JP5249522B2 - 柱補強構造 - Google Patents

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本発明は、既存建物の補強を目的とした柱補強構造に関する。
例えば、耐震性が不十分であると判断された既設建物に対する一般的な補強構造としては、柱と梁から形成される既設梁柱架構の内側空間に、現場打ち鉄筋コンクリート耐震壁、袖壁、鉄骨ブレース等を配置すること(例えば特許文献1参照)や、柱や構造壁等の構造部材に増し打ちコンクリート等を行い、断面形状を増加させること(例えば特許文献2参照)により、耐震補強を行う場合があった。
特開平11−336252号公報 特開2003−227236号公報
ところが、耐震壁等を利用した耐震補強は、既存建物の躯体にアンカーを介して固定するのが一般的であり、このアンカーの打ち込み時の騒音や粉じんの発生により、供用中の建物への施工が困難であった。また、これらの耐震壁、袖壁または鉄骨ブレースは、既存の開口部に配設することにより、開口部の閉鎖が伴うため、眺望、採光の阻害や、建物の景観が変化するなどの問題点を有していた。さらに、供用中の建物においては、作業に必要なスペースを確保することが困難であるなどの問題点を有していた。
また、構造部材の断面形状を大きくする耐震補強は、居住空間を狭めることとなるため、好ましくない。また、コンクリートの打設を伴う施工は、作業に時間がかかるとともに周囲を汚す虞があり、供用中の建物への採用は不向きであった。
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、簡易かつ早期に施工を行うことが可能で、既存の開口部を閉塞することや既存の居住空間を狭めるなどの悪影響をおさえつつ、既存建物の耐震性能を向上させることを可能とした柱補強構造を提案することを課題とする。
前記課題を解決するために、本発明の柱補強構造は、柱と該柱に接続する梁との角部に配置され、柱を挟んで互いに対向する位置に配置される一対の耐震補強部材と、前記一対の耐震補強部材を連結する連結部材とからなり、前記連結部材にはプレストレスが導入されていて、前記連結部材を介して連結された前記一対の耐震補強部材が、前記柱を拘束して前記柱の有効高さを小さくすることでせん断スパン比を小さくして、当該柱のせん断耐力を増大させることを特徴としている。
かかる柱補強構造は、柱を一対の耐震補強部材によって柱を挟んだ状態で拘束することにより、柱の有効高さが小さくなるため、柱の周囲に増し打ちコンクリートを行う等して柱の断面形状を大きくすることなく、建物の耐震性能を向上させることを可能としている。つまり、柱自体の耐力は維持したまま、柱の有効高さを小さくすることでせん断スパン比を小さくして、柱のせん断耐力を増大させている。この柱補強構造においては、耐震補強部材を柱と梁との角部に配置し、連結部材を介して連結するのみで作業が完了するため、作業が簡易で、かつ、早期に施工が完了する。
また、かかる柱補強構造は、耐震補強部材を柱と梁との角部にのみ配置するものであるため、比較的小スペースでの作業を可能とするとともに、既存の開口部を閉塞することがなく、既存の眺望または採光の障害や、建物外観への影響を最小限に抑えることが可能である。
また、前記連結部材には、プレストレスが導入されているため、耐震補強部材をより強固に柱の側面に圧着させることができる。
また、前記柱補強構造において、前記耐震補強部材が、前記柱と梁との角部に応じて形成された断面L字状の帯板と、前記帯板の内側に該帯板と直交するように立設されたリブプレートと、から構成されていてもよい。かかる耐震補強部材は、柱と梁との接合部における力の伝達性能に優れているための好適である。
また、前記柱補強構造において、前記一対の耐震補強部材が、梁上と梁下において該梁を挟んで互いに対向する位置にそれぞれ配置されていれば、柱と梁との接合部の耐力をさらに向上させることが可能となる。
さらに、前記梁を挟んで互いに対向する位置に配置された耐震補強部材同士が、連結部材を介して連結されていれば、柱梁架構の耐震強度をさらに向上させることが可能となるため、好適である。
本発明の柱補強構造によれば、簡易かつ早期に、既存の開口部を閉塞することや既存の居住空間を狭めるなどの悪影響をおさえつつ、既存建物の耐震性能を向上させることが可能となる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
<第一の実施形態>
第一の実施形態に係る柱補強構造1は、図1に示すように、柱2と梁3との接合部において、柱2を挟んで互いに対向する位置に配置される一対の耐震補強部材10,10と、この一対の耐震補強部材10,10を連結する連結部材20,20,…とからなる。
