JP7270412B2 - 組積造建物の補強構造 - Google Patents

Description

本発明は、構造物の補強に係り、特にレンガやブロック等を主体として構成される組積造建物の補強に好適な構造に関する。

明治以降に建造されたレンガ造建物に代表される歴史的な組積造の構造物を、文化財として保存したり、新たな用途に供するために改修する場合がある。しかし、現在の耐震基準に従うと多くの組積造建物が既存不適格との診断になるため、再利用するためにはレンガ壁を耐震補強して耐力を高める必要がある。

特許文献１には、既存の組積造建物の耐力とじん性を高めるために、上方から壁体断面を貫通して下端部が地盤中にグラウト固定された鋼棒に、緊張力を付与することによって圧縮力を付与し、組積造壁体のせん断抵抗と面外曲げに対する抵抗を高める方法が提案されている。

また、特許文献２、３には、レンガ壁の上端と下端との間に貫通孔を形成し、その中に挿通した複数のＰＣ鋼棒を壁体の上部から緊張することによって、レンガ壁の上端と下端との間に圧縮力を付与する補強法が提案されている。ここでは、既設のレンガ壁の基礎部分に形成した横穴からＰＣ鋼棒の下端部に定着板を取り付けた後に、横穴に早強コンクリートを充填し、これが硬化した後にＰＣ鋼棒を緊張して固定している。

特開昭５４－０１０５１４号公報 特開２０１０－２８１０３３号公報 特開２０１０－２８１０３４号公報

上記特許文献に開示されているような技術を用いれば、確かにレンガ壁の耐力を高めることができると考えられる。しかし、上述した特許文献に開示されている技術は、いずれも、レンガ壁の面内方向への耐力向上や、壁を構成するレンガがズレることに対する耐力の向上を図るものである。このため、レンガ壁の面外方向に対する耐力の向上については、充分な考慮がされていない。

そこで本発明では、壁の面外方向への力に対する耐力も向上させることのできる組積造建物の補強構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る組積造建物の補強構造は、壁体の断面内部に設置された緊張材でプレストレスが付与される組積造建物の補強構造であって、前記緊張材の上端部は、壁体の上部に設けられたコンクリート造の臥梁に定着されていることを特徴とする。

また、上記のような特徴を有する組積造建物の補強構造では、前記壁体が直交する部分において、互いに直交する壁体同士をつなぐ平面視ひし形の平面ブレースが、前記臥梁に掛け渡されていることを特徴とする。このような特徴を有することによれば、鉄骨により構成される臥梁と合わせて複合的な補強構造とすることができる。また、枠体構造とされる組積造建物の壁面を支持する平面ブレースを設置することで、面外方向の応力に対する耐力を効果的に高めることができる。

また、上記のような特徴を有する組積造建物の補強構造では、互いに平行する前記臥梁同士をつなぐ梁材が掛け渡されていることを特徴とする。このような特徴を有することによれば、梁材により向かい合って配置されている壁体に設置されている臥梁同士をつなぐことで、各壁体に付与される面外方向の応力に対する耐力を高めることができる。

また、上記のような特徴を有する組積造建物の補強構造において前記緊張材は、付着力によって前記臥梁に定着されていることを特徴とする。このような特徴を有する事によれば、緊張材を臥梁内部に収めることができる。すなわち、臥梁の上部に緊張材を突出させない構造とすることができる。

さらに、上記のような特徴を有する組積造建物の補強構造において前記臥梁の主筋は、肋筋の縦材に沿って配されていることを特徴とする。このような特徴を有する事によれば、レンガ壁の面外方向に作用する力に対する臥梁の耐力を向上させることができる。そして臥梁は、緊張材を介してレンガ壁と接続されていることより、レンガ壁における面外方向の耐力も向上することとなる。

上記のような特徴を有する組積造建物の補強構造によれば、壁の面外方向への力に対する耐力も向上させることができる。

第１実施形態に係るレンガ壁の構造と補強構造を説明するための正面イメージ図である。 第１実施形態に係るレンガ壁の構造と補強構造を説明するための側面イメージ図である。 図２における臥梁部分の断面構造を示す部分拡大図である。 枠体構造とされる組積造建物における補強構造を説明するための斜視図である。 図４中Ａ－Ａ断面の構成例を示す図である。 図４中Ｂ－Ｂ断面の構成例を示す図である。 図４中Ｃ－Ｃ断面の構成例を示す図である。 隣接配置される臥梁間における主筋の連続配置について説明するための斜視図である。

