JP4659107B2

JP4659107B2 - 組積造の壁体の補強方法

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Publication number: JP4659107B2
Application number: JP2009168845A
Authority: JP
Inventors: 慶一荒木; 春雄前田
Original assignee: 株式会社構造総研
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: JP2011021422A

Description

本発明は、煉瓦や石材などの組積材により形成された組積造の壁体を補強するための方法に関する。

古くからの建造物に見受けられる煉瓦壁は、各煉瓦をモルタルなどを介在させて積み重ねたものである。この種の壁体には、文化的資産として長く保存する価値があるものが多いが、土台と壁体の自重により支えられているだけで強度が不十分であるため、地震により倒壊するおそれがある。

このため、近年、壁体内に棒状の補強部材を挿入することによって、壁体の美観を維持しながら壁体の強度を高める方法が提案されている。

たとえば、下記の特許文献１には、煉瓦による壁体の内壁面より、斜め上方および斜め下方に向けて穴をそれぞれ複数形成し、各穴にそれぞれ金属製の補強部材を挿入して固定することにより、壁体を補強する工法が記載されている。

特開２００６−２２５８７７号公報（段落００１８〜００２９、図１〜４参照。）

特許文献１に記載された発明では、壁面に直交する略水平な断面においては、どの断面をとっても、その断面に補強部材が含まれて（特許文献１の段落００２８を参照。）略水平な面の強度が補強されるので、水平方向を軸として壁面を曲げようとする力に対する抵抗力が高まり、壁面の水平軸まわりの面外曲げが抑制される。しかし、横方向からの荷重に対する抵抗力は十分とは言えず、面内変形やせん断力によって壁体が破壊されるおそれがある。

たとえば、図７に示すように、中央に窓部１２が形成された壁体１に横方向から正負の荷重をかけると、窓部１２の付近に階段状の亀裂１００が生じる場合があることが、発明者らにより確認されている。さらに、特許文献１に記載された発明による補強では、鉛直方向を軸として壁面を曲げようとする力にも十分に抵抗できないため、鉛直軸まわりの面外曲げを抑制するのは困難である。

面内変形、せん断力、鉛直軸まわりの面外曲げに対する抵抗力を高めるには、壁面の横方向の補強を強化する必要があるが、この補強を特許文献１に記載された発明により行うには、横方向における補強部材間の間隔をより密にしなければならない。しかし、壁体を穿孔する作業には多大な労力がかかり、工事の費用も高くなる。

また、特許文献１に記載されている工法では、壁体の外壁面に貫通しない穴を形成することで、外壁面の美観が維持されるようにしているが、内壁面に対しては、煉瓦の表面が穿孔される場合もあるため、施工後の内壁面の美観が損なわれる。

本発明は上記の問題に着目し、組積造の壁体の美観を損なうことなく、面内曲げ、せん断力、および鉛直軸まわりの面外曲げに耐える力が高められるように壁体を補強することを、目的とする。

本発明は、組積材を積み上げて形成された組積造の壁体を補強する方法であって、壁体の横方向の目地のうち、少なくとも所定の段をあけた上下の２段の各目地を壁面より削り取って溝をそれぞれ形成した後、各溝にそれぞれ棒状の補強部材を挿入しかつ接着性のある固定材を溝が埋まるまで充填することにより補強部材を各目地内に埋設し、さらに、上記の壁体の横方向の目地のうち、決められた段数おきに選択された複数段の目地の位置であって上下方向に沿って並ぶ複数の位置に壁体内部に向けて穴をそれぞれ形成した後、各穴にそれぞれ棒状の補強部材を挿入しかつ接着性のある固定材を穴の開口が塞がるまで充填することにより補強部材を壁体の内部に埋設することを特徴とする。

上記の方法により補強された壁体によれば、面内曲げ、せん断力、鉛直軸まわりの面外曲げに対しては、横方向の目地の内部に埋設された棒状の補強部材が歪んで抵抗するので、壁面が破壊されるのを防止することができる。また、上記の方法では、組積材間の目地を表面から削り取って、その削り取った部分に補強部材を挿入するので、施工が簡単で、組積材を傷つけることもない。また、固定材により目地が修復されると、壁面は施工前と殆ど変わらない状態になり、壁面の美観を維持することができる。さらに、壁体の厚み部分が補強部材により補強されるので、水平軸まわりの面外曲げに対する抵抗力が高まり、壁体の強度をさらに向上することが可能になる。また、穴の開口を壁面の目地の部分に設定し、補強部材の挿入後に穴を固定材により塞ぐので、壁面の外観は施工前と殆ど変わらない状態になる。

