JP2016089610A

JP2016089610A - 既設柱の補強構造および補強工法

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Publication number: JP2016089610A
Application number: JP2015152183A
Authority: JP
Inventors: 亮太笠倉; Ryota Kasakura; 伊藤　正憲; Masanori Ito; 正憲伊藤; 聡前原; Satoshi Maehara; 俊之黒岩; Toshiyuki Kuroiwa; 昌義三輪; Masayoshi Miwa; 鈴木　将充; Masamitsu Suzuki; 将充鈴木; 青木　大; Masaru Aoki; 大青木; 英俊杉本; Hidetoshi Sugimoto; 祥太三好
Original assignee: Hokukon Co Ltd; Tokyu Construction Co Ltd
Current assignee: Hokukon Co Ltd; Tokyu Construction Co Ltd
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2016-05-23
Anticipated expiration: 2035-07-31
Also published as: JP6553442B2

Abstract

【課題】高強度、高靱性を有するコンクリートパネルを用いた既存柱の補強構造を提供する。【解決手段】既存の柱の表面と所定の間隔を設けて位置し、前記柱を平面視矩形に包囲する４枚の高強度高靱性のコンクリートパネルと、前記柱の各角に対応して配置し、隣接する２枚の前記コンクリートパネルを連結する、断面Ｌ字状の組立鋼材と、前記コンクリートパネルで包囲した空間に充填する充填材と、からなり、前記コンクリートパネルは、前記柱に沿って高さ方向に積層しており、上下に位置する前記コンクリートパネルを連結する、平板状の接続鋼材を有し、前記コンクリートパネル、前記組立鋼材および前記接続鋼材は、ボルト状の固定具により連結する、既存柱の補強構造。【選択図】図１

Description

本発明は、既設柱の補強構造および補強工法に関し、特に、高強度、高靱性を有するコンクリートパネルを用いた補強構造および補強工法に関する。

１９９５年１月の兵庫県南部地震によって、鉄筋コンクリート構造の柱に多くの損傷が見られて以後、既設柱において、耐震性能を向上させる補強が多く行われている。
このような既設柱の補強工法としては、以下のような工法がある。
＜１＞既設柱の周りに鋼板を配置し、既設柱と鋼板との間にモルタルや砂を充填する、鋼板巻立て工法
＜２＞既設柱を表面処理した後、既設柱の周りに鉄筋を配置し、型枠を建て込んでコンクリートを打設する、コンクリート巻立て工法
＜３＞既設柱にエポキシ樹脂等で連続繊維シートを巻きたてる、繊維巻立て工法
＜４＞既設柱の周りに帯鉄筋を配置し、吹付けモルタルを施工する、モルタル吹付け工法
＜５＞プレキャスト型枠を設置し、既設柱とプレキャスト型枠との間にモルタルを充填する、プレキャスト型枠を用いた補強工法

特許第４９９２４７９号公報

前記した従来の補強工法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞鋼板巻立て工法は、鋼板の設置に揚重機が必要であり、また、鋼板の接合に溶接が必要である。
＜２＞コンクリート巻立て工法は、鉄筋の組み立てや型枠の建て込みに重機が必要である。また、かぶりを確保するために、補強構造の断面増厚量が大きくなる。また、コンクリートが現場打設のため、乾燥収縮等により構造の表面にひび割れが発生するおそれがある。
＜３＞繊維巻立て工法は、連続繊維シートを複数層、既存柱に巻きたてるため、熟練工が必要であり、また、施工手間が増える。
＜４＞モルタル吹付け工法は、モルタル吹付けの為に面積２０ｍ^２程度のプラントが必要となる。また、モルタルが現場打設のため、乾燥収縮等により構造の表面にひび割れが発生するおそれがある。
＜５＞プレキャスト型枠を用いた補強工法は、モルタル充填時にプレキャスト型枠を支保工により支持する必要がある。
＜６＞プレキャスト型枠は略コ字状に形成されているため、使用できる既存柱の寸法が限定される。
＜７＞鋼板巻立て工法およびプレキャスト型枠を用いた補強工法は、鋼板やプレキャスト型枠が単品生産となるため、製作に時間がかかる。

