JPH11101001A

JPH11101001A - 既存構築物の柱体補強構造

Info

Publication number: JPH11101001A
Application number: JP26021497A
Authority: JP
Inventors: Akio Baba; 明生馬場; Akiko Mori; 明子守; Izumi Horio; 泉堀尾; Masayuki Kiyomoto; 正之清本; Katsuyuki Ishii; 克侑石井
Original assignee: KENCHIKU KOUKOUHOU KENKYUSHO KK; Agency of Industrial Science and Technology; Showa Denko KK; Nippon Kayaku Co Ltd; Building Research Institute Ministry of Construction
Current assignee: KENCHIKU KOUKOUHOU KENKYUSHO KK; Nippon Kayaku Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Building Research Institute Ministry of Construction; Resonac Holdings Corp
Priority date: 1997-09-25
Filing date: 1997-09-25
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ひび割れ防止に優れ、熟練者を要することな
く、簡便に施工可能で、施工能率や工期短縮に優れ、さ
らにスペ−スの節約もできる既存構築物の柱体補強構造
を提供することにある。【解決手段】既存構築物の柱体補強構造において、芯に
配される既存構築物の柱体１と、外周を囲む窯業系の枠
材２と、前記柱体１と前記枠材２とがなす所定間隔の間
隙部３に充填される充填材４とが一体化される構成によ
って、充填材の厚み方向に生じる乾燥収縮の勾配を緩和
もしくは除外し、耐震性を低下させるひび割れを生じさ
せない構造を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、既存構築物の柱体
補強構造に関する。特に既存構築物の柱体の耐震性強化
や欠陥の補修などが容易であり、施工性、耐久性、耐火
性に優れた補強などについて信頼性が高い柱体補強構造
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の既存構築物の柱体補強の工法は、
既存構築物の柱体を金網や鉄筋で囲み、さらにその外周
に合板などの型枠を配し、型枠内にコンクリ−トを打
設、養生後に型枠を解体撤去する方法や、図８に示すよ
うな既存構築物の柱体１を鋼板１２で囲い、鋼板１２と
既存構築物の柱体１との間に鉄筋１５を配し、鋼板１２
内にセメント系充填材１４を充填、硬化させる方法や、
既存構築物の柱体にプラスチックを含浸させた繊維を巻
き付け接着させる方法などであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】構築物の耐震性を改善
することは永遠の社会的課題であり、コンクリ−ト構築
物は耐久性や耐火性に優れるため、その代表例として過
去長期間にわたり設計され建造されてきた。ところが過
去の古い設計規準で建造された構築物も多数存在し、こ
れらのコンクリ−ト構築物には経年劣化や施工不良によ
りひび割れが見られるものも多い。

【０００４】一方、過去の地震の被害から構築物の耐震
性確保の重要性が認識され設計規準が改正されたが、既
存構築物の改造は進展せず、先般の阪神大震災の経験
は、耐震性強化の必要性を再認識させた。このため、古
い設計規準で建造されたコンクリ−ト構築物に対する簡
便で信頼性の高い耐震補強法の開発が早急に求められて
いる。

【０００５】しかしながら、従来の上述の既存構築物の
柱体補強の工法には、次のような欠点がある。型枠によ
る方法では、新しく打設されたコンクリ−トが乾燥過程
においてひび割れが入ることが多く、これが設計上想定
した耐震性能が得られない原因になる。

【０００６】この現象は、一般にコンクリ−トが乾燥す
る過程で収縮することに起因するものであって、所望の
厚みをもって打設されたコンクリ−トの片面の収縮が自
由で他面の収縮が拘束される場合、コンクリ−トの厚み
方向に収縮量の勾配の大きさに相当する内部応力が発生
する。そして、この応力値が材料の強度を上回った場合
にひび割れを生じる。既存構築物の柱体を補強する場
合、型枠を解体した外周面が自由収縮面となり、既存構
築物の柱体に接する面が拘束面になり、一般的に外周面
にひび割れが生じる。

