JP6610924B2 - 耐震補強構造及び耐震補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、耐震補強構造及び耐震補強方法に関するものである。

従来から、既存の建築物の柱や梁等の構造体にブレースを取付けて耐震補強することが広く行われている。現場で、鉄骨等の構造体にブレースを溶接により取り付けると火花が発生するため、他の接合方法が好まれることがある。

そこで、ブレースの端部に設けられた芯材が、柱と梁との接合部に設けられたプレートにボルトで接合された構成が提案されている（下記特許文献１参照）。
また、斜材の端部に設けられたガセットプレートが、Ｈ型鋼や角柱により形成された柱の対向する面にそれぞれ接着剤で接着されるとともに、接着剤の剥離を防止するために対向するガセットプレート同士をボルトで螺合した構成が提案されている（下記特許文献２参照）。

特開２０１３−２４１８１５号公報 特開２０１３−１７７７９７号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載された構成では、構造体が鋼管で構成されている場合には、鋼管にはフランジ等の延出する部材がないため、鋼管に補強部材をボルトで接合することが困難であるという問題点がある。
また、上記の特許文献２に記載された構成では、ガセットプレートを柱に接着剤で接着するとともに、ガセットプレート同士をボルトで螺合するため、手間がかかるという問題点がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鋼管で形成される構造体に溶接を用いないで、補強部材を固定する耐震補強構造及び耐震補強方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る耐震補強構造は、鋼管で形成された構造体と、該構造体の外面に取り付けられたコッターと、筒状に形成され、前記コッターの外側に前記構造体を囲うように配置された囲い部材と、該囲い部材の内面に沿って設けられ、前記コッターとの間で圧縮力を生じさせるシアー鉄筋と、前記囲い部材から外側に延出する延出部と、前記構造体と前記囲い部材との間に充填され、前記コッターを介して前記構造体と一体化された充填部と、前記延出部にボルトで固定された補強部材と、を備え、前記コッターと前記シアー鉄筋との間には、前記圧縮力が斜め方向に作用することを特徴とする。

このように構成された耐震補強構造では、鋼管で構成された構造体と囲い部材との間には、構造体の外面に取り付けられたコッターを介して構造体と一体化された充填部が形成されている。また、囲い部材は、充填部と一体化されている。換言すると、囲い部材は、コッター及び充填部を介して、構造体と一体化されている。また、囲い部材から外側に延出する延出部には、補強部材がボルトで固定されている。よって、構造体が鋼管で形成されていても、補強部材を、構造体と一体化された囲い部材から外側に延出する延出部に、溶接を用いずにボルトで固定することができる。
さらに、囲い部材の内面に沿って設けられたシアー鉄筋は、コッターとの間で圧縮力（圧縮ストラット）を生じさせ、構造体と補強部材との間で軸力や曲げ応力を伝達することができる。

また、本発明に係る耐震補強構造は、前記構造体の外縁は、平面視円形に形成され、前記囲い部材の内面には、回転防止部が設けられていることが好ましい。

このように構成された耐震補強構造では、構造体の外縁が平面視円形に形成されていても、囲い部材の内面には回転防止部が設けられている。よって、囲い部材に設けられた回転防止部が充填部に埋め込まれて、囲い部材と充填部との間に生じる摩擦力が大きくなるため、囲い部材が充填部に対して相対的に周方向にずれることがない。よって、補強部材を位置ずれなく固定することができる。

また、本発明に係る耐震補強構造は、前記コッターは、前記構造体に螺子または接着剤により取り付けられていてもよい。

このように構成された耐震補強構造では、コッターを螺子または接着剤により簡易に取り付けることができる。

また、本発明に係る耐震補強方法は、鋼管で形成された構造体の外面に、コッターを固定するコッター固定工程と、筒状に形成されるとともに外側に延出する延出部が設けられた囲い部材を、前記コッターの外側に前記構造体を囲うように配置する囲い部材配置工程と、前記囲い部材の内面に沿って、前記コッターとの間で圧縮力を生じさせるシアー鉄筋を配置するシアー鉄筋配置工程と、前記構造体と前記囲い部材との間に充填材を充填して、前記コッターを介して前記構造体と前記囲い部材とを一体化する充填工程と、前記延出部に補強部材をボルトで固定する補強部材固定工程と、を備え、前記コッターと前記シアー鉄筋との間には、前記圧縮力が斜め方向に作用することを特徴とする。