上記課題を解決するためになされた本願の第１発明は、既存の柱の表面と所定の間隔を設けて位置し、前記柱を平面視矩形に包囲する４枚のコンクリートパネルと、前記柱の各角に対応して配置し、隣接する２枚の前記コンクリートパネルを連結する、断面Ｌ字状の組立鋼材と、前記コンクリートパネルで包囲した空間に充填する充填材と、からなり、前記コンクリートパネルは、前記柱に沿って高さ方向に積層しており、上下に位置する前記コンクリートパネルを連結する、平板状の接続鋼材を有し、前記コンクリートパネル、前記組立鋼材および前記接続鋼材は、ボルト状の固定具により連結する、既存柱の補強構造を提供する。
本願の第２発明は、第１発明の既存柱の補強構造において、前記コンクリートパネルは、短繊維により補強したコンクリートまたはレジンコンクリートからなることを特徴とする、既存柱の補強構造を提供する。
本願の第３発明は、第１発明または第２発明の既存柱の補強構造において、前記充填材は、モルタル、コンクリート、短繊維により補強したモルタルまたは短繊維により補強したコンクリートであることを特徴とする、既存柱の補強構造を提供する。
本願の第４発明は、第１発明乃至第３発明の何れかの既存柱の補強構造において、平板状の補強鋼材を、積層する前記コンクリートパネルの内面に前記接続鋼材と平行に取り付け、前記コンクリートパネル、前記組立鋼材および前記接続鋼材を前記固定具により固定し、前記補強鋼材により前記柱を平面視矩形に包囲することを特徴とする、既存柱の補強構造を提供する。
本願の第５発明は、第１発明乃至第３発明の何れかの既存柱の補強構造を構築する、既存柱の補強工法であって、４枚の前記コンクリートパネルのうち、２辺分のコンクリートパネルに組立鋼材を前記固定具により接合し、前記組立鋼材を接合した２枚の前記コンクリートパネルを、対面する２辺に設置し、残り２辺の前記コンクリートパネルを、前記組立鋼材に前記固定具により接合して、４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲し、前記コンクリートパネルの上辺に、前記接続鋼材を前記固定具により接合し、前記コンクリートパネルの上段にさらに前記コンクリートパネルを積層し、上段の前記コンクリートパネルを前記固定具によって前記接続鋼材および前記組立鋼材に接合し、前記接続鋼材の接合工程および前記コンクリートパネルの積層工程を繰り返すことによって、既存柱を所定の高さまで前記コンクリートパネルによって包囲し、前記コンクリートパネルと前記柱との間の空間に、前記充填材を充填することを特徴とする、既存柱の補強工法を提供する。
本願の第６発明は、第４発明の既存柱の補強構造を構築する、既存柱の補強工法であって、４枚の前記コンクリートパネルのうち、２辺分のコンクリートパネルに組立鋼材を前記固定具により接合し、前記組立鋼材を接合した２枚の前記コンクリートパネルを、対面する２辺に設置し、残り２辺の前記コンクリートパネルを、前記組立鋼材に前記固定具により接合して、４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲し、前記コンクリートパネルの上辺に、前記接続鋼材を前記固定具により接合し、前記コンクリートパネルの上段にさらに前記コンクリートパネルを積層し、上段の前記コンクリートパネルを前記固定具によって前記接続鋼材および前記組立鋼材に接合し、前記接続鋼材の接合工程および前記コンクリートパネルの積層工程を繰り返すことによって、既存柱を所定の高さまで前記コンクリートパネルによって包囲し、前記コンクリートパネルと前記柱との間の空間に、前記充填材を充填して構築するものであり、前記補強鋼材は、既存柱を包囲する前の４枚の前記コンクリートパネルにあらかじめ取り付けておき、４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲した後に、前記固定具により前記組立鋼材と接合することにより構築する、既存柱の補強工法を提供する。

