JP5222666B2 - 住宅コンクリート基礎の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、既設の、一般に戸建と呼ばれる住宅のコンクリート基礎の補強構造に関するものである。

在来軸組み工法、伝統的工法、枠組壁工法、木質プレハブ工法、２×４工法などによって建てられる一般に戸建と呼ばれる住宅の基礎は、平成１２年以降の新築住宅にあっては、コンクリート基礎内に鉄筋を配筋することが建築基準法で法制化された。（平成１２年５月２３日建設省告示第１３４７号による。）
しかしながら、それ以前の施工の住宅にあっては、施工がまちまちで、無筋の底版無しコンクリート基礎、無筋の底版付コンクリート基礎等があり、底版付鉄筋コンクリート基礎でも平成１２年以前には鉄筋量が十分でないものも散見されており、依然その住宅が使用されているのが現状である。
このような無筋のコンクリート基礎に曲げ力が作用したときの荷重と変位の関係のグラフを図６に示す。
同試験に用いたコンクリート基礎の幅は１５０ｍｍで、高さが６００ｍｍである。
図６に示すように、３４ｋＮ程度の曲げ力が作用すると、コンクリート基礎が断裂していまい、断裂後は最早曲げ力に耐えることができない。
また、断裂時の変位量は１ｍｍ以下であり、ごく僅かな変形にしか耐えられないことが判る。

鉄筋が配筋されていないコンクリート基礎は、当然のことながら、前述したように地震時の曲げ力に耐える力が小さい。
このような無筋のコンクリート基礎を持つ家屋を増改築する場合は、増築部分のみではなく、既存部分のコンクリート基礎も上記の告示１３４７号の基準に合致させる必要があり、無筋のコンクリート基礎の側方に、鉄筋を配筋したコンクリート部分を構築し、一体に抱き合わることで補強する必要があった。
このような補強工法を、図１５及び図１６に示す。
図１５に示すのは、既存のコンクリート基礎の立上がり部分ａの一部表面をハツって、その側方のみに鉄筋コンクリート部分ｂを付加するように形成したものであって、図１６に示すのは、既存のコンクリート基礎の立上がり部分ａと底版部分ｃの一部をハツって、その側方に鉄筋コンクリート部分ｂを形成するものである。
また増改築だけでなく、地震などによってコンクリート基礎にクラックが発生した場合の補強にも、このような補強方法が採用される。

しかしながら、前記した補強工法の採用が非常に困難な場合が少なくない。
例えば狭小敷地に建てられた既存住宅では、隣地との境にスペースがなく、コンクリート基礎の外側に更に基礎を付加することは不可能なことがある。
また、床を剥がして建物床下に作業者が入りこんで施工することも考えられるが、コンクリートを練ってそれを基礎の屋内側の側面に打設することは、現実的に極めて困難である。

高架道路や橋梁の梁や床版などのコンクリートを、合成樹脂製ロッド（連続繊維補強材）を使用して補強する工法として特許第４０８４６１８号発明が開示されている。
同公報は、高架道路などにおけるクラック発生時の補強工法であって、住宅における鉄筋を有さない基礎の補強工法とは異なる。

前記した連続繊維補強材を使用することで困難なことは、連続繊維補強材が現場にては屈曲加工することが困難で、一定の長さを有する補強材を繋いでその連続性を確保することや、コンクリート基礎の隅角部における補強材の連続性の確保である。
特許第４０８４６１８号公報

解決しようとする課題は、住宅の鉄筋を配筋していないコンクリート基礎を簡易な施工で補強出来るようにすること、狭小敷地でも施工を可能とすること、屋内側からの施工を可能とすることなどである。

