JP4647340B2 - 低層住宅用シングル配筋既設基礎の補強工法 - Google Patents

Description

本発明は低層住宅用シングル配筋既設基礎の補強工法に係り、詳しくは、シングル配筋の既設ＲＣ基礎を増強するにあたり、爾後的に基礎を拡幅すると共に剪断耐力の増大を図ることができるようにしたシングル配筋既設基礎の補強方法に関するものである。

建物の基礎を補強する鉄筋構造は、大きく分けるとダブル配筋とシングル配筋がある。前者の一例としては、図８に示すごとく、上下方向に間隔をおいて二垂直面内に位置しつつ長手方向へ延びる例えば各４本の主筋１５，１６と、その主筋を矩形で囲むようにつなぐ長手方向に間隔をおいて並ぶスターラップ筋１７とによって形成される。後者は、図９のように、上下方向に間隔をおいて一垂直面内に位置しつつ長手方向へ延びる例えば４本の主筋１８と、その主筋をつなぐため長手方向に間隔をおいて並ぶ縦筋１９とによって形成される。

このようなＲＣ基礎２０，２１においては、主筋１５，１６，１８が曲げに対抗し、ダブル配筋ではスターラップ筋１７の縦部分、シングル配筋では縦筋１９が剪断力に対抗するが、実質的に上下方向および長手方向に延びる筋が多いダブル配筋の方が、シングル配筋よりも曲げ耐力ならびに剪断耐力は大きい。その反面、前者は後者に比べて鉄筋の消費量が格段に多くなり、中層住宅や高層建物の梁や柱では不可欠であっても、木造の三階建てまでや軽量鉄骨の三階建てまでといった低層住宅における基礎としては過剰品質となることが往々にして起こる。

シングル配筋基礎２１を採用しても曲げと剪断に所定の耐力が得られれば、工事費が増大するダブル配筋を採用しなくてもよいわけであるが、地震などにより曲げや剪断を繰り返し受けまたその荷重が大きいと、基礎は損壊する。すなわち、図１０中の影の施された矢印２２により基礎が降伏するまで荷重を加え、降伏後に白い矢印２３により逆方向の荷重を与えると、剪断応力はほぼ４５度に傾斜した面で最大となり、斜めのひび割れ２４が発生する。

このようなひび割れはよほど酷い地震に遭遇しないかぎり発生しないが、大きい地震に耐えるべく家屋を耐震補強するにあたって基礎から補強しておきたい場合がある。また、例えば二階建て住宅を三階建てに改築したい場合、従前の基礎のままでは増階に耐えられないということもある。その補強は、例えば以下の要領で行われる。

既設ＲＣ基礎にアンカーを打ち、基礎内の既設補強筋とアンカーとの一体化を図り、これをコンクリートモルタルで被覆する。このようにすれば、基礎の幅は広くなりあたかも基礎耐力は増強されたかのように見えるが、その実、剪断耐力の増加はさしたるほどではない。なぜなら、圧縮耐力が上がっても、打ち込まれたアンカーは剪断補強筋としてほとんど機能しなく、補強効果が出ないわけではないが作業の複雑さや負担の大きさの割りには効果が薄い。

ところで、コンクリート構造物を爾後的に補強する場合に、付加的な補強材を導入しようとする例が、特開２００１−３２５３２に開示されている。それは炭素繊維を素材にした格子を補強面に設置してアンカーを打って固定し、それにポリマーセメントモルタルを吹きつけるなどして被覆するというものである。このようにすれば、構造物と格子とセメント層が一体となって補強がなされ、ひび割れ等の発生を抑制することができる。

しかし、補強面に対してアンカーを打てば炭素繊維格子材の固定はできても、アンカーが基礎を傷めたり弱めたりすることになりかねず、補強をする一方で局部的にしろ脆弱化を誘導し、結局は、一連の施工に時間と手間を要する割りには補強の成果は上がらず、また工事の高騰すら招く。ちなみに、中高層ビルなどにおいて、梁の側面に鉄筋を爾後的に配置してコンクリートモルタルを増し打ちすれば、その梁の耐力向上が図られることは既に知られている。

