JP5517516B2 - 建造物の補強構造 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、既存の建造物の断面が四角形の柱などを事後的に補強するのに適した補強構造に関する。

例えば、建造物の耐震性を向上させるため、柱や壁を事後的に補強する構造として、特許文献１に示すものが知られている。この従来の補強構造は、断面が四角形の柱の全面を補強するものである。
具体的には、図６に示すように、断面四角形の柱１の周囲全ての面を、その柱１の長手方向に直交する面での断面をＬ字状にした４枚の囲い鋼板２で囲うが、各囲い鋼板２の直角部をそれぞれ柱１の４つの角に対応させて設置する。そして、図６に示すように、互いに隣接する一方の囲い鋼板２の一方の片に、他方の囲い鋼板２の他方の片が重ね合わされるようにする。このとき、各囲い鋼板２と柱１の側面との間には、ほぼ一定の間隔を設けておく。

上記のようにした囲い鋼板２の外周に帯状シート３を接着しながら巻きつけることによって、柱１を囲った囲い鋼板２を結束する。
上記のようにして帯状シート３で４枚の囲い鋼板２を結束したら、今度は、４枚の囲い鋼板２と柱１との間に形成した間隔にグラウト材４を充填する。そして、グラウト材４を柱１の側面に密着させてそれらを一体化する。

上記のように４枚の囲い鋼板２で柱１を囲うとともに、柱１と囲い鋼板２との間に形成される間隔にグラウト材４を充填するが、上記間隔内の四隅には、軸方向筋５を上記柱１の軸方向に平行もしくはほぼ平行に配置しておく。
これにより、軸方向筋５を内部に配置したグラウト材４が柱１と一体化して、柱１が補強されるというものである。

特開２００８−２４０３６８号公報

上記従来の補強構造では、柱１の周囲全面に、所定の間隔を保った囲い鋼板２を対向させ、この間隔内にグラウト材４を充填するとともに、軸方向筋５を配置することによって、柱１の強度を高め、建造物を補強するものである。
このように、柱１の全面を囲い鋼板２で囲み、この囲い鋼板２と柱１の表面との間にグラウト材４を設ける構造では、使用する囲い鋼板２やグラウト材４の使用量が多くなるとともに、その工事が大掛かりになってしまう。

そのため、上記従来の補強構造では、材料コストがかさむという問題や、工期が長くなってしまうという問題があった。このような補強工事は既存の建造物に対して行なうので、工期が長くなれば、住人などに長期間不便を強いることになる。
また、いわゆる壁付き柱の場合、壁が邪魔になって柱の全面を囲い鋼板２で囲うことが難しく、十分な補強ができないこともあった。

この発明の目的は、十分な補強効果を得ながら、簡易な工事で短期間に補強ができる建造物の補強構造を提供することである。

第１の発明は、柱及びこの柱と交差する梁を備えた建造物の補強構造であって、断面が四角形の柱の特定の側面を所定の間隔を保持して柱用囲い鋼板で囲うとともに、柱と梁との交差部において、上記柱の特定の側面とこの柱の側面に連続する梁の表面とを所定の間隔を保持して、上記柱の特定の側面と対向する柱対向部とその両脇に一体に設けた梁用延伸部とからなる交差部用囲い鋼板で囲う一方、上記柱用及び交差部用囲い鋼板と上記柱の側面及び梁の表面との間にグラウト材を注入して柱と梁とを一体的に囲み、上記柱用及び交差部用囲い鋼板で囲まれたグラウト材中に、上記柱の軸方向に沿った軸方向筋を複数配置するとともに、上記柱用及び交差部用囲い鋼板で囲われた柱及び梁の表面には、複数のアンカー部材を突出させて設けた点に特徴を有する。

第２の発明は、上記囲い鋼板を、スライド可能に組み合わせた一対の鋼板部材で構成するとともに、上記一対の鋼板部材の対向面を貫通し、その両端をそれぞれ、上記各対向面から外部に突出させるタイバーを設け、このタイバーの突出部に止め部材を取り付けることによって上記対向面間距離を保持する点に特徴を有する。