耐震補強部材10は、図2(a)および(b)に示すように、柱2とこの柱2に接続する梁3とにより形成される角部に配置されていて、柱2を挟んで対向する位置に配置された他の耐震補強部材10と連結部材20を介して連結されており、他の耐震補強部材10とともに柱2を拘束している。
耐震補強部材10は、柱2と梁3との角部に応じて形成された断面L字状の帯板11と、この帯板11の内側に帯板11と直交するように立設されたリブプレート12,12と、から構成されている。
帯板11は、矩形状に形成された2枚の鋼板(横片11a、縦片11b)を、互いの端部を直角に接合することにより形成する。なお、帯板11の形成方法は限定されるものではなく、例えば、鋼板に折り曲げ加工を施すことにより形成するなど、適宜公知の手段により、形成すればよい。
帯板11は、柱2の幅よりも幅広の鋼板により形成することで、図2(a)に示すように、柱2の側面に配置した状態で幅方向の両端が柱2よりも突出するように構成されている。なお、帯板11の形状寸法は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
帯板11には、柱2に当接する側の縦片11bに、連結部材20を挿通するための挿通孔が、柱2の幅から突出した部分に上下2箇所ずつ計4箇所形成されている。なお、挿通孔の数や配置は限定されるものではなく適宜設定すればよい。また、耐震補強部材10の形状寸法は限定されるものではなく、適宜設定すればよいが、第一の実施形態では、帯板11の高さHを、柱せいDと同程度の高さになるように構成するものとする。
リブプレート12は、図2(b)に示すように、直角二等辺三角形状に形成された鋼板を使用し、直角に交わる2辺を帯板11の内側面に当接させた状態で、溶接することにより帯板11に固定されている。耐震補強部材10は、リブプレート12が配設されていることにより、柱2と梁との接合部において、柱2に作用する曲げモーメントやせん断力を梁3に伝達することで、柱2と梁3との固定度を向上させる。
第一の実施形態では、図2(a)に示すように、リブプレート12を、一つの帯板11に対して、2枚ずつ配置するものとし、リブプレート12,12は、帯板11を挟んで柱2と対向する位置に固定するものとする。
なお、リブプレート12の枚数や設置箇所等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、リブプレート12の形状は帯板11の形状に応じて適宜形成すればよく、前記の形状に限定されるものではない。
連結部材20は、図2(a)および(b)に示すように、耐震補強部材10,10を連結する部材であり、一対の耐震補強部材10,10に横設されている。第一の実施形態では、連結部材20をPC鋼棒により構成している。
連結部材20は、一方の耐震補強部材10の帯板11に形成された挿通孔に挿通するとともに、他の耐震補強部材10の帯板11の挿通孔に先端部22を挿通し、頭部21が一方の耐震補強部材10の帯板11に係止した状態で、係止部材23を先端部22に係止することで、耐震補強部材10に対して固定される。
連結部材20には、一対の耐震補強部材10,10に横設された状態で、プレストレスが導入されて、耐震補強部材10,10を柱2の側面に強固に圧着している。
第一の実施形態では、図3に示すように、一対の耐震補強部材10,10を、梁上と梁下とにおいて梁3を挟んで互いに対向する位置にそれぞれ配置するものとし、各階において、柱の上下にそれぞれ柱補強構造1,1を構成するものとする。なお、柱補強構造1は、梁下(天井側)のみに構成することで、既存の開口部の床面積を維持する構成としてもよい。
第一の実施形態にかかる柱補強構造1は、柱2を挟持した状態で配置された耐震補強部材10,10に、プレストレスが導入されて、柱2に圧着されているため、柱2と一体化され、設計上の、柱2の有効高さを減じることが可能となる。つまり、図3に示すように、柱補強構造1を柱2に対して上下に構築することにより、柱2の有効高さHが、式1に示すように、補強前の有効高さである柱2の高さ(上下の梁2,2間の高さ)Hから上下の耐震補強部材10の高さHを減じた高さとなる(式1)。
=H−nH=H−2H・・・(式1)
なお、第一の実施形態では、柱2の高さ(上下の梁2,2間の高さ)Hから耐震補強部材10の高さH,Hを除いた柱2の有効高さHが、柱せいDの2倍以上となるように耐震補強部材10の形状を設定している。
以上、第一の実施形態に係る柱補強構造1によれば、既存の鉄筋コンクリート建物の柱2に、柱補強構造1を構成することにより、柱2の有効高さHが減じられるため、柱2の断面形状や柱2内の配筋等を増加させることなく、柱2のせん断耐力を増大させることが可能となる。