なお、本発明の上記した構成において、「棒状の補強部材」の「棒状」とは、丸棒や角棒の他に板状物であってもよく、径方向の断面形状は問わない。

本発明によれば、組積材を傷つけることなく、面内曲げ、せん断力、および鉛直軸まわりの面外曲げに対する壁体の強度と、水平軸まわりの面外曲げに対する抵抗力とを高めることができる。また、施工が容易であるので、壁体の補強に要する労力やコストを大幅に削減することができる。さらに、壁面の外観は施工前と殆ど変わらない状態になるので、壁面の美観を維持することができる。

本発明による補強方法が適用された組積造の壁体の構成を示す正面図および側面図である。補強部材の外観を示す斜視図である。壁体の目地内に補強部材を埋設する工程を説明する拡大断面図である。壁体の内部に埋設された補強部材の状態を示す拡大断面図である。壁体のモデル（試験体）を用いた実験方法を示す説明図である。実験により得た変形角と復元力との関係を示すグラフである。亀裂破壊が生じた壁体を示す正面図である。

図１は、本発明の一実施例にかかる補強方法が適用された組積造の壁体１を、外壁１Ａの側から見た正面図（ａ）および側面図（ｂ）により示している。
図示例の壁体１は、複数の煉瓦１０を、モルタルによる目地１１を介して、イギリス積みにより積み上げて構成された煉瓦壁である。壁体１の中央には窓部１２が形成され、窓部１２の上下位置には、それぞれコンクリートブロックによるまぐさ１３が設けられている。なお、各煉瓦１０の寸法は、２１０ｍｍ×１００ｍｍ×６０ｍｍであり、煉瓦１０間の目地１１の幅は約１０ｍｍである。

この実施例では、下から３段目より壁頂部までの範囲にある横方向の目地１１を一段おきに選択し、選択された目地１１毎に、外壁面Ａの側および内壁面Ｂの側のそれぞれ５箇所から斜め下方向に向けて棒状の補強部材２を挿入して、壁体１の内部に埋設している。

図１の正面図（ａ）では、補強部材２の挿入位置を黒丸で表し、側面図（ｂ）において、壁体１に埋設された補強部材２を点線で表している。
各補強部材２は、各壁面１Ａ，１Ｂに対してほぼ４５度の角度をもって挿入されている。また、外壁面１Ａおよび内壁面１Ｂとも、選択された目地１１に対する補強部材２の挿入位置が上下方向に沿って並び、かつ外壁面１Ａから挿入された補強部材２と内壁面１Ｂから挿入された補強部材２とが壁体１の横方向に沿って交互に並んだ状態になる。

さらにこの実施例の壁体１には、外壁面１Ａおよび内壁面１Ｂの横方向に、補強部材２が埋設されている。具体的には、斜め方向への補強部材２が挿入されない横方向の目地１１のうち、窓部１２の上下に位置する目地１１（図１中の点線Ｐ，Ｑにより示す位置の目地１１）の内部に、それぞれ壁面に沿って補強部材２が埋設されている。

図２は、この実施例で使用されている補強部材２の外観を示す。この補強部材２は、有効断面積の径が６ｍｍのステンレスピンであり、外周面２１には、全長にわたってねじが切られている。このねじ切りは、固定材（この実施例では、エポキシ樹脂を使用する。）の付着性を向上するためのものであるが、ねじ切りに代えて、たとえば、外周面２１の全体にわたって微小な突起を形成するようにしてもよい。

図３は、上記構成の補強部材２を横方向の目地１１の内部に埋設する工程の手順を、施工対象部位の拡大断面図によって示している。
図３の（１）に示すように、壁体１の上下の煉瓦１０，１０間にはモルタルによる目地１１が介在しており、カッターやグラインダーなどを用いて、この目地１１を壁面より全長にわたって削り取り、補強部材２を収容するのに十分な深さの溝１５を形成する（図３（２））。たとえば、溝１５の幅を８ｍｍ程度、深さを２０〜３０ｍｍ程度とする。

つぎに、図３（３）（４）に示すように、溝１５内にエポキシ樹脂３を注入し、その上から補強部材２を挿入し、固定する。さらに、図３（５）に示すように、溝１５が埋まるまでエポキシ樹脂３を補填し、エポキシ樹脂３の表面をならして乾燥させる。これにより、目地１１が修復されるとともに、補強部材２が目地１１内に埋設された状態となる。

