JPH07100978B2

JPH07100978B2 - 構造物の補強方法とその構造

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Publication number: JPH07100978B2
Application number: JP3226394A
Authority: JP
Inventors: 等菊川
Original assignee: 菊川汽罐工業株式会社
Priority date: 1991-08-13
Filing date: 1991-08-13
Publication date: 1995-11-01
Anticipated expiration: 2010-11-01
Also published as: JPH0544344A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄筋コンクリートもし
くは鉄骨鉄筋コンクリートや鉄骨等の構造物における柱
と梁の接合部や、その他一般の剛体接合部における耐力
及び剛性に関する補強方法とその構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鉄筋コンクリート（以下，ＲＣと
いう）等の建築物における柱と梁との接合部において
は、地震時の水平力等の構造物に対する変形力に対して
十分な耐力を持たせるべく、コンピュータシュミレーシ
ョンによる応力解析を行う方法がある。また、最近のＯ
Ａ化やインテリジェントビル化に対応すべく、設備に応
じた高耐力の柱、梁、床の設計が必要となる。それに
は、例えば図１３に示すような成を大きくした垂直ハン
チ２０もしくは水平ハンチ２１、床スラブ２２には図１
４に示すドロップハンチ２３を設けて、梁や床の端部の
抵抗曲げモーメントや抵抗剪断力を増加させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
耐力の増加方法では、所望の耐力が得られない場合に
は、再度の設計の見直しとなり手間が掛かり、また、ハ
ンチを形成した場合でも単に柱と梁の接合部に応力が集
中するのを防止して、剪断力に対して最も弱い部分をス
パン中央方向へ移動させたに過ぎない、と言った欠点が
存在した。更に、構造物を構築後の柱や梁等に強度補強
を行うにしても、容易に施工できずコストも嵩み工期も
長くなると言った欠点がある。

【０００４】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、柱や梁等の支持される躯体が外力による剪断力も
しくは曲げモーメントで変形が進むにつれて補強体の曲
面と順次当接し、力学上の支点の位置を連続的に補強体
の曲面に沿って移動させることにより、耐力を増加させ
ることができて、構造物の構築後においてもその施工が
容易に行える補強方法とその構造を提供することを目的
とする。

【０００５】本発明の上記課題を解決し上記目的を達
成するための要旨は、構造物を構成する被補強体に、該
被補強体の固定端に当接するとともに、該固定端から前
記被補強体の中央部側へ漸次離間する任意の曲率半径の
曲面を有した補強体を設けた構造物の補強方法に存す
る。そして、前記補強体の曲面が、被補強体の最外縁降
伏耐力時の曲率と最大耐力時の曲率との範囲内で選択し
た任意の曲率による曲率半径で形成されることである。

【０００６】更に具体的には、構造物における柱と梁と
の接合部に、外力により変形させられる柱もしくは梁の
固定端と当接するとともに、該固定端から前記柱若しく
は梁の中央部側へ漸次離間する任意の曲率半径の曲面が
形成された補強体を設けることである。また、他の補強
構造として、構造物における柱と梁で四方囲まれた空間
部内に、柱と梁の接合部間の中央で柱もしくは梁の側面
に接し、かつ、前記接合部の方向に向かって漸次離間す
る任意の曲率半径の曲面を形成した壁状の補強体を設け
たことである。

【０００７】

【作用】本発明の補強方法は、構造物に外力が加わり柱
や梁が設計変形に達した場合に、補強体の曲面に当接さ
せて力学上の支点を順次移動させることにある。これに
より、抵抗曲げモーメントや抵抗剪断力が増加して柱や
梁の耐力が増すことになる。