以下、本発明の組積造建物の補強構造に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。まず、図１から図３を参照して、第１実施形態に係る組積造建物の補強構造について説明する。なお、図面において、図１は、第１実施形態に係るレンガ壁の構造と補強構造を説明するための正面イメージ図であり、図２は、同側面イメージ図である。また、図３に示す図面は、図２における臥梁部分の断面構造を示す部分拡大図である。

本実施形態に係る補強構造による補強対象となる組積造建物１０は、例えば図１、図２に示すようなレンガ壁１２を有する建物である。こうしたレンガ壁を有する建物としては、明治以降に建造された洋館や倉庫等を挙げることができる。レンガ壁１２を構成するレンガの積み方としては、長手積や、小口積、イギリス積、およびフランス積などが知られているが、どのような積み方のレンガ壁にも対応することができる。図１、図２に示す例は、組積造建物１０として現存数の多いイギリス積によるレンガ壁を示している。

このようなレンガ壁１２は従来、一般的に、基礎１４の上に積み上げられると共に、図示しない支柱が壁面に沿うように対を成して配置される。そして、支柱間に掛け渡された図示しない臥梁により上端部を抑えられることで、水平力に対する耐力の向上が図られている。

［補強構造の概要・臥梁］
本実施形態に係る補強構造は、このような構成の壁体（一例としてレンガ壁１２）の上部に作業スペースを確保する。具体的には、既設の臥梁を含む上部構造を撤去する。その後、レンガ壁１２の上端に、鉄筋コンクリート製の臥梁１６を配置する。臥梁１６は、その断面を図２に示すように、面内方向に沿って複数（図３に示す例では６本）の主筋１８と、複数の主筋１８を囲うように肋筋２０を配置する構造とされている。臥梁１６を構成する主筋１８は、肋筋２０の囲繞範囲に対応した四隅の他、肋筋２０の縦材に沿うように、面内方向に配置されている。一般的な梁では、主筋を肋筋の横材に沿って配置するのに対し、実施形態に係る臥梁１６では肋筋２０の縦材に沿って主筋１８を配置する構成としたことで、臥梁１６の面外方向の力に対する耐力を向上させている。また、このような配置によれば、詳細を後述する緊張材３０を臥梁の幅方向中央に配置する場合であっても、緊張材３０と主筋１８との干渉を避けることができる。このため、施工性の向上を図ることができる。なお肋筋２０は、面内方向に沿って複数、所定の間隔をあけて配置されている。

このような構成の臥梁１６は、レンガ壁１２の上部にズレ防止アンカー２２を打ち込む事で位置決めされている。ズレ防止アンカー２２の配置間隔や配置数に規定は無く、臥梁１６の位置決め（ズレ防止）ができれば良い。臥梁１６とレンガ壁１２との一体化は、詳細を後述する緊張材３０により成されるからである。このような構成とすることで、レンガ壁１２を鉛直方向に押えていただけの従来の臥梁と異なり、レンガ壁１２に加えられる面外方向の力を臥梁１６で受けることが可能となる。

また、実施形態に係る臥梁１６には、詳細を後述する緊張材３０の配置位置に合わせ、割裂防止材２４を配置している。割裂防止材２４は、緊張材３０に付与される緊張力に対するコンクリート２６の耐力を向上させる役割を担う部材であり、例えば緊張材３０の周囲を覆うように構成した螺旋状の鉄筋などであれば良い。

また、実施形態に係る臥梁１６は、レンガ壁１２の上端幅と同等の幅となるように構成し、緊張材３０をレンガ壁１２における断面の中心位置に配置すると共に、緊張材３０を基点として線対称となるようにズレ防止アンカー２２を配置する構成としている。

