JP4942475B2 - 既存柱の補強方法及び補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、既存柱の補強方法及び補強構造に関し、特に、建物の剛性や耐力を上げるために柱の脆性的な破壊を防ぎ、建物の耐震性を向上することができる既存柱の補強方法及び補強構造に関する。

従来、建物の剛性や耐力を上げるためには、耐震壁を増設することが多いが、以下に示すような方法で既存柱を補強することが行われている。
ａ、柱の周囲を鋼板や繊維で被覆する拘束補強法。
ｂ、コンクリートを増し打ちして断面を大きくする断面増大法。
ｃ、鋼板や形鋼を柱に添設してボルト，スタッド、グラウトにより一体化する鋼材一体化法。
ｄ、袖壁を柱に隣接して増設する袖壁増設法。

袖壁増設法は、せん断破壊型の柱の耐力負担が大きく、かつ、梁の保有耐力は十分であり、柱の保有耐力を増加することによって建物全体の保有耐力が十分高まることが期待できる建物に適用される。図５、６に示される上記ｄの袖壁増設法（従来技術１）は、開口部を部分的に閉鎖して、柱の中心から両側に延びる方向に袖壁を増設することにより、耐力とともに剛性も上げることができるが、一般に行われている従来の方法では、次のような工程を含んでいる。
ｄ−１ 柱２、梁３、下層階梁４およびスラブに孔を穿ってアンカー筋２２を打ち込んで固定する工程。
ｄ−２ 縦横の鉄筋１１、１２を組立てた後、この鉄筋組の両側に型枠（図示省略）を建込む工程。
ｄ−３ コンクリートを打設し、これを養生し、脱型する工程。

このように、従来一般的に行われている袖壁増設法は、耐震壁の増設工事ほど大掛かりではないが、工期が長期化し、工事期間中は、例えばアンカー筋２２を打設する際の穿孔ドリルの振動や騒音、穿孔による埃等により建物の使用が大きく制約されてしまい、特にオフィスビル、病院、ホテル、マンション等の建物を使用しながら補強工事を実施する場合、執務、病気療養、看護、保養、日常生活等に著しい障害を生じるという問題がある。
また、柱の中心から延びる方向に袖壁６を増設する場合、１１、１２を縦横とも表と裏の二重に配するため、アンカー筋の打設本数が多くなり、上記の騒音が長時間に亘り発生するという問題もある。

また、図７に示される既存柱の補強方法（従来技術２）は、ループ状袖壁横筋２４が通し鉄筋の形態とされているので、既存柱２の表裏２箇所において、鉄筋を挿通すための貫通孔を穿孔する必要がある。
このためこの袖壁補強方法は、従来技術１に比べてさらに、穿孔のための騒音が長時間に亘り発生し、また、工期が長期化するという問題がある。

さらに、図８に示される袖壁を既存柱の表裏面のいずれかにずらして増設する方法（従来技術３）があるが、この方法もアンカー筋２２を打設する必要があるばかりか、既存柱２の表裏面いずれかのコンクリート表面を帯筋１４が露出するまではつり、通し鉄筋２４を配筋して既存梁の１側面を含めてコンクリートを増し打ち２７するものであるから、工期が長期化し、工事期間中は建物の使用が大きく制約され、アンカー筋打設の振動、騒音が発生するという、上記の袖壁増設法と共通する課題を有している。

さらにまた、特開平１１−３３６２５２号公報に開示された既存柱の補強方法（従来技術４、図９参照）のように、上記ａの拘束補強法とｄの袖壁増設法の工法を結合して、袖壁を部分プレキャストにして、アンカー筋２２をボルトにて固定した平面コ字形鋼板２８を柱に巻いた後、炭素繊維接続材２９にて該コ字形鋼板２８を接合し、ＰＣ袖壁の接合溝３０及び既存柱２とコ字形鋼板２８の間隙に無収縮モルタルを充填する、柱と袖壁の接合部を工夫した柱の補強方法が提案されている。
上記公報に開示された柱の補強方法は、寸法が大きく重量のある異種部材を使うことから、建物を使用しながら実際に施工することが難しい上に、工程が多いために短期間での施工は難しい。
特開平１１−３３６２５２号公報

