JP7313598B1 - 伝統的構法木造建築物の耐震補強・免震構造:工法 - Google Patents
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Abstract
Description
伝統木造建築物等寺院の現地調査51箇寺を実施し、土間床・壁の亀裂・軸組の変位・変形・葺瓦面の歪み等の図1で示す不具合を窺わせる本堂の多くに、次の共通点が確認された。立地:河川流域、構造:石場建ての二点。立地:河川流域の地質ボーリング調査図、図17~図19が示す建物地盤面から深さ5~6M前後地点まではN値=3~4の軟弱地盤で、深さ6~10M間に支持層を確認、N値=6~44前後である。現行建築基準法でN値=3~4軟弱地盤の立地に木造二建て住宅を新築の場合、基礎及び土台下部に鋼管杭打設もしくは地盤改良、状況により耐圧盤基礎の設置等対応が審査機関より求められる場合もある。
伝統木造建築物の主要構造である軸組柱及び床束等の脚部基礎構造は全て石場建てと呼ばれ、石場=礎石で上部建築構造体荷重は礎石に伝播される。礎石の材質・形状は天然石を使用し外径は概ね、軸組柱の太さの2~3倍前後で、礎石の下部地業に栗石ないし割栗石を使用。
本発明は、伝統木造建築物の現状が石場建て+軟弱地盤で耐震構造欠陥建築物を改善する、耐震・免震構法を提供することを目的とする。
従前、(伝統木造建築物)に係わる耐震補強工事の概要が、文化庁『重要文化財(建造物)耐震診断・耐震補強の手引き」改訂版 事例集・平成29年3月』で、二箇寺の(工事詳細)が述べられ、
R寺:桁行5間×梁間5間. 半解体修理・(工期:56カ月)
S寺:桁行16.5間×梁間11.5間.半解体修理・(工期:72カ月)
上記、二箇寺は「半解体:小屋+屋根も含む」で修理施工されており、長期間に亘り本堂での宗教行為等は[一切不可能]と思慮される。
既述、(支持地盤面の地質)は、(軟弱地盤)である。前述[基礎複合体]の(不動沈下)を(鋼管杭圧入)で対応したが、[基礎複合体]の接地面は平滑で、(地震力・風圧等の水平応力)に対応すべく、(耐圧盤基礎:裏面)の(外周部)及び(格子状)に(ワッフル梁)29を設ける。(石場建て軸組柱脚構造部)及び(床束脚構造部)等の(同部型枠):9a,9b,9c,9d及び(鋼管杭圧入孔)の型枠27、等を示す。
[基礎複合体]コンクリート打設時、(足固め:打込みアンカーボルト)26が、(足固め)22固定部材として同時打込み施工される。(杭頭部確保筒)30は、(鋼管杭12)圧入施工完了後、杭頭部に装着され上部に、(開孔部補強筋)28施工後コンクリート打設密閉封鎖される。(杭頭部確保筒)の設置は大規模地震発生に際し(伝統木造建築物)+(耐圧盤基礎)の変位発生に追従し概ね20cm変位後、地震収束時の[杭頭:踏み外し]を皆無とすることを可能とした、新規の「耐震・免震構法」に関わる発明である。
図中[拡大図]は(杭頭部確保筒)を杭頭部装着完了後仝上開口部、に(開孔部補強筋)を施工・コンクリート打設後の断面詳細図。(杭頭部確保筒)の平常時を示し内部に鋼管杭が概ね400mm挿入状態で大規模地震発生に際し20cm水平変位が発生した場合、長さ5~6Mの鋼管杭頭頂部の垂直方向の変位量は、20/500~600≒0.80~0.96cmで概ね400mm挿入状態を維持し(杭頭確保筒)に何等支障無く(杭機能持続確保)。
既述本堂のコア構造部分に、(外陣柱18)及び(大引丸太:大15a)、(主要軸組構造5)で構成され、これ等の支持部材:(床束13a,13b,13c)を含め全ての柱脚構造は(石場建て)で、束基礎も全て(石場建て構造)である。
