JP6041319B2 - 極脆性柱の補強構造 - Google Patents

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この発明は、既設建造物における極脆性柱の補強構造に関する。
コンクリート建造物の柱には、せん断に強いが曲げ変形によって破壊するもの、曲げには強いがせん断には弱いもの、曲げにもせん断にも弱いもの、あるいはいずれにも強いものなどがある。しかし、ごく小さな変形、例えば500分の1程度の変形で破壊されてしまうような極脆性柱があると、建造物全体の強度が著しく低くなってしまい、地震などに耐えることができない。そこで、どのような建造物にとっても、極脆性柱を補強することは重要である。
また、上記のようにわずかな変形に耐えられない極脆性柱となる条件は、柱の幅Dと柱の有効内法高さhとの関係がh/D<2である。つまり、柱の内法高さhが柱幅Dの2倍よりも小さい、太さのわりに短い柱が、柱が曲がり難く破壊しやすいということになる。なお、上記柱幅Dは加力方向に平行な柱幅のことである。
図7に示すのは、梁1を貫通する柱2の両側に腰壁3と垂れ壁4とを備え、これら腰壁3と垂れ壁4との間の部分が開口部と言われ、この開口部に窓枠5を設けた構造である。
なお、上記開口部は、実際には下地材6でふさがれているもので、その窓枠5に相当する部分以外は開口していない。
上記下地材6は上記開口部をふさぐためだけの機能しかなく、壁3,4とは異なる。したがって、この下地材6は、構造体ではないために、壁ほどの強度はない。
上記のような腰壁3及び垂れ壁4を備えた構造では、特に柱1の内法高さH1が短くなるため、H1/D<2である上記した極脆性柱となる場合が多い。
このように柱2が極脆性柱の場合、この柱2を補強する必要がある。
そこで、従来は、図8に示すように、柱2の両側の腰壁3,3と、垂れ壁4,4とに、スリット7,8を形成し、これらスリット7,8によって柱2と壁3,4とを分離していた。このように上記スリット7,8を形成して、柱2と腰壁3及び垂れ壁4とを分離することによって柱2の有効内法高さH2を大きくしていた。このよう、従来の補強構造では、内法高さH2を大きくすることで内法高さH2/D>2とし、柱2の曲げ強度を上げて極脆性を解消していた。
なお、このような極脆性柱の補強構造については実際に行われているが、特に文献は見つからなかった。
また、極脆性柱に限らない、一般的な柱の補強構造として、特許文献1、2に記載された補強構造も知られている。これら特許文献1,2の補強構造は、柱の周囲をグラウト材及び鋼鈑で囲むものである。
特開2005−023745号公報 特開2008−240368号公報
上記した従来の極脆性柱の補強方法では、スリット7,8を形成するために既存の壁3,4を破壊しなければならず、その工事が大がかりになってしまうという問題があった。また、有効内法高さが長くなった柱2は、曲げ強度は多少向上するが、柱2と一体的に構成されていた壁3,4が柱と分離されるため、壁付き柱としての全体の強度は下がってしまうこともある。
いずれにしても、上記スリット7,8を形成する補強構造では、工事の手間がかかるうえに、十分な補強効果が得られなかった。
この発明の目的は、工事を容易にしながら、十分な補強効果が得られる極脆性柱の補強構造を提供することである。
第1の発明は、極脆性柱の補強構造に関する。極脆性柱とは、梁の下方における柱の両側に腰壁あるいは垂れ壁のいずれか一方あるいは双方設けられ、これら腰壁あるいは垂れ壁のいずれか一方あるいは双方に連続する開口部設けられている。そして、この開口部に対応する柱の上下方向長さを内法部分としている。
このような極脆性柱を次のようにして補強する。上記内法部分に対応する柱の全周、周方向端部を重ね合わせて周方向に連続させた複数の部材からなる内法部分用補強鋼板で囲われるとともに、これら柱と内法部分用補強鋼板との間に間隔たれている
また、上記梁に対応する柱の部分梁部分用補強鋼板で囲われ、これら柱と梁部分用補強鋼板との間に間隔設けられるとともに、この梁部分用補強鋼板の両側に設けた梁沿接部上記梁に固定される
さらに、上記腰壁あるいは垂れ壁に対応する柱の部分壁付き部分用補強鋼板で囲われ、これら柱と壁付き部分用補強鋼板との間に間隔設けられるとともに、壁付き部分用補強鋼板の両側に設けられた壁沿接部上記腰壁あるいは垂れ壁に固定される
上記のようにした上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれ上記柱の軸方向に連続さ、上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれと上記柱との間にグラウト材充填され、上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれ一体化されたことを特徴とする。