ここで、既存の鉄筋コンクリート造建物Bの柱梁架構において、柱補強構造1が構成されていない、既存の鉄筋コンクリート系の柱2のせん断耐力cQuと、曲げモーメント分布の関係は、式2により算定することができる(図4(a)および(b)参照)。
cQu=2cMu/H・・・(式2)
この既存の柱2に対して、図4(c)および式3に示すように、柱補強構造1を構成し、柱2の有効高さHを減少させることにより、式3に示すように、柱2のせん断耐力cQuを増大させることが可能となる。
cQu=2cMu/H=2cMu/(H−2H)・・・(式3)
また、第一の実施形態に係る柱補強構造1は、柱2と梁3の隅角部において、プレストレス力を利用して柱補強部材10,10により柱2を拘束しているため、大地震時等における柱2と梁3との隅角部に生じる変形を拘束することを可能としている。
また、柱補強構造1は、既存の構造物に削孔や、コンクリート打設等を要することなく施工を行うため、施工性に優れている。また、施工に伴い、騒音や振動等が生じることが少なく、また、乾式補強で周囲を汚すことがないため、供用中の建物の補強にも好適に適用することができる。
また、柱頭部および柱脚部のみに設置されるため、居住空間を必要以上に狭めることがなく、居住環境に悪影響を及ぼすことがない。
<第二の実施形態>
次に、図5を参照して、本発明の好適な第二の実施の形態について説明する。
第二の実施形態に係る柱補強構造1aは、図5(a)および(b)に示すように、柱2と梁3との角部において、柱2を挟んで互いに対向する位置に配置される一対の耐震補強部材10,10と、この一対の耐震補強部材10,10を連結する連結部材20,20とからなる。
耐震補強部材10は、図5(a)および(b)に示すように、柱2とこの柱2に接続する梁3とにより形成される角部に配置されていて、柱2を挟んで対向する位置に配置された他の耐震補強部材10とともに柱2の上端部を拘束している。
耐震補強部材10は、柱2と梁3との角部に応じて形成された断面L字状の帯板11と、この帯板11の内側に帯板11と直交するように立設されたリブプレート12,12と、から構成されている。
帯板11は、柱2の幅と同程度の幅を有した鋼板により形成することで、図5(a)に示すように、柱2の側面に配置した状態で帯板11,11の側面と、柱2の側面とが略平面を呈している。
帯板11には、柱2に当接する側の縦片11bに、連結部材20を挿通するための挿通孔が、幅方向の略中央に、上下2箇所形成されている。なお、挿通孔の数や配置は限定されるものではなく適宜設定すればよい。
この他、第二の実施形態にかかる帯板11の構成は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。また、リブプレート12の構成は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
連結部材20は、図5(a)および(b)に示すように、柱2を挟んで互いに対向する位置に配置された耐震補強部材10,10を連結する部材である。
連結部材20は、図5(a)および(b)に示すように、耐震補強部材10,10を連結する部材であり、一対の耐震補強部材10,10に横設されている。第二の実施形態では、連結部材20をPC鋼棒により構成している。
連結部材20は、一方の耐震補強部材10の帯板11に形成された挿通孔に挿通して、柱2を挿通した後、他の耐震補強部材10の帯板11の挿通孔に先端部22を挿通し、頭部21が一方の耐震補強部材10の帯板11に係止した状態で、係止部材23を先端部22に係止することで、耐震補強部材10に対して固定される。
連結部材20には、一対の耐震補強部材10,10に横設された状態で、引張力が導入され、これにより耐震補強部材10,10が柱2の側面に強固に圧着される。
なお、柱2には、耐震補強部材10の挿通孔に対応し、かつ、柱2の施工時の配筋図や非破壊試験の情報をもとに、穿孔時に主筋及び配力筋に損傷を与えることのないように、連結部材20を挿通するための貫通孔が、形成されている。貫通孔の形状寸法、箇所数、配置等は、適宜設定すればよい。
第二の実施形態に係る柱補強構造1aによれば、第一の実施形態に係る柱補強構造1の作用効果に加えて、柱2の幅方向に対する耐震補強部材10,10の突出部分がないため、既存の居住空間を狭めることがなく、現状の居住環境を維持したまま、建物の補強を行うことが可能となる。
なお、第二実施の形態にかかる柱補強構造1aは、柱2の上部に配置する場合に限定されるものではなく、柱2の上下(天井側と床側)にそれぞれ配置してもよく、居住空間の使用状況に応じて、適宜設定すればよい。
<第三の実施形態>