例えば、(向拝柱17)の柱脚周囲(境内地盤面2)を掘削し(ボイド管φ600:9b)の上端を[耐圧盤基礎・計画上面]に合わせ(型枠)を先行設置・埋設し、枠内礎石接地地盤面を平滑に締付ける。同様に(外陣柱18)、(結界柱19)、(内陣柱20a)、(内陣柱20b)、(内陣柱20c)、(軸組柱21a)に(φ600ボイド管9b)、(軸組柱21b)、(軸組柱21c)、(軸組柱21d)に(9cφ300ボイド管9c)、及び(床束13a)、(床束13b)、(床束13c)に(φ300ボイド管9c)を設置・埋設し、同様に[耐圧盤基礎・計画外端]、及び(ワッフル梁29)[計画内端]に合わせ(止枠t12型枠耐水合板9d)を先行設置・埋設する。
(掘削工事)完了後、(ワッフル梁29)部の(構造梁:配筋)が先行着手され、継続して[耐圧盤基礎]の平面部:[モチアミ二重配筋]が施工され、全ての(石場建て)部、(礎石)周囲に:[開口補強筋28]が(ダイア状)に施工される。施工段階で、(礎石)下部に[補強筋]の挿入可能な箇所は積極的に対応する。尚、今後の各種工事に対応可能とする、[耐圧盤基礎]の全面に適宜(多目的打込み・アンカー筋32)を施工する。[基礎複合体]の[モチアミ二重配筋][石場建て:開口補強筋図][耐圧盤配筋断面]で図示の(ワッフル梁・梁配筋29)へ(基礎配筋ダブル筋24b)が定着施工され、ワッフル梁配筋:形態が完成し、継続して[石場建て:開口補強筋]が(礎石6b~6e)周囲に(ダイア状)に施工され、その際(礎石)下部の(割栗石7)部と(礎石6b~6e)の「構造一体性」が健全と判断された場合、(割栗石7)部の下部に(石場建て開口補強筋24a)追加施工を積極的に行うことを可能とする。[基礎複合体]の「鋼管杭圧入手順説明」断面詳細図。
及び[基礎複合体]の[鋼管杭]・地中圧入:工程概要図。
[鋼管杭]地中圧入施工に必須:(治具専用架台31)の[耐圧盤基礎]への設置・固定用(打込アンカーボルトφ15.34)打込み、(治具専用架台)を鋼管杭圧入孔▲2▼上部に固定する。屋外より屋内に搬入された鋼管▲1▼を(治具専用架台)▲2▼の上方から人力挿入、(治具:圧入機)に緊結・圧入起動し、一本目の杭が頭部を残し地中圧入後、二本目の杭を溶接合し地中圧入を再開し(治具:圧入機)の抵抗値より、[杭の支持層到達]を確認後・残余杭部分を切除し、地中圧入は終了。(治具専用架台)は次の鋼管杭圧入孔▲3▼に移設され、二本目の杭頭部を電動サンダーで研磨・整備後、(杭頭部確保筒)を装着し、開口部補強筋を曲げ伸ばし(杭頭部確保筒)の頂部を格子状に覆い、完了後(鋼管杭圧入孔)を生コンクリートで充填する。以降同一繰返し手順で(56本の鋼管杭群)が形成・[基礎複合体]成立。この作業により(柱脚部基礎:石場建て構造)に係わる(伝統木造建築物)への、地震・台風等に拠る全応力は[基礎複合体]に伝達される。
[A]葺瓦乱れ・小屋変形
山門前、参道よりの本堂全景を示す。入母屋造・桟葺き瓦、軒~棟への(葺上げ線)が[左右に曲折]し、屋根中央部に(歪)が確認され、状況から(小屋組横架材)の変位・変形が想定され、主要軸組構造に(沈下変位)発生、主原因は軸組柱の(柱脚:石場建て構造)にある。
[B]床束構造部分
外陣、(大引・大16a)の(床束13b)及び(礎石6c)に拠る(石場建て構造)で(礎石)は天然石を平板状に加工し施工、(伝統木造建築物)の(水平変位)に因り「踏み外し寸前」を示している。 {足固め無}
[C]柱脚部構造部分
内陣床構造(大引・中16b)、(軸組柱6c)及び(礎石6c)に拠る(石場建て構造)で(柱軸組:270角)、(礎石)は天然石を平板状に(小たたき仕上)加工し施工、粗面であるが、(伝統木造建築)の(水平変位)に因り「踏み外し寸前の状態」を示している。 {足固め無}
[D]礎石踏外し