第2の発明は、上記互いに隣接する上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とのいずれか一方に、あるいは上記互いに隣接する上記壁付き部分用補強鋼板と梁部分用補強鋼板とのいずれか一方に、極脆性柱の軸方向に突出する沿え板設けられ、上記互いに隣接する上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板と上記沿え板に接触さたことを特徴とする。
第3の発明は、上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板との外側に帯状シート貼り付けられ、この帯状シートによって上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板と一体化されたことを特徴とする。
第1の発明では、開口部の下地材を取り除くことによって、従来のように壁を破壊することなく極脆性柱を補強できる。開口部の下地材を取り除く作業は、既存の壁にスリットを形成するのと比べて圧倒的に容易であり、その作業性はよい。
しかも、補強鋼板とグラウト材で囲まれた柱は、十分な補強強度を得ることができる。また、壁の強度を損なうこともない。
第2の発明の沿え板によれば、内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板とを軸方向に正確に連続させる作業を容易にできる。従って、補強工事の作業性がさらに向上する。
また、沿え板を内法部分用補強鋼板側に設ければ、グラウト材の充填時や、固化する過程において圧力によって内法部分用補強鋼板が外側へずれてしまうことを防止できる。
もし、グラウト材が固化するまでの間に内法部分用鋼板が外側へずれてしまうと、固化したグラウト材と柱表面や補強鋼板との間に隙間ができたり、グラウト材中に巣ができてしまったりすることもあるが、内法部分用補強鋼板に沿え板を設けることによって、このような問題を回避できる。
さらに、このような沿え板を、梁部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板との間にも設ければ、梁部分用補強鋼鈑の位置合わせも容易になり、さらに施工性が向上する。
つまり、上記沿え板によって内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板との一体性が上がり、補強強度も上がる。
また、第3の発明によれば、現場で溶接作業などを行なわずに、内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板とを一体化することができる。グラウト材を充填する前に、内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板とを確実に一体化していれば、グラウト材の充填時や固化する過程において補強鋼板がずれ難く、グラウト材と柱表面との密着性も上がり、結果として十分な補強強度が得られることになる。
図1はこの発明の実施形態における補強対称の正面図である。 図2は実施形態の補強構造の正面図である。 図3は実施形態の補強構造において梁1に対応する部分を省略した斜視図である。 図4は実施形態の内法部分に対応する部分の柱とその周囲の断面図である。 図5は実施形態の腰壁に対応する部分の柱とその周囲の断面図である。 図6は実施形態の沿え板部分の断面図である。 図7は極脆性柱を備えた構造の正面図である。 図8は従来の極脆性柱の補強構造の正面図である。
図1〜図6に示すこの発明の実施形態は、柱2の両脇に連続する腰壁3と垂れ壁4とを備え、これら腰壁3及び垂れ壁4の間であって下地材6を設けた開口部に窓枠5を取り付けた構造において、上記柱2を補強するものである。
なお、上記柱2は、腰壁3及び垂れ壁4に対応する以外の長さ、すなわち開口部に対応する部分の長さである有効内法長さH1が柱幅Dの2倍よりも小さい柱である。
また、図1では腰壁3及び垂れ壁4と開口部との境界を破線で示しているが、実際には表面材を設け、上記開口部の境界は見た目では分からないようになっている。
図2に示すこの実施形態の補強構造は、上記開口部に対応する内法部分においては、上記極脆性の柱2の全周を内法部分用補強鋼板10で囲んで補強し、その他の部分は壁付き部分用補強鋼鈑11,12、梁部分用補強鋼鈑13で覆って補強するようにしている。
上記内法部分用補強鋼鈑10は、図4に示すように4枚の囲い板部材10aからなる。
上記各囲い板部材10aは、軸方向の折り線で直角に折り曲げられた板部材であって、その両端を隣り合う囲い板部材10aと重ね合わせて上記内法部分用補強鋼板10を構成している。
