JP5249005B2

JP5249005B2 - 耐震補強用アンカーおよびそれを用いた耐震補強構造

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Publication number: JP5249005B2
Application number: JP2008329227A
Authority: JP
Inventors: 治克角屋; 義之岡安; 聡村山; 光博吉田
Original assignee: 岡部株式会社
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010150793A

Description

本発明は、耐震補強性能を向上することが可能な耐震補強用アンカーおよびそれを用いた耐震補強構造に関する。

近年、既設のＲＣ造やＳＲＣ造の構造物に対して耐震性能を高めるために、新たに耐震壁を設けたり、鉄骨ブレース等の鉄骨躯体やＲＣ躯体を増設するなどの耐震補強工事が盛んに行われている。

これら耐震補強工事においては、一般に耐震補強用アンカーが用いられる。柱や梁などの既設構造体の所定位置にドリル等で削孔し、その孔に耐震補強用アンカーの一端側を固定するとともに、既設構造体から突出する他端側を、新設または増設するＲＣ躯体や鉄骨躯体等の構造体の定着部とし、この定着部を埋め込むようにしてコンクリートやモルタル等が打設される。

この種の耐震補強用アンカーのうち、削孔内に差し入れて、何らかの固定手段で固定するようにしたアンカーとしては、以下のものが知られている。

（１）孔内に充填した樹脂系やセメント系の接着材料により固定されるアンカー（特許文献１参照）。

（２）鉄筋端部に設けたスリーブまたは雄ネジを形成したスリーブに拡張部を設け、この拡張部を孔内で拡開させて孔壁に食い込ませることで固定されるアンカー（特許文献２〜４参照）。

この種の耐震補強用アンカーにおける固定手段は、設備機器などを地面や天井等に固定する固定用アンカーにも用いられている。この種の固定用アンカーは、性能面や施工面において、一長一短はあるが、固定することを目的としているため、対象とする設備機器等が倒壊したり落下したりしないように固定できればよく、所定の引張力と純せん断力に対抗できるだけの耐力を有していればよい。

一方、耐震補強用のアンカーは、既設構造体と新設や増設のＲＣ躯体等の構造体とを一体化できる性能が要求される。即ち、既設構造体と新設または増設する構造体それぞれの内部に当該アンカーを埋設するため、アンカーには、引張力やせん断力だけでなく、圧縮や曲げ、ねじりなどの様々な力が作用することになる。このため、上記従来の耐震補強用アンカーでは、以下のような問題点があった。

（イ）引張力やせん断力に対しては有効に機能を発揮するが、曲げや曲げ引張などの力に対しては、有効性が低かった。しかも、施工上、既設構造体に穿設する孔の内径が、アンカーの外径よりも大径となるため、これらアンカーと孔内面との間の間隙により、アンカーと既設構造体との間で、曲げ力を確実に伝達させることが難しい。

（ロ）接着材料で固定するタイプのアンカーでは、接着材料の性能が、施工時の天候条件や削孔時に発生するコンクリートの切粉などに左右されるため、アンカーとしての耐力や剛性に関し信頼性が乏しく、所定の性能を満足できていない場合もある。また、アンカーの外径が太径になるにつれてその長さも長くなり、また孔の内径も大きくなって、長く大きな孔の形成を余儀なくされることから削孔作業が煩雑になったり、また両者間の間隙も大きくなることから、接着材料による固定作業にも手間がかかるなど、施工性が悪化する。

（ハ）拡張作用で固定するタイプのアンカーでは、拡張部を坑壁に食い込ませて固定する機構であるため、引き抜き方向以外の力には弱く、アンカーとしての耐力に劣る。また、アンカーの外径が太径になるにつれて、孔内にスリーブを打ち込む作業や孔内で拡張部を拡開させる作業が大変で大掛かりなものになるという難点がある。

このように、削孔内に差し入れて、接着材料や拡張部で固定する上記従来の耐震補強用アンカーにあっては種々の問題があり、このようなアンカーを耐震補強構造に対して使用した場合、既設構造体に対する固定の度合が、新設または増設した構造体に対する固定の度合よりも低くなる。このため、既設構造体と新設または増設した構造体とが一体化した構造体に様々な力が作用すると、それら構造体の境界面でずれが生じてひび割れが発生してしまう虞があった。