このように構成された耐震補強方法では、コッター固定工程により、鋼管で形成された構造体の外面に、コッターを固定する。囲い部材配置工程により、筒状に形成されるとともに外側に延出する延出部が設けられた囲い部材を、コッターの外側に構造体を囲うように配置する。シアー鉄筋配置工程により、囲い部材の内面に沿って、コッターとの間で圧縮力を生じさせるシアー鉄筋を配置する。充填工程により、構造体と囲い部材との間に充填材を充填して、コッターを介して構造体と囲い部材とを一体化する。補強部材固定工程により、延出部に補強部材をボルトで固定する。よって、構造体が鋼管で形成されていても、補強部材を、構造体と一体化された囲い部材から外側に延出する延出部に、溶接を用いずにボルトで固定することができる。
さらに、囲い部材の内面に沿って設けられたシアー鉄筋は、コッターとの間で圧縮力（圧縮ストラット）を生じさせ、構造体と補強部材との間で軸力や曲げ応力を伝達することができる。

本発明に係る耐震補強構造及び耐震補強方法によれば、鋼管で形成される構造体に溶接を用いないで、補強部材を固定することができる。

本発明の一実施形態に係る鋼管部材と補強部材との接合構造が採用された建築物の部分的な正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 コッターとシアー鉄筋との間で生じる圧縮力（圧縮ストラット）を説明するための断面の模式図であり、（ａ）は通常時、（ｂ）は地震時等を示す。

本発明の一実施形態に係る耐震補強構造について、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る鋼管部材と補強部材との接合構造が採用された建築物の部分的な正面図である。

図１に示すように、耐震補強の対象とされる既存の建築物１は、柱（構造体）１１と、トラス部１２と、屋根１３と、を備えている。

柱１１は、鋼管で例えば円筒状に形成され、鉛直方向に延びるように、図示しない床スラブ等に設けられている。なお、図１，２，４において、柱１１の内部が空洞であることを示すために、薄く色を付けている。

トラス部１２は、隣接する柱１１の上部間に架設されている。トラス部１２は、水平方向に延びる上弦材１２Ａと、上弦材１２Ａの下方に設けられ水平方向に延びる下弦材１２Ｂと、上弦材１２Ａと下弦材１２Ｂとを鉛直方向に対して斜めに連結する複数の斜材１２Ｃと、を有している。これら上弦材１２Ａ、下弦材１２Ｂ及び斜材１２Ｃは、それぞれ鋼管で例えば円筒状に形成されている。

耐震補強後の建築物１には、柱１１と下弦材１２Ｂとの間及び上弦材１２Ａと下弦材１２Ｂとの間に、補強部材７，７Ｙがそれぞれ設けられている。

柱１１の両側方には、それぞれ補強部材７の一方側の端部が取り付けられている。以下では、補強部材７の柱１１への接合構造について説明する。
図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図３は、図２のＢ−Ｂ断面図である。
図２及び図３に示すように、柱１１の外周面に沿って、複数のコッター２が設けられている。本実施形態では、各コッター２は、鋼板等の板状部材が柱１１の外周面に沿うように円弧状に湾曲形成されて構成されている。

コッター２は、例えば柱１１の周方向に離間して２個及び柱１１の鉛直方向に離間して２個、合計４個設けられている。各コッター２は、螺子２Ｘで柱１１に固定されている。なお、コッター２の個数は適宜設定可能である。

柱１１の径方向外側には、コッター２と離間して囲い部材３が配置されている。囲い部材３は、一対の半筒部材３０，３０が柱１１を挟んでわずかな隙間Ｓを空けて対向配置され、全体として略円筒状をなすように構成されている。

各半筒部材３０は、柱１１の外側に配置される囲い部（リングパネル）３１と、囲い部３１の上下端からそれぞれ柱１１の径方向外側に延出するフランジ部（ダイアフラム）３２と、を有している。

また、囲い部３１の周方向両端部には、それぞれ径方向外側に延出する取付プレート部（延出部）３１Ｔが設けられている。これら囲い部３１、フランジ部３２及び取付プレート部３１Ｔは、鋼板等により一体に形成されている。