本発明は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞表面にコンクリートパネルを配置する構造であるため、構造表面にひび割れが発生せず、品質が安定する。
＜２＞高強度高靱性コンクリートパネルを使用することで、耐久性が向上する。
＜３＞溶接作業を必要とせず、既設柱の周囲にコンクリートパネルを配置するものであるため、熟練工が不要である。
＜４＞コンクリートパネルは平板状であるため、任意の寸法の既存柱に適用することができる。
＜５＞コンクリートパネルは平板状であり、軽量化することにより、人力施工が可能となる。
＜６＞人力施工により、狭隘部での施工が可能である。
＜７＞パネルのコンクリートを現場打設するものではないため、施工の省人化、省力化が図れる。
＜８＞コンクリートパネルを組立鋼材や接続鋼材と組み合わせて柱を閉合することで、支保工が省略できる。
＜９＞高強度高靱性コンクリートパネルを使用するため、内部に補強鉄筋を配置する必要がなく、工期が短縮される。
＜１０＞揚重機を使用しないため施工時のＣＯ_２が削減され、施工時の騒音、振動が低減される。
＜１１＞補強用の補強鋼材を追加で配置することにより、補強構造における補強の程度を変化させることができる。

本発明の既存柱の補強構造の斜視図コンクリートパネルの斜視図既設柱の補強構造の断面図コンクリートパネル、組立鋼材、接続鋼材の配置の説明図固定具による接合の説明図補強工法の説明図（１）補強工法の説明図（２）その他実施例にかかる既存柱の補強構造の説明図その他実施例にかかる補強鋼材の配置の説明図

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞補強構造。
本発明の既設柱の補強構造は、既存の柱Ａの表面と所定の間隔を設けて配置して柱Ａを平面視矩形に包囲する４枚のコンクリートパネル１と、柱Ａの角に対応して配置し、隣接する２枚のコンクリートパネル１を連結する組立鋼材２と、からなる。
コンクリートパネル１は柱Ａに沿って高さ方向に積層し、上下のコンクリートパネル１は、接続鋼材３を介して連結する。また、組立鋼材２も積層して構成しても良い。このとき、上下の組立鋼材２はボルト等の連結材によって連結する。
そして、柱Ａとコンクリートパネル１との間には、充填材４を充填する。
コンクリートパネル１、組立鋼材２および接続鋼材３は、固定具５によって連結する。

＜２＞コンクリートパネル。
本発明のコンクリートパネル１は、矩形の平板（幅：補強後の既設柱の概略寸法、高さ：５００ｍｍ、厚さ：１０〜５０ｍｍ）であり、工場で生産された高強度高靱性のプレキャストコンクリートパネルである。（図２）
高強度高靱性コンクリートパネルは、セメント系材料を短繊維（鋼繊維または合成繊維）により補強したコンクリートまたはレジンコンクリートである。これにより、コンクリートパネル１を軽量化することができる。
コンクリートパネル１は、既設の柱Ａの耐震補強のために、４枚を平面視矩形状に連結して柱Ａを包囲し、補強構造の表面を形成する（図３）。補強構造の表面が工場生産されたコンクリートパネル１であるため、コンクリートやモルタルを現場で打設した際のように乾燥収縮等により構造表面にひび割れが発生することがなく、品質が向上する。
コンクリートパネル１は、上辺および下辺に沿って、それぞれ所定の幅の凹部１１を設ける。
コンクリートパネル１には、組立鋼材２および接続鋼材３に連結するための固定具５を挿通する挿通孔１２を設ける。
高強度高靱性のコンクリートパネル１によって補強するため、耐久性が向上する。
また、コンクリートパネル１内部に補強鉄筋を配置する必要がないため、短工期での構築が可能である。

