JP7178162B2

JP7178162B2 - Ｒｃ造・ｓｒｃ造における補強機構

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Publication number: JP7178162B2
Application number: JP2018150814A
Authority: JP
Inventors: 克彦今井
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2022-11-25
Anticipated expiration: 2038-08-09
Also published as: JP2020026638A

Description

本発明はＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構に係り、詳しくは例えば建築物・構築物を耐震補強もしくは構造物を後付け施工するにあたって、各々の外面に取り付けられる補強鉄骨の効果を高めるべく構造の一体性・力の伝達性改善の大幅な向上を期すようにした補強機構に関するものである。

例えばＲＣ造・ＳＲＣ造の建物を効率よく補強する方法として特開２００４－１６９５０４に開示された補強工法がある。この工法においては、既設の梁もしくは柱に対面するごとく図１０（ｂ）のようにＨ形鋼３１や溶接Ｈ形鋼のウェブ部３１Ｗを対面させ、躯体３２の外面及に直行するフランジ部３１Ｆとで囲繞し、この空間にモルタル３３Ｍを打って「間接接合部」３３を形成させている。言うまでもないが、この空間にはスタッドジベル３４やあと施工アンカー３５、さらには、スパイラルフープ３６などにより間接接合部としての強度を高める。ここで使用されるあと施工アンカー３５は、棒鋼である場合直径１９ｍｍの異形鉄筋であり、図１１のように何本も採用して、躯体３２から間接接合部３３に作用するせん断力を補強鉄骨３１に伝達することができるようにすべく曲げ剛性、せん断剛性を増強させている。ちなみに、この耐震補強工法によると、図１０（ａ）に示すように補強ブレースが必要でなく、遠目からすると何処に補強を施したかすら判別し難いほどすっきりとした建物に、「住人の居ながら施工」を可能にしつつ再生することができる。

言うまでもないが、躯体から間接接合部に作用する大きなせん断力を確実に補強鉄骨に伝達することができる接合部の剛強さを達成するため上記した異形鉄筋では、その配置間隔を短くしかつ本数を多くする必要がある。それでも曲げ剛性、せん断剛性のみならずコンクリート支圧面積を十分確保できるとは言いがたい。

ちなみに、接合部の剛性向上の一環として、補強鉄骨としての鋼棒とともに鋼管が採用される例も特開２００３－２３２０４６や特開２０１５－４８６１１において見られる。その適用例は、橋脚基礎部や木造住宅柱脚部の補強に対してのものであり、耐震補強構造に対するものは、まずもって見受けられない。それは、簡単にいえば、鋼管周囲に複雑な機構を形成しておき、過大荷重作用時の変形案内を達成しようとするものである。それゆえ、ＲＣ造・ＳＲＣ造の建物の剛性向上に寄与させようとするものでないし、ＲＣ造・ＳＲＣ造の建物への転用を可能にするものでもない。

特開２００４－１６９５０４特開２００３－２３２０４６特開２０１５－４８６１１

本発明は上記の問題に鑑みなされたもので、その目的とするところは、ＲＣ造・ＳＲＣ造の躯体に付設することが容易となり、通常のアンカーとしての棒鋼よりはるかに大きな曲げ剛性、せん断剛性に加えて大きなコンクリート支圧面積を確保できるようにし、躯体から間接接合部に作用する大きなせん断力を確実に補強鉄骨に伝達することができるようにしたＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構を提供することである。