【０００８】更に図面を参照して説明すると、概念的に
説明している図１において、柱１，１間に架設されてい
る梁２が水平力Ｑで変形すると、梁２の底面が補強体３
の所定の曲率の曲面３ａに当接する。図１の一部を拡大
して示す図２に示すように、この梁２の底面が前記曲面
３ａに接した点を支点Ａとし（図２中の梁２ａの場
合）、更に水平力Ｑにより梁２が連続的に変形して支点
Ｂ点に到ると（図２中の梁２ｂの場合）、モーメントに
おける長さは原点Ｏから順次Ｌ₂→Ｌ₃→Ｌ₄へと変化し
て漸次短くなる。なお、補強体３の長さＬ₁は補強箇所
の条件により設計上で適宜変更されるものである。

【０００９】このようにモーメントまわりの長さが短く
なることにより、水平力Ｑ＝２Ｍd／Ｌ（Ｍdは設計モ
ーメント）より前記梁２の撓みδと水平力Ｑの変位曲線
を表すと図３に示すようになり、同一モーメントＭdに
対して長さＬが短くなって、梁２の水平力Ｑ₁がＱ₂→Ｑ
₃と大きくなる。これは即ち、補強体３の所定の曲率
（曲率半径ｒ）で形成された曲面によって梁２のモーメ
ントが設計モーメントＭdに達するときの水平力ＱがＱ₁
からＱ₂，Ｑ₃へと連続的に増加し耐力が大きくなったと
言うことである。尚、図３中の曲線Ａ、Ｂは各々補強体
３の長さＬ₁（図２参照）をＡの位置までとＢの位置ま
での長さとした場合の変位曲線を示し、図３中の符号を
付けていない曲線は補強体３を設けていない場合の変位
曲線を示す。梁２に対して補強体３を設けた場合を説明
したが、柱１に補強体を設けた場合も同様である。

【００１０】次に、請求項４に記載した壁状の補強体４
を設けた場合を説明すると、図４にその一例を示したよ
うに、梁先行降伏に設計された構造体に補強体４を付け
る。梁２のスパン中央Ｄ点において初期状態で補強体４
と前記梁２とが接している。これに水平力Ｑが加わる
と、梁２が変形するにつれて補強体４の所定の曲率の曲
面４ａに接して、前記中央Ｄ点から左右方向へと支点の
位置が移動していくものである。これによりモーメント
まわりの長さが短くなり、抵抗曲げモーメントを大きく
するものである。

【００１１】このように、補強体の曲面に変形した柱や
梁が連続的に当接することで、構造物に許容される水平
力Ｑの値が増加し、構造体の耐力が増したことになるの
である。尚、前記補強体の所定の曲率の曲面を形成する
にあたっての前記曲率の求め方は以下の実施例において
詳細に説明する。

【００１２】

【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。尚、各図の符号は相対応するものには同一符号を付
けてある。図５は、本発明の補強方法を梁２に適用した
場合の説明図である。構造物の各階層における梁２は柱
１よりも先に外力に対して降伏するように設計される梁
先行降伏なので、図６に示す補強体３を梁２の接合部に
設けている。

【００１３】前記補強体３は、ＲＣの本体３ｂに鉄板等
の金属製帯板３ｃを囲繞させたものである。施工上では
予め工場で補強体３を製作して建築現場へと運搬される
ことになる。勿論現場施工が可能であればそれでもよ
い。また、この補強体３の剛性は柱１や梁２よりも剛性
が少なくとも同程度、もしくはそれ以上の剛性である。
このためには補強体３の成りを大きくするか、より高い
剛性材料を使用すればよい。更に、補強体３の幅は、柱
１や梁２の被補強体の幅よりも少なくとも同じかそれ以
上である。尚、前記金属製帯板３ｃは曲面の精度を高め
るものであり、場合によってはなくてもよく、ＲＣ本体
３ｂのみとしてもよいものである。