ところが、低層住宅シングル配筋基礎に対して、この種の対策が採られた例はほとんどない。それは、シングル配筋のＲＣ基礎に増し打ちするという思想自体が、建築業界には存在しないからである。なぜなら、一戸建て住宅を次から次へと補修していくことは工事の小規模さに加えて、膨大な件数をこなさなければ仕事として成立しないことによる。
特開２００１−３２５３２

本発明は上記した問題に鑑みなされたもので、その目的は、シングル配筋ＲＣ基礎を爾後的に補強するにあたり、既存基礎自体が何ら損傷を加えられることなく付加工事による補強が基礎全体の耐力増強に寄与できるようにすること、施工が極めて簡単でかつ短期に済ませられ、工事の低廉化をおおいに促すことができる低層住宅用シングル配筋既設基礎の補強工法を提供することである。

本発明に係る低層住宅用シングル配筋既設基礎の補強工法の特徴とするところは、図１を参照して、上下方向に間隔をおいて一垂直面内に位置しつつ長手方向へ延びる主筋１とその主筋をつなぐため長手方向に間隔をおいて並ぶ縦筋２とによって補強された低層住宅用シングル配筋既設ＲＣ基礎３の少なくとも一方の立ち上がり面３ａに、長手方向に間隔をおいて一垂直面内に位置する補強用縦筋４とその補強用縦筋をつなぐための桟材５からなり、上部と下部に配置の二本の桟材５と補強用縦筋４との交差部で溶接され梯子を横置きしたような形状の一体品をなす付加補強筋組立体６をあてがい、その補強筋組立体を露出させないようにアンカーを打つことなく強い付着力を発揮するポリマーセメントモルタル７を基礎立ち上がり面３ａに塗着し、基礎を拡幅すると共に剪断耐力の増強が図られるようにしたことである。

本発明によれば、シングル配筋既設ＲＣ基礎の立ち上がり面に補強用縦筋を組み込んだ交差部で溶接されて一体品をなす付加補強筋組立体をあてがい、それを露出させないようにアンカーを打つことなくポリマーセメントモルタルを基礎立ち上がり面に塗着するようにしたので、既存ＲＣ基礎を拡幅することができると共に既存基礎の耐力を損なうことなく補強部分により追加された剪断耐力をそのまま付加することができる。基礎としての剪断耐力の増強が図られることによって、増階する場合などに問題となる既存ＲＣ基礎の剪断耐力不足が爾後的に補われる。

剪断補強が目的であるから、補強用縦筋をつなぎ止めるのは荷重負担能力の低い桟材でよく、付加補強筋組立体として消費される鉄筋量を可及的に少なくすることができる。ポリマーセメントによる強い付着力を利用して補強用縦筋を既存ＲＣ基礎に一体化できることになるので、改修された基礎の構造計算をするに際しては、付加された補強用縦筋の存在を直接反映してその剪断耐力を加算評価すればよいことになる。なお、付加補強筋組立体は一つの枠体としての取り扱いが可能となり、作業するにおいて都合がよい。

以下に、本発明に係る低層住宅用シングル配筋既設基礎の補強工法を、その実施の態様を表した幾つかの図面をもとにして、詳細に説明する。図１は主筋１と縦筋２とによって補強された低層住宅用のシングル配筋既設ＲＣ基礎３に適用した場合を示し、基礎を拡幅すると共に剪断耐力の増強が図られるようにし、施工の簡便化や工期短縮化を促すことができる。

図１において、基礎を拡幅するために処理が施される面は、ごみや土等を除去して簡単な水洗いがされる。その立ち上がり面３ａには、長手方向に間隔をおいて一垂直面内に位置する補強用縦筋４と、この補強用縦筋をつなぐための桟材５からなる付加補強筋組立体６があてがわれる。この補強筋組立体を露出させないようにポリマーセメントモルタル７が基礎立ち上がり面３ａに塗着される。