本発明に係る住宅コンクリート基礎の補強構造は、既設住宅のコンクリート基礎の左右側面のうち、少なくとも一方側の側面に形成した少なくとも二本の長手方向に連続した凹溝の中に接着材を埋め込んで連続繊維補強材を固着してコンクリート基礎と一体化し、該連続繊維補強材を固着したコンクリート基礎の側面表面に、エポキシ樹脂、ポリマーセメントなどを塗装又は塗布、或いはボードを貼り付けることによって連続繊維補強材及び接着材を保護した住宅コンクリート基礎の補強構造であって、二本の凹溝が、コンクリート基礎の側面にたすき掛け状に交差して凹設されていることを特徴とするものである。

本発明に係る他の住宅コンクリート基礎の補強構造は、コンクリート基礎の長手方向に沿った前記二本の凹溝が、コンクリート基礎の側面の上下に適宜の間隔を離隔して平行に形成されている。
本発明にかかる他の住宅コンクリート基礎の補強構造は、二本の凹溝の他に、凹溝がコンクリート基礎側面の鉛直方向にも追加して形成され、これらの中にも連続繊維補強材が固着しているものである。

更に、本発明に係る住宅コンクリート基礎の補強構造は、コンクリート基礎の隅角部であって、その側面に隅角を越えて横方向に連続する凹溝を凹設し、直線状の連続繊維補強材を、その端部が隅角近くまで至るよう凹溝の中に配し、予め中間部を屈曲した鉤状の連続繊維補強材を、当該隅角に合わせて左右に跨るように凹溝の中に配し、直線状の連続繊維補強材と鉤状の連続繊維補強材の端部同士をオーバーラップさせ、凹溝内に接着材を埋め込んで連続繊維補強材を固着したことを特徴とする。
更に、本発明に係る住宅コンクリート基礎の補強構造は、コンクリート基礎のＴ字形状の突き合わせ部において、交差部分に跨る貫通孔を形成するとともに、その貫通孔と繋がる凹溝を交差部分の左右に連続して形成し、交差部分の貫通孔には、繋ぎ用の連続繊維補強材を配してその左右端部を貫通孔から凹溝内に突出させ、交差部分の左右に配した連続繊維補強材の端部と、前記繋ぎ用の連続繊維補強材の端部同士をオーバーラップさせ、凹溝及び貫通孔内に接着材を埋め込んで連続繊維補強材を固着するものである。

本発明は以上のような構成を有し、少なくとも次のうちのいずれか一つの効果を達成するものである。
＜ａ＞コンクリート基礎の左右側面のうち、少なくとも一方側の側面に凹溝をたすき掛け状に交差して少なくとも二本の凹溝を形成し、その中に連続繊維補強材を埋め込んで固着するため、コンクリート基礎自体の幅を厚くする必要がなく、狭小敷地での施工も可能である。
また既存のコンクリート基礎の側方に新設の基礎を抱き合わせる工法に比して、遙かに短期に施工が可能であって、コストも低廉となる。
＜ｂ＞床下に作業員が入りこんで、コンクリート基礎の屋内側面に溝の形成、連続繊維補強材の埋め込んで固着作業を行うことが可能となり、外観的にも良好さを保つとともに、狭小敷地での施工が可能となる。
＜ｃ＞鉄筋の代替として使用する連続繊維補強材は、錆つかないため、コンクリート基礎の側面に形成した凹溝に埋め込んでも、鉄筋のようなカブリが必要でなく、鉄筋と同等以上の強度が確保できる。
＜ｄ＞凹溝を形成して、その中に連続繊維補強材を埋め込み、その周囲を接着材で固着することで、凹溝から補強材が離脱し難く、表面に貼り付ける補強材などとは比較にならない程の大きな曲げに耐え得る補強材となる。
＜ｅ＞コンクリート基礎の側面に凹溝がたすき掛け状に交差して形成されることのみならず、コンクリート基礎の長手方向や鉛直方向にも凹溝が追加して形成され連続繊維補強材が埋め込まれ、固着されることで、一体化してコンクリート基礎を補強することが可能となる。
＜ｆ＞エポキシ樹脂などを塗装又は塗布、或いはボードを貼り付けることによって連続繊維補強材や接着材を保護することによって、より補強材が凹溝から逸脱することがなくなり、接着材の粘りも加わってより大きな曲げ力に耐え得る補強構造となる。
＜ｇ＞連続繊維補強材の端部同士をオーバーラップさせたり、鉤状に屈曲した連続繊維補強材を使用することにより、隅角部やＴ字形状突き合わせ部でも、補強材の連続性を確保することが可能となる。