補強鉄骨3が既存躯体２外面に固定されるＲＣ造・ＳＲＣ造であって、モルタル6充填の間接接合部7と既存梁４Ａの間にＰＣ板もしくはＡＬＣ板が外壁１２として躯体の外側に設置されている場合の補強機構に適用される。その特徴とするところは、図１を参照して、建物の既存梁４Ａのみにあけられた水平孔５に先端部４ａが挿入された肉厚／管外径が少なくとも０．１の厚肉管の厚肉鋼管シャーキー４が、その基端部４ｂを、補強鉄骨・既存躯体間に形成される間接接合部７に位置され、水平孔５にはその軸芯上およびその延長線上に棒体１０が配置され、外壁１２に開口された挿通孔１３を貫通した厚肉鋼管シャーキー４が、その両端部に設けた端板２６Ａ,２６Ｂの中央にあけられているガイド孔２６ａ, ２６ｂを介して棒体１０に沿うように既存躯体２に向けて移行して挿入深さを１５０ｍｍとして水平を保って設置され、挿通孔１３の内縁にはクッション材１４が配され、外壁１２との間に力の伝達が遮断されるようになっていることである。

他の発明は、補強鉄骨が躯体外面に固定されるＲＣ造・ＳＲＣ造であって、モルタル充填の間接接合部と既存梁の間にＰＣ板もしくはＡＬＣ板が外壁として躯体の外側に設置されていない場合の補強機構に、適用される。その特徴は、建物の既存梁４Ａのみにあけられた水平孔５に先端部４ａが挿入された肉厚／管外径が少なくとも０．１の厚肉管の厚肉鋼管シャーキー４が、その基端部４ｂを、補強鉄骨・既存躯体間に形成される間接接合部７に位置され、水平孔５にはその軸芯上およびその延長線上に棒体１０が配置され、厚肉鋼管シャーキー４がその両端部に設けた端板２６Ａ,２６Ｂの中央にあけられているガイド孔２６ａ,２６ｂを介して棒体１０に沿うように既存躯体２に向け移行して、挿入深さを１５０ｍｍとして水平を保って設置されていることである。

図４にあるように、鋼管シャーキー４の先端部周囲の隙間には、エポキシ樹脂１１が充填されている。

図５（ｂ）を参照して、鋼管シャーキーの先端部周囲の隙間にモルタル６が充填されてもよい。

図６のように、鋼管シャーキー４内には、モルタル６が充填されることがある。

本発明に係る厚肉鋼管シャーキーは、その先端部が既存躯体にあけられた水平孔に挿入され、その基端部が補強鉄骨・既存躯体間に形成されるモルタル充填間接接合部に挿入深さを１５０ｍｍとして水平を保って設置されるので、鋼管シャーキーの前後端を含む全長のアライメントを容易にとることができる。これは、鋼管シャーキーの先端部が既存躯体にあけられた水平孔に挿入されることによるが、水平孔の軸芯上およびその延長線上に配置された棒体によるところも大きく、厚肉鋼管シャーキーの両端部に設けた端板中央にあけられたガイド孔を介して棒体に案内されるようにして、既存躯体に向け移行して厚肉鋼管シャーキーが水平を保って配置することができる。したがって。鋼管シャーキーの姿勢は安定がとられ、工事に支障の出ることはなく、工事量の迅速化が図られるこのようなことより、補強鉄骨に対して直角に伸びる姿勢でＲＣ造・ＳＲＣ造の躯体に設置することが容易となり、厚肉鋼管キーは通常のアンカーとしての棒鋼よりはるかに大きな曲げ剛性、せん断剛性に加えて大きなコンクリート支圧面積を確保できるようになる。躯体から間接接合部に作用する大きなせん断力を確実に補強鉄骨に伝達することができる。それゆえ、補強のための投入資材点数の大幅な削減と、そのための工事量や工事時間の節減は目覚しいものがある。棒体１０に鋼管シャーキー両端面の蓋部材にあけた穴をガイドに鋼管シャーキーを挿入するので水平孔による支持が得られるように適宜の深さ１５０ｍｍとしておけば、鋼管シャーキーの姿勢は安定がとられ、工事に支障の出ることはなく、工事量の迅速化が図られる。