図４は、壁体１に斜めに埋設された補強部材２の状態を、拡大断面図により示している。この実施例では、電動ドリルなどを用いて、目地１１の定められた位置から穿孔を開始して貫通しない穴１４を形成し、穴１４内に補強部材２を挿入するとともにエポキシ樹脂３を注入する。補強部材２は穴１４から突出しない長さに設定され、エポキシ樹脂３は穴１４の開口部が塞がるまで注入される。この場合も、エポキシ樹脂３の表面をならして乾燥させることにより目地１１が修復され、補強部材２が壁体１内に埋設されて固定された状態となる。なお、穴１４は壁体１を貫通しないように形成されるので、反対側の壁面が傷つくことはない。

図３，４に示した方法により補強された壁体１に、水平方向の荷重がかけられた場合には、壁体１の横方向に沿って埋め込まれた補強部材２が歪んで面内曲げやせん断力に抵抗するので、目地１１の亀裂破壊は起こりにくい。また、鉛直軸まわりの面外曲げに対しても、同様に、壁体１の横方向に沿って埋め込まれた補強部材２が歪んで抵抗するので、鉛直軸まわりの面外変形を抑制することができる。さらに、水平軸まわりの面外曲げに対しても、壁体１内に斜め方向に沿って挿入された補強部材２が同様に歪んで抵抗するので、壁体１の補強効果は大幅に向上する。

なお、上記の実施例では、横方向の目地１１のうち、窓部１２の近くの目地１１にのみ図３の工法を適用して補強部材２を埋め込んでいるが、これに限らず、各壁面１Ａ，１Ｂの横方向の目地１１を所定の段おきに選択して、選択された目地１１にそれぞれ図３の工法を適用してもよい。この場合には、外壁面１Ａの側における補強部材２の埋め込み位置と内壁面１Ｂの側における補強部材２の埋め込み位置とが互い違いになるようにしてもよい。
また、壁体１の上方にいくほど変形が大きくなる傾向があることを考慮して、各壁面１Ａ，１Ｂの上半分に下半分より多くの補強部材２を埋設してもよい。

図３の施工の対象とする目地１１には、必ずしも、その全長にわたって補強部材２を埋め込む必要はない。たとえば、壁体１の幅が比較的広い場合には、施工対象の目地１１を、所定の間隔をおいて削り取って複数の溝１５を形成し、これらの溝１５毎に補強部材２を埋め込んでもよい。この場合、複数の目地１１に補強部材２を埋め込むのであれば、補強部材２を埋め込む位置を目地１１毎にずらせることにより、補強効果を高めることができる。

また、上記の実施例では、斜め方向の穿孔を施す目地１１と溝１５を形成して補強部材２を埋め込む目地１１とを切り分けているが、これに限らず、溝１５が形成された目地１１の溝底を穿孔して穴１４を形成してもよい。この場合には、穴１４への補強部材２の挿入やエポキシ樹脂の注入を行ってから、溝１５内に補強部材２を挿入し、最後にエポキシ樹脂により溝１５を塞ぐ。

つぎに、壁体１の内部に斜めに埋設される補強部材２に関して、上記の実施例では、壁体１の内部における補強部材２の姿勢を２通りに設定したが、これに限らず、各補強部材２の姿勢を統一してもよい。また、穿孔を施す面も両面に限らず、外壁面１Ａ、内壁面１Ｂのいずれか一方から穿孔してもよい。

補強部材２の挿入角度も４５度に限らず、壁体１の構成に応じて、適宜、変更することができる。また、厚みが薄い壁体の場合には、各補強部材２を水平に近い状態で挿入してもよい。

上記の実施例では、補強部材２として、強度や耐錆性の高いステンレスピンを使用したが、これに代えて、鉄筋やセラミック棒などを用いてもよい。また補強部材２の固定材として、この実施例ではエポキシ樹脂３を使用したが、これに代えてモルタルやポリマーセメントモルタルなどを使用してもよい。

つぎに、上記の補強方法による効果を検証するために、発明者らが実施した実験について、説明する。
この実験では、試験用の壁体のモデル（以下、「試験体」という。）を２種類準備した。各試験体の煉瓦積み構造は、いずれも図１に示したものと同様であるが、一方の試験体には補強部材２による補強を一切せず（以下、この試験体を「無補強試験体」という。）、他方の試験体には図１に示したのと同様の補強を施した（以下、この試験体を「補強試験体」という。）。