【０００７】さらに、型枠施工者がコンクリ−トの養生
および硬化後の型枠解体のために再度現場に戻って行う
作業（手戻り）があるため、施工能率や工期で劣る他、
型枠解体後その表面を美しく仕上げる作業のため、近年
手配の困難な左官技能者を要する。

【０００８】また、既存構築物の柱体を鋼板で囲う方法
では、耐火性や耐久性の確保が困難であり、特に耐火性
においては法的な制約を克服する必要がある他、一般的
に鋼板に仕上げが求められ、そのためコストが増大す
る。

【０００９】さらに、既存構築物の柱体にプラスチック
を含浸させた繊維を巻き付け接着させる方法では、耐火
性や耐久性が劣り、紫外線による劣化も心配される他、
施工にあたっては熟練技能者を要し、施工価格も非常に
高価である。

【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、高度の変形抵抗性を有する窯
業系枠材と充填材と既存構築物の柱体とを一体化して補
強し、耐震性、耐火性、耐久性に優れた既存構造物の柱
体補強構造を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうち請求項１記載の発明は、既存構築物の
柱体を窯業系材料で補強および／または補修する構造に
おいて、芯に配置されている既存構築物の柱体と、外周
を囲む窯業系の枠材と、前記柱体と前記枠材とがなす所
定間隔の間隙部に充填される充填材とが一体化されたこ
とを特徴とする柱体補強構造である。

【００１２】また、請求項２記載の発明のように、前記
間隙部に補強材を設けることもできる。さらに、請求項
３記載の発明のように、その間隙部の間隔幅が前記枠材
の厚さのほぼ２倍以下であることが好ましい。

【００１３】さらに、その枠材は、請求項４記載の発明
のように、そのヤング係数が１．０×１０⁴ ＭＰａ以上
であり、かつ乾燥による長さの変化率が４．０×１０^-4
以下であり、請求項５記載の発明のように、ひび割れ発
生曲げ比強度が８ＭＰａ以上であり、請求項６記載の発
明のように、ひび割れ発生曲げ強度が４０ＭＰａ以上あ
ることが好ましい。さらに、請求項７記載の発明のよう
に、枠材の混和材料として、表面が鉄の化合物で被覆さ
れた繊維を使用することが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の既存構築物の柱体補強構
造は、既存構築物の柱体を芯に配し、窯業系の枠材で外
周を囲み、既存構築物の柱体と枠材がなす所定間隔の間
隙部に充填材が充填され、これらが一体化された構造で
ある。（請求項１）既存構築物の柱体をコンクリ−トな
どの窯業系材料で補強する場合、従来の型枠による方法
のコンクリ−トの乾燥収縮は、型枠が設けられた外表側
を最大にし、芯に設けられた既存構築物の柱体側を最小
にする片下がりの勾配になり、この大きさに相当する内
部応力が発生することでひび割れが生じる。

【００１５】これに対し本発明のように外表側に窯業系
の枠材を配し、該枠材と充填材と既存構築物の柱体とが
一体化された構造においては、外表側の枠材は乾燥収縮
の小さい硬化体であるため、充填材に対して拘束作用を
及ぼす。

【００１６】従って、本発明の構造体においては、収縮
量は、枠材が設けられた外表側と芯となる既存構築物の
柱体側を最小とし、充填材の厚みの中央部を最大とする
勾配になる。このような勾配とすることによって内部応
力の発生を緩和することができ、ひび割れを抑制するこ
とができる。さらに、充填材のすべての硬化が枠材に覆
われた状態で進行するため、充填材の急速な乾燥を緩和
し、収縮を緩和する。

【００１７】このように本発明の構成は、コンクリ−ト
の厚み方向の収縮量の勾配を緩和もしくは除外し、ひび
割れ発生を防止する。なお、既存構築物の柱体の断面形
態は、矩形、多角形、凹凸形、円形のいずれであっても
実施できる。

【００１８】また、間隙部に補強材を設けると（請求項
２）、この補強材により補強構造の強度はさらに増大す
る。通常は、補強筋の外側に必要な「かぶり厚さ」を確
保しなければならないが、この場合、外側に配設される
枠材が「かぶり厚さ」の役目を担うことができるため、
この「かぶり厚さ」を考慮する必要がない。