また、固定の度合が低い既設構造体へ多数のアンカーを打たねばならないことから、削孔数が多くなり、耐震補強性能や作業面、環境面で問題が生じる。

他方、上記固定用アンカーにおいては、固定手段として雄ネジを形成することで、直接削孔にねじ込めるようにしたものも知られている（特許文献５〜６参照）。このネジ式固定用アンカーは、孔の内径が最小限で良く、また、ネジで固定するため、天候条件や施工状況に左右されることなく安定した耐力を得ることができるなどの優れた特長を有している。
特開２００４−１１６１２８号公報特許第２９１１０３６号公報特開平９−１９５５２３号公報特開平９−２７９８５６号公報特開２００４−１９３７０号公報特開２００４−２７６４０号公報実用新案登録第３０８７９３２号公報

既設構造体と増設の構造体とを一体化する際、または既設構造体に対して新設の構造体を構築して一体化する際、前者では構造体同士の間にコンクリートやモルタル等の充填材が充填され、後者では新設する構造体のコンクリートが打設される。既設構造体に設けた耐震補強用アンカー、もしくはその耐震補強用アンカーと増設の構造体に取り付けた定着体は、これら構造体同士を一体化すべく、コンクリート中または充填材中に埋設される。

ここで、ネジ式固定用アンカーを、コンクリート中または充填材中に埋設して定着できるような長さまで延ばすことによって、耐震補強用アンカーとして使用する場合、従来のネジ式固定用アンカーにあっては、コンクリートに穿設した孔に雄ネジをねじ込んでいくものであることから、ネジ部が消耗したり潰れることがないように、熱処理を施した材料や非常に硬くて伸びの少ない材料が用いられていて、そのため、例えば、当該ネジ式固定用アンカーの充填材等に埋設される延設部分の強度と、定着体の強度のバランスが合わず、かなり偏ったものとなってしまう。

この結果、既設構造体と新設等の構造体とを一体化した構造体に様々な力が作用すると、それら構造体の境界面などでずれが生じてひび割れが発生してしまい、性能低下につながる虞があって、耐震補強用アンカーとして使用することができなかった。

本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、耐震補強性能を向上することが可能な耐震補強用アンカーおよびそれを用いた耐震補強構造を提供することを目的とする。

本発明にかかる耐震補強用アンカーは、雄ネジが少なくとも一部に形成され、既設構造体に穿設した孔に当該雄ネジを介してねじ込まれて固定される固定軸部と、該固定軸部の材質よりも低強度の材質で形成され、新設または増設する構造体に埋設される定着軸部とを一体的に形成したことを特徴とする。

本発明にかかる耐震補強構造は、上記耐震補強用アンカーを用いた耐震補強構造であって、前記定着軸部の強度が、増設する構造体に設けられる定着体の強度とほぼ同じであることを特徴とする。

本発明にかかる耐震補強構造は、上記耐震補強用アンカーを用いた耐震補強構造であって、前記定着軸部の強度が、新設する構造体に配筋される鉄筋の強度とほぼ同じであることを特徴とする。

本発明にかかる耐震補強用アンカーおよびそれを用いた耐震補強構造にあっては、耐震補強性能を向上することができる。

以下に、本発明にかかる耐震補強用アンカーおよびそれを用いた耐震補強構造の好適な実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。図１には、本実施形態にかかる耐震補強用アンカー１の正面図が示されている。

図示するように、本実施形態にかかる耐震補強用アンカー１は全体として、軸体状に形成される。耐震補強用アンカー１は、図示において下部が固定軸部２として形成され、また上部が定着軸部３として形成される。固定軸部２の上端には、定着軸部３との間に位置するように、ネジ孔付きボルト頭４が一体的に取り付けられる。定着軸部３の下端部には、ボルト頭４のネジ孔にねじ込まれるネジ部５が形成され、ネジ部５をネジ孔にねじ込むことで、定着軸部３と固定軸部２とが一体化される。

固定軸部２には、軸方向に沿って雄ネジ６が形成される。雄ネジ６は、既設構造体に穿設した孔にねじ込まれる。雄ネジ６の有効径は、孔径よりも僅かに大きく設定される。雄ネジ６の長さは、既設構造体に確実に固定できる長さを少なくとも有していればよく、また固定軸部２の長さについては、孔の長さとほぼ同じかもしくは僅かに短く設定される。従って、固定軸部２を孔にねじ込んだとき、ボルト頭４が既設構造体の表面にほぼ当接される。