本発明は、上記の課題に鑑みて創案されたもので、工事内容を簡易化することにより工期を短縮し、あと施工アンカー筋の打設を無くすか極力少なくして、建物を使用しながら工事を実施することができる既存柱の補強方法および補強構造を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明は、既存柱の左右両側に袖壁が増設された補強構造であって、袖壁本体側にスタッドが打ち込まれるとともに既存柱幅で平行する２本の縦リブを備え、該縦リブが前記既存柱の両側面に当接して前記既存柱の正背いずれかの一面に固定されてその左右両側に延在する１枚のまたは上下方向に分割された平板状の鋼板と、該鋼板を脱型しない型枠としてコンクリートが打設されて前記既存柱の左右両側の前記鋼板を備えない側において壁筋がシングル配筋された鉄筋コンクリート造の前記袖壁本体とが、前記既存柱を介して一体化されている既存柱の補強構造としている。

請求項１に係る発明によれば、施工方法を簡素化し、アンカー工事を皆無乃至極力少なくすることができて、工期期間中における騒音の発生を極力抑制することができるから、従来の同種の工法に比べ工期を短縮し、しかも、建物を使用しつつ既存柱の補強工事を実施することができる。
さらに、縦リブは、既存柱の左右両側に当接されて柱の両サイドを挟み付けるから、鋼板の力を既存柱に伝達することができ、従来の通し鉄筋と同様、増設袖壁の既存柱への一体化に寄与することができる。

発明を実施するための形態

図１は、建物の躯体１の一部を部分的に縦断した、建物の部分立面図であり、３は梁、４は下層階梁、７はたれ壁、８は腰壁である。
５は、図２、図３に示された、既存柱の一面に添設されてその左右両側に延在し、型枠または型枠兼用の構造材として袖壁の一面に固定された１枚の平板状の剛性を有する鋼板９が、既存柱の左右両側において、鉄筋コンクリート造の袖壁本体と一体化された、既存柱に増設された袖壁である。
この増設袖壁５の形態は、１枚の平板状の鋼板９の上下端部が、既存の柱２、梁３の左右両側においてたれ壁７と腰壁８の表裏面のいずれかに添設されているが、増設袖壁５の鉄筋コンクリート造の袖壁本体の上下端は、図１の破線で示す高さ位置にてたれ壁７下端と腰壁８上端と一体化されている。なお、場合によっては、鋼板を腰壁やたれ壁に樹脂などで接着してもよい。

図１に示された符号６は、増設袖壁のもう一つの実施の形態を示すもので、増設袖壁６の１枚の平板状の鋼板９と袖壁本体の上下両端部はそろえられており、その上下端はたれ壁７下端と腰壁８上端と一体化されている。

１枚の平板状の鋼板９を既存柱２のいずれの側面、例えば既存柱２が建物の外周に位置する場合において室内側か室外側、に添設するかは、建物の外観、作業のし易さ、建物の日常的使用の妨げ、補強の効果等を総合的に判断して決定される。
また、建物がたれ壁７や腰壁８を有している場合、鋼板９の上下部をたれ壁７、腰壁８の側面に添設するか否かは、腰壁やたれ壁が柱に取り付いている位置に応じて決定される。すなわち、例えば既存柱の室内面とたれ壁、腰壁の室内面が面一の場合、鋼板をたれ壁、腰壁に添設すると、室内面積が減少するので極力避けるようにする。この場合は図１に符号６にて示すように、鋼板はたれ壁と腰壁の間に挟み込むようにするとよい。
また、補強耐力や変形性能を上げたい場合には、開口部を塞ぐ袖壁と一体的に腰壁やたれ壁に対して壁を増し打ちしてもよい。