【００１９】従って、補強材は、間隙部のいずれの位置
に配設してもよく、その配設に精度を要することがない
ため、必然的に配筋の熟練技能者を必要としない。補強
材は、間隙部内に設置可能なものであれば、金属、樹
脂、繊維などの線状物や網状物などの他、ＰＣ鋼線、ス
パイラル鋼線などさまざまな形態のものが使用できる。

【００２０】各材料が効率よく構成された柱体構造にす
るためには、充填材、枠材のいずれにも材料強度に対し
て適切な応力を与えるような各材料の厚さ構成比率が要
求され、このような観点から、間隙部の間隔幅、すなわ
ち充填材の厚さが枠材の厚さのほぼ２倍以下である構成
（請求項３）は、建設材料の複合材料強度に関する実験
結果から得られ、これにより優れた補強構造を提供でき
る。

【００２１】すなわち、柱体に大きな圧縮荷重が上下か
ら加えられると、柱体の中心の鉛直方向を軸として柱体
の外周方向へ柱体の材料を押し出す作用をし、柱体の外
周方向に力が加わる。同様に、柱体に大きな曲げ荷重が
横方向に加えられると、柱体の鉛直方向を軸として片面
が圧縮側となり、他面が引張り側となる曲げによる力が
加わる。

【００２２】このため、柱体の周囲方向を荷重軸とした
り、柱体の鉛直方向を軸とする曲げ応力が発生し、その
応力値は、柱体の鉛直方向を軸から遠くなるに従い、大
きくなる。

【００２３】従って、本発明の補強構造のように、既存
構築物の柱体、充填材、枠材といった複合部材から構成
された柱体補強構造では、前述のような荷重が加わった
場合、芯になる既存構築物の柱体が負担する応力値が最
小となり、次いで充填材、枠材の順に負担する応力値が
大きくなる。また、充填材においては、その最外部が最
大の応力を負担し、枠材においては、外周面が最大の応
力を負担することになり、充填材、枠材のいずれかに材
料強度を超えた応力が加えられると破壊が起こる。

【００２４】一般的に充填材に比べて枠材の強度が大き
いのが普通であるが、このような場合においても必ずし
も充填材が枠材よりも先に破壊するとは限らず、枠材の
厚さが大きくなると枠材の破壊が先に起こる傾向とな
り、充填材の厚さが大きくなると、充填材の破壊が先に
起こる傾向となる。

【００２５】従って、前述のように間隙部の間隔幅、す
なわち充填材の厚さが枠材の厚さのほぼ２倍以下である
構成は、耐震性に優れた補強構造を提供する。本発明の
枠材は、窯業系材料の板材であり、枠材は、平板、コの
字形板、Ｌ字形板、弧形板、半円形板等さまざまな形態
の板を組合わせ自由に使うことができる。これにより、
組立てを必要とする枠材の数量が減少し、工期も短縮で
き、工事費の低減もできる。

【００２６】枠材は、充填材の収縮に追随して変形しな
いことが望ましく、本発明において、枠材のヤング係数
が１．０×１０⁴ ＭＰａ以上であり、かつ乾燥による長
さの変化率が４．０×１０^-4以下である枠材を使用す
る。（請求項４）充填材の収縮に追随して変形しないためには、適正なヤ
ング係数や乾燥による長さの変化率などの物性値が求め
られているが、これら枠材に求められる物性値は、充填
材の性質やその使用状況によって異なる。

【００２７】すなわち、枠材のヤング係数が小さいと変
形抵抗性が小さいので、充填材の乾燥収縮に追随するな
どして外力により変形し易く、充填材の乾燥収縮を拘束
できないため充填材のひび割れが起こり易く、また枠材
の乾燥による長さの変化率が大きいと、充填材の乾燥収
縮に追随して共に収縮するため充填材のひび割れを防止
できない。

