JP5626663B2 - 極脆性柱の補強構造 - Google Patents

Description

この発明は、既設建造物における極脆性柱の補強構造に関する。

コンクリート建造物の柱には、せん断に強いが曲げ変形によって破壊するもの、曲げには強いがせん断には弱いもの、曲げにもせん断にも弱いもの、あるいはいずれにも強いものなどがある。しかし、ごく小さな変形、例えば５００分の１程度の変形で破壊されてしまうような極脆性柱があると、建造物全体の強度が著しく低くなってしまい、地震などに耐えることができない。そこで、どのような建造物にとっても、極脆性柱を補強することは重要である。
また、上記のようにわずかな変形に耐えられない極脆性柱となる条件は、柱の幅Ｄと柱の有効内法高さｈとの関係がｈ／Ｄ＜２である。つまり、柱の内法高さｈが柱幅Ｄの２倍よりも小さい、太さのわりに短い柱が、柱が曲がり難く破壊しやすいということになる。なお、上記柱幅Ｄは加力方向に平行な柱幅のことである。

図７に示すのは、梁１を貫通する柱２の両側に腰壁３と垂れ壁４とを備え、これら腰壁３と垂れ壁４との間の部分が開口部と言われ、この開口部に窓枠５を設けた構造である。
なお、上記開口部は、実際には下地材６でふさがれているもので、その窓枠５に相当する部分以外は開口していない。
上記下地材６は上記開口部をふさぐためだけの機能しかなく、壁３，４とは異なる。したがって、この下地材６は、構造体ではないために、壁ほどの強度はない。

上記のような腰壁３及び垂れ壁４を備えた構造では、特に柱１の内法高さＨ１が短くなるため、Ｈ１／Ｄ＜２である上記した極脆性柱となる場合が多い。
このように柱２が極脆性柱の場合、この柱２を補強する必要がある。
そこで、従来は、図８に示すように、柱２の両側の腰壁３，３と、垂れ壁４，４とに、スリット７，８を形成し、これらスリット７，８によって柱２と壁３，４とを分離していた。このように上記スリット７，８を形成して、柱２と腰壁３及び垂れ壁４とを分離することによって柱２の有効内法高さＨ２を大きくしていた。このよう、従来の補強構造では、内法高さＨ２を大きくすることで内法高さＨ２／Ｄ＞２とし、柱２の曲げ強度を上げて極脆性を解消していた。

なお、このような極脆性柱の補強構造については実際に行われているが、特に文献は見つからなかった。
また、極脆性柱に限らない、一般的な柱の補強構造として、特許文献１、２に記載された補強構造も知られている。これら特許文献１，２の補強構造は、柱の周囲をグラウト材及び鋼鈑で囲むものである。

特開２００５−０２３７４５号公報 特開２００８−２４０３６８号公報

上記した従来の極脆性柱の補強方法では、スリット７，８を形成するために既存の壁３，４を破壊しなければならず、その工事が大がかりになってしまうという問題があった。また、有効内法高さが長くなった柱２は、曲げ強度は多少向上するが、柱２と一体的に構成されていた壁３，４が柱と分離されるため、壁付き柱としての全体の強度は下がってしまうこともある。
いずれにしても、上記スリット７，８を形成する補強構造では、工事の手間がかかるうえに、十分な補強効果が得られなかった。
この発明の目的は、工事を容易にしながら、十分な補強効果が得られる極脆性柱の補強構造を提供することである。

第１の発明は、極脆性柱の補強構造に関する。極脆性柱とは、梁の下方における柱の両側に腰壁あるいは垂れ壁のいずれか一方あるいは双方を設け、これら腰壁あるいは垂れ壁のいずれか一方あるいは双方に連続する開口部を設けている。そして、この開口部に対応する柱の上下方向長さを内法部分としている。
このような極脆性柱を次のようにして補強する。上記内法部分に対応する柱の全周を、周方向端部を重ね合わせて周方向に連続させた複数の部材からなる内法部分用補強鋼板で囲うとともに、これら柱と内法部分用補強鋼板との間に間隔を保っておく。
また、上記梁に対応する柱の部分を梁部分用補強鋼板で囲って、これら柱と梁部分用補強鋼板との間に間隔を設けるとともに、この梁部分用補強鋼板の両側に設けた梁沿接部を上記梁に固定しておく。
さらに、上記腰壁あるいは垂れ壁に対応する柱の部分を壁付き部分用補強鋼板で囲って、これら柱と壁付き部分用補強鋼板との間に間隔を設けるとともに、壁付き部分用補強鋼板の両側に設けた壁沿接部を上記腰壁あるいは垂れ壁に固定しておく。
上記のようにした上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれを上記柱の軸方向に連続させ、これら各補強鋼板と柱との間隔を柱の軸方向において貫く鉄筋を設けるとともに、上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれと上記柱との間にグラウト材を充填し、上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれを一体化したことを特徴とする。