付加補強筋組立体６は既存補強筋組立体８と同じく梯子を横置きしたような形状をしているが、重要なのはあくまでも補強用縦筋４である。桟材５はこの例では補強用縦筋４と同じ太さで描かれているが、図２に示すように、それより細いものであってもよい。いずれにしても鉄筋としておけば、交差部で溶接しておくことができ、一つの枠体としての取り扱いが可能となり、作業するにおいては都合がよい。

ところで、桟材３は長手方向に延びる横桟だけでなく、図２に示したが、補強用縦筋４と並ぶように配置される縦桟５Ｔを組み込んだものでもよい。すなわち、横桟５Ｙと縦桟５Ｔで格子を形成し、それに或る間隔をおいて補強用縦筋４を溶接したり結束線などで取りつけ、付加補強筋組立体６として仕立てあげることもできる。荷重を支える機能を持たされていない桟材は非金属製であっも差し支えはなく、腐蝕や所望外の変形をきたさず、補強用縦筋の姿勢を保持しておくことができるものであればよい。

桟材はともかくとして、補強用縦筋４は剪断耐力の増強を図るものであるので、その太さや本数は、適宜に選択される。図３は、本数を増やした例である。言うまでもないが、補強用縦筋４の数が増えるほど剪断耐力は増強する。また、鉄筋径が大きくなる場合も同様である。図１ないし図３において、補強用縦筋４はＲＣ基礎の立ち上がり面３ａに可及的に近接して配置されている。図４は補強用縦筋４と立ち上がり面３ａとの間に桟材５が配された例であるが、ポリマーセメントモルタル７の層厚の多少によって、すなわち基礎の拡幅の程度によっていずれかを選定すればよい。

ところで、ポリマーセメントモルタル７の塗着作業は、立ち上がり面３ａに付加補強筋組立体６を押し当てた状態で、こて塗りすればよいが、塗着面が広い場合には吹きつけによってもよい。立ち上がり面３ａに予めモルタルを塗着しておき、それに付加補強筋組立体をめり込ませるようにして配置し、その後に所定層厚となるまで被覆するという手順を採ることもできる。いずれにしても、付加補強筋組立体６と立ち上がり面３ａとの間に空隙が残らないようにすることが肝要で、適宜こて作業等による仕上げが施される。

図５は、ＲＣ基礎３の内外両面に付加補強筋組立体６Ｍ，６Ｎをあてがい、ポリマーセメントモルタル７を打設した例である。内面は基礎で画成された狭い空間であることが多いが表面張りつけ式であるから作業負担は大きくなく、両面補強によりその耐力は全体的に均質に向上する。一方の面にだけに付加補強筋組立体を与えた場合に比べれば、耐力のさらになる増大があることは当然であるが、歪みも大きくなって靱性が格段に向上していることも認められた。これは、補強というよりは基礎の大幅な改質さえ可能であることを示唆する（図５では、既存補強筋組立体は略されている）。

以上の説明から分かるように、既存ＲＣ基礎をポリマーセメントモルタルによって拡幅することができると共に、元来のＲＣ基礎に対しては何ら手を加えないのでその耐力を損なわせることはない。付加補強筋組立体により追加された剪断耐力はそのまま既設ＲＣ基礎の剪断耐力に付加させて、強度を向上させることができる。耐震補強の観点からや、増階に備えての既存ＲＣ基礎の改修・補修における剪断耐力増強処理は、特別な技能が要求されなくとも達成することができることになる。

付加補強筋組立体はあくまでも剪断耐力の増強を目的とするので補強用縦筋をつなぎ止めるのは桟材でよく、結局は、付加補強筋組立体として消費される鉄筋量が可及的に少なくなる。ポリマーセメントによる強い付着力を利用して補強用縦筋を既存ＲＣ基礎に一体化できるので、改修された基礎の構造計算にあたっては補強用縦筋の断面積を加算して、その剪断耐力を評価することができるようになる。通常０．２％以上であることが要求される剪断補強筋の基礎断面比率がそれに満たなかったとしても、爾後的な作業によって数値クリアは簡単に実現されることになる。

