JP3909488B2 - 既存建物の耐震補強構造及びその施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＣ（reinforced concrete：鉄筋コンクリート）造の柱および梁からなるＲＣフレームを有する既存建物の耐震補強構造およびその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＲＣ造や鉄骨鉄筋（ＳＲＣ）造の既存建物に対して耐震補強を行う場合、ＲＣ造の柱および梁からなるＲＣ架構（フレーム）内に後打ちコンクリートによる耐震壁を構築する工法が採られてきた。
その際、耐震壁を増設した部位の構造物としての剛性を高めて耐震性を確保すべく、ＲＣフレームと対向する増設耐震補強壁の四周にはそれぞれアンカー筋が埋設されており、これによって増設耐震補強壁はＲＣフレームと一体化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の既存建物の耐震補強構造は、既存のＲＣ造の柱および梁からなるＲＣフレームと後打ちによる耐震壁を一体的に接合することが重要なポイントとなっている。そのため、既存のＲＣ造の柱および梁からなるＲＣフレームの内側にアンカーボルトを多数突設するが、アンカーボルト穴の削孔時に騒音、振動、粉塵の発生等があり、「居ながら」の施工ができない問題があった。また、アンカーボルト穴の削孔の際、既存のＲＣ造の柱や梁の主筋やせん断補強筋と干渉した場合には改めてアンカーボルト穴を削孔する必要があるのみならず、アンカーボルト穴の削孔によって既存の柱や梁を傷めてその強度を低下させ、わけても鉛直荷重を支承している柱に強度低下を招くと落階の危険を生じる問題がある。
【０００４】
本発明は、上記従来技術における問題を解決し、既存のＲＣ造の柱および梁からなるＲＣフレームの内側に耐震補強壁を構築するに際して、既存のＲＣ造の柱および梁からなるＲＣフレームの内側にアンカーボルトを突設する必要がなく、従って、アンカーボルト穴の削孔に伴う騒音、振動、粉塵の発生がなくまた、既存のＲＣ造の柱や梁の強度低下を招くことがないとともに、施工が容易かつ迅速にできる、既存建物の耐震補強構造およびその施工方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、既存建物のＲＣ造の柱の少なくとも上下端部に、横断面コ字状であって、ＲＣフレーム内に建て込まれるＰＣ壁板を指向して開口部を有するとともに、該開口部を形成する両壁面部をＲＣ造の柱の鉛直壁面を超えて延出せしめた補強用部材を配設・固着して前記ＲＣ造の柱の少なくとも上下端部を補強するとともに、鉄骨枠組内部に壁筋およびプレストレス導入用鉄筋を配筋してコンクリートを打設したＰＣ壁板を、前記既存建物のＲＣ造の柱および梁からなるＲＣフレーム内に建て込み、前記既存建物のＲＣ造の柱の少なくとも上下端部に配設・固着された補強用部材とＰＣ壁板の鉄骨枠とを、鉄骨枠の、ＰＣ壁板の厚さ方向両側に接合部材の一端を固着し、他端を補強用部材の前記延出部分の鉛直壁面に衝合しボルト及びナットによって締結して接合しさらに、少なくともＲＣフレーム内周面とＰＣ壁板の鉄骨枠間に充填材を配設してなる既存建物の耐震補強構造である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、 既存建物のＲＣ造の柱の少なくとも上下端部に配設・固着される補強用部材が鋼板であり、ＰＣ壁板における壁筋およびプレストレス導入用鉄筋が鉛直方向および水平方向に格子状にまたは既存建物のＲＣ造の柱の軸心に対して傾斜して格子状に配筋されたものであり、充填材がモルタルである請求項１に記載の既存建物の耐震補強構造である。