【００２８】従って、本発明の枠材のヤング係数が１．
０×１０⁴ ＭＰａ以上であり、かつ乾燥による長さの変
化率が４．０×１０^-4以下である構成によって一般的な
充填材を使用した場合でもひび割れが顕著に抑制され
る。

【００２９】さらに、本発明においては、ひび割れ発生
曲げ比強度が８ＭＰａ以上である枠材を使用する。（請
求項５）ひび割れ発生曲げ比強度とは、ひび割れ発生曲げ強度
（ひび割れが発生したときの曲げ強度）を比重で除した
値であり、建設に使用する窯業系材料の強度を評価する
値である。すなわち、強度が同じ材料の場合、比重が小
さい方がこの値は大きくなる。従って、本発明のように
枠材のひび割れ発生曲げ比強度（ひび割れ発生曲げ強度
／比重）が８ＭＰａ以上の場合、軽量で強度が大きく、
このため運搬や組立て作業が容易となり、作業能率に寄
与するところが大きい。

【００３０】さらに、本発明においては、ひび割れ発生
曲げ強度が４０ＭＰａ以上である枠材を使用する。（請
求項６）ひび割れ発生曲げ強度とは、前述のように、ひび割れが
発生したときの曲げ強度であり、ひび割れ発生曲げ比強
度と同様、建設に使用する窯業系材料の強度を評価する
値である。前述のように本補強構造では、柱体の鉛直方
向を軸とする曲げ応力が発生し、その応力値は、柱体の
中心の鉛直方向の軸から遠くなるに従い大きくなり、枠
材はその外周面が最大の応力を負担するので、この曲げ
応力に基づくひび割れの発生を考慮する必要があり、従
ってひび割れ発生曲げ強度が大きい材料を使用すること
が望ましい。本発明のようにひび割れ発生曲げ強度が４
０ＭＰａ以上の枠材は、一層高強度であるので、高い耐
震性を確保することができる。さらに、一般の窯業系材
料に比べ材料を薄くすることができ、これに伴って作業
性を改善できたり、補強後の柱体の占めるスペ−スの節
約にも寄与する。

【００３１】さらに、本発明では、枠材の混和材料とし
て、表面が鉄の化合物で被覆された繊維を使用する。
（請求項７）すなわち、表面が鉄の化合物で被覆された繊維を混和材
料として枠材に使用すれば、ひび割れ発生後の強度低下
が小さい。従って、破壊限界以上の力が加わって破壊す
る状況でも、通常使用されている他の窯業系材料のよう
に脆く破壊せず、補強効果を持続することができる。こ
のため破壊に対する安全性に優れ、ひいては、枠材を薄
くしても他の窯業系材料と同等の性能を発揮できる。

【００３２】充填材は、通常、セメントモルタルに混和
材を添加したグラウト材と呼ばれるものを使用するが、
上記間隙部の間隔幅が広い場合には、コンクリ−トのよ
うな大きい骨材の充填材を使用してもよく、上記間隙部
の間隔幅が狭い場合には、樹脂系の充填材を使用しても
よい。

【００３３】また、充填材に各種混和材を使用して性能
を高めることが好ましい。例えば、アルミニウム粉末等
の膨張剤を使用すれば収縮率を低減させることができ、
またＳＢＲなどを使用すれば、構造体の補強性能を強化
することができる。

【００３４】

【実施例】実施例について図面を参照して説明すると、
図１及び２は第１実施例を示し、既存構築物の柱体１の
周囲に複数の窯業系の平板で形成された枠材２を組立
て、既存構築物の柱体１と枠材２との間隙部３にセメン
ト系充填材４を充填し、これらを一体化した既存構築物
の柱体補強構造である。

【００３５】枠材２は、セメントや珪砂等の窯業系素材
を成形したもので、本実施例ではＬ字形板を使用し、セ
メント系充填材４と接する面にアリ溝６を設けている。
Ｌ字形板を枠材２に使用することは、枠材２の組立て数
量を減少させ、工期を短縮する。またアリ溝６を設ける
ことにより充填材４と枠材２との接着力を高め、一体化
に寄与する。