第２の発明は、上記互いに隣接する上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とのいずれか一方に、極脆性柱の軸方向に突出する添え板を設け、上記互いに隣接する上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とを上記添え板に接触させたことを特徴とする。

第３の発明は、上記内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板の外側に帯状シートを貼り付け、この帯状シートによって上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とを一体化したことを特徴とする。

第１の発明では、開口部の下地材を取り除くことによって、従来のように壁を破壊することなく極脆性柱を補強できる。開口部の下地材を取り除く作業は、既存の壁にスリットを形成するのと比べて圧倒的に容易であり、その作業性はよい。
しかも、補強鋼板とグラウト材で囲まれた柱は、十分な補強強度を得ることができる。また、壁の強度を損なうこともない。

第２の発明の沿え板によれば、内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とを軸方向に正確に連続させる作業を容易にできる。従って、補強工事の作業性がさらに向上する。
また、沿え板を内法部分用補強鋼板側に設ければ、グラウト材の充填時や、固化する過程において圧力によって内法部分用補強鋼板が外側へずれてしまうことを防止できる。
もし、グラウト材が固化するまでの間に内法部分用鋼板が外側へずれてしまうと、固化したグラウト材と柱表面や補強鋼板との間に隙間ができたり、グラウト材中に巣ができてしまったりすることもあるが、内法部分用補強鋼板に沿え板を設けることによって、このような問題を回避できる。
つまり、上記沿え板によって内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板との一体性が上がり、補強強度も上がる。

また、第３の発明によれば、現場で溶接作業などを行なわずに、内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とを一体化することができる。グラウト材を充填する前に、内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とを確実に一体化されていれば、グラウト材の充填時や固化する過程において補強用鋼板がずれ難く、グラウト材と柱表面との密着性も上がり、結果として十分な補強強度が得られることになる。

図１はこの発明の実施形態における補強対称の正面図である。 図２は実施形態の補強構造の正面図である。 図３は実施形態の補強構造において梁２体に対応する部分を省略した斜視図である。 図４は実施形態の内法部分に対応する部分の柱とその周囲の断面図である。 図５は実施形態の腰壁に対応する部分の柱とその周囲の断面図である。 図６は実施形態の沿え板部分の断面図である。 図７は極脆性柱を備えた構造の正面図である。 図８は従来の極脆性柱の補強構造の正面図である。

図１〜図６に示すこの発明の実施形態は、柱２の両脇に連続する腰壁３と垂れ壁４とを備え、これら腰壁３及び垂れ壁４の間であって下地材６を設けた開口部に窓枠５を取り付けた構造において、上記柱２を補強するものである。
なお、上記柱２は、腰壁３及び垂れ壁４に対応する以外の長さ、すなわち開口部に対応する部分の長さである有効内法長さＨ１が柱幅Ｄの２倍よりも小さい柱である。

また、図１では腰壁３及び垂れ壁４と開口部との境界を破線で示しているが、実際には表面材を設け、上記開口部の境界は見た目では分からないようになっている。
図２に示すこの実施形態の補強構造は、上記開口部に対応する内法部分においては、上記極脆性の柱２の全周を内法部分用補強鋼板１０で囲んで補強し、その他の部分は壁付き部分用補強鋼鈑１１，１２、梁部分用補強鋼鈑１３で覆って補強するようにしている。

上記内法部分用補強鋼鈑１０は、図４に示すように４枚の囲い板部材１０ａからなる。
上記各囲い板部材１０ａは、軸方向の折り線で直角に折り曲げられた板部材であって、その両端を隣り合う囲い板部材１０ａと重ね合わせて上記内法部分用補強鋼板１０を構成している。
このような内法部分用補強鋼鈑１０を柱２の内法部分に設けるために、上記柱２の内法高さＨ１に対応する開口部、すなわち図１に二点鎖線で示した内法対応部分９の下地材６を取り除いて、柱２の内法部分の外周に空間を形成する。

そして、上記下地材６を除いて形成した上記空間からなる内法対応部分９に、上記内法部分用補強鋼鈑１０を設け、この内法部分用補強鋼鈑１０で柱２の外周を所定の間隔を保って囲んでいる。そして、この間隔内には後で説明するがグラウト材１８を充填している。
なお、上記柱２と内法部分用補強鋼板１０との間隔を保つために、内法部分用補強鋼板１０の外側に型枠を設けたり、内側にスペーサを設けたりしてもよい。
また、内法部分用補強鋼板１０を構成する囲い板部材１０ａの枚数は、柱２の全周を囲うことができれば４枚に限らず何枚でもよい。