［実施の形態１］
本発明の実施の形態１について、図２を参照して詳細に説明する。
この図において、２は既存柱、１３は既存柱主筋、１４は既存柱帯筋であり、この既存柱２の左右両側に袖壁５を増設して柱を補強するものである。
この増設袖壁５の施工法について説明する。
既存柱２の表面に対応する部位を除く片面に、縦横方向に所定の間隔を置いてスタッド１０を打設した剛性を有する１枚の鋼板９を既存柱２の正面か背面のいずれかの一面に沿って建て込み、既存柱２に固定する。
１枚の平板状の鋼板９を既存柱２に固定する方法としては、仮止めボルトで固定するだけでもよいが、エポキシ樹脂接着剤等を用いて接着するのが好ましい。
ほぼ片側の袖壁５の張出し長さの横筋１１と、開口高さ又は内法階高の長さの縦筋１２と、からなる壁筋を所定の間隔で先組みし、この先組みした壁筋１１、１２を、既存柱２の左右両側であって、前記１枚の平板状の鋼板９に隣接する位置にセットする。
なお、壁筋を先組みするための適切な場所が無ければ、現場で組んでも良い。
また、この実施の形態では、後に鉄筋コンクリートと一体化される１枚の平板状の鋼板９が壁筋１１、１２の代わりになるので、シングル配筋でよい。
さらに、鋼板を既存柱に固定する工程と、先組みした壁筋を所定位置にセットする工程は、必ずしもこの順番で実施する必要は無く、逆順で実施しても良い。
さらにまた、この実施の形態では、鋼板９を１枚の平板状のものとしているが、鋼板９を上下方向において分割して横方向に長い小面積のものとすることができ、鋼板９の搬入、据付け等の作業性を向上することができる。このときは、分割された横方向に長い複数の鋼板９を、既存柱２や梁３、４、腰壁８、たれ壁７等の既存水平部材の表面に仮止めボルトで固定するか、エポキシ樹脂接着剤等を用いて接着して、既存柱や既存水平部材に下から順に固定する。
そして、この施工法は基本的に、後述する実施の形態２、３の構造のものにも適用可能である。

この実施の形態では、既存柱２の一面に添設されてその両側に延在する１枚の鋼板９が、既存柱の両側において、既存柱を介して袖壁本体と一体化されるので、従来の柱の補強方法のように、壁筋１１、１２を必ずしも柱２、梁３、４、床にアンカーする必要はない。
しかしながら、建物躯体と増設袖壁の一体性を高め、確実なものとするため、増設袖壁５の鋼板を具備しない側の横筋１１を、あと施工アンカーを用いた差し筋や柱を貫通する通し筋等により既存柱２に定着することは有効である。
また、増設袖壁５の外端部の縦筋１２については、あと施工アンカーを用いた差し筋を梁の上下面に打設したり、梁、腰壁、垂れ壁等の既存水平部材の側面に短いダボ筋を打って、増設袖壁を既存水平部材に定着することは、増設袖壁５が鋼板を備えない側に凸状に湾曲することを防止するのに有効である。
これらの増設袖壁を既存躯体に定着する工法及び構築された補強構造は、後述する実施の形態２や実施の形態３においても有効である。

図示を省略しているが、鋼板９と離間して対になる他側の型枠を含む残りの型枠を、鋼板とで壁筋を囲繞するようにして組上げる。この型枠は、従来通常用いられている木製の型枠であり、片側の袖壁の張出し長さは、既存柱２の柱せいの１／２以上２倍以下とし、最低でも５０ｃｍとする。
また、増設袖壁５の厚さは、通常柱幅の１／４程度とし、最低でも１５ｃｍとする。

次いで、１枚の平板状の鋼板９と、既存柱の両側に独立して建て込まれた木製の型枠にて設置された全体の型枠の内部に、コンクリートまたは合成樹脂を充填または打設する。
梁下やスラブ下に隙間が残れば、後からグラウトを注入することが望ましい。
コンクリートや合成樹脂の養生・成形期間が経過した後に、鋼板を除いて木製型枠だけを脱型し、鋼板９はそのまま放置する。