＜３＞組立鋼材。
組立鋼材２は断面Ｌ字状の鋼材であり、山形鋼（幅：１２０ｍｍ、高さ：１２０ｍｍ、厚さ：９ｍｍ）を使用することができる。
組立鋼材２は、柱Ａの角に対応し、Ｌ字の両辺が柱Ａの二辺に沿うように配置する。
組立鋼材２はコンクリートパネル１の裏面に接する（図４）。また、コンクリートパネル１の凹部１１においては、接続鋼材３と接する。
組立鋼材２には、固定具５を挿通する挿通孔２１を設ける。
組立鋼材２は、補強する既設柱の寸法、高さによって適宜変更する。

＜４＞接続鋼材。
接続鋼材３は矩形の平板状（高さ：２００ｍｍ、厚さ：９ｍｍ）の鋼材である。
接続鋼材３は、積層するコンクリートパネル１のうち、下層のコンクリートパネルの上辺および上層のコンクリートパネルの下辺にそれぞれ設けた凹部１１内に亘って配置する。
接続鋼材３には、固定具５を挿通する挿通孔３１を設ける。
接続鋼材３は、補強する既設柱の寸法によって、高さを適宜変更する。

＜５＞固定具。
コンクリートパネル１、組立鋼材２および接続鋼材３は、固定具５によって連結する。
固定具５は皿ボルト、丸ボルトまたは六角ボルトとする。
固定具５はコンクリートパネル１および組立鋼材２の高さ方向にわたって複数箇所設ける。
固定具５は、コンクリートパネル１の高さ方向の中央部においては、コンクリートパネル１および組立鋼材２を貫通して連結する。また、コンクリートパネル１の凹部１１においては、コンクリートパネル１、接続鋼材３および組立鋼材２を貫通する（図５）。
固定具５は、構築する補強構造の厚さと略同一の長さとすることが好ましい。このとき、固定具５の先端は柱Ａに当接する。

＜６＞充填材。
柱Ａとコンクリートパネル１との間に充填する充填材４は、モルタルまたはコンクリートである。このモルタルまたはコンクリートのセメント系材料に短繊維を加えて補強したモルタルまたはコンクリートとすることもできる。
充填材４は、コンクリートパネル１と一体となって柱Ａを包囲して補強する。

＜７＞補強工法。
次に、本発明の補強工法について説明する。

＜７−１＞下準備。
柱Ａをハイウオッシャー等によって水洗いする。また、柱Ａの周囲に補強構造を組み上げていくため、既設基礎天端を水平に仕上げる。

＜７−２＞コンクリートパネルと組立鋼材の組み立て。
構築する補強構造のうち、２辺分のコンクリートパネル１に組立鋼材２を固定具５により接合する。
コンクリートパネル１は平板状で薄いコンクリート製であるため、軽量であり、現場への搬入作業および組み立てにおいて、人力施工が可能である。
固定具５の長さが構築する補強構造の厚さと略同一の場合には、固定具５の頭部がコンクリートパネル１の表面とほぼ同一の表面になるまで螺合し、固定具５は組立鋼材２から突設する。
そして、組み立てたコンクリートパネル１および組立鋼材２を対面する２辺に設置する（図６）。固定具５の長さが構築する補強構造の厚さと略同一の場合には、組立鋼材２から突設する固定具５の端部を柱Ａに当接することにより、コンクリートパネル１および組立鋼材２の柱Ａ方向の位置決めが容易である。
このとき、支持材６により、既設基礎との間に３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の空きを設ける。
支持材６は瀝青繊維質、瀝青質、発泡ゴム、発泡樹脂やウレタン等、コンクリートパネル１より柔らかくかつ重量を支持できる素材からなり、補強構造を構築した後にこの支持材６によって補強構造の下端を支持することにより、柱Ａが変形した際に追従して支持材６が変形し、補強構造が損傷するのを防止する。支持材６は、充填材４が漏れ出さないように、コンクリートパネル１の下端から柱Ａの表面まで敷き詰める。
その後、残り２辺のコンクリートパネル１を組立鋼材２に固定具５により接合する。固定具５はコンクリートパネル１の高さ方向中央と下端付近に設ける。固定具５の長さが構築する補強構造の厚さと略同一の場合には、残り２辺のうちの１辺を接合する際に、固定具５の端部を柱Ａに当接することにより、３枚のコンクリートパネル１および４本の組立鋼材２の位置決めができる。
この工程によって、柱Ａは４枚のコンクリートパネル１によって包囲される。４枚のコンクリートパネル１は組立鋼材２と接合しているため、あと施工アンカーを打設する必要がない。