囲い部３１の内周面に沿って、複数の回転防止筋（回転防止部）４が周方向に離間して設けられている。各回転防止筋４は、鉛直方向に延びるように配置されている。本実施形態では、回転防止筋４は鉄筋により形成されている。この回転防止筋４は、囲い部３１に溶接等により接合されている。

また、囲い部３１の内周面において、回転防止筋４が設けられていない上下位置に、複数のシアー鉄筋５が設けられている。シアー鉄筋５は、水平方向に延びるように、略半円をなす円弧状に形成されている。つまり、シアー鉄筋５は、一対の半筒部材３０，３０の内周面に沿って、平面視環状に配置されている。本実施形態では、シアー鉄筋５は、上下方向に離間して４本設けられている。

図４は、コッターとシアー鉄筋との間で生じる圧縮力（圧縮ストラット）を説明するための断面の模式図であり、（ａ）は通常時、（ｂ）は地震時等を示す。
通常時には、図４（ａ）に示すように、柱１１に固定されたコッター２と半筒部材３０に設けられたシアー鉄筋５との間に斜め方向（径方向内側に向かうにしたがって次第に下方に向かう方向）に圧縮力（圧縮ストラット）Ｔが生じる。この圧縮ストラットＴが、柱１１の軸力Ｎ１から柱１１に作用するモーメントに対して抵抗する。
一方、地震時等の水平力が作用し曲げが生じる場合には、図４（ｂ）に示すように、柱１１に固定されたコッター２と半筒部材３０に設けられたシアー鉄筋５との間に斜め方向（補強部材７の軸力Ｎ２と交差する方向であって、径方向内側に向かうにしたがって次第に下方に向かう方向）に圧縮ストラットＴが生じる。この圧縮ストラットＴが、軸力Ｎ２から柱１１に作用するモーメントに対して抵抗する。

柱１１と半筒部材３０との間には、モルタル（充填材）が充填されたモルタル部（充填部）６が形成されている。モルタル部６は、コッター２を介して柱１１と半筒部材３０，３０とを一体化する。

半筒部材３０の取付プレート部３１Ｔには、補強部材７が固定されている。補強部材７は、一対の斜材部７１，７１と、各斜材部７１の端部に設けられたガセットプレート７２と、を有している。

本実施形態では、各斜材部７１は、例えば断面視コ字状をなす溝形鋼により形成されている。

ガセットプレート７２は、一対の斜材部７１，７１の端部どうしの間に配置され、各斜材部７１にボルト７２Ｘで螺合されている。ガセットプレート７２は、斜材部７１から柱１１側に延びている。

ガセットプレート７２は、一対の半筒部材３０，３０により形成された隙間Ｓに挿入され、半筒部材３０の取付プレート部３１Ｔにボルト３１Ｘで螺合されている。

本実施形態では、鉛直方向を軸線方向とする柱１１と、コッター２と、一対の半筒部材３０，３０と、取付プレート部３１Ｔと、モルタル部６と、補強部材７とが耐震補強構造１０を構成している。

また、上記に示す補強部材７は、一対の半筒部材３０，３０の取付プレート部３１Ｔ，３１間に挟み込まれて固定されているが、図２に示す補強部材７Ｘのように、半筒部材３０の周方向の一部に設けられた一の取付プレート部３１Ｔにガセットプレート７２がボルト３１Ｘで螺合され、当該ガセットプレート７２に斜材部７１，７１がボルト締めされる構成であってもよい。

また、補強部材７の他方側の端部の耐震補強構造１０Ｘは、水平方向を軸線方向とする下弦材１２Ｂと、下弦材１２Ｂの外面に取り付けられたコッター２と、下弦材１２Ｂの外側に配置された一対の半筒部材３０，３０と、一対の半筒部材３０，３０の内面に沿って設けられ、コッター２との間で圧縮力を生じさせるシアー鉄筋５と、各半筒部材３０の取付プレート部３１Ｔと、下弦材１２Ｂと一対の半筒部材３０，３０との間に充填されたモルタル部６と、取付プレート部３１Ｔに取り付けられた補強部材７と、を備えている。この耐震補強構造１０Ｘでは、回転防止筋４は水平方向に沿って配置され、シアー鉄筋５は下弦材１２Ｂの周方向に沿って配置されている。なお、半筒部材３０には、径方向外側に突出するリブプレートが設けて、面外の変形を拘束する構成であってもよい。

