JP4596298B2 - 既設木造建造物の補強方法および補強木造建造物 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既設木造建造物の補強方法およびその方法により補強された木造建造物に関し、とくに木造建造物に使用されている柱や梁等の木製構造材を容易にかつ効果的にしかも優れた耐久性をもって補強することができる、既設木造建造物の補強方法および補強木造建造物に関する。
【０００２】
【従来の技術】
既設の木造建造物、たとえば木造住宅の腐食劣化等による強度低下に対処するためには、一般的には、柱や梁等の木製構造材に金属プレートをボルト等によって固定する方法や、それら木製構造材を新規木材で置き換える方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のように金属プレートをボルトで固定する方法には、金属プレートやボルト部に発錆が生じるおそれがあるという問題があるとともに、ボルト部に応力が集中しやすくなるため木製構造材を全体にわたって均等に補強することが難しいという問題がある。また、木製構造材が部分的に劣化している場合には、その劣化部分のみを精度よく補強することが難しいという問題もある。
【０００４】
また、新規木材で置き換える方法には、補強箇所を一時的に他の部材で支えなければならないため、大がかりな仮設工事が必要になり、補強工事期間が長くなるとともに、補強費用も高い。しかも、置き換えた新規木材は、その木材の表面が露出されたままとなるので、腐食による強度の経年劣化は避けられない。
【０００５】
そこで本発明の課題は、既設の木造建造物、とくにその木製構造材を、現場で容易にかつ短い工期で効果的に補強することができ、しかも補強された木製構造材に優れた耐久性を付与することができる、既設木造建造物の補強方法および補強木造建造物を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る既設木造建造物の補強方法は、既設木造建造物の柱、梁等の木製構造材にＦＲＰ製補強板を接着してその構造材を補強するに際し、補強板を接着する前に、構造材の劣化部分を除去し、除去した部分に補強用短繊維入り補修材を充填することを特徴とする方法からなる。
【０００７】
この方法においては、既設木造建造物の壁や床、天井、屋根等を補強することも可能であるが、構造物としての基本的な強度を向上したり、低下した強度を回復させたりするためには、とくに木造建造物において骨組みを構成している柱や梁等の木製構造材を補強することが効果的である。
【０００８】
木製構造材をより効果的に補強するには、上記補修材充填箇所を含む、構造材の周長の半分以上にわたって補強板を配設し、該補強板を接着して構造材を補強することが好ましい。とくに、構造材の全周にわたって延びる補強板で補強すれば、補強効果を著しく高めることができると同時に、構造材の補強部分を全面にわたって覆うことになるので、木材表面の露出を回避でき、木材の腐食による劣化を防止して耐久性を大幅に向上することができる。
【０００９】
補強板は、単一の部材に構成してもよいが、たとえば上記の如く構造材の全周にわたって配設するような場合には、補強板を複数枚に分割された部材から構成しておくことが好ましい。そして複数枚の補強板を構造材の周方向に配設して構造材に接着し、隣合う補強板の継目部分については、補強繊維基材を配置するとともに未硬化の樹脂を含浸させ、しかる後樹脂を硬化させて現場で接合用ＦＲＰ材を成形し、そのＦＲＰ材で補強板同士を一体的に接合すればよい。あるいは、構造材の周方向に複数枚の補強板を配設し、隣合う補強板の継目部分に未硬化の樹脂を含浸した補強繊維基材（つまり、プリプレグとして形成された補強繊維基材）を配設し、しかる後樹脂を硬化させて補強板同士を接合してもよい。
【００１０】
本発明に係る補強木造建造物は、上記のような方法によって補強された既設木造建造物からなる。とくに、木造建造物の柱または梁からなる木製構造材を補強するのが効果的である。
【００１１】
本発明における補修材に使用する補強用短繊維としては、単糸繊度が２〜３０ｄｔｅｘ、繊維長が２〜１５ｍｍのナイロン、ビニロン、ポリエステル、炭素繊維等の繊維を用いることができ、０．０５〜３重量％の割合で使用することが好ましい。単糸繊度が２ｄｔｅｘ未満であると、混合時にファイバーボールとなりやすく、強度を十分に発現できない。３０ｄｔｅｘを超えると、繊維付着面積が減り強度を十分に発現できない。また、繊維長が２ｍｍ未満であると、必要な定着長が得られにくく、強度を十分に発現できない。１５ｍｍより長いと、混合時にファイバーボールとなりやすく強度を十分に発現できない。さらに、混合割合が０．０５重量％未満であると、繊維量が少なく強度を十分に発現できない。３重量％を超えると、繊維量が多くなりすぎ、混合時にファイバーボールとなりやすく強度を十分に発現できない。
【００１２】
また、補修材の主たる構成物としては、エポキシ樹脂モルタル、セメントモルタル等を使用することができる。
【００１３】
また、ＦＲＰ製補強板の補強繊維および隣合う補強板の継目部分に配設される補強繊維基材の補強繊維としては、たとえば炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維等が使用でき、さらには、その他の合成繊維からなる補強繊維も使用可能である。これらの中でも、補強効果の面からは、高強度、高弾性率である炭素繊維が好ましい。