次に、図6を参照して、第三の実施形態について説明する。
第三の実施形態に係る柱補強構造1bは、図6に示すように、柱2と梁3との接合部に配置された耐震補強部材10,10,…と、柱2を挟んで互いに対向する位置に配置された耐震補強部材10同士を連結する連結部材20および梁3を挟んで互いに対向する位置に配置された耐震補強部材10同士を連結する連結部材30,30,…と、を備えている。
耐震補強部材10は、図6に示すように、柱2とこの柱2に接続する梁3とにより形成される角部に配置されていて、柱2を挟んで対向する位置に配置された他の耐震補強部材10と連結部材20を介して柱2を拘束している。さらに、耐震補強部材10は、梁3を挟んで梁3の上下に対向する位置に配置されたその他の耐震補強部材10と連結部材30を介して梁3を拘束している。
耐震補強部材10は、柱2と梁3との角部に応じて形成された断面L字状の帯板11と、この帯板11の内側に帯板11と直交するように立設されたリブプレート12,12と、から構成されている。
第三の実施形態に係る帯板11は、柱2の幅と同程度の幅を有した鋼板により形成することで、柱2の側面に配置した状態で帯板11,11の側面と、柱2の側面とが略平面を呈している。
帯板11には、柱2に当接する側の縦片に、連結部材20を挿通するための挿通孔が、幅方向の略中央に、上下2箇所形成されているとともに、梁3と当接する側の横片にも連結部材30を相通するための挿通孔が、幅方向の略中央に2箇所並んで形成されている。なお、挿通孔の数や配置は限定されるものではなく適宜設定すればよい。
この他、第三の実施形態にかかる帯板11の構成は、第二の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。また、リブプレート12の構成は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
連結部材20,30は、図6に示すように、柱2を挟んで互いに対向する位置に配置された耐震補強部材10,10または梁3を挟んで互いに対向する位置に配置された耐震補強部材10,10を連結する部材であり、一対の耐震補強部材10,10に横設されている。第三の実施形態では、連結部材20をPC鋼棒により構成している。
連結部材20,30は、一方の耐震補強部材10の帯板11に形成された挿通孔に挿通して、柱2または梁3を挿通した後、他の耐震補強部材10の帯板11の挿通孔に先端部22を挿通し、頭部21が一方の耐震補強部材10の帯板11に係止した状態で、係止部材23を先端部22に係止することで、耐震補強部材10に対して固定される。
連結部材20,30には、一対の耐震補強部材10,10に横設された状態で、引張力が導入されており、これにより耐震補強部材10,10が柱2の側面および梁3の上下面に強固に圧着される。
第三の実施形態に係る柱補強構造1bによれば、第一の実施形態および第二の実施形態に係る柱補強構造1,1aの作用効果に加えて、柱2の側面および梁3の上下間で柱2と梁3の接合部を拘束するため、建物の耐力をより向上させることが可能となる。また、梁3の上下間で耐震補強部材10同士が連結されているため、地震等により耐震補強部材10がずれることがない。
なお、耐震補強部材10同士の連結は、帯板10の幅寸法を柱2および梁3の幅寸法よりも大きく形成することで、連結部材20,30が柱2および梁3を貫通することなく、柱2や梁3の側面を挿通するように連結部材20,30を配設してもよい。
<第四の実施形態>
次に、第四の実施形態について、図7を参照して説明する。
第四の実施形態に係る柱補強構造1cは、図7に示すように、4方向から梁(図示省略)が接続する矩形状の柱2の四側面のそれぞれに耐震補強部材10を配置し、柱2を挟んで対向する耐震補強部材10同士を連結部材20,20,…により連結することにより構成されている。
耐震補強部材10は、図7(a)に示すように、柱2とこの柱2に接続する梁とにより形成される角部に配置されていて、柱2を挟んで対向する位置に配置された他の耐震補強部材10と連結部材20,20を介して柱2を拘束している。
耐震補強部材10は、柱2と梁との角部に応じて形成された断面L字状の帯板11と、この帯板11の内側に帯板11と直交するように立設されたリブプレート12,12と、から構成されている。第四の実施形態に係る柱補強構造1cでは、柱2を挟んで対向する位置に配置された一対の耐震補強部材10a,10aと、この耐震補強部材10a,10aに隣接して配置される一対の耐震補強部材10b,10bとの2種類の耐震補強部材10を備えている。
第四の実施形態に係る帯板11には、図7(b)および(c)に示すように、連結部材20を係止するための係止部13,13がそれぞれ側方に突出した状態で形成されている。