また、同様に、トラス部１２の上弦材１２Ａと下弦材１２Ｂとの間には、補強部材７Ｙが設けられている。補強部材７Ｙの上弦材１２Ａ側の耐震補強構造１０Ｙは、水平方向を軸線方向とする上弦材１２Ａと、上弦材１２Ａの外面に取り付けられたコッター２と、上弦材１２Ａの外側に配置された一対の半筒部材３０，３０と、一対の半筒部材３０，３０の内面に沿って設けられ、コッター２との間で圧縮力を生じさせるシアー鉄筋５と、各半筒部材３０の取付プレート部３１Ｔと、上弦材１２Ａと一対の半筒部材３０，３０との間に充填されたモルタル部６と、取付プレート部３１Ｔに取り付けられた補強部材７Ｙと、を備えている。この耐震補強構造１０Ｙでは、回転防止筋４は水平方向に沿って配置され、シアー鉄筋５は上弦材１２Ａの周方向に沿って配置されている。

また、同様に、補強部材７Ｙの下弦材１２Ｂ側の耐震補強構造１０Ｚは、水平方向を軸線方向とする下弦材１２Ｂと、下弦材１２Ｂの外面に取り付けられたコッター２と、下弦材１２Ｂの外側に配置された一対の半筒部材３０，３０と、一対の半筒部材３０，３０の内面に沿って設けられ、コッター２との間で圧縮力を生じさせるシアー鉄筋５と、各半筒部材３０の取付プレート部３１Ｔと、下弦材１２Ｂと一対の半筒部材３０，３０との間に充填されたモルタル部６と、取付プレート部３１Ｔに取り付けられた補強部材７Ｙと、を備えている。この耐震補強構造１０Ｚでは、回転防止筋４は水平方向に沿って配置され、シアー鉄筋５は下弦材１２Ｂの周方向に沿って配置されている。

次に、上記のように構成された耐震補強構造１０の耐震補強方法について説明する。
まず、コッター固定工程を行う。
既存の建築物１における鋼管で形成された柱１１の外面に、コッター２を螺子２Ｘで固定する。

次に、囲い部材配置工程を行う。
半筒状に形成された一対の半筒部材３０，３０を、柱１１の外側に柱１１を囲うように配置する。半筒部材３０と柱１１との間には、空間部Ｐが形成されている。

次に、シアー鉄筋配置工程を行う。
一対の半筒部材３０，３０の内周面に沿って、シアー鉄筋５を、平面視環状に配置する。

次に、充填工程を行う。
柱１１と囲い部材３との間に形成された空間部Ｐに、モルタルを充填する。モルタルが硬化すると、モルタル部６が形成される。このモルタル部６は、コッター２を介して、柱１１と一対の半筒部材３０，３０とを一体化する。

次に、補強部材固定工程を行う。
各半筒部材３０に設けられた各取付プレート部３１Ｔに、補強部材７のガセットプレート７２をボルト７２Ｘで螺合する。以上により、補強部材７が、囲い部材３の取付プレート部３１Ｔに接合される。

このように構成された耐震補強構造１０では、鋼管で構成された柱１１と囲い部材３との間には、柱１１の外面に取り付けられたコッター２を介して柱１１と一体化されたモルタル部６が形成されている。また、囲い部材３は、モルタル部６と一体化されている。換言すると、囲い部材３は、コッター２及びモルタル部６を介して、柱１１と一体化されている。また、囲い部材３から外側に延出する取付プレート部３１Ｔには、補強部材７がボルト３１Ｘで固定されている。よって、柱１１が鋼管で形成されていても、補強部材７を、柱１１と一体化された囲い部材３から外側に延出する取付プレート部３１Ｔにボルト７２Ｘで固定することができる。したがって、補強部材７を囲い部材３に溶接によらず取り付けて、建築物１の耐震性を向上させることができる。また、ボルト７２Ｘのみで固定できるため、施工時に手間がかからない。
同様に、上弦材１２Ａに補強部材７Ｙを取り付けることができるとともに、下弦材１２Ｂに補強部材７，７Ｙを取り付けることができる。