【００３６】枠材２は、そのヤング係数が１．０×１０
⁴ ＭＰａ以上であり、かつ乾燥による長さの変化率が
４．０×１０^-4以下であり、ひび割れ発生曲げ比強度が
８ＭＰａ以上であり、ひび割れ発生曲げ強度が４０ＭＰ
ａ以上ある枠材を使用する。また、枠材２の混和材料と
して、表面が鉄の化合物で被覆された繊維を使用する。

【００３７】間隙部３の間隔幅Ｌが、通常８ないし１０
０ｍｍの厚さを持つ枠材２の厚さＴの２倍以下となるよ
うに通常の支保工（図示せず）等を用いて枠材２を配置
する。枠材２の継手は、突き付けとなっているが、さね
継ぎとしてもよい。

【００３８】充填にあたっては、枠材２を周囲より支保
工（図示せず）により締め固めて枠材２の固定を確保す
る。次に、柱体の上部が開口していれば、そこから充填
材を流し込むこともできるし、注入口７を任意の位置に
確保してそこから圧入することもできる。この注入口７
は、充填材の硬化後取り外す。

【００３９】次に、図３および４は、第２実施例を示
し、前述の既存構築物の柱体補強構造の間隙部３に補強
材５を設けている。補強材５として剪断補強筋を既存構
築物の柱体１に沿って枠材２の配設前に配設する。この
場合、前述のように、外側に配設される枠材が「かぶり
厚さ」の役目を担うことができるため、補強材５は、間
隙部３のいずれの位置に配設してもよく、その配設に精
度を要することがない。

【００４０】また、図５は、間隙部３に金網状の補強材
５を配設した第３実施例を示している。この実施例にお
いては、コの字形板を枠材２として使用している。この
場合も前述のＬ字形の枠材２同様、枠材２の数量を減少
させ、工期を短縮する。

【００４１】既存構築物の柱体には、その断面が方形状
のものが多い。この場合、図６の第４実施例のように方
形状の既存構築物の柱体１の角部を削り、円輪状の剪断
補強筋を補強材５として設け、多角形の外郭を形成した
補強構造とすることもできる。このように補強材５を円
輪状にすることは、配設が容易となるだけでなく、充填
材４の厚さの差が少なくなり、構造学的に一層優れた構
造となる。

【００４２】図７の第５実施例は、角部の厚いＬ字形板
枠材２ａ及びコの字形枠材２ｂの枠材を枠材２に使用し
ており、既存構築物の柱体１の断面が円形の場合、円輪
状の補強材５を用いても、方形状の外郭の補強構造を形
成することができ、また既存構築物の柱体の断面が方形
状であっても配設が容易な円輪状の補強材を使用する場
合にも利用できる。

【００４３】なお、第２実施例ないし第５実施例におい
ても、枠材２にアリ溝を設け、間隙部の間隔幅が、枠材
２の厚さのほぼ２倍以下であり、枠材２についてそのヤ
ング係数、乾燥による長さの変化率、ひび割れ発生曲げ
比強度、ひび割れ発生曲げ強度が、図１の実施例と同様
であることが好ましく、その混和材料として、表面が鉄
の化合物で被覆された繊維を使用することが好ましい。

【００４４】以上の実施例の柱体補強構造は、既存構築
物の柱体だけでなく、橋梁、高速道路の既存の橋脚等、
既存土木構築物の柱体にも適用できることはいうまでも
ない。

【００４５】

【発明の効果】請求項１記載の柱体補強構造によって、
ひび割れがなく、耐震性、耐久性や耐火性に優れ、熟練
した技能者を要することなく施工能率や工期で勝り、こ
れらのことがひいては既存構築物の柱体の耐震性強化や
欠陥の補修などを容易にすることができる。