本発明は、梁等で公知である鉄筋付加増し打ちによる強化と同じ要領ではシングル配筋基礎を強化することができず、如何なる配慮を施すべきかを鋭意研究を重ねた結果完成したもので、詳しく説明しないが、その補強による耐力増大を定量的に把握して補強構造の向上を図った。これによって、シングル配筋ＲＣ基礎を低層とは言っても三階建て住宅の基礎として供するにおいての不安は解消され、信頼性の高い爾後補強ＲＣ基礎を提供することができる。

なお、付加補強筋組立体は点溶接するなどして一体品のかたちをとるので、立ち上がり面に例えば１５ミリメートル厚さのポリマーセメント粘着層を形成しておき、これに一体化した補強用縦筋を強く押しつけるようにして立ち上がり面に可及的に近接した状態で付着させ、それに上塗りするというかたちを採ってもよいことは上で触れた。いずれにしても下塗りは付加補強筋組立体の背後へのモルタル充填を確実にする。補強用縦筋を立ち上がり面に近づけておけば、基礎に生じようとするひび割れの進行を抑える作用がより一層効果的となる。

ところで、ポリマーセメントは、その代表的な例として、ポルトランドセメントに、その改質材としてのエポキシ樹脂を混ぜたものなどであるが、今日では幾種もが公知であるのでその詳しい説明を省く。なお、例えば特開平７−３１５９０７号公報をはじめとした特許文献には多種多様なポリマーセメントモルタルが開示されている。

もちろん、いずれのポリマーセメントにしても、早硬剤や早強剤を添加することは適宜行われる。また、防錆剤を混入させておくことも可能であり、その場合には上記したセメント被り量は例えば２０ミリメートル程度と薄くすることもできなくはない。上塗りにより基礎立ち上がり面に色むらが生じることを嫌うなら、層厚を変えるなどしながら一面全部を被覆するようにしてもよい。

以上の説明から分かるように、鉄筋がひび割れの進行を阻止することは言うまでもないが、ポリマーセメントモルタルの付着力は通常セメントに比して格段に大きいことが知られているから、付加補強筋を基礎に対してある姿勢に保ちながら粘着力の高いモルタルで固定することができる。塗着操作もこて塗りといった手作業による塗着としても塗りむらを注視しつつ行うなら熟練技能を要することなく簡易な作業工程によって補強することができる。それは、付加補強筋をＲＣ基礎内の既設補強筋組立体と繋がりを持った構造とする必要がないからでもあり、ポリマーセメントの付着力に頼るだけとはいえ、その技術的進歩にも負うところが大きい。

この作業は、ダブル配筋に比べて耐力の低いシングル配筋を対象としており、その補強効果は目を見張るものがある。工期が短いうえに施工上の労力負担の軽減がなされ、コストの低減はもちろんのこと通常の作業員でも補強品質を高く保った仕上げを可能にする。ちなみに、当初の計画を急遽変更しなければならないときでも、追加工事的に処置するだけで、最初からそうであったかのような資質を持たせることができるのである。

図６は、ＦＲＰ製格子９を使用して立ち上がり面３ａを補強しようとするものである。その格子が露出しないようにポリマーセメントモルタル７を基礎立ち上がり面に吹きつけまたは手塗りにより塗着するものである。なお、ＦＲＰ製格子は特開２００２−１２９７５３に詳しく説明されているので、ここではその説明を省く。その使途は市販の溶接金網と類似と思えばよいが、その強度は鉄材を遙に越える優れたものであるゆえ、本発明における補強材としては、極めて好適な面材であると言える。

格子の中にポリマーセメントモルタル７が進入してＦＲＰ製格子９とモルタルとの一体化が図られると共に、ＲＣ基礎３に対するＦＲＰ製格子の付着性も向上する。ＦＲＰ製格子９は数ミリメートルの厚さで、ポリマーセメントモルタルによる被覆は付加補強筋を使用する場合の約半分の例えば２０ミリメートルもあればよい。これによって、高価なポリマーセメントの消費量が抑制される。