【００１４】そして、この補強体３を梁２の下側で柱１
に固着するには、図５乃至図６に示すように、梁２の固
定端Ｆで梁２の下面２ｃと補強体３の曲面３ａとが当接
して、スパンの中央に向かって次第に離間するように、
高張力ボルト５等の締結手段でもって柱１に固着する。
また、補強体３を柱１に固着するに、構造物の構築時に
設けてもよいし、補強が必要なときに後付けにしてもよ
い。

【００１５】図７は柱１を補強するために、柱１に補強
体３を設けた状態の説明図である。即ち、構造物の一階
床の柱は柱先行降伏となるので、構造物の基礎梁６に補
強体３を高張力ボルト５で固着するものである。

【００１６】ここで、図７に示す実施例で補強体３の曲
面３ａの降伏曲率φを求めてみることにする。先ず、柱
１の表面１ａから鉄筋７間での長さをｄとして求める。
次に、図９に示すように、柱１の鉄筋が降伏する時の歪
εを±εyとすると、降伏曲率φはφ＝２εy／ｄとして
求めることができる。

【００１７】そして、このときの曲率半径ｒは曲率φの
逆数であるから、ｒ＝１／φで求めることができる。具
体的に数値を示すと、ｄ＝４００ｍｍ，εy＝０．００
２，Ｌ5=１０００ｍｍであるした場合に、ｒ＝１／φ＝
ｄ／２εy＝４００／（２×０．００２）＝１００００
０ｍｍ＝１００ｍとなる。また、固定端からＬ5＝１０
００ｍｍでの柱１の表面１ａからの離間距離δ1は、δ1
＝（１０００／１０００００）×１０００＝１０ｍｍと
なる。

【００１８】このように、補強体３の曲面３ａの曲率半
径ｒを求めることができるので、補強体３を設計する上
で、前記鉄筋の歪εの値を小さく（弾性変形の領域で当
接させるようにする）設定すれば曲率半径ｒは更に大き
くなり、場合によってはεyを越える値（塑性変形した
後でも十分使用に耐える場合）をとり曲率半径ｒを小さ
くしてもよい。よって、前記曲率半径ｒは、被補強体
（例えば、前記柱１）の最外縁降伏耐力時の曲率である
前記降伏曲率φと、塑性変形した後に破断する時の最大
耐力時の曲率との範囲内において、設計者によって選択
される任意の曲率の逆数として設定されるものである。

【００１９】そして、補強体３を柱や梁に設ける態様
は、図９に示すような態様が考えられるが、この他にも
補強したい箇所や補強条件により任意に変更が可能であ
る。また、図１０に、補強体３を設けたときと補強体の
ないときの復元力特性の一部を示す、図中の曲線Ｃは補
強体を設けたとき、曲線Ｅは補強体のないときの場合を
示している。

【００２０】次に図４に示す壁状の補強体４では、柱１
と梁２で四方囲まれた空間部内に、梁の接合部間の中央
Ｄで梁の側面に接し、かつ、前記接合部の方向に向かっ
て漸次離間する所定の曲率φの曲面４ａを形成した壁状
の補強体４を設けたものであり、図１１に示すように、
柱１に係止具８，８…を設けて、該係止具８で補強体４
の水平方向（図中の矢印）の動きを規制しているのみで
ある。作用などは既に作用の欄で説明したので省略す
る。

【００２１】本発明の補強方法は、上述した例に限らず
他に応用できるものであり、図１２に示すように、例え
ばトラス構造の構造物において、トラス継手９の嵌合孔
１１に嵌合されるトラスパイプ１０との接合において、
図１２（ロ）に示すように嵌合孔１１に所定の曲率φを
有する曲面１１ａを形成する。このようにしてもトラス
パイプ１０の耐力を向上させることができる。なお、嵌
合孔１１の底側周壁１１ｂでは１／５０程度のテーパ
（先細り）が設けられている。