【００１４】
補強板のマトリクス樹脂および継目部分に配設される補強繊維基材の含浸樹脂としては、エポキシ樹脂やメチルメタクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等を使用できる。現場施工性や接着性の面からは、エポキシ樹脂の使用が好ましく、耐火性等をより重視する場合には、フェノール樹脂の使用が好ましい。
【００１５】
上記のような本発明に係る既設木造建造物の補強方法および補強木造建造物においては、既設木造建造物の柱や梁等の木製構造材に対し、ＦＲＰ製補強板を接着する前に、構造材の劣化部分が除去され、除去された部分に補修材が充填される。この補修材には補強用短繊維が混入されていることから、補強用短繊維が使用されていないものに比べ、圧縮時には靱性の向上を、曲げ引張時にはひび割れ発生の抑制と発生後の進展防止を行うことができる。また、乾燥時においても、補修材の収縮を防ぎ、補修材と木材との界面の剥離を防止することができる。
【００１６】
補修材が充填された後に、補強板が接着される。この補強板は現場で接着することができ、補修材の充填および補強板の接着により、木製の構造材が補強される。ボルト等を用いることなく、接着により補強でき、補強板に働く応力は接着面の全域で受けることになるから応力集中は発生しにくく、構造材が効率よく補強される。また、ＦＲＰ製の補強板は、従来の補強用金属プレートに比べ軽量であるから、補強すべき構造材に大きな負担を加えることはなく、狭いスペースにも容易に搬入できることから、施工も容易である。補強板を分割された部材に構成しておけば、施工はさらに容易化される。さらに、ＦＲＰ製の補強板には基本的に腐食の問題はないから、木製構造材のある部位に対し補強板を全周にわたって覆うように接着すれば、木製構造材の腐食による劣化を防止できるか、少なくとも大幅に改良することができ、強度に加えて耐久性も大幅に向上することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１および図２は、本発明の一実施態様に係る既設木造建造物における、柱の下端部を補強する場合を示している。図１において、１は既設木造建造物の木製構造材としての柱を示している。柱１は、本実施態様では角柱に構成されており、コンクリートからなる基礎２上に設置された木製の基礎梁３上に立設されている。この木製の柱１の劣化部分を除去し、とくに柱１の腐食等により強度が負担できない部分は除去し、除去した部分に補強用短繊維が混入された補修材７が充填されている。また、図示例では、大きなひび割れ部分にも補修材８が注入されている。補修材７、８の充填、注入後に、柱１の少なくとも一部、本実施態様では柱１の下端部の外面上に、ある上下方向長さにわたって、接着剤４を介してＦＲＰ製の補強板５が接着されている。
【００１８】
補強板５は、本実施態様では図２に示すように、横断面がコ字状に形成された補強板５ａと、一枚の平板形状に形成された補強板５ｂとからなる。これら補強板５ａと補強板５ｂが、柱１を全周にわたって囲むように配され、接着剤４を介して接着されている。さらに本実施態様では、補強板５ａと補強板５ｂとの継目に、外側からシート状の補強繊維基材６が配置され、その補強繊維基材６に未硬化の樹脂が含浸され、しかる後に樹脂が硬化されて現場でＦＲＰ材が形成され、そのＦＲＰ材によって補強板５ａと補強板５ｂとが一体的に接合されている。したがって、柱１は、実質的に角筒状に一体形成された補強板５によって、外面全周から補強されている。ただし、この隣合う補強板５ａと補強板５ｂとの継目部分には、予め未硬化の樹脂を含浸したプリプレグからなる補強繊維基材を配設し、その樹脂を硬化させてもよい。
【００１９】
上記補強板５のＦＲＰを構成する補強繊維としては、前述の如く、たとえば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維およびポリエステル繊維の少なくとも一種の補強繊維を使用でき、マトリクス樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂、メチルメタクリル樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂およびフェノール樹脂から選ばれた樹脂を使用できる。また、接合用の補強繊維基材６に含浸させる樹脂にも、上記と同一または同種の樹脂を使用できる。さらに、接着剤４にも、上記と同一または同種の樹脂を使用できるが、中でもエポキシ樹脂が接着性に優れている。
【００２０】
また、上記実施態様では、角柱１の全周を覆うことができるように、補強板５を、横断面コ字状の補強板５ａと平板状の補強板５ｂとの分割構成としたが、たとえば２枚のＬ字形の補強板や、脚部がより短い２枚のコ字状の補強板に構成してもよく、４枚の平板状の補強板に構成してもよい。また、さらに多数に分割された平板状の補強板に構成してもよい。さらに、円柱等に対しては、半円状や円弧状に分割された補強板を使用することもできる。
【００２１】
さらに上記実施態様は木製の柱１に本発明を適用した場合を示したが、木造建造物における木製の梁に対しても、同様に本発明を適用できる。
