JP6690098B2 - 増設架構型の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、増設架構型の補強構造に関する。

柱や梁を補強して構造物を補強する増設架構型の補強構造がある。例えば、特許文献１には、建物の外側面に鉄骨造の補強フレームが配設されてなり、該補強フレームが、上下方向に延在する補強柱と、水平方向に延在する補強梁と、これら補強柱と補強梁との間に架設された補強ブレースとから構成され、該補強ブレースが互いに斜め方向において隣接する千鳥状に配置されていることを特徴とする建物の補強構造が開示されている。

特開平１０−１８６３９号公報

図１は、従来の増設架構型の補強構造の平面図の一例を示す。図２は、従来の増設架構型の補強構造について、補強と直交する方向から見た透視図の一例を示す。この従来の増設架構型の補強構造１ｘでは、垂直方向に延びるＲＣ（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ−Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）の既存柱２ｘと間隔をあけてＲＣの補強柱３ｘが設けられ、既存柱２ｘと補強柱３ｘとは、水平方向に延びるＲＣの補強梁４ｘによって接続されている。

この従来の増設架構型の補強構造１ｘで補強している方向は、図１のＸ方向のみである。既存柱２ｘと補強柱３ｘとの間隔を（ａ）とし、補強架構に生じる水平力をＱ１とすると、補強梁４ｘには、Ｑ１×ａの偏心曲げモーメントに対応する引張力と圧縮力が作用する。この引張力と圧縮力を考慮した補強梁４ｘの合理的な形状の設計が求められている。

従来、補強梁４ｘは、補強柱３ｘ側のコーン破壊耐力で強度が決定されることが多かった。具体的には、補強梁４ｘの主筋４１ｘの既存柱側の端部は、既存柱２ｘに形成された孔に埋設されるが、主筋４１ｘ同士の間隔が狭いと、既存柱２ｘにコーン破壊が生じる。そのため、補強梁４ｘは、既存柱２ｘにコーン破壊が生じないように主筋４１ｘの間隔を考慮して梁せいが設計される。

一方で、従来、補強梁４ｘの梁せいは一定とされるため、補強梁４ｘは、補強柱３ｘ側の梁せいと既存柱２ｘ側の梁せいとが同様に設計される。補強柱３ｘ側の梁せいを既存柱２ｘ側の梁せいと同様に設計し、補強柱３ｘ側の端部を補強柱３ｘに接続した場合には、この接続構造に応じたせん断設計が必要となる。補強柱３ｘとの接続部は、引張力を補強柱３ｘに伝達できればよく、補強柱３ｘ側の梁せいは、本来、既存柱２ｘ側の梁せいよりも小さくすることができるものの、補強柱３ｘ側の梁せいを既存柱２ｘ側の梁せいと同様に設計した場合には、この梁せいに応じたせん断設計が必要となる。補強梁４ｘは、補強柱３ｘ側の断面積が大きいと、曲げ耐力が大きくなるため、曲げ耐力に応じたせん断設計が必要となる。その結果、過度な補強となってしまう。換言すると、補強梁４ｘは、補強柱３ｘ側の断面積を小さくすることができれば、曲げ耐力も小さくなり、曲げ耐力に応じたせん断設計が可能となる。その結果、過度の補強が不要となり、最適な補強が可能となる。

本発明は、上記の問題に鑑み、最適な補強を可能とする、増設架構型の補強構造の技術
を提供することを課題とする。

本発明では、上記課題を解決するため、補強柱側の補強梁の梁せいを既存柱側の補強梁の梁せいよりも小さくし、既存柱側よりも断面積が小さい補強柱側の補強梁の断面を通じて、補強梁に作用する引張力を補強柱に伝達できるよう鉄筋を配置することとした。

詳細には、本発明は、鉄筋コンクリートからなる、増設架構型の補強構造であって、垂直方向に延びる既存柱と、前記既存柱と間隔をあけて設けられた、垂直方向に延びる補強柱と、前記既存柱と前記補強柱とに接続された、水平方向に延びる補強梁と、を備え、前記補強梁は、前記補強柱との接続面の梁せいが、前記既存柱との接続面の梁せいよりも小さく、前記補強柱に貫通し、かつ、当該補強梁の内部に突部を有する第１鉄筋と、前記第１鉄筋との間で力を伝達する第２鉄筋であって、前記既存柱に貫通し、当該補強梁の内部に突部を有する第２鉄筋と、を含む、増設架構型の補強構造である。