＜７−３＞接続鋼材の接合。
４枚のコンクリートパネル１の上辺の凹部１１に接続鋼材３を挿入する。
そして、固定具５によって、コンクリートパネル１、接続鋼材３および組立鋼材２を接合する（図７）。

＜７−４＞上段のコンクリートパネルの接合。
次に上段のコンクリートパネル１の下辺の凹部１１を、既に下段のコンクリートパネル１に接合した接続鋼材３に合わせる。
そして、上段のコンクリートパネル１を固定具５によって接続鋼材３および組立鋼材２に接合する。
以後、上述の工程を繰り返して、所定の高さまで、柱Ａをコンクリートパネル１によって包囲する。

＜７−５＞充填材の充填。
コンクリートパネル１と柱Ａとの間に充填材４を充填する。充填材４はプレミックスとし、現場にて加水、練混ぜを行い、モルタルポンプ等により充填する。
このとき、コンクリートパネル１で包囲された断面正方形の四隅にはＬ字の組立鋼材２が位置し、また、高さ方向のコンクリートパネル１の接合部には接続鋼材３が位置する。これにより、充填材４が隙間から漏れ出すことがない。
コンクリートパネル１は、組立鋼材２および接続鋼材３に固定具５によって連結した状態で閉合して柱Ａを包囲している。このため、充填材４の充填時に支保工を構築する必要がない。

本発明の補強工法は、柱Ａを包囲する全ての部材を固定具５によって接合するものであり、溶接作業が不要であり、熟練工でなくても容易に組み立てることができるため施工の省人化、省力化が図れる。
また、全ての部材が軽量であるため、人力施工が可能であり、狭隘な場所に位置する柱Ａの補強も容易に行うことができる。揚重機を使用しないため、施工時のＣＯ_２が削減され、施工時の騒音、振動が低減される。

［その他実施例］

＜１＞補強鋼材。
本発明の補強構造は、縦方向に間隔を設けて配置される接続鋼材３と平行に、補強鋼材７を追加配置してもよい。（図８）
補強鋼材７は、接続鋼材３と同様、矩形の平板状の鋼材であり、上側の接続鋼材３の下端と下側の接続鋼材３の上端（最下段のコンクリートパネル１であって下側の接続鋼材３がない場合にはコンクリートパネル１の下端）の距離を超えない幅とする。
補強鋼材７は、あらかじめコンクリートパネル１の裏面を切り欠いて設けた補強鋼材用凹部１３に嵌合して取り付けておき、コンクリートパネル１、補強鋼材７および組立鋼材２を貫通する固定具５により固定し、平面視矩形に柱Ａを包囲する（図９）。
補強鋼材７の配置位置および配置間隔を調整することにより、補強構造における補強の程度を変化させることができる。

＜２＞端部補強鋼材。
また、補強鋼材７と同様に、最下段のコンクリートパネル１の下端に沿って、かつコンクリートパネル１の内側に接合鋼材３と平行に、端部補強鋼材８を配置しても良い。
端部補強鋼材８は、接続鋼材３と同様、矩形の平板状の鋼材であり、補強鋼材７と重ならないように別々に設ける。または、補強鋼材７と端部補強鋼材８を一体として設けても良い。
端部補強鋼材８はコンクリートパネル１の下辺の凹部１１に嵌合し、固定具５によって、コンクリートパネル１、端部補強鋼材３および組立鋼材２を接合する。

＜３＞柱の形状。
上述した実施例は、断面正方形状の柱Ａの補強であったが、対向するコンクリートパネル１の幅を変更するだけで、任意の寸法の柱Ａの補強を行うことができる。