［貫通孔・横穴］
実施形態に係る組積造建物１０の補強構造では、上記のようにして形成した臥梁１６の上端部から基礎１４にかけて形成した貫通孔２８に緊張材３０を挿通し、この緊張材３０を介してレンガ壁１２に圧縮方向の力（プレストレス）を付与する構成としている。貫通孔２８は、緊張材３０の配置数に合わせて面内方向に複数設けられている。なお、複数の貫通孔２８の配置間隔は、レンガ壁１２の規模や目標とする強度に基づいて、適宜定めるようにすれば良い。

貫通孔２８の形成は、地盤に埋設されている、あるいは一部露出している基礎１４を露出させ、この基礎の側面に横穴１４ａを形成した上で行われる。すなわち貫通孔２８は、臥梁１６の上端から横穴１４ａまでの間に形成される。ここで、貫通孔２８や、横穴１４ａの形成には、無水工法を採用することが望ましい。無水工法とは、切削、穿孔時に冷却水を用いず、切削、穿孔部に冷却ガスを吹き付けながら加工を行う工法である。無水工法を用いることで、レンガ壁１２の内部や、目地内部を水で濡らすことが無く、浸潤による悪影響を防ぐことができる。また、無水工法時に切削、穿孔部を養生して集塵を行うことで、粉塵の飛散を防ぐこともできる。なお、横穴１４ａは有底で良く、好ましくは建物の内側に開口部を有するように形成すると良い。建物の外観に変化を生じさせないようにするためである。

［緊張材］
上記のように設けられた貫通孔２８に配置する緊張材３０は、ＰＣ鋼棒やねじ鉄筋等の棒状部材とすれば良い。緊張材３０は、臥梁１６の上端部から横穴１４ａにまで挿通させる。緊張材３０としてＰＣ鋼棒やねじ鉄筋を採用する場合には、図示しないカプラ等を介して複数の棒状部材を接続し、所望する長さを確保するようにすれば良い。貫通孔２８に配置される緊張材３０の上端部と下端部には、それぞれ上側定着部材３２と、下側定着部材３４が設けられる。

緊張材３０の下端部側の定着部を構成する下側定着部材３４は、横穴１４ａの内部に設けられる。下側定着部材３４としては、例えばプレートナットなどであれば良く、これを緊張材３０に螺合させれば良い。なお、横穴１４ａには臥梁１６と同様に、緊張材３０に対する緊張力を受け止めるための割裂防止材３６を配置した上で、コンクリート等のグラウト材３８が充填される。

上側定着部材３２は、臥梁１６の内部に設けるようにしている。具体的には、臥梁１６の内部に位置する緊張材３０に、定着部材としてのプレートナットを螺合させることで、臥梁１６の内部に上側定着部材３２を配置することができる。このため、緊張材３０は、臥梁１６の内部に、付着力によって定着されることとなる。

緊張材３０に対する緊張力の付与は、下側定着部材３４の定着が成された後に行われる。具体的には、臥梁１６の上端に突出させた緊張材３０の端部に引っ張り状態を維持するための仮設治具４０を配置し、緊張材３０の突出端部を図示しない牽引装置（例えばジャッキ）で牽引すれば良い。予め定められた牽引力で緊張材３０を牽引し、仮設治具４０で緊張材３０が戻る事を抑制する。この状態で貫通孔２８における緊張材３０との隙間にモルタル等のグラウト材２８ａを充填する。

このような構成とした場合、緊張材３０は臥梁１６の内部で定着されることとなる。このため、グラウト材３８が硬化した後、仮設治具４０と共に緊張材３０の突出端部を撤去すれば、臥梁１６の上部を平坦にすることができる（図３参照）。

［作用・効果］
このような組積造建物１０の補強構造によれば、面内方向や座屈に対する耐力だけでなく、面外方向の応力に対する耐力も向上させることができる。また、レンガ壁１２の上端（臥梁１６の上端）に突出部を生じさせることが無いため、補強前の棟構造をそのまま適用することができる。

なお、上記実施形態では、緊張材３０は、レンガ壁１２における断面の中心位置に配置し、この緊張材３０を基点として線対称となるようにズレ防止アンカー２２を配置する旨記載した。しかしながら、緊張材３０は、レンガ壁１２に対してバランス良くプレストレスを付与することができれば、その配置位置や数を限定するものでは無い。例えば、レンガ壁１２における断面の中心位置にズレ防止アンカー２２を配置し、このズレ防止アンカー２２を基点として線対称に緊張材３０を配置するような構成であっても良い。