本発明に係る増設架構型の補強構造では、第２鉄筋は、補強柱には貫通しないものの、第２鉄筋に作用した引張力は、補強柱に貫通する第１鉄筋に伝達される。具体的には、第２鉄筋に作用した引張力は、第２鉄筋の突部と第１鉄筋の突部との間のコンクリートを介して、第１鉄筋に伝達される。第１鉄筋と第２鉄筋が補強柱に貫通する場合、補強柱との接続面は、第１鉄筋と第２鉄筋を含む必要がある。これに対し、本発明に係る増設架構型の補強構造では、補強柱との接続面は、補強柱に貫通する第１鉄筋を含んでいればよい。換言すると、第２鉄筋に作用した引張力を補強柱に貫通する第１鉄筋に伝達させることで、補強柱との接続面を第１鉄筋の周囲に集約することができる。その結果、補強柱との接続面の梁せいを既存柱との接続面の梁せいよりも小さくすることができる。そのため、従来のように、既存柱との接続面の梁せいと補強柱との接続面の梁せいがとが同じである場合と比較して、本発明に係る増設架構型の補強構造では、既存柱との接続面の断面積が小さい。そのため、曲げ耐力も小さくなり、従来よりも小さい曲げ耐力に応じたせん断設計が可能となる。その結果、過度の補強が不要となり、最適な補強が可能となる。

ここで、前記第１鉄筋の突部と前記第２鉄筋の突部との間の補強梁のコンクリートに圧縮力が作用するように、前記第１鉄筋の突部は、前記第２鉄筋の突部に対して斜めに対向配置されるようにしてもよい。これにより、第２鉄筋に作用する引張力を効率よく第１鉄筋に伝達することができる。第１鉄筋の突部と第２鉄筋の突部は、プレート状とすることができる。第１鉄筋の突部と第２鉄筋の突部は、補強梁の外側よりも補強梁の内側の突出量を大きくなるようにしてもよい。これにより、第２鉄筋に作用する引張力をより効率よく第１鉄筋に伝達することができる。また、第１鉄筋の突部と第２鉄筋の突部は、複数設けてもよい。これにより、第２鉄筋に作用する引張力をより効率よく第１鉄筋に伝達することができる。

また、前記補強梁は、前記補強柱との接続面の梁せいが、前記第１鉄筋に対するコンクリートのかぶり厚に基づいて設計されることで、前記既存柱との接続面の梁せいよりも小さくしてもよい。これにより、補強柱との接続面の梁せいを最小限に設計することができる。その結果、過度の補強が不要となり、最適な補強が可能となる。

また、前記補強梁は、前記補強柱側に、前記補強柱との間に隙間を形成する段差部を有するようにしてもよい。これにより、補強柱との接続面の梁せいを最小限に設計することができる。その結果、過度の補強が不要となり、最適な補強が可能となる。補強柱との間に隙間を形成する段差部は、例えば、段差部の形状に対応する、ＥＰＳ（Ｅｘｐａｎｄｅｄ Ｐｏｌｙ−Ｓｔｙｒｅｎｅ）、換言すると発泡スチロール等の緩衝材を型枠に事前に組み込むことで形成することができる。

本発明によれば、最適な補強を可能とする、増設架構型の補強構造の技術を提供することができる。

図１は、従来の増設架構型の補強構造の平面図の一例を示す。 図２は、従来の増設架構型の補強構造について、補強と直交する方向から見た透視図の一例を示す。 図３は、実施形態に係る増設架構型の補強構造を有する建物の正面図を示す。 図４は、実施形態に係る増設架構型の補強構造を有する建物の側面図を示す。 図５は、実施形態に係る増設架構型の補強構造を示す。 図６は、変形例に係る増設架構型の補強構造を示す。 図７は、実施形態に係る増設架構型の補強構造の構築方法のフローを示す。

次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、一例として、建物を補強する補強柱と補強梁とが接続される仕口部の補強構造について説明する。以下の説明は例示であり、本発明は以下の内容に限定されるものではない。

＜補強構造＞
図３から図５に示すように、実施形態に係る増設架構型の補強構造１（以下、単に補強構造１ともいう）は、建物５（マンション）を補強する。この補強構造１は、補強柱３、補強梁４を備える。なお、補強構造１は、ブレースや制振装置を更に備える構成としてもよい。

補強柱３は、ＲＣ（Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ−Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）からなり、垂直方向に延びるＲＣの既存柱２と間隔をあけて、垂直方向に延びている。

補強梁４は、ＲＣからなり、水平方向に延び、一端が既存柱２に接続され、他端が補強柱３に接続されている。補強梁４は、補強柱３との接続面の梁せいｈ１が、既存柱２との接続面の梁せいｈ２よりも小さくなっている。また、補強梁４は、上段主鉄筋４１、第１主鉄筋４２、第２主鉄筋４３、せん断補強鉄筋４４を含む。