以下、図面に示す実施例に基づき、本発明を詳細に説明する。
＜１＞連続繊維補強材
本発明で使用する連続繊維補強材１は、連続繊維に繊維結合材を含浸させ、硬化させて成形したもので、一方向強化材や連続繊維のみを束ねたもの、または織ったものの総称である。
連続繊維補強材の補強繊維は、単独重合アラミド繊維、共重合アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、高強力ポリエチレン繊維、高強力ポリアリレート繊維、ＰＢＯ繊維或いはビニロン繊維などの全長に連続している繊維を使用する。
繊維は一種類だけでなく、複数種類を採用することが可能である。
これら補強繊維を、補強繊維を結合する結合材が、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂或いはセメント結合材のうち、一種類若しくは複数種を使用して、前記繊維を結合する。
連続繊維補強材１の形状は、表面に凹凸を設けたロッド状、付着力を確保出来る突起を表面に持つ矩形断面形、組紐状、格子状、ストランド断面形状、表面に砂つき処理を施した形状など、接着材やコンクリートとの付着を確保するようにすることが有効である。

＜２＞連続繊維補強材の強度
連続繊維補強材１は通常の鉄筋に比べて非常に高強度であり、断面積の小さい補強材で十分な補強効果が期待できる。
例として、本発明出願人である株式会社コーシンハウスケアリング製アラミドロッド商品名パワーアラストＦＡ（共重合アラミド繊維（商品名テクノーラ）をビニルエステル樹脂で一体化した異形断面ロッド）は外径８ｍｍでの保証耐力は８１．４ｋＮであり、これはＳＤ２９５ＡのＤ１９鉄筋の引張り耐力（２８６．５ｍｍ²×２９５Ｎ／ｍｍ²＝８４．５ｋＮ）にほぼ匹敵する
建設省告示１３４７号で指定されている鉄筋量は、コンクリート基礎の立ち上がり部分上端及び下部底版に径１２ｍｍ以上の鉄筋をそれぞれ１本配置することになっているから、高強度の連続繊維補強材１を使用すれば、要求されている鉄筋量以上の耐力の補強材を容易に配置することが可能であることが分かる。
また、連続繊維補強材１は一般に比重が軽く、アラミドロッドの場合は約１．３１ｇ／ｃｍ²の比重しかない。
このため、比重７．８ｃｍ³の鉄筋に比べ、補強材として大幅に軽量であり、床下の狭い空間での作業において、作業し易く大きなメリットになる。
また、樹脂製であるため、錆付くことがなく、鉄筋のようにカブリが必要なく、表面に形成した凹溝に埋め込む場合でも問題がない。

＜３＞凹溝
既存の住宅のコンクリート基礎（布基礎）２の立ち上がり部３の左右側面のうち一方の側面、実施例では屋内側となる側面に、凹溝４を形成する。
尚、図では家屋は省略している。
凹溝４は、Ｕ字カッター（ダイヤモンドカッター）によって切削形成するもので、図１の実施例では、コンクリート基礎２の立ち上がり部３の上端近傍と下端近傍に適宜間隔離隔して、コンクリート基礎２の長手方向、つまりは水平方向に平行に連続する凹溝４を形成する。
Ｕ字カッターはコンクリートを削る面が小さいため、集塵装置と一体化して使用することにより、粉塵の発生を大幅に減少させることが可能であり、作業環境が大幅に改善できる。
また、凹溝の形成は、通常のコンクリートカッターで薄い溝を適当な間隔（挿入固定する連続繊維補強材の外径＋２〜１０ｍｍ程度）で切り込み、この薄い溝にタガネ等を用いて間のコンクリートをハツリ取ることでも形成することが出来る。
溝４の断面形状は、Ｕ字形や矩形、谷形、底部の方が幅が広くなった台形など、様々な形状が採用できる。
実施例では、コンクリート基礎２の幅厚Ｗは１５０ｍｍ、高さＨは６００ｍｍであって、側面の上端から８０ｍｍと４００ｍｍの位置に凹溝４がそれぞれ形成されている。