モルタル充填間接接合部と既存梁との間にＰＣ板もしくはＡＬＣ板が外壁として躯体の外側に設置されている場合、その外壁にも鋼管シャーキーのための挿通孔が開口されるから、鋼管シャーキーのアライメントが全長にわり確保される。挿通孔内縁にクッション材が配されるから、外壁板との間に力の伝達がなされないようになり、間接接合部に作用する大きなせん断力を外壁に及ぼすことなく確実に補強鉄骨に伝達することができる。

鋼管シャーキーは、肉厚／管外径が０．１以上の厚肉管としているので、市販の規定品を使用でき、鋼棒を使用する場合と同等かそれ以下の鉄材消費で済ますことができる。

モルタル充填の間接接合部と既存梁の間にＰＣ板もしくはＡＬＣ板が外壁として躯体の外側に設置されていない場合における補強鉄骨が既存躯体外面に固定されるＲＣ造・ＳＲＣ造補強機構においても、鋼管シャーキーの前後端を含む全長のアライメントを容易にとることができる。鋼管シャーキーの姿勢は安定がとられ、工事に支障の出ることはなく、工事量の迅速化が図られるこのようなことより、補強鉄骨に対して直角に伸びる姿勢でＲＣ造・ＳＲＣ造の躯体に設置することが容易となり、厚肉鋼管キーは通常のアンカーとしての棒鋼よりはるかに大きな曲げ剛性、せん断剛性に加えて大きなコンクリート支圧面積を確保できるようになる。躯体から間接接合部に作用する大きなせん断力を確実に補強鉄骨に伝達することができる。それゆえ、補強のための投入資材点数の大幅な削減と、そのための工事量や工事時間の節減は目覚しいものがある。この鋼管シャーキーによる補強は、集合住宅学校等の建物さらには橋脚設置の工事用後付け基礎といった構造物にも適用できる。

鋼管シャーキーの先端部周囲の隙間がエポキシ樹脂で充填されるようにされているなら、鋼管シャーキーの姿勢安定は早まり工事量や工事時間の節減が図かられやすい。

鋼管シャーキーの先端部周囲の隙間がモルタルで充填されるようにされている場合も、鋼管シャーキーの姿勢安定は高まり工事量や工事時間の節減が図かられる。

鋼管シャーキー内に、モルタルが充填されるようにしておくから、鋼管シャーキーの内面まで防錆が図られるだけでなく、鋼管シャーキーのイナーシャの増大化もなされる。

本発明に係るＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構が適用された間接接合部およびその周囲の建築要素構造図。鋼管シャーキーの一例の断面図および平面図や側面図。既設梁に対面して補強鉄骨を水平に配置された場合の鋼管シャーキーの採用部位を示す正面図、およびＰＣ板外壁がある場合の鋼管シャーキーの採用部位を示す平面図。水平孔にエポキシ樹脂を充填させた場合の機構であって、注入パイプの設置例を含んだ構成図。鋼管シャーキー設置の他例図。鋼管シャーキーの内部および水平孔にモルタルを充満させた例の構造図。さらなる他例図。橋脚とその上の橋桁の全体図および地震により桁の動きを表した橋脚図。ジャッキ台や桁の摺動可能台（スライダブルサポート）を事後的に橋脚に取り付けた構造体の拡大図。先行技術における補強された建物および間接接合部の平面図。間接接合部におけるアンカー設置の一例図。

以下に、本発明に係るＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構を、その実施の形態を表した図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本機構が適用された構造の要部断面図で、集合住宅のベランダ１の下方における部位が示されている。既存構造物２とその前面に配置された補強鉄骨３とを一体化している図中の間接接合部７にあって、そこには、通常の採用される「あと施工アンカー」としての棒鋼よりはるかに大きな曲げ剛性、せん断剛性さらには大きなコンクリート支圧面積を確保する厚肉鋼管シャーキー４が配置され、構造的には耐震補強機構の主部をなしている。