以上の施工法により、既存柱２の一面に添設されてその両側に延在する１枚の鋼板９と、その既存柱の両側において、既存柱を介して鋼板９と一体化された袖壁本体とから構成された既存柱の両側に袖壁が増設された補強構造を構築することができる。

以上の説明においては、増設袖壁５の袖壁本体が鉄筋コンクリート造であるものについて記したが、袖壁本体が、圧縮強度が例えば１００Ｍｐａを超えるような高強度コンクリート造、あるいは、鋼製又は合成樹脂製のファイバーが混入されたファイバーコンクリート造、あるいは、例えばエポキシ樹脂ポリマー等の引張強度が大きい合成樹脂造又は合成樹脂を混入したセメント系材料を用いるのであれば、袖壁本体は無鉄筋であっても構わない。
このような構造をとるときは、増設袖壁が鋼板を備えない側に凸状に湾曲することを防止し、建物躯体と増設袖壁の一体性を高めるため、上記したように増設袖壁５の外端部においてアンカーすることが有効である。

また、この実施の形態では、鋼板５の袖壁本体側には、スタッド１０を打ち込んだものとしているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、横リブを備えることとしてもよい。このようにすれば、鋼板５自体の剛性を高めて袖壁が鋼板を備えない側に凸状に湾曲することを防ぎ、横リブが袖壁本体に埋設されることでアンカー効果も高まる。

［実施の形態２］
この実施の形態を図３に示す。この図において、図２と重複する図面符号については説明を省略し、特徴的なものについてのみ説明する。
１６は既存柱２を水平方向に貫通する通し鉄筋、１７は縦リブ、１８は横リブである。
縦リブ１７は、山形鋼材から構成され、一方の片が平板状の鋼板９に溶接固定され、他方の片には所定の間隔にてダボ打設用孔（図示省略）が形成されている。１枚の平板状の鋼板９は、既存柱２の両側面にダボにより固定される。
なお、この実施の形態において、鋼板９を横方向に長い小面積のものに分割するときは、両辺に所定間隔でダボ打設用及びボルト挿通用の孔を穿設した縦リブ１７を既存柱２にダボ筋にて固定し、分割した鋼板の上記挿通孔に対応するボルト挿通孔を通じてボルト接合して、鋼板９を既存柱２に固定してもよい。
増設袖壁５の厚みは、上記実施の形態１のものと比べて薄くしてある。
その反面、鉄筋コンクリート造の袖壁本体の壁筋は、鋼板９を備えない側において既存柱２を貫通し、上下方向に所定間隔に配された横方向通し筋１６のみから構成している。

そして、１枚の平板状の鋼板９の袖壁本体側には、上下方向に所定間隔を置いて、表面にコンクリートとの付着力を増すための凹凸を形成した横リブ１８が立設されている。
この横リブ１８の立設数は、上記横方向通し鉄筋１６の配置本数に限定されず、対応する高さ位置の間にも増設することがある。

また、鋼板９の袖壁本体側には、既存柱の柱せいの幅で平行する２本の縦リブ１７、１７を備え、該縦リブが既存柱２の両側面に当接されている。
そして、この縦リブ１７は、増設袖壁５の壁厚の約１／２程度の高さを有しており、既存柱２の両側に当接されて柱の両サイドを挟み付けるから、鋼板５の力を柱２に伝達することができ、上記通し鉄筋１６と同様、増設袖壁５の既存柱２への一体化に寄与するものである。

さらに、この実施の形態においても、鉄筋コンクリート造の袖壁５の両端近傍位置において縦筋１２とアンカー筋２２を具備すれば、上記実施の形態１と同様、袖壁が鋼板を備えない側に凸状に湾曲することを防止し、建物躯体と増設袖壁の一体性を高めることが可能となる。