定着軸部３は、縦リブや環状リブ、ネジ状リブを備えた異形鉄筋等の異形棒鋼６で形成される。例えば、異形鉄筋の端部にネジ部を形成することで、定着軸部３としても良い。定着軸部３にはネジ部５と反対側の上端に、図１に仮想線で示すように、鍔部７を形成しても良い。この鍔部７の外形輪郭は、ボルト締め具で把持して耐震補強用アンカー１を回転させねじ込むことができるように、例えば六角形などの多角形状に形成される。またこの鍔部７は、既設構造体と増設の構造体との間に充填されるコンクリートやモルタル等の充填材中、あるいは新設の構造体のコンクリート中に埋め込まれて、定着軸部３の定着作用を高める。

特に、定着軸部３の材質は、固定軸部２の材質よりも低強度に設定される。固定軸部２は、既設構造体のコンクリートにねじ込む必要があるため、高い硬度で伸びが少ない高強度の材質が選定される。他方、定着軸部３は、耐震補強構造に作用する力を効率よく効果的に伝達するために、増設等の構造体に取り付けられる定着体の材質に対応させて、引張・圧縮や、曲げ性能、ねじり性能に富んだ低強度の材質が選定される。

例えば、固定軸部２には、鉄鋼中にボロンを含有させたボロン鋼（硬打ち用鋼）や機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃなど）に熱処理を施したものが用いられる。これに対し、定着軸部３には、スタッドボルトに用いられるアルミキルド鋼やシリコンキルド鋼や、鉄筋コンクリート用棒鋼（ＳＤ３４５やＳＤ３９０など）が使用される。

このような構成を備える耐震補強用アンカー１にあっては、固定軸部２は、コンクリートに穿設した孔に雄ネジ６をねじ込んでいくものであるが、当該雄ネジ６が消耗したり潰れることがなく確実な固定作用が得られる。また、増設の際の充填材や新設の構造体のコンクリート等に埋設される定着軸部３の強度を、増設または新設される構造体に設けられる定着体の強度とバランスさせることができる。

また、本実施形態にかかる耐震補強用アンカー１は、固定軸部２と定着軸部３とを、摩擦圧接で接合したボルト頭４を介して、一体的に形成しているので、固定軸部２および定着軸部３にそれぞれの機能を確保しつつ、これら異なる機能を備えた固定軸部２および定着軸部３を、耐震補強用アンカー１単体として取り扱って取り付けを完了できるなど、取扱い性に優れ、高い施工性で施工することができる。

図２には、図１に示した耐震補強用アンカー１を適用した耐震補強構造の一例の正面断面図が示されている。図示例は、既設柱８に面して配置される左右一対の縦フレーム９と、既設梁１０下に面して配置される上フレーム１１と、既設床上に面して配置される図示しない下フレームとをガセットプレート１２で接合した四角形状のフレーム構造内に、ガセットプレート１２に連結してブレース１３を設けた鉄骨躯体１４によって、ＲＣ造やＳＲＣ造の既設構造体１５を耐震補強するようにしたものである。

鉄骨躯体１４のフレーム９，１１には、これより既設柱８や既設梁１０等に向かって突出させて、定着体となるスタッドボルト１６が複数設けられている。スタッドボルト１６としては、頭付きの丸鋼や異形棒鋼など、一般周知のものが用いられる。スタットボルト１６は、耐震補強用アンカー１の定着軸部３とほぼ同じ強度に設定される。言い換えれば、耐震補強用アンカー１の定着軸部３が、スタットボルト１６とほぼ同じ強度に設定される。例えば、これら耐震補強用アンカー１の定着軸部３とスタットボルト１６とは、同材質とされる。スタッドボルト１６が異形棒鋼の場合には、耐震補強用アンカー１の定着軸部３も、異形棒鋼とすることが好ましい。

他方、既設構造体１５には、スタットボルト１６の取付位置とは位置をずらして、複数の上記耐震補強用アンカー１が取り付けられる。

耐震補強用アンカー１の取り付けについて説明すると、既設構造体１５、例えば既設柱８や既設梁１０の表面からドリルによって、孔を穿設する。また、予め定着軸部３のネジ部５を固定軸部２のボルト頭４のネジ孔にねじ込んで、一体の耐震補強用アンカー１とする。