ところで、ＦＲＰ製格子を、図７のように、経部９ａと緯部９ｂがともに水平に対して約４５度傾斜するように配置させてもよい。ＲＣ基礎３に生じる剪断応力に基づいた立ち上がり面に現れるひび割れはより一層抑えられる。ＦＲＰ製格子は厚くなると鋏等によって工事現場で簡単に切断できるというものではないが、薄いＦＲＰ製格子を使用する限りは現場での臨機応変な対処は可能となる。

ＦＲＰ製格子による補強は面当て的なかたちで歪みの発生を拘束するから、ＦＲＰ製格子が変形に耐えている間はＲＣ基礎での剪断変形は生じない。例えば高弾性カーボンＦＲＰ製格子の場合、引張弾性率は鉄筋のそれに近いが、引張耐力は倍以上で靱性も大きいという特性がある。ＦＲＰ製格子はＲＣ基礎のコンクリートと一体化することになるから、その部分が弾性変形している間は鉄筋のそれと大きな差は生じない。

外力の増大に伴い鉄筋が降伏してその耐力を落とすことになっても、ＦＲＰ製格子はなおも耐えつつ歪みを大きくする。それゆえ、ＲＣ基礎は鉄筋の耐力を越える強度を呈するだけでなく歪みも大きく許容され、結局は高い靱性を発揮する。このように、ＦＲＰ製格子はＲＣ基礎の崩壊や損壊の防止に大きく寄与するが、その機械的性質は使途に応じて適宜のもの、すなわち、上記した高弾性カーボンＦＲＰ製格子のほかに、高強度カーボンＦＲＰ製格子、ガラスＦＲＰ製格子といったものの中からも選択できる点で、ＲＣ基礎の補強に柔軟に対応しうる有用な補強材であるということができる。

本発明に係る低層住宅用シングル配筋既設基礎の補強工法の一例を示した斜視図。 格子状の桟材により補強用縦筋を保持させた付加補強筋組立体をあてがっている斜視図。 補強用縦筋のピッチを大きくした場合の例。 補強用縦筋を立ち上がり面から少し遠ざけた例。 基礎の両面に付加補強筋組立体を取りつけた斜視図。 ＦＲＰ製格子をポリマーセメントモルタルで付着させて補強したＲＣ基礎の斜視図。 経部と緯部を４５度に傾けたＦＲＰ製格子を貼着した補強例。 ダブル配筋により補強されたＲＣ基礎の斜視図。 シングル配筋により補強されたＲＣ基礎の斜視図。 シングル配筋により補強されたＲＣ基礎を剪断耐力試験した後のひび割れ状態の斜視図。

１…主筋、２…縦筋、３…シングル配筋既設ＲＣ基礎、３ａ…立ち上がり面、４…補強用縦筋、５…桟材、６…付加補強筋組立体、７…ポリマーセメントモルタル。

Claims (1)

1. 上下方向に間隔をおいて一垂直面内に位置しつつ長手方向へ延びる主筋と該主筋をつなぐため長手方向に間隔をおいて並ぶ縦筋とによって補強された低層住宅用シングル配筋既設ＲＣ基礎の少なくとも一方の立ち上がり面に、長手方向に間隔をおいて一垂直面内に位置する補強用縦筋と該補強用縦筋をつなぐための桟材からなり、上部と下部に配置の二本の桟材と前記補強用縦筋との交差部で溶接され梯子を横置きしたような形状の一体品をなす付加補強筋組立体をあてがい、該補強筋組立体を露出させないようにアンカーを打つことなく強い付着力を発揮するポリマーセメントモルタルを基礎立ち上がり面に塗着し、基礎を拡幅すると共に剪断耐力の増強が図られるようにしたことを特徴とする低層住宅用シングル配筋既設基礎の補強工法。