この発明では、梁を結合した柱の特定の面と、柱と梁との交差部のみを、囲い鋼板で囲み、囲い鋼板で囲まれた空間にグラウト材と軸方向筋とを設けるようにしたので、柱の全側面をグラウト材で補強する従来の補強構造と比べてグラウト材など、使用する材料を少なくできるし、補強工事が容易で工期も短くできる。
なお、この発明によれば、柱と梁との交差部を補強して、両者の連結を強固なものにすることで、柱と梁の結合部の破断を防止できる。また、柱と梁との交差部の連結を強固なものにすればするほど、柱と梁とで外力を分担する機能が増し、その分、いっそうの補強効果を期待できることになる。

そのため、柱の補強は、柱の全面に対して行なわずに、壁などで覆われていない特定の側面のみを囲い鋼板及びグラウト材で囲むことでも、外力に対する柱の耐力を向上させることができる。そして、特定の側面のみを補強した柱と梁とを一体化する補強構造を、複数の箇所に設けることによって、建造物全体の耐震強度を従来の補強構造と同程度にすることができる。

また、上記柱用囲い鋼板と交差部用囲い鋼板とを、柱に対して同一側面側に設けるので、囲い鋼板の設置や、グラウト材の充填作業を同じ側面から行なうことができ、補強工事の作業性効率が向上する。
さらに、柱の特定の側面のみを囲う柱用囲い鋼板と、交差部用囲い鋼板とを同一面側に設ければ、柱用囲い鋼板の内側に充填したグラウト材内に配置する軸方向筋を、交差部用鋼板の内側のグラウト材内に貫通させ、多階層にわたって軸方向筋を連続させることができる。そのため、従来のように柱の全面を補強する構造と同様に、柱の曲げ耐力を維持することができる。

また、柱の一つの側面のみを補強するので、従来のように柱の全面を補強するものよりも、１本の柱だけを見れば、従来のものよりも強度が多少劣るかもしれない。しかし、建造物には複数の柱が存在するが、それら柱の機能は全て同じとはいえず、大きな荷重を支えるものもあれば、小さな荷重を支えるものもある。従って、例えば、大きな荷重を支える柱を中心にして、それらの補強本数を多くすれば、建造物全体の補強効果は十分に得られるが、この点は、本出願人の長年の研究により判明したことである。

しかも、従来のように柱の全面を補強する場合でも、１本の柱だけの補強で足りることはほとんどなく、常に複数本の柱を補強しなければならないのが実情であり、そこにおけるグラウト材の全体の使用量もかなり多くなる。
一方、本願発明の補強構造でも、上記のように補強すべき柱の本数を増やしたとき、それだけグラウト材の使用量も増えるが、従来と同じ補強効果を得る場合、柱の全面を補強する場合に比べて、グラウト材の使用量は少なくてすむことが、実験により明らかになった。
グラウト材は通常かなり高価なので、使用量の僅かな節約でもそのコストダウンに対する効果が大きなものになる。
さらに、上記囲い鋼板で覆われた柱及び梁の表面に、複数のアンカー部材を突出させたので、囲い鋼板で囲われた空間に充填されたグラウト材が、柱及び梁の表面から突出したアンカー部材を介してより強く結合し、建造物の補強効果が高まる。

第２の発明によれば、タイバーによって囲い部材の幅を保持し、囲い部材内部のグラウト材の圧力を維持することができ、グラウト材の密度を高めることによってより高い補強効果が得られる。

第１実施形態の斜視図である。 第１実施形態の正面図である。 図１の断面図であり、柱の補強構造を示している。 図１の面図であり、交差部の補強構造を示している。 第２実施形態の交差部の断面図である。 従来の補強構造を示す斜視図である。

図１〜図４に示す第１実施形態は、柱１と直交する梁６，６を備えた建造物の補強構造である。なお、ここでは、記柱１とその両脇に連続する梁６，６の表面とが同一平面の場合を説明する。
この第１実施形態では、柱１の特定の側面である前面を囲うための柱用囲い鋼板７と、柱１と梁６との結合部を含む交差部を囲うための交差部用囲い鋼板８とを備えている。そして、これら囲い鋼板７，８と柱１との間には、柱１に沿った軸方向筋５を配置するとともに、グラウト材４を充填して、グラウト材４によって柱１の前面及び交差部を一体化して補強する。