【００２２】
図１および図２に示した実施態様においては、既設の木製の柱１が、劣化部分に補修材が充填された後、その下端部で全周を覆うように接着されたＦＲＰ製の補強板５によって補強される。補強用短繊維が混入された補修材の充填により、圧縮時における靱性の向上、曲げ引張時におけるひび割れ発生の抑制と発生後の進展防止を行うことができる。また、乾燥時においても、補修材の収縮を防ぎ、補修材と木材との界面の剥離を防止することができる。そして、補強板５は、ＦＲＰからなり軽量である上に、補強板５ａと補強板５ｂとに分割されているので、狭いスペースであっても現場で容易に施工できる。高強度、高弾性率の補強板５が接着によって柱１と実質的に一体化されるので、柱１が効果的に補強され、その強度が大幅に向上される。とくに、ボルト等の締結部材を使用しないので、応力集中が発生しにくく、木製の柱１は、補強板５が接着されている全領域にわたって均等に補強される。また、応力集中が生じないことから、とくに低強度の部位は発生せず、柱１全体として、極めて高い強度まで補強される。また、補強板５は、それ自体が一体的に形成された角筒形状を有しているので、曲げや圧縮、座屈に対して極めて高い強度を発揮でき、それによって、柱１自身も曲げや圧縮、座屈に対して効果的に補強されることになる。
【００２３】
また、柱１の全周を覆うように補強板５が配置されているので、補強板５の配設部分においては木材の表面が外部に露出することはなく、腐食の生じないＦＲＰ製補強板５によって、この部分における木製柱１の腐食が防止され、耐久性が大幅に向上される。
【００２４】
さらに、上記実施態様のように、柱１の下端部（根元部）を全周にわたってＦＲＰ製補強板５で覆うことにより、白蟻対策にもなる。
【００２５】
【実施例】
一般木造住宅に用いられる木材「べいつが」（１０５ｍｍ角）の部材長手方向の中心に長さ２００ｍｍ、幅１０５ｍｍ、深さ７７．５ｍｍの欠損部を、曲げを受ける下縁側に設け、そこに繊維径３．３ｄｔｅｘ、長さ１０ｍｍのナイロン短繊維を１．５重量％混入したエポキシ樹脂モルタルを充填し、木材断面と同じになるように成形した、その周りに、長繊維の炭素繊維（東レ（株）製、Ｔ７００Ｓ）を用いた二方向織物をエポキシ樹脂で硬化させた長さ５００ｍｍ、厚み２ｍｍの平板状補強板（繊維体積含有率６０％）をエポキシ樹脂で接着し、平板状補強板同士の接合部を幅６０ｍｍ、長さ５００ｍｍの炭素繊維シート（東レ（株）製、ＵＴ７０−３０）を炭素繊維の方向が木材の長さ方向に対し垂直方向になるように配置し、樹脂を含浸しながら貼り付けた。
【００２６】
エポキシ樹脂が十分に硬化した後に、この補強された木材の曲げ試験（曲げスパン４００ｍｍ、中央集中載荷）を行った結果、無補強の木材の最大荷重が１８，５４１Ｎであったのに対し、補強した木材は６９，７５１Ｎと極めて高い強度を示した。また、木材の長さ方向に圧縮荷重を加える試験では、無補強の木材の最大荷重がが５９，３２１Ｎであったのに対し、補強した木材は８７，５４０Ｎと極めて高い強度を示した。このように、補修材を充填し、ＦＲＰ製の補強板を接着することにより、曲げ強度、圧縮強度ともに大幅に向上することができた。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の既設木造建造物の補強方法および補強木造建造物によれば、既設の木造建造物に対し、現場にて劣化部分を適切に補修し、比較的短時間で容易に補強することができ、かつ補強された木製構造材に優れた耐久性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係る補強された既設木造建造物の要部の縦断面図である。
【図２】図１の補強部における補強板同士の接合方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１ 木製構造材としての柱
２ 基礎
３ 基礎梁
４ 接着剤
５、５ａ、５ｂ 補強板
６ 接合用の補強繊維基材
７ 補修材
８ ひび割れ補修材

Claims (6)

1. 既設木造建造物の柱、梁等の木製構造材にＦＲＰ製補強板を接着してその構造材を補強するに際し、補強板を接着する前に、構造材の劣化部分を除去し、除去した部分に補強用短繊維入り補修材を充填することを特徴とする、既設木造建造物の補強方法。
2. 構造材の周長の半分以上にわたって補強板を配設する、請求項１の既設木造建造物の補強方法。
3. 構造材の全周にわたって補強板を配設する、請求項１または２に記載の既設木造建造物の補強方法。
4. 構造材の周方向に複数枚の補強板を配設し、隣合う補強板の継目部分に補強繊維基材を配設するとともに未硬化の樹脂を含浸させ、しかる後樹脂を硬化させて補強板同士を接合する、請求項１〜３のいずれかに記載の既設木造建造物の補強方法。
5. 構造材の周方向に複数枚の補強板を配設し、隣合う補強板の継目部分に未硬化の樹脂を含浸した補強繊維基材を配設し、しかる後樹脂を硬化させて補強板同士を接合する、請求項１〜３のいずれかに記載の既設木造建造物の補強方法。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の方法によって補強された既設木造建造物。

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