このような内法部分用補強鋼鈑10を柱2の内法部分に設けるために、上記柱2の内法高さH1に対応する開口部、すなわち図1に二点鎖線で示した内法対応部分9の下地材6を取り除いて、柱2の内法部分の外周に空間を形成する。
そして、上記下地材6を除いて形成した上記空間からなる内法対応部分9に、上記内法部分用補強鋼鈑10を設け、この内法部分用補強鋼鈑10で柱2の外周を所定の間隔を保って囲んでいる。そして、この間隔内には後で説明するがグラウト材18を充填している。
なお、上記柱2と内法部分用補強鋼板10との間隔を保つために、内法部分用補強鋼板10の外側に型枠を設けたり、内側にスペーサを設けたりしてもよい。
また、内法部分用補強鋼板10を構成する囲い板部材10aの枚数は、柱2の全周を囲うことができれば4枚に限らず何枚でもよい。
さらに、上記柱2における上記腰壁3に対応する部分を囲む、上記壁付き部分用鋼板11は、図3,5に示すように、断面形状を略コの字にした柱囲い部11aとその両脇に突出した壁沿接部11b,11bとを備えた部材である。そして、柱囲い部11aを柱2の前面に対向させるとともに壁沿接部11bをボルト14で腰壁3に固定している。
また、上記柱2における垂れ壁4に対応する部分は、垂れ壁4用の壁付き部分用鋼板12で囲まれ、梁1に対応する部分は梁部分用補強鋼板13で囲まれている。
上記壁付き部分用補強鋼鈑12及び梁部分用補強鋼板13は、上記壁付き部分用補強鋼板11と同様の形状である。
すなわち、上記壁付き部分用補強鋼板12は、柱囲い部12a及び壁沿接部12bからなり、梁部分用補強鋼板13は柱囲い部13a及び梁沿接部13bからなる。そして、これら壁沿接部12b,梁沿接部13bをボルト14で垂れ壁4又は梁1に固定している。
また、上記内法用補強鋼板10の上下端のそれぞれには、図6に示すように軸方向に突出する沿え板15,15を設けている。この沿え板15は、内法用補強鋼板10の柱2側の面に溶接部16を介して固定されている。
そして、この内法用補強鋼板10に隣接する壁付き部分用補強鋼板11、12を、上記沿え板15,15に接触させて設けるようにしている。
このような沿え板15を備えていれば、この沿え板15に壁付き部分用補強鋼板11,12を接触させて設けることができ、内法部分用補強鋼板10と壁付き部分用補強鋼板11,12の表面の位置合わせが確実かつ容易になる。
このように、上記補強鋼板10〜13を、柱2の表面との間に所定の間隔を保つとともに、これら全補強鋼板10〜13の外表面をほぼ面一にし、その外表面には図示しない繊維からなる帯状シートを貼り付けることによって各補強鋼板10〜13を柱2の軸方向に一体化している。
以上のように、柱2と、その表面から所定の間隔を保って設けた上記補強鋼板10〜13との間隔内には、複数の補強鉄筋17を起立させるとともにグラウト材18を充填し、グラウト材18を固化させればこの実施形態の補強構造は完成する。
上記充填したグラウト材18が固化すると、柱2はグラウト材18を介して補強用鉄筋17及び補強鋼鈑10〜13と一体化する。従って、補強鋼鈑10〜13で囲まれた補強後の柱2は補強鉄筋17を内包するとともに壁3,4とも連結し、十分な補強強度を備えることになる。
また、この実施形態の補強構造は、上記従来の補強構造のように既存の構造物である腰壁3や垂れ壁4を破壊してスリット7,8を形成する必要がなく、開口部の下地材6を取り除くだけで内法部分用補強鋼鈑10を設けることができるので工事が簡単である。
なお、この実施形態では、上記内法部分用補強鋼板10以外の補強鋼板11〜13を、上記壁3,4の両面側に同様に設けるようにしている(図4,5参照)が、必要な補強強度さえ得られれば、上記壁部分用補強鋼鈑11,12及び梁部分用補強鋼鈑13は、壁3,4、梁1の一面側のみに設けるようにしてもよい。
また、この実施形態では、内法部分用補強鋼鈑10の上下に沿え板15を設けているが、このような沿え板15を、梁部分用補強鋼板13と壁付き部分用補強鋼板12との間にも設ければ、梁部分用補強鋼鈑13の位置合わせも容易になり、さらに施工性が向上する。但し、上記沿え板15は、この発明の極脆性柱の補強構造において必須の構成要素ではない。
さらに、上記沿え板15は軸方向に連続する補強鋼板のいずれか一方に設ければよく、内法部分用補強鋼鈑10ではなく、壁付き部分用補強鋼板11,12側に設けてもよい。
但し、この実施形態のように、上記沿え板15を、壁付き部分用補強鋼板11,12ではなく、内法部分用補強鋼板10の上下に設ければ、補強鋼鈑の位置合わせ作業の作業性が向上するだけでなく、上記柱2との間に充填したグラウト材18の圧力が作用したとしても、内法部分用補強鋼板10が外方へずれ難くすることができる。
その理由は、以下のとおりである。
上記補強鋼鈑10〜13のうち、壁付き部分用補強鋼板11,12及び梁部分用補強鋼鈑13は、それぞれ腰壁3、垂れ壁4、梁1に壁沿接部11b、12b、梁沿接部13bを介してボルト14で固定されているので、グラウト材18の圧力が作用しても外方へずれ難い構成である。