上段主鉄筋４１は、一方の端部が補強柱３に貫通し、他方の端部が既存柱２に貫通している。第１主鉄筋４２は、本発明の第１鉄筋に相当し、上段主鉄筋４１の近傍に位置し、一方の端部が補強柱３に貫通し、他方の端部に定着プレート６１が接続されている。第２主鉄筋４３は、本発明の第２鉄筋に相当し、一方の端部が既存柱２に貫通し、他方の端部に定着プレート６２が接続されている。せん断補強鉄筋４４は、環状であり、上段主鉄筋４１、第１主鉄筋４２、及び第２主鉄筋４３を拘束する。

既存柱２との接続面の梁せいｈ２は、上段主鉄筋４１及び下段にある第２主鉄筋４３の間隔と、上段主鉄筋４１、第１主鉄筋４２、及び第２主鉄筋４３の横方向（梁せいと直交する方向）のピッチ（間隔）に基づいて設計されている。一方、補強柱３との接続面の梁せいｈ１は、上段主鉄筋４１及びこれに隣接する第１主鉄筋４２の横方向のピッチに基づいて設計されている。そのため、補強柱３との接続面の梁せいｈ１が、既存柱２との接続面の梁せいｈ２よりも小さくなっている。また、補強梁４は、補強柱３側に、補強柱３との間に隙間を形成する段差部４５が形成されている。

第１主鉄筋の定着プレート６１と第２主鉄筋の定着プレート６２は、本発明の第１鉄筋の突部と第２鉄筋の突部に夫々相当する。第１主鉄筋の定着プレート６１と第２主鉄筋の定着プレート６２は、四角形のプレートからなる。第１主鉄筋の定着プレート６１と第２主鉄筋の定着プレート６２は、第１主鉄筋の定着プレート６１と第２主鉄筋の定着プレート６２との間の補強梁４のコンクリートに圧縮力（図４では、圧縮力を白塗りの矢印で示す）が作用するように、第１主鉄筋の定着プレート６１が、第２主鉄筋の定着プレート６２に対して斜めに対向配置されている。

ここで、図５は、変形例に係る増設架構型の補強構造を示す。変形例に係る増設架構型の補強構造１ａでは、第１主鉄筋の定着プレート６１ａと第２主鉄筋の定着プレート６２ａが、補強梁４の外側よりも補強梁４の内側の突出量が大きく形成されている。これにより、第２主鉄筋４３に作用する引張力（図４では、引張力を黒塗りの矢印で示す）をより効率よく第１主鉄筋４２に伝達することができる。

なお、第１主鉄筋の定着プレート６１と第２主鉄筋の定着プレート６２は、円形、三角形、五角形以上の多角形状としてもよい。また、第１主鉄筋の定着プレート６１と第２主鉄筋の定着プレート６２は、第１主鉄筋４２と第２主鉄筋４３の軸方向に間隔をあけて複数設けてもよい。また、定着プレートに代えて、突起や凹凸としてもよい。

＜＜補強構造の構築方法＞＞
図７は、実施形態に係る補強構造の構築方法のフローを示す。ステップＳ０１では、既存柱２に上段主鉄筋４１及び第２主鉄筋４３を接続するための孔が形成される（穿孔工程）。次に、ステップＳ０２では、補強柱３及び補強梁４の鉄筋が組み立てられる（鉄筋組立工程）。上段主鉄筋４１は、既存柱２側の端部が、既存柱２に形成された孔に挿入され、接着剤によって固定される。上段主鉄筋４１の補強柱３側の端部は、例えば折り曲げ加工され、補強柱３に接続される（以下、鉄筋の端部を折り曲げて、他の鉄筋と接続することを折り曲げ定着ともいう）。また、上段主鉄筋４１の補強柱３側の端部にプレートを接続し、補強柱３に接続してもよい（以下、鉄筋の端部にプレートを接続して、他の鉄筋と接続することをプレート定着ともいう）。第１主鉄筋４２は、例えば、補強柱側の端部が折り曲げ加工され、補強柱３に折り曲げ定着される。また、第１主鉄筋４２は、補強柱側の端部にプレートを接続し、プレート定着してもよい。第２主鉄筋４３は、既存柱２側の端部が、既存柱２に形成された孔に挿入され、接着剤によって固定される。上段主鉄筋４１、第１主鉄筋４２、及び第２主鉄筋４３は、複数のせん断補強鉄筋４４と結束線等により接続される。

次に、ステップＳ０３では、補強柱３及び補強梁４の型枠が組み立てられる（型枠組立工程）。次に、ステップＳ０４では、補強柱３及び補強梁４のコンクリートが打設される（コンクリート打設工程）。コンクリートの養生後、ステップＳ０５では、補強柱３及び補強梁４の型枠が解体される（型枠解体工程）。上記ステップ０１から０５の工程が適宜繰り返されることで、補強構造１が完成する。