次いで、孔に固定軸部２をねじ込んでいき、ボルト頭４が既設柱８等の表面に当接する程度までねじ込む。固定軸部２のねじ込みは、鍔部７をボルト締め具で把持して回転させることによってなされる。これにより、耐震補強用アンカー１は既設構造体１５に取り付けられる。

その後、既設構造体１５と増設する鉄骨躯体１４のフレーム９，１１との間に、コンクリートやモルタル等の充填材１７を充填し固化させる。これによって、既設構造体１５に鉄骨躯体１４を増設した耐震補強構造が完成される。

なお、孔に固定軸部２をねじ込む前に予め、孔内に樹脂系やセメント系の接着材料を充填しておいてもよく、それにより、さらに既設構造体１５への固定度を増すことができる。

図１に示した耐震補強用アンカー１は、雄ネジ６が少なくとも一部に形成され、既設構造体１５に穿設した孔に当該雄ネジ６を介してねじ込まれて固定される固定軸部２と、固定軸部２の材質よりも低強度の材質で形成され、増設の際の充填材１７に埋設される定着軸部３とを一体的に形成したものであるので、固定軸部２については従前のように、ＲＣ造の既設構造体１５に適切に固定することができるとともに、定着軸部３を、固定軸部２よりも低強度の材質で形成するので、既設構造体１５と増設した鉄骨躯体１４とでなる構造体に対し様々な力が作用して、充填材１７中に埋設した耐震補強用アンカー１の定着軸部３に圧縮や引張、曲げやねじりなどの様々な力が作用しても、当該定着軸部３は、容易に破壊することなく、これら力を受け止めて適切に伝達することができる。

また、定着軸部３の強度を、増設する鉄骨躯体１４に設けられるスタッドボルト１６の強度とほぼ同じに設定したので、充填材１７中における応力伝達要素であるこれらスタッドボルト１６や定着軸部３の強度を、既設構造体１５側と増設した鉄骨躯体１４側とでバランスさせることができ、既設構造体１５と増設の鉄骨躯体１４とを一体化した耐震補強構造に様々な力が作用しても、それら構造体１４，１５の境界面などでずれが生じることを防ぎ、ひび割れなどの構造劣化原因が発生することを防止して、耐震補強構造の性能を高めることができる。

本実施形態にあっては、定着軸部３の鍔部７をボルト締め具で把持して、耐震補強用アンカー１をねじ込み操作するので、ねじ込む際にボルト締め具が既設柱８等の表面と干渉するようなことがなく、円滑に作業を行うことができる。鍔部７を設けない場合には、定着軸部３の異形棒鋼６部分をボルト締め具のチャックなどで把持してねじ込み操作すればよい。

図３には、図１に示した耐震補強用アンカー１を適用した耐震補強構造の他の例の平面断面図が示されている。図にあっては、下部がＲＣ造の既設梁１０位置での断面を示し、上部が新設したＲＣ製の耐震壁１８位置での断面を示している。また、図３では、鍔部７を設けていない耐震補強用アンカー１が示されている。

図示例は、ＲＣ造の既設柱８に耐震壁１８を新設することにより、既設構造体１５を耐震補強するようにしたものである。新設の耐震壁１８には、せん断補強筋１９を巻き付けた壁鉄筋２０が埋設されている。壁鉄筋２０は、耐震補強用アンカー１の定着軸部３とほぼ同じ強度に設定される。言い換えれば、耐震補強用アンカー１の定着軸部３が、壁鉄筋２０とほぼ同じ強度に設定される。例えば、これら耐震補強用アンカー１の定着軸部３と壁鉄筋２０とは、同材質とされる。

他方、既設構造体１５の既設柱８には、壁鉄筋２０と重ね継ぎ手を構成するように、複数の上記耐震補強用アンカー１が取り付けられる。耐震補強用アンカー１はもちろん、壁鉄筋２０と位置をずらして配設するようにしても良く、また、カプラー等を介して壁鉄筋２０に直接接続してもよい。

耐震補強用アンカー１の取り付けは、図２の場合と同様である。定着軸部３のネジ部５を固定軸部２のボルト頭４のネジ孔にねじ込んで、予め一体の耐震補強用アンカー１として準備しておく。鍔部７のない耐震補強用アンカー１のねじ込みは、異形棒鋼６部分をボルト締め具で把持して回転させることによってなされる。