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、 既存建物のＲＣ造の柱の少なくとも上下端部に、横断面コ字状であって、ＲＣフレーム内に建て込まれるＰＣ壁板を指向して開口部を有するとともに、該開口部を形成する両壁面部をＲＣ造の柱の鉛直壁面を超えて延出せしめた補強用部材を配設・固着して前記ＲＣ造の柱少なくとも上下端部を補強し、一方、鉄骨枠組内に壁筋およびプレストレス導入用鉄筋を配筋してコンクリートを打設してＰＣ壁板をプレハブしておき、該ＰＣ壁板を既存建物のＲＣ造の柱および梁からなるＲＣフレーム内に建て込み、前記既存建物のＲＣ造の柱の少なくとも上下端部に配設・固着された補強用部材とＰＣ壁板の鉄骨枠とを、鉄骨枠の、ＰＣ壁板の厚さ方向両側に接合部材の一端を固着し、他端を補強用部材の前記延出部分の鉛直壁面に衝合しボルト及びナットによって締結して接合しまた、ＰＣ壁板におけるプレストレス導入用鉄筋に張力を付与してプレストレスを導入しさらに、少なくともＲＣフレーム内周面とＰＣ壁板の鉄骨枠間に充填材を配設することを特徴とする既存建物の耐震補強構造の施工方法である。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、既存建物のＲＣ造の柱の少なくとも上下端部に配設・固着される補強用部材が鋼板であり、ＰＣ壁板における壁筋およびプレストレス導入用鉄筋が鉛直方向および水平方向に格子状にまたは既存建物のＲＣ造の柱の軸心に対して傾斜して格子状に配筋するものであり、充填材が無収縮モルタルである請求項３に記載の既存建物の耐震補強構造の施工方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその好ましい実施形態に則して説明する。
【００１０】
図１は、本発明の既存建物の耐震補強構造を示す正面図である。図２は、既存建物のＲＣ造の柱における補強用部材とＰＣ壁板（壁パネル）における鉄骨枠の接合状態および無収縮モルタルの充填状態を示す横断面図である。図３は、ＰＣ壁板（壁パネル）相互を接合するための一実施形態を示す横断面図である。図４は、本発明の既存建物の耐震補強構造の荷重・変形特性を、従来の既存建物の耐震補強構造のそれと比較して示すグラフである。
【００１１】
図１乃至図３において、１はＰＣ壁板（precast concrete panel）であって、鉄骨枠（この実施形態にあっては、図２および図３に示すように、Ｈ形鋼）２の枠組みの内側にＲＣ造の壁パネルとして打設される。また、ＰＣ壁板１は、この実施形態においては、工場生産（プレハブ）される。
【００１２】
ＰＣ壁板１には、壁筋１３および高強度鉄筋１１が配筋されている。
高強度鉄筋１１の端部にはねじが刻設され、図２および図３に示すように、鉄骨枠２（Ｈ形鋼）のウェブ部に穿設された孔から突出し、プレストレス導入ナット７によって張力が付与されるよう構成されている。この実施形態においては、高強度鉄筋１１および壁筋１３は、図２および図３に示すように、ＰＣ壁板１の辺に平行に縦横に格子状に配筋されている。ＰＣ壁板相互接合用の高強度鉄筋１１にはシースが被覆されている。この状態でコンクリートが打設され、ＰＣ壁板１（ＲＣ壁パネル）として工場生産（プレハブ）される。
【００１３】
高強度鉄筋１１および壁筋１３は、ＰＣ壁板１内で傾斜して、たとえばＰＣ壁板１の辺に対し４５°の角度で相互に直交する格子状に配筋されてもよい。また、壁筋１３のみが傾斜する格子状に、高強度鉄筋１１はＰＣ壁板１の辺に平行に縦横に格子状に配筋されてもよい。
【００１４】