【００４６】請求項２記載の柱体補強構造によって、耐
震性の一層の強化が計られる。さらに、補強材配置の精
度を要しないので施工の信頼性が容易に得られる。請求
項３記載の柱体補強構造によって、既存構築物の柱体と
充填材と枠材とが一体的に複合された柱体構造におい
て、充填材、枠材のいずれの材料強度に対しても適切な
応力を与えるような各材料の厚さ構成とすることで、そ
れぞれの材料の特長を生かした構成とすることができ
る。

【００４７】請求項４記載の柱体補強構造によって、枠
材に変形抵抗性があるので、一般的な充填材を使用した
場合でも耐震性を低下させるひび割れが顕著に抑制され
る。また、枠材が高度の変形抵抗性を示すことから、柱
体が変形することなく美しく仕上がる。

【００４８】請求項５記載の柱体補強構造によって、作
業性の良い軽量の枠材を採用することができ、運搬、組
立て作業が容易になる。請求項６記載の柱体補強構造に
よって、枠材を一層高強度にでき、高い耐震性を確保で
きる。さらに、一般の窯業系材料に比べ枠材を薄くする
ことができ、柱体の占めるスペ−スを節約することがで
きる。請求項７記載の柱体補強構造によって、ひび割れ
発生後の強度低下が小さいので、ひび割れが発生した後
においても補強効果が持続する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の柱体補強構造の第１実施例を示す切欠
き付斜視図。

【図２】同上第１実施例の拡大断面図。

【図３】本発明の柱体補強構造の第２実施例を示す切欠
き付斜視図。

【図４】同上第２実施例の拡大断面図。

【図５】本発明の柱体補強構造の第３実施例を示す切欠
き付斜視図。

【図６】本発明の柱体補強構造の第４実施例を示す断面
図。

【図７】本発明の柱体補強構造の第５実施例を示す断面
図。

【図８】従来の技術を示す既存構築物の柱体補強構造の
切欠き付斜視図。

【符号の説明】

１…既存構築物の柱体、２…枠材、３…間隙部、４…充
填材、５…補強材、６…アリ溝、７…注入口、Ｌ…間隔
幅、Ｔ…枠材の厚さ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000004086 日本化薬株式会社東京都千代田区富士見１丁目11番２号 (71)出願人 596078418 株式会社建築構工法研究所大阪府大阪市北区松ケ枝町７番21号 (74)上記４名の代理人弁理士鈴江武彦 (72)発明者馬場明生茨城県つくば市立原１番地建設省建築研究所内 (72)発明者守明子佐賀県鳥栖市宿町字野々下807番地１工業技術院九州工業技術研究所内 (72)発明者堀尾泉神奈川県川崎市川崎区大川町５番１号昭和電工株式会社化学品研究所内 (72)発明者清本正之群馬県高崎市岩鼻町219番地日本化薬株式会社カヤトーン開発研究所内 (72)発明者石井克侑大阪府大阪市北区松ケ枝町７番21号株式会社建築構工法研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】既存構築物の柱体を窯業系材料で補強お
よび／または補修する構造において、芯に配置されてい
る既存構築物の柱体と、外周を囲む窯業系の枠材と、前
記柱体と前記枠材とがなす所定間隔の間隙部に充填され
る充填材とが一体化された柱体補強構造。
【請求項２】前記間隙部に補強材が設けられているこ
とを特徴とする請求項１に記載の柱体補強構造。
【請求項３】前記間隙部の間隔幅が前記枠材の厚さの
ほぼ２倍以下であることを特徴とする請求項１または２
に記載の柱体補強構造。
【請求項４】前記枠材のヤング係数が１．０×１０⁴
ＭＰａ以上であり、かつ乾燥による長さの変化率が４．
０×１０^-4以下であることを特徴とする請求項１または
２に記載の柱体補強構造。
【請求項５】前記枠材のひび割れ発生曲げ比強度が８
ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１ないし４の
いずれかに記載の柱体補強構造。
【請求項６】前記枠材のひび割れ発生曲げ強度が４０
ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１ないし４の
いずれかに記載の柱体補強構造。
【請求項７】前記枠材の混和材料として、表面が鉄の
化合物で被覆された繊維を使用することを特徴とする請
求項１ないし６のいずれかに記載の柱体補強構造。