼板７に面内の圧縮力（水平方向の力）が作用するために発生する可能性がある接合用鋼板７の座屈を防止するものであるため、適宜変更可能である。また、接合部材に座屈の虞がないか、或いは座屈を許容する設計を行う場合には、補強材は不要である。

また、上記した実施の形態では、シアキー１７が接合用鋼板７上面に略垂直に溶接された頭付きスタッドや異形棒鋼からなっているが、本発明は、図７（ａ）に示すように、接合部材８１の軸方向に直交する方向に延在する異形棒鋼８０を接合部材８１上に敷き並べて溶接してもよい。また、図７（ｂ）に示すように、接合部材９１の軸方向に直交する方向に延在する形鋼９０を接合部材９１上に敷き並べて溶接してもよい。つまり、シアキーは壁体から接合部材にせん断力（水平力）を伝達できるものであればどのような構成のものでもよく、接合部材自体を折り曲げ、プレス、切削、加熱するなど加工して、接合部材自体に凹凸をつけてシアキーとしてもよく、さらには、十分に強度を有するシアキーを接着材で接合部材に接着させてもよい。

また、上記した実施の形態では、接合部材として、平鋼からなる接合用鋼板７が用いられているが、本発明は、接合部材の材質を必ずしも鋼製に限定するものではなく、接合部材として十分な強度と剛性を有するものであれば、他の金属でもよく、或いは例えばＦＲＰ（繊維強化プラスチック）等の金属以外の材質でもよい。

また、上記した実施の形態では、目荒しされた架構４の内側面に耐震壁５が打ち継ぎされているが、本発明は、壁体をエポキシ樹脂等の接着材を介して架構の内側面に接着させてもよく、或いは、鉄筋やスタッドボルトが溶接された鋼板をエポキシ樹脂等の接着材で架構の内側面に貼り付け、この鋼板と一体に壁体を形成してもよく、さらには、粗骨材をエポキシ樹脂等の接着材で架構の内側面に貼着し、この粗骨材と一体に壁体を形成してもよい。また、架構の内側面に複数のコッターを貼着し、このコッターと一体に壁体を形成してもよい。

また、上記した実施の形態では、まず下側の梁３の上面に接合用鋼板７だけを設置し、次いで鉄筋配筋およびコンクリート打設して壁体６を形成することで、耐震壁５が構築されているが、本発明は、接合部材が備え付けられたプレキャストコンクリート製の壁体を架構内に組み入れることで耐震壁を構築してもよい。

また、上記した実施の形態では、一つの耐震壁５に対して通路開口９が一つだけ設けられているが、本発明は、一つの耐震壁に対して複数の通路開口が設けられている場合でもよく、この場合、各通路開口毎に接合用部材を設ける。

本発明に係る耐震補強構造の実施の形態を説明するための全体を表す図である。本発明に係る耐震補強構造の実施の形態を説明するための接合部材の中央付近を表す図である。本発明に係る耐震補強構造の実施の形態を説明するための接合部材の端部を表す図である。本発明に係る耐震補強構造の実施の形態を説明するための力の作用状態を表す図である。本発明に係る耐震補強構造のその他の実施例を説明するための全体を表す図である。本発明に係る耐震補強構造のその他の実施例を説明するための接合部材の中央付近を表す図である。本発明に係る耐震補強構造のその他の実施例を説明するための接合部材の端部を表す図である。

符号の説明

１既存構造物
２柱
３梁
４架構
５耐震壁
６壁体
７接合用鋼板（接合部材）
９通路開口
１１後施工アンカー（補強材）
１７シアキー

Claims

柱と梁とで囲まれた架構内に耐震壁を設けて既存構造物の耐震性能を向上させる耐震補強構造であって、
耐震壁には、通路開口が形成されている鉄筋コンクリート造の壁体と、通路開口の下辺に沿って配設されているとともに、少なくとも一方の端部が通路開口の側方に張り出されて壁体内に埋め込まれている接合部材とが備えられ、
接合部材は、下側の梁の上面に接着され、通路開口の側方に張り出されて壁体内に埋め込まれた接合部材の端部には、壁体内に定着するシアキーが設けられていることを特徴とする耐震補強構造。
請求項１記載の耐震補強構造において、
接合部材のうち少なくとも通路開口の鉛直下方に位置する部分には、接合部材の座屈を防止するための補強材が付設されていることを特徴とする耐震補強構造。