図５は、実験の方法を示す。なお、この図では、試験体を符号１Ｍにより示しているが、試験体１Ｍの各部の構成については、図１と同様であるため、符号を省略する。
この実験では、試験体１Ｍを、上下の支持部材１０１，１０２間に挟持した状態で、Ｈ鋼（図示せず。）による基台１０３上に設置し、図中のＡ点（上から４段目の煉瓦１０の側面に設定される。）の水平方向の変位をレーザー変位計（図示せず。）により計測し、計測された変位μを図中の距離Ｌ（下から４段目の煉瓦１０の側面に設定されたＢ点からＡ点までの距離）により除した値を、面内変形を示す変形角Ｒとして算出している。
式で表すと、Ｒ＝μ／Ｌであり、単位はラジアンである。

この試験体１Ｍの上方と一側方（図５では右側方）とに、それぞれ油圧ジャッキを含む荷重機構（図示せず。）を配備し、上方の荷重機構により下向きに一般的な屋根の重さに相当する荷重（２０ｋＮ）をかけ続け、右側方の荷重機構により試験体１Ｍの壁頂部に水平方向の荷重をかけ、その荷重を変形角Ｒに基づき制御して、試験体の押し引きを繰り返し実行した。この押し引きについて、より詳細に説明すると、試験体１Ｍを押す方向を正の方向、試験体１Ｍを引っ張る方向を負の方向として、変形角Ｒが正の目標値付近になるまで試験体１Ｍを押す処理と、変形角Ｒが負の目標値付近になるまで試験体１Ｍを引っ張る処理とを交互に実行するとともに、目標値の絶対値を段階的に大きくした。

図６は、上記の実験により得られた変形角Ｒと復元力Ｆとの関係を、試験体毎にグラフにして表したものである。なお、ここでいう復元力Ｆとは、試験体１Ｍを通常の姿勢に戻せる範囲で試験体１Ｍにかけられた荷重である。また、正の復元力は試験体１Ｍを押す方向にかけられた荷重を意味し、負の復元力は試験体１Ｍを引っ張る方向にかけられた荷重を意味する。

以下、実験の結果を説明する。
無補強試験体に対し、上記の実験を実施したところ、復元力が２７．９ｋＮに達した時点で目地に亀裂が生じ、復元力の強度が急激に低下した。さらに、目地の破壊が進行し、試験体にロッキング振動が生じる状態となった。ロッキング振動後の復元力は、正負とも２０ｋＮ付近で維持された。
目地の破壊やロッキング振動が進み、また復元力が増加する見込みがないため、変形角Ｒが０．０２ラジアン付近に達したところで、実験を終了した。

補強試験体に対し、上記の実験を実施したところ、復元力が４４．３ｋＮに達した時点で目地に亀裂が生じた。この時点の変形角Ｒは０に近い値であり、亀裂が生じた後も、変形角Ｒが０．０１ラジアンに達するまで復元力の増加が認められた。
変形角Ｒが０．０１ラジアンを超えた後の復元力は若干低下したが、無補強試験体におけるものと比較すると、はるかに高い値を示した。変形角Ｒも、無補強試験体で確認できた範囲より大きく変動し、正方向においては、最大０．０４ラジアンを超える変動が認められた。

上記の実験結果をまとめると、補強試験体の目地を破壊するには、無補強試験体で破壊が生じたときの荷重の１．５倍以上の力が必要となった。また、無補強試験体で重篤な破壊が生じたときの荷重（２０ｋＮ）を補強試験体にかけても、面内変形は殆ど生じず、目地も破壊されなかった。

１壁体
２補強部材
３固定材（エポキシ樹脂）
１０煉瓦
１１目地
１４孔部
１５溝部

Claims

組積材を積み上げて形成された組積造の壁体を補強する方法であって、壁体の横方向の目地のうち、少なくとも所定の段をあけた上下の２段の各目地を壁面より削り取って溝をそれぞれ形成した後、各溝にそれぞれ棒状の補強部材を挿入しかつ接着性のある固定材を溝が埋まるまで充填することにより補強部材を各目地内に埋設し、さらに、上記の壁体の横方向の目地のうち、決められた段数おきに選択された複数段の目地の位置であって上下方向に沿って並ぶ複数の位置に壁体内部に向けて穴をそれぞれ形成した後、各穴にそれぞれ棒状の補強部材を挿入しかつ接着性のある固定材を穴の開口が塞がるまで充填することにより補強部材を壁体の内部に埋設することを特徴とする組積造の壁体の補強方法。