次に、上記柱用囲い鋼板７及び交差部用囲い鋼板８について詳細に説明する。
図３に示すように、上記柱用囲い鋼板７は、一対の囲い部材９，１０からなる。これら囲い部材９，１０は、それぞれ、断面Ｌ字状の鋼板で柱１の前面に平行に配置される平行部９ａ，１０ａと、これらに直交する直交部９ｂ、１０ｂとからなる。そして、各囲い部材９，１０の軸方向長さは、対向する柱１の軸方向長さを複数に分割した長さにしている。
上記のようにした一対の囲い部材９，１０の平行部９ａ，１０ａの先端同士を重ね合わせて幅を柱１の幅に合わせるとともに、柱１の前面から所定の間隔を保って配置するが、これら囲い部材９，１０からなる柱用囲い鋼板７を、柱１の軸方向に複数連続的に接合して、柱１の前面を覆うようにする。

そして、上記囲い部材９，１０の表面には、上記した従来と同様に、帯状シート３を貼り付けて、囲い部材９，１０を連結する。このとき柱用囲い鋼板７同士の接合部分を帯状シート３で覆って、それら柱用囲い鋼板７を軸方向に連結するようにしている。このように帯状シート３で柱用囲い鋼板７を連結させたので、囲い部材９，１０がグラウト材４の圧力で外方に向かって膨らんだり、重ね合わせた部分が開いたりしない。
また、上記のように複数の柱用囲い鋼板７を接合して、その接合部分に帯状シート３で覆うことによって、それら接合部分の帯状シート３が、曲げ荷重を吸収する機能を発揮する。
上記のように帯状シート３が、圧力で外方に向かって膨らんだり、重ね合わせた部分が開いたりあるいは曲げ荷重を吸収したりする機能を発揮するためには、伸び難い材質の繊維シートなどが適している。

また、各柱用囲い鋼板７の上記直交部９ｂ，１０ｂの対向間隔にはタイバー１３をわたし、その両端を対向する直交部９ｂ，１０ｂから外部へ突出させている。このタイバー１３の外周にはねじ溝を形成し、上記直交部９ｂ，１０ｂの外側に突出したタイバー１３の両端には止め部材であるナット１４，１４をねじ止めして上記対向する直交部９ｂ，１０ｂの間隔を保持するようにしている。
なお、上記柱用囲い鋼板７は、柱１に対する止め手段を備えていないので、柱用囲い鋼板７は柱１に対して所定の間隔を保って配置したら、図示しない型枠によってその位置を固定してからグラウト材４を充填するようにしている。この型枠は、グラウト材４が固化したら取り除くものである。

上記のようにこの第１実施形態では、複数の柱用囲い鋼板７で柱１の軸方向長さを覆うようにしているので、言い換えると柱用囲い鋼板７を複数に分割して軸方向長さを覆うようにしているので、例えば、一つの柱用囲い鋼板で柱のすべてを覆う場合よりも、その施工性がよくなる。つまり、一つの囲い鋼板で柱の全てを覆うようにすると、その柱用囲い鋼板７の重量がかさみ、施工現場での運搬等にクレーン等の機械を用いなければならない。しかしながら、一般に補強工事はすでに出来上がっている建造物で実施されるので、その建造物内に上記クレーン等を設置することはほとんど不可能である。そのために、上記柱用囲い鋼板を人手で運搬しなければならないので、上記のように重量がかさむと、その作業性が非常に悪くなる。また、重量がかさむものを人手で運搬すると、そこには危険性も増すという問題もある。

しかし、上記第１実施形態のように、柱用囲い鋼板７を複数に分割して軸方向長さを覆うようにしているので、一つひとつの柱用囲い鋼板７の重量はそれほど大きくはならず、人手で運搬するとしても、作業性をそれほど損なうものではないし、安全性も維持できる。
しかも、上記したように個々の柱用囲い鋼板７は、一対の囲い部材９，１０に分割されているので、それらの運搬性がさらによくなる。