詳しく述べると、既存躯体の梁４Ａにあけられた水平孔５に先端部４ａが挿入された厚肉鋼管シャーキー４が、その基端部４ｂを、前記補強鉄骨・既存躯体間に形成されるモルタル６が充填される間接接合部７に位置されている。言うまでもなくＨ形鋼３や溶接Ｈ形鋼の補強鉄骨が躯体外面に固定され、ＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構を構成する。ちなみに、間接接合部７へはモルタル６が打設されるが、このためには、スタッドジベル８やスパイラルフープ９などにより接合強度を高める処置をした後に図示しない型枠が設置され、例えば流動性が高く無収縮性の高いモルタルが打設される。

まず鋼管シャーキー４は、図２（ａ）に示されるように、肉厚／管外径が０．１以上の厚肉管が採用される。なお。これより薄いと所望の剛性が得られにくいことが多いが、肉厚／管外径が０．１以上としておくことがよく、これは容易に入手でき、市販の規格品で賄える。たとえば鋼管外形は１０５ｍｍのもので十分である。その肉厚は１０．５～２０ｍｍである。ところで、前記したように、鋼管シャーキーの先端部は既存躯体にあけられた水平孔５に挿入される。その孔径は１１５ｍｍとされていて、深さは１６０ｍｍ程度確保される、挿入深さを１５０ｍｍとしておけば、鋼管シャーキーは、先に設置した棒体をガイドにして両端面の蓋部材２６Ａ,２６Ｂにあけた穴２６a,２６ｂにより鋼管シャーキー先端部外側と孔径１１５ｍｍとのアライメントは、確保できる。なお、ここでいう棒体は脚の長いボルト、特に大きな張力に耐えるボルトやＰＣ鋼棒としておけば、図５（ａ）のごとくナット掛けすることもできる。２７は鋼管シャーキーの過剰進入阻止およびエポキシ樹脂漏れ止パッキンのバックアップを兼ねたリングである。この図にある他の符号箇所は後述する例において説明する。なお、図１、図４ないし図７においては蓋部材２６Ｂやそのガイド穴２６ｂは割愛されているが、図２のとおりである。

図３に示すごとく、この鋼管シャーキー４は数十センチ間隔で水平に配置しておけば十分であり、これは先に示した図１０（ｂ）や図１１の場合の棒鋼３５による「あと施工アンカー」よりは格段に少ない本数となっている。なお。図中の符号の４Ａ，４Ｂは既設の梁柱、３Ａ，３Ｂは補強の梁柱である

このように、厚肉鋼管シャーキー４は、図１にあるように、ボルトなどの棒体１０をガイドにしてその先端部４ａが既存の躯体にあけられた水平孔５に挿入され。その基端部４ｂが補強鉄骨・既存躯体間に形成されるモルタル充填間接接合部７内に位置されるので、鋼管シャーキー４の前後端を含む全長のアライメントを容易にとることができる。これは、
鋼管シャーキーの先端部が既存躯体にあけられた水平孔に挿入されることによるが、水平孔の軸芯上およびその延長線上に配置された棒体によるところも大きく、両端部に設けてられたガイド孔が棒体に案内され、厚肉鋼管シャーキーは既存躯体に向け移行してこの厚肉鋼管シャーキーを水平に保って配置することができる。したがって。鋼管シャーキーの姿勢は安定がとられ、工事に支障の出ることはなく、工事量の迅速化が図られる。したがって、補強鉄骨３に対して直角に伸びる姿勢でＲＣ造・ＳＲＣ造の躯体に設置することが容易となり、厚肉鋼管キーは通常のアンカーとしての棒鋼よりはるかに大きな曲げ剛性、せん断剛性に加えて大きなコンクリート支圧面積を確保できるようになる。躯体の梁４Ａから間接接合部７に作用する大きなせん断力を確実に補強鉄骨に伝達することができる。ちなみに、一般工法でよく使用される直径１９ｍｍの異形鉄筋１０本程度以上に相当するアンカー効果が外径１０５ｍｍ肉厚２０ｍｍの鋼管シャーキー1本で発揮されることが確認されている。それゆえ、補強のための投入資材点数の大幅な削減と、そのための工事量や工事時間の節減は目覚しいものがある。この鋼管シャーキー４による補強は、集合住宅学校等の建物さらには橋脚設置の工事用後付け基礎といった構造物（後述する図８以降に、具体的には、橋桁ずれ修正用ジャッキ設置台として、桁ずれ修正用スライド支持台２５の設置用として）にも適用できる。