さらに、囲い部材３の内面に沿って設けられたシアー鉄筋５は、コッター２との間で圧縮力（圧縮ストラット）Ｔを生じさせ、柱１１と補強部材７との間で軸力や曲げ応力を伝達することができる。よって、軸力や曲げ応力が作用する地震時にも、柱１１と囲い部材３とが位置ずれを起こすことがないため、互いに確実に荷重を伝達することができる。

また、柱１１の外縁が円形に形成されていても、囲い部材３の内側には周方向に離間して複数設けられた回転防止筋４がモルタル部６に埋め込まれて、囲い部材３とモルタル部６との間に生じる摩擦力が大きくなるため、囲い部材３がモルタル部６に対して相対的に周方向にずれることがない。よって、補強部材７を、モルタル部６及びコッター２を介して、位置ずれなく固定することができる。

また、コッター２は螺子２Ｘで柱１１に固定されているため、コッター２を簡易に取り付けることができる。なお、コッター２は、接着剤により固定されていてもよい。

なお、上述した実施の形態において示した組立手順、あるいは各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、上記に示す実施形態において、柱１１を形成する鋼管の内部は空洞とされているが本発明はこれに限られない。鋼管の内部に、コンクリート等が充填された構成であってもよい。

また、上記に示す実施形態において、回転防止部は、囲い部３１の内周面に沿って、周方向に離間して複数設けられ、鉛直方向に延びる回転防止筋４で構成されているが、本発明はこれに限られない。回転防止部は、囲い部材の内面に設けられていればよく、例えば囲い部材の内面に沿って鉄筋が軸線方向の回りにらせん状に配置（不図示。以下同じ。）されていてもよい。あるいは、回転防止部は、囲い部材の内面から柱１１の径方向内側に突出する凸部（不図示。以下同じ。）であってもよい。これらの場合には、らせん状に配置された鉄筋や凸部が充填部に埋め込まれて、囲い部材が充填部に対して相対的に周方向にずれることがない。また、囲い部材の内面から柱１１の径方向外側に凹む凹部（不図示。以下同じ。）であってもよく、この場合には凹部に充填部が入り込み、囲い部材が充填部に対して相対的に周方向にずれることがない。

１…建築物
２…コッター
２Ｘ…螺子
３…囲い部材
４…回転防止筋（回転防止部）
５…シアー鉄筋
６…モルタル部（充填部）
７…補強部材
１０…耐震補強構造
１１…柱（構造体）
１２…トラス部
１２Ａ…上弦材
１２Ｂ…下弦材
１２Ｃ…斜材
１３…屋根
３０…半筒部材
３１…囲い部
３１Ｔ…取付プレート部（延出部）
３２…フランジ部
７１…斜材部
７２…ガセットプレート
７２Ｘ…ボルト

Claims (4)

1. 鋼管で形成された構造体と、
   該構造体の外面に取り付けられたコッターと、
   筒状に形成され、前記コッターの外側に前記構造体を囲うように配置された囲い部材と、
   該囲い部材の内面に沿って設けられ、前記コッターとの間で圧縮力を生じさせるシアー鉄筋と、
   前記囲い部材から外側に延出する延出部と、
   前記構造体と前記囲い部材との間に充填され、前記コッターを介して前記構造体と一体化された充填部と、
   前記延出部にボルトで固定された補強部材と、を備え、
   前記コッターと前記シアー鉄筋との間には、前記圧縮力が斜め方向に作用することを特徴とする耐震補強構造。
2. 前記構造体の外縁は、平面視円形に形成され、
   前記囲い部材の内面には、回転防止部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の耐震補強構造。
3. 前記コッターは、前記構造体に螺子または接着剤により取り付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の耐震補強構造。
4. 鋼管で形成された構造体の外面に、コッターを固定するコッター固定工程と、
   筒状に形成されるとともに外側に延出する延出部が設けられた囲い部材を、前記コッターの外側に前記構造体を囲うように配置する囲い部材配置工程と、
   前記囲い部材の内面に沿って、前記コッターとの間で圧縮力を生じさせるシアー鉄筋を配置するシアー鉄筋配置工程と、
   前記構造体と前記囲い部材との間に充填材を充填して、前記コッターを介して前記構造体と前記囲い部材とを一体化する充填工程と、
   前記延出部に補強部材をボルトで固定する補強部材固定工程と、を備え、
   前記コッターと前記シアー鉄筋との間には、前記圧縮力が斜め方向に作用することを特徴とする耐震補強方法。

Images