［実施の形態３］
この実施の形態は、既存柱２の３面に壁が設けられているとき、その柱を補強するために増設する袖壁６に適用されたものであり、すなわち、壁が付設された既存柱の両側に前記壁と直交する面に袖壁が増設された補強構造に係る。
図４を参照して、１９は壁２０を間に挟んで既存柱２に添設され、柱の両側に延在する左右２枚の独立した鋼板であり、２１はこれら独立した左右２枚の鋼板１９、１９を上記壁２０を貫通して接続する、例えば断面矩形のフラットな接続鋼である。
なお、接続鋼２１の断面形状は、壁２０を貫通しうるものであればどのようなものでもよい。

壁２０を介して既存柱２に添設された２枚の鋼板１９、１９の袖壁本体側には、多数のスタッド１０が立設されており、鋼板１９とコンクリート造等の袖壁本体との一体性を確保している。
接続フラット鋼２１は、既存柱２の柱せいの２倍程度の幅を有し適宜高さと厚みを有する平鋼板で、柱の上下方向に所定の間隔で配設され、壁を間に置いて既存柱に添設された２枚の鋼板１９、１９と溶接にて固着されている。
図４から明らかなように、増設袖壁６の袖壁本体には、鉄筋が配されていない。袖壁本体の引張強度を高めるため、その材料は、圧縮強度が例えば１００Ｍｐａを超えるような高強度コンクリートや、鋼製又は合成樹脂製のファイバーが混入されたファイバーセメントや、例えばエポキシ樹脂ポリマー等の引張強度が大きい合成樹脂や合成樹脂を混入したセメント系材料を用いることが望ましい。

建物躯体１と増設袖壁６との一体性を増強するため、上記実施の態様２と同様、縦リブ１７や横リブ１８を設けることも有効である。
また、場合によっては、段落００１５において述べた、増設袖壁を既存躯体に定着する工法及び構築された補強構造は、この実施の形態においても有効である。

建物の躯体１の一部を部分的に縦断した、建物の部分立面図である。 本発明の実施の形態１の横断面図である。 本発明の実施の形態２の横断面図である。 本発明の実施の形態３の横断面図である。 従来技術１の縦断面図である。 従来技術１の横断面図である。 従来技術２の横断面図である。 従来技術３の横断面図である。 従来技術４の横断面図である。

符号の説明

１ 建物躯体１
２ 既存柱２
３ 梁３
４ 下層階梁４
５ 増設袖壁５
６ 増設袖壁６
７ たれ壁７
８ 腰壁８
９ 鋼板９
１０ スタッド１０
１１ 袖壁横筋１１
１２ 袖壁縦筋１２
１３ 既存柱主筋１３
１４ 既存柱帯筋１４
１５ Ｌ型鉄骨１５
１６ 通し鉄筋１６
１７ 縦リブ１７
１８ 横リブ１８
１９ 壁を介して既存柱に添設された２枚の鋼板１９
２０ 既存壁２０
２１ 接続フラット鋼２１
２２ アンカー鉄筋２２
２３ 割裂防止筋２３
２４ 通し鉄筋２４
２７ 増し打ちコンクリート２７
２８ 平面コ字形鋼板２８
２９ 炭素繊維接続材２９
３０ 接合溝３０

Claims (1)

1. 既存柱の左右両側に袖壁が増設された補強構造であって、
   袖壁本体側にスタッドが打ち込まれるとともに既存柱幅で平行する２本の縦リブを備え、該縦リブが前記既存柱の両側面に当接して前記既存柱の正背いずれかの一面に固定されてその左右両側に延在する１枚のまたは上下方向に分割された平板状の鋼板と、
   該鋼板を脱型しない型枠としてコンクリートが打設されて前記既存柱の左右両側の前記鋼板を備えない側において壁筋がシングル配筋された鉄筋コンクリート造の前記袖壁本体とが、
   前記既存柱を介して一体化されている既存柱の補強構造。

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