ちなみに、鋼管シャーキー４の先端部が既存躯体にあけられた水平孔５に挿入されるが、水平孔５によるアライメントが得られるように棒体１０をガイドにすれば、鋼管シャーキー４の姿勢は安定がとられ、工事に支障の出ることはなく、工事量の迅速化が図られる。図１では、鋼管シャーキー４の芯には両端ネジ付きボルト１０を配置している。ボルト１０は、予め鋼管シャーキー４の軸に沿って配置し、鋼管シャーキー４Ａ内でネジ部をあと施工アンカーのように樹脂で固定するか、あるいは既存梁４Ａを貫通して室内側で固定するものとしてもよい(図５（a）を参照)。アライメントをとることと樹脂が固まるまでの仮固定するうえで重要な働きをする。

次に、図４は、先端部周囲の必要最小限の隙間（小さい方が耐力が大きい）にエポキシ樹脂１１を充填しておいた例である。その水平姿勢は確実に固定され、間接接合部７への以後のモルタル打設も円滑になされる。ちなみに、水平孔５は深いに越したことはないが、深過ぎると穿孔が容易でなくなる。上記のように、エポキシ樹脂を充填しておくなら、鋼管シャーキー４の姿勢安定は早まり工事量や工事時間の節減が図られやすい。なお、そのエポキシ樹脂の充填経路は後述する。

次に、建物でも少し形態の異なるものへの適用例について述べる。それは、モルタル充填間接接合部７と既存梁４Ａの間にＰＣ板もしくはＡＬＣ板が外壁１２として躯体の外側に設置されている図５のような場合である（図４の場合もそうであったが）。この場合は、その外壁１２にも前記厚肉鋼管シャーキー４のための挿通孔１３が開口される。その挿通孔内縁にはクッション材１４が配される。このように、モルタル充填間接接合部７と既存梁４Ａとの間にＰＣ板もしくはＡＬＣ板が外壁として躯体の外側に設置されている場合には、その外壁にも鋼管シャーキー４のための挿通孔１３が開口されるから、鋼管シャーキー４の設置が可能で、アライメントが全長にわたり確保される。挿通孔内縁にクッション材１４が配されるから、外壁板１２との間に力の伝達がなされないようになり、間接接合部７に作用する大きなせん断力を外壁に及ぼすことなく確実に補強鉄骨３に伝達することができる。

図６はＰＣ板もしくはＡＬＣ板の外壁１２を備える場合のベランダ１の直下、もしくは図５（ｂ）のベランダがない場合もしくはベランダから外れた箇所の鋼管シャーキー４の設置位置での断面を示している。これらの図の幾つかにはエポキシ樹脂注入パイプ１１Ｐの取り付け位置やその形態さらにはエア抜きパイプ１６も示されている。

ところで、鋼管シャーキーは、図２の穴１９があいている場合には、図５（ａ）や図７のごとく、内部にモルタル７を充填することができる。さらには図７のように鋼管シャーキー４内に、モルタルが充填されるようにしておけば、鋼管シャーキーの内面までアルカリ性を呈するモルタルにより防錆が図られるだけでなく、鋼管シャーキーのイナーシャの増大化もなされ、間接接合部７のモルタル充填作業でもって一連の充填操作がなされる。鋼管シャーキーの先端部周囲への充填もモルタルの性状によっては、自然流下または圧入で不可能なことではない。この場合、図５に示した樹脂注入パイプ１１Ｐと同様モルタル注入パイプ６Ｐとエア抜きパイプ１６が使用される。