一方、上記交差部を囲む交差部用囲い鋼板８は、図４に示すように囲い部材１１，１２からなる。これら囲い部材１１，１２は、それぞれ上記柱１及び梁６，６の前面に平行に配置される平行部１１ａ，１２ａと、これらに直交する直交部１１ｂ，１２ｂと、これら直交部１１ｂ，１２ｂに直交して連続する取り付け部１１ｃ，１２ｃとからなる。そして、これら囲い部材１１，１２を、上記平行部１１ａ，１２ａの先端を重ね合わせるとともに、柱１及び梁６，６の前面から所定の間隔を保って配置し、上記取り付け部１１ｃ，１２ｃを、後で説明する止めボルト１５によって梁６，６の表面に固定するようにしている。
なお、この交差部用囲い鋼板８も一対の囲い部材１１，１２で構成することによって、各部材を小型軽量化できるメリットがある。

なお、この第１実施形態では、上記平行部１１ｂ、１２ｂが、交差部用鋼板のうち、柱の前面と対向する柱対向部と、この柱対向部に一体に設けた梁用延伸部とを兼ねている。すなわち、平行部１１ｂ、１２ｂのうち柱１に対向する部分が柱対向部に相当し、梁６，６に対向する部分が梁用延伸部である。
また、この交差部用囲い鋼板８の表面にも上記帯状シート３を接着して、囲い部材１１，１２を連結するとともに、両部材１１，１２が開かないようにしている。そして、上記取り付け部１１ｃ，１２ｃは、上記接着シート３上に設けた板座金１６を介して挿入されるボルト１５によって梁６，６に固定される。

上記のように柱１の前面に所定の間隔を保って配置した柱用囲い鋼板７と、交差部用囲い鋼板８と柱１の前面との間の空間内には、柱１の軸方向に沿った２本の軸方向筋５を配置しているが、この軸方向筋５の本数は２本に限らず、多ければ多いほど強度は高くなる。また、上記軸方向筋５は、図４に示すように、柱用鋼板７及び交差部用囲い鋼板８と柱１の前面との間に位置させるが、図２に示すように、床スラブ１７がある場合には、複数の階層の床スラブ１７を貫通させることができる。これにより、柱１は複数層にわたって、大きな曲げ耐力を得ることになる。
さらに、上記囲い鋼板７，８と柱１及び梁６の表面との間隔内にグラウト材４を充填するが、柱１及び梁６の表面であってグラウト材４の充填空間に対応する面には、予め複数のアンカーボルト１８を所定の間隔を保って打ち込んでおく。このアンカーボルト１８によって、グラウト材４と柱１及び梁６表面との密着性を高め、柱１及び上記交差部の強度を保つことができる。

以上のようにした第１実施形態の補強構造によれば、柱の前面だけを補強しているので、従来のように柱の全面を補強するものに比べて、強度が多少落ちることは否めない。しかし、この第１実施形態では、上記柱の補強面に連続する梁６との交差部も同時に補強でき、柱１が補強された梁６と一体化するので、補強目的を十分に達成することができる。
また、建造物には複数の柱が存在するが、それら柱の機能は全て同じとはいえず、大きな荷重を支えるものもあれば、小さな荷重を支えるものもある。従って、例えば、大きな荷重を支える柱を中心にして、それらの補強本数を多くすれば、たとえ１本の柱の強度が多少劣ったとしても、建造物全体の補強効果は十分に得られる。

しかも、従来のように柱の全面を補強する場合でも、１本の柱だけの補強で足りることはほとんどなく、常に複数本の柱を補強しなければならないのが実情であり、そこにおけるグラウト材の全体の使用量もかなり多くなる。

一方、本願発明の補強構造でも、上記のように補強すべき柱の本数を増やしたとき、それだけグラウト材の使用量も増えるが、従来と同等な補強効果が得られる範囲であれば、グラウト材の使用量を少なくできるが、このことは実験により明らかであった。
そして、グラウト材は通常かなり高価なので、上記のようにグラウト材の使用量を少しでも節約できれば、補強工事全体としては大幅なコストダウンにつながる。
また、当然のことであるが、柱用囲い鋼板７の数も少なくできるので、それもコストダウンに役立つことになる。