＜＜作用効果＞＞
実施形態に係る補強構造１では、第２主鉄筋４３は、補強柱３には貫通しないものの、第２主鉄筋４３に作用した引張力が、補強柱３に定着する第１主鉄筋４２に伝達される。具体的には、第２主鉄筋４３に作用した引張力は、第２主鉄筋の定着プレート６２と第１主鉄筋の定着プレート６１との間のコンクリートを介して、第１主鉄筋４２に伝達される。第１主鉄筋４２と第２主鉄筋４３が補強柱３に定着する場合、補強梁４の補強柱３との接続面は、第２主鉄筋４３を含む必要がある（図２の従来技術参照）。これに対し、実施形態に係る補強構造１では、補強梁４の補強柱３との接続面は、補強柱３に定着する上段
主鉄筋４１及び第１主鉄筋４２の周囲とすることができる。換言すると、第２主鉄筋４３に作用した引張力を補強柱３に定着する第１主鉄筋４２に伝達させることで、補強梁４の補強柱３との接続面を上段主鉄筋４１と第１主鉄筋４２の周囲に集約することができる。その結果、補強柱３との接続面の梁せいｈ１を既存柱２との接続面の梁せいｈ２よりも小さくすることができる。そのため、従来のように、既存柱との接続面の梁せいと補強柱との接続面の梁せいがとが同じである場合と比較して、実施形態に係る補強構造１では、補強梁４の補強柱３との接続面の断面積が小さい。そのため、曲げ耐力も小さくなり、従来よりも小さい曲げ耐力に応じたせん断設計が可能となる。その結果、過度の補強が不要となり、最適な補強が可能となる。

また、実施形態に係る補強構造１では、第１主鉄筋の定着プレート６１と第２主鉄筋の定着プレート６２との間の補強梁４のコンクリートに圧縮力が作用するように、第１主鉄筋の定着プレート６１は、第２主鉄筋の定着プレート６２に対して斜めに対向配置されている。これにより、第２主鉄筋４３に作用する引張力を効率よく第１主鉄筋４２に伝達することができる。

また、補強梁４は、補強柱３との接続面の梁せいｈ１が、上段主鉄筋４１及び第１主鉄筋４２に対するコンクリートのかぶり厚に基づいて設計されている。また、補強梁４は、補強柱３側に、補強柱３との間に隙間を形成する段差部４５を有している。そのため、補強柱３との接続面の梁せいｈ１を最小限に設計することができる。その結果、過度の補強が不要となり、最適な補強が可能となる。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明に係る増設架構型の補強構造は、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能である。

１・・・建物
２・・・既存柱
３・・・補強柱
４・・・補強梁
４１・・・上段主鉄筋
４２・・・第１主鉄筋
４３・・・第２主鉄筋
４４・・・せん断補強鉄筋
４５・・・段差部
６１、６２・・・定着プレート

Claims (6)

1. 鉄筋コンクリートからなる、増設架構型の補強構造であって、
   垂直方向に延びる既存柱と、
   前記既存柱と間隔をあけて設けられた、垂直方向に延びる補強柱と、
   前記既存柱と前記補強柱とに接続された、水平方向に延びる補強梁と、を備え、
   前記補強梁は、前記補強柱との接続面の梁せいが、前記既存柱との接続面の梁せいよりも小さく、前記補強柱に貫通し、かつ、当該補強梁の内部に突部を有する第１鉄筋と、前記第１鉄筋との間で力を伝達する第２鉄筋であって、前記既存柱に貫通し、当該補強梁の内部に突部を有する第２鉄筋と、を含む、増設架構型の補強構造。
2. 前記補強梁は、前記補強柱との接続面の梁せいが、前記既存柱との接続面の梁せいよりも小さいことによって、前記既存柱との接続面の梁せいと前記補強柱との接続面の梁せいとが同じである場合と比較して小さな曲げ耐力に応じたせん断設計がなされる、請求項１に記載の増設架構型の補強構造。
3. 前記第１鉄筋の突部と前記第２鉄筋の突部との間の補強梁のコンクリートに圧縮力が作用するように、前記第１鉄筋の突部は、前記第２鉄筋の突部に対して斜めに対向配置される、請求項１又は２に記載の増設架構型の補強構造。
4. 前記補強梁は、前記補強柱との接続面の梁せいが、前記第１鉄筋に対するコンクリートのかぶり厚に基づいて設計されることで、前記既存柱との接続面の梁せいよりも小さい、請求項１から３の何れか１項に記載の増設架構型の補強構造。
5. 前記補強梁は、前記補強柱側に、前記補強柱との間に隙間を形成する段差部を有する、請求項１から４の何れか１項に記載の増設架構型の補強構造。
6. 前記第１鉄筋および前記第２鉄筋は、それぞれ、前記補強梁の軸方向に沿って配置される主鉄筋である、請求項１から５の何れか１項に記載の増設架構型の補強構造。

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