耐震補強用アンカー１を既設柱８に取り付けた後、新設の耐震壁１８を構築するコンクリート２１を打設し、壁鉄筋２０および耐震補強用アンカー１の定着軸部３をその内部に埋設して固化させる。これによって、既設構造体１５に耐震壁１８を新設した耐震補強構造が完成される。

新設の耐震壁１８への適用にあっても、耐震補強用アンカー１は上述したと同様に、固定軸部２については従前のように、ＲＣ造の既設構造体１５に適切に固定することができるとともに、打設コンクリート２１中に埋設した耐震補強用アンカー１の定着軸部３は、既設構造体１５と新設した耐震壁１８とでなる構造体に対し様々な力が作用して、圧縮や引張、曲げやねじりなどの様々な力が作用しても、容易に破壊することなく、これら力を受け止めて適切に伝達することができる。

また、定着軸部３の強度を、新設する耐震壁１８に設けられる壁鉄筋２０の強度とほぼ同じに設定したので、打設コンクリート２１中における応力伝達要素であるこれら壁鉄筋２０や定着軸部３の強度を、既設構造体１５側と新設した耐震壁１８側とでバランスさせることができ、既設構造体１５と新設の耐震壁１８とを一体化した構造体に様々な力が作用しても、それら構造体１５，１８の境界面などでずれが生じることを防ぎ、ひび割れなどの構造劣化原因が発生することを防止して、耐震補強構造の性能を高めることができる。

本実施形態にあっては、定着軸部３をボルト締め具で把持して、耐震補強用アンカー１をねじ込み操作するので、ねじ込む際にボルト締め具が既設柱８表面と干渉するようなことがなく、円滑に作業を行うことができる。

図４〜図６には、本発明にかかる耐震補強用アンカーの変形例が示されている。図４に示す耐震補強用アンカー１は、ネジ孔付きボルト頭４とネジ部５を省略したもので、まさに固定軸部２と定着軸部３とを摩擦圧接などで一連に一体的に接合したものである。定着軸部３は、無垢の軸体状に形成される。ねじ込む際には、ボルト締め具のチャックで定着軸部３を把持すればよい。

図５に示すものは、図４に示した耐震補強用アンカー１に追加的に、固定軸部２と定着軸部３との境界位置に位置させて、既設構造体への突き当て用の環状部２２を一体的に備えるとともに、定着軸部３の上端に、図１のものと同様の鍔部７を備えたものである。

図６に示すものは、図５に示した耐震補強用アンカー１に対し、無垢の定着軸部に代えて、異形棒鋼６の定着軸部３とし、また、鍔部７を、定着軸部３の上端に形成したネジ部に螺合する上下のナットとそれらナットで挟んだ定着板によって構成したものである。

これら変形例にあっても、上記実施形態で説明した耐震補強用アンカー１と同様の作用効果が得られるとともに、これら耐震用補強アンカー１を新設または増設の構造体による耐震補強構造に適用することで、上述したと同様の作用効果が得られることはもちろんである。

本発明にかかる耐震補強用アンカーの好適な一実施形態を示す正面図である。本発明にかかる耐震補強構造の好適な一実施形態を示す要部正面断面図である。本発明にかかる耐震補強構造の他の実施形態を示す要部平面断面図である。図１に示した耐震補強用アンカーの変形例を示す正面図である。図１に示した耐震補強用アンカーの他の変形例を示す正面図である。図１に示した耐震補強用アンカーのさらに他の変形例を示す正面図である。

符号の説明

１耐震補強用アンカー
２固定軸部
３定着軸部
６雄ネジ
１４鉄骨躯体
１５既設構造体
１６スタッドボルト
１８耐震壁
２０壁鉄筋

Claims

雄ネジが少なくとも一部に形成され、既設構造体に穿設した孔に当該雄ネジを介してねじ込まれて固定される固定軸部と、該固定軸部の材質よりも低強度の材質で形成され、新設または増設する構造体に埋設される定着軸部とを一体的に形成したことを特徴とする耐震補強用アンカー。
請求項１に記載の耐震補強用アンカーを用いた耐震補強構造であって、前記定着軸部の強度が、増設する構造体に設けられる定着体の強度とほぼ同じであることを特徴とする耐震補強構造。
請求項１に記載の耐震補強用アンカーを用いた耐震補強構造であって、前記定着軸部の強度が、新設する構造体に配筋される鉄筋の強度とほぼ同じであることを特徴とする耐震補強構造。