ちなみに、鋼管シャーキー内および先端部周囲の隙間に、モルタルを充填するようにすれば、鋼管シャーキーの内面までモルタルにより防錆が図られるだけでなく、鋼管シャーキーのイナーシャの増大化もなされ、間接接合部７の剛性の向上にも寄与する。鋼管シャーキー内には、鋼管シャーキーの先端部周囲の隙間にエポキシ樹脂を充填して固定された以後に、モルタルが充填されるようにしておくなら、鋼管シャーキーの内面までモルタルにより防錆が図られるだけでなく、鋼管シャーキーのイナーシャの増大化もなされ、間接接合部の剛性の向上にも寄与する。

以上述べたことから、本発明による補強は、集合住宅学校等の建物に限らず、図９に示す橋脚設置の工事用後付け基礎といった構造物に適用することができる。具体的には、図８（ａ）,（ｂ）さらには図９にあるような「あと付け構築物」２２に対してである。それは、橋桁ずれ修正用ジャッキ設置台２４や、桁ずれ修正用スライド支持台２５の設置用としても使用することができる。

２：既存構造物、３補強鉄骨（Ｈ形鋼）、３Ａ：補強梁、３Ｂ：補強柱、４Ａ：既存躯体の梁、４Ｂ：既存柱、４：厚肉鋼管シャーキー、４a：先端部、４ｂ：基端部、５：水平孔、６：間接接合部モルタル、７：間接接合部、１０：棒体（ボルト）、１１：エポキシ樹脂、１２：外壁、１３：挿通孔、１４：クッション材、２２：あと付け構築物。２６Ａ,２６Ｂ：端板（蓋部材）、２６a,２６b:ガイド穴。

Claims

補強鉄骨が既存躯体外面に固定されるＲＣ造・ＳＲＣ造であって、モルタル充填の間接接合部と既存梁の間にＰＣ板もしくはＡＬＣ板が外壁として躯体の外側に設置されている場合の補強機構において、建物の前記既存梁のみにあけられた水平孔に先端部が挿入された肉厚／管外径が少なくとも０．１の厚肉管の厚肉鋼管シャーキーが、その基端部を、前記補強鉄骨・既存躯体間に形成される前記間接接合部に位置され、前記水平孔にはその軸芯上およびその延長線上に棒体が配置され、前記外壁に開口された挿通孔を貫通した前記厚肉鋼管シャーキーが、その両端部に設けた端板中央にあけられているガイド孔を介して前記棒体に沿うように既存躯体に向けて移行して挿入深さを１５０ｍｍとして水平を保って設置され、前記挿通孔の内縁にはクッション材が配され、前記外壁との間に力の伝達が遮断されるようになっていることを特徴とするＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構。
補強鉄骨が既存躯体外面に固定されるＲＣ造・ＳＲＣ造であって、モルタル充填の間接接合部と既存梁の間にＰＣ板もしくはＡＬＣ板が外壁として躯体の外側に設置されていない場合における補強機構において、建物の前記既存梁のみにあけられた水平孔に先端部が挿入された肉厚／管外径が少なくとも０．１の厚肉管の厚肉鋼管シャーキーが、その基端部を、前記補強鉄骨・既存躯体間に形成される前記間接接合部に位置され、前記水平孔にはその軸芯上およびその延長線上に棒体が配置され、前記厚肉鋼管シャーキーが、その両端部に設けた端板中央にあけられているガイド孔を介して前記棒体に沿うように既存躯体に向けて移行して挿入深さを１５０ｍｍとして水平を保って設置されていることを特徴とするＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構。
前記鋼管シャーキーの先端部周囲の隙間にエポキシ樹脂が充填されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構。
前記鋼管シャーキーの先端部周囲の隙間にモルタルが充填されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構。
前記鋼管シャーキー内には、モルタルが充填されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載されたＲＣ造・ＳＲＣ造における補強機構。