これに対し、上記内法部分用補強鋼板10は壁などに固定されていないため、他の補強鋼鈑11〜13と比べてグラウト材18の圧力によって外方へずれ易いと考えられる。
しかし、この実施形態では、内法部分用補強鋼板10の上下端に設けた沿え板15が、グラウト材18の圧力を受けた場合に、軸方向に隣接する壁付き部分用補強鋼板11,12に突き当たるので、内法部分用補強鋼板10が外側へずれることを防止することができる。
このように、充填したグラウト材18によって内法部分用補強鋼鈑10が外方へずれ難いということは、内法部分用補強鋼鈑10と壁付き部分用補強鋼鈑11,12とがずれ難いということである。そのため、軸方向に隣接する補強鋼鈑同士が確実に一体化され、補強構造としての強度もより高くなる。
なお、この実施形態では、軸方向に一体化した補強用鋼鈑10〜13と既存の柱2との間に補強鉄筋17を設けているが、目的によっては補強鉄筋17は設けなくてもよい。
さらに、この実施形態では、内法部分用補強鋼鈑10、壁付き部分用補強鋼鈑11,12及び梁部分用補強鋼鈑13の外表面に帯状シートを張り付けているが、この繊維シートも用いなくてもよい。帯状シートを貼り付ければ、この帯状シートによって上記軸方向に隣接する補強鋼鈑10〜13を一体化することができる。
また、上記補強鋼鈑10〜13を軸方向に連続させて一体化するためには、帯状シートの接着でなく、隣接する補強鋼板同士を溶接によって連結してもかまわない。
但し、帯状シートの貼り付けや溶接によって補強鋼鈑10〜13を一体化しなくても、充填した上記グラウト材18によって軸方向に連続する上記補強鋼鈑10〜13を一体化することは可能である。
この発明の補強構造は、有効内法高さの小さい極脆性柱の建造物の補強に有用である。
2 (極脆性)柱
3 腰壁
4 垂れ壁
5 窓枠
6 (開口部の)下地材
9 内法対応部分
10 内法部分用補強鋼鈑
11 壁付き部分用補強鋼鈑
11a 柱囲い部
11b 壁沿接部
12 壁付き部分用補強鋼鈑
12a 柱囲い部
12b 壁沿接部
15 沿え板
18 グラウト材

Claims (3)

  1. 柱の両側に梁設けられ、この梁の下方における柱の両側に腰壁あるいは垂れ壁のいずれか一方あるいは双方設けられるとともに、
    これら腰壁あるいは垂れ壁のいずれか一方あるいは双方に連続する開口部設けられ
    この開口部に対応する柱の上下方向長さを内法部分とした極脆性柱の補強構造であって、
    上記内法部分に対応する柱の全周、周方向端部を重ね合わせて周方向に連続させた複数の部材からなる内法部分用補強鋼板で囲われ、これら柱と内法部分用補強鋼板との間に間隔たれる一方、
    上記梁に対応する柱の部分梁部分用補強鋼板で囲われ、これら柱と梁部分用補強鋼板との間に間隔設けられるとともに、この梁部分用補強鋼板の両側に設けられた梁沿接部上記梁に固定され
    上記腰壁あるいは垂れ壁に対応する柱の部分壁付き部分用補強鋼板で囲われ、これら柱と壁付き部分用補強鋼板との間に間隔設けられるとともに、壁付き部分用補強鋼板の両側に設けられた壁沿接部を上記腰壁あるいは垂れ壁に固定され
    上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれ上記柱の軸方向に連続さ
    上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれと上記柱との間にグラウト材充填され
    上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれ一体化された極脆性柱の補強構造。
  2. 上記互いに隣接する上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とのいずれか一方に、あるいは上記互いに隣接する上記壁付き部分用補強鋼板と梁部分用補強鋼板とのいずれか一方に、柱の軸方向に突出する沿え板設けられ
    上記互いに隣接する上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板と上記沿え板に接触さたことを特徴とする請求項1に記載の極脆性柱の補強構造。
  3. 上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板との外側に帯状シート貼り付けられ、この帯状シートによって上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板、及び梁部分用補強鋼板と一体化された請求項1または2に記載の極脆性柱の補強構造。
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