１コンクリートパネル
１１凹部
１２挿通孔
１３補強鋼材用凹部
２組立鋼材
３接続鋼材
４充填材
５固定具
６支持材
７補強鋼材
８端部補強鋼材

Claims

既存の柱の表面と所定の間隔を設けて位置し、前記柱を平面視矩形に包囲する４枚のコンクリートパネルと、
前記柱の各角に対応して配置し、隣接する２枚の前記コンクリートパネルを連結する、断面Ｌ字状の組立鋼材と、
前記コンクリートパネルで包囲した空間に充填する充填材と、からなり、
前記コンクリートパネルは、前記柱に沿って高さ方向に積層しており、
上下に位置する前記コンクリートパネルを連結する、平板状の接続鋼材を有し、
前記コンクリートパネル、前記組立鋼材および前記接続鋼材は、ボルト状の固定具により連結する、
既存柱の補強構造。
請求項１に記載の既存柱の補強構造において、前記コンクリートパネルは、短繊維により補強したコンクリートまたはレジンコンクリートからなることを特徴とする、既存柱の補強構造。
請求項１または請求項２に記載の既存柱の補強構造において、前記充填材は、モルタル、コンクリート、短繊維により補強したモルタルまたは短繊維により補強したコンクリートであることを特徴とする、既存柱の補強構造。
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の既存柱の補強構造において、平板状の補強鋼材を、積層する前記コンクリートパネルの内面に前記接続鋼材と平行に取り付け、前記コンクリートパネル、前記組立鋼材および前記接続鋼材を前記固定具により固定し、前記補強鋼材により前記柱を平面視矩形に包囲することを特徴とする、既存柱の補強構造。
請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の既存柱の補強構造を構築する、既存柱の補強工法であって、
４枚の前記コンクリートパネルのうち、２辺分のコンクリートパネルに組立鋼材を前記固定具により接合し、
前記組立鋼材を接合した２枚の前記コンクリートパネルを、対面する２辺に設置し、
残り２辺の前記コンクリートパネルを、前記組立鋼材に前記固定具により接合して、４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲し、
前記コンクリートパネルの上辺に、前記接続鋼材を固定具により接合し、
前記コンクリートパネルの上段にさらに前記コンクリートパネルを積層し、上段の前記コンクリートパネルを固定具によって前記接続鋼材および前記組立鋼材に接合し、
前記接続鋼材の接合工程および前記コンクリートパネルの積層工程を繰り返すことによって、既存柱を所定の高さまで前記コンクリートパネルによって包囲し、
前記コンクリートパネルと前記柱との間の空間に、前記充填材を充填することを特徴とする、
既存柱の補強工法。
請求項４に記載の既存柱の補強構造を構築する、既存柱の補強工法であって、
４枚の前記コンクリートパネルのうち、２辺分のコンクリートパネルに組立鋼材を前記固定具により接合し、
前記組立鋼材を接合した２枚の前記コンクリートパネルを、対面する２辺に設置し、
残り２辺の前記コンクリートパネルを、前記組立鋼材に前記固定具により接合して、４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲し、
前記コンクリートパネルの上辺に、前記接続鋼材を前記固定具により接合し、
前記コンクリートパネルの上段にさらに前記コンクリートパネルを積層し、上段の前記コンクリートパネルを前記固定具によって前記接続鋼材および前記組立鋼材に接合し、
前記接続鋼材の接合工程および前記コンクリートパネルの積層工程を繰り返すことによって、既存柱を所定の高さまで前記コンクリートパネルによって包囲し、
前記コンクリートパネルと前記柱との間の空間に、前記充填材を充填することによって構築するものであり、
前記補強鋼材は、既存柱を包囲する前の４枚の前記コンクリートパネルにあらかじめ取り付けておき、４枚の前記コンクリートパネルにより既存柱を包囲した後に、前記固定具により前記組立鋼材と接合することにより構築する、
既存柱の補強工法。