［変形例］
上記実施形態では、レンガ壁１２単体（一面のレンガ壁１２）において、面外方向の応力に対する耐力を向上させる旨記載した。しかしながら、本発明に係る組積造建物１０の補強構造は、角度を持って配置されている複合的な壁面に対する付加構造を適用することで、面外方向の応力に対する耐力をより高めることができる。

例えば図４に示すように、枠状に構成されたレンガ壁１２により構成される組積造建物１０の場合、長手方向に向かい合う壁面間に梁５０を配置すると共に、平面視した際、梁材５４によって区分けされる空間それぞれに、レンガ壁１２の壁面を支持するためのブレース（以下、平面ブレース７０と称す）を配置すれば良い。

［梁材の構造］
梁５０は、向かい合うレンガ壁１２（図４に示す例では、レンガ壁１２ａとレンガ壁１２ｂ）の上部に配置された臥梁１６ａと臥梁１６ｂの間に掛け渡され、臥梁１６同士を接続している（図４に示す例では臥梁１６ａと臥梁１６ｂ）。梁５０の具体的な配置形態としては、次のようにすれば良い。すなわち、臥梁１６ａ，１６ｂの上端にガセットプレート５２を設置し、このガセットプレート５２を上下に挟み込むようにチャンネル材、あるいはＬ字鋼等の梁材５４を配置すれば良い。

ガセットプレート５２は、臥梁１６（図５に示す例では臥梁１６ｂ）の上端に、アンカー５６を打ち込む事で固定すれば良い。また、必要に応じてガセットプレート５２の下側に、補強板５８を設けるようにしても良い。補強板５８は、ガセットプレート５２の板面に対して板面が直交するように配置されている板材であり、レンガ壁１２（図５に示す例ではレンガ壁１２ｂ）の面外方向に延設されている。補強板５８は、ガセットプレート５２を基点としてレンガ壁１２（図５に示す例ではレンガ壁１２ｂ）の面内方向に沿って配置された当て板５８ａに接続されることで、強度を高めることができる。

本実施形態では梁５０を構成する梁材５４の中央部に、詳細を後述する平面ブレース７０を配置するためのガセットプレート６０を配置している。このガセットプレート６０も、梁５０の端部に設置したガセットプレート５２と同様に、梁５０を構成する梁材５４により上下に挟み込む構成とすれば良い。このような構成とすることで、ガセットプレート６０が梁材５４の振れ止としての役割を担うこともできる。なお、必要に応じて梁材５４の各所に、梁５０の振れ止としての挟み板６２を配置するようにしても良い。

［平面ブレース構造］
本実施形態における平面ブレース７０は、レンガ壁１２（１２ａ～１２ｄ）の面と面、および梁５０に設けたガセットプレート６０をつなぐように、臥梁１６上に配置している。このため、平面ブレース７０は、平面視した場合には、ひし形の体を成すこととなる。このような配置形態とすることで、角部同士をつなぐブレースに比べ、面外方向の応力に対するレンガ壁１２の耐力を向上させることができるからである。

平面ブレース７０の具体的な配置方法は、基本的には、梁５０の配置方法と同様である。すなわち、レンガ壁１２（図４に示す例ではレンガ壁１２ａとレンガ壁１２ｂ）の上部に配置された臥梁１６（図４に示す例では臥梁１６ａと臥梁１６ｂ）の上端に図６に示すようにガセットプレート７２を固定し、このガセットプレート７２を上下に挟み込むように、Ｌ字鋼やチャンネル材等のブレース材７４を配置するというものである。臥梁１６ａ，１６ｂに対するガセットプレートの設置は、梁５０を構成するガセットプレート５２と同様に、臥梁１６ａ，１６ｂにアンカー７８を打ち込む事で成せば良い。

なお、本実施形態では、図４中、レンガ壁１２ｃの臥梁１６ｃに配置されたガセットプレート７６と、レンガ壁１２ｄの臥梁１６ｄに配置されたガセットプレート７６については、他のガセットプレート７２と設置構造を異ならせている。