ＰＣ壁板１相互を接合するには、この実施形態においては、図１および図３に示すように、高強度鉄筋１１の端部を互いに左右ねじとなるようにねじを刻設し、カプラ１２たとえばターンバックルによって緊締し、プレストレス導入ナット７で高強度鉄筋１１に所定の張力即ちＰＣ壁板１内にプレストレス（圧縮応力）を付与する。然る後、無収縮モルタルを充填材６として図１乃至図３に示す部位に充填して耐震補強壁として仕上げる。無収縮モルタル６打設充填は、ＰＣ壁板１を施工現場にて既設ＲＣフレーム内に建て込み、既存のＲＣ造柱４の上下端部に予め配設・固着されている補強用部材３（被覆鋼板）と、ＰＣ壁板１における鉄骨枠２とを、鉄骨枠２に溶接されている接合部材１４を介して接合ボルト８およびナット９によって締結した後になされる。
【００１５】
このようにして構成される本発明の既存建物の耐震補強構造は、ＰＣ壁板１にプレストレスを導入しているから、耐震補強壁のせん断ひび割れに対する抵抗力を高めることができるとともに、万一ひび割れを生じた場合でも、耐震補強壁の膨張を小さく抑えることができ、耐震補強壁の膨張に起因する既存のＲＣフレームの損傷を防止することができる。
【００１６】
補強用部材３、この実施形態においては被覆鋼板は、既存のＲＣ造の柱４の少なくとも上下端部に配設・固着される。この実施形態においては、図２に示すように、鋼板を既存のＲＣ造の柱４の断面にコ字状に嵌装し接着剤１０或いは充填モルタル１０を介して固着して形成される。この補強用部材３の配設・固着によって、ＲＣ造の柱４の上下端部のせん断耐力が格段に増強される。既存のＲＣ造の柱４の上下端部の補強手段として、たとえば炭素繊維をＲＣ造の柱４の上下端部に巻回する方法を採ることもできる。
【００１７】
このように、本発明においては、既存のＲＣ造の柱４の少なくとも上下端部に補強用部材３（被覆鋼板）が配設・固着されるので、地震等による水平力で耐震補強壁が対角線方向に変形し、既存のＲＣ造の柱４の上下端部にせん断力が集中する場合も、この部分のせん断破壊を確実に防止できる。
【００１８】
而して、既存のＲＣフレームの破壊が生じないので、増設耐震補強壁の水平せん断強度はＰＣ壁板１のせん断強度によって決まり、ＰＣ壁板１の強度を高くすれば、増設耐震補強構造の水平せん断強度も高くすることができる。このことは、究極的には曲げ降伏強度まで増設耐震補強構造の水平せん断強度を上昇させ得ることを意味しており、従来の補強構造より確実に強度の高い耐震補強構造となる。
【００１９】
５はＲＣ造の梁であって、既存の建物におけるもので、ＲＣ造の柱４と相俟ってＲＣフレームを構成する。
【００２０】
次に、本発明の既存建物の耐震補強構造の施工方法について説明する。先ず、ＰＣ壁板１を工場でプレハブする。この実施形態においては、壁筋１３および高強度鉄筋１１たとえばＰＣ鋼棒を鉄骨枠２枠組みの内側で、ＰＣ壁板１の辺と平行になるように格子状に配筋する。
図２および図３に示すように、壁筋１３をＰＣ壁板１厚さ方向における表裏層側に、高強度鉄筋１１を中央部になるようにして配筋する。その際、高強度鉄筋１１の、ねじが刻設されている端部を、図２および図３に示すように、鉄骨枠２（Ｈ形鋼）のウェブ部に穿設されている孔を通して突出せしめ、プレストレス導入ナット７で締結する。
この状態で型枠を装着し、コンクリートを打設してＰＣ壁板１を工場生産（プレハブ）する。
【００２１】
一方、図２に示すように、既存建物のＲＣ造の柱４の上下端部に、鋼板製の横断面コ字状の補強用部材３を嵌装し、接着剤１０或いはモルタル１０を介して固着する。こうして、既存のＲＣ造の柱４の上下端部を補強し、せん断強度を高くする。
【００２２】
次いで、既存のＲＣ造の柱４および梁５からなるＲＣフレームにプレハブしたＰＣ壁板１を建て込み、ＰＣ壁板１相互を、図３に示すように、相対向する端部において左右ねじが刻設されている高強度鉄筋１１を、ＰＣ壁板１における鉄骨枠２（Ｈ形鋼）のウェブ部に穿設されている孔を通して突出せしめ、これにカプラ１２（ターンバックル）を螺合させて、このカプラ１２によってＰＣ壁板１を締結しさらに、プレストレス導入ナット７によって縦横の高強度鉄筋１１に所定のプレストレスを付与する。