係止部13,13は、帯板11の柱2に当接する側の縦片11bに一体に形成するものとし、第一耐震補強部材10aは縦片11bの高さ方向の中間より上側(図7(b)参照)、第二耐震補強部材10bは縦片11bの高さ方向の中間より下側(図7(c)参照)にそれぞれ形成されている。
リブプレート12は、図7(a)に示すように、直角二等辺三角形状に形成された鋼板を使用し、リブプレート12の直角に交わる2辺を帯板11の内側面に当接させた状態で、溶接することにより帯板11に固定されている。第四の実施形態では、リブプレート12,12をそれぞれ帯板11の端部に配設するものとするが、リブプレート12,12設置箇所は、これに限定されるものではない。また、リブプレート12の形状は帯板11の形状に応じて適宜形成すればよく、前記の形状に限定されるものではない。耐震補強部材10は、リブプレート12が配設されていることにより、柱2と梁との接合部において、柱2に作用する横方向の応力を梁に伝達することで、柱2と梁との接合度を向上させる。
第二耐震補強部材10bのリブプレート12,12には、連結部材20に対応する箇所に、連結部材を挿通するための挿通孔が形成されている。第一耐震補強部材10a,10aを連結する連結部材20,20は、この挿通孔を挿通した状態で横設されている。
係止部13には、連結部材20を挿通するための挿通孔がそれぞれ形成されている。なお、挿通孔の形状や形成箇所は限定されるものではなく、連結部材20の構成や他の耐震補強部材10との取り合い等に応じて適宜設定すればよい。
連結部材20は、対向する一対の耐震補強部材10,10の係止部13,13に両端が係止された状態で、柱2の側面に沿って配置されている。なお、本実施形態では、一対の耐震補強部材10,10に対して、左右に1本ずつ、計2本配置するものとするが、耐震補強部材10,10の連結に使用する連結部材20の本数は限定されるものではない。
この他の柱補強構造1cの構成に関する事項は、第一の実施の形態で示した柱補強構造1の構成と同様なため、詳細な説明は省略する。
なお、柱補強構造1cは、柱2の上部(天井側)および下部(床側)の両方に構築してもよいし、いずれか一方のみに構築してもよい。
以上、第四の実施形態に係る柱補強構造1cによれば、柱2を四方から拘束することで、柱2と梁3との接合部における接合強度をさらに高めることが可能となる。また、地震等の大きな水平力の作用方向に限定されることなく、建物の耐力を増強させることが可能となる。
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記各実施形態では、耐震補強部材を鋼板により構成するものとしたが、柱補強部材を構成する材料は限定されるものではなく、適宜公知の材料の中から選定して使用すればよい。
また、前記各実施形態では、連結部材としてPC鋼棒を使用するものとしたが、連結部材を構成する材料は、柱補強部材を柱または梁に圧着させることが可能であれば、限定されるものではなく、適宜、公知の材料から選定して使用すればよい。
本発明に係る柱補強構造の第一の実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る柱補強構造の第一の実施形態を示す図であって、(a)は平面図、(b)は立面図である。 本発明に係る柱補強構造の第一の実施の形態を示す立面図である。 本発明に係る柱補強構造による補強効果を示す概略図であって、(a)は補強対象の建物の立面図、(b)は補強前の状況を示す曲げモーメント図、(c)は補強後の状況を示す曲げモーメント図である。 本発明に係る柱補強構造の第二の実施形態を示す図であって、(a)は平面図、(b)は立面図である。 本発明に係る柱補強構造の第三の実施形態を示す立面図である。 本発明に係る柱補強構造の第四の実施形態を示す図であって、(a)は斜視図、(b)および(c)は耐震補強部材を示す正面図である。
符号の説明
1 柱補強構造
2 柱
3 梁
10 耐震補強部材
11 帯板
12 リブプレート
20 連結部材

Claims (1)

  1. 柱と該柱に接続する梁との角部に配置され、柱を挟んで互いに対向する位置に配置される一対の耐震補強部材と、前記一対の耐震補強部材を連結する連結部材と、からなり、
    前記連結部材には、プレストレスが導入されていて、
    前記連結部材を介して連結された前記一対の耐震補強部材が、前記柱を拘束して前記柱の有効高さを小さくすることでせん断スパン比を小さくして、前記柱のせん断耐力を増大させることを特徴とする、柱補強構造。
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