JP5249522B2 - 柱補強構造 - Google Patents

Description

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_１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_０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_２から上下の耐震補強部材１０の高さＨ_１を減じた高さとなる（式１）。
Ｈ_０＝Ｈ_２−ｎＨ_１＝Ｈ_２−２Ｈ_１・・・（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_２から耐震補強部材１０の高さＨ_１，Ｈ_１を除いた柱２の有効高さＨ_０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_０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_２・・・（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_０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_０＝２ｃＭｕ／（Ｈ_２−２Ｈ_１）・・・（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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