【００２３】
その後、ＰＣ壁板１における鉄骨枠２と、既存のＲＣ造の柱４の少なくとも上下端部に配設・固着されている補強用部材３（被覆鋼板）とを、図２に示すように、鉄骨枠２に溶接・固着されている接合部材１４を介して現場接合ボルト８およびナット９によって締結する。
【００２４】
然る後、図１乃至図３に示すように、ＰＣ壁板１と既存のＲＣ造の柱４および梁５との間ならびに相隣るＰＣ壁板１の鉄骨枠２相互間に無収縮充填モルタルを打設、養生せしめて既存建物の耐震補強壁を完成させる。なお、ＰＣ壁板１を有開口壁パネルとすれば、有開口増設壁耐震補強が可能である。
【００２５】
本発明の既存建物の耐震補強構造の荷重・変形特性を、従来の耐震補強構造のそれと比較して図４に模式的に示す。
図４において、曲線ａは、既存の建物のままで耐震補強壁を増設しない場合の荷重・変形特性、曲線ｂは、従来技術によって耐震補強壁を増設したケースの荷重・変形特性であって、増設した耐震補強壁と既存のＲＣ造柱および梁との接合部ならびに既存のＲＣ造柱の上下端部にせん断破壊を生ずる場合の荷重・変形特性を示す。曲線ｃは、既存のＲＣ造柱の上下端部を補強した場合の、増設耐震補強壁にせん断破壊を生ずる場合の荷重・変形特性を示す。
【００２６】
曲線ｄは、本発明の、既存のＲＣ造柱の上下端部を補強するとともに、増設耐震補強壁と既存のＲＣフレームの間をアンカーボルト等で結合することなく、ＰＣ壁板を既存のＲＣフレーム内に建て込み、既存のＲＣ造柱の上下端部の補強用部材とＰＣ壁板における鉄骨部材を締結しさらに、増設耐震補強壁に縦横にプレストレスを導入した耐震補強構造の荷重・変形特性を示す。耐震補強壁が曲げ降伏によって破壊されるまで変形が進行することを示している。
【００２７】
図４から明らかなように、本発明の既存建物の耐震補強構造は、優れた荷重・変形特性を有している。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、既存の建物におけるＲＣ造の柱や梁（ＲＣフレーム）にアンカーボルト突設用削孔等を全く行う必要がないから、ＲＣフレームを損傷して強度を低下せしめることがないことならびに、既存のＲＣ造の柱上下端部に鋼板等補強用部材による補強を施しているからこの部分のせん断破壊を確実に防止でき、高い荷重・変形特性をもつ耐震補強構造とすることができる。
【００２９】
増設耐震補強壁には、縦横にプレストレスを導入しているから、地震等による水平せん断力が壁パネル（ＰＣ壁板）に作用しても、壁パネルの膨張に起因する既存のＲＣ造の柱や梁（ＲＣフレーム）を損傷せしめるなどしてその強度を低下させることがきわめて少ない。万一、壁パネルにひび割れを生じた場合も、ひび割れが目立たない。
【００３０】
本発明における増設耐震補強壁用壁板（壁パネル）は工場で生産（プレハブ）できるから、良質な高強度コンクリート壁板とすることができる。こうして得られた壁パネルを施工現場で建て込み、壁パネル相互をカプラで接合し、壁パネルにおける鉄骨枠を、既存建物のＲＣ造の柱の上下端部補強部に締結し、無収縮モルタルを充填するだけで施行できる。而して、耐震補強壁の増設に際して、騒音、振動、粉塵の発生がなくまた、施工が容易であり短期間で可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の既存建物の耐震補強構造を示す正面図
【図２】 本発明における既設ＲＣ造の柱の補強部と、ＰＣ壁板における鉄骨枠との接合状態を示す横断面図
【図３】 ＰＣ壁板相互の接合・締結状態を示す横断面図