＜４＞補強材の埋設
前記した凹溝４の中に、連続繊維補強材１（商品名パワーアラストＦＡΦ８）を埋め込み、その連続繊維補強材１の周囲を埋めるように、接着材５を充填し、連続繊維補強材１を溝４の中に固着させる。
接着材５としては、エポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ビニルエステル樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、セメント結合材などが採用可能で、それらのうち一種類或いは複数種類を使用する。
特に本件特許出願人である株式会社コーシンハウスケアリング製アラミド繊維入りエポキシ接着材：商品名パワーアラストが接着力、強度共に優れており、好適に使用できる。

＜５＞作用
以上のように補強した試験体Ｔ１を図２（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
この試験体Ｔ１では、凹溝４の中に補強材１を埋め込んで固着するだけで、コンクリート基礎２の側面には、樹脂を塗布したり、シートを接着させていない。
地震により、試験体Ｔ１には、左右中間部では上へ押す力、左右中間部では下への力となる曲げ力が作用すると仮定する。
このときの荷重と変位の関係を、図７のグラフに示す。
曲げ力が作用すると、４０ｋＮ程度でコンクリートが断裂するが、その後曲げ力は連続繊維補強材１によって受けてより大きな曲げ力にも耐え、曲げ荷重を除いた後も、補強材１の弾性力によって収縮し、変位量が小さくなることが理解できる。

＜６＞塗布
図３に示すのは、コンクリート基礎２の凹溝４を形成し、連続繊維補強材１を埋め込み・固着した側面の上に、更にエポキシ樹脂６を塗布した第一実施例の試験体Ｔ２である。
エポキシ樹脂接着材６（商品名パワーアラスト）を立ち上がり部３の一側面ほぼ全面に塗布したものである。
このような試験体Ｔ２に曲げ力を作用させた荷重と変位量のグラフと図８に示す。
コンクリート基礎２が断裂した後、連続繊維補強材１と、塗布したエポキシ樹脂接着材６（商品名パワーアラスト）によってそれ以上の曲げ力を受けて耐え、最後は補強材１の弾性力によって変位量が小さくなっている。
つまりは、コンクリート基礎２の側面に接着材６を塗布することで、より大きな曲げ力に耐え得るようになることが理解できる。
その他、エポキシ樹脂は塗装することも出来るし、ポリマーセメントなどを塗装又は塗布することも出来るし、或いはボードを貼り付けることによって連続繊維補強材１及び接着材を保護することも可能である。

＜７＞連続繊維補強材のオーバーラップ
図４に示す実施例は、凹溝４の中に二本の連続繊維補強材１を配し、その連続性を確保するために、その一部同士をその直径の３０倍以上の長さでオーバーラップさせ、接着材６で埋め込んで固着させ一体化した実施例の試験体Ｔ３である。
前述した凹溝４の中で、連続繊維補強材１（商品名パワーアラストＦＡΦ８）を直径の３０倍以上の長さ（ここでは３０ｃｍ）のオーバーラップ部分Ｏを設けて接着材６（商品名パワーアラスト）で固着し、一体化したものである。
この試験体Ｔ３に曲げ力を作用させたときの荷重と変位量のグラフを図９に示す。
図７のグラフと同様に４０ＫＮ程度でコンクリートが断裂するが、その後の曲げ力は連続繊維補強材１によって受けて大きな曲げ力にも耐えられることが判る。
これにより連続繊維補強材１は凹溝４の中で直径の３０倍以上のオーバーラップを設けて接着材６によって固着し、一体化することで、補強構造としての連続性を保つことが判る。