さらに、上記柱２における上記腰壁３に対応する部分を囲む、上記壁付き部分用鋼板１１は、図３，５に示すように、断面形状を略コの字にした柱囲い部１１ａとその両脇に突出した壁沿接部１１ｂ，１１ｂとを備えた部材である。そして、柱囲い部１１ａを柱２の前面に対向させるとともに壁沿接部１１ａをボルト１４で腰壁３に固定している。

また、上記柱２における垂れ壁４に対応する部分は、垂れ壁４用の壁付き部分用鋼板１２で囲まれ、梁１に対応する部分は梁部分用補強鋼板１３で囲まれている。
上記壁付き部分用補強鋼鈑１２及び梁部分用補強鋼板１３は、上記壁付き部分用補強鋼板１１と同様の形状である。
すなわち、上記壁付き部分用補強鋼板１２は、柱囲い部１２ａ及び壁沿接部１２ｂからなり、梁部分用補強鋼板１３は柱囲い部１３ａ及び梁沿接部１３ｂからなる。そして、これら壁沿接部１２ｂ，梁沿接部１３ｂをボルト１４で垂れ壁４又は梁１に固定している。

また、上記内法用補強鋼板１０の上下端のそれぞれには、図６に示すように軸方向に突出する沿え板１５，１５を設けている。この沿え板１５は、内法用補強鋼板１０の柱２側の面に溶接部１６を介して固定されている。
そして、この内法用補強鋼板１０に隣接する壁付き部分用補強鋼板１１、１２を、上記沿え板１５，１５に接触させて設けるようにしている。
このような沿え板１５を備えていれば、この沿え板１５に壁付き部分用補強鋼板１１，１２を接触させて設けることができ、内法部分用補強鋼板１０と壁付き部分用補強鋼板１１，１２の表面の位置合わせが確実かつ容易になる。

このように、上記補強鋼板１０〜１３を、柱２の表面との間に所定の間隔を保つとともに、これら全補強鋼板１０〜１３の外表面をほぼ面一にし、その外表面には図示しない繊維からなる帯状シートを貼り付けることによって各補強鋼板１０〜１３を柱２の軸方向に一体化している。
以上のように、柱２と、その表面から所定の間隔を保って設けた上記補強鋼板１０〜１３との間隔内には、複数の補強鉄筋１７を起立させるとともにグラウト材１８を充填し、グラウト材１８を固化させればこの実施形態の補強構造は完成する。

上記充填したグラウト材１８が固化すると、柱２はグラウト材１８を介して補強用鉄筋１７及び補強鋼鈑１０〜１３と一体化する。従って、補強鋼鈑１０〜１３で囲まれた補強後の柱２は補強鉄筋１７を内包するとともに壁３，４とも連結し、十分な補強強度を備えることになる。
また、この実施形態の補強構造は、上記従来の補強構造のように既存の構造物である腰壁３や垂れ壁４を破壊してスリット７，８を形成する必要がなく、開口部の下地材６を取り除くだけで内法部分用補強鋼鈑１０を設けることができるので工事が簡単である。

なお、この実施形態では、上記内法部分用補強鋼板１０以外の補強鋼板１１〜１３を、上記壁３，４の両面側に同様に設けるようにしている（図４，５参照）が、必要な補強強度さえ得られれば、上記壁部分用補強鋼鈑１１，１２及び梁部分用補強鋼鈑１３は、壁３，４、梁１の一面側のみに設けるようにしてもよい。
また、この実施形態では、内法部分用補強鋼鈑１０の上下に沿え板１５を設けているが、このような沿え板１５を、梁部分用補強鋼板１３と壁付き部分用補強鋼板１２との間にも設ければ、梁部分用補強鋼鈑１３の位置合わせも容易になり、さらに施工性が向上する。但し、上記沿え板１５は、この発明の極脆性柱の補強構造において必須の構成要素ではない。

さらに、上記沿え板１５は軸方向に連続する補強鋼板のいずれか一方に設ければよく、内法部分用補強鋼鈑１０ではなく、壁付き部分用補強鋼板１１，１２側に設けてもよい。
但し、この実施形態のように、上記沿え板１５を、壁付き部分用補強鋼板１１，１２ではなく、内法部分用補強鋼板１０の上下に設ければ、補強鋼鈑の位置合わせ作業の作業性が向上するだけでなく、上記柱２との間に充填したグラウト材１８の圧力が作用したとしても、内法部分用補強鋼板１０が外方へずれ難くすることができる。