具体的には、ガセットプレート７６の端部にベース板７６ａを接続し、このベース板７６ａを臥梁１６（図４に示す例では、臥梁１６ｃと臥梁１６ｄ）の内側面に設置する構成としている。ガセットプレート７６とベース板７６ａは、Ｔ字状に接続している。ベース板７６ａは、臥梁１６ｃ，１６ｄの内側面に対してアンカー８０を打ち込み、このアンカー８０を介して固定すると共に、臥梁１６ｃ，１６ｄとベース板７６ａとの隙間にグラウト材８２を充填する構成としている。このため、ベース板７６ａの下端には、グラウト材８２が漏れ出す事を防ぐ漏れ防止材８４を備えるようにすると良い。

ガセットプレート７６をこのような設置構造とすることで、図４に示すように、レンガ壁１２ａ，１２ｂとレンガ壁１２ｃ，１２ｄの上端部の高さが異なる場合であっても、ガセットプレート７６の設置高さを調節することができる。よって、平面ブレース７０を水平に配置することが可能となる。また、ガセットプレート７６の水平位置を確保するために、ガセットプレート７６を予めブレース材７４に設置し、臥梁１６ｃ，１６ｄに設置する工程を経る場合でも、臥梁１６ｃ，１６ｄとベース板７６ａとの間に生じる隙間をグラウト材８２により埋めることで、対応することができる。

このような構成とすることで、レンガ等により構成される組積造建物１０を複合的に補強することができ、面外方向の応力に対する耐力も高めることができる。

［角部の主筋：臥梁］
また、図４に示すような枠状の組積造建物１０では、臥梁１６を構成する際、図８に示すように、隣接する臥梁１６（図８に示す例では、臥梁１６ｂと臥梁１６ｃ）との間で主筋１８を連続的に配置する構成とすると良い。このような構成とすることで、臥梁１６を構成する主筋１８を枠体として構成することができ、面外方向の応力に対する耐力をより高めることができるからである。

ここで、図８に示すように、隣接する臥梁１６（１６ｂ，１６ｃ）間で連続配置される主筋１８は、臥梁１６を構成する主筋の一部であっても良い。このような構成とすることで、隣接配置される臥梁１６の設置高さが異なる場合であっても、高さ方向に重複する範囲があれば、主筋１８の一部を連続的に配置することが可能となり、臥梁１６を構成する主筋１８の枠体化を図ることが可能となるからである。

１０………組積造建物、１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）………レンガ壁、１４………基礎、１４ａ………横穴、１６（１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ）………臥梁、１８………主筋、２０………肋筋、２２………ズレ防止アンカー、２４………割裂防止材、２６………コンクリート、２８………貫通孔、３０………緊張材、３２………上側定着部材、３４………下側定着部材、３６………割裂防止材、３８………グラウト材、４０………仮設治具、５０………梁、５２………ガセットプレート、５４………梁材、５６………アンカー、５８………補強板、５８ａ………当て板、６０………ガセットプレート、６２………挟み板、７０………平面ブレース、７２………ガセットプレート、７４………ブレース材、７６………ガセットプレート、７６ａ………ベース板、７８………アンカー、８０………アンカー、８２………グラウト材、８４………漏れ防止材。

Claims (3)

1. 壁体の断面内部に設置された緊張材でプレストレスが付与される組積造建物の補強構造であって、
   前記緊張材の上端部は、壁体の上部に設けられたコンクリート造の臥梁に定着されており、
   前記壁体が直交する部分において、互いに直交する壁体同士をつなぐ平面視ひし形の平面ブレースが、前記臥梁に掛け渡されており、
   前記臥梁の主筋は、肋筋の縦材に沿って配されていることを特徴とする組積造建物の補強構造。
2. 互いに平行する前記臥梁同士をつなぐ梁材が掛け渡されていることを特徴とする請求項１に記載の組積造建物の補強構造。
3. 前記緊張材は、付着力によって前記臥梁に定着されていることを特徴とする請求項１または２に記載の組積造建物の補強構造。

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