＜８＞連続繊維シート貼付
図５に示すのは、既に背景技術の項目の中に示した、無筋のコンクリート基礎に連続繊維補強材を配置し、さらにその一部表面に、連続繊維シート７を貼り付けた実施例の試験体Ｔ４である。
この試験体は上で説明した無筋のコンクリート基礎を曲げ試験して破壊したものを転用している。
コンクリート基礎２の中間部にクラック８が発生しており、このクラック８を跨ぐようにアラミド繊維である連続繊維シート７が貼り付けたものである。
この試験体Ｔ４に曲げ力を作用させたときの荷重と変位量のグラフを図１０に示す。
最初の曲げ力に連続繊維シート７とコンクリート部分が耐え、連続繊維補強材１のみで補強したものよりも大きな荷重まで耐えられることが判る。
その後、連続繊維補強材１がクラック部で剥れることで一時的に荷重が減少するが、連続繊維補強材１によって再度曲げ荷重を負担することが出来、その最大荷重は連続繊維補強材１のみで補強した場合と同等になる。
このように、既に曲げ力によりクラックが入ってしまっている無筋コンクリート基礎でも本工法を用いることにより、元々持っていた曲げ耐力以上に復旧補強できる。
連続繊維シート７は、このようなクラック８が生じた場合の補修の場合だけに使用するのでなく、コンクリート基礎２の側面全長に連続シート７を接着材によって貼り付け、補強材が凹溝４から離脱するのを防止し、連続繊維補強材１とコンクリート基礎２との一体化を図るために使用することも可能である。

＜９＞連続繊維補強材の配設
連続繊維補強材１は、水平な凹溝４ａを形成して、その中に埋め込むだけでなく、斜めにたすき掛け状に凹溝４ｂを形成し、その中に埋め込むことも可能である。（図１１）
或いは鉛直方向にも凹溝４ｃを形成し、その中に連続繊維補強材１を埋め込むことも可能である。
このようにして連続繊維補強材１が一部交差することで、一側面に埋め込んだ補強材１が連続し、コンクリート基礎２全体がより一体化できる。

＜１０＞コーナー部
図１２に記載したのは、コンクリート基礎２のコーナー部の施工状態を示すもので、直角を成すコンクリート基礎２から成るコーナー部に、連続する凹溝４が形成され、工場にて直角に形成した連続繊維補強材９を埋め込んだ場合である。
直角に成形した連続繊維補強材９の両端部は、端部間際まで凹溝４に埋め込んだ直線状の連続繊維補強材１とそれぞれオーバーラップさせ、コーナー部での強度と連続性とを確保したものである。

＜１１＞突き合わせ部
図１３に示すのは、コンクリート基礎２のＴ字形状突き合わせ部における連続繊維補強材１の連続性の確保を行った例である。
突き合わせ部に貫通させた孔に繋ぎ用の連続繊維補強材１０を通し、その両端部を左右両側のコンクリート基礎２に形成した凹溝４に埋め込んだ連続繊維補強材１とそれぞれオーバーラップさせ、連続性を確保したものである。

＜１２＞換気口周囲の補強
図１４に示すのは、換気口１１周囲の補強を行った例であり、換気口１１によって途切れた連続繊維補強材１の下に、水平に凹溝４ｄを形成し、この中に補助連続繊維補強材１２を配し、連続繊維補強材１と一部をオーバーラップさせた連続繊維補強材１３を左右から斜めに凹溝４ｅに埋め込んで、連続繊維補強材１との連続性を確保した例である。