その理由は、以下のとおりである。
上記補強鋼鈑１０〜１３のうち、壁付き部分用補強鋼板１１，１２及び梁部分用補強鋼鈑１３は、それぞれ腰壁３、垂れ壁４、梁１に壁沿接部１１ｂ、１２ｂ、梁沿接部１３ｂを介してボルト１４で固定されているので、グラウト材１８の圧力が作用しても外方へずれ難い構成である。
これに対し、上記内法部分用補強鋼板１０は壁などに固定されていないため、他の補強鋼鈑１１〜１３と比べてグラウト材１８の圧力によって外方へずれ易いと考えられる。

しかし、この実施形態では、内法部分用補強鋼板１０の上下端に設けた沿え板１５が、グラウト材１８の圧力を受けた場合に、軸方向に隣接する壁付き部分用補強鋼板１１，１２に突き当たるので、内法部分用補強鋼板１０が外側へずれることを防止することができる。
このように、充填したグラウト材１８によって内法部分用補強鋼鈑１０が外方へすれ難いということは、内法部分用補強鋼鈑１０と壁付き部分用補強鋼鈑１１，１２とがずれ難いということである。そのため、軸方向に隣接する補強鋼鈑同士が確実に一体化され、補強構造としての強度もより高くなる。

なお、この実施形態では、軸方向に一体化した補強用鋼鈑１０〜１３と既存の柱２との間に補強鉄筋１７を設けているが、目的によっては補強鉄筋１７は設けなくてもよい。
さらに、この実施形態では、内法部分用補強鋼鈑１０、壁付き部分用補強鋼鈑１１，１２及び梁部分用補強鋼鈑１３の外表面に帯状シートを張り付けているが、この繊維シートも用いなくてもよい。帯状シートを貼り付ければ、この帯状シートによって上記軸方向に隣接する補強鋼鈑１０〜１３を一体化することができる。

また、上記補強鋼鈑１０〜１３を軸方向に連続させて一体化するためには、帯状シートの接着でなく、隣接する補強鋼板同士を溶接によって連結してもかまわない。
但し、帯状シートの貼り付けや溶接によって補強鋼鈑１０〜１３を一体化しなくても、充填した上記グラウト材１８によって軸方向に連続する上記補強鋼鈑１０〜１３を一体化することは可能である。

この発明の補強構造は、有効内法高さの小さい極脆性柱の建造物の補強に有用である。

２ （極脆性）柱
３ 腰壁
４ 垂れ壁
５ 窓枠
６ （開口部の）下地材
９ 内法対応部分
１０ 内法部分用補強鋼鈑
１１ 壁付き部分用補強鋼鈑
１１ａ 柱囲い部
１１ｂ 壁沿接部
１２ 壁付き部分用補強鋼鈑
１２ａ 柱囲い部
１２ｂ 壁沿接部
１５ 沿え板
１８ グラウト材

Claims (3)

1. 柱の両側に梁を設け、この梁の下方における柱の両側に腰壁あるいは垂れ壁のいずれか一方あるいは双方を設けるとともに、
   これら腰壁あるいは垂れ壁のいずれか一方あるいは双方に連続する開口部を設け、
   この開口部に対応する柱の上下方向長さを内法部分とした極脆性柱の補強構造であって、
   上記内法部分に対応する柱の全周を、周方向端部を重ね合わせて周方向に連続させた複数の部材からなる内法部分用補強鋼板で囲って、これら柱と内法部分用補強鋼板との間に間隔を保つ一方、
   上記梁に対応する柱の部分を梁部分用補強鋼板で囲って、これら柱と梁部分用補強鋼板との間に間隔を設けるとともに、この梁部分用補強鋼板の両側に設けた梁沿接部を上記梁に固定し、
   上記腰壁あるいは垂れ壁に対応する柱の部分を壁付き部分用補強鋼板で囲って、これら柱と壁付き部分用補強鋼板との間に間隔を設けるとともに、壁付き部分用補強鋼板の両側に設けた壁沿接部を上記腰壁あるいは垂れ壁に固定し、
   上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれを上記柱の軸方向に連続させ、
   これら各補強鋼板と柱との間隔を柱の軸方向において貫く補強鉄筋を設けるとともに、
   上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれと上記柱との間にグラウト材を充填し、
   上記梁部分用補強鋼板、内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板のそれぞれを一体化した極脆性柱の補強構造。
2. 上記互いに隣接する上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とのいずれか一方に、柱の軸方向に突出する添え板を設け、
   上記互いに隣接する上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とを上記添え板に接触させたことを特徴とする請求項１に記載の極脆性柱の補強構造。
3. 上記内法部分用補強鋼板及び壁付き部分用補強鋼板の外側に帯状シートを貼り付け、この帯状シートによって上記内法部分用補強鋼板と壁付き部分用補強鋼板とを一体化した請求項１または２に記載の極脆性柱の補強構造。

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