【００２２】本発明の補強方法及び構造は、その要旨を
変更しない範囲で種々変更して適用できるのは勿論であ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の構造物の
補強方法とその構造は、構造物を構成する被補強体に当
接する補強体の曲面が、該被補強体の固定端に当接する
とともに、該固定端から前記被補強体の中央部側へ漸次
離間する任意の曲率半径の曲面に形成され、構造物に変
形力が加えられた際に前記被補強体と補強体とが所望の
補強条件となるようにしたので、次のような効果があ
る。

【００２４】補強体の曲面の曲率（もしくは曲率半径）
は、補強しようとする程度に応じて任意に設定が可能で
あり、構造体の補強が任意の箇所で行えるので便宜であ
り、そして補強の程度を前記曲率を変更することによ
り、適正な条件に設定でき、しかも鉄筋や鋼材の変更と
ならずに構造物の設計上の能率が向上する。

【００２５】本発明の補強体は任意の箇所に後付け工事
が可能となり、従来では容易に出来なかった補強工事が
極めて容易となりコストも軽減できて、近年のＯＡ化や
インテリジェント化に適した構造物とすることができ
る。本発明の補強方法や構造により、構造物に加えられ
た外力による水平力のエネルギーは、応力集中箇所が前
記曲面に沿って移動して分散し、柱や梁の接合部の破壊
が防止される。

【００２６】また、壁状の補強体であれば、容易に柱と
梁に囲まれた空間内に前記壁状の補強体を内挿できるの
で、柱と梁を同時に補強することができて低コストで容
易に補強構造体を構築できる。この場合、壁状の補強体
の所定曲率の曲面を該補強体の周壁の全周に亘り設けた
り周壁の一部に設けたりするのは設計上の自由であるの
で、設計上の制約がなく便宜である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）、（ロ）は本発明に係る補強方法を示す
説明図である。

【図２】図１の一部を拡大した拡大説明図である。

【図３】梁の撓みと水平力の関係を示す特性曲線の説明
図である。

【図４】壁状の補強体による補強方法を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の補強方法を実施した例を示す正面図で
ある。

【図６】（イ）は補強体の正面図、（ロ）は補強体の斜
視図である。

【図７】柱に補強体を実施した例を示す正面図である。

【図８】歪曲線を示す説明図である。

【図９】（イ）、（ロ）は補強体を各箇所に応用した例
を示す説明図である。

【図１０】水平力と梁の変形量の復元力特性を示す説明
図である。

【図１１】壁状の補強体を支持する構造を示す平面図で
ある。

【図１２】（イ）は本発明の補強方法を応用した他の例
を示す説明図、（ロ）は同じくその一部を拡大した説明
図である。

【図１３】従来例に係る補強の例を示す説明図である。

【図１４】同じく従来例に係る補強構造を示す説明図で
ある。

【符号の説明】

１柱、２梁、３補強体、４壁状の補強体、５
高張力ボルト等の締結手段、６基礎梁、７鉄筋。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】構造物を構成する被補強体に、該被補強
体の固定端に当接するとともに、該固定端から前記被補
強体の中央部側へ漸次離間する任意の曲率半径の曲面を
有した補強体を設けたことを特徴としてなる構造物の補
強方法。
【請求項２】補強体の曲面が、被補強体の最外縁降伏
耐力時の曲率と最大耐力時の曲率との範囲内で選択した
任意の曲率による曲率半径で形成されることを特徴とし
てなる請求項１に記載の構造物の補強方法。
【請求項３】柱と梁との接合部に、外力により変形さ
せられる柱もしくは梁の固定端と当接するとともに、該
固定端から前記柱若しくは梁の中央部側へ漸次離間する
任意の曲率半径の曲面が形成された補強体を設けること
を特徴としてなる構造物の補強構造。
【請求項４】柱と梁で四方囲まれた空間部内に、柱と
梁の接合部間の中央で柱もしくは梁の側面に接し、か
つ、前記接合部の方向に向かって漸次離間する任意の曲
率半径の曲面を形成した壁状の補強体を設けたことを特
徴としてなる構造物の補強構造。