回廊隅部:床下構造(軸組柱150・21a)、(礎石6c)及び(礎石6c)の状況は、長年(石場建て構造)以外の(伝統木造建築)の多数の調査記録では初確認の構造である。軸組柱:(礎石)の下に(礎石)、二段状態で、写真奥:一間(1.818m)先の(礎石)も同様に(二段礎石)、(伝統木造建築)の(水平変位)に因り、二段目の軸組柱:(礎石)が写真左側に(水平変位)したものと推認される。
[E]礎石沈下
内陣床構造(内陣柱・300角20a)及び(礎石6b)に拠る(石場建て構造)で、(礎石)は天然石を平板状に(小たたき仕上)加工し施工、(礎石)と(内陣柱)との間に、木板が二枚敷かれている、他の軸組柱に一枚敷も確認、目視段階では断定は出来ないが、建立・落慶後今日までに「不同沈下箇所等修正」が実施され、(木板が二枚)が挿入されたものと推認される。(軟弱地盤+石場建て)が主原因で、外因として{足固め無}の構造も一因と言えよう。
[F]大震災修復
現地調査(51箇寺)に際し、多くの(関東大震災修復現場)に遭遇し、その修復状況に、二点の[工法的共通点]が確認された。第一点は外壁面の(仮大筋交)、第二点は(床下:床組筋交)に係わるものである。(床組筋交)施工の際(内陣柱:大引き材部)~(軸組柱:柱脚部礎石)間の(丸太材のタスキ架け下端)が(柱脚下端部)に(集中応力)として働き、大規模地震に際し(伝統木造建築物1)の構造上一体水平変位)形態に反し(礎石踏み外し)を敢えて誘発する工法・施工である。
1 (伝統木造建築物) 2 建物地盤面
3 N値(地耐力) 4 軟弱地盤
5 主要軸組構造 6a 礎石
6b 礎石 6c 礎石
6d 礎石 6e 礎石
7 割栗石 8 床付砕石
9a 型枠:φ900-ボイド管 9b 型枠:φ600-ボイド管
9c 型枠:φ300-ボイド管
9d 止枠:t12型枠耐水合板 10 耐圧盤基礎
11 桔木(はねぎ) 12 鋼管杭
13a 床束 13b 床束
13c 床束 14 根搦貫
15a 大引丸太:大 15b 大引丸太:中
16a 大引:大 16b 大引:中
17 向拝柱 18 外陣柱
19 結界柱 20a 内陣柱
20b 内陣柱 20c 内陣柱
21a 軸組柱 21b 軸組柱
21c 軸組柱 22 足固め
23 枕石 24a 石場建て:開口補強鉄筋
24b 基礎配筋:ダブル配筋 25 耐圧盤基礎:コンクリート躯体
26 足固め:打込みアンカーボルト 27 鋼管杭圧入孔
28 (開孔部補強筋) 29 ワッフル梁
30 (杭頭部確保筒) 31 (治具専用架台)
32 多目的打込アンカー筋 33 基礎:雨水止立上
34 打込コンクリートアンカーφ15 35 硝子障子引違建具
36 コア構造 37 雇臍(やといほぞ)
Claims (3)
- 伝統木造建築物の支持地盤は、N値=3~4の軟弱地盤であって、柱脚部基礎構造で、礎石が直接建物地盤面に配置された石場建て構造の伝統木造建築物において、石場建て構造の礎石を支持する建物地盤面を、構造耐力を有する鉄筋コンクリート構造耐圧盤に置換し、置換工事中、前記伝統木造建築物及び石場建て構造を含め全て現状維持状態で、上記工事を実施し、耐圧盤基礎の裏面をワッフル梁形状の耐圧盤ワッフル梁構造とし、凹部に取り込まれた軟弱地盤の粘性抵抗に拠り水平変位を抑制する免震効果を特徴とする、伝統木造建築物の耐震・免震工法。
- 耐圧盤ワッフル梁構造の直下に、支持地層まで後打ち鋼管杭圧入工事の施工を、屋内で人力施工することを特徴とする請求項1記載の伝統木造建築物の耐震・免震工法。
- 耐圧盤ワッフル梁構造に包含された、56本の鋼管杭と軟弱地盤が発震に呼応してフリクション効果が動作し、大規模地震時に発生する地震の水平応力による滑走変位を軽減することを特徴とする、請求項1又は2に記載の伝統木造建築物の耐震・免震工法。
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