住宅コンクリート基礎の補強構造の斜視図 コンクリート基礎に樹脂を塗布していない試験体であって（Ａ）は側面図で（Ｂ）は断面図 住宅コンクリート基礎の試験体であって（Ａ）は側面図で（Ｂ）は断面図 連続繊維補強材のオーバーラップさせた住宅コンクリート基礎の試験体の側面図 無筋のコンクリート基礎に連続繊維補強材を配置し、さらにその一部表面に連続繊維シートを貼り付けた住宅コンクリート基礎の試験体であって（Ａ）は側面図で（Ｂ）は断面図 無筋の基礎における荷重と変位量を示すグラフ 図２の試験体における荷重と変位量を示すグラフ 図３の試験体における荷重と変位量を示すグラフ 図４の試験体における荷重と変位量を示すグラフ 図５の試験体における荷重と変位量を示すグラフ たすき掛け状に形成した凹溝の中に連続繊維補強材埋め込んだ実施例のコンクリート基礎の側面図 コーナー部での補強の実施例の斜視図 突き合わせ部での補強の実施例の斜視図 換気口周囲での補強の実施例の側面図 従来の補強工法の断面図 従来の補強工法の断面図

１：連続繊維補強材
２：コンクリート基礎
３：立ち上がり部
４：凹溝
５：接着材
６：エポキシ樹脂
７：連続繊維シート
８：クラック
９：連続繊維補強材
１０：連続繊維補強材
１１：換気口
１２：連続繊維補強材
１３：連続繊維補強材

Claims (5)

1. 既設住宅のコンクリート基礎の左右側面のうち、少なくとも一方側の側面に形成した少なくとも二本の長手方向に連続した凹溝の中に接着材を埋め込んで連続繊維補強材を固着して基礎と一体化し、該連続繊維補強材を固着したコンクリート基礎の側面表面に、エポキシ樹脂、ポリマーセメントなどを塗装又は塗布、或いはボードを貼り付けることによって連続繊維補強材及び接着材を保護した住宅コンクリート基礎の補強構造であって、
   二本の凹溝が、コンクリート基礎の側面にたすき掛け状に交差して凹設されていることを特徴とする住宅コンクリート基礎の補強構造。
2. コンクリート基礎の長手方向に沿った前記二本の凹溝が、コンクリート基礎の側面の上下に適宜の間隔を離隔して平行に形成されていることを特徴とする請求項１記載の住宅コンクリート基礎の補強構造。
3. コンクリート基礎の側面の鉛直方向に凹溝が追加して形成されているとともに、該鉛直方向の凹溝に接着材を埋め込んで別途の連続繊維補強材が固着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の住宅コンクリート基礎の補強構造。
4. 住宅コンクリート基礎の補強構造であって、
   コンクリート基礎の隅角部であって、その側面に隅角を越えて横方向に連続する凹溝を凹設し、
   直線状の連続繊維補強材を、その端部が隅角近くまで至るよう凹溝の中に配し、
   予め中間部を屈曲した鉤状の連続繊維補強材を、当該隅角に合わせて左右に跨るように凹溝の中に配し、
   直線状の連続繊維補強材と鉤状の連続繊維補強材の端部同士をオーバーラップさせ、
   凹溝内に接着材を埋め込んで連続繊維補強材を固着したことを特徴とする住宅コンクリート基礎の補強構造。
5. コンクリート基礎のＴ字形状の突き合わせ部において、交差部分に跨る貫通孔を形成するとともに、その貫通孔と繋がる凹溝を交差部分の左右に連続して形成し、交差部分の貫通孔には、繋ぎ用の連続繊維補強材を配してその左右端部を貫通孔から凹溝内に突出させ、交差部分の左右に配した連続繊維補強材の端部と、前記繋ぎ用の連続繊維補強材の端部同士をオーバーラップさせ、凹溝及び貫通孔内に接着材を埋め込んで連続繊維補強材を固着したことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の住宅コンクリート基礎の補強構造。

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