さらに、この第１実施形態では、柱用囲い鋼板７と交差部用囲い鋼板８とを同一面側に設けたので、施工は同一方面からだけで足りる。このように、同一方面から施工できるので、補強工事の施工性も上がり、工期も短くできるというメリットもある。

上記第１実施形態では、補強工事を施す柱１の前面と梁６，６の前面とが同一平面の場合であるが、柱１と、梁６，６とが同一平面でない場合についても、図５に示す第２実施形態のように、交差部用囲い鋼板１９の形状が異なる以外は上記第１実施形態と同様の構成で、上記第１実施形態と同様の補強効果が得られる。

この第２実施形態の交差部用囲い鋼板１９は、一対の囲い部材２０，２１とからなる。これらの囲い部材２０，２１は、図５に示すように柱１の前面に平行に配置される柱対向部２０ａ，２１ａと、これに連続して直交する直交部２０ｂ、２１ｂとを備えるとともに、さらにその外側には、梁６に平行に配置される梁用延伸部２０ｃ，２１ｃを備えている。また、この梁用延伸部２０ｃ、２１ｃには、それぞれ直交部２０ｄ，２１ｄを介して取り付け部２０ｅ，２１ｅを設けている。

上記のように、交差部用囲い鋼板１９の軸方向に直交する断面形状を階段状とすることによって、上記取り付け部２０ｅ，２１ｅを止めボルト１５で梁６，６に固定したとき、交差部用囲い鋼板１９が柱１と梁６とのそれぞれに対して所定の間隔を保持することになる。但し、この第２実施形態においても、上記柱１に対向する柱対向部２０ａ，２１ａと梁用延伸部２０ｃ，２１ｃとを同一平面とし、交差部用囲い鋼板１９の断面を階段状ではなく、略矩形にしてもよい。

なお、この第２実施形態においても、交差部以外の柱１の前面は、図３に示す第１実施形態と同様に柱用囲い鋼板７によって囲まれる。
そして、この第２実施形態においても、上記柱用囲い鋼板７と交差部用囲い鋼板１９の外表面には帯状シート３を貼り付けるとともに、内側にはグラウト材４を充填して、柱１の前面とグラウト材とを一体化する。また、グラウト材４内には、軸方向筋５を設けて柱１の曲げ耐力を向上させるとともに、アンカーボルト１８を設けて、グラウト材４の結合力を高めることができる。

１ 柱
３ 帯状シート
４ グラウト材
５ 軸方向筋
６ 梁
７ 柱用囲い鋼板
８ 交差部用囲い鋼板
９，１０ 囲い部材
１１，１２ 囲い部材
１３ タイバー
１４ ナット
１８ アンカーボルト
１９ 交差部用囲い鋼板
２０ 囲い部材
２０ｃ 梁用延伸部
２１ 囲い部材
２１ｃ 梁用延伸部

Claims (2)

1. 柱及びこの柱と交差する梁を備えた建造物の補強構造であって、断面が四角形の柱の特定の側面を所定の間隔を保持して柱用囲い鋼板で囲うとともに、柱と梁との交差部において、上記柱の特定の側面とこの柱の側面に連続する梁の表面とを所定の間隔を保持して、柱の上記特定の側面と対向する柱対向部とその両脇に一体に設けた梁用延伸部とからなる交差部用囲い鋼板で囲う一方、上記柱用及び交差部用囲い鋼板と上記柱の側面及び梁の表面との間にグラウト材を注入して柱と梁とを一体的に囲み、上記柱用及び交差部用囲い鋼板で囲まれたグラウト材中に、上記柱の軸方向に沿った軸方向筋を複数配置するとともに、上記柱用及び交差部用囲い鋼板で囲われた柱及び梁の表面には、複数のアンカー部材を突出させて設けた建造物の補強構造。
2. 上記囲い鋼板を、スライド可能に組み合わせた一対の鋼板部材で構成するとともに、上記一対の鋼板部材の対向面を貫通し、その両端をそれぞれ、各対向面から外部に突出させるタイバーを設け、このタイバーの突出部に止め部材を取り付けることによって上記対向面間距離を保持する請求項１に記載の建造物の補強構造。

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