【図４】 本発明の既存建物の耐震補強構造の荷重・変形特性を、従来の技術によるものと対比して示すグラフ
【符号の説明】
１ ＰＣ壁板
２ 鉄骨枠
３ 補強用部材（被覆鋼板）
４ 既設ＲＣ造柱
５ 既設ＲＣ造梁
６ 充填材（無収縮モルタル）
７ プレストレス導入ナット
８ 現場接合ボルト
９ ナット
１０ 接着剤または充填モルタル
１１ 高強度鉄筋
１２ カプラ
１３ 壁筋
１４ 接合部材

Claims (4)

1. 既存建物のＲＣ造の柱（４）の少なくとも上下端部に、横断面コ字状であって、ＲＣフレーム内に建て込まれるＰＣ壁板（１）を指向して開口部を有するとともに、該開口部を形成する両壁面部をＲＣ造の柱（４）の鉛直壁面を超えて延出せしめた補強用部材（３）を配設・固着して前記ＲＣ造の柱（４）の少なくとも上下端部を補強するとともに、鉄骨枠組（２）内部に壁筋（１３）およびプレストレス導入用鉄筋（１１）を配筋してコンクリートを打設したＰＣ壁板（１）を、前記既存建物のＲＣ造の柱（４）および梁（５）からなるＲＣフレーム内に建て込み、前記既存建物のＲＣ造の柱（４）の少なくとも上下端部に配設・固着された補強用部材（３）とＰＣ壁板（１）の鉄骨枠（２）とを、鉄骨枠（２）の、ＰＣ壁板（１）の厚さ方向両側に接合部材（１４）の一端を固着し、他端を補強用部材（３）の前記延出部分の鉛直壁面に衝合しボルト（８）及びナット（９）によって締結して接合しさらに、少なくともＲＣフレーム内周面とＰＣ壁板（１）の鉄骨枠（２）間に充填材（６）を配設してなる既存建物の耐震補強構造。
2. 既存建物のＲＣ造の柱（４）の少なくとも上下端部に配設・固着される補強用部材（３）が鋼板であり、ＰＣ壁板（１）における壁筋（１３）およびプレストレス導入用鉄筋（１１）が鉛直方向および水平方向に格子状にまたは既存建物のＲＣ造の柱（４）の軸心に対して傾斜して格子状に配筋されたものであり、充填材（６）がモルタルである請求項１に記載の既存建物の耐震補強構造。
3. 既存建物のＲＣ造の柱（４）の少なくとも上下端部に、横断面コ字状であって、ＲＣフレーム内に建て込まれるＰＣ壁板（１）を指向して開口部を有するとともに、該開口部を形成する両壁面部をＲＣ造の柱（４）の鉛直壁面を超えて延出せしめた補強用部材（３）を配設・固着して前記ＲＣ造の柱（４）の少なくとも上下端部を補強し、一方、鉄骨枠組（２）内に壁筋（１３）およびプレストレス導入用鉄筋（１１）を配筋してコンクリートを打設してＰＣ壁板（１）をプレハブしておき、該ＰＣ壁板（１）を既存建物のＲＣ造の柱（４）および梁（５）からなるＲＣフレーム内に建て込み、前記既存建物のＲＣ造の柱（４）の少なくとも上下端部に配設・固着された補強用部材（３）とＰＣ壁板（１）の鉄骨枠（２）とを、鉄骨枠（２）の、ＰＣ壁板（１）の厚さ方向両側に接合部材（１４）の一端を固着し、他端を補強用部材（３）の前記延出部分の鉛直壁面に衝合しボルト（８）及びナット（９）によって締結して接合しまた、ＰＣ壁板（１）におけるプレストレス導入用鉄筋（１１）に張力を付与してプレストレスを導入しさらに、少なくともＲＣフレーム内周面とＰＣ壁板（１）の鉄骨枠（２）間に充填材（６）を配設することを特徴とする既存建物の耐震補強構造の施工方法。
4. 既存建物のＲＣ造の柱（４）の少なくとも上下端部に配設・固着される補強用部材（３）が鋼板であり、ＰＣ壁板（１）における壁筋（１３）およびプレストレス導入用鉄筋（１１）が鉛直方向および水平方向に格子状にまたは既存建物のＲＣ造の柱（４）の軸心に対して傾斜して格子状に配筋するものであり、充填材（６）が無収縮モルタルである請求項３に記載の既